JP6656911B2 - 粉末積層造形に用いるための造形用材料 - Google Patents
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Description
したがって、中心部にまで高密度を要求される部材の製造に際しては、長大な時間をかけて積層厚の薄い造形を繰り返し行う必要があるとの課題があった。あるいは、他の手法として、造形後のポーラスな造形物にブロンズなどを溶浸させて相対密度を高めたり、粉末材料にレーザ吸収剤をコーティングしてレーザ吸収率を高めるなどの対策がとられたりもしている。
また、他の側面において、ここに開示される技術は、上記の造形用材料を用いて三次元造形を行うことを特徴とする三次元造形物の製造方法をも提供する。
ここに開示される「造形用材料」は、粉末積層造形に用いるための粉末状の材料である。粉末積層造形とは、付加製造技術において造形物の材料として粉末状の材料を用いる各種の造形手法を広く包含する。粉末積層造形における造形用材料を結合(付着)させるための手段は特に制限されない。具体的には、例えば、バインダジェット法に代表される結合剤噴射(Binder jetting)法、レーザ肉盛り溶接,電子ビーム肉盛り溶接,アーク溶接等に代表される指向性エネルギー堆積(Directed energy deposition)法、レーザ焼結法,レーザ選択焼結(Selective Laser Sintering:SLS)法,電子ビーム焼結法等に代表される粉末床溶融結合(Powder bed fusion)法等と呼ばれるものが含まれる。ここに開示される造形用材料は緻密な造形物の造形に好適であるとの観点から、指向性エネルギー堆積法、粉末床溶融結合法を採用することが特に好ましい。
第1粉末は本質的にセラミックを含む。第1粉末は、典型的には、主成分としてセラミックを含む。ここでいう主成分とは、第1粉末の70質量%以上を占める成分を意味する。第1粉末は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上(典型的には98質量%以上)がセラミックからなることが好ましい。第1粉末におけるセラミック以外の成分としては、樹脂やセラミック以外の無機材料、金属が挙げられる。セラミック以外の成分については特に制限されないが、例えば、後述する金属成分であり得る。これらはセラミックと一体化(複合化)されて第1粉末を構成するものである。
ここで、酸化物系セラミックとしては、特に限定されることなく各種の金属の酸化物とすることができる。かかる酸化物系セラミックを構成する金属元素としては、例えば、B、Si、Ge、Sb、Bi等の半金属元素、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Al、Ga、In、Sn、Pb等の典型元素、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Au等の遷移金属元素、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Er、Lu等のランタノイド元素から選択される1種または2種以上が挙げられる。なかでも、Mg、Y、Ti、Zr、Cr、Mn、Fe、Zn、Al、Erから選択される1種または2種以上の元素であることが好ましい。
第2粉末は本質的に金属を含む。第2粉末は、典型的には、主成分として金属を含む。ここでいう主成分とは、第2粉末の70質量%以上を占める成分を意味する。第2粉末は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは90質量%以上、特に好ましくは95質量%以上(典型的には98質量%以上)が金属からなることが好ましい。第2粉末における金属以外の成分としては、樹脂や、セラミックおよびガラス等の無機材料が挙げられる。これらは金属と一体化(複合化)されて第2粉末を構成するものである。
また、合金としては、一例として、Cu−Al合金,Cu−Al−Fe合金,Cu−Ni合金,Cu−Ni−In合金等に代表される銅合金、Ni−Al合金,Ni−Cr合金(例えば、Ni−20Cr合金、Ni−50Cr合金、インコネル),Ni−Cr−Fe合金(例えばインコロイ),Ni−Cr−Al合金,ハステロイ(Ni−Fe−Mo合金,Ni−Cr−Mo合金),Ni−Cu合金(例えば、モネル)等に代表されるニッケル合金、コバルトを主成分とし、Co−Cr−W合金(例えば、ステライト),Co−Cr−Ni−W−C合金,Co−Mo−Cr−Si合金,Co−Cr−Al−Y合金等に代表されるコバルト合金、Ni−Cr−Fe−Si−B−C合金,Ni−Cr−Mo−Cu−Fe−Si−B−C合金等に代表されるNi自溶合金、Co−Ni−Cr−Mo−Fe−Si−B−Cに代表されるCo自溶合金、マルエージング鋼に代表される低炭素鋼、炭素鋼、SUS304,SUS316,SUS410,SUS420J2,SUS431等に代表されるステンレス鋼、Ti−6Al−4Vに代表されるチタン合金等が挙げられる。なお、ここでいう合金とは、上記の金属元素と、他の1種以上の元素からなり、金属的な性質を示す物質を包含する意味であって、その混ざり方は、固溶体、金属間化合物およびそれらの混合のいずれであってもよい。
以上の金属および合金は、いずれか1種が単独で含まれていてもよいし、2種以上が組み合わされて含まれていてもよい。
ここに開示される造形用材料は、上記のとおり二次粒子の形態を有する造粒焼結粒子の集合として構成されている。ここで造粒焼結粒子とは、一次粒子が焼結され、一体となって一つの粒のように振る舞う粒子状物(粒子の体をなしたもの)をいう。そしてここでいう「焼結」とは、一次粒子同士が直接的に結合した状態をいう。したがって、焼結は、固相焼結および液相焼結のいずれであってもよい。また、本明細書でいう焼結は、いわゆる融着,溶融結合を含み得る。
造形用材料を構成する造粒焼結粒子の顆粒強度は、1MPaを超えるように規定することができる。これにより、造形のためのエネルギーにより造粒焼結粒子が崩壊したり、飛散したりするのを好適に抑制することができる。その結果、造形エリアへの材料粉末の供給が安定するため、ムラの無い高品質な造形物を造形できるために好ましい。なお、おおよその目安として、例えば、バインダにより造粒一体化された造粒粒子は、顆粒強度が1MPaに満たないと考えることができる。造粒焼結粒子の顆粒強度は、10MPa以上であるのが好ましく、50MPa以上であるのがより好ましく、100MPa以上(例えば200MPa以上)であるのが特に好ましい。しかしながら、発明者らの検討によると、顆粒強度が強すぎると、造形用材料を十分に溶融させるのが困難となるために好ましくない。また、顆粒強度強すぎる造粒焼結粒子は、概ね造粒されていない単一粒子と類似した構成となるまで焼結が進行し、球状化した粒子とその性状が似たものとなってしまう。かかる観点から、顆粒強度は10000MPa未満とする。顆粒強度は5000MPa以下であるのが好ましく、2500MPa以下であるのがより好ましく、1000MPa以下(例えば800MPa以下)であるのが特に好ましい。
造形用材料の平均粒子径は特に制限されず、例えば、使用する粉末積層造形装置の規格に適した大きさとすることができる。例えば、粉末積層造形における造形用材料の供給に適した大きさであり得る。造形用材料の平均粒子径の上限は、より大きいものとする場合には、例えば、100μm超過とすることができるが、典型的には100μm以下とすることができ、好ましくは75μm以下、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは40μm以下とすることができる。造形用材料は、平均粒子径が小さくなるにつれて、例えば造形エリアにおいて造形用材料の充填率が向上し得る。その結果、造形される三次元造形物の緻密度を好適に増すことができる。また、造形される三次元造形物の表面粗さ(Ra)を小さくできるとともに、寸法精度を向上させるという効果を得ることもできる。さらに、本発明における造形用材料は間隙を備えているため、積層造形において付着させた造形用材料を固化する際の固化効率が向上されるという利点もある。
一方で、ここに開示される造形用材料において、二次粒子を構成する第1粉末および第2粉末の平均粒子径は、例えば、20μm以下(20μm未満)であることが好ましく、10μm以下(10μm未満)であることがより好ましく、例えば10μm以下とすることができる。このように一次粒子の平均粒子径を微細にすることで、より一層緻密で微細な三次元造形物を作製することが可能となる。また、第1粉末および第2粉末の平均粒子径は、例えば、1nm以上とすることができ、200nm以上であることがより好ましく、例えば500nm以上とすることができる。このように一次粒子の平均粒子径を微細にすることで、より一層緻密で微細な三次元造形物を作製することが可能となる。
好ましい。
なお、造形用材料の比表面積については、特に限定はされないものの、例えば、0.1m2/gより大きいことが好ましい。すなわち、かかる造形用材料は、比表面積が(極めて)大きい二次粒子を主として構成されているほうが好ましい。具体的には、例えば、シリカ(SiO2)の比重が2.2g/mlであることから、半径がrmの真球のシリカ粒子の比表面積は1.36/r×10−6m2/gで表される。したがって、例えば、半径が30μmの真球のシリカ粒子の比表面積は0.045m2/gで表される。また、αアルミナ(Al2O3)の比重が3.98g/mlであることから、半径がrmの真球のアルミナの比表面積は0.75/r×10−6m2/gで表される。したがって、例えば、半径が30μmの真球のアルミナ粒子の比表面積は0.025m2/gで表される。さらには、市販の溶融粉砕した微粉アルミナを、JIS Z 8830:2013(ISO9277:2010)「ガス吸着による粉体(固体)の比表面積測定方法」の規定に準じて測定すると、約0.1m2/g程度となる。これに対し、ここに開示される造形用材料の比表面積は0.1m2/g以上が好ましい。このような比表面積の増大に伴い、ここに開示される造形用材料は、表面形態が三次元的に入り組んだ複雑な形状(構造)を有することになる。すなわち、実質的な寸法(例えば、表面の凹凸部分の厚み等)は、造形用材料自体の平均粒子径に拘束されることなく、大幅に低減され得る。したがって、このような極めて大きな比表面積を有することにより、融点の高いセラミック材料であっても、比較的低温のレーザ等の熱源の熱を効率良く吸収して十分な軟化および溶融が実現され得る。延いては、セラミックを含む三次元造形物を効率良く作製することが可能な造形用材料が提供される。
造形用材料の粒度範囲は、粉末積層造形に使用される装置の種類や条件に応じて適宜設定されることが好ましい。例えば、具体的には、造形用材料の粒度範囲は、5〜20μm、45〜150μm、5〜75μm、32〜75μm、15〜45μm、20〜63μm、あるいは25〜75μmのように適宜調整することができる。
なお、造形用材料の粒度範囲は、その造形用材料を構成する粒子群に、どの様な大きさ(粒子径)の粒子が、どの様な割合(造形用材料の全体を100体積%としたときの相対粒子量)で含まれているかを示す。また「粒度範囲」とは、その造形用材料の粒子径の下限と上限までの幅(広がり)を示す指標である。本明細書における粒度範囲の下限の値は、造形用材料中に占めるその値以下の粒子径を有する粒子の割合が5%以下であることを意味している。また、粒度範囲の上限の値は、造形用材料中に占めるその値以上の粒子径を有する粒子の割合が5%以下であることを意味している。なお、造形用材料の粒度分布については、当該造形用材料の粒度に応じた適切な粒度分布測定装置により測定することができる。例えば、ロータップ試験機(JIS R6002参照)や、レーザ回折/散乱方式を採用する測定器を用いて求められる。また、例えば粒度範囲が5〜75μmである造形用材料であれば、5μm以下の粒子径を有する粒子の割合が5%以下であり、かつ、75μm以上の粒子径を有する粒子の割合は5%以下であることを意味する。
さらに、ここに開示される造形用材料を構成する造粒焼結粒子は、平均真円度が1.5未満(例えば、1以上1.5未満)であるのが好ましい。なお、かかる平均真円度は、造形用材料を構成する二次粒子の平均真球度を間接的に表し得る指標として採用されたものであり、当該二次粒子を任意の方向から平面視した場合の平均真円度を意味している。したがって、かかる平均真円度は、当該二次粒子が、必ずしも二次元的に真円に近い形態であることを意図するものではなく、本質的には、三次元的に真球に近い形態であることを意図するものである。
真円度=(周囲長2)÷(4×π×面積)
なお、造形用材料を構成する造粒焼結粒子の外形については、平面視における平均アスペクト比が1.4未満であるとより好ましい。というのは、上記のとおり、平均真円度がより1に近い二次粒子において、真円度は、二次粒子の全体的な形態よりも表面形態をより反映するものであり得る。換言すると、上述の真円度は、真円に近い二次粒子を評価する場合については、二次粒子の平面視における輪郭線がミクロなレベルで複雑になればなるほど、その値は二次粒子の全体の外形の変化の度合いを超えて大きくなりやすい傾向にある。したがって、真円度に加えて、さらにアスペクト比により二次粒子の外形について規定することで、全体としての外形がより真球に近い、すなわち平面視においては真円に近い、二次粒子とすることができる。
かかる平均アスペクト比は、造形用材料の流動性を考慮すると、1.5以下であるのが好ましく、1.3以下であるのがより好ましい。さらには、例えば、1.15以下とすることができ、1あるいは1により近いことが望ましい。
また、造形用材料を構成する造粒焼結粒子については、平均フラクタル次元が1.5未満であることも好ましい態様の一つである。かかる二次粒子は、表面形態がミクロなレベルで複雑なものであり得る。したがって、かかる粒子表面の複雑な形態を更に多様な指標で規定することで、外形がより真球に近い造形用材料とすることができる。フラクタル次元は、個々の粒子表面の複雑な形態を測るために広く一般に利用される指標であり、平均フラクタル次元はここに開示される造形用材料の表面の滑らかさを指し図るには好適な指標であり得る。平均フラクタル次元を1.5未満に規定することで、さらに流動性の向上された造形用材料を実現し得る。かかる平均フラクタル次元は、造形用材料の流動性を考慮すると、1.1以下であるのが好ましく、1.05以下であるのがより好ましい。
加えて、ここに開示される造形用材料については、安息角が39度未満であることも好ましい態様の一つである。安息角は、従来より粉体の流動性を示すために広く採用されてきた指標の一つであり得る。そして、例えば、造形用材料が供給装置内および造形装置内を搬送される際の、自発的な流動性を実際的に反映し得る指標であり得る。したがって、かかる安息角を小さく規定することで、流動性が高い造形用材料を実現することができる。延いては、均質な三次元造形物をより生産性良く作製することができる造形用材料であり得る。
かかる安息角は、造形用材料の流動性を考慮すると、36度以下であるのが好ましく、32度以下であるのがより好ましい。さらには、例えば、30度以下とすることもできる。安息角の下限に特に制限はないが、安息角が小さすぎると造形用材料が飛散し易くなったり、造形用材料の供給量の制御が困難になったりする場合がある。したがって、おおよその目安として、安息角は20度以上とすることが例示される。
なお、特に制限されるものではないが、ここに開示される造形用材料は、フローファンクションが5.5以上であることが好ましい。
上記の安息角は、無荷重状態での造形用材料の流動性を評価し得る指標であった。一方で、このフローファンクションは、造形用材料を圧密した状態でせん断応力を測定することによりその流動特性を評価するものであって、造形用材料のハンドリング性をより実際的に表現し得る指標となり得る。したがって、かかる構成によっても、例えば、平均粒子径が30μm未満の造形用材料について流動性が高いと判断することができ、三次元造形物をより一層生産性良く作製し得る造形用材料を提供することができる。
本実施形態における造形用材料は、一次粒子が間隙をもって三次元的に焼結されている限り、その製造方法は特に制限されない。例えば、好適な例として、以下に、造粒焼結法により造形用材料を製造する場合について説明する。しかしながら、ここに開示される造形用材料の製造方法は、これに限定されるものではない。
造粒焼結法は、原料粒子(第1粉末および第2粉末であり得る)を二次粒子の形態に造粒したのち焼成することで、個々の粒子を焼結する手法である。造粒に際しては、公知の各種の造粒法を適宜利用することができる。例えば、造粒法として、乾式造粒あるいは湿式造粒等の造粒方法を利用することができる。具体的には、例えば、転動造粒法、流動層造粒法、撹枠造粒法、破砕造粒法、溶融造粒法、噴霧造粒法、マイクロエマルション造粒法等が挙げられる。なかでも好適な造粒方法として、噴霧造粒法が挙げられる。
以上のようにして得られた造形用材料は、各種の粉末積層造形に適用することができる。そこで、ここに開示される三次元造形物の製造方法の好適例として、レーザ選択焼結法(SLS)を主として採用した場合を例に、粉末積層造形について説明する。
ここに開示される三次元造形物の製造方法は、一般的に、以下の工程を含む。
(1)粉末積層造形装置の造形エリアに造形用材料を供給する
(2)当該供給された造形用材料を、造形エリアに均一に薄く堆積させる。これにより、造形用材料の薄層を形成する。
(3)形成された造形用材料の薄層に、造形用材料を結合(付着)させるためのエネルギーを与えて、造形用材料を結合する工程
(4)固化した造形用材料の上に、新たな造形用材料を供給し(上記工程(1))、以後、工程(2)〜(4)を繰り返すことで積層し、目的の三次元造形物を得る。
このような積層造形装置では、昇降テーブル14を造形面より所定厚みΔt1だけ下げた状態で造形エリア10へ造形用材料20を供給することで、所定厚みΔt1の造形用材料20の層を用意することができる。
このとき、造形面にワイパ11を走査させることで、ストック12から押し出された造形用材料を造形エリア10上に供給するとともに、造形用材料の上面を平坦化して、均質な造形用材料20の層を形成することができる。
そして、例えば、形成された第1層目の造形用材料層20に対し、第1層目のスライスデータに対応した固化領域にのみ、固化手段13を介してエネルギーを与えることで、造形用材料を所望の断面形状に溶融または焼結させ、第1層目の粉末固化層21を形成することができる。
この後、昇降テーブル14を所定厚みΔt1だけ下げて再度造形用材料を供給し、ワイパ11でならすことで第2層目の造形用材料層20を形成する。そしてこの造形用材料層層20の第2層目のスライスデータに対応した固化領域にのみ、固化手段13を介して熱源や固化組成物等を与えて造形用材料を固化させて第2層目の粉末固化層21を形成する。このとき、第2層目の粉末固化層21と、下層である第1層目の粉末固化層21とが一体化されて、第2層目までの積層体を形成する。
・ 造形用材料中およびそれを構成する二次粒子、さらには二次粒子を構成する一次粒子は、不可避不純物あるいは添加剤などの主となる成分以外の成分を含有してもよい。つまり、純度は特に制限されない。しかしながら、例えば、より機能性の高い三次元造形物を形成する用途の場合には、意図しない物質(元素)の混入は避けることが好ましく、造形用材料の純度は高い方が好ましい。かかる観点においては、二次粒子およびそれを構成する一次粒子の純度は高い方が好ましい。例えば、純度が95質量%以上であることが好ましく、さらには99質量%以上、より好ましくは99.9質量%以上、例えば99.99質量%以上とすることができる。
・ これらの造形用材料は、例えば、形成される三次元造形物の色調を調整する目的で他の元素(例えば、セラミックであれば、移金属元素や、Na、K、Rb等の元素)が導入されたり、機能性を高める目的で他の元素が導入されるなどしてもよい。また、上記の造形用材料を構成する元素は、一部がイオンまたは錯体等の形態で含まれていても良い。
以下、本発明に関する実施例を説明するが、本発明を以下の実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
[平均粒子径]
造形用材料の平均粒子径は、原料粉末の平均粒子径と同様、レーザ回折/散乱式粒度測定器(株式会社堀場製作所製、LA−300)を用いて測定したD50粒径を採用した。造形用材料は、必要に応じて分級(ふるい分け)することで、平均粒子径が30μmとなるように粒度を調整した。造粒焼結粒子の平均粒子径の測定結果を、表1の「D50」の欄に示した。
造形用材料の顆粒強度は、各造形用材料から任意の10個の造粒焼結粒子を選定し、これらの造粒焼結粒子の破壊強度を微小圧縮試験装置(株式会社島津製作所製、MCT−500)を用いて測定し、その算術平均を算出することで求めた。具体的には、各造粒焼結粒子について、圧縮強度試験にて得られた臨界荷重をL[N]、平均粒子径をd[mm]としたとき、造粒焼結粒子の顆粒強度σ[MPa]は、次式:σ=2.8×L/π/d2;で算出される値を採用した。臨界荷重は、造粒焼結粒子に対して一定速度で増加する圧縮荷重を圧子で加えたときに、造粒焼結粒子が崩壊したとき(圧子の変位量が急激に増加した時)に造粒焼結粒子に加えられていた圧縮荷重の大きさである。造粒焼結粒子の顆粒強度の測定結果を、表1の「顆粒強度」の欄に示した。
嵩密度は、JIS Z2504:2012に規定される金属粉−見掛密度測定方法に準じて測定される値を採用している。具体的には、直径2.5mmのオリフィスから自然に流れ出す粉末により、所定の容量の容器を自然充填の状態で満たしたときの、当該粉末の質量を測定することで、嵩密度を算出する。本明細書においては、嵩密度の測定に、金属粉用のJISカサ比重測定器(筒井理化学器械株式会社製)を用いて測定した値を採用した。
上記で用意した造形用材料を、粉末積層造形である選択的レーザ溶融法により積層造形することで三次元造形物を得た。積層造形には、レーザ焼結型粉末積層造形システム(SLM solution社製、SLM125HL)を用いた。本例では、造形物の観察が容易となるように、粉末積層造形システムの造形エリア(造形テーブル)に基板を設置し、この基板上に造形物を造形するようにした。基板としては、アルミナ板を用いた。具体的には、上記の造形材料を1層あたり50μmの厚みで造形エリアのアルミナ板上に供給し、装置に付随のワイパで造形材料を平坦化して造形材料の堆積層(薄層)を形成した。その造形材料からなる薄層に対してファイバーレーザを2次元的に照射し、まずは層状の造形物(1層目)を形成した。そして、造形用材料の供給と平坦化の工程、それに対してレーザ照射する工程を複数回繰り返すことで、三次元造形物(設計:20層(1mm))を得た。なお、加工時の条件として、レーザ焦点は約150φμm、レーザ出力は100W、レーザ走査速度は300mm/sec、温度環境は常温、造形用材料周囲の雰囲気はArガスとした。
作製した三次元造形物の仕上がりを評価する指標として、三次元造形物の気孔率を測定した。気孔率は、それぞれの三次元造形物を造形方向(厚み方向)で切断した研磨断面に対して、画像解析法により測定された値を求めた。具体的には、三次元造形物の断面の画像を取得し、画像解析ソフトを用いて三次元造形物の断面を気孔部と固相部(造形された造形物部分)とに分離する2値化を行い、全断面積に占める気孔部の面積の割合を気孔率として算出した。
また、上記の気孔率の測定の際に行ったSEM観察により、造形物の組織の均一性を調べた。具体的には、セラミックと金属とを含む造形物の断面のSEM観察において、気泡の発生の様子や、微細組織におけるセラミック相と金属相との大きさや分散の程度を確認した。その結果、気泡の分布に偏りが少なく、セラミック相と金属相との大きさや分散の程度が概ね均一であると判断できる場合を「○」、気泡の分布に明らかな偏りが見られたり、セラミック相と金属相との大きさや分散の程度が均一とはいえないと判断した場合を「×」として、表1に示した。
それぞれの造形物に対して、JIS Z2244:2009およびJIS R1610:2003に規定されるビッカース硬さ試験方法に基づき測定した。具体的には、硬微小硬度測定器(株式会社島津製作所製、HMV−1)を用い、三次元造形物の表面に対面角136°のダイヤモンド圧子を試験力1.96Nで押圧したときに得られる圧痕から、ビッカース硬さ(Hv0.2)を算出した。また、上記三次元造形物を作製した造形用材料と同じ造形用材料のバルク体の表面について同様にビッカース硬さ(Hv0.2)を算出した。その結果を、表1の「硬度」の欄に示した。
造形精度や造形速度を評価する指標として、レーザ1走査あたり(すなわち1層あたり)の造形厚みを求めた。1層あたりの造形厚みは、得られた造形物の全厚みを測定し、これを積層数(厚み方向でのレーザ走査回数)で除することで算出される値を採用した。造形物の全厚みは、上記の気孔率の測定の際に行ったSEM観察により、造形方向(厚み方向)で切断した研磨断面における造形物の厚みを測定することで得た。造形物の全厚みは、各造形物に対して、3視野以上のSEM観察像について、各視野ごとに3点以上で測定し、その平均値を採用した。その結果を、表1の「1層厚み」の欄に示した。
例1〜12に示されるように、セラミック粉末(ここではWC)に対して金属粉末(Co)を混合し、造粒粉末とすることで、3次元造形が可能であることがわかった。ここで、得られた造形物の気孔率はいずれも20%以下であり、通常のオペレーションで従来のセラミックまたはサーメットからなる粉末材料よりも緻密な造形物を簡便に造形できることが確認された。また、得られた造形物の硬度は、概ね、造形用材料における金属粉末とセラミック粉末との配合により、調整できる傾向にあることもわかった。すなわち、概ね、造形用材料におけるセラミック粉末と金属粉末との質量比が50:50程度の場合をピークとして、造形物の硬度が変化する傾向にあることがわかった。
しかしながら、例えば、一層厚みは、セラミック粉末と金属粉末との配合割合によらないことがわかる。一層厚みは、積層造形における造形速度や、造形精度に影響を与え得るファクターである。
11 ワイパ
12 造形用材料ストック
13 造形用材料を固化するための手段
14 昇降テーブル
20 造形用材料層
21 粉末固化層
Claims (8)
- 粉末積層造形に用いる造形用材料であって、
セラミックを含む第1粉末と、金属を含む第2粉末と、を含み、
前記第1粉末と、前記第2粉末とは、焼結により結合されて造粒焼結粒子を構成しており、
前記造粒焼結粒子の顆粒強度は、1MPaを超えて10000MPa未満であって、
平均粒子径は50μm以下である、造形用材料。 - 前記造粒焼結粒子の顆粒強度は、10MPa以上5000MPa以下である、請求項1に記載の造形用材料。
- 平均粒子径は、1μm以上100μm以下である、請求項1または2に記載の造形用材料。
- 前記第1粉末および前記第2粉末の平均粒子径は、0.1μm以上20μm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の造形用材料。
- 前記第1粉末と前記第2粉末との合計に占める、前記第2粉末の割合は、10質量%以上90質量%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の造形用材料。
- 前記第1粉末は炭化物セラミックである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の造形用材料。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の造形用材料の三次元造形物である、物品。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の造形用材料を用いて三次元造形を行う、三次元造形物の製造方法。
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