JPWO2018199041A1 - Manufacturing method of three-dimensionally shaped object and three-dimensionally shaped object - Google Patents
Manufacturing method of three-dimensionally shaped object and three-dimensionally shaped object Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2018199041A1 JPWO2018199041A1 JP2019514502A JP2019514502A JPWO2018199041A1 JP WO2018199041 A1 JPWO2018199041 A1 JP WO2018199041A1 JP 2019514502 A JP2019514502 A JP 2019514502A JP 2019514502 A JP2019514502 A JP 2019514502A JP WO2018199041 A1 JPWO2018199041 A1 JP WO2018199041A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- shaped object
- density
- dimensionally shaped
- change region
- density change
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 101
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 100
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 10
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 6
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 30
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 17
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 16
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 16
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 16
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 14
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 9
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 8
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 7
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004676 acrylonitrile butadiene styrene Substances 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 238000007500 overflow downdraw method Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/12—Both compacting and sintering
- B22F3/16—Both compacting and sintering in successive or repeated steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
粉末層形成および固化層形成を交互に繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法が提供される。本発明の製造方法では、三次元形状造形物の密度が局所的に異なる密度変化領域を三次元形状造形物の傾斜面を含む表面部分に設け、密度変化領域では傾斜面を含む表面部分における表面が固化層の積層方向と成す角度に応じて密度を異ならせる。Provided is a method for manufacturing a three-dimensionally shaped object in which powder layer formation and solidified layer formation are alternately repeated. In the manufacturing method of the present invention, the density change region where the density of the three-dimensionally shaped object is locally different is provided on the surface portion including the inclined surface of the three-dimensionally shaped object, and the density change region includes the surface in the surface portion including the inclined surface. Varies the density according to the angle formed by the solidified layer and the stacking direction.
Description
本開示は、三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物に関する。より詳細には、本開示は、粉末層への光ビーム照射によって固化層を形成する三次元形状造形物の製造方法に関すると共に、それによって得られる三次元形状造形物にも関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a three-dimensionally shaped object and a three-dimensionally shaped object. More specifically, the present disclosure relates to a method of manufacturing a three-dimensionally shaped object that forms a solidified layer by irradiating a powder layer with a light beam, and also relates to a three-dimensionally shaped object obtained thereby.
光ビームを粉末材料に照射することを通じて三次元形状造形物を製造する方法(一般的には「粉末床溶融結合法」と称される)は、従来より知られている。かかる方法は、以下の工程(i)および(ii)に基づいて粉末層形成と固化層形成とを交互に繰り返し実施して三次元形状造形物を製造する(特許文献1または特許文献2参照)。
(i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射し、かかる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。
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、同様に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程。A method of manufacturing a three-dimensionally shaped object by irradiating a powder material with a light beam (generally referred to as a “powder bed fusion bonding method”) is conventionally known. Such a method produces a three-dimensional shaped object by alternately and repeatedly performing the formation of a powder layer and the formation of a solidified layer based on the following steps (i) and (ii) (see
(I) a step of irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam and sintering or melting and solidifying the powder at the predetermined portion to form a solidified layer;
(Ii) a step of forming a new powder layer on the obtained solidified layer and similarly irradiating a light beam to form a further solidified layer;
このような製造技術に従えば、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することが可能となる。粉末材料として無機質の金属粉末を用いる場合、得られる三次元形状造形物を金型として使用することができる。一方、粉末材料として有機質の樹脂粉末を用いる場合、得られる三次元形状造形物を各種モデルとして使用することができる。 According to such a manufacturing technique, it is possible to manufacture a complex three-dimensionally shaped object in a short time. When an inorganic metal powder is used as the powder material, the obtained three-dimensionally shaped object can be used as a mold. On the other hand, when an organic resin powder is used as the powder material, the resulting three-dimensionally shaped object can be used as various models.
粉末材料として金属粉末を用い、それによって得られる三次元形状造形物を金型として使用する場合を例にとる。図12に示すように、まず、スキージング・ブレード23を動かして粉末19を移送させて造形プレート21上に所定厚みの粉末層22を形成する(図12(a)参照)。次いで、粉末層の所定箇所に光ビームLを照射して粉末層から固化層24を形成する(図12(b)参照)。引き続いて、得られた固化層の上に新たな粉末層を形成して再度光ビームを照射して新たな固化層を形成する。このようにして粉末層形成と固化層形成とを交互に繰り返し実施すると固化層24が積層することになり(図12(c)参照)、最終的には積層化した固化層から成る三次元形状造形物を得ることができる。最下層として形成される固化層24は造形プレート21と結合した状態になるので、三次元形状造形物と造形プレートとは一体化物を成すことになり、その一体化物を金型として使用することができる。
A case where a metal powder is used as a powder material and a three-dimensionally shaped object obtained thereby is used as a mold will be described as an example. As shown in FIG. 12, first, the
三次元形状造形物を金型として使用する場合、いわゆる“コア側”と“キャビティ側”との金型を組み合わせて形成される金型キャビティ空間に対して溶融状態の成形用原料(以下では「溶融原料」とも称す)を充填する。具体的には、溶融原料を金型キャビティ空間に流し込み、その流し込んだ溶融原料を冷却することによって成形品を得る。つまり、溶融原料が流動して金型キャビティ空間を満たしつつ溶融原料が固化状態へと変化することで成形品が得られる。 When a three-dimensionally shaped object is used as a mold, a molding material in a molten state (hereinafter, referred to as “mold side”) is formed in a mold cavity space formed by combining a so-called “core side” and “cavity side” mold. (Also referred to as "molten raw material"). Specifically, a molded product is obtained by pouring a molten raw material into a mold cavity space and cooling the poured molten raw material. In other words, a molded article is obtained by the molten raw material flowing and filling the mold cavity space while the molten raw material changes to a solidified state.
得られた成形品には、金型キャビティ空間での溶融原料の流動に起因して線状痕が生じる場合がある。つまり、いわゆる“ウェルドライン”が成形品に生じてしまう。ウェルドラインは、成形品の外観の点で望ましくない。また、ウェルドラインは、成形品の強度の点でも望ましいといえない。そこで、ウェルドラインを減じるために、例えば溶融原料の充填時に金型キャビティ空間に存在するガス又は溶融原料から発生するガスが外部へと抜かれる(以下では「ガス抜き」とも称す)。 In the obtained molded product, linear marks may be generated due to the flow of the molten raw material in the mold cavity space. That is, a so-called "weld line" occurs in the molded product. Weld lines are undesirable in terms of the appearance of the molded article. Also, the weld line is not desirable in terms of the strength of the molded product. Therefore, in order to reduce the number of weld lines, for example, a gas existing in the mold cavity space or a gas generated from the molten raw material when the molten raw material is filled is discharged to the outside (hereinafter, also referred to as “gas release”).
本願発明者は、従前のガス抜きでは克服すべき課題があることに気付き、そのための対策を取る必要性を見出した。具体的には以下の課題があることを本願発明者は見出した。 The inventor of the present application has noticed that there is a problem to be overcome in the conventional gas venting, and has found that it is necessary to take measures for that. Specifically, the present inventor has found that there are the following problems.
三次元形状造形物から成る金型が用いられる場合、三次元形状造形物の表面に微細孔を設け、その微細孔の領域を通気領域としてガス抜きを行うことが考えられる。かかる通気領域は、微細孔自体がガス通路として機能する。よって、ガス抜きの点では好ましい。しかしながら、微細孔に起因して成形品の表面が粗くなってしまう虞がある。つまり、通気領域は金型表面に設けられるところ、その通気領域自体が成形品表面に悪影響を与える虞があり、高品位な成形転写が難しくなる場合がある。これは、通気領域を表面に設けた金型の場合、“ガス抜き特性”と“高品位の転写特性”とがトレードオフの関係となってしまうことを意味している。特に、本願発明者は、通気領域を備える金型表面に“傾斜面”を含む場合、それ特有の転写特性が発現され、成形品表面の粗さが無視できなくなる虞があることを見出した。 When a mold made of a three-dimensionally shaped object is used, it is conceivable to provide fine holes on the surface of the three-dimensionally shaped object and to perform degassing using the region of the fine holes as a ventilation region. In such a ventilation region, the fine holes themselves function as gas passages. Therefore, it is preferable in terms of degassing. However, there is a possibility that the surface of the molded article becomes rough due to the fine holes. In other words, when the ventilation area is provided on the surface of the mold, the ventilation area itself may have an adverse effect on the surface of the molded product, and high-quality molding transfer may be difficult. This means that in the case of a mold provided with a ventilation area on the surface, there is a trade-off between "gas release characteristics" and "high-quality transfer characteristics". In particular, the inventor of the present application has found that when a mold surface having a ventilation area includes an “inclined surface”, a unique transfer characteristic is exhibited, and the surface roughness of the molded product may not be negligible.
本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものである。すなわち、本発明の主たる課題は、通気領域を備える金型としてより好適な三次元形状造形物を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances. That is, a main object of the present invention is to provide a three-dimensionally shaped object that is more suitable as a mold having a ventilation area.
上記課題を解決するために、本発明の一態様では、
(i)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、該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
により粉末層形成および固化層形成を交互に繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
三次元形状造形物の密度が局所的に異なる密度変化領域を三次元形状造形物の傾斜面を含む表面部分に設け、
密度変化領域においては、傾斜面を含む表面部分の造形物表面が固化層の積層方向と成す角度に応じ密度を局所的に異ならせる、三次元形状造形物の製造方法が提供される。In order to solve the above problem, in one embodiment of the present invention,
(I) a step of irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam to sinter or melt-solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) a new powder on the obtained solidified layer. Forming a layer and irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam to form a further solidified layer, wherein the powder layer formation and the solidified layer formation are alternately repeated to produce a three-dimensionally shaped object manufacturing method. And
A density change region where the density of the three-dimensional shaped object is locally different is provided on the surface portion including the inclined surface of the three-dimensional shaped object,
In the density change region, there is provided a method for manufacturing a three-dimensionally shaped object, in which the density locally varies according to the angle formed by the surface of the object including the inclined surface and the direction in which the solidified layer is formed.
また、本発明の一態様では、上記製造方法によって得られる三次元形状造形物も提供される。かかる本発明の一態様は、積層された固化層から構成され、傾斜面を有する三次元形状造形物であって、
三次元形状造形物の密度が局所的に異なる密度変化領域が、傾斜面を含む表面部分に設けられており、
密度変化領域では、傾斜面を含む表面部分の造形物表面が固化層の積層方向と成す角度に応じ密度が局所的に異なっている。In one embodiment of the present invention, a three-dimensional structure obtained by the above manufacturing method is also provided. One embodiment of the present invention is a three-dimensional structure including a solidified layer stacked, and having a slope.
A density change region where the density of the three-dimensional shaped object is locally different is provided on the surface portion including the inclined surface,
In the density change region, the density is locally different depending on the angle between the surface of the modeled object including the inclined surface and the direction in which the solidified layer is formed.
本発明の一態様に従えば、通気領域を備える三次元形状造形物をより好適に得ることができる。より具体的には、本発明の一態様では、“ガス抜き特性”と“高品位の転写特性”との双方を好適に奏する金型として三次元形状造形物を得ることができる。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to more suitably obtain a three-dimensionally shaped object having a ventilation region. More specifically, in one embodiment of the present invention, a three-dimensional shaped object can be obtained as a mold that suitably exhibits both “gas release characteristics” and “high-quality transfer characteristics”.
特に、本発明の一態様に係る三次元形状造形物から成る金型では、“傾斜面”を有する通気領域であっても、好適な“ガス抜き特性”を確保しながらも高品位の転写特性を得ることができる。つまり、好適なガス抜き特性を確保しながらも成形品表面の粗さを減じることができる。 In particular, in a mold including a three-dimensionally shaped object according to one embodiment of the present invention, high-quality transfer characteristics can be ensured even in a ventilation region having an “inclined surface”, while ensuring favorable “gas release characteristics”. Can be obtained. That is, it is possible to reduce the roughness of the surface of the molded product while securing suitable degassing characteristics.
また、例えば筒状成形品を金型で成形する場合には筒状成形品の先端部分にウェルドラインが通常発生し易い。本発明の一態様では、そのようなウェルドラインを効果的に減じるためのより広範な通気領域を金型に設けることが可能となる。 In addition, for example, when a cylindrical molded product is molded by a mold, a weld line is usually easily generated at the tip of the cylindrical molded product. According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a mold with a wider ventilation area for effectively reducing such a weld line.
以下では、図面を参照して本発明の一実施形態をより詳細に説明する。図面における各種要素の形態および寸法は、あくまでも例示にすぎず、実際の形態および寸法を反映するものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The shapes and dimensions of various elements in the drawings are merely examples, and do not reflect actual shapes and dimensions.
本明細書において「粉末層」とは、例えば「金属粉末から成る金属粉末層」または「樹脂粉末から成る樹脂粉末層」を意味している。また「粉末層の所定箇所」とは、製造される三次元形状造形物の領域を実質的に指している。従って、かかる所定箇所に存在する粉末に対して光ビームを照射することによって、その粉末が焼結又は溶融固化して三次元形状造形物を構成することになる。更に「固化層」とは、粉末層が金属粉末層である場合には「焼結層」を意味し、粉末層が樹脂粉末層である場合には「硬化層」を意味している。ちなみに、本発明の一態様に用いる金属粉末は、鉄系粉末を主成分とした粉末であって、場合によってニッケル粉末、ニッケル系合金粉末、銅粉末、銅系合金粉末および黒鉛粉末などから成る群から選択される少なくとも1種類を更に含んで成る粉末であってよい。 In the present specification, the “powder layer” means, for example, a “metal powder layer made of metal powder” or a “resin powder layer made of resin powder”. The “predetermined portion of the powder layer” substantially indicates a region of the three-dimensionally shaped object to be manufactured. Therefore, by irradiating the light beam on the powder present at such a predetermined location, the powder is sintered or melt-solidified to form a three-dimensionally shaped object. Further, the “solidified layer” means a “sintered layer” when the powder layer is a metal powder layer and a “hardened layer” when the powder layer is a resin powder layer. Note that the metal powder used in one embodiment of the present invention is a powder mainly containing an iron-based powder, and in some cases, a group including a nickel powder, a nickel-based alloy powder, a copper powder, a copper-based alloy powder, and a graphite powder. The powder may further comprise at least one selected from the group consisting of:
本明細書で直接的または間接的に説明される“上下”の方向は、三次元形状造形物の製造時における造形プレートと三次元形状造形物との位置関係に基づいている。具体的には、造形プレートを基準にして三次元形状造形物が製造される側を「上方向」とし、その反対側を「下方向」としている。便宜的には、鉛直方向下向き(すなわち、重力が働く方向)が「下向き」に相当し、その逆向きが「上向き」に相当すると捉えることができる。 The “up and down” directions described directly or indirectly in this specification are based on the positional relationship between the modeling plate and the three-dimensional shaped object at the time of manufacturing the three-dimensional shaped object. Specifically, the side on which the three-dimensionally shaped object is manufactured is referred to as “upward” with respect to the modeling plate, and the opposite side is referred to as “downward”. For convenience, it can be considered that a vertically downward direction (that is, a direction in which gravity acts) corresponds to “downward”, and the opposite direction corresponds to “upward”.
更に本明細書で直接的または間接的に用いる「断面視」は、粉末床溶融結合法を側方からとらえた場合又は水平方向に沿って見た場合の側面視に相当するものであるが、簡易的には固化層の積層方向に平行な面で三次元形状造形物を仮想的に切り取った場合に得られる三次元形状造形物の断面視とみなしてよい。 Further, the `` cross-sectional view '' used directly or indirectly in the present specification is equivalent to a side view when the powder bed fusion bonding method is viewed from the side or viewed along the horizontal direction, For simplicity, it may be regarded as a cross-sectional view of a three-dimensionally shaped object obtained when the three-dimensionally shaped object is virtually cut off on a plane parallel to the lamination direction of the solidified layer.
[粉末床溶融結合法]
まず、本発明の一態様に係る製造方法の前提となる粉末床溶融結合法について説明する。特に粉末床溶融結合法において三次元形状造形物に対して切削処理を付加的に行う光造形複合加工を例として挙げる。図12は、光造形複合加工のプロセス態様を模式的に示している。図13および図14は、粉末床溶融結合法と切削処理とを実施できる光造形複合加工機の主たる構成および動作のフローチャートをそれぞれ示している。[Powder bed fusion bonding method]
First, a powder bed fusion method which is a premise of the production method according to one embodiment of the present invention will be described. In particular, a stereolithography combined machining in which a cutting process is additionally performed on a three-dimensionally shaped object in the powder bed fusion bonding method will be described as an example. FIG. 12 schematically shows a process mode of the optical molding combined processing. FIG. 13 and FIG. 14 respectively show a main configuration and a flowchart of an operation of the laser beam multi-tasking machine capable of performing the powder bed fusion bonding method and the cutting process.
光造形複合加工機1は、図13に示すように、粉末層形成手段2、光ビーム照射手段3および切削手段4を備えている。
As shown in FIG. 13, the
粉末層形成手段2は、金属粉末または樹脂粉末などの粉末を所定厚みで敷くことによって粉末層を形成するための手段である。光ビーム照射手段3は、粉末層の所定箇所に光ビームLを照射するための手段である。切削手段4は、積層化した固化層の側面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るための手段である。
The powder
粉末層形成手段2は、図12に示すように、粉末テーブル25、スキージング・ブレード23、支持テーブル20および造形プレート21を主に有して成る。粉末テーブル25は、外周が壁26で囲まれた粉末材料タンク28内にて上下に昇降できるテーブルである。スキージング・ブレード23は、粉末テーブル25上の粉末19を支持テーブル20上へと供して粉末層22を得るべく水平方向に移動できるブレードである。支持テーブル20は、外周が壁27で囲まれた造形タンク29内にて上下に昇降できるテーブルである。そして、造形プレート21は、支持テーブル20上に配され、三次元形状造形物の土台となるプレートである。
As shown in FIG. 12, the powder
光ビーム照射手段3は、図13に示すように、光ビーム発振器30およびガルバノミラー31を主に有して成る。光ビーム発振器30は、光ビームLを発する機器である。ガルバノミラー31は、発せられた光ビームLを粉末層22にスキャニングする手段、すなわち、光ビームLの走査手段である。
The light beam irradiation means 3 mainly includes a
切削手段4は、図13に示すように、エンドミル40および駆動機構41を主に有して成る。エンドミル40は、積層化した固化層の側面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るための切削工具である。駆動機構41は、エンドミル40を所望の切削すべき箇所へと移動させる手段である。
The cutting means 4 mainly has an
光造形複合加工機1の動作について詳述する。光造形複合加工機1の動作は、図14のフローチャートに示すように、粉末層形成ステップ(S1)、固化層形成ステップ(S2)および切削ステップ(S3)から構成されている。粉末層形成ステップ(S1)は、粉末層22を形成するためのステップである。かかる粉末層形成ステップ(S1)では、まず支持テーブル20をΔt下げ(S11)、造形プレート21の上面と造形タンク29の上端面とのレベル差がΔtとなるようにする。次いで、粉末テーブル25をΔt上げた後、図12(a)に示すようにスキージング・ブレード23を粉末材料タンク28から造形タンク29に向かって水平方向に移動させる。これによって、粉末テーブル25に配されていた粉末19を造形プレート21上へと移送させることができ(S12)、粉末層22の形成が行われる(S13)。粉末層22を形成するための粉末材料としては、例えば「平均粒径5μm〜100μm程度の金属粉末」および「平均粒径30μm〜100μm程度のナイロン、ポリプロピレンまたはABS等の樹脂粉末」を挙げることができる。粉末層22が形成されたら、固化層形成ステップ(S2)へと移行する。固化層形成ステップ(S2)は、光ビーム照射によって固化層24を形成するステップである。かかる固化層形成ステップ(S2)においては、光ビーム発振器30から光ビームLを発し(S21)、ガルバノミラー31によって粉末層22上の所定箇所へと光ビームLをスキャニングする(S22)。これによって、粉末層22の所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させ、図12(b)に示すように固化層24を形成する(S23)。光ビームLとしては、炭酸ガスレーザ、Nd:YAGレーザ、ファイバレーザまたは紫外線などを用いてよい。
The operation of the
粉末層形成ステップ(S1)および固化層形成ステップ(S2)は、交互に繰り返して実施する。これにより、図12(c)に示すように複数の固化層24が積層化する。
The powder layer forming step (S1) and the solidified layer forming step (S2) are performed alternately and repeatedly. As a result, a plurality of solidified
積層化した固化層24が所定厚みに達すると(S24)、切削ステップ(S3)へと移行する。切削ステップ(S3)は、積層化した固化層24の側面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るためのステップである。エンドミル40(図12(c)および図13参照)を駆動させることによって切削ステップが開始される(S31)。例えば、エンドミル40が3mmの有効刃長さを有する場合、三次元形状造形物の高さ方向に沿って3mmの切削処理を行うことができるので、Δtが0.05mmであれば60層分の固化層24が積層した時点でエンドミル40を駆動させる。具体的には駆動機構41によってエンドミル40を移動させながら、積層化した固化層24の側面に対して切削処理を施すことになる(S32)。このような切削ステップ(S3)の最終では、所望の三次元形状造形物が得られているか否かを判断する(S33)。所望の三次元形状造形物が依然得られていない場合では、粉末層形成ステップ(S1)へと戻る。以降、粉末層形成ステップ(S1)〜切削ステップ(S3)を繰り返し実施して更なる固化層の積層化および切削処理を実施することによって、最終的に所望の三次元形状造形物が得られる。
When the laminated solidified
[本発明の製造方法]
本発明の一態様に係る製造方法は、上述した粉末床溶融結合法につき、固化層の形成態様に特徴を有している。特に、固化層形成で得られる三次元形状造形物の表面部分の密度に特徴を持たせている。[Production method of the present invention]
The manufacturing method according to one aspect of the present invention is characterized by the formation of a solidified layer with respect to the powder bed fusion bonding method described above. In particular, a characteristic is given to the density of the surface portion of a three-dimensionally shaped object obtained by forming a solidified layer.
本発明の一態様に係る製造方法では、三次元形状造形物の傾斜面を含む表面部分に三次元形状造形物の密度が局所的に異なる“密度変化領域”を設ける。換言すれば、傾斜面を含む表面部分に沿って三次元形状造形物の密度が変化するような“密度変化領域”を三次元形状造形物に設ける。図1および2に示すように、三次元形状造形物100の製造では、造形物表面110から内部へと厚みを有するように密度変化領域150を形成することになる。
In the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, a “density change region” in which the density of the three-dimensionally shaped object is locally different is provided in a surface portion including the inclined surface of the three-dimensionally shaped object. In other words, a “density change region” is provided in the three-dimensionally shaped object such that the density of the three-dimensionally shaped object changes along the surface portion including the inclined surface. As shown in FIGS. 1 and 2, in manufacturing the three-dimensionally shaped
特に、本発明の一態様に係る製造方法では、「傾斜面を含む表面部分の造形物表面が固化層の積層方向と成す角度(以下では単に「表面角度」とも称する)」に応じて密度変化領域150の密度を局所的に異ならせる。端的にいえば、密度変化領域150では造形物表面110の表面角度に応じて密度を局所的に異ならせる。これは、傾斜面を有する三次元形状造形物100が製造される場合、その造形物の表面角度に応じて三次元形状造形物の密度が変わるように固化層形成を行うことを意味している。図1に示す態様では、傾斜面を含む造形物表面110の表面角度(例えば、図示するようなθA,θB,θC)に応じ、その対象の表面近傍領域(150A,150B,150C)のそれぞれの密度が互いに異なるようにする。同様にして、図2に示す態様では、傾斜面を含む造形物表面110の表面角度(例えば、図示するようなθa,θb,θc,θd,θe)に応じ、その対象の表面近傍領域(150a,150b,150c,150d,150e)のそれぞれの密度が互いに異なるようにする。図1および図2から分かるように、本発明において「傾斜面を含む表面部分における表面が固化層の積層方向と成す角度」(すなわち、“表面角度”)とは、造形物表面と固化層の積層方向とが成す角度のうち特には鋭角を成す側の角度を指している。なお、後述でも触れるが、本発明の一態様では、三次元形状造形物の最表面を含んだ表面部分が、その最表面の断面輪郭に沿って漸次変わる密度を有するように三次元形状造形物の製造を行うことが好ましい。In particular, in the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, the density change in accordance with “the angle formed by the surface of the modeled object including the inclined surface and the stacking direction of the solidified layer (hereinafter, also simply referred to as“ surface angle ”)” The density of the
本明細書にて「三次元形状造形物の傾斜面を含む表面部分」とは、図1および図2に示すような三次元形状造形物の断面視にて、三次元形状造形物の表面が固化層の積層方向と成す角度(すなわち、“表面角度”)が一定となっていない造形物の表面部分を実質的に意味している。また、本明細書にて「三次元形状造形物の密度が局所的に異なる密度変化領域を三次元形状造形物の傾斜面を含む表面部分に設ける」といった表現は、広義には、局所領域ごとに密度の異なる密度変化領域を傾斜面を含む造形物の表面部分に設けることを意味している。狭義には、かかる表現は、図示するような三次元形状造形物の断面視で捉えた場合、三次元形状造形物の表面角度の大きさに応じて密度が局所的に異なる密度変化領域を造形物表面から厚みをもって設けることを意味している。このような説明から分かるように、本明細書でいう「傾斜面」とは、三次元形状造形物の断面視にて、積層方向に対して成す角度が一定となっていない造形物表面のことを指しており、特に好適にはかかる角度が、その対象となる造形物表面に沿って漸次的に変わるようになっている表面態様を指している。なお、このような傾斜面は、例えば図1で例示されるような“非滑面”または“複数のサブ平面”の形態を有していてよく、あるいは、例えば図2で例示されるような“滑面”または“曲面”の形態を有していてもよい。 In the present specification, the “surface portion including the inclined surface of the three-dimensionally shaped object” refers to the surface of the three-dimensionally shaped object as viewed in cross section of the three-dimensionally shaped object as shown in FIGS. 1 and 2. It substantially means the surface portion of the modeled object in which the angle (that is, the “surface angle”) formed with the lamination direction of the solidified layer is not constant. In this specification, the expression "providing a density change region where the density of the three-dimensionally shaped object is locally different on the surface portion including the inclined surface of the three-dimensionally shaped object" is broadly defined for each local region. Means that density change regions having different densities are provided on the surface portion of the modeled object including the inclined surface. In a narrow sense, such an expression forms a density change region in which the density varies locally depending on the magnitude of the surface angle of the three-dimensionally shaped object when viewed in a sectional view of the three-dimensionally shaped object as illustrated. It means that it is provided with a thickness from the object surface. As can be understood from such a description, the term “inclined surface” as used in the present specification refers to a surface of a three-dimensionally shaped object where the angle formed with respect to the stacking direction is not constant in a cross-sectional view. And particularly preferably such a surface aspect in which the angle changes progressively along the surface of the object in question. It should be noted that such an inclined surface may have, for example, the form of “non-smooth surface” or “plurality of sub-planes” as illustrated in FIG. 1, or as illustrated in FIG. It may have the form of a “smooth surface” or a “curved surface”.
また、本明細書で用いる「密度変化領域では、傾斜面を含む表面部分における表面が固化層の積層方向と成す角度に応じ密度を局所的に異ならせる」といった表現は、密度変化領域における局所的な密度変化と、三次元形状造形物の表面傾斜の程度とが互いに相関関係を有することを意味している。換言すれば、三次元形状造形物の表面角度の大きさに応じた密度を、その表面角度を成す表面部分が有することになるといえる。 Further, the expression such as “in the density change region, the surface in the surface portion including the inclined surface locally varies the density according to the angle formed by the solidification layer stacking direction” is used in the density change region in the density change region. This means that the density change and the degree of the surface inclination of the three-dimensionally shaped object have a correlation with each other. In other words, it can be said that the surface portion forming the surface angle has a density corresponding to the magnitude of the surface angle of the three-dimensionally shaped object.
図1および図2の三次元形状造形物の断面視を参照して表面角度の大きさについて詳述する。三次元形状造形物を構成する固化層の積層方向に対して三次元形状造形物の表面が成す角度がより小さい場合(すなわち、表面角度が小さい場合)、造形物表面が相対的に急峻な面を成すようになり、表面傾斜の程度がより大きなものとなる。端的にいえば、かかる場合は傾斜度合がより大きいといえる。一方、三次元形状造形物を構成する固化層の積層方向に対して三次元形状造形物の表面が成す角度がより大きい場合(すなわち、表面角度が大きい場合)、造形物表面が相対的に非急峻な面を成すようになり、表面傾斜の程度がより小さなものとなる。端的にいえば、かかる場合は傾斜度合がより小さいといえる。なお、図2に示すように、三次元形状造形物の傾斜面が曲線状の場合では、断面視で造形物表面を通る接線を「仮想表面」として用いてよい。つまり、かかる“仮想表面”と“固化層の積層方向”とが成す角度を上記の表面角度として用いてよい。 The magnitude of the surface angle will be described in detail with reference to the cross-sectional views of the three-dimensionally shaped object shown in FIGS. 1 and 2. When the angle formed by the surface of the three-dimensionally shaped object with respect to the lamination direction of the solidified layer constituting the three-dimensionally shaped object is smaller (that is, when the surface angle is small), the surface of the three-dimensionally shaped object is relatively steep. , And the degree of surface inclination becomes larger. In short, in such a case, it can be said that the degree of inclination is larger. On the other hand, when the angle formed by the surface of the three-dimensionally shaped object with respect to the stacking direction of the solidified layers constituting the three-dimensionally shaped object is larger (that is, when the surface angle is large), the surface of the three-dimensionally shaped object is relatively non- The surface becomes steep, and the degree of surface inclination becomes smaller. In short, in such a case, it can be said that the degree of inclination is smaller. In addition, as shown in FIG. 2, when the inclined surface of the three-dimensionally shaped object is curved, a tangent passing through the surface of the object in cross-sectional view may be used as the “virtual surface”. That is, the angle formed by the “virtual surface” and the “solidification layer stacking direction” may be used as the surface angle.
本発明の一態様に係る製造方法において、密度変化領域150は、密度変化を有するものの、全体として低密度領域として設けることが好ましい。あくまでも例示にすぎないが、密度変化領域150を40〜90%の固化密度を有する低密度領域として設けてよい。かかる場合、密度変化領域150以外の領域(例えば図1および図2に示すような密度変化領域よりも内部側に位置する領域155)は、高密度領域(91〜100%の固化密度を有する領域)として設けてよい。換言すれば、密度変化領域150が全体として固化密度40〜90%の低密度領域を成しつつも、その低密度領域内の密度が表面角度の大きさにしたがって漸次変わるように三次元形状造形物の製造を行うことが好ましい。このような密度変化領域150を備える三次元形状造形物は、金型としてより好適に用いることができる。具体的には、本発明の一態様に係る製造方法で得られる三次元形状造形物を金型として用いた場合、密度変化領域150を“通気領域”として利用でき、後述するようにガス抜き特性と高品位の転写特性との双方が好適にもたらされ得る。
In the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, the
上記説明から分かるように、本発明における「密度変化領域」は、少なくとも当該領域内で密度が1つ又はそれ以上異なっている領域のことを指している。かかる密度変化領域は、そのように当該領域内で互いに異なる密度を有しつつも、当該領域における密度がそれ以外の領域における密度と異なっていてもよい。これにつき、密度変化領域は、当該領域以外の領域よりも密度が低い低密度領域を成していてよい。かかる場合、密度変化領域内で表面角度が大きくて相対的に高い密度を有する箇所というのは、巨視的な観点でとらえれば当該密度変化領域以外の領域よりも低い密度を有し得る。 As can be seen from the above description, the “density change region” in the present invention indicates a region in which at least one or more densities are different within the region. Such a density change region may have different densities in the region as described above, but the density in the region may be different from the density in other regions. In this regard, the density change region may form a low-density region having a lower density than a region other than the region. In such a case, a portion having a relatively high density with a large surface angle in the density change region may have a lower density than a region other than the density change region from a macroscopic viewpoint.
特に、本発明の一態様では、“傾斜面”を含む表面部分に設けられる通気領域であっても、ウェルドラインの発生と成形品の表面粗さとの双方をより効果的に減じることができる。これについて詳述する。例えば図3に示すような微細孔形状から成る通気領域を想定してみる。図示する態様から分かるように、“傾斜面”をともなう通気領域では表面角度の大きさに依って微細孔の表面開口が異なり、それに起因して、ウェルドラインの発生および成形品表面の粗さが影響を受けることになる。例えば、「造形物表面と固化層の積層方向とが成す角度」が小さい場合を想定する。かかる場合では、微細孔の表面開口がより大きいので(図3参照)、ガス抜き効率が高くウェルドライン発生を減じることができるものの、大きい表面開口に起因して成形品表面が粗くなりやすい(微細孔のより大きい表面開口は原料樹脂がその開口を介して微細孔に入り込み易いからである)。それとは逆に、「造形物表面と固化層の積層方向とが成す角度」が大きい場合を想定する。かかる場合では微細孔の表面開口がより小さいので(図3参照)、成形品表面の粗さを減じることができるものの、小さい表面開口に起因してガス抜き効率が低下し得る(微細孔のより小さい表面開口はガス通過時の抵抗がより大きいからである)。この点、本発明の一態様では、表面角度の大きさに応じて密度が局所的に変わる通気領域を設けることができ、“表面開口の大きさ”がガス抜き効率向と成形品表面の粗さ低減との双方に鑑みたものにすることができる。 In particular, in one embodiment of the present invention, even in a ventilation region provided on a surface portion including an “inclined surface”, both generation of a weld line and surface roughness of a molded product can be more effectively reduced. This will be described in detail. For example, let us assume a ventilation region having a fine hole shape as shown in FIG. As can be seen from the embodiment shown in the drawing, the surface openings of the micropores differ depending on the size of the surface angle in the ventilation region having an “inclined surface”. As a result, the occurrence of weld lines and the roughness of the molded product surface are reduced. You will be affected. For example, it is assumed that the “angle formed between the surface of the modeled object and the stacking direction of the solidified layer” is small. In such a case, since the surface opening of the fine holes is larger (see FIG. 3), the outgassing efficiency is high and the occurrence of weld lines can be reduced, but the surface of the molded article tends to be rough due to the large surface opening (fineness). The reason is that the raw material resin easily enters the micropores through the openings in the larger surface openings of the holes). Conversely, it is assumed that the “angle formed between the surface of the modeled object and the direction of lamination of the solidified layer” is large. In such a case, since the surface opening of the micropores is smaller (see FIG. 3), the roughness of the surface of the molded article can be reduced, but the gas venting efficiency can be reduced due to the small surface openings (see FIG. 3). Small surface openings have greater resistance to gas passage). In this regard, in one aspect of the present invention, a ventilation area whose density locally changes according to the magnitude of the surface angle can be provided. It is possible to take into account both the reduction in size and the size.
ある好適な態様において、密度変化領域内では表面角度が小さくなるほど密度を相対的に高くする。つまり、表面角度が相対的に小さくなる局所的な表面部分では、三次元形状造形物の密度を相対的に高くする。これにより、表面角度が小さく一般的には成形品表面の粗さが懸念される局所部分であっても、かかる粗さを抑制することができる。特定の理論に拘束されるわけではないが、三次元形状造形物の密度が大きいほど傾斜面における微細孔の表面開口をより小さくできるからであると推測される。図1に示す態様に基づいて例示すれば、密度変化領域150のうち表面角度が相対的に小さい局所部分150Cを、表面角度が相対的に大きい局所部分150Aよりも密度を高くしてよい。また、図2に示す態様に基づいて例示すれば、密度変化領域150のうち例えば表面角度が相対的に小さい局所部分150dまたは150eを、表面角度が相対的に大きい局所部分150bまたは150aなどよりも密度を高くしてよい。このようにすることによって、表面角度が相対的に小さい局所部分(端的にいえば、傾斜度合がより大きい箇所)における微細孔の表面開口サイズは大きくなり過ぎなくて済み、成形時に原料樹脂が微細孔に入り難くなって成形品表面の粗さが低減され得る。
In a preferred embodiment, the density increases relatively as the surface angle decreases in the density change region. That is, at a local surface portion where the surface angle becomes relatively small, the density of the three-dimensionally shaped object is relatively increased. Thereby, even in a local portion where the surface angle is small and the roughness of the molded product surface is generally concerned, such roughness can be suppressed. Without being bound by a particular theory, it is presumed that the higher the density of the three-dimensionally shaped object, the smaller the surface opening of the micropores on the inclined surface can be. By way of example based on the aspect shown in FIG. 1, the local portion 150C having a relatively small surface angle in the
本発明の一態様に係る製造方法では、密度変化領域における密度を傾斜面を含む表面部分に沿って漸次的に異ならせてよい。換言すれば、表面角度に応じた密度変化を“漸次的変化”としてよい。これは表面角度が小さくなるほど又は大きくなるほど密度変化領域の局所部分の密度を段階的に変えることを意味している。端的にいえば、表面傾斜の程度が大きくなるほど又は小さくなるほど密度変化領域の局所部分の密度を段階的に変えることを意味している。図1に示す態様に基づいて例示すると、表面角度が相対的に小さくなっていく局所部分150A→150B→150Cに伴って、かかる部分の密度を漸次高くなるようにしてよい。また、図2に示す態様も同様であって、表面角度が相対的に小さくなる局所部分150a→150b→150c→150d→150eに伴って、かかる部分の密度を漸次高くなるようにしてよい。これにより、通気領域全体としてガス抜き効率向上と成形品表面の粗さ低減との双方の好適化をより図りやすくなる。詳述すると、ガス抜き効率向上は、密度が相対的に低い部分でガス抜き時の抵抗がより低くなっていることによって主にもたらされ得る。一方、成形品表面の粗さ低減は、本来なら表面角度が小さく成形品表面の粗さが懸念される部分が相対的に高い密度となることによって主にもたらされ得る。相対的に高い密度を有する部分は、樹脂が入り込む空隙自体がより少なく、それゆえに成形品表面の粗さ低減に寄与するからである。
In the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, the density in the density change region may be gradually changed along the surface portion including the inclined surface. In other words, the change in density according to the surface angle may be referred to as “gradual change”. This means that as the surface angle decreases or increases, the density of the local portion of the density change region changes stepwise. In short, it means that the density of the local portion of the density change region is changed stepwise as the degree of the surface inclination increases or decreases. By way of example based on the embodiment shown in FIG. 1, the density of such a portion may be gradually increased with the
なお、固化層の積層方向と造形物表面と成す角度が実質的に0°となる領域は、例えば91〜100%の固化密度を有する高密度領域としてよい。図1および図2に示す態様でいえば“151”の表面領域を高密度領域として形成してよい。三次元形状造形物を金型として用いる場合、固化層の積層方向と造形物表面と成す角度が実質的に0°となる領域は、ウェルドライン発生があまり懸念されない領域となるゆえ、その領域を三次元形状造形物の構造強度の向上に活用できるからである。つまり、金型にとって必要な強度を確保しつつも、ガス抜き効率向上と成形品表面の粗さ低減との双方の好適化を図ることができる。なお、図1および図2から分かるように、「表面角度が実質的に0°の領域を高密度領域とする態様」は、三次元形状造形物の水平方向における最外側領域(または傾斜面部分に対してより内側となる周縁領域)の少なくとも一部を“通気不可な高密度領域”とする態様に相当し得る。 In addition, the region where the angle between the stacking direction of the solidified layer and the surface of the modeled object is substantially 0 ° may be, for example, a high-density region having a solidification density of 91 to 100%. 1 and 2, the surface area of “151” may be formed as a high-density area. When a three-dimensionally shaped object is used as a mold, a region where the stacking direction of the solidified layer and the angle between the surface of the formed object is substantially 0 ° is a region in which weld lines are less likely to be generated. This is because it can be used to improve the structural strength of the three-dimensionally shaped object. In other words, it is possible to achieve both improvement of the degassing efficiency and reduction of the roughness of the molded product surface while securing the strength required for the mold. As can be seen from FIGS. 1 and 2, the “mode in which the region where the surface angle is substantially 0 ° is the high-density region” is the outermost region (or the inclined surface portion) in the horizontal direction of the three-dimensional structure. At least a part of the peripheral region that is more inside with respect to the "high-density region through which air cannot pass".
ある好適な態様では、密度変化領域を微細孔構造とする。つまり、本発明の一態様に係る製造方法においては、微細孔を形成して三次元形状造形物の“密度変化領域”としてよい。微細孔は三次元形状造形物で空隙を成すので、三次元形状造形物を金型として用いた場合、その微細孔が通気孔となり、ガス抜きに寄与し得る。本明細書における「微細孔」は、その平均孔サイズがミクロンオーダーとなるような孔のことを指しており、例えば、10〜150μm程度の平均孔サイズ(三次元形状造形物の断面画像に基づく平均孔サイズ)を有している。 In a preferred embodiment, the density change region has a microporous structure. That is, in the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, fine holes may be formed to serve as a “density change region” of the three-dimensional structure. Since the micropores form voids in the three-dimensionally shaped object, when the three-dimensionally shaped object is used as a mold, the micropores serve as vents and can contribute to gas release. The term “micropores” in the present specification refers to pores having an average pore size on the order of microns, for example, an average pore size of about 10 to 150 μm (based on a cross-sectional image of a three-dimensionally shaped object. Average pore size).
微細孔構造は、固化層形成時に粉末領域に対して照射する光ビームの照射エネルギーを相対的に低くすることによって得ることができる。例えば、微細孔構造を有さない三次元形状造形物の領域、すなわち、高密度領域(例えば固化密度91〜100%)は、照射エネルギー密度Eが8〜15J/mm2程度の光ビームでもって形成するのに対して、微細孔構造を有する密度変化領域(例えば固化密度40〜90%)では、照射エネルギー密度Eが約1〜7J/mm2の光ビームで形成してよい。なお、エネルギー密度E=レーザ出力(W)/(走査速度(mm/s)×走査ピッチ(mm)である(製造条件は例えば、粉末の積層厚さ:0.05mm、レーザの種類:CO2(炭酸ガス)レーザ、スポット径:0.5mmである)。照射エネルギーの上記数値範囲は、あくまでも例示であって、粉末材料の種類に依存し得る。それゆえ、微細孔構造を形成するための照射エネルギー密度Eの値は、粉末層を成す粉末材料の種類によって適宜変更され得るものであることに留意されたい。The microporous structure can be obtained by relatively lowering the irradiation energy of the light beam irradiating the powder region when the solidified layer is formed. For example, a region of a three-dimensionally shaped object having no micropore structure, that is, a high-density region (for example, a solidification density of 91 to 100%) is irradiated with a light beam having an irradiation energy density E of about 8 to 15 J / mm 2. On the other hand, in a density change region having a micropore structure (for example, a solidification density of 40 to 90%), a light beam having an irradiation energy density E of about 1 to 7 J / mm 2 may be used. In addition, energy density E = laser output (W) / (scanning speed (mm / s) × scanning pitch (mm)) (manufacturing conditions are, for example, powder lamination thickness: 0.05 mm, laser type: CO 2 (Carbon dioxide gas laser, spot diameter: 0.5 mm) The above numerical range of the irradiation energy is only an example, and may depend on the type of the powder material. It should be noted that the value of the irradiation energy density E can be appropriately changed depending on the type of the powder material forming the powder layer.
本明細書にいう「固化密度(%)」とは、三次元形状造形物の断面写真を画像処理することによって求める固化断面密度(固化材料の占有率)を実質的に意味している。使用する画像処理ソフトはScion Image ver. 4.0.2(Scion社製のフリーウェア)であって、断面画像を固化部(白)と空孔部(黒)とに二値化した後、画像の全画素数Pxallおよび固化部(白)の画素数Pxwhiteをカウントすることで、以下の式1により固化断面密度ρSを求めることができる。尚、粉末材料として金属粉末を用いる場合、「固化密度」は「焼結密度」に相当する。
[式1]
The “solidification density (%)” in the present specification substantially means a solidification cross-sectional density (an occupation ratio of a solidification material) obtained by performing image processing on a cross-sectional photograph of a three-dimensionally shaped object. The image processing software used is Scion Image ver. 4.0.2 (freeware manufactured by Scion). After binarizing the cross-sectional image into a solidified part (white) and a void part (black), the image by counting the number of pixels Px white of all pixels number Px all and solidification portion (white), it is possible to obtain a solidified sectional density [rho S by
[Equation 1]
微細孔構造の形成は、(a)光ビームの照射エネルギー(出力エネルギー)を調整することの他に、(b)光ビームの走査速度の調整、(c)光ビームの走査ピッチの調整、(d)光ビームの集光径の調整などによっても行うことができる。例えば、固化密度を下げるためには、(a)光ビームの照射エネルギー(出力エネルギー)を下げることの他に、(b)光ビームの走査速度を上げる、(c)光ビームの走査ピッチを拡げる、(d)光ビームの集光径を大きくすることによっても達成できる。逆に、固化密度を上げるためには、(a)光ビームの出力エネルギーを上げることの他に、(b)光ビームの走査速度を下げる、(c)光ビームの走査ピッチを狭くする、(d)光ビームの集光径を小さくすることによっても達成できる。これら(a)〜(d)は、単独で行ってもよいものの、相互に種々に組み合わせて行ってもよい。 The formation of the microporous structure includes (a) adjusting the irradiation energy (output energy) of the light beam, (b) adjusting the scanning speed of the light beam, (c) adjusting the scanning pitch of the light beam, d) It can also be performed by adjusting the condensing diameter of the light beam. For example, to lower the solidification density, (a) reduce the irradiation energy (output energy) of the light beam, (b) increase the scanning speed of the light beam, and (c) increase the scanning pitch of the light beam. (D) It can also be achieved by increasing the converging diameter of the light beam. Conversely, in order to increase the solidification density, in addition to (a) increasing the output energy of the light beam, (b) reducing the scanning speed of the light beam, (c) narrowing the scanning pitch of the light beam, d) It can also be achieved by reducing the focused diameter of the light beam. These (a) to (d) may be performed alone, or may be performed in various combinations with each other.
微細孔構造によって、三次元形状造形物には微細孔がもたらされる。かかる微細孔は“列状微細孔”であることが望ましい。つまり、本発明の一態様に係る製造方法では、微細孔構造157のために、空隙が列状を成す列状微細孔158を形成することが望ましい(図4参照)。列状微細孔158は、図4に示すように、固化層の積層方向に沿って列状に空隙が延在する形態を有し得る。列状微細孔158が設けられた密度変化領域の局所部分では、列状に空隙が継ぎ目を減じた状態または継ぎ目が無い状態で連続しているので、ガス抜き時の抵抗がより減じられ、“ガス抜き効率”の向上を図り易くなる。なお、微細孔はランダムな孔であってもよい。つまり、微細孔157として、空隙がランダムに分布するランダム微細孔159を設けてもよい(図4参照)。ランダム微細孔159は、図4に示すように空隙がランダムとなっているので、いずれの方向からもガスを抜くことができ、ガス抜き方向の異方性が減じられる。その一方で、ランダム微細孔159は、原料樹脂がその孔に入り込み難いといった特性を呈し得る(特定の理論に拘束されるわけではないが、これは、かかる微細孔がランダムゆえに長く延在するものでなく空隙自体が小さくなっていることに起因するものと考えられる。個々に小さい空隙がランダムに存在するため樹脂が入り込む際の抵抗が大きくなっているともいえる)。したがって、ランダム微細孔159は、成形品表面の粗さ防止に寄与し得る。
The micropore structure provides the three-dimensional shaped object with micropores. Such micropores are preferably "row-shaped micropores". That is, in the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, it is preferable to form the row-shaped
なお、図4に示した形態から分かるように、本発明において列状微細孔158およびランダム微細孔159を備えた構造は、それぞれ“縦孔連通構造”および“微細孔ランダム配置構造”と称すこともできる。
As can be seen from the embodiment shown in FIG. 4, the structures provided with the row-shaped
列状微細孔158およびランダム微細孔159は、固化層形成時における光ビームの種々の走査条件および/または照射エネルギー条件などを適宜調整することで得ることができる。特に限定されるわけではないが、列状微細孔158は、積層方向で互いに隣接する固化層の形成につき、光ビームの走査パスPを固化層間で交差させることで得ることができる(図4最下図参照)。このような“走査パスの交差”の態様は、隣接する固化層間で走査パスPが“格子”を成すように光ビーム照射を行う態様に相当する。一方、ランダム微細孔159は、列状微細孔形成条件に対して相対的にレーザ走査ピッチを狭くし、走査速度を高くすることにより照射エネルギー密度を低くすることで得ることができる。
The row-shaped
上述したように、ランダム微細孔159を備えた構造では原料樹脂が微細孔に入り込み難いので、その特性を活かすように密度変化領域を形成してよい。具体的には、表面角度が小さい箇所にランダム微細孔を形成してよい。これにより、表面角度が小さくて一般的には成形品表面の粗さが懸念される領域であっても、かかる粗さを“ランダム微細孔”でもって効果的に抑制できる。図1に示す態様で例示すれば、密度変化領域150のうち例えば表面角度が相対的に小さい局所部分150Cにランダム微細孔を設けてよい。また、図2に示す態様で例示すれば、密度変化領域150のうち例えば表面角度が相対的に小さい局所部分150eおよび/または150dなどにランダム微細孔を設けてよい。より具体的な態様を1つ例示しておくと、表面角度が相対的に小さい表面部分にランダム微細孔を設ける一方、表面角度が相対的に大きい表面部分に列状微細孔を設けてよい。これによって、表面角度が小さく一般的には成形品表面の粗さが懸念される局所部分であっても当該粗さを抑制することができ、その一方で、表面角度が大きい箇所に設けられたガス抜き時抵抗の低い列状微細孔でもって所望のガス抜きを達成することができる。
As described above, in the structure having the random fine holes 159, the raw material resin is unlikely to enter the fine holes, so that the density change region may be formed to take advantage of the characteristics. Specifically, random micropores may be formed at locations where the surface angle is small. Thereby, even in a region where the surface angle is small and the surface roughness of the molded product is generally concerned, such roughness can be effectively suppressed by “random micropores”. In the example shown in FIG. 1, random fine holes may be provided in a local portion 150C having a relatively small surface angle in the
ある好適な態様では、三次元形状造形物の外部へと連通する中空路を三次元形状造形物の内部に設ける。つまり、本発明の一態様に係る製造方法において、外部と流体連通状態となる中空路を形成することが好ましい。三次元形状造形物を金型として用いる場合、かかる中空路は通気路として用いたり、あるいは、温調媒体路として用いてよい。本発明の一態様に係る製造方法では、中空路は、固化層が形成される領域の一部を光ビームを照射しない非照射部とすることによって形成できる。つまり、“光ビームを照射せず固化させない非照射部”を固化層形成の領域内(即ち、三次元形状造形物が形成される領域)に局所的に設けることによって、最終的に得られる三次元形状造形物に中空路を形成できる。 In a preferred embodiment, a hollow passage communicating with the outside of the three-dimensionally shaped object is provided inside the three-dimensionally shaped object. That is, in the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, it is preferable to form a hollow path that is in fluid communication with the outside. When a three-dimensionally shaped object is used as a mold, such a hollow path may be used as a ventilation path or as a temperature control medium path. In the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, the hollow path can be formed by setting a part of the region where the solidified layer is formed to be a non-irradiated portion that is not irradiated with a light beam. That is, by locally providing the “non-irradiated portion that is not irradiated with the light beam and does not solidify” in the region where the solidified layer is formed (that is, the region where the three-dimensionally shaped object is formed), the finally obtained third order is obtained. A hollow path can be formed in the original shaped object.
中空路160を通気路として用いる場合、中空路160と微細孔構造157とを互いに流体連通状態で設けることが好ましい(図5参照)。これにより、三次元形状造形物100を金型として用いた場合における“ガス抜き”を、微細孔構造157と中空路160とを介して行うことができる。溶融原料の充填時に金型キャビティ空間に存在するガス又は溶融原料から発生するガスは、金型表面の微細孔構造157(すなわち、微細孔)から金型キャビティ空間外へと排出された後、中空路160を介して、金型外部へと最終的に排出されることになる。中空路160は、微細孔構造157の微細孔と比べて大サイズゆえ、ガス抜き時の流体抵抗を低減でき、“ガス抜き効率”の向上を図りやすくなる。
When the
“通気路”として用いる中空路は、密度変化領域に全体的に及ぶように延在させてよい(例えば、密度変化領域において密度が互いに異なる局所部分の全てを通過するように中空路を延在させてよい)。図5に示すように、中空路160の少なくとも一部を三次元形状造形物の傾斜面に沿って延在させてもよい。つまり、中空路160の少なくとも一部を「傾斜面を含む表面部分の造形物表面110」に沿って延在させてもよい。かかる場合、密度変化領域150の微細孔構造157と中空路160との連通状態をより取りやすくなり、ガス抜き時の流体抵抗をより効果的に減じることができる。なお、図5に示す断面視の形態から分かるように、中空路160の延在は、微細孔構造157を貫通又は横断するようになっていてよい(好ましくは、中空路160の延在は、傾斜面に沿いつつも微細孔構造157を貫通又は横断するようになっていてよい)。例えば、図示するような断面視において、中空路160の少なくとも一部と「傾斜面を含む表面部分の造形物表面110」との最短離隔距離が実質的に一定となるように、中空路160を延在させてよい。
Hollow passages used as "vents" may extend entirely over the density change region (e.g., extend through all local portions of the density change region with different densities). May be allowed). As shown in FIG. 5, at least a part of the
図6に示すように、通気路として用いる中空路160には、その一部に「ランダム微細孔から成る固化部159’」を介在又は含ませてもよい。ランダム微細孔はいずれの方向のガス流れも通過させることができる。したがって、そのようなランダム微細孔を中空路に局所的に配置することによって、流通可能状態を確保しながらも、中空路を備えた三次元形状造形物の構造強度を向上させることが可能となる。
As shown in FIG. 6, the
本発明の一態様に係る製造方法は、傾斜面の表面を有する三次元形状造形物(例えば傾斜面の表面を有する金型など)の製造に好適に用いられる。あくまでも1つの例示にすぎないが、本発明の一態様に係る製造方法では、「内面と外面とを有する成形品」を得るための金型を三次元形状造形物として製造してよい。あくまでも一例であるが、例えば筒状成形品のための金型を製造してよい。より具体的には、図7に示すような筒状成形品200を成形するための金型300(図8参照)を得るために、三次元形状造形物を製造してよい。本明細書でいう「筒状成形品」とは、全体外観が“筒形状”を有し、一方の端部が開口端を成し、他方の端部が閉鎖端を成す成形品のことを指している。
The manufacturing method according to one embodiment of the present invention is suitably used for manufacturing a three-dimensional shaped object having an inclined surface (for example, a mold having an inclined surface). Although it is only one example, in the manufacturing method according to one embodiment of the present invention, a mold for obtaining a “molded article having an inner surface and an outer surface” may be manufactured as a three-dimensional shaped object. For example only, a mold for a cylindrical molded product may be manufactured. More specifically, in order to obtain a mold 300 (see FIG. 8) for molding the cylindrical molded
本発明において特に金型は、成形品の内面用金型(すなわち、成形品の内面のための金型)であってよい。図8に示すような金型300でいえば、それは筒状成形品の内面を得るための内面用金型に相当している。かかる内面用金型はスライドコアであってよい。 In the present invention, in particular, the mold may be a mold for the inner surface of a molded article (that is, a mold for the inner surface of a molded article). In the case of a mold 300 as shown in FIG. 8, it corresponds to an inner surface mold for obtaining the inner surface of a cylindrical molded product. Such an inner surface mold may be a slide core.
“内面用金型”としての金型300の場合、成形品の内面のためのキャビティ表面部分(特に傾斜面を含む表面部分)に密度変化領域を設けてよい。好ましい一例としては、内面用金型の先端部分350を三次元形状造形物として供してよく、最先端面355の領域を密度変化領域としてよい(図8参照)。筒状成形品200などの「内面と外面とを有する成形品」の先端部分(特に閉鎖端の内側部分)には通常ウェルドラインが発生し易いところ、そのようなウェルドラインを減じるべく“傾斜面形態”の通気領域をより広範に金型に設けることができる。つまり、本発明の一態様では、ウェルドラインが特に発生し易い金型キャビティ面領域に対してより広範に通気領域を設けることができ、ウェルドライン発生と成形品の表面粗さとの双方を減じることができる。
In the case of the mold 300 as an “inner mold”, a density change region may be provided in a cavity surface portion (particularly, a surface portion including an inclined surface) for an inner surface of a molded product. As a preferable example, the tip portion 350 of the inner surface mold may be provided as a three-dimensionally shaped object, and the region of the
[本発明の三次元形状造形物]
本発明の一態様に係る三次元形状造形物は、上述の製造方法で得られる。従って、本発明の一態様に係る三次元形状造形物は、粉末層に対する光ビーム照射で形成される固化層が積層して構成されたものであり、傾斜面(すなわち、傾斜形態の最表面)を有して成る。特に、本発明の一態様に係る三次元形状造形物100は、密度が局所的に異なる“密度変化領域”150が傾斜面を含む表面部分の造形物表面110に設けられており、かかる密度変化領域150における密度が「傾斜面を含む表面部分の造形物表面110が固化層の積層方向と成す角度」に応じ局所的に異なっている(図1および図2参照)。換言すれば、三次元形状造形物は、造形物表面に沿って密度が変化する密度変化領域を含んでいるところ、かかる領域が造形物の表面傾斜の程度に応じた密度変化を有している。[Three-dimensional shaped object of the present invention]
A three-dimensional molded object according to one embodiment of the present invention is obtained by the above-described manufacturing method. Therefore, the three-dimensional molded object according to one embodiment of the present invention is formed by stacking solidified layers formed by irradiating the powder layer with a light beam, and has an inclined surface (that is, the outermost surface of the inclined form). Having. In particular, in the three-dimensionally shaped
密度変化領域150の存在によって、本発明の一態様に係る三次元形状造形物100は金型としてより好適に用いることができる。具体的には、三次元形状造形物100を金型として用いた場合、密度変化領域150を“通気領域”として用いることができ、上述した通りガス抜き特性と高品位の転写特性との双方が好適にもたらされ得る。
The presence of the
三次元形状造形物のある好適な態様では、傾斜面を含む表面部分に沿って漸次的に密度変化領域の密度が異なっている。つまり、密度変化領域では表面傾斜の程度に応じた変化が漸次的変化となっている。これは、造形物の表面角度が小さくなるほど又は大きくなるほど密度変化領域の局所部分の密度が段階的に変わっていることを意味している。端的にいえば、三次元形状造形物の傾斜度合が大きくなるほど又は小さくなるほど密度変化領域の局所部分の密度が段階的に異なるようになっていることを意味している。 In a preferred embodiment of the three-dimensionally shaped object, the density of the density change region gradually changes along the surface portion including the inclined surface. That is, in the density change region, the change according to the degree of the surface inclination is a gradual change. This means that as the surface angle of the modeled object becomes smaller or larger, the density of the local portion of the density change region changes stepwise. In short, it means that as the degree of inclination of the three-dimensionally shaped object increases or decreases, the density of the local portion of the density change region gradually changes.
例えば、図1に示す三次元形状造形物100では、表面角度が相対的に小さくなっていく局所部分150A→150B→150Cに伴って、その部分の密度が漸次高くなっている。また、図2に示す三次元形状造形物100でも同様であり、表面角度が相対的に小さくなっていく局所部分150a→150b→150c→150d→150eに伴って、その部分の密度が漸次高くなっている。このような漸次的な密度変化を有する三次元形状造形物を金型として用いた場合、通気領域全体としてガス抜き効率向上と成形品表面の粗さ低減との双方の好適化をより図り易くなる。
For example, in the three-
好ましくは、密度変化領域内では、表面角度が小さいほど密度が相対的に高くなっている。かかる場合、表面角度が小さく一般的には成形品表面の粗さが懸念されるような領域であっても、かかる粗さを抑制することができる。あくまでも例示にすぎないが、図1に示す三次元形状造形物100では、密度変化領域150のうち表面角度が相対的に小さい局所部分150Bを、表面角度が相対的に大きい局所部分150Aよりも5〜40%高い密度とし(例えば、5〜30%または5〜20%高い密度とし)、同様に表面角度が相対的に小さい局所部分150Cを、表面角度が相対的に大きい局所部分150Bよりも5〜40%高い密度としてよい(例えば5〜30%または5〜20%高い密度としてよい)。また、図2に示す三次元形状造形物100では、密度変化領域150のうち表面角度が相対的に小さい局所部分150bを、表面角度が相対的に大きい局所部分150aよりも5〜30%高い密度とし(例えば5〜20%または5〜10%高い密度とし)、同様に表面角度が相対的に小さい局所部分150cを、表面角度が相対的に大きい局所部分150bよりも5〜30%高い密度にしてよい(例えば、5〜20%または5〜10%高い密度にしてよい)。さらにいえば、表面角度が相対的に小さい局所部分150dを、表面角度が相対的に大きい局所部分150cよりも5〜30%高い密度とし(例えば、5〜20%または5〜10%高い密度とし)、同様に表面角度が相対的に小さい局所部分150eを、表面角度が相対的に大きい局所部分150dよりも5〜30%高い密度としてよい(例えば、5〜20%または5〜10%高い密度としてよい)。
Preferably, in the density change region, the smaller the surface angle is, the higher the density is. In such a case, even in a region where the surface angle is small and the surface roughness of the molded product is generally concerned, such roughness can be suppressed. By way of example only, in the three-dimensional molded
三次元形状造形物のある好適な態様では、密度変化領域が微細孔構造を有している。かかる三次元形状造形物を金型として用いた場合、微細孔が通気孔となり、ガス抜きに寄与し得る。かかる微細孔構造157は、「空隙が列状を成す列状微細孔158」および/または「空隙がランダムに分布するランダム微細孔159」を有して成ることが好ましい(図4参照)。
In one preferred embodiment of the three-dimensionally shaped object, the density change region has a microporous structure. When such a three-dimensionally shaped object is used as a mold, the fine holes serve as vents, which can contribute to gas release. It is preferable that the
図4に示すように、列状微細孔158は、固化層の積層方向に沿って列状に空隙が延在する形態を有していることが好ましい。列状微細孔158が設けられた密度変化領域では、列状に空隙が継ぎ目を減じた状態または継ぎ目が無い状態で連続しているので、ガス抜き時の抵抗がより減じられ、ガス抜き効率の向上を図り易くなる。一方、ランダム微細孔159が設けられた密度変化領域では、図4に示すように、空隙がランダムに分布するので、いずれの方向からもガスを抜くことができ、ガス抜き方向の異方性が減じられる。
As shown in FIG. 4, it is preferable that the row-shaped
溶融原料はランダム微細孔に入り込み難く成形品表面の粗さが防止され易いといった点に鑑みると、表面角度が相対的に小さい局所箇所においてランダム微細孔が設けられた密度変化領域であることが好ましい。これにより、表面角度が小さくて一般的には成形品表面の粗さが懸念される領域であっても、かかる粗さを“ランダム微細孔”でより効果的に抑制できる。図1に示す三次元形状造形物100についていえば、密度変化領域150のうち例えば表面角度が相対的に小さい局所部分150Cにランダム微細孔159が設けられていることが好ましい。同様に、図2に示す三次元形状造形物100では、密度変化領域150のうち例えば表面角度が相対的に小さい局所部分150eおよび/または150dなどにランダム微細孔159が設けられていることが好ましい。かかる場合、密度変化領域150のうち表面角度が相対的に大きい局所部分150Aおよび/または150B(図1の態様)あるいは150a、150bおよび/または150c(図2の態様)に列状微細孔が設けられていてよい。
In view of the fact that the molten raw material is unlikely to enter the random micropores and the roughness of the molded article surface is easily prevented, it is preferable that the density change region is provided with random micropores at local portions where the surface angle is relatively small. . Thereby, even in a region where the surface angle is small and the roughness of the molded product surface is generally concerned, such roughness can be more effectively suppressed by the “random micropores”. In the three-
ある好適な態様では、三次元形状造形物はその内部に中空路を有し、かかる中空路が三次元形状造形物の外部に連通している。三次元形状造形物が金型として用いられる場合、中空路は通気路であってよく、あるいは、温調媒体路であってもよい。例えば、図9に示すように、三次元形状造形物100が少なくとも2つの中空路(160A,160B)を有しており、一方の中空路160Aが通気路を成し、他方の中空路160Bが温調媒体路を成していてよい。通気路としての中空路160Aは、径寸法(より具体的には「ガスの流れ方向に直交する断面寸法」)が例えば0.5〜3mm程度であってよい。一方、温調媒体路としての中空路160Bは、径寸法(より具体的には「温調媒体の流れ方向に直交する断面寸法」)が例えば3〜15mm程度であってよい。
In a preferred embodiment, the three-dimensional shaped object has a hollow passage therein, and the hollow passage communicates with the outside of the three-dimensional shaped object. When the three-dimensionally shaped object is used as a mold, the hollow path may be a ventilation path or a temperature control medium path. For example, as shown in FIG. 9, the three-dimensional molded
三次元形状造形物100を金型として用い、かつ、中空路160Aを通気路として用いる場合、中空路160Aと微細孔構造157とが互いに流体連通状態にあることが好ましい。微細孔構造157と中空路160Aとを介して好適に“ガス抜き”可能な金型がもたらされるからである。中空路160Aは微細孔と比べて大サイズに設けることができ、ガス抜き時の流体抵抗を減じることができる。よって、溶融原料の充填時に金型キャビティ空間からのガスは、微細孔構造157と連通した中空路160Aを介して金型外部へと効率的に排出できる。
When the three-
本発明の一態様に係る三次元形状造形物では、通気路となる中空路は密度変化領域の全体に及ぶように延在していてよい。例えば、図5に示すように、中空路160の少なくとも一部が三次元形状造形物100の表面110の輪郭形状に沿うように延在していることが好ましい。かかる場合、密度変化領域の微細孔構造157と中空路160との流体連通状態をより取りやすくなる。また、図5の断面視に示すように、中空路160の少なくとも一部と三次元形状造形物100の表面110との最短離隔距離が実質的に一定となるように、中空路160が延在していてよい。中空路160の延在形態と同様、密度変化領域150も実質的に一定の厚みで三次元形状造形物の表面110に沿って設けられていてもよい(図5参照)。かかる場合、密度変化領域150の内側に高密度領域155を相対的に多く設けることができ、構造強度の点でより好ましい三次元形状造形物100となり得る。なお、三次元形状造形物100の全体の構造強度を上げる観点でいえば、図6に示すように、通気路として用いる中空路160の一部に「ランダム微細孔から成る固化部159’」が設けられていてもよい。
In the three-dimensional structure according to one embodiment of the present invention, the hollow path serving as the ventilation path may extend to cover the entire density change region. For example, as shown in FIG. 5, it is preferable that at least a part of the
あくまでも1つの例示にすぎないが、三次元形状造形物が、「内面と外面とを有する成形品」を得るための金型となっていてよい。例えば、三次元形状造形物は、図7に示すような筒状成形品200を成形するための金型となっていてよい。かかる成形金型の1つの具体例は、図8に示すような金型300である。筒状成形品200としては、例えば水廻り品(シャワーヘッドおよび吐水口品など)ならびに配管品などを挙げることができる。ある好適な態様では、三次元形状造形物が、特に成形品の内面のための金型となっている。図8に例示する金型300は、筒状成形品200の内面を得るための内面用金型である。そのような内面用金型は、スライドコアであってよい。
Although only one example, the three-dimensional shaped object may be a mold for obtaining a “molded article having an inner surface and an outer surface”. For example, the three-dimensional molded object may be a mold for molding a cylindrical molded
三次元形状造形物が、成形品の内面のための金型となっている場合、成形品の内面のためのキャビティ表面部分(特に傾斜面を含む表面部分)に密度変化領域が設けられていることが好ましい。例えば三次元形状造形物が筒状成形品のための金型の場合でいえば、密度変化領域が金型における通気領域となっていることが好ましい。つまり、かかる金型では、射出成形時の“ガス抜き”のために密度変化領域(特に微細孔構造を備えた密度変化領域)が積極的に利用され得る。 When the three-dimensionally shaped object is a mold for the inner surface of the molded product, the density change region is provided on the cavity surface portion (particularly, the surface portion including the inclined surface) for the inner surface of the molded product. Is preferred. For example, in the case where the three-dimensionally shaped object is a mold for a cylindrical molded product, it is preferable that the density change region is a ventilation region in the mold. That is, in such a mold, a density change region (particularly, a density change region having a microporous structure) can be positively used for “gas release” during injection molding.
図8に示すように、三次元形状造形物は、“内面用金型”となる金型300の先端部分350を成していることが好ましい。そして、かかる金型300の最先端面355の少なくとも一部の領域が密度変化領域となっていてよい。このような金型300では、ウェルドライン発生と成形品の表面粗さとの双方をより効果的に減じることができる。なぜなら、筒状成形品の先端部分(特に内側の先端部分)にウェルドラインが発生し易いところ、かかるウェルドラインを減じるための通気領域をより広範にできるからである。
As shown in FIG. 8, it is preferable that the three-dimensionally shaped object form a tip portion 350 of a mold 300 to be an “inner mold”. Then, at least a part of a region of the
図8に示すように、内面用金型となる金型300では、「微細孔構造の密度変化領域と流体連通状態にある中空路160A(通気路)」の後方側に「温調媒体路となる中空路160B」が位置付けられていることが好ましい。より具体的には、図8の透過図に示すように、かかる金型300では「温調媒体路として用いられる中空路160B」の最前延在部分が「通気路として用いられる中空路160A」の最前延在部分よりも後方側に位置付けられていることが好ましい。これにより、金型300の先端面から“ガス抜き”を行いつつも、より好適な温調を図ることができる。
As shown in FIG. 8, in the mold 300 serving as the inner surface mold, the “temperature control medium path” is located behind the “
本発明の一態様に係る三次元形状造形物のより詳細な事項、更なる具体的な態様などその他の事項は、上述の[本発明の製造方法]で説明しているので、重複を避けるために説明を省略する。 Other details such as the three-dimensionally shaped object according to one embodiment of the present invention and further specific embodiments are described in the above-mentioned "Production method of the present invention". The description is omitted.
以上、本開示の実施形態について説明してきたが、それは本開示の適用範囲のうちの典型例を示したに過ぎない。従って、本発明は、上記にて説明した実施形態に限定されず、種々の変更がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。 The embodiments of the present disclosure have been described above, but they merely show typical examples of the scope of the present disclosure. Accordingly, those skilled in the art will readily appreciate that the present invention is not limited to the embodiments described above, and that various changes can be made.
例えば、上記では、三次元形状造形物の表面に沿う方向に三次元形状造形物の密度が変化する態様を説明したが、密度変化の方向は、かかる“表面に沿った方向”に限定されない。図10に示すように、三次元形状造形物100の内側方向に向かって三次元形状造形物100の密度が変化する態様であってもよい。図10に示す態様でいえば、相対的に内側に位置する150A’,150B’、150C’は、相対的に外側(表面側)に位置する150A,150B、150Cよりも密度が低くなっていてよい。好ましくは、表面から内側方向へと向かって密度が漸次小さくなる態様である。このような態様では、通気領域全体としてガス抜き効率向上と成形品表面の粗さ低減との双方の好適化をより図りやすくなる。
For example, in the above description, the mode in which the density of the three-dimensionally shaped object changes in the direction along the surface of the three-dimensionally shaped object is described. However, the direction of the density change is not limited to the “direction along the surface”. As shown in FIG. 10, a mode in which the density of the three-
さらにいえば、図11に示すように、三次元形状造形物100の表面角度の大きさに関係なく、三次元形状造形物100の外周部分152が、ランダム微細孔の領域または高密度領域(91〜100%の固化密度を有する領域)として設けられていてもよい。このような態様が適宜利用されることで、金型として用いる三次元形状造形物の設計自由度が増すことになる。
Furthermore, as shown in FIG. 11, the outer
また、上記では、“密度変化領域”を有する三次元形状造形物として成形品の内面用金型を製造する態様に言及したが、本発明は必ずしもそれに限定されない。本発明では、成形品の外面用金型に対して“密度変化領域”を設けてもよい。つまり、成形品の外面用金型を本発明にしたがって製造することも考えられる。これは、成形品として2層成形品(2色成形品)を得る場合に特にいえることである。2層成形では、1層目の成形物の外側面が非意匠面になるところ、そのような非意匠面のためのキャビティ表面部分(特に傾斜面を含む表面部分)に密度変化領域を設けた金型を製造してもよい。 Further, in the above, the aspect of manufacturing the mold for the inner surface of the molded product as the three-dimensionally shaped object having the “density change region” has been described, but the present invention is not necessarily limited thereto. In the present invention, a “density change region” may be provided in the outer surface mold of the molded product. That is, it is conceivable to manufacture a mold for the outer surface of a molded product according to the present invention. This is particularly true when a two-layer molded product (two-color molded product) is obtained as a molded product. In the two-layer molding, where the outer surface of the molded product of the first layer becomes a non-design surface, a density change region is provided on a cavity surface portion (particularly, a surface portion including an inclined surface) for such a non-design surface. A mold may be manufactured.
本開示の三次元形状造形物の製造方法を実施することによって、種々の物品を製造することができる。例えば、三次元形状造形物が金属材料から成る場合、三次元形状造形物をプラスチック射出成形用金型、プレス金型、ダイカスト金型、鋳造金型、鍛造金型などの金型として用いることができる。一方、三次元形状造形物が樹脂材料から成る場合、三次元形状造形物を樹脂成形品として用いることができる。 By implementing the method of manufacturing a three-dimensionally shaped object according to the present disclosure, various articles can be manufactured. For example, when the three-dimensionally shaped object is made of a metal material, the three-dimensionally shaped object can be used as a mold for a plastic injection molding die, a press die, a die casting die, a casting die, a forging die, or the like. it can. On the other hand, when the three-dimensionally shaped object is made of a resin material, the three-dimensionally shaped object can be used as a resin molded product.
本出願は、日本国特許出願第2017−085437号(出願日:2017年4月24日、発明の名称:「三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物」)に基づくパリ条約上の優先権を主張する。当該出願に開示された内容は全て、この引用により、本明細書に含まれるものとする。 The present application is based on the Paris Convention based on Japanese Patent Application No. 2017-085437 (filing date: April 24, 2017, title of invention: "Method of manufacturing three-dimensionally shaped object and three-dimensionally shaped object"). Claim priority. All content disclosed in that application is incorporated herein by this reference.
22 粉末層
24 固化層
L 光ビーム
100 三次元形状造形物
110 傾斜面を含む表面部分における表面
150 密度変化領域
157 微細孔構造
158 列状微細孔
159 ランダム微細孔
160 中空路
θA,θB,θC 表面角度
θa,θb,θc,θd,θe 表面角度
Claims (16)
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、該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
により粉末層形成および固化層形成を交互に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密度が局所的に異なる密度変化領域を、該三次元形状造形物の傾斜面を含む表面部分に設け、
前記密度変化領域では、前記傾斜面を含む前記表面部分における表面が前記固化層の積層方向と成す角度に応じて前記密度を局所的に異ならせる、三次元形状造形物の製造方法。(I) irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam to sinter or melt-solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) new powder on the obtained solidified layer. Forming a layer and irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam to form a further solidified layer, wherein the powder layer formation and the solidified layer formation are alternately repeated to produce a three-dimensionally shaped object manufacturing method. And
A density change region where the density of the three-dimensionally shaped object is locally different is provided on a surface portion including an inclined surface of the three-dimensionally shaped object,
A method for manufacturing a three-dimensionally shaped object, wherein in the density change region, the density locally varies according to an angle between a surface of the surface portion including the inclined surface and a stacking direction of the solidified layer.
前記内面用金型では前記成形品の内面のための前記表面部分に前記密度変化領域を設ける、請求項1〜9のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。As the three-dimensional shaped object, to produce a mold for the inner surface of the molded product,
The method for manufacturing a three-dimensionally shaped object according to any one of claims 1 to 9, wherein the density change region is provided in the surface portion for the inner surface of the molded product in the inner surface mold.
前記三次元形状造形物の密度が局所的に異なる密度変化領域が前記傾斜面を含む表面部分に設けられており、
前記密度変化領域では、前記傾斜面を含む前記表面部分における表面が前記固化層の積層方向と成す角度に応じて前記密度が局所的に異なっている、三次元形状造形物。It is a three-dimensional shaped object that is composed of a solidified layer laminated and has an inclined surface,
A density change region where the density of the three-dimensionally shaped object is locally different is provided on a surface portion including the inclined surface,
The three-dimensional structure, wherein the density is locally different in the density change region according to an angle between a surface of the surface portion including the inclined surface and a stacking direction of the solidified layer.
前記微細孔構造は、空隙が列状を成す列状微細孔および/または空隙がランダムに分布するランダム微細孔を有して成る、請求項11〜13のいずれかに記載の三次元形状造形物。The density change region has a microporous structure,
The three-dimensional structure according to any one of claims 11 to 13, wherein the micropore structure has row-shaped micropores in which voids form rows and / or random micropores in which voids are randomly distributed. .
前記中空路と前記微細孔構造とが互いに流体連通状態となっている、請求項14に記載の三次元形状造形物。A hollow path is provided inside the three-dimensional structure, and the hollow path communicates with the outside of the three-dimensional structure,
The three-dimensional structure according to claim 14, wherein the hollow passage and the microporous structure are in fluid communication with each other.
前記内面用金型では、前記成形品の内面のための前記表面部分に前記密度変化領域が設けられている、請求項11〜15のいずれかに記載の三次元形状造形物。The three-dimensional shaped object is a mold for the inner surface of a molded product,
The three-dimensional shaped object according to any one of claims 11 to 15, wherein in the inner surface mold, the density change region is provided in the surface portion for the inner surface of the molded product.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017085437 | 2017-04-24 | ||
JP2017085437 | 2017-04-24 | ||
PCT/JP2018/016497 WO2018199041A1 (en) | 2017-04-24 | 2018-04-23 | Method for producing three-dimensional formed object, and three-dimensional formed object |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2018199041A1 true JPWO2018199041A1 (en) | 2020-02-27 |
JP6807554B2 JP6807554B2 (en) | 2021-01-06 |
Family
ID=63919843
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019514502A Active JP6807554B2 (en) | 2017-04-24 | 2018-04-23 | Manufacturing method of 3D shape model and 3D shape model |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6807554B2 (en) |
WO (1) | WO2018199041A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021003813A (en) * | 2019-06-25 | 2021-01-14 | 株式会社ジェイテクト | Quality estimation device for additional product |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007070655A (en) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Three-dimensional structure and production method therefor |
WO2012124828A1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-09-20 | パナソニック株式会社 | Production method for three-dimensionally shaped object and three-dimensionally shaped object |
JP2015199195A (en) * | 2014-04-04 | 2015-11-12 | 株式会社松浦機械製作所 | Three-dimensional object molding device |
-
2018
- 2018-04-23 WO PCT/JP2018/016497 patent/WO2018199041A1/en active Application Filing
- 2018-04-23 JP JP2019514502A patent/JP6807554B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007070655A (en) * | 2005-09-05 | 2007-03-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Three-dimensional structure and production method therefor |
WO2012124828A1 (en) * | 2011-03-17 | 2012-09-20 | パナソニック株式会社 | Production method for three-dimensionally shaped object and three-dimensionally shaped object |
JP2015199195A (en) * | 2014-04-04 | 2015-11-12 | 株式会社松浦機械製作所 | Three-dimensional object molding device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018199041A1 (en) | 2018-11-01 |
JP6807554B2 (en) | 2021-01-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5776004B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object | |
JP5584019B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object obtained therefrom | |
JP5555222B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object obtained therefrom | |
JP5213006B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP5230264B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP5539347B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object obtained therefrom | |
JP5653657B2 (en) | Method for producing three-dimensional shaped object, three-dimensional shaped object to be obtained, and method for producing molded product | |
JP6512407B2 (en) | Method of manufacturing three-dimensional shaped object | |
JP6778887B2 (en) | Manufacturing method of 3D shaped object | |
JP6414588B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP6628024B2 (en) | Method for manufacturing three-dimensionally shaped object and three-dimensionally shaped object | |
JP2010121187A (en) | Three-dimensional shaped article and method for producing the same | |
JP6471975B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object | |
JP5186316B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP6807554B2 (en) | Manufacturing method of 3D shape model and 3D shape model | |
JP6857861B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP6643643B2 (en) | Manufacturing method of three-dimensional shaped object | |
JP6731642B2 (en) | Method for manufacturing three-dimensional shaped object | |
JP6726858B2 (en) | Method for manufacturing three-dimensional shaped object | |
JP6785478B2 (en) | Mold and its manufacturing method | |
JP2021138977A (en) | Method for manufacturing three-dimensionally shaped molding and three-dimensionally shaped molding | |
JP2021138976A (en) | Method for manufacturing three-dimensionally shaped molding |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191003 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200609 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200805 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201117 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201120 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6807554 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |