JP6512407B2 - 三次元形状造形物の製造方法 - Google Patents
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Description
(i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射し、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する工程。
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、同様に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程。
光ビーム照射によって複数の固化層を逐次形成して三次元形状造形物を製造する方法であって、
粉末層の形成後に光ビーム照射が行われる層形成後照射方式と、原料の供給時に光ビーム照射が行われる原料供給時照射方式とを組み合わせたハイブリッド方式によって固化層を形成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。
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。
本発明は、上述したような三次元形状造形物の製造において、固化層の形成手法に特徴を有している。特に、本発明の一実施形態に係る製造方法では、少なくとも2種類の方式を組み合わせたハイブリット方式によって固化層を形成する。
本発明の一実施形態に係る製造方法では、層形成後照射方式で用いる粉末層と、原料供給時照射方式で用いる原料とを互いに異なる材質にしてよい。つまり、層形成後照射方式で用いる粉末層を構成する粉末の材質と、原料供給時照射方式で用いる粉末または溶加材の材質とを互い異なる種類にしてよい。これにより、実際の用途により適した三次元形状造形物を得ることができる。例えば、三次元形状造形物100を金型として使用する場合、輪郭固化層領域110の形成のための層形成後照射方式の粉末層を鉄系材質にする一方、内側固化層領域120の形成のための層原料供給時照射方式の原料を銅系材質としてよい(図2参照)。鉄系材質は比較的硬い材質である一方、銅系材質は比較的熱伝導率が高い材質であるので、外面部を硬くできると共に、全体として伝熱効率を向上させた金型を得ることができる。別法にて三次元形状造形物を全体として軽量化させたい場合では、輪郭固化層領域110の形成のための層形成後照射方式の粉末層を鉄系材質にする一方、内側固化層領域120の形成のための原料供給時照射方式の原料をアルミニウム系材質としてよい(図2参照)。アルミニウムは密度が比較的小さい金属であるところ、三次元形状造形物100の中実部分に相当して大きい占有体積を有し得る内側固化層領域120をそのような小さい密度のアルミニウムを含んだ領域として設けることができる。
本発明の一実施形態に係る製造方法では、図7に示すように、輪郭固化層領域110と内側固化層領域120との界面に相当する「輪郭固化層領域の面24M」が段差状となるように層形成後照射方式を実施してよい。層形成後照射方式の粉末層と原料供給時照射方式の原料とを互いに異なる金属材質にした場合、輪郭固化層領域110と内側固化層領域120との界面領域に合金組成を生じさせ易くなるからである。つまり、図7の下図に示されるように、輪郭固化層領域110と内側固化層領域120との界面に相当する領域において合金組成領域130を形成することができる。
本発明の一実施形態に係る製造方法では、図8に示すように、原料供給時照射方式における原料供給を“斜め方向”から行ってよい。具体的には、図示するように、三次元形状造形物の固化層の積層方向に対して角度を成す方向から原料を供給してよい。原料供給時照射方式に粉末64を用いる場合、粉末供給ノズル65(特にそのノズル軸)を固化層の積層方向に対して角度を成す方向に向けてよい。かかる場合、粉末供給ノズル65を駆動させることによって斜め方向の原料供給を行ってよい。あるいは、固化層が積層される台(すなわち、造形テーブルおよび/またはその上に設けられる造形プレート)を駆動させることによって斜め方向の原料供給を行ってもよい。更には、斜め方向の原料供給のために、粉末供給ノズル65の駆動と固化層が積層される台の駆動とを併せて実施してもよい。
本発明の一実施形態に係る製造方法では、三次元形状造形物の中空部の壁面部分を層形成後照射方式で形成することが好ましい。具体的には、三次元形状造形物100が中空部150を有する場合(図9参照)、かかる中空部150を形作る壁面部分に相当する中空部壁固化層領域を層形成後照射方式で形成することが好ましい(図10(a)〜図10(e)参照)。中空部150は三次元形状造形物100を金型として使用する場合に温調媒体路となり得るところ、所望形状の温調媒体路を得るには形状精度が比較的高い層形成後照射方式がより適しているからである。
24 固化層
50 層形成後照射方式
60 原料供給時照射方式
64 原料供給時照射方式で使用される粉末
66 原料供給時照射方式で使用される溶加材
100 三次元形状造形物
110 三次元形状造形物の輪郭部に相当する輪郭固化層領域
110A 三次元形状造形物の側面部分
110B 三次元形状造形物の天面部分
120 三次元形状造形物の輪郭部以外に相当する内側固化層領域
150 三次元形状造形物の中空部
170 中空部壁固化層領域
L 光ビーム
Claims (13)
- 光ビーム照射によって複数の固化層を逐次形成して三次元形状造形物を製造する方法であって、
粉末層の形成後に前記光ビーム照射が行われる層形成後照射方式と、三次元形状造形物の原料の供給時に前記光ビーム照射が行われる原料供給時照射方式とを組み合わせたハイブリッド方式によって前記固化層を形成することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。 - 前記原料供給時照射方式で形成する前記固化層の厚みが、前記層形成後照射方式で形成する前記固化層の厚みよりも大き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。
- 前記原料供給時照射方式の前記光ビーム照射の光ビーム集光径が、前記層形成後照射方式の前記光ビーム照射の光ビーム集光径よりも大きいことを特徴とする、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。
- 前記三次元形状造形物の輪郭部に相当する輪郭固化層領域を前記層形成後照射方式で形成する一方、該三次元形状造形物の該輪郭部以外に相当し、該輪郭部よりも内側に位置する内側固化層領域を前記原料供給時照射方式で形成することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記輪郭部が前記三次元形状造形物の側面部分および天面部分の少なくとも一方であ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。
- 前記原料供給時照射方式の前記原料として粉末または溶加材を用いることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記光ビーム照射における光ビーム集光部に対して前記粉末を噴霧供給する又は該光ビーム集光部に前記溶加材が至るように該溶加材を供給す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。
- 前記溶加材として金属ワイヤーを用いることを特徴とする、請求項6または7に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記内側固化層領域を形成するための前記原料供給時照射方式に先立って、前記側面部分に相当する前記輪郭固化層領域を形成するための前記層形成後照射方式を実施することを特徴とする、請求項5に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記側面部分に相当する前記輪郭固化層領域を形成するための前記層形成後照射方式の実施後であって、前記内側固化層領域を形成するための前記原料供給時照射方式の実施前において、該側面部分に相当する該輪郭固化層領域の形成に寄与しなかった前記粉末層の粉末を吸引除去することを特徴とする、請求項9に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記製造する前記三次元形状造形物が中空部を有する場合、該中空部を形作る壁面部分に相当する中空部壁固化層領域を前記層形成後照射方式で形成することを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記層形成後照射方式で用いる前記粉末層と、前記原料供給時照射方式で用いる前記原料とを互いに異なる材質にすることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 前記側面部分に相当する前記輪郭固化層領域と前記内側固化層領域との界面に相当する該輪郭固化層領域の面が段差状となるように前記層形成後照射方式を実施することを特徴とする、請求項9に記載の三次元形状造形物の製造方法。
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