TW201529286A - 三維形狀模製物之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種可以減少「工具折損問題」等不良情況之粉末燒結疊層法。本發明之製造方法為一種三維形狀模製物之製造方法，其藉由：(i)於粉末層的既定處照射光束而使該既定處之粉末燒結或熔融固化以形成固化層之步驟，及，(ii)於所得之固化層上形成新的粉末層，並於此新的粉末層之既定處照射光束而形成更進一步的固化層之步驟，以反覆進行粉末層形成及固化層形成；該三維形狀模製物之製造方法之特徵在於：至少包含一次在得到固化層及／或三維形狀模製物後，於固化層及／或三維形狀模製物的表面，以切削工具施行表面切削處理之步驟；在進行表面切削處理前，預先將固化層及／或三維形狀模製物周圍的粉末藉由抽吸噴嘴抽吸除去；在抽吸除去時，考慮切削工具之可能切削的最下位準，而將三維形狀模製物周圍的粉末局部地除去；又，該三維形狀模製物之製造方法之特徵在於，使抽吸噴嘴移動操作，以使抽吸噴嘴的移動軌跡成為沿以下(a)、(b)及(c)之軌跡，而將粉末局部除去：(a)位於切削工具之工具最下位準的位置之固化層剖面的輪廓A；(b)在最靠近形成之固化層的頂面之輪廓B；及(c)向著固化層的疊層方向，假定將輪廓A與輪廓B投影於同一平面時，從投影之輪廓A所成之封閉區域A'扣除投影之輪廓B所成之封閉區域B'而得之區域C。

Description

三維形狀模製物之製造方法
本發明係關於三維形狀模製物之製造方法。更詳細而言，本發明係關於一種製造三維形狀模製物之方法，其藉由反覆實施：「於粉末層的既定處照射光束，而形成固化層」，以使複數之固化層疊層一體化。
以往，吾人知悉，於粉末材料照射光束而製造三維形狀模製物之方法(一般稱為「粉末燒結疊層法」)。關連的方法中，反覆進行以下之步驟(i)及(ii)而製造三維形狀模製物(參照專利文獻1或專利文獻2)。 (i)藉由將光束照射於粉末層的既定處，使相關之既定處的粉末燒結或是熔融固化而形成固化層之步驟。 (ii)在所得之固化層上，鋪上新的粉末層，同樣地照射光束以進而形成固化層之步驟。
在使用金屬粉末或陶瓷粉末等無機質的粉末材料作為粉末材料時，可將所得之三維形狀模製物作為模具使用。另一方面，在使用樹脂粉末或塑膠粉末等有機質的粉末材料時，可將所得之三維形狀模製物作為模型使用。若藉由這種製造技術，則可以在短時間內製造複雜的三維形狀模製物。
以使用金屬粉末作為粉末材料而得之三維形狀模製物作為模具之場合為例。如圖1所示，首先，在將既定厚度t1之粉末層22於模製板21上形成後(參照圖1(a))，將光束照射於粉末層22之既定處，並於模製板21上形成固化層24(參照圖1(b))。又，鋪上形成於固化層24上之新的粉末層22，並再度照射光束，而形成新的固化層。若如此反覆形成固化層，則可以得到由複數之固化層24疊層一體化而得之三維形狀模製物。由於相當於最下層之固化層可以在接著於模製板面之狀態下形成，故三維形狀模製物與模製板成為相互地一體化之狀態，而可以直接作為模具來使用。
以光束的照射而得之三維形狀模製物，其表面相對為粗，一般而言具有數百μmRz程度之表面粗度。此為，粉末附著於固化層表面之故。在固化層形成時，由於光束、能量轉換為熱，照射粉末會一度熔融後，而在冷卻過程中於粉末間相互熔著。此時，由於光束所照射的位置周邊的粉末區域的溫度也能上昇，會造成該周邊的粉末附著於固化層表面。由於相關之附著粉末會於三維形狀模製物引起「表面粗糙」，故需要進行三維形狀切削模製物的表面加工。亦即，需要將所得之三維形狀模製物的表面，進行全體的切削加工。 【先前技術文獻】 【專利文獻】
【專利文獻1】日本特表平1-502890號公報 【專利文獻2】日本特開2000-73108號公報
【發明所欲解決之問題】
在粉末燒結疊層法之切削加工處理中，本案的發明者們發現下述現象：若在模製物周圍有粉末存在，則會更為容易產生工具折損的問題(參照圖17(a))。雖然並非侷限於特定的理論，但考量作為要因之一，由於在模製物表面與切削工具之間夾入粉末，導致施予切削工具的負荷增加。
又，吾人發現下述現象：若在模製物周圍有粉末存在，則會於模製物表面引起不必要的負荷，而會損及模製物的表面平滑性(參照圖17(b))。此亦為，模製物表面與切削工具之間的粉末夾入係作為原因之一而受到考量。
本發明係有鑑於上述相關之情事而為者。亦即，本發明之課題為提供一種粉末燒結疊層法，其可以減少「工具折損問題」等不良情況。 【解決問題的方式】
為解決上述課題，在本發明中，提供一種三維形狀模製物之製造方法，其依下述(i)及(ii)之步驟，反覆進行粉末層形成及固化層形成，並具有如以下之(a)～(c)的特徵。 (i)於粉末層的既定處照射光束而使該既定處之粉末燒結或熔融固化以形成固化層之步驟。 (ii)於所得之固化層上形成新的粉末層，並於此新的粉末層之既定處照射光束而形成更進一步的固化層之步驟。 (a)至少包含一次在得到固化層及／或三維形狀模製物後，於固化層及／或三維形狀模製物的表面，以切削工具施行表面切削處理之步驟。 (b)在進行表面切削處理前，預先藉由抽吸噴嘴將固化層及／或三維形狀模製物周圍的粉末抽吸除去。 (c)於抽吸除去時，考量切削工具之可能切削的最下位準，並將三維形狀模製物周圍的粉末局部地除去。
在一較佳的實施態樣中，移動操作抽吸噴嘴，以使抽吸噴嘴的移動軌跡成為沿以下的輪廓A、輪廓B及區域C之軌跡，來達成粉末之局部除去。 (a)位於切削工具之工具最下位準的位置之固化層剖面之輪廓A。 (b)在最靠近形成之固化層的頂面之輪廓B。 (c)假定向著固化層(或是粉末層)的疊層方向，將輪廓A與輪廓B投影至同一平面時，從「投影之輪廓A所構成的封閉區域A'」除去「投影之輪廓B所構成的封閉區域B'」所獲得之區域C。
在抽吸噴嘴的移動操作時，亦可進行操作以在「在最靠近形成之粉末層」的上方將抽吸噴嘴水平移動。例如，抽吸噴嘴的前端部與「在最靠近形成之粉末層」之間的隔離距離亦可定在5mm以內。
抽吸噴嘴亦可進行移動操作，以成為從上述軌跡偏移之位置。即，亦可將抽吸噴嘴進行移動操作，以使抽吸噴嘴的移動軌跡成為沿「由輪廓A偏移之輪廓A'」、「由輪廓B偏移之輪廓B'」及「區域C」之軌跡。偏移的量，亦可因應抽吸噴嘴的噴嘴徑及／或切削工具的工具徑而決定。 【發明的效果】
依本發明，由於在表面切削處理前，預先將固化層及／或三維形狀模製物周圍的粉末抽吸除去，故可以減少「因模製物表面與切削工具之間粉末夾入而造成之工具折損問題」。又，由於減少模製物表面與切削工具間之粉末夾入，故可以使切削處理時施予模製物表面的負荷減少，並可以使模製物之表面平滑性提高。
由於粉末的抽吸除去係藉由抽吸噴嘴僅對於粉末層局部地實施，故可以有效率地進行，對於三維形狀模製物之製造時間的影響很小。尤其本發明中，由於藉由考量切削工具之可能切削的最下位準而簡易地求取抽吸噴嘴的移動軌跡，故在此點上，能達成更有效率之抽吸除去。
以下，參照圖面更詳細說明本發明。請留意圖面中各種元素的形態、尺寸等，僅為示例，並非反映實際的形態、尺寸。
本說明書中所謂的「粉末層」，係指例如「由金屬粉末組成之金屬粉末層」或是「由樹脂粉末組成之樹脂粉末層」。又，所謂的「粉末層的既定處」，實質地意指被製造之三維形狀模製物的區域。從而，藉由對於存在於相關之既定處的粉末照射光束，此粉末會燒結或是熔融固化而構成三維形狀模製物。進而，所謂「固化層」，在粉末層為金屬粉末層之場合，實質地意指「燒結層」，在粉末層為樹脂粉末層之場合，實質地意指「硬化層」。
本說明書中，所謂「上方」係實質地意指在製造模製物時固化層疊層的方向之一方，所謂「下方」，係實質地意指與該「上方」完全相反的方向(亦即，鉛直方向)。
［粉末燒結疊層法］ 首先，針對做為本發明之製造方法的前提之粉末燒結疊層法加以說明。在說明之方便上，以從材料粉末槽供給材料粉末，並使用擠壓片來均勻材料粉末而形成粉末層之態樣為前提，說明粉末燒結疊層法。又，以在進行粉末燒結疊層法時使模製物的切削加工亦一併進行之複合加工的態樣為例加以說明(亦即，非以圖2(b)而以圖2(a)表示之態樣為前提)。圖1、3及4中，表示能實施粉末燒結疊層法及切削加工之光模製複合加工機的機能及構成。光模製複合加工機1，主要包含粉末層形成手段2、模製台20、模製板21、光束照射手段3及切削手段4。粉末層形成手段2，係藉由以既定之厚度鋪上金屬粉末及樹脂粉末等粉末而形成粉末層之用者。模製台20，係在外圍以壁27包圍之模製槽29內能於上下升降之台。模製板21，係配置於模製台20上而成為模製物的基底之板。光束照射手段3，係將光束L照射於任意的位置之手段。切削手段4，係切削模製物表面(尤其是側面)用之機械加工手段。
粉末層形成手段2，如圖1所示般，主要由「於外圍以壁26包圍之材料粉末槽28內上下升降之粉末台25」及「在模製板上形成粉末層22用之擠壓片23」構成。光束照射手段3，如圖3及圖4所示般，主要由「發射光束L之光束振盪器30」及「在粉末層22上掃描光束L之電流鏡31(掃描光學系統)」構成。在光束照射手段3，亦可具備修正光束運動的形狀之束形狀修正手段(例如由一對圓柱形透鏡，及使相關之透鏡繞著光束的軸線旋轉之旋轉驅動機構所構成之手段)或fθ透鏡等。切削手段4主要由「切削模製物的周圍之銑頭40」及「使銑頭40向切削處移動之XY驅動機構41(41a、41b)」構成(參照圖3及圖4)。
參照圖1、圖5及圖6，詳述光模製複合加工機1的動作。圖5表示光模製複合加工機之一般的動作流程，圖6示意地表示光模製複合加工機之程序。
光模製複合加工機的動作，主要由以下步驟構成：形成粉末層22之粉末層形成步驟(S1)、於粉末層22照射光束L而形成固化層24之固化層形成步驟(S2)、切削模製物的表面之表面切削步驟(S3)。在粉末層形成步驟(S1)，首先將模製台20下降Δt1(S11)。接著，在將粉末台25上升Δt1後，如圖1(a)所示，使擠壓片23沿箭頭a的水平方向移動。藉此，一面使配置於粉末台25之粉末向模製板21上移送(S12)，一面以既定厚度Δt1均勻形成粉末層22(S13)。關於粉末層之粉末，可舉凡例如「平均粒徑5μm～100μm左右的鐵粉」及「平均粒徑30μm～100μm左右的尼龍、聚丙烯、ABS等粉末」。接著，轉而進行固化層形成步驟(S2)，從光束振盪器30發射光束L(S21)，並藉由電流鏡31於粉末層22上的任意位置掃描光束L(S22)。藉此，形成使粉末熔融、固化並與模製板21一體化之固化層24(S23)。關於光束L，可舉凡例如二氧化碳雷射(500W左右)、Nd：YAG雷射(500W左右)、光纖雷射(500W左右)及紫外線等。光束L並限定為使其於空氣中傳達，亦得以光纖等傳送。
直到固化層24之厚度達到從銑頭40之工具長度等求得之既定厚度為止，重覆粉末層形成步驟(S1)及固化層形成步驟(S2)，以疊層固化層24(參照圖1(b))。又，新疊層的固化層，在燒結或熔融固化時，係與成為已形成的下層之固化層一體化。
若疊層之固化層24的厚度成為既定之厚度，轉而進行表面切削步驟(S3)。如圖1及圖6所示之態樣中，係藉由使銑頭40驅動而開始切削步驟之實施(S31)。例如，在銑頭40之工具(球端銑刀)為直徑1mm、有效刃長度3mm之場合，由於可進行深度3mm之切削加工，若Δt1為0.05mm，則在形成60層的固化層之時點使銑頭40驅動。藉由XY驅動機構41(41a、41b)使銑頭40沿箭頭X及箭頭Y方向移動，並對於由疊層之固化層24組成之模製物，施予表面切削處理(S32)。又，在三維形狀模製物的製造仍未結束之場合，回到粉末層形成步驟(S1)。之後，藉由重覆S1至S3而繼續進一步之固化層24的疊層，以進行三維形狀模製物之製造(參照圖6)。
固化層形成步驟(S2)中之光束L的照射路徑，及表面切削步驟(S3)中之切削加工路徑，係預先從三維CAD資料作成。此時，適用等高線加工而決定加工路徑。例如，固化層形成步驟(S2)中，使用將由三維CAD模型生成之STL資料以等間距(例如將Δt1定為0.05mm時，為0.05mm間距)切割(slice)之各剖面的輪廓形狀資料。
［本發明之製造方法］ 本發明在上述粉末燒結疊層法中，其特徵於關於表面切削處理之態樣。
本發明之製造方法至少包含一次如下步驟：在得到固化層及／或三維形狀模製物後，於他們的表面(特別是側面)以切削工具施予表面切削處理的步驟。實施在表面切削處理前，預先將固化層及／或三維形狀模製物周圍的粉末藉由抽吸噴嘴抽吸除去之處理。尤其，本發明中，在進行相關之抽吸除去時，會視切削工具之可能切削的最下位準將三維形狀模製物周圍的粉末僅局部地除去(參照圖7)。
即，雖然使抽吸噴嘴移動而將三維形狀模製物周圍的粉末抽吸除去，但是相關之抽吸噴嘴的移動之路徑(軌跡)，係藉由考量「切削工具之可能切削的最下位準」以求取。
切削工具係對於固化層的側面，亦即對於模製物的表面(特別是側面部分)，施予表面切削處理用之工具。切削工具80係如圖8所示般，安裝於例如機工具82之工具。關於具體的切削工具，可舉凡端銑刀，例如超硬素材之二枚刃球端銑刀、立銑刀、半徑端銑刀等。
所謂「切削工具之可能切削的最下位準」，意指在可對於固化層、模製物的側面施予切削處理之高度範圍(沿固化層之疊層方向的上下方向中的範圍)之中位於最下方的位置之高度位準。換言之，「切削工具之可能切削的最下位準」，意指對於固化層、模製物周圍的粉末層，假想從上方將切削工具插入而切削的情形，相關之切削工具最深地侵入之高度位準。進而以其它表現而言，「切削工具之可能切削的最下位準」相當於表面切削處理時之切削工具的前端位準或是下端位準。
所謂抽吸噴嘴，廣義而言，係指可以吸入粉末層的粉末之裝置。因為是「噴嘴」，較佳為供粉末吸入的部分具有筒形態(特別是細筒形態)(由相關的觀點，本發明中的抽吸噴嘴亦可稱為「筒狀抽吸裝置」)。例如圖8所示般，抽吸噴嘴90至少可由細筒部92及連接該細筒部之抽吸器具94構成。
雖然粉末的抽吸除去，係在表面切削處理前預先進行，但較佳為進行操作以使抽吸噴嘴於水平方向移動。亦即，不實質改變抽吸噴嘴的高度位準(沿固化層的疊層方向之垂直方向的位置位準)而使抽吸噴嘴移動。此為意指，於「最靠近形成之粉末層及／或固化層」的上方，使抽吸噴嘴移動時，不改變對於該粉末層及／或固化層之垂直方向的隔離距離，而使抽吸噴嘴移動之意。
如圖8所示般，例如切削工具80與抽吸噴嘴90係相互鄰接設置。具體而言，較佳為如圖示般使切削工具及抽吸噴嘴相互鄰接，以使切削工具80的軸(長邊方向軸)與抽吸噴嘴90的軸(細筒部92之長邊方向軸)呈約略平行。如此，當抽吸噴嘴與切削工具相互鄰接設置時，在與切削工具鄰接的設置狀態下，使抽吸噴嘴供抽吸除去使用。
本發明中，抽吸噴嘴的水平方向之移動路徑(移動軌跡)，係由「可能切削的最下位準」來求取。亦即，由「可能切削的最下位準」，求取「在除去粉末時，用以操作抽吸噴嘴之移動路徑」。尤其，本發明中因為「除去局部的粉末」，「抽吸噴嘴的移動路徑」成為表面切削處理上必要之最小限度的移動路徑。利用應求取之相關的最小限度之移動路徑的「可能切削的最下位準」。
例如，抽吸噴嘴的移動路徑，亦可為沿以下的輪廓A、輪廓B及區域C者(參照圖9)。 (a)位於切削工具之「工具最下位準」的位置之固化層剖面的輪廓A。 (b)在最靠近形成之固化層的頂面之輪廓B。 (c)假定向著固化層的疊層方向將輪廓A與輪廓B投影至同一平面(垂直疊層方向的平面)時，由「投影之輪廓A構成的封閉區域A'」將「投影之輪廓B構成的封閉區域B'」除去而得的區域C。 相關之態樣中，移動操作抽吸噴嘴以使抽吸噴嘴的移動軌跡成為沿輪廓A、輪廓B及區域C之軌跡，以將粉末僅局部地除去。
「輪廓A」係位於切削工具之「工具最下位準」的位置之固化層剖面(沿水平方向切取固化層之剖面)的輪廓線。由圖9所示的態樣可以理解，輪廓A相當於切削工具最深地侵入之高度位準的固化層剖面之輪廓線。 「輪廓B」係在最靠近形成之固化層的頂面之輪廓線。由圖9所示態樣可以理解，輪廓B相當於施予表面切削處理的時點最後形成之固化層的最頂面之輪廓線。 「區域C」如圖9所示般，係指將「輪廓A構成的封閉區域A'」與「輪廓B構成的封閉區域B'」，以水平方向位置不變之方式在同一平面(XY平面)上重合時，由封閉區域A'扣除封閉區域B'而得之局部的區域。又，於三維模製物在最終用作模具的場合，由於從拔模角等之觀點，模製物可具有朝疊層方向(上方)幅度變狹窄的形狀，故封閉區域B'比封閉區域A'小，且可置於上述同一平面中包含於閉區域A'的位置。
這種移動軌跡，考量「可能切削的最下位準」，可藉由利用該位準中的固化層之輪廓簡易地獲得。亦即，無需經由複雜的計算過程，便可以將除去局部的粉末上必要之「抽吸噴嘴的移動路徑」簡易地獲得。
雖然如上述般使抽吸噴嘴於抽吸除去時於水平方向移動，但其移動軌跡係成為沿輪廓A、輪廓B及區域C。此為意指，水平移動之抽吸噴嘴的抽吸口部所描繪的移動軌跡，係沿輪廓A、輪廓B及區域C者(參照圖9及圖10)。更具體而言，移動操作抽吸噴嘴以使其僅包含以下3者，而實施除去局部的粉末。 ・使抽吸噴嘴水平移動，以使抽吸噴嘴的抽吸口部勾出「輪廓A(特別是不改變水平方向的位置而使輪廓A向疊層方向位移之輪廓線)」。 ・使抽吸噴嘴水平移動，以使抽吸噴嘴的抽吸口部勾出「輪廓B(特別是不改變水平方向的位置而使輪廓B向疊層方向位移之輪廓線)」。 ・使抽吸噴嘴水平移動，以使抽吸噴嘴的抽吸口部勾出「區域C(特別是不改變水平方向的位置而使區域C向疊層方向位移之範圍」。亦即，使抽吸噴嘴水平移動，以使抽吸噴嘴的抽吸口部所描繪軌跡填滿「區域C(特別是不改變水平方向的位置而使區域C向疊層方向位移之範圍」。若舉一個示例，亦可一面於水平方向將位置逐次平移一面使抽吸噴嘴來回(往返)運動，以使抽吸噴嘴的抽吸口部所描繪軌跡整個填滿該範圍。
圖11中係示意地表示從固化層、模製物的上方觀察時之抽吸除去部分。從相關之圖式可以理解，藉由抽吸噴嘴抽吸除去之粉末區域，係成為沿輪廓A(圖11(a))、輪廓B(圖11(b))及區域C(圖11(c))之局部的區域(圖11(d))。請連圖12也一併參照。
本發明中，抽吸噴嘴的移動軌跡可為經既定距離偏移(水平方向上的偏移)者。具體而言，亦可移動操作抽吸噴嘴，以成為沿著「由輪廓A偏移之輪廓A'」、「由輪廓B偏移之輪廓B'」及「區域C」之軌跡(參照圖13)。其意思為：亦可使抽吸噴嘴的移動軌跡中，特別是構成外圍的部分，成為向外側偏移之軌跡(如圖13所示般，輪廓A與輪廓B重疊之輪廓線的部分，亦可不特別使其偏移)。藉由偏移，可有效地使由抽吸噴嘴產生的抽吸效果及於固化層、模製物之側面的附近區域，基於此點，而可達成更有效率的抽吸除去。亦即，在尋求將存在於施加表面切削處理之模製部側面周圍的粉末局部地除去時，粉末除去可使抽吸效果有效地及於「位在從該模製部側面僅略為外側之位置的局部處」。
偏移之程度，亦即偏移量，較佳為因應抽吸噴嘴的噴嘴徑及／或切削工具的工具徑決定。即，偏移量較佳為依存於「抽吸噴嘴的噴嘴徑」及／或「切削工具的工具徑」者。例如，偏移量δ比抽吸噴嘴的噴嘴徑d1 大愈多愈好，若噴嘴徑d1 變小則使偏移量δ變小為佳(參照圖14)。雖然不過是示例，抽吸噴嘴徑d1 為1.8mm～10mm時，偏移量δ為其一半亦即0.9mm～5mm左右即可，如此偏移之軌跡亦可成為由抽吸噴嘴的中央軸所描繪的軌跡T中央軸 之態樣。從而，若抽吸噴嘴的噴嘴徑d1 為比1.8mm～10mm更大者或又更小者，因應於此，亦可使偏移量δ分別比0.9mm～5mm更大或更小。同樣地，偏移量δ比切削工具的工具徑d2 大愈多愈好，若工具徑d2 變小則亦可使偏移量δ變小(參照圖14)。雖然不過是示例，在切削工具的工具徑d2 變成0.5mm～3mm時，偏移量δ亦可為其一半之0.25mm～1.5mm左右，如此偏移之軌跡亦可成為由抽吸噴嘴的中央軸所描繪的軌跡T中央軸 之態樣。從而，若切削工具的工具徑d2 為比0.5mm～3mm更大者或更小者，因應於此，亦可使偏移量δ分別比0.25mm～1.5mm更大或更小。
本發明中，亦可使抽吸噴嘴的抽吸口靠近粉末層的表面而實施抽吸除去。亦即，在抽吸除去時，可使「抽吸噴嘴的前端部(抽吸口部)」與「在最靠近形成之粉末層」之間的隔離距離設定為特別適於抽吸除去者。例如，「抽吸噴嘴的前端部之位準(即，抽吸口部的位準)」與「在最靠近形成之粉末層」之間的隔離距離(沿疊層方向之上下方向的隔離距離)較佳為5mm以內，亦即，設定為0(不包含0)～5mm。更佳為，相關之隔離距離為1mm以內，亦即，定為0(不包含0)～1mm，更佳為定為0.4mm～1.0mm左右。此為，如圖15所實證般，若在抽吸噴嘴的前端部更為靠近「最靠近形成之粉末層」的狀態下使抽吸噴嘴移動，則可以效率良好地除去固化層周圍的粉末之故。又，「在最靠近形成之粉末層」與「在最靠近形成之固化層」，在粉末的抽吸除去前，他們的頂面係呈略齊平。因此，「抽吸噴嘴的前端部(抽吸口部)」與「在最靠近形成之粉末層」之間的隔離距離，係同義於「抽吸噴嘴的前端部(抽吸口部)」與「在最靠近形成之固化層」之間的隔離距離。
本發明之製造方法中，雖然進行操作以使抽吸噴嘴例如於水平移動，但是亦可因應抽吸處的粉末層厚度(深度)適當改變抽吸條件(例如，抽吸量或噴嘴的移動速度)。若就其舉例，在粉末層厚度更大時(即，在比應抽吸除去處的粉末層更深的場合)，亦可使抽吸噴嘴的抽吸量變成更大。在粉末層厚度更大時(即，在比應抽吸除去處的粉末層更深的場合)，亦可使抽吸噴嘴的掃描速度降低。
又，亦可因應靠近抽吸處的模製物之形狀，適當改變抽吸條件(例如，抽吸量或噴嘴的移動速度等)。若就其舉例，在如同模製物的外廓部附近中的抽吸處般，粉末層於周圍「廣範地」存在處(即，粉末於周圍存在較多處)，亦可使抽吸噴嘴的抽吸量變得更大。另一方面，在如同模製物的肋部附近中的抽吸處般，粉末層於周圍「狹窄地」存在處(即，粉末於周圍存在較少處)，亦可使抽吸噴嘴的抽吸量變得更小。同樣地，在如同模製物的外廓部附近中的抽吸處般，粉末層於周圍「廣範地」存在處，亦可使抽吸噴嘴的掃描速度更為降低。另一方面，在如同模製物的肋部附近中的抽吸處般，粉末層於周圍「狹窄地」存在處，亦可使抽吸噴嘴的掃描速度更為增加。
如此，本發明中，可以考慮至「Z方向(鉛直方向)」，並因應待抽吸的粉末層深度或模製物形狀，適當控制抽吸方法。
依本發明，由於在表面切削處理前，預先藉由抽吸噴嘴將固化層及／或三維形狀模製物周圍的粉末抽吸除去，故可以減少起因於模製物表面與切削工具之間的粉末夾入所造成之工具折損問題。例如可使直到工具折損為止的平均期間，增加80～400％左右(雖然僅不過是示例，在某種條件下之「工具折損平均間隔」可從30～50小時左右增加至約140～150小時左右)。又，由於模製物表面與切削工具之間的粉末夾入減少，故在切削處理時可使及於模製物表面之負荷減少，而能提高模製物的表面平滑性。例如可使施予表面切削加工處之表面粗度Rz，較佳為設在6μm以下，更佳為設在5μm以下，又更佳為設在4μm以下。在此所謂「表面粗度Rz」，意指於粗度曲線(本發明中所謂之「固化層表面的剖面形狀輪廓」)中，藉由從平均線使「至最高的山頂部為止的高度」與「至最低的谷底部為止的深度」加總而得之粗度尺度。
茲就本發明中使用的程式事先附加說明。具體而言，就決定抽吸噴嘴的掃描路徑(移動軌跡)之程式，亦即，就決定粉末的排除路徑之程式附加說明。在使用上述「輪廓A」或「輪廓B」等之程式中，將高度h1及h2中的固化層剖面之分別的輪廓線投影到XY平面上，並取出以此投影之兩個輪廓線圍成的區域(參照圖16(a))。藉由透過這種取出，以求得以下之排除路徑1及2(用以局部除去粉末之路徑1及2)。 (1)排除路徑1：掃描h1及h2的輪廓線上之路徑 (2)排除路徑2：掃描以在既定間距填滿以投影之兩個輪廓線圍成之區域的路徑 又，關於粉末層厚度，可基於包含可排除路徑之垂直平面與各層之剖面輪廓線的交點來求取(參照圖16(b))。
以上，雖就本發明之實施態樣加以說明，但只不過將本發明之適用範圍內的典型例加以示例。從而，本發明並非限定於此，只要為所屬技術領域中具通常知識者容易理解的範圍，可做種種的改變。例如，可考量以下之變更態樣、追加態樣。
在本發明中，藉由抽吸噴嘴抽吸除去之粉末，亦可再度利用於模製物的製造。即，亦可將抽吸除去之粉末回收，例如，將抽吸除去的粉末附予自動篩選，使其回到材料粉末槽。 在本發明中，在固化層形成時及／或表面切削處理時，亦可實施藉由抽吸噴嘴之抽吸除去。亦即，在固化層形成中或表面切削處理中，亦可進行粉末之抽吸除去。在相關之變更態樣中，可將固化層形成時產生的煙氣除去，或是可將表面切削處理時產生的浮遊粉末或切削碎屑(切削粉末)等，附加地或又代替地抽吸除去。 在本發明中，在由抽吸噴嘴進行抽吸除去時，亦可增加腔室內的非活性氣體注入量。其原因在於，在抽吸除去時，環境氣體(例如包含氮氣之氣體)會被吸入抽吸噴嘴，而使得腔室內氧氣濃度上昇。亦即，藉由增加非活性氣體注入量，可以在抽吸除去時適當地維持非活性之環境氣體。 【產業上利用性】
藉由實施本發明之三維形狀模製物的製造方法，可製造各種物品。例如，「在粉末層為無機質的金屬粉末層，固化層為燒結層之場合」，可將所得之三維形狀模製物作為塑膠射出成形用模具、壓模模具、壓鑄模具、鑄造模具、鍛造模具等模具使用。又，「在粉末層為有機質之樹脂粉末層，固化層為硬化層的場合」，可將所得之三維形狀模製物作為樹脂成形品使用。 【關連申請案之相互參照】
本申請案，係基於日本特願第2013-144280號(申請日：2013年7月10日，發明名稱：「三維形狀模製物之製造方法」)主張優先權。該日本專利申請案所揭示的內容，均藉由此引用，導入於本說明書。
1‧‧‧光模製複合加工機
2‧‧‧粉末層形成手段
3‧‧‧光束照射手段
4‧‧‧切削手段
19‧‧‧粉末／粉末層(例如金屬粉末/金屬粉末層或是樹脂粉末／樹脂粉末層)
20‧‧‧模製台(支持台)
21‧‧‧模製板
22‧‧‧粉末層(例如金屬粉末層或是樹脂粉末層)
23‧‧‧擠壓用片
24‧‧‧固化層(例如燒結層或是硬化層)或是由其而得之三維形狀模製物
25‧‧‧粉末台
26‧‧‧粉末材料槽的壁部分
27‧‧‧模製槽的壁部分
28‧‧‧粉末材料槽
29‧‧‧模製槽
30‧‧‧光束振盪器
31‧‧‧電流鏡
32‧‧‧反射鏡
33‧‧‧聚光透鏡
40‧‧‧銑頭
41‧‧‧XY驅動機構
41a‧‧‧X軸驅動部
41b‧‧‧Y軸驅動部
42‧‧‧刀具倉
50‧‧‧腔室
52‧‧‧光透過窗
80‧‧‧切削工具
82‧‧‧機工具
90‧‧‧抽吸噴嘴
92‧‧‧抽吸噴嘴的細筒部
94‧‧‧抽吸器具
96‧‧‧連結軟管
L‧‧‧光束
【圖1】(a)~(b)用以說明粉末燒結疊層法之剖面圖 【圖2】示意地表示實施粉末燒結疊層法用之裝置的立體圖(圖2(a)：具備切削機構之光模製複合加工機，圖2(b)：不具備切削機構之裝置) 【圖3】示意地表示進行粉末燒結疊層法之態樣的立體圖 【圖4】示意地表示將粉末燒結疊層法與表面切削處理一併實施的裝置(光模製複合加工機)之構成的立體圖 【圖5】光模製複合加工機的動作之流程圖 【圖6】依時序表示使用光模製複合加工機之程序的示意圖 【圖7】示意地表示本發明之概念的圖 【圖8】表示切削工具及抽吸噴嘴的配置態樣之示意圖 【圖9】用以說明「沿輪廓A、輪廓B及區域C之抽吸噴嘴的移動軌跡(移動路徑)」之示意圖 【圖10】用以說明「沿輪廓A、輪廓B及區域C之抽吸噴嘴的移動軌跡(移動路徑)」之示意圖 【圖11】(a)~(d)表示從固化層、模製物的上方觀察時的抽吸除去部分之示意圖 【圖12】表示附加抽吸除去之部分(與在最靠近形成之固化層的頂面在同一面捕捉的場合)之示意圖 【圖13】表示抽吸噴嘴之移動軌跡的偏移態樣之示意圖 【圖14】表示因應噴嘴徑、工具徑決定偏移量的態樣之示意圖 【圖15】用以說明關於本發明的實證實驗之圖式、圖表 【圖16】(a)~(b)用以說明關於粉末的排除路徑之示意圖 【圖17】(a)~(b)用以說明本案發明者們發現的現象之圖式、照片

Claims (5)

  1. 一種三維形狀模製物之製造方法，其藉由下述步驟以反覆進行粉末層之形成及固化層之形成： (i)於粉末層的既定處照射光束而使該既定處之粉末燒結或熔融固化以形成固化層之步驟，及 (ii)於所得之固化層上形成新的粉末層，並於該新的粉末層之既定處照射光束而形成更進一步的固化層之步驟； 該三維形狀模製物之製造方法中： 至少包含一次如下步驟：在得到該固化層及／或該三維形狀模製物後，於該固化層及／或該三維形狀模製物的表面，藉由切削工具施行表面切削處理； 在該表面切削處理前，預先將該固化層及／或該三維形狀模製物周圍的粉末藉由抽吸噴嘴抽吸除去； 於該抽吸除去時，考量該切削工具之可能切削的最下位準，而將該三維形狀模製物的周圍之該粉末局部地除去；又 移動操作該抽吸噴嘴，以使該抽吸噴嘴的移動軌跡成為沿以下(a)、(b)、(c)之軌跡，而將該粉末該局部地除去： (a)位於該切削工具之「工具最下位準」的位置之固化層剖面的輪廓A； (b)在最靠近形成之固化層的頂面之輪廓B；及 (c)在假定為向著該固化層的疊層方向而將該輪廓A與該輪廓B投影到同一平面時，從由該投影之輪廓A所構成的封閉區域A'扣除由該投影之輪廓B所構成之封閉區域B'而得到之區域C。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之三維形狀模製物之製造方法，其中， 在該移動操作時，在最靠近形成之粉末層的上方使該抽吸噴嘴水平移動。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之三維形狀模製物之製造方法，其中， 移動操作該抽吸噴嘴，以使該抽吸噴嘴之該移動軌跡成為沿以下三者之軌跡： 替代該輪廓A，而改為由該輪廓A偏移之輪廓A'， 替代該輪廓B，而改為由該輪廓B偏移之輪廓B'，及 該區域C。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之三維形狀模製物之製造方法，其中， 因應該抽吸噴嘴的噴嘴徑及／或該切削工具的工具徑決定該偏移的量。
  5. 如附屬於申請專利範圍第2項之申請專利範圍第3項、或附屬於申請專利範圍第2項之申請專利範圍第4項所記載之三維形狀模製物之製造方法，其中， 將該抽吸噴嘴之前端部與該在最靠近形成之該粉末層之間的隔離距離定為5mm以內。
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