WO2008026500A1 - Metal powder for metal photofabrication and method of metal photofabrication using the same - Google Patents

Metal powder for metal photofabrication and method of metal photofabrication using the same Download PDF

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WO2008026500A1
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metal
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stereolithography
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Isao Fuwa
Satoshi Abe
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Panasonic Electric Works Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a metal powder used for metal stereolithography. More specifically, the present invention relates to a metal powder used in metal stereolithography that obtains a three-dimensional shaped object by irradiating an optical beam.
  • a powder layer made of metal powder is irradiated with a light beam (eg, a directional energy beam such as a laser beam) to form a sintered layer
  • a light beam eg, a directional energy beam such as a laser beam
  • a metal stereolithography technique in which a new powder layer is laid on the substrate and a light beam is irradiated to further form a sintered layer, thereby producing a three-dimensional shaped article.
  • a complicated three-dimensional shaped object can be manufactured in a short time.
  • the metal powder is completely melted by irradiation with a light beam having a high energy density and then solidified, the sintered density can be brought to almost 100%.
  • This high-density shaped object can be applied to plastic molds with a force S by finishing the surface to make it a smooth surface.
  • the metal powder used as a raw material for such metal stereolithography needs to have characteristics different from those of other metal powders used for powder sintering such as compression molding and sintering.
  • the particle diameter of the metal powder needs to be smaller than the thickness of the powder layer irradiated with the light beam. If the particle size is small, the packing density of the powder becomes high, and the light beam absorption rate at the time of modeling is good, so that the sintering density can be increased and the surface roughness of the resulting molded object can be reduced. it can. On the other hand, if the particle size is too small, the metal powder is agglomerated, the powder packing density becomes small, and the powder layer cannot be spread thinly and uniformly.
  • the bonding area between the new sintered layer to be formed and the solidified sintered layer underneath is wide and the adhesion strength is not high.
  • the bonding area between the adjacent solidified sintered layers must be wide and the adhesive strength must be high. is there.
  • the upper surface of the new sintered layer should not rise so much. If the bulging amount exceeds the thickness of the powder layer, it becomes an obstacle when the next powder layer is laid, and it becomes difficult to form the next powder layer.
  • the metal powder irradiated with the light beam at the time of metal stereolithography is partially melted or partially melted, and then rapidly solidified to form a sintered layer. If it is large, the bonding area between the adjacent sintered layers will be large, and if the fluidity is large, the build-up force S will be small. Therefore, a metal powder having high fluidity when melted and high wettability is desired.
  • a three-dimensional modeled object manufactured by metal stereolithography may have a poor surface roughness due to adhesion of metal powder to the surface of the modeled object. Therefore, in order to use this three-dimensional shaped object as a high-precision plastic injection mold, the metal powder adhering to the surface of the object must be removed, and cutting using a cutting tool or the like is required. Necessary to perform finishing and other processing. When metal stereolithography is performed using a metal powder containing a high-hardness iron-based powder, the cutting edge of the cutting tool is worn during the cutting process due to this iron-based powder.
  • the present applicant as shown in Patent Document 1, from iron-based powder (chromium-molybdenum steel, alloy tool steel), nickel, nickel-based alloy, copper, and copper-based alloy
  • metal powder for metal stereolithography that includes one or more types of non-ferrous powders to be selected.
  • the applicant of the present invention is an iron-based powder (chromium molybdenum steel), a nickel or nickel-based alloy powder, a copper or copper-based alloy powder, or the like.
  • a mixed powder for metal stereolithography which consists of powder and graphite powder. Chromium molybdenum steel is used because of its strength and toughness.
  • Copper and copper alloy powders are used from the viewpoints of wettability and fluidity.
  • Nickel and nickel-based alloy powders are used from the viewpoint of strength and caloric properties.
  • graphite powder is used from the viewpoints of light beam absorptivity and microcrack reduction.
  • Patent Document 1 JP 2001-152204 A
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-277877
  • the present invention has been made to solve the above problems. That is, the object of the present invention is to reduce the cutting resistance when removing unnecessary metal powder adhering to the surface of a modeled object, and to extend the life of the cutting tool used. It is to provide a metal powder.
  • a three-dimensional shaped object is formed by irradiating a powder layer made of metal powder with a light beam to form a sintered layer and laminating the sintered layer.
  • the metal powder comprises iron-based powder and one or more kinds of powder selected from the group consisting of nickel, nickel-based alloy, copper, copper-based alloy, and black lead,
  • a metal powder for metal stereolithography is provided in which the iron-based powder is annealed.
  • One feature of the metal powder for metal stereolithography of the present invention is that the iron-based powder is annealed and softened.
  • annealing treatment used in the present specification refers to heating the iron-based powder to a certain temperature and keeping it for a suitable time, and then cooling (preferably slowing down). It is generally referred to as “cooling” and can also be called “annealing” or “annealing”.
  • the iron-based powder and one or more types of powder selected from the group consisting of nickel, nickel-based alloy, copper, copper-based alloy, and graphite are mixed (preferably It is preferable that they are mixed uniformly.
  • the metal powder is iron-based powder, nickel and nickel-based alloy powder or both, and copper and copper-based alloy powder or both, It is preferred to comprise graphite powder!
  • the iron-based powder is gradually cooled or cooled after being maintained at a temperature of 600 to 700 ° C under reduced pressure, under vacuum or under an inert atmosphere. It has been annealed.
  • the average particle diameter of the iron-based powder is preferably 5 to 50 m.
  • the iron-based powder to be annealed may be atomized powder (sprayed powder). That is, the iron-based powder to be annealed may be a powder produced by an atomizing method (for example, a water atomizing method).
  • the present invention also provides a metal stereolithography method using the metal powder for metal stereolithography described above.
  • the metal stereolithography method of the present invention includes a step of forming a sintered layer by irradiating a powder layer made of the above-described metal powder for metal stereolithography with a light beam, and a shaped product formed by stacking the sintered layers. And a step of cutting and removing both or any one of the surface portion and the unnecessary portion.
  • the cutting resistance due to the metal powder adhering to the surface of the model obtained by metal stereolithography is small. Become. In other words, when cutting unnecessary metal powder adhering to the surface of the modeled object, the cutting resistance can be reduced, so that the life of the cutting tool used can be extended.
  • the “cutting tool” here refers to a general cutting tool used for metal stereolithography.
  • the metal powder is an iron-based powder and / or nickel and nickel-based alloy powder.
  • the sintered density of the obtained three-dimensional shaped article can be high.
  • the iron-based powder (preferably having an average particle size of 5 50 111) should be gradually cooled or cooled after being maintained at a temperature of 600 700 ° C under reduced pressure, vacuum, or inert atmosphere.
  • the iron-based powders are not fused together during the annealing treatment, and therefore can be particularly suitably used as a metal powder for metal stereolithography.
  • the powder is annealed and used, so that the resulting powder is softened and obtained by metal stereolithography.
  • Cutting resistance due to the metal powder adhering to the object surface can be reduced. That is, even when a relatively hard atomized powder is used as a raw material for metal stereolithography, it is possible to extend the life of the cutting tool used when cutting and removing unnecessary metal powder adhered to the surface of the modeled object.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a metal stereolithography combined processing machine using metal powder for metal stereolithography of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart of the operation of the metal stereolithography combined processing machine (metal modeling method of the present invention).
  • FIG. 3 is a diagram showing the operation of the metal stereolithography combined processing machine.
  • FIG. 4 SEM photograph of chromium molybdenum steel powder contained in metal stereolithography metal powder of the present invention.
  • FIG. 5 is an SEM photograph of nickel powder contained in the metal stereolithography metal powder of the present invention.
  • FIG. 6 SEM photograph of copper manganese alloy powder contained in metal stereolithography metal powder of the present invention
  • FIG. 7 SEM photograph of flaky graphite powder contained in metal stereolithography metal powder of the present invention.
  • FIG. 8 is an SEM photograph of the metal stereolithography metal powder of the present invention (in which powder components contained in the metal powder of the present invention are mixed).
  • FIG. 1 shows the configuration of a metal stereolithography composite processing machine 1 that performs metal stereolithography composite processing.
  • the metal stereolithography composite processing machine 1 includes a powder layer forming means 2 that spreads metal powder on a layer having a predetermined thickness, a sintered layer forming means 3 that emits a light beam L and irradiates the light beam L to an arbitrary position, And removal means 4 for scraping the periphery of the modeled object.
  • the powder layer forming means 2 includes an elevating table 20 that moves up and down, a modeling base (shown in FIG.
  • the sintered layer forming means 3 has a light beam transmitter 30 that emits a light beam L (directional energy beam, for example, a laser), and a galvanometer mirror 31 that scans the light beam L on the powder layer 22.
  • the removal means 4 includes a milling head 40 that cuts the periphery of the object, and a milling head 40. And an XY drive mechanism 41 for moving to a cutting location.
  • FIG. 2 shows an operation flow of the metal stereolithography composite processing machine 1
  • FIG. 3 shows an operation of the metal stereolithography composite processing machine 1.
  • the operation of the metal stereolithography composite processing machine 1 includes a powder layer forming step (S1) for spreading metal powder, and a sintered layer formation in which the powder layer 22 is irradiated with a light beam L to form a sintered layer 24. It comprises a step (S2) and a removal step (S3) for cutting the surface of the modeled object.
  • the powder layer forming step (S 1) first, the lifting table 20 is lowered by Atl in the direction of arrow ((Sl l).
  • Metal powder is supplied to the modeling base 21 (S12), the squeegee blade 23 is moved in the direction of arrow A, the supplied metal powder is leveled on the modeling base 21, and the predetermined thickness arrow A t 1
  • the powder layer 22 is formed (S 13).
  • the process proceeds to the sintered layer forming step (S2), where a light beam L is emitted from the light beam transmitter 30 (S21), and the light beam L is scanned to an arbitrary position on the powder layer 22 by the galvano mirror 31. Then, the metal powder is melted and sintered to form the sintered layer 24 integrated with the forming base 21 (S23).
  • the powder layer forming step (S1) and the sintered layer forming step (S2) are repeated until the thickness of the sintered layer 24 reaches a predetermined thickness obtained from the tool length of the milling head 40, etc. Laminate 24.
  • the process proceeds to a removal step (S3), and the milling head 40 is driven (S31).
  • the milling head 40 is moved in the directions of the arrow X and the arrow Y by the XY drive mechanism 41, and the surface of the shaped object on which the sintered layer 24 is laminated is cut (S32).
  • the process returns to the powder layer forming step (S 1). In this way, a three-dimensional shaped object is manufactured by repeating S 1 to S 3 and laminating a further sintered layer 24.
  • the irradiation path of the light beam L in the sintered layer forming step (S2) and the cutting path in the removal step (S3) are prepared in advance from three-dimensional CAD data. At this time, the machining path is determined by applying contour machining. And the thickness of the sintered layer 24 which transfers to a removal step (S3) is changed according to the shape of a molded article. When the shape of the model is slanted, the process moves to the removal step (S3) when it is thinner than the predetermined thickness. You can power to get the surface.
  • the metal powder for metal stereolithography of the present invention comprises iron-based powder and one or more kinds of powder selected from the group consisting of nickel, nickel-based alloy, copper, copper-based alloy, and graphite.
  • the iron-based powder is not particularly limited, and examples thereof include chromium molybdenum steel powder, carbon tool steel powder, die steel powder, and high-speed tool steel powder. Iron-based powders with a high carbon content have a martensitic structure due to rapid cooling and become harder, and the hardness decreases when tempered. When the iron-based powder is a chromium molybdenum steel powder or a tool steel powder, the resulting molded article can have high strength and high hardness simply by improving the surface machinability.
  • the shape of the individual particles of the force and the iron-based powder is not particularly limited, and may be, for example, a spherical shape, an ellipsoidal shape, or a polyhedral shape (for example, a cubic shape).
  • the average particle size of the iron-based powder is preferably 2 to 100 m, more preferably 5 to 50 111, and even more preferably 10 to 30 111 (in addition, if the average particle size is smaller than 5 m, agglomeration occurs).
  • the thickness of the powder layer formed during metal stereolithography is generally about 50 m).
  • particle diameter means substantially the maximum length in all directions of the particle
  • average particle diameter means an electron micrograph or optical microscope of the particle. Based on the photograph, it means the particle diameter of a certain number of particles measured and calculated as the number average.
  • iron-based powder is used after being annealed and softened, so that the iron-based powder is comparatively manufactured by an atomizing method (for example, a water atomizing method).
  • an atomizing method for example, a water atomizing method.
  • Nickel-based alloy in “one or more kinds of powders selected from the group consisting of nickel, nickel-based alloy, copper, copper-based alloy, and graphite” is not limited, but nickel, An alloy composed of at least one metal selected from the group consisting of silicon, boron and molybdenum.
  • the “copper-based alloy” includes, but is not limited to, an alloy composed of copper and at least one metal selected from the group consisting of manganese, phosphorus and tin.
  • the shape of the child is not particularly limited, and may be, for example, a spherical shape, an ellipsoid shape, or a polyhedral shape (for example, a cubic shape).
  • the average particle size of “nickel”, “nickel-based alloy”, “copper”, “copper-based alloy” and / or “graphite” is preferably 2 to 1 OO ⁇ m, More preferably, it is 5 to 50 mm 111, more preferably 10 to 30 mm.
  • the “particle diameter” here also means the maximum length in all directions of the particle, and the “average particle diameter” refers to the electron micrograph or optical micrograph of the particle. Substantially means a value obtained by measuring the particle diameter of a certain number of particles and calculating the number average.
  • the manufacturing method of "iron-based powder” and “one or more powders selected from the group consisting of nickel, nickel-based alloy, copper, copper-based alloy, and graphite” is not particularly limited. Manufacturing methods, for example, atomizing methods (gas atomizing method, water atomizing method, centrifugal atomizing method, plasma atomizing method, etc.), rotating electrode method (REP method), mechanical processes (eg grinding method, mechanical alloying method, etc.), It is possible to use chemical processes (oxide reduction method, chloride reduction method, etc.). Of course, commercially available powders produced in advance by such production methods can be used as they are.
  • the effect of improving the machinability of the surface of the metal stereolithography resulting from the annealing treatment is not particularly affected by the composition ratio (mixing ratio) of the metal powder, and is therefore included in the metal powder of the present invention.
  • the ratio (mixing ratio) of various powders is not particularly limited.
  • the “ratio of iron-based powder” is preferably 40 to 95% by weight, more preferably 60 to 90% by weight, based on the metal powder for metal stereolithography.
  • the ratio of one or more powders selected from the group consisting of copper, copper-based alloys, and graphite ” is preferably 5 to 60% by weight, more preferably 10 to 10% based on the metal powder for metal stereolithography. 40% by weight.
  • the metal powder is a mixture of iron-based powder and one or more powders selected from the group consisting of nickel, nickel-based alloy, copper, copper-based alloy, and graphite.
  • the metal stereolithography has good strength and the like.
  • the metal stereolithography is selected from the group consisting of “nickel, nickel-based alloy, copper, copper-based alloy, and graphite”.
  • One or more kinds of powders is a powder composed of nickel and / or nickel-based alloy powder, copper and / or copper-based alloy powder, and graphite powder. In the case of “the end”, the effect of increasing the density of the metal stereolithography is also exhibited.
  • the amount of iron-based powder is 60 to 90% by weight
  • the amount of nickel and / or nickel alloy is 5 to 35% by weight
  • / or both of copper and copper-based alloy are used.
  • a metal powder having a powder content of 5 to 15% by weight and a graphite powder content of 0.2 to 0.8% by weight not only has good surface machinability but also microcracks inside. It is possible to make a model without any.
  • the iron-based powder is annealed. That is, the iron-based powder is heated to a certain temperature and kept for an appropriate time, and then cooled (preferably slowly cooled). As a result, the iron-based powder becomes soft and strong, so that the cutting resistance caused by the metal powder adhering to the surface of the object obtained by metal stereolithography can be reduced, that is, the surface machinability is improved and used.
  • the cutting tool for example, a cutting tool made of a material such as cemented carbide, high-speed tool steel, and / or cBN) can be extended.
  • the life of the cutting tool is extended by about 1.2 to 2.0 times (for example, about 1.5 times) that when the iron-based powder is not annealed.
  • the temperature heated in the annealing treatment is preferably 580 ° C to 780 ° C, more preferably 590 to 740 ° C, and further preferably 600 ° C to 700 ° C.
  • the time maintained after heating is preferably 0.5 to 10 hours, more preferably 1 to 2 hours. If the heating time is too long, the powder will sinter and clump during overheating. On the other hand, if it is too short, the annealing effect is small.
  • the iron-based powder heated to the above temperature is slowly cooled to about 25 ° C. It is desirable that the force, chill cooling, or slow cooling be performed by leaving it under natural conditions without heating. In addition, it is preferable to perform a force and a galling annealing process under reduced pressure, a vacuum, or inert atmosphere.
  • under reduced pressure means substantially under a pressure lower than the atmospheric pressure
  • under vacuum is created using an atmosphere that can be regarded as a substantially vacuum state or a conventional vacuum device. Meaning an atmosphere (for example, under a pressure atmosphere of about lOOPa).
  • the “inert atmosphere” is not particularly limited, but “argon gas atmosphere” or “nitrogen gas atmosphere” is preferable. It should be noted that a combination of these, for example, it may be under reduced pressure in an inert atmosphere.
  • the force described in the embodiment of the present invention is not limited to this, Those skilled in the art will readily appreciate that various modifications can be made.
  • the example in which the metal powder of the present invention is used in a metal stereolithographic composite processing machine has been described (that is, a three-dimensional shaped object is obtained by repeatedly performing a forming process of a sintered layer and a cutting process.
  • the metal powder of the present invention may be used for metal stereolithography in which the surface of a model is cut after the entire three-dimensional modeled model is manufactured by metal stereolithography.
  • the metal used for the metal stereolithography which forms a sintered layer by irradiating the powder layer which consists of metal powders with a light beam, and obtains a three-dimensional shaped molded object by laminating
  • Metal powder for metal stereolithography characterized in that the iron-based powder is annealed.
  • Second aspect In the first aspect, the iron-based powder and nickel, a nickel-based alloy, copper, a copper-based alloy, And at least one kind of powder selected from the group consisting of graphite and mixed with the metal powder.
  • the iron-based powder, nickel and / or nickel-based alloy powder, and / or copper and / or copper-based alloy powder are characterized by comprising graphite powder.
  • Metal powder for metal stereolithography characterized by comprising graphite powder.
  • the iron-based powder is gradually maintained after being maintained at a temperature of 600 to 700 ° C under reduced pressure, vacuum, or inert atmosphere. A metal powder for metal stereolithography, which is annealed by being cooled.
  • the metal stereolithography method which obtains a three-dimensional shaped article by repeating.
  • the annealing treatment conditions were examined by using chromium molybdenum steel (SCM440) powder having an average particle size of 20 am as the iron-based powder, and changing the annealing temperature and atmospheric conditions.
  • SCM440 chromium molybdenum steel
  • the chromium-molybdenum steel powder used in the study is made by a water atomization method that can be mass-produced, and has a quenched structure because the cooling rate in the powder production process is very fast. It became powder! /
  • This chrome molybdenum steel powder was spread on a stainless steel pallet, 1000. C, 800. C, 650 Annealing was performed in an annealing furnace at a temperature of 50 ° C.
  • the atmosphere was air, vacuum (about lOOPa), and reducing atmosphere.
  • 1000 ° C and 800 ° C adjacent powders were fused together, and it was difficult to separate the powders into the original powders.
  • the phenomenon was particularly severe for powders treated at 1000 ° C.
  • the atmosphere during the annealing treatment was good at the annealing temperature of 650 ° C.
  • those that were heat-treated in a reducing atmosphere were not usable because the adjacent powders stuck together. From this, it can be judged that the annealing atmosphere is preferably a vacuum or reduced pressure where the iron-based powder does not react with the atmosphere, or an inert atmosphere such as argon gas or nitrogen gas.
  • the metal powder used was the above-mentioned chromium molybdenum steel powder, nickel (Ni) powder with an average particle diameter of 30 m, copper manganese alloy (CuM nNi) powder with an average particle diameter of 30 m, flake graphite (C ) Prepared by mixing with powder.
  • the composition was 70% by weight 3 times M440-20% Ni-9% CuMnNi 0.3% by weight.
  • Fig. 4 shows SEM photographs of chromium molybdenum steel powder annealed at 650 ° C in vacuum
  • Figure 5 shows SEM photographs of nickel powder
  • Fig. 6 shows SEM of copper-manganese alloy powder. A photograph is shown
  • Fig. 7 shows an SEM photograph of flaky graphite powder
  • Fig. 8 shows an SEM photograph of metal powder mixed with them.
  • the light beam L is a carbon dioxide laser
  • the thickness A tl of the powder layer 22 is 0.05 mm.
  • the milling head 40 tool (ball end mill) has a diameter of 0.6 mm (effective blade length lmm) and when 10 layers of sintered layer 24 are formed, that is, 0.5 mm of sintered layer.
  • the removal means 4 was actuated at the time when was formed.
  • the machinability of the molded object in the metal optical molding metal powder blended with the annealed chromium molybdenum steel powder is compared with that of the chromium molybdenum steel powder not annealed.
  • the cutting life of the tool has increased by about 1.5 times. The difference in the cutting life of this tool is thought to be due to the fact that the chromium molybdenum steel powder adhering to the surface of the model was softened and hardened by the annealing process.
  • the present inventors have found an annealing condition for an iron-based powder having a particle diameter of 20 m, and performed metal stereolithography using the metal powder containing the iron-based powder annealed under the condition. I was able to do S. As a result, a three-dimensional shaped object with high density and high strength and hardness At the same time, it was possible to improve the tool life by improving the surface machinability.
  • the examination of the annealing treatment of the iron-based powder is performed by changing the ratio of the composition of the metal powder (
  • the annealing treatment of the iron-based powder is effective for all metal stereolithographic metal powders containing the iron-based powder.
  • tertiary such as plastic injection mold, press mold, die casting mold, forging mold, forging mold, etc.
  • An original shaped article can be manufactured.

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Description

明 細 書
金属光造形用金属粉末およびそれを用いた金属光造形法
技術分野
[0001] 本発明は、金属光造形に用いる金属粉末に関する。より詳細には、本発明は、光ビ ームを照射して三次元形状造形物を得る金属光造形に用いられる金属粉末に関す 背景技術
[0002] 従来から、（1 )金属粉末から成る粉末層に光ビーム（例えばレーザ光のような指向 性エネルギービーム）を照射して焼結層を形成し、 (2)得られた焼結層の上に新たな 粉末層を敷いて光ビームを照射して更に焼結層を形成する、ことを繰り返して三次元 形状造形物を製造する金属光造形技術が知られている。この技術によれば、複雑な 三次元形状造形物を短時間で製造することができる。特に、エネルギー密度の高い 光ビームを照射することにより金属粉末を完全に溶融させた後に固化させることによ つて、焼結密度をほぼ 100%の状態にできる。この高密度の造形物は、その表面を 仕上げ加工して滑らかな面とすることにより、プラスチック成形用金型などに適用する こと力 Sでさる。
[0003] しかし、このような金属光造形の原料として用いられる金属粉末は、圧縮成形してか ら焼結するような他の粉末焼結に用いられる金属粉末とは異なった特性が必要であ
[0004] 例えば、金属粉末の粒子径は、光ビームが照射される粉末層の厚みよりも小さくす る必要がある。粒子径が小さいと、粉末の充填密度が高くなり、造形時の光ビーム吸 収率も良いので焼結密度を高くすることができると共に、得られる造形物の表面粗さ を小さくすること力 Sできる。その一方で、粒子径が小さすぎると、金属粉末の凝集が引 き起こされ、粉末の充填密度は小さくなり、粉末層を薄く均一に敷けなくなってしまう。
[0005] 造形物の強度を高くするためには、形成する新たな焼結層と、その下層にある固化 している焼結層との接合面積が広ぐかつ、その密着強度が高くなければならないと 同時に、隣接する固化している焼結層との接合面積も広ぐ密着強度が高い必要が ある。
[0006] また、新たな焼結層の上面があまり大きく盛り上がってはならない。盛り上がり量が 粉末層の厚み以上となると、次の粉末層を敷く際に障害となり、かかる次の粉末層の 形成そのものが困難となってしまう。
[0007] ここで、金属光造形に際して光ビームが照射された金属粉末は、その一部又は全 部が一旦溶融し、その後急冷凝固されて焼結層となる力 この溶融した時の濡れ性 が大きいと、隣接する焼結層との接合面積が大きくなり、流動性が大きければ盛り上 力 Sりが小さくなる。従って、溶融した時の流動性が大きぐかつ、濡れ性も大きい金属 粉末が望まれる。
[0008] また、金属光造形で製造される三次元形状造形物は、その造形物表面に金属粉 末が付着して表面粗さを悪くし得る。従って、この三次元形状造形物を高精度なブラ スチック射出成形金型等として使用するためには、造形物表面に付着した金属粉末 を除去しなければならず、切削用工具などを用いて切削仕上げ等の加工を行う必要 力 る。硬度の高い鉄系粉末が配合された金属粉末を用いて金属光造形を実施し た場合、この鉄系粉末に起因して、切削加工時に切削用工具の刃先が磨耗してしま う。特に細い溝を有する形状を切削加工する場合、小径工具で行わなければならず 、工具の磨耗が引き起こされ、場合によっては刃先欠け（チッビング)や工具折れが 生じてしまう。従って、切削仕上げ等の加工を行う時の加工性が良くなる金属粉末が 望まれる。
[0009] また、得られた三次元形状造形物の外観に大きな割れが存在してはならない。特 に、三次元形状造形物を射出成形金型として用いる場合、その内部に流体 (冷却水 )を流すことなどを考慮すると、造形物の内部組織にマイクロクラックが無いことが望ま れる。
[0010] このような事情に鑑み、本出願人は特許文献 1に示されるように、鉄系粉末（クロム モリブデン鋼、合金工具鋼）と、ニッケル、ニッケル系合金、銅、及び銅系合金からな る群力 選ばれる 1種類以上の非鉄系粉末とを含む金属光造形用金属粉末を提案 している。また、本出願人は、特許文献 2に示されるように、鉄系粉末（クロムモリブデ ン鋼）と、ニッケルまたは及びニッケル系合金の粉末と、銅または及び銅系合金の粉 末と黒鉛粉末力 なる金属光造形用の混合粉末も提案している。クロムモリブデン鋼 等は、その強度ゃ靭性の点から用いている。銅及び銅系合金粉末は濡れ性及び流 動性の点から用いている。また、ニッケル及びニッケル系合金粉末は強度及びカロェ 性の点から用いている。更に、黒鉛粉末は光ビームの吸収率及びマイクロクラック低 減の点から用いている。
[0011] しかしながら、これら特許文献 1及び特許文献 2に示されるような金属光造形用金 属粉末であっても、金属光造形で得られる造形物の表面に硬い鉄系粉末が付着す ることに起因して、切削による表面仕上げ時に切削抵抗が大きくなり工具寿命が短く なってしまう問題があり、その一方で、工具寿命を長くしょうとすれば、切削速度を遅 くしなければならず、加工に時間が力、かってしまうという問題があった。
特許文献 1：特開 2001— 152204号公報
特許文献 2：特開 2004— 277877号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0012] 本発明は、上記の問題を解決するためになされたものである。即ち、本発明の目的 は、造形物の表面に付着した不要な金属粉末を切削除去するに際して、その切削抵 抗を小さくでき、用いられる切削工具の寿命を延ばすことを可能にする金属光造形 用金属粉末を提供することである。
課題を解決するための手段
[0013] 上記目的を達成するために、本発明では、 金属粉末からなる粉末層に光ビームを 照射して焼結層を形成すると共に、前記焼結層を積層することで三次元形状造形物 を得る金属光造形に用いられる金属光造形用金属粉末であって、
前記金属粉末は、鉄系粉末と、ニッケル、ニッケル系合金、銅、銅系合金、及び黒 鉛から成る群から選ばれる 1種類以上の粉末とを含んで成り、
前記鉄系粉末が焼き鈍し処理されていることを特徴とする金属光造形用金属粉末 が提供される。本発明の金属光造形用金属粉末は、鉄系粉末が焼き鈍し処理されて 軟ら力べなっていることを特徴の 1つとしている。尚、本明細書で用いる「焼き鈍し処理 」とは、鉄系粉末を或る温度に加熱して適当な時間保った後、冷却（好ましくはゆつく りと冷却）する処理を一般に指しており、「焼鈍（しょうどん）」または「アニーリング」とも 呼ぶことができるものである。
[0014] 本発明の金属光造形用金属粉末において、鉄系粉末と、ニッケル、ニッケル系合 金、銅、銅系合金、及び黒鉛から成る群から選ばれる 1種類以上の粉末とは混合 (好 ましくは均一に混合）されて成ることが好ましい。また、本発明の金属光造形用金属 粉末において、金属粉末は、鉄系粉末と、ニッケル及びニッケル系合金粉末の両方 又はいずれか一方と、銅及び銅系合金粉末の両方又はいずれか一方と、黒鉛粉末 とを含んで成ることが好まし!/、。
[0015] ある好適な態様にお!/、て、鉄系粉末は、減圧下、真空下または不活性雰囲気下に おいて、 600〜700°Cの温度に保持された後に徐冷または冷却することによって焼 き鈍しされている。この場合、鉄系粉末の平均粒子径が 5〜50 mであることが好ま しい。
[0016] 焼き鈍し処理される鉄系粉末はアトマイズ粉末（噴霧粉末）であってよい。即ち、焼 き鈍し処理される鉄系粉末がアトマイズ法 (例えば水アトマイズ法）で製造された粉末 であってよい。
[0017] 本発明では、上述の金属光造形用金属粉末を用いた金属光造形法も提供される。
かかる本発明の金属光造形法は、上述の金属光造形用金属粉末からなる粉末層に 光ビームを照射して焼結層を形成する工程と、前記焼結層の積層により形成した造 形物の表面部及び不要部分の両方又はいずれか一方の切削除去を行う工程と、を 繰り返すことにより三次元形状造形物を得る方法である。
発明の効果
[0018] 本発明の金属光造形用金属粉末では、鉄系粉末が焼き鈍し処理されて軟らかくな つているので、金属光造形で得られた造形物表面に付着する金属粉末に起因する 切削抵抗が小さくなる。つまり、造形物の表面に付着した不要な金属粉末の切削除 去に際して、その切削抵抗を小さくできるので、用いられる切削工具の寿命を延ばす ことができる。尚、ここでいう「切削工具」とは、金属光造形に用いられる一般的な切削 工具のことを指している。
[0019] 特に、金属粉末が、鉄系粉末と、ニッケル及びニッケル系合金粉末の両方又はい ずれか一方と、銅及び銅系合金粉末の両方又はいずれか一方と、黒鉛粉末とを含 んで成る場合では、得られる三次元形状造形物の焼結密度が高密度となり得る。
[0020] 鉄系粉末 (好ましくは平均粒子径が 5 50 111)が、減圧下、真空下または不活性 雰囲気下において、 600 700°Cの温度に保持された後に徐冷または冷却されるこ とによって焼き鈍し処理されている場合、鉄系粉末同士が焼き鈍し処理に際して融着 しないので、金属光造形用の金属粉末として特に好適に用いることができる。
[0021] また、本発明では、鉄系粉末が比較的硬いアトマイズ粉末であっても、かかる粉末 を焼き鈍し処理して用いるので、結果的に軟ら力べされ、金属光造形で得られた造形 物表面に付着する金属粉末に起因する切削抵抗を小さくすることができる。つまり、 比較的硬いアトマイズ粉末を金属光造形の原料として用いる場合であっても、造形 物の表面に付着した不要な金属粉末の切削除去に際して、用いられる切削工具の 寿命を延ばすことができる。
図面の簡単な説明
[0022] [図 1]本発明の金属光造形用金属粉末を用いる金属光造形複合加工機の構成図。
[図 2]金属光造形複合加工機の動作 (本発明の金属造形法）のフローチャート。
[図 3]金属光造形複合加工機の動作を示す図。
[図 4]本発明の金属光造形用金属粉末に含まれるクロムモリブデン鋼粉末の SEM写 真。
[図 5]本発明の金属光造形用金属粉末に含まれるニッケル粉末の SEM写真。
[図 6]本発明の金属光造形用金属粉末に含まれる銅マンガン合金粉末の SEM写真
[図 7]本発明の金属光造形用金属粉末に含まれるフレーク状黒鉛粉末の SEM写真
[図 8]本発明の金属光造形用金属粉末 (本発明の金属粉末に含まる粉末成分が混 合されたもの）の SEM写真。
符号の説明
[0023] 1 金属光造形複合加工機
2 粉末層形成手段 3 焼結層形成手段
4 除去手段
20 昇降テープノレ
21 造形用ベース
22 粉末層
23 スキージング用ブ
24 焼結層
30 光ビーム発信器
31 ガノレバノミラー
40 ミーリングヘッド
41 XY駆動機構
L 光ビーム
発明を実施するための最良の形態
[0024] 以下では、図面を参照にして本発明をより詳細に説明する。まず、本発明の金属光 造形用金属粉末が使用される金属光造形複合加工について説明し、その後、本発 明の金属光造形用金属粉末の説明を行う。
[0025] [金属光造形用金属粉末が使用される金属光造形複合加工]
本発明の金属光造形用金属粉末を使用して金属光造形法が実施される金属光造 形複合加工について図 1を参照して説明する。図 1は、金属光造形複合加工を行な う金属光造形複合加工機 1の構成を示す。金属光造形複合加工機 1は、金属粉末を 所定の厚みの層に敷く粉末層形成手段 2と、光ビーム Lを発し、光ビーム Lを任意の 位置に照射する焼結層形成手段 3と、造形物の周囲を削る除去手段 4とを備えてい る。粉末層形成手段 2は、上下に昇降する昇降テーブル 20と、昇降テーブル 20の上 に配され造形物の土台となる造形用ベース（図 3に示す）と、造形用ベースに金属粉 末の粉末層 22を敷くスキージング用ブレード 23とを有している。焼結層形成手段 3 は、光ビーム L (指向性エネルギービーム、例えばレーザー）を発する光ビーム発信 器 30と、光ビーム Lを粉末層 22の上にスキャニングするガルバノミラー 31とを有して いる。除去手段 4は、造形物の周囲を削るミーリングヘッド 40と、ミーリングヘッド 40を 切削箇所に移動させる XY駆動機構 41とを有している。
[0026] 金属光造形複合加工機 1の動作を図 2及び図 3を参照して説明する。図 2は、金属 光造形複合加工機 1の動作のフローを示し、図 3は、金属光造形複合加工機 1の動 作を示す。
[0027] 金属光造形複合加工機 1の動作は、金属粉末を敷く粉末層形成ステップ（S1)と、粉 末層 22に光ビーム Lを照射して焼結層 24を形成する焼結層形成ステップ（S2)と、 造形物の表面を切削する除去ステップ（S3)とから構成されている。粉末層形成ステ ップ（S 1)では、最初に昇降テーブル 20を矢印 Ζ方向に A tl下げる（Sl l)。造形用 ベース 21に金属粉末を供給し（S12)、スキージング用ブレード 23を、矢印 A方向に 移動させ、供給された金属粉末を造形用ベース 21上にならして、所定厚み矢印 A t 1の粉末層 22を形成する（S 13)。次に、焼結層形成ステップ（S2)に移行し、光ビー ム発信器 30から光ビーム Lを発し（S21)、光ビーム Lをガルバノミラー 31によって粉 末層 22上の任意の位置にスキャニングし（S22)、金属粉末を溶融し、焼結させて造 形用ベース 21と一体化した焼結層 24を形成する（S23)。
[0028] 焼結層 24の厚みがミーリングヘッド 40の工具長さ等から求めた所定の厚みになる まで粉末層形成ステップ（S1)と焼結層形成ステップ（S2)とを繰り返し、焼結層 24を 積層する。
[0029] そして、積層した焼結層 24の厚みが所定の厚みになると、除去ステップ（S3)に移 行し、ミーリングヘッド 40を駆動させる（S31)。 XY駆動機構 41によってミーリングへ ッド 40を矢印 X及び矢印 Y方向に移動させ、焼結層 24が積層した造形物の表面を 切削する（S32)。そして、三次元形状造形物の造形が終了していない場合では、粉 末層形成ステップ（S 1)へ戻る。こうして、 S 1乃至 S3を繰り返して更なる焼結層 24を 積層することで、三次元形状造形物を製造する。
[0030] 焼結層形成ステップ（S2)における光ビーム Lの照射経路と、除去ステップ（S3)に おける切削加工経路は、予め三次元 CADデータから作成しておく。この時、等高線 加工を適用して加工経路を決定する。そして、除去ステップ（S3)に移行する焼結層 24の厚みは、造形物の形状に応じて変動させる。造形物の形状が傾斜しているとき は所定の厚みより薄い時点において、除去ステップ（S3)に移行することで、滑らかな 表面を得ること力できる。
[0031] [金属光造形用金属粉末]
次に、本発明の金属光造形用金属粉末について説明する。本発明の金属光造形 用金属粉末は、鉄系粉末と、ニッケル、ニッケル系合金、銅、銅系合金、及び黒鉛か ら成る群から選ばれる 1種類以上の粉末とを含んで成る。
[0032] 鉄系粉末としては、特に制限されるわけではないが、クロムモリブデン鋼粉末、炭素 工具鋼粉末、ダイス鋼粉末、高速度工具鋼粉末などを挙げることができる。炭素含有 量の多い鉄系粉末は、急冷によりマルテンサイト組織になって硬度が高くなり、焼き 戻しにより硬度が低下する。鉄系粉末がクロムモリブデン鋼粉末または工具鋼の粉末 である場合には、表面の切削性が良好となるだけでなぐ得られる造形物が高強度- 高硬度となり得る。力、かる鉄系粉末の個々の粒子の形状は特に制限はなぐ例えば、 球形状、楕円体形状または多面体形状 (例えば立方体形状)等であってよい。かかる 鉄系粉末の平均粒子径は、好ましくは 2〜； 100 m、ょり好ましくは5〜50 111、更に 好ましくは 10〜30 111である（尚、平均粒子径が 5 mよりも小さいと凝集が生じや すくなる。また、金属光造形に際して形成される粉末層の厚みは一般的には約 50 m程度である）。ここで、「粒子径」とは、粒子のあらゆる方向における長さのうち最大 となる長さを実質的に意味しており、「平均粒子径」とは、粒子の電子顕微鏡写真また は光学顕微鏡写真に基づレ、てある個数の粒子の粒子径を測定し、その数平均として 算出したものを実質的に意味している。
[0033] かかる鉄系粉末は、後述で詳細に説明するように焼き鈍し処理に付して用い、軟ら 力、くされるので、鉄系粉末がアトマイズ法 (例えば水アトマイズ法）で製造された比較 的硬!/、アトマイズ粉末であってもよ!/、。
[0034] 「ニッケル、ニッケル系合金、銅、銅系合金、及び黒鉛から成る群から選ばれる 1種類 以上の粉末」における「ニッケル系合金」としては、制限するわけではないが、ニッケ ルと、シリコン、ボロン (ホウ素）およびモリブデンからなる群から選ばれる少なくとも 1 種類の金属とから成る合金が挙げられる。同様に、「銅系合金」としては、制限するわ けではないが、銅と、マンガン、リンおよびスズからなる群から選ばれる少なくとも 1種 類の金属とから成る合金が挙げられる。「鉄系粉末」と同様、力、かる粉末の個々の粒 子の形状も特に制限はなぐ例えば、球形状、楕円体形状または多面体形状 (例え ば立方体形状)等であってよい。また、「鉄系粉末」と同様、「ニッケル」、「ニッケル系 合金」、「銅」、「銅系合金」および/または「黒鉛」の平均粒子径は、好ましくは 2〜1 OO ^ m,ょり好ましくは5〜50〃111、更に好ましくは 10〜30〃 mである。ここでいう「 粒子径」も、粒子のあらゆる方向における長さのうち最大となる長さを実質的に意味し ており、「平均粒子径」とは、粒子の電子顕微鏡写真または光学顕微鏡写真に基づ いてある個数の粒子の粒子径を測定し、その数平均として算出したものを実質的に 意味している。
[0035] 「鉄系粉末」および「ニッケル、ニッケル系合金、銅、銅系合金、及び黒鉛から成る 群から選ばれる 1種類以上の粉末」の製造法は、特に制限はなぐ一般的な粉末製 造法、例えば、アトマイズ法（ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、遠心力アトマイズ法、 プラズマアトマイズ法など）、回転電極法（REP法）、機械的プロセス（例えば粉砕法、 メカニカルァロイング法など）、化学的プロセス（酸化物還元法、塩化物還元法など） を用いること力 Sできる。また、当然のことながら、かかる製造法で予め製造された市販 の粉末をそのまま用いてもょレ、。
[0036] 焼き鈍し処理に起因した金属光造形物の表面の切削性の改善の効果は、金属粉 末の組成の割合 (配合割合）の影響を特に受けないので、本発明の金属粉末に含ま れる各種粉末の割合 (配合割合）は特に制限はない。ただし一例を挙げると、「鉄系 粉末の割合」は、金属光造形用金属粉末を基準として、好ましくは 40〜95重量％、 より好ましくは 60〜90重量％であり、「ニッケル、ニッケル系合金、銅、銅系合金、及 び黒鉛から成る群から選ばれる 1種類以上の粉末の割合」は、金属光造形用金属粉 末を基準として、好ましくは 5〜60重量％、より好ましくは 10〜40重量％である。
[0037] 金属粉末が、本願発明に従って、鉄系粉末と、ニッケル、ニッケル系合金、銅、銅系 合金、及び黒鉛からなる群から選ばれる 1種類以上の粉末とが混合されたものであれ ば、金属光造形物は、表面の切削性が良好となる他に、強度等においても良好とな るが、ここで「ニッケル、ニッケル系合金、銅、銅系合金、及び黒鉛から成る群から選 ばれる 1種類以上の粉末」が「ニッケル及びニッケル系合金粉末の両方又はいずれ か一方と、銅及び銅系合金粉末の両方又はいずれか一方と、黒鉛粉末とから成る粉 末」である場合には、特に金属光造形物の密度が高密度となる効果も付加的に奏さ れることになる。例えば、鉄系粉末の配合量が 60〜90重量％、ニッケル及びニッケ ル系合金の両方又はいずれか一方の粉末の配合量が 5〜35重量％、銅及び銅系 合金の両方又はいずれか一方の粉末の配合量が 5〜； 15重量％、黒鉛粉末の配合 量が 0. 2〜0. 8重量％である金属粉末では、表面の切削性が良好であるだけでなく 、内部にマイクロクラックが無い造形物をつくることができる。
[0038] 本発明では、鉄系粉末が焼き鈍し処理されている。つまり、鉄系粉末を或る温度に 加熱して適当な時間保った後、冷却（好ましくはゆっくりと冷却）する処理が施されて いる。これにより、鉄系粉末が軟ら力べなるので、金属光造形で得られる造形物表面 に付着する金属粉末に起因する切削抵抗を小さくできるという効果、つまり、表面の 切削性が良好となり、用いられる切削工具 (例えば、超硬合金、高速度工具鋼および /または cBN等の材質から成る切削工具）の寿命が延びる効果が奏される。例えば 、鉄系粉末が焼き鈍し処理されている場合は、鉄系粉末が焼き鈍し処理されていな い場合の 1. 2〜2. 0倍程度（例えば約 1. 5倍)切削工具の寿命が延びる。焼き鈍し 処理において加熱される温度は、好ましくは 580°C〜780°C、より好ましくは 590〜7 40°C、更に好ましくは 600°C〜700°Cである。加熱後に保持される時間は、好ましく は 0. 5〜； 10時間、より好ましくは 1〜2時間である。加熱時間が長すぎると過熱中に 粉末が焼結されてかたまってしまう。一方、短すぎると焼き鈍し効果が小さい。冷却ま たは徐冷では、上記温度にまで加熱した鉄系粉末を、 25°C程度までゆっくり降温さ せる。力、かる冷却または徐冷は、無加熱状態下の自然放置によって行うのが望まし い。尚、力、かる焼き鈍し処理は、減圧下、真空下または不活性雰囲気下で行うことが 好ましい。ここでいう「減圧下」とは、大気圧よりも低い圧力下のことを実質的に意味し 、「真空下」とは、実質的に真空状態とみなせる雰囲気または常套の真空デバイスを 用いて作り出される雰囲気（例えば約 lOOPaの圧力雰囲気下）のことを意味している 。 「不活性雰囲気下」としては、特に制限されるわけではないが、「アルゴンガス雰囲 気」または「窒素ガス雰囲気」が好ましい。尚、これらを組み合せた態様、例えば、不 活性雰囲気の減圧下であってもかまわなレ、。
[0039] 以上、本発明の実施形態について説明してきた力、本発明はこれに限定されず、 種々の改変がなされ得ることは当業者には容易に理解されよう。例えば、本発明の金 属粉末を金属光造形複合加工機に用いる例を説明したが（即ち、焼結層の形成ェ 程と切削工程とを繰り返して行って三次元形状造形物を得ている例である力 、金属 光造形により三次元形状造形物の全体を製造してから、造形物の表面を切削加工 する金属光造形に対して本発明の金属粉末を用いてもよい。
尚、上述した本発明は、次の態様を包含することに留意されたい：
第 1の態様：金属粉末からなる粉末層に光ビームを照射して焼結層を形成すると 共に、前記焼結層を積層することで三次元形状造形物を得る金属光造形に用いられ る金属光造形用金属粉末であって、
鉄系粉末と、ニッケル、ニッケル系合金、銅、銅系合金、及び黒鉛から成る群から選 ばれる少なくとも 1種類以上の粉末とを含んで成り、
前記鉄系粉末が焼き鈍し処理されていることを特徴とする金属光造形用金属粉末 第 2の態様： 上記第 1の態様において、鉄系粉末と、ニッケル、ニッケル系合金、銅 、銅系合金、及び黒鉛から成る群から選ばれる少なくとも 1種類以上の粉末とが前記 金属粉末にて混合されて成ることを特徴とする金属光造形用金属粉末。
第 3の態様： 上記第 1または第 2の態様において、鉄系粉末と、ニッケル及びニッケ ル系合金粉末の両方又はいずれか一方と、銅及び銅系合金粉末の両方又はいず れか一方と、黒鉛粉末とを含んで成ることを特徴とする金属光造形用金属粉末。 第 4の態様： 上記第 1〜第 3の態様のいずれかにおいて、前記鉄系粉末が、減圧 下、真空下または不活性雰囲気下において、 600〜700°Cの温度に保持された後 に徐冷されることによって焼き鈍し処理されていることを特徴とする金属光造形用金 属粉末。
第 5の態様： 上記第 4の態様において、前記鉄系粉末の平均粒子径が 5〜50 111 であることを特徴とする金属光造形用金属粉末。
第 6の態様： 上記第 1〜第 5の態様のいずれかにおいて、前記焼き鈍し処理される 前記鉄系粉末がアトマイズ粉末であることを特徴とする金属光造形用金属粉末。 第 7の態様：上記第 1〜第 6の態様のいずれかの金属光造形用金属粉末からなる 粉末層に光ビームを照射して焼結層を形成する工程と、前記焼結層の積層により形 成した造形物の表面部及び不要部分の両方又はいずれか一方の切削除去を行うェ 程と、を繰り返すことにより三次元形状造形物を得る金属光造形法。
実施例
[0041] 金属光造形用金属粉末に含まれる鉄系粉末の焼き鈍し処理を行なった。鉄系粉末 は、熱処理を行うと、粉末の最表面が活性化された状態となり、接触している部分は 、より安定な形状に、すなわち、表面積を小さくなる方向に金属原子が移動を行い、 粉末同士が一体となる焼結が起きる。粉末粒径が細力べなるほど粉末の表面積が増 え、粉末同士の接触面積も増えるため、低温で焼結が進行することとなる。また、熱 処理温度が高いほど、焼結は起き易くなる。従って、多くの接触面積を有した粉末同 士を一度に焼き鈍し処理をする場合、その焼き鈍し温度は、通常の溶製材の焼き鈍 し温度よりも低温で行う必要があり、焼き鈍し処理条件を検討した。
[0042] 焼き鈍し処理条件の検討は、鉄系粉末として平均粒子径 20 a mのクロムモリブデ ン鋼（SCM440)粉末を用いて、焼き鈍し温度と雰囲気条件を変えて行なった。検討 に用いたクロムモリブデン鋼粉末は、大量生産が可能な水アトマイズ法で作られてお り、粉末製作過程の冷却速度が非常に速いため焼入れされた組織となっており、非 常に硬レ、粉末となって!/、た。
[0043] このクロムモリブデン鋼粉末を、ステンレスパレットに敷き詰め、 1000。C、 800。C、 6 50°Cの温度条件で焼鈍炉にて焼き鈍し処理を行った。雰囲気は、大気中と真空中（ 約 lOOPa)と還元雰囲気中で行なった。その結果、 1000°C、 800°Cのものは隣接す る粉末同士が融着した状態となり、その粉末を元の粉末に分離するのが困難であつ た。 1000°Cで処理した粉末について、特にその現象が激しかった。 650°Cで処理し たものについては、多少は粉末同士が融着していた力 ふるい上ですり潰すことによ り、元の粉末状態に戻った。
[0044] 鉄は、 580°C以下の温度では余り焼き鈍されないことと、上述の結果から、鉄系粉 末の焼き鈍し処理の最適な温度範囲は、 600〜700°Cと判断することができた。
[0045] また、焼き鈍し処理時の雰囲気については、 650°Cの焼き鈍し温度において、真空 中で熱処理したものは良好であった力 大気中で熱処理したものは粉末の表面酸化 が激しぐまた、還元雰囲気中で熱処理したものは、隣接する粉末同士がくっついて 使用不可能であった。このことから、焼き鈍し処理の雰囲気としては、鉄系粉末が雰 囲気と反応しない真空下や減圧下、又は、例えばアルゴンガスや窒素ガスのような不 活性雰囲気下が適すると判断できた。
[0046] 次に、上述のように真空中において 650°Cで焼き鈍し処理したクロムモリブデン鋼 粉末を配合した金属光造形用金属粉末と、焼き鈍し処理をして!/、な!/、クロムモリブデ ン鋼粉末を配合した金属光造形用金属粉末とを図 1に示すような金属光造形複合加 ェ機 1 (例えば松浦機械製作所製、型式 LUMEX25C)に用いて、造形物表面の切 削性の比較をした。用いた金属粉末は、上述のクロムモリブデン鋼粉末に、平均粒子 径が 30 mのニッケル（Ni)粉末と、平均粒子径が 30 mの銅マンガン合金（CuM nNi)粉末と、フレーク状黒鉛（C)粉末とを混合して作成した。組成は、 70重量％3じ M440— 20重量％Ni— 9重量％CuMnNi— 0· 3重量％じであった。図 4には、真 空中において 650°Cで焼き鈍し処理したクロムモリブデン鋼粉末の SEM写真を示し 、図 5には、ニッケル粉末の SEM写真を示し、図 6には、銅マンガン合金粉末の SE M写真を示し、図 7には、フレーク状黒鉛粉末の SEM写真を示し、図 8には、それら を混合した金属粉末の SEM写真を示す。
[0047] 金属光造形複合加工では、光ビーム Lは、炭酸ガスレーザを使用し、粉末層 22の 厚み A tlは、 0. 05mmとした。ミーリングヘッド 40の工具（ボールエンドミル）は直径 が 0. 6mm (有効刃長 lmm)のものを使用し、 10層の焼結層 24を形成した時点、す なわち、 0. 5mmの焼結層を形成した時点で除去手段 4を作動させた。
[0048] 切削性の比較の結果、焼き鈍し処理したクロムモリブデン鋼粉末を配合した金属光 造形用金属粉末における造形物の切削性は、焼き鈍し処理をしていないクロムモリ ブデン鋼粉末を配合したものと比較して、工具の切削寿命が約 1. 5倍になった。この 工具の切削寿命の差は、造形物表面に付着しているクロムモリブデン鋼粉末が焼き 鈍し処理により軟ら力べなったことに起因しているものと考えられる。
[0049] 以上のように、本発明者らは粒子径が 20 mの鉄系粉末の焼き鈍し条件を見つけ 出し、その条件で焼き鈍しを行った鉄系粉末を含む金属粉末を用いて金属光造形を 行うこと力 Sできた。その結果、高密度でかつ強度や硬度が高い三次元形状造形物を 得ることができたのと同時に、表面の切削性においても改善され、工具寿命の向上を 図ることができた。
[0050] 尚、鉄系粉末の焼き鈍し処理の検討は、上述のように、金属粉末の組成の割合を（
70重量％3じ^ 440— 20重量％Ni— 9重量％CuMnNi— 0. 3重量％0にして fi なったが、焼き鈍し処理による金属光造形物の表面の切削性の改善の効果は、金属 粉末の組成の影響を特に受けないので、鉄系粉末の焼き鈍し処理は、鉄系粉末を 配合した全ての金属光造形用金属粉末に効果があるといえる。
産業上の利用可能性
[0051] 本発明の金属光造形用金属粉末を用いて金属光造形法を実施することによって、 プラスチック射出成形用金型、プレス金型、ダイカスト金型、铸造金型、鍛造金型など の三次元形状造形物を製造することができる。
関連出願の相互参照
[0052] 本出願は、 曰本国特許出願第 2006— 230291号（出願曰： 2006年 08月 28曰、 発明の名称：「金属光造形用金属粉末」）に基づくパリ条約上の優先権を主張する。 当該出願に開示された内容は全て、この引用により、本明細書に含まれるものとする

Claims

請求の範囲
[1] 金属粉末力 なる粉末層に光ビームを照射して焼結層を形成すると共に、前記焼 結層を積層することで三次元形状造形物を得る金属光造形に用いられる金属光造 形用金属粉末であって、
前記金属粉末は、鉄系粉末と、ニッケル、ニッケル系合金、銅、銅系合金、及び黒 鉛から成る群から選ばれる 1種類以上の粉末とを含んで成り、
前記鉄系粉末が焼き鈍し処理されていることを特徴とする金属光造形用金属粉末
[2] 前記金属粉末が、鉄系粉末と、ニッケル及びニッケル系合金粉末の両方又は!/、ず れか一方と、銅及び銅系合金粉末の両方又はいずれか一方と、黒鉛粉末とを含んで 成ることを特徴とする、請求項 1に記載の金属光造形用金属粉末。
[3] 前記鉄系粉末が、減圧下、真空下または不活性雰囲気下において、 600〜700°C の温度に保持された後に徐冷されることによって焼き鈍し処理されていることを特徴と する、請求項 1に記載の金属光造形用金属粉末。
[4] 前記鉄系粉末の平均粒子径が 5〜50 a mであることを特徴とする、請求項 3に記載 の金属光造形用金属粉末。
[5] 前記焼き鈍し処理される前記鉄系粉末がアトマイズ粉末であることを特徴とする、請 求項 1に記載の金属光造形用金属粉末。
[6] 請求項 1に記載の金属光造形用金属粉末力 なる粉末層に光ビームを照射して焼 結層を形成する工程と、前記焼結層の積層により形成した造形物の表面部及び不 要部分の両方又はいずれか一方の切削除去を行う工程と、を繰り返すことにより三次 元形状造形物を得る金属光造形法。
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