JP7468858B2 - 粉末層の形成方法および形成装置 - Google Patents
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Description
図1は、一実施形態に係る粉末層の形成装置1を概略的に示すブロック図である。図1に示すように、形成装置1は、ホッパー(粉末供給手段)12と、ローラ(平坦化手段)13と、インクジェットディスペンサ14と、制御部(制御手段)20と、表面粗さ測定装置(表面粗さ測定手段)30と、を備えている。また、図2に示すように、形成装置1は、パウダーベッド11を備えている。制御部20は、ホッパー12、ローラ13、インクジェットディスペンサ14および表面粗さ測定装置30の動作を制御する。
[原料粉末]
原料粉末は、微細な原料粉末中に、流動化剤として、超微粒子のSiO2粉末、TiO粉末、Al2O3粉末のうちの一種、または2種以上の混合粉末を微量添加したものとする。
原料粉末としては、金属粉末またはセラミックス粉末が用いられる。金属粉末としては、ステンレス、高速度鋼、ニッケル基耐熱鋼、低炭素鋼等の粉末冶金や金属射出成形法(MIM:Metal Injection Molding)等で使用されている粉末全般が挙げられる。また、セラミックス粉末としては、アルミナや炭化ケイ素等が挙げられる。また、樹脂材料としてナイロン等が挙げられ、さらに他の原料粉末としては、医薬品や食品に用いられる粉末が挙げられる。
本発明の流動化剤の粒度は、一次粒子径が7~40nmのものが用いられる。これは、7nm未満では、粒子の凝集が生じて原料粉末との混合時に均質な分散状態が得られず、40nm超では、製造する上で球状のナノ粒子が不規則化するため原料粉末に対する潤滑効果が低下するという理由からである。この範囲中では、7~30nmが好ましく、10~20nmがさらに好ましい。本発明の流動化剤としては、上記のようにSiO2粉末、TiO粉末、Al2O3粉末のうちの一種、または2種以上の混合粉末が用いられ、これらはいずれのものも同等の効果を示す。
バインダは、エチレングリコールを10~25%含む混合溶液や、エチレングリコールモノブチルエーテルを2.5~10%含む混合溶液等が用いられるが、これらに限定はされず、適宜なものが選択される。
次に、図4を参照して、制御部20による制御動作の一例を説明する。
はじめに、パウダーベッド11上に、ホッパー12から原料粉末Pを供給し、所定厚さの1層の粉末層PLを形成(リコート)する(ステップS1:粉末層形成工程)。また、粉末層PLを、ローラ13により表面を加圧して均す(ステップS2:平坦化工程)。次に、粉末層PLの表面粗さ(Ra)を、表面粗さ測定装置30により測定し(ステップS3:表面粗さ測定工程)、表面粗さ測定値が所定値以下であるか否かを判断する(ステップS4)。ここで、表面粗さの所定値は制限されないが、例えば、10μm、5μm、1μmといった値が挙げられる。
バインダBの吐出を受けた部分の原料粉末PはバインダBによって結合し硬化する。次に、選択的にバインダBで結合させられた2層目の粉末層PLの上に、ホッパー12から原料粉末Pを供給し(ステップS7)、表面をローラ13で平坦化する(ステップS8)。次いで、粉末層PLの表面粗さ(Ra)を表面粗さ測定装置30で測定し(ステップS9:第2次表面粗さ測定工程)、表面粗さ測定値が所定値以下であるか否かを判断する(ステップS10)。
Claims (9)
- 粉末供給手段により原料粉末を供給して1層の粉末層を形成する粉末層形成工程と、前記1層の粉末層の表面を平坦化手段で平坦化する平坦化工程と、を備える粉末層の形成方法であって、
第1次工程として、前記粉末層形成工程と前記平坦化工程を行った後に、粉末層の表面粗さを測定する第1次表面粗さ測定工程を行い、その表面粗さ測定値が所定値を上回っている場合、該表面粗さ測定値が所定値以下となるまで、前記粉末層の表面をさらに平坦化させる平坦化促進工程と、前記第1次表面粗さ測定工程と、を繰り返すフィードバック制御を行い、
表面粗さ測定の回数が所定回数を超えた場合に運転を停止することを特徴とする粉末層の形成方法。 - 前記平坦化促進工程は、前記平坦化手段による粉末層の表面の平坦化であって、該平坦化手段の運転条件の変更であることを特徴とする請求項1に記載の粉末層の形成方法。
- 前記平坦化手段はローラであり、前記運転条件は、該ローラの回転数および送り速度のうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項2に記載の粉末層の形成方法。
- 前記平坦化手段はスキージであり、前記運転条件は、該スキージの送り速度であることを特徴とする請求項2に記載の粉末層の形成方法。
- 前記平坦化促進工程は、原料粉末の動的特性の改質を行うことを特徴とする請求項1に記載の粉末層の形成方法。
- 前記第1次工程において前記表面粗さ測定値が所定値以下となったら、第2次工程として、前記粉末層形成工程と前記平坦化工程とを繰り返して、多層の粉末層を積層する工程をさらに備えることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の粉末層の形成方法。
- 前記第2次工程において、前記平坦化工程と前記粉末層形成工程との間に、積層粉末層の表面の表面粗さを測定する第2次表面粗さ測定工程を行い、その表面粗さ測定値が所定値を上回っている場合、所定の処理を行うことを特徴とする請求項6に記載の粉末層の形成方法。
- 前記原料粉末は、金属粉末、セラミックス粉末、樹脂粉、医薬品原料粉、食品原料粉のうちの少なくともいずれか一つであって、その粒子径が1~1000μmであることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の粉末層の形成方法。
- 原料粉末を層状に供給して粉末層を形成する粉末供給手段と、
前記粉末層の表面を平坦化する平坦化手段と、を備え、
前記粉末供給手段による原料粉末の供給と、前記平坦化手段による粉末層の表面の平坦化を繰り返し行って多層の粉末層を形成する粉末層の積層装置であって、
平坦化された前記粉末層の表面粗さを測定する表面粗さ測定手段と、
前記表面粗さ測定手段の測定値が入力されるとともに、その測定値に応じて前記平坦化手段の運転条件を制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、前記平坦化手段の運転条件を、入力される表面粗さ測定値が所定値以下になるようにフィードバック制御し、かつ、前記表面粗さ測定手段による測定値の入力回数が所定回数を超えた場合に運転を停止することを特徴とする粉末層の形成装置。
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