TWI784253B - 層疊造型物及層疊造型裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明的層疊造型裝置包括：再塗布機頭，在造型台上， 將金屬的材料粉體均勻地撒布為規定高度而形成材料粉體層；雷射光照射裝置，對所述材料粉體層照射雷射光，將所述材料粉體加熱熔融而形成燒結層；以及控制裝置，藉由對所述再塗布機頭及所述雷射光照射裝置反復進行驅動控制，而形成作為層疊造型物的燒結體；並且所述控制裝置讀入燒結體數據，對所述雷射光照射裝置及所述再塗布機頭進行驅動控制而形成所述燒結體，所述燒結體數據至少包括：連續地設置有多個鼓狀的支撐構件的基座部分的形狀以及作為最終成形品的本體部分的形狀。

Description

層疊造型物及層疊造型裝置
本發明有關於一種層疊造型物的製造方法及層疊造型裝置，所述製造方法反復進行以下步驟，即，在造型臺上撒布金屬的材料粉體而形成材料粉體層、以及對材料粉體層的規定照射區域照射雷射光或電子束(electron beam)而形成燒結層，從而將燒結層層疊而形成具有所期望的三維形狀的燒結體，借此獲得所期望的層疊造型物。尤其，本發明有關於一種使層疊造型物產生的翹曲(彎曲)減少的層疊造型物的製造方法、層疊造型裝置以及翹曲減少的層疊造型物。
美國專利USB 8,999,222公開了一種層疊造型物的製造方法，其交替地反復進行形成材料粉體層的再塗布(recoat)步驟、以及形成燒結層的燒結步驟。具體而言，再塗布步驟是在造型臺上，將金屬的材料粉體均勻地撒布為規定高度而形成材料粉體層。燒結步驟是藉由對材料粉體層的規定照射區域照射雷射光或電子束，使材料粉體加熱熔融後冷卻固化，從而將規定照射區域 的材料粉體層燒結而形成燒結層。層疊造型物是藉由在造型台上層疊燒結層而形成的三維形狀的燒結體。進而還公開了所述的層疊造型物的製造方法視需要在每一次層疊多個燒結層時，追加將燒結體的外周進行切削的切削步驟。
通常在造型臺上，可拆裝地安裝有底板(base plate)。在底板上層疊燒結層。底板保護造型台，而且使燒結層容易固著。層疊造型後的燒結體固著於底板。層疊造型物與底板一起從造型台拆下，使用線放電加工機等，從底板切斷。層疊造型物在二次加工中，使用切削加工機或線放電加工機等來進行修整加工。進行二次加工之前的層疊造型物包含在二次加工中進行修整加工至製品尺寸及製品形狀時所去除的加工裕度。
由日本專利特開平09-085837號公報所公開的層疊造型物的製造方法公開了，當將層依次堆積而形成具有所期望的三維形狀的造型物時，層疊造型物中的需要支撐的部分的支撐部也是將層依次堆積而形成。
固著於底板的層疊造型物受到底板所約束。從底板切下後的層疊造型物存在由於內部的殘留應力釋放而產生翹曲的情況。翹曲例如使層疊造型物的固著於底板的一側的相反側的面的中央部凹陷。
燒結層在將材料粉體加熱熔融而成的物質冷卻固化而形成時收縮。要收縮的燒結層由於單面固著於底板或燒結體，故而被它們拉伸。與將燒結層拉伸的力對抗的拉伸應力殘留於燒結層。拉伸應力在每一次形成燒結層時，在燒結體的內部作為殘留應力而不斷蓄積。
翹曲使進行二次加工之前的層疊造型物的尺寸精度及形狀精度下降。發生翹曲的層疊造型物必須進而增加用以進行二次加工的加工裕度。加工裕度大的層疊造型物與對所增加的加工裕度進行層疊造型的程度相應地延長造型時間，而且與將所增加的加工裕度藉由二次加工而去除的程度相應的加工時間延長。加工裕度大的層疊造型物的層疊造型所必需的材料粉體的量也增加。另外，還存在僅僅為了去除翹曲而進行二次加工的情況。因此，翹曲會使製品的製造成本增加。
鑒於所述問題，本發明的目的在於提出一種減少翹曲的層疊造型物的製造方法、層疊造型裝置以及翹曲減少的層疊造型物。
本發明的層疊造型裝置包括：再塗布機頭，在造型臺上，將金屬的材料粉體均勻地撒布為規定高度而形成材料粉體層；雷射光照射裝置，對所述材料粉體層照射雷射光，將所述材料粉體加熱熔融而形成燒結層；以及控制裝置，藉由對所述再塗布機頭及所述雷射光照射裝置反復進行驅動控制而形成作為層疊造型物的 燒結體；且所述控制裝置讀入燒結體數據，對所述雷射光照射裝置及所述再塗布機頭進行驅動控制而形成所述燒結體，所述燒結體數據至少包括：連續地設置有多個鼓狀的支撐構件的基座部分的形狀以及作為最終成形品的本體部分的形狀。
另外，本發明的層疊造型物的製造方法包括：基座部分形成步驟，在造型臺上均勻地撒布金屬的材料粉體而形成材料粉體層，對所述材料粉體層的照射區域照射雷射光或電子束，使所述材料粉體加熱熔融後，使其冷卻固化而形成燒結體的基座部分；以及本體部分形成步驟，在所述基座部分上進而均勻地撒布所述材料粉體而形成材料粉體層，對所述材料粉體層的照射區域照射雷射光，使所述材料粉體加熱熔融及冷卻固化而形成燒結體的本體部分；且所述基座部分形成步驟藉由在所述造型臺上，連續形成多個鼓狀的支撐構件而形成所述基座部分。
進而，本發明的層疊造型物中，包括連續地設置有多個鼓狀的支撐構件的基座部分、以及一體地設置於所述基座部分上的作為最終成形品的本體部分，且由金屬製或樹脂製燒結體來形成。
此處所謂本發明的最終成形品是指出貨且能夠直接使用的模具等三維形狀構造物，本發明中是指在形成作為三維構造物的燒結體後，利用切削裝置對燒結體的基座部分進行切削而切下的本體部分。
根據本發明，藉由在作為最終成形品來使用的本體部分設置包括多個鼓狀的支撐構件的基座部分，能夠在形成作為層疊造型 物的燒結體時，利用燒結體所產生的應力，而使基座部分的至少一部分產生裂縫或龜裂等裂紋。若如此，則形成後的燒結體不會殘留應力，能夠減少本體部分的翹曲。
而且，藉由在作為最終成形品的本體部分，一體地安裝連續地設置有鼓狀支撐構件的基座部分而形成層疊造型物，能夠提供在將基座部分從本體部分切下時減少翹曲的最終成形品。
進而，支撐構件的形狀由於形成為從支撐構件的上表面及底面至中央緩緩變小的鼓狀，故而容易在支撐構件的中央位置產生裂紋，能夠簡單地削減殘留應力。
本發明的層疊造型裝置中，所述控制裝置讀入根據所述本體部分的形狀來變更所述基座部分的形狀的所述燒結體數據，對所述雷射光照射裝置及所述再塗布機頭進行驅動控制而形成所述燒結體。
另外，本發明的層疊造型物的製造方法中，所述基座部分形成步驟根據所述本體部分的形狀來變更所述基座部分的形狀，形成所述基座部分。
殘留應力是由於本體部分的底面固著於底板而產生，因此由本體部分的形狀來決定。例如，若本體部分的底面的尺寸(造型尺寸)大，則殘留於本體部分的應力變大，所產生的翹曲也變大。
因此，藉由設置與本體部分的殘留應力所對應的基座部分，而在燒結體形成中使基座部分適當地產生裂紋，能夠削減殘留應 力。
本發明的層疊造型裝置中，在所述本體部分的造型尺寸大的情況下，所述控制裝置讀入所述燒結體數據，對所述雷射光照射裝置及所述再塗布機頭進行驅動控制而形成所述燒結體，所述燒結體數據包括：位於所述基座部分的最外周的所述支撐構件的形狀已變更的所述基座部分的形狀以及所述本體部分的形狀。
另外，本發明的層疊造型物的製造方法中，所述基座部分形成步驟在所述本體部分的造型尺寸大的情況下，將位於所述基座部分的最外周的所述支撐構件的形狀加以變更而形成所述基座部分。
進而，本發明的層疊造型物中，所述支撐構件包括：倒四角錐台形狀的上部、稜柱形狀的中央部、及四角錐台形狀的下部，且所述下部的下底面的面積形成為小於所述上部的上底面的面積。
另外，本發明的層疊造型物中，設置於所述基座部分的最外周的所述支撐構件形成為所述中央部的截面積大於其它的所述支撐構件的所述中央部的截面積。
根據本發明，在基座部分中僅設置於最外周的這一列支撐構件的中央部的截面積形成得大，故而即便是本體部分的造型尺寸增大的情況，也能夠在不崩塌的情況下產生裂紋。
另外，由於支撐構件的底面的面積形成為小於上表面的面積，故而能夠由上表面來穩定地支撐本體部分，進而由於底面與 底板的固著範圍少，故而能夠提供本體部分難以蓄積殘留應力的基座部分。
如上所述，本發明的層疊造型物的製造方法及層疊造型裝置能夠減少層疊造型物的翹曲，提高層疊造型物的尺寸精度及形狀精度，縮短層疊造型中的造型時間及二次加工中的加工時間，且減少由層疊造型物所形成的製品的製造成本。
1:層疊造型裝置
13:控制裝置
2:基礎台
3:造型台
4:腔室
4a:保護窗
5:再塗布機頭
5a:材料收納槽
5b:刀片
5c:材料供給口
5d:材料排出口
6:雷射光照射裝置
7:粉體保持壁
8:底板
9:材料粉體層
10:燒結層
11,211,311:燒結體
11a,211a,311a:基座部分
11b,211b,311b:本體部分
12,212,312:支撐構件
131:控制部
132:儲存部
212a,312a:上表面
212b,312b:底面
213,313:中央部
214,314:下部
215,315:上部
1321:燒結體生成程式
1322:本體數據
1322a:本體形狀數據
1322b:本體用燒結條件數據
1323:基座數據
1323a:基座形狀數據
1323b:基座用燒結條件數據
1324:燒結體數據
C:裂紋
R:造型區域
L:雷射光
W1,W2,W3,W4,W5,W6:一邊的長度
X,Y,Z:方向
圖1是本發明實施方式的層疊造型裝置的腔室內的主要部分放大圖，且表示將燒結層層疊而形成基座部分的狀態。
圖2是圖1的A-A箭視圖。
圖3是本發明實施方式的層疊造型裝置的腔室內的主要部分放大圖，且表示在基座部分上形成有燒結層的狀態。
圖4是本發明實施方式的層疊造型裝置的腔室內的主要部分放大圖，且表示將燒結層層疊而形成本體部分的中途的狀態。
圖5是本發明實施方式的層疊造型裝置的腔室內的主要部分放大圖，且表示進而層疊燒結層而形成本體部分的狀態。
圖6是圖5的B-B箭視圖。
圖7是本發明實施方式的層疊造型裝置的概略構成圖，且表示在底板上形成有材料粉體層的狀態。
圖8是本發明實施方式的層疊造型裝置的概略構成圖，且表 示在底板上形成燒結層的狀態。
圖9是本發明實施方式的層疊造型裝置的概略構成圖，且表示在燒結層上形成有材料粉體層的狀態。
圖10是本發明實施方式的層疊造型裝置的概略構成圖，且表示將燒結層層疊而形成燒結體的狀態。
圖11是表示本發明實施方式的層疊造型裝置的概略方塊圖。
圖12是表示從底面方向來看本發明實施方式的燒結體的狀態的概略立體圖。
圖13是圖12的放大圖。
圖14是圖13的C-C剖面圖。
圖15是表示從底面方向來看本發明實施方式的燒結體的另一例的狀態的概略立體圖的放大圖。
圖16是圖15的D-D剖面圖。
圖17是表示本發明實施方式的燒結體生成程式的運算流程的流程圖。
以下，使用圖來對本發明的實施方式進行詳細說明。圖1是層疊造型裝置的腔室內的主要部分放大圖，且表示將燒結層層疊而形成基座部分的狀態。圖2是圖1的A-A箭視圖。圖3是層疊造型裝置的腔室內的主要部分放大圖，且表示在基座部分上形成有燒結層的狀態。圖4是層疊造型裝置的腔室內的主要部分放 大圖，且表示層疊燒結層而形成本體部分的中途的狀態。圖5是層疊造型裝置的腔室內的主要部分放大圖，且表示進而層疊燒結層而形成本體部分的狀態。圖6是圖5的B-B箭視圖。圖7是層疊造型裝置的概略構成圖，且表示在底板上形成有材料粉體層的狀態。圖8是層疊造型裝置的概略構成圖，且表示在底板上形成有燒結層的狀態後。圖9是層疊造型裝置的概略構成圖，且表示在燒結層上形成有材料粉體層的狀態。圖10是層疊造型裝置的概略構成圖，且表示將燒結層層疊而形成燒結體的狀態。圖11是表示本發明實施方式的層疊造型裝置的概略方塊圖。此外，左右方向為圖1的X軸方向。前後方向為未圖示的Y軸方向，且是與X軸方向正交的水平單軸方向。上下方向為圖1的Z軸方向。圖1~圖10中所示的材料粉體層的厚度尺寸及燒結層的厚度尺寸是為了進行說明而顯示為比實際尺寸大。圖1~圖6中所示的燒結層的層數是為了進行說明而少量顯示。
本發明的層疊造型物的製造方法應用於將本發明的層疊造型物進行造型的層疊造型裝置1。圖7~圖10所示的層疊造型裝置1包括：基礎台2、造型台3、腔室4、再塗布機頭5、雷射光照射裝置6、及控制裝置13。層疊造型裝置1也可在腔室4內包括未圖示的切削裝置。也可代替雷射光照射裝置6而包括未圖示的電子束照射裝置。
基礎台2包括造型台3及粉體保持壁7。在造型台3上形成有造型區域R。造型台3根據來自控制裝置13的指示而在粉 體保持壁7中，向上下方向(Z軸方向)移動。在造型台3的上表面，可拆裝地安裝有底板8。
腔室4覆蓋造型區域R。腔室4的內部利用由未圖示的惰性氣體供給裝置所供給的規定濃度的惰性氣體來裝滿。惰性氣體是不與材料粉體反應的氣體。惰性氣體例如為氮氣。
再塗布機頭5包括：材料收納槽5a及一對刀片5b、5b。再塗布機頭5根據來自控制裝置13的指示，而在造型台3的上方，向左右方向(X軸方向)移動。再塗布機頭5退避至越過造型台3的上方的位置。再塗布機頭5的退避位置處於造型台3的右側及左側。
材料收納槽5a形成於再塗布機頭5的內部。材料收納槽5a與形成於再塗布機頭5的上部的材料供給口5c以及形成於再塗布機頭5的下部的材料排出口5d分別連通。
材料供給口5c適時地連接於未圖示的材料補充裝置。材料補充裝置對再塗布機頭5補充材料粉體。材料排出口5d在與再塗布機頭5的移動方向正交的前後方向(Y軸方向)形成為細長，在造型台3上排出材料粉體。材料粉體例如為平均粒徑20μm的球形的金屬粉體。金屬粉體例如為鐵粉。另外，材料粉體還可使用樹脂等非金屬的粉末材料。
一對刀片5b、5b從再塗布機頭5的下部突出，夾持著材料排出口5d而分別設置於左右。一對刀片5b、5b使從材料排出口5d排出的材料粉體平坦化。
雷射光照射裝置6設置於腔室4的上方。從雷射光照射裝置6輸出的雷射光L穿透設置於腔室4的保護窗4a而照射至造型區域R。雷射光照射裝置6包括雷射光源、雙軸振鏡(galvanometer mirror)、及光點直徑調整裝置。
雷射光源輸出能夠將材料粉體加熱熔融的雷射光L。雷射光L例如為釔鋁石榴石(Yttrium Aluminum Garnet，YAG)雷射、光纖雷射(fiber laser)或者二氧化碳雷射(carbon dioxide laser)等。
光點直徑調整裝置將從雷射光源輸出的雷射光L進行聚光而調整為所期望的光點直徑。
雙軸振鏡可控制地對從雷射光源輸出的雷射光L進行二維掃描，將雷射光L照射至造型區域R內的所期望位置。
保護窗4a由可供雷射光L穿透的材料來形成。若雷射光L為YAG雷射、光纖雷射或者二氧化碳雷射，則保護窗4a例如也可包含石英玻璃。
控制裝置13是對層疊造型裝置1所包括的再塗布機頭5、雷射光照射裝置6、造型台3進行控制的裝置，且例如是由個人計算機或工作站等通用的信息處理裝置來實現。控制裝置13包括控制部131及儲存部132。
控制部131包括：中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、只讀儲存器(Read Only Memory，ROM)、隨機存取儲存器(Random Access Memory，RAM)等，且對層疊造型裝置1所 包括的各種裝置進行控制。另外，控制部131藉由讀取儲存部132中所儲存的本體數據1322、基座數據1323來執行燒結體生成程式1321，從而生成用以生成燒結體的燒結體數據1324。
儲存部132是儲存各種數據及程式的儲存介質，且儲存有：本體數據1322、基座數據1323、燒結體數據1324、及燒結體生成程式1321。
本體數據1322是與作為模具等最終成形品的本體部分11b有關的數據，且包括本體形狀數據1322a、及本體用燒結條件數據1322b。
本體形狀數據1322a是作為本體部分11b的最終成形品的三維形狀數據，且是三維計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)等的實體數據(solid data)。此外，所謂實體數據是指表示本體部分11b的形狀及尺寸的三維數據。
另外，本體用燒結條件數據1322b是與將本體部分11b進行燒結時所使用的雷射的照射條件有關的數據，且例如為雷射輸出值、雷射掃描速度、層疊間距、雷射的光點直徑等數據。
基座數據1323是與設置於本體部分11b之下的基座部分11a有關的數據，且當將基座部分11a與本體部分11b合並而形成燒結體11時，以達到如下強度的方式來製成，即，利用燒結體11產生的應力，基座部分11a的至少一部分產生裂紋C的強度。此處，裂紋C表示裂縫或者龜裂。
基座數據1323包括基座形狀數據1323a、及基座用燒結條件 數據1323b。
基座形狀數據1323a是基座部分11a的三維形狀數據，且是三維CAD等的實體數據。
另外，基座用燒結條件數據1323b是與將基座部分11a進行燒結時所使用的雷射的照射條件有關的數據，且例如為雷射輸出值、雷射掃描速度、層疊間距、雷射的光點直徑等數據。
燒結體數據1324是用以製成在基座部分11a上結合有本體部分11b的燒結體11的造型數據。
所謂造型數據是表示構成將規定的造型物進行造型時的層疊造型裝置的各裝置的運行順序的數據，例如包含雷射的照射區域的座標數據。雷射的照射區域的座標數據用於對每一層定義從雷射光照射裝置6向粉末層照射的雷射的照射區域。
燒結體生成程式1321是根據本體數據1322及基座數據1323來生成作為層疊造型物的燒結體11的程式。
具體而言，根據本體形狀數據1322a及本體用燒結條件數據1322b中的至少任一者的信息來選擇或者自動生成基座形狀數據1323a及基座用燒結條件數據1323b中的至少任一者，根據所選擇或者自動生成的基座形狀數據1323a及基座用燒結條件數據1323b、以及儲存部132所儲存的本體形狀數據1322a、本體用燒結條件數據1322b來生成作為造型數據的燒結體數據1324，儲存於儲存部132。
此處，對本發明的燒結體生成程式1321進行詳細說明。
本發明中，控制部131利用燒結體生成程式1321，以達到如下強度的方式來決定基座部分11a的形狀及燒結條件，即，當將基座部分11a與本體部分11b合並而形成燒結體11時，基座部分11a的至少一部分產生裂紋C的強度。
其原因在於，若在燒結體11形成中途，基座部分11a的至少一部分產生裂紋C，則應力不會殘留於形成後的燒結體11。因此，能夠減少從底板8及基座部分11a切下後的本體部分11b的翹曲。
例如殘留應力是由於本體部分11b的底面間接地固著於底板8而產生，因此若本體部分11b的底面的尺寸(造型尺寸)大，則殘留於燒結體11的應力變大，所發生的翹曲也變大。另外，層疊的次數越多，同樣，殘留於燒結體11的應力也越大。
若相對於本體部分11b的殘留應力，基座部分11a的強度過小，則導致在形成燒結體11的中途，基座部分11a立即崩塌而難以形成燒結體11，另一方面，若相對於本體部分11b的殘留應力，基座部分11a的強度過大，則基座部分11a不會產生裂紋C，因此無法釋放本體部分11b的殘留應力。
因此，控制部131利用燒結體生成程式1321，使用本體形狀數據1322a及本體用燒結條件數據1322b中的至少任一者來運算殘留應力，從而決定在基座部分11a適當產生裂紋C那樣的基座部分11a的強度(形狀、燒結條件)。
圖17是表示本發明實施方式的燒結體生成程式的運算流程的流程圖。
控制部131讀入儲存部132所儲存的本體形狀數據1322a及本體用燒結條件數據1322b中的至少任一者(步驟1-1)，來運算本體部分11b的殘留應力的大小(步驟1-2)。
其次，根據所運算的本體部分11b的殘留應力的大小，自動生成在燒結體11形成中途產生裂紋C那樣的基座形狀數據1323a以及基座用燒結條件數據1323b中的至少任一者。或者，選擇儲存部132所儲存的基座數據1323中的與本體部分11b的殘留應力的大小對應的基座數據1323(步驟1-3)。
而且，根據所述的本體數據1322及基座數據1323，生成燒結體數據1324而儲存於儲存部132(步驟1-4)。
基座部分11a的強度可根據基座部分11a的形狀來調整，如圖1~圖6所示，基座部分11a也由立於底板8上的多個支撐構件12來形成。此時，裂紋C或者斷裂只要產生於多個支撐構件12中的至少一者即可。
例如，如圖1及圖2所示，將燒結層10層疊而在底板8上形成多個支撐構件12。如圖3~圖6所示，進而層疊燒結層10，在多個支撐構件12上形成本體部分11b。利用每次層疊燒結層10時在形成中途的本體部分11b產生的應力，裂紋C產生於至少一個支撐構件12。此外，未必在每次層疊燒結層10時在支撐構件12產生裂紋C。例如，也可將各支撐構件12形成為如下強度，即，藉由規定大小以上的應力產生於燒結體11，而在至少一個支撐構件12產生裂紋C的強度。也可在層疊燒結層10的過程中，小於 規定大小的應力在燒結體11中緩緩蓄積，當殘留於燒結體11的應力超過規定大小時，在至少一個支撐構件12產生裂紋C。
各支撐構件12的強度能夠根據各支撐構件12的形狀來調整，例如，如圖1及圖2所示，各支撐構件12也可在底板8上形成圓柱，且在圓柱之上形成倒四角錐台而構成。
各支撐構件12的強度能夠根據各支撐構件12的大小來調整。各支撐構件12的規定強度能夠根據支撐構件12彼此之間的距離來調整。各支撐構件12的規定強度能夠根據由各支撐構件12的大小、以及支撐構件12彼此之間的距離來決定的支撐構件12的根數來調整。
另外，基座部分11a的強度能夠藉由變更基座用燒結條件數據1323b，來變更燒結層10的密度而調整。基座部分11a由低密度的燒結層10所形成，可形成為多孔狀。基座部分11a可由與本體部分11b相比為低密度的燒結層10來形成。
低密度的燒結層10能夠藉由減小對材料粉體層9照射的雷射光L的輸出、縮短照射雷射光L的時間、或者擴大雷射光L的光點直徑等來形成。相反，高密度的燒結層10能夠藉由增大對材料粉體層9照射的雷射光L的輸出、延長照射雷射光L的時間、或者縮小雷射光L的光點直徑等來形成。
基座部分11a的強度能夠根據形成於基座部分11a的多個孔的形狀來調整。基座部分11a的規定強度能夠根據形成於基座部分11a的多個孔的大小來調整。基座部分11a的規定強度能夠 根據形成於基座部分11a的多個孔的數量來調整。形成於基座部分11a的多個孔能夠藉由層疊造型來自由地形成。
基座部分11a的強度也可將所述各種調整方法加以組合來調整，基座部分11a也可形成為在產生裂紋C後階段性地斷裂那樣的規定強度。
本發明的層疊造型裝置1的基本運行如下所述。
首先實施準備步驟。具體而言，控制部131讀入儲存部132所儲存的本體形狀數據1322a及本體用燒結條件數據1322b中的至少任一者，運算出本體部分11b的殘留應力的大小，自動生成或選擇在燒結體11形成中途產生裂紋C那樣的基座數據1323，從而生成燒結體數據1324。
然後，在造型台3上安裝可拆裝的底板8。以底板8的上表面的高度與刀片5b的前端的高度成為相同高度的方式，控制部131使造型台3移動。
繼而，實施再塗布步驟。控制部131使造型台3僅下降與材料粉體層9的厚度相應的高度，將再塗布機頭5從退避位置，穿過造型台3的上方而移動至相反側的退避位置。如圖7所示，在底板8上形成材料粉體層9。能夠在底板8上，將金屬的材料粉體均勻地撒布為規定高度。
然後實施燒結步驟。控制部131依據燒結體數據1324，利用雷射光照射裝置6來對材料粉體層9的規定照射區域照射雷射光L。如圖8所示，在底板8上形成燒結層10。燒結層10與底 板8固著。
再次實施再塗布步驟。控制部131使造型台3僅下降與材料粉體層9的厚度相應的高度。將再塗布機頭5從退避位置，穿過造型台3的上方而移動至相反側的退避位置。如圖9所示，在前一次的燒結層10上形成新的材料粉體層9。
再次實施燒結步驟。控制部131依據燒結體數據1324，利用雷射光照射裝置6來對材料粉體層9的規定照射區域照射雷射光L。在前一次的燒結層10上形成新的燒結層10。如圖10所示，新的燒結層10與前一次的燒結層10固著。層疊造型裝置1反復進行再塗布步驟及燒結步驟，在造型台3上形成燒結體11中的基座部分11a(基座部分形成步驟)，且在基座部分11a上形成燒結體11中的本體部分11b(本體部分形成步驟)，從而形成燒結體11，獲得所期望的層疊造型物。
進而，層疊造型裝置也可在每一次層疊規定數量的燒結層10時，實施對燒結體11進行切削的切削步驟。
(實施例1)
圖12是表示從底面方向來看本發明實施方式的燒結體的狀態的概略立體圖，圖13是圖12的放大圖。圖14是圖13的C-C剖面圖，圖15是表示從底面方向來看本發明實施方式的燒結體的另一例的狀態的概略立體圖的放大圖。圖16是圖15的D-D剖面圖，圖17是表示本發明實施方式的燒結體生成程式的運算流程的流程圖。
本發明的燒結體211、燒結體311藉由對基座部分211a、基座部分311a的形狀實施研究，而在燒結中途中使基座部分211a、基座部分311a產生裂紋C，且由本體部分211b、本體部分311b以及基座部分211a、基座部分311a形成(圖12、圖1)。
基座部分211a、基座部分311a在X-Y平面上連續配置多個支撐構件212、312而形成，支撐構件212、支撐構件312包括上部215、上部315、中央部213、中央部313及下部214、下部314。
上部215、上部315的形狀為倒四角錐台形狀，上部215、上部315的上底面為支撐構件212、支撐構件312的上表面212a、上表面312a，且成為與本體部分211b、本體部分311b結合的面。
另外，中央部213、中央部313形成為具有與上部215、上部315的下底面相同的剖面的稜柱形狀，上部215、上部315的下底面與中央部213、中央部313的上表面結合。
進而，下部214、下部314具有與中央部213、中央部313的底面相同形狀的上底面的四角錐台形狀，且中央部213、中央部313的底面與下部214、下部314的上底面結合。下部214、下部314的下底面成為支撐構件212、支撐構件312的底面212b、底面312b，成為固著於底板8的面。
另外，下部214、下部314的下底面的面積形成為小於上部215、上部315的上底面的面積(W1>W3、W4>W6)。此處，W1、W4為上部215、上部315的上底面的一邊的長度，W3、W6為下部214、下部314的下底面的一邊的長度。
如上所述，支撐構件212、支撐構件312的形狀由於形成為從支撐構件212、支撐構件312的上表面212a、上表面312a及底面212b、底面312b，向中央部213、中央部313緩緩變小的鼓狀，故而在支撐構件212、支撐構件312的中央位置容易產生裂紋C。
進而，由於支撐構件212、支撐構件312的底面212b、底面312b的面積形成為小於上表面212a、上表面312a的面積，故而能夠在上表面212a、上表面312a穩定地支撐本體部分211b、本體部分311b，且由於底面212b、底面312b與底板8的固著範圍少，故而在本體部分211b、本體部分311b難以蓄積殘留應力。
基座部分211a是在本體部分211b的底面的大小即造型尺寸(X1×Y1)包含於50mm(X1)×50mm(Y1)的範圍內的情況下使用的基座，多個支撐構件212全部呈相同形狀。
另外，基座部分311a是在本體部分311b的底面的大小即造型尺寸(X2×Y2)大於50mm×50mm、且包含於75mm(X2)×75mm(Y2)的範圍內的情況下使用的基座，僅設置於基座部分311a的最外周的這一列支撐構件312的中央部313的截面積形成為大於其它支撐構件312的截面積(W5>W2)。此處，W2、W5是中央部313的剖面的一邊的長度。
基座部分311a由於僅設置於最外周的這一列支撐構件312的中央部313的截面積形成得大，故而即便是本體部分311b的造型尺寸變大的情況，也能夠在不崩塌的情況下產生裂紋C。
此處，本實施例的層疊造型裝置1的基本運行如下所述。
首先作為準備步驟，控制部131根據儲存部132所儲存的本體形狀數據1322a來算出殘留應力的大小即造型尺寸，選擇在燒結體11形成中途產生裂紋C那樣的基座數據1323。此處，在造型尺寸包含於50mm×50mm的範圍內的情況下，選擇基座部分211a的形狀，另外，在造型尺寸大於50mm×50mm、且包含於75mm×75mm的範圍內的情況下，選擇基座部分311a的形狀。然後，根據本體數據1322及基座數據1323而生成燒結體數據1324。
然後，安裝底板8後，控制部131使造型台3移動，依據燒結體數據324，在基座部分形成步驟中反復進行再塗布步驟及燒結步驟，在造型台3上形成燒結體211(311)中的基座部分211a(311a)。然後，在本體部分形成步驟中反復進行再塗布步驟及燒結步驟，在基座部分211a(311a)上形成燒結體211(311)中的本體部分211b(311b)，從而形成燒結體211(311)，獲得所期望的層疊造型物。
如上所述形成的層疊造型物在本體部分211b(311b)形成中，可在基座部分211a(311a)產生裂紋C，減少本體部分211b(311b)的翹曲。
本實施方式中，燒結體數據1324生成控制部131，但也可在不生成控制部131的情況下，讀入包括在外部形成的基座部分的信息及本體部分的信息的燒結體數據1324，而形成燒結體211、燒結體311。
以上所說明的本發明能夠在不脫離本發明的精神及必需的特徵項的情況下，以其它多種形態來實施。因此，本說明書所記載的實施例為例示，不應限定於此來解釋。
3:造型台
7:粉體保持壁
8:底板
10:燒結層
11:燒結體
11b:本體部分
12:支撐構件
C:裂紋
Z:方向

Claims (6)

  1. 一種層疊造型裝置，其形成由基座部分與本體部分構成的燒結體的層疊造型物，所述層疊造型裝置的特徵在於，包括：再塗布機頭，在造型臺上將金屬的材料粉體均勻地撒布為規定高度而形成材料粉體層；雷射光照射裝置，對所述材料粉體層照射雷射光，將所述材料粉體加熱熔融而形成燒結層；以及控制裝置，藉由對所述再塗布機頭及所述雷射光照射裝置反復進行驅動控制，而形成由所述基座部分與所述本體部分構成的所述燒結體；且所述控制裝置讀入包括連續地設置有多個鼓狀的支撐構件的所述基座部分的形狀以及作為最終成形品的所述本體部分的形狀的燒結體數據，在所述造型臺上撒布所述材料粉體而形成材料粉體層，藉由對所述材料粉體層照射雷射光而使所述材料粉體加熱熔融後冷卻固化，而使所述支撐構件形成為在其上表面彼此連接以形成一個平面，之後連續地在所述平面上撒布與所述支撐構件的材料粉體相同的材料粉體而形成材料粉體層，照射雷射光而使所述材料粉體加熱熔融及冷卻固化而形成所述本體部分，所述支撐構件由倒四角錐台形狀的上部、稜柱形狀的中央部及四角錐台形狀的下部所構成，且所述下部的下底面的面積形成為小於所述上部的上底面的面積。
  2. 如請求項1所述的層疊造型裝置，其中，所述控制裝置讀入根據所述本體部分的形狀而變更所述基座部分的形狀的所述燒結體數據，對所述雷射光照射裝置及所述再塗布機頭進行驅動控制而形成所述燒結體。
  3. 如請求項2所述的層疊造型裝置，其中，在所述本體部分的造型尺寸大的情況下，所述控制裝置讀入所述燒結體數據，對所述雷射光照射裝置及所述再塗布機頭進行驅動控制而形成所述燒結體，所述燒結體數據包括：位於所述基座部分的最外周的所述支撐構件的形狀經變更的所述基座部分的形狀以及所述本體部分的形狀。
  4. 如請求項1所述的層疊造型裝置，其中，設置於所述基座部分的最外周的所述支撐構件形成為：所述中央部的截面積大於其它所述支撐構件的所述中央部的截面積。
  5. 一種層疊造型物，包括：基座部分，連續地設置有多個鼓狀的支撐構件；以及本體部分，其為一體地設置在所述基座部分上的最終成形品，所述支撐構件由倒四角錐台形狀的上部、稜柱形狀的中央部及四角錐台形狀的下部所構成，所述下部的下底面的面積形成為小於所述上部的上底面的面積，所述支撐構件在其上表面彼此連接以形成一個平面，所述中央部在層疊造型時產生裂紋。
  6. 如請求項5所述的層疊造型物，其中，設置於所述基座部分的最外周的所述支撐構件形成為：所述中央部的截面積大於其它所述支撐構件的所述中央部的截面積。
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