JP6881796B1 - 三次元造形物の製造方法及び当該方法による三次元造形物 - Google Patents

Abstract

【課題】均一な形状及び強固な結合によるラティス領域及び当該ラティス領域の全周囲に配置されている外枠領域を対象とする三次元造形物及びその製造方法に関する構成を提供すること。【解決手段】粉末層３の成形及びレーザビーム又は電子ビームによる焼結という工程の繰り返しに基づく三次元造形物の製造方法であって、ラティス領域１においては、所定のスポット径を有する前記ビームを所定の間隔にて一方側方向に複数回走査することによって焼結層４１を成形した後に、改めて前記一方側方向と交差する他方側方向にて同様の走査を行うことによって焼結層４２を成形し、外枠領域２においては、内側ライン及び外側ラインによって囲まれているラティス領域１の全領域にて所定のスポット径を有する前記ビームを走査することによって連続した焼結層４３を成形することによって前記課題を達成し得る三次元造形物の製造方法、及び当該方法に基づく三次元造形物。【選択図】図１

Description

スキージのスライドを伴う粉末の散布による粉末層の成形及び当該粉末層に対するレーザビーム又は電子ビームによる焼結という工程を順次繰り返すことに基づく積層に立脚した上で、周囲の外枠及びその内側のラティス構造を対象とする三次元造形物の製造方法及び当該方法に基づく三次元造形物に関する。

スキージのスライドを伴う粉末の散布による粉末層の成形及び当該粉末層に対するレーザビーム又は電子ビームによる焼結という工程を順次繰り返すことに基づく積層に立脚している三次元造形物の製造方法は周知である。

上記三次元造形物の製造方法による三次元造形物のうちには、キャビティタイプの金型製品、フィルター用製品のように、造形物内部において通気性、即ちガス抜き構造を要する場合があり、これらの製品の場合には、密度の低い軽量化三次元造形物を製造することに帰する。

このような通気性を要する三次元造形物の製造方法として、例えば特許文献１においては、多孔質構造、即ちポーラス（ｐｏｒｏｕｓ）構造による気体流路を成形しているが、ポーラス構造の気体流路は、固化した材料の密度を低くすることによって生成されている以上、造形物としての強度が小さい一方、気体の流通する流路が不確定であって直線状ではないため、気体の流量が少ないという欠点を免れることができない。

これに対し、特許文献２においては、特定の金属粉末層について、所定のスポット径を有するレーザビームを所定の間隔にて複数回直線状に走査することによって焼結した後に（第１のラスタ構成による焼結）、その上側に隣接している金属粉末層については、上記直線状の方向と直交する方向に同様のレーザビームによる焼結（第２のラスタ構成による焼結）を行い、各金属粉末の積層と上記のような直交し合う方向のレーザビームによる走査を繰り返すことによるラティス領域の製造方法を提供している（請求項３及び図４）。

即ち、特許文献２発明においては、ラティス領域における通気孔の周囲を成形する横方向（Ｘ方向）及び縦方向（Ｙ方向）に沿った焼結は、２層毎に交互に焼結されている。

特許文献２の図２を参照する限り、図１０（ａ）に示すように、レーザビームが走査する縦方向又は横方向の何れか一方の方向と、スキージのスライド方向とが一致しており、このような一致は、三次元造形物の製造におけるスペースを効率的に使用するという技術常識に立脚している。

然るに、スキージは、金属粉末層の表面を平坦化するために所定の押圧力を伴ってスライドしているが、スライドに伴って粉末層を成形する前段階にて、縦方向及び横方向のうち、当該スライド方向と直交する方向のレーザビームの走査によってライン状の焼結層の上側をスキージがスライドする場合には、押圧する金属粉末層の厚さが、ライン状の焼結層の上側の部位と当該領域に挟まれている金属粉末層に更に金属粉末層を重畳する部位との間では、たとえスキージのスライド方向の幅が焼結層の幅よりも大きいとしても、スキージのスライドする方向側の先端からの押圧によって受ける圧縮の程度に相違が必然的に発生する。

このような相違の結果、スキージのスライドの後に行われる上記のライン状の焼結と直交する方向によるレーザビームの走査を行った場合には、図１０（ｂ）に示すように、上下方向に微細な凹凸を伴う不均一な焼結層が成形されることにならざるを得ない（尚、理解に資するために、図１０（ｂ）の凹凸形状は誇大に表示している。）。

しかも特許文献２発明のような２層毎の交互の焼結の場合には、横方向（ｘ方向）と縦方向（ｙ方向）とが上下方向にて接し合う二次元の面に沿った結合が実現しているに過ぎず、同一の高さ方向において横方向（ｘ方向）及び縦方向（ｙ方向）によって成形される三次元の立方体を介した結合が不均一で、ラティス領域の強度は決して十分ではない。

更には、特許文献２発明においては、外枠領域を図面上表示するも、ラティス領域の焼結と外枠領域の焼結とがどのような関係にあるかについて全く説明されていない。

特許第５７７６００４号公報 特許第６５３２１８０号公報

本発明は、均一な形状及び強固な結合によるラティス領域及び当該領域の外側に配置されている外枠領域を対象とする三次元造形物の製造方法及び当該方法による三次元造形物の構成を提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
（１）スキージのスライドを伴う粉末の散布による粉末層の成形及び当該粉末層に対するレーザビーム又は電子ビームによる焼結という工程を順次繰り返すことに基づく積層に立脚している三次元造形物の製造方法であって、各粉末層における焼結は、通気性を有するラティス領域及び当該領域の外側と接続し、かつ当該領域の全周囲にて配置されている外枠領域を対象としており、ラティス領域を対象としている各粉末層については、所定のスポット径を有するレーザビーム又は電子ビームを所定の間隔にて一方側方向に、相向かい合う外枠領域を接合する状態にて複数回平行に走査することによって一方側方向に沿った焼結層を成形した後に、改めて同一の各粉末層内にて前記一方側方向と交差する他方側方向に、相向かい合う外枠領域を接合する状態にて所定のスポット径を有するレーザビーム又は電子ビームを所定の間隔にて複数回平行に走査することによって他方側方向の焼結層を成形し、前記一方側方向に沿った焼結層と、前記他方側方向に沿った焼結層とは、交差しており、前記交差した領域では、一方側の焼結と他方側の焼結とが重畳した状態にて結合しており、交差していない領域では、一方側のみ又は他方側のみの焼結が行われており、外枠領域については、内側ライン及び外側ラインによって囲まれた状態にある前記全周囲を所定のスポット径を有するレーザビーム又は電子ビームを走査することによって連続した焼結層を成形している三次元造形物の製造方法、
（２）外枠領域の形状として、内側ライン及び外側ラインが、それぞれ中心位置が同一であり、かつ相互に相似の関係にある正多角形状又は湾曲形状の何れかを採用することを特徴とする前記（１）の三次元造形物の製造方法、
（３）外枠領域を所定幅だけ離れ、かつ特定方向に選択されている平行ラインによって区分し、ラティス領域における焼結層の成形の前段階、又は後段階、又はその中間段階にて、前記平行方向と直交する方向にてレーザビーム又は電子ビームを走査することを特徴とする前記（１）の三次元造形物の製造方法、
からなる。

基本構成（１）及び基本構成（２）及び基本構成（３）による三次元造形物においては、レーザビーム又は電子ビーム（以下「ビーム」と略称する。）の走査による一方側方向及び他方側方向の何れかがスキージのスライド方向と直交する場合であっても、スキージは、当該方向と交差する方向にて成形されたライン状の焼結層の上側をスライドすることから、特許文献２発明のようにビームの走査方向とスキージのスライド方向とが直交する場合に、金属粉末層の厚さの相違を原因として図１０（ｂ）に示すようなスキージのスライドによる不均一な押圧によって、上下方向にて微細な凹凸を伴う焼結層の成形を避けることができる。

しかも、基本構成（１）の場合には、各粉末層において、一方側方向のビームの走査によるライン状の焼結層と他方側のビームの走査によるライン状の焼結層とが同一の各粉末層によって形成される同一の高さ範囲にて立体的に結合することによって、前記一方側方向に沿った焼結層と、前記他方側方向に沿った焼結層とは、交差しており、前記交差した領域では、一方側の焼結と他方側の焼結とが重畳した状態にて結合しており、交差していない領域では、一方側のみ又は他方側のみの焼結が行われており、特許文献２発明のような上下方向にて接し合う二次元の面に沿った結合よりも明らかに強固な三次元による立方体を介した結合が行われ、ひいては強固な結合によるラティス領域を確保することができる。

更には、基本構成（１）においては、各粉末層において、ラティス領域の焼結と外枠領域の焼結とを順次効率的に実現することができる。

一方側方向及び他方側方向に沿ったビームの走査による焼結層の形状が直線状である場合の基本構成（１）の製造方法を示しており、（ａ）は、双方の方向が直交する実施形態の平面図であり、（ｂ）は、双方の方向が斜交し合う実施形態の平面図であり、（ｃ）は、（ａ）、（ｂ）のＡ−Ａを結ぶビームの走査方向において、最初の層から二番目の層を順次成形する場合の断面図である。 一方側方向及び他方側方向に沿ったビームの走査による焼結層の形状が波型形状である場合の基本構成（１）の製造方法を示しており、（ａ）は、曲線が規則的に変化している波型形状の双方の方向が直交する実施形態の平面図であり、（ｂ）は、折線が規則的に変化していることによる波型形状の双方の方向が斜交し合う実施形態の平面図であり、（ｃ）は、（ａ）、（ｂ）のＡ−Ａを結ぶビームの走査方向において、最初の層から二番目の層を順次成形する場合の断面図である。 基本構成（２）の実施形態を示しており、（ａ）は、正多角形状の典型例である正方形の場合を示す平面図であり、（ｂ）は、湾曲形状の典型例である円形の場合を示す平面図である。 基本構成（３）の実施形態を示しており、図３（ａ）の正方形を採用した上で、平行ラインが正方形における特定の辺の方向である場合を示す平面図である（両側方向矢印は、平行な方向と直交する方向を示す。）。 基本構成（３）の実施形態を示しており、図３（ａ）の正方形を採用した上で、平行ラインが所定幅につき、正多角形状又は湾曲形状を形成する内側ライン及び外側ラインによって囲まれる領域において最大距離を形成するような方向である場合を示す平面図である（両側方向矢印は、平行な方向と直交する方向を示す。）。 外枠領域の焼結において基本構成（３）と異なる実施形態を示しており、図３（ｂ）の円形を採用した上で、内側ライン及び外側ラインと相似関係にある軌跡に沿ってビームを走査する場合を示す平面図である（湾曲した片側方向矢印は、ビームの走査方向を示す。）。 ビームの走査方向とスキージのスライド方向との関係を示す平面図であって、（ａ）は、一方側方向又は他方側方向の何れかが直交している実施形態を示しており、（ｂ）は、双方の方向が斜交している実施形態を示す。 尚、白線矢印は、スキージが粉末を散布しながらスライドする方向を示す。 一方側方向におけるビームの走査の段階にて、焼結が行われた領域間にて粉末が不足した場合に、当該不足した金属粉末を補填する実施形態を示しており、（ａ）は、前記一方側の走査方向と交差する方向のスキージによるスライドによって散布された粉末が粉末層成形に必要な量として不足している状態を示し、（ｂ）は、更なるスキージの走査によって不足している粉末が補填された状態を示し、（ｃ）は、他方側方向によるビームの走査が行われた状態を示す。 尚、前記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）においては、外枠領域の図示は省略されている。 ビームのスポット径及びビームのパワー又は走査スピードを変化させることによって、積層に従って通気口のサイズを順次小さくする実施形態を示しており、（ａ）は、造形幅が順次大きくなることを示す平面図であり、（ｂ）は、上下方向断面図である。 所定のスポット径を有するビームを選択した上で、一方側方向及び他方側方向に平行にて走査するビームの間隔を順次段階的に小さく設定することによって、通気孔のサイズを順次段階的に小さく設定している実施形態を示しており、（ａ）は、ビームの間隔が順次段階的に小さくなることを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の場合と同様の状態を示す上下方向断面図である（点線は、ビームの間隔が段階的に小さくなる領域において、他方側方向に走査されているビームにつき、当該変化の前段階のビームと当該変化の後段階のビームとが相互に重畳し合っている状態を示す。）。 ラティス領域に囲まれた一部領域をテーパ形状とする実施例の構成を示す上下方向断面図である。 特許文献２発明の構成を示しており、（ａ）は、スキージがスライドする段階における平面図であり、（ｂ）は、前記段階における上下方向断面図である。 尚、白線矢印は、スキージが粉末を散布しながらスライドする方向を示す。

基本構成（１）及び（２）及び（３）によって得られた外枠及び内側のラティス構造による三次元造形物を金型として使用する場合には、粉末は須く金属粉末が使用される。

これに対し、前記三次元造形物がフィルター等の金型以外の製品である場合には、粉末が必ずしも金属粉末である必要はなく、プラスチック粉末等も典型例として使用することができ、この点は、小さい密度を選択している三次元造形物の場合においても変わりはない。

このような材料を適宜選択した上で、基本構成（１）は、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、スキージ６のスライドを伴う粉末の散布による粉末層３の成形及び当該粉末層３に対するレーザビーム又は電子ビームによる焼結という工程を順次繰り返すことに基づく積層に立脚している三次元造形物の製造方法であって、各粉末層３における焼結は、通気性を有するラティス領域１及び当該領域１の外側と接続し、かつ当該領域１の全周囲にて配置されている外枠領域２を対象としており、ラティス領域１を対象としている各粉末層３については、所定のスポット径を有するレーザビーム又は電子ビームを所定の間隔にて一方側方向に、相向かい合う外枠領域２を接合する状態にて複数回平行に走査することによって一方側方向に沿った焼結層４１を成形した後に、改めて同一の各粉末層３内にて前記一方側方向と交差する他方側方向にて、相向かい合う外枠領域２を接合する状態にて所定のスポット径を有するレーザビーム又は電子ビームを所定の間隔にて複数回平行に走査することによって他方側方向の焼結層４２を成形し、前記一方側方向に沿った焼結層４１と、前記他方側方向に沿った焼結層４２とは、交差しており、前記交差した領域では、一方側の焼結と他方側の焼結とが重畳した状態にて結合しており、交差していない領域では、一方側のみ又は他方側のみの焼結が行われており、外枠領域２については、内側ライン及び外側ラインによって囲まれた状態にある前記全周囲を所定のスポット径を有するレーザビーム又は電子ビームを走査することによって連続した焼結層４３を成形している三次元造形物の製造方法である。

基本構成（1）においては、各層毎にラティス領域１及び外枠領域２の積層及び焼結が行われているが、外枠領域２は、内側ライン及び外側ラインによって囲まれており、双方のラインによって形成される幅を有している。

このような内側ライン及び外側ラインによって形成される外枠領域２の形状は、様々な実施形態を採用することができるが、その典型例は、内側ライン及び外側ラインが、それぞれ中心位置が同一であり、かつ相互に相似の関係にある正多角形状又は湾曲形状の何れかを採用することを特徴とする基本構成（２）であり、図３（ａ）に示す正方形状及び図３（ｂ）に示す円形状は、最もシンプルな形状による実施形態を示す。

但し、多角形状として、六角形状、長方形状もまた正方形状に準じて採用することができ、湾曲形状としては、楕円形状もまた円形状に準じて採用することができる。

基本構成（２）においては、相似形状である内側ライン及び外側ラインによって均一な構造による外枠領域２を形成することができる。

外枠領域２の焼結については、基本構成（１）のように、内側ライン及び外側ラインによって囲まれた領域において連続した焼結層４３を形成すれば良く、このような連続した焼結層４３は、通常、ラティス領域１の焼結層４１、４２の形成と無関係に遂行される場合が多い。

但し、通常、外枠領域２を所定幅だけ離れ、かつ特定方向に選択されている平行ラインによって区分し、ラティス領域１における焼結層４１、４２の成形の前段階、又は後段階、又はその中間段階にて、前記平行方向と直交する方向にてレーザビーム又は電子ビームを走査することを特徴とする基本構成（３）を採用する場合が多い。

基本構成（３）の場合には、所定幅だけ離れている平行ラインによって区分するようなコンピュータ上の処理が容易である一方、ビームの走査方向が特定していることによって、シンプルな制御を実現することができる。

基本構成（３）においては、外枠領域２の焼結は、ラティス領域１における焼結の前段階、又は後段階が選択される場合が多いが、その中間段階の選択も可能である。

但し、当該中間段階としては、殆ど大抵の場合、一方側方向の焼結が終了した後、他方側方向の焼結を行う前段階が選択されている。

その根拠は、一方側方向の焼結層４１及び他方側方向の焼結層４２の成形は、何れも連続して実現することが必要であることにある。

基本構成（３）において、特に基本構成（２）の正多角形状を選択した上で、平行ラインが当該正多角形状の特定の辺の方向を選択した場合には、図４（ａ）に示すように、当該特定の辺については、前記平行な方向と直交する方向のビームの走査によって、焼結を完了し、他の辺については、前記区分された領域内におけるビームの走査によって焼結を完了するというシンプルな走査を実現することができる。

基本構成（３）において、基本構成（２）の正多角形状又は湾曲形状を選択した上で、図４（ｂ）に示すように、平行ラインが、所定幅につき、基本構成（２）の正多角形状又は湾曲形状を形成する内側ライン及び外側ラインによって囲まれる領域において最大距離を形成するような方向であるとするような方向を選択した場合には、一方の平行線の端部から他方の平行線の端部に至るまで順次走査位置をスライドした場合には、走査幅を最初の０の段階から順次増加し、中途段階にて最大状態とし、その後順次減少し、０とすることによってビームの走査幅につき、比較的シンプルな制御を実現することができる。

尚、正多角形状が正方形の場合には、平行ラインの方向が、最大幅を呈する方向とは、内側ラインと外側ラインの隣接し合う頂点によって形成される以上、必然的に、平行辺に対し４５°の方向を呈することに帰する。

基本構成（３）による焼結とは別に、ラティス領域１における焼結層４１、４２の成形の前段階、又は後段階、又はその中間段階にて、図４（ｃ）に示すように、基本構成（２）の正多角形状又は湾曲形状を形成する内側ライン及び外側ラインと相似関係にある軌跡に沿ってビームを走査することによる焼結方法をも採用することができる。

このような相似関係にある軌跡ラインに沿って移動する焼結方法の場合には、相似の形状に沿った軌跡のパターンを予め設定した上で、中心位置から離れるにしたがって当該パターンの大きさを順次変化するというシンプルな制御を実現することができる。

尚、前記軌跡による焼結方法においても、ラティス領域１の焼結の前段階、又は後段階が選択される場合が多いが、たとえ中間段階を選択する場合であっても、殆ど大抵の場合、一方側方向の焼結が終了し、他方側方向の焼結が開始する前段階が選択されることは、基本構成（３）の場合と変わりはない。

外枠領域２におけるビームの焼結としては、ラティス領域１におけるスポット径よりも大きなスポット径を採用する場合と同一のスポット径を設定し、かつ走査回数を多く設定する方法の双方が選択され得るが、前者の大きなビーム径の方が効率的な焼結に適合する。

特に、外枠領域２を走査するレーザビーム又は電子ビームについて、ラティス領域１におけるスポット径よりも大きなスポット径を選択すると共に、スポット径における単位面積当たりのビームのパワーがラティス領域１における ビームのパワーと同一となるようなパワー密度を設定していることを特徴とする実施形態を採用した場合には、外枠領域２についてもラティス領域１と同様の強固な結合による焼結状態を実現することができる。

基本構成（１）におけるビームのスポット径は、通常０．０５ｍｍφ〜０．６ｍｍφの範囲にて選択される一方、前記所定の間隔としては、０．０６ｍｍ〜１．０ｍｍを選択し、通気孔１１の幅については０．０１ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲に設定する場合が多い。

基本構成（１）の場合には、同一の各粉末層３における一方側方向及び他方側方向に沿っているラティス領域１における平行な走査によるラインの形状は、様々な形状を選択することが可能であり、図１（ａ）、（ｂ）は、直線形状の場合を示しており、図２（ａ）は、曲線が規則的に変化しながら連続する波型形状の実施形態（図２（ａ）は、湾曲方向が順次交互に変化しながら連続する円弧形状の場合を示す。）を示し、図２（ｂ）は、折線が規則的に変化しながら連続する波型形状の実施形態（図２（ｂ）は、折線方向が約４５°にて順次交互に変化しながら連続する場合を示す。）を示すが、これらによる波型形状と直線形状との結合による形状も当然採用可能である。

直線形状の場合には、シンプルな走査を実現することができ、波型形状の場合には、ビームの走査方向に沿った平面の単位面積当りの焼結密度を直線状の場合よりも大きく設定することができる。

ラティス領域１における一方側方向の焼結層４１の各ラインの両端を結ぶ直線及び他方側方向の焼結層４２の各ラインの両端を結ぶ直線を基準とした場合、双方の方向の角度は、図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、直角方向であることを典型例とするが、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、斜方向を選択することも可能である。

但し、直交する場合が最も効率的な焼結を実現することを考慮した場合、斜方向であっても、４５°以上に設定する場合が多く、結局、基本構成（１）においては、一方側方向と他方側方向の交差角度としては４５°〜９０°の角度が選択されることが多い。

尚、外枠領域２におけるビームの走査は、一方側方向及び他方側方向の何れか一方が選択されているが、図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）に示すように、通常外枠領域２の外側はラティス領域１の外側と平行状態による成形が採用されている。

スペースの効率的な使用を考慮した場合には、図５（ａ）に示すように、スキージ６のスライド方向とビームの走査における一方側方向の焼結層４１又は他方側方向の焼結層４２による双方の焼結方向と対比した場合、スライド方向と一致するだけでなく、直交している状態が実現されている。

このような状態の場合には、たとえ図５（ａ）に示すように、直交する方向の焼結層４２が存在するとしても、スキージ６は、一致する方向の焼結層４１の上側をスライドしている以上、特許文献２発明について前述した図１０（ａ）、（ｂ）に示すような粉末層３の表面を不均一とすることを避けることができる。

但し、図５（ａ）に示す実施形態において、下側にスライド方向と直交するライン状の焼結層４２が存在する領域と当該ライン状の焼結層４２に挟まれた領域とではスキージ６のスライドに伴って更に成形された粉末層３の厚みが相違し、その結果、スキージ６のスライド方向側端部からの押圧による影響に多少の相違が生ぜざるを得ない。

具体的には、下側にライン状の焼結層４２が存在する領域よりも存在しない領域の方がスキージ６の移動方向の先端における押圧による影響が大きいが故に、図１０（ｂ）よりも程度が桁違いに低いとしても、やや窪んだ状態と化し、その結果、スキージ６のスライド方向に沿って交互に微細な凹凸形状が生ずる場合がある。

これに対し、図５（ｂ）に示すように、一方側方向の焼結層４１及び他方側方向の焼結層４２に沿っているラティス領域１において走査が行われる両端を結ぶ直線を基準とした場合に、当該一方側方向及び他方側方向とスキージ６のスライドする方向とが斜交していることを特徴とする実施形態の場合には、図５（ａ）に示すようなスキージ６のスライド方向と直交する方向に沿ったライン状の焼結層４２がラティス領域１内に存在しないため、スキージ６のスライド方向に沿って、粉末層３の凹凸の発生を避けることができ、均一な粉末層３の成形に基づいて、ラティス領域１をより一層安定した状態にて成形することができる。

尚、一方側方向のビームの焼結層４１と他方側方向のビームの焼結層４２とが重畳している領域は極めて狭小であると共に、当該領域と一方側のみ又は他方側のみの焼結が行われている領域とのスキージ６のスライドに与える影響は相違しない以上、当該重畳による焼結層４１及び４２の存在は、図５（ｂ）に示す実施形態のメリットを否定する要因ではない。

基本構成（１）において、一方側方向のビームの焼結が行われた場合に、その一部が焼結層４１の側に移行し、その結果、両側の焼結層４１に囲まれた各領域は、図６（ａ）に示すように、前記走査方向と交差する方向のスキージ６によるスライドによって散布された粉末が粉末層３の成形に必要な量として不足する状態が生ずる場合があり、特にライン状の焼結層４１に挟まれた領域の幅が広いほど、当該不足状態が発生する傾向が大きい。

このような不足状態にも拘らず、直ちに他方側方向のビームの走査による焼結が行われた場合には、当該他方側走査によって成形されたライン状の焼結層４２は不均一であって、ひいては、不均一なラティス領域１が成形されることにならざるを得ない。

このような状況を避けるため、基本構成（１）においては、図６（ｂ）に示すように、一方側方向に沿っているラティス領域１における走査による焼結によって、隣接し合う焼結層４１に挟まれた状態にある粉末層３の粉末が不足した場合、他方側の走査方向の走査による焼結が行われるよりも前の段階にて、改めて前記方向に沿ったスキージ６のスライドを伴う粉末の散布を介在させることによって、不足した粉末を補填することを特徴とする実施形態を採用することができる。

上記実施形態においては、図６（ｃ）に示すように、次の他方側のビームの焼結に際し均一な焼結層４２を実現することが可能となる。

基本構成（１）において成形される通気孔１１は、一方側方向の焼結層４１及び他方側方向の焼結層４２の双方に成形されることによって、四方を焼結層４１、４２によって囲まれている。

但し、これらの焼結層４１、４２を成形するラインの幅は、決して同一幅であることを必要不可欠としている訳ではない。

即ち、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、積層を重ねるに従って、ラティス領域１におけるビームのスポット径を順次大きくすると共に、ビームのパワーを順次大きくするか又はビームの走査のスピードを順次小さくするか、又はその双方を採用することによって、通気孔１１のサイズを順次小さく設定していることを特徴とする実施形態を採用することができる。

更には、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、積層を重ねるにしたがって、ラティス領域１を走査し、かつ所定のスポット径を有するレーザビーム又は電子ビームの間隔を順次段階的に小さく設定することによって、通気孔１１のサイズを順次段階的に小さく設定することを特徴とする実施形態もまた採用することができる。

上記各実施形態においてキャビティ金型を製造した場合には、気流を噴入する入口に対し、気流が噴出する出口の面積を小さくすることによって、必要な圧力を成形している気流の噴出を実現することができる。

以下、実施例に即して説明する。

ラティス領域１の成形においては、下側にガス抜き用の配管を配置している場合があり、上記配置の結果、図９に示すように、外枠領域２の成形を予定している領域の下側のみにベースプレート５が設置され、ラティス領域１の成形を予定している領域の下側にベースプレート５が設置されずに、ラティス領域１の成形が行われる場合がある。

このような場合には、周囲の外枠領域２から順次内側のラティス領域１を成形することを必要不可欠とする。

実施例１においては、図９に示すように、一方側方向及び他方側方向に沿っているラティス領域１におけるビームの走査に伴う焼結によって成形されるラティス領域１が、内側の空隙を囲んだ状態とし、かつ当該空隙の大きさを積層に従って順次小さくすることによって、内側へのテーパ形状のラティス領域１を成形することを特徴としている。

このようなテーパ形状の採用によって、必要な上下方向の幅を有し、かつ所定の強度を伴うラティス領域１を実現することができる。

本発明は、強固な結合及び均一な形状によるラティス構造を実現することができる点において画期的であり、ラティス構造を伴う三次元造形の利用範囲は広範である。

１ ラティス領域
１１ 通気孔
１２ テーパ領域
２ 外枠領域
３ 粉末層
４１ 一方側方向の焼結層
４２ 他方側方向の焼結層
４３ 連続した焼結層
５ ベースプレート
６ スキージ

Claims (15)

1. スキージのスライドを伴う粉末の散布による粉末層の成形及び当該粉末層に対するレーザビーム又は電子ビームによる焼結という工程を順次繰り返すことに基づく積層に立脚している三次元造形物の製造方法であって、各粉末層における焼結は、通気性を有するラティス領域及び当該領域の外側と接続し、かつ当該領域の全周囲にて配置されている外枠領域を対象としており、ラティス領域を対象としている各粉末層については、所定のスポット径を有するレーザビーム又は電子ビームを所定の間隔にて一方側方向に、相向かい合う外枠領域を接合する状態にて複数回平行に走査することによって一方側方向に沿った焼結層を成形した後に、改めて同一の各粉末層内にて前記一方側方向と交差する他方側方向に、相向かい合う外枠領域を接合する状態にて所定のスポット径を有するレーザビーム又は電子ビームを所定の間隔にて複数回平行に走査することによって他方側方向の焼結層を成形し、前記一方側方向に沿った焼結層と、前記他方側方向に沿った焼結層とは、交差しており、前記交差した領域では、一方側の焼結と他方側の焼結とが重畳した状態にて結合しており、交差していない領域では、一方側のみ又は他方側のみの焼結が行われており、外枠領域については、内側ライン及び外側ラインによって囲まれた状態にある前記全周囲を所定のスポット径を有するレーザビーム又は電子ビームを走査することによって連続した焼結層を成形している三次元造形物の製造方法。
2. 外枠領域の形状として、内側ライン及び外側ラインが、それぞれ中心位置が同一であり、かつ相互に相似の関係にある正多角形状又は湾曲形状の何れかを採用することを特徴とする請求項１記載の三次元造形物の製造方法。
3. 外枠領域を所定幅だけ離れ、かつ特定方向に選択されている平行ラインによって区分し、ラティス領域における焼結層の成形の前段階、又は後段階、又はその中間段階にて、前記平行方向と直交する方向にてレーザビーム又は電子ビームを走査することを特徴とする請求項１記載の三次元造形物の製造方法。
4. 平行ラインが、請求項２の正多角形状における特定の辺の方向であることを特徴とする請求項３記載の三次元造形物の製造方法。
5. 平行ラインが、所定幅につき、請求項２の正多角形状又は湾曲形状を形成する内側ライン及び外側ラインによって囲まれる領域において最大距離を形成するような方向であることを特徴とする請求項３記載の三次元造形物の製造方法。
6. ラティス領域における焼結層の成形の前段階、又は後段階、又はその中間段階にて、請求項２の正多角形状又は湾曲形状を形成する内側ライン及び外側ラインと相似関係にある軌跡に沿ってレーザビーム又は電子ビームを走査することを特徴とする請求項１記載の三次元造形物の製造方法。
7. 外枠領域を走査するレーザビーム又は電子ビームについて、ラティス領域におけるスポット径よりも大きなスポット径を選択すると共に、スポット径における単位面積当たりのレーザビーム又は電子ビームのパワーがラティス領域におけるレーザビーム又は電子ビームのパワーと同一となるようなパワー密度を設定していることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６の何れか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
8. 一方側方向及び他方側方向に沿っているラティス領域における走査の形状が、直線状、曲線又は折線が規則的に変化しながら連続している波型形状、前記直線状と前記波型形状との結合による形状の何れかであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７の何れか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
9. 一方側方向及び他方側方向に沿っているラティス領域において走査が行われる各ラインの両端を結ぶ直線を基準とした場合に、相互に交差する角度が４５°〜９０°であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８の何れか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
10. 一方側方向及び他方側方向に沿っているラティス領域において走査が行われる各ラインの両端を結ぶ直線を基準とした場合に、当該一方側方向又は他方側方向の何れかとスキージのスライドする方向とが同一であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９の何れか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
11. 一方側方向及び他方側方向に沿っているラティス領域において走査が行われる各ラインの両端を結ぶ直線を基準とした場合に、当該一方側方向及び他方側方向とスキージのスライド方向とが斜交していることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９の何れか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
12. 一方側方向に沿っているラティス領域における走査による焼結によって成形されている隣接し合う焼結層に挟まれた状態にあり、かつ前記走査方向と交差する方向のスキージによるスライドによって散布された粉末が粉末層の成形に必要な量として不足している場合、他方側の走査方向の走査による焼結が行われるよりも前の段階にて、改めて前記方向に沿ったスキージのスライドを伴う粉末の散布が介在することによって、不足した粉末を補填することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１の何れか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
13. 積層を重ねるにしたがって、ラティス領域を走査するレーザビーム又は電子ビームのスポット径を順次大きくすると共に、レーザビーム又は電子ビームのパワーを順次大きくするか又はレーザビーム又は電子ビームの走査のスピードを順次小さくするか、又はその双方を採用することによって、通気孔のサイズを順次小さく設定していることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２の何れか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
14. 積層を重ねるにしたがって、ラティス領域を走査し、かつ所定のスポット径を有するレーザビーム又は電子ビームの間隔を順次段階的に小さく設定することによって、通気孔のサイズを順次段階的に小さく設定することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２の何れか一項に記載の三次元造形物の製造方法。
15. 一方側方向及び他方側方向に沿っているラティス領域におけるレーザビーム又は電子ビームの走査に伴う焼結によって成形されるラティス領域が内側の空隙を囲んだ状態とし、かつ当該空隙の大きさを積層にしたがって順次小さく設定することによって、内側へのテーパ形状によるラティス領域を成形することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４の何れか一項に記載の三次元造形物の製造方法。

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