JP7216362B2 - Three-dimensional modeling method, three-dimensional modeling apparatus and base material used therefor - Google Patents

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Description

本発明は、三次元造形方法、三次元造形装置およびこれに用いる基材に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling method, a three-dimensional modeling apparatus, and a base material used therefor.

3次元形状の数値表現(典型的には3D CADデータ)をもとに物体を作製する付加製造(Additive manufacturing)技術の一つとして、粉末床溶融結合(Powder Bed Fusion:PBF)法が知られている。このPBF法では、目的の造形物を複数の薄層に切り分けた状態に対応するスライスデータを用意する。そして造形プラットフォーム(Build Platform)または造形用基材と呼ばれる平らな金属板の上に原料粉末を敷き詰めて、粉末床(Powder Bed)と呼ばれる粉末層を用意する。そしてこの粉末床に、レーザあるいは電子ビームをスライスデータに従って走査させながら照射することで、粉末粒子を溶融・緻密化した断面層が形成される。そしてこの断面層上に、次の断面層を順次一体的に製造してゆくことで、目的の三次元形状を有する造形物を製造することができる。 Powder Bed Fusion (PBF) method is known as one of the additive manufacturing techniques for producing an object based on numerical representation of a three-dimensional shape (typically 3D CAD data). ing. In this PBF method, slice data corresponding to a state in which a target modeled object is cut into a plurality of thin layers is prepared. Then, a powder layer called a powder bed is prepared by spreading raw material powder on a flat metal plate called a build platform or base material for forming. The powder bed is irradiated with a laser beam or an electron beam while being scanned according to the slice data, thereby forming a cross-sectional layer in which the powder particles are melted and densified. By successively and integrally manufacturing subsequent cross-sectional layers on this cross-sectional layer, it is possible to manufacture a model having a desired three-dimensional shape.

このPBF法においては、当初は樹脂製の粉末を炭酸ガスレーザで加熱して造形がなされていた。しかし近年のビームの高出力化等により、造形用粉末として金属粉末が使用されるようになり、次いで、WC系サーメットからなる粉末材料の使用も試みられている(例えば、特許文献1~3参照)。粉末粒子は、従来は溶融せずに焼結されるに留まっていたため、造形物は気孔を多く含むものであった。しかしながら、ファイバーレーザや電子ビーム等の高出力ビームを用いたPBF法では、粉末粒子を完全に溶融させて造形することが可能となり、気孔率の低い造形物が得られるようになっている(例えば、特許文献1参照)。 In the PBF method, at first, resin powder was heated with a carbon dioxide laser to form a model. However, due to the recent increase in beam output, etc., metal powders have come to be used as powders for modeling, and then the use of powder materials made of WC-based cermets has also been attempted (see, for example, Patent Documents 1 to 3). ). Conventionally, the powder particles have been sintered without being melted, so that the shaped article has many pores. However, in the PBF method using a high-power beam such as a fiber laser or an electron beam, it is possible to completely melt the powder particles and form a model, and a model with a low porosity can be obtained (for example, , see Patent Document 1).

米国特許出願公開第2016/0375493号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2016/0375493 国際公開第2015/162206号明細書International Publication No. 2015/162206 特開2016-172904号明細書Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-172904

ところで、金属材料のみを用いるPBF法とは異なり、サーメット等のセラミック成分を含む粉末材料を用いたPBF法では、造形物が金属製の造形用基材から浮いたり、金属製基材との界面付近で造形物にクラックが入ったりして造形が上手く行えないという問題が生じ得た。造形物の浮きは、当該部位において造形のための入熱が金属製基材に放出されることを妨げ、造形物への蓄熱と熱供給過多とを招く原因となり得る。その結果、造形物に歪みが生じたり、造形物が金属製基材から突然剥離したり割れるなどして、造形を継続することが不可能になる場合があった。 By the way, unlike the PBF method that uses only metal materials, in the PBF method that uses a powder material containing a ceramic component such as cermet, the modeled object floats from the metal base material for modeling, or the interface with the metal base material is damaged. Problems such as cracks appearing in the modeled object in the vicinity of the modeled object could arise, and the modeling could not be carried out well. The floatation of the modeled object prevents the heat input for modeling from being released to the metal base material at the relevant portion, and may cause heat accumulation and excessive heat supply to the modeled object. As a result, in some cases, the modeled object is distorted, or the modeled object suddenly peels off or cracks from the metal base material, making it impossible to continue modeling.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば造形粉末としてセラミック成分を含む粉末を用いたときに、造形用基材からの造形物の浮きや剥離を抑制することができる、三次元造形方法を提供する。また、他の目的として、造形粉末としてセラミック成分を含む粉末を用いたときに、造形用基材からの造形物の浮きや剥離が抑制されている三次元造形装置と、これに用いる基材とを提供する。 The present invention has been made in view of this point, and its object is to suppress the lifting and peeling of a modeled object from a modeling substrate when, for example, powder containing a ceramic component is used as the modeling powder. To provide a three-dimensional modeling method capable of Another object of the present invention is to provide a three-dimensional modeling apparatus in which floating and peeling of a modeled object from a modeling substrate is suppressed when a powder containing a ceramic component is used as the modeling powder, and a substrate used therefor. I will provide a.

PBF法用の金属製基材には、造形によって基材に反りが発生しないよう、比較的硬質なステンレス鋼(例えば、SUS304、SUS316等)からなる厚板が使用されている。本発明者らの検討によると、造形に金属製粉体を用いる場合は問題ないが、サーメット等のセラミック成分(例えばWC)を含む粉末材料を用いたPBFでは、金属製基材に含まれる鉄(Fe)成分と、造形用粉体に含まれるセラミック成分とが反応し、造形物と造形用基材との界面に反応生成物を形成するという特有の事象が生じ得ることを知見した。この界面の反応層はセラミック化されており、金属と比べて脆性が高い。そのため、サーメットからなる造形物の寸法がある程度大きくなると、金属製基材と造形物との熱膨張特性の差が蓄積され、造形物が界面反応層の部分において金属製基材から浮いたり、剥がれて割れたりし得ることが判明した。かかる事象を抑制するために、例えば、造形用基材を造形物と同じ材料によって作製することが有効となり得る。しかしながら、例えば超硬合金であるWC系サーメットからなる厚板は、極めて高価となり、このような材料を造形の都度用意することはコスト的に非常に困難である。 A thick plate made of relatively hard stainless steel (eg, SUS304, SUS316, etc.) is used as the metal base material for the PBF method so that the base material does not warp due to molding. According to the studies of the present inventors, there is no problem when metal powder is used for molding, but in PBF using a powder material containing a ceramic component (for example, WC) such as cermet, iron ( It was found that the Fe) component reacts with the ceramic component contained in the modeling powder to form a reaction product at the interface between the modeled article and the modeling substrate, which is a unique phenomenon. This interfacial reaction layer is ceramicized and is more brittle than metal. Therefore, when the size of a modeled object made of cermet increases to a certain extent, the difference in thermal expansion characteristics between the metallic substrate and the modeled object accumulates, and the modeled object floats or peels off from the metallic substrate at the interface reaction layer. It turned out that it could crack. In order to suppress such phenomena, it may be effective, for example, to manufacture the modeling base material from the same material as the modeled article. However, a thick plate made of, for example, a WC-based cermet, which is a cemented carbide, is extremely expensive, and it is very difficult in terms of cost to prepare such a material for each molding.

そこで、ここに開示される技術は、三次元造形方法を提供する。この三次元造形方法は、少なくともセラミック成分を含む造形用粉体を用意すること、造形用基材と、前記造形用基材の造形可能領域に備えられ上記造形用粉体と上記造形用基材との反応を防止する反応防止膜と、を備える造形支持基材を用意すること、上記造形支持基材上に、上記造形用粉体を層状に敷いて粉末床を用意すること、および、上記粉末床にエネルギー線を供給する粉末床溶融結合(PBF)方式によって上記造形支持基材上に造形物を造形すること、を含む。この三次元造形方法によると、造形支持基材として、表面に反応防止膜を備える造形用基材を使用する。これにより、造形物が含むセラミック成分と、造形用基材とが反応することを好適に抑制することができる。そのため、セラミック成分を含む造形用粉体を用いた造形を、安価かつ簡便に、造形精度よく実施することができる。 Therefore, the technology disclosed here provides a three-dimensional modeling method. This three-dimensional modeling method comprises: preparing modeling powder containing at least a ceramic component; forming a substrate; preparing a modeling support substrate comprising a reaction-preventing film that prevents reaction with the modeling support substrate; preparing a powder bed by laying the modeling powder in a layer on the modeling support substrate; forming a model on the modeling support substrate by a powder bed fusion (PBF) method of supplying energy rays to the powder bed. According to this three-dimensional modeling method, a modeling substrate having a reaction-preventing film on its surface is used as a modeling support substrate. Thereby, it is possible to suitably suppress the reaction between the ceramic component contained in the modeled article and the modeling base material. Therefore, the molding using the molding powder containing the ceramic component can be performed inexpensively and easily with high molding accuracy.

ここに開示される技術の好ましい一態様において、上記反応防止膜は、溶射皮膜である。反応防止膜が溶射皮膜として備えられていることで、密着性と耐熱性とを兼ね備えた反応防止膜が提供されるために好ましい。また、上記溶射皮膜は、セラミック溶射皮膜であることが好ましい。セラミック溶射皮膜は、セラミックでありながら造形用基材と反応しない。これにより、造形物に含まれるセラミック成分(例えばWC)と金属製基材との反応を特に好適に抑制することができる。 In a preferred embodiment of the technology disclosed here, the anti-reaction film is a thermal spray coating. It is preferable that the reaction-preventing film is provided as a thermally sprayed coating, because a reaction-preventing film having both adhesion and heat resistance is provided. Moreover, the thermal spray coating is preferably a ceramic thermal spray coating. Ceramic spray coatings are ceramic, but do not react with the substrate for modeling. As a result, the reaction between the ceramic component (for example, WC) contained in the modeled article and the metal substrate can be particularly preferably suppressed.

ここに開示される技術の好ましい一態様において、上記反応防止膜の表面粗さは、0.5μm以上5μm以下である。これにより、造形用粉体と反応防止膜の表面との間には、適度な摩擦が発生し得る。これにより、造形用粉体を造形支持基材の上で滑らせることなく、好適に薄く敷き詰めることができる。 In a preferred aspect of the technology disclosed herein, the surface roughness of the anti-reaction film is 0.5 μm or more and 5 μm or less. As a result, moderate friction can occur between the modeling powder and the surface of the anti-reaction film. As a result, the powder for modeling can be suitably spread thinly on the modeling support substrate without slipping.

ここに開示される技術の好ましい一態様において、上記造形用基材は、ステンレス鋼を含む。造形支持基材は、造形用基材の表面に反応防止膜を備えていることから、例えばWC/Co等の超硬合金組成の造形支持基材を使用する必要がない。またステンレス鋼は、剛性および耐熱性が高く、PBF法の造形用基材として好ましい。これにより、上記効果を有する造形支持基材を安価に用意することができるために好ましい。 In a preferred embodiment of the technology disclosed herein, the modeling substrate contains stainless steel. Since the modeling support base material is provided with a reaction-preventing film on the surface of the modeling base material, it is not necessary to use a modeling support base material having a cemented carbide composition such as WC/Co. Also, stainless steel has high rigidity and heat resistance, and is preferable as a base material for modeling in the PBF method. This is preferable because the modeling support base material having the above effects can be prepared at low cost.

ここに開示される技術の好ましい一態様において、上記エネルギー線として、レーザを使用する。これにより、大出力で造形用粉体を溶融し、緻密な造形物を作ることができるために好ましい。 In a preferred embodiment of the technology disclosed here, a laser is used as the energy beam. This is preferable because the powder for modeling can be melted with a large output and a dense modeled object can be produced.

他の側面において、ここに開示される技術は、三次元造形装置を提供する。この三次元造形装置は、少なくともセラミック成分を含む造形用粉体を貯留する粉体貯留部と、上記造形用粉体を用い粉末床溶融結合方式によって造形を行う造形部と、を備える。そして上記造形部は、造形物を支持する造形支持基材を含み、上記造形支持基材は、造形用基材と、上記造形用基材の少なくとも造形可能領域に備えられ上記造形用粉体と上記造形用基材との反応を防止する反応防止膜と、を含む。これにより、セラミック成分を含む造形物と造形支持基材との反応を抑制して、安定して三次元造形を行えるために好ましい。 Another aspect WHEREIN: The technique disclosed here provides a three-dimensional modeling apparatus. This three-dimensional modeling apparatus includes a powder reservoir that stores modeling powder containing at least a ceramic component, and a modeling section that performs modeling by a powder bed fusion bonding method using the modeling powder. The modeling unit includes a modeling support substrate that supports a modeled object, and the modeling support substrate includes a modeling substrate and the modeling powder provided in at least a modelable region of the modeling substrate. and a reaction prevention film that prevents reaction with the modeling substrate. This is preferable because it suppresses the reaction between the modeled object containing the ceramic component and the modeling support base material, and enables stable three-dimensional modeling.

さらに他の側面において、ここに開示される技術は、造形支持基材を提供する。この造形支持基材は、少なくともセラミック成分を含む造形用粉体を用いる粉末床溶融結合方式の三次元造形に用いるためにものである。そして造形支持基材は、造形用基材と、上記造形用基材の少なくとも造形可能領域に備えられ上記造形用粉体と上記造形用基材との反応を防止する反応防止膜と、を含む。
造形支持基材は、直接的に造形物が形成されるため、造形物が金属材料やサーメット材料であると、造形支持基材を傷つけずに造形物を分離するのが困難となり得る。そして造形支持基材は、消耗品でもあり得る。そこでここに開示される技術は、セラミック成分を含む造形用粉体との反応が生じない造形支持基材を単独の物品としても提供する。
In yet another aspect, the technology disclosed herein provides a modeling support substrate. This modeling support base is for use in three-dimensional modeling of a powder bed fusion bonding method using modeling powder containing at least a ceramic component. The modeling support substrate includes a modeling substrate, and a reaction prevention film provided in at least a modelable region of the modeling substrate and preventing reaction between the modeling powder and the modeling substrate. .
Since a modeled object is directly formed on the modeling support substrate, if the modeled object is a metal material or a cermet material, it may be difficult to separate the modeled object without damaging the modeling support substrate. And the build support substrate can also be a consumable item. Therefore, the technology disclosed herein provides a modeling support base material that does not react with modeling powder containing a ceramic component, even as an independent article.

図1は、一実施形態にかかる三次元造形装置の構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a three-dimensional modeling apparatus according to one embodiment. 図2は、一実施形態にかかる造形支持基材の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a modeling support substrate according to one embodiment. 図3(a)(b)は、例1および例2の造形物の低倍率の観察像である。FIGS. 3(a) and 3(b) are low-magnification observation images of the models of Examples 1 and 2. FIG. 図4(a)(b)は、例1および例2の造形物と基材との界面近傍の高倍率の断面観察像である。4(a) and 4(b) are high-magnification cross-sectional observation images of the vicinity of the interface between the shaped article and the base material of Examples 1 and 2. FIG.

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、本明細書に記載された発明の実施についての教示と当該分野における出願時の技術常識とに基づいて当業者に理解され、実施することができる。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また、本明細書において、数値範囲を示す「A~B」は「A以上B以下」を意味する。 Preferred embodiments of the present invention are described below. Matters other than those specifically mentioned in this specification, which are necessary for carrying out the present invention, are based on the teachings for carrying out the invention described in this specification and the common general knowledge in the relevant field at the time of filing. and can be understood and implemented by those skilled in the art. Also, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from the actual ratios. Further, in this specification, "A to B" indicating a numerical range means "A or more and B or less".

(三次元造形方法)
ここに開示される三次元造形方法は、以下の工程S1~S4を含む。
S1.少なくともセラミック成分を含む造形用粉体を用意すること
S2.造形用基材と、上記造形用基材の造形可能領域に備えられた反応防止膜と、を備える造形支持基材を用意すること
S3.上記造形支持基材上に、上記造形用粉体を層状に敷いて粉末床を用意すること
S4.上記粉末床にエネルギー線を供給する粉末床溶融結合方式によって上記造形支持基材上に造形物を造形すること
(three-dimensional modeling method)
The three-dimensional modeling method disclosed here includes the following steps S1 to S4.
S1. Preparing a molding powder containing at least a ceramic component S2. Preparing a modeling support substrate comprising a modeling substrate and a reaction prevention film provided in a modelable region of the modeling substrate S3. Preparing a powder bed by spreading the modeling powder in a layer on the modeling support substrate S4. Modeling a modeled object on the modeling support base material by a powder bed fusion bonding method that supplies energy rays to the powder bed.

また、この三次元造形方法は、これに限定されるものではないが、例えばここに開示される造形支持基材と、三次元造形装置とを用いることによって好適に実施することができる。図1は、一実施形態に係る三次元造形装置1の構成を示す模式図である。三次元造形装置1は、少なくとも粉体貯留部10と、造形部20と、を備える。そして造形部20は、造形物を支持する造形支持基材26を含む。
以下、三次元造形装置1と併せて、三次元造形方法の各工程について説明する。
In addition, although this three-dimensional modeling method is not limited to this, it can be suitably carried out by using, for example, the modeling support base material disclosed herein and a three-dimensional modeling apparatus. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a three-dimensional modeling apparatus 1 according to one embodiment. The three-dimensional modeling apparatus 1 includes at least a powder storage section 10 and a modeling section 20 . The modeling section 20 includes a modeling support base material 26 that supports the modeled object.
Each step of the three-dimensional modeling method will be described below together with the three-dimensional modeling apparatus 1 .

(S1:第一工程)
第一工程では、少なくともセラミック成分を含む造形用粉体2を用意する。この造形用粉体2は、PBF方式の三次元造形における造形原料として使用するためのものである。この造形用粉体2は、三次元造形装置1の粉体貯留部10に貯留される。粉体貯留部10は、例えば、貯留槽12と、貯留槽12の底部を構成し、昇降可能に構成されている昇降テーブル14と、リコータ16とを備えている。貯留槽12と昇降テーブル14の上面とによって形成される空間に、造形用粉体2が貯留される。
(S1: first step)
In the first step, a molding powder 2 containing at least a ceramic component is prepared. This modeling powder 2 is for use as a modeling raw material in PBF three-dimensional modeling. This modeling powder 2 is stored in the powder storage unit 10 of the three-dimensional modeling apparatus 1 . The powder storage unit 10 includes, for example, a storage tank 12 , an elevating table 14 that constitutes the bottom of the storage tank 12 and is configured to be able to move up and down, and a recoater 16 . A space formed by the storage tank 12 and the upper surface of the lifting table 14 stores the modeling powder 2 .

セラミック成分としては、例えば、各種金属の酸化物からなるセラミック(酸化物系セラミック)材料であってもよいし、炭化物、ホウ化物、窒化物、アパタイト等の非酸化物からなるセラミック材料であってよい。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、ホウ素(B)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)等の半金属元素、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バナジウム(Ba)、亜鉛(Zn)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、スズ(Sn)、鉛(Pb)等の典型元素、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、チタニウム(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)等の遷移金属元素、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユーロピウム(Er)、ルテチウム(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。 The ceramic component may be, for example, a ceramic (oxide ceramic) material composed of oxides of various metals, or a ceramic material composed of non-oxides such as carbides, borides, nitrides, and apatites. good. Here, the oxide-based ceramics are not particularly limited, and various kinds of metal oxides can be used. Examples of metal elements constituting such oxide ceramics include metalloid elements such as boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), antimony (Sb), bismuth (Bi), magnesium (Mg), Typical elements such as calcium (Ca), strontium (Sr), vanadium (Ba), zinc (Zn), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), tin (Sn), lead (Pb), scandium (Sc), yttrium (Y), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), transition metal elements such as gold (Au), lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Er), lutetium (Lu), and other lanthanoid elements. Among them, one or more elements selected from Mg, Y, Ti, Zr, Cr, Mn, Fe, Zn, Al, and Er are preferable.

酸化物系セラミックとして、より具体的には、例えば、アルミナ、ジルコニア、イットリア、クロミア、チタニア、コバルタイト、マグネシア、シリカ、カルシア、セリア、フェライト、スピネル、ジルコン、酸化ニッケル、酸化銀、酸化銅、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化ストロンチウム、酸化スカンジウム、酸化サマリウム、酸化ビスマス、酸化ランタン、酸化ルテチウム、酸化ハフニウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、マンガン酸化物、酸化タンタル、酸化テルピウム、酸化ユーロピウム、酸化ネオジウム、酸化スズ、酸化アンチモン、アンチモン含有酸化スズ、酸化インジウム、スズ含有酸化インジウム、酸化ジルコニウムアルミネート、酸化ジルコニウムシリケート、酸化ハフニウムアルミネート、酸化ハフニウムシリケート、酸化チタンシリケート、酸化ランタンシリケート、酸化ランタンアルミネート、酸化イットリウムシリケート、酸化チタンシリケート、酸化タンタルシリケート等が挙げられる。 More specifically, oxide-based ceramics include, for example, alumina, zirconia, yttria, chromia, titania, cobaltite, magnesia, silica, calcia, ceria, ferrite, spinel, zircon, nickel oxide, silver oxide, copper oxide, oxide Zinc, gallium oxide, strontium oxide, scandium oxide, samarium oxide, bismuth oxide, lanthanum oxide, lutetium oxide, hafnium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, manganese oxide, tantalum oxide, terpium oxide, europium oxide, neodymium oxide , tin oxide, antimony oxide, antimony-containing tin oxide, indium oxide, tin-containing indium oxide, zirconium oxide aluminate, zirconium oxide silicate, hafnium oxide aluminate, hafnium silicate oxide, titanium oxide silicate, lanthanum oxide silicate, lanthanum oxide aluminate , yttrium silicate oxide, titanium silicate oxide, and tantalum silicate oxide.

また、非酸化物系セラミックとしては、例えば、炭化タングステン(WC)、炭化クロム、炭化バナジウム、炭化ニオブ、炭化モリブデン、炭化タンタル、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素などの炭化物、ホウ化タングステン(WB)、ホウ化モリブデン、ホウ化クロム、ホウ化ハフニウム、ホウ化ジルコニウム、ホウ化タンタル、ホウ化チタンなどのホウ化物、窒化ホウ素、窒化チタン、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等の窒化物、フオルステライト、ステアタイト、コーディエライト、ムライト、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、Mn-Znフェライト、Ni-Znフェライト、サイアロン等の複合化物、ハイドロキシアパタイト、リン酸カルシウム等のリン酸化合物等が挙げられる。中でも、造形用基材の材料として汎用されているステンレス鋼と反応しやすい炭化タングステン(WC)を含む場合に、ここに加持される技術の効果が顕著に現れるために好ましい。 Examples of non-oxide ceramics include carbides such as tungsten carbide (WC), chromium carbide, vanadium carbide, niobium carbide, molybdenum carbide, tantalum carbide, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, silicon carbide, and boron carbide. , tungsten boride (WB), molybdenum boride, chromium boride, hafnium boride, zirconium boride, tantalum boride, borides such as titanium boride, nitrides such as boron nitride, titanium nitride, silicon nitride, aluminum nitride compounds such as forsterite, steatite, cordierite, mullite, barium titanate, lead titanate, lead zirconate titanate, Mn-Zn ferrite, Ni-Zn ferrite, sialon, etc., hydroxyapatite, calcium phosphate, etc. A phosphoric acid compound and the like can be mentioned. Among others, it is preferable to use tungsten carbide (WC), which easily reacts with stainless steel, which is widely used as a material for forming substrates, because the effect of the technology added here appears remarkably.

以上のセラミックは、任意の元素がドープ又は置換されていてもよい。また、これらのセラミックは、いずれか1種を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。例えば、2種以上のセラミックが含まれる場合には、その一部または全部が複合化物を形成していても良い。このような複合化されたセラミックの例としては、例えば、具体的には、イットリア安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、ガドリニウムドープセリア、ランタンドープチタン酸ジルコン酸鉛や、上記のサイアロン、上記複合酸化物等が挙げられる。造形用粉末がかかるセラミックを含むことで、当該セラミックを含む造形物を造形することができる。 The above ceramics may be doped or substituted with any element. Moreover, any one of these ceramics may be contained alone, or two or more thereof may be contained in combination. For example, when two or more ceramics are included, some or all of them may form a composite. Examples of such composite ceramics include, specifically, yttria-stabilized zirconia, partially-stabilized zirconia, gadolinium-doped ceria, lanthanum-doped lead zirconate titanate, the above sialon, and the above composite oxide. things, etc. By including such a ceramic in the powder for modeling, it is possible to model a modeled object containing the ceramic.

また造形用粉体は、セラミック成分に加えて、結合金属成分と、を含むことが好ましい。結合金属成分は、鉄(Fe)、コバルト(Co)およびニッケル(Ni)のうちの少なくとも1つである。すなわち、このような造形用粉体は、例えば、タングステンカーバイド(WC)などの炭化物系セラミックスと、結合金属成分とを含むことから、造形によって造形物中にサーメットを形成し得る。すなわち、このような成分を含む造形用粉体を用いることで、サーメットからなる造形物を造形することができる。 In addition to the ceramic component, the molding powder preferably contains a binding metal component. The binding metal component is at least one of iron (Fe), cobalt (Co) and nickel (Ni). That is, since such molding powder contains carbide-based ceramics, such as tungsten carbide (WC), and a binding metal component, it can form a cermet in the molding by molding. That is, by using a molding powder containing such components, it is possible to mold a molded object made of cermet.

ここで、サーメットを形成し得る造形用粉体において、セラミック相を構成するW、CおよびBは、造形用粉体全体の70質量%以上を占めることが好ましい。このような割合でW系セラミック相を含むサーメットは、超硬合金となることが知られている。これらのセラミック相構成成分が70質量%に満たないと、造形後に形成されるサーメットにおいて、サーメットに特徴的な超硬性が十分に得られないために好ましくない。また、セラミック相構成成分は、95質量%以下が好ましく、90質量%以下がより好ましく、85質量%以下が特に好ましい。換言すると、結合金属成分は、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましく、15質量%以上が特に好ましい。結合金属成分が少なすぎると、セラミック相同士を結合する結合金属の量が少なくなって、脆性の高いサーメットとなりがちであるために好ましくない。これらの各成分は、粉体の形態を有している。各成分は各々が単独で粉体を構成していてもよいし、あるいはいずれか2以上の成分が化合物となって粉体を構成していてもよい。粉体は、主として一次粒子の集合からなる粉体であってもよいし、一次粒子が結合されて二次粒子の形態の粉体であってもよい。造形用粉体は、各成分が保管中および造形中にその均質性を維持するために、二次粒子の形態の粉体であることがより好ましい。これにより、例えば、造形用粉体からなる薄層(粉末床)を用意するために造形用粉体を均したり、流動させたり、造形用粉体を繰り返しリサイクルしても、各成分が密度差等により徐々に分離することを抑制できるために好ましい。 Here, in the powder for modeling capable of forming a cermet, W, C and B constituting the ceramic phase preferably account for 70% by mass or more of the entire powder for modeling. A cermet containing a W-based ceramic phase in such a proportion is known to be a cemented carbide. If the content of these ceramic phase components is less than 70% by mass, the cermet formed after molding cannot sufficiently obtain the superhardness characteristic of the cermet, which is not preferable. In addition, the content of ceramic phase components is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and particularly preferably 85% by mass or less. In other words, the combined metal component is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and particularly preferably 15% by mass or more. If the amount of the binding metal component is too small, the amount of the binding metal that binds the ceramic phases together becomes small, and the cermet tends to be highly brittle, which is not preferable. Each of these components has a powder form. Each component may constitute the powder by itself, or any two or more of the components may form a compound to constitute the powder. The powder may be a powder consisting mainly of aggregates of primary particles, or may be a powder in the form of secondary particles in which the primary particles are combined. The shaping powder is more preferably a powder in the form of secondary particles so that each component maintains its homogeneity during storage and shaping. This allows, for example, leveling and fluidizing the molding powder to prepare a thin layer (powder bed) of the molding powder, and even if the molding powder is repeatedly recycled, the density of each component will increase. This is preferable because gradual separation due to differences or the like can be suppressed.

造形用粉体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、造形に際して造形用粉体を流動させて造形用粉体の薄層を形成するのに適した粒径とするとよい。造形用粉体の平均粒子径の上限は、例えば、より大きいものとする場合には、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、一例として10μm以下とすることができる。造形用粉体は、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粉体の充填率が向上する点において好ましい。その結果、直接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。 The average particle size of the powder for modeling is not particularly limited, and can be, for example, a size suitable for the specifications of the powder layered modeling apparatus to be used. For example, the particle size may be suitable for forming a thin layer of the modeling powder by fluidizing the modeling powder during modeling. The upper limit of the average particle size of the powder for modeling can be, for example, more than 100 μm when it is larger, but can be typically 100 μm or less, preferably 75 μm or less, or more. It is preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, and for example, 10 μm or less. The molding powder is preferable in that as the average particle diameter becomes smaller, the filling rate of the molding powder in the molding area improves, for example. As a result, it is possible to suitably increase the denseness of the three-dimensional model that is directly modeled. In addition, it is possible to reduce the surface roughness (Ra) of the three-dimensional modeled object and to improve the dimensional accuracy.

また、造形用粉体の平均粒子径の下限は、造形用粉体の流動性や取り扱い性に影響を与えない範囲であれば特に制限されない。これに限定されるものではないが、より小さいものとする場合には、平均粒子径は、例えば、10μm以下、5μm以下、さらには1μm以下等とすることができる。しかしながら、二次粒子の形態を有する造形用粉体の場合は、必ずしも平均二次粒子径を小さくする必要はない。したがって、例えば、造形用粉体を形成する際のハンドリングや造形用粉体の流動性を考慮した場合には、平均粒子径の下限を1μm以上とすることができ、5μm以上が適切であり、10μm以上が好ましく、例えば、20μm以上がより好ましい。造形用粉体の平均粒子径が大きくなるにつれて、造形用粉体の流動性が向上し得る。その結果、造形装置への造形用粉体の供給を良好に実施することができ、作製される三次元造形物の仕上がり(造形精度)が良好となるために好ましい。 Further, the lower limit of the average particle size of the powder for modeling is not particularly limited as long as it does not affect the fluidity and handleability of the powder for modeling. Although it is not limited to this, when it is made smaller, the average particle size can be, for example, 10 μm or less, 5 μm or less, or further 1 μm or less. However, in the case of the molding powder having the form of secondary particles, it is not always necessary to reduce the average secondary particle size. Therefore, for example, in consideration of the handling in forming the molding powder and the fluidity of the molding powder, the lower limit of the average particle diameter can be set to 1 μm or more, and 5 μm or more is appropriate. 10 μm or more is preferable, and for example, 20 μm or more is more preferable. As the average particle size of the molding powder increases, the fluidity of the molding powder can be improved. As a result, the powder for modeling can be well supplied to the modeling apparatus, and the finish (modeling accuracy) of the three-dimensional model to be produced is improved, which is preferable.

なお、通常、例えば平均粒子径が10μm未満程度の微細な粉末材料は、粒子形状の制御が困難となり、また、比表面積が増大されるため、流動性が低下し得る。そのため、このような粉末材料を粉末積層造形に用いると、粉末材料の供給の際の平坦化が困難となりがちである。そしてさらに、その質量の小ささから、かかる粉末材料の飛散等が発生し、ハンドリングが困難となり得る。この傾向は、後述の造形工程においてレーザや電子ビームを照射したときに、その反動で造形用粉体が舞い上げられるために特に顕著となり得る。これに対し、造形用粉体が二次粒子で構成されていると、一次粒子の形態は維持しつつも、粒子の重みづけを実現することができる。また、上記のとおり、組成の異なる第1の粉末と第2の粉末とを含んでいても、造形用粉体における成分濃度を均一に保つことができる。これによって、より平均粒子径の小さい一次粒子を用いることによる利点と、より平均粒径の大きな二次粒子を用いることによる利点とを両方兼ね備えることができて好ましい。 In general, fine powder materials having an average particle size of less than 10 μm, for example, are difficult to control the particle shape, and the specific surface area is increased, so the fluidity may be lowered. Therefore, when such a powder material is used for powder additive manufacturing, it tends to be difficult to flatten the powder material when it is supplied. Furthermore, due to its small mass, scattering of such powder materials may occur, making handling difficult. This tendency can be particularly conspicuous because the modeling powder is blown up by the recoil when the laser or electron beam is irradiated in the modeling process described later. On the other hand, when the powder for modeling is composed of secondary particles, the particles can be weighted while maintaining the shape of the primary particles. Further, as described above, even if the first powder and the second powder having different compositions are included, the component concentration in the modeling powder can be kept uniform. This is preferable because both the advantage of using primary particles with a smaller average particle size and the advantage of using secondary particles with a larger average particle size can be combined.

なお、造形用粉体が二次粒子の形態を有する場合、一次粒子はバインダによって結合されていてもよいし、バインダ等を含まず焼結等により直接結合されていてもよい。好ましくは、造形用粉体は、バインダレスで二次粒子の形態を有することが好ましい。造形用粉体は、例えば、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。粉末積層造形におけるエネルギー源としては、レーザ、電子ビーム、アーク等が汎用されており、これらが造形用粉体に照射されたときには高いエネルギーが解放されて造形用粉体に衝撃が生じ得る。このような衝撃により、バインダにより結合された造粒粒子は崩壊したり、一次粒子が飛散したりする虞がある。このような事態の発生を避けるため、造粒粒子は焼結により個々の一次粒子が結合された、いわゆる造粒焼結粒子として構成されることが好ましい。この造粒焼結粒子は、エネルギー源としてより強度の高いレーザ等を照射された場合であっても、造形用粉体の崩壊および飛散等が生じ難いために好ましい。このことは、造形物の造形精度および品質を損なうことなく、造形速度の高速化に繋がり得る(例えば、レーザ走査速度を速め得る、あるいはレーザ走査速度を低減する必要がない)ために好ましい。 When the molding powder has the form of secondary particles, the primary particles may be bound by a binder, or may be directly bound by sintering or the like without including a binder or the like. Preferably, the molding powder is binderless and has the form of secondary particles. The molding powder is, for example, an aggregate of granulated sintered particles. Here, the granulated sintered particles refer to particulate matter (particles) that are formed by sintering primary particles and behave like one particle. The term "sintered" as used herein refers to a state in which primary particles are directly bonded to each other. Therefore, sintering may be either solid phase sintering or liquid phase sintering. Also, sintering as used herein may include so-called fusion bonding and fusion bonding. Lasers, electron beams, arcs, and the like are widely used as energy sources in powder additive manufacturing, and when they irradiate the modeling powder, high energy is released and impact can occur on the modeling powder. Due to such an impact, the granulated particles bound by the binder may collapse or the primary particles may scatter. In order to avoid the occurrence of such a situation, the granulated particles are preferably configured as so-called granulated sintered particles in which individual primary particles are bonded by sintering. The granulated sintered particles are preferable because even when irradiated with a laser or the like having a higher intensity as an energy source, the powder for modeling is less likely to collapse and scatter. This is preferable because it can lead to a faster build speed (for example, the laser scan speed can be increased or there is no need to reduce the laser scan speed) without impairing the build accuracy and quality of the build.

造形用粉体を構成する造粒焼結粒子の顆粒強度(焼結強度)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、造形用粉体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、顆粒強度が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。 The granular strength (sintering strength) of the granulated sintered particles that constitute the powder for modeling can be specified to exceed 1 MPa. As a result, it is possible to suitably prevent the granulated sintered particles from collapsing or scattering due to energy for shaping. As a result, the supply of the material powder to the modeling area is stabilized, so that it is possible to form a uniform, high-quality object, which is preferable. As a rough guideline, for example, granulated particles that are granulated and integrated with a binder can be considered to have a granule strength of less than 1 MPa. The granular strength of the granulated sintered particles is preferably 10 MPa or higher, more preferably 50 MPa or higher, and particularly preferably 100 MPa or higher (for example, 200 MPa or higher). However, according to the study of the inventors, if the granule strength is too high, it becomes difficult to sufficiently melt the powder for modeling, which is not preferable. In addition, granulated sintered particles with too strong granular strength are sintered until they have a structure similar to that of single particles that are not granulated, and their properties are similar to spherical particles. put away. From this point of view, the granule strength is set to less than 10000 MPa. The granule strength is preferably 5000 MPa or less, more preferably 2500 MPa or less, particularly preferably 1000 MPa or less (eg 800 MPa or less).

本明細書において、造形用粉体を構成する造粒焼結粒子の「顆粒強度」は、電磁力負荷方式の圧縮試験機を用いて測定される当該粒子の破壊強度を採用することができる。具体的には、加圧圧子と加圧板との間に一つの造粒焼結粒子を固定し、電磁力により加圧圧子と加圧板との間に一定の増加割合で圧縮の負荷力を与えていく。圧縮は定負荷速度圧縮方式で行い、その際の測定試料の変形量を測定していく。測定した試料の変形特性結果を専用のプログラムで処理することで、強度値(破壊強度)を計算することができる。本明細書においては、造形用粉体を構成する任意の10個以上の造粒焼結粒子について、微小圧縮試験装置(株式会社島津製作所製、MCT-500)を用いて測定した破壊強度の算術平均値を、顆粒強度として採用している。なお、各造粒焼結粒子について、圧縮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、造粒焼結粒子の破壊強度σ[MPa]は、次式:σ=2.8×L/π/d;で算出される。 In the present specification, the "granule strength" of the granulated sintered particles constituting the powder for modeling can be the breaking strength of the particles measured using an electromagnetic force loading type compression tester. Specifically, one granulated sintered particle is fixed between the pressurizing indenter and the pressurizing plate, and a compressive load force is applied between the pressurizing indenter and the pressurizing plate at a constant increasing rate by electromagnetic force. To go. Compression is performed by a constant load speed compression method, and the amount of deformation of the measurement sample at that time is measured. A strength value (breaking strength) can be calculated by processing the measured deformation characteristics of the sample with a dedicated program. In the present specification, the arithmetic of the breaking strength measured using a microcompression tester (manufactured by Shimadzu Corporation, MCT-500) for arbitrary 10 or more granulated sintered particles constituting the molding powder The average value is taken as the granule strength. For each granulated sintered particle, when the critical load obtained in the compression test is L [N] and the average particle diameter is d [mm], the breaking strength σ [MPa] of the granulated sintered particle is , the following formula: σ=2.8×L/π/d 2 ;

このような造形用粉体は、粉体を構成する複数の粒子(典型的には一次粒子である)の間に間隙が存在する。そして個々の一次粒子間には間隙が形成され、一次粒子は互いに3次元的に結合される。これによって、造形用粉体はエネルギー源(熱源)からエネルギーを受け取りやすく、溶解しやすいという利点がある。その結果、二次粒子間の間隙は容易に消失されて、例えば鋳型を使用して製造する焼結体(バルク体)に近い、緻密性の高い高硬度な造形物を得ることができる。 Such a molding powder has gaps between a plurality of particles (typically primary particles) that make up the powder. Gaps are formed between the individual primary particles, and the primary particles are three-dimensionally bonded to each other. As a result, the powder for modeling has the advantage of easily receiving energy from an energy source (heat source) and being easily melted. As a result, the gaps between the secondary particles are easily eliminated, and it is possible to obtain a highly dense and highly rigid molded article, which is similar to a sintered body (bulk body) produced using a mold, for example.

一方で、ここに開示される造形用粉体において、二次粒子を構成する一次粒子の平均粒子径は、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、二次粒子の形態の造形用粉体を作成するために用いる原料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。原料粉末の平均粒子径は、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。 On the other hand, in the powder for modeling disclosed herein, the average particle size of the primary particles that make up the secondary particles is, for example, preferably 20 μm or less (less than 20 μm), and is 10 μm or less (less than 10 μm). is more preferable, and can be, for example, 10 μm or less. By making the average particle size of the primary particles finer in this way, it becomes possible to produce a three-dimensional structure that is even more dense and fine. In addition, the average particle diameter of the raw material powder used for producing the molding powder in the form of secondary particles can be, for example, 1 nm or more, more preferably 200 nm or more, and for example, 500 nm or more. be able to. The average particle size of the raw material powder is more preferably 10 μm or less (less than 10 μm), and can be, for example, 10 μm or less. By making the average particle size of the primary particles finer in this way, it becomes possible to produce a three-dimensional structure that is even more dense and fine.

(S2:第二工程)
第二工程では、造形支持基材26を用意する。図2は、造形支持基材26の構成を説明する断面図である。造形支持基材26は、造形用基材26Bと、この造形用基材26Bの表面のうち、三次元造形装置1の少なくとも造形可能領域に備えられた反応防止膜26Aと、を備える。図2において、反応防止膜26Aは造形用基材26Bの一つの表面の全体に設けられている。反応防止膜26Aが造形用基材26Bの一つの表面の全部を覆うことで、反応防止膜26Aの密着性が高まるために好ましい。ただし、反応防止膜26Aは、造形用基材26Bの全面を覆うことなく、少なくとも造形可能領域に設けられていればよい。造形可能領域とは、造形支持基材26の上方の表面であって、後述のレーザ発生装置28によってエネルギー線の照射が可能な領域をいう。
(S2: second step)
In the second step, a modeling support base material 26 is prepared. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the modeling support base material 26. As shown in FIG. The modeling support base material 26 includes a modeling base material 26B and a reaction prevention film 26A provided at least in a modelable region of the three-dimensional modeling apparatus 1 on the surface of the modeling base material 26B. In FIG. 2, the anti-reaction film 26A is provided over one entire surface of the modeling base material 26B. It is preferable that the reaction-preventing film 26A covers the entire surface of one surface of the modeling base material 26B because the adhesion of the reaction-preventing film 26A is enhanced. However, the anti-reaction film 26A may be provided at least in the modelable region without covering the entire surface of the modeling substrate 26B. The modelable region is the upper surface of the model support base material 26, and refers to a region that can be irradiated with energy rays from a laser generator 28, which will be described later.

造形用基材26Bは、PBF法による造形を行うとの観点から、各種の金属材料によって構成するとよい。PBF法による造形の初期においては、造形支持基材26に近い位置の造形用粉体2に対して高出力ビームが照射されることから、造形用基材26Bは、耐熱性と、耐熱強度とに優れた材料であることが好ましい。このような材料としては、従来より造形用基材として汎用されてきた、SUS304、SUS316、SUS316L等に代表されるオーステナイト系ステンレス鋼の使用が好ましい。造形用基材26Bの寸法は、三次元造形装置1の造形エリアの寸法に応じて適宜設定するとよい。造形用基材26Bは、この基材上に造形された造形物が、例えば蓄熱ムラ等によって内部に熱応力を溜めている場合でも、変形しないことが求められる。そのため、造形用基材26Bの厚みは、たとえば、5mm以上とすることができ、10mm以上であることが好ましく、12mm以上がより好ましく、例えば15mm以上であってよい。造形用基材26Bの厚みの上限は特に設定されず、たとえば、5cm以下程度であってよい。 The modeling base material 26B is preferably made of various metal materials from the viewpoint of performing modeling by the PBF method. At the initial stage of modeling by the PBF method, a high-power beam is applied to the modeling powder 2 at a position close to the modeling support base material 26, so the modeling base material 26B has heat resistance and heat resistance strength. It is preferable that the material is excellent in As such a material, it is preferable to use austenitic stainless steel represented by SUS304, SUS316, SUS316L, etc., which has been widely used as a base material for modeling. The dimensions of the modeling base material 26</b>B may be appropriately set according to the dimensions of the modeling area of the three-dimensional modeling apparatus 1 . The base material for modeling 26B is required not to deform even when a modeled object formed on this base material accumulates thermal stress inside due to, for example, uneven heat accumulation. Therefore, the thickness of the modeling substrate 26B can be, for example, 5 mm or more, preferably 10 mm or more, more preferably 12 mm or more, and may be 15 mm or more, for example. The upper limit of the thickness of the modeling substrate 26B is not particularly set, and may be, for example, about 5 cm or less.

反応防止膜26Aは、造形用粉体2と造形用基材26Bとの反応を防止する機能を有する。本発明者らの検討によると、造形用粉体2と造形用基材26Bとの反応は、造形用粉体2の成分が造形用基材26B側にマイグレーションすることによって生じると考えられる。そこで、反応防止膜26Aは、造形用粉体2の成分のマイグレーションを抑制することができる材料により好ましく構成することができる。このような材料としては、例えば、造形用粉体2を構成する元素の移動を遮断する化合物、あるいは、当該元素をその結晶構造内に取り込みやすい化合物が挙げられる。このような金属材料およびセラミック材料としては、上記の造形用粉体の欄に記載した材料と重複するために重ねての記載は省略する。なかでも、反応防止膜26Aとしては、例えば、造形物を構成する金属元素を少なくとも一つ含む金属および/またはその酸化物が好ましく、造形物を構成する金属元素を全て含む金属および/またはその酸化物がより好ましく、造形物と同組成の材料からなることが特に好ましい。これにより、マイグレーションを防止するとともに、造形初期に造形用粉体と反応防止膜が反応しても、変質を避けることができる。 The reaction prevention film 26A has a function of preventing reaction between the modeling powder 2 and the modeling substrate 26B. According to studies by the present inventors, it is considered that the reaction between the modeling powder 2 and the modeling base material 26B is caused by migration of components of the modeling powder 2 to the modeling base material 26B side. Therefore, the anti-reaction film 26A can be preferably made of a material capable of suppressing the migration of the components of the modeling powder 2 . Such a material includes, for example, a compound that blocks movement of the elements constituting the molding powder 2, or a compound that easily incorporates the element into its crystal structure. Since such metallic materials and ceramic materials overlap with the materials described in the column of powders for molding, repeated descriptions thereof are omitted. Among them, the reaction prevention film 26A is preferably, for example, a metal containing at least one metal element constituting the model and/or an oxide thereof, and a metal containing all the metal elements constituting the model and/or an oxide thereof. More preferably, it is made of a material having the same composition as that of the modeled article. As a result, migration can be prevented, and even if the modeling powder reacts with the anti-reaction film at the initial stage of modeling, deterioration can be avoided.

また、反応防止膜26Aの形成方法は特に限定されない。たとえば、めっき法、溶射法、ペースト塗布法、印刷法、ゾルゲル法、スピンコート法、化学的気相成長法、物理気相法等のいずれであってもよい。なかでも、反応防止膜26Aは、溶射法によって造形用基材26Bの表面に形成された溶射皮膜であることが好ましい。溶射法では、基材の表面に、各種の樹脂、金属、セラミックス、およびサーメット等からなる粉末状の溶射材料を、燃焼または電気エネルギーにより軟化または溶融状態にして吹き付ける。このことにより、基材の表面に、溶射材料からなる溶射皮膜が付着形成される。特に、溶射法として、高速フレーム溶射法、減圧プラズマ溶射法を採用することで、造形用基材26Bとの密着性の良好な反応防止膜を形成することができるために特に好ましい。 Also, the method of forming the reaction prevention film 26A is not particularly limited. For example, plating, thermal spraying, paste coating, printing, sol-gel, spin coating, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, or the like may be used. In particular, the reaction prevention film 26A is preferably a thermal spray coating formed on the surface of the modeling substrate 26B by thermal spraying. In the thermal spraying method, a powdery thermal spraying material made of various resins, metals, ceramics, cermets, etc. is softened or melted by combustion or electric energy and sprayed onto the surface of the base material. As a result, a thermal spray coating made of the thermal spray material is formed on the surface of the substrate. In particular, it is particularly preferable to employ a high-speed flame spraying method or a low-pressure plasma spraying method as the thermal spraying method because it is possible to form a reaction-preventing film with good adhesion to the modeling substrate 26B.

また、反応防止膜26Aが溶射皮膜である場合、溶射皮膜は適度に気孔を含み得る。このような構成によると、造形用基材26Bと造形物との間に発生する熱応力の差を好適に緩和することができるために好ましい。かかる観点において、反応防止膜26Aは、気孔率が0.5%~15%、好ましくは1%~10%、例えば1%~5%であるとよい。これにより、適度な強度を備えながらも熱応力緩和効果をよりよく発揮できるために好ましい。 Moreover, when the anti-reaction film 26A is a thermal spray coating, the thermal spray coating may contain pores moderately. Such a configuration is preferable because the difference in thermal stress generated between the modeling substrate 26B and the modeled object can be moderated. From this point of view, the reaction prevention film 26A may have a porosity of 0.5% to 15%, preferably 1% to 10%, for example 1% to 5%. This is preferable because the thermal stress relaxation effect can be exhibited more effectively while providing an appropriate strength.

この反応防止膜26Aは、造形用基材26Bとの密着性および密着強度を高めるために、造形用基材26Bの表面を粗面化処理してから形成されたものであると好ましい。このことにより、反応防止膜26Aと造形用基材26Bとが機械構造的に噛み合って、より高い付着強度を実現するために好ましい。粗面化処理としては、例えば、#10~50程度の砥粒(例えばアルミナグリッド)を用いたブラスト処理を施すことが好適例として示される。このブラスト処理によると、造形用基材26Bの表面を、表面粗さRaとして3~7μm程度に粗面化することができる。これにより、造形用基材26Bと反応防止膜26Aとの密着性と密着強度とが高められ、その結果、造形支持基材26と造形物との密着性および密着強度も高くなるために好ましい。 The anti-reaction film 26A is preferably formed after roughening the surface of the modeling base material 26B in order to increase adhesion and adhesion strength with the modeling base material 26B. As a result, the anti-reaction film 26A and the modeling base material 26B are meshed with each other mechanically, which is preferable for achieving higher adhesion strength. As the surface roughening treatment, for example, blasting treatment using abrasive grains of about #10 to #50 (for example, alumina grid) is shown as a preferred example. By this blasting, the surface of the modeling base material 26B can be roughened to a surface roughness Ra of about 3 to 7 μm. This is preferable because the adhesion and adhesion strength between the modeling substrate 26B and the anti-reaction film 26A are enhanced, and as a result, the adhesion and adhesion strength between the modeling support substrate 26 and the modeled object also increase.

反応防止膜26Aの厚み(平均厚み)は、造形物の組成や大きさ、形状等によっても異なるために厳密には制限されないが、例えば、100μm以上が好ましく、150μm以上がより好ましく、造形用粉体と造形用基材26Bの反応を確実に防止するとの観点からは300μm以上がより好ましい。反応防止膜26Aの厚みの上限は特に制限されないが、たとえば、500μm以下程度を目安とするとよい。 The thickness (average thickness) of the anti-reaction film 26A is not strictly limited because it varies depending on the composition, size, shape, etc. of the object to be shaped. From the viewpoint of reliably preventing the reaction between the body and the modeling substrate 26B, the thickness is more preferably 300 μm or more. Although the upper limit of the thickness of the anti-reaction film 26A is not particularly limited, it is recommended that the thickness be approximately 500 μm or less, for example.

さらに、反応防止膜26Aは、造形用基材26Bと接合していない側の表面の表面粗さRaが2~6μm程度であるとよい。これにより、造形初期に、造形支持基材26の表面に造形用粉体2を容易に薄く敷くことができるために望ましい。 Further, the anti-reaction film 26A preferably has a surface roughness Ra of about 2 to 6 μm on the side not bonded to the modeling substrate 26B. This is desirable because the modeling powder 2 can be easily spread thinly on the surface of the modeling support base material 26 at the initial stage of modeling.

この造形支持基材26は、図1に示したように、三次元造形装置1の造形部20に備えられる。造形部20は、粉体貯留部10の側方に備えられている。造形部20は、PBF法によって造形物を造形する機能を備えている。造形部20は、造形槽22と、造形槽22の底部を構成し昇降可能に構成されている昇降テーブル24と、造形支持基材26と、熱源としてのレーザ発生装置28とを備えている。造形槽22と、昇降テーブル24の上面とで構成される空間が、造形エリアとなる。造形支持基材26は、昇降テーブル24の上面に、着脱自在に固定されている。造形支持基材26は、例えば、造形前に昇降テーブル24の上面に固定されて、造形後に造形物とともに昇降テーブル24から取り外される。造形支持基材26は、例えば、造形物を載置、支持する造形テーブルとしての役割を有する。 The modeling support base material 26 is provided in the modeling section 20 of the three-dimensional modeling apparatus 1 as shown in FIG. The modeling section 20 is provided on the side of the powder storage section 10 . The modeling unit 20 has a function of modeling a modeled object by the PBF method. The modeling unit 20 includes a modeling tank 22, a lifting table 24 that constitutes the bottom of the modeling tank 22 and is configured to be able to move up and down, a modeling support base material 26, and a laser generator 28 as a heat source. A space formed by the modeling tank 22 and the upper surface of the elevating table 24 serves as a modeling area. The modeling support base material 26 is detachably fixed to the upper surface of the elevating table 24 . For example, the modeling support base material 26 is fixed to the upper surface of the elevation table 24 before modeling, and is removed from the elevation table 24 together with the modeled object after modeling. The modeling support base material 26 serves, for example, as a modeling table on which a modeled object is placed and supported.

(S3:第三工程)
第三工程では、造形支持基材26上に、造形用粉体2を層状に敷いて粉末床を用意する。三次元造形装置1において、貯留槽12と造形槽22との上端は概ね面一である。リコータ16は、貯留槽12および造形槽22に渡し架けるように配置されている。図1に示すように昇降テーブル14が下方に下げられていることで、粉体貯留部10に収容できる造形用粉体2の貯蔵量が増大される。また、貯留槽12に造形用粉体2を収容した状態で昇降テーブル14を所定厚みΔt1だけ上昇させることで、貯留槽12から所定量の造形用粉体2を押し出すことができる。造形部20では、昇降テーブル24を所定厚みΔt2だけ上端から下げることで、所定厚みΔt2で造形用粉体2を収容することができる。
(S3: third step)
In the third step, a powder bed is prepared by spreading the modeling powder 2 in a layer on the modeling support base material 26 . In the three-dimensional modeling apparatus 1, the upper ends of the storage tank 12 and the modeling tank 22 are substantially flush. The recoater 16 is arranged so as to span the storage tank 12 and the modeling tank 22 . Since the lift table 14 is lowered as shown in FIG. 1, the storage amount of the molding powder 2 that can be stored in the powder storage section 10 is increased. A predetermined amount of the molding powder 2 can be extruded from the storage tank 12 by raising the lifting table 14 by a predetermined thickness Δt1 while the storage tank 12 contains the molding powder 2 . In the modeling section 20, the lifting table 24 is lowered from the upper end by a predetermined thickness Δt2, so that the molding powder 2 can be accommodated with a predetermined thickness Δt2.

三次元造形装置1では、貯留槽12から造形用粉体2を押し出した状態で、リコータ16を貯留槽12および造形槽22の上を通過するように、貯留槽12の端部から、造形槽22の反対側の端部まで移動させる。このことにより、貯留槽12から押し出された造形用粉体2を、リコータ16によって造形槽22に移動させるとともに、造形槽22に敷き詰めることができる。また造形槽22に供給された造形用粉体2の表面にリコータ16を走査させることで、造形用粉体2の上面を平坦化して、均質な造形用粉体2の薄層を形成することができる。これにより、所定の厚みΔt2の造形用粉体2の層(粉末床)を用意することができる。また、リコータ16で均された造形用粉体2の上面が、造形面となる。 In the three-dimensional modeling apparatus 1, the molding powder 2 is extruded from the storage tank 12, and the recoater 16 passes over the storage tank 12 and the modeling tank 22 from the end of the storage tank 12. 22 to the opposite end. As a result, the modeling powder 2 extruded from the storage tank 12 can be moved to the modeling tank 22 by the recoater 16 and spread over the modeling tank 22 . Further, by scanning the surface of the modeling powder 2 supplied to the modeling tank 22 with the recoater 16, the upper surface of the modeling powder 2 is flattened to form a uniform thin layer of the modeling powder 2. can be done. Thereby, a layer (powder bed) of the modeling powder 2 having a predetermined thickness Δt2 can be prepared. Further, the upper surface of the molding powder 2 leveled by the recoater 16 becomes the molding surface.

(S4:第四工程)
第四工程では、粉末床にエネルギー線を供給する粉末床溶融結合方式によって、造形支持基材26上に造形物を造形する。本実施形態の三次元造形装置1はレーザ発生装置28を備え、エネルギー線としてレーザを発生して粉末床に照射する。レーザ発生装置28は、例えば積層造形データに基づいた走査ラインでレーザ光を発振する。積層造形データは、造形対象物を複数の層にスライスしたときの各断面層における断面画像についての三次元データである。積層造形データは、例えば、造形対象物の立体形状を3D CADソフトウェアや3D CGソフトウェア等を用いて作製し、これをSTL(Standard Triangulated Language)形式に変換することで用意することができる。積層造形データの用意については、従来技術と同様であってよく、ここに開示される技術を何ら特徴づけないため、更なる詳細な説明は省略する。この積層造形データは、三次元造形装置1の図示しない記憶部に記憶される。これにより、造形用粉体2は溶融されて、その後固化する。このことにより、造形用粉体2は、積層造形データに対応した断面形状に結合する。その結果、例えば第1層目の断面層を形成することができる。
(S4: fourth step)
In the fourth step, a modeled object is modeled on the modeling support base material 26 by a powder bed fusion bonding method in which energy rays are supplied to the powder bed. The three-dimensional modeling apparatus 1 of this embodiment includes a laser generator 28, which generates a laser as an energy beam to irradiate the powder bed. The laser generator 28 oscillates laser light in scanning lines based on, for example, layered manufacturing data. Laminate manufacturing data is three-dimensional data of cross-sectional images in each cross-sectional layer when the object to be manufactured is sliced into a plurality of layers. Laminated modeling data can be prepared by, for example, creating a three-dimensional shape of an object to be modeled using 3D CAD software, 3D CG software, etc., and converting it into an STL (Standard Triangulated Language) format. The preparation of the additive manufacturing data may be the same as in the prior art, and since it does not characterize the technology disclosed here, further detailed description is omitted. This layered modeling data is stored in a storage unit (not shown) of the three-dimensional modeling apparatus 1 . As a result, the modeling powder 2 is melted and then solidified. As a result, the modeling powder 2 is combined into a cross-sectional shape corresponding to the layered modeling data. As a result, for example, a first cross-sectional layer can be formed.

PBF方式の三次元造形法には、いわゆるレーザ焼結法、レーザ選択焼結(Selective Laser Sintering:SLS)法、電子ビーム焼結法等と呼ばれるものが包含される。なお、より高密度なエネルギーを供給できるとの観点から、エネルギー源としてはレーザを用いることが好ましい。レーザの種類は特に制限されず、例えば、固体レーザ(YAG・ガラス・ルビー等)、液体レーザ、気体(炭酸ガス等)レーザ、半導体レーザ、自由電子レーザ、化学レーザ、ファイバーレーザ等であってよい。このPBF方式の三次元造形方法についても従来と同様であるために、更なる詳細な説明は省略する。 The three-dimensional fabrication method of the PBF method includes so-called laser sintering method, selective laser sintering (SLS) method, electron beam sintering method, and the like. Note that a laser is preferably used as the energy source from the viewpoint of being able to supply energy with higher density. The type of laser is not particularly limited, and may be, for example, a solid laser (YAG, glass, ruby, etc.), a liquid laser, a gas (carbon dioxide gas, etc.) laser, a semiconductor laser, a free electron laser, a chemical laser, a fiber laser, or the like. . Since this PBF type three-dimensional modeling method is also the same as the conventional one, further detailed description will be omitted.

なお、第四工程では、引き続き、昇降テーブル14を所定厚みΔt1だけ上げて再度造形用粉体2を押出し、昇降テーブル24を所定厚みΔt2だけ下げて造形槽22に造形用粉体2の収容スペースを設ける。そして、貯留槽12から造形用粉体2を押し出した状態で、リコータ16を貯留槽12および造形槽22の上を通過するように、貯留槽12の端部から、造形槽22の反対側の端部まで移動させる。これにより、押し出された造形用粉体2を新たに造形槽22に供給することができる。また、造形用粉体2をリコータ16で均すことで第2層目の粉末床を形成する。 In the fourth step, the elevating table 14 is raised by a predetermined thickness Δt1 to extrude the modeling powder 2 again, and the elevating table 24 is lowered by a predetermined thickness Δt2 to create a storage space for the modeling powder 2 in the modeling tank 22. set up. Then, with the molding powder 2 pushed out from the storage tank 12 , the recoater 16 is moved from the end of the storage tank 12 to the opposite side of the modeling tank 22 so as to pass over the storage tank 12 and the modeling tank 22 . move to the end. As a result, the extruded modeling powder 2 can be newly supplied to the modeling tank 22 . Further, the powder bed for the second layer is formed by leveling the modeling powder 2 with the recoater 16 .

そして2層目の粉末床に対し、用意した積層造形データに基づいてレーザや電子ビームなどのエネルギー線を照射する。このとき、第2層目の粉末床は溶融し、下層である第1層目の断面層等と一体化した状態で固化する。このことにより、第2層目まの断面層が造形される。このようにして、造形した断面層上に、再び造形用粉体の粉末床を用意し、次の断面層を一体的に形成する。このことを繰り返すことにより、目的の立体形状を有する造形物を製造することができる。 Then, the second powder bed is irradiated with an energy beam such as a laser or an electron beam based on the prepared layered manufacturing data. At this time, the powder bed of the second layer is melted and solidified while being integrated with the cross-sectional layer of the first layer, which is the lower layer. As a result, cross-sectional layers up to the second layer are formed. In this way, a powder bed of modeling powder is again prepared on the shaped cross-sectional layer, and the next cross-sectional layer is integrally formed. By repeating this process, it is possible to manufacture a model having a desired three-dimensional shape.

造形物の造形が完了すると、造形物は、典型的には、造形支持基材26と一体化された状態で昇降テーブル24から取り外される。その後、造形物と造形支持基材26との海面近くを放電加工等によって切り離すことで、造形物を得ることができる。 When the modeling of the modeled article is completed, the modeled article is typically removed from the lifting table 24 in a state integrated with the modeling support base material 26 . After that, the modeled object can be obtained by separating the modeled object from the modeling support base material 26 in the vicinity of the sea surface by electric discharge machining or the like.

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。 EXAMPLES Examples relating to the present invention will be described below, but the present invention is not intended to be limited to those shown in the examples below.

造形用基材として、厚さ12mmのSUS430製プレートを用いて、その上に反応防止膜を形成した。まず、アルミナグリッド#80を用い、SUS430製プレート(厚み15mm)の片面全体をブラスト処理により粗面化した後、ブラスト処理面に高速フレーム溶射を行い、300μm厚の溶射皮膜(反応防止膜)を作製した。ブラスト処理によるプレートの表面粗さRaは約5μmであった。溶射装置は、溶射施工高速フレーム溶射機(PRAXAIR/TAFA社製JP-5000)を用いた。溶射用粉末には、タングステンカーバイドを70重量%およびコバルトを30重量%含有するサーメット(WC/30%Co)からなり、平均粒子径28μm(粒度分布幅-45+15μm)の粉末を用いた。溶射条件は、酸素流量:1900scfh(893l/min)、灯油流量:5.1gph(0.32l/min)、溶射距離:380mm、バレル:8インチ(約200mm)、溶射用粉末供給量:75g/minとした。これにより、プレート表面に形成されたままの溶射皮膜の表面粗さRaは約5μmであった。 A SUS430 plate having a thickness of 12 mm was used as a substrate for modeling, and a reaction-preventing film was formed thereon. First, using alumina grid #80, after roughening the entire surface of one side of a SUS430 plate (thickness 15 mm) by blasting, high-speed flame spraying is performed on the blasted surface to form a 300 μm thick thermal spray coating (reaction prevention film). made. The surface roughness Ra of the plate by blasting was about 5 μm. As a thermal spraying apparatus, a high-speed flame spraying machine (PRAXAIR/TAFA JP-5000) was used. The thermal spraying powder was composed of cermet (WC/30% Co) containing 70% by weight of tungsten carbide and 30% by weight of cobalt, and had an average particle size of 28 μm (particle size distribution width −45+15 μm). Thermal spraying conditions are oxygen flow rate: 1900 scfh (893 l/min), kerosene flow rate: 5.1 gph (0.32 l/min), spraying distance: 380 mm, barrel: 8 inches (approximately 200 mm), thermal spraying powder feed rate: 75 g/min. min. As a result, the surface roughness Ra of the thermal spray coating as formed on the plate surface was about 5 μm.

上記の造形用基材を用いて、3D Systems社製の金属焼結方式の三次元造形用プリンタProX200を使用し、2cm×5cmの寸法の板状の造形物を造形した。造形用粉末として、粒度が-20+5μm(ふるい開き目20μm通過、5μm不通過)のタングステンカーバイドを含有する顆粒粉末(W1152)を用いた。この粉末組成は、WC/30%Coである。造形条件は、レーザ出力:255W、走査速度:300mm/s、ピッチ幅:0.1mm、積層厚さ:0.03mmとした。これにより得られた造形物を、例1の造形物とした。また、対照として、上記で用意した反応防止膜のない造形用基材(SUS430製プレート)を用い、同様の条件で造形することで、例2の造形物を得た。 Using the above base material for modeling, a metal sintering three-dimensional modeling printer ProX200 manufactured by 3D Systems was used to model a plate-like modeled object with dimensions of 2 cm×5 cm. Granular powder (W1152) containing tungsten carbide with a particle size of −20+5 μm (sieve opening of 20 μm passed, 5 μm not passed) was used as the molding powder. The powder composition is WC/30% Co. The molding conditions were laser output: 255 W, scanning speed: 300 mm/s, pitch width: 0.1 mm, lamination thickness: 0.03 mm. The modeled article obtained in this manner was used as the modeled article of Example 1. As a control, a modeled object of Example 2 was obtained by using the substrate for modeling (SUS430 plate) without the anti-reaction film prepared above and performing modeling under the same conditions.

例1および例2の造形物について、図3(a)(b)にそれぞれ低倍率の観察像を示した。図3(b)に示すように、反応防止膜を備えていない例2の造形用基材を用いて造形すると、50層目を造形したあたりで造形物の長手方向の端部に造形用基板からの浮きが見られた。その後、浮きにより歪んだ造形物上に造形を続けたところ、100層目を造形したあたりで突如造形物が造形用基板から剥離する事態が生じ、その後の造形を継続することが不可能となった。これに対し、反応防止膜を設けた例1の造形用基材を用いて造形することにより、造形物の浮きや剥離の問題は生じず、図3(a)に示すように、予定した造形を完了することができた。 3(a) and 3(b) show low-magnification observation images of the molded articles of Examples 1 and 2, respectively. As shown in FIG. 3(b), when modeling is performed using the modeling base material of Example 2 which is not provided with a reaction-preventing film, the substrate for modeling is attached to the longitudinal end of the modeled article around the 50th layer of the modeled article. A float was seen. After that, when I continued modeling on the modeled object that was distorted by the float, the modeled object suddenly separated from the modeling substrate around the 100th layer, and it became impossible to continue modeling after that. rice field. On the other hand, by using the modeling substrate of Example 1 provided with the anti-reaction film, the problems of floating and peeling of the modeled object do not occur, and as shown in FIG. was able to complete

そこで例1および例2の造形物について断面だしを行い、造形用基板と造形物との界面近傍の切断面を高倍率で観察し、その観察像を図4(a)(b)にそれぞれ示した。図4(b)に示すように、例2の反応防止膜のない造形用基材を用いて造形した場合は、造形物と造形用基材の境界部で反応が生じ、反応生成物が形成されていることが確認された。例2の造形では、この反応生成物が脆弱であることにより、造形に伴い発生する熱応力によって反応生成物の位置で界面が破壊され、造形物の浮きや剥離が生じたものと考えられる。これに対し、図4(a)に示すように、例1の反応防止膜を備える造形用基材を用いて造形した場合は、造形物と造形用基材の境界部での反応が抑制されていることが確認できた。そのため、例1の造形では、造形物の浮きや剥離が生じることなく、複雑形状の造形物を作製できることがわかった。 Therefore, cross-sections of the molded objects of Examples 1 and 2 were performed, and the cut surfaces near the interface between the molding substrate and the molded object were observed at a high magnification, and the observed images are shown in FIGS. rice field. As shown in FIG. 4(b), when modeling is performed using the modeling substrate without the anti-reaction film of Example 2, a reaction occurs at the interface between the modeled object and the modeling substrate, forming a reaction product. It was confirmed that In the molding of Example 2, it is considered that the fragility of this reaction product caused the interface to be destroyed at the position of the reaction product due to the thermal stress generated during the molding, causing the molded article to float or peel off. On the other hand, as shown in FIG. 4(a), when the modeling substrate provided with the reaction-preventing film of Example 1 is used for modeling, the reaction at the boundary between the modeled object and the modeling substrate is suppressed. It was confirmed that Therefore, in the modeling of Example 1, it was found that a complex-shaped object can be produced without floating or peeling of the object.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上記実施形態において、粉体貯留部10は、造形部20の側方に備えられ、昇降テーブル14を上昇させることで貯留槽12から造形用粉体2を押し出して供給していた。しかしながら、粉体貯留部10の構成はこれに限定されない。粉体貯留部10は、例えば、造形部20の上方に備えられ、造形用粉体2を落下させることで造形槽22に供給するように構成されていてもよい。
Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, in the above-described embodiment, the powder storage unit 10 is provided on the side of the modeling unit 20 and pushes out the molding powder 2 from the storage tank 12 by raising the elevating table 14 to supply it. However, the configuration of the powder reservoir 10 is not limited to this. The powder storage unit 10 may be configured, for example, to be provided above the modeling unit 20 and to supply the modeling powder 2 to the modeling tank 22 by dropping the modeling powder 2 .

1 三次元造形装置
10 粉体貯留部
20 造形部
26 造形支持基材
26A 反応防止膜
26B 造形用基材
1 Three-dimensional modeling apparatus 10 Powder reservoir 20 Modeling unit 26 Modeling support base material 26A Reaction prevention film 26B Modeling base material

Claims (7)

少なくともセラミック成分を含む造形用粉体を用意すること、
ステンレス鋼を含む造形用基材と、前記造形用基材の少なくとも造形可能領域に備えられ前記造形用粉体と前記造形用基材との反応を防止する反応防止膜と、を備える造形支持基材を用意すること、
前記反応防止膜上に、前記造形用粉体を層状に敷いて粉末床を用意すること、および、
前記粉末床にエネルギー線を供給する粉末床溶融結合方式によって前記造形支持基材上に造形物を造形すること、を含む、三次元造形方法。
preparing a molding powder containing at least a ceramic component;
A modeling support base comprising: a modeling substrate containing stainless steel; and a reaction prevention film provided on at least a modelable region of the modeling substrate and preventing a reaction between the modeling powder and the modeling substrate. prepare materials,
preparing a powder bed by laying the modeling powder in a layer on the anti-reaction film ;
A three-dimensional modeling method, comprising modeling a modeled object on the modeling support base material by a powder bed fusion bonding method that supplies energy rays to the powder bed.
前記反応防止膜は、溶射皮膜である、請求項1に記載の三次元造形方法。 The three-dimensional fabrication method according to claim 1, wherein the anti-reaction film is a thermal spray coating. 前記溶射皮膜は、セラミック溶射皮膜である、請求項2に記載の三次元造形方法。 The three-dimensional fabrication method according to claim 2, wherein the thermal spray coating is a ceramic thermal spray coating. 前記反応防止膜の表面粗さRaは、2μm以上6μm以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の三次元造形方法。 The three-dimensional fabrication method according to any one of claims 1 to 3, wherein the reaction prevention film has a surface roughness Ra of 2 µm or more and 6 µm or less. 前記エネルギー線として、レーザを使用する、請求項1~のいずれか1項に記載の三次元造形方法。 The three-dimensional modeling method according to any one of claims 1 to 4 , wherein a laser is used as the energy beam. 少なくともセラミック成分を含む造形用粉体を貯留する粉体貯留部と、
前記造形用粉体を用い粉末床溶融結合方式によって造形を行う造形部と、を備え、
前記造形部は、造形物を支持する造形支持基材を含み、
前記造形支持基材は、ステンレス鋼を含む造形用基材と、前記造形用基材の少なくとも造形可能領域に備えられ前記造形用粉体と前記造形用基材との反応を防止する反応防止膜と、を含む、三次元造形装置。
a powder reservoir for storing modeling powder containing at least a ceramic component;
a modeling unit that performs modeling by a powder bed fusion method using the modeling powder;
The modeling unit includes a modeling support base that supports the modeled object,
The modeling support substrate includes a modeling substrate containing stainless steel, and a reaction prevention film provided in at least a modelable region of the modeling substrate to prevent reaction between the modeling powder and the modeling substrate. and a three-dimensional modeling apparatus.
少なくともセラミック成分を含む造形用粉体を用いる粉末床溶融結合方式の三次元造形に用いる造形支持基材であって、
ステンレス鋼を含む造形用基材と、前記造形用基材の少なくとも造形可能領域に備えられ前記造形用粉体と前記造形用基材との反応を防止する反応防止膜と、を含む、造形支持基材。
A modeling support substrate used for three-dimensional modeling by a powder bed fusion bonding method using modeling powder containing at least a ceramic component,
A modeling support comprising: a modeling substrate containing stainless steel; and a reaction prevention film provided in at least a modelable region of the modeling substrate and preventing a reaction between the modeling powder and the modeling substrate. Base material.
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