JP2018109237A - 三次元構造物の造形方法、三次元構造物の造形装置器 - Google Patents
三次元構造物の造形方法、三次元構造物の造形装置器 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】三次元構造物を造形する三次元構造物の造形方法において、少なくとも粉体501および樹脂バインダー702を含む造形材707の層を形成する工程と、樹脂バインダー702のガラス転移点以上の温度で層を加熱するか、または樹脂バインダー702に光照射することで、粉体501を固定させる工程と、を少なくとも含む。
【選択図】図5
Description
第一実施形態は、造形材として、金属粉体の表面に固定材を付着させた粉体を用いる実施形態である。本実施形態では、固定材として樹脂バインダーを用いる。まず、図4を参照して、第一実施形態に係る造形処理の全体の流れについて説明する。図4は、第一実施形態に係る造形処理の流れを示すフローチャートである。
図5に示すように、三次元構造物の最下層を形成する工程(1巡目)では、ステージ12(図1参照)上に固定載置された基板13を支持体として用いる。基板13及びステージ12と吐出ヘッド20とを相対移動させながら、基板13上の所望の位置に、吐出ヘッド20から造形材を吐出する。本実施形態では、造形材として、金属粉体501、例えばSUS粉体(SUS:ステンレス鋼)の表面に樹脂バインダー502を付着させた造形材503を用いる。上記「基板13上の所望の位置」とは、造形対象となる三次元構造物のうち、金属粉体を焼結させた焼結層が存在する位置をいう。よって、三次元構造物513が焼結層を積層させた構造体511と、焼結層を含まない空領域512とを含む場合には、空領域512に対応する基板13上の位置に造形材503を吐出しない。これにより、造形材を熱処理(焼結)させた後、空領域を形成するために焼結層を切削する必要がなくなり、造形材の無駄を省くことができる。
固定粉体層形成工程では、加熱装置50により樹脂バインダーを過熱して溶融させた後、ガラス化させることにより、金属粉体501を基板13に固定して固定粉体層504を形成する。加熱装置50は、造形材503の表面温度が樹脂バインダー502のガラス転移点、例えば60℃以上になるように加熱処理を行う。加熱装置としては、例えばステージ12にホットプレートを一体的に形成、又はステージ12とは別体に形成し、ステージ12に載置された基板13を加熱するように構成してもよい。図5の固定粉体層形成工程では、造形材503を1層だけ図示しているが、造形材503を複数層配置した後、樹脂バインダー502を溶融して、ガラス化させてもよい。
基板13及びステージ12(図1参照)と、レーザ装置30とを相対移動させながら、固定粉体層504に対しレーザ光を照射し、焼結層505を形成する。レーザ装置30は、例えばCO2レーザ(炭酸ガスレーザー:Carbon dioxide laser)装置を用いてもよい。レーザ光の熱により、樹脂バインダー502を溶融及び除去すると共に金属粉体501を焼結させて金属粉体501の粒子間を繋げて焼結層を形成する。この焼結工程において、樹脂バインダー502がレーザ光を吸収するため、低出力レーザ、例えば50WのCO2レーザ装置を用いても、金属粉体501を溶融して焼結層を形成することができる。
第二実施形態は、複数種類の造形材を使い分けて、複数種類の焼結層を含む複合三次元構造物を造形する実施形態である。以下、図6に基づいて第二実施形態について説明する。図6は、第二実施形態に係る造形処理を示す説明図である。
第三実施形態は、架橋材を用いて支持体に造形材をより強固に固定してから焼結処理を行う実施形態である。以下、図7に基づいて第二実施形態について説明する。図7は、第三実施形態に係る造形処理を示す説明図である。
10 架台
11 Y軸駆動装置
12 ステージ
13 基板
14 X軸駆動装置
14R X軸レール
15 支持枠体
16 第1のZ軸駆動装置
16R Z軸レール
17 第2のZ軸駆動装置
17P 支柱
20 吐出ヘッド
21 タンク
22 ヘッドベース
30 レーザ装置
31 レーザ支持部材
40 制御装置
41 CPU
42 RAM
43 ROM
44 HDD
45 I/F
46 LCD
47 操作部
48 バス
50 加熱装置
100 コントローラ
101 主制御部
102 エンジン制御部
103 入出力制御部
104 画像処理部
105 操作表示制御部
110 ディスプレイパネル
120 3Dプリントエンジン
130 通信I/F
140 3D画像データ記憶部
501 金属粉体
502 樹脂バインダー
503 造形材
504 固定粉体層
505 焼結層
511 構造体
512 空領域
513 三次元構造物
601 金属粉体
602 樹脂バインダー
603 第1の造形材
604 第1の固定粉体層
605 第1の焼結層
611 非金属粉体
612 樹脂バインダー
613 第2の造形材
614 第2の固定粉体層
615 第2の焼結層
621 金属層
622 非金属層
623 複合三次元構造物
701 金属粉体
702 樹脂バインダー
703 造形材
704 固定粉体層
705 焼結層
706 架橋材水溶液
713 三次元構造物
Claims (5)
- 三次元構造物を造形する三次元構造物の造形方法において、
少なくとも粉体および樹脂バインダーを含む造形材の層を形成する工程と、
前記樹脂バインダーのガラス転移点以上の温度で前記層を加熱するか、または前記樹脂バインダーに光照射することで、前記粉体を固定させる工程と、
を少なくとも含む三次元構造物の造形方法。 - 前記粉体が固定される工程の後、
前記粉体の粒子間が繋げられることを特徴とする請求項1の三次元構造物の造形方法。 - 前記層の形成工程の後、
架橋材が付与されることを特徴とする請求項1の三次元構造物の造形方法。 - 前記樹脂バインダーは、紫外線硬化樹脂であることを特徴とする請求項1の造形方法。
- 三次元構造物を造形する三次元構造物の造形装置において、
少なくとも粉体および樹脂バインダーを含む造形材の層を形成する手段と、
前記樹脂バインダーのガラス転移点以上の温度で前記層を加熱するか、または前記樹脂バインダーに光照射する手段と、を少なくとも有し、
前記層を加熱もしくは光照射した後に、前記粉体が固定されることを特徴とする三次元構造物の造形装置。
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