JP6691429B2 - Method for manufacturing hybrid shaped article and hybrid shaped article - Google Patents
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Description
この発明は、第1造形物の上に、粉末焼結積層法を使用して第2造形物を一体に形成するハイブリッド造形物の製造方法、及びハイブリッド造形物に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a hybrid shaped article, in which a second shaped article is integrally formed on a first shaped article by using a powder sintering lamination method, and a hybrid shaped article.
近年、粉末焼結積層法を使用して3次元造形物を形成する装置(粉末焼結積層装置)が広く普及している。この粉末焼結積層装置は、粉末材料タンクに収容してある金属粉末をブレードで金属製の造形プレート上に運び、ブレードで造形プレート上に所定の厚さの金属粉末層を形成した後、レーザー光照射手段から造形プレート上の金属粉末層の所定箇所にレーザー光を照射し、レーザー光が照射された部分の金属粉末層を焼き固める(固化させる)という工程を繰り返し行うことにより、複数の固化層が積層一体化した金属製の3次元造形物を造形プレート上に形成するようになっている(特許文献1参照)。 In recent years, an apparatus (powder sintering lamination apparatus) for forming a three-dimensional structure using the powder sintering lamination method has become widespread. This powder sintering and laminating apparatus conveys the metal powder stored in the powder material tank onto a metal shaping plate with a blade, forms a metal powder layer of a predetermined thickness on the shaping plate with the blade, and then laser A plurality of solidifications are obtained by repeating the process of irradiating a predetermined position of the metal powder layer on the shaping plate with laser light from the light irradiation means, and baking (solidifying) the metal powder layer in the part irradiated with the laser light. A three-dimensional object made of metal in which the layers are laminated and integrated is formed on a modeling plate (see Patent Document 1).
このような粉末焼結積層法を使用して形成された金属製の3次元造形物は、レーザー光照射手段の操作に3次元CADソフトが使用されて、従来の射出成形や切削加工では作ることができなかった複雑な形状部分が容易に成形される。 A three-dimensional model made of metal formed by using such a powder sintering lamination method can be manufactured by conventional injection molding or cutting using three-dimensional CAD software for operating the laser light irradiation means. The complicated shape part that could not be formed is easily molded.
従来の粉末焼結積層法によって金属製の3次元造形物を成形する場合、金属製の造形プレートと金属粉末層との境界部分がレーザー光で溶けて一体化する。そのため、図5に示すように、従来の粉末焼結積層法は、造形プレート100の上面100aに3次元造形物101を形成した後に(図5(a)〜(b)参照)、一体化した造形プレート100と3次元造形物101を粉末焼結積層装置から取り外し、3次元造形物101と造形プレート100とを放電ワイヤ102又は切断具(例えば、金鋸)で切り離していた(図5(c)参照)。そして、3次元造形物101が切り離された造形プレート100は、図5(d)に示すように、表面(上面100a)に3次元造形物101の切り離し痕103が残るため、その3次元造形物101の切り離し痕103を研削加工等で除去し、新たな3次元造形物101の成形に備えるようになっていた。その結果、従来の粉末焼結積層法は、3次元造形物101の成形に着手した後に次の新たな3次元造形物101の成形に着手できるようになるまでに多くの時間(サイクルタイム)を要していた。
When a metal three-dimensional structure is formed by the conventional powder sintering lamination method, the boundary portion between the metal structure plate and the metal powder layer is melted by laser light to be integrated. Therefore, as shown in FIG. 5, in the conventional powder sintering lamination method, the three-
そこで、本発明は、3次元造形物の成形のサイクルタイムを短縮でき、3次元造形物の生産性を向上させることができるハイブリッド造形物の製造方法及びハイブリッド造形物の提供を目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a hybrid molded article and a hybrid molded article that can shorten the cycle time of molding the three-dimensional molded article and improve the productivity of the three-dimensional molded article.
本発明のハイブリッド造形物1の製造方法は、以下の第1工程乃至第5工程を有している。
(1)第1工程
第1造形物2をベースプレート6に着脱可能に取り付ける。
(2)第2工程
前記第1造形物2を着脱可能に取り付けた前記ベースプレート6を粉末焼結積層装置4の昇降テーブル5に取り付ける。
(3)第3工程
前記第1造形物2と接合させることが可能な粉末層12を前記第1造形物2上に形成する作業と、前記粉末層12にレーザー光を照射して固化層15を形成する作業と、を繰り返し行い、
複数の前記固化層15が積層一体化された3次元造形物としての第2造形物3を前記第1造形物2に一体に形成し、前記第1造形物2と前記第2造形物3とからなるハイブリッド造形物1を成形する。
(4)第4工程
前記ハイブリッド造形物1及び前記ベースプレート6を前記粉末焼結積層装置4の前記昇降テーブル5から取り外す。
(5)第5工程
前記ベースプレート6から前記ハイブリッド造形物1を取り外す。
そして、前記第1造形物2は、ベースプレート6に形成された第1造形物収容凹所7内に収容される。また、前記第1造形物収容凹所7内に収容された前記第1造形物2の上面には、前記固化層15を形成するのに適した厚さの前記粉末層12が形成される。
The manufacturing method of the hybrid molded
(1) First step The first
(2) Second Step The
(3) Third Step Work of forming a
A
(4) Fourth Step The hybrid shaped
(5) Fifth Step The hybrid shaped
Then, the first molded
また、本発明は、第1造形物2の接合面2aに、3次元造形物である第2造形物3が粉末焼結積層法によって接合されたハイブリッド造形物1に関するものである。
The present invention also relates to a hybrid
本発明に係るハイブリッド造形物の製造方法によれば、ハイブリッド造形物は、第1造形物上に第2造形物が粉末焼結積層法によって造形された後、第1造形物をベースプレートから取り外すだけで、ベースプレートから分離される。その結果、本実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法によれば、ベースプレートを次の新たなハイブリッド造形物の製造にそのまま利用できるため、従来例と比較して、3次元造形物(第2造形物)の成形のサイクルタイムを短縮でき、3次元造形物(第2造形物)の生産性を向上させることができる。
According to the method for manufacturing a hybrid shaped article according to the present invention, the hybrid shaped article is obtained by simply removing the first shaped article from the base plate after the second shaped article is shaped by the powder sintering lamination method on the first shaped article. And separated from the base plate. As a result, according to the method for manufacturing the hybrid molded
以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1及び図2は、本発明の実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法を説明するための図である。図1(a)に示すハイブリッド造形物1は、第1造形物2の接合面(上面)2aに第2造形物3が接合されている。第1造形物2は、予め切削加工等によって高精度に形成された円柱状の部材である。また、第2造形物3は、第1造形物2と同径で且つ円柱状の部材であり、図1(b)〜(h)の各工程を経て第1造形物2の接合面2aに接合・一体化される。なお、第1造形物2は、例えば、鉄系材料(炭素鋼等)が使用される。
1 and 2 are views for explaining a method for manufacturing the hybrid shaped
(第1工程)
先ず、図1(b)、図1(c)、図2(a−1)、及び図2(a−2)に示すように、予め加工された第1造形物2は、粉末焼結積層装置4の昇降テーブル5に取り付けられるベースプレート6の第1造形物収容凹所7内に着脱可能に取り付けられる。ベースプレート6の第1造形物収容凹所7は、有底の丸穴であり、円柱状の第1造形物2の接合面(上面)2aがベースプレート6の上面6aよりも僅かに出っ張る穴深さに形成され、第1造形物2が底面7aにボルト8で固定されている。なお、ベースプレート6は、平面形状が四角形状の金属製の平板部材である。
(First step)
First, as shown in FIG. 1 (b), FIG. 1 (c), FIG. 2 (a-1), and FIG. It is removably attached in the first molded article accommodating
(第2工程)
次に、図1(c)に示すように、第1造形物2が取り付けられたベースプレート6は、粉末焼結積層装置4の昇降テーブル5上に固定される(第2工程)。
(Second step)
Next, as shown in FIG. 1C, the
(第3工程)
次に、図1(c)に示すように、粉末焼結積層装置4は、ベースプレート6に取り付けられた第1造形物2の接合面2a上に第1造形物2と同種の金属粉末10を供給し、第1造形物2の接合面2a上の金属粉末10を水平方向(図1(c)のX軸に沿った方向)に移動するブレード11(又はローラ)によって均し、第1造形物2の接合面2a上に所望厚さの金属粉末層(粉末層)12を形成する(粉末層形成工程部分)。
(Third step)
Next, as shown in FIG. 1 (c), the powder sintering and laminating
次に、図1(c)に示すように、第1造形物2の接合面2a上の金属粉末層10には、レーザー光照射手段13からレーザー光14が照射される。そして、第1造形物2の接合面2aと金属粉末層12との境界部分は、レーザー光14で溶かされて一体化させられる。また、図1(d)に示すように、第1造形物2の接合面2a上の金属粉末層12は、レーザー光14で焼き固められて、固化層15になる(固化層形成工程部分)。なお、レーザー光照射手段13は、3次元CADデータ等の入力データに基づいて作動制御され、昇降テーブル5(ベースプレート6)に対して移動できるようになっている。また、昇降テーブル5は、図1(c)のZ軸方向に沿って昇降できるように構成されており、第1造形物2の接合面2a上に形成される金属粉末層12の厚さ分だけ順次降下するようになっている。
Next, as shown in FIG. 1C, the laser light irradiation means 13 irradiates the
次に、図1(e)〜(h)に示すように、第1造形物2の接合面2a上に金属粉末層12を形成する粉末層形成工程部分と、金属粉末層12にレーザー光14を照射し、レーザー光14が照射された部分の金属粉末層12を焼き固めて固化層15を形成する固化層形成工程部分と、を繰り返し行う。これによって、複数の固化層15を積層一体化してなる3次元造形物としての第2造形物3が形成されると共に、この第2造形物3が第1造形物2の接合面2aに接合され、第1造形物2と第2造形物3が一体化されたハイブリッド造形物1が形成される。
Next, as shown in FIGS. 1E to 1H, a powder layer forming step for forming the
(第4工程)
次に、図2(b−1)及び図2(b−2)に示すように、ベースプレート6及びハイブリッド造形物1は、粉末焼結積層装置4の昇降テーブル5から取り外される(第4工程)。
(Fourth step)
Next, as shown in FIGS. 2 (b-1) and 2 (b-2), the
(第5工程)
次に、図2(c)及び図2(d)に示すように、ハイブリッド造形物1は、ベースプレート6に固定したボルト8が取り外され、ベースプレート6から分離された後、ベースプレート6の第1造形物収容凹所7内から取り出される(第5工程)。
(Fifth step)
Next, as shown in FIG. 2C and FIG. 2D, in the hybrid molded
次に、ハイブリッド造形物1は、粉末焼結積層装置4のレーザー光14の熱によって生じた内部歪みを取り除くため、研磨、研削、熱処理(焼鈍し)等の必要な処理が施される。
Next, the hybrid molded
(本実施形態の効果)
以上のような本実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法によれば、ハイブリッド造形物1は、第1造形物2の接合面2a上に第2造形物3が粉末焼結積層法によって造形された後、第1造形物2をベースプレート6に固定するボルト8を取り外すだけで、ベースプレート6から分離される。その結果、本実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法によれば、ベースプレート6を次の新たなハイブリッド造形物1の製造にそのまま利用できるため、従来例(造形プレート100から3次元造形物101を切断して分離した後、3次元造形物101の切り残し痕103を造形プレート100上から研削加工等で取り除き、その後、造形プレート100を次の新たな3次元造形物101の製造に利用する)と比較し、3次元造形物(第2造形物3)の成形のサイクルタイムを短縮でき、3次元造形物(第2造形物3)の生産性を向上させることができる。
(Effect of this embodiment)
According to the method for manufacturing the hybrid shaped
本実施形態に係るハイブリッド造形物1は、第1造形物2が被取付部材(図示せず)の嵌合穴等に高精度で係合させる必要がある場合、第1造形物2を予め切削加工や研削加工で高精度に加工しておくことにより、被取付部材の嵌合穴等に高精度に係合させることができる。このような本実施形態に係るハイブリッド造形物1に対し、従来の粉末焼結積層法によって製造された3次元造形物101は、造形作業が終了した後に、被取付部材の嵌合穴等に係合される部分を切削加工又は研削加工で高精度に加工する必要があるが、外観形状が複雑な場合に、加工のための治具へのチャッキングができず、後加工ができないために、高精度の係合を求められる被取付部材への取り付けが困難になるという問題を生じることがある。
The hybrid modeled
本実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法は、ベースプレート6に第1造形物収容凹所7を形成し、第1造形物2をベースプレート6の第1造形物収容凹所7内に収容し、第1造形物2の接合面2aをベースプレート6の上面6aよりも僅かに出っ張らせるようになっているため、ベースプレート6の上面6aに第1造形物2を固定する場合と比較し、ベースプレート6上に供給する金属粉末10の量を少なくすることができ、ハイブリッド造形物1の製造の1サイクルで使用する金属粉末10の量を節約することが可能になる。
In the method for manufacturing the hybrid shaped
本実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法は、機械(例えば、複合旋盤)の治具への取付穴を第1造形物2に予め形成しておくことにより、3次元造形後におけるハイブリッド造形物1の後加工を効率的に且つ正確に行うことが可能になる。
The method for manufacturing the
(変形例1)
図3は、第1造形物2の変形例を示す図である。なお、図3(a)は第1造形物2の平面図であり、図3(b)は図3(a)の矢印A1方向から見た第1造形物2の正面図であり、図3(c)は図3(a)の矢印A2方向から見た第1造形部2の右側面図であり、図3(d)はベースプレート6に取り付けられた第1造形部2の平面図である。
(Modification 1)
FIG. 3 is a diagram showing a modified example of the first shaped
図3に示すように、第1造形物2は、円柱の周面の一部をY−Z座標面と平行な仮想平面で且つX−Y座標面に直交する仮想平面で削り取られたような平面16(3次元造形の基準となる平面)が形成されている。そして、この第1造形物2は、図3(d)及び図2(a−2)に示すように、ベースプレート6の第1造形物収容凹所7内に係合された後、ベースプレート6にボルト8で仮締めされ、平面16がベースプレート6の4側面のうちの1側面(取付基準面17)と平行になるように位置調整された後、ベースプレート6に本締めされる(強く締め付け固定される)。なお、第1造形物2の平面16とベースプレート6の取付基準面17とを平行にする作業は、例えば、フライス盤のベッド上において、ダイヤルゲージ、治具等を使用して行われる。
As shown in FIG. 3, the first modeled
本変形例に係る第1造形物2は、上述のように、第1造形物2の平面16とベースプレート6の取付基準面17とを平行にすることができるため、第1造形物2が取り付けられたベースプレート6の取付基準面17を粉末焼結積層装置4のレーザー照射手段13の主走査方向又は副走査方向に合わせるだけで、第1造形物2の平面16(3次元造形の基準となる平面)をレーザー照射手段13の主走査方向又は副走査方向に位置決めすることが可能になる。そのため、本変形例に係る第1造形物2及びこの第1造形物2を取り付けたベースプレート6を使用する粉末焼結積層装置4は、第1造形物2に対する第2造形物3の造形を正確に行うことが可能になる(例えば、第1造形物2に予め形成された穴と第2造形物3(3次元造形物)に形成された穴とを正確に位置合わせすることが可能になる)。
In the first modeled
(その他の変形例)
上記実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法は、第1造形物2の接合面2aを平坦な水平面で表しているが、これに限られず、粉末焼結積層法の実施を可能にする金属粉末層12を形成することができる限り、接合面2aをステップ状面(図4(a)参照)、凹凸面(図4(b)参照)等にしてもよい。
(Other modifications)
In the method for manufacturing the hybrid shaped
また、上記実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法は、第1造形物2の接合面2aをベースプレート6の上面6aよりも僅かに出っ張らせるようになっているが、これに限られず、第1造形物2の接合面2aをベースプレート6の上面6aと同一の平面上に位置するようにしてもよい。
Further, in the method for manufacturing the hybrid shaped
また、上記実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法は、第1造形物2の接合面2aをベースプレート6の上面6aよりも僅かに出っ張らせるようになっているが、これに限られず、3次元造形に適した金属粉末層12を第1造形物2の接合面2a上に形成できる限り、第1造形物2の接合面2aをベースプレート6の上面6aよりも僅かに引っ込んで位置するようにしてもよい。
In addition, in the method for manufacturing the hybrid shaped
また、上記実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法は、第1造形物2と金属粉末10とを同種の鉄系材料(例えば、炭素鋼)にするように例示したが、これに限られず、第1造形物2と金属粉末10とを鉄系材料以外の材料(例えば、チタン合金)やその他の金属材料にしてもよい。
Moreover, although the manufacturing method of the hybrid shaped
また、上記実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法は、第1造形物2と金属粉末10とを同種の鉄系材料(例えば、炭素鋼)にするように例示したが、これに限られず、第1造形物2と金属粉末10とを異種の金属材料(例えば、第1造形物2を炭素鋼とし、金属粉末10をチタン合金とするか、又は第1造形物2をチタン合金とし、金属粉末10を炭素鋼とする)にしてもよい。
Moreover, although the manufacturing method of the hybrid shaped
また、上記実施形態に係るハイブリッド造形物1の製造方法は、第1造形物2と第2造形物3とを同一種の金属(例えば、炭素鋼)にするように例示したが、これに限られず、第1造形物2と第2造形物3とをセラミックスで形成するようにしてもよい。すなわち、本発明に係るハイブリッド造形物1の製造方法は、金属材料で形成された第1造形物2をセラミックスで形成された第1造形物2に置き換え、金属粉末10をセラミックスの粉末10に置き換えてもよい。
In addition, although the manufacturing method of the hybrid shaped
また、本発明に係るハイブリッド造形物1は、上記実施形態に係るハイブリッド造形物1に限定されず、円柱状のもの以外の三角柱、四角柱、六角柱等の様々な形状のものにしてもよい。
Further, the hybrid shaped
また、本発明に係るハイブリッド造形物1は、上記実施形態に係るハイブリッド造形物1に限定されず、第2造形物3を第1造形物2と異なる形状に形成するようにしてもよい。
Further, the hybrid shaped
1……ハイブリッド造形物、2……第1造形物、3……第2造形物、4……粉末焼結積層装置、5……昇降テーブル、6……ベースプレート、12……金属粉末層(粉末層)、15……固化層 1 ... Hybrid modeling object, 2 ... 1st modeling object, 3 ... 2nd modeling object, 4 ... Powder sintering lamination device, 5 ... Lifting table, 6 ... Base plate, 12 ... Metal powder layer ( Powder layer), 15 ... Solidified layer
Claims (3)
第1造形物をベースプレートに着脱可能に取り付ける第1工程と、
(2)第2工程
前記第1造形物を着脱可能に取り付けた前記ベースプレートを粉末焼結積層装置の昇降テーブルに取り付ける第2工程と、
(3)第3工程
前記第1造形物と接合させることが可能な粉末層を前記第1造形物上に形成する作業と、前記粉末層にレーザー光を照射して固化層を形成する作業と、を繰り返し行い、
複数の前記固化層が積層一体化された3次元造形物としての第2造形物を前記第1造形物に一体に形成し、前記第1造形物と前記第2造形物とからなるハイブリッド造形物を成形する第3工程と、
(4)第4工程
前記ハイブリッド造形物及び前記ベースプレートを前記粉末焼結積層装置の前記昇降テーブルから取り外す第4工程と、
(5)第5工程
前記ベースプレートから前記ハイブリッド造形物を取り外す第5工程と、を有し、
前記第1造形物は、ベースプレートに形成された第1造形物収容凹所内に収容され、
前記第1造形物収容凹所内に収容された前記第1造形物の上面には、前記固化層を形成するのに適した厚さの前記粉末層が形成される、
ことを特徴とするハイブリッド造形物の製造方法。 (1) First step A first step of detachably attaching the first shaped article to the base plate,
(2) Second step A second step in which the base plate to which the first shaped article is detachably attached is attached to an elevating table of a powder sintering and laminating apparatus,
(3) Third step: an operation of forming a powder layer that can be joined to the first shaped article on the first shaped article, and an operation of irradiating the powder layer with a laser beam to form a solidified layer. , Repeatedly,
A hybrid modeled product including a first modeled product and a second modeled product integrally formed with a second modeled product as a three-dimensional modeled product in which a plurality of solidified layers are laminated and integrated. A third step of molding
(4) Fourth step A fourth step of removing the hybrid molded article and the base plate from the lifting table of the powder sintering and laminating apparatus,
(5) Fifth step, and a fifth step of removing the hybrid shaped article from the base plate ,
The first shaped article is housed in a first shaped article housing recess formed in the base plate,
The powder layer having a thickness suitable for forming the solidified layer is formed on an upper surface of the first shaped object housed in the first shaped object housing recess.
A method for producing a hybrid shaped article, which is characterized by the following.
ことを特徴とする請求項1に記載のハイブリッド造形物の製造方法。 The powder layer is formed of a powder of the same metal as the base plate,
The method for producing a hybrid shaped article according to claim 1 , wherein:
前記ハイブリッド造形物は、前記ベースプレートから取り外された後、焼鈍しが行われる、
ことを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド造形物の製造方法。 The powder is steel powder,
The hybrid shaped article is annealed after being removed from the base plate,
The method for manufacturing a hybrid shaped article according to claim 2 , wherein.
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