JP5599957B2

JP5599957B2 - 三次元形状造形物の製造方法

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Publication number: JP5599957B2
Application number: JP2014503486A
Authority: JP
Inventors: 諭阿部; 徳雄吉田; 喜万東
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2033-03-06
Also published as: KR20140116496A; WO2013132840A1; US9687911B2; DE112013003063T5; JPWO2013132840A1; CN104159724A; CN104159724B; KR101648442B1; US20150017055A1

Description

本発明は、三次元形状造形物の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、粉末層の所定箇所に光ビームを照射して固化層を形成することを繰り返し実施することによって複数の固化層が積層一体化した三次元形状造形物を製造する方法に関する。

従来より、粉末材料に光ビームを照射して三次元形状造形物を製造する方法（一般的には「粉末焼結積層法」と称される）が知られている。かかる方法では、「（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射することよって、かかる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し、（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を敷いて同様に光ビームを照射して更に固化層を形成する」といったことを繰り返して三次元形状造形物を製造している（特許文献１または特許文献２参照）。粉末材料として金属粉末やセラミック粉末などの無機質の粉末材料を用いた場合では、得られた三次元形状造形物を金型として用いることができる。一方、樹脂粉末やプラスチック粉末などの有機質の粉末材料を用いた場合では、得られた三次元形状造形物をモデルとして用いることができる。このような製造技術によれば、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することが可能である。

粉末材料として金属粉末を用い、得られる三次元形状造形物を金型として用いる場合を例にとる。図１に示すように、まず、所定の厚みｔ１の粉末層２２を造形プレート２１上に形成した後（図１（ａ）参照）、光ビームを粉末層２２の所定箇所に照射して、造形プレート２１上において固化層２４を形成する。そして、形成された固化層２４の上に新たな粉末層２２を敷いて再度光ビームを照射して新たな固化層を形成する。このように固化層を繰り返し形成すると、複数の固化層２４が積層一体化した三次元形状造形物を得ることができる（図１（ｂ）参照）。最下層に相当する固化層は造形プレート面に接着した状態で形成され得るので、三次元形状造形物と造形プレートとは相互に一体化した状態となり、そのまま金型として用いることができる。

特表平１−５０２８９０号公報特開２０００−７３１０８号公報

粉末焼結積層法において、本願発明者らは“隣接する両側に未照射部分を有する粉末層領域”に対して光ビームを照射すると、その照射部分が比較的大きく盛り上がり、結果的に固化部が局所的に隆起したような形態となる現象を見出した（図１４参照）。特定の理論に拘束されるわけではないが、光ビームの照射部分が隣接する両側の粉末を巻き込んで溶融し、表面張力などと相俟って凝集作用が局所的に生じることが要因の１つとして考えられる。

換言すれば、本願発明者らは、同一の光ビーム照射条件で順次走査を繰り返して固化層の形成を行うと、図１５に示すように、相対的に大きく盛り上がった局所的な固化部（以後にて「隆起固化部」とも称する）が形成されてしまうことを見出した。かかる場合、次の層の粉末供給時にスキージング・ブレードが“隆起固化部”に衝突してしまい、所望の粉末層を形成できないといった不具合が懸念される。また、仮に粉末層を形成できたとしても、“隆起固化部”に起因して粉末層厚みに局所的変化が生じてしまう不具合も懸念される。

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の課題は、その後の粉末層形成までを見据えた好適な固化層形成を行うことができる「三次元形状造形物の製造方法」を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明では、
（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記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、その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
を含み、該工程（ｉｉ）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、
「隣接する両側に未照射部分を有する照射パス」は「隣接する領域に既照射部分を有する照射パス」と異なる光ビーム条件にす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。

本発明では例えば、「隣接する両側に未照射部分を有する照射パス」の光ビームの照射エネルギーを「隣接する領域に既照射部分を有する照射パス」の光ビームの照射エネルギーよりも小さくしてよい。また、例えば「隣接する両側に未照射部分を有する照射パス」の光ビームの照射パワーを「隣接する領域に既照射部分を有する照射パス」の光ビームの照射パワーよりも小さくしてもよい。

ある好適な態様では、各粉末層における少なくとも第１本目の照射パスは、その各粉末層の他の照射パスとは異なる光ビーム条件にする。

別のある好適な態様では、各粉末層における各々の照射パスを「隣接する両側に未照射部分を有するサブ照射パスＡ」と「隣接する領域に既照射部分を有するサブ照射パスＢ」とに分け、サブ照射パスＡとサブ照射パスＢとの間で光ビーム条件を変えたものにする。

更に別のある好適な態様において、第１本目の照射パスを「粉末層の造形物形成領域の輪郭に沿ったパス」とする一方、第２本目以降の照射パスを「上記輪郭よりも内側において先行の照射パスに隣接するパス」とする場合、第１本目の照射パスにおける光ビームの照射エネルギーを第２本目以降の照射パスにおける光ビームの照射エネルギーよりも小さくするか、あるいは、第１本目の照射パスにおける光ビームの照射パワーを第２本目以降の照射パスにおける光ビームの照射パワーよりも小さくする。

「隣接する両側に未照射部分を有する照射パス」と「隣接する領域に既照射部分を有する照射パス」との間で光ビーム条件を変えると、“隆起固化部”の形成を軽減することができる。それゆえ、本発明では“隆起固化部”に起因した従来技術における不具合を回避することができる。その結果、例えば『粉末供給時にスキージング・ブレードが“隆起固化部”に衝突してしまい、所望の粉末層を形成できない不具合』を回避することができる。また、『次に形成される粉末層の厚みが“隆起固化部”に起因して局所的に変わってしまう不具合』も回避することができる。

つまり、順次に繰り返される光ビームの走査によって固化層形成を実施したとしても、その各々の走査で形成される局所的固化部はそれぞれ略均一な厚さとなる。それゆえに、全体としてみた場合により均一な固化層が得られることになる（図８参照）。より均一な固化層が得られると、その次に行う「スキージング・ブレードのスライド移動による粉末層形成」を好適に実施することができ、かつ、それにより形成される粉末層の厚さを略一定にすることができる（粉末層厚さがより一定になると、かかる粉末層から得られる固化層につき固化密度の均一性などを確保し易くなる）。

このように、本発明に従って固化層を形成すれば、以降の粉末層形成を好適に実施でき、最終的には所望品質の三次元形状造形物を効率的に得ることができる。

光造形複合加工機の動作を模式的に示した断面図光造形（粉末焼結積層法）を実施するための装置を模式的に示した斜視図（図２（ａ）：切削機構を備えた複合装置、図２（ｂ）：切削機構を備えていない装置）粉末焼結積層法が行われる態様を模式的に示した斜視図粉末焼結積層法を実施できる光造形複合加工機の構成を模式的に示した斜視図光造形複合加工機の動作のフローチャート光造形複合加工プロセスを経時的に示した模式図本発明の概念を模式的に表した図（図７（ａ）：“隣接する両側に未照射部分を有する照射パス”における光ビーム照射、図７（ｂ）：“隣接する領域に既照射部分を有する照射パス”における光ビーム照射）本発明に従って形成された「全体厚さが略均一な固化層」について説明するための模式図複数の照射パスが相互に隣接するように順次走査を繰り返して固化層を形成する態様を模式的に表した図第１本目の照射パスの照射エネルギーE_１を、第２本目以降の照射パスの照射エネルギーE_2,3,4,…より小さくする態様を模式的に表した図「照射エネルギーEが同一であっても照射パワーPを小さくすることにより“隆起固化部”の形成を抑えることができる」ことを説明するためのグラフ図各粉末層における個々の照射パスを「隣接する両側に未照射部分を有するサブ照射パス」と「隣接する領域に既照射部分を有するサブ照射パス」とに分ける態様を説明するための図第１本目の照射パスを“粉末層の造形物形成領域の輪郭に沿ったパス”とする一方、第２本目以降の照射パスを“上記輪郭よりも内側において先行の照射パスに隣接するパス”とする走査態様を説明するための図 “隣接する両側に未照射部分を有する粉末層領域”に光ビームを照射すると、その照射部分が比較的大きく盛り上がって局所的に隆起した固化部が形成される態様を説明するための図（従来技術）同一の光ビーム照射条件で順次走査を繰り返して固化層の形成を行った場合に“隆起固化部”が局所的に形成され得る態様を説明するための図（従来技術）

以下では、図面を参照して本発明をより詳細に説明する（図面における寸法関係は、あくまでも例示であって、実際の寸法関係を反映するものではない）。

本明細書において「粉末層」とは、例えば「金属粉末から成る金属粉末層」または「樹脂粉末から成る樹脂粉末層」などを指している。また「粉末層の所定箇所」とは、製造される三次元形状造形物の領域を実質的に意味している。従って、かかる所定箇所に存在する粉末に対して光ビームを照射することによって、その粉末が焼結又は溶融固化して三次元形状造形物の形状を構成することになる。更に「固化層」とは、粉末層が金属粉末層である場合には「焼結層」を実質的に意味しており、粉末層が樹脂粉末層である場合には「硬化層」を実質的に意味している。

［粉末焼結積層法］
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）。図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）。

光造形複合加工機１の動作を図１、図５および図６を参照して詳述する。図５は、光造形複合加工機の一般的な動作フローを示しており、図６は、光造形複合加工プロセスを模式的に簡易に示している。

光造形複合加工機の動作は、粉末層２２を形成する粉末層形成ステップ（Ｓ１）と、粉末層２２に光ビームＬを照射して固化層２４を形成する固化層形成ステップ（Ｓ２）と、造形物の表面を切削する切削ステップ（Ｓ３）とから主に構成されている。粉末層形成ステップ（Ｓ１）では、最初に造形テーブル２０をΔｔ１下げる（Ｓ１１）。次いで、粉末テーブル２５をΔｔ１上げる。そして、図１（ａ）に示すように、スキージング・ブレード２３を、矢印Ａ方向に移動させ、粉末テーブル２５に配されていた粉末（例えば「平均粒径５μｍ〜１００μｍ程度の鉄粉」または「平均粒径３０μｍ〜１００μｍ程度のナイロン、ポリプロピレン、ＡＢＳ等の粉末」）を造形プレート２１上へと移送させつつ（Ｓ１２）、所定厚みΔｔ１に均して粉末層２２を形成する（Ｓ１３）。次に、固化層形成ステップ（Ｓ２）に移行する。固化層形成ステップ（Ｓ２）では、光ビーム発振器３０から光ビームＬ（例えば炭酸ガスレーザ（５００Ｗ程度）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（５００Ｗ程度）、ファイバレーザ（５００Ｗ程度）または紫外線など）を発し（Ｓ２１）、光ビームＬをガルバノミラー３１によって粉末層２２上の任意の位置にスキャニングし（Ｓ２２）、粉末を溶融させ、固化させて造形プレート２１と一体化した固化層２４を形成する（Ｓ２３）。光ビームは、空気中を伝達させることに限定されず、光ファイバーなどで伝送させてもよい。

固化層２４の厚みがミーリングヘッド４０の工具長さ等から求めた所定厚みになるまで粉末層形成ステップ（Ｓ１）と固化層形成ステップ（Ｓ２）とを繰り返し、固化層２４を積層する（図１（ｂ）参照）。尚、新たに積層される固化層は、焼結又は溶融固化に際して、既に形成された下層を成す固化層と一体化することになる。

積層した固化層２４の厚みが所定の厚みになると、切削ステップ（Ｓ３）へと移行する。図１および図６に示すような態様ではミーリングヘッド４０を駆動させることによって切削ステップの実施を開始している（Ｓ３１）。例えば、ミーリングヘッド４０の工具（ボールエンドミル）が直径１ｍｍ、有効刃長さ３ｍｍである場合、深さ３ｍｍの切削加工ができるので、Δｔ１が０．０５ｍｍであれば、６０層の固化層を形成した時点でミーリングヘッド４０を駆動させる。ＸＹ駆動機構４１（４１ａ，４１ｂ）によってミーリングヘッド４０を矢印Ｘ及び矢印Ｙ方向に移動させ、積層した固化層２４から成る造形物の表面を切削加工する（Ｓ３２）。そして、三次元形状造形物の製造が依然終了していない場合では、粉末層形成ステップ（Ｓ１）へ戻ることになる。以後、Ｓ１乃至Ｓ３を繰り返して更なる固化層２４を積層することによって、三次元形状造形物の製造を行う（図６参照）。

固化層形成ステップ（Ｓ２）における光ビームＬの照射経路と、切削ステップ（Ｓ３）における切削加工経路とは、予め三次元ＣＡＤデータから作成しておく。この時、等高線加工を適用して加工経路を決定する。例えば、固化層形成ステップ（Ｓ２）では、三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬデータを等ピッチ（例えばΔｔ１を０．０５ｍｍとした場合では０．０５ｍｍピッチ）でスライスした各断面の輪郭形状データを用いる。

［本発明の製造方法］
本発明は、上述した粉末焼結積層法のなかでも、固化層の形成態様（特に“光ビームの照射条件”）に特徴を有している。具体的には、本発明では、隣接する両側に未照射部分を有する照射パス（図７（ａ）参照）を、隣接する領域に既照射部分を有する照射パス（図７（ｂ）参照）とは異なる光ビーム条件にする。

本発明にいう「隣接する両側に未照射部分を有する照射パス」とは、光ビームの走査パスのうち、“光ビーム照射が施されていない粉末領域”をその両側の隣接領域に有する走査パスのことを意味している（図７（ａ）参照）。つまり、隣接する両サイド（左右の隣接領域）が共に粉末状態となっている走査パスを意味している。一方、「隣接する領域に既照射部分を有する照射パス」とは、光ビームの走査パスのうち、固化部（光ビーム照射が既に施されることにより形成された固化部）をその少なくとも一方の片側の隣接領域に有する走査パスのことを意味している（図７（ｂ）参照）。つまり、隣接する片サイドまたは両サイドが“既に光ビーム照射が施されることで形成された固化部”となっている走査パスを意味している。

このように、本発明においては、光ビームの走査パスが「隣接する両側に未照射部分を有する照射パス」であるものか、あるいは、「隣接する領域に既照射部分を有する照射パス」であるものかを判断し、それらを区別して扱っている。

より具体的な態様でいうと、本発明では「隣接する両側に未照射部分を有する照射パスL」における光ビームの照射エネルギーを「隣接する領域に既照射部分を有する照射パスL’」における光ビームの照射エネルギーよりも小さくすることが好ましい。これによって、「“隆起固化部”の形成（図１４および１５）」をより抑えることができ、結果的に、図８に示すような全体として厚さが略均一な固化層を得やすくなる。

照射エネルギーＥは、以下の式１で表すことができる。本発明では、上記照射パスLにおける照射エネルギーＥを、上記照射パスL’における照射エネルギーＥ’よりも小さくすることが好ましい。あくまでも例示にすぎないが、例えば照射パスLの照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）を、照射パスL’の照射エネルギーＥ’（Ｊ／ｍｍ^２）よりも１０〜５０％程度小さくすることが好ましく、より好ましくは２０〜４０％程度小さくする。

（式１）
Ｅ＝Ｐ／（ｖ・φ）
E（Ｊ／ｍｍ^２）：照射エネルギー（照射エネルギー密度）
P（W）：照射パワー（レーザ出力）
ｖ（ｍｍ／ｓ）：走査速度
φ（ｍｍ）：集光径

少なくとも各粉末層における“第１本目の照射パス”は「隣接する両側に未照射部分を有する照射パス」に相当し得る。それゆえ、その第１本目の照射パスをその各粉末層の他の照射パスと異なる光ビーム条件にすることが好ましい。例えば、図９に示すように、複数の照射パスが相互に隣接するように順次走査を繰り返して固化層形成が行われる場合（即ち、ある走査パスにて形成される固化部が、その直近の先行する走査パスで形成された固化部と一体化することを通じて固化層が逐次形成されていく場合）、第１本目の照射パスを第２本目以降の照射パスとは異なる光ビーム条件にすることが好ましい。より具体的には、第１本目の照射パスの照射エネルギーE_１を、第２本目以降の照射パスの照射エネルギーE_2,3,4,…よりも小さくすることが好ましい（図１０参照）。

本発明における“光ビーム条件の変更”は、（ａ）照射エネルギーの調整に限らずとも、（ｂ）光ビームの走査速度の調整、（ｃ）光ビームの集光径の調整などによって行ってもよい。例えば、「隣接する両側に未照射部分を有する照射パスL」は、「隣接する領域に既照射部分を有する照射パスL’」と比べて、（ａ）光ビームの照射エネルギーを下げる、（ｂ）光ビームの走査速度を上げる、（ｃ）光ビームの集光径を大きくする、などを行ってもよい。これらによっても、図８に示すような“全体として厚さが略均一となった固化層”を得ることができる。上記（ａ）〜（ｃ）は、単独で行ってもよいものの、相互に種々に組み合わせて行ってもよい。

また、“異なる光ビーム条件”については、照射パワーP（即ち、上記式１における“Ｐ”）の変更を行ってもよい。この点、本願発明者らは、照射エネルギーEが同じであっても、照射パワーPの変更で“隆起固化部”を抑えることができることを見出している（図１１参照）。図１１のグラフを参照すると分かるように、ケースａとケースｂとでは、照射エネルギーE自体は同じ値になるものの、照射パワーPの比較的小さいケースａの方が、ケースｂの場合もよりも“隆起固化部”の抑制効果が大きくなる。あくまでも例示にすぎないが、例えば、照射エネルギーEが同じとなる条件下にて、照射パスLの照射パワーＰ（Ｗ）を、照射パスL’の照射パワーＰ’（Ｗ）より３０〜８０％程度小さくしてよく、より好ましくは５０〜７５％程度小さくしてもよい。

このように、本発明においては「隣接する両側に未照射部分を有する照射パスL」の照射パワーPを「隣接する領域に既照射部分を有する照射パスL’」の照射パワーP’よりも小さくすることが好ましい。同様にして、各粉末層における少なくとも第１本目の照射パスの照射パワーP_１を、第２本目以降の照射パスの照射パワーP_2,3,4,…より小さくすることが好ましい（１つ例示すると、照射エネルギーが相互に同一となる条件下で照射パワーを小さくしてもよい）。

「隣接する両側に未照射部分を有する照射パス」と「隣接する領域に既照射部分を有する照射パス」とが区別される態様については、種々のものが考えられる。

例えば、造形物の形状によっては、各粉末層における個々の照射パス自体を「隣接する両側に未照射部分を有するサブ照射パス」と「隣接する領域に既照射部分を有するサブ照射パス」とに分けて扱ってもよい。つまり、連続的に途切れなく走査される単位を１つの走査パスとして捉え、それらの走査パスが複数存在するパス形態を考えた場合、その１つ１つのパスの中で「隣接する両側に未照射部分を有するサブ照射パス」と「隣接する領域に既照射部分を有するサブ照射パス」とを区別して扱ってもよい。具体的には、例えば図１２に示すような照射領域（固化層形成領域）が存在する場合、連続的に走査される１つ１つのパスにつき、「隣接する両側に未照射部分を有するサブ照射パスＡ」と「隣接する領域に既照射部分を有するサブ照射パスＢ」とに分割し、かかるサブ照射パスＡとサブ照射パスＢとで光ビーム条件を変えてよい。例えば、サブ照射パスＡの照射エネルギーE_Aをサブ照射パスＢの照射エネルギーE_Bよりも小さくしてよい。あるいは、サブ照射パスＡの照射パワーP_Aをサブ照射パスＢの照射パワーP_Bよりも小さくしてもよい（１つ例示すると、照射エネルギーが相互に同一となる条件下で照射パワーP_AをP_Bよりも小さくしてよい）。

また、第１本目の照射パスを“粉末層の造形物形成領域の輪郭に沿ったパス”とする一方、第２本目以降の照射パスを“上記輪郭よりも内側において先行の照射パスに隣接するパス”とする走査態様も考えられる（図１３参照）。かかる場合、造形物形成領域の輪郭に沿った第１本目の照射パスと、その内側において先行の照射パスに隣接する第２本目以降の照射パスとで、光ビーム条件を変えることが好ましい。例えば、「造形物形成領域の輪郭に沿った第１本目の照射パス」における照射エネルギーE_輪郭を「輪郭の内側において先行の照射パスに隣接する第２本目以降の照射パス」における照射エネルギーE_内側よりも小さくすることが好ましい。また例えば、「造形物形成領域の輪郭に沿った第１本目の照射パス」における光ビーム集光径を相対的に大きくする一方、「輪郭の内側において先行の照射パスに隣接する第２本目以降の照射パス」における光ビーム集光径を相対的に小さくしてもよい。更には、「造形物形成領域の輪郭に沿った第１本目の照射パス」における照射パワーP_輪郭を「輪郭の内側において先行の照射パスに隣接する第２本目以降の照射パス」における照射パワーP_内側よりも小さくしてもよい（この点、１つ例示すると、照射エネルギーが相互に同一となる条件下で照射パワーP_輪郭をP_内側よりも小さくしてよい）。。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎない。従って、本発明はこれに限定されず、種々の改変がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。

尚、上述のような本発明は、次の態様を包含していることを確認的に述べておく。
第１態様：（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記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
を通じて粉末層形成および固化層形成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、
隣接する両側に未照射部分を有する照射パスは、隣接する領域に既照射部分を有する照射パスと異なる光ビーム条件に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態様：上記第１態様において、各粉末層における少なくとも第１本目の照射パスは、該各粉末層の他の照射パスと異なる光ビーム条件にすることを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
第３態様：上記第１態様または第２態様において、前記隣接する両側に未照射部分を有する照射パスにおける光ビームの照射エネルギーを、前記隣接する領域に既照射部分を有する照射パスにおける光ビームの照射エネルギーよりも小さくすることを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
第４態様：上記第１態様〜第３態様のいずれかにおいて、前記隣接する両側に未照射部分を有する照射パスにおける光ビームの照射パワーを、前記隣接する領域に既照射部分を有する照射パスにおける光ビームの照射パワーよりも小さくする（例えば、照射エネルギーが相互に同一となる条件下において、前記隣接する両側に未照射部分を有する照射パスにおける光ビームの照射パワーを、前記隣接する領域に既照射部分を有する照射パスにおける光ビームの照射パワーよりも小さくする）ことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
第５態様：上記第１態様〜第４態様のいずれかにおいて、第１本目の照射パスを粉末層の造形物形成領域の輪郭に沿ったパスとする一方、第２本目以降の照射パスを該輪郭よりも内側にて先行の照射パスに隣接するパスとする場合、該第１本目の照射パスにおける光ビームの照射エネルギーＥ_１または照射パワーＰを、該第２本目以降の照射パスにおける光ビームの照射エネルギーE_2,3,4,…よりも小さくする、あるいは、該第１本目の照射パスにおける光ビームの照射パワーＰ_１を、該第２本目以降の照射パスにおける光ビームの照射パワーＰ_2,3,4,…よりも小さくする、ことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
第６態様：上記第１態様〜第５態様のいずれかにおいて、各粉末層における各々の照射パスを、隣接する両側に未照射部分を有するサブ照射パスＡと、隣接する領域に既照射部分を有するサブ照射パスＢとに分け、
前記サブ照射パスＡと前記サブ照射パスＢとの間で前記光ビーム条件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。

本発明の三次元形状造形物の製造方法を実施することによって、種々の物品を製造することができる。例えば、『粉末層が無機質の金属粉末層であって、固化層が焼結層となる場合』では、得られる三次元形状造形物をプラスチック射出成形用金型、プレス金型、ダイカスト金型、鋳造金型、鍛造金型などの金型として用いることができる。また、『粉末層が有機質の樹脂粉末層であって、固化層が硬化層となる場合』では、得られる三次元形状造形物を樹脂成形品として用いることができる。

Claims

（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記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
により粉末層形成および固化層形成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、
前記光ビームの照射にあたり、光ビームの走査パスが「隣接する両側に未照射部分を有する照射パス」であるものか、あるいは、「隣接する領域に既照射部分を有する照射パス」であるものかを判断し、前記隣接する両側に未照射部分を有する照射パスにおける光ビームの照射エネルギーを、前記隣接する領域に既照射部分を有する照射パスにおける光ビームの照射エネルギーよりも小さくすることを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。
前記隣接する両側に未照射部分を有する照射パスにおける光ビームの照射パワーを、前記隣接する領域に既照射部分を有する照射パスにおける光ビームの照射パワーよりも小さくすることを特徴とする、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
各粉末層における少なくとも第１本目の照射パスにおける光ビームの照射エネルギーを、該各粉末層の他の照射パスにおける光ビームの照射エネルギーよりも小さくすることを特徴とする、請求項１または２に記載の三次元形状造形物の製造方法。
第１本目の照射パスを粉末層の造形物形成領域の輪郭に沿ったパスとする一方、第２本目以降の照射パスを該輪郭よりも内側にて先行の照射パスに隣接するパスとする場合、該第１本目の照射パスにおける光ビームの照射エネルギーまたは照射パワーを、該第２本目以降の照射パスにおける光ビームの照射エネルギーまたは照射パワーよりも小さく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。
各粉末層における各々の照射パスを、隣接する両側に未照射部分を有するサブ照射パスＡと、隣接する領域に既照射部分を有するサブ照射パスＢとに分け、
前記サブ照射パスＡにおける光ビームの照射エネルギーを、前記サブ照射パスＢにおける光ビームの照射エネルギーよりも小さくすることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。