JP7035453B2 - 積層造形物の製造方法 - Google Patents
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ベース上に層状に配置された金属粉末に光ビームを照射することにより、前記積層造形物の形成時に前記ベース上にて前記積層造形物を支持するサポート部材を形成し、
前記サポート部材は、前記ベースの上面から前記積層造形物に向かって延び、それぞれ独立して設けられ、位置によって異なる太さに形成された複数の柱により構成されており、
前記サポート部材と前記積層造形物との接合範囲において、中央位置における接合力よりも外側位置における接合力を強くするために、外側位置の前記柱の太さが中央位置の前記柱の太さよりも太く形成され、
前記サポート部材と前記ベースとの接合範囲において、中央位置における接合力よりも外側位置における接合力を強くするために、外側位置の前記柱の太さが中央位置の前記柱の太さよりも太く形成される、積層造形物の製造方法にある。
また、本発明の他の態様は、層状に配置された金属粉末に光ビームを照射することにより積層造形物を製造する方法であって、
ベース上に層状に配置された金属粉末に光ビームを照射することにより、前記積層造形物の形成時に前記ベース上にて前記積層造形物を支持するサポート部材を形成し、
前記サポート部材は、位置によって枠面積の異なる形状のハニカム構造に形成され、
前記サポート部材と前記積層造形物との接合範囲において、中央位置における接合力よりも外側位置における接合力を強くするために、外側位置の前記ハニカム構造の前記枠面積が、中央位置の前記ハニカム構造の前記枠面積よりも小さく形成され、
前記サポート部材と前記ベースとの接合範囲において、中央位置における接合力よりも外側位置における接合力を強くするために、外側位置の前記ハニカム構造の前記枠面積が、中央位置の前記ハニカム構造の前記枠面積よりも小さく形成される、積層造形物の製造方法にある。
つまり、サポート部材は、サポート部材と積層造形物との接合範囲において、中央位置における接合力よりも外側位置における接合力が強くなるように形成されている。これにより、積層造形物の形成時に、積層造形物に変形力が発生したとしても、サポート部材は積層造形物に接合した状態を維持できる。その結果、積層造形物を所望形状に形成することができる。さらに、サポート部材の全範囲の接合力を強くするのではなく、外側位置の接合力を強くし、中央位置の接合力を弱くしている。従って、サポート部材全体として捉えた場合に、積層造形物をサポート部材から容易に分離することができる。
積層造形物の製造装置1は、層状に配置された金属粉末Pに光ビームを照射することを繰り返すことによって、積層造形物Wを製造する装置である。ここで、光ビームは、例えばレーザビーム及び電子ビームを含み、その他に金属粉末Pを溶融することができる種々のビームを含む。また、レーザビームには、近赤外波長のレーザ、CO2レーザ(遠赤外レーザ)、半導体レーザ等、種々のレーザを適用でき、対象の金属粉末Pに応じて適宜決定される。また、金属粉末Pは、アルミニウム、銅、マルエージング鋼やインコネル等の鋼材、ステンレス等、種々の金属材料を適用できる。
次に、ベース23の上面に形成される造形物について図1及び図2を参照して説明する。ベース23の上面において、層状に配置された金属粉末Pに光ビームを照射することを繰り返すことにより、最終的な対象物である積層造形物Wが形成される。
積層造形物Wの製造方法について、図1を参照して説明する。粉末供給装置30における供給テーブル32を下方に位置決めした状態で、粉末収納容器31内に金属粉末Pを収納させる。供給テーブル32を上昇させて、所望量の金属粉末Pが粉末収納容器31の開口部から盛り出た状態とする。同時に、造形物支持装置20において、ベース23が昇降テーブル22の上面に取り付けられ、ベース23の上面が、造形用容器21の開口部より僅かに下方に位置するように、昇降テーブル22を位置決めする。
次に、第一例のサポート部材Sの詳細構成について、図2及び図3を参照して説明する。サポート部材Sは、ベース23の上面に接合されており、且つ、積層造形物Wの下面に接合されている。より詳細には、サポート部材Sは、ベース23の上面と積層造形物Wの下面との対向範囲に設けられている。積層造形物Wの当該対向範囲が、サポート部材Sと積層造形物Wとの接合範囲であり、ベース23の当該対向範囲が、サポート部材Sとベース23との接合範囲となる。
サポート部材Sを上記構成とすることによる効果を説明する。ここで、比較のため、図4及び図5に示すように、サポート部材Scが、同一の横断面を有する複数の柱により構成される場合を例にあげる。つまり、比較例としてのサポート部材Scでは、接合範囲Qa,Qbにおける単位面積当たりの接合面積が同一となる。
第二例のサポート部材S2について、図6を参照して説明する。図6に示すように、サポート部材S2は、独立した複数の柱により構成されている。ただし、各柱は、下端ほど細くなるように形成されている。つまり、サポート部材S2を構成する各柱は、ベース23との接合面積よりも、積層造形物Wとの接合面積の方が大きい。つまり、サポート部材S2においては、積層造形物Wとの接合力を、ベース23との接合力よりも強くしている。
上記のサポート部材S,S2,S3は、独立した複数の柱により構成した。この他に、図8及び図9に示すように、サポート部材S4は、板部材により形成されたハニカム構造を有するようにしてもよい。ハニカム構造は、角形を連続して配列した構造、例えば、三角形、四角形、六角形等を連続して配列した構造を有する。
第五例のサポート部材S5について、図10を参照して説明する。図10に示すように、積層造形物W5とベース23との対向範囲が、ほぼ正方形に近い形状を有する。この場合、サポート部材S5と積層造形物W5との接合範囲Q5a、及び、サポート部材S5とベース23との接合範囲Q5bにおいて、正方形の中央位置の接合力を弱くし、且つ、正方形の外側位置のうち四隅の接合力を強くする。そして、サポート部材S5は、中央位置から外側位置に向かって徐々に接合力が強くなるようにする。この場合も、上記同様の効果を奏する。
第六例のサポート部材S6について、図11を参照して説明する。図11に示すように、積層造形物W6とベース23との対向範囲が、L字形状を有する。この場合、サポート部材S6と積層造形物W6との接合範囲Q6a、及び、サポート部材S6とベース23との接合範囲Q6bにおいて、L字形状の屈曲部付近が中央位置となり、L字形状の両端付近が外側位置となる。つまり、サポート部材S6は、L字形状の屈曲部付近の接合力を弱くし、且つ、L字形状の両端付近の接合力を強くする。そして、サポート部材S6は、L字形状の屈曲部付近(中央位置)からL字形状の両端付近(外側位置)に向かって徐々に接合力が強くなるようにする。この場合も、上記同様の効果を奏する。
上記においては、サポート部材S,S2,S3,S4,S5,S6は、部位に関わりなく同種の材料を用いることとした。従って、サポート部材S,S2,S3,S4,S5,S6による単位面積当たりの接合力は、部位に関わりなく、同一となる。
Claims (11)
- 層状に配置された金属粉末に光ビームを照射することにより積層造形物を製造する方法であって、
ベース上に層状に配置された金属粉末に光ビームを照射することにより、前記積層造形物の形成時に前記ベース上にて前記積層造形物を支持するサポート部材を形成し、
前記サポート部材は、前記ベースの上面から前記積層造形物に向かって延び、それぞれ独立して設けられ、位置によって異なる太さに形成された複数の柱により構成されており、
前記サポート部材と前記積層造形物との接合範囲において、中央位置における接合力よりも外側位置における接合力を強くするために、外側位置の前記柱の太さが中央位置の前記柱の太さよりも太く形成され、
前記サポート部材と前記ベースとの接合範囲において、中央位置における接合力よりも外側位置における接合力を強くするために、外側位置の前記柱の太さが中央位置の前記柱の太さよりも太く形成される、積層造形物の製造方法。 - 層状に配置された金属粉末に光ビームを照射することにより積層造形物を製造する方法であって、
ベース上に層状に配置された金属粉末に光ビームを照射することにより、前記積層造形物の形成時に前記ベース上にて前記積層造形物を支持するサポート部材を形成し、
前記サポート部材は、位置によって枠面積の異なる形状のハニカム構造に形成され、
前記サポート部材と前記積層造形物との接合範囲において、中央位置における接合力よりも外側位置における接合力を強くするために、外側位置の前記ハニカム構造の前記枠面積が、中央位置の前記ハニカム構造の前記枠面積よりも小さく形成され、
前記サポート部材と前記ベースとの接合範囲において、中央位置における接合力よりも外側位置における接合力を強くするために、外側位置の前記ハニカム構造の前記枠面積が、中央位置の前記ハニカム構造の前記枠面積よりも小さく形成される、積層造形物の製造方法。 - 前記サポート部材の前記柱は、前記中央位置から前記外側位置に向かって太くなるように形成される、請求項1に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記サポート部材の前記柱は、前記柱の延在方向において同一の横断面形状に形成されている、請求項1または3に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記サポート部材の前記柱は、前記ベースから前記積層造形物側に向かって太くなるように形成されている、請求項1または3に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記サポート部材の前記柱は、前記ベースから前記積層造形物側に向かって細くなるように形成されている、請求項1または3に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記サポート部材の前記ハニカム構造の前記枠面積は、前記中央位置から前記外側位置に向かって小さくなるように形成される、請求項2に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記サポート部材の前記ハニカム構造は、前記積層造形物との接合部位を尖らせた形状に形成されている、請求項2または7に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記サポート部材の前記ハニカム構造は、前記ベースとの接合部位を尖らせた形状に形成されている、請求項2、7、8のいずれか1項に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記サポート部材と前記積層造形物との接合範囲において、中央位置における接合力よりも外側位置における接合力を強くするために、中央位置における単位面積当たりの接合面積よりも外側位置における単位面積当たりの接合面積を大きくする、請求項1~9のいずれか1項に記載の積層造形物の製造方法。
- 前記サポート部材と前記ベースとの接合範囲において、中央位置における接合力よりも外側位置における接合力を強くするために、中央位置における単位面積当たりの接合面積よりも外側位置における単位面積当たりの接合面積を大きくする、請求項1~10のいずれか1項に記載の積層造形物の製造方法。
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