JP6880990B2 - 積層造形物の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
積層造形物の製造方法は、近赤外波長のレーザ光である造形光ビームの照射によって、銅又はアルミによって形成される金属粉末を溶融させたのち固化させ積層造形する積層造形物の製造方法である。製造方法は、前記金属粉末を構成する複数の母材粒子及び前記複数の母材粒子と同種の金属で形成され前記複数の母材粒子の平均体積よりも小さな平均体積で形成される複数の微粒子を前記造形光ビームの照射範囲に供給する第一工程と、前記第一工程において前記照射範囲に供給された前記複数の母材粒子の各表面のうち前記造形光ビームが照射される側の各表面である各被照射面及び前記複数の微粒子に前記造形光ビームを照射する第二工程と、を備える。そして、前記第一工程において前記照射範囲に供給された前記複数の微粒子は、前記複数の母材粒子の前記各被照射面と接触するよう配置される。
また、積層造形物の製造装置は、近赤外波長のレーザ光である造形光ビームの照射によって、銅又はアルミによって形成される金属粉末を溶融させたのち固化させ積層造形する積層造形物の製造装置である。製造装置は、外気と内気との遮断が可能なチャンバと、前記金属粉末を構成する複数の母材粒子及び前記複数の母材粒子と同種の金属で形成され前記複数の母材粒子の平均体積よりも小さな平均体積で形成される複数の微粒子を格納する格納部と、前記チャンバの内部に設けられ、前記格納部内に格納される前記複数の母材粒子及び前記複数の微粒子を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、前記照射範囲に供給された前記複数の母材粒子の各表面のうち前記造形光ビームが照射される側の各表面である各被照射面及び前記複数の微粒子に前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、を備える。そして前記照射範囲において、前記複数の微粒子は、前記複数の母材粒子の前記各被照射面と接触するよう配置される。これにより、上記の製造方法と同様、相対密度が高密度で高強度な積層造形物が安定して製造できる。
(1−1.概要)
まず、本発明の第一実施形態に係る積層造形物の製造装置の概要について説明する。積層造形物の製造装置は、造形光ビームの照射によって、照射範囲に供給された金属粉末を溶融させたのち固化させて積層造形物を積層造形する製造装置である。
図3は、本発明に係る第一実施形態の製造装置100の概要図である。製造装置100は、チャンバ10と、金属粉末供給装置20と、造形光ビーム照射装置30と、格納部40と、を備える。後に詳述するが格納部40は、複数の母材粒子15aを格納する母材粒子格納部41と複数の微粒子15bを格納する微粒子格納部42とを備える。
次に、積層造形物の製造方法について,図6のフローチャートに基づき説明する。なお、製造方法においては、チャンバ10内の空気を、図略のガス置換装置によって、例えばArガスに置換するが、この処理についての説明は省略する。
第一工程S10について説明する。上述したように、第一工程S10は、金属粉末15を構成する複数の母材粒子15a及び複数の母材粒子15aと同種の金属(銅)で形成され、複数の母材粒子15aの平均体積V1よりも小さな平均体積V2で形成される複数の微粒子15bを近赤外レーザ光L1(造形光ビーム)の照射範囲Ar1に供給する工程である。
次に、第二工程S20について説明する。第二工程S20では、造形光ビーム照射装置30が備える造形制御部28の制御によって、レーザ発振器31を作動させる。そして、照射範囲Ar1に供給された薄膜層15c(母材粒子層15c1,及び微粒子層15c2)の表面上の所定の位置に、近赤外レーザ光L1(造形光ビーム)を照射する。このとき、所定の位置は、薄膜層15cのうち複数の微粒子15bが配置された位置であることが好ましい。しかし、所定の位置は、これから作製すべき積層造形物のスライスデータ(描画パターン)に基づく位置であり、積層造形物を形成させたい位置である。
上記第一実施形態においては、複数の母材粒子15a及び複数の微粒子15bを球状に形成した。そして、球状に形成された微粒子15bの平均粒径φD2が、球状に形成された母材粒子15aの平均粒径φD1に対して、例えば1/6(=φD2/φD1)となるよう、複数の母材粒子15a及び複数の微粒子15bが形成された。しかし、この態様には限らない。複数の母材粒子15a及び複数の微粒子15bは、球状ではなく、球状以外の異形形状で形成しても良い。
上述から明らかなように、上記実施形態の製造方法によれば、第一工程S10(S10a,S10b)において、複数の母材粒子15aよりも平均体積V2が小さな複数の微粒子15bが、母材粒子15aの被照射面15a1に接触して配置されるよう照射範囲Ar1に供給される。そして、第二工程S20において、近赤外レーザ光L1(造形光ビーム)が微粒子15bに照射されると、平均体積V2が小さいため熱容量も小さな各微粒子15bの温度は、平均体積V1の大きな母材粒子15aに近赤外レーザ光L1を照射した場合における母材粒子15aの温度上昇速度と比較して速やかに上昇し、微粒子15bは迅速に溶融して液相状態となる。
Claims (10)
- 近赤外波長のレーザ光である造形光ビームの照射によって、銅又はアルミによって形成される金属粉末を溶融させたのち固化させ積層造形する積層造形物の製造方法であって、
前記金属粉末を構成する複数の母材粒子及び前記複数の母材粒子と同種の金属で形成され前記複数の母材粒子の平均体積よりも小さな平均体積で形成される複数の微粒子を前記造形光ビームの照射範囲に供給する第一工程と、
前記第一工程において前記照射範囲に供給された前記複数の母材粒子の各表面のうち前記造形光ビームが照射される側の各表面である各被照射面及び前記複数の微粒子に前記造形光ビームを照射する第二工程と、を備え、
前記第一工程において前記照射範囲に供給された前記複数の微粒子は、前記複数の母材粒子の前記各被照射面と接触するよう配置される、積層造形物の製造方法。 - 前記第一工程は、
前記複数の母材粒子を前記造形光ビームの前記照射範囲に供給する母材粒子供給工程と、
前記複数の微粒子を、前記母材粒子供給工程によって前記照射範囲に供給された前記複数の母材粒子の前記各被照射面に接触して配置されるよう供給する微粒子供給工程と、を備える、請求項1に記載の積層造形物の製造方法。 - 前記複数の母材粒子及び前記複数の微粒子はともに球状であり、前記複数の微粒子の平均粒径は、前記複数の母材粒子の平均粒径に対して2/5以下である、請求項1又は2に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記複数の微粒子の前記平均体積は、前記複数の母材粒子の前記平均体積に対して6.4%以下である、請求項1又は2に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記照射範囲に供給された前記金属粉末のうち、前記造形光ビームの照射によって溶融されずに残った残存金属粉末は、フィルタによって、前記母材粒子と前記微粒子と、に分離される、請求項2に記載の積層造形物の製造方法。
- 近赤外波長のレーザ光である造形光ビームの照射によって、銅又はアルミによって形成される金属粉末を溶融させたのち固化させ積層造形する積層造形物の製造装置であって、
外気と内気との遮断が可能なチャンバと、
前記金属粉末を構成する複数の母材粒子及び前記複数の母材粒子と同種の金属で形成され前記複数の母材粒子の平均体積よりも小さな平均体積で形成される複数の微粒子を格納する格納部と、
前記チャンバの内部に設けられ、前記格納部内に格納される前記複数の母材粒子及び前記複数の微粒子を前記造形光ビームの照射範囲に供給する金属粉末供給装置と、
前記照射範囲に供給された前記複数の母材粒子の各表面のうち前記造形光ビームが照射される側の各表面である各被照射面及び前記複数の微粒子に前記造形光ビームを照射する造形光ビーム照射装置と、を備え、
前記照射範囲において、前記複数の微粒子は、前記複数の母材粒子の前記各被照射面と接触するよう配置される、積層造形物の製造装置。 - 前記格納部は、
前記照射範囲に供給される以前の前記複数の母材粒子を格納する母材粒子格納部と、
前記照射範囲に供給される以前の前記複数の微粒子を格納する微粒子格納部と、
を備え、
前記金属粉末供給装置が、
前記母材粒子格納部に格納される前記複数の母材粒子と、
前記微粒子格納部に格納される前記複数の微粒子と、を、
前記複数の母材粒子の前記各被照射面に前記複数の微粒子が接触して配置されるよう前記照射範囲に供給し、
前記造形光ビーム照射装置が、前記照射範囲に供給された前記複数の母材粒子の前記各被照射面及び前記複数の微粒子に前記造形光ビームを照射する、請求項6に記載の積層造形物の製造装置。 - 前記複数の母材粒子及び前記複数の微粒子はともに球状であり、前記複数の微粒子の平均粒径は、前記複数の母材粒子の平均粒径に対して2/5以下である、請求項6又は7に記載の積層造形物の製造装置。
- 前記複数の微粒子の前記平均体積は、前記複数の母材粒子の前記平均体積に対して6.4%以下である、請求項6又は7に記載の積層造形物の製造装置。
- 前記照射範囲に供給された前記金属粉末のうち、前記造形光ビームの照射によって溶融されずに残った残存金属粉末は、フィルタによって、前記母材粒子と前記微粒子と、に分離される、請求項7に記載の積層造形物の製造装置。
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