JP2017025386A - 3次元成形物および3次元成形方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】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一の単層上に、少なくとも前記焼結単層を含む第二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、液滴状に吐出された前記被焼結材料に前記エネルギー線が照射されて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Dsとし、隣り合う前記焼結体の焼結体中心の間の距離をPs、とした場合、0.5≦Ps/Ds<1.0、である3次元成形物。
【選択図】図1
Description
0.5≦Ps/Ds<1.0
であることを特徴とする。
0.5≦Ps/Ds<1.0
の関係を満足させながら形成される。
0.5≦Pm/Dm<1.0
であることを特徴とする。
0.5≦Pm/Dm<1.0
の関係を満足させながら形成される。
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を示す構成図である。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。
Ps1<Ds
の条件を満たして配置されることが好ましい。
Ps2<Ds
の条件を満たして配置されることが好ましい。
PSD1<Ds
の条件を満たして配置されるよう、ヘッド31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200sによって形成される焼結領域を広くするために、
PSD1≧Ds/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦PSD1/Ds<1.0
の条件を満たすことがより好ましい。
PSD2<Ds
を満足し、
PSD2≧Ds/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦PSD2/Ds<1.0
であることが好ましい。
PSD3<Ds
を満足し、
PSD3≧Ds/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦PSD3/Ds<1.0
であることが好ましい。
Ps<Ds
であり、
Ps≧Ds/2
であることが好ましい。すなわち、
0.5≦Ps/Ds<1.0
であることが好ましい。このような関係で、形成位置m2,m3,m22を中心とする焼結体200sは、互いに重複部200p,200q,200rを有することができる。
0.5≦PSD4/Ds<1.0
0.5≦PSD5/Ds<1.0
0.5≦PSD21/Ds<1.0
である。これら互いに隣り合う焼結体200sのドットピッチPSD4,PSD5,PSD21を、隣り合う焼結体200sの中心間距離としてのドットピッチPsとすると、
0.5≦Ps/Ds<1.0
の関係となる。
0.5≦Ps/Ds<1.0
の関係を満足させながら、ドットピッチPsをより焼結体200sの直径Dsに近づける、すなわちPs/Dsを1.0に近づけることで、短時間で部分造形物201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Ps/Dsを0.5に近づけることで、隣り合う焼結体200sが緻密に集合された焼結単層としての部分造形物201を形成することができ、精密な造形を可能とする。
0.5≦Ps/Ds<1.0
の関係を同時に満足されるように、焼結体200sが配置されることが好ましい。
0.5≦Ps/Ds<1.0
とすることで、図9に示すA−A´部の断面図である図14に示すように、隣り合う焼結体200sの間には重複部200p(図示する斜線ハッチング部)が生じる。
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次元成形物としての3次元形状造形物200を形成する方法である。第2実施形態に係る3次元形状造形物200の製造方法を示すフローチャートを図15に示し、図15に示すフローチャートの各工程における製造方法を図16,17、18および図19に示す。なお、第1実施形態に係る3次元形状造形物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。
図15に示すように、本実施形態に係る3次元形成方法は、3次元形状造形物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制御ユニット60(図1参照)に取得する、3次元造形用データ取得工程(S100)が実行される。3次元造形用データ取得工程(S100)において取得された3次元造形用データは、制御ユニット60から、ステージコントローラー61と、材料供給コントローラー62と、レーザー発振器52と、に制御データが送られ、積層開始工程に移行される。
積層開始工程(S200)では、3次元形成方法を示す図16に示すように、ステージ20に載置された試料プレート21に対して、所定の相対位置にヘッド31が配置される。この時、XY平面(図1参照)において、上述した3次元造形用データに基づく造形の起点であるステージ20の座標位置p11(x11,y11)に、材料吐出部41の吐出ノズル41bの吐出口41cから吐出される液滴状の被焼結材料である材料飛翔体Mf(図2参照)が着弾するように試料プレート21を備えるステージ20が移動され、3次元造形物の形成が開始され、単層形成工程に移行される。
単層形成工程(S300)は、図15に示すように材料供給工程(S310)と、焼結工程(S320)と、を含んでいる。先ず、材料供給工程(S310)として、図17に示すように、積層開始工程(S200)によって所定の位置としてのp11(x11,y11)位置にヘッド31に保持された吐出ノズル41bが対向するように試料プレート21が移動し、吐出ノズル41bから、被焼結材料としての供給材料70が、試料プレート21上に向けて液滴状の材料飛翔体71として吐出口41cから重力方向に吐出される(図2参照)。供給材料70としては、3次元形状造形物200の原料となる金属、例えばステンレス、チタン合金の単体粉末、もしくは合金化が困難なステンレスと銅(Cu)、あるいはステンレスとチタン合金、あるいはチタン合金とコバルト(Co)やクロム(Cr)、などの混合粉末を、溶剤と、バインダーとしての増粘剤と、に混練し、スラリー状(あるいはペースト状)に調整されたものである。
Pm<Ds
の条件を満たして配置されることが好ましい。
Pm<(Dm+Ds)/2
を満足させることが尚好ましい。
単層形成工程(S300)によって、第一の単層としての第1層目の部分造形物201が形成されると、3次元造形用データ取得工程(S100)によって得られた造形データと比較する積層数比較工程(S400)に移行される。積層数比較工程(S400)では、3次元形状造形物200を構成する部分造形物の積層数Nと、積層数比較工程(S400)の直前の単層形成工程(S300)までで積層された部分造形物の積層数nと、を比較する。
Pm1<Ds
Pm2<Ds
Pm3<Ds
の条件が満足されて形成さている。
第3実施形態に係る3次元形成方法について説明する。上述した第2実施形態に係る3次元形成方法において、3次元形状造形物がオーバーハング部を有する場合、オーバーハング部では、上述した単層形成工程(S300)における材料供給工程(S310)では、材料飛翔体71が着弾すべき下層の部分造形物が存在しないことで、単位材料72が形成されなくなる(図24参照)。仮に、図27に示すp21(x21、y21)位置に形成された単位焼結体73に重なって繋がるように単位材料72を着弾させても、下層の部分造形が配置されていなければ、重力方向へ垂れ下がるように変形する虞がある。すなわち焼結前の単位材料72は、原料となる金属、例えばステンレス、チタン合金の単体粉末、もしくは合金化が困難なステンレスと銅(Cu)、あるいはステンレスとチタン合金、あるいはチタン合金とコバルト(Co)やクロム(Cr)、などの混合粉末を、溶剤と、増粘剤と、に混練して得られるスラリー状(あるいはペースト状)の柔らかな状態のものであることによる。
Claims (6)
- 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一の単層上に、少なくとも前記焼結単層を含む第二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、液滴状に吐出された前記被焼結材料に前記エネルギー線が照射されて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Dsとし、
隣り合う前記焼結体の焼結体中心の間の距離をPs、とした場合、
0.5≦Ps/Ds<1.0
である、
ことを特徴とする3次元成形物。 - 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、
前記第二の単層は、前記第二の単層に含む前記焼結体の前記焼結体中心が、前記第一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。 - 前記エネルギー線がレーザーであることを特徴とする請求項1または2に記載の3次元成形物。
- 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一の単層上に、少なくとも前記焼結単層を含む第二の単層を積層して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、前記被焼結材料を液滴状に吐出させ形成された単位材料に前記エネルギー線が照射されて焼結した焼結体を集合させて形成され、
前記単体材料の平面視における単体材料径をDmとし、
隣り合う前記単体材料の単体材料中心の間の距離をPm、とした場合、
0.5≦Pm/Dm<1.0
である、
ことを特徴とする3次元成形方法。 - 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、
前記第二の単層は、前記第二の単層に含む前記焼結体を形成する前記単体材料の前記単体材料中心が、前記第一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。 - 前記エネルギー線がレーザーであることを特徴とする請求項4または5に記載の3次元成形方法。
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