JP5588925B2 - 三次元形状造形物の製造方法 - Google Patents
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Description
(i)造形プレート上に形成した粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
を繰り返して行い、
粉末層の形成は、造形テーブルとスキージング・ブレードとの間隔を相対的に広げた後、スキージング・ブレードを造形テーブル上にてスライド移動させることにより行っており、各粉末層の厚さを一定にするために、造形テーブル下降変位幅又は前記スキージング・ブレードの上昇変位幅を変えることを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法が提供される。
まず、本発明の製造方法の前提となる粉末焼結積層法について説明する。説明の便宜上、材料粉末タンクから材料粉末を供給し、スキージング・ブレードを用いて材料粉末を均して粉末層を形成する態様を前提として粉末焼結積層法を説明する。また、粉末焼結積層法に際しては造形物の切削加工をも併せて行う複合加工の態様を例に挙げて説明する(つまり、図2(b)ではなく図2(a)に表す態様を前提とする。尚、本発明では、複合加工するための切削機構が光造形複合加工機に必ずしも備わっている必要はない点付言しておく)。1,3および4には、粉末焼結積層法と切削加工とを実施できる光造形複合加工機の機能および構成が示されている。光造形複合加工機1は、「金属粉末および樹脂粉末などの粉末を所定の厚みで敷くことによって粉末層を形成する粉末層形成手段2」と「外周が壁27で囲まれた造形タンク29内において上下に昇降する造形テーブル20」と「造形テーブル20上に配され造形物の土台となる造形プレート21」と「光ビームLを任意の位置に照射する光ビーム照射手段3」と「造形物の周囲を削る切削手段4」とを主として備えている。粉末層形成手段2は、図1に示すように、「外周が壁26で囲まれた材料粉末タンク28内において上下に昇降する粉末テーブル25」と「造形プレート上に粉末層22を形成するためのスキージング・ブレード23」とを主として有して成る。光ビーム照射手段3は、図3および図4に示すように、「光ビームLを発する光ビーム発振器30」と「光ビームLを粉末層22の上にスキャニング(走査)するガルバノミラー31(スキャン光学系)」とを主として有して成る。必要に応じて、光ビーム照射手段3には、光ビームスポットの形状を補正するビーム形状補正手段(例えば一対のシリンドリカルレンズと、かかるレンズを光ビームの軸線回りに回転させる回転駆動機構とを有して成る手段)やfθレンズなどが具備されている。切削手段4は、「造形物の周囲を削るミーリングヘッド40」と「ミーリングヘッド40を切削箇所へと移動させるXY駆動機構41(41a,41b)」とを主として有して成る(図3および図4参照)。
本発明は、上述した粉末焼結積層法のなかでも、粉末層の形成態様に特徴を有している。具体的には、図7〜図9に示すように、各粉末層の厚みを相互に一定にすべく粉末供給厚みを変える(“粉末供給厚み”については図9を参照のこと)。これは、粉末層に空隙が存在しているところ、光ビーム照射のメルティングによる固化層形成に際しては厚みが減じられるといった現象(沈み込み現象)に鑑みている。特に、本発明においては、主に“粉末層のかさ密度”と“沈み込み量”との間に相関があることを見出しており、かかる相関関係に着目している。
2 粉末層形成手段
3 光ビーム照射手段
4 切削手段
19 粉末/粉末層(例えば金属粉末/金属粉末層または樹脂粉末/樹脂粉末層)
20 造形テーブル
21 造形プレート
22 粉末層(例えば金属粉末層または樹脂粉末層)
23 スキージング用ブレード
24 固化層(例えば焼結層または硬化層)またはそれから得られる三次元形状造形物
25 粉末テーブル
26 粉末材料タンクの壁部分
27 造形タンクの壁部分
28 粉末材料タンク
29 造形タンク
30 光ビーム発振器
31 ガルバノミラー
32 反射ミラー
33 集光レンズ
40 ミーリングヘッド
41 XY駆動機構
41a X軸駆動部
41b Y軸駆動部
42 ツールマガジン
50 チャンバー
52 光透過窓
L 光ビーム
Claims (7)
- (i)造形プレート上に形成した粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
粉末層の形成は、造形テーブルとスキージング・ブレードとの間隔を相対的に広げた後、スキージング・ブレードを造形テーブル上にてスライド移動させることにより行っており、各粉末層の厚さを一定にするために、前記造形テーブル下降変位幅又は前記スキージング・ブレードの上昇変位幅を変えることを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。 - 粉末層形成のために供される粉末量につき、第1層目のための粉末供給量が第2層目以降の各粉末層のための粉末供給量よりも多いことを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記第2層目以降の各粉末層形成のための前記造形テーブル下降変位幅又は前記スキージング・ブレードの上昇変位幅は、第1層目で固化された固化層の高さ分に相当することを特徴とする、請求項2に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- (i)造形プレート上に形成した粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
粉末層の形成は、造形テーブルを下降変位させた後又はスキージング・ブレードを上昇変位させた後、スキージング・ブレードを造形テーブル上にてスライド移動させることにより行っており、
前記粉末層の厚みを相互に一定にするために、「第2層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」を「第1層目の粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」とは異なるように変更する、あるいは、「第2層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」を「第1層目の粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」とは異なるように変更することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。 - 「第2層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」を「第1層目の粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」よりも小さくする、あるいは、「第2層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」を「第1層目の粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」よりも小さくすることを特徴とする、請求項4に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 「第2層目以降の各粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」と「第1層目の粉末層を形成するための造形テーブルの下降変位幅」との差、あるいは、「第2層目以降の各粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」と「第1層目の粉末層を形成するためのスキージング・ブレードの上昇変位幅」との差は、三次元形状造形物製造に際して形成される粉末層のかさ密度に基づいて導出されることを特徴とする、請求項4または5に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記導出に際しては、粉末層のかさ密度と共に、粉末層の層厚さおよび該粉末層から得られる固化層の層厚さ(光ビームの照射により得られるメルティング層の厚さ)が用いられることを特徴とする、請求項6に記載の三次元形状造形物の製造方法。
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