WO2014010144A1 - 三次元形状造形物の製造方法 - Google Patents

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阿部　諭
武 松本
武南　正孝
正樹 近藤
不破　勲
内野々　良幸
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a three-dimensional shaped object. More specifically, the present invention manufactures a three-dimensional shaped object in which a plurality of solidified layers are laminated and integrated by repeatedly applying a light beam to a predetermined region of a powder layer to form a solidified layer. On the way.
  • a method (generally referred to as "powder sinter lamination method") of irradiating a powder material with a light beam to produce a three-dimensional shaped object is known.
  • a method “the (i) a predetermined area of the powder layer is irradiated with a light beam to sinter or solidify the powder of the predetermined area to form a solidified layer, and (ii) the solidified layer obtained A new powder layer is applied on the top, and a light beam is similarly irradiated to form a solidified layer "repeatedly to manufacture a three-dimensional shaped object (see Patent Document 1 or Patent Document 2).
  • the obtained three-dimensional shaped object can be used as a mold.
  • the obtained three-dimensional shaped object can be used as a model. According to such a manufacturing technique, it is possible to manufacture a complicated three-dimensional shaped object in a short time.
  • a metal powder is used as the powder material, and the resulting three-dimensional shaped object is used as a mold.
  • a powder layer 22 having a predetermined thickness t1 is formed on the shaping plate 21 (see FIG. 1 (a)), and then a light beam is irradiated to a predetermined region of the powder layer 22 for shaping
  • the solidified layer 24 is formed on the plate 21.
  • a new powder layer 22 is placed on the formed solidified layer 24, and the light beam is irradiated again to form a new solidified layer.
  • a three-dimensional shaped object in which a plurality of solidified layers 24 are integrally laminated can be obtained (see FIG. 1B). Since the solidified layer corresponding to the lowermost layer can be formed in a state of being adhered to the modeling plate surface, the three-dimensional shaped article and the modeling plate are integrated with each other, and can be used as a mold as it is.
  • the inventors of the present application have found that a phenomenon peculiar to it occurs when the light beam is irradiated in a plurality of divided passes. Specifically, as shown in FIG. 14, when the irradiation path of the light beam is divided into a plurality of sub-irradiation paths, and light beam irradiation is sequentially performed in units of the divided sub-irradiation paths, It has been found that a phenomenon occurs in which the solidified layer locally rises. In particular, it has been found that when the light beam is sequentially irradiated in a short sub-irradiation path of a predetermined length or less, the solidified layer tends to be locally raised.
  • Such localized bumps are particularly pronounced when short sub-irradiation paths are located at the periphery of the irradiated area (ie, the "peripheral portion of the predetermined area of the powder layer" corresponding to the outer periphery of the formed solidified layer).
  • the temperature tends to rise relatively, so that the powder / solidified part may be too melted. That is, the melted powder / solidified part can be in the shape of a ball due to surface tension, but when the amount of melting is large, the “ball shape” becomes large, and when it cools and solidifies it becomes “local bumps”. I will.
  • the squeezing blade collides with the local ridge during the powder supply of the next layer, and as a result, the desired powder layer can not be formed. . That is, the powder sinter lamination method can not be carried out continuously.
  • an object of the present invention is to provide a “manufacturing method of a three-dimensionally shaped object” that reduces “local bumps” that can be generated by light beam irradiation performed under conditions where the irradiation path is divided.
  • the present invention (I) irradiating a predetermined area of the powder layer with a light beam by scanning the light beam to sinter or solidify the powder of the predetermined area to form a solidified layer; and (ii) the obtained solidified Forming a new powder layer on the layer and irradiating the predetermined area of the new powder layer with a light beam to form a further solidified layer; and repeating the step (ii) to form a three-dimensional shape
  • a method of producing a shaped object The irradiation path of the light beam in the predetermined region of the powder layer is divided into a plurality of sub-irradiation paths, whereby "short sub-irradiation path less than a predetermined length" and "a predetermined length or more as sub-irradiation paths" Sub-irradiation path, and In the steps (i) and (ii), there is provided a method of producing a three-dimensional shaped object, characterized in that the irradiation
  • the feature of the present invention is to form a suitable solidified layer focusing on the "large” and "small” of the length of the divided sub-irradiation path.
  • the light beam energy to be provided is made smaller than the “long sub-irradiation path longer than the predetermined length” for “the short sub-irradiation path which is less than the predetermined length” among the sub-irradiation paths.
  • the light beam irradiation in the “short sub-irradiation path” may make the irradiation output of the light beam smaller than that in the “long sub-irradiation path”, increase the diameter of the light beam, or widen the path interval. preferable.
  • the irradiation paths may be divided such that the “short sub-irradiation path” is positioned at the outermost periphery of the predetermined area of the powder layer.
  • another long sub-irradiation path is newly constructed by serially combining the "short sub-irradiation path" with the "long sub-irradiation path" adjacent to it.
  • the path length of “short sub-irradiation paths” is scanned along the "orthogonal direction" to be longer.
  • “short sub-irradiation path a” and “short sub-irradiation path b” are present adjacent to each other in a direction orthogonal to their path scanning direction
  • “short sub-irradiation path After the light beam irradiation to a ′ ′, the light beam irradiation of “short sub-irradiation path b” to be performed subsequently is performed after the solidified portion temperature at least in “short sub-irradiation path a” is lowered.
  • the light beam is scanned separately so that short sub-irradiation paths adjacent to each other in parallel are not continuously subjected to the light beam irradiation.
  • the sub-irradiation is performed based on the "contour of the predetermined area of the powder layer" so that the "short sub-irradiation path" is not provided at the outermost periphery of the predetermined area of the powder layer. Divide the pass.
  • the occurrence of "local bumps (i.e., local bumps of the solidified layer)" can be prevented.
  • the present invention can avoid the problems of the prior art caused by the "local bumps". Therefore, it is possible to avoid, for example, "a defect that the squeezing blade collides with the" local ridge "during powder feeding and can not form a desired powder layer".
  • the problem that “the thickness of the powder layer to be formed next changes locally due to“ local bumps ”” can be avoided.
  • each of the scans The solidified portions to be formed each have a substantially uniform thickness. That is, a substantially uniform solidified layer can be obtained when viewed as a whole.
  • the subsequent “powder layer formation by slide movement of the squeezing blade” can be suitably performed, and the thickness of the powder layer formed thereby can be approximately It can also be made constant (especially when the powder layer thickness becomes constant, it becomes easy to ensure the uniformity of the solidified density etc. for the solidified layer obtained from such a powder layer).
  • the subsequent powder layer formation can be suitably carried out, and finally, a three-dimensional shaped article of desired quality can be efficiently obtained.
  • the perspective view which showed typically the aspect by which the powder sinter lamination method is performed The perspective view which showed typically the structure of the optical forming compound processing machine which can implement a powder sinter lamination method
  • FIG. 2 (b) not provided with a cutting mechanism apparatus
  • Flow chart of the operation of the stereolithography compound processing machine A schematic diagram showing the light shaping combined processing process over time
  • powder layer refers to, for example, "metal powder layer composed of metal powder” or “resin powder layer composed of resin powder”.
  • region of a powder layer substantially means the area
  • solidified layer substantially means “sintered layer” when the powder layer is a metal powder layer, and “hardened layer” is substantially when the powder layer is a resin powder layer. Meaning.
  • the powder sinter lamination method which is the premise of the manufacturing method of the present invention will be described.
  • the powder sinter lamination method will be described on the assumption that the material powder is supplied from a material powder tank and the material powder is leveled using a squeegee blade to form a powder layer.
  • an aspect of composite processing in which cutting of a shaped object is also performed is described as an example (that is, the aspect shown in FIG. 2A instead of FIG. And).
  • FIGS. 1, 3 and 4 show the function and configuration of an optical shaping compound processing machine capable of performing the powder sinter lamination method and the cutting process.
  • the stereolithography compound processing machine 1 includes “a powder layer forming means 2 for forming a powder layer by laying a powder such as a metal powder and a resin powder with a predetermined thickness” and “in a shaping tank 29 whose outer periphery is surrounded by a wall 27 "Modeling table 20 for moving up and down”, “modeling plate 21 arranged on the modeling table 20 and serving as a foundation of the model”, “light beam irradiation means 3 for irradiating the light beam L to an arbitrary position” and “model And “cutting means 4 for scraping the periphery of”.
  • the powder layer forming means 2 is, as shown in FIG.
  • the light beam irradiating means 3 “a light beam oscillator 30 that emits a light beam L” and “a galvano mirror 31 (a scan that scans the light beam L on the powder layer 22 Optical system) ". If necessary, the light beam irradiation means 3 has a beam shape correction means (for example, a pair of cylindrical lenses for correcting the shape of the light beam spot, and a rotational drive mechanism for rotating such lenses about the axis of the light beam).
  • a beam shape correction means for example, a pair of cylindrical lenses for correcting the shape of the light beam spot, and a rotational drive mechanism for rotating such lenses about the axis of the light beam).
  • the cutting means 4 mainly has "a milling head 40 for shaving the periphery of a shaped object” and “an XY drive mechanism 41 (41a, 41b) for moving the milling head 40 to a cutting location" (FIG. 3 and FIG. 4).
  • FIG. 5 shows a general operation flow of the optical forming compound processing machine
  • FIG. 6 schematically and simply shows the optical forming compound processing process.
  • the operation of the optical forming combined processing machine includes a powder layer forming step (S1) of forming the powder layer 22, and a solidified layer forming step (S2) of irradiating the powder layer 22 with the light beam L to form the solidified layer 24; It mainly comprises from the cutting step (S3) which cuts the surface of a modeling thing.
  • the powder layer forming step (S1) first, the shaping table 20 is lowered by ⁇ t1 (S11). Then, the powder table 25 is raised by ⁇ t1. Then, as shown in FIG.
  • the squeegee blade 23 is moved in the direction of arrow A, and the powder arranged on the powder table 25 (for example, "iron powder with an average particle diameter of about 5 .mu.m to 100 .mu.m” or “Powder such as nylon, polypropylene, ABS or the like having an average particle diameter of about 30 ⁇ m to 100 ⁇ m” is transferred onto the shaping plate 21 (S12), and the powder layer 22 is formed by uniforming to a predetermined thickness ⁇ t1 (S13).
  • the process proceeds to a solidified layer forming step (S2).
  • a light beam L (for example, a carbon dioxide gas laser (about 500 W), an Nd: YAG laser (about 500 W), a fiber laser (about 500 W) or ultraviolet light) is emitted from the light beam oscillator 30 (S21)
  • the light beam L is scanned by the galvano mirror 31 at an arbitrary position on the powder layer 22 (S22), and the powder is melted and solidified to form the solidified layer 24 integrated with the shaping plate 21 (S23).
  • the light beam is not limited to transmission in air, but may be transmitted by an optical fiber or the like.
  • the powder layer forming step (S1) and the solidified layer forming step (S2) are repeated until the thickness of the solidified layer 24 reaches a predetermined thickness obtained from the tool length of the milling head 40 and the like, and the solidified layer 24 is laminated (FIG. 1) (B)).
  • stacked will be integrated with the solidified layer which forms the lower layer already formed in sintering or fusion-solidification.
  • the process proceeds to the cutting step (S3).
  • the execution of the cutting step is started by driving the milling head 40 (S31).
  • the tool (ball end mill) of the milling head 40 has a diameter of 1 mm and an effective blade length of 3 mm, cutting can be performed 3 mm deep, so if ⁇ t1 is 0.05 mm, 60 solidified layers are formed At this point, the milling head 40 is driven.
  • the milling head 40 is moved in the directions of arrow X and arrow Y by the XY drive mechanism 41 (41a, 41b) to cut the surface of the object formed of the solidified layers 24 laminated (S32).
  • the three-dimensional shaped object is manufactured by repeating S1 to S3 and laminating the additional solidified layer 24 (see FIG. 6).
  • the irradiation path of the light beam L in the solidified layer forming step (S2) and the cutting path in the cutting step (S3) are created in advance from three-dimensional CAD data.
  • contour processing is applied to determine a processing path.
  • outline shape data of each cross section sliced at an equal pitch for example, 0.05 mm pitch when ⁇ t1 is 0.05 mm
  • STL data generated from a three-dimensional CAD model is used for STL data generated from a three-dimensional CAD model .
  • the present invention is characterized in the formation mode of the solidified layer among the above-mentioned powder sinter lamination method.
  • hatching / pass irradiation path for scanning the light beam so as to paint the “predetermined area”
  • the irradiation method of the light beam is changed according to the length of each hatching path, ie, the length of each irradiation path. For example, as shown in FIG.
  • the light beam irradiation method is changed depending on whether the irradiation path is short or long.
  • the reason for dividing and dividing the irradiation path into sub-irradiation paths is to continuously scan the light beam from end to end of the predetermined region of the powder layer (for example, from “end a” as shown in FIG.
  • the shrinkage (residual stress) at the time of forming the solidified layer becomes large, and the resulting molded article tends to be warped (“JPKruth, et al .: Selective laser melting of iron-based powder, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 149, No. 1-3 (2004), pp. 616-622.
  • the short sub-irradiation path may be divided so as to be positioned at the outermost periphery of the predetermined region of the powder layer.
  • the presence of a short sub-irradiation path at the "outer periphery" ie, the periphery of the predetermined area in the powder layer
  • the method of the present invention According to the above, the occurrence of such local bumps can be effectively reduced.
  • changing the light beam irradiation method means “various modifications of the light beam irradiation mode” except for the mode in which only the scanning speed of the light beam is changed. That is, the aspect of “changing the light beam irradiation method” in the present invention does not include the aspect of changing only the "scanning speed" of the light beam.
  • the irradiation method of light beam energy may be changed according to the length of the sub-irradiation path (see FIG. 8A). More specifically, the “short sub-irradiation path less than a predetermined length” may make the light beam energy smaller than the “long sub-irradiation path having a predetermined length or more”. That is, the irradiation energy of the light beam in the short sub irradiation path may be smaller than the irradiation energy of the light beam in the long sub irradiation path. This makes it possible to more preferably prevent the occurrence of "local bumps".
  • the irradiation power P of the light beam may be smaller than in the long sub-irradiation path (see FIG. 8B).
  • the focusing diameter (spot diameter ⁇ ) of the light beam may be larger than that in the long sub-irradiation path (see FIG. 8C). This is because the energy of the light beam irradiation is dispersed when the diameter of the light collection diameter is increased, so that the irradiation part is unlikely to be rapidly heated.
  • the path interval (interval of the irradiation paths located in parallel) may be wider than the long sub-irradiation path (see FIG. 8C). This is because the energy of the light beam irradiation is dispersed when the pass interval is wide, and it becomes difficult for the irradiation part to be rapidly heated.
  • the light beam irradiation condition of the long sub-irradiation path is, for example, the following condition.
  • Light beam with a short sub-irradiation path under the condition that "increases the diameter of the light beam” and “increases the path distance” (and sometimes “changes the scanning speed of the light beam”) Irradiation may be performed.
  • the “predetermined length” of the threshold for distinguishing between “short sub-irradiation path” and “long sub-irradiation path” is, for example, 0.1 to 2.0 mm (eg, 1.5 mm), preferably 0. It may be 1 to 1.0 mm (eg, 0.5 mm).
  • the threshold is 1.5 mm, for example, a path with a length of less than 1.5 mm corresponds to a "short sub-irradiation path", while a path with a length of 1.5 mm or more is a "long sub-irradiation” Corresponds to the path.
  • the maximum length of the long sub-irradiation path may be, for example, about 3 mm to 15 mm.
  • the “local ridge” can be reduced by the method described below.
  • FIG. 1 An aspect of “orthogonal scanning in the short sub-irradiation pass region” is shown in FIG. In this aspect, in a local area where a plurality of short sub-irradiation areas exist, the light beam is scanned so as to be orthogonal to the short sub-irradiation path so as to be longer than the path length of the short sub-irradiation path.
  • the short sub-irradiation paths are shorter so as to be longer than the path length of the short sub-irradiation paths
  • the light beam is scanned along a direction orthogonal to the scanning direction of the path (see FIG. 10). That is, in this aspect, the light beam irradiation is performed by changing the light beam scanning direction in the area of the short sub-irradiation path with the scanning direction of the light beam in the other area.
  • the occurrence of the "local bumps" can be effectively avoided, and a solidified layer having a substantially uniform thickness as a whole can be obtained. That is, the subsequent powder layer formation can be suitably carried out, and finally, a three-dimensional shaped object of desired quality can be efficiently obtained.
  • the orthogonal direction does not necessarily have to be 90 ° with respect to “the scanning direction of the short sub-irradiation path”, and a direction slightly deviated from that (for example, within the range of 90 ° ⁇ 20 °) It may be an offset direction, and in some cases, an offset direction within a range of 90 ° ⁇ 10 °).
  • control of cooling time The aspect of "control of cooling time” is shown in FIG.
  • the light beam irradiation of the next short pass is performed after the temperature of the short pass area decreases.
  • the short sub-irradiation path a and the short sub-irradiation path b are adjacent to each other in the direction orthogonal to the path scanning direction, the light beam irradiation to the short sub-irradiation path a
  • the temperature of the solidified portion in at least the short sub-irradiation path a decreases
  • light beam irradiation of the short sub-irradiation path b to be performed subsequently is performed.
  • the light beam of the short sub-irradiation path b Start irradiation.
  • the cooling time of the solidified portion of the preceding short sub-irradiation path considering “the cooling time of the solidified portion of the preceding short sub-irradiation path", the occurrence of the "local bumps" can be reduced, and a solidified layer having a substantially uniform thickness as a whole can be obtained. . Therefore, also in the present embodiment, the subsequent powder layer formation can be suitably carried out, and finally, a three-dimensional shaped object of desired quality can be efficiently obtained.
  • the measurement of the solidified portion temperature of the short sub-irradiation path a may use, for example, a non-contact thermometer (thermography or the like). In that case, after the light beam irradiation of the short sub-irradiation path a is confirmed by the non-contact thermometer with a decrease in the solidified portion temperature in the short sub-irradiation path a, the light beam irradiation of the short sub-irradiation path b is performed subsequently You may
  • the light beam may be irradiated in the order of (1) ⁇ (2) ⁇ (3) ⁇ (long sub-irradiation path in the middle of them) Irradiation may be performed).
  • the generation of the "local ridge" can be prevented in the short sub-irradiation path region (the region where a plurality of short sub-irradiation paths exist in parallel).
  • a solidified layer of substantially uniform thickness can be obtained. Therefore, the powder layer formation after this can be suitably implemented also in this mode, and a three-dimensional shaped object of desired quality can be obtained efficiently finally.
  • “scanning the light beam separately” means that a plurality of short sub-illumination paths are adjacent to each other in parallel along a direction orthogonal to the path scanning direction. This means that the light beams are scanned by "flying" so that the short sub-irradiation paths are not continuously subjected to the light beam irradiation.
  • the hatching / path is newly generated with the outline of the predetermined area as the starting point. This means that the sub-irradiation path is reconstructed so that the short sub-irradiation path is located inside the model (within the predetermined area).
  • the “local bumps” can be reduced more effectively, and a solidified layer having a substantially uniform thickness as a whole can be obtained. That is, reconstruction of the sub-irradiation path as shown in FIG. 13 can avoid "local bumps", particularly "local bumps” due to the above phenomenon. Therefore, the powder layer formation after that can be suitably implemented also in this mode, and a three-dimensional shaped object of desired quality can be obtained efficiently finally.
  • the present invention as described above includes the following aspects: First aspect: (i) irradiating the light beam to a predetermined region of the powder layer by scanning the light beam to sinter or solidify the powder of the predetermined region to form a solidified layer; (ii ) Forming a new powder layer on the obtained solidified layer, and irradiating the light beam to a predetermined region of the new powder layer to form a further solidified layer, thereby repeating the powder layer formation and the solidified layer formation.
  • the irradiation path of the light beam in the predetermined area is divided into a plurality of sub-irradiation paths, whereby a short sub-irradiation path less than a predetermined length and a length equal to or longer than the predetermined length Sub-irradiation pass and is included, In the steps (i) and (ii), a method of manufacturing a three-dimensional shaped object, wherein the irradiation method of the light beam is changed according to the length of the sub-irradiation path.
  • Second aspect In the first aspect, the method for producing a three-dimensional shaped article, wherein the light beam energy to be provided is made smaller for the short sub-irradiation path than for the long sub-irradiation path.
  • Third aspect in the second aspect, in the short sub-irradiation path, the irradiation output of the light beam is made smaller than the long sub-irradiation path, the diameter of collected light beams is enlarged, or the path interval is The manufacturing method of the three-dimensional shaped article characterized by making it wide.
  • Fourth aspect in any one of the first to third aspects, the irradiation path is divided such that the short sub-irradiation path is positioned at the outermost periphery of the predetermined region of the powder layer.
  • the short sub-illumination paths A method of manufacturing a three-dimensional shaped article, characterized in that the light beam is scanned along the orthogonal direction so as to be longer than the path length of the irradiation path.
  • Seventh aspect in any one of the first to sixth aspects, in the case where the short sub-irradiation path a and the short sub-irradiation path b are adjacent to each other in a direction orthogonal to their path scanning direction, After the light beam irradiation to the short sub-irradiation path a, at least the solidified portion temperature in the short sub-irradiation path a decreases, and the light beam irradiation of the short sub-irradiation path b is subsequently performed.
  • a method of manufacturing a three-dimensional shaped object in the case where the short sub-irradiation path a and the short sub-irradiation path b are adjacent to each other in a direction orthogonal to their path scanning direction.
  • the light beam is arranged such that the short sub-irradiation paths adjacent to each other in parallel are not continuously subjected to the light beam irradiation
  • a method of manufacturing a three-dimensional shaped object characterized by: Ninth aspect : In any one of the first aspect to the eighth aspect, the outline of the predetermined area of the powder layer such that the short sub-irradiation path is not provided at the outermost peripheral edge of the predetermined area.
  • the three-dimensional shaped object to be obtained is a plastic injection molding die, a press die, a die casting die, It can be used as a mold such as a casting mold and a forging mold.
  • the powder layer is an organic resin powder layer and the solidified layer is a hardened layer
  • the obtained three-dimensional shaped object can be used as a resin molded product.
  • Powder / Powder Layer e.g. Metal Powder / Metal Powder Layer or Resin Powder / Resin Powder Layer
  • modeling table support table
  • shaping plate 22 powder layer (for example, metal powder layer or resin powder layer) 23
  • Squeegee blade 24 Solidified layer (eg sintered layer or hardened layer) or three-dimensional shaped object 25 obtained therefrom powder table 26 powder material tank wall portion 27 shaped tank wall portion 28 powder material tank 29 shaped tank 30
  • Light beam oscillator 31 Galvano mirror 32 Reflection mirror 33 Focusing lens 40 Milling head 41 XY drive mechanism 41a X axis drive unit 41b Y axis drive unit 42 Tool magazine 50 Chamber 52 Light transmission window L Light beam

Abstract

　照射パスが区分けされた条件で行う光ビーム照射で生じ得る"局所的隆起部"を減じる「三次元形状造形物の製造方法」を提供すること。本発明の製造方法は、（ｉ）光ビームを走査することによって粉末層の所定領域に光ビームを照射して前記所定領域の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および、（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、その新たな粉末層の所定領域に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程により粉末層形成および固化層形成を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、前記所定領域における光ビームの照射パスが、複数のサブ照射パスへと区分けされており、それによって、かかるサブ照射パスとして、所定長さ未満の短サブ照射パスと所定長さ以上の長サブ照射パスとが含まれており、工程（ｉ）および（ｉｉ）においては、サブ照射パスの長さに応じて光ビームの照射方法を変えることを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法である。

Description

三次元形状造形物の製造方法
　本発明は、三次元形状造形物の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、粉末層の所定領域に光ビームを照射して固化層を形成することを繰り返し実施することによって複数の固化層が積層一体化した三次元形状造形物を製造する方法に関する。
　従来より、粉末材料に光ビームを照射して三次元形状造形物を製造する方法（一般的には「粉末焼結積層法」と称される）が知られている。かかる方法では、「（ｉ）粉末層の所定領域に光ビームを照射することよって、かかる所定領域の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成し、（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を敷いて同様に光ビームを照射して更に固化層を形成する」といったことを繰り返して三次元形状造形物を製造している（特許文献１または特許文献２参照）。粉末材料として金属粉末やセラミック粉末などの無機質の粉末材料を用いた場合では、得られた三次元形状造形物を金型として用いることができる。一方、樹脂粉末やプラスチック粉末などの有機質の粉末材料を用いた場合では、得られた三次元形状造形物をモデルとして用いることができる。このような製造技術によれば、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することが可能である。
　粉末材料として金属粉末を用い、得られる三次元形状造形物を金型として用いる場合を例にとる。図１に示すように、まず、所定の厚みｔ１の粉末層２２を造形プレート２１上に形成した後（図１（ａ）参照）、光ビームを粉末層２２の所定領域に照射して、造形プレート２１上において固化層２４を形成する。そして、形成された固化層２４の上に新たな粉末層２２を敷いて再度光ビームを照射して新たな固化層を形成する。このように固化層を繰り返し形成すると、複数の固化層２４が積層一体化した三次元形状造形物を得ることができる（図１（ｂ）参照）。最下層に相当する固化層は造形プレート面に接着した状態で形成され得るので、三次元形状造形物と造形プレートとは相互に一体化した状態となり、そのまま金型として用いることができる。
特表平１－５０２８９０号公報 特開２０００－７３１０８号公報
　粉末焼結積層法において、本願発明者らは、複数のパスに分けて行う光ビーム照射時に、それに特有な現象が生じることを見出した。具体的には、図１４に示すように、光ビームの照射パスを複数のサブ照射パスに区分けし、その区分けされたサブ照射パスの単位で光ビーム照射を逐次的に実施していく際、固化層が局所的に隆起してしまう現象が生じることを見出した。特に、所定の長さ以下の短いサブ照射パスにおいて光ビームを逐次的に照射すると、固化層が局所的に隆起する傾向が強くなることが分かった。かかる局所的な隆起は、照射領域の周縁部（即ち、形成される固化層の外周部に相当する“粉末層の所定領域における周縁部分”）に短いサブ照射パスが位置する場合に特に顕著となる。特定の理論に拘束されるわけではないが、短いサブ照射パスでは、比較的温度が上昇し易く、そのため、粉末・固化部が溶けすぎてしまうことが要因の１つとして考えられる。つまり、溶けた粉末・固化部は、表面張力によって、ボール形状になり得るが、その溶ける量が多いと“ボール形状”が大きくなり、それが冷えて固まると“局所的隆起部”となってしまう。また、照射領域の周縁部に存在する短いサブ照射パスでは、光ビームの照射部分が隣接する粉末を巻き込んで溶融する傾向があり、表面張力などと相俟って凝集作用が局所的に生じることも“局所的隆起部”の要因として考えられる。
　上記のような“局所的隆起部”が生じてしまうと、次の層の粉末供給時にスキージング・ブレードがその局所的隆起部に衝突し、その結果、所望の粉末層が形成できなくなってしまう。つまり、粉末焼結積層法を継続して実施できなくなってしまう。
　本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の課題は、照射パスが区分けされた条件で行う光ビーム照射で生じ得る“局所的隆起部”を減じる「三次元形状造形物の製造方法」を提供することである。
　上記課題を解決するために、本発明では、
　（ｉ）光ビームを走査することによって粉末層の所定領域に光ビームを照射してその所定領域の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
　（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、その新たな粉末層の所定領域に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
を含み、該工程（ｉｉ）を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
　粉末層の前記所定領域における光ビームの照射パスが、複数のサブ照射パスへと区分けされており、それによって、サブ照射パスとして「所定長さ未満の短サブ照射パス」と「所定長さ以上の長サブ照射パス」とが含まれており、
　工程（ｉ）および（ｉｉ）では、サブ照射パスの長さに応じて光ビームの照射方法を変えることを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法が提供される。
　本発明の特徴は、区分けされたサブ照射パスの長さの“大小”に着目して好適な固化層形成を行うことである。
　ある好適な態様では、サブ照射パスのうち「所定長さ未満となる短サブ照射パス」については、「所定長さ以上の長サブ照射パス」よりも供される光ビーム・エネルギーを小さくする。特に、“短サブ照射パス”における光ビーム照射は、“長サブ照射パス”よりも光ビームの照射出力を小さくする、光ビームの集光径を大きくする、または、パス間隔を広くすることが好ましい。
　例えば本発明においては、“短サブ照射パス”が粉末層の所定領域の最外周縁に位置付けられるように照射パスの区分けがなされていてよい。
　ある好適な態様では、“短サブ照射パス”とそれに隣接する“長サブ照射パス”とを直列的に合わせることによって、別の長サブ照射パスを新たに構築する。
　別のある好適な態様では、複数の“短サブ照射パス”がそのパス走査方向と直交する方向に沿って相互に並列的に隣接して存在する場合、“短サブ照射パス”のパス長さよりも長くなるように前記“直交する方向”に沿って光ビームを走査する。
　更に別のある好適な態様において、“短サブ照射パスａ”と“短サブ照射パスｂ”とがそれらのパス走査方向と直交する方向に相互に隣接して存在する場合、“短サブ照射パスａ”への光ビーム照射後、少なくとも“短サブ照射パスａ”における固化部温度が低下してから、引き続いて行う“短サブ照射パスｂ”の光ビーム照射を実施する。
　更に別のある好適な態様では、“相互に並列的に隣接する短サブ照射パス同士が連続して光ビーム照射に付されることがないように、光ビームを離隔的に走査する。
　更に別のある好適な態様では、“短サブ照射パス”が粉末層の所定領域の最外周縁に設けられることがないように、“粉末層の所定領域の輪郭線”を基準にしてサブ照射パスの区分けを行う。
　本発明に従えば、“局所的隆起部（即ち、固化層の局所的隆起）”の発生を防止することができる。特に“短サブ照射パス”の領域での「局所的隆起部の発生」を防止することができる。つまり、本発明では“局所的隆起部”に起因した従来技術の不具合を回避することができる。それゆえ、例えば『粉末供給時にスキージング・ブレードが“局所的隆起部”に衝突してしまい、所望の粉末層を形成できない不具合』を回避することができる。また、『次に形成される粉末層の厚みが“局所的隆起部”に起因して局所的に変わってしまう』といった不具合も回避できる。
　つまり、光ビームの照射パスを複数のサブ照射パスに区分けし、その区分けされたサブ照射パスの単位で光ビーム照射を逐次的に行って固化層形成を実施したとしても、その各々の走査で形成される固化部はそれぞれ略均一な厚さとなる。つまり、全体としてみた場合に略均一な固化層が得られる。略均一な固化層が得られると、その次に行う「スキージング・ブレードのスライド移動による粉末層形成」を好適に実施することができ、かつ、それにより形成される粉末層の厚さを略一定にすることもできる（特に粉末層厚さが一定になると、かかる粉末層から得られる固化層につき固化密度の均一性などを確保し易くなる）。
　このように、本発明に従って固化層を形成すれば、以降の粉末層形成を好適に実施でき、最終的には所望品質の三次元形状造形物を効率的に得ることができる。
光造形複合加工機の動作を模式的に示した断面図 光造形（粉末焼結積層法）を実施するための装置を模式的に示した斜視図（図２（ａ）：切削機構を備えた複合装置、図２（ｂ）：切削機構を備えていない装置） 粉末焼結積層法が行われる態様を模式的に示した斜視図 粉末焼結積層法を実施できる光造形複合加工機の構成を模式的に示した斜視図 光造形複合加工機の動作のフローチャート 光造形複合加工プロセスを経時的に示した模式図 サブ照射パスとして「所定長さ未満の短サブ照射パス」と「所定長さ以上の長サブ照射パス」とが含まれるように区分けされた態様を模式的に表した図 サブ照射パスの長さに応じて光ビームの照射方法を変更する態様を表したグラフ図 “短サブ照射パスの直列的併合”の態様を模式的に表した図 “短サブ照射パス領域における直交走査”の態様を模式的に表した図 “冷却時間の制御”の態様を模式的に表した図 “短サブ照射パス領域における離隔的照射”の態様を模式的に表した図 “外形基準のサブパス形成”の態様を模式的に表した図 “局所的隆起部”が形成される態様を説明するための図（従来技術）
　以下では、図面を参照して本発明をより詳細に説明する（図面における寸法関係は、あくまでも例示であって、実際の寸法関係を反映するものではない）。
　本明細書において「粉末層」とは、例えば「金属粉末から成る金属粉末層」または「樹脂粉末から成る樹脂粉末層」などを指している。また「粉末層の所定領域」とは、製造される三次元形状造形物の領域を実質的に意味している。従って、かかる所定領域に存在する粉末に対して光ビームを照射することによって、その粉末が焼結又は溶融固化して三次元形状造形物の形状を構成することになる。更に「固化層」とは、粉末層が金属粉末層である場合には「焼結層」を実質的に意味しており、粉末層が樹脂粉末層である場合には「硬化層」を実質的に意味している。
［粉末焼結積層法］
　まず、本発明の製造方法の前提となる粉末焼結積層法について説明する。説明の便宜上、材料粉末タンクから材料粉末を供給し、スキージング・ブレードを用いて材料粉末を均して粉末層を形成する態様を前提として粉末焼結積層法を説明する。また、粉末焼結積層法に際しては造形物の切削加工をも併せて行う複合加工の態様を例に挙げて説明する（つまり、図２（ｂ）ではなく図２（ａ）に表す態様を前提とする）。図１，３および４には、粉末焼結積層法と切削加工とを実施できる光造形複合加工機の機能および構成が示されている。光造形複合加工機１は、「金属粉末および樹脂粉末などの粉末を所定の厚みで敷くことによって粉末層を形成する粉末層形成手段２」と「外周が壁２７で囲まれた造形タンク２９内において上下に昇降する造形テーブル２０」と「造形テーブル２０上に配され造形物の土台となる造形プレート２１」と「光ビームＬを任意の位置に照射する光ビーム照射手段３」と「造形物の周囲を削る切削手段４」とを主として備えている。粉末層形成手段２は、図１に示すように、「外周が壁２６で囲まれた材料粉末タンク２８内において上下に昇降する粉末テーブル２５」と「造形プレート上に粉末層２２を形成するためのスキージング・ブレード２３」とを主として有して成る。光ビーム照射手段３は、図３および図４に示すように、「光ビームＬを発する光ビーム発振器３０」と「光ビームＬを粉末層２２の上にスキャニング（走査）するガルバノミラー３１（スキャン光学系）」とを主として有して成る。必要に応じて、光ビーム照射手段３には、光ビームスポットの形状を補正するビーム形状補正手段（例えば一対のシリンドリカルレンズと、かかるレンズを光ビームの軸線回りに回転させる回転駆動機構とを有して成る手段）やｆθレンズなどが具備されている。切削手段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を切削箇所へと移動させるＸＹ駆動機構４１（４１ａ，４１ｂ）」とを主として有して成る（図３および図４参照）。
　光造形複合加工機１の動作を図１、図５および図６を参照して詳述する。図５は、光造形複合加工機の一般的な動作フローを示しており、図６は、光造形複合加工プロセスを模式的に簡易に示している。
　光造形複合加工機の動作は、粉末層２２を形成する粉末層形成ステップ（Ｓ１）と、粉末層２２に光ビームＬを照射して固化層２４を形成する固化層形成ステップ（Ｓ２）と、造形物の表面を切削する切削ステップ（Ｓ３）とから主に構成されている。粉末層形成ステップ（Ｓ１）では、最初に造形テーブル２０をΔｔ１下げる（Ｓ１１）。次いで、粉末テーブル２５をΔｔ１上げる。そして、図１（ａ）に示すように、スキージング・ブレード２３を、矢印Ａ方向に移動させ、粉末テーブル２５に配されていた粉末（例えば「平均粒径５μｍ～１００μｍ程度の鉄粉」または「平均粒径３０μｍ～１００μｍ程度のナイロン、ポリプロピレン、ＡＢＳ等の粉末」）を造形プレート２１上へと移送させつつ（Ｓ１２）、所定厚みΔｔ１に均して粉末層２２を形成する（Ｓ１３）。次に、固化層形成ステップ（Ｓ２）に移行する。固化層形成ステップ（Ｓ２）では、光ビーム発振器３０から光ビームＬ（例えば炭酸ガスレーザ（５００Ｗ程度）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（５００Ｗ程度）、ファイバレーザ（５００Ｗ程度）または紫外線など）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）、粉末を溶融させ、固化させて造形プレート２１と一体化した固化層２４を形成する（Ｓ２３）。光ビームは、空気中を伝達させることに限定されず、光ファイバーなどで伝送させてもよい。
　固化層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厚みになるまで粉末層形成ステップ（Ｓ１）と固化層形成ステップ（Ｓ２）とを繰り返し、固化層２４を積層する（図１（ｂ）参照）。尚、新たに積層される固化層は、焼結又は溶融固化に際して、既に形成された下層を成す固化層と一体化することになる。
　積層した固化層２４の厚みが所定の厚みになると、切削ステップ（Ｓ３）へと移行する。図１および図６に示すような態様ではミーリングヘッド４０を駆動させることによって切削ステップの実施を開始している（Ｓ３１）。例えば、ミーリングヘッド４０の工具（ボールエンドミル）が直径１ｍｍ、有効刃長さ３ｍｍである場合、深さ３ｍｍの切削加工ができるので、Δｔ１が０．０５ｍｍであれば、６０層の固化層を形成した時点でミーリングヘッド４０を駆動させる。ＸＹ駆動機構４１（４１ａ，４１ｂ）によってミーリングヘッド４０を矢印Ｘ及び矢印Ｙ方向に移動させ、積層した固化層２４から成る造形物の表面を切削加工する（Ｓ３２）。そして、三次元形状造形物の製造が依然終了していない場合では、粉末層形成ステップ（Ｓ１）へ戻ることになる。以後、Ｓ１乃至Ｓ３を繰り返して更なる固化層２４を積層することによって、三次元形状造形物の製造を行う（図６参照）。
　固化層形成ステップ（Ｓ２）における光ビームＬの照射経路と、切削ステップ（Ｓ３）における切削加工経路とは、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。例えば、固化層形成ステップ（Ｓ２）では、三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬデータを等ピッチ（例えばΔｔ１を０．０５ｍｍとした場合では０．０５ｍｍピッチ）でスライスした各断面の輪郭形状データを用いる。
［本発明の製造方法］
　本発明は、上述した粉末焼結積層法のなかでも、固化層の形成態様に特徴を有している。特に、粉末層の所定領域に光ビーム照射を施して固化層を形成する際のハッチング・パス（“所定領域”を塗りつぶすように光ビームを走査するための照射パス）および／または光ビーム照射条件に特徴を有している。具体的には、本発明においては、個々のハッチング・パスの長さ、即ち、個々の照射パスの長さに応じて光ビームの照射方法を変える。例えば図７に示すように、粉末層の照射領域（固化層形成のために光ビーム照射が施される粉末層領域）において「所定長さ未満の短サブ照射パス」と「所定長さ以上の長サブ照射パス」とに照射パスを区分けする場合、そのように区分けされた照射パスの長さに応じて光ビームの照射方法を変える。つまり、連続的に途切れずに光ビームが照射されるパス単位として「短い照射パス」と「長い照射パス」とを含む場合、そのようなパス単位の“長さ”に応じて光ビームの照射方法を変える。換言すれば、短い照射パスであるか、長い照射パスであるかによって光ビームの照射方法を変える。尚、照射パスをサブ照射パスへと区分け・分割する理由は、粉末層の所定領域の端から端まで光ビームを連続的に走査すると（例えば図７に示すような“端部ａ”から“端部ｂ”まで光ビームを連続的に走査すると）、固化層形成時の収縮（残留応力）が大きくなり、得られる造形物に反りが生じ易くなるからである（「J.P.Kruth, et al. :Selective laser melting of iron-based powder, Journal of Materials Processing Technology, Vol.149, No.1-3(2004), pp616-622」参照）。
　照射パスの区分けに際しては、図７に示すように、短サブ照射パスが粉末層の所定領域の最外周縁に位置付けられるように区分けしてもよい。上述したように、一般的には“最外周縁”（即ち粉末層における所定領域の周縁部）に短サブ照射パスが存在すると「局所的隆起部」を生じ易いといえるが、本発明の方法に従えば、そのような局所的隆起部の発生を効果的に減じることができるからである。
　本明細書で用いる「光ビームの照射方法を変える」とは、光ビームの走査速度のみを変化させる態様を除く“光ビームの照射態様の種々の変更”を意味している。つまり、本発明における「光ビームの照射方法を変える」には、光ビームの“走査速度”だけを変更する態様は含まれていない。
　本発明ではサブ照射パスの長さに応じて光ビーム・エネルギーの照射方法を変えてよい（図８（ａ）参照）。より具体的には、「所定長さ未満の短サブ照射パス」は、「所定長さ以上の長サブ照射パス」よりも光ビーム・エネルギーを小さくしてよい。つまり、短サブ照射パスにおける光ビームの照射エネルギーを、長サブ照射パスにおける光ビームの照射エネルギーよりも小さくしてよい。これによって、“局所的隆起部”の発生をより好適に防止することができる。例えば、短サブ照射パスにおいては、長サブ照射パスよりも光ビームの照射出力Ｐを小さくしてよい（図８（ｂ）参照）。このように照射出力Ｐを小さくすると、短サブ照射パス領域における光ビーム照射時の温度上昇を抑えることができる。また、短サブ照射パスでは長サブ照射パスよりも光ビームの集光径（スポット径φ）を大きくしてもよい（図８（ｃ）参照）。集光径を大きくすると、光ビーム照射のエネルギーが分散されるので、照射部が急加熱されにくくなるからである。更には、短サブ照射パスでは長サブ照射パスよりもパス間隔（並列的に位置する照射パスの間隔）を広くしてもよい（図８（ｃ）参照）。パス間隔を広くすると、光ビーム照射のエネルギーが分散され、照射部が急加熱されにくくなるからである。「照射出力Ｐを小さくすること」、「集光径を大きくすること」および「パス間隔を広くすること」は、必要に応じて相互に組み合わせて実施してもよい（更にいえば、このような「照射出力Ｐを小さくすること」、「集光径を大きくすること」および／または「パス間隔を広くすること」は、必要に応じて「光ビームの走査速度を変えること（例えば、光ビームの走査速度を速くすること）」と組み合わせて用いてもよい）。尚、あくまでも例示にすぎないが１つ具体例を示しておくと、長サブ照射パスの光ビーム照射条件が例えば下記のような条件となる場合、かかる条件に対して「照射出力Ｐを小さくすること」、「集光径を大きくすること」および「パス間隔を広くすること」（また場合によっては「光ビームの走査速度を変えること」）を加味した条件で “短サブ照射パスの光ビーム照射”を実施すればよい。

・長サブ照射パスの条件例（レーザー種類：ＣＯ ２ レーザ、粉末層厚み：０．０５ｍｍ、パス長さ：５ｍｍ）

　・照射出力（Ｗ）：１００～１０００
　・集光径（ｍｍ）：０．１～２．０
　・パス間隔（ｍｍ）：０．０１～２．０
　ここで、“短サブ照射パス”と“長サブ照射パス”とを区別する閾値の「所定長さ」は、例えば、０．１～２．０ｍｍ（例えば、１．５ｍｍ）、好ましくは０．１～１．０ｍｍ（例えば０．５ｍｍ）であってよい。これにつき例示すると、例えば閾値が１．５ｍｍの場合、その１．５ｍｍ未満の長さとなるパスが「短サブ照射パス」に相当する一方、１．５ｍｍ以上の長さとなるパスが「長サブ照射パス」に相当する。長サブ照射パスの最大長さは例えば３ｍｍ～１５ｍｍ程度であってよい。
　照射パスを区分けする粉末焼結積層法において「局所的隆起部」を減じる態様は、種々のものが考えられる。例えば、光ビームの照射パスを“短サブ照射パス”と“長サブ照射パス”とに区分けする本発明の製造方法においては、以下で説明する手法で「局所的隆起部」を減じることができる。
（短サブ照射パスの直列的併合）
　“短サブ照射パスの直列的併合”の態様を図９に示す。かかる態様では、短サブ照射パスとそれに隣接する長サブ照射パスとを直列的に合わせ、それによって、別の長サブ照射パスを新たに構築する。これにより、実際の光ビーム照射時にて粉末層の所定領域の照射パスとして“短サブ照射パス”が存在しなくなる。“短サブ照射パス”が存在しなくなると、そのような短いパスに起因する“局所的隆起部”を回避することができ、全体として略均一な厚さの固化層を得ることができる。その結果、以降の粉末層形成を好適に実施でき、最終的に所望品質の三次元形状造形物を効率的に得ることができる。
　図９に示す態様から分かるように、対象となる“短サブ照射パス”の走査方向において、それと隣り合う“長サブ照射パス”が存在する場合、それらの“短サブ照射パス”と“長サブ照射パス”とを１つのサブ照射パスと捉えて光ビーム照射を実施する。それゆえ、本発明でいう「直列的に合わせる」といった表現は、同じパス方向に沿って相互に隣接するサブ照射パス同士について、それらの区分けを取り外して１つの別の新たなサブ照射パスを生成することを実質的に意味している。
（短サブ照射パス領域における直交走査）
　“短サブ照射パス領域における直交走査”の態様を図１０に示す。かかる態様では、短いサブ照射領域が複数存在する局所的領域にて、短サブ照射パスのパス長さよりも長くなるように、そのパスと直交するように光ビームの走査を行う。具体的には、複数の短サブ照射パスがそのパス走査方向と直交する方向に沿って相互に並列的に隣接している場合、その短サブ照射パスのパス長さよりも長くなるように、短いパスの走査方向と直交する方向に沿って光ビームを走査する（図１０参照）。つまり、かかる態様では、短サブ照射パスの領域における光ビーム走査方向を、その他の領域における光ビームの走査方向と変えて光ビーム照射を実施する。
　このように短サブ照射領域で走査方向を変えると、“局所的隆起部”の発生を効果的に回避することができ、全体として略均一な厚さの固化層を得ることができる。つまり、以降の粉末層形成を好適に実施でき、最終的に所望品質の三次元形状造形物を効率的に得ることができる。
　ちなみに、ここでいう「直交する方向」とは、必ずしも「短サブ照射パスの走査方向」に対して９０°である必要はなく、それから僅かにずれた方向（例えば９０°±２０°の範囲内でずれた方向、場合によっては９０°±１０°の範囲内でずれた方向）であってもよい。
（冷却時間の制御）
　“冷却時間の制御”の態様を図１１に示す。かかる態様では、短いパス領域の温度が下がってから隣の短いパスの光ビーム照射を行う。具体的には図示するように、短サブ照射パスａと短サブ照射パスｂとがそれらのパス走査方向と直交する方向に相互に隣接して存在する場合、短サブ照射パスａに対する光ビーム照射後、少なくとも短サブ照射パスａにおける固化部温度が低下してから、引き続いて行う短サブ照射パスｂの光ビーム照射を実施する。例えば、短サブ照射パスａの光ビーム照射を完了してから所定時間の経過後（例えば５０～７００ｍｓ経過してから、好ましくは８０～６００ｍｓ経過してから）、短サブ照射パスｂの光ビーム照射を開始する。
　このように“先行する短サブ照射パスの固化部の冷却時間”を考慮すると、 “局所的隆起部”の発生を減じることができ、全体として略均一な厚さの固化層を得ることができる。よって、本態様によっても、以降の粉末層形成を好適に実施でき、最終的に所望品質の三次元形状造形物を効率的に得ることができる。
　短サブ照射パスａの固化部温度の測定は、例えば非接触式温度計（サーモグラフィーなど）を用いてよい。その場合、短サブ照射パスａの光ビーム照射後に非接触式温度計で短サブ照射パスａにおける固化部温度の低下を確認してから、引き続いて行う短サブ照射パスｂの光ビーム照射を実施してよい。
（短サブ照射パス領域における離隔的照射）
　“短サブ照射パス領域における離隔的照射”の態様を図１２に示す。かかる態様では、隣接して存在する短いパス同士が連続して照射されないようにする。具体的には、相互に並列的に隣接する短サブ照射パス同士が連続して光ビーム照射に付されることがないように、光ビームの走査を離隔的に行う。
　換言すれば、複数の短サブ照射パスがそのパス走査方向と直交する方向に沿って相互に並列的に隣接している場合、そのように並列的に相互に隣接する短サブ照射パス同士が続けて照射されないようにする。例えば、並列的な短サブ照射パスにつき、１本飛ばして照射し、次いで、その飛ばした間を埋めるように光ビームを照射してよい。また、図１２に示す態様を参照して説明すると、添数字（１）→（２）→（３）・・の順序に従って光ビームの照射を実施してよい（それらの途中で長サブ照射パスの照射が行われてもよい）。
　このように離隔的に光ビーム照射を実施すると、短サブ照射パス領域（並列的に複数の短サブ照射パスが存在する領域）において“局所的隆起部”の発生を防止することができ、全体として略均一な厚さの固化層を得ることができる。よって、本態様でも以降の粉末層形成を好適に実施でき、最終的に所望品質の三次元形状造形物を効率的に得ることができる。
　ちなみに、本発明において「光ビームを離隔的に走査する」とは、複数の短サブ照射パスがそのパス走査方向と直交する方向に沿って相互に並列的に隣接している場合、相互に隣接する短サブ照射パス同士が続けて光ビーム照射に付されることがないように光ビームを“飛ばして”走査する態様を意味している。
（外形基準のサブパス形成）
　“外形基準のサブパス形成”の態様を図１３に示す。かかる態様では、所定領域の最外周縁に短サブ照射パスが設けられることのないように、“粉末層の所定領域の輪郭線”を基準にしてサブ照射パスの区分けを行う。
　照射領域の周縁部に存在する短いサブ照射パスでは、光ビームの照射部分が隣接する粉末を巻き込んで溶融する現象が発生し得、それゆえ、表面張力などと相俟った凝集作用が生じることが考えられる。つまり、照射領域の周縁部の短いサブ照射パスでは、照射領域の内部よりも“局所的な隆起部”が特に発生し易いといえる。そこで、本態様では、図１３に示すように、モデル端部（粉末層の“所定領域”の周縁部分）に短いパスが出ないように、所定領域の輪郭線を基準にハッチング・パスを新たに生成する。即ち、所定領域の輪郭線を始点としてハッチング・パスを新たに生成する。これは、短いサブ照射パスがモデル内部（所定領域の内部）に位置付けられるようにサブ照射パスを再構築することを意味している。
　このように所定領域の内部に短い照射パスが位置付けられると、“局所的隆起部”をより効果的に減じることができ、全体として略均一な厚さの固化層を得ることができる。つまり、図１３に示すようにサブ照射パスを再構築すると、“局所的隆起部”、特に上記現象に起因した“局所的隆起部”を回避できる。よって、かかる態様でも以降の粉末層形成を好適に実施でき、最終的に所望品質の三次元形状造形物を効率的に得ることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎない。従って、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を当業者は容易に理解されよう。
　例えば、“局所的隆起部”を防止するために説明した上記の各種態様は、それぞれ個別に実施してもよいものの、それらを相互に組み合わせて実施してもよい。
　尚、上述のような本発明は、次の態様を包含している：
　第１態様：（ｉ）光ビームを走査することによって粉末層の所定領域に前記光ビームを照射して前記所定領域の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
　（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定領域に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
を通じて粉末層形成および固化層形成を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
　前記所定領域における前記光ビームの照射パスが、複数のサブ照射パスへと区分けされており、それによって、該サブ照射パスとして、所定長さ未満の短サブ照射パスと該所定長さ以上の長サブ照射パスとが含まれており、
　前記工程（ｉ）および（ｉｉ）においては、前記サブ照射パスの長さに応じて、該光ビームの照射方法を変えることを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。
　第２態様：上記第１態様において、前記短サブ照射パスについては、前記長サブ照射パスよりも、供される光ビーム・エネルギーを小さくすることを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
　第３態様：上記第２態様において、前記短サブ照射パスにおいては、前記長サブ照射パスよりも前記光ビームの照射出力を小さくする、光ビームの集光径を大きくする、または、パス間隔を広くすることを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
　第４態様：上記第１態様～第３態様のいずれかにおいて、前記短サブ照射パスが前記粉末層の前記所定領域の最外周縁に位置付けられるように、前記照射パスが前記区分けされていることを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
　第５態様：上記第１態様～第４態様のいずれかにおいて、前記短サブ照射パスとそれに隣接する前記長サブ照射パスとを直列的に合わせることによって、別の長サブ照射パスを新たに構築することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
　第６態様：上記第１態様～第５態様のいずれかにおいて、複数の前記短サブ照射パスがそのパス走査方向と直交する方向に沿って相互に並列的に隣接している場合、前記短サブ照射パスのパス長さよりも長くなるように前記直交する方向に沿って前記光ビームを走査することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
　第７態様：上記第１態様～第６態様のいずれかにおいて、短サブ照射パスａと短サブ照射パスｂとがそれらのパス走査方向と直交する方向に相互に隣接して存在する場合、前記短サブ照射パスａへの光ビーム照射後、少なくとも該短サブ照射パスａにおける固化部温度が低下してから、引き続いて行う前記短サブ照射パスｂの光ビーム照射を実施することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
　第８態様：上記第１態様～第７態様のいずれかにおいて、相互に並列的に隣接する前記短サブ照射パス同士が連続して光ビーム照射に付されることがないように、前記光ビームを離隔的に走査することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
　第９態様：上記第１態様～第８態様のいずれかにおいて、前記短サブ照射パスが、前記所定領域の最外周縁に設けられることがないように、前記粉末層の前記所定領域の輪郭線を基準にして前記サブ照射パスの前記区分けを行うことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
　本発明の三次元形状造形物の製造方法を実施することによって、種々の物品を製造することができる。例えば、『粉末層が無機質の金属粉末層であって、固化層が焼結層となる場合』では、得られる三次元形状造形物を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、鋳造金型、鍛造金型などの金型として用いることができる。また、『粉末層が有機質の樹脂粉末層であって、固化層が硬化層となる場合』では、得られる三次元形状造形物を樹脂成形品として用いることができる。
関連出願の相互参照
　本出願は、日本国特許出願第２０１２－１５３７３８号（出願日：２０１２年７月９日、発明の名称：「三次元形状造形物の製造方法」）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。
１　　光造形複合加工機
２　　粉末層形成手段
３　　光ビーム照射手段
４　　切削手段
１９　粉末／粉末層（例えば金属粉末/金属粉末層または樹脂粉末／樹脂粉末層）
２０　造形テーブル（支持テーブル）
２１　造形プレート
２２　粉末層（例えば金属粉末層または樹脂粉末層）
２３　スキージング用ブレード
２４　固化層（例えば焼結層または硬化層）またはそれから得られる三次元形状造形物
２５　粉末テーブル
２６　粉末材料タンクの壁部分
２７　造形タンクの壁部分
２８　粉末材料タンク
２９　造形タンク
３０　光ビーム発振器
３１　ガルバノミラー
３２　反射ミラー
３３　集光レンズ
４０　ミーリングヘッド
４１　ＸＹ駆動機構
４１ａ　Ｘ軸駆動部
４１ｂ　Ｙ軸駆動部
４２　ツールマガジン
５０　チャンバー
５２　光透過窓
Ｌ　光ビーム

Claims (9)

  1. 　（ｉ）光ビームを走査することによって粉末層の所定領域に前記光ビームを照射して前記所定領域の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
    　（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定領域に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
    により粉末層形成および固化層形成を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
    　前記所定領域における前記光ビームの照射パスが、複数のサブ照射パスへと区分けされており、それによって、該サブ照射パスとして、所定長さ未満の短サブ照射パスと該所定長さ以上の長サブ照射パスとが含まれており、
    　前記工程（ｉ）および（ｉｉ）においては、前記サブ照射パスの長さに応じて、該光ビームの照射方法を変えることを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。
  2. 　前記短サブ照射パスについては、前記長サブ照射パスよりも、供される光ビーム・エネルギーを小さくすることを特徴とする、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  3. 　前記短サブ照射パスにおいては、前記長サブ照射パスよりも前記光ビームの照射出力を小さくする、光ビームの集光径を大きくする、または、パス間隔を広くすることを特徴とする、請求項２に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  4. 　前記短サブ照射パスが前記粉末層の前記所定領域の最外周縁に位置付けられるように、前記照射パスが前記区分けされていることを特徴とする、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  5. 　前記短サブ照射パスとそれに隣接する前記長サブ照射パスとを直列的に合わせることによって、別の長サブ照射パスを新たに構築することを特徴とする、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  6. 　複数の前記短サブ照射パスがそのパス走査方向と直交する方向に沿って相互に並列的に隣接している場合、前記短サブ照射パスのパス長さよりも長くなるように前記直交する方向に沿って前記光ビームを走査することを特徴とする、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  7. 　短サブ照射パスａと短サブ照射パスｂとがそれらのパス走査方向と直交する方向に相互に隣接して存在する場合、前記短サブ照射パスａへの光ビーム照射後、少なくとも該短サブ照射パスａにおける固化部温度が低下してから、引き続いて行う前記短サブ照射パスｂの光ビーム照射を実施することを特徴とする、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  8. 　相互に並列的に隣接する前記短サブ照射パス同士が連続して光ビーム照射に付されることがないように、前記光ビームを離隔的に走査することを特徴とする、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  9. 　前記短サブ照射パスが、前記所定領域の最外周縁に設けられることがないように、前記粉末層の前記所定領域の輪郭線を基準にして前記サブ照射パスの前記区分けを行うことを特徴とする、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
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