TWI746057B - 金屬積層造形用的材料粉體的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法根據作為未使用的材料粉體的原材料的粒度分佈、及將原材料在金屬積層造形裝置中僅再利用規定次數後的未燒結的再利用材料的流動性，以成為與規定的基準值以上的再利用材料的流動性對應的原材料的粒度分佈的方式製造原材料。也可以在原材料中添加二氧化矽粒子。

Description

金屬積層造形用的材料粉體的製造方法
本發明是關於一種金屬積層造形用的材料粉體的製造方法。
專利文獻1的金屬積層造形裝置交替地重複形成材料粉體層的重塗步驟、及形成燒結層的燒結步驟。在重塗步驟中，將金屬積層造形用的材料粉體在平臺上均勻地撒成規定的高度來形成材料粉體層。在燒結步驟中，對材料粉體層的規定的照射區域照射雷射光或電子束來使材料粉體加熱熔融後，使其冷卻固化，由此對規定的照射區域中的材料粉體層進行燒結來形成燒結層。三維形狀造形物是通過在平臺上對燒結層進行積層造形所形成的三維形狀的燒結體。金屬積層造形裝置視需要包括切削裝置，每當積層規定數量的燒結層，實施對燒結體進行切削的切削步驟。
金屬積層造形裝置具有在平臺的上方移動的重塗機頭（recoater head）。重塗機頭收容從材料供給裝置定期地供給的材料粉體，一邊移動一邊朝平臺上排出材料粉體。重塗機頭包括刀片，一邊移動一邊平整平臺上的材料粉體。材料粉體層通過平臺僅下降規定的距離後，重塗機頭在平臺的上方移動來形成。所謂平臺上，表示平臺的上表面、安裝在平臺的上表面的底板的上表面、上次形成的燒結層的上表面、或上次形成的材料粉體層的上表面。
金屬積層造形裝置若完成造形，則使平臺大幅度下降，從下部排出口朝桶排出未燒結的材料粉體。使用搬送裝置將桶中的材料粉體送回材料供給裝置來再利用。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利6132962號公報
[發明所要解決的問題] 金屬積層造形用的材料粉體若重複再利用，則存在流動性下降的情況。流動性已下降的材料粉體妨礙形成厚度及密度均勻的材料粉體層，妨礙形成所期望的形狀的燒結層，最終成為使三維形狀造形物的品質下降的因素。流動性已下降的材料粉體也成為使三維形狀造形物產生空洞的因素。
本案申請人從研究的結果發現，作為未使用的材料粉體的原材料（virgin material）的粒度分佈、與作為經再利用的材料粉體的再利用材料的流動性之間存在關聯性。本案申請人發現若以規定的粒度分佈來製造原材料，則可抑制再利用材料的流動性的下降。另外，本案申請人從研究的結果發現，若將規定的添加量的二氧化矽粒子添加至材料粉體中，則可抑制再利用材料的流動性的下降。
另外，本案申請人從研究的結果發現，因再利用材料的粉體粒子表面的狀態從原材料的粉體粒子表面的狀態變化，而使再利用材料的流動性下降。尤其，本案申請人從研究的結果發現，即便僅重複將材料粉體供給至金屬積層造形裝置後不進行積層造形而排出，回收已被排出的再利用材料後再次供給至金屬積層造形裝置，也因經重複再利用的材料粉體的粉體粒子表面的狀態從未使用的材料粉體的粉體粒子表面的狀態變化，而使經再利用的材料粉體的流動性下降。
因此，鑒於所述問題，本發明的目的在於提出一種即便被再利用，也可以抑制流動性的下降的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法。其他目的或本發明的優點在後續的說明中敘述。
[解決問題的技術手段] 本發明的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法是金屬積層造形用的材料粉體的製造方法，根據作為未使用的材料粉體的原材料的粒度分佈與再利用材料的流動性，以成為與流動性的規定的基準值以上的流動性對應的粒度分佈的方式進行製造，所述再利用材料的流動性是以將原材料供給至金屬積層造形裝置後，回收作為從金屬積層造形裝置排出的未燒結的材料粉體的再利用材料，將再利用材料供給至金屬積層造形裝置後，回收從金屬積層造形裝置排出的再利用材料的方式，實施僅再利用規定次數的耐久試驗後的再利用材料的流動性。
[發明的效果] 本發明的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法可製造如下的金屬積層造形用的材料粉體：即便被再利用，也可以抑制流動性的下降，可對品質高的金屬積層造形物進行積層造形。
以下，使用圖對本發明的實施方式進行詳細說明。圖1是積層造形中的金屬積層造形裝置的概略圖。圖2是積層造形後的金屬積層造形裝置的概略圖。圖3是耐久試驗中的金屬積層造形裝置的概略圖。圖4是決定規定的粒度分佈之前的流程圖。圖5是決定二氧化矽粒子的規定的添加量之前的流程圖。圖6是測定材料粉體的流動性的漏斗的概略圖。此處，圖1的X軸方向是左右方向。與圖1的X軸方向正交的水平一軸方向的未圖示的Y軸方向是前後方向。圖1的Z軸方向是上下方向。為了進行說明，將圖1及圖2中所示的材料粉體層的厚度尺寸及燒結層的厚度尺寸顯示得比實際的尺寸大。為了進行說明，將圖1或圖2中所示的燒結層的層數顯示得少。
如圖1所示，金屬積層造形用的材料粉體M（以下，稱為材料粉體M）被供給至金屬積層造形裝置1。如圖2所示，金屬積層造形裝置1對所供給的材料粉體M的一部分進行燒結來形成三維形狀的燒結體，並排出未燒結的材料粉體M。
金屬積層造形裝置1例如包括：基台2、平臺3、腔室4、雷射光照射裝置5、材料供給裝置6、材料回收用桶7、以及未圖示的控制裝置。
金屬積層造形裝置1也可以包括將未燒結的材料粉體M從材料回收用桶7搬送至材料供給裝置6為止的材料搬送裝置8。金屬積層造形裝置1也可以在腔室4內包括未圖示的切削裝置。也可以包括未圖示的電子束照射裝置來代替雷射光照射裝置5。
基台2內置有平臺3、材料保持壁9、以及材料回收用桶7。基台2具有材料排出部2a。
平臺3通過未圖示的驅動裝置而在材料保持壁9中在上下方向（Z軸方向）上移動。造形區域R形成在平臺3上。底板10可裝卸地安裝在平臺3的上表面。
材料保持壁9包圍平臺3的四周。材料保持空間9a是由材料保持壁9與平臺3包圍的空間。材料保持壁9具有材料排出部9b。
材料保持壁9的材料排出部9b例如為形成在材料保持壁9的下部的開口。若平臺3越過材料排出部9b而下降，則材料保持空間9a中的材料粉體M因自重從材料排出部9b朝材料回收用桶7落下。
基台2的材料排出部2a例如為形成在後述的重塗機頭11的退避位置的附近的開口。從材料保持空間9a溢出的材料粉體M通過重塗機頭11的刀片11b、11b而越過材料保持壁9被擠出至材料排出部2a為止，因自重而從材料排出部2a朝材料回收用桶7落下。
材料回收用桶7收容已從材料保持空間9a穿過材料排出部9b而被排出的材料粉體M。另外，材料回收用桶7經由材料排出部2a而收容從材料保持空間9a溢出的材料粉體M。
腔室4覆蓋造形區域R。腔室4的內部充滿從未圖示的惰性氣體供給裝置供給的規定濃度的惰性氣體。惰性氣體是不與材料粉體進行反應的氣體。惰性氣體例如為氮氣。
材料供給裝置6包括重塗機頭11與材料補充裝置12。此處，將未使用的材料粉體M稱為原材料。將已從金屬積層造形裝置1排出的未燒結的材料粉體M稱為再利用材料。
重塗機頭11包括材料收容槽11a與一對刀片11b、11b。重塗機頭11通過未圖示的驅動裝置，在左右方向（X軸方向）上從平臺3的右側或左側的任一側的退避位置穿過平臺3的上方而移動至另一側的退避位置為止。
材料收容槽11a收容材料粉體。材料收容槽11a形成在重塗機頭11的內部。材料收容槽11a與形成在重塗機頭11的上部的材料供給口11c、及形成在重塗機頭11的下部的材料排出口11d分別連通。
材料供給口11c例如在重塗機頭11退避至退避位置時與材料補充裝置12連接。從材料補充裝置12供給的材料粉體M穿過材料供給口11c而被供給至材料收容槽11a。
材料排出口11d在與重塗機頭11的移動方向正交的前後方向（Y軸方向）上細長地形成。材料粉體M被從材料排出口11d朝平臺3上排出。材料粉體M是金屬粉體。金屬粉體例如為鐵粉。材料排出口11d在重塗機頭11的移動方向（X軸方向）的尺寸例如形成為2 mm以上且3 mm以下的短尺寸。當形成材料粉體層19時，材料排出口11d的下端與平臺3的上表面、安裝在平臺3的上表面的底板10的上表面、上次形成的燒結層20的上表面、或上次形成的材料粉體層19的上表面僅空開0.2 mm以上且0.3 mm以下的尺寸的間隙來相向。當進行積層造形時，為了以厚度及密度變得均勻的方式穩定地形成薄的材料粉體層19，材料粉體M的流動性成為重要的要素。
一對刀片11b、11b從重塗機頭11的下部突出，包夾材料排出口11d而分別設置在左右。一對刀片11b、11b使已從材料排出口11d朝平臺3上排出的材料粉體M平坦化。當進行積層造形時，為了以厚度及密度變得均勻的方式穩定地形成薄的材料粉體層19，材料粉體M的流動性成為重要的要素。
材料補充裝置12例如與填充有作為未使用的材料粉體M的原材料的原材料用槽12a、及搬送作為已被排出至材料回收用桶7的未燒結的材料粉體M的再利用材料的材料搬送裝置8連接。
材料補充裝置12可對重塗機頭11供給原材料、再利用材料、或將它們混合而成的材料粉體M。
雷射光照射裝置5設置在腔室4的上方。從雷射光照射裝置5輸出的雷射光L透過設置在腔室4的保護窗4a而照射至造形區域R。雷射光照射裝置5包括：未圖示的雷射光源、未圖示的雙軸的電流鏡（galvano mirror）、未圖示的光點直徑調整裝置。
雷射光源輸出可對材料粉體M進行加熱熔融的雷射光L。雷射光L例如為釔鋁石榴石（Yttrium Aluminium Garnet，YAG）雷射、光纖雷射或二氧化碳雷射等。
光點直徑調整裝置將從雷射光源輸出的雷射光L聚光來調整成所期望的光點直徑。
雙軸的電流鏡使從雷射光源輸出的雷射光L以可控制的方式進行二維掃描，而使雷射光L照射至造形區域R內的所期望的位置。
保護窗4a由可使雷射光L透過的材料形成。若雷射光L為YAG雷射、光纖雷射或二氧化碳雷射，則即便是例如石英玻璃，也可以構成保護窗4a。
控制裝置控制金屬積層造形裝置1中包括的各種裝置。另外，控制裝置也可以控制與金屬積層造形裝置1連接的各種周邊裝置。
材料搬送裝置8包括：材料回收用搬送裝置13、材料供給用搬送裝置14、雜質去除裝置15、以及材料供給用桶16。材料搬送裝置8也可以包括材料乾燥裝置17。材料乾燥裝置17使從材料供給用桶16朝材料補充裝置12搬送的材料粉體M乾燥。
材料回收用搬送裝置13通過配管將材料回收用桶7中的材料粉體M搬送至雜質去除裝置15為止。材料回收用搬送裝置13例如包括抽吸裝置13a與過濾器13b。
材料供給用搬送裝置14通過配管將材料供給用桶16中的材料粉體M搬送至材料補充裝置12為止。材料回收用搬送裝置13例如包括抽吸裝置14a與過濾器14b。
各抽吸裝置13a、14a具有可將固體與氣體一同抽吸的抽吸力。各抽吸裝置13a、14a也可以通過包括切換閥18而共有一個抽吸裝置。抽吸裝置13a、抽吸裝置14a例如為吸塵器。
各過濾器13b、14b例如為旋風式的過濾器。旋風式的過濾器將氣體與固體分離而不使固體抽吸至各抽吸裝置13a、14a中。
雜質去除裝置15將已被排出至材料回收用桶7的材料粉體M中的雜質去除。雜質通過篩子15a等來去除。雜質是利用雷射光對材料粉體M進行燒結時飛散的飛濺物（spatter）、或者對燒結體的表面或不需要部分進行切削加工時被切出的切削屑等。
材料供給用桶16收容由雜質去除裝置15去除雜質後的材料粉體M。再利用材料是已從金屬積層造形裝置1排出的未燒結的材料粉體M，也可以是去除雜質後的未燒結的材料粉體M。
材料乾燥裝置17例如為材料供給用桶16中包括的加熱器。再利用材料是已從金屬積層造形裝置1排出的未燒結的材料粉體M，也可以是乾燥後的未燒結的材料粉體M。
目前為止所說明的金屬積層造形裝置1的基本的動作如下所示。
首先，實施準備步驟。一般將底板10安裝在平臺3上。以底板10的上表面的高度與重塗機頭11的一對刀片11b、11b的前端的高度成為相同的高度的方式使平臺3移動。
其次，實施重塗步驟。使平臺3僅下降與材料粉體層19的厚度相應的高度。使重塗機頭11從退避位置穿過平臺3的上方而移動至相反側的退避位置為止。將材料粉體M在底板10上均勻地撒成規定的高度。在底板10上形成材料粉體層19。已由重塗機頭11的刀片11b、11b擠出至基台2的材料排出部2a為止材料粉體M被排出至材料回收用桶7。
繼而，實施燒結步驟。利用雷射光照射裝置5對材料粉體層19的規定的照射區域照射雷射光L。在底板10上形成燒結層20。燒結層20與底板10固著。僅利用最初的燒結層20來形成燒結體21。
再次實施重塗步驟。使平臺3僅下降與材料粉體層19的厚度相應的高度。使重塗機頭11從退避位置穿過平臺3的上方而移動至相反側的退避位置為止。在上次的燒結層20上形成新的材料粉體層19。
再次實施燒結步驟。利用雷射光照射裝置5對材料粉體層19的規定的照射區域照射雷射光L。在上次的燒結層20上形成新的燒結層20。新的燒結層20與上次的燒結層20固著。形成燒結層20積層的燒結體21。
金屬積層造形裝置1重複重塗步驟與燒結步驟，使多個燒結層20積層來形成具有所期望的三維形狀的燒結體21，而對所期望的三維形狀的造形物22進行造形。
進而，金屬積層造形裝置1也可以包括切削裝置，每當積層規定數量的燒結層20，實施對燒結體21進行切削的切削步驟。
金屬積層造形裝置1若結束燒結體21的積層造形，則將材料保持空間9a中的未燒結的材料粉體M排出至材料回收用桶7。固著在底板10的燒結體21與底板10一同被從平臺3卸下。
金屬積層造形裝置1也可以包括材料搬送裝置8，將材料回收用桶7中的材料粉體M搬送至材料供給裝置6。
材料回收用桶7中的材料粉體M作為再利用材料而用於接下來的積層造形。
以下，對本發明特有的材料粉體M的製造方法進行說明。
以成為規定的粒度分佈的方式製造材料粉體M的原材料。粒度分佈是將橫軸設為粒徑，將縱軸設為頻度。例如，粒徑的單位為μm。另外，例如頻度為%。
規定的粒度分佈根據將原材料僅再利用規定次數N後的再利用材料的流動性來決定。如圖4所示，根據已試製的原材料的耐久試驗的結果，以成為與規定的基準值以上的值的流動性對應的粒度分佈的決定規定的粒度分佈。流動性的規定的基準值例如表示可形成厚度及密度均勻的材料粉體層時的流動性的值。規定次數N是所期望的再利用的次數。規定次數N例如可為20次以上且40次以下，優選25次以上且35次以下，更優選30次。
首先，試製任意的粒度分佈的原材料（S1）。也可以在試製後測定原材料的粒度分佈（S2）。
其次，實施已試製的原材料的耐久試驗。將表示再利用的次數的計數n重置成零（n＝0）（S3）。將已試製的原材料供給至金屬積層造形裝置1（S4）。從金屬積層造形裝置1回收作為未燒結的材料粉體M被排出的再利用材料（S5）。判定計數n是否已達到規定次數N（S6）。
若計數n未達到規定次數N（n＜N），則使計數n加一（n＝n＋1＝1）（S7）。將已回收的再利用材料再次供給至金屬積層造形裝置1（S8）。再次從金屬積層造形裝置1回收作為未燒結的材料粉體M被排出的再利用材料（S5）。再次判定計數n是否已達到規定次數N（S6）。若計數n未達到規定次數N（n＜N），則再次使計數n加一（n＝n＋1＝2）（S7）。如此，重複再利用已試製的原材料直至計數n達到規定次數N（n＝N）為止。
最後，測定僅再利用規定次數N後的再利用材料的流動性（S9）。判定再利用材料的流動性是否為規定的基準值以上（S10）。
若再利用材料的流動性為規定的基準值以上，則將已試製的原材料的粒度分佈設為規定的粒度分佈（S13）。
若再利用材料的流動性低於規定的基準值，則再次試製不同的任意的粒度分佈的原材料（S12），並重新進行耐久試驗。或者，若再利用材料的流動性低於規定的基準值，則也可以判定是否存在再利用材料的流動性僅通過變更原材料的粒度分佈便可獲得規定的基準值以上的流動性的可能性（S11）。
若存在再利用材料的流動性僅通過變更原材料的粒度分佈便可獲得規定的基準值以上的流動性的可能性，則也可以再次試製不同的任意的粒度分佈的原材料（S12），並重新進行耐久試驗。
若不存在再利用材料的流動性僅通過變更原材料的粒度分佈便可獲得規定的基準值以上的流動性的可能性，則也可以從目前為止的耐久試驗的結果中，將最佳的粒度分佈決定為原材料的規定的粒度分佈（S14），如圖5所示，試製已決定的規定的粒度分佈的原材料（S101），並將後述的二氧化矽粒子添加至已試製的原材料中（S102）。所謂最佳的粒度分佈，例如表示成為如下的再利用材料的來源的原材料的粒度分佈，所述再利用材料是對材料相同且粒度分佈不同的多種原材料進行的各個耐久試驗的結果之中，再利用規定次數後的流動性最高的再利用材料。
也可以一邊進行積層造形一邊實施耐久試驗。也可以一邊僅重複重塗步驟一邊實施耐久試驗。也可以不進行積層造形來實施耐久試驗。例如，也可以省略重塗步驟及燒結步驟來實施耐久試驗。耐久試驗例如如圖3所示，也可以事先利用連接構件30將材料補充裝置12與基台2的材料排出部2a連接，從材料補充裝置12朝材料回收用桶7直接排出原材料或再利用材料。尤其，通過不進行積層造形來實施耐久試驗，可簡單且迅速地實施耐久試驗。
也可以在金屬積層造形裝置1中包括材料搬送裝置8，從供給原材料至完成規定次數N的再利用為止，通過金屬積層造形裝置1的控制裝置來自動地控制耐久試驗。
在耐久試驗中，原材料例如也可以被供給至材料補充裝置12的原材料用槽12a中。另外，在耐久試驗中，原材料也可以被供給至材料搬送裝置8的材料供給用桶16中。
表示再利用的次數的計數n例如也可以將從材料供給用桶16朝材料補充裝置12供給材料粉體M，從材料回收用桶7穿過雜質去除裝置15朝材料供給用桶16回收材料粉體M為止設為一次。
如圖6所示，將作為材料粉體M的規定量的再利用材料投入漏斗31，分別測定排出時間及休止角θ，由此判明再利用材料的流動性。漏斗31通過開閉機構31b關閉排出口31a而暫時貯存再利用材料，通過開閉機構31b打開排出口31a而將再利用材料從排出口31a排出。
表示流動性的排出時間是從再利用材料因自重而從漏斗31的排出口31a開始落下至落下完成為止的時間。排出時間短與排出時間長相比，流動性高。
表示流動性的休止角θ是使用漏斗31，使再利用材料從規定的高度落下，不自發地崩塌而穩定時的再利用材料的山的斜面與水平面形成的角度。休止角θ小與休止角θ大相比，流動性高。
此處，表示僅再利用規定次數N的再利用材料的流動性的排出時間及休止角θ的基準值是事先確認可形成均勻的材料粉體層19的值的閾值。所謂規定的流動性的基準值以上，由再利用材料的排出時間為與所述排出時間的基準值相同或比其短的時間、且再利用材料的休止角θ為與所述休止角θ的基準值相同或比其小的角度來表示。
例如，原材料的粒度分佈可將粒徑為17 μm以下的粒子的頻度設為4%以下。另外，例如原材料的粒度分佈可將粒徑為17 μm以下的粒子的頻度設為4%以下，將粒徑為53 μm以上的粒子的頻度設為8%以下。此時，即便進行25次～35次的再利用，流動性也表示基準值以上的值。進行再利用的規定次數N可為25次～35次。
例如，優選原材料的粒度分佈中，表示在累積分佈中累積為50%的粒徑的中位直徑（median diameter）處於17 μm以上且53 μm以下的範圍內，表示在頻度分佈中頻度為最大值的粒徑的眾數直徑（mode diameter）處於17 μm以上且53 μm以下的範圍內，可將粒徑為17 μm以下的粒子的所述頻度設為3%以下。另外，例如原材料的粒度分佈優選表示在累積分佈中累積為50%的粒徑的中位直徑處於17 μm以上且53 μm以下的範圍內，表示在頻度分佈中頻度為最大值的粒徑的眾數直徑處於17 μm以上且53 μm以下的範圍內，可將粒徑為17 μm以下的粒子的所述頻度設為3%以下，將粒徑為53 μm以上的粒子的所述頻度設為7%以下。此時，即便進行28次～32次的再利用，流動性也表示基準值以上的值。進行再利用的規定次數N可為28次～32次。
材料粉體M的原材料也可以添加二氧化矽粒子。二氧化矽粒子的粒徑可為5 nm以上且15 nm以下，優選形成為10 nm。
也可以將二氧化矽粒子添加至在耐久試驗中可維持流動性的基準值以上的流動性的原材料中。也可以將二氧化矽粒子添加至在耐久試驗中無法維持流動性的基準值以上的流動性的原材料中。也可以實施添加有二氧化矽粒子的原材料的耐久試驗。
二氧化矽粒子具有附著在材料粉體M的表面來提高材料粉體M的流動性的效果。二氧化矽粒子與材料粉體M的原材料一同被放入攪拌器進行攪拌，由此添加至材料粉體M的原材料中。
二氧化矽粒子例如能夠以材料粉體M的原材料的總量的0.01%以上且0.09%以下的添加量，優選材料粉體M的原材料的總量的0.05%的添加量來充分地提高材料粉體M的流動性。
二氧化矽粒子的添加量可通過添加前後的燒結體21的空隙率及強度的比較來決定。將二氧化矽粒子添加至例如在組成元素中含有矽（Si）的材料粉體M的原材料中，由此可進一步維持燒結體21的品質。
例如，如圖4及圖5所示，可將二氧化矽粒子添加至在耐久試驗中再利用材料的流動性低於基準值的原材料中。如圖5所示，添加至原材料中的二氧化矽粒子的添加量可根據耐久試驗後的再利用材料的流動性、以及實際通過再利用材料來造形的燒結體21的空隙率及強度來決定。另外，添加至原材料中的二氧化矽粒子的添加量也可以根據耐久試驗後的再利用材料的流動性、及實際通過再利用材料來造形的燒結體21的空隙率來決定。另外，添加至原材料中的二氧化矽粒子的添加量也可以根據耐久試驗後的再利用材料的流動性、及實際通過再利用材料來造形的燒結體21的強度來決定。
流動性的規定的基準值例如表示可形成厚度及密度均勻的材料粉體層時的流動性的值。燒結體21的空隙率的規定的基準值及強度的規定的基準值可根據通過未添加二氧化矽粒子的材料粉體M的原材料或再利用材料來造形的燒結體21的空隙率及強度、以及燒結體21的品質來決定。
首先，如圖4所示，若不存在再利用材料的流動性僅通過變更原材料的粒度分佈便可獲得規定的基準值以上的流動性的可能性（S11），則從目前為止的耐久試驗的結果中，將最佳的粒度分佈決定為原材料的規定的粒度分佈（S14）。而且，試製規定的粒度分佈的原材料（S101）。將任意的添加量的二氧化矽粒子添加至已試製的原材料中（S102）。
其次，實施已試製的原材料的耐久試驗。將表示再利用的次數的計數n重置成零（n＝0）（S103）。將已試製的原材料供給至金屬積層造形裝置1（S104）。從金屬積層造形裝置1回收作為未燒結的材料粉體M被排出的再利用材料（S105）。判定計數n是否已達到規定次數N（S106）。
若計數n未達到規定次數N（n＜N），則使計數n加一（n＝n＋1＝1）（S107）。將已回收的再利用材料再次供給至金屬積層造形裝置1（S108）。再次從金屬積層造形裝置1回收作為未燒結的材料粉體M被排出的再利用材料（S105）。再次判定計數n是否已達到規定次數N（S106）。若計數n未達到規定次數N（n＜N），則再次使計數n加一（n＝n＋1＝2）（S107）。如此，重複再利用已試製的原材料直至計數n達到規定次數N（n＝N）為止。
最後，測定僅再利用規定次數N後的再利用材料的流動性（S109）。判定再利用材料的流動性是否為規定的基準值以上（S110）。
若再利用材料的流動性低於規定的基準值，則調整二氧化矽粒子的添加量，變更成不同的任意的添加量（S112）。再次試製規定的粒度分佈的原材料（S101），將經變更的添加量的二氧化矽粒子添加至新試製的規定的粒度分佈的原材料中（S102），並重新進行耐久試驗。
若再利用材料的流動性為規定的基準值以上，則將再利用材料供給至金屬積層造形裝置1，通過金屬積層造形裝置1來從再利用材料對燒結體21進行積層造形。而且，分別測定經造形的燒結體21的空隙率與強度（S111）。判定燒結體21的空隙率是否為規定的基準值以上（S113）。
若燒結體21的空隙率低於規定的基準值，則調整二氧化矽粒子的添加量，變更成不同的任意的添加量（S112）。再次試製規定的粒度分佈的原材料（S101），將經變更的添加量的二氧化矽粒子添加至新試製的規定的粒度分佈的原材料中（S102），並重新進行耐久試驗。
若燒結體21的空隙率為規定的基準值以上，則判定燒結體21的強度是否為規定的基準值以上（S114）。
若燒結體21的強度低於規定的基準值，則調整二氧化矽粒子的添加量，變更成不同的任意的添加量（S112）。再次試製規定的粒度分佈的原材料（S101），將經變更的添加量的二氧化矽粒子添加至新試製的規定的粒度分佈的原材料中（S102），並重新進行耐久試驗。
若燒結體21的強度為規定的基準值以上，則將此時對成為再利用材料的來源的原材料添加的二氧化矽粒子的添加量決定為規定的添加量（S115）。另外，若再利用材料的流動性為規定的基準值以上，則也可以將成為再利用材料的來源的原材料供給至金屬積層造形裝置1，通過金屬積層造形裝置1而從原材料對燒結體21進行積層造形，並判定所述燒結體21的空隙率及強度是否為規定的基準值以上。
實施方式是為了說明發明的原理與其實用性的應用而選擇。可參照所述記述進行各種改良。發明的範圍由隨附的申請專利範圍來定義。
1:金屬積層造形裝置 2:基台 2a:材料排出部 3:平臺 4:腔室 4a:保護窗 5:雷射光照射裝置 6:材料供給裝置 7:材料回收用桶 8:材料搬送裝置 9:材料保持壁 9a:材料保持空間 9b:材料排出部 10:底板 11:重塗機頭 11a:材料收容槽 11b:刀片 11c:材料供給口 11d:材料排出口 12:材料補充裝置 12a:原材料用槽 13:材料回收用搬送裝置 13a、14a:抽吸裝置 13b、14b:過濾器 14:材料供給用搬送裝置 15:雜質去除裝置 15a:篩子 16:材料供給用桶 17:材料乾燥裝置 18:切換閥 19:材料粉體層 20:燒結層 21:燒結體 22:造形物 30:連接構件 31:漏斗 31a:排出口 31b:開閉機構 L:雷射光 M:金屬積層造形用的材料粉體（材料粉體、未使用的材料粉體、未燒結的材料粉體） N:規定次數 n:計數 R:造形區域 S1～S14、S101～S115:步驟 X:左右方向 Z:上下方向 θ:休止角
圖1是積層造形中的金屬積層造形裝置的概略圖。 圖2是積層造形後的金屬積層造形裝置的概略圖。 圖3是耐久試驗中的金屬積層造形裝置的概略圖。 圖4是決定規定的粒度分佈之前的流程圖。 圖5是決定二氧化矽粒子的規定的添加量之前的流程圖。 圖6是測定材料粉體的流動性的漏斗的概略圖。
S1~S14:步驟

Claims (10)

  1. 一種金屬積層造形用的材料粉體的製造方法，根據作為未使用的所述材料粉體的原材料的粒度分佈，與再利用材料的流動性，以成為與所述流動性的規定的基準值以上的所述流動性對應的所述粒度分佈的方式進行製造，所述再利用材料的流動性是以將所述原材料供給至金屬積層造形裝置後不進行積層造形，回收作為從所述金屬積層造形裝置排出的未燒結的所述材料粉體的再利用材料，將所述再利用材料供給至所述金屬積層造形裝置後不進行積層造形，回收從所述金屬積層造形裝置排出的所述再利用材料的方式，實施僅再利用規定次數的耐久試驗後的所述再利用材料的流動性。
  2. 如請求項1所述的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法，其中，所述流動性根據排出時間及休止角來求出，所述排出時間是將所述再利用材料投入漏斗，從所述再利用材料開始落下至落下完成為止的排出時間，所述休止角是落下完成後不自發地崩塌而穩定時的所述再利用材料的山的休止角。
  3. 如請求項1所述的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法，其中，所述規定的基準值表示能夠形成厚度及密度均勻的材料粉體層的所述流動性的值。
  4. 如請求項1所述的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法，其中，所述粒度分佈是將粒徑為17μm以下的粒子的頻度設為4%以下。
  5. 如請求項4所述的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法，其中，所述粒度分佈中，表示在累積分佈中累積為50%的粒徑的中位直徑處於17μm以上且53μm以下的範圍內，表示在頻度分佈中頻度為最大值的粒徑的眾數直徑處於17μm以上且53μm以下的範圍內，且將所述粒徑為17μm以下的所述粒子的所述頻度設為3%以下。
  6. 如請求項1所述的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法，其中，在所述原材料中添加有二氧化矽粒子。
  7. 如請求項6所述的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法，其中，所述二氧化矽粒子的粒徑形成為5nm以上且15nm以下。
  8. 如請求項6所述的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法，其中，通過再利用所述規定次數後的所述再利用材料來對燒結體進 行積層造形，以成為所述燒結體的空隙率為所述空隙率的規定的基準值以上、及所述燒結體的強度為所述強度的規定的基準值以上中的任一者或所述兩者的方式，調整所述二氧化矽粒子的添加量。
  9. 如請求項6所述的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法，其中，在所述原材料的組成元素中含有矽。
  10. 如請求項6所述的金屬積層造形用的材料粉體的製造方法，其中，添加所述二氧化矽粒子前的所述粒度分佈是與比所述流動性的規定的基準值低的所述流動性對應的所述粒度分佈，以所述流動性成為所述流動性的規定的基準值以上的方式調整所述二氧化矽粒子的添加量。
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