JPWO2012160811A1 - 三次元形状造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)スキージング・ブレードのスライド移動によって粉末層を造形プレート上に形成し、次いで、粉末層の所定箇所に光ビームを照射して当該所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、その新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
その三次元形状造形物の製造途中で得られる造形物前駆体の外面(特に前駆体の側面)に対して切削加工を少なくとも1回施しており、
側面の切削加工後にて固化層を少なくとも1層分形成した後、その形成された固体層の周縁部(即ち、輪郭部)に生じた隆起固化部(即ち“端部隆起”)を除去すべく上面切削(即ち、天面切削)を施すことを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法が提供される。
まず、本発明の製造方法の前提となる粉末焼結積層法について説明する。説明の便宜上、材料粉末タンクから材料粉末を供給し、スキージング・ブレードを用いて材料粉末を均して粉末層を形成する態様を前提として粉末焼結積層法を説明する。また、粉末焼結積層法に際しては造形物の切削加工をも併せて行う複合加工の態様を例に挙げて説明する(つまり、図2(b)ではなく図2(a)に表す態様を前提とする)。図1,3および4には、粉末焼結積層法と切削加工とを実施できる光造形複合加工機の機能および構成が示されている。光造形複合加工機1は、「金属粉末および樹脂粉末などの粉末を所定の厚みで敷くことによって粉末層を形成する粉末層形成手段2」と「外周が壁27で囲まれた造形タンク29内において上下に昇降する造形テーブル20」と「造形テーブル20上に配され造形物の土台となる造形プレート21」と「光ビームLを任意の位置に照射する光ビーム照射手段3」と「造形物の周囲を削る切削手段4」とを主として備えている。粉末層形成手段2は、図1に示すように、「外周が壁26で囲まれた材料粉末タンク28内において上下に昇降する粉末テーブル25」と「造形プレート上に粉末層22を形成するためのスキージング・ブレード23」とを主として有して成る。光ビーム照射手段3は、図3および図4に示すように、「光ビームLを発する光ビーム発振器30」と「光ビームLを粉末層22の上にスキャニング(走査)するガルバノミラー31(スキャン光学系)」とを主として有して成る。必要に応じて、光ビーム照射手段3には、光ビームスポットの形状を補正するビーム形状補正手段(例えば一対のシリンドリカルレンズと、かかるレンズを光ビームの軸線回りに回転させる回転駆動機構とを有して成る手段)やfθレンズなどが具備されている。切削手段4は、「造形物の周囲を削るミーリングヘッド40」と「ミーリングヘッド40を切削箇所へと移動させるXY駆動機構41(41a,41b)」とを主として有して成る(図3および図4参照)。
本発明は、上述した粉末焼結積層法のなかでも、切削加工を伴った固化層形成の態様に特徴を有している。具体的には、本発明においては、側面切削加工後の1層目の焼結(もしくはアンダーカット)で発生する“端部隆起”を除去する加工を行う。より具体的には図7に示すように、造形物前駆体への側面切削後、少なくとも1層焼結した後で得られる固化層に対して、その上面(特にその周縁上部)を削る処理を行う。
(i)複数のサブ固化領域の各々の周縁部にのみ上面切削をそれぞれ施す(図11(a)参照)、
(ii)複数のサブ固化領域の各上面全体に対して上面切削をそれぞれ施す(図11(b)参照)、
(iii)複数のサブ固化領域の各上面全体のみならず、その各サブ固化領域の周囲の粉末領域に及ぶ領域まで切削工具を移動させて上面切削を全体的に施す(図11(c)参照)、
(iv)サブ固化領域がそれぞれ少なくとも2つ含まれる複数のグループから成る領域とみなし、その各グループ単位で上面切削をそれぞれ全体的に施す(図11(d)参照)
(1)次のスキージング高さ
(2)焼結した層のスキージング高さ
(3)沈み込んだ後の高さ(固化層形成に際しては粉末層高さが沈み込むように低下する)
(4)上記(1)よりも粒径分(最大粒径分または平均粒径分)低い高さ
2 粉末層形成手段
3 光ビーム照射手段
4 切削手段
19 粉末/粉末層(例えば金属粉末/金属粉末層または樹脂粉末/樹脂粉末層)
20 造形テーブル
21 造形プレート
22 粉末層(例えば金属粉末層または樹脂粉末層)
23 スキージング・ブレード(均し板/均しブレード)
24 固化層(例えば焼結層または硬化層)またはそれから得られる三次元形状造形物
25 粉末テーブル
26 粉末材料タンクの壁部分
27 造形タンクの壁部分
28 粉末材料タンク
29 造形タンク
30 光ビーム発振器
31 ガルバノミラー
32 反射ミラー
33 集光レンズ
40 ミーリングヘッド
41 XY駆動機構
41a X軸駆動部
41b Y軸駆動部
42 ツールマガジン
50 チャンバー
52 光透過窓
L 光ビーム
Claims (11)
- (i)スキージング・ブレードのスライド移動によって粉末層を造形プレート上に形成し、次いで、該粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
前記三次元形状造形物の製造途中で得られる造形物前駆体の外面に対して切削加工を少なくとも1回施しており、
前記切削加工後にて固化層を少なくとも1層分形成した後に、該固体層の周縁部に生じた隆起固化部を除去すべく上面切削を施すことを特徴とする、三次元造形物の製造方法。 - 前記隆起固化部を除去する前記上面切削は、前記周縁部にのみ施すことを特徴とする、請求項1に記載の三次元造形物の製造方法。
- 前記隆起固化部を除去する前記上面切削は、前記周縁部を含む前記切削加工後の前記固化層の上面に対して全体的に施すことを特徴とする、請求項1または2に記載の三次元造形物の製造方法。
- 前記上面切削の対象となる固化領域のみならず該固化領域の周囲の粉末領域に及ぶ領域まで該上面切削に用いる切削工具を移動させることを通じて、前記隆起固化部を除去する前記上面切削を行うことを特徴とする、請求項3に記載の三次元造形物の製造方法。
- 前記上面切削の対象となる前記固化層が複数のサブ固化領域から構成されており、
前記サブ固化領域のみならず該サブ固化領域の周囲の前記粉末領域に及ぶ領域まで前記切削工具を移動させることを通じて、前記上面切削を行うことを特徴とする、請求項4に記載の三次元造形物の製造方法。 - 前記上面切削の対象となる領域を、前記サブ固化領域の少なくとも2つから成る複数のグループとみなし、該グループ単位で前記上面切削を行うことを特徴とする、請求項5に記載の三次元造形物の製造方法。
- 前記グループを成す各々の前記サブ固化領域のみならず、該サブ固化領域の周囲の前記粉末領域に及ぶ領域まで前記切削工具を移動させ、それによって、前記グループ単位で前記上面切削を行うことを特徴とする、請求項6に記載の三次元造形物の製造方法。
- 前記上面切削の対象となる前記固化領域が複数のサブ固化領域から構成されており、
前記サブ固化領域の各々の周縁部にのみ局所的に前記上面切削を施す場合の切削時間Aと、該各々の該周縁部のみならず、それ以外の上面領域に対しても前記上面切削に用いる切削工具を移動させて全体的に該上面切削を行う場合の切削時間Bとを求め、そのうちで切削時間が短くなる方の前記上面切削を選択的に実施することを特徴とする、請求項1に記載の三次元造形物の製造方法。 - 前記スキージング・ブレードの前記スライド移動を阻害する前記隆起固化部を除去するために、前記上面切削を施すことを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法。
- 前記隆起固化部の厚み寸法を測定し、該測定された該厚み寸法が前記スキージング・ブレードの前記スライド移動を阻害するほどに隆起した厚み寸法である場合に前記上面切削を施すことを特徴とする、請求項9に記載の三次元造形物の製造方法。
- 前記切削加工後にて前記固化層を1層形成する毎に、前記隆起固化部を除去する前記上面切削を施すことを特徴とする、請求項1〜10のいずれかに記載の三次元造形物の製造方法。
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