JPH0698687B2 - 熱溶融性粉末を用いた造形方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は金属粉末、熱可塑性樹脂粉末などの熱溶融粉末
を用いて立体形状の造形体を製造する方法に関する。詳
しくは、該粉末にレーザビーム等の高エネルギー密度ビ
ームを照射して部分的に溶融硬化体を形成する工程を有
する造形方法に関する。

［従来の技術］ 光硬化性流動物質に光束を照射して、該照射部分を硬化
させ、この硬化部分を水平方向に連続させると共に、さ
らにその上側に光硬化性流動物質を供給して同様にして
硬化させることにより上下方向にも硬化体を連続させ、
これを繰り返すことにより目的形状の硬化体を製造する
光学的造形法は特開昭60-247515号、62-35966号、62-10
1408号などにより公知である。また、目的形状の硬化体
の一断面に相当するスリットを有する造形用マスクを通
して光を照射して硬化させ、次に硬化層の上に未硬化の
光硬化性流動物質を存在させると共にこの造形用マスク
を目的形状の硬化体の高さ方向に隣接する一断面に相当
するスリットを有するものに交換し、再び光を照射する
工程を繰り返すことにより目的形状の硬化体を製造する
光学的造形方法も公知である（例えば、上記特開昭62-3
5966号）。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の光硬化性流動物質を用いた造形法によれば、鋳造
法では製作できない中空体等であっても製作可能である
反面、次の如き解決課題が存在する。

（イ） 光硬化性流動物質は一般に極めて高価である。

（ロ） 光硬化性流動物質の硬化体は強度が低い。

（ハ） 光硬化性流動物質は硬化時の収縮が大きく、亀
裂が生じたり、硬化物の寸法に大きな誤差が生じる。

［課題を解決するための手段］ 本発明の熱溶融性粉末（以下、粉末と略）を用いた造形
方法は次の第１、第２及び第３の工程を有している。

第１の工程は、粉末を平坦に均して平坦層を形成する工
程である。

第２の工程は、該平坦層に向けて高エネルギー密度ビー
ム（以下、ビームと略）を目的形状体の断面形状に倣っ
て移動させながら照射して該断面形状の溶融硬化物を形
成する工程である。

第３の工程は、第２の工程に引き続いて行なうものであ
り、該溶融硬化物及び平坦層の上に粉末を供給して平坦
に均して平坦層を形成し、再度該平坦層に向けて前記ビ
ームを照射して溶融硬化物を形成し、かつこの平坦層の
形成及び該ビームの照射による溶融硬化物の形成を繰り
返して行なう工程である。

［作用］ 該粉末の平坦層に向けてビームを照射しながら移動させ
ると、該ビームが照射された部分の粉末は溶融又は軟化
し、粉末同志が融合又は融着する。この融合又は融着物
は、ビームが通り過ぎた後に周囲に奪熱され、冷却硬化
して硬化物となる。（このように、一回溶融した後に硬
化した物質を、本発明において溶融硬化物という。） しかして、上記ビームを目的形状体の断面形状に倣って
連続的に移動させることにより、該断面形状に倣った形
状の溶融硬化物が形成される。

この溶融硬化物及び該溶融硬化物の周囲の粉末よりなる
平坦層の上にさらに粉末を供給して平坦に均し、再度同
様にしてビームを照射すると、先に形成されていた溶融
硬化物の上側に別の溶融硬化物が形成される。このよう
にして、上下方向に溶融硬化物を積重ねることにより、
目的形状体をいわゆる輪切りの如き薄肉断面物の積重体
として形成できる。

この成形物は、光硬化性流動物質以外の金属粉末や樹脂
粉末を原料とするから、安価でかつ強度が高く、硬化収
縮も小さい。

［実施例］ 第１図は本発明の実施例方法を示す斜視図である。

符号10は容器であり、その内部に昇降自在にテーブル12
が設置され、駆動装置14により昇降可能とされている。
このテーブル12上の容器10内には粉末（本実施例では金
属粉末）18が収容されている。符号20は粉末の定量供給
器であり、本実施例では容器10の上面に沿って往復動自
在とされ、かつ粉末の均し板22が装着されている。

容器10の上方にはミラー24が設置されている。該ミラー
24はレーザスキャナ装置26によって傾動自在とされてお
り、発信器30から入射されるビーム（本実施例ではレー
ザビーム）32を粉末18に向けて照射し、かつその傾動に
より照射位置を連続して移動させ得る構成となってい
る。

なお、第２図に示す如く、テーブル12の縁部と容器10の
上部内縁との間は蛇腹状の伸縮シール材28によって封画
されており、粉末がテーブル12の縁部からこぼれ落ちな
いよう構成されている。

また、第３図は上記装置のシステム構成を示すブロック
図であり、図示の如くレーザスキャナ装置26、テーブル
駆動装置14、粉末の定量供給器20及びレーザ発信器30は
コンピュータ36によって制御されている。

次に、かかる装置を用いた造形方について説明する。

まず、テーブル12の上面が容器10の上面からわずかに下
方となるようにテーブル駆動装置14にてテーブル12の位
置決めを行なう。そして、定量供給器20から粉末を該テ
ーブル12の上に供給すると共に、該定量供給器20を容器
10の上面の一端から他端に向けて移動させ、該テーブル
12上に粉末を平坦に均して平坦層を形成する。

次に、レーザ発信器30を作動させ粉末18の平坦層上面に
向けてビーム32を照射する。これと同時にレーザスキャ
ナ装置26を作動させ、ミラー24の角度を連続的に変化さ
せることにより、ビーム32を目的形状体の断面形状に倣
って移動させる。ビームが照射された粉末18は直ちに溶
融し、かつビームが通り過ぎた後はこの溶融物が硬化し
て溶融硬化体34となる。

目的形状体の断面形状に沿ってビーム32を移動させた
後、該ビーム32の照射を一旦停止し、テーブル12を所要
高さだけ下降させる。

そして、第４図の如く、定量供給器20から再度粉末をそ
れまで存在していた粉末平坦層の上に供給し、該定量供
給器20を移動させることによりそれまでの平坦層及び生
じた溶融硬化体34の上に新たな粉末の平坦層を形成す
る。しかる後、第５図の如く、レーザ発信器30からビー
ム32を再度粉末18の平坦層に向けて照射し、かつレーザ
スキャナ装置26によりビーム32を連続的に移動させる。
上記手順を繰り返すことにより、目的形状体が溶融硬化
体34の積重体として形成される。

しかして、この目的形状体は金属粉末等光硬化性流動物
以外の物質からなるものであり、安価であると共に、硬
化収縮が小さく亀裂の発生がなくしかも寸法精度が良
い。

上記実施例ではテーブル12を徐々に下降させ、その上に
金属粉末を次々と注ぎ足して容器10の上面方向へと平坦
層表面を形成しているが、本発明にあってはテーブル12
は固定方式とし、新たに粉末を供給してそれだけ平坦層
の上面が上昇するようにしても良い。この場合には、例
えばミラー24を平坦層上面の上昇に見合って上昇させる
ように構成したり、あるいはビーム32の焦点位置を上方
にシフトさせるようレンズ操作を行う。

本発明において、粉末としては鉄、銅、鉛、アルミニウ
ムなどの金属や合金の粉末、アクリル樹脂、塩化ビニル
樹脂等の熱可塑性樹脂の粉末、ガラス等の無機熱軟化性
物質の粉末等各種の粉末を採用することができる。

ビームとしてはルビー、YAG、炭酸ガス、アルゴン等の
レーザのほか電子ビーム等の上記粉末を加熱溶融させ得
るエネルギー密度を有する各種ビームを採用できる。

［効果］ 以上の通り、本発明方法によれば安価な材料により目的
形状体を造形することができる。この得られる造形体は
硬化時の収縮が少なく精度が良いと共に、収縮によるひ
ずみや亀裂の発生がなく、健全な品質なものが確実に製
造される。

本発明において、特に粉末として金属粉末を用いれば極
めて強度の高い成形体を製造することができ、この成形
体は鋳型製作や倣い加工等の金型母型として利用出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例方法を説明する斜視図、第２図
は同装置の要部断面図、第３図は同装置のシステム構成
を示すブロック図、第４図及び第５図は作動を説明する
概略的な断面図である。 10……容器、12……テーブル、 14……テーブル駆動装置、 18……粉末、20……定量供給器、 24……ミラー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱溶融性粉末を平坦に均して平坦層を形成
   する第１の工程、 該平坦層に向けて高エネルギー密度ビームを目的形状体
   の断面形状に倣って移動させながら照射して該断面形状
   の溶融硬化物を形成する第２の工程、 該第２の工程の後、該溶融硬化物及び平坦層の上に熱溶
   融性粉末を供給して平坦に均して平坦層を形成し、再度
   該平坦層に向けて前記ビームを照射して溶融硬化物を形
   成し、かつこの平坦層の形成及び該ビームの照射による
   溶融硬化物の形成を繰り返して行なう第３の工程、 を有する熱溶融性粉末を用いた造形方法。