TW202404792A - 三維造形物的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種能夠高品質地對三維造形物進行造形的三維造形物的製造方法，包括：固化層形成工序，反覆進行材料層形成工序及對材料層的照射區域照射雷射束等而形成固化層的固化工序從而積層固化層；造形條件設定工序，設定照射條件及照射區域的分割寬度；照射區域決定工序，針對將三維形狀分割而成的每一分割層決定照射區域；分割工序，沿著規定的分割方向以分割寬度對照射區域進行分割而形成分割區域；以及掃描線設定工序，在分割區域內設定光柵掃描線，在固化工序中，雷射束等沿著包含光柵掃描線的掃描路徑掃描，在分割工序中，將使對象分割層中的照射區域的分割方向水平旋轉後的方向設為正上方的分割層中的分割方向。
Description
本發明涉及一種三維造形物的製造方法。
作為三維造形物的積層造形（additive manufacturing）方法，已知有各種方式。例如，實施粉末床熔融結合的積層造形裝置在造形區域形成包含材料粉體的材料層，藉由掃描雷射束或電子束並照射至材料層的規定位置而使材料層燒結或熔融從而形成固化層。而且，藉由反覆形成材料層及固化層而積層固化層，製造出所期望的三維造形物。
雷射束或電子束例如是沿著所謂的光柵（raster）掃描線掃描，所述光柵掃描線為在材料層的照射區域內呈直線狀並列配置的掃描圖案。此處，有時以規定的分割寬度對照射區域進行分割，針對每一分割區域進行光柵掃描。在對每一分割區域進行光柵掃描的情況下，各分割區域中的光柵掃描線的長度基本上按照規定的分割寬度為相同長度，因此可在不改變照射條件的情況下以均勻的照射能量使材料層熔融固化。因此，濺射的飛散量變得更少，不易形成針孔或空隙。另外，依賴於規定的分割寬度的光柵掃描線的基準長度短至幾公分左右，因此即使以高速掃描雷射束或電子束，也可將熱等對周圍的不良影響最小。因此，可使所要求的休止時間比較短，可以高速進行凹凸差小且品質穩定的熔融固化。在專利文獻1中公開了一種積層造形裝置，其藉由對每一分割區域光柵掃描將光點（spot）形狀設為細長形狀的雷射束，能夠均勻地對材料層進行加熱以提高造形品質。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利6266040號公報
[發明所要解決的問題]
在不對照射區域進行分割而進行光柵掃描的情況下，由於決定照射條件的光柵掃描線的基準長度長，因此各光柵掃描線的長度的差異對照射區域的邊緣部分的形狀差造成的影響相對小。另一方面，當針對每一分割區域進行光柵掃描時，各光柵掃描線設定為基本上具有與規定的分割寬度相同長度的直線。此時，在照射區域的端部不可避免地產生比分割寬度短的光柵掃描線，但與不對照射區域進行分割而進行光柵掃描的情況相比，光柵掃描線的基準長度明顯短，基於包含照射能量的照射條件設定了光柵掃描線的基準長度，因此在基於比基準長度短的光柵掃描線的照射部位，藉由照射形成的熔池（melt pool）的溫度變得比較高。當隨著固化層的積層，基於短光柵掃描線的照射部位在垂直方向上重疊時，由於每一層的固化層的變形多層的堆積而隆起逐漸變大，最終，導致形成材料層的材料層形成裝置的刮板（blade）碰撞。
材料層形成裝置在造形區域移動並供給材料粉體，同時藉由刮板使材料粉體均勻化而形成材料層。因此，若材料層形成裝置的刮板與隆起碰撞，則材料粉體的供給量發生變動，材料層變得不均勻，造形品質有可能降低。另外，根據隆起的大小，刮板在與隆起碰撞的狀態下無法移動，只要不將隆起去除，則無法繼續進行造形作業。
本發明是鑒於此種情況而成，其目的在於提供一種能夠高品質地對三維造形物進行造形的三維造形物的製造方法。
[解決問題的技術手段]
藉由本發明，提供以下發明。
[1]一種三維造形物的製造方法，是包含固化層形成工序的三維造形物的製造方法，所述固化層形成工序藉由反覆進行材料層形成工序及固化工序而將固化層積層，所述材料層形成工序向造形區域供給材料粉體而形成材料層，所述固化工序藉由對所述材料層的規定的照射區域照射雷射束或電子束而形成所述固化層，所述三維造形物的製造方法包括：造形條件設定工序，設定所述雷射束或所述電子束的照射條件及所述照射區域的分割寬度；照射區域決定工序，針對將所期望的三維形狀按規定的每一高度分割而成的多個分割層的每一層決定所述照射區域；分割工序，沿著規定的分割方向以適合於所述照射條件的所述分割寬度對各所述分割層的所述照射區域進行分割而形成多個分割區域；以及掃描線設定工序，在所述分割區域內設定沿著規定的掃描方向的光柵掃描線，在所述固化工序中，所述雷射束或所述電子束沿著包含所述光柵掃描線的掃描路徑掃描，在所述分割工序中，將使對象分割層中的所述照射區域的所述分割方向水平旋轉了旋轉角度θ後的方向設為所述對象分割層正上方的分割層中的所述照射區域的所述分割方向，所述旋轉角度θ滿足0°＜θ＜180°或-180°＜θ＜0°（其中符號表示旋轉方向）。
[2]根據[1]所述的三維造形物的製造方法，其中，在所述掃描線設定工序中，所述掃描方向設定為與所述分割方向平行。
[3]根據[1]或[2]所述的三維造形物的製造方法，包括長度判定工序，所述長度判定工序判定所述對象分割層上的所述掃描路徑是否包含小於規定值的所述光柵掃描線，在所述分割工序中，當在所述長度判定工序中判定為所述對象分割層上的所述掃描路徑包含小於所述規定值的所述光柵掃描線時，將使所述對象分割層中的所述照射區域的所述分割方向水平旋轉了所述旋轉角度θ後的方向設為所述對象分割層正上方的分割層中的所述照射區域的所述分割方向。
[4]根據[1]至[3]中任一項所述的三維造形物的製造方法，包括旋轉角度設定工序，所述旋轉角度設定工序基於加工條件設定所述旋轉角度θ，所述加工條件包含所述分割寬度、所述材料粉體的材質、所述照射區域的條件、所述照射條件中的至少一個。
[發明的效果]
在本發明的三維造形物的製造方法中，將使任意的對象材料層中的照射區域的分割方向水平旋轉了規定的旋轉角度θ（0°＜θ＜180°或-180°＜θ＜0°）後的方向設為對象材料層正上方的材料層中的照射區域的分割方向。藉由分割方向的旋轉，在垂直方向上基於短的光柵掃描線的照射部位的重疊變小，能夠抑制固化層的隆起的形成及造形品質的降低。
以下，參照附圖來對本發明的實施方式進行說明。以下所示的實施方式中示出的各特徵事項能夠相互組合。另外，針對各特徵事項，發明獨立成立。
1.積層造形裝置100
圖1是本實施方式的積層造形裝置100的概略結構圖。積層造形裝置100包括腔室1、材料層形成裝置3、以及照射裝置13。在配置於腔室1內的造形台（table）5上所設置的造形區域R中，藉由反覆進行材料層82及固化層83的形成，可形成所期望的三維造形物。
1.1.腔室1
腔室1覆蓋作為用於形成三維造形物的區域的造形區域R。腔室1的內部充滿由惰性氣體供給裝置（未圖示）供給的規定濃度的惰性氣體。本說明書中所謂惰性氣體是實質上不與材料層82或固化層83反應的氣體，根據材料的種類進行選擇，例如能夠使用氮氣、氬氣、氦氣。在形成固化層83時產生的包含煙霧（fume）的惰性氣體從腔室1排出，在煙霧收集器（fume collector）（未圖示）中去除煙霧後被供給到腔室1進行再利用。煙霧收集器例如為電氣集塵器或過濾器。
在腔室1的上表面，設置有作為雷射束B的透過窗的窗（window）1a。窗1a由能夠透過雷射束B的材料形成。具體而言，窗1a的材料是根據雷射束B的種類，從石英玻璃或硼矽酸玻璃或鍺、矽、硒化鋅或溴化鉀的晶體等中選擇。例如，在雷射束B為光纖雷射（fiber laser）或釔鋁石榴石（yttrium aluminum garnet，YAG）雷射的情況下，窗1a能夠包括石英玻璃。
另外，在腔室1的上表面，以覆蓋窗1a的方式設置有防污染裝置17。防污染裝置17包括圓筒狀的殼體17a、以及配置在殼體17a內的圓筒狀的擴散構件17c。在殼體17a與擴散構件17c之間設置有惰性氣體供給空間17d。另外，在殼體17a的底表面，在擴散構件17c的內側設置有開口部17b。在擴散構件17c上設置有許多細孔17e，被供給到惰性氣體供給空間17d的清潔的惰性氣體通過細孔17e而充滿清潔室17f。然後，充滿清潔室17f的清潔的惰性氣體通過開口部17b而朝向防污染裝置17的下方噴出。藉由此種結構，可防止煙霧附著於窗1a，從而自雷射束B的照射路徑中排除煙霧。
1.2.材料層形成裝置3
如圖1所示，材料層形成裝置3設置在腔室1的內部。如圖2所示，材料層形成裝置3包括底座4、以及配置在底座4上的塗覆機頭（recoater head）11。塗覆機頭11構成為能夠藉由塗覆機頭驅動裝置12在水平單軸方向上往返移動。
如圖3及圖4所示，塗覆機頭11包括材料收容部11a、材料供給口11b、以及材料排出口11c。材料供給口11b設置在材料收容部11a的上表面，成為從材料供給單元（未圖示）向材料收容部11a供給的材料粉體的接收口。材料排出口11c設置在材料收容部11a的底表面，排出材料收容部11a內的材料粉體。材料排出口11c具有沿材料收容部11a的長邊方向延伸的狹縫（slit）形狀。在塗覆機頭11的兩側面設置有平板狀的刮板11fb、刮板11rb。刮板11fb、刮板11rb使從材料排出口11c排出的材料粉體平坦化，從而形成材料層82。
如圖1及圖2所示，造形區域R位於造形台5上，在造形區域R中形成有所期望的三維造形物。造形台5能夠由造形台驅動裝置51驅動而沿垂直方向移動。在造形時在造形區域R內配置有底板81，向底板81的上表面供給材料粉體而形成材料層82。
1.3.照射裝置13
如圖1所示，照射裝置13設置在腔室1的上方。照射裝置13向形成在造形區域R內的材料層82的照射區域照射雷射束B，使材料粉體熔融或燒結並固化，從而形成固化層83。
如圖5所示，照射裝置13包括光源31、準直器33、聚焦控制單元35、以及掃描裝置37，由後述的照射控制裝置72進行控制。光源31生成雷射束B。雷射束B只要能夠燒結或熔融材料粉體即可，例如為光纖雷射、CO
2雷射、YAG雷射。在本實施方式中，作為雷射束B，使用光纖雷射。
準直器33包括準直透鏡，將從光源31輸出的雷射束B轉換為平行光。聚焦控制單元35包括焦點控制透鏡、以及使焦點控制透鏡沿著光軸方向前後移動的馬達，藉由對由準直器33轉換為平行光的雷射束B的焦點位置進行調整，來調整材料層82的表面上的雷射束B的光束直徑。
掃描裝置37例如是檢流掃描儀（galvano scanner），包括第一檢流鏡（galvano mirror）37a及第二檢流鏡37b、以及使第一檢流鏡37a及第二檢流鏡37b分別旋轉到所期望的角度的第一致動器及第二致動器（未圖示）。通過聚焦控制單元35後的雷射束B利用第一檢流鏡37a及第二檢流鏡37b，在造形區域R內的材料層82的上表面進行二維掃描。具體而言，雷射束B被第一檢流鏡37a反射，在作為造形區域R中的水平單軸方向的X軸方向上，被第二檢流鏡37b反射，在作為造形區域R中的另一水平單軸方向且與X軸方向正交的Y軸方向上進行掃描。
由第一檢流鏡37a及第二檢流鏡37b反射的雷射束B透過窗1a而照射到造形區域R內的材料層82，由此形成固化層83。此外，照射裝置13並不限定於所述方式。例如，可設置fθ透鏡來代替聚焦控制單元35。另外，照射裝置13也可構成為：代替雷射束B而照射電子束來使材料層82固化。具體而言，可將照射裝置13構成為包括發射電子的陰極電極、會聚電子並加速的陽極電極、形成磁場並使電子束的方向朝一個方向會聚的螺線管、以及與作為被照射體的材料層82電性連接並在與陰極電極之間施加電壓的集電極。
1.4.控制系統
如圖6所示，積層造形裝置100的控制系統包含電腦輔助製造（Computer Aided Manufacturing，CAM）裝置6及控制裝置7。CAM裝置6及控制裝置7是將中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）、唯讀記憶體（Read Only Memory，ROM）、輔助存儲裝置、輸入輸出介面等硬體、以及軟體任意地組合而構成。
CAM裝置6基於確定電腦輔助設計（computer aided design，CAD）資料等三維造形物的形狀的造形形狀資料、材料粉體的材質、雷射束B的照射條件等，製作規定了針對積層造形裝置100的指令的專案檔。CAM裝置6包括進行所期望的運算的運算裝置62、保存有運算所需的資料等的存儲裝置61、在運算處理的過程中暫時存儲數值或資料的記憶體63。另外，CAM裝置6構成為能夠經由通訊線或存儲介質而將專案檔發送至控制裝置7。
控制裝置7按照專案檔對材料層形成裝置3及照射裝置13等進行控制，進行積層造形。控制裝置7包括主控制裝置71及照射控制裝置72。主控制裝置71按照CAM裝置6所製作的專案檔對塗覆機頭驅動裝置12或造形台驅動裝置51等進行控制。另外，主控制裝置71將專案檔中包含與雷射束B的照射相關的指令的造形程式發送至照射控制裝置72。照射控制裝置72按照所述造形程式對照射裝置13進行控制。具體而言，照射控制裝置72對第一致動器及第二致動器進行控制而使第一檢流鏡37a及第二檢流鏡37b旋轉所期望的角度，將雷射束B照射至規定的位置。另外，對光源31進行控制而進行雷射束B的輸出（雷射功率）或接通/斷開的切換，對聚焦控制單元35的馬達進行控制來對雷射束B的焦點位置進行調整。
2.光柵掃描
接下來，對雷射束B的光柵掃描進行說明。此外，以下的說明在代替雷射束B而照射電子束的情況下也同樣地適用。
圖7A及圖7B是光柵掃描的說明圖，且是表示對示例性的照射區域S
0進行光柵掃描時的掃描路徑的圖。雷射束B沿著箭頭所示的光柵掃描線掃描。另外，在箭頭部分照射雷射束B，在將相鄰的箭頭彼此連結的虛線部分暫時停止規定時間（斷開（OFF）時間）的雷射束B的照射。斷開時間是從規定的光柵掃描線的照射結束至下一光柵掃描線的照射開始為止，雷射束B的照射暫時停止的時間，且確保斷開時間，以抑制伴隨雷射束B的照射對周圍的熱影響。
當沿著光柵掃描線照射雷射束B時，被照射的部位的溫度急劇地上升而材料粉體熔融，形成熔池。當所述部位的照射結束時，由於散熱而溫度降低並且形成固化層83。
在圖7A所示的利用區域非分割方式的光柵掃描中，在照射區域S
0內，沿著規定的掃描方向針對每一間距p設定光柵掃描線。光柵掃描線是沿著掃描方向將照射區域S
0的外緣上的兩點連結的直線狀，且沿著與光柵掃描線正交的方向進行掃描。
在圖7B所示的利用區域分割方式的光柵掃描中，首先，將照射區域S
0沿著分割方向D
0以分割寬度w分割成多個分割區域。圖7B中的虛線表示照射區域的分割線。而且，在分割區域內，沿著規定的掃描方向針對每一間距p設定光柵掃描線。在分割區域內，反覆進行沿著光柵掃描線的雷射束B的照射，同時沿著與光柵掃描線正交的方向進行掃描，當分割區域內的掃描結束時，藉由同樣的掃描對其他分割區域進行雷射束B的照射。
在區域分割方式中，由於光柵掃描線基本上具有與分割寬度w對應的相同的基準長度d，因此能夠在不改變照射條件的情況下以更均勻的條件將材料層82熔融固化。在圖7B的例子中，由於掃描方向設定為與分割方向D
0平行，因此基準長度d與分割寬度w相等，大部分光柵掃描線的長度與基準長度d相等。另外，與區域非分割方式相比，光柵掃描線短，因此能夠抑制對照射部位周圍的熱影響。
另一方面，在分割區域的端部，可能產生比基準長度d短的光柵掃描線。在圖7B中，在各分割區域的圖中右側的端部及圖中下側的分割區域，產生比基準長度d短的光柵掃描線。在基於比基準長度d短的光柵掃描線的照射部位，伴隨雷射束B的照射而形成的熔池的溫度變得比較高，固化層83容易產生變形。當隨著固化層83的積層，基於比基準長度d短的光柵掃描線的照射部位在垂直方向上重疊時，由於固化層83的變形的堆積而隆起變大，材料層形成裝置3的刮板11fb、刮板11rb容易碰撞。
此種隆起在光柵掃描線比較短的區域分割方式中顯著地產生，在光柵掃描線比較長的區域非分割方式中不易成為問題。另外，藉由延長斷開時間，能夠抑制熔池的溫度的上升，但造形時間變長，製造效率降低。
在本實施方式中，在區域分割方式中，如後述那樣，在使照射區域的分割方向旋轉的同時設定光柵掃描線，由此減少基於比基準長度d短的光柵掃描線的照射部位在垂直方向上的重疊，抑制隆起的產生。
3.三維造形物的製造方法
接下來，對使用所述積層造形裝置100的三維造形物的製造方法進行說明。本實施方式的製造方法包含固化層形成工序，所述固化層形成工序藉由反覆進行材料層形成工序及固化工序而積層固化層83，所述材料層形成工序向造形區域R供給材料粉體而形成材料層82，所述固化工序藉由對材料層82的規定的照射區域照射雷射束B或電子束而形成固化層83。另外，本實施方式的製造方法包括：造形條件設定工序、照射區域決定工序、分割工序、掃描線設定工序、以及旋轉角度設定工序。
3.1.固化層形成工序
固化層形成工序包括材料層形成工序及固化工序。在本實施方式的材料層形成工序中，在造形區域R形成包含材料粉體的材料層82。另外，在本實施方式的固化工序中，對材料層82的規定的照射區域照射雷射束B而形成固化層83。材料層形成工序及固化工序反覆實施。
首先，進行第一次材料層形成工序。如圖8所示，在將底板81載置於造形台5上的狀態下，將造形台5的高度調整至適當的位置。在此狀態下，藉由使塗覆機頭11從圖8的左側向右側移動，如圖9所示，在底板81上形成第一層材料層82。
接下來，進行第一次固化工序。如圖9所示，藉由對第一層材料層82的規定的照射區域照射雷射束B，使第一層材料層82固化，獲得第一層固化層83。在固化工序中，雷射束B如後述那樣沿著包含在掃描線設定工序中設定的光柵掃描線的掃描路徑掃描。
繼而，進行第二次材料層形成工序。形成第一層固化層83後，將造形台5的高度降低與材料層82的一層相當的量。在此狀態下，藉由使塗覆機頭11從造形區域R的圖9的右側向左側移動，形成第二層材料層82，以覆蓋第一層固化層83。然後，進行第二次固化工序。利用與所述相同的方法，藉由對第二層材料層82的規定的照射區域照射雷射束B或電子束，使第二層材料層82固化，獲得第二層固化層83。
反覆進行材料層形成工序及固化工序，並積層多個固化層83直至獲得所期望的三維造形物。相鄰的固化層83相互牢固地固定。
3.2.造形條件設定工序
在造形條件設定工序中，將雷射束B或電子束的照射條件及照射區域的分割寬度設定為造形條件。作為照射條件，可例示雷射束B的輸出（雷射功率）、光點直徑的大小、掃描速度、雷射束B的斷開時間、光柵掃描線的間距p。照射區域的分割寬度基於此種照射條件設定為適合的值。另外，造形條件可包含其他條件，例如，也可包含作為雷射束B的照射對象的材料層82的積層厚度（與一層材料層相當的厚度）。在本實施方式中，製作記錄了造形條件的條件檔，並將所述條件檔讀入至CAM裝置6，由此設定照射條件。
3.3.照射區域決定工序
在照射區域決定工序中，針對將三維造形物的所期望的三維形狀按規定的每一高度分割而成的多個分割層的每一層決定照射區域。在本實施方式的照射區域決定工序中，按照造形條件設定工序中設定的材料層82的每一積層厚度對三維形狀進行分割而製作多個分割層。分割層相當於對三維形狀進行分割而虛擬地形成的材料層82。然後，在各分割層中，將與由三維造形物的輪廓形狀圍繞的區域大致一致的區域決定為照射區域。另外，在本實施方式中，CAM裝置6藉由進行使用CAD資料及條件檔的運算處理，而進行分割層的製作及照射區域的決定。
3.4.分割工序
在分割工序中，沿著規定的分割方向以適合於照射條件的規定的分割寬度w對各分割層的照射區域進行分割而形成多個分割區域。圖10中，作為一例，示出三維造形物的第k層分割層L
k中的照射區域S
k及其分割區域。在本例中，沿著分割方向D
k以分割寬度w藉由直線對照射區域S
k進行分割而形成多個分割區域。圖10中的虛線表示照射區域S
k的分割線。在本例中，分割線為與分割方向D
k正交的直線狀。此外，分割的起點能夠根據照射區域S
k的形狀等適宜設定，例如，可在照射區域S
k的外緣上配置起點，也可在比外緣更靠內側處配置起點。
另外，在分割工序中，將使對象分割層中的照射區域的分割方向水平旋轉了旋轉角度θ後的方向設為對象分割層正上方的分割層中的照射區域的分割方向。此處，旋轉角度θ滿足0°＜θ＜180°或-180°＜θ＜0°（其中符號表示旋轉方向）。此外，對於旋轉角度θ的設定方法，詳細情況將在下文敘述。
圖11中，作為一例，示出將第k層分割層L
k作為對象分割層時的正上方的第k+1層分割層L
k+1中的照射區域S
k+1及分割區域。在本例中，將使對象分割層L
k中的照射區域S
k的分割方向D
k水平旋轉了旋轉角度θ=67°後的方向設為分割層L
k+1中的照射區域S
k+1的分割方向D
k+1。然後，沿著分割方向D
k+1以分割寬度w對照射區域S
k+1進行分割而形成多個分割區域。圖11中的虛線表示照射區域S
k+1的分割線。
在本實施方式中，對所有分割層進行分割方向的旋轉。即，若從三維造形物的下表面側起將三維形狀分割成n個分割層L
1、L
2、L
3、······L
n，並將各分割層中的照射區域的分割方向設為D
1、D
2、D
3、······D
n，則對於分割層L
k（k=1、2、3、······n-1）及其正上方的分割層L
k+1，分割方向D
k+1相對於分割方向D
k水平旋轉了旋轉角度θ。
另外，在本實施方式中，CAM裝置6藉由對在照射區域決定工序中決定的照射區域進行使用條件檔及在後述的旋轉角度設定工序中設定的旋轉角度θ的運算處理，進行分割區域的形成。
3.5.掃描線設定工序
在掃描線設定工序中，在分割區域內設定沿著規定的掃描方向的光柵掃描線。圖10及圖11中，作為例子，以箭頭示出在分割層L
k、分割層L
k+1的分割區域內設定的光柵掃描線。在本實施方式中，掃描方向設定為與分割方向平行。另外，分割區域內的光柵掃描線按照造形條件設定工序中設定的每一間距p配置。即，在分割區域內，與分割方向平行的光柵掃描線沿著分割線以間距p的間隔配置。
此外，掃描方向並不限定於本例，也可設定為不與分割方向平行（例如，使分割方向旋轉了±45°後的方向）。另外，各分割層中掃描方向與分割方向的關係（掃描方向與分割方向所成的角度）可在所有分割層中相同，也可根據分割層而不同。
圖10及圖11所示的光柵掃描線中，實線部分表示具有與分割寬度w相等的基準長度d的光柵掃描線，虛線部分表示比基準長度d短的光柵掃描線。一般而言，由於在垂直方向上相鄰的分割層的照射區域的形狀類似，因此若沿著相同的分割方向對照射區域進行分割，則比基準長度d短的光柵掃描線的設定部位容易在垂直方向上重疊。另一方面，在本實施方式中，對於在垂直方向上相鄰的分割層L
k、分割層L
k+1，藉由使分割方向D
k+1相對於分割方向D
k水平旋轉旋轉角度θ（在本例中，θ=67°），配置有比基準長度d短的光柵掃描線的部位發生變化，垂直方向上的重疊變小。藉由對所有分割層進行分割方向的旋轉，可在抑制短的光柵掃描線的設定部位的重疊的同時積層固化層83，由此能夠抑制由固化層83的變形的堆積導致的隆起的產生。
在本實施方式中，CAM裝置6藉由對分割工序中形成的分割區域進行使用條件檔的運算處理，進行光柵掃描線的設定。
3.6.旋轉角度設定工序
在旋轉角度設定工序中，基於加工條件設定旋轉角度θ。加工條件包含分割寬度w、材料粉體的材質、照射區域的條件、雷射束B或電子束的照射條件、材料層82的形成條件中的至少一個。旋轉角度θ基於加工條件設定為在各分割層的照射區域中配置有比基準長度d短的光柵掃描線的部位在垂直方向上的重疊變小。
若依次旋轉分割方向，則針對規定數量的分割層的每一層分割方向一致。例如，在旋轉角度θ=±90°的情況下，分割方向每兩層一致。就減少配置有比基準長度d短的光柵掃描線的部位的重疊的方面而言，優選為分割方向一致的周期（分割層數）大。就增大所述周期的觀點而言，旋轉角度θ優選為不包含±90°（即，0°＜θ＜90°、90°＜θ＜180°、-180°＜θ＜-90°、或-90°＜θ＜0°）。另外，旋轉角度θ優選為不包含其絕對值|θ|成為360的約數那樣的值。另外，旋轉角度θ優選為設定為其絕對值|θ|與90的最小公倍數盡可能大。
另外，若旋轉角度θ的絕對值|θ|過小，或旋轉角度θ過於接近±180°，則相鄰的分割層間的比基準長度d短的光柵掃描線的位置變化量小，有可能無法充分抑制隆起的產生。就此種觀點而言，優選為40°≦|θ|≦140°，更優選為60°≦|θ|≦120°。
在設定旋轉角度θ時考慮的加工條件是在區域分割方式中可對隆起的產生帶來影響的條件。例如，分割寬度w越小，光柵掃描線的基準長度d越小，越容易產生隆起。根據材料粉體的材質、具體而言，根據材料的比熱容量等條件，隆起的產生容易度發生變化。根據照射區域的條件、具體而言，根據照射區域的形狀或大小等條件，隆起的產生容易度發生變化。另外，根據雷射束B或電子束的照射條件、具體而言，根據雷射束B的輸出、光點直徑的大小、掃描速度、雷射束B的斷開時間、光柵掃描線的間距p等條件，隆起的產生容易度發生變化。藉由在旋轉角度設定工序中基於這些加工條件設定適當的旋轉角度θ，能夠更有效地抑制隆起的產生。
4.其他實施方式
本發明也能夠以以下形態實現。
在所述實施方式中，在分割工序中針對所有分割層進行了分割方向的旋轉，但並不限定於此種結構。例如，也可根據照射區域的形狀等，對一部分分割層進行分割方向的旋轉。
另外，也可將三維造形物的製造方法設為如下結構：構成為包括長度判定工序，所述長度判定工序判定對象分割層上的掃描路徑是否包含小於規定值的光柵掃描線，並基於判定結果在分割工序中進行分割方向的旋轉。在此情況下，在分割工序中，當在長度判定工序中判定為對象分割層上的掃描路徑包含小於規定值的光柵掃描線時，將使對象分割層中的照射區域的分割方向水平旋轉了旋轉角度θ後的方向設為對象分割層正上方的分割層中的照射區域的分割方向。
作為判定基準的規定值例如是基準長度d，在判定為對象分割層上的掃描路徑包含小於基準長度d的光柵掃描線的情況下，可進行分割方向的旋轉，來決定對象分割層正上方的分割層中的分割方向。此外，規定值並不限定於本例，例如，也可設定比基準長度d短的值。
以上，對本發明的各種實施方式進行了說明，但這些作為例子進行了提示，並不意圖限定發明的範圍。所述新穎的實施方式能夠以其他各種方式來實施，可在不脫離發明的主旨的範圍內進行各種省略、置換、變更。所述實施方式及其變形包含在發明的範圍或主旨中，並且包含在權利要求書所記載的發明及其同等的範圍中。
1:腔室
1a:窗
3:材料層形成裝置
4:底座
5:造形台
6:CAM裝置
7:控制裝置
11:塗覆機頭
11a:材料收容部
11b:材料供給口
11c:材料排出口
11fb:刮板
11rb:刮板
12:塗覆機頭驅動裝置
13:照射裝置
17:防污染裝置
17a:殼體
17b:開口部
17c:擴散構件
17d:惰性氣體供給空間
17e:細孔
17f:清潔室
31:光源
33:準直器
35:聚焦控制單元
37:掃描裝置
37a:第一檢流鏡
37b:第二檢流鏡
51:造形台驅動裝置
61:存儲裝置
62:運算裝置
63:記憶體
71:主控制裝置
72:照射控制裝置
81:底板
82:材料層
83:固化層
100:積層造形裝置
B:雷射束
R:造形區域
d:基準長度
D
0、D
k、D
k+1:分割方向
p:間距
S
0、S
k、S
k+1:照射區域
w:分割寬度
θ:旋轉角度
圖1是本發明的實施方式的積層造形裝置100的概略結構圖。
圖2是材料層形成裝置3的立體圖。
圖3是從塗覆機頭11的上方觀察的立體圖。
圖4是從塗覆機頭11的下方觀察的立體圖。
圖5是照射裝置13的概略結構圖。
圖6是積層造形裝置100的控制系統的框圖。
圖7A、圖7B是光柵掃描的說明圖，圖7A表示利用區域非分割方式的光柵掃描，圖7B表示利用區域分割方式的光柵掃描。
圖8是表示使用積層造形裝置100的三維造形物的製造方法的圖。
圖9是表示使用積層造形裝置100的三維造形物的製造方法的圖。
圖10是表示示例性的三維造形物的第k層分割層L
k中的照射區域S
k、分割區域、及光柵掃描線的圖。
圖11是表示示例性的三維造形物的第k+1層分割層L
k+1中的照射區域S
k+1、分割區域、及光柵掃描線的圖。
圖12是水平分割成n層的三維造形物的立體圖。
1:腔室
1a:窗
3:材料層形成裝置
4:底座
5:造形台
11:塗覆機頭
13:照射裝置
17:防污染裝置
17a:殼體
17b:開口部
17c:擴散構件
17d:惰性氣體供給空間
17e:細孔
17f:清潔室
81:底板
82:材料層
83:固化層
100:積層造形裝置
B:雷射束
R:造形區域
Claims (4)
- 一種三維造形物的製造方法，是包含固化層形成工序的三維造形物的製造方法，所述固化層形成工序藉由反覆進行材料層形成工序及固化工序而將固化層積層，所述材料層形成工序向造形區域供給材料粉體而形成材料層，所述固化工序藉由對所述材料層的規定的照射區域照射雷射束或電子束而形成所述固化層，所述三維造形物的製造方法包括： 造形條件設定工序，設定所述雷射束或所述電子束的照射條件及所述照射區域的分割寬度； 照射區域決定工序，針對將所期望的三維形狀按規定的每一高度分割而成的多個分割層的每一層決定所述照射區域； 分割工序，沿著規定的分割方向以適合於所述照射條件的所述分割寬度對各所述分割層的所述照射區域進行分割而形成多個分割區域；以及 掃描線設定工序，在所述分割區域內設定沿著規定的掃描方向的光柵掃描線， 在所述固化工序中，所述雷射束或所述電子束沿著包含所述光柵掃描線的掃描路徑掃描， 在所述分割工序中，將使對象分割層中的所述照射區域的所述分割方向水平旋轉了旋轉角度θ後的方向設為所述對象分割層正上方的分割層中的所述照射區域的所述分割方向， 所述旋轉角度θ滿足0°＜θ＜180°或-180°＜θ＜0°，其中符號表示旋轉方向。
- 如請求項1所述的三維造形物的製造方法，其中， 在所述掃描線設定工序中，所述掃描方向設定為與所述分割方向平行。
- 如請求項1或2所述的三維造形物的製造方法，其中，更包括： 長度判定工序，判定所述對象分割層上的所述掃描路徑是否包含小於規定值的所述光柵掃描線， 在所述分割工序中，當在所述長度判定工序中判定為所述對象分割層上的所述掃描路徑包含小於所述規定值的所述光柵掃描線時，將使所述對象分割層中的所述照射區域的所述分割方向水平旋轉了所述旋轉角度θ後的方向設為所述對象分割層正上方的分割層中的所述照射區域的所述分割方向。
- 如請求項1或2所述的三維造形物的製造方法，其中，更包括： 旋轉角度設定工序，基於加工條件設定所述旋轉角度θ， 所述加工條件包含所述分割寬度、所述材料粉體的材質、所述照射區域的條件、所述照射條件中的至少一個。
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