KR20180021186A

KR20180021186A - 3차원 형상 조형물의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180021186A
Application number: KR1020187002792A
Authority: KR
Inventors: 노리오 요시다; 아키후미 나카무라; 사토시 아베; 마사노리 모리모토; 요시유키 우치노노
Original assignee: 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-02-28
Also published as: US11203065B2; CN107848212B; JP2017030225A; JP6512407B2; US20180221952A1; WO2017022226A1; CN107848212A; DE112016003479T5; KR102048693B1

Abstract

보다 효율적인 3차원 형상 조형물의 제조 방법을 제공하기 위해서, 본 발명에서는, 광 빔 조사에 의해 복수의 고화층을 순차 형성하여 3차원 형상 조형물을 제조하는 방법으로서, 분말층의 형성 후에 광 빔 조사가 실행되는 층 형성 후 조사 방식과, 원료의 공급 시에 광 빔 조사가 실행되는 원료 공급 시 조사 방식을 조합한 하이브리드 방식에 의해 고화층을 형성한다.

Description

3차원 형상 조형물의 제조 방법

본 개시는 3차원 형상 조형물의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 개시는 광 빔 조사에 의해 복수의 고화층을 순차 형성하는 3차원 형상 조형물의 제조 방법에 관한 것이다

광 빔을 분말 재료에 조사하는 것을 통하여 3차원 형상 조형물을 제조하는 방법(일반적으로는 「분말 소결 적층법」이라 칭해짐)은 종래부터 알려져 있다. 분말 소결 적층법은 이하의 공정 (i) 및 (ii)에 근거하여 분말층 형성과 고체층 형성을 교대로 반복 실시하여 3차원 형상 조형물을 제조한다.

(i) 분말층의 소정 개소에 광 빔을 조사하고, 이러한 소정 개소의 분말을 소결 또는 용융 고화시켜 고화층을 형성하는 공정.

(ii) 얻어진 고화층 위에 새로운 분말층을 형성하고, 마찬가지로 광 빔을 조사하여 추가로 고화층을 형성하는 공정.

이러한 제조 기술에 따르면, 복잡한 3차원 형상 조형물을 제조하는 것이 가능해진다. 분말 재료로서 무기질의 금속 분말을 이용하는 경우, 얻어지는 3차원 형상 조형물을 금형으로서 사용할 수 있다. 한편, 분말 재료로서 유기질의 수지 분말을 이용하는 경우, 얻어지는 3차원 형상 조형물을 각종 모델로서 사용할 수 있다.

분말 재료로서 금속 분말을 이용하고, 그에 따라 얻어지는 3차원 형상 조형물을 금형으로서 사용하는 경우를 예로 든다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 우선, 스퀴징 블레이드(23)를 움직여 조형 플레이트(21) 상에 소정 두께의 분말층(22)을 형성한다(도 11의 (a) 참조). 이어서, 분말층(22)의 소정 개소에 광 빔(L)을 조사하여 분말층(22)에 고화층(24)을 형성한다(도 11의 (b) 참조). 이어서, 얻어진 고화층(24) 위에 새로운 분말층(22)을 형성하고 재차 광 빔을 조사하여 새로운 고화층(24)을 형성한다. 이와 같이 하여 분말층 형성과 고화층 형성을 교대로 반복 실시하면 고화층(24)이 적층되게 되고(도 11의 (c) 참조), 최종적으로는 적층화된 고화층(24)으로 이루어지는 3차원 형상 조형물을 얻을 수 있다. 최하층으로서 형성되는 고화층(24)은 조형 플레이트(21)와 결합된 상태가 되므로, 3차원 형상 조형물과 조형 플레이트(21)는 일체화물을 이루게 되고, 그 일체화물을 금형으로서 사용할 수 있다.

일본 특허 공표 평1-502890 호 공보 일본 특허 공개 제 2000-073108 호 공보

본원 발명자들은, 상기와 같은 분말 소결 적층법에 있어서, 제조되는 3차원 형상 조형물의 여하에 따라서는 그다지 효율적인 제조 방법이 되지 않는 경우가 있는 것을 발견했다. 분말 소결 적층법에서는, 미크론 오더(예를 들면 50㎛ 정도)의 작은 두께를 갖는 고화층을 순차 형성하므로, 최종적으로 얻어지는 3차원 형상 조형물은 높은 형상 정밀도를 갖게 된다. 그렇지만, 그러한 작은 두께에 기인하여 3차원 형상 조형물을 구성하는 고화층의 적층수는 많아지는 경향이 있으며, 최종적으로 높은 형상 정밀도를 낼 수 있지만, 제조 시간에 대해서는 충분히 만족스러운 것이라고 말할 수 없는 경우가 있었다. 이것은 3차원 형상 조형물이 보다 큰 치수를 갖는 경우에 현저하게 될 수 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이다. 즉, 본 발명의 주요 과제는 보다 효율적인 3차원 형상 조형물의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시형태에서는,

광 빔 조사에 의해 복수의 고화층을 순차 형성하여 3차원 형상 조형물을 제조하는 방법으로서,

분말층의 형성 후에 광 빔 조사가 실행되는 층 형성 후 조사 방식과, 원료의 공급 시에 광 빔 조사가 실행되는 원료 공급 시 조사 방식을 조합한 하이브리드 방식에 의해 고화층을 형성하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 조형물의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 제조 방법에서는, 3차원 형상 조형물을 보다 효율적으로 제조하는 것이 가능해진다. 구체적으로는 3차원 형상 조형물을 보다 단시간에 제조할 수 있다. 특히 3차원 형상 조형물이 보다 큰 치수를 갖는 경우라도, 이러한 3차원 형상 조형물을 얻을 때까지의 시간을 보다 짧게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법의 개념을 모식적으로 도시한 단면도,
도 2는 3차원 형상 조형물의 윤곽 고화층 영역 및 내측 고화층 영역을 모식적으로 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법으로 얻어지는 3차원 형상 조형물을 모식적으로 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법을 경시적으로 도시한 단면도,
도 5는 「분말의 흡인 제거」의 태양을 모식적으로 도시한 단면도,
도 6은 「표면 절삭 처리」의 태양을 모식적으로 도시한 단면도,
도 7은 「윤곽 고화층 영역의 단차 형상면」의 태양을 모식적으로 도시한 단면도,
도 8은 「원료 공급 시 조사 방식의 원료를 비스듬하게 공급」의 태양을 모식적으로 도시한 단면도,
도 9는 중공부를 갖는 3차원 형상 조형물을 모식적으로 도시한 사시도,
도 10은 중공부를 갖는 3차원 형상 조형물의 제조 방법에 있어서의 공정을 모식적으로 도시한 단면도,
도 11은 분말 소결 적층법이 실시되는 광 조형 복합 가공의 프로세스 태양을 모식적으로 도시한 단면도,
도 12는 광 조형 복합 가공기의 구성을 모식적으로 도시한 사시도,
도 13은 광 조형 복합 가공기의 일반적인 동작을 나타낸 흐름도.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법을 보다 상세하게 설명한다. 도면에 있어서의 각종 요소의 형태 및 치수는 어디까지나 예시에 지나지 않으며, 실제의 형태 및 치수를 반영하는 것은 아니다.

본 명세서에 있어서 「분말층」이란, 예를 들면 「금속 분말로 이루어지는 금속 분말층」 또는 「수지 분말로 이루어지는 수지 분말층」을 의미하고 있다. 본 명세서에 있어서 「고화층」이란, 분말층이 금속 분말층인 경우에는 「소결층」을 의미하며, 분말층이 수지 분말층인 경우에는 「경화층」을 의미하고 있다.

또한, 본 명세서에서 직접적 또는 간접적으로 설명하는 "상하"의 방향은 고화층의 적층 방향에 근거하고 있으며, 본 발명의 제조 방법의 실시 시에 고화층이 적층되는 방향을 「상부 방향」으로 하고, 그 반대측을 「하부 방향」으로 한다.

[분말 소결 적층법]

우선, 본 발명의 제조 방법의 전제가 되는 분말 소결 적층법에 대하여 설명한다.

여기서 설명하는 분말 소결 적층법은, 후술하는 "층 형성 후 조사 방식"에 상당한다. 즉, 분말층으로의 광 빔 조사에 의해 고화층의 형성을 실행하는 "층 형성 후 조사 방식"에 상당하는 분말 소결 적층법에 대하여 설명을 실행한다. 또한, 이하에 있어서는 분말 소결 적층법으로 3차원 형상 조형물의 절삭 처리를 부가적으로 실행하는 광 조형 복합 가공을 예로서 들지만, "절삭 처리"는 필수가 아닌 것에 유의했으면 한다.

도 11은 광 조형 복합 가공의 프로세스 태양을 모식적으로 도시하고 있으며, 도 12 및 도 13은 분말 소결 적층법과 절삭 처리를 실시할 수 있는 광 조형 복합 가공기(1)의 주요 구성 및 동작의 흐름도를 각각 나타내고 있다.

광 조형 복합 가공기(1)는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 분말층 형성 수단(2), 광 빔 조사 수단(3) 및 절삭 수단(4)을 구비하고 있다.

분말층 형성 수단(2)은 금속 분말 또는 수지 분말 등의 분말을 소정 두께로 까는 것에 의해 분말층을 형성하기 위한 수단이다. 광 빔 조사 수단(3)은 분말층의 소정 개소에 광 빔(L)을 조사하기 위한 수단이다. 절삭 수단(4)은 적층화된 고화층의 측면, 즉 3차원 형상 조형물의 표면을 절삭하기 위한 수단이다.

분말층 형성 수단(2)은, 도 11에 도시하는 바와 같이, 분말 테이블(25), 스퀴징 블레이드(23), 조형 테이블(20) 및 조형 플레이트(21)를 주로 갖고서 이루어진다. 분말 테이블(25)은 외주가 벽(26)으로 둘러싸인 분말 재료 탱크(28) 내에서 상하로 승강할 수 있는 테이블이다. 스퀴징 블레이드(23)는 분말 테이블(25) 상의 분말(19)을 조형 테이블(20) 상으로 제공하여 분말층(22)을 얻기 위해 수평 방향으로 이동할 수 있는 블레이드이다. 조형 테이블(20)은 외주가 벽(27)으로 둘러싸인 조형 탱크(29) 내에서 상하로 승강할 수 있는 테이블이다. 그리고, 조형 플레이트(21)는 조형 테이블(20) 상에 배치되며, 3차원 형상 조형물의 토대가 되는 플레이트이다.

광 빔 조사 수단(3)은, 도 12에 도시하는 바와 같이, 광 빔 발진기(30) 및 갈바노 미러(31)를 주로 갖고서 이루어진다. 광 빔 발진기(30)는 광 빔(L)을 발광하는 기기이다. 갈바노 미러(31)는 발광된 광 빔(L)을 분말층에 스캐닝하는 수단, 즉 광 빔(L)의 주사 수단이다.

절삭 수단(4)은, 도 12에 도시하는 바와 같이, 밀링 헤드(40) 및 구동 기구(41)를 주로 갖고서 이루어진다. 밀링 헤드(40)는 적층화된 고화층의 측면을 절삭하기 위한 절삭 공구이다. 구동 기구(41)는 밀링 헤드(40)를 소망의 절삭해야 할 개소로 이동시키는 수단이다.

광 조형 복합 가공기(1)의 동작에 대하여 상술한다. 광 조형 복합 가공기(1)의 동작은, 도 13의 흐름도에 나타내는 바와 같이, 분말층 형성 단계(S1), 고화층 형성 단계(S2) 및 절삭 단계(S3)로 구성되어 있다. 분말층 형성 단계(S1)는 분말층(22)을 형성하기 위한 단계이다. 이러한 분말층 형성 단계(S1)에서는, 우선 조형 테이블(20)을 Δt 낮추어(S11), 조형 플레이트(21)의 상면과 조형 탱크(29)의 상부 단부면의 레벨 차이가 Δt가 되도록 한다. 이어서, 분말 테이블(25)을 Δt 높인 후, 도 11의 (a)에 도시하는 바와 같이 스퀴징 블레이드(23)를 분말 재료 탱크(28)로부터 조형 탱크(29)를 향하여 수평 방향으로 이동시킨다. 이에 의해, 분말 테이블(25)에 배치되어 있던 분말(19)을 조형 플레이트(21) 상으로 이송시킬 수 있으며(S12), 분말층(22)의 형성이 실행된다(S13). 분말층(22)을 형성하기 위한 분말로서는, 예를 들어 「평균 입경 5㎛~100㎛ 정도의 금속 분말」 및 「평균 입경 30㎛~100㎛ 정도의 나일론, 폴리프로필렌 또는 ABS 등의 수지 분말」을 예로 들 수 있다. 분말층(22)이 형성되면, 고화층 형성 단계(S2)로 이행한다. 고화층 형성 단계(S2)는 광 빔 조사에 의해 고화층(24)을 형성하는 단계이다. 이러한 고화층 형성 단계(S2)에 있어서는, 광 빔 발진기(30)로부터 광 빔(L)을 발광하고(S21), 갈바노 미러(31)에 의해 분말층(22)상의 소정 개소로 광 빔(L)을 스캐닝한다(S22). 이에 의해, 분말층(22)의 소정 개소의 분말을 소결 또는 용융 고화시켜, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이 고화층(24)을 형성한다(S23). 광 빔(L)으로서는, 탄산 가스 레이저, Nd:YAG 레이저, 파이버 레이저 또는 자외선 등을 이용하여도 좋다.

분말층 형성 단계(S1) 및 고화층 형성 단계(S2)는 교대로 반복하여 실시한다. 이에 의해, 도 11의 (c)에 도시하는 바와 같이 복수의 고화층(24)이 적층화된다.

적층화된 고화층(24)이 소정 두께에 달하면(S24), 절삭 단계(S3)로 이행한다. 절삭 단계(S3)는 적층화된 고화층(24)의 측면, 즉 3차원 형상 조형물의 표면을 절삭하기 위한 단계이다. 절삭 공구로서 이용되는 밀링 헤드(40)(도 11의 (c) 및 도 12 참조)를 구동시키는 것에 의해 절삭 단계가 개시된다(S31). 예를 들면, 밀링 헤드(40)가 3㎜의 유효 칼날 길이를 갖는 경우, 3차원 형상 조형물의 높이 방향을 따라서 3㎜의 절삭 처리를 실행할 수 있으므로, Δt가 0.05㎜이면 60층분의 고화층(24)이 적층된 시점에서 밀링 헤드(40)를 구동시킨다. 구체적으로는 구동 기구(41)에 의해 밀링 헤드(40)를 이동시키면서, 적층화된 고화층(24)의 측면에 대하여 절삭 처리를 실시하게 된다(S32). 이러한 절삭 단계(S3)가 종료되면, 소망의 3차원 형상 조형물이 얻어지고 있는지의 여부를 판단한다(S33). 소망의 3차원 형상 조형물이 여전히 얻어지고 있지 않은 경우에는, 분말층 형성 단계(S1)로 되돌아간다. 이후, 분말층 형성 단계(S1)~절삭 단계(S3)를 반복 실시하여 추가로 고화층(24)의 적층화 및 절삭 처리를 실시하는 것에 의해, 최종적으로 소망의 3차원 형상 조형물이 얻어진다.

[본 발명의 제조 방법]

본 발명은, 상술한 바와 같은 3차원 형상 조형물의 제조에 있어서, 고화층의 형성 수법에 특징을 갖고 있다. 특히, 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 적어도 2 종류의 방식을 조합한 하이브리드 방식에 의해 고화층을 형성한다.

구체적으로는 「분말층의 형성 후에 광 빔 조사가 실행되는 층 형성 후 조사 방식」과 「원료의 공급 시에 광 빔 조사가 실행되는 원료 공급 시 조사 방식」을 조합한 하이브리드 방식에 의해 고화층을 형성한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법으로 채용하는 하이브리드 방식의 개념을 도 1에 도시한다. 도시하는 바와 같이, 이러한 하이브리드 방식에서는, 고화층(24)의 형성 태양이 서로 상이한 "층 형성 후 조사 방식(50)"과 "원료 공급 시 조사 방식(60)"이 조합되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이 "층 형성 후 조사 방식(50)"은 상술한 분말 소결 적층법에 상당하는 것이며, 분말층(22)을 형성한 후에 광 빔(L)을 분말층(22)에 조사하여 고화층(24)을 형성한다. 한편, "원료 공급 시 조사 방식(60)"은 원료의 공급과 광 빔(L)의 조사를 실질적으로 동시에 실행하여 고화층(24)을 형성한다.

즉, 본 명세서에서 말하는 「층 형성 후 조사 방식」은, 분말층을 일단 형성한 후에 광 빔을 분말층의 소정 개소에 조사하고, 그 소정 개소의 분말을 소결 또는 용융 고화시켜 고화층을 형성하는 방식을 의미하고 있다. 한편, 본 명세서에서 말하는 「원료 공급 시 조사 방식」은, 분말층 형성을 거치는 일 없이 고화층을 직접적으로 형성하는 방식이며, 원료 공급과 광 빔 조사를 실질적으로 동시에 실행하여, 공급된 원료를 소결 또는 용융 고화시켜 고화층을 형성하는 방식을 의미하고 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 3차원 형상 조형물을 보다 효율적으로 제조할 수 있다. 왜냐하면 「층 형성 후 조사 방식」과 「원료 공급 시 조사 방식」이란 형상 정밀도 및 제조 시간의 점에서 서로 다른 특징을 갖고 있으며, 그들을 조합하여 3차원 형상 조형물을 제조하기 때문이다. 「층 형성 후 조사 방식」은 형상 정밀도를 비교적 높게 할 수 있지만, 고화층 형성을 위한 시간이 비교적 길어진다는 특징을 갖는다. 한편, 「원료 공급 시 조사 방식」은 형상 정밀도가 비교적 낮지만, 고화층 형성을 위한 시간을 비교적 짧게 할 수 있다는 특징을 갖는다. 따라서, 그와 같이 상반되는 특징을 갖는 「층 형성 후 조사 방식」과 「원료 공급 시 조사 방식」을 호적하게 조합하는 것에 의해, 소망의 3차원 형상 조형물을 보다 효율적으로 제조할 수 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에서는 「층 형성 후 조사 방식」 및 「원료 공급 시 조사 방식」의 각각의 장단을 서로 보완하는 것에 의해, 소망의 형상 정밀도를 갖는 3차원 형상 조형물을 보다 단시간에 제조할 수 있다.

「층 형성 후 조사 방식」 및 「원료 공급 시 조사 방식」에 대하여 상술한다. 「층 형성 후 조사 방식」은 상술한 "분말 소결 적층법"에 상당한다. 따라서, 「층 형성 후 조사 방식」에서는, 우선 스퀴징 블레이드 등을 이용하여 분말층을 형성한다. 분말층의 형성 후, 이러한 분말층의 소정 개소에 광 빔을 조사한다. 이에 의해 해당 소정 개소의 분말을 소결 또는 용융 고화시켜 고화층을 형성한다. 이어서, 얻어진 고화층 위에 새로운 분말층을 마찬가지로 형성하고, 그 새로운 분말층의 소정 개소에 광 빔을 조사하여 추가로 고화층을 형성한다. 이러한 분말층 형성 및 고화층 형성을 교대로 반복하여 실행하는 것에 의해, 적층화된 고화층으로 이루어지는 3차원 형상 조형물을 최종적으로 얻을 수 있다.

여기서 말하는 「분말층의 소정 개소」란, 제조되는 3차원 형상 조형물의 영역을 실질적으로 가리키고 있다. 따라서, 이러한 소정 개소에 존재하는 분말에 대하여 광 빔을 조사하면, 그 분말이 소결 또는 용융 고화되어 3차원 형상 조형물의 고화층이 형성되게 된다.

한편, 「원료 공급 시 조사 방식」은 원료 공급과 광 빔 조사를 실질적으로 동시에 실행하여 고화층을 형성하는 방식이다. 층 형성 후 조사 방식과의 대비로 말하면, 원료 공급 시 조사 방식은 고화층을 얻을 때에 분말층 형성을 실행하지 않는다는 특징을 갖는다.

원료 공급 시 조사 방식의 원료로서는, 분말 또는 용가재를 이용하여도 좋다. 즉, 원료 공급 시 조사 방식에서는, 원료 공급 개소에 광 빔이 조사되는 동시에, 그 원료 공급 개소에 대하여 분말 또는 용가재가 직접적으로 공급되는 것을 통하여, 그 공급되는 분말 또는 용가재로 고화층을 형성한다.

예를 들어 분말이 이용되는 경우, 공급된 분말을 광 빔 조사에 의해 소결 또는 용융 고화시켜 분말로 고화층을 직접적으로 형성한다. 바람직하게는, 광 빔 조사의 광 빔(L)의 집광부(즉, 원료 공급 개소가 되는 광 빔(L)의 조사 부분)에 대하여 분말(64)을 분무 공급하고, 그에 의해 분말(64)을 소결 또는 용융 고화시켜 고화층(24)을 형성한다(도 1 참조). 도 1에 도시하는 바와 같이, 분말(64)의 분무 공급을 위해, 분말 공급 노즐(65)을 이용하여도 좋다.

원료 공급 시 조사 방식에서 이용하는 분말의 종류는, 층 형성 후 조사 방식에서 이용하는 분말의 종류와 동일하여도 좋다. 즉, 원료 공급 시 조사 방식의 분말은 층 형성 후 조사 방식의 분말층을 구성하는 분말을 이용하여도 좋다.

한편, 원료 공급 시 조사 방식에 용가재가 이용되는 경우, 용가재의 일부를 광 빔에 의해 용융시키고, 그 이후 얻어지는 용융 재료로 고화층을 직접적으로 형성한다. 바람직하게는, 광 빔 조사의 광 빔 집광부(즉, 원료 공급 개소가 되는 광 빔(L)의 조사 부분)에 용가재(66)가 도달하도록 해당 용가재(66)를 공급하는 것에 의해, 용가재(66)의 일부를 용융시켜 고화층(24)을 형성한다(도 1 참조). 도 1에 도시하는 바와 같이, 예를 들어 용가재(66)의 단부에 광 빔(L)이 조사되도록 용가재(66)를 공급한다. 이에 의해, 용가재(66)의 단부를 용융시키고, 그 이후 얻어지는 용융 재료로 고화층(24)을 형성하여도 좋다.

여기서 말하는 「용가재」란, 이른바 용접의 기술 분야에서 이용되는 용접 원료를 가리키고 있으며, 본 발명의 관점에서 말하면 광 빔이 조사되면 일단 용융할 수 있는 가용융성재를 의미하고 있다. 용가재의 재질은 전형적으로는 금속이지만, 반드시 그에 한정되지 않는다. 또한, 용가재의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, "와이어 형상" 또는 "봉 형상" 등의 세장 형상이 바람직하다. 광 빔이 조사되는 것에 의해 용가재의 용융이 생기기 쉽고, 또한 그와 같이 용융된 재료를 소망 개소에 의해 정밀도 양호하게 공급할 수 있기 때문이다.

용가재로서 예를 들어 금속 와이어를 이용하는 것이 바람직하다. 금속 와이어의 단부가 광 빔 집광부에 제공된 상태가 되도록 유지되면, 금속 와이어의 단부가 순차 용융되어 가게 되고, 그 이후 얻어지는 용융 재료로 고화층을 직접적으로 형성할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 말하는 「금속 와이어」란, 그 명칭에서 알 수 있는 바와 같이, "와이어 형상"으로 세장 형상을 갖는 금속재를 의미하고 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 원료 공급 시 조사 방식에 의해, 보다 두께가 큰 고화층을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 원료 공급 시 조사 방식으로 형성하는 고화층의 두께는, 층 형성 후 조사 방식으로 형성하는 고화층의 두께보다 크게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 「원료 공급 시 조사 방식」의 고화층 형성을 「층 형성 후 조사 방식」의 고화층 형성보다 단시간에 실행할 수 있어, 결과적으로 보다 효율적인 제조 방법을 제공한다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 원료 공급 시 조사 방식으로 형성하는 고화층의 두께(T_{원료공급시조사})는 층 형성 후 조사 방식으로 형성하는 고화층의 두께(T_{층형성후조사})의 예를 들어 약 2배~약 500배로 되어 있다. 바람직하게는, 원료 공급 시 조사 방식의 고화층의 두께(T_{원료공급시조사})는 층 형성 후 조사 방식의 고화층의 두께(T_{층형성후조사})의 약 2배~약 250배이며, 보다 바람직하게는 약 5배~약 150배이다.

또한, 원료 공급 시 조사 방식은 단위 시간 당 고화층을 보다 광범위하게 크게 형성할 수 있다. 이에 대하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 원료 공급 시 조사 방식의 광 빔 조사의 광 빔 집광경을 층 형성 후 조사 방식의 광 빔 조사의 광 빔 집광경보다 크게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 「원료 공급 시 조사 방식」의 고화층 형성을 「층 형성 후 조사 방식」의 고화층 형성보다 단시간에 실행할 수 있어, 결과적으로보다 효율적인 제조 방법을 제공한다. 또한, 여기서 말하는 「광 빔 집광경」은 원료 공급 개소에 있어서의 광 빔의 직경(스팟 직경)을 의미하고 있다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 원료 공급 시 조사 방식에 있어서의 광 빔 조사의 광 빔 집광경(D_{원료공급시조사})은 층 형성 후 조사 방식에 있어서의 광 빔 조사의 광 빔 집광경(D_{층형성후조사})의 예를 들어 약 1.5배~약 100배로 되어 있다. 바람직하게는, 원료 공급 시 조사 방식의 광 빔 집광경(D_{원료공급시조사})은 층 형성 후 조사 방식의 광 빔 집광경(D_{층형성후조사})의 약 2배~약 80배이며, 보다 바람직하게는 약 2배~약 40배이다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에서 채용되는 하이브리드 방식은, 3차원 형상 조형물을 구성하는 고화층 영역이 어느 개소에 상당하는 것인지에 따라서 「층 형성 후 조사 방식」과 「원료 공급 시 조사 방식」을 호적하게 구분하여 사용하여도 좋다. 바람직하게는 「3차원 형상 조형물(100)의 윤곽부에 상당하는 윤곽 고화층 영역(110)」을 층 형성 후 조사 방식으로 형성하고, 「3차원 형상 조형물(100)의 윤곽부 이외에 상당하며, 윤곽부보다 내측에 위치하는 내측 고화층 영역(120)」을 원료 공급 시 조사 방식으로 형성한다(도 2 참조).

윤곽 고화층 영역(110)은 3차원 형상 조형물(100)의 외표면을 이루므로, 형상 정밀도가 비교적 높은 "층 형성 후 조사 방식"으로 형성한다. 한편, 내측 고화층 영역(120)은, 3차원 형상 조형물(100)의 중실 부분에 상당하며, 3차원 형상 조형물(100)에 있어서 비교적 큰 체적을 차지하므로, 고화층 형성을 위한 시간이 비교적 짧은 "원료 공급 시 조사 방식"으로 형성한다. 이에 의해, 비교적 높은 형상 정밀도를 갖는 3차원 형상 조형물(100)을 보다 단시간에 제조할 수 있다. 또한, 이러한 효과는, 3차원 형상 조형물이 보다 큰 치수를 갖는 경우에 현저하게 된다. 즉, 도 3에 도시하는 바와 같이, 보다 작은 치수를 갖는 3차원 형상 조형물(100)(도 3의 (a))과 비교한 경우, 보다 큰 치수를 갖는 3차원 형상 조형물(100)(도 3의 (b))은 내측 고화층 영역(120)이 차지하는 체적의 비율이 보다 크다. 이와 같이 큰 점유 체적의 내측 고화층 영역(120)에 대하여 형성 시간이 비교적 짧은 "원료 공급 시 조사 방식"을 실시하게 되므로, 보다 큰 치수를 갖는 3차원 형상 조형물(100)을 제조하는 경우에 제조 시간의 단축 효과가 보다 커진다.

본 명세서에 있어서 「윤곽부」는 최종적으로 얻어지는 3차원 형상 조형물에 있어서 외부에 노출되는 외면부에 상당한다. 따라서, 본 명세서에 있어서 「윤곽 고화층 영역」은, 고화층 또는 고화층 적층체에 있어서, 그 주연 부분에 상당하는 국소적 영역을 실질적으로 의미하고 있다. 이러한 「윤곽 고화층 영역」은, 어느 정도의 폭 치수를 갖는 영역으로 간주할 수 있으며, 예를 들어 3차원 형상 조형물의 외표면으로부터 약 1㎜~약 10㎝ 내측(수평 방향 내측)에 도달할 때까지의 국소적 영역이 「윤곽 고화층 영역」에 상당한다. 한편, 본 명세서에 있어서 「내측 고화층 영역」은 고화층 또는 고화층 적층체에 있어서 윤곽부보다 내측에 위치하는 중실 부분을 가리키고 있으며, 단적으로 말하면 "윤곽부를 제외한 고화층 영역"이 내측 고화층 영역에 상당한다.

어느 바람직한 태양에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이「윤곽부」는 3차원 형상 조형물(100)의 측면 부분(110A) 및 천정면 부분(110B) 중 적어도 한쪽이다. 고화층은 조형 플레이트(21) 상에서 적층되는 바, 최종적으로 얻어지는 3차원 형상 조형물(100)의 외면부가 측면 부분(110A) 및 천정면 부분(110B)이 되기 때문이다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법을 경시적으로 설명한다. 도 4에 도시하는 제조 방법은, 윤곽 고화층 영역(110)을 층 형성 후 조사 방식(50)으로 형성하는 한편, 내측 고화층 영역(120)을 원료 공급 시 조사 방식(60)으로 형성하는 태양에 관한 것이다.

도 4의 (a) 내지 도 4의 (h)에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 제조 방법에서는, 내측 고화층 영역(120)을 형성하기 위한 원료 공급 시 조사 방식(60)에 앞서서, 3차원 형상 조형물(100)의 측면 부분(110A)에 상당하는 윤곽 고화층 영역(110)을 형성하기 위한 층 형성 후 조사 방식(50)을 실시한다. 환언하면, 층 형성 후 조사 방식(50)에 의해 3차원 형상 조형물(100)의 측면 부분(110A)을 이루는 윤곽부를 형성한 후에, 원료 공급 시 조사 방식(60)에 의해 3차원 형상 조형물(100)의 내부에 상당하는 내측 고화층 영역(120)을 형성한다. 이에 의해, 3차원 형상 조형물(100)을 보다 효율적으로 제조할 수 있다. 구체적으로는, 3차원 형상 조형물(100)의 최외 부분에 상당하는 윤곽부를 우선 형성하므로, 그 내측에 위치하는 내측 고화층 영역(120)의 형성 범위가 미리 정해져, 원료 공급 시 조사 방식(60)을 보다 간이하게 실시할 수 있다.

도 4의 (a) 내지 도 4의 (h)에 도시하는 제조 방법에서는, 우선, 층 형성 후 조사 방식(50)을 실시한다. 도 4의 (a)에 도시하는 바와 같이, 스퀴징 블레이드(23)를 움직여 조형 플레이트(21) 상에 소정 두께의 분말층(22)을 형성한다. 이어서, 도 4의 (b)에 도시하는 바와 같이, 3차원 형상 조형물의 측면 부분에 상당하는 분말층 영역에 광 빔(L)을 조사하여, 이러한 분말층(22)의 일부 영역에서 측면 고화층(24a)을 형성한다. 이어서, 도 4의 (c) 및 도 4의 (d)에 도시하는 바와 같이 새로운 분말층(22)을 형성하고 재차 광 빔(L)을 동일하게 조사하여 새로운 측면 고화층(24a)을 형성한다. 이와 같이 하여 분말층 형성과 고화층 형성을 교대로 반복 실시하여, 3차원 형상 조형물의 측면 부분(110A)에 상당하는 윤곽 고화층 영역(110)을 형성한다(도 4의 (d) 참조).

층 형성 후 조사 방식(50)의 실시에 이어서, 원료 공급 시 조사 방식(60)을 실시한다. 이러한 원료 공급 시 조사 방식(60)을 실시하는데 앞서서는, 도 4의 (e)에 도시하는 바와 같이, 윤곽 고화층 영역(110)의 형성에 기여하지 않은 분말층의 분말(19a)을 흡인 제거하는 것이 바람직하다. 즉, 측면 부분(110A)에 상당하는 윤곽 고화층 영역(110)을 형성하기 위한 층 형성 후 조사 방식(50)의 실시 후에 있어서, 내측 고화층 영역(120)을 형성하기 위한 원료 공급 시 조사 방식(60)의 실시 전에 있어서, 측면 부분(110A)에 상당하는 윤곽 고화층 영역(110)의 형성에 기여하지 않은 분말층의 분말(19a)을 흡인 제거하는 것이 바람직하다. 이와 같이 분말(19a)을 흡인 제거하면, 원료 공급 시 조사 방식(60)을 보다 호적하게 실시할 수 있다. 즉, 윤곽 고화층 영역(110)의 형성에 기여하지 않은 분말층의 분말(19a)이 존재하는 상태에서는, 원료 공급 시 조사 방식(60)을 위한 영역이 확보되어 있지 않은 바, 이러한 분말(19a)을 제거하는 것에 의해 원료 공급 시 조사 방식(60)을 위한 영역을 호적하게 확보할 수 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 분말(19a)의 흡인 제거는, 예를 들어 흡인 노즐(90)을 이용하여 상방으로부터 실시하여도 좋다.

이어서, 도 4의 (f) 및 도 4의 (g)에 도시하는 바와 같이, 원료 공급 시 조사 방식(60)을 실시하는 것에 의해 내측 고화층(24b)을 형성한다. 이에 의해, 윤곽부의 내측 부분에 상당하는 내측 고화층 영역(120)을 얻는다. 도시하는 바와 같이(특히 도 4의 최하 부분에 도시하는 바와 같이), 윤곽부의 내측 부분에 있어서 분말(64) 또는 용가재(66)의 공급과 광 빔(L)의 조사를 실질적으로 동시에 실행하는 것에 의해, 공급된 분말(64) 또는 용가재(66)로 직접적으로 내측 고화층(24b)을 형성한다. 예를 들면 「원료 공급 시 조사 방식(60)으로 형성하는 내측 고화층(24b)의 두께」는 「층 형성 후 조사 방식(50)으로 형성한 측면 고화층(24a)의 두께」보다 크게 할 수 있으므로, 효율적으로 내측 고화층 영역(120)을 형성할 수 있다.

이어서, 도 4의 (h)에 도시하는 바와 같이, 3차원 형상 조형물의 천정면 부분(110B)에 상당하는 윤곽 고화층 영역(110)을 층 형성 후 조사 방식(50)으로 형성한다. 이에 의해, 최종적으로 얻어지는 3차원 형상 조형물(100)에서 외면부를 이루는 천정면 부분(110B)에서 형상 정밀도를 내는 것이 가능해진다.

이상과 같이 공정을 거치는 것에 의해, 비교적 높은 형상 정밀도를 갖는 3차원 형상 조형물(100)을 보다 단시간에 얻을 수 있다.

또한, 3차원 형상 조형물의 천정면 부분(110B)을 위한 층 형성 후 조사 방식은 필수가 아니며, 원료 공급 시 조사 방식에 의해 내측 고화층 영역(120)을 형성한 후에 표면 절삭 처리를 실시하여도 좋다(도 6 참조). 구체적으로는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 원료 공급 시 조사 방식에 의해 형성한 내측 고화층 영역(120)의 상면에 대하여 절삭 공구의 밀링 헤드(40)를 이용하여 표면 절삭 처리를 실시하여도 좋다. 원료 공급 시 조사 방식에 의해 형성되는 내측 고화층 영역(120)은 형상 정밀도가 그다지 높지 않은 바, 표면 절삭 처리에 의해, 이러한 영역의 형상 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상기에 있어서는 본 발명의 이해를 위해 전형적인 실시형태를 설명했지만, 본 발명의 제조 방법으로서는, 여러 가지의 구체적인 실시형태를 고려할 수 있다.

(이종 재질의 이용)

본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 층 형성 후 조사 방식에서 이용하는 분말층과, 원료 공급 시 조사 방식에서 이용하는 원료를 서로 상이한 재질로 하여도 좋다. 즉, 층형성 후 조사 방식에서 이용하는 분말층을 구성하는 분말의 재질과, 원료 공급 시 조사 방식에서 이용하는 분말 또는 용가재의 재질을 서로 상이한 종류로 하여도 좋다. 이에 의해, 실제의 용도에 의해 적합한 3차원 형상 조형물을 얻을 수 있다. 예를 들면, 3차원 형상 조형물(100)을 금형으로서 사용하는 경우, 윤곽 고화층 영역(110)의 형성을 위한 층 형성 후 조사 방식의 분말층을 철계 재질로 하는 한편, 내측 고화층 영역(120)의 형성을 위한 층 원료 공급 시 조사 방식의 원료를 구리계 재질로 하여도 좋다(도 2 참조). 철계 재질은 비교적 경도가 높은 재질인 한편, 구리계 재질은 비교적 열전도율이 높은 재질이므로, 외면부를 경도가 높게 할 수 있는 동시에, 전체적으로 전열 효율을 향상시킨 금형을 얻을 수 있다. 다른 방법으로 3차원 형상 조형물을 전체적으로 경량화시키고 싶은 경우에는, 윤곽 고화층 영역(110)의 형성을 위한 층 형성 후 조사 방식의 분말층을 철계 재질로 하는 한편, 내측 고화층 영역(120)의 형성을 위한 원료 공급 시 조사 방식의 원료를 알루미늄계 재질로 하여도 좋다(도 2 참조). 알루미늄은 밀도가 비교적 작은 금속인 바, 3차원 형상 조형물(100) 중실 부분에 상당하고 큰 점유 체적을 가질 수 있는 내측 고화층 영역(120)을 그와 같은 작은 밀도의 알루미늄을 포함한 영역으로 하여 마련할 수 있다.

(윤곽 고화층 영역의 단차 형상면)

본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 윤곽 고화층 영역(110)과 내측 고화층 영역(120)의 계면에 상당하는 「윤곽 고화층 영역의 면(24M)」이 단차 형상이 되도록 층 형성 후 조사 방식을 실시하여도 좋다. 층 형성 후 조사 방식의 분말층과 원료 공급 시 조사 방식의 원료를 서로 상이한 금속 재질로 한 경우, 윤곽 고화층 영역(110)과 내측 고화층 영역(120)의 계면 영역에 합금 조성을 일으키게 하기 쉬워지기 때문이다. 즉, 도 7의 하부 도면에 도시하는 바와 같이, 윤곽 고화층 영역(110)과 내측 고화층 영역(120)의 계면에 상당하는 영역에 있어서 합금 조성 영역(130)을 형성할 수 있다.

어느 바람직한 태양에 따른 원료 공급 시 조사 방식에서는, 광 빔 조사를 유지한 상태에서 원료가 공급되므로, 선행하여 형성된 윤곽 고화층 영역이 광 빔 조사의 영향을 받아 부분적으로 용융할 수 있다. 윤곽 고화층 영역이 부분적으로 용융되면, 그 용융 부분에 원료가 공급되고, 「윤곽 고화층 영역의 성분(특히 금속 성분)」과 「원료 공급 시 조사 방식으로 공급되는 원료의 성분(특히 금속 성분)」이 서로 혼합되게 되므로, 합금 조성의 고화층 영역이 형성된다. 이러한 점에서, 윤곽 고화층 영역의 면이 단차 형상으로 되어 있으면, 그 수평면이 원료 공급 시 조사 방식의 실시 시에 광 빔 조사의 영향을 특히 받기 쉬워져, 윤곽 고화층 영역이 용융되기 쉬워진다. 즉, 윤곽 고화층 영역의 면이 단차 형상의 경우, 윤곽 고화층 영역과 내측 고화층 영역의 계면에 합금 조성 영역(130)을 형성하기 쉬워진다(도 7 참조). 도 7의 하부 도면은, 3차원 형상 조형물의 측면 부분에 상당하는 윤곽 고화층 영역(110)을 층 형성 후 조사 방식으로 형성한 후, 광 빔(L’)을 이용하여 내측 고화층 영역(120)을 원료 공급 시 조사 방식으로 형성하는 태양을 개념적으로 도시하고 있다.

도 7에 도시하는 바와 같이, "단차 형상"의 면은 거시적으로 보면 3차원 형상 조형물에 있어서 테이퍼 형상으로 되어 있으며, 그 때문에, 합금 조성 영역(130)을 전체적으로 "경사지게 하여" 마련할 수 있다. 이것은, 3차원 형상 조형물의 윤곽 고화층 영역과 내측 고화층 영역의 계면에 합금 조성으로 이루어지는 고화층 영역을 "경사 태양"으로 마련할 수 있는 것을 의미하고 있으며, 3차원 형상 조형물의 구조적 강도가 향상될 수 있다. 이와 같이 구조적 강도가 향상되면, 3차원 형상 조형의 "균열" 등의 문제점이 효과적으로 방지된다.

(원료 공급 시 조사 방식의 원료 경사 공급)

본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 원료 공급 시 조사 방식에 있어서의 원료 공급을 "경사 방향"으로 실행하여도 좋다. 구체적으로는, 도시하는 바와 같이, 3차원 형상 조형물의 고화층의 적층 방향에 대하여 각도를 이루는 방향으로 원료를 공급하여도 좋다. 원료 공급 시 조사 방식에 분말(64)을 이용하는 경우, 분말 공급 노즐(65)(특히 그 노즐축)을 고화층의 적층 방향에 대하여 각도를 이루는 방향을 향하여도 좋다. 이러한 경우, 분말 공급 노즐(65)을 구동시키는 것에 의해 경사 방향의 원료 공급을 실행하여도 좋다. 혹은, 고화층이 적층되는 대(즉, 조형 테이블 및/또는 그 위에 마련되는 조형 플레이트)를 구동시키는 것에 의해 경사 방향의 원료 공급을 실행하여도 좋다. 또한, 경사 방향의 원료 공급을 위해, 분말 공급 노즐(65)의 구동과 고화층이 적층되는 대의 구동을 함께 실시하여도 좋다.

이와 같이 원료를 "경사지게" 공급하는 태양에서는, 이미 형성된 「3차원 형상 조형물의 측면 부분(110A)에 상당하는 윤곽 고화층 영역(110)」과 분말 공급 노즐(65) 또는 용가재(66)의 물리적인 간섭을 회피할 수 있어, 보다 바람직한 원료 공급이 실현될 수 있다.

(중공부의 벽면 부분)

본 발명의 일 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 3차원 형상 조형물의 중공부의 벽면 부분을 층 형성 후 조사 방식으로 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 3차원 형상 조형물(100)이 중공부(150)를 갖는 경우(도 9 참조), 이러한 중공부(150)를 형성하는 벽면 부분에 상당하는 중공부벽 고화층 영역을 층 형성 후 조사 방식으로 형성하는 것이 바람직하다(도 10의 (a) 내지 도 10의 (e) 참조). 중공부(150)는 3차원 형상 조형물(100)을 금형으로서 사용하는 경우에 온도 조절 매체로가 될 수 있는 바, 소망 형상의 온도 조절 매체로를 얻으려면 형상 정밀도가 비교적 높은 층 형성 후 조사 방식이 보다 적합하기 때문이다.

도 10의 (a) 내지 도 10의 (e)에 도시하는 태양에서는, 중공부(150)를 형성하는 벽면 부분에 상당하는 중공부벽 고화층 영역(170)을 층 형성 후 조사 방식으로 형성할 뿐만 아니라, 그 이외의 고화층 영역도 층 형성 후 조사 방식으로 형성하고 있다. 구체적으로는, 측면 부분(110A) 및 천정면 부분(110B)에 상당하는 고화층 영역을 층 형성 후 조사 방식으로 하고 있으며(도 10의 (b) 및 도 10의 (e) 참조), 또한, 저측 부분(160)에 상당하는 고화층 영역도 층 형성 후 조사 방식으로 형성하고 있다(도 10의 (a) 참조). 한편, 그 이외의 고화층 영역은 원료 공급 시 조사 방식으로 형성하고 있다. 도시하는 태양으로 말하면, 측면 부분(110A) 및 중공부벽 고화층 영역(170)의 내측에 상당하는 영역을 원료 공급 시 조사 방식으로 형성하고 있다. 보다 구체적으로는, 도 10의 (c)에 도시하는 바와 같이, 잔존하는 분말(19a)을 우선 흡인 제거한 후, 도 10의 (d)에 도시하는 바와 같이 용가재(66)의 공급과 광 빔(L)을 실질적으로 동시에 실행하여 고화층 영역(120)을 형성한다. 또한, 용가재(66)의 공급을 대신하여, 분말 공급 노즐(65)을 이용하여 분말(64)을 분무 공급하여도 좋다.

도 10의 (a) 내지 도 10의 (e)에 도시하는 태양에 따르면, 중공부(150)를 갖는 3차원 형상 조형물(100)에 있어서도, 그것을 비교적 높은 형상 정밀도로 보다 단시간에 얻는 것이 가능해진다.

또한, 상술과 같은 본 발명은 다음의 바람직한 태양을 포함하고 있다.

제 1 태양:

분말층의 형성 후에 상기 광 빔 조사가 실행되는 층 형성 후 조사 방식과, 원료의 공급 시에 상기 광 빔 조사가 실행되는 원료 공급 시 조사 방식을 조합한 하이브리드 방식에 의해 상기 고화층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 2 태양:

상기 제 1 태양에 있어서, 상기 원료 공급 시 조사 방식으로 형성하는 상기 고화층의 두께가 상기 층 형성 후 조사 방식으로 형성하는 상기 고화층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 3 태양:

상기 제 1 태양 또는 제 2 태양에 있어서, 상기 원료 공급 시 조사 방식의 상기 광 빔 조사의 광 빔 집광경이 상기 층 형성 후 조사 방식의 상기 광 빔 조사의 광 빔 집광경보다 큰 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 4 태양:

상기 제 1 태양 내지 제 3 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 3차원 형상 조형물의 윤곽부에 상당하는 윤곽 고화층 영역을 상기 층 형성 후 조사 방식으로 형성하는 한편, 해당 3차원 형상 조형물의 해당 윤곽부 이외에 상당하고, 해당 윤곽부보다 내측에 위치하는 내측 고화층 영역을 상기 원료 공급 시 조사 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 5 태양:

상기 제 4 태양에 있어서, 상기 윤곽부가 상기 3차원 형상 조형물의 측면 부분 및 천정면 부분 중 적어도 한쪽인 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 6 태양:

상기 제 1 태양 내지 제 5 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 원료 공급 시 조사 방식의 상기 원료로서 분말 또는 용가재를 이용하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 7 태양:

상기 제 6 태양에 있어서, 상기 광 빔 조사에 있어서의 광 빔 집광부에 대하여 상기 분말을 분무 공급하거나 또는 해당 광 빔 집광부에 상기 용가재가 도달하도록 해당 용가재를 공급하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 8 태양:

상기 제 6 태양 또는 제 7 태양에 있어서, 상기 용가재로서 금속 와이어를 이용하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 9 태양:

상기 제 5 태양에 있어서, 상기 내측 고화층 영역을 형성하기 위한 상기 원료 공급 시 조사 방식에 앞서서, 상기 측면 부분에 상당하는 상기 윤곽 고화층 영역을 형성하기 위한 상기 층 형성 후 조사 방식을 실시하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 10 태양:

상기 제 9 태양에 있어서, 상기 측면 부분에 상당하는 상기 윤곽 고화층 영역을 형성하기 위한 상기 층 형성 후 조사 방식의 실시 후이고, 상기 내측 고화층 영역을 형성하기 위한 상기 원료 공급 시 조사 방식의 실시 전에 있어서, 해당 측면 부분에 상당하는 해당 윤곽 고화층 영역의 형성에 기여하지 않은 상기 분말층의 분말을 흡인 제거하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 11 태양:

상기 제 1 태양 내지 제 10 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 제조하는 상기 3차원 형상 조형물이 중공부를 갖는 경우, 해당 중공부를 형성하는 벽면 부분에 상당하는 중공부벽 고화층 영역을 상기 층 형성 후 조사 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 12 태양:

상기 제 1 태양 내지 제 11 태양 중 어느 하나에 있어서, 상기 층 형성 후 조사 방식에서 이용하는 상기 분말층과, 상기 원료 공급 시 조사 방식에서 이용하는 상기 원료를 서로 상이한 재질로 하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

제 13 태양:

상기 제 9 태양에 있어서, 상기 측면 부분에 상당하는 상기 윤곽 고화층 영역과 상기 내측 고화층 영역의 계면에 상당하는 해당 윤곽 고화층 영역의 면이 단차 형상이 되도록 상기 층 형성 후 조사 방식을 실시하는 것을 특징으로 하는, 3차원 형상 조형물의 제조 방법.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 일 실시형태에 따른 3차원 형상 조형물의 제조 방법을 실시하는 것에 의해, 여러 가지의 물품을 제조할 수 있다. 예를 들면, 「분말층이 무기질의 금속 분말층이며, 고화층이 소결층이 되는 경우」에서는, 얻어지는 3차원 형상 조형물을 플라스틱 사출 성형용 금형, 프레스 금형, 다이캐스팅 금형, 주조 금형, 단조 금형 등의 금형으로서 이용할 수 있다. 한편, 「분말층이 유기질의 수지 분말층이며, 고화층이 경화층이 되는 경우」에서는, 얻어지는 3차원 형상 조형물을 수지 성형품으로서 이용할 수 있다.

[관련 출원의 상호 참조]

본 출원은 일본 특허 출원 제 2015-152061 호(출원일: 2015년 7월 31일, 발명의 명칭: 「3차원 형상 조형물의 제조 방법」)에 근거하는 파리 조약상의 우선권을 주장한다. 해당 출원에 개시된 내용은 모두, 이러한 인용에 의해, 본 명세서에 포함되어야 한다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 그것은 본 발명의 적용 범위 중 전형예를 나타낸 것에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은 상기에서 설명한 실시형태에 한정되지 않으며, 여러 가지의 변경이 이루어질 수 있는 것을 당업자는 용이하게 이해할 것이다.

22 : 분말층
24 : 고화층
50 : 층 형성 후 조사 방식
60 : 원료 공급 시 조사 방식
64 : 원료 공급 시 조사 방식에서 사용되는 분말
66 : 원료 공급 시 조사 방식에서 사용되는 용가재
100 : 3차원 형상 조형물
110 : 3차원 형상 조형물의 윤곽부에 상당하는 윤곽 고화층 영역
110A : 3차원 형상 조형물의 측면 부분
110B : 3차원 형상 조형물의 천정면 부분
120 : 3차원 형상 조형물의 윤곽부 이외에 상당하는 내측 고화층 영역
150 : 3차원 형상 조형물의 중공부
170 : 중공부벽 고화층 영역
L : 광 빔

Claims

광 빔 조사에 의해 복수의 고화층을 순차 형성하여 3차원 형상 조형물을 제조하는 방법에 있어서,
분말층의 형성 후에 상기 광 빔 조사가 실행되는 층 형성 후 조사 방식과, 원료의 공급 시에 상기 광 빔 조사가 실행되는 원료 공급 시 조사 방식을 조합한 하이브리드 방식에 의해 상기 고화층을 형성하는 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 원료 공급 시 조사 방식으로 형성하는 상기 고화층의 두께가 상기 층 형성 후 조사 방식으로 형성하는 상기 고화층의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 원료 공급 시 조사 방식의 상기 광 빔 조사의 광 빔 집광경이 상기 층 형성 후 조사 방식의 상기 광 빔 조사의 광 빔 집광경보다 큰 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 3차원 형상 조형물의 윤곽부에 상당하는 윤곽 고화층 영역을 상기 층 형성 후 조사 방식으로 형성하는 한편, 상기 3차원 형상 조형물의 상기 윤곽부 이외에 상당하고, 상기 윤곽부보다 내측에 위치하는 내측 고화층 영역을 상기 원료 공급 시 조사 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 윤곽부가 상기 3차원 형상 조형물의 측면 부분 및 천정면 부분 중 적어도 한쪽인 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 원료 공급 시 조사 방식의 상기 원료로서 분말 또는 용가재를 이용하는 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 광 빔 조사에 있어서의 광 빔 집광부에 대하여 상기 분말을 분무 공급하거나 또는 상기 광 빔 집광부에 상기 용가재가 도달하도록 상기 용가재를 공급하는 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 용가재로서 금속 와이어를 이용하는 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 내측 고화층 영역을 형성하기 위한 상기 원료 공급 시 조사 방식에 앞서서, 상기 측면 부분에 상당하는 상기 윤곽 고화층 영역을 형성하기 위한 상기 층 형성 후 조사 방식을 실시하는 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 측면 부분에 상당하는 상기 윤곽 고화층 영역을 형성하기 위한 상기 층 형성 후 조사 방식의 실시 후이고, 상기 내측 고화층 영역을 형성하기 위한 상기 원료 공급 시 조사 방식의 실시 전에 있어서, 상기 측면 부분에 상당하는 상기 윤곽 고화층 영역의 형성에 기여하지 않은 상기 분말층의 분말을 흡인 제거하는 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제조하는 상기 3차원 형상 조형물이 중공부를 갖는 경우, 상기 중공부를 형성하는 벽면 부분에 상당하는 중공부벽 고화층 영역을 상기 층 형성 후 조사 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 층 형성 후 조사 방식에서 이용하는 상기 분말층과, 상기 원료 공급 시 조사 방식에서 이용하는 상기 원료를 서로 상이한 재질로 하는 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 측면 부분에 상당하는 상기 윤곽 고화층 영역과 상기 내측 고화층 영역의 계면에 상당하는 상기 윤곽 고화층 영역의 면이 단차 형상이 되도록 상기 층 형성 후 조사 방식을 실시하는 것을 특징으로 하는
3차원 형상 조형물의 제조 방법.