JP7358821B2 - 積層造形装置および積層造形方法 - Google Patents
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Description
本発明は、積層造形に関するものであり、特に、造形時のサポート領域を形成する技術に関するものである。
３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データを層分割し、分割した層ごとに、３次元ＣＡＤのデータに基づいたパターンが形成されるように材料を積層して３次元の造形物を製造する方法が用いられて始めている。そのような、製造方法は、例えば、国際規格においてＡｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇと定義されている。１９８０年代に発明されたこの製造方法は、３Ｄプリンタとも呼ばれる。３Ｄプリンタは、３次元ＣＡＤデータがあれば、金型を使わずに複雑な形状を容易に製造できることから、ものづくりの新たな手法として注目されている。
切削による除去的な加工や型に材料を流し込んで固める成形加工とは異なり、３Ｄプリンタは、メッシュ形状やポーラス形状をはじめとする製造が難しかった形状を容易に形成することができる。３Ｄプリンタには様々な手法があるが、その中の１つに粉末焼結積層法がある。粉末焼結積層法では、粉末材料を１層ずつ造形ステージ全体に敷き詰め、積層した層ごとに造形物に対応する箇所にレーザ等を照射し、粉末材料を焼結または溶融させる動作を繰り返すことで目的の造形品が形成される。この工法に使用される材料は、樹脂だけでなく金属も造形できるため、特に、金属造形においては、主要な造形工法の１つとして用いられている。
積層造形において立体造形品を造形する際に、立体造形品を支持するサポート材の造形を必要とする場合がある。しかし、サポート材は、立体造形品の造形後においては不要な部分となるため、造形後にサポート材を除去する必要がある。特に、金属材料を使用した造形においては、造形後に不要なサポート材を除去する際の作業時間を長く要することがある。そのため、立体造形品の造形後に、サポート材を分離する際の作業効率が高いことが望ましく、関連する技術の開発が行われている。そのような、造形の際に用いたサポート材を分離する技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。
特許文献１は、立体物を積層造形する技術に関するものである。特許文献１では、立体造形物を造形する際に、オーバーハング部の造形箇所の下方にサポート材が形成されている。特許文献１のサポート部材は、サポート材本体を研磨し除去する研磨材を、立体造形物との境界面に露出しないように流通させる流路を内部に備えている。特許文献１は、そのような構成とすることで、立体造形後のサポート材を、サポート材に形成された流路に研磨剤を流すことで研磨しながら除去することができ、サポート材を除去する際の作業性を向上できるとしている。
しかしながら、特許文献１の技術は、次のような点で十分ではない。特許文献１のサポート材は、研磨材によって除去されているが、サポート材の除去は、研磨用流体が正常に流れる範囲までに限定される。よって、残ったサポート材は、他の方法で除去する必要があるため、特許文献１の技術では、サポート材を分離する際の作業効率が十分には向上しない。また、形状によってはサポート材の研磨に時間を要する恐れがある。そのため、特許文献１の技術は、積層造形による造形品の形成後にサポート材の分離を容易に行うことができるようにすることで作業効率を向上する技術としては十分ではない。
本発明は、上記の課題を解決するため、積層造形時の作業効率を向上することができる積層造形装置を提供することを目的としている。
上記の課題を解決するため、本発明の積層造形装置は、保持手段と、材料供給手段と、塗布手段と、硬化手段を備えている。保持手段は、積層造形物を形成する際に処理対象をステージ上に保持する。材料供給手段は、金属材料粉末を各層ごとにステージ上に供給する。塗布手段は、積層造形物の各層の形成工程において、積層造形物の外周となる領域の金属材料粉末に有機材料を塗布する。硬化手段は、積層造形物の各層に形成工程において、積層造形物となる領域と、有機材料が塗布された領域の外周部とを硬化させる。
本発明の積層造形方法は、積層造形物を形成する際に各層の形成工程において、金属材料粉末を各層ごとにステージ上に供給する。本発明の積層造形方法は、積層造形物の積層造形物の外周となる領域の金属材料粉末に有機材料を塗布する。本発明の積層造形方法は、積層造形物となる領域と、有機材料が塗布された領域の外周部とを硬化させることを特徴とする積層造形方法。
本発明によると、積層造形時の作業効率を向上することができる。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の積層造形装置の構成の概要を示した図である。本実施形態の積層造形装置は、保持手段１と、材料供給手段２と、塗布手段３と、硬化手段４を備えている。保持手段１は、積層造形物を形成する際に処理対象をステージ上に保持する。材料供給手段２は、金属材料粉末を各層ごとにステージ上に供給する。塗布手段３は、積層造形物の各層の形成工程において、積層造形物の外周となる領域の金属材料粉末に有機材料を塗布する。硬化手段４は、積層造形物の各層に形成工程において、積層造形物となる領域と、有機材料が塗布された領域の外周部とを硬化させる。
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の積層造形装置の構成の概要を示した図である。本実施形態の積層造形装置は、保持手段１と、材料供給手段２と、塗布手段３と、硬化手段４を備えている。保持手段１は、積層造形物を形成する際に処理対象をステージ上に保持する。材料供給手段２は、金属材料粉末を各層ごとにステージ上に供給する。塗布手段３は、積層造形物の各層の形成工程において、積層造形物の外周となる領域の金属材料粉末に有機材料を塗布する。硬化手段４は、積層造形物の各層に形成工程において、積層造形物となる領域と、有機材料が塗布された領域の外周部とを硬化させる。
本実施形態の積層造形装置は、塗布手段３において、各層の積層造形物の外周となる領域の金属材料粉末に有機材料を塗布している。また、本実施形態の積層造形装置は、硬化手段４において、各層の積層造形物となる領域と、有機材料が塗布された領域の外周部とを硬化させている。本実施形態の積層造形装置によって、積層造形物となる領域と外周部の硬化した領域との間に有機材料が塗布された領域を形成することで、積層造形物から外周部を容易に分離することができる。その結果、本実施形態の積層造形装置を用いることで、積層造形時の作業効率を向上することができる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態の積層造形装置１０の構成の概要を示した図である。また、図３は、積層造形装置１０において立体造形物を形成する際のステージ１２上の積層物を模式的に示した図である。本実施形態の積層造形装置１０は、立体造形物を金属粉末材料を用いて層ごとに形成する３Ｄプリンタとしての機能を有する。
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態の積層造形装置１０の構成の概要を示した図である。また、図３は、積層造形装置１０において立体造形物を形成する際のステージ１２上の積層物を模式的に示した図である。本実施形態の積層造形装置１０は、立体造形物を金属粉末材料を用いて層ごとに形成する３Ｄプリンタとしての機能を有する。
本実施形態の積層造形装置１０は、制御部１１と、ステージ１２と、塗布ノズル１３と、熱エネルギー供給部１４と、金属材料チャンバ１５と、スキージ１６を備えている。
本実施形態の積層造形装置１０は、で金属造形物を形成する金属材料として金属粉末２１をステージ１２上に供給し、溶融後に硬化させることで金属造形部２４を形成する。また、本実施形態の積層造形装置１０は、金属造形部２４を形成する際に、土台となる第１のサポート部２３を形成および第１のサポート部２３と金属造形部２４の境界領域となる有機材料部２２を形成する。
積層造形装置１０の各部位の構成について説明する。
制御部１１は、積層造形装置１０の制御全般を行う機能を有する。制御部１１は、ステージ１２を制御し、ステージ１２の内部のヒーターによる加熱の開始、昇温および加熱の停止を行う。制御部１１は、塗布ノズル１３を制御し、有機材料の塗布を行う。制御部１１は、熱エネルギー供給部１４を制御して、熱エネルギーを加え金属粉末を溶融させる。制御部１１は、金属材料チャンバ１５を制御し、ステージ１２上に金属粉末の供給を行う。また、制御部１１は、スキージ１６を制御し、ステージ１２上の金属粉末の平坦化等を行う。
ステージ１２は、造形品を形成する際の処理台として備えられている。ステージ１２は、加熱機構を有する。有機材料の熱硬化は、ステージ１２から加熱により伝わる温度や周囲の金属造形部２４や第１のサポート部２３への熱エネルギー照射時の熱が間接的に伝わることで促進される。ステージ１２は、制御部１１の制御に基づいて５０℃～１５０℃程度の範囲で昇温できるように構成されている。
塗布ノズル１３は、有機材料の塗布を行うノズルとして備えられている。塗布ノズル１３は、制御部１１の制御に基づいて有機材料を吐出する。塗布ノズル１３は、金属造形部２４と第１のサポート部２３の境界に有機材料を塗布する。
塗布ノズル１３には、例えば、半導体部品の樹脂封止に使用される樹脂塗布部品を使用することができる。塗布ノズル１３は、例えば、ポリエチレン等の樹脂によって形成されている。塗布ノズル１３は、ステンレス等の金属によって形成されていてもよい。塗布ノズル１３の先端部分は、樹脂塗布幅に合わせて交換できる構造としておくことが望ましい。また、塗布ノズル１３の周りに発泡スチロール等の断熱材や窒素等による断熱層を設けてもよい。断熱層を設けることで、造形時に造形装置内の温度上昇により塗布ノズル１３の中の樹脂材料の温度上昇を抑えることができる。
塗布ノズル１３は、複数、準備され、造形中に所定の時間が経過した後に交換されるようにしてもよい。塗布ノズル１３を交換する所定の時間は、付着物の蓄積等の影響を受けずに良好な塗布を行うことができる時間を基にあらかじめ設定されている。
塗布ノズル１３が塗布する有機材料には、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂およびシリコーン樹脂の樹脂材料を用いることができる。材料の熱硬化特性や接着性は造形条件に合わせて調整されることが望ましい。例えば、有機材料にエポキシ樹脂を用いる場合には、硬化剤には、酸無水物系、アミン系またはフェノール系等の硬化剤を用いることができる。また、硬化剤は、カプセルに包み、所定の温度以上でカプセルが破壊され、硬化反応が促進されるような組成にしてもよい。所定の温度は、有機材料と硬化剤との反応温度等に合わせて設定されている。
熱エネルギー供給部１４は、制御部１１の制御に基づいてステージ１２上の処理対象物の加熱を行う機能を有する。加熱方式としては、例えば、粉末床溶融結合方式（Powder bed fusion）を用いることができる。粉末床溶融結合方式は、ＡＳＴＭ（American Society for Testing and Materials）によって、Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇの方式として分類されている。本実施形態の熱エネルギー供給部１４は、粉末床溶融結合方式に基づいて、レーザ照射によって処理対象物を加熱するように構成されている。熱エネルギー供給部１４は、電子ビーム照射によって処理対象物を加熱するように構成されていてもよい。
熱エネルギー供給部１４は、制御部１１の制御に基づいてステージ１２上の造形前の金属粉末を加熱して溶融する。溶融した金属粉末は、加熱後の自然放冷によって硬化する。熱エネルギー供給部１４は、制御部１１の制御に基づいて、処理対象となる層の各エリアを選択的に加熱することで金属粉末を溶融させる。処理対象となる層およびエリア、並びに、加熱時のレーザの照射条件は、制御部１１によって制御される。
金属材料チャンバ１５は、金属造形物を造形する際に用いる金属粉末をステージ１２上に供給する。金属材料チャンバ１５は、制御部１１の制御に基づいて、設定された厚さの金属層を形成するために必要な量の金属粉末をステージ１２上に供給する。
金属粉末には、例えば、球状の粉末の金属材料が用いられる。球状の材料は、例えば、アトマイズ法によって形成される。球状の材料の形成は、他の方法によって行われてもよい。積層に用いられる金属材料としては、５μｍから１００μｍ程度の粒径分布を有し、平均粒径が２０μｍから５０μｍの球状の材料が用いられる。金属材料の形状は、鱗片状のように平たい形状であってもよい。また、金属粉末には、例えば、アルミ、銅、ステンレス、チタンおよびそれらの合金を用いることができる。
スキージ１６は、ステージ１２に供給された金属粉末を均一の厚さにする機能を有する。スキージ１６は、加熱前の金属粉末をステージ１２上に均一の厚さとなるように敷き詰める。スキージの形状は、平スキージ、角スキージおよび剣スキージから材料に適した形状が選択される。また、スキージ１６に代えて、ローラーによって金属粉末を押し付けながら均一に敷き詰める構成であってもよい。スキージ１６は、ゴム、プラスチック、金属またはそれらの複合材によって形成されている。
本実施形態の積層造形装置１０の動作について説明する。図４乃至図１７は、本実施形態の積層造形装置１０を用いて積層造形物を形成する際の、各ステップにおける状態を模式的に示した工程図である。始めに、制御部１１は、金属材料チャンバ１５を制御して、ステージ１２上に１層目の形成に用いる金属粉末２１を供給する。金属材料チャンバ１５からステージ１２上に金属粉末２１を供給すると、制御部１１は、スキージ１６を制御し、ステージ１２上の金属粉末２１の厚みを均一にする。
スキージ１６によって金属粉末２１の厚みを均一にすると、制御部１１は、塗布ノズル１３を制御して、金属粉末２１に有機材料を塗布し有機材料部２２を形成する。図４は、ステージ１２上に金属粉末２１の１層目および有機材料部２２が形成された状態を示している。
制御部１１は、設計データに基づいて金属造形部２４と第１のサポート部２３の境界に有機材料を塗布し、有機材料部２２を形成する。制御部１１は、金属造形物の設計データから生成された層ごと有機材料の塗布位置、サポート部の領域および金属造形物の領域のデータをあらかじめ記憶している。
有機材料を塗布すると、制御部１１は、熱エネルギー供給部１４を制御して、第１のサポート部２３および金属造形部２４を形成する領域の金属粉末２１を加熱する。図５は、熱エネルギー供給部１４によって金属粉末２１を加熱している状態を模式的に示した図である。
金属粉末２１の加熱を行うと、金属粉末２１は、溶融する。金属粉末２１は、加熱が終わり、温度が低下すると硬化する。制御部１１は、第１のサポート部２３と金属造形部２４の領域で異なる設定でレーザの照射を行う。制御部１１は、金属造形部２４の領域では密度が高くなるように低速度で走査しながらレーザを照射する。また、制御部１１は、第１のサポート部２３の領域では短時間で処理が終わるようにメッシュ状にレーザを照射する。
第１のサポート部２３と金属造形部２４の領域でのレーザ照射を終えると、制御部１１は、熱エネルギー供給部１４によるレーザの照射を終了する。図６は、レーザの照射を終了したときのステージ１２上の状態を模式的に示した図である。このとき、有機材料の塗布された領域では、金属造形部２４と第１のサポート部２３のレーザ処理の際に熱の伝導とステージ１２の熱によって加熱されるので、有機材料は、硬化した状態となり有機材料部２２を形成している。
レーザ照射を終了すると、制御部１１は、金属材料チャンバ１５を制御し、次の層の金属粉末をステージ１２上に供給する。図７は、２層目の金属粉末２１を供給し、スキージで均一化された状態を模式的に示した図である。金属粉末２１をステージ１２上に供給すると、制御部１１は、有機材料の塗布およびステージ１２の加熱による有機材料部２２の形成およびレーザ照射による第１のサポート部２３と金属造形部２４の形成を行う。２層目の形成を行うと、制御部１１は、各部位を制御して、オーバーハング形状を形成するｎ層の３層前のｎ－３層まで順次、各層を形成する。オーバーハング形状とは、下層の金属造形部よりも上層の金属造形部が外周方向に張り出した形状のことをいう。
オーバーハング形状を形成するｎ層の２層前のｎ－２層の処理になると、制御部１１は、金属粉末２１を他の層と同様に成膜する。図８は、ｎ－２層の金属粉末２１を形成した状態を模式的に示した図である。
金属粉末２１を成膜すると、制御部１１は、熱エネルギー供給部１４によるレーザ照射を行う際に第２のサポート部２５と金属造形部２４の領域の両方を、金属造形部２４の領域の条件で加熱する。図９は、ｎ－２層の処理において、第１のサポート部２３と金属造形部２４の領域の両方を、金属造形部２４の領域の条件で加熱した後の状態を模式的に示す図である。第２のサポート部２５を金属造形部２４の領域の条件で加熱すると、ｎ－２層の第２のサポート部２５は、他の層における第１のサポート部２３よりも密度の高い金属膜で形成された領域となる。
ｎ－２層を形成すると、制御部１１は、金属材料チャンバ１５を制御して、ｎ－１層の金属粉末２１の成膜を行う。図１０は、ｎ－１層の金属粉末２１を形成した状態を模式的に示した図である。金属粉末２１を成膜すると、制御部１１は、塗布ノズル１３を制御して、金属粉末２１のｎ－２層において有機材料を塗布した領域と、第２のサポート部２５を形成した領域に有機材料を塗布する。図１１は、ｎ－１層の有機材料を塗布した状態を模式的に示した図である。
有機材料を塗布した領域はステージの熱によって硬化する。また、制御部１１は、熱エネルギー供給部１４を制御して金属造形部２４の領域のみを加熱する。図１２は、ｎ－１層において金属造形部２４の領域を加熱した後の状態を模式的に示した図である。
ｎ－１層を形成すると、制御部１１は、金属材料チャンバ１５を制御して、ｎ層の金属粉末２１の成膜を行う。図１３は、ｎ層の金属粉末２１の成膜を行った状態を模式的に示した図である。
ｎ層の金属粉末２１を成膜すると、制御部１１は、熱エネルギー供給部１４を制御してｎ層におけるオーバーハング部分を含めた金属造形部２４を形成する。制御部１１は、ｎ－１層において有機材料を塗布した領域と、ｎ－１層で金属造形部２４の領域であった領域とを金属造形部の領域の条件で加熱する。図１４は、ｎ層において金属造形部２４の領域を加熱した後の状態を模式的に示した図である。
ｎ層を形成すると、制御部１１は、各部位を制御して必要な厚みとなるまで上層を順次、形成する。図１５は、オーバーハング部を含めて金属造形部２４が設計に基づいた厚みとなるまで形成された状態を模式的に示した図である。
全ての層の形成が完了すると、金属造形部２４の第１のサポート部２３および第２のサポート部２５からの分離が行われる。始めに硬化が行われていない金属粉末２１が除去される。図１６は、ステージから取り出され、未硬化の金属粉末２１が除去された金属造形物を模式的に示した図である。
未硬化の金属粉末２１が除去されると、サポート部の分離が行われる。金属造形部２４のサポート部からの分離は、例えば、金属のヘラを金属造形部とサポート部の境界領域である有機材料部２２に挿入して分離することによって行われる。図１７は、金属造形部２４から第１のサポート部２３および第２のサポート部２５が分離された状態を模式的に示した図である。
金属造形部２４のサポート部からの分離は、例えば、２００℃程度に昇温した金属のヘラを有機材料部２２に挿入することで行われる。例えば、有機材料部２２をエポキシ樹脂にシロキサン骨格を有する多層粒子を添加した有機材料を塗布して形成することで、加熱した状態での金属ヘラによる金属造形部２４とサポート部の分離性をよくすることができる。
多層粒子は、コア部分の硬度がシェル部分の硬度よりも低くなるように設計されている。例えば、多層粒子が２層である場合、コア部の硬度は７５未満、シェル部の高度は７５以上として設定される。より好ましくは、コア部の硬度は、４０以下に設定される。硬度は、例えば、スプリング式硬さ計ＪＩＳ－Ａ形ＪＩＳＫ６３０１を用いて計測される。コア部の硬度を小さく設計することで、有機材料部２２は、低弾性化する。低弾性化することで、サポート部の金属造形部２４からの分離を行う温度における樹脂の密着性を低下させることができる。エポキシ樹脂に添加するシロキサン骨格を有する多層粒子は、コア部の体積比率がシェル部分の体積比率よりも高い構造となっている。コア部の体積比率がシェル部の体積比率に比べて１．５倍以上、より好ましくは２倍以上大きい場合に、低弾性化によって分離性が向上する。また、そのような構成とすることで、有機材料部２２の線膨張を抑えることができるので金属造形部２４を形成する際の精度が向上する。
本実施形態の積層造形装置１０は、金属粉末２１をステージ１２上に供給した後、有機材料を金属粉末２１に塗布し、金属造形部２４とサポート部の境界領域を形成している。また、本実施形態の積層造形装置１０は、金属粉末２１を硬化させる際に、第１のサポート部２３の密度が金属造形部２４よりも小さくなるように処理を行っている。そのような構成とすることで、処理効率を向上しつつ、上層の金属造形部２４の形成時の安定性を向上することができる。また、本実施形態の積層造形装置１０は、金属造形部２４のオーバーハング部分を形成する際に、密度の高い第２のサポート部２５をさらに形成し、上層に金属造形部２４のオーバーハング部分を形成している。そのため、オーバーハング部分の形成時の安定性および精度を向上することができる。また、本実施形態の積層造形装置１０を用いた金属造形物は、金属造形部２４とサポート部の間に有機材料部２２を有するので、金属造形部２４をサポート部から容易に分離して形成することができる。以上より、本実施形態の積層造形装置１０を用いることで積層造形時の作業効率を向上することができる。
金属造形物の形状は、第２の実施形態で示した形状以外であってもよい。図１８乃至図２１は、ステージ１２上に形成された金属造形物の例を模式的に示した図である。図１８の例では、金属造形部２４を囲むように第１のサポート部２３を形成している。図１８のような構成とすることで、金属造形部２４が熱応力等で変形しやすい場合に、第１のサポート部２３で金属造形部２４を抑え込み、変形を抑制することができる。また、図１８のような構成とすることで、有機材料部２２によって第１のサポート部２３および第２のサポート部２５を金属造形部２４からより容易に除去することができる。
図１９の例では、第１のサポート部２３内に有機材料部２２による境界層を設けることで、第１のサポート部２３を分割しながら除去することができる。そのため、図１９の例では、第１のサポート部２３の除去がより容易になる。
図２０の例では、金属造形部２４のオーバーハング部分が、斜めに形成されている。また、オーバーハング層は複数層にまたがって形成されていてもよい。図２０のような構成の金属造形部２４を形成する場合でも、有機材料部２２によって第１のサポート部２３および第２のサポート部２５を金属造形部２４から容易に除去することができる。
図２１の例では、ステージ１２と金属造形部２４および第１のサポート部２３の境界面に有機材料部２２が形成されている。図２１のような構成とすることで、ステージ１２から金属造形部２４およびサポート部を容易に分離することができる。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について説明する。第２の実施形態では、第１のサポート部２３および第２のサポート部２５を形成していたが、本実施形態は、金属粉末材料の積層による積層造形物の形成をサポート部を形成せずに行うことを特徴とする。また、本実施形態では第２の実施形態と同様の積層造形装置１０を用いて積層造形物の形成を行う。よって、以下において、積層造形装置に係る説明については図２を参照して行う。
本発明の第３の実施形態について説明する。第２の実施形態では、第１のサポート部２３および第２のサポート部２５を形成していたが、本実施形態は、金属粉末材料の積層による積層造形物の形成をサポート部を形成せずに行うことを特徴とする。また、本実施形態では第２の実施形態と同様の積層造形装置１０を用いて積層造形物の形成を行う。よって、以下において、積層造形装置に係る説明については図２を参照して行う。
本実施形態において、積層造形物を形成する際の積層造形装置１０の動作について説明する。本実施形態において、積層造形装置１０は、オーバーハング形状を形成するｎ層の１層前であるｎ－２層までは、第２の実施形態と同様の方法で層ごとに金属粉末２１を成膜し、金属造形部２４を形成する。ｎ－２層まで形成すると、積層造形装置１０は、ｎ－１層の金属粉末２１を成膜する。図２２は、オーバーハング形状を形成するｎ層の１層前のｎ－１層の金属粉末２１の成膜までを終えた状態を模式的に示した図である。本実施形態の金属材料粉末および有機材料には、それぞれ第２の実施形態と同様の材料を用いることができる。
ｎ－１層の金属粉末２１を成膜すると、制御部１１は、塗布ノズル１３を制御して、ｎ－１層の金属粉末２１のうち、ｎ層形成時にオーバーハング形状が形成される領域に有機材料を塗布し、有機材料部２２を形成する。有機材料を塗布した領域は、ステージの熱によって硬化する。図２３は、ｎ－１層の有機材料を塗布し、有機材料部２２を形成した状態を模式的に示した図である。
有機材料を塗布すると、制御部１１は、熱エネルギー供給部１４を制御して金属造形部２４の領域を加熱する。図２４は、ｎ－１層において金属造形部２４の領域を加熱した後の状態を模式的に示した図である。
ｎ－１層を形成すると、制御部１１は、金属材料チャンバ１５を制御して、ｎ層の金属粉末２１の成膜を行う。図２５は、ｎ層の金属粉末２１の成膜を行った状態を模式的に示した図である。
ｎ層の金属粉末２１を成膜すると、制御部１１は、熱エネルギー供給部１４を制御してｎ層におけるオーバーハング部分を含めた金属造形部２４を形成する。制御部１１は、ｎ－１層において有機材料を塗布した領域と、ｎ－１層で金属造形部２４の領域であった領域とを金属造形部の領域の条件で加熱する。図２６は、ｎ層において金属造形部２４の領域を加熱した後の状態を模式的に示した図である。
ｎ層を形成すると、制御部１１は、各部位を制御して必要な厚みとなるまで上層を順次、形成する。図２７は、オーバーハング部を含めて金属造形部２４が設計に基づいた厚みとなるまで形成された状態を模式的に示した図である。
全ての層の形成が完了すると、金属造形部２４は、ステージ１２から分離され、硬化が行われていない金属粉末２１の除去が行われる。図２８は、ステージから取り出され、未硬化の金属粉末２１が除去された金属造形物を模式的に示した図である。
未硬化の金属粉末２１の除去が行われると、有機材料部２２の分離が行われる。金属造形部２４と有機材料部２２の分離は、例えば、金属のヘラを用いて有機材料部２２を除去することで行われる。図２９は、金属造形部２４から有機材料部２２が分離された状態を模式的に示した図である。
金属造形部２４からの有機材料部２２の除去は、例えば、２００℃程度に昇温した金属のヘラで有機材料部２２が無くなるまで有機材料部２２をそぎ落とす等で行うことができる。有機材料部２２の有機材料に、例えば、エポキシ樹脂にシロキサン骨格を有する多層粒子を添加した材料を用いることで、加熱した状態での金属ヘラによる金属造形部２４の分離性をよくすることができる。多層粒子には、第２の実施形態と同様の粒子材料を用いることができる。
上記の例では、有機材料部２２を１層のみ形成した構成について示したが、複数の層に有機材料部２２を形成してもよい。図３０は、複数の層に有機材料部２２を形成し、有機材料部２２を厚く形成した上にオーバーハング部分を形成した状態を模式的に示した図である。オーバーハング部形成初期段階において、薄い金属造形部２４を形成する際に、有機材料部２２を厚く形成し金属造形部２４の下地を補強することで、安定した下地の上に金属造形部２４を形成することができる。安定した層の上に金属造形部２４を形成することで、オーバーハング部形成初期段階における造形層の生成が安定し、積層造形物の品質を向上することができる。
また、金属造形部２４の形状によっては、第１のサポート部２３および第２のサポート部２５を形成した上に有機材料部２２を形成する構造とサポート部を形成しない有機材料部２２上に金属造形部を形成されている構造が混在している構造としてもよい。図３１は、サポート部がある構造と、サポート部がない構造が混在した場合の積層造形物の構造の例を模式的に示した図である。
本実施形態では、積層造形装置１０は、積層造形物のオーバーハング形状部を形成する際に、第１のサポート部２３および第２のサポート部２５を形成せずに、金属造形部２４の形成を行っている。そのため、本実施形態では、積層造形物の製造工程を簡略化することができる。特に、オーバーハング形状部の形状の剛性が高い場合などの造形時の熱応力による造形品の反り変形の影響が少ない構成の場合には、第１のサポート部２３および第２のサポート部２５を形成しなくても寸法や形状の精度を維持できるため製造工程を簡略化する効果が高くなる。
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図３２は、本実施形態の積層造形システム３０の構成の概要を示したものである。本実施形態の積層造形システム３０は、第２の実施形態および第３の実施形態と同様に、積層造形装置において金属造形物を形成するシステムである。そのため、以下の説明では、第２の実施形態および第３の実施形態における積層造形装置のステージ上の積層造形物の構造を模式的に示している図１５および図２７も参照して行う。また、第２の実施形態および第３の実施形態では、あらかじめサポート部の有無が設定されているが、本実施形態の積層造形システムは、積層造形を行う際にサポート部を必要とするかを判断する機能を有することを特徴とする。
本発明の第４の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図３２は、本実施形態の積層造形システム３０の構成の概要を示したものである。本実施形態の積層造形システム３０は、第２の実施形態および第３の実施形態と同様に、積層造形装置において金属造形物を形成するシステムである。そのため、以下の説明では、第２の実施形態および第３の実施形態における積層造形装置のステージ上の積層造形物の構造を模式的に示している図１５および図２７も参照して行う。また、第２の実施形態および第３の実施形態では、あらかじめサポート部の有無が設定されているが、本実施形態の積層造形システムは、積層造形を行う際にサポート部を必要とするかを判断する機能を有することを特徴とする。
本実施形態の積層造形システム３０は、積層造形装置１０と、造形データ生成装置４０を備えている。本実施形態の積層造形装置１０の構成と機能は、第２の実施形態と同様である。
造形データ生成装置４０の構成について説明する。図３３は、本実施形態の造形データ生成装置４０の構成を示す図である。造形データ生成装置４０は、判定部４１と、データ生成部４２と、データベース部４３と、アルゴリズム保存部４４と、３ＤＣＡＤ（Three Dimensional Computer Aided Design）モデル保存部４５を備えている。
判定部４１は、金属造形部を形成する際のサポート部の要否を判定する機能を有する。判定部４１は、サポート部を形成しないと上層の金属造形物が必要な特性を満たせないときサポート部の形成が必要と判断する。
判定部４１は、データベース部４３に保存された物性データを参照し、形成する積層造形物の特性が設定された許容値を満たす積層角度の閾値を決定する。判定部４１は、閾値以下の積層角度の箇所にサポート部の挿入が必要と判断する。判定部４１は、サポート部の挿入が必要な箇所の情報をデータ生成部４２に出力する。
データ生成部４２は、サポート部を挿入した積層造形用のデータを生成し、積層造形装置１０に出力する。データ生成部４２は、判定部４１から要求された箇所にサポート部を挿入する。データ生成部４２は、生成した積層造形用のデータを制御部１１に出力する。
判定部４１およびデータ生成部４２は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の半導体装置を用いて構成されている。判定部４１およびデータ生成部４２の各処理は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）においてコンピュータプログラムを実行することで行われてもよい。
データベース部４３は、金属造形物を積層造形する際に用いる材料の物性データをデータベースとして保存している。物性データとしては、例えば、積層角度ごとの表面粗度のデータがデータベースに保存されている。データベースの物性データは、例えば、テスト用の積層造形物を積層角度を変えて形成し、表面粗度を計測することであらかじめ作成されている。
アルゴリズム保存部４４は、サポート部の要否を判断する際の判断方法のアルゴリズムを保存している。
３ＤＣＡＤデータ保存部４５は、造形データ生成装置４０に入力された金属造形物のＣＡＤデータを保存している。以下では、３Ｄ ＣＡＤを用いて生成された金属造形物の形状を示す情報を３ＤＣＡＤモデルと呼ぶ。３ＤＣＡＤモデルのデータは、作業者が記録媒体等を介して造形データ生成装置４０に入力してもよく、通信ネットワークを介して他の情報処理装置等から入力されてもよい。
データベース部４３、アルゴリズム保存部４４および３ＤＣＡＤデータ保存部４５は、不揮発性の半導体記憶装置やハードディスクドライブ等の記憶装置またはそれらの記憶装置の組み合わせによって構成されている。
本実施形態の積層造形システム３０において、金属造形物の積層造形を行う際のサポート部の形成の要否を判定する動作について説明する。図３４は、本実施形態の造形データ生成装置４０がサポート部の要否を判断する際の動作フローを示す図である。
始めに、金属造形物の構造のデータとして、図１５および図２７の金属造形部２４の３ＤＣＡＤモデルのデータが、造形データ生成装置４０に入力される。造形データ生成装置４０に入力された３ＤＣＡＤモデルのデータは、３ＤＣＡＤモデル保存部３４に保存される。
金属造形部２４の３ＤＣＡＤモデルのデータは、例えば、作業者によって３Ｄ ＣＡＤを用いて作成される。３ＤＣＡＤモデルのデータは、２次元図面から３Ｄ ＣＡＤを用いて生成されてもよい。また、３ＤＣＡＤモデルのデータは、金属造形部の現物または同形状の模型を３Ｄスキャナ等で測定して生成された３Ｄデータを基に生成されてもよい。また、３ＤＣＡＤモデルのデータは、造形データ生成装置４０に直接、入力されもよく、通信ネットワークを介して他の情報処理装置から取得されてもよい。
３ＤＣＡＤモデルのデータが３ＤＣＡＤモデル保存部３４に保存されると、造形データ生成装置４０は、サポート部の形成の要否の判断を開始する。サポート部の形成の要否の判断を開始すると、金属造形物の３ＤＣＡＤモデルの配置と向きが決定されレイアウトが設定される（ステップＳ１０１）。レイアウトとは、積層造形装置１０が積層造形を行う３次元空間内、すなわち、ステージ１２の平面に平行なＸＹ平面において材料の吐出を行う範囲とステージ１２の垂直方向の積層可能な範囲内における金属造形物の位置や向きの設定情報のことをいう。金属造形物は、積層造形を行う３次元空間内に複数、配置されてもよい。また、複数の種類の３ＤＣＡＤモデルを用いて、同時に複数、種類の金属造形物が積層造形を行う３次元空間内に配置されてもよい。
レイアウトが設定されると、金属造形物の物性の許容値が設定される（ステップＳ１０２）。本実施形態では、物性の許容値として、金属造形物の表面粗度の許容値が設定される。物性の許容値は、例えば、作業者によって造形データ生成装置４０に入力される。物性の許容値は、あらかじめ設定された値が用いられてもよい。
金属造形物の物性の許容値が設定されると、判定部４１は、データベース部４３を参照し、許容値を満たす表面粗度以下となる積層角度があるかどうか確認する（ステップ１０３）。積層角度とは、ＸＹ平面に対する積層造形物の角度のことをいう。例えば、積層造形物の長軸方向がＸＹ平面に対して垂直に立った状態のとき、積層角度は、９０度である。また、積層造形物の長軸方向がＸＹ平面に対して平行な状態のとき、積層角度は、０度である。
データベース部４３は、金属造形部２４を積層造形によって形成する際の積層角度ごとの各物性データを蓄積している。本実施形態のデータベース部４３は、金属造形物の積層角度ごとの表面粗度のデータを保存している。データベース部４３が保存している物性データとしては、硬度、弾性率、密度またはその他の物性データであってもよい。また、複数の種類の金属粉末を用いる場合には、データベース部４３は、金属粉末ごとに物性データを保存していてもよい。また、異なる有機材料を用いるなど下層が異なる場合には、有機材料ごとにデータベース部４３は、物性データを保存していてもよい。
許容値を満たす積層角度があるとき（ステップＳ１０４でＹｅｓ）、判定部４１は、許容値を満たす積層角度を閾値とし、閾値以下となる領域があるかを確認する。積層角度が閾値以下となる領域があるとき、判定部４１は、積層角度が閾値以下となる領域にサポート部を形成する必要があると判断する。例えば、判定部４１は、表面粗度の値が許容値以下である積層角度が角度Ａ以上だった場合、角度Ａ未満の箇所にサポート部が必要と判断する。
サポート部を形成する領域があると判断すると、判定部４１は、サポート部の生成を要求とサポート部を形成する箇所を示す情報をデータ生成部４２に送る。サポート部を生成する要求を受け取ると、データ生成部４２は、第１のサポート部２３および第２のサポート部２５を挿入したデータを生成する（ステップＳ１０５）。データ生成部４２は、金属造形物の３ＤＣＡＤデータのサポート部が必要と判断された箇所に第１のサポート部２３および第２のサポート部２５を挿入したデータを生成する。
サポート部を挿入したデータを生成すると、データ生成部４２は、生成したデータを制御部１１に出力する（ステップＳ１０６）。制御部１１へのデータの出力は通信ケーブルを介して行われてもよく、有線ＬＡＮ（Local Area Network)、無線ＬＡＮなどの通信ネットワークを介して行われもよい。また、データは、ＣＤ－ＲやＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの記録媒体を介して制御部１１に入力されてもよい。
造形データ生成装置４０によって作成されたデータを基に、制御部１１を通して積層造形装置１０の造形が開始される。上記の説明では、金属造形物の物性値として表面粗度を用いたが、他の物性を基準としてサポート部の形成の要否が判断されてもよい。また、ある物性が許容値を満たさなかったときに、他の物性の許容値を基にサポート部の形成の要否が決定されてもよい。また、同時に複数の物性の許容値を満たすかによってサポート部の形成の要否が判断されてもよい。
また、許容値を満たす積層角度が存在しなかったとき（ステップＳ１０４でＮｏ）、判定部４１は、許容値の設定変更が可能かを判断する。許容値の設定変更が可能であるとき（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、判定部４１は、新たな許容値に基づいて、ステップ１０３の物性値のデータベース参照し、許容値を満たす積層角度があるかを確認する動作を行う。許容値の設定変更が可能かの情報は、あらかじめ設定された情報が造形データ生成装置４０内に保存されていてもよく、作業者によって許容値の設定変更が行われもよい。
許容値の設定変更ができない（ステップＳ１０７でＮｏ）は、サポート部の設定ができないことを作業者等に通知して動作を終了する。許容値の設定変更ができないとき、物性データの見直し等のデータベースの更新や設計変更が行われた後に、再度、サポート部の形成の可否の確認が行われる。
本実施形態の積層造形システムは、金属造形物を形成する際に、サポート部が必要かどうかを判断する造形データ生成装置４０を備えている。本実施形態の積層造形システムは、サポート部が必要な箇所にのみサポート部を形成することで、積層造形時の作業効率を向上することができる。
第４の実施形態の造形データ生成装置４０における各処理は、コンピュータプログラムをコンピュータで実行することによって行われてもよい。図３５は、造形データ生成装置４０における各処理を行うコンピュータプログラムを実行するコンピュータ５０の構成の例を示したものである。コンピュータ５０は、ＣＰＵ５１と、メモリ５２と、記憶装置５３と、Ｉ／Ｆ（Interface）部５４を備えている。
ＣＰＵ５１は、記憶装置５３から各処理を行うコンピュータプログラムを読み出して実行する。メモリ５２は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等によって構成され、ＣＰＵ５１が実行するコンピュータプログラムや処理中のデータが一時保存される。記憶装置５３は、ＣＰＵ５１が実行するコンピュータプログラム、物性データのデータベース、アルゴリズム、３Ｄ ＣＡＤデータおよび外部から取得した情報等が保存される。記憶装置５３は、例えば、不揮発性の半導体記憶装置によって構成されている。記憶装置５３には、ハードディスクドライブ等の他の記憶装置が用いられてもよい。Ｉ／Ｆ部５４は、積層造形装置１０や入力装置等との間でデータの入出力を行うインタフェースである。コンピュータ５０は、通信ネットワークを介して他の情報処理装置と通信を行う通信モジュールをさらに備えていてもよい。
また、各処理に行うコンピュータプログラムは、記録媒体に格納して頒布することもできる。記録媒体としては、例えば、データ記録用磁気テープや、ハードディスクなどの磁気ディスクを用いることができる。また、記録媒体としては、ＣＤ-ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）等の光ディスクを用いることもできる。不揮発性の半導体メモリを記録媒体として用いてもよい。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
［付記１］
積層造形物を形成する際に処理対象をステージ上に保持する保持手段と、
金属材料粉末を各層ごとに前記ステージ上に供給する材料供給手段と、
前記積層造形物の各層の形成工程において、前記積層造形物の外周となる領域の前記金属材料粉末に有機材料を塗布する塗布手段と、
前記積層造形物の各層の形成工程において、前記積層造形物となる領域と、前記有機材料が塗布された領域の外周部とを硬化させる硬化手段と
を備えることを特徴とする積層造形装置。
［付記２］
前記硬化手段は、前記有機材料が塗布された領域の外周部の領域を、前記積層造形物となる領域よりも低密度で硬化させた第１のサポート部として形成することを特徴とする付記１に記載の積層造形装置。
［付記３］
前記硬化手段は、前記第１のサポート部が形成された領域の上層に、前記金属材料粉末を前記積層造形物となる領域と同じ密度となるように硬化させた領域を第２のサポート部として形成し
前記塗布手段は、前記第２のサポート部が形成された領域の上層の前記金属材料粉末に前記有機材料を塗布することを特徴とする付記２に記載の積層造形装置。
［付記４］
前記塗布手段は、前記第２のサポート部の上層に形成された前記積層造形物の外周に相当する位置において、ステージ側の層から表面側の層まで連続した領域が形成されるように、前記金属材料粉末に前記有機材料を塗布することを特徴とする付記３に記載の積層造形装置。
［付記５］
前記金属材料粉末に塗布された前記有機材料に熱を加える加熱手段をさらに備えることを特徴とする付記１から４いずれかに記載の積層造形装置。
［付記６］
金属材料粉末を積層することで積層造形物を形成する際に、前記積層造形物よりも低密度の層を前記積層造形物よりも下層にサポート部として形成するかを判断する判断手段と、
前記サポート部を形成すると判断したときに、前記サポート部を挿入した前記積層造形物の造形用のデータを生成するデータ生成手段と
を備えることを特徴とする造形データ生成装置。
［付記７］
前記判断手段は、前記積層造形物の特性が基準を満たす積層角度を導出し、導出した積層角度未満の箇所に前記サポート部を形成すると判断することを特徴とする付記６に記載の造形データ生成装置
［付記８］
前記判断手段は、前記積層造形物の表面粗度を基準値と比較して前記積層角度を導出することを特徴とする付記７に記載の造形データ生成装置。
［付記９］
前記判断手段は、前記積層造形物の特性が基準を満たす前記積層角度が存在しなかったとき、再設定された第２の基準を満たす前記積層角度を導出することを特徴とする付記７または８に記載の造形データ生成装置。
［付記１０］
付記２から５いずれかに記載の積層造形装置と、
付記６から９いずれかに記載の造形データ生成装置と
を備え、
前記積層造形装置は、前記サポート部から入力される前記データを基に前記サポート部を形成することを特徴とする積層造形装置。
［付記１１］
積層造形物を形成する際に各層の形成工程において、金属材料粉末を各層ごとにステージ上に供給し、
前記積層造形物の前記積層造形物の外周となる領域の前記金属材料粉末に有機材料を塗布し、
前記積層造形物となる領域と、前記有機材料が塗布された領域の外周部とを硬化させることを特徴とする積層造形方法。
［付記１２］
前記有機材料が塗布された領域の外周部の領域を、前記積層造形物となる領域よりも低密度で硬化させた第１のサポート部として形成することを特徴とする付記１１に記載の積層造形方法。
［付記１３］
前記第１のサポート部が形成された領域の上層に、前記金属材料粉末を前記積層造形物となる領域と同じ密度となるように硬化させた領域を第２のサポート部として形成し、
前記第２のサポート部が形成された領域の上層の前記金属材料粉末に前記有機材料を塗布し、
前記有機材料が塗布された領域の上層に前記積層造形物となる領域を形成することを特徴とする付記１２に記載の積層造形方法。
［付記１４］
前記第２のサポート部の上層に形成された前記積層造形物の外周に相当する位置において、ステージ側の層から表面側の層まで連続した領域が形成されるように、前記金属材料粉末に前記有機材料を塗布することを特徴とする付記１３に記載の積層造形方法。
［付記１５］
最上層まで形成が完了した際に、前記有機材料が塗布された領域よりも外側の領域を、前記積層造形物の形成された領域から分離することを特徴とする付記１１から１４いずれかに記載の積層造形方法。
［付記１６］
金属材料粉末を積層することで積層造形物を形成する際に、前記積層造形物よりも低密度の層を前記積層造形物よりも下層にサポート部として形成するかを判断し、
前記サポート部を形成すると判断したときに、前記サポート部を挿入した前記積層造形物の造形用のデータを生成することを特徴とするサポート部形成方法。
［付記１７］
前記積層造形物の特性が基準を満たす積層角度を導出し、導出した積層角度未満の箇所に前記サポート部を形成すると判断することを特徴とする付記１６に記載のサポート部形成方法。
［付記１８］
前記積層造形物の表面粗度を基準値と比較して前記積層角度を導出することを特徴とする付記１７に記載のサポート部形成方法。
［付記１９］
前記積層造形物の特性が基準を満たす前記積層角度が存在しなかったとき、再設定された第２の基準を満たす前記積層角度を導出することを特徴とする付記１７または１８に記載のサポート部形成方法。
［付記２０］
金属材料粉末を積層することで積層造形物を形成する際に、前記積層造形物よりも低密度の層を前記積層造形物よりも下層にサポート部として形成するかを判断する処理と、
前記サポート部を形成すると判断したときに、前記サポート部を挿入した前記積層造形物の造形用のデータを生成する処理と
をコンピュータに実行させることを特徴とするサポート部形成プログラム。
［付記２１］
前記積層造形物の特性が基準を満たす積層角度を導出し、導出した積層角度未満の箇所に前記サポート部を形成すると判断することを特徴とする付記２０に記載のサポート部形成プログラム。
［付記２２］
前記積層造形物の表面粗度を基準値と比較して前記積層角度を導出することを特徴とする付記２１に記載のサポート部形成プログラム。
［付記２３］
前記積層造形物の特性が基準を満たす前記積層角度が存在しなかったとき、再設定された第２の基準を満たす前記積層角度を導出することを特徴とする付記２１または２２に記載のサポート部形成プログラム。
積層造形物を形成する際に処理対象をステージ上に保持する保持手段と、
金属材料粉末を各層ごとに前記ステージ上に供給する材料供給手段と、
前記積層造形物の各層の形成工程において、前記積層造形物の外周となる領域の前記金属材料粉末に有機材料を塗布する塗布手段と、
前記積層造形物の各層の形成工程において、前記積層造形物となる領域と、前記有機材料が塗布された領域の外周部とを硬化させる硬化手段と
を備えることを特徴とする積層造形装置。
［付記２］
前記硬化手段は、前記有機材料が塗布された領域の外周部の領域を、前記積層造形物となる領域よりも低密度で硬化させた第１のサポート部として形成することを特徴とする付記１に記載の積層造形装置。
［付記３］
前記硬化手段は、前記第１のサポート部が形成された領域の上層に、前記金属材料粉末を前記積層造形物となる領域と同じ密度となるように硬化させた領域を第２のサポート部として形成し
前記塗布手段は、前記第２のサポート部が形成された領域の上層の前記金属材料粉末に前記有機材料を塗布することを特徴とする付記２に記載の積層造形装置。
［付記４］
前記塗布手段は、前記第２のサポート部の上層に形成された前記積層造形物の外周に相当する位置において、ステージ側の層から表面側の層まで連続した領域が形成されるように、前記金属材料粉末に前記有機材料を塗布することを特徴とする付記３に記載の積層造形装置。
［付記５］
前記金属材料粉末に塗布された前記有機材料に熱を加える加熱手段をさらに備えることを特徴とする付記１から４いずれかに記載の積層造形装置。
［付記６］
金属材料粉末を積層することで積層造形物を形成する際に、前記積層造形物よりも低密度の層を前記積層造形物よりも下層にサポート部として形成するかを判断する判断手段と、
前記サポート部を形成すると判断したときに、前記サポート部を挿入した前記積層造形物の造形用のデータを生成するデータ生成手段と
を備えることを特徴とする造形データ生成装置。
［付記７］
前記判断手段は、前記積層造形物の特性が基準を満たす積層角度を導出し、導出した積層角度未満の箇所に前記サポート部を形成すると判断することを特徴とする付記６に記載の造形データ生成装置
［付記８］
前記判断手段は、前記積層造形物の表面粗度を基準値と比較して前記積層角度を導出することを特徴とする付記７に記載の造形データ生成装置。
［付記９］
前記判断手段は、前記積層造形物の特性が基準を満たす前記積層角度が存在しなかったとき、再設定された第２の基準を満たす前記積層角度を導出することを特徴とする付記７または８に記載の造形データ生成装置。
［付記１０］
付記２から５いずれかに記載の積層造形装置と、
付記６から９いずれかに記載の造形データ生成装置と
を備え、
前記積層造形装置は、前記サポート部から入力される前記データを基に前記サポート部を形成することを特徴とする積層造形装置。
［付記１１］
積層造形物を形成する際に各層の形成工程において、金属材料粉末を各層ごとにステージ上に供給し、
前記積層造形物の前記積層造形物の外周となる領域の前記金属材料粉末に有機材料を塗布し、
前記積層造形物となる領域と、前記有機材料が塗布された領域の外周部とを硬化させることを特徴とする積層造形方法。
［付記１２］
前記有機材料が塗布された領域の外周部の領域を、前記積層造形物となる領域よりも低密度で硬化させた第１のサポート部として形成することを特徴とする付記１１に記載の積層造形方法。
［付記１３］
前記第１のサポート部が形成された領域の上層に、前記金属材料粉末を前記積層造形物となる領域と同じ密度となるように硬化させた領域を第２のサポート部として形成し、
前記第２のサポート部が形成された領域の上層の前記金属材料粉末に前記有機材料を塗布し、
前記有機材料が塗布された領域の上層に前記積層造形物となる領域を形成することを特徴とする付記１２に記載の積層造形方法。
［付記１４］
前記第２のサポート部の上層に形成された前記積層造形物の外周に相当する位置において、ステージ側の層から表面側の層まで連続した領域が形成されるように、前記金属材料粉末に前記有機材料を塗布することを特徴とする付記１３に記載の積層造形方法。
［付記１５］
最上層まで形成が完了した際に、前記有機材料が塗布された領域よりも外側の領域を、前記積層造形物の形成された領域から分離することを特徴とする付記１１から１４いずれかに記載の積層造形方法。
［付記１６］
金属材料粉末を積層することで積層造形物を形成する際に、前記積層造形物よりも低密度の層を前記積層造形物よりも下層にサポート部として形成するかを判断し、
前記サポート部を形成すると判断したときに、前記サポート部を挿入した前記積層造形物の造形用のデータを生成することを特徴とするサポート部形成方法。
［付記１７］
前記積層造形物の特性が基準を満たす積層角度を導出し、導出した積層角度未満の箇所に前記サポート部を形成すると判断することを特徴とする付記１６に記載のサポート部形成方法。
［付記１８］
前記積層造形物の表面粗度を基準値と比較して前記積層角度を導出することを特徴とする付記１７に記載のサポート部形成方法。
［付記１９］
前記積層造形物の特性が基準を満たす前記積層角度が存在しなかったとき、再設定された第２の基準を満たす前記積層角度を導出することを特徴とする付記１７または１８に記載のサポート部形成方法。
［付記２０］
金属材料粉末を積層することで積層造形物を形成する際に、前記積層造形物よりも低密度の層を前記積層造形物よりも下層にサポート部として形成するかを判断する処理と、
前記サポート部を形成すると判断したときに、前記サポート部を挿入した前記積層造形物の造形用のデータを生成する処理と
をコンピュータに実行させることを特徴とするサポート部形成プログラム。
［付記２１］
前記積層造形物の特性が基準を満たす積層角度を導出し、導出した積層角度未満の箇所に前記サポート部を形成すると判断することを特徴とする付記２０に記載のサポート部形成プログラム。
［付記２２］
前記積層造形物の表面粗度を基準値と比較して前記積層角度を導出することを特徴とする付記２１に記載のサポート部形成プログラム。
［付記２３］
前記積層造形物の特性が基準を満たす前記積層角度が存在しなかったとき、再設定された第２の基準を満たす前記積層角度を導出することを特徴とする付記２１または２２に記載のサポート部形成プログラム。
１ 保持手段
２ 材料供給手段
３ 塗布手段
４ 硬化手段
１０ 積層造形装置
１１ 制御部
１２ ステージ
１３ 塗布ノズル
１４ 熱エネルギー供給部
１５ 金属材料チャンバ
１６ スキージ
２１ 金属粉末
２２ 有機材料部
２３ 第１のサポート部
２４ 金属造形部
２５ 第２のサポート部
３０ 積層造形システム
４０ 造形データ生成装置
４１ 判定部
４２ データ生成部
４３ データベース部
４４ アルゴリズム保存部
４５ ３ＤＣＡＤデータ保存部
５０ コンピュータ
５１ ＣＰＵ
５２ メモリ
５３ 記憶装置
５４ Ｉ／Ｆ部
２ 材料供給手段
３ 塗布手段
４ 硬化手段
１０ 積層造形装置
１１ 制御部
１２ ステージ
１３ 塗布ノズル
１４ 熱エネルギー供給部
１５ 金属材料チャンバ
１６ スキージ
２１ 金属粉末
２２ 有機材料部
２３ 第１のサポート部
２４ 金属造形部
２５ 第２のサポート部
３０ 積層造形システム
４０ 造形データ生成装置
４１ 判定部
４２ データ生成部
４３ データベース部
４４ アルゴリズム保存部
４５ ３ＤＣＡＤデータ保存部
５０ コンピュータ
５１ ＣＰＵ
５２ メモリ
５３ 記憶装置
５４ Ｉ／Ｆ部
Claims (8)
- 積層造形物を形成する際に処理対象をステージ上に保持する保持手段と、
金属材料粉末を各層ごとに前記ステージ上に供給する材料供給手段と、
前記積層造形物の各層の形成工程において、前記積層造形物の外周となる領域の前記金属材料粉末に有機材料を塗布する塗布手段と、
前記積層造形物の各層の形成工程において、レーザにより前記積層造形物となる領域を硬化させ、熱の伝導により前記有機材料が塗布された領域の外周部を硬化させる硬化手段と
を備え、
前記硬化手段は、前記有機材料が塗布された領域の外周部の領域を、前記レーザにより硬化させた第１のサポート部として形成することを特徴とする積層造形装置。 - 前記硬化手段は、前記有機材料が塗布された領域の外周部の領域を、前記積層造形物となる領域よりも低密度で硬化させた前記第１のサポート部として形成することを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
- 前記硬化手段は、前記第１のサポート部が形成された領域の上層に、前記金属材料粉末を前記積層造形物となる領域と同じ密度となるように硬化させた領域を第２のサポート部として形成し
前記塗布手段は、前記第２のサポート部が形成された領域の上層の前記金属材料粉末に前記有機材料を塗布することを特徴とする請求項２に記載の積層造形装置。 - 前記塗布手段は、前記第２のサポート部の上層に形成された前記積層造形物の外周に相当する位置において、ステージ側の層から表面側の層まで連続した領域が形成されるように、前記金属材料粉末に前記有機材料を塗布することを特徴とする請求項３に記載の積層造形装置。
- 前記金属材料粉末を積層することで前記積層造形物を形成する際に、前記積層造形物よりも低密度の層を前記積層造形物よりも下層にサポート部として形成するかを判断する判断手段と、
前記サポート部を形成すると判断したときに、前記サポート部を挿入した前記積層造形物の造形用のデータを生成するデータ生成手段と
を備えることを特徴とする造形データ生成装置と、
請求項２から４いずれかに記載の積層造形装置とを備え、
前記積層造形装置は、前記サポート部から入力される前記データを基に前記サポート部を形成することを特徴とする積層造形装置。 - 積層造形物を形成する際に各層の形成工程において、金属材料粉末を各層ごとにステージ上に供給し、
前記積層造形物の外周となる領域の前記金属材料粉末に有機材料を塗布し、
レーザにより前記積層造形物となる領域を硬化させ、
熱の伝導により前記有機材料が塗布された領域の外周部を硬化させ、
前記有機材料が塗布された領域の外周部の領域を、前記レーザにより第１のサポート部として形成することを特徴とする積層造形方法。 - 前記有機材料が塗布された領域の外周部の領域を、前記積層造形物となる領域よりも低密度で硬化させた前記第１のサポート部として形成することを特徴とする請求項６に記載の積層造形方法。
- 前記第１のサポート部が形成された領域の上層に、前記金属材料粉末を前記積層造形物となる領域と同じ密度となるように硬化させた領域を第２のサポート部として形成し、
前記第２のサポート部が形成された領域の上層の前記金属材料粉末に前記有機材料を塗布し、
前記有機材料が塗布された領域の上層に前記積層造形物となる領域を形成することを特徴とする請求項７に記載の積層造形方法。
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| JP2019018025 | 2019-02-04 |
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Citations (6)
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| JP2015229248A (ja) | 2014-06-03 | 2015-12-21 | コニカミノルタ株式会社 | 立体造形物の製造方法 |
| JP2017132181A (ja) | 2016-01-29 | 2017-08-03 | セイコーエプソン株式会社 | 三次元造形物の製造方法 |
| JP2017210650A (ja) | 2016-05-25 | 2017-11-30 | 株式会社日立製作所 | 三次元造形支援装置及び三次元造形支援方法 |
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| JP2018053300A (ja) | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 日立化成株式会社 | 積層造形物の製造方法 |
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2019
- 2019-07-26 JP JP2019138125A patent/JP7358821B2/ja active Active
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| JP2018053300A (ja) | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 日立化成株式会社 | 積層造形物の製造方法 |
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