JPH08192468A - 立体モデルの製造方法及び装置 - Google Patents
立体モデルの製造方法及び装置Info
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- JPH08192468A JPH08192468A JP7006173A JP617395A JPH08192468A JP H08192468 A JPH08192468 A JP H08192468A JP 7006173 A JP7006173 A JP 7006173A JP 617395 A JP617395 A JP 617395A JP H08192468 A JPH08192468 A JP H08192468A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】大粒子は、スキージによって造形ステージへ搬
送され、小粒子は、供給ローラを回転させ、ステージ部
に削ぎ落される。散布された小粒子は、大粒子同士の隙
間より小さいのでその隙間を埋めるようにして積層さ
れ、その後、バインダが噴射され、混合粒子層が完成す
る。立体造形物は加熱炉で、小粒子の溶融温度以上大粒
子の溶融温度以下に加熱することにより、バインダが気
化すると共に小粒子が溶融して大粒子と結合して、立体
形状が完成する。 【効果】粉末を積層して立体形状を造形する方法におい
て、高精度、高密度で高強度の立体形モデル製作するこ
とができる。
送され、小粒子は、供給ローラを回転させ、ステージ部
に削ぎ落される。散布された小粒子は、大粒子同士の隙
間より小さいのでその隙間を埋めるようにして積層さ
れ、その後、バインダが噴射され、混合粒子層が完成す
る。立体造形物は加熱炉で、小粒子の溶融温度以上大粒
子の溶融温度以下に加熱することにより、バインダが気
化すると共に小粒子が溶融して大粒子と結合して、立体
形状が完成する。 【効果】粉末を積層して立体形状を造形する方法におい
て、高精度、高密度で高強度の立体形モデル製作するこ
とができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、混合金属粒子による立
体モデルの製造法に関する。
体モデルの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の立体モデルの製造方法と
して、例えば、特開昭６２−３５９６６号公報に記載の
ものが知られている。この場合、コンピュータ制御によ
り、紫外線レーザスポットで所望の形状を描画し、その
光を紫外線硬化性樹脂に照射し、層状に硬化させ、積層
することによって立体形状を生成する方法である。
して、例えば、特開昭６２−３５９６６号公報に記載の
ものが知られている。この場合、コンピュータ制御によ
り、紫外線レーザスポットで所望の形状を描画し、その
光を紫外線硬化性樹脂に照射し、層状に硬化させ、積層
することによって立体形状を生成する方法である。
【０００３】さらに、別の製造方法は、例えば、米国特
許５２０４０５５号公報に記載のものが知られている。
これは、平面状に敷き詰めた微細なセラミック粉にバイ
ンダーを微細ノズルからコンピュータ制御により所望の
形状を描画しながら吹き付け、積層することによって立
体形状を得て、その後焼成し、バインダーを気化した後
溶融した金属を注入し、固化した後、セラミックを破壊
し、目的の金属の立体形状を得る方法である。
許５２０４０５５号公報に記載のものが知られている。
これは、平面状に敷き詰めた微細なセラミック粉にバイ
ンダーを微細ノズルからコンピュータ制御により所望の
形状を描画しながら吹き付け、積層することによって立
体形状を得て、その後焼成し、バインダーを気化した後
溶融した金属を注入し、固化した後、セラミックを破壊
し、目的の金属の立体形状を得る方法である。
【０００４】さらに、別の製造方法は、特表平１−５０
２８９０号公報及び特開平３−１８３５３０号公報が知
られている。この方法は、レーザビームを選択的に粉末
に照射して焼結させるもので、特に、複数の粉末の組合
せで、各粉末は同じまたは異なった溶融温度を有してお
り、焼結中に粉末を高密度にするため粉末供給装置及び
方法について示されている。
２８９０号公報及び特開平３−１８３５３０号公報が知
られている。この方法は、レーザビームを選択的に粉末
に照射して焼結させるもので、特に、複数の粉末の組合
せで、各粉末は同じまたは異なった溶融温度を有してお
り、焼結中に粉末を高密度にするため粉末供給装置及び
方法について示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来より知られている
紫外線レーザスポットで所望の形状を描画し、その光を
紫外線硬化性樹脂に照射し、層状に硬化させ、積層する
立体モデル製造法は、完成した立体モデルが紫外線硬化
性樹脂のため引っ張り強度が構造用炭素鋼の１／１０以
下しかなく、この樹脂モデルをプラスチックの射出成形
や押出し成形などの型として用いることはできない。
紫外線レーザスポットで所望の形状を描画し、その光を
紫外線硬化性樹脂に照射し、層状に硬化させ、積層する
立体モデル製造法は、完成した立体モデルが紫外線硬化
性樹脂のため引っ張り強度が構造用炭素鋼の１／１０以
下しかなく、この樹脂モデルをプラスチックの射出成形
や押出し成形などの型として用いることはできない。
【０００６】また、セラミック粉にバインダを微細ノズ
ルからコンピュータ制御により所望の形状を描画しなが
ら吹き付け、積層することによって立体形状を得る方法
では、バインダを飛ばした後溶融金属を流し込む工程の
ため、細かい部分、例えば１ｍｍ以下の部分は流し込む
ことができず、望んでいる形状が得られない。
ルからコンピュータ制御により所望の形状を描画しなが
ら吹き付け、積層することによって立体形状を得る方法
では、バインダを飛ばした後溶融金属を流し込む工程の
ため、細かい部分、例えば１ｍｍ以下の部分は流し込む
ことができず、望んでいる形状が得られない。
【０００７】さらに、レーザビームを選択的に粉末に照
射して焼結させる方法で、特に、複数の粉末の組合せ
で、各粉末は同じまたは異なった溶融温度を有し、焼結
中に粉末を高密度にするための各種方法が示されている
が、各粉末の大きさの組合せによっては、空孔部が多く
なり高密度化が図れない場合があった。また、焼結後に
第２、第３の金属を空孔部に流し込む方法は非常に手間
がかかり、その後に表面を研磨するなどの後加工が必要
となる。
射して焼結させる方法で、特に、複数の粉末の組合せ
で、各粉末は同じまたは異なった溶融温度を有し、焼結
中に粉末を高密度にするための各種方法が示されている
が、各粉末の大きさの組合せによっては、空孔部が多く
なり高密度化が図れない場合があった。また、焼結後に
第２、第３の金属を空孔部に流し込む方法は非常に手間
がかかり、その後に表面を研磨するなどの後加工が必要
となる。
【０００８】本発明の目的は、簡便な工程で、強度が高
く、高密度な金属立体モデル、例えばプラスチック成形
用の金型などを製造する方法及び装置を提供することに
ある。
く、高密度な金属立体モデル、例えばプラスチック成形
用の金型などを製造する方法及び装置を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、以下により
達成される。
達成される。
【００１０】（１）少なくとも大小二種類の金属粒子か
ら成り小粒子の直径は大粒子の直径の３／２０以下と
し、且つ小粒子金属の溶融温度が、大粒子金属の溶融温
度より低く、大粒子金属と小粒子金属の混合比が体積比
で７．５：２．５〜９：１とする。そして、混合金属粒
子を所定の厚さに散布し、一層づつ所定の形状に走査す
るノズルからバインダを噴射して、バインダの接着力に
より３次元形状を作成した後、小粒子金属の溶融温度以
上で且つ大粒子金属の溶融温度以下の温度で加熱させ
る。
ら成り小粒子の直径は大粒子の直径の３／２０以下と
し、且つ小粒子金属の溶融温度が、大粒子金属の溶融温
度より低く、大粒子金属と小粒子金属の混合比が体積比
で７．５：２．５〜９：１とする。そして、混合金属粒
子を所定の厚さに散布し、一層づつ所定の形状に走査す
るノズルからバインダを噴射して、バインダの接着力に
より３次元形状を作成した後、小粒子金属の溶融温度以
上で且つ大粒子金属の溶融温度以下の温度で加熱させ
る。
【００１１】（２）少なくとも大小二種類の金属粒子か
ら成り小粒子の直径は大粒子の直径の３／２０以下と
し、且つ小粒子金属の溶融温度が、大粒子金属の溶融温
度より低く、大粒子金属と小粒子金属の混合比が体積比
で７．５：２．５〜９：１で混合された金属粒子を大粒
子金属の１〜１０倍の厚さに均一に、バインダにより接
着させる。そして、そのシートの所定形状をレーザビー
ムで加熱して、境界部をレーザビームまたはカッタで切
断しながら金属混合シートを積層する。
ら成り小粒子の直径は大粒子の直径の３／２０以下と
し、且つ小粒子金属の溶融温度が、大粒子金属の溶融温
度より低く、大粒子金属と小粒子金属の混合比が体積比
で７．５：２．５〜９：１で混合された金属粒子を大粒
子金属の１〜１０倍の厚さに均一に、バインダにより接
着させる。そして、そのシートの所定形状をレーザビー
ムで加熱して、境界部をレーザビームまたはカッタで切
断しながら金属混合シートを積層する。
【００１２】（３）バインダに、金属のろう付け用のフ
ラックスを含有しさせる。
ラックスを含有しさせる。
【００１３】（４）混合金属粒子に、小粒子金属と同等
またはそれ以下の大きさの固形フラックスを混合させ
る。
またはそれ以下の大きさの固形フラックスを混合させ
る。
【００１４】（５）バインダを紫外線硬化性樹脂とし
て、微小ノズルから混合金属粒子の所定部分に吹き付け
塗布し、紫外線を照射して硬化させる。
て、微小ノズルから混合金属粒子の所定部分に吹き付け
塗布し、紫外線を照射して硬化させる。
【００１５】
（１）一般に、金属粒子を混合する場合、粒子と粒子の
間に微小な隙間が生じる。すべて同じ大きさの粒子の場
合は、粒子部と隙間部の体積の割合は、７．５：２．５
程度となる。また、大粒子を数層積層した状態で、小粒
子を積層する場合に大粒子同士の密着部以外の隙間部に
拡散させるには、小粒子の直径は大粒子の直径の３／２
０以下とすればよい。こうすることによって、大粒子同
士の密着を妨げることなく、隙間部に小粒子が入り込む
ようになり、金属粒子の高密度化が図れる。そこに所定
の形状に走査できるノズルからバインダを噴射すると、
バインダは毛細管現象によって、表面の極薄い部分に染
み込む。そして大粒子と小粒子の混合体は接着される。
それを１層として、繰り返して積層することにより立体
形状を得ることができる。なおバインダが塗布されてい
ない金属粒子部分はその立体物を、小粒子金属の溶融温
度以上で且つ大粒子金属の溶融温度以下の温度で加熱す
ることによって、バインダは気化し、小粒子は大粒子の
隙間部で溶融して固化する。
間に微小な隙間が生じる。すべて同じ大きさの粒子の場
合は、粒子部と隙間部の体積の割合は、７．５：２．５
程度となる。また、大粒子を数層積層した状態で、小粒
子を積層する場合に大粒子同士の密着部以外の隙間部に
拡散させるには、小粒子の直径は大粒子の直径の３／２
０以下とすればよい。こうすることによって、大粒子同
士の密着を妨げることなく、隙間部に小粒子が入り込む
ようになり、金属粒子の高密度化が図れる。そこに所定
の形状に走査できるノズルからバインダを噴射すると、
バインダは毛細管現象によって、表面の極薄い部分に染
み込む。そして大粒子と小粒子の混合体は接着される。
それを１層として、繰り返して積層することにより立体
形状を得ることができる。なおバインダが塗布されてい
ない金属粒子部分はその立体物を、小粒子金属の溶融温
度以上で且つ大粒子金属の溶融温度以下の温度で加熱す
ることによって、バインダは気化し、小粒子は大粒子の
隙間部で溶融して固化する。
【００１６】（２）大粒子と小粒子の混合体を大粒子の
直径の１〜１０倍の厚さ敷き詰める。その全面にノズル
からバインダを噴射すると、バインダは毛細管現象によ
って、表面の極薄い部分に染み込む。そして大粒子と小
粒子の混合体は接着され金属粒子シートを作成すること
ができる。金属粒子シートの第１層は、所定形状を小粒
子の融点以上大粒子の融点以下の温度でレーザビームで
加熱することにより、所定形状部分の小粒子が溶融固化
する。第２層以降は、第一層と同様に所定形状部分の小
粒子を溶融固化させた後に、所定形状とその周辺との境
界部を大粒子の気化温度以上でレーザビームを照射する
ことより、境界部で切断される。この工程を繰り返して
積層していくことによって、金属粒子の立体形状が作成
できる。境界部は、カッタで切断することによっても同
様に金属粒子の立体形状が作成できる。
直径の１〜１０倍の厚さ敷き詰める。その全面にノズル
からバインダを噴射すると、バインダは毛細管現象によ
って、表面の極薄い部分に染み込む。そして大粒子と小
粒子の混合体は接着され金属粒子シートを作成すること
ができる。金属粒子シートの第１層は、所定形状を小粒
子の融点以上大粒子の融点以下の温度でレーザビームで
加熱することにより、所定形状部分の小粒子が溶融固化
する。第２層以降は、第一層と同様に所定形状部分の小
粒子を溶融固化させた後に、所定形状とその周辺との境
界部を大粒子の気化温度以上でレーザビームを照射する
ことより、境界部で切断される。この工程を繰り返して
積層していくことによって、金属粒子の立体形状が作成
できる。境界部は、カッタで切断することによっても同
様に金属粒子の立体形状が作成できる。
【００１７】（３）バインダに、金属のろう付け用のフ
ラックスを含有させることにより小粒子及び大粒子の酸
化膜を洗浄して、小粒子が溶融する時にぬれ性が向上し
て、大粒子との結合性を向上させることができる。
ラックスを含有させることにより小粒子及び大粒子の酸
化膜を洗浄して、小粒子が溶融する時にぬれ性が向上し
て、大粒子との結合性を向上させることができる。
【００１８】（４）混合金属粒子に小粒子金属と同等ま
たはそれ以下の大きさの固形フラックスを混合させるこ
とにより小粒子及び大粒子の酸化膜を洗浄して、小粒子
が溶融する時にぬれ性が向上して、大粒子との結合性を
向上させることができる。
たはそれ以下の大きさの固形フラックスを混合させるこ
とにより小粒子及び大粒子の酸化膜を洗浄して、小粒子
が溶融する時にぬれ性が向上して、大粒子との結合性を
向上させることができる。
【００１９】（５）ノズルから混合金属粒子の所定部分
に吹き付け塗布するバインダを紫外線硬化性樹脂にする
ことにより、塗布後に、紫外線を照射して所定形状を容
易に硬化させることが可能となる。
に吹き付け塗布するバインダを紫外線硬化性樹脂にする
ことにより、塗布後に、紫外線を照射して所定形状を容
易に硬化させることが可能となる。
【００２０】
［実施例１］本発明による第一の実施例を図１に示す。
大粒子タンク１、大粒子供給部２、小粒子供給部３、粒
子排出部４、スキージ５、バインダ噴射ノズル６、ノズ
ル走査機構７、造形ステージ８から構成されている。本
実施例では大粒子の大きさを直径２０μｍ、小粒子は１
μｍとした。また、バインダは、有機系バインダとして
いる。大粒子は、大粒子タンク１からエアーによって大
粒子供給部２に搬送される。大粒子供給部２は、その下
部に上下駆動機構９を具備している。まず、大粒子供給
部２に大粒子１０を一定量搬送した後、上下駆動機構９
を上に１００μｍ程度上昇させる。次に大粒子は１０、
スキージ５によって大粒子供給部２から大粒子が造形ス
テージ８へ搬送される。スキージ５の先端は、テーブル
１１表面から大粒子１個の高さの２０μｍとなるように
調整して造形ステージ８上を移動させることにより、大
粒子１０は造形ステージ８に供給される。こうして、造
形ステージ８には２０μｍの高さで大粒子が積層され
る。なお、造形ステージ８以外の大粒子は、粒子排出部
４に排出される。小粒子は、小粒子供給部３より供給さ
れる。図２に示すように、小粒子供給部３は、小粒子カ
ートリッジ２１、供給ローラ２２、高さ制限スキージ２
３、供給スキージ２５から構成されている。小粒子カー
トリッジ２１内に充填された小粒子２４は、供給ローラ
２２の表面に付着する。供給ローラ２２を回転させるこ
とにより、小粒子は、高さ制限スキージ２３方向に移動
し、高さ制限スキージ２３によって、供給ローラ２２表
面への付着量を規制されている。その後小粒子は、さら
に回転させることにより、供給スキージ部２５に移動し
て、図１の造形ステージ８に削ぎ落される。この小粒子
供給部を一方向に移動させながら行うことにより、造形
ステージ８全体に小粒子を散布することができるように
なっている。図３に示すように散布された小粒子３１
は、大粒子１０同士の隙間より小さいのでその隙間を埋
めるようにして積層される。その後、再びスキージ５を
移動させることによって余分な小粒子を排出部４に排出
する。高密度化を達成するための大粒子と小粒子の混合
粒子層が得られる。混合粒子層は、大粒子と小粒子の混
合比が体積比で７．５：２．５〜９：１となるように、
小粒子の散布を制御する。こうすることにより、小粒子
が大粒子同士の密着を阻害せずに、密着部位外の隙間埋
めることができる。次に、この混合粒子層の目的とする
２次元形状に、ノズル走査機構７によって移動するバイ
ンダ噴射ノズル６からバインダが噴射される。なお噴射
ノズル６は、一般のプリンタなどに用いられているイン
クジェットノズルヘッドのようなもので良い。また、本
実施例では、バインダは有機系のバインダを用いた。ま
た、この有機系のバインダに金属のろう付けに用いるフ
ラックスを数％加えても良い。図４に示すように、噴射
されたバインダ４１は、混合粒子層の小粒子３１及び大
粒子３２を接着して乾燥する。以上で、目的の立体形状
を２０μｍにスライスした２次元形状描画、造形するこ
とができる。その後、造形ステージ８付属している駆動
機構１２によって２０μｍ下降させて、第一層と同様に
大粒子、小粒子を積層して、バインダを噴射することに
より次の層が造形できる。なお、第二層目以降のバイン
ダの噴射は、図５に示すように、第二層の大粒子５１お
よび小粒子５２に浸透させると共に第一層の大粒子３２
および小粒子に浸透するようにして、第一層と第二層が
接着、結合するようになっている。このようにして、積
層とバインダ噴射による接着を繰り返すことにより、目
的とする立体形状を造形していくことができる。最終層
が完成したあとは、目的形状以外の混合粒子は、ブラシ
等で容易に分離させることが可能である。取り出した立
体造形物は、加熱炉に入れて、小粒子の溶融温度以上大
粒子の溶融温度以下に加熱することによって、バインダ
が気化すると共に小粒子が溶融して大粒子と結合して、
目的の立体形状が完成する。なお、バインダに金属のろ
う付けに用いるフラックスを数％加えたものは、図６に
示すように、溶融した小粒子金属のぬれ性は、フラック
スを加えていない小粒子６１に比べフラックスを添加し
た小粒子６２の方が向上し、大粒子との結合性が向上す
る。以上のように本装置は、大粒子の隙間にある小粒子
だけが溶融するために、大粒子同士の接触状態が加熱前
と変化せず、寸法収縮が生じないため、高精度、高密度
で強度の高い立体形状を造形することができる。また、
大粒子の隙間を埋めるようにして小粒子が溶融している
ので、造形物の表面粗さが向上する。特に、プラスチッ
ク成形用の金型のような強度を要する立体造形物を造形
するのに好適となる。
大粒子タンク１、大粒子供給部２、小粒子供給部３、粒
子排出部４、スキージ５、バインダ噴射ノズル６、ノズ
ル走査機構７、造形ステージ８から構成されている。本
実施例では大粒子の大きさを直径２０μｍ、小粒子は１
μｍとした。また、バインダは、有機系バインダとして
いる。大粒子は、大粒子タンク１からエアーによって大
粒子供給部２に搬送される。大粒子供給部２は、その下
部に上下駆動機構９を具備している。まず、大粒子供給
部２に大粒子１０を一定量搬送した後、上下駆動機構９
を上に１００μｍ程度上昇させる。次に大粒子は１０、
スキージ５によって大粒子供給部２から大粒子が造形ス
テージ８へ搬送される。スキージ５の先端は、テーブル
１１表面から大粒子１個の高さの２０μｍとなるように
調整して造形ステージ８上を移動させることにより、大
粒子１０は造形ステージ８に供給される。こうして、造
形ステージ８には２０μｍの高さで大粒子が積層され
る。なお、造形ステージ８以外の大粒子は、粒子排出部
４に排出される。小粒子は、小粒子供給部３より供給さ
れる。図２に示すように、小粒子供給部３は、小粒子カ
ートリッジ２１、供給ローラ２２、高さ制限スキージ２
３、供給スキージ２５から構成されている。小粒子カー
トリッジ２１内に充填された小粒子２４は、供給ローラ
２２の表面に付着する。供給ローラ２２を回転させるこ
とにより、小粒子は、高さ制限スキージ２３方向に移動
し、高さ制限スキージ２３によって、供給ローラ２２表
面への付着量を規制されている。その後小粒子は、さら
に回転させることにより、供給スキージ部２５に移動し
て、図１の造形ステージ８に削ぎ落される。この小粒子
供給部を一方向に移動させながら行うことにより、造形
ステージ８全体に小粒子を散布することができるように
なっている。図３に示すように散布された小粒子３１
は、大粒子１０同士の隙間より小さいのでその隙間を埋
めるようにして積層される。その後、再びスキージ５を
移動させることによって余分な小粒子を排出部４に排出
する。高密度化を達成するための大粒子と小粒子の混合
粒子層が得られる。混合粒子層は、大粒子と小粒子の混
合比が体積比で７．５：２．５〜９：１となるように、
小粒子の散布を制御する。こうすることにより、小粒子
が大粒子同士の密着を阻害せずに、密着部位外の隙間埋
めることができる。次に、この混合粒子層の目的とする
２次元形状に、ノズル走査機構７によって移動するバイ
ンダ噴射ノズル６からバインダが噴射される。なお噴射
ノズル６は、一般のプリンタなどに用いられているイン
クジェットノズルヘッドのようなもので良い。また、本
実施例では、バインダは有機系のバインダを用いた。ま
た、この有機系のバインダに金属のろう付けに用いるフ
ラックスを数％加えても良い。図４に示すように、噴射
されたバインダ４１は、混合粒子層の小粒子３１及び大
粒子３２を接着して乾燥する。以上で、目的の立体形状
を２０μｍにスライスした２次元形状描画、造形するこ
とができる。その後、造形ステージ８付属している駆動
機構１２によって２０μｍ下降させて、第一層と同様に
大粒子、小粒子を積層して、バインダを噴射することに
より次の層が造形できる。なお、第二層目以降のバイン
ダの噴射は、図５に示すように、第二層の大粒子５１お
よび小粒子５２に浸透させると共に第一層の大粒子３２
および小粒子に浸透するようにして、第一層と第二層が
接着、結合するようになっている。このようにして、積
層とバインダ噴射による接着を繰り返すことにより、目
的とする立体形状を造形していくことができる。最終層
が完成したあとは、目的形状以外の混合粒子は、ブラシ
等で容易に分離させることが可能である。取り出した立
体造形物は、加熱炉に入れて、小粒子の溶融温度以上大
粒子の溶融温度以下に加熱することによって、バインダ
が気化すると共に小粒子が溶融して大粒子と結合して、
目的の立体形状が完成する。なお、バインダに金属のろ
う付けに用いるフラックスを数％加えたものは、図６に
示すように、溶融した小粒子金属のぬれ性は、フラック
スを加えていない小粒子６１に比べフラックスを添加し
た小粒子６２の方が向上し、大粒子との結合性が向上す
る。以上のように本装置は、大粒子の隙間にある小粒子
だけが溶融するために、大粒子同士の接触状態が加熱前
と変化せず、寸法収縮が生じないため、高精度、高密度
で強度の高い立体形状を造形することができる。また、
大粒子の隙間を埋めるようにして小粒子が溶融している
ので、造形物の表面粗さが向上する。特に、プラスチッ
ク成形用の金型のような強度を要する立体造形物を造形
するのに好適となる。
【００２１】［実施例２］本実施例は、実施例１で述べ
た各混合粒子層にバインダを噴射する場合に、目的形状
だけでなく全面にバインダを噴射するようにして得られ
た混合粒子シートを用いる。装置構成は、図７に示すシ
ート作成装置７０と図８に示す立体造形装置８１から構
成される。シート作成装置７０のバインダ噴射ノズル７
１は、造形ステージ７６全体に噴射できるように一方向
に移動できる構造となっている。その他の大粒子供給部
７２、小粒子供給部７３、粒子排出部７４、スキージ７
５、造形ステージ７６等は実施例１と同様な構造となっ
ているが、シート排出部７７を別途具備している。バイ
ンダを全面に噴射して得られる混合粒子シート７８は、
１枚完成する毎にストックできるシート排出部７７に積
み重ねられる。なお、１層の厚さは、実施例１で示した
大粒子金属１個分の厚さから、１０回繰り返して得られ
る大粒子金属１０個分の厚さまでが良いが、本実施例で
は、大粒子の直径２０μｍとして、混合粒子シートの厚
さも２０μｍとした。積み重ねられた混合粒子シート７
８は、図８に示す立体造形装置８１へ運ばれ、一枚ずつ
造形ステージ８２上に置かれる。ここで、加熱用のレー
ザヘッド８３を制御して、目的の２次元形状を走査す
る。但し、加熱用のレーザヘッド８３の出力は２段階に
変えられるようになっている。それは、図９に示すよう
な目的とする２次元形状がある場合、境界部９２とそれ
以外の目標部９２でレーザ出力を変えるものである。目
標部９２を造形するときは、レーザ出力を小さくして加
熱温度を小粒子の溶融温度以上大粒子の溶融温度以下に
することによって、バインダが気化すると共に小粒子が
溶融して大粒子と結合する。また、境界部９１では、レ
ーザ出力を大きくして加熱温度を大粒子の溶融温度以上
とすることにより、シートを溶融切断している。なお、
境界部では、レーザによる溶融切断の他に図１０に示す
ように機械的に切断できるカッタ１０１を用いてもよ
い。こうして一層目の造形が終了し、二層目以降も同様
にレーザで走査して加熱することにより、小粒子が大粒
子を結合させつつ下の層とも接合して立体形状が造形さ
れる。また、境界部を溶融切断しながら造形していくの
で、最後の層が造形し終わった段階で、不要部分を容易
に取り外すことにより、目的とした高精度、高密度で強
度の高い立体モデルを完成させることができる。また、
シートの大粒子の隙間を埋めるようにして小粒子が溶融
しているので、完成した造形物の表面粗さが良好なもの
が得られる。
た各混合粒子層にバインダを噴射する場合に、目的形状
だけでなく全面にバインダを噴射するようにして得られ
た混合粒子シートを用いる。装置構成は、図７に示すシ
ート作成装置７０と図８に示す立体造形装置８１から構
成される。シート作成装置７０のバインダ噴射ノズル７
１は、造形ステージ７６全体に噴射できるように一方向
に移動できる構造となっている。その他の大粒子供給部
７２、小粒子供給部７３、粒子排出部７４、スキージ７
５、造形ステージ７６等は実施例１と同様な構造となっ
ているが、シート排出部７７を別途具備している。バイ
ンダを全面に噴射して得られる混合粒子シート７８は、
１枚完成する毎にストックできるシート排出部７７に積
み重ねられる。なお、１層の厚さは、実施例１で示した
大粒子金属１個分の厚さから、１０回繰り返して得られ
る大粒子金属１０個分の厚さまでが良いが、本実施例で
は、大粒子の直径２０μｍとして、混合粒子シートの厚
さも２０μｍとした。積み重ねられた混合粒子シート７
８は、図８に示す立体造形装置８１へ運ばれ、一枚ずつ
造形ステージ８２上に置かれる。ここで、加熱用のレー
ザヘッド８３を制御して、目的の２次元形状を走査す
る。但し、加熱用のレーザヘッド８３の出力は２段階に
変えられるようになっている。それは、図９に示すよう
な目的とする２次元形状がある場合、境界部９２とそれ
以外の目標部９２でレーザ出力を変えるものである。目
標部９２を造形するときは、レーザ出力を小さくして加
熱温度を小粒子の溶融温度以上大粒子の溶融温度以下に
することによって、バインダが気化すると共に小粒子が
溶融して大粒子と結合する。また、境界部９１では、レ
ーザ出力を大きくして加熱温度を大粒子の溶融温度以上
とすることにより、シートを溶融切断している。なお、
境界部では、レーザによる溶融切断の他に図１０に示す
ように機械的に切断できるカッタ１０１を用いてもよ
い。こうして一層目の造形が終了し、二層目以降も同様
にレーザで走査して加熱することにより、小粒子が大粒
子を結合させつつ下の層とも接合して立体形状が造形さ
れる。また、境界部を溶融切断しながら造形していくの
で、最後の層が造形し終わった段階で、不要部分を容易
に取り外すことにより、目的とした高精度、高密度で強
度の高い立体モデルを完成させることができる。また、
シートの大粒子の隙間を埋めるようにして小粒子が溶融
しているので、完成した造形物の表面粗さが良好なもの
が得られる。
【００２２】［実施例３］実施例１で述べた装置におい
て、図１１に示すように、小粒子供給部に小粒子と小粒
子と同等またはそれ以下の大きさの固形フラックスを混
合させてもよい。固形フラックス１１１を混合させた混
合粒子を、実施例１で述べた工程で造形していき加熱炉
で溶融させると、図６に示すように溶融した小粒子金属
のぬれ性が固形フラックスによって向上し大粒子との結
合性が向上する。
て、図１１に示すように、小粒子供給部に小粒子と小粒
子と同等またはそれ以下の大きさの固形フラックスを混
合させてもよい。固形フラックス１１１を混合させた混
合粒子を、実施例１で述べた工程で造形していき加熱炉
で溶融させると、図６に示すように溶融した小粒子金属
のぬれ性が固形フラックスによって向上し大粒子との結
合性が向上する。
【００２３】［実施例４］バインダを紫外線硬化性樹脂
として、図１２に示すように、塗布ノズル１２１から混
合金属粒子の所定部分に吹き付け塗布し、紫外線ランプ
１２２により紫外線を照射して硬化させる。
として、図１２に示すように、塗布ノズル１２１から混
合金属粒子の所定部分に吹き付け塗布し、紫外線ランプ
１２２により紫外線を照射して硬化させる。
【００２４】
【発明の効果】本発明の立体モデル造形方法では、加熱
による寸法収縮が生じないため、高精度、高密度で強度
の高く、造形物の表面粗さが良好な立体形状、例えばプ
ラスチック成形用の金型のような立体を造形することが
できる。
による寸法収縮が生じないため、高精度、高密度で強度
の高く、造形物の表面粗さが良好な立体形状、例えばプ
ラスチック成形用の金型のような立体を造形することが
できる。
【図１】本実施例による立体モデル造形装置の説明図。
【図２】図１での小粒子供給機構部を拡大して示す説明
図。
図。
【図３】本発明による一例での大粒子と小粒子の混合さ
れた状態を示す説明図。
れた状態を示す説明図。
【図４】大粒子と小粒子の混合層にバインダを噴射した
状態を示す説明図。
状態を示す説明図。
【図５】第二層目にバインダを噴射した状態を示す説明
図。
図。
【図６】小粒子溶融時のぬれ拡がり状態を示す説明図。
【図７】本発明の他の実施例の立体モデル造形装置のシ
ート作成装置の説明図。
ート作成装置の説明図。
【図８】本発明の他の実施例の立体モデル造形装置の立
体造形装置の説明図。
体造形装置の説明図。
【図９】目的とする２次元形状を示す説明図。
【図１０】本発明の更に異なる他の実施例に立体モデル
造形装置の立体造形装置の説明図。
造形装置の立体造形装置の説明図。
【図１１】大粒子および小粒子の混合層に固形フラック
スを添加した状態を示す説明図。
スを添加した状態を示す説明図。
【図１２】本発明の更に異なる他の実施例に立体モデル
造形装置の説明図。
造形装置の説明図。
１…大粒子タンク、 ２…大粒子供給部、 ３…小粒子供給部、 ４…粒子排出部、 ５…スキージ、 ６…バインダ噴射ノズル、 ７…ノズル走査機構、 ８…造形ステージ、 ９…上下駆動機構、 １０…大粒子、 １１…テーブル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉井 正樹 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 海老沼 尚武 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】少なくとも大小二種類の金属粒子から成り
小粒子の直径は大粒子の直径の３／２０以下であり、且
つ小粒子金属の溶融温度が、大粒子金属の溶融温度より
低く、大粒子金属と小粒子金属の混合比が体積比で７．
５：２．５〜９：１である混合金属粒子を所定の厚さに
散布し、一層づつ所定の形状に走査するノズルからバイ
ンダを噴射して、その接着力により三次元形状を作成し
た後、前記小粒子金属の溶融温度以上で前記大粒子金属
の溶融温度以下の温度で加熱して、金属立体モデルを造
形することを特徴とする立体モデルの製造方法。 - 【請求項２】少なくとも大小二種類の金属粒子から成り
小粒子の直径は大粒子の直径の３／２０以下であり、且
つ小粒子金属の溶融温度が、大粒子金属の溶融温度より
低く、大粒子金属と小粒子金属の混合比が体積比で７．
５：２．５〜９：１で混合された金属粒子を前記大粒子
金属の１〜１０倍の厚さに均一に、バインダにより接着
させたシートの所定形状をレーザビームで加熱して、境
界部をレーザビームまたはカッタで切断しながらを積層
する立体モデルの製造方法。 - 【請求項３】請求項１に記載の前記バインダは、金属の
ろう付け用のフラックスを含有している立体モデルの製
造方法。 - 【請求項４】請求項１に記載の混合金属粒子に前記小粒
子金属と同等またはそれ以下の大きさの固形フラックス
を混合させた混合金属粒子。 - 【請求項５】請求項１に記載の前記バインダを紫外線硬
化性樹脂として、微小ノズルから混合金属粒子の所定部
分に吹き付け塗布し、紫外線を照射して硬化させる立体
モデルの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7006173A JPH08192468A (ja) | 1995-01-19 | 1995-01-19 | 立体モデルの製造方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7006173A JPH08192468A (ja) | 1995-01-19 | 1995-01-19 | 立体モデルの製造方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08192468A true JPH08192468A (ja) | 1996-07-30 |
Family
ID=11631164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7006173A Pending JPH08192468A (ja) | 1995-01-19 | 1995-01-19 | 立体モデルの製造方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08192468A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000500404A (ja) * | 1995-09-26 | 2000-01-18 | ストラタシス インコーポレイテッド | 制御された有孔度を有する三次元的な原型の製造方法 |
| JP2003531220A (ja) * | 2000-04-14 | 2003-10-21 | ゼット コーポレーション | 固形物体を三次元印刷するための組成物 |
| WO2015162905A1 (en) * | 2014-04-23 | 2015-10-29 | Seiko Epson Corporation | Sintering and shaping method, liquid binding agent, and sintered shaped article |
| JP2018003078A (ja) * | 2016-06-30 | 2018-01-11 | 地方独立行政法人北海道立総合研究機構 | 三次元造形方法及び三次元造形物 |
| KR20180097550A (ko) * | 2015-11-17 | 2018-08-31 | 임파서블 오브젝츠 엘엘씨 | 적층 제조된 금속 매트릭스 복합재를 생산하기 위한 장치 및 공정, 및 이의 제작 물품 |
| JP2018204105A (ja) * | 2017-05-31 | 2018-12-27 | キヤノン株式会社 | 造形方法及び造形装置 |
| JP2019081958A (ja) * | 2018-12-21 | 2019-05-30 | セイコーエプソン株式会社 | 焼結造形方法、液状結合剤、および焼結造形物 |
| JP2019532834A (ja) * | 2016-08-03 | 2019-11-14 | スリーデオ・インコーポレイテッド | 三次元印刷のための装置及び方法 |
| US11660669B2 (en) | 2019-02-20 | 2023-05-30 | Seiko Epson Corporation | Three-dimensional shaped article production method |
| US11760009B2 (en) | 2019-02-20 | 2023-09-19 | Seiko Epson Corporation | Three-dimensional shaped article production method |
-
1995
- 1995-01-19 JP JP7006173A patent/JPH08192468A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US11760009B2 (en) | 2019-02-20 | 2023-09-19 | Seiko Epson Corporation | Three-dimensional shaped article production method |
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