JP7234637B2

JP7234637B2 - 三次元造形物の製造方法

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Publication number: JP7234637B2
Application number: JP2019003634A
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Inventors: 武宮下; 奈緒子島; 順瀧澤
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Filing date: 2019-01-11
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Description

本発明は、三次元造形物の製造方法に関する。

従来から、三次元造形物の製造方法には様々な種類がある。このうち、層を形成することとレーザーを照射して該層を溶融しその後固化することとを実行して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法がある。例えば、特許文献１には、粉末層を形成し、該粉末層に光ビームを照射して該層を溶融しその後固化して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法が開示されている。

特開２０１５－１７２９４号公報

特許文献１の開示される三次元造形物の製造方法においては、三次元造形物の周囲の粉末を吸引除去する工程と、三次元造形物の表面を切削する工程と、を実行する。これらの処理を実行することで高品質な三次元造形物を製造することは可能となるが、工程が増えることで三次元造形物の製造負荷が増大する。

上記課題を解決するための本発明の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、粉末とバインダーとを含む材料を用いて層を形成する層形成工程と、前記層における前記三次元造形物の造形領域の端部及び該端部に隣接する該造形領域の外側部分の少なくとも一方を含む境界領域にレーザーを照射して、前記境界領域における前記材料の一部を除去する除去工程と、レーザーを照射して前記造形領域における前記材料を溶融し溶融後固化させる溶融固化工程と、を有することを特徴とする。

本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な一実施形態に係る三次元造形物の製造装置の構成を表す概略構成図。本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法のフローチャート。本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法における除去工程を実施した場合の層の断面図。本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法における除去工程を実施しなかった場合の層の断面図。本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法における除去工程でのレーザーの照射位置の別の一例を表す層の断面図。本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法における除去工程でのレーザーの照射位置のさらに別の一例を表す層の断面図。本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法における除去工程でのレーザーの照射強度を説明するための層の断面図。本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法における除去工程でのレーザーの照射位置を説明するための層の断面図であって、除去工程で境界領域の全部にレーザーを照射した状態を表す概略図。本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法における除去工程でのレーザーの照射位置を説明するための層の平面図であって、除去工程で境界領域の全部にレーザーを照射した状態を表す概略図。本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法における除去工程でのレーザーの照射位置を説明するための層の断面図であって、除去工程で境界領域の一部にレーザーを照射した状態を表す概略図。本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法における除去工程でのレーザーの照射位置を説明するための層の平面図であって、除去工程で境界領域の一部にレーザーを照射した状態を表す概略図。本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法における除去工程でのレーザーの照射位置を説明するための層の平面図であって、除去工程で図１１とは異なる位置の境界領域の一部にレーザーを照射した状態を表す概略図。

最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造方法は、層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、粉末とバインダーとを含む材料を用いて層を形成する層形成工程と、前記層における前記三次元造形物の造形領域の端部及び該端部に隣接する該造形領域の外側部分の少なくとも一方を含む境界領域にレーザーを照射して、前記境界領域における前記材料の一部を除去する除去工程と、レーザーを照射して前記造形領域における前記材料を溶融し溶融後固化させる溶融固化工程と、を有することを特徴とする。

層にレーザーを照射して材料を溶融する場合、レーザーの照射位置の周りの材料を引き込んで材料は溶融される。このため、ライン状にレーザーの照射位置を移動する場合の最初のラインの位置やレーザーの照射開始位置などでは、周囲全体に材料があることで多くの材料を引き込んで溶融し、層に突出部分を生成してしまう傾向がある。突出部分が生成されると、三次元造形物の製造精度が低下する。一方、本態様によれば、除去工程で境界領域における材料の一部を除去するので突出部分の生成を抑制できる。したがって、高品質な三次元造形物を製造することができる。なお、除去工程も溶融固化工程も層にレーザーを照射して行うため、これらを１つのレーザーの照射工程と考えることができるので、工程が増えることも抑制できる。すなわち、本態様によれば、工程を増やすことなく高品質な三次元造形物を製造することができる。

本発明の第２の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１の態様において、前記除去工程でのレーザーの照射位置は、前記溶融固化工程でのレーザーの照射開始位置における前記境界領域を含むことを特徴とする。

本態様によれば、除去工程でのレーザーの照射位置は、溶融固化工程でのレーザーの照射開始位置における境界領域を含む。すなわち、突出部分を生成しやすい溶融固化工程でのレーザーの照射開始位置の材料の一部を除去するので、層に突出部分を生成してしまうことを効果的に抑制できる。

本発明の第３の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１または第２の態様において、前記溶融固化工程でのレーザーの照射は、ライン状にレーザーの照射位置を移動して行われ、前記除去工程でのレーザーの照射位置は、前記ラインの幅方向における前記境界領域を含むことを特徴とする。

本態様によれば、除去工程でのレーザーの照射位置は、ラインの幅方向における境界領域を含む。溶融固化工程でライン状にレーザーの照射位置を移動させると、特に最初のラインにおけるレーザー照射に伴い、該最初のラインに突出部分を生成しやすいが、ラインの幅方向における境界領域すなわち例えば最初のライン側の境界領域の材料の一部などを除去できるので、層に突出部分を生成してしまうことを効果的に抑制できる。

本発明の第４の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第３のいずれか１つの態様において、前記除去工程でのレーザーの照射位置は、前記造形領域の全周囲の前記境界領域を含むことを特徴とする。

本態様によれば、除去工程でのレーザーの照射位置は造形領域の全周囲の境界領域を含む。すなわち、突出部分を生成しやすい領域の全てにおいて材料の一部を除去するので、層に突出部分を生成してしまうことを効果的に抑制できる。

本発明の第５の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第４のいずれか１つの態様において、前記除去工程でのレーザー強度は、前記バインダーの熱分解温度以上にレーザーの照射位置が加熱される温度となる強度であることを特徴とする。

本態様によれば、除去工程でのレーザー強度は、バインダーの熱分解温度以上にレーザーの照射位置が加熱される温度となる強度である。このため、レーザーの照射位置のバインダーを熱分解させて効果的に該位置の材料の一部を除去できる。

本発明の第６の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１から第５のいずれか１つの態様において、前記除去工程でのレーザー強度は、１層分の前記層を超えてレーザーの照射エネルギーが到達する強度未満であることを特徴とする。

本態様によれば、除去工程でのレーザー強度は、１層分の層を超えてレーザーの照射エネルギーが到達する強度未満である。このようなレーザー強度とすることで、レーザーの照射位置に層の溶融残渣物が残って、除去工程において材料の除去不良が生じることを抑制できる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
最初に、本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な三次元造形物の製造装置１の概要について図１を参照して説明する。
ここで、図中のＸ方向は水平方向であり、Ｙ方向は水平方向であるとともにＸ方向と直交する方向である。また、Ｚ方向は鉛直方向であり図３などで表される層１２の積層方向に対応する。

本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、層１２を積層することにより三次元造形物Ｏを製造する三次元造形物の製造装置である。そして、図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、後述する噴射部７、造形台１１、乾燥部８及びレーザー照射部２０と、これらの駆動及び移動の制御をする制御部３と、を備えている。また、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、図１で表されるように、内部に密閉空間を作る筐体部１６と、窒素ガスをボンベ１３から筐体部１６の内部に導入可能なガス管１４と、筐体部１６の内部のガスを排気するためのガス管１５と、を備えている。

また、本実施形態の噴射部７は、三次元造形物Ｏを構成する粉末と、溶媒と、バインダーと、を含む流動性の材料（流動性材料）を液滴状態で噴射可能な構成である。さらに、本実施形態の噴射部７は、必要に応じて、該流動性材料に加えて、層１２の端部において該流動性材料を支持する流動性の支持材料も液滴状態で噴射可能な構成になっている。

なお、図１で表されるように、本実施形態の噴射部７は、噴射部ユニット４に設置されている。また、本実施形態の噴射部７は、Ｙ方向に移動しながら流動性材料及び支持材料を吐出可能な構成であり、Ｚ方向に沿って移動可能に構成されていることで、造形台１１とのギャップを調整可能な構成になっている。

また、本実施形態の造形台１１は、Ｘ方向に沿って移動可能であり、噴射部７から噴射された流動性材料によって、造形面１１ａに層１２が形成される。ここで、造形台１１は、Ｘ方向のうちのＸ１方向に移動することで、噴射部ユニット４から後述の乾燥ユニット５さらにはレーザーユニット６に移動可能になっている。さらに、造形台１１は、Ｘ方向のうちのＸ１方向とは反対方向に移動することも可能であり、噴射部ユニット４での層１２の形成、乾燥ユニット５での該層１２の乾燥、レーザーユニット６での該層１２へのレーザーＬの照射の終了後、次の層１２を形成するために再び噴射部ユニット４に戻ることができる。

また、本実施形態の乾燥部８は、造形台１１に形成された層１２に含まれる溶媒を揮発させて層１２を乾燥させることが可能な構成になっている。なお、本実施形態の乾燥部８は、Ｙ方向に沿って延設されるラインヒーターであり、赤外線を造形台１１に形成された層１２に照射させて該層１２を乾燥させることが可能な構成になっている。ただし、乾燥部８はこのような構成に限定されず、ラインヒーター以外であってもよいし、赤外線などの電磁波を照射する構成以外の構成であってもよい。また、図１で表されるように、本実施形態の乾燥部８は、乾燥ユニット５に設置されている。

また、本実施形態のレーザー照射部２０は、レーザー発生部１０とガルバノミラー９とで構成されている。ここで、ガルバノミラー９は、所定の角度の範囲内で内部に設けられた不図示のミラーの配置を変えることができるとともに、Ｚ方向に沿って移動可能な構成になっている。このような構成になっていることにより、層１２が積層されてもレーザーＬのフォーカスを合わせ続けることが可能であるとともに、造形面１１ａの全ての範囲にレーザーＬを照射可能な構成になっている。また、図１で表されるように、本実施形態のレーザー照射部２０は、レーザーユニット６に設置されている。

ここで、図１で表されるように、本実施形態の三次元造形物の製造装置１は、噴射部７から流動性材料を噴射させて造形面１１ａに層１２を形成する際、乾燥部８から赤外線を照射して層１２を乾燥させる際、レーザー照射部２０からレーザーＬを照射する際の何れにおいても、造形面１１ａが水平方向になるように造形台１１を配置する。

つぎに、本実施形態の三次元造形物の製造装置１で使用可能な流動性材料について詳細に説明する。
三次元造形物Ｏの構成材料（粉末）としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）やクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）の単体粉末、もしくはこれらの金属を１つ以上含む合金（マルエージング鋼、ステンレス（ＳＵＳ）、コバルトクロムモリブデン、チタニウム合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルト合金、コバルトクロム合金）などの混合粉末を、バインダーを含むペースト状の混合材料にして用いることが可能である。
また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなどの汎用エンジニアリングプラスチックを用いることが可能である。その他、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトンなどのエンジニアリングプラスチック（樹脂）も用いることが可能である。
このように、三次元造形物Ｏの構成材料に特に限定はなく、上記金属以外の金属やセラミックスや樹脂等も使用可能である。また、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどを好ましく使用可能である。
さらには、セルロースなどの繊維も用いることが可能である。

バインダーとしては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂或いはその他の合成樹脂又はＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）或いはその他の熱可塑性樹脂などを単独で或いは組み合わせて用いることができる。

また、流動性材料には溶剤をさらに含んでいてもよく、好ましい溶剤としては、例えば、水；エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル等の（ポリ）アルキレングリコールモノアルキルエーテル類；酢酸エチル、酢酸ｎ－プロピル、酢酸ｉｓｏ－プロピル、酢酸ｎ－ブチル、酢酸ｉｓｏ－ブチル等の酢酸エステル類；ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類；メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エチル－ｎ－ブチルケトン、ジイソプロピルケトン、アセチルアセトン等のケトン類；エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；テトラアルキルアンモニウムアセテート類；ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶剤；ピリジン、γ－ピコリン、２，６－ルチジン等のピリジン系溶剤；テトラアルキルアンモニウムアセテート（例えば、テトラブチルアンモニウムアセテート等）等のイオン液体等が挙げられ、これらから選択される１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

また、本実施形態の三次元造形物の製造装置１で使用可能な流動性材料についての物性については特に限定は無く、例えば上側よりも下側の方が広がるなど、流動性材料を水平面に載置させた場合に重力の影響により変形するのであれば液体に限定されずゲル状のものであってもよい。ただし、低せん断速度領域において粘度が５００ｍＰａ・ｓ以上、１０００００ｍＰａ・ｓ以下のものを特に好ましく使用できる。

次に、上記三次元造形物の製造装置１を用いて行う三次元造形物の製造方法の一実施例について、図２のフローチャート及び図３から図１２の各図を用いて説明する。ここで、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、例えば、後述のステップＳ１４０の除去工程では、図９及び図１１で表されるようにレーザーＬを矢印方向Ｎ０に連続的にライン状に移動しながら、または、図１２で表されるようにレーザーＬを矢印方向Ｎ０に断続的にライン状に移動しながら、照射して照射位置の流動性材料の一部を層１２から除去する。また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、例えば、図９、図１１及び図１２で表されるように、後述のステップＳ１５０の溶融固化工程では、レーザーＬを層１２にＸ方向に沿って矢印方向Ｎ１、矢印方向Ｎ２、…と、ライン状に移動しながら照射して照射位置における三次元造形物Ｏの構成材料を溶融させる。以下、ライン状に移動させて行うレーザーＬの照射の軌跡を単にラインとも言う。

本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初に、図２のフローチャートで表されるように、ステップＳ１１０の造形データ入力工程で、製造する三次元造形物の造形データを入力する。三次元造形物の造形データの入力元に特に限定はないが、ＰＣなどを用いて造形データを三次元造形物の製造装置１に入力できる。

次に、ステップＳ１２０の層形成工程で、図１で表される噴射部７から流動性材料を噴射することで造形台１１に層１２を形成する。本ステップを実行した状態は、図３の一番上の状態図のようになる。

次に、ステップＳ１３０の溶媒乾燥工程で、乾燥部８において、層１２を形成する流動性材料に含まれる溶媒を乾燥させる。ただし、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、本ステップを省略することも可能である。

次に、ステップＳ１４０の除去工程で、層１２における三次元造形物Ｏの造形領域２３の端部１７及び該端部１７に隣接する該造形領域２３の外側部分２２の少なくとも一方を含む境界領域２５の少なくとも一部にレーザーＬを照射して、流動性材料の一部を飛散させることで境界領域２５における流動性材料の一部を除去する。本ステップを実行することで、例えば図３の上から２番目の状態図から図３の上から３番目の状態図のようになり、層１２に凹部２１が形成される。なお、図３においては、図３の上から４番目の状態図を参照するとわかるように、ステップＳ１４０の除去工程で、造形領域２３の端部１７に相当する位置にレーザーＬを照射して流動性材料の一部を除去した後に、再びレーザーＬを照射することで流動性材料を溶融し固化させている。しかしながら、図５で表されるように造形領域２３の外側部分２２において流動性材料の一部を除去させてもよいし、図６で表されるように造形領域２３の端部１７と造形領域２３の外側部分２２の両方に係る位置において流動性材料の一部を飛散させてもよい。

ここで、ステップＳ１４０の除去工程でのレーザー強度は、流動性材料に含まれるバインダーの熱分解温度以上にレーザーＬの照射位置が加熱される温度となる強度であることが好ましい。このような強度とすることで、レーザーＬの照射位置のバインダーを熱分解させて流動性材料を飛散させることができ、効果的に該位置の流動性材料の一部を除去できるためである。

また、ステップＳ１４０の除去工程でのレーザー強度は、１層分の層１２を超えてレーザーＬの照射エネルギーが到達する強度未満であることが好ましい。このようなレーザー強度とすることで、レーザーＬの照射位置に層１２の溶融残渣物２４が残って、除去工程において流動性材料の除去不良が生じることを抑制できるためである。

ここで、図７には、１層分の層１２を超えてレーザーＬの照射エネルギーが到達する強度未満である、好ましいレーザー強度でレーザーＬが照射された場合の凹部２１の形成状態である凹部２１ａが表されている。また、図７には、１層分の層１２を超えてレーザーＬの照射エネルギーが到達する強度である、好ましくないレーザー強度でレーザーＬが照射された場合の凹部２１の形成状態である凹部２１ｂ及び凹部２１ｃが表されている。凹部２１ｂ及び凹部２１ｃで表されるように、１層分の層１２を超えてレーザーＬの照射エネルギーが到達するレーザー強度とすると、溶融残渣物２４が凹部２１に残る場合がある。溶融残渣物２４が凹部２１に残ると、溶融固化工程後の層１２に凹凸が形成される場合があり、好ましくない。

また、ステップＳ１４０の除去工程では、例えば図８及び図９で表されるように、層１２における三次元造形物Ｏの造形領域２３の境界領域２５の全部にレーザーＬを照射して流動性材料の一部を除去させることができる。また、例えば図１０及び図１１、並びに、図１２で表されるように、層１２における三次元造形物Ｏの造形領域２３の境界領域２５の一部にレーザーＬを照射して流動性材料の一部を除去させることもできる。

ここで、図１０及び図１１は、後述するステップＳ１５０の溶融固化工程で１ライン目、２ライン目、…の、何れのラインも同じ方向にレーザーＬを移動させる場合、すなわち、溶融固化工程でのレーザーＬの照射開始位置がいずれのラインも図１１中の上側となり同じとなる場合に相当する。一方、図１２は、ステップＳ１５０の溶融固化工程で１ライン目、２ライン目…で交互に逆方向にレーザーＬを移動させる場合、すなわち、溶融固化工程でのレーザーＬの照射開始位置がラインごとに造形領域２３の境界領域２５ｂにおいて図１２中の上側及び下側と交互に逆側となっている場合に相当する。整理すると、図８及び図９では、ステップＳ１４０の除去工程で、１ライン目のラインに沿う位置、最後のラインに沿う位置、各ラインの起端位置及び終端位置に対応する位置の全ての境界領域２５にレーザーＬを照射している。また、図１０及び図１１、並びに、図１２では、ステップＳ１４０の除去工程で、１ライン目のラインに沿う位置及び各ラインの起端位置に対応する位置の境界領域２５にレーザーＬを照射している。

次に、ステップＳ１５０の溶融固化工程で、レーザー照射部２０からレーザーＬを層１２に照射して層１２の造形領域２３における三次元造形物Ｏの構成材料を溶融し、溶融後、冷却または放置することなどにより三次元造形物Ｏの構成材料を固化させる。本ステップを実行することで、例えば図３の上から４番目の状態図から図３の上から５番目の状態図のようになり、層１２に１ライン目の溶融固化部１９が形成される。そして、例えば図３の上から６番目の状態図から図３の一番下の状態図のように層１２に２ライン目の溶融固化部１９を形成し、同様に３ライン目、４ライン目…、と、造形領域２３の全ての領域に対し、層１２に溶融固化部１９を形成する。なお、ステップＳ１４０の除去工程とステップＳ１５０の溶融固化工程とは同じレーザー照射部２０からレーザーＬを層１２に照射するので、これらをまとめて１つのレーザー照射工程と考えることができる。

そして、ステップＳ１６０の判断工程で、制御部３においてステップＳ１１０で入力した造形データに基づく層形成が全て終了したかどうかを判断する。層形成が全て終了していないと判断した場合、ステップＳ１２０に戻り、次の層１２を形成する。一方、層形成が全て終了したと判断した場合、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。

ここで、ステップＳ１４０の除去工程を行う理由を図３及び図４を用いて説明する。最初に、図４を用いて、ステップＳ１４０の除去工程を行わずに三次元造形物Ｏを製造する場合について説明する。図４の一番上の状態図で表される造形台１１に層１２が形成された状態から、図４の上から２番目の状態図で表されるように溶融固化工程として層１２における三次元造形物Ｏの造形領域２３の端部１７に１ライン目のレーザーＬを照射すると、図４の上から３番目の状態図で表されるように、レーザーＬの照射位置のＹ方向における両側にも熱が至るので該両側の流動性材料も一部引き込んで１ライン目の溶融固化部１９が形成される。一方、２ライン目以降は、図４の上から４番目の状態図で表されるようにＹ方向における片側に溶融固化部１９が形成されていることで、溶融固化部１９が形成されていない側のみ、すなわち、レーザーＬの照射位置のＹ方向における片側のみの流動性材料を一部引き込んで１ライン分の溶融固化部１９が形成される。このため、１ライン目と２ライン目以降とでは、１ライン分の溶融固化部１９が形成されるのに使用される三次元造形物Ｏの構成材料の量が異なり、１ライン目の溶融固化部１９が形成されるのに使用される三次元造形物Ｏの構成材料の量だけが多くなる。したがって、図４の一番下の状態図で表されるように、１ライン目の溶融固化部１９に対応する位置、すなわち、造形領域２３の端部１７には凸部１８が形成されてしまう。

一方、図３で表されるように、ステップＳ１４０の除去工程を行えば、１ライン目の溶融固化部１９を形成する際に境界領域２５における流動性材料の一部が除去されるので、１ライン目と２ライン目以降とで、１ライン分の溶融固化部１９が形成されるのに使用される三次元造形物Ｏの構成材料の量を揃えることができる。したがって、図３の一番下の状態図で表されるように、１ライン目の溶融固化部１９に対応する位置に凸部が形成されてしまうことを抑制できる。

なお、上記においては、除去工程を行わずに三次元造形物Ｏを製造する場合、１ライン目の溶融固化部１９に対応する位置に凸部１８が形成されやすいことを説明した。すなわち、境界領域２５における１ライン目のライン方向に沿って突出部分が形成されやすいことを説明した。しかしながら、境界領域２５における溶融固化工程におけるレーザーＬの照射開始位置、すなわち、図９、図１１及び図１２における矢印方向Ｎ１、矢印方向Ｎ２、…の起端位置は、１ライン目に対応する位置だけでなく２ライン目以降の対応する位置にも突出部分が形成されやすい。そして、１ライン目のライン方向に沿う突出部分や溶融固化工程におけるレーザーＬの照射開始位置に形成される突出部分ほどではないが、三次元造形物Ｏの造形領域２３のその他の境界領域２５にも突出部分が形成される場合がある。本実施例の三次元造形物の製造方法は、境界領域２５のいずれの部分も除去工程で流動性材料の一部を除去させることが可能である。

ここで、一旦まとめると、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層１２を積層することにより三次元造形物Ｏを製造する三次元造形物の製造方法である。そして、ステップＳ１２０に対応し、粉末とバインダーとを含む流動性材料を用いて層１２を形成する層形成工程を有する。また、ステップＳ１４０に対応し、層１２における三次元造形物Ｏの造形領域２３の端部１７及び該端部１７に隣接する該造形領域２３の外側部分２２の少なくとも一方を含む境界領域２５にレーザーＬを照射して、流動性材料の一部を飛散させることで境界領域２５における流動性材料の一部を除去する除去工程を有する。また、ステップＳ１５０に対応し、レーザーＬを照射して造形領域２３における流動性材料を溶融し溶融後固化させる溶融固化工程を有する。

上記のように、層１２にレーザーＬを照射して流動性材料を溶融する場合、レーザーＬの照射位置の周りの流動性材料を引き込んで流動性材料は溶融される。このため、図４の一番下の状態図で表されるように、ライン状にレーザーＬの照射位置を移動する場合の最初のラインである１ライン目の位置やレーザーＬの照射開始位置は、周囲全体に流動性材料があることで多くの流動性材料を引き込んで溶融し、層１２に凸部１８のような突出部分を生成してしまう傾向がある。突出部分が生成されると、三次元造形物Ｏの製造精度が低下する。一方、本実施例の三次元造形物の製造方法は、除去工程で境界領域２５における流動性材料の一部を除去するので突出部分の生成を抑制できる。したがって、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、高品質な三次元造形物Ｏを製造することができる。なお、除去工程も溶融固化工程も層１２にレーザーＬを照射して行うため、これらを１つのレーザーＬの照射工程と考えることができるので、工程が増えることも抑制している。すなわち、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、工程を増やすことなく高品質な三次元造形物Ｏを製造することができる。

また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、図９、図１１及び図１２で表されるように、除去工程でのレーザーＬの照射位置に対応する凹部２１の形成位置は、溶融固化工程でのレーザーＬの照射開始位置に対応する矢印方向Ｎ１、矢印方向Ｎ２、…、の各々の起端位置における境界領域２５を含むようにすることができる。このように、除去工程でのレーザーＬの照射位置が、溶融固化工程でのレーザーＬの照射開始位置における境界領域２５を含むようにすることで、突出部分を生成しやすい溶融固化工程でのレーザーＬの照射開始位置の流動性材料の一部を除去でき、層１２に突出部分を生成してしまうことを効果的に抑制できる。

また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法では、図９、図１１及び図１２で表されるように、溶融固化工程でのレーザーＬの照射は、ライン状にレーザーＬの照射位置を移動して行われ、除去工程でのレーザーＬの照射位置は、境界領域２５のうちのラインの幅方向における境界領域２５ａを含ませることができる。溶融固化工程でライン状にレーザーＬの照射位置を移動させると、特に最初のラインである１ライン目におけるレーザー照射に伴い、該１ライン目の位置に突出部分を特に生成しやすいが、ラインの幅方向における境界領域２５ａすなわち例えば１ライン目側の境界領域２５ａの流動性材料の一部などを除去することができるので、層１２に突出部分を生成してしまうことを効果的に抑制できる。

また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法では、図９で表されるように、除去工程でのレーザーＬの照射位置は、造形領域２３の全周囲の境界領域２５を含むことができる。すなわち本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、突出部分を生成しやすい領域の全てにおいて流動性材料の一部を除去するので、層１２に突出部分を生成してしまうことを効果的に抑制できる。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…三次元造形物の製造装置、２…ＰＣ、３…制御部、４…噴射部ユニット、
５…乾燥ユニット、６…レーザーユニット、７…噴射部、８…乾燥部、
９…ガルバノミラー、１０…レーザー発生部、１１…造形台、１１ａ…造形面、
１２…三次元造形物Ｏの層、１３…ボンベ、１４…ガス管、１５…ガス管、
１６…筐体部、１７…端部、１８…凸部（突出部分）、１９…溶融固化部、
２０…レーザー照射部、２１…凹部、２１ａ…凹部、２１ｂ…凹部、２１ｃ…凹部、
２２…外側部分、２３…造形領域、２４…溶融残渣物、２５…境界領域、
２５ａ…境界領域、２５ｂ…境界領域、Ｌ…レーザー、Ｏ…三次元造形物

Claims

層を積層することにより三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
粉末とバインダーとを含む材料を用いて層を形成する層形成工程と、
前記層における前記三次元造形物の造形領域の端部及び該端部に隣接する該造形領域の外側部分の少なくとも一方を含む境界領域にレーザーを照射して、前記境界領域における前記材料の一部を除去する除去工程と、
前記除去工程の終了後に、あらためてレーザーを照射して前記造形領域における前記材料を溶融し溶融後固化させる溶融固化工程と、
を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
請求項１に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記除去工程でのレーザーの照射位置は、前記溶融固化工程でのレーザーの照射開始位置における前記境界領域を含むことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
請求項１または２に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記溶融固化工程でのレーザーの照射は、ライン状にレーザーの照射位置を移動して行われ、
前記除去工程でのレーザーの照射位置は、前記ラインの幅方向における前記境界領域を含むことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
請求項１から３のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記除去工程でのレーザーの照射位置は、前記造形領域の全周囲の前記境界領域を含むことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
請求項１から４のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記除去工程でのレーザー強度は、前記バインダーの熱分解温度以上にレーザーの照射位置が加熱される温度となる強度であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
請求項１から５のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記除去工程でのレーザー強度は、１層分の前記層を超えてレーザーの照射エネルギーが到達する強度未満であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。