JP3601535B1 - Manufacturing method of three-dimensional shaped object - Google Patents
Manufacturing method of three-dimensional shaped object Download PDFInfo
- Publication number
- JP3601535B1 JP3601535B1 JP2003340522A JP2003340522A JP3601535B1 JP 3601535 B1 JP3601535 B1 JP 3601535B1 JP 2003340522 A JP2003340522 A JP 2003340522A JP 2003340522 A JP2003340522 A JP 2003340522A JP 3601535 B1 JP3601535 B1 JP 3601535B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- sintered layer
- sintered
- powder
- light beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 16
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 97
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 41
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 12
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims 1
- 238000007665 sagging Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 173
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
【課題】過剰焼結による問題を少なくする。
【解決手段】無機質あるいは有機質の粉末材料の層10の所定箇所に光ビームLを照射焼結させて焼結層11を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させることで下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う除去工程を複数回の焼結層の作成工程中に挿入して所要の三次元形状造形物の造形を行う。除去工程の挿入で区切られる造形サイクル毎に夫々形成される複数の焼結層Bうちの上層側の焼結層をその水平断面積を下層側の焼結層の水平断面積よりも大として外側に張り出させる。張り出し部分が過剰焼結部の垂れ下がりを防ぐ。もしくは張り出した部分の下側の凹部に過剰焼結部を流れ込ませる。
【選択図】図1
An object of the present invention is to reduce problems caused by excessive sintering.
A sintering layer is formed by irradiating a predetermined portion of a layer of an inorganic or organic powder material with a light beam to form a sintered layer, and a new layer of the powder material is coated on the sintered layer. By irradiating a light beam to a predetermined location to sinter the powder at the corresponding location, a new sintered layer integrated with the lower sintered layer is repeatedly formed, and after forming the sintered layer, A removing step for removing the surface portion and / or unnecessary portion of the formed object up to this point is inserted into a plurality of steps of forming the sintered layer to form a required three-dimensional shaped object. The upper sintered layer of the plurality of sintered layers B formed in each of the molding cycles separated by the insertion of the removing step has a horizontal cross-sectional area larger than the horizontal cross-sectional area of the lower sintered layer. Overhang. The overhang prevents the over-sintered portion from sagging. Alternatively, the excess sintered portion is caused to flow into the concave portion below the overhanging portion.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は粉末材料を光ビームで焼結硬化させることで三次元形状造形物を製造する三次元形状造形物の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensionally shaped object by manufacturing a three-dimensionally shaped object by sintering and hardening a powder material with a light beam.
光造形法として知られている三次元形状造形物の製造方法がある。特許第2620353号(特許文献1)などに示された該製造方法は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結(融着)することで焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して該粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結することで下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成するということを繰り返すことで、複数の焼結層が積層一体化された粉末焼結部品(三次元形状造形物)を作成するものであり、三次元形状造形物の設計データ(CADデータ)であるモデルを所望の層厚みにスライスして生成する各層の断面形状データをもとに光ビームを照射することから、いわゆるCAM装置が無くとも任意形状の三次元形状造形物を製造することができるほか、切削加工などによる製造方法に比して、迅速に所望の形状の造形物を得ることができる。 There is a method of manufacturing a three-dimensionally shaped object known as an optical molding method. The manufacturing method disclosed in Japanese Patent No. 2620353 (Patent Document 1) irradiates a predetermined portion of a layer of an inorganic or organic powder material with a light beam and sinters (fuses) the powder at the corresponding portion. To form a sintered layer, a new layer of powdered material is coated on the sintered layer, and a predetermined portion of the powder layer is irradiated with a light beam to sinter the powder at the corresponding location to form a lower layer. By repeating the process of forming a new sintered layer integrated with the sintered layer, a powder sintered part (three-dimensional shaped object) in which multiple sintered layers are laminated and integrated is created. There is no so-called CAM device because a light beam is radiated based on the cross-sectional shape data of each layer generated by slicing a model, which is design data (CAD data) of a three-dimensional molded object, to a desired layer thickness. Manufactures three-dimensional shaped objects with arbitrary shapes Guests can be collected by, in comparison with the manufacturing process such as by cutting, it is possible to obtain a molded article rapidly desired shape.
ところで、光ビームを照射して焼結硬化させた部分の周囲には伝達された熱が原因となって不要な粉末が付着するものであり、該付着粉末は密度の低い表面層を造形物に形成してしまう。この密度の低い表面層を除去して滑らかな表面の三次元形状造形物を得るために、本出願人は特願2000−306546において、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結層の作成工程中に挿入することを提案した。この場合、焼結層の作成と造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を繰り返し行うことで、ドリル長などの制約を受けることなく表面を仕上げることができる。 By the way, unnecessary powder adheres to the periphery of the portion which is sintered and hardened by irradiating the light beam, and the adhered powder forms a low-density surface layer on a molded article due to the transmitted heat. Will form. In order to remove the low-density surface layer and obtain a three-dimensionally shaped object having a smooth surface, the present applicant disclosed in Japanese Patent Application No. 2000-306546 the surface of a shaped object which had been formed so far after the formation of the sintered layer. It has been proposed to insert the step of removing the part and / or the unnecessary part during the multiple steps of forming the sintered layer. In this case, by repeatedly performing the creation of the sintered layer and the removal of the surface portion and / or unnecessary portions of the modeled object, the surface can be finished without being restricted by a drill length or the like.
ここにおいて、上記除去工程を挿入することを前提とした場合、各焼結層はその大きさ(水平断面積)を本来の値より大きくしておき、除去時に本来の寸法となるようにすることで、滑らかで且つ硬度の高い表面を確実に得ることができるものとなるが、次のような問題が新たに生ずるものとなった。 Here, assuming that the above-described removal step is inserted, the size (horizontal cross-sectional area) of each sintered layer is set to be larger than the original value so that the sintered layer has the original dimensions at the time of removal. Thus, a smooth and high-hardness surface can be reliably obtained, but the following problem newly arises.
すなわち、図16に示すように、除去工程の挿入で区切られる造形サイクル毎に夫々形成されるn層の焼結層からなる焼結層ブロックBに対して、切削工具4等を用いて表面部及びまたは不要部分の除去を行い、次いでn層の焼結層ブロックB+1を形成する時、下層の切削除去済みの焼結層ブロックBの外壁面に周囲の余分な粉末が過剰焼結して、つららの様に付着する。そして、この過剰焼結部17はその上の焼結層ブロックB+1に対する切削工具4等を用いた除去工程では除去されずに残ってしまうために、出来上がった三次元形状の造形物の外面には過剰焼結部17による凸凹が生じてしまう。
That is, as shown in FIG. 16, a
もちろん、上記除去工程に際して下層の焼結層ブロックBの上部外周に生じている過剰焼結部17も除去してしまうことで対処することができるが、この場合、除去加工範囲が多くなり、除去工程に要する時間が増加してしまうとともに、各焼結層ブロック毎に時間の増加が生じることから、全体としてはかなりの時間増となってしまう。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは過剰焼結による問題を少なくすることができる三次元形状造形物の製造方法を提供するにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a three-dimensionally shaped object that can reduce problems caused by excessive sintering.
しかして請求項1の発明は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させることで下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う除去工程を複数回の焼結層の作成工程中に挿入して所要の三次元形状造形物の造形を行うにあたり、除去工程の挿入で区切られる造形サイクル毎に夫々形成される複数の焼結層のうちの上層側の焼結層を、その水平断面積を下層側の焼結層の水平断面積よりも大として下層側の焼結層よりも外側に張り出させておき、該張り出し部の不要部分を上記除去工程で除去することに特徴を有している。焼結層ブロックにおける外側に張り出させた上部もしくは上層側の張り出しによって形成される下層外周の凹部で過剰焼結部の垂れ下がりを防ぐようにしたものである。
この時、除去工程の挿入で区切られる造形サイクル毎に夫々形成される複数の焼結層のうち、下層側の焼結層は所定の輪郭から所定量だけ内側にオフセットした輪郭線に囲まれた領域において光ビームの操作を行うことで形成し、上層側の焼結層はその水平断面積を上記の下層側の焼結層の水平断面積よりも大として下層側の焼結層よりも外側に張り出させることが好ましい。
According to the first aspect of the present invention, a predetermined portion of a layer of an inorganic or organic powder material is irradiated with a light beam to sinter the powder at the corresponding portion to form a sintered layer. It repeats forming a new sintered layer integrated with the lower layer by coating a new layer of powder material and irradiating a predetermined location with a light beam and sintering the powder at the corresponding location In addition, the removal step of removing the surface portion and / or unnecessary portion of the shaped object created up to that time after the formation of the sintered layer is inserted into the process of forming the sintered layer a plurality of times to obtain a required three-dimensional shaped object. In performing the shaping, the upper cross-sectional area of the plurality of sintered layers formed in each of the forming cycles separated by the insertion of the removing step is changed to the horizontal cross-sectional area of the lower sintered layer. Contact by flared outward from the lower side of the sintered layer as larger than the cross-sectional area , An unnecessary portion of the projecting portion has a particular feature is removed in the removal step. The over-sintered portion is prevented from sagging in a concave portion on the outer periphery of the lower layer formed by the upper portion or the upper portion of the sintered layer block protruding outward.
At this time, among the plurality of sintered layers formed in each of the molding cycles separated by the insertion of the removing step, the lower sintered layer is surrounded by a contour line offset inward by a predetermined amount from a predetermined contour. The upper sintered layer is formed by performing a light beam operation in the region, and the horizontal cross-sectional area of the upper sintered layer is larger than the horizontal cross-sectional area of the lower sintered layer, and the outer sintered layer is located outside the lower sintered layer. It is preferable to overhang.
また請求項3の発明は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させることで下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結層の作成工程中に挿入して所要の三次元形状造形物の造形を行うにあたり、除去工程の挿入で区切られる造形サイクル毎に夫々形成される複数の焼結層のうちの最上層の焼結層上に除去工程をはさんで次に形成される粉末層に対し、焼結させるべき部分の輪郭をなぞる光ビーム走査を行って熱伝導用の仮焼結部を形成し、この後、上記粉末層の焼結させるべき部分への光ビーム照射を行って焼結層の形成を行うことに特徴を有している。すでに焼結した部分への熱伝導を良くする仮焼結部を輪郭に形成した後に焼結を行うことにより、過剰焼結部が大きくなって垂れ下がりが生じないようにしたものである。
Further, according to the invention of
また請求項4の発明は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させることで下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結層の作成工程中に挿入して所要の三次元形状造形物の造形を行うにあたり、除去工程の挿入で区切られる造形サイクル毎に夫々形成される複数の焼結層のうちの最上層の焼結層上に除去工程をはさんで造形物の断面積より面積が大である薄板を載置するとともに該薄板をそれまでに焼結した部分に固着し、この後、次の造形サイクルに移行するとともに次の除去工程で上記薄板の不要部分を除去することに特徴を有している。薄板が過剰焼結部の垂れ下がりを防ぐようにしたものである。
Further, according to the invention of
さらに請求項5の発明は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させることで下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結層の作成工程中に挿入して所要の三次元形状造形物の造形を行うにあたり、除去工程の直後に造形物表面部に粉末の付着を防ぐ表面処理を行うことに特徴を有している。付着した粉末による過剰焼結部の増大化を防ぐようにしたものである。 Further, according to the invention of claim 5 , a predetermined portion of the layer of the inorganic or organic powder material is irradiated with a light beam to sinter the powder at the corresponding portion to form a sintered layer. Repeating to form a new sintered layer integrated with the lower sintered layer by sintering the powder at the corresponding location by irradiating a light beam to a predetermined place by coating a new layer of material After the formation of the sintered layer, the step of removing the surface portion and / or unnecessary portion of the shaped object created so far is inserted into the process of forming the sintered layer a plurality of times to form a required three-dimensional shaped object. Is characterized in that a surface treatment for preventing powder from adhering to the surface of the modeled object is performed immediately after the removing step. This is to prevent the excessively sintered portion from increasing due to the attached powder.
また請求項6の発明は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させることで下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結層の作成工程中に挿入して所要の三次元形状造形物の造形を行うにあたり、、除去工程の直後に該除去工程に際して造形物の外面と粉末層との間に生じた隙間に造形物に付着しにくい材料を充填することに特徴を有している。充填した材料で垂れ下がった過剰焼結部が生じないようにしたものである。 Further, according to the invention of claim 6 , a predetermined portion of the layer of the inorganic or organic powder material is irradiated with a light beam to sinter the powder at the corresponding portion to form a sintered layer. Repeating to form a new sintered layer integrated with the lower sintered layer by sintering the powder at the corresponding location by irradiating a light beam to a predetermined place by coating a new layer of material After the formation of the sintered layer, the step of removing the surface portion and / or unnecessary portion of the shaped object created so far is inserted into the process of forming the sintered layer a plurality of times to form a required three-dimensional shaped object. In carrying out the method, immediately after the removing step, the gap formed between the outer surface of the modeled object and the powder layer in the removing step is characterized by being filled with a material that does not easily adhere to the modeled object. The sagging excess sintered portion is prevented from being generated by the filled material.
また請求項7の発明は、無機質あるいは有機質の粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させて焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結させることで下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成することを繰り返すとともに、焼結層の形成後にそれまでに作成した造形物の表面部及びまたは不要部分の除去を行う工程を複数回の焼結層の作成工程中に挿入して所要の三次元形状造形物の造形を行うにあたり、除去工程の直後に造形物周囲を被覆するマスク板を配置することに特徴を有している。マスク板で垂れ下がった過剰焼結部の発生を防いだものである。
Further, according to the invention of
本発明においては、焼結層ブロックの上層に形成した外側に張り出させた部分もしくは上層側の張り出しによって形成される下層外周の凹部や、焼結層ブロック上の粉末層に先ず形成した仮焼結部や、焼結層ブロック上に配した薄板や、造形物の外面と粉末層との間に生じた隙間に充填した造形物に付着しにくい材料、あるいは造形物周囲を被覆するマスク板が過剰焼結部の垂れ下がりを防ぐものであり、過剰焼結部の除去のための加工を深くまで行わなくともよいために除去工程に要する時間を短くすることができる。 In the present invention, the sintering layer formed first on the outer layer portion formed on the outer layer of the sintered layer block or on the outer periphery of the lower layer formed by the upper layer projecting, or on the powder layer on the sintered layer block. Bonded parts, thin plates placed on the sintered layer block, materials that do not easily adhere to the formed object filled in the gap created between the outer surface of the formed object and the powder layer, or mask plates that cover the periphery of the formed object This is to prevent the excessively sintered portion from sagging, and it is not necessary to deeply perform the processing for removing the excessively sintered portion, so that the time required for the removing step can be shortened.
図14は光造形による三次元形状造形物の製造装置を示しており、造形用のステージ上、つまり造形タンク25で外周が囲まれた空間内を上下に昇降する昇降テーブル20上に供給した無機質あるいは有機質の粉末材料をスキージング用ブレード21でならすことで所定厚みΔt1の粉末層10を形成する粉末層形成手段2と、レーザー発振器30から出力されたレーザーをガルバノミラー31等のスキャン光学系を介して上記粉末層10に照射することで粉末を焼結して焼結層11を形成する焼結層形成手段3を備えるとともに、上記粉末層形成手段2のベース部にXY駆動機構40を介してミーリングヘッド41を設けた切削除去手段4を備えている。
FIG. 14 shows an apparatus for manufacturing a three-dimensionally shaped object by stereolithography. The inorganic material supplied on a stage for modeling, that is, on an elevating table 20 which moves up and down in a space whose outer periphery is surrounded by a modeling tank 25. Alternatively, a powder layer forming means 2 for forming a
このものにおける三次元形状造形物の製造は、図15を参照して説明すると、昇降テーブル20上面の造形用ベース22表面に粉末材料を供給してブレード21でならすことで第1層目の粉末層10を形成し、この粉末層10の硬化させたい箇所に光ビーム(レーザー)Lを照射して粉末を焼結させてベース22と一体化した焼結層11を形成する。
The production of the three-dimensionally shaped object in this case will be described with reference to FIG. 15. By supplying a powder material to the surface of the
この後、昇降テーブル20を少し下げて再度粉末材料を供給してブレード21でならすことで第2層目の粉末層10を形成し、この粉末層10の硬化させたい箇所に光ビーム(レーザー)Lを照射して粉末を焼結させて下層の焼結層11と一体化した焼結層11を形成するものであり、昇降テーブル20を下降させて新たな粉末層10を形成し、光ビームを照射して所要箇所を焼結層11とする工程を繰り返すことで、目的とする三次元形状造形物を製造する。
Thereafter, the lifting table 20 is slightly lowered, and the powder material is supplied again and leveled by the
光ビームの照射経路は、予め三次元CADモデルのデータから作成しておく。すなわち、従来のものと同様に、三次元CADモデルから生成したSTLデータを等ピッチ(たとえば0.05mm)でスライスした各断面の輪郭形状データを用いる。この時、三次元形状造形物の少なくとも最表面が高密度(気孔率5%以下)となるように焼結させることができるように光ビームの照射を行うのが好ましい。 The irradiation path of the light beam is created in advance from the data of the three-dimensional CAD model. That is, similarly to the conventional one, the contour shape data of each section obtained by slicing the STL data generated from the three-dimensional CAD model at an equal pitch (for example, 0.05 mm) is used. At this time, it is preferable to irradiate the light beam so that at least the outermost surface of the three-dimensionally shaped object can be sintered so as to have a high density (a porosity of 5% or less).
そして、上記粉末層10を形成しては光ビームを照射して焼結層11を形成するということを繰り返していくのであるが、焼結層11の全厚みがたとえば切削除去手段4におけるミーリングヘッド41の工具長さなどから求めた所要の値になれば、いったん切削除去手段4を作動させてそれまでに造形した造形物の表面部(側面を含む)を切削する。たとえば、ミーリングヘッド41の工具(ボールエンドミル)が直径1mm、有効刃長3mmで深さ3mmの切削加工が可能であり、粉末層10の厚みΔt1が0.05mmであるならば、たとえば50層の焼結層11を形成した時点で、切削除去手段4を作動させる。
Then, the process of forming the
切削除去手段4による切削加工により、造形物の表面に付着した粉末による低密度表面層を除去するものであり、この時、高密度部まで削り込むことによって造形物表面に高密度部を全面的に露出させるようにしてもよく、この場合は所望の形状よりも焼結層11が少し大きくなるようにしておく。切削除去手段4による切削加工経路は、光ビームの照射経路と同様に予め三次元CADデータから作成する。そして上記切削除去手段4による切削除去を行った後は、再度粉末層10の形成並びに焼結層11の形成を繰り返す。
The low-density surface layer of the powder adhering to the surface of the modeled object is removed by cutting by the cutting and removing
ここにおいて、本発明においては、上記切削除去手段4による切削除去工程の挿入で区切られる造形サイクル毎に夫々形成される複数の焼結層11からなる焼結層ブロックBを、下層より上層側の方の水平断面積が大で上層側が外側に張り出したものとなるように、各焼結層11での焼結させるエリアを決定している。たとえば図1に示すように上層側ほど漸次大きくなるようにしたり、図2に示すように段を介して大きくなるようにしたりしている。もっとも、図1及び図2は、焼結させるエリアを示しているだけであり、実際には前述のように外周側に過剰焼結部が付随して生じるために、焼結で得た造形物は図示のような形状のものとはならない。
Here, in the present invention, a sintered layer block B composed of a plurality of
なお、このような形状に焼結するにあたっては、光ビームLのスポットのうち、図4(c)に示すように、70〜80%以上の焼結密度ρを得ることができるエネルギー密度Eの範囲をスポット径2Lrとする時、光ビームLのスキャン範囲について各焼結層ブロックBの下端側は、図4(a)に示すように、上記三次元CADモデルM(図3参照)での輪郭から光ビームLのスポット径の半径Lr分だけ内側にオフセットした状態で走査を行い、上端側は図4(b)に示すように、三次元CADモデルMでの輪郭から光ビームLのスポット径の半径Lr分だけ外側にオフセットした状態で走査することで、張り出し部分fを形成することができる。そしてこのように水平断面積が大で外側に張り出している上層部は、この上に形成される焼結層ブロックBからの過剰焼結部の垂れ下がりを防ぐことになる。 In sintering into such a shape, among the spots of the light beam L, as shown in FIG. 4C, the energy density E at which a sintered density ρ of 70 to 80% or more can be obtained. when the range and spot diameter 2LR, the lower end of each sintered layer block B for the scan range of the light beam L, as shown in FIG. 4 (a), in the three-dimensional CAD model M (see FIG. 3) Scanning is performed in a state in which the light beam L is offset inward from the contour by the radius Lr of the spot diameter of the light beam L, and the upper end side is located on the spot of the light beam L from the contour in the three-dimensional CAD model M as shown in FIG. By scanning while being offset outward by the radius Lr of the diameter, the overhang portion f can be formed. The upper layer portion having a large horizontal cross-sectional area and protruding outward prevents the excessively sintered portion from drooping from the sintered layer block B formed thereon.
なお、水平断面積が大で外側に張り出している上部は、次の焼結層ブロックBの焼結形成が終了した時点で、次の焼結層ブロックBの上部の水平断面積が大で張り出した部分を残した状態で過剰焼結部とともに切削除去すればよい。従って、図1及び図2では全焼結層ブロックBの上部が水平断面積大で外側に張り出したものとなっているが、上記の切削除去の手順を踏む場合、最終的には張り出した部分は全て切削除去されてなくなっているものとなる。また、これら図1,図2では前述のように焼結時に生ずる過剰焼結部を示していない。 The upper portion which has a large horizontal cross-sectional area and protrudes outward has a large horizontal cross-sectional area of the upper portion of the next sintered layer block B when the sintering of the next sintered layer block B is completed. What is necessary is just to cut and remove it together with the excess sintering part in a state where the left part is left. Therefore, in FIGS. 1 and 2, the upper portion of the entire sintered layer block B projects outward with a large horizontal cross-sectional area. All are removed by cutting. In addition, FIGS. 1 and 2 do not show an excessively sintered portion generated during sintering as described above.
ところで、張り出した部分は後に切削除去する必要であるが、この張り出した部分は焼結層ブロックBの上層部だけであり、張り出した部分が無くて過剰焼結部の垂れ下がりが焼結層ブロックBの全体にわたる場合と比較して、切削除去の手間は少なくなる。 By the way, the overhanging portion needs to be cut and removed later. However, the overhanging portion is only the upper layer portion of the sintered layer block B, and there is no overhanging portion and the dripping of the excessively sintered portion is caused by the sintering layer block B. As compared with the case where the entirety is removed, the trouble of cutting and removing is reduced.
上記のような張り出し部分の形成は、得ようとする造形物の側面に対して常に行うのではなく、その傾斜角度に応じて行うことが好ましい。図5に示すように、傾斜角度θが所要の角度(たとえば85°)より大である側面(図中のイ、ロ、ハ面)にのみ、張り出し部分の形成を行うこととし、傾斜角度θが上記角度より小さい斜面となっている側面(図中のニ面)に対しては、張り出し部分を形成することなく焼結する。この場合の角度θの判定は、得ようとする造形物のある高さでの水平断面A1と、そこから所定の高さでの水平断面A2とを重ねて、両者の辺間の寸法Pを演算し、この寸法が所定値より小さいか否かで行うようにしてもよい。 The formation of the overhanging portion as described above is not always performed on the side surface of the shaped object to be obtained, but is preferably performed according to the inclination angle. As shown in FIG. 5, the overhanging portion is formed only on the side surface (a, b, and c surfaces in the figure) where the inclination angle θ is larger than a required angle (for example, 85 °). Sintering is performed without forming a protruding portion on the side surface (the two surfaces in the figure) having a slope smaller than the above angle. In this case, the angle θ is determined by superimposing the horizontal section A1 at a certain height of the object to be obtained and the horizontal section A2 at a predetermined height from there, and determining the dimension P between the two sides. A calculation may be performed to determine whether the dimension is smaller than a predetermined value.
焼結時に十分な光エネルギーを送ることで過剰焼結部の密度を三次元造形物に求める表面密度とすることができる場合には、図6に示すように、各焼結層ブロックBにおける下層側の焼結対象エリアを三次元CADモデルMの範囲より狭めて、各焼結層ブロックBにおける上層側が相対的に外に張り出すようにしてもよい。つまり、焼結層ブロックB内の複数の焼結層11を漸次形成していく時、本来の焼結エリアを取り巻くように発生してしまうとともに焼結層11を積み重ねるに連れて成長していく過剰焼結部17が、焼結層11の下層部外周の凹となっている部分を埋めてしまうようにするのである。
In the case where the density of the over-sintered portion can be made the surface density required for the three-dimensional structure by transmitting sufficient light energy during sintering, as shown in FIG. The sintering target area on the side may be narrower than the range of the three-dimensional CAD model M, so that the upper layer side of each sintered layer block B relatively protrudes outward. That is, when the plurality of
この場合、過剰焼結部17は上記凹となっている部分に大半が形成され、一部が三次元CADモデルMの範囲よりはみ出すだけとなる上に、下層側の既に切削除去がなされた焼結層ブロックBの外周に垂れ下がることは殆どなく、このために切削除去の手間を大きく削減することができる。
In this case, most of the
図7に他例を示す。ここでは切削除去工程の挿入で区切られる造形サイクル毎に夫々形成される焼結層ブロックBに対する切削除去がなされた後の次の粉末層10の所要箇所を焼結するにあたり、まず焼結させるべき部分の外周縁や内周縁といった輪郭線に沿って光ビームL’を走査して、輪郭線に沿ったごく小さな過剰焼結部である仮焼結部18を形成する。次いで、仮焼結部18で囲まれた焼結させるべきエリアに光ビームLを照射して焼結させることで焼結層11を形成する。ここで、仮焼結部18を形成するための光ビームL’は、通常焼結用の光ビームLよりもエネルギーを小さくしたり高速で走査したりすることで、焼結度合いは小さくしておく。
FIG. 7 shows another example. Here, in sintering a required portion of the
輪郭に沿って形成した仮焼結部18(ごく小さな過剰焼結部17)は、焼結のための光ビームLの照射に際し、光ビームLからの熱Hをすでに形成してある焼結層ブロックBに逃がすために、過剰焼結部17が大きく成長して下層の焼結層ブロックBの外面に垂れ下がることを防ぐ。
The temporary sintering portion 18 (small excessive sintering portion 17) formed along the contour forms a sintered layer in which heat H from the light beam L has already been formed upon irradiation of the light beam L for sintering. In order to escape to the block B, the
図8及び図9に他の実施形態の一例を示す。ここでは焼結層ブロックBに対する切削除去手段4による切削除去工程の後に、鉄板である薄板7を載置して焼結層ブロックBと上記切削除去工程の際に工具の通過跡として生じた外周の溝19とを薄板7で覆い、次いで上記切削除去のための工具を利用して薄板7とその下方に位置する焼結層ブロックBとに孔70を明け、この孔70に粉末材料を充填してこれに光ビームLを照射することで焼結させて薄板7と焼結層ブロックBとを固着させる。
8 and 9 show an example of another embodiment. Here, after the cutting and removing step by the cutting and removing
この後、次の造形サイクルに移行して粉末層10の形成とその所要箇所の焼結による焼結層11との形成を行う。この時、薄板7が上記溝19を覆っているために、過剰焼結部が垂れ下がってしまうことはない。そして、次の切削除去手段4による切削除去工程に際しては上記薄板7の不要箇所も切削除去する。
After that, the process proceeds to the next molding cycle to form the
このほか、図10に示すように、焼結層ブロックBに対する切削除去手段4による切削除去の際に工具の通過跡として生じた外周の溝19に、粉末の付着を防ぐ表面処理を行うようにしてもよい。この表面処理としては、例えば空気または酸素Aを吹き付けながら光ビームLaを照射して焼結層ブロックBの上部壁面に酸化膜を形成する。このような表面処理によって粉末が付着しにくくなっていると、付着している粉末による過剰焼結部17の増大化が無いために過剰焼結部17が小さくなるものであり、また既に形成されている焼結層ブロックBに対し、過剰焼結部17が剥離しやすいものとなるために、次の切削除去工程時に過剰焼結部17も除去されてしまうものである。
In addition, as shown in FIG. 10, a surface treatment for preventing the powder from being attached to the outer
また、図11に示すように、切削除去の際に工具の通過跡として生じた溝19に焼結層ブロックB(焼結層11)と接着しにくい材料C、たとえばセラミック粉末を充填し、この後、次の焼結層11の形成を行うようにしてもよい。過剰焼結部17が生じて垂れ下がろうとしても材料Cがこれを防ぐために、下層の焼結層ブロック11の外周に過剰焼結部17が生じることはない。
Further, as shown in FIG. 11, the
上記材料Cは図12に示すように、XY駆動機構(切削除去手段4におけるXY駆動機構40を利用することができる)に取り付けたディスペンサ8で溝19への充填を行うことができる。
As shown in FIG. 12, the material C can be filled in the
また図13に示すように、切削除去手段4による切削除去を行った直後に、それまでに形成した造形物(焼結層ブロックB)の平面形状と同じ形の開口部を備えたマスク板Mを被せ、この状態で次の粉末層10の形成並びに焼結層11の形成を行うようにしてもよい。マスク板Mが過剰焼結部17が垂れ下がってしまうことを防ぐ。
As shown in FIG. 13, immediately after the cutting and removing by the cutting and removing
なお、無機質の粉末材料としては、特開2001−152204号公報に示されている鉄系粉末を好適に用いることができ、有機質の粉末材料としては、ナイロン、ABS等を主成分とした熱可塑性樹脂を好適に用いることができる。 In addition, as an inorganic powder material, an iron-based powder disclosed in JP-A-2001-152204 can be preferably used, and as an organic powder material, a thermoplastic resin mainly composed of nylon, ABS, or the like is used. Resin can be suitably used.
B 焼結層ブロック
10 粉末層
11 焼結層
B sintered
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003340522A JP3601535B1 (en) | 2002-09-30 | 2003-09-30 | Manufacturing method of three-dimensional shaped object |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002287766 | 2002-09-30 | ||
JP2003281262 | 2003-07-28 | ||
JP2003340522A JP3601535B1 (en) | 2002-09-30 | 2003-09-30 | Manufacturing method of three-dimensional shaped object |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3601535B1 true JP3601535B1 (en) | 2004-12-15 |
JP2005059574A JP2005059574A (en) | 2005-03-10 |
Family
ID=34068865
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003340522A Expired - Lifetime JP3601535B1 (en) | 2002-09-30 | 2003-09-30 | Manufacturing method of three-dimensional shaped object |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3601535B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103171151A (en) * | 2013-03-24 | 2013-06-26 | 韩少卿 | Three-dimensional (3D) printing forming method and device |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112013003063T5 (en) * | 2012-03-09 | 2015-03-19 | Panasonic Corporation | Method for producing a three-dimensional shaped object |
JP2015136753A (en) * | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 日立金属株式会社 | Porous sinter plate, vacuum suction pad using the same, and production method of porous sinter plate |
JP2023083047A (en) * | 2021-12-03 | 2023-06-15 | 株式会社神戸製鋼所 | Additive manufacturing method and additive manufacturing device |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3446618B2 (en) * | 1998-08-26 | 2003-09-16 | 松下電工株式会社 | Surface finishing method for metal powder sintered parts |
JP3943315B2 (en) * | 2000-07-24 | 2007-07-11 | 松下電工株式会社 | Manufacturing method of three-dimensional shaped object |
JP3405357B1 (en) * | 2002-04-23 | 2003-05-12 | 松下電工株式会社 | Manufacturing method of metal powder sintered parts |
-
2003
- 2003-09-30 JP JP2003340522A patent/JP3601535B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103171151A (en) * | 2013-03-24 | 2013-06-26 | 韩少卿 | Three-dimensional (3D) printing forming method and device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005059574A (en) | 2005-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100574268B1 (en) | Method of manufacturing a three dimensional object | |
JP3446733B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing three-dimensional shaped object | |
JP5584019B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object obtained therefrom | |
JP5250338B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object, manufacturing apparatus thereof, and three-dimensional shaped object | |
US9902113B2 (en) | Method for manufacturing three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object | |
US7172724B2 (en) | Method of making sintered object | |
JP4487636B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
CN107848212B (en) | Method for manufacturing three-dimensional shaped object | |
JP4655063B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP2017137563A (en) | Manufacturing method of three-dimensional shape molded article | |
JP2010100884A (en) | Method for producing three-dimensionally shaped object | |
JP5456400B2 (en) | Manufacturing apparatus and manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP3599054B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP4867790B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP2004122490A (en) | Method for manufacturing three-dimensionally shaped article | |
JP5588925B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP3601535B1 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP3433745B2 (en) | Manufacturing method and manufacturing apparatus for three-dimensional shaped object | |
JP6857861B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP6192677B2 (en) | Additive manufacturing method and additive manufacturing apparatus | |
JP2010065259A (en) | Method for producing three-dimensionally shaped object | |
Ang et al. | Study of trapped material in rapid prototyping parts | |
JP6817561B2 (en) | Manufacturing method of 3D shaped object | |
TWI239888B (en) | Method of making three-dimensional object | |
JP2005097692A (en) | Method for manufacturing three-dimensionally shaped article and apparatus for the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040831 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040913 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 3601535 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071001 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081001 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081001 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091001 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091001 Year of fee payment: 5 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091001 Year of fee payment: 5 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101001 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101001 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111001 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111001 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121001 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131001 Year of fee payment: 9 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |