KR102402803B1

KR102402803B1 - 삼차원 조형물의 제조 방법 및 그 방법에 의한 삼차원 조형물

Info

Publication number: KR102402803B1
Application number: KR1020217029379A
Authority: KR
Inventors: 코이치 아마야; 테쯔시 미도리카와; 세이이치 토미타; 류조 타나카
Original assignee: 가부시키가이샤 마쓰우라 기카이 세이사쿠쇼
Priority date: 2020-06-01
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2022-05-30
Also published as: CN114096334A; CA3135735A1; EP3950353A1; US11390021B2; US20220097297A1; KR20210152052A; EP3950353A4; CA3135735C

Abstract

균일한 형상 및 강고한 결합에 의한 래티스 영역 및 그 래티스 영역의 전체 주위에 배치되어 있는 외측 프레임 영역을 대상으로 하는 삼차원 조형물 및 그 제조 방법에 관한 구성을 제공하는 것을 과제로 하고 있으며, 상기 과제를 달성할 수 있는 분말층(3)의 성형 및 레이저 빔 또는 전자 빔에 의한 소결이라는 공정의 반복에 기초하는 삼차원 조형물의 제조 방법으로서, 래티스 영역(1)에 있어서는, 소정의 스폿 지름을 가지는 상기 빔을 소정의 간격으로 한쪽 방향으로 복수회 주사하는 것에 의해서 소결층(41)을 성형한 후에, 다시 상기 한쪽 방향과 교차하는 다른 쪽 방향으로 마찬가지 주사를 행하는 것에 의해서 소결층(42)을 성형하고, 외측 프레임 영역(2)에 있어서는, 내측 라인 및 외측 라인에 의해서 둘러싸여 있는 래티스 영역(1)의 전영역에서 소정의 스폿 지름을 가지는 상기 빔을 주사하는 것에 의해서 연속된 소결층(43)을 성형하는 것에 의해서 상기 과제를 달성할 수 있는 삼차원 조형물의 제조 방법, 및 그 방법에 기초하는 삼차원 조형물.

Description

삼차원 조형물의 제조 방법 및 그 방법에 의한 삼차원 조형물

스퀴지의 슬라이드를 수반하는 분말의 살포에 의한 분말층의 성형 및 그 분말층에 대한 레이저 빔 또는 전자 빔에 의한 소결이라는 공정을 순차 반복하는 것에 기초하는 적층에 입각한 상태에서, 주위의 외측 프레임 및 그의 내측의 래티스(격자) 구조를 대상으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법 및 그 방법에 기초하는 삼차원 조형물에 관한 것이다.

스퀴지의 슬라이드를 수반하는 분말의 살포에 의한 분말층의 성형 및 그 분말층에 대한 레이저 빔 또는 전자 빔에 의한 소결이라는 공정을 순차 반복하는 것에 기초하는 적층에 입각하고 있는 삼차원 조형물의 제조 방법은 주지이다.

상기 삼차원 조형물의 제조 방법에 의한 삼차원 조형물 중에는, 캐비티 타입의 금형 제품, 필터용 제품과 같이, 조형물 내부에 있어서 통기성, 즉 가스 빼기 구조를 필요로 하는 경우가 있고, 이들 제품의 경우에는, 밀도가 낮은 경량화 삼차원 조형물을 제조하는 것으로 귀결된다.

이와 같은 통기성을 필요로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법으로서, 예를 들면 특허문헌 1에 있어서는, 다공질 구조, 즉 포러스(porous) 구조에 의한 기체 유로를 성형하고 있지만, 포러스 구조의 기체 유로는, 고화된 재료의 밀도를 낮게 하는 것에 의해서 생성되고 있는 이상, 조형물로서의 강도가 작은 한편, 기체가 유통하는 유로가 불확정적이고 직선형이 아니기 때문에, 기체의 유량이 적다고 하는 결점을 면할 수가 없다.

이에 비해, 특허문헌 2에 있어서는, 특정의 금속 분말층에 대하여, 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔을 소정의 간격으로 복수회 직선형으로 주사하는 것에 의해서 소결한 후에(제1의 래스터 구성에 의한 소결), 그의 상측에 인접해 있는 금속 분말층에 대해서는, 상기 직선형의 방향과 직교하는 방향으로 마찬가지 레이저 빔에 의한 소결(제2의 래스터 구성에 의한 소결)을 행하고, 각 금속 분말의 적층과 상기와 같은 서로 직교하는 방향의 레이저 빔에 의한 주사를 반복하는 것에 의한 래티스 영역의 제조 방법을 제공하고 있다(청구항 3 및 도 4).

즉, 특허문헌 2 발명에 있어서는, 래티스 영역에 있어서의 통기 구멍 주위를 성형하는 횡방향(X방향) 및 종방향(Y방향)을 따른 소결은, 2층마다 교대로(번갈아) 소결되고 있다.

특허문헌 2의 도 2를 참조하는 한, 도 10a에 도시하는 바와 같이, 레이저 빔이 주사하는 종방향 또는 횡방향 중 어느 한쪽 방향과, 스퀴지의 슬라이드 방향이 일치하고 있으며, 이와 같은 일치는, 삼차원 조형물의 제조에 있어서의 스페이스를 효율적으로 사용한다고 하는 기술 상식에 입각하고 있다.

그런데, 스퀴지는, 금속 분말층의 표면을 평탄화하기 위해서 소정의 압압력(押壓力)을 수반하여 슬라이드하고 있지만, 슬라이드에 수반하여 분말층을 성형하는 전단계에서, 종방향 및 횡방향 중, 그 슬라이드 방향과 직교하는 방향의 레이저 빔의 주사에 의해서 라인형의 소결층의 상측을 스퀴지가 슬라이드하는 경우에는, 압압하는 금속 분말층의 두께가, 라인형의 소결층의 상측 부위와 그 영역에 끼여 있는 금속 분말층에 또 금속 분말층을 중첩시키는 부위 사이에서는, 가령 스퀴지의 슬라이드 방향의 폭이 소결층의 폭보다도 크다고 해도, 스퀴지가 슬라이드하는 방향측의 선단으로부터의 압압에 의해서 받는 압축의 정도에 상위가 필연적으로 발생한다.

이와 같은 상위의 결과, 스퀴지의 슬라이드 후에 행해지는 상기 라인형의 소결과 직교하는 방향에 의한 레이저 빔의 주사를 행한 경우에는, 도 10b에 도시하는 바와 같이, 상하 방향으로 미세한 요철을 수반하는 불균일한 소결층이 성형되게 되지 않을 수 없다(부언하면, 이해를 돕기 위해서, 도 10b의 요철 형상은 과대하게 표시한 것이다.).

게다가 특허문헌 2 발명과 같은 2층마다의 교대(交互) 소결의 경우에는, 횡방향(x방향)과 종방향(y방향)이 상하 방향으로 서로 접하는 이차원의 면을 따른 결합이 실현되고 있는데 불과하며, 동일한 높이 방향에 있어서 횡방향(x방향) 및 종방향(y방향)에 따라서 성형되는 삼차원의 입방체를 통한 결합이 불균일하여, 래티스 영역의 강도는 결코 충분하지 않다.

더 나아가서는, 특허문헌 2 발명에 있어서는, 외측 프레임 영역을 도면상 표시하고 있기는 해도, 래티스 영역의 소결과 외측 프레임 영역의 소결이 어떠한 관계에 있는지에 대하여 전혀 설명되어 있지 않다.

일본 특허 제5776004호 공보 일본 특허 제6532180호 공보

본 발명은, 균일한 형상 및 강고한 결합에 의한 래티스 영역 및 그 영역의 외측에 배치되어 있는 외측 프레임 영역을 대상으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법 및 그 방법에 의한 삼차원 조형물의 구성을 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 기본 구성은,

(1) 스퀴지의 슬라이드를 수반하는 분말의 살포에 의한 분말층의 성형 및 상기 분말층에 대한 레이저 빔 또는 전자 빔에 의한 소결이라는 공정을 순차 반복하는 것에 기초하는 적층에 입각하고 있는 삼차원 조형물의 제조 방법으로서, 각 분말층에 있어서의 소결은, 통기성을 가지는 래티스 영역 및 상기 영역의 외측과 접속하고, 또한 상기 영역의 전체 주위에 배치되어 있는 외측 프레임 영역을 대상으로 하고 있고, 래티스 영역을 대상으로 하고 있는 각 분말층에 대해서는, 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔 또는 전자 빔을 소정의 간격으로 한쪽 방향으로, 서로 마주보는 외측 프레임 영역을 접합하는 상태에서 복수회 평행하게 주사하는 것에 의해서 한쪽 방향을 따른 소결층을 성형한 후에, 다시 동일한 각 분말층 내에서 상기 한쪽 방향과 교차하는 다른 쪽 방향으로, 서로 마주보는 외측 프레임 영역을 접합하는 상태에서 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔 또는 전자 빔을 소정의 간격으로 복수회 평행하게 주사하는 것에 의해서 다른 쪽 방향의 소결층을 성형하고, 상기 한쪽 방향을 따른 소결층과, 상기 다른 쪽 방향을 따른 소결층은, 교차하고 있고, 상기 교차한 영역에서는, 한쪽 소결과 다른 쪽 소결이 중첩된 상태에서 결합되어 있고, 교차하고 있지 않은 영역에서는, 한쪽만 또는 다른 쪽만의 소결이 행해지고 있고, 외측 프레임 영역에 대해서는, 내측 라인 및 외측 라인에 의해서 둘러싸인 상태에 있는 상기 전체 주위를, 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔 또는 전자 빔을 주사하는 것에 의해서 연속된 소결층을 성형하고 있는 삼차원 조형물의 제조 방법,

(2) 외측 프레임 영역의 형상으로서, 내측 라인 및 외측 라인이, 각각 중심 위치가 동일하고, 또한 상호 상사의 관계에 있는 정다각 형상 또는 만곡 형상 중 어느 것을 채용하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 삼차원 조형물의 제조 방법,

(3) 외측 프레임 영역을, 소정 폭만큼 떨어지고, 또한 특정 방향으로 선택되어 있는 평행 라인에 의해서 구분하고, 래티스 영역에 있어서의 소결층 성형의 전단계, 또는 후단계, 또는 그의 중간단계에서, 상기 평행 방향과 직교하는 방향으로 레이저 빔 또는 전자 빔을 주사하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 삼차원 조형물의 제조 방법

으로 이루어진다.

기본 구성(1) 및 기본 구성(2) 그리고 기본 구성(3)에 의한 삼차원 조형물에 있어서는, 레이저 빔 또는 전자 빔(이하, 「빔」이라고 약칭한다.)의 주사에 의한 한쪽 방향 및 다른 쪽 방향 중 어느 것이 스퀴지의 슬라이드 방향과 직교하는 경우라도, 스퀴지는, 상기 방향과 교차하는 방향으로 성형된 라인형의 소결층의 상측을 슬라이드하는 것으로 인해, 특허문헌 2 발명과 같이 빔의 주사 방향과 스퀴지의 슬라이드 방향이 직교하는 경우에, 금속 분말층의 두께의 상위를 원인으로 해서 도 10b에 도시하는 바와 같은 스퀴지의 슬라이드에 의한 불균일한 압압에 의해서, 상하 방향으로 미세한 요철을 수반하는 소결층의 성형을 피할 수가 있다.

게다가, 기본 구성(1)의 경우에는, 각 분말층에 있어서, 한쪽 방향의 빔의 주사에 의한 라인형의 소결층과 다른 쪽 빔의 주사에 의한 라인형의 소결층이 동일한 각 분말층에 의해서 형성되는 동일한 높이 범위에서 입체적으로 결합되는 것에 의해서, 상기 한쪽 방향을 따른 소결층과, 상기 다른 쪽 방향을 따른 소결층은, 교차하고 있고, 상기 교차한 영역에서는, 한쪽 소결과 다른 쪽 소결이 중첩된 상태에서 결합되어 있고, 교차하고 있지 않은 영역에서는, 한쪽만 또는 다른 쪽만의 소결이 행해지고 있고, 특허문헌 2 발명과 같은 상하 방향으로 서로 접하는 이차원의 면을 따른 결합보다도 명백하게 강고한 삼차원에 의한 입방체를 통한 결합이 행해지고, 더 나아가서는 강고한 결합에 의한 래티스 영역을 확보할 수가 있다.

더 나아가서는, 기본 구성(1)에 있어서는, 각 분말층에 있어서, 래티스 영역의 소결과 외측 프레임 영역의 소결을 순차 효율적으로 실현할 수가 있다.

도 1a 내지 도 1c는, 한쪽 방향 및 다른 쪽 방향을 따른 빔의 주사에 의한 소결층의 형상이 직선형인 경우의 기본 구성(1)의 제조 방법을 도시하고 있고, 도 1a는, 쌍방의 방향이 직교하는 실시 형태의 평면도이고, 도 1b는, 쌍방의 방향이 서로 비스듬히 교차하는 실시 형태의 평면도이고, 도 1c는, 도 1a, 도 1b의 A－A를 잇는 빔의 주사 방향에 있어서, 최초 층으로부터 두번째 층을 순차 성형하는 경우의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는, 한쪽 방향 및 다른 쪽 방향을 따른 빔의 주사에 의한 소결층의 형상이 파형 형상인 경우의 기본 구성(1)의 제조 방법을 도시하고 있고, 도 2a는, 곡선이 규칙적으로 변화되고 있는 파형 형상의 쌍방의 방향이 직교하는 실시 형태의 평면도이고, 도 2b는, 꺾은 선(折線)이 규칙적으로 변화되고 있는 것에 의한 파형 형상의 쌍방의 방향이 서로 비스듬히 교차하는 실시 형태의 평면도이고, 도 2c는, 도 2a, 도 2b의 A－A를 잇는 빔의 주사 방향에 있어서, 최초 층으로부터 두번째 층을 순차 성형하는 경우의 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는, 기본 구성(2)의 실시 형태를 도시하고 있고, 도 3a는, 정다각 형상의 전형예인 정방형의 경우를 도시하는 평면도이고, 도 3b는, 만곡 형상의 전형예인 원형의 경우를 도시하는 평면도이다.
도 4a는, 기본 구성(3)의 실시 형태를 도시하고 있고, 도 3a의 정방형을 채용한 상태에서, 평행 라인이 정방형에 있어서의 특정 변의 방향인 경우를 도시하는 평면도이다(양측 방향 화살표는, 평행한 방향과 직교하는 방향을 나타낸다.).
도 4b는, 기본 구성(3)의 실시 형태를 도시하고 있고, 도 3a의 정방형을 채용한 상태에서, 평행 라인이 소정 폭에 대해, 정다각 형상 또는 만곡 형상을 형성하는 내측 라인 및 외측 라인에 의해서 둘러싸이는 영역에 있어서 최대 거리를 형성하는 방향인 경우를 도시하는 평면도이다(양측 방향 화살표는, 평행한 방향과 직교하는 방향을 나타낸다.).
도 4c는, 외측 프레임 영역의 소결에 있어서 기본 구성(3)과 다른 실시 형태를 도시하고 있고, 도 3b의 원형을 채용한 상태에서, 내측 라인 및 외측 라인과 상사 관계에 있는 궤적을 따라 빔을 주사하는 경우를 도시하는 평면도이다(만곡된 편측 방향 화살표는, 빔의 주사 방향을 나타낸다.).
도 5a 및 도 5b는, 빔의 주사 방향과 스퀴지의 슬라이드 방향의 관계를 도시하는 평면도로서, 도 5a는, 한쪽 방향 또는 다른 쪽 방향 중 어느 것이 직교하고 있는 실시 형태를 도시하고 있고, 도 5b는, 쌍방의 방향이 비스듬히 교차하고 있는 실시 형태를 도시한다.
또한, 흰선 화살표는, 스퀴지가 분말을 살포하면서 슬라이드하는 방향을 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는, 한쪽 방향에 있어서의 빔의 주사 단계에서, 소결이 행해진 영역 사이에서 분말이 부족한 경우에, 그 부족한 금속 분말을 보충하는 실시 형태를 도시하고 있고, 도 6a는, 상기 한쪽 주사 방향과 교차하는 방향의 스퀴지에 의한 슬라이드에 의해서 살포된 분말이 분말층 성형에 필요한 양으로서 부족한 상태를 도시하고, 도 6b는, 추가적인 스퀴지의 주사에 의해서 부족한 분말이 보충된 상태를 도시하고, 도 6c는, 다른 쪽 방향에 의한 빔의 주사가 행해진 상태를 도시한다.
부언하면, 상기 도 6a, 도 6b, 도 6c에 있어서는, 외측 프레임 영역의 도시는 생략되어 있다.
도 7a 및 도 7b는, 빔의 스폿 지름 및 빔의 파워 또는 주사 스피드를 변화시키는 것에 의해서, 적층에 따라서 통기구의 사이즈를 순차 작게 하는 실시 형태를 도시하고 있고, 도 7a는, 조형 폭이 순차 커지는 것을 도시하는 평면도이고, 도 7b는, 상하 방향 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는, 소정의 스폿 지름을 가지는 빔을 선택한 상태에서, 한쪽 방향 및 다른 쪽 방향으로 평행하게 주사하는 빔의 간격을 순차 단계적으로 작게 설정하는 것에 의해서, 통기 구멍의 사이즈를 순차 단계적으로 작게 설정하고 있는 실시 형태를 도시하고 있고, 도 8a는, 빔의 간격이 순차 단계적으로 작아지는 것을 도시하는 평면도이고, 도 8b는, 도 8a의 경우와 마찬가지 상태를 도시하는 상하 방향 단면도이다(점선은, 빔의 간격이 단계적으로 작아지는 영역에 있어서, 다른 쪽 방향으로 주사되고 있는 빔에 대해, 그 변화의 전단계의 빔과 그 변화의 후단계의 빔이 상호 중첩되어 있는 상태를 도시한다.).
도 9는, 래티스 영역으로 둘러싸인 일부 영역을 테이퍼 형상으로 하는 실시예의 구성을 도시하는 상하 방향 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는, 특허문헌 2 발명의 구성을 도시하고 있고, 도 10a는, 스퀴지가 슬라이드하는 단계에 있어서의 평면도이고, 도 10b는, 상기 단계에 있어서의 상하 방향 단면도이다. 또한, 흰선 화살표는, 스퀴지가 분말을 살포하면서 슬라이드하는 방향을 나타낸다.

기본 구성(1) 및 (2) 그리고 (3)에 의해서 얻어진 외측 프레임 및 내측의 래티스 구조에 의한 삼차원 조형물을 금형으로서 사용하는 경우에는, 분말은 당연히 금속 분말이 사용된다.

이에 비해, 상기 삼차원 조형물이 필터 등의 금형 이외의 제품인 경우에는, 분말이 반드시 금속 분말일 필요는 없고, 플라스틱 분말 등도 전형예로서 사용할 수 있고, 이 점은, 작은 밀도를 선택하고 있는 삼차원 조형물의 경우에 있어서도 변함이 없다.

이와 같은 재료를 적당히 선택한 상태에서, 기본 구성(1)은, 도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 2a, 도 2b, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 스퀴지(6)의 슬라이드를 수반하는 분말의 살포에 의한 분말층(3)의 성형 및 그 분말층(3)에 대한 레이저 빔 또는 전자 빔에 의한 소결이라는 공정을 순차 반복하는 것에 기초하는 적층에 입각하고 있는 삼차원 조형물의 제조 방법으로서, 각 분말층(3)에 있어서의 소결은, 통기성을 가지는 래티스 영역(1) 및 그 영역(1)의 외측과 접속하고, 또한 그 영역(1)의 전체 주위에 배치되어 있는 외측 프레임 영역(2)을 대상으로 하고 있고, 래티스 영역(1)을 대상으로 하고 있는 각 분말층(3)에 대해서는, 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔 또는 전자 빔을 소정의 간격으로 한쪽 방향으로, 서로 마주보는 외측 프레임 영역(2)을 접합하는 상태에서 복수회 평행하게 주사하는 것에 의해서 한쪽 방향을 따른 소결층(41)을 성형한 후에, 다시 동일한 각 분말층(3) 내에서 상기 한쪽 방향과 교차하는 다른 쪽 방향으로, 서로 마주보는 외측 프레임 영역(2)을 접합하는 상태에서 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔 또는 전자 빔을 소정의 간격으로 복수회 평행하게 주사하는 것에 의해서 다른 쪽 방향의 소결층(42)을 성형하고, 상기 한쪽 방향을 따른 소결층(41)과, 상기 다른 쪽 방향을 따른 소결층(42)은, 교차하고 있고, 상기 교차한 영역에서는, 한쪽 소결과 다른 쪽 소결이 중첩된 상태에서 결합되어 있고, 교차하고 있지 않은 영역에서는, 한쪽만 또는 다른 쪽만의 소결이 행해지고 있고, 외측 프레임 영역(2)에 대해서는, 내측 라인 및 외측 라인에 의해서 둘러싸인 상태에 있는 상기 전체 주위를, 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔 또는 전자 빔을 주사하는 것에 의해서 연속된 소결층(43)을 성형하고 있는 삼차원 조형물의 제조 방법이다.

기본 구성(1)에 있어서는, 각 층마다 래티스 영역(1) 및 외측 프레임 영역(2)의 적층 및 소결이 행해지고 있지만, 외측 프레임 영역(2)은, 내측 라인 및 외측 라인에 의해서 둘러싸여 있고, 쌍방의 라인에 의해서 형성되는 폭을 가지고 있다.

이와 같은 내측 라인 및 외측 라인에 의해서 형성되는 외측 프레임 영역(2)의 형상은, 다양한 실시 형태를 채용할 수 있지만, 그의 전형예는, 내측 라인 및 외측 라인이, 각각 중심 위치가 동일하고, 또한 상호 상사의 관계에 있는 정다각 형상 또는 만곡 형상 중 어느 것을 채용하는 것을 특징으로 하는 기본 구성(2)이고, 도 3a에 도시하는 정방 형상 및 도 3b에 도시하는 원 형상은, 가장 심플한 형상에 의한 실시 형태를 나타낸다.

다만, 다각 형상으로서, 육각 형상, 장방 형상도 역시 정방 형상에 준해서 채용할 수 있고, 만곡 형상으로서는, 타원 형상도 역시 원 형상에 준해서 채용할 수가 있다.

기본 구성(2)에 있어서는, 상사 형상인 내측 라인 및 외측 라인에 의해서 균일한 구조에 의한 외측 프레임 영역(2)을 형성할 수가 있다.

외측 프레임 영역(2)의 소결에 대해서는, 기본 구성(1)과 같이, 내측 라인 및 외측 라인에 의해서 둘러싸인 영역에 있어서 연속된 소결층(43)을 형성하면 되고, 이와 같은 연속된 소결층(43)은, 통상, 래티스 영역(1)의 소결층(41, 42)의 형성과는 관계없이 수행되는 경우가 많다.

다만, 통상, 외측 프레임 영역(2)을, 소정 폭만큼 떨어지고, 또한 특정 방향으로 선택되어 있는 평행 라인에 의해서 구분하고, 래티스 영역(1)에 있어서의 소결층(41, 42) 성형의 전단계, 또는 후단계, 또는 그의 중간단계에서, 상기 평행 방향과 직교하는 방향으로 레이저 빔 또는 전자 빔을 주사하는 것을 특징으로 하는 기본 구성(3)을 채용하는 경우가 많다.

기본 구성(3)의 경우에는, 소정 폭만큼 떨어져 있는 평행 라인에 의해서 구분하는 등의 컴퓨터 상의 처리가 용이한 한편, 빔의 주사 방향이 특정되어 있는 것에 의해서, 심플한 제어를 실현할 수가 있다.

기본 구성(3)에 있어서는, 외측 프레임 영역(2)의 소결은, 래티스 영역(1)에 있어서의 소결의 전단계, 또는 후단계가 선택되는 경우가 많지만, 그의 중간단계의 선택도 가능하다.

다만, 그의 중간단계로서는, 거의 대부분의 경우, 한쪽 방향의 소결이 종료된 후, 다른 쪽 방향의 소결을 행하는 전단계가 선택되고 있다.

그 근거는, 한쪽 방향의 소결층(41) 및 다른 쪽 방향의 소결층(42)의 성형은, 모두 연속해서 실현하는 것이 필요하다는 것에 있다.

기본 구성(3)에 있어서, 특히 기본 구성(2)의 정다각 형상을 선택한 상태에서, 평행 라인이 그 정다각 형상의 특정 변의 방향을 선택한 경우에는, 도 4a에 도시하는 바와 같이, 그 특정 변에 대해서는, 상기 평행한 방향과 직교하는 방향의 빔의 주사에 의해서, 소결을 완료하고, 다른 변에 대해서는, 상기 구분된 영역 내에 있어서의 빔의 주사에 의해서 소결을 완료한다고 하는 심플한 주사를 실현할 수가 있다.

기본 구성(3)에 있어서, 기본 구성(2)의 정다각 형상 또는 만곡 형상을 선택한 상태에서, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 평행 라인이, 소정 폭에 대해, 기본 구성(2)의 정다각 형상 또는 만곡 형상을 형성하는 내측 라인 및 외측 라인에 의해서 둘러싸이는 영역에 있어서 최대 거리를 형성하는 방향을 선택한 경우에는, 한쪽 평행선의 단부로부터 다른 쪽 평행선의 단부에 이를 때까지 순차 주사 위치를 슬라이드한 경우에는, 주사폭을 최초의 0의 단계로부터 순차 증가시키고, 중도 단계에서 최대 상태로 하고, 그 후 순차 감소시키고, 0으로 하는 것에 의해서 빔의 주사폭에 대해, 비교적 심플한 제어를 실현할 수가 있다.

또한, 정다각 형상이 정방형인 경우에는, 평행 라인의 방향이 최대폭을 나타내는 방향이라는 것이 내측 라인과 외측 라인의 서로 인접하는 정점에 의해서 형성되는 것인 이상, 필연적으로, 평행 변에 대해 45°의 방향을 나타내는 것으로 귀결된다.

기본 구성(3)에 의한 소결과는 별도로, 래티스 영역(1)에 있어서의 소결층(41, 42) 성형의 전단계, 또는 후단계, 또는 그의 중간단계에서, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 기본 구성(2)의 정다각 형상 또는 만곡 형상을 형성하는 내측 라인 및 외측 라인과 상사 관계에 있는 궤적을 따라 빔을 주사하는 것에 의한 소결 방법도 채용할 수가 있다.

이와 같은 상사 관계에 있는 궤적 라인을 따라 이동하는 소결 방법의 경우에는, 상사 형상에 따른 궤적의 패턴을 미리 설정한 상태에서, 중심 위치로부터 떨어짐에 따라서 그 패턴의 크기를 순차 변화시킨다고 하는 심플한 제어를 실현할 수가 있다.

또한, 상기 궤적에 의한 소결 방법에 있어서도, 래티스 영역(1)의 소결의 전단계, 또는 후단계가 선택되는 경우가 많지만, 가령 중간단계를 선택하는 경우라도, 거의 대부분의 경우, 한쪽 방향의 소결이 종료되고, 다른 쪽 방향의 소결이 개시되는 전단계가 선택되는 것은, 기본 구성(3)의 경우와 변함은 없다.

외측 프레임 영역(2)에 있어서의 빔의 소결로서는, 래티스 영역(1)에 있어서의 스폿 지름보다도 큰 스폿 지름을 채용하는 경우와 동일한 스폿 지름을 설정하고, 또한 주사 횟수를 많게 설정하는 방법의 쌍방이 선택될 수 있지만, 전자의 큰 빔 지름 쪽이 효율적인 소결에 적합하다.

특히, 외측 프레임 영역(2)을 주사하는 레이저 빔 또는 전자 빔에 대하여, 래티스 영역(1)에 있어서의 스폿 지름보다도 큰 스폿 지름을 선택함과 함께, 스폿 지름에 있어서의 단위 면적당의 빔의 파워가 래티스 영역(1)에 있어서의 빔의 파워와 동일하게 되는 파워 밀도를 설정하고 있는 것을 특징으로 하는 실시 형태를 채용한 경우에는, 외측 프레임 영역(2)에 대해서도 래티스 영역(1)과 마찬가지의 강고한 결합에 의한 소결 상태를 실현할 수가 있다.

기본 구성(1)에 있어서의 빔의 스폿 지름은, 통상 0.05 ㎜φ∼0.6 ㎜

의 범위에서 선택되는 한편, 상기 소정의 간격으로서는, 0.06 ㎜∼1.0 ㎜를 선택하고, 통기 구멍(11)의 폭에 대해서는 0.01 ㎜∼0.4 ㎜의 범위로 설정하는 경우가 많다.

기본 구성(1)의 경우에는, 동일한 각 분말층(3)에 있어서의 한쪽 방향 및 다른 쪽 방향을 따르고 있는 래티스 영역(1)에 있어서의 평행한 주사에 의한 라인 형상은, 다양한 형상을 선택하는 것이 가능하고, 도 1a, 도 1b는, 직선 형상인 경우를 도시하고 있고, 도 2a는, 곡선이 규칙적으로 변화하면서 연속되는 파형 형상인 실시 형태(도 2a는, 만곡 방향이 순차 교대로 변화하면서 연속되는 원호 형상인 경우를 도시한다.)를 도시하고, 도 2b는, 꺾은 선이 규칙적으로 변화하면서 연속되는 파형 형상의 실시 형태(도 2b는, 꺾은 선 방향이 약 45°로 순차 교대로 변화하면서 연속되는 경우를 도시한다.)를 도시하지만, 이들에 의한 파형 형상과 직선 형상의 결합에 의한 형상도 당연히 채용가능하다.

직선 형상인 경우에는, 심플한 주사를 실현할 수 있고, 파형 형상인 경우에는, 빔의 주사 방향을 따른 평면의 단위 면적당의 소결 밀도를 직선형의 경우보다도 크게 설정할 수가 있다.

래티스 영역(1)에 있어서의 한쪽 방향의 소결층(41)의 각 라인의 양단을 잇는 직선 및 다른 쪽 방향의 소결층(42)의 각 라인의 양단을 잇는 직선을 기준으로 한 경우, 쌍방의 방향의 각도는, 도 1a 및 도 2a에 도시하는 바와 같이, 직각 방향인 것을 전형예로 하지만, 도 1b 및 도 2b에 도시하는 바와 같이, 비스듬한 방향을 선택하는 것도 가능하다.

다만, 직교하는 경우가 가장 효율적인 소결을 실현한다는 것을 고려한 경우, 비스듬한 방향이더라도, 45° 이상으로 설정하는 경우가 많고, 결국, 기본 구성(1)에 있어서는, 한쪽 방향과 다른 쪽 방향의 교차 각도로서는 45°∼90°의 각도가 선택되는 일이 많다.

또한, 외측 프레임 영역(2)에 있어서의 빔의 주사는, 한쪽 방향 및 다른 쪽 방향 중 어느 한쪽이 선택되고 있지만, 도 1a, 도 1b 및 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 통상 외측 프레임 영역(2)의 외측은 래티스 영역(1)의 외측과 평행 상태에 의한 성형이 채용되고 있다.

스페이스의 효율적인 사용을 고려한 경우에는, 도 5a에 도시하는 바와 같이, 스퀴지(6)의 슬라이드 방향과 빔의 주사에 있어서의 한쪽 방향의 소결층(41) 또는 다른 쪽 방향의 소결층(42)에 의한 쌍방의 소결 방향을 대비한 경우, 슬라이드 방향과 일치할 뿐만 아니라, 직교하고 있는 상태가 실현되고 있다.

이와 같은 상태의 경우에는, 가령 도 5a에 도시하는 바와 같이, 직교하는 방향의 소결층(42)이 존재한다고 해도, 스퀴지(6)는, 일치하는 방향의 소결층(41)의 상측을 슬라이드하고 있는 이상, 특허문헌 2 발명에 대해서 전술한 도 10a, 도 10b에 도시하는 바와 같은 분말층(3)의 표면을 불균일하게 하는 것을 피할 수가 있다.

다만, 도 5a에 도시하는 실시 형태에 있어서, 하측에 슬라이드 방향과 직교하는 라인형의 소결층(42)이 존재하는 영역과 그 라인형의 소결층(42)에 끼인 영역에서는 스퀴지(6)의 슬라이드에 수반하여 또 성형된 분말층(3)의 두께가 상위하고, 그 결과, 스퀴지(6)의 슬라이드 방향 측단부로부터의 압압에 의한 영향에 다소의 상위가 생기지 않을 수 없다.

구체적으로는, 하측에 라인형의 소결층(42)이 존재하는 영역보다도 존재하지 않는 영역 쪽이 스퀴지(6)의 이동 방향의 선단에 있어서의 압압에 의한 영향이 크기 때문에, 도 10b보다도 정도가 현격히 낮다고 해도, 약간 오목하게 들어간 상태로 되고, 그 결과, 스퀴지(6)의 슬라이드 방향을 따라 교대로 미세한 요철 형상이 생기는 경우가 있다.

이에 비해, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 한쪽 방향의 소결층(41) 및 다른 쪽 방향의 소결층(42)을 따르고 있는 래티스 영역(1)에 있어서 주사가 행해지는 양단을 잇는 직선을 기준으로 한 경우에, 그 한쪽 방향 및 다른 쪽 방향과 스퀴지(6)의 슬라이드하는 방향이 비스듬히 교차하고 있는 것을 특징으로 하는 실시 형태의 경우에는, 도 5a에 도시하는 바와 같은 스퀴지(6)의 슬라이드 방향과 직교하는 방향을 따른 라인형의 소결층(42)이 래티스 영역(1) 내에 존재하지 않기 때문에, 스퀴지(6)의 슬라이드 방향을 따라, 분말층(3)의 요철 발생을 피할 수 있고, 균일한 분말층(3)의 성형에 기초하여, 래티스 영역(1)을 한층 더 안정된 상태에서 성형할 수가 있다.

또한, 한쪽 방향의 빔의 소결층(41)과 다른 쪽 방향의 빔의 소결층(42)이중첩되어 있는 영역은 매우 협소함과 함께, 그 영역과 한쪽만 또는 다른 쪽만의 소결이 행해지고 있는 영역의 스퀴지(6)의 슬라이드에 미치는 영향은 상위하지 않은 이상, 그 중첩에 의한 소결층(41 및 42)의 존재는, 도 5b에 도시하는 실시 형태의 이점을 부정하는 요인은 아니다.

기본 구성(1)에 있어서, 한쪽 방향의 빔의 소결이 행해진 경우에, 그의 일부가 소결층(41) 측으로 이행하고, 그 결과, 양측의 소결층(41)으로 둘러싸인 각 영역은, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 상기 주사 방향과 교차하는 방향의 스퀴지(6)에 의한 슬라이드에 의해서 살포된 분말이 분말층(3)의 성형에 필요한 양으로서 부족한 상태가 발생하는 경우가 있고, 특히 라인형의 소결층(41)에 끼인 영역의 폭이 넓을수록, 그 부족 상태가 발생하는 경향이 크다.

이와 같은 부족 상태에도 불구하고, 즉시 다른 쪽 방향의 빔의 주사에 의한 소결이 행해진 경우에는, 그 다른 쪽 주사에 의해서 성형된 라인형의 소결층(42)은 불균일하며, 더 나아가서는, 불균일한 래티스 영역(1)이 성형되게 되지 않을 수 없다.

이와 같은 상황을 회피하기 위해, 기본 구성(1)에 있어서는, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 한쪽 방향을 따르고 있는 래티스 영역(1)에 있어서의 주사에 의한 소결에 의해서, 서로 인접하는 소결층(41)에 끼인 상태에 있는 분말층(3)의 분말이 부족한 경우, 다른 쪽 주사 방향의 주사에 의한 소결이 행해지는 것보다도 전의 단계에서, 다시 상기 방향을 따른 스퀴지(6)의 슬라이드를 수반하는 분말의 살포를 개재시키는 것에 의해서, 부족한 분말을 보충하는 것을 특징으로 하는 실시 형태를 채용할 수가 있다.

상기 실시 형태에 있어서는, 도 6c에 도시하는 바와 같이, 다음의 다른 쪽 빔의 소결시에 균일한 소결층(42)을 실현하는 것이 가능해진다.

기본 구성(1)에 있어서 성형되는 통기 구멍(11)은, 한쪽 방향의 소결층(41)및 다른 쪽 방향의 소결층(42)의 쌍방에 성형되는 것에 의해서, 사방이 소결층(41, 42)에 의해서 둘러싸여 있다.

다만, 이들 소결층(41, 42)을 성형하는 라인의 폭은, 결코 동일 폭인 것을 필요 불가결로 하고 있는 것은 아니다.

즉, 도 7a, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 적층을 거듭함에 따라서, 래티스 영역(1)에 있어서의 빔의 스폿 지름을 순차 크게 함과 함께, 빔의 파워를 순차 크게 하거나 또는 빔의 주사 스피드를 순차 작게 하거나, 또는 그 쌍방을 채용하는 것에 의해서, 통기 구멍(11)의 사이즈를 순차 작게 설정하고 있는 것을 특징으로 하는 실시 형태를 채용할 수가 있다.

더 나아가서는, 도 8a, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 적층을 거듭함에 따라서, 래티스 영역(1)을 주사하고, 또한 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔 또는 전자 빔의 간격을 순차 단계적으로 작게 설정하는 것에 의해서, 통기 구멍(11)의 사이즈를 순차 단계적으로 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 실시 형태도 역시 채용할 수가 있다.

상기 각 실시 형태에 있어서 캐비티 금형을 제조한 경우에는, 기류를 분입(噴入)하는 입구에 대해, 기류가 분출(噴出)하는 출구의 면적을 작게 하는 것에 의해서, 필요한 압력을 성형하고 있는 기류의 분출을 실현할 수가 있다.

이하, 실시예에 입각해서 설명한다.

[실시예]

래티스 영역(1)의 성형에 있어서는, 하측에 가스 빼기용 배관을 배치하고 있는 경우가 있고, 상기 배치의 결과, 도 9에 도시하는 바와 같이, 외측 프레임 영역(2)의 성형을 예정하고 있는 영역의 하측에만 베이스 플레이트(5)가 설치되고, 래티스 영역(1)의 성형을 예정하고 있는 영역의 하측에 베이스 플레이트(5)가 설치되지 않고, 래티스 영역(1)의 성형이 행해지는 경우가 있다.

이와 같은 경우에는, 주위의 외측 프레임 영역(2)으로부터 순차 내측의 래티스 영역(1)을 성형하는 것을 필요 불가결로 한다.

실시예 1에 있어서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 한쪽 방향 및 다른 쪽 방향을 따르고 있는 래티스 영역(1)에 있어서의 빔의 주사에 수반하는 소결에 의해서 성형되는 래티스 영역(1)이, 내측의 공극을 둘러싼 상태로 하고, 또한 그 공극의 크기를 적층에 따라서 순차 작게 하는 것에 의해서, 내측으로의 테이퍼 형상의 래티스 영역(1)을 성형하는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같은 테이퍼 형상의 채용에 의해서, 필요한 상하 방향의 폭을 가지고, 또한 소정의 강도를 수반하는 래티스 영역(1)을 실현할 수가 있다.

[산업상의 이용가능성]

본 발명은, 강고한 결합 및 균일한 형상에 의한 래티스 구조를 실현할 수 있다는 점에 있어서 획기적이고, 래티스 구조를 수반하는 삼차원 조형의 이용 범위는 광범위하다.

1: 래티스 영역
11: 통기 구멍
12: 테이퍼 영역
2: 외측 프레임 영역
3: 분말층
41: 한쪽 방향의 소결층
42: 다른 쪽 방향의 소결층
43: 연속된 소결층
5: 베이스 플레이트
6: 스퀴지

Claims

스퀴지의 슬라이드를 수반하는 분말의 살포에 의한 분말층의 성형 및 상기 분말층에 대한 레이저 빔 또는 전자 빔에 의한 소결이라는 공정을 순차 반복하는 것에 기초하는 적층에 입각하고 있는 삼차원 조형물의 제조 방법으로서, 각 분말층에 있어서의 소결은, 통기성을 가지는 래티스 영역 및 상기 영역의 외측과 접속하고, 또한 상기 영역의 전체 주위에 배치되어 있는 외측 프레임 영역을 대상으로 하고 있고, 래티스 영역을 대상으로 하고 있는 각 분말층에 대해서는, 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔 또는 전자 빔을 소정의 간격으로 한쪽 방향으로, 서로 마주보는 외측 프레임 영역을 접합하는 상태에서 복수회 평행하게 주사하는 것에 의해서 한쪽 방향을 따른 소결층을 성형한 후에, 다시 동일한 각 분말층 내에서 상기 한쪽 방향과 교차하는 다른 쪽 방향으로, 서로 마주보는 외측 프레임 영역을 접합하는 상태에서 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔 또는 전자 빔을 소정의 간격으로 복수회 평행하게 주사하는 것에 의해서 다른 쪽 방향의 소결층을 성형하고, 상기 한쪽 방향을 따른 소결층과, 상기 다른 쪽 방향을 따른 소결층은, 교차하고 있고, 상기 교차한 영역에서는, 한쪽 소결과 다른 쪽 소결이 중첩된 상태에서 결합되어 있고, 교차하고 있지 않은 영역에서는, 한쪽만 또는 다른 쪽만의 소결이 행해지고 있고, 외측 프레임 영역에 대해서는, 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔 또는 전자 빔을, 연속된 소결층을 형성하도록 주사하고 있는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항에 있어서,
외측 프레임 영역의 형상으로서, 외측 영역을 둘러싸고 있는 내측 라인 및 외측 라인이, 각각 중심 위치가 동일하고, 또한 서로 닮은꼴인 정다각 형상 또는 만곡 형상 중 어느 것을 채용하는 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항에 있어서,
외측 프레임 영역을, 소정 폭만큼 떨어지고, 또한 특정 방향으로 선택되어 있는 평행 라인에 의해서 구분하고, 래티스 영역에 있어서의 소결층 성형의 전단계, 또는 후단계, 또는 그의 중간단계에서, 상기 평행 방향과 직교하는 방향으로 레이저 빔 또는 전자 빔을 주사하는 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제3항에 있어서,
평행 라인이, 제2항에 기재된 정다각 형상에 있어서의 특정 변의 방향인 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제3항에 있어서,
평행 라인의 방향이, 제2항에 기재된 정다각 형상에 있어서의 대각선 방향, 또는 만곡 형상에 있어서의 사선 방향인 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항에 있어서,
래티스 영역에 있어서의 소결층 성형의 전단계, 또는 후단계, 또는 그의 중간단계에서, 제2항에 기재된 정다각 형상 또는 만곡 형상을 형성하는 내측 라인 및 외측 라인과 상사 관계에 있는 궤적을 따라 레이저 빔 또는 전자 빔을 주사하는 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
외측 프레임 영역을 주사하는 레이저 빔 또는 전자 빔에 대하여, 래티스 영역에 있어서의 스폿 지름보다도 큰 스폿 지름을 선택함과 함께, 스폿 지름에 있어서의 단위 면적당의 레이저 빔 또는 전자 빔의 파워가 래티스 영역에 있어서의 레이저 빔 또는 전자 빔의 파워와 동일하게 되는 파워 밀도를 설정하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
한쪽 방향 및 다른 쪽 방향을 따르고 있는 래티스 영역에 있어서의 주사 형상이, 직선형, 곡선 또는 꺾은 선(折線)이 규칙적으로 변화하면서 연속되고 있는 파형 형상, 상기 직선형과 상기 파형 형상의 결합에 의한 형상 중 어느 것인 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
한쪽 방향 및 다른 쪽 방향을 따르고 있는 래티스 영역에 있어서 주사가 행해지는 각 라인의 양단을 잇는 직선을 기준으로 한 경우에, 상호 교차하는 각도가 45°∼90°인 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
한쪽 방향 및 다른 쪽 방향을 따르고 있는 래티스 영역에 있어서 주사가 행해지는 각 라인의 양단을 잇는 직선을 기준으로 한 경우에, 상기 한쪽 방향 또는 다른 쪽 방향 중 어느 것과 스퀴지가 슬라이드하는 방향이 동일한 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
한쪽 방향 및 다른 쪽 방향을 따르고 있는 래티스 영역에 있어서 주사가 행해지는 각 라인의 양단을 잇는 직선을 기준으로 한 경우에, 상기 한쪽 방향 및 다른 쪽 방향과 스퀴지의 슬라이드 방향이 비스듬히 교차하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
한쪽 방향을 따르고 있는 래티스 영역에 있어서의 주사에 의한 소결에 의해서 성형되어 있는 서로 인접하는 소결층에 끼인 상태에 있고, 또한 상기 주사 방향과 교차하는 방향의 스퀴지에 의한 슬라이드에 의해서 살포된 분말이 분말층의 성형에 필요한 양으로서 부족한 경우, 다른 쪽 주사 방향의 주사에 의한 소결이 행해지는 것보다도 전의 단계에서, 다시 상기 방향을 따른 스퀴지의 슬라이드를 수반하는 분말의 살포가 개재되는 것에 의해서, 부족한 분말을 보충하는 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
적층을 거듭함에 따라서, 래티스 영역을 주사하는 레이저 빔 또는 전자 빔의 스폿 지름을 순차 크게 함과 함께, 레이저 빔 또는 전자 빔의 파워를 순차 크게 하거나 또는 레이저 빔 또는 전자 빔의 주사 스피드를 순차 작게 하거나, 또는 그 쌍방을 채용하는 것에 의해서, 통기 구멍의 사이즈를 순차 작게 설정하고 있는 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
적층을 거듭함에 따라서, 래티스 영역을 주사하고, 또한 소정의 스폿 지름을 가지는 레이저 빔 또는 전자 빔의 간격을 순차 단계적으로 작게 설정하는 것에 의해서, 통기 구멍의 사이즈를 순차 단계적으로 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
한쪽 방향 및 다른 쪽 방향을 따르고 있는 래티스 영역에 있어서의 레이저 빔 또는 전자 빔의 주사에 수반하는 소결에 의해서 성형되는 래티스 영역이 내측의 공극을 둘러싼 상태로 하고, 또한 상기 공극의 크기를 적층에 따라서 순차 작게 설정하는 것에 의해서, 내측으로의 테이퍼 형상에 의한 래티스 영역을 성형하는 것을 특징으로 하는 삼차원 조형물의 제조 방법.