JP2019026898A - 三次元造形方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】造形対象物及び当該対象物に対する下方から支持する支持構造部を造形する三次元造形方法において、造形後に、支持構造部を造形対象物及びベースプレートから効率的に除去し、しかもスキージの移動に支障が殆ど生じないような構成を提供すること。
【解決手段】粉末層に対するスキージの摺動によって平坦面を形成した後、当該粉末層をレーザー光又は電子ビームの照射によって焼結する工程を所定回数繰り返した後、周囲の切削を行うことによって、造形対象物１と当該対象物１の下側面を下方から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている支持構造部２とを造形する三次元造形方法において、支持構造部２のうち造形対象物１と接続する上側部分が上側となるに従って径が小さくなる円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用することによって、前記課題を達成している三次元造形方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、造形対象物及び当該対象物に対する下方から支持する支持構造部を造形する三次元造形方法を対象としている。
スキージの移動によって、平坦化された粉末層に対するレーザー光又は電子ビームによる焼結及び周囲の切削を伴う三次元造形方法においては、造形対象物を造形室のベースプレートの位置から造形せずに、当該対象物に対する下方の支持構造部を造形した後に、当該対象物を造形する方法が、例えば特許文献１に示すように既に公然と採用されている。
造形対象部に対する下方からの支持構造部を最初に造形する主たる根拠は、
ａ 支持構造部が下方に介在しない場合には、造形対象物の下側面がベースプレートに固着することを原因として、造形の後にベースプレートから除去することに煩雑な作業が必要となること、
ｂ 造形対象物の下側面のうち、ベースプレートに接触していない領域が自らの重量によって下側の粉末層を押圧した状態にて下方側に移行し、正確な下側面の形成に支障が生ずる場合があること、
にある。
そして、支持構造部としては、
（１）造形対象物とベースプレートとの間に介在する支柱、
（２）造形対象物とベースプレートとの間に介在する上側支柱、中間仕切り板、下側支持部の何れかの構成、
が採用されている。
現に、特許文献１においても、前記（１）に類似する構成（図５、請求項１及び同２０）、及び前記（２）の構成（図８及び請求項２１）を採用している。
支持構造部は、造形対象物の造形が終了した段階では、造形対象物及びベースプレートから除去されることが当然予定されている。
支持構造部を造形する場合の中途段階及び終了段階において、スキージが粉末層を摺動しながら移動する際には、焼結された前記（１）の支柱及び前記（２）の上側支柱において形成された所定の角度を有するコーナー（隅部）による突起領域とスキージとが接触し、当該領域がスキージの移動を妨げ、ひいては、スキージによる粉末層に対する摺動に支障が生ずるというアクシデントが時々発生している。
然るに、従来の支持構造部を伴う三次元造形においては、支持構造部の除去を可能な限り容易にすると共に、上記接触を原因とするアクシデントを可能な限り少なくするような工夫が行われていない。
現に特許文献１においても、そのような技術的課題については何ら考慮されていない。
ＷＯ２０１４／１７４０９０公報
本発明は、造形対象物及び当該対象物に対する下方から支持する支持構造部を造形する三次元造形方法において、造形後に、支持構造部を造形対象物及びベースプレートから効率的に除去し、しかもスキージの移動に支障が殆ど生じないような構成を提供することを課題としている。
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１）粉末層に対するスキージの摺動によって平坦面を形成した後、当該粉末層をレーザー光又は電子ビームの照射によって焼結する工程を所定回数繰り返した後、周囲の切削を行うことによって、造形対象物と当該対象物の下側面を下方から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている複数個の支柱とを造形する三次元造形方法において、支柱の上側部分が上側となるに従って径が小さくなる円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用している三次元造形方法、
（２）粉末層に対するスキージの摺動によって平坦面を形成した後に、当該粉末層をレーザー光又は電子ビームによって焼結する工程を複数回経た後、周囲の切削を行うことによって、造形対象物、当該造形対象物を下側から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている複数個の支柱、当該支柱を下方から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている中間仕切り板、当該仕切り板を下方から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている下側支持部を造形する三次元造形方法において、上側支柱の上側部分が上側となるに従って径が小さくなる円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用している三次元造形方法、
からなる。
基本構成（１）においては、支持構造部を構成する支柱の上側部分が円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を呈することを特徴とし、基本構成（２）においては、支持構造部を構成する上側支柱、中間仕切り板、下側支持部における上側支柱の上側領域が円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を呈していることを特徴としている。
上記形状について説明するに、支柱及び上側支柱と造形対象物の下側面との接続面が水平方向の平坦面の場合には、支柱及び上側支柱の上側部分として円錐台形状を採用することができる。
これに対し、前記接続面が湾曲している場合、又は水平方向に対し斜め方向を形成している場合には、支柱又は上側支柱の上側部分の形状として純然たる円錐台形状を実現することは不可能であって、当該円錐台の一部形状を採用せざるを得ない。
その結果、基本構成（１）及び同（２）においては、「円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用する」ことを要件としている。
このように、支柱及び上側支柱における上側部分として、円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用した場合には、
（ａ）支持構造部を造形対象物が除去する際、他の形状の場合に比し、接続部の面積が小さいことから、効率的な除去を実現することができ、
（ｂ）ハンマーの打撃によって支持構造部を造形対象物から除去する場合には、打撃の方向を任意に選択することができ、
（ｃ）円錐台形状又は当該円錐台の一部形状の場合には、接触面は円形又は楕円形（接触面が平坦形状の場合）又は円形又は楕円を多少変形した場合（接触面が湾曲面の場合）であって、その結果、所定の角度を伴うコーナー領域を形成しないため、たとえ移動中のスキージと接触したとしても、当該移動に殆ど支障を生ぜずに、スキージの円滑な移動に資することができる。
実施例１の構成に対応するフローチャートを示す。 実施例２の構成に対応するフローチャートを示す。 実施例１、２の各フローチャートを実現するＣＡＤ／ＣＡＭシステムに関するブロック図を示す。 基本構成（１）の造形過程を示す側面図であって、（ａ）は、支柱の一部が造形の段階を示し、（ｂ）は、支柱の全て及び造形対象物の一部が造形された段階を示し、（ｃ）は全造形過程が終了した段階を示す。尚、斑点領域は粉末の残存状態を示す。 基本構成（２）のうち、造形対象物の下側面と中間仕切り板の上側面とが鉛直方向において等距離となるような平行状態を形成している実施形態における造形過程を示す側面図であって、（ａ）は、上側支柱の一部、中間仕切り板及び下側支持部の全ての造形が終了した段階を示し、（ｂ）は、上側支柱、中間仕切り板、下側支持部の全て、及び造形対象物の一部の造形が終了した段階を示し、（ｃ）は、造形の全てが終了した段階を示す。尚、斑点領域は粉末の残存状態を示す。 基本構成（２）のうち、造形対象物の下側面と中間仕切り板の上側面とが当該下側面の法線方向において等距離となるような平行状態を形成している実施形態における造形過程を示す側面図であって、（ａ）は、上側支柱の一部、中間仕切り板及び下側支持部の全ての造形が終了した段階を示し、（ｂ）は、上側支柱、中間仕切り板、下側支持部の全て、及び造形対象物の一部の造形が終了した段階を示し、（ｃ）は、造形の全てが終了した段階を示す。尚、斑点領域は粉末の残存状態を示す。 基本構成（２）の下側支持部につき、格子状を採用した実施形態の側面図を示し、（ａ）は、ベースプレートと直交する格子状の場合を示し、（ｂ）は、ベースプレートと斜交する格子状を示す。
基本構成（１）は、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、スキージの摺動によって平坦化した金属粉末層に対する焼結によって、順次下側から支柱２０、更には造形対象物１を焼結及び造形しており、造形が終了した段階では、支柱２０は、ハンマーによる打撃又は回転刃による切除などによって、造形対象物１及び造形室のベースプレート３から除去されることになる。
基本構成（２）においても、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、スキージの摺動によって平坦化した金属粉末層に対する焼結によって、順次下側から下側支持部２２、中間仕切り板２１、上側支柱２０、造形対象物１を焼結及び造形しており、造形が終了した段階では、下側支持部２２、中間仕切り板２１、上側支柱２０は何れもハンマーによる打撃又は回転刃による切除などによって、造形対象物１及び造形室のベースプレート３から除去されることになる。
基本構成（１）の支柱２０及び基本構成（２）の上側支柱２０において、上側部分として接続面に至るまで順次径が小さくなるような円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用することによる効果については、既に説明したとおりである。
前記支柱２０及び前記上側支柱２０については、それぞれ図４（ｂ）、（ｃ）、及び図５（ｂ）、（ｃ）並びに図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、造形対象物１との接続面につき、当該接続面が水平方向だけでなく、当該水平方向と傾斜する方向の場合の何れについても、接続面の中心座標位置における法線方向（前記各図面において、造形対象物１の下側面から上側に延長した実線の直線によって示す。）と円錐台形状又は当該円錐台の一部形状における中心軸の線の方向（前記各図面において、造形対象物１の下側面から下側に延長した一点鎖線による直線によって示す。）とが同一方向であることを特徴とする実施形態を採用することができる。
このような実施形態の場合には、前記のような同一方向を呈しない場合に比し、接続面の面積を小さくすることによって、支柱２０又は上側支柱２０を造形対象物１の下側面の除去を効率的に実現することができる。
基本構成（１）の支柱２０及び基本構成（２）の上側支柱２０は、全領域が円錐台形状又は当該円錐台の一部形状である必要はなく、図４（ｂ）、（ｃ）及び図５（ｂ）、（ｃ）並びに図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、上下方向の中間部分を円柱領域として円柱を採用することができる。
しかも前記各図面に示すように、下側部分については、上側部分と同様に、下側となるに従って径を小さくする円錐台形状を採用し、かつベースプレート３に直交する構成（図４（ｂ）、（ｃ）に示す基本構成（１）の場合）、及び下側となるに従って径を小さくする円錐台形状又は当該円錐台の一部形状（図５（ｂ）、（ｃ）及び図６（ｂ）、（ｃ）に示す基本構成（２）の場合）を採用し、鉛直方向を形成したうえで中間仕切り板２１と交差する構成を採用することもできる。
前記形状を採用した実施形態においては、中間部分における円柱形状によって、造形対象物１の重量を十分な強度を以って支えることができる。
しかも、前記実施形態においては、他の形状に比し、下側の接続部の面積が小さいことから、支柱２０のベースプレート３からの除去（基本構成（１）の場合）及び上側支柱２０の中間仕切り板２１からの除去（基本構成（２）の場合）を効率的に実現することができる。
尚、基本構成（２）の上側支柱の下側部分については、図５（ｂ）、（ｃ）及び図６（ｂ）、（ｃ）に示す実施形態のような鉛直方向ではなく、上側部分の場合と同様に、中間仕切り板２１の接続面の中心座標における法線の方向と、上側支柱の下側部分を構成する円錐台形状又は当該円錐台の一部形状の中心軸の線の方向とが一致するような構成を採用し、接触面積を小さくし、かつ切除の便宜に資するような設計も当然可能である。
基本構成（１）の支柱２０及び基本構成（２）の上側支柱２０と造形対象物１の下側面との接触面は所定の面積を有していることから、粉末として金属粉末を採用した場合には、当該接触面を介して焼結において発生した熱を支柱２０及び上側支柱２０を介して放散することができる。
但し、基本構成（１）及び（２）における粉末は、金属粉末に限定される訳ではない。
基本構成（１）の場合には、中間仕切り板２１を設ける必要がなく、しかも図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ベースプレート３に対し支柱２０を直交させる設計によってシンプルな構成を実現することができる。
但し、造形対象物１の下側面は、決して平坦面ではなく、殆ど大抵の場合起伏状態を呈している。
このような場合、基本構成（１）においては、支柱２０の上下方向幅を変化させることを必要とするが、効率的な設計を実現するためには、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す形状の実施形態を採用したうえで、上側の円錐台形状又は当該円錐台の一部形状及び下側の円錐台形状については、全支柱２０につき均一に設計し、中間部分における円柱形状の領域については、上下方向の長さ寸法を随時変化させることによって効率的な設計を実現することができる。
基本構成（２）においては、中間仕切り板２１及び下側支持部２２を設ける点において、一見煩雑であるが如くである。
しかしながら、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、中間仕切り板２１の下側面につき、ベースプレート３を平行状態とするために平坦面とすること、及び／又は上側面につき、造形対象物１の下側面と鉛直方向（上下方向）において等距離となるような平行状態を形成することによって、上側支柱２０及び／又は下側支持部２２につき、上下方向に同一寸法とするようなシンプルな設計を実現することができる。
更には、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、中間仕切り板２１の下側面につき、ベースプレート３を平行状態とするために平坦面とすること、及び／又は上側面につき、造形対象物１の下側面と当該下側面の法線方向において等距離となるような平行状態を形成することによって、上側支柱２０及び下側支持部２２につき、全て同一形状とするようなシンプルな設計を実現することができる。
図５及び図６に示すシンプルな設計の場合には、造形対象物１及び中間仕切り板２１からの除去に際し均一な程度によるハンマーの打撃という効率的な作業を実現することができる。
中間仕切り板２１の下側面は、通常図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、水平方向の平坦面を採用するが、上記下側面とベースプレート３との間に介在する下側支持部２２につき、下側支持部２２として、上側部分が上側となるに従って径を小さくするような円錐台形状を採用し、下側部分が下側となるに従って径を小さくするような円錐台形状を採用し、中間部分が円柱形状を採用する支柱２０であって、当該支柱２０が中間仕切り板２１の下側面及びベースプレート３と直交していることを特徴とする実施形態を採用した場合には、当該下側支持部２２を中間仕切り板２１及びベースプレート３から効率的に除去することができる。
基本構成（２）において、前記実施形態のように、中間仕切り板２１の下側面につき、水平方向の平坦面とした場合には、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、下側支持部２２において、上側部分が中間仕切り板２１の下側面と直交し、下側部分がベースプレート３と直交していることを特徴とすることによって、シンプルな設計を実現することができる。
特に、下側支持部２２の上側部分として、上側となるに従って径を小さくするような円錐台形状を採用し、中間部分として円柱形状を採用し、下側部分として下側となるに従って径を小さくするような円錐台形状を採用していることを特徴とする形状の実施形態の場合には、下側支持部２２につき、発明の効果の項の（ａ）、（ｂ）記載の根拠として、中間仕切り板２１の下側面及びベースプレート３から効率的に下側支持部２２を除去することができる。
基本構成（２）の下側支持部２２は、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、単にベースプレート３と直交するような支柱２０状態だけでなく、図７（ａ）、（ｂ）に示すような格子状を採用することができ、しかも当該格子状としては、図７（ａ）に示すようなベースプレート３と直交する格子状だけでなく、図７（ｂ）に示すように、ベースプレート３と斜交するような格子状も採用することができる。
これらの格子状の設計の場合には、中間仕切り板２１に対する安定した支持の状態を実現することができる。
しかも、例えば図７（ａ）に示すように、下側支持部２２とベースプレート３との接触面積を極端に小さく設計した場合であっても、前記のような安定した支持状態を維持したうえで、下側支持部２２に対し、ハンマーによって強力な打撃を加えた場合には、一挙にベースプレート３から除去することが可能となる。
以下、実施例に従って説明する。
実施例１は、基本構成（１）において、支柱２０の造形におけるレーザー光又は電子ビームによる単位面積当たりの照射量を、造形対象物１の外側表面及びその近傍における単位面積当たりの照射量よりも小さく設定することを特徴としており、照射量の選択を伴う造形プロセスについては、図１のフローチャートに示すとおりである。
上記特徴点によって、支柱２０の造形対象物１及びベースプレート３からの除去を容易かつ効率的に実現することができる。
実施例１においては、特に、造形対象物１と支柱２０との接続面のうち、水平方向の接続面における単位面積当たりの照射量につき、スキージによる摺動を原因とするせん断力に耐え得る程度であって、当該程度を超えないように設定することを特徴とする設計を選択することができる。
上記設計の場合には、スキージの移動に際し、支柱２０の造形対象物１との接続状態及び造形対象物１に対する支持状態を維持したうえで、造形を終了した後に上記のような程度による微弱な焼結状態に基づき、容易に支柱２０を造形対象物１から除去することができる。
上記設計をも含む実施例１の場合には、図３に示すように、ＣＡＤシステム４１によって、造形対象物１及び各支柱２０の形状を設定したうえで、ＣＡＤシステム４１又はＣＡＭシステム４２によって、各造形領域における単位面積当たりの照射量を制御する方法を採用することができる。
実施例２は、基本構成（２）において、上側支柱２０、中間仕切り板２１及び下側支持部２２の造形に対し、レーザー光又は電子ビームによる単位面積当たりの照射量を、造形対象物１の外側表面及びその近傍における単位面積当たりの照射量よりも小さく設定することを特徴としており、照射量の選択を伴う造形プロセスについては、図２のフローチャートに示すとおりである。
実施例２においても、特に、造形対象物１と上側支柱２０との接続面のうち、水平方向の接続面における単位面積当たりの照射量につき、スキージによる摺動を原因とするせん断力に耐え得る程度であって、当該程度を超えないように設定することを特徴とする設計を選択することができる。
上記設計の場合には、スキージの移動に際し、上側支柱２０の造形対象物１との接続状態及び造形対象物１に対する支持状態を維持したうえで、造形を終了した後にのような程度による微弱な焼結状態に基づき、容易に上側支柱２０を造形対象物１から除去することができる。
上記設計をも含む実施例２の場合にも、図３に示すように、ＣＡＤシステム４１によって、造形対象物１及び各上側支柱２０、中間仕切り板２１及び各下側支持部２２の形状を設定したうえで、ＣＡＤシステム４１又はＣＡＭシステム４２によって、各造形領域における単位面積当たりの照射量を制御する方法を採用することができる。
基本構成（１）及び同（２）に基づく本願発明は、安定した造形対象物の造形及びスキージの円滑な移動、更には造形終了後の支持構造部の効率的な除去とを実現し得ることから、産業上の利用範囲は絶大である。
１ 造形対象物
２ 支持構造部
２０ 支柱、及び上側支柱
２１ 中間仕切り板
２２ 下側支持部
３ ベースプレート
４ ＣＡＤ／ＣＡＭシステム
４１ ＣＡＤシステム
４２ ＣＡＭシステム
５ 制御部
６ 照射装置
本発明は、造形対象物及び当該対象物に対する下方から支持する支持構造部を造形する三次元造形方法を対象としている。
スキージの移動によって、平坦化された粉末層に対するレーザー光又は電子ビームによる焼結及び周囲の切削を伴う三次元造形方法においては、造形対象物を造形室のベースプレートの位置から造形せずに、当該対象物に対する下方の支持構造部を造形した後に、当該対象物を造形する方法が、例えば特許文献１に示すように既に公然と採用されている。
造形対象部に対する下方からの支持構造部を最初に造形する主たる根拠は、
ａ 支持構造部が下方に介在しない場合には、造形対象物の下側面がベースプレートに固着することを原因として、造形の後にベースプレートから除去することに煩雑な作業が必要となること、
ｂ 造形対象物の下側面のうち、ベースプレートに接触していない領域が自らの重量によって下側の粉末層を押圧した状態にて下方側に移行し、正確な下側面の形成に支障が生ずる場合があること、
にある。
そして、支持構造部としては、
（１）造形対象物とベースプレートとの間に介在する支柱、
（２）造形対象物とベースプレートとの間に介在する上側支柱、中間仕切り板、下側支持部の何れかの構成、
が採用されている。
現に、特許文献１においても、前記（１）に類似する構成（図５、請求項１及び同２０）、及び前記（２）の構成（図８及び請求項２１）を採用している。
支持構造部は、造形対象物の造形が終了した段階では、造形対象物及びベースプレートから除去されることが当然予定されている。
支持構造部を造形する場合の中途段階及び終了段階において、スキージが粉末層を摺動しながら移動する際には、焼結された前記（１）の支柱及び前記（２）の上側支柱において形成された所定の角度を有するコーナー（隅部）による突起領域とスキージとが接触し、当該領域がスキージの移動を妨げ、ひいては、スキージによる粉末層に対する摺動に支障が生ずるというアクシデントが時々発生している。
然るに、従来の支持構造部を伴う三次元造形においては、支持構造部の除去を可能な限り容易にすると共に、上記接触を原因とするアクシデントを可能な限り少なくするような工夫が行われていない。
現に特許文献１においても、そのような技術的課題については何ら考慮されていない。
ＷＯ２０１４／１７４０９０公報
本発明は、造形対象物及び当該対象物に対する下方から支持する支持構造部を造形する三次元造形方法において、造形後に、支持構造部を造形対象物及びベースプレートから効率的に除去し、しかもスキージの移動に支障が殆ど生じないような構成を提供することを課題としている。
（１）粉末層に対するスキージの摺動によって平坦面を形成した後、当該粉末層をレーザー光又は電子ビームの照射によって焼結する工程を所定回数繰り返した後、周囲の切削を行うことによって、造形対象物と当該対象物の下側面を下方から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている複数個の支柱とを造形する三次元造形方法において、支柱の上側部分が上側となるに従って径が小さくなる円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用し、かつ造形対象物と支柱との接続面において、当該接続面が水平方向の場合及び当該水平方向に対し斜方向の場合の何れにおいても、当該接続面の中心座標における法線の方向と支柱の上側部分を構成する円錐台形状又は当該円錐台の一部形状の中心軸の方向とが一致している三次元造形方法、
（２）粉末層に対するスキージの摺動によって平坦面を形成した後に、当該粉末層をレーザー光又は電子ビームによって焼結する工程を複数回経た後、周囲の切削を行うことによって、造形対象物、当該造形対象物を下側から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている複数個の支柱、当該支柱を下方から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている中間仕切り板、当該仕切り板を下方から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている下側支持部を造形する三次元造形方法において、上側支柱の上側部分が上側となるに従って径が小さくなる円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用している三次元造形方法、
からなる。
基本構成（１）においては、支持構造部を構成する支柱の上側部分が円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を呈することを特徴とし、基本構成（２）においては、支持構造部を構成する上側支柱、中間仕切り板、下側支持部における上側支柱の上側領域が円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を呈していることを特徴としている。
上記形状について説明するに、支柱及び上側支柱と造形対象物の下側面との接続面が水平方向の平坦面の場合には、支柱及び上側支柱の上側部分として円錐台形状を採用することができる。
これに対し、前記接続面が湾曲している場合、又は水平方向に対し斜め方向を形成している場合には、支柱又は上側支柱の上側部分の形状として純然たる円錐台形状を実現することは不可能であって、当該円錐台の一部形状を採用せざるを得ない。
その結果、基本構成（１）及び同（２）においては、「円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用する」ことを要件としている。
このように、支柱及び上側支柱における上側部分として、円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用した場合には、
（ａ）支持構造部を造形対象物が除去する際、他の形状の場合に比し、接続部の面積が小さいことから、効率的な除去を実現することができ、
（ｂ）ハンマーの打撃によって支持構造部を造形対象物から除去する場合には、打撃の方向を任意に選択することができ、
（ｃ）円錐台形状又は当該円錐台の一部形状の場合には、接触面は円形又は楕円形（接触面が平坦形状の場合）又は円形又は楕円を多少変形した場合（接触面が湾曲面の場合）であって、その結果、所定の角度を伴うコーナー領域を形成しないため、たとえ移動中のスキージと接触したとしても、当該移動に殆ど支障を生ぜずに、スキージの円滑な移動に資することができる。
実施例１の構成に対応するフローチャートを示す。 実施例２の構成に対応するフローチャートを示す。 実施例１、２の各フローチャートを実現するＣＡＤ／ＣＡＭシステムに関するブロック図を示す。 基本構成（１）の造形過程を示す側面図であって、（ａ）は、支柱の一部が造形の段階を示し、（ｂ）は、支柱の全て及び造形対象物の一部が造形された段階を示し、（ｃ）は全造形過程が終了した段階を示す。尚、斑点領域は粉末の残存状態を示す。 基本構成（２）のうち、造形対象物の下側面と中間仕切り板の上側面とが鉛直方向において等距離となるような平行状態を形成している実施形態における造形過程を示す側面図であって、（ａ）は、上側支柱の一部、中間仕切り板及び下側支持部の全ての造形が終了した段階を示し、（ｂ）は、上側支柱、中間仕切り板、下側支持部の全て、及び造形対象物の一部の造形が終了した段階を示し、（ｃ）は、造形の全てが終了した段階を示す。尚、斑点領域は粉末の残存状態を示す。 基本構成（２）のうち、造形対象物の下側面と中間仕切り板の上側面とが当該下側面の法線方向において等距離となるような平行状態を形成している実施形態における造形過程を示す側面図であって、（ａ）は、上側支柱の一部、中間仕切り板及び下側支持部の全ての造形が終了した段階を示し、（ｂ）は、上側支柱、中間仕切り板、下側支持部の全て、及び造形対象物の一部の造形が終了した段階を示し、（ｃ）は、造形の全てが終了した段階を示す。尚、斑点領域は粉末の残存状態を示す。 基本構成（２）の下側支持部につき、格子状を採用した実施形態の側面図を示し、（ａ）は、ベースプレートと直交する格子状の場合を示し、（ｂ）は、ベースプレートと斜交する格子状を示す。
基本構成（１）は、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、スキージの摺動によって平坦化した金属粉末層に対する焼結によって、順次下側から支柱２０、更には造形対象物１を焼結及び造形しており、造形が終了した段階では、支柱２０は、ハンマーによる打撃又は回転刃による切除などによって、造形対象物１及び造形室のベースプレート３から除去されることになる。
基本構成（２）においても、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、スキージの摺動によって平坦化した金属粉末層に対する焼結によって、順次下側から下側支持部２２、中間仕切り板２１、上側支柱２０、造形対象物１を焼結及び造形しており、造形が終了した段階では、下側支持部２２、中間仕切り板２１、上側支柱２０は何れもハンマーによる打撃又は回転刃による切除などによって、造形対象物１及び造形室のベースプレート３から除去されることになる。
基本構成（１）の支柱２０及び基本構成（２）の上側支柱２０において、上側部分として接続面に至るまで順次径が小さくなるような円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用することによる効果については、既に説明したとおりである。
前記支柱２０及び前記上側支柱２０については、それぞれ図４（ｂ）、（ｃ）、及び図５（ｂ）、（ｃ）並びに図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、造形対象物１との接続面につき、当該接続面が水平方向だけでなく、当該水平方向と傾斜する方向の場合の何れについても、接続面の中心座標位置における法線方向（前記各図面において、造形対象物１の下側面から上側に延長した実線の直線によって示す。）と円錐台形状又は当該円錐台の一部形状における中心軸の線の方向（前記各図面において、造形対象物１の下側面から下側に延長した一点鎖線による直線によって示す。）とが同一方向である構成を採用することができ、基本構成（１）においては、当該構成は必須の要件に該当し、基本構成（２）においては、当該構成は典型的な実施形態に該当する。
このような構成の場合には、前記のような同一方向を呈しない場合に比し、接続面の面積を小さくすることによって、支柱２０又は上側支柱２０を造形対象物１の下側面の除去を効率的に実現することができる。
基本構成（１）の支柱２０及び基本構成（２）の上側支柱２０は、全領域が円錐台形状又は当該円錐台の一部形状である必要はなく、図４（ｂ）、（ｃ）及び図５（ｂ）、（ｃ）並びに図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、上下方向の中間部分を円柱領域として円柱を採用することができる。
しかも前記各図面に示すように、下側部分については、上側部分と同様に、下側となるに従って径を小さくする円錐台形状を採用し、かつベースプレート３に直交する構成（図４（ｂ）、（ｃ）に示す基本構成（１）の場合）、及び下側となるに従って径を小さくする円錐台形状又は当該円錐台の一部形状（図５（ｂ）、（ｃ）及び図６（ｂ）、（ｃ）に示す基本構成（２）の場合）を採用し、鉛直方向を形成したうえで中間仕切り板２１と交差する構成を採用することもできる。
前記形状を採用した実施形態においては、中間部分における円柱形状によって、造形対象物１の重量を十分な強度を以って支えることができる。
しかも、前記実施形態においては、他の形状に比し、下側の接続部の面積が小さいことから、支柱２０のベースプレート３からの除去（基本構成（１）の場合）及び上側支柱２０の中間仕切り板２１からの除去（基本構成（２）の場合）を効率的に実現することができる。
尚、基本構成（２）の上側支柱の下側部分については、図５（ｂ）、（ｃ）及び図６（ｂ）、（ｃ）に示す実施形態のような鉛直方向ではなく、上側部分の場合と同様に、中間仕切り板２１の接続面の中心座標における法線の方向と、上側支柱の下側部分を構成する円錐台形状又は当該円錐台の一部形状の中心軸の線の方向とが一致するような構成を採用し、接触面積を小さくし、かつ切除の便宜に資するような設計も当然可能である。
基本構成（１）の支柱２０及び基本構成（２）の上側支柱２０と造形対象物１の下側面との接触面は所定の面積を有していることから、粉末として金属粉末を採用した場合には、当該接触面を介して焼結において発生した熱を支柱２０及び上側支柱２０を介して放散することができる。
但し、基本構成（１）及び（２）における粉末は、金属粉末に限定される訳ではない。
基本構成（１）の場合には、中間仕切り板２１を設ける必要がなく、しかも図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ベースプレート３に対し支柱２０を直交させる設計によってシンプルな構成を実現することができる。
但し、造形対象物１の下側面は、決して平坦面ではなく、殆ど大抵の場合起伏状態を呈している。
このような場合、基本構成（１）においては、支柱２０の上下方向幅を変化させることを必要とするが、効率的な設計を実現するためには、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す形状の実施形態を採用したうえで、上側の円錐台形状又は当該円錐台の一部形状及び下側の円錐台形状については、全支柱２０につき均一に設計し、中間部分における円柱形状の領域については、上下方向の長さ寸法を随時変化させることによって効率的な設計を実現することができる。
基本構成（２）においては、中間仕切り板２１及び下側支持部２２を設ける点において、一見煩雑であるが如くである。
しかしながら、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、中間仕切り板２１の下側面につき、ベースプレート３を平行状態とするために平坦面とすること、及び／又は上側面につき、造形対象物１の下側面と鉛直方向（上下方向）において等距離となるような平行状態を形成することによって、上側支柱２０及び／又は下側支持部２２につき、上下方向に同一寸法とするようなシンプルな設計を実現することができる。
更には、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、中間仕切り板２１の下側面につき、ベースプレート３を平行状態とするために平坦面とすること、及び／又は上側面につき、造形対象物１の下側面と当該下側面の法線方向において等距離となるような平行状態を形成することによって、上側支柱２０及び下側支持部２２につき、全て同一形状とするようなシンプルな設計を実現することができる。
図５及び図６に示すシンプルな設計の場合には、造形対象物１及び中間仕切り板２１からの除去に際し均一な程度によるハンマーの打撃という効率的な作業を実現することができる。
中間仕切り板２１の下側面は、通常図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、水平方向の平坦面を採用するが、上記下側面とベースプレート３との間に介在する下側支持部２２につき、下側支持部２２として、上側部分が上側となるに従って径を小さくするような円錐台形状を採用し、下側部分が下側となるに従って径を小さくするような円錐台形状を採用し、中間部分が円柱形状を採用する支柱２０であって、当該支柱２０が中間仕切り板２１の下側面及びベースプレート３と直交していることを特徴とする実施形態を採用した場合には、当該下側支持部２２を中間仕切り板２１及びベースプレート３から効率的に除去することができる。
基本構成（２）において、前記実施形態のように、中間仕切り板２１の下側面につき、水平方向の平坦面とした場合には、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、下側支持部２２において、上側部分が中間仕切り板２１の下側面と直交し、下側部分がベースプレート３と直交していることを特徴とすることによって、シンプルな設計を実現することができる。
特に、下側支持部２２の上側部分として、上側となるに従って径を小さくするような円錐台形状を採用し、中間部分として円柱形状を採用し、下側部分として下側となるに従って径を小さくするような円錐台形状を採用していることを特徴とする形状の実施形態の場合には、下側支持部２２につき、発明の効果の項の（ａ）、（ｂ）記載の根拠として、中間仕切り板２１の下側面及びベースプレート３から効率的に下側支持部２２を除去することができる。
基本構成（２）の下側支持部２２は、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、単にベースプレート３と直交するような支柱２０状態だけでなく、図７（ａ）、（ｂ）に示すような格子状を採用することができ、しかも当該格子状としては、図７（ａ）に示すようなベースプレート３と直交する格子状だけでなく、図７（ｂ）に示すように、ベースプレート３と斜交するような格子状も採用することができる。
これらの格子状の設計の場合には、中間仕切り板２１に対する安定した支持の状態を実現することができる。
しかも、例えば図７（ａ）に示すように、下側支持部２２とベースプレート３との接触面積を極端に小さく設計した場合であっても、前記のような安定した支持状態を維持したうえで、下側支持部２２に対し、ハンマーによって強力な打撃を加えた場合には、一挙にベースプレート３から除去することが可能となる。
以下、実施例に従って説明する。
実施例１は、基本構成（１）において、支柱２０の造形におけるレーザー光又は電子ビームによる単位面積当たりの照射量を、造形対象物１の外側表面及びその近傍における単位面積当たりの照射量よりも小さく設定することを特徴としており、照射量の選択を伴う造形プロセスについては、図１のフローチャートに示すとおりである。
上記特徴点によって、支柱２０の造形対象物１及びベースプレート３からの除去を容易かつ効率的に実現することができる。
実施例１の場合には、図３に示すように、ＣＡＤシステム４１によって、造形対象物１及び各支柱２０の形状を設定したうえで、ＣＡＤシステム４１又はＣＡＭシステム４２によって、各造形領域における単位面積当たりの照射量を制御する方法を採用することができる。
実施例２は、基本構成（２）において、上側支柱２０、中間仕切り板２１及び下側支持部２２の造形に対し、レーザー光又は電子ビームによる単位面積当たりの照射量を、造形対象物１の外側表面及びその近傍における単位面積当たりの照射量よりも小さく設定することを特徴としており、照射量の選択を伴う造形プロセスについては、図２のフローチャートに示すとおりである。
実施例２の場合にも、図３に示すように、ＣＡＤシステム４１によって、造形対象物１及び各上側支柱２０、中間仕切り板２１及び各下側支持部２２の形状を設定したうえで、ＣＡＤシステム４１又はＣＡＭシステム４２によって、各造形領域における単位面積当たりの照射量を制御する方法を採用することができる。
基本構成（１）及び同（２）に基づく本願発明は、安定した造形対象物の造形及びスキージの円滑な移動、更には造形終了後の支持構造部の効率的な除去とを実現し得ることから、産業上の利用範囲は絶大である。
１ 造形対象物
２ 支持構造部
２０ 支柱、及び上側支柱
２１ 中間仕切り板
２２ 下側支持部
３ ベースプレート
４ ＣＡＤ／ＣＡＭシステム
４１ ＣＡＤシステム
４２ ＣＡＭシステム
５ 制御部
６ 照射装置

Claims (18)

  1. 粉末層に対するスキージの摺動によって平坦面を形成した後、当該粉末層をレーザー光又は電子ビームの照射によって焼結する工程を所定回数繰り返した後、周囲の切削を行うことによって、造形対象物と当該対象物の下側面を下方から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている複数個の支柱とを造形する三次元造形方法において、支柱の上側部分が上側となるに従って径が小さくなる円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用している三次元造形方法。
  2. 造形対象物と支柱との接続面において、当該接続面が水平方向の場合及び当該水平方向に対し斜方向の場合の何れにおいても、当該接続面の中心座標における法線の方向と支柱の上側部分を構成する円錐台形状又は当該円錐台の一部形状の中心軸の方向とが一致していることを特徴とする請求項１記載の三次元造形方法。
  3. 支柱の中間部分として、円柱形状を採用し、かつ支柱の下側部分が下側となるに従って径を小さくする円錐台形状を採用しており、かつ造形室のベースプレートと直交していることを特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載の三次元造形方法。
  4. 支柱の造形におけるレーザー光又は電子ビームによる単位面積当たりの照射量を、造形対象物の外側表面及びその近傍における単位面積当たりの照射量よりも小さく設定することを特徴とする請求項１、２、３の何れか一項に記載の三次元造形方法。
  5. 造形対象物と支柱との接続面のうち、水平方向の接続面における単位面積当たりの照射量につき、スキージによる摺動を原因とするせん断力に耐え得る程度であって、当該程度を超えないように設定することを特徴とする請求項４記載の三次元造形方法。
  6. ＣＡＤシステムによって、造形対象物及び各支柱の形状を設定したうえで、ＣＡＤシステム又はＣＡＭシステムによって、各造形領域における単位面積当たりの照射量を制御することを特徴とする請求項４、５の何れか一項に記載の三次元造形方法。
  7. 粉末層に対するスキージの摺動によって平坦面を形成した後に、当該粉末層をレーザー光又は電子ビームによって焼結する工程を複数回経た後、周囲の切削を行うことによって、造形対象物、当該造形対象物を下側から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている複数個の支柱、当該支柱を下方から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている中間仕切り板、当該仕切り板を下方から支持し、かつ造形後除去されることが予定されている下側支持部を造形する三次元造形方法において、上側支柱の上側部分が上側となるに従って径が小さくなる円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用している三次元造形方法。
  8. 造形対象物と上側支柱との接続面において、当該接続面が水平方向の場合及び当該水平方向に対し斜方向の場合の何れにおいても、当該接続面の中心座標における法線の方向と上側支柱の上側部分を構成する円錐台形状又は当該円錐台の一部形状の中心軸の方向とが一致していることを特徴とする請求項７記載の三次元造形方法。
  9. 中間仕切り板の上側表面と造形対象物の下側表面とが鉛直方向において等距離となるような平行状態を形成していることを特徴とする請求項７、８の何れか一項に記載の三次元造形方法。
  10. 中間仕切り板の上側表面と造形対象物の下側表面とが、前記下側表面の法線方向において等距離となるような平行状態を形成していることを特徴とする請求項７、８の何れか一項に記載の三次元造形方法。
  11. 上側支柱の中間部分として、円柱形状を採用し、かつ上側支柱の下側部分が下側となるに従って径を小さくする円錐台形状又は当該円錐台の一部形状を採用しており、かつ前記円錐台形状又は当該円錐台の一部形状の中心軸の線が鉛直方向を形成したうえで中間仕切り板と交差していることを特徴とする請求項７、８、９、１０の何れか一項に記載の三次元造形方法。
  12. 中間仕切り板の下側面を水平方向とすることを特徴とする請求項７、８、９、１０、１１の何れか一項に記載の三次元造形方法。
  13. 下側支持部において、上側部分が中間仕切り板の下側面と直交し、下側部分がベースプレートと直交する支柱形状であることを特徴とする請求項１２記載の三次元造形方法。
  14. 下側支持部の上側部分として、上側となるに従って径を小さくするような円錐台形状を採用し、中間部分として円柱形状を採用し、下側部分として下側となるに従って径を小さくするような円錐台形状を採用していることを特徴とする請求項１３記載の三次元造形方法。
  15. 下側支持部が三次元方向にて交差し合う格子構造であることを特徴とする請求項７、８、９、１０、１１、１２の何れか一項に記載の三次元造形方法。
  16. 上側支柱、中間仕切り板及び下側支持部の造形に対し、レーザー光又は電子ビームによる単位面積当たりの照射量を、造形対象物の外側表面及びその近傍における単位面積当たりの照射量よりも小さく設定することを特徴とする請求項７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５の何れか一項に記載の三次元造形方法。
  17. 造形対象物と上側支柱との接続面のうち、水平方向の接続面における単位面積当たりの照射量につき、スキージによる摺動を原因とするせん断力に耐え得る程度であって、当該程度を超えないように設定することを特徴とする請求項１６記載の三次元造形方法。
  18. ＣＡＤシステムによって、造形対象物及び各上側支柱、中間仕切り板及び各下側支持部の形状を設定したうえで、ＣＡＤシステム又はＣＡＭシステムによって、各造形領域における単位面積当たりの照射量を制御することを特徴とする請求項１６、１７の何れか一項に記載の三次元造形方法。
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