WO2017221913A1 - 三次元形状造形物の製造方法 - Google Patents

三次元形状造形物の製造方法 Download PDF

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暁史 中村
吉田　徳雄
阿部　諭
不破　勲
雅憲 森本
功康 中島
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a three-dimensional shaped object. More specifically, the present disclosure relates to a method for manufacturing a three-dimensional shaped object that forms a solidified layer by irradiating a powder layer with a light beam.
  • a method for producing a three-dimensional shaped object by irradiating a powder material with a light beam has been conventionally known.
  • a three-dimensional shaped object is manufactured by alternately repeating powder layer formation and solidified layer formation based on the following steps (i) and (ii) (see Patent Document 1 or Patent Document 2). .
  • (I) A step of irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam and sintering or melting and solidifying the powder at the predetermined portion to form a solidified layer.
  • the obtained three-dimensional shaped object can be used as a mold.
  • organic resin powder is used as the powder material, the obtained three-dimensional shaped object can be used as various models.
  • a metal powder is used as a powder material and a three-dimensional shaped object obtained thereby is used as a mold.
  • the squeezing blade 23 is moved to transfer the powder 19 to form a powder layer 22 having a predetermined thickness on the modeling plate 21 (see FIG. 9A).
  • the solidified layer 24 is formed from the powder layer by irradiating a predetermined portion of the powder layer with the light beam L (see FIG. 9B).
  • a new powder layer is formed on the obtained solidified layer and irradiated with a light beam again to form a new solidified layer.
  • the solidified layer 24 is laminated (see FIG.
  • the inventors of the present application have a three-dimensional shaped object and a modeling plate that supports the three-dimensional shaped object. It was found that it was affected by the heat caused by. Specifically, it has been found that when the amount of heat input during formation of the solidified layer becomes excessive, internal stress is generated in the three-dimensional shaped object. In other words, if the heat input to the powder melt resulting from the irradiation of the light beam, the solidified layer obtained from it, or the modeling plate that forms the foundation thereof becomes excessive, it becomes a three-dimensional shaped product or an integrated product of it and the modeling plate. Internal stress can occur.
  • the present invention has been made in view of such circumstances. That is, the main subject of this invention is providing the powder bed fusion
  • a method for manufacturing a product In order to form a solidified layer, there is provided a method for producing a three-dimensional shape shaped article, which includes performing a wettability treatment for increasing the wettability of the surface of the modeling plate or the solidified layer formed most recently.
  • warping or cracking of the three-dimensional shaped object can be more suitably reduced. More specifically, the amount of heat input when forming the solidified layer can be reduced by “wetting treatment”. Therefore, in one embodiment of the present invention, internal stress that can be generated in a three-dimensional shaped object can be reduced, and the occurrence of warpage or cracks in the three-dimensional shaped object can be further suppressed.
  • Sectional drawing which showed typically the aspect in which a solidified layer is formed on the surface where wettability processing was performed
  • Schematic cross-sectional view for explaining one aspect of surface high temperature
  • Schematic cross-sectional view for explaining surface reduction treatment Graph for explaining matters found by the inventors of the present application
  • Sectional drawing (FIG. 9 (a): powder layer formation
  • FIG. 9 (c)) schematically showing a process aspect of stereolithography combined processing in which the powder bed fusion bonding method is performed. : Stacking of solidified layers)
  • the perspective view which showed the composition of the optical modeling compound processing machine typically Flow chart showing general operation of stereolithography combined processing machine Sectional drawing which showed the aspect of the powder melt on the conditions where the wettability process is not performed typically
  • powder layer means, for example, “a metal powder layer made of metal powder” or “a resin powder layer made of resin powder”.
  • the “predetermined portion of the powder layer” substantially refers to the region of the three-dimensional shaped object to be manufactured. Therefore, by irradiating the powder existing at the predetermined location with a light beam, the powder is sintered or melted and solidified to form a three-dimensional shaped object.
  • solidified layer means “sintered layer” when the powder layer is a metal powder layer, and means “cured layer” when the powder layer is a resin powder layer.
  • the “up and down” direction described directly or indirectly in the present specification is based on, for example, the positional relationship between the modeling plate and the three-dimensional modeled object when the three-dimensional modeled object is manufactured.
  • the side on which the three-dimensional shaped object is manufactured with reference to the modeling plate is defined as “upward”, and the opposite side is defined as “downward”.
  • FIG. 9 schematically shows a process aspect of the optical modeling combined processing.
  • FIG. 10 and FIG. 11 respectively show flowcharts of the main configuration and operation of the stereolithography combined processing machine capable of performing the powder bed fusion bonding method and the cutting process.
  • the stereolithography combined processing machine 1 includes a powder layer forming means 2, a light beam irradiation means 3, and a cutting means 4, as shown in FIG.
  • the powder layer forming means 2 is means for forming a powder layer by spreading a powder such as a metal powder or a resin powder with a predetermined thickness.
  • the light beam irradiation means 3 is a means for irradiating a predetermined portion of the powder layer with the light beam L.
  • the cutting means 4 is a means for cutting the side surface of the laminated solidified layer, that is, the surface of the three-dimensional shaped object.
  • the powder layer forming means 2 mainly includes a powder table 25, a squeegeeing blade 23, a support table 20, and a modeling plate 21.
  • the powder table 25 is a table that can be moved up and down in a powder material tank 28 whose outer periphery is surrounded by a wall 26.
  • the squeezing blade 23 is a blade that can move in the horizontal direction to obtain the powder layer 22 by supplying the powder 19 on the powder table 25 onto the support table 20.
  • the support table 20 is a table that can be moved up and down in a modeling tank 29 whose outer periphery is surrounded by a wall 27.
  • the modeling plate 21 is a plate that is arranged on the support table 20 and serves as a base for a three-dimensional modeled object.
  • the light beam irradiating means 3 mainly includes a light beam oscillator 30 and a galvanometer mirror 31 as shown in FIG.
  • the light beam oscillator 30 is a device that emits a light beam L.
  • the galvanometer mirror 31 is means for scanning the emitted light beam L into the powder layer 22, that is, scanning means for the light beam L.
  • the cutting means 4 mainly includes an end mill 40 and a drive mechanism 41 as shown in FIG.
  • the end mill 40 is a cutting tool for cutting the side surface of the laminated solidified layer, that is, the surface of the three-dimensional shaped object.
  • the drive mechanism 41 is means for moving the end mill 40 to a desired location to be cut.
  • the operation of the stereolithography combined processing machine 1 includes a powder layer forming step (S1), a solidified layer forming step (S2), and a cutting step (S3), as shown in the flowchart of FIG.
  • the powder layer forming step (S1) is a step for forming the powder layer 22.
  • the support table 20 is lowered by ⁇ t (S11) so that the level difference between the upper surface of the modeling plate 21 and the upper end surface of the modeling tank 29 becomes ⁇ t.
  • the squeezing blade 23 is moved in the horizontal direction from the powder material tank 28 toward the modeling tank 29 as shown in FIG.
  • the powder 19 arranged on the powder table 25 can be transferred onto the modeling plate 21 (S12), and the powder layer 22 is formed (S13).
  • the powder material for forming the powder layer 22 include “metal powder having an average particle diameter of about 5 ⁇ m to 100 ⁇ m” and “resin powder such as nylon, polypropylene, or ABS having an average particle diameter of about 30 ⁇ m to 100 ⁇ m”. it can.
  • the solidified layer forming step (S2) is a step of forming the solidified layer 24 by light beam irradiation.
  • the light beam L is emitted from the light beam oscillator 30 (S21), and the light beam L is scanned to a predetermined location on the powder layer 22 by the galvano mirror 31 (S22).
  • the powder at a predetermined location of the powder layer 22 is sintered or melted and solidified to form a solidified layer 24 as shown in FIG. 9B (S23).
  • a carbon dioxide laser, an Nd: YAG laser, a fiber laser, an ultraviolet ray, or the like may be used.
  • the powder layer forming step (S1) and the solidified layer forming step (S2) are alternately repeated. As a result, a plurality of solidified layers 24 are laminated as shown in FIG.
  • the cutting step (S3) is a step for cutting the side surface of the laminated solidified layer 24, that is, the surface of the three-dimensional shaped object.
  • the cutting step is started by driving the end mill 40 (see FIG. 9C and FIG. 10) (S31). For example, when the end mill 40 has an effective blade length of 3 mm, a cutting process of 3 mm can be performed along the height direction of the three-dimensional shaped object.
  • the end mill 40 is driven. Specifically, a cutting process is performed on the side surface of the laminated solidified layer 24 while the end mill 40 is moved by the drive mechanism 41 (S32).
  • One aspect of the production method of the present invention is characterized by the formation of a solidified layer with respect to the above-described powder bed fusion bonding method.
  • the light beam is irradiated after processing related to “wetting” for forming the solidified layer.
  • wettability treatment is performed to increase the wettability of the surface of the “modeling plate” or “the most recently formed solidified layer” for forming the solidified layer.
  • “Wettability” as used herein refers broadly to the wettability of the foundation surface for forming a solidified layer. In the narrow sense, “wetability” means the wettability of the surface of the shaping plate or the solidified layer formed most recently, especially wettability to the powder melt that can occur when the powder layer is irradiated with a light beam. ing.
  • the “solidified layer formed most recently” refers to the solidified layer located at the uppermost layer among the preceding solidified layers already formed at the time of solidified layer formation.
  • a wettability treatment for increasing wettability is performed on a base surface for forming a solidified layer (that is, a “modeling plate” or a “surface of a solidified layer formed most recently”).
  • a base surface for forming a solidified layer that is, a “modeling plate” or a “surface of a solidified layer formed most recently”.
  • wettability treatment so that the high wettability area
  • wettability treatment may be partially performed on the modeling plate or the surfaces 21 ′ and 24 ′ of the solidified layer formed most recently.
  • the high wettability region 60 is formed only in the region where the solidified layer is formed among the surfaces 21 ′ and 24 ′ of the solidified layer formed on the modeling plate or most recently, that is, the modeling region of the three-dimensional shaped object.
  • the wettability treatment may be performed as shown (see FIG. 2). That is, the modeling area for the three-dimensional shaped object may correspond to the high wettability area 60.
  • the powder melt generated when the powder layer is irradiated with the light beam is affected. More specifically, the powder melt 62 generated during the light beam irradiation easily spreads in the high wettability region 60, and a solidified layer is formed in a relatively short time (see FIG. 3).
  • the powder melt 62 can be expanded and solidified while reducing the thickness after being spheroidized. If the wettability of the “surface 21 ′, 24 ′ of the solidified layer formed on the modeling plate or most recently” is not high, the spheroidization of the powder melt 62 is relatively easily maintained until the powder melt 62 spreads.
  • the energy of light beam irradiation increases.
  • the wettability of “the surface 21 ′, 24 ′ of the solidified layer formed on the modeling plate or most recently” as in the present invention is high, the spheroidization of the powder melt 62 becomes relatively difficult to maintain and the powder melting The time until the object 62 spreads is short, and as a result, the energy of the light beam irradiation can be reduced. This is because the powder melt 62 generated during light beam irradiation tends to spread out in the high wettability region 60, and even if the power of the light beam (more specifically, “energy amount per unit time”) is the same.
  • the scanning speed of the light beam can be increased in the wettability region 60, and the solidified layer can be formed in a relatively short time (see FIG. 3). Therefore, in the manufacturing method of the present invention, the amount of heat input resulting from the light beam irradiation at the time of forming the solidified layer is reduced. In other words, the powder melt 62 tends to be kept spheroidized by the surface tension particularly under conditions where the wettability treatment is not performed (see FIG. 12), and solidified layer formation is caused by such spheroidization. Takes a relatively long time.
  • a solidified layer is formed in a relatively short time due to the powder melt 62 that can be spheroidized once but spread quickly. See), and the amount of heat input caused by light beam irradiation can be reduced.
  • the manufacturing method of the present invention since the amount of heat input resulting from light beam irradiation is reduced, in one aspect of the manufacturing method of the present invention, it is possible to further suppress the warpage of the three-dimensional shaped object or the generation of cracks in the three-dimensional shaped object. . That is, when the heat provided to the solidified layer or the base modeling plate due to the light beam irradiation becomes excessive, internal stress can be generated in the three-dimensional shaped object. In the present invention, such excessive heat is generated. Can be avoided. In particular, in the present invention, such excessive heat can be reduced through the wettability treatment, so that the internal stress that can be generated in the three-dimensional shaped object can be reduced more suitably. As a result, it is possible to more suitably prevent warping of the three-dimensional shaped object or cracks in the three-dimensional shaped object.
  • FIGS. 4A and 4B an exemplary embodiment of the manufacturing method of the present invention will be described over time.
  • wettability treatment is performed on the surface 21 ′ of the modeling plate 21.
  • the wettability treatment may be performed on the entire surface, or may be performed only on the surface region where the solidified layer is formed.
  • the powder layer 22 is formed on the high wettability region 60 and irradiated with the light beam L (see FIG. 4C). As shown in FIGS.
  • the powder melt 62 generated by the irradiation with the light beam L spreads wet in the surface region where the wettability treatment has been performed (that is, the high wettability region 60). become. That is, since the powder melt 62 spreads over the entire surface region in a shorter time, a solidified layer is formed with a reduced amount of heat input. Thereafter, similarly, it is preferable to perform wettability treatment that further increases wettability on the surface of the formed solidified layer. As a result, during the subsequent formation of the solidified layer, similarly, the powder melt wets and spreads in a relatively short time, and the solidified layer can be formed while reducing the amount of heat input.
  • the powder melt generated during light beam irradiation forms a solidified layer after wetting and spreading in the high wettability region, so that the solidified layer can be thinner than the powder layer. That is, in a certain aspect of the present invention, the solidified layer 24 formed from the powder layer on the surface subjected to the wettability treatment has a smaller thickness than the powder layer 22 (see FIG. 5). On the other hand, under conditions where wettability treatment is not performed, the powder melt tends to be kept spheroidized longer due to surface tension (see FIG. 12), and solidifies due to such spheroidization. The layer is difficult to thin. Therefore, it can be said that one of the features of the present invention is that the solidified layer can be thinner than the powder layer.
  • “surface smoothing” or “surface temperature rise” may be performed as the wettability treatment.
  • a polishing process may be performed.
  • the polishing process may be buffing.
  • the surface of the modeling plate or the solidified layer formed most recently is subjected to light beam irradiation with a relatively small irradiation energy, and the surface is heated with heat generated by the light beam irradiation.
  • the surface temperature may be raised by, for example, 1 to 100 ° C. higher than before the temperature increase due to the temperature increase.
  • the temperature of the surface may be raised by obliquely making the light beam incident on the powder layer when forming the solidified layer by light beam irradiation.
  • the solidified layer 24 is formed by obliquely irradiating the light beam so as to form an angle from the vertically downward direction
  • the surface portion on the extension line of the incident direction of the light beam L is light. Since it is affected by the beam L, the temperature of the portion can be increased. Therefore, when the oblique light beam irradiation is performed as described above, the temperature of the surface (the surface of the solidified layer 21 ′, 24 ′ formed most recently) is increased while the solidified layer 24 is formed.
  • a wettability region can be formed.
  • oxidation treatment or reduction treatment may be performed for forming a desired high wettability region.
  • Oxidation treatment For the treatment of “the surface of the modeling plate or the most recently formed solidified layer”, when the oxidized surface area exhibits higher wettability than the area that is not oxidized as such, An oxidation treatment may be performed as the “wetting treatment” in the present invention.
  • the powder melt generated by light beam irradiation at the time of forming the solidified layer tends to wet and spread in the oxidized surface region, and as a result, the amount of heat input at the time of forming the solidified layer can be reduced.
  • Oxidation treatment can be carried out in various ways. For example, you may perform an oxidation process by apply
  • an oxidizing agent for example, an ink jet method may be used. That is, the oxidizing agent may be applied by spraying the oxidizing agent from the ink jet print head onto the surface. Thereby, selective oxidation can be performed with relatively high accuracy.
  • the oxidizing agent is not particularly limited, but for example, hydrogen peroxide water may be used.
  • the surface of the modeling plate or the most recently formed solidified layer may be subjected to local heating in an oxidizing gas atmosphere.
  • a movable covering member 80 having a light-transmitting top surface surrounds the atmosphere in the vicinity of “the surface of the modeling plate or the solidified layer formed most recently”, and the movable covering member. 80 may be filled with an oxidizing gas, and the surface may be irradiated with a light beam in that state. Since the portion irradiated with the light beam is heated, an oxide film is selectively formed only at that portion, and oxidation is performed. In such an aspect, the local oxidation treatment can be performed with relatively high accuracy by controlling the irradiation of the light beam.
  • the oxidizing gas is not particularly limited.
  • oxygen gas may be used (the entire atmosphere gas in the movable cover member 80 does not need to be oxygen gas, and other gas components are additionally included). May be).
  • Reduction treatment For the treatment for “the surface of the modeling plate or the most recently formed solidified layer”, if the reduced surface area exhibits higher wettability than the area that has not been subjected to such treatment, this The reduction treatment may be performed as “wetting treatment” in the invention. In such a case, the powder melt generated by light beam irradiation at the time of solidified layer formation tends to wet and spread in the reduced surface region, and as a result, the amount of heat input at the time of solidified layer formation can be reduced.
  • the reduction treatment can be performed in various ways.
  • the reduction treatment may be performed by applying a reducing agent to “the surface of the modeling plate or the closest solidified layer formed”. That is, when a natural oxide film is formed on the target surface due to air or the like, a reducing agent may be applied to the surface and the oxide film may be removed by a reducing action.
  • a reducing agent for example, an ink jet method may be used. That is, the reducing agent may be applied by spraying an oxidizing agent against the surface from an inkjet print head.
  • the reduction process can be performed with relatively high accuracy.
  • limit limit as a reducing agent, For example, you may use an aldehyde agent or a flux agent.
  • the surface reduction treatment may be performed by subjecting the “surface of the modeling plate or the solidified layer formed most recently” to heating in a reducing gas atmosphere.
  • a movable covering member 80 having a light-transmitting top surface surrounds the atmosphere in the vicinity of the “surface of the modeling plate or the solidified layer formed closest”, and the movable covering member. 80 may be filled with a reducing gas, and the surface may be irradiated with a light beam in that state. Since the surface region irradiated with the light beam is heated, the oxide film in that region is removed and reduction is performed. In such a case, the reduction process can be performed with relatively high accuracy by controlling the irradiation of the light beam.
  • reducing gas for example, hydrogen gas may be used (it is not necessary to make all the atmospheric gas in movable covering member 80 into hydrogen gas, and other gas components are included additionally. May be).
  • the manufacturing method of the present invention it can be said that it is preferable to perform the wettability treatment by forming at least one solidified layer corresponding to the first to 100th layers on the modeling plate.
  • the amount of heat input can be reduced by forming the solidified layer in the vicinity of the interface, and as a result, the warpage of the three-dimensional shaped object can be more effectively suppressed.
  • the graph of FIG. 8 referred to above was obtained with the following powder bed melt bonding method: ⁇ Powder: Iron-based mixed powder with an average particle size of 50 ⁇ m ⁇ Powder layer thickness: about 0.05 mm ⁇ Light beam irradiation energy density: 5 J / mm 2 to 15 J / mm 2 ⁇ Material of modeling plate: Carbon steel (S50C) ⁇ Overall dimensions of modeling plate: 125 mm (horizontal width dimension) x 125 mm (vertical width dimension) x 8 mm (height dimension)
  • oxidation treatment or reduction treatment may be performed in advance on the powder used in the powder bed fusion bonding method (that is, the powder used for forming the powder layer and thus used for forming the solidified layer).
  • First aspect (i) a step of irradiating a predetermined portion of the powder layer on the modeling plate with a light beam to sinter or melt and solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) obtained.
  • a new powder layer is formed on the solidified layer, and a powder layer formation and a solidified layer formation are alternately repeated by a process of forming a further solidified layer by irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam.
  • a method for manufacturing a three-dimensional shaped object A method for producing a three-dimensional shaped object, comprising performing a wettability treatment for increasing the wettability of the surface of the solidified layer or the solidified layer formed closest to forming the solidified layer.
  • Second aspect A method for producing a three-dimensional shaped object in the first aspect, wherein the surface is smoothed or the surface is heated as the wettability treatment.
  • Third aspect A method for producing a three-dimensional shaped article in the first aspect or the second aspect, wherein the surface is oxidized or reduced as the wettability treatment.
  • Fourth aspect In any one of the first to third aspects, the solidified layer formed from the powder layer on the surface subjected to the wettability treatment has a smaller thickness than the powder layer. The manufacturing method of a three-dimensional shaped object.
  • Various articles can be manufactured by carrying out the method for manufacturing a three-dimensional shaped object of the present invention.
  • the three-dimensional shaped article when the three-dimensional shaped article is made of a metal material, the three-dimensional shaped article can be used as a mold such as a plastic injection mold, a press mold, a die casting mold, a casting mold, or a forging mold. it can.
  • the three-dimensional shaped article when the three-dimensional shaped article is made of a resin material, the three-dimensional shaped article can be used as a resin molded product.
  • Modeling plate 22 Powder layer 24 Solidified layer 21 ′, 24 ′ Surface L of the modeled plate or the closest solidified layer formed Light beam

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Abstract

三次元形状造形物の反りまたはクラックをより好適に減じることができる粉末床溶融結合法を提供する。粉末層形成および固化層形成を交互に繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法を提供する。本発明の製造方法では、固化層形成のために、造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面の濡れ性を高くする濡れ性処理を行う。

Description

三次元形状造形物の製造方法
　本開示は、三次元形状造形物の製造方法に関する。より詳細には、本開示は、粉末層への光ビーム照射によって固化層を形成する三次元形状造形物の製造方法に関する。
　光ビームを粉末材料に照射することを通じて三次元形状造形物を製造する方法（一般的には「粉末床溶融結合法」と称される）は、従来より知られている。かかる方法は、以下の工程（ｉ）および（ｉｉ）に基づいて粉末層形成と固化層形成とを交互に繰り返し実施して三次元形状造形物を製造する（特許文献１または特許文献２参照）。
　（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射し、かかる所定箇所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。
　（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、同様に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程。
　このような製造技術に従えば、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となる。粉末材料として無機質の金属粉末を用いる場合、得られる三次元形状造形物を金型として使用することができる。一方、粉末材料として有機質の樹脂粉末を用いる場合、得られる三次元形状造形物を各種モデルとして使用することができる。
　粉末材料として金属粉末を用い、それによって得られる三次元形状造形物を金型として使用する場合を例にとる。図９に示すように、まず、スキージング・ブレード２３を動かして粉末１９を移送させて造形プレート２１上に所定厚みの粉末層２２を形成する（図９（ａ）参照）。次いで、粉末層の所定箇所に光ビームＬを照射して粉末層から固化層２４を形成する（図９（ｂ）参照）。引き続いて、得られた固化層の上に新たな粉末層を形成して再度光ビームを照射して新たな固化層を形成する。このようにして粉末層形成と固化層形成とを交互に繰り返し実施すると固化層２４が積層することになり（図９（ｃ）参照）、最終的には積層化した固化層から成る三次元形状造形物を得ることができる。最下層として形成される固化層２４は造形プレート２１と結合した状態になるので、三次元形状造形物と造形プレートとは一体化物を成すことになり、その一体化物を金型として使用することができる。
特表平１－５０２８９０号公報 特開２０００－７３１０８号公報
　上記のような粉末床溶融結合法において、本願発明者らは、三次元形状造形物が光ビームの照射を通じて製造されるものであるため、三次元形状造形物およびそれを支える造形プレートは光ビームによる熱の影響を少なからず受けることを見出した。具体的には、固化層形成時の入熱量が過度になると、三次元形状造形物に内部応力が生じてしまうことを見出した。つまり、光ビームの照射に起因した粉末溶融物、それから得られる固化層、またはそれらの土台となる造形プレートへの入熱が過度になると、三次元形状造形物またはそれと造形プレートとの一体化物に内部応力が発生し得る。それゆえ、造形プレートを固定しているボルトを外すと内部応力に起因してプレートごと三次元形状造形物が反る現象が生じ得る。また、三次元形状造形物に対して放電加工または切削加工などの後処理を施す場合では内部応力に起因して三次元形状造形物にクラックが発生し得る。
　本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものである。すなわち、本発明の主たる課題は、三次元形状造形物の反りまたはクラックをより好適に減じることができる粉末床溶融結合法を提供することである。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様では、
　（ｉ）造形プレート上の粉末層の所定箇所に光ビームを照射して当該所定箇所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箇所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交互に繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
　固化層形成のために、造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面の濡れ性を高くする濡れ性処理を行うことを含む、三次元形状造形物の製造方法が提供される。
　本発明の製造方法の一態様では、三次元形状造形物の反りまたはクラックをより好適に減じることができる。より具体的には、“濡れ性処理”によって固化層形成時の入熱量を減じることができる。したがって、本発明の一態様では、三次元形状造形物に発生し得る内部応力を減じることができ、三次元形状造形物の反りまたはクラックの発生をより抑制できる。
表面の濡れ性を高くする濡れ性処理を説明するための模式的平面図 表面に部分的に行われる濡れ性処理を説明するための模式的平面図 高濡れ性領域における粉末溶融物の濡れ広がりを説明するための模式的断面図 本発明の製造方法の一態様における概念を模式的に示した工程断面図（図４（ａ）：造形プレートの表面、図４（ｂ）：表面への濡れ性処理、図４（ｃ）：高濡れ性領域上での光ビーム照射、図４（ｄ）：粉末溶融物の発生、図４（ｅ）：粉末溶融物の濡れ広がり） 濡れ性処理が行われた表面上で固化層が形成される態様を模式的に示した断面図 表面の高温化の一態様を説明するための模式的断面図 表面の還元処理を説明するための模式的断面図 本願発明者らが見出した事項を説明するためのグラフ 粉末床溶融結合法が実施される光造形複合加工のプロセス態様を模式的に示した断面図（図９（ａ）：粉末層形成、図９（ｂ）：固化層形成、図９（ｃ）：固化層の積層化） 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一般的な動作を示すフローチャート 濡れ性処理が行われていない条件下の粉末溶融物の態様を模式的に示した断面図
　以下では、図面を参照して本発明の一実施形態をより詳細に説明する。図面における各種要素の形態および寸法は、あくまでも例示にすぎず、実際の形態および寸法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」を意味している。また「粉末層の所定箇所」とは、製造される三次元形状造形物の領域を実質的に指している。従って、かかる所定箇所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」を意味し、粉末層が樹脂粉末層である場合には「硬化層」を意味している。
　また、本明細書で直接的または間接的に説明される“上下”の方向は、例えば三次元形状造形物の製造時における造形プレートと三次元形状造形物との位置関係に基づいている。具体的には、造形プレートを基準にして三次元形状造形物が製造される側を「上方向」とし、その反対側を「下方向」としている。
［粉末床溶融結合法］
　まず、本発明の製造方法の前提となる粉末床溶融結合法について説明する。特に粉末床溶融結合法において三次元形状造形物に対して切削処理を付加的に行う光造形複合加工を例として挙げる。図９は、光造形複合加工のプロセス態様を模式的に示している。図１０および図１１は、粉末床溶融結合法と切削処理とを実施できる光造形複合加工機の主たる構成および動作のフローチャートをそれぞれ示している。
　光造形複合加工機１は、図１０に示すように、粉末層形成手段２、光ビーム照射手段３および切削手段４を備えている。
　粉末層形成手段２は、金属粉末または樹脂粉末などの粉末を所定厚みで敷くことによって粉末層を形成するための手段である。光ビーム照射手段３は、粉末層の所定箇所に光ビームＬを照射するための手段である。切削手段４は、積層化した固化層の側面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るための手段である。
　粉末層形成手段２は、図９に示すように、粉末テーブル２５、スキージング・ブレード２３、支持テーブル２０および造形プレート２１を主に有して成る。粉末テーブル２５は、外周が壁２６で囲まれた粉末材料タンク２８内にて上下に昇降できるテーブルである。スキージング・ブレード２３は、粉末テーブル２５上の粉末１９を支持テーブル２０上へと供して粉末層２２を得るべく水平方向に移動できるブレードである。支持テーブル２０は、外周が壁２７で囲まれた造形タンク２９内にて上下に昇降できるテーブルである。そして、造形プレート２１は、支持テーブル２０上に配され、三次元形状造形物の土台となるプレートである。
　光ビーム照射手段３は、図１０に示すように、光ビーム発振器３０およびガルバノミラー３１を主に有して成る。光ビーム発振器３０は、光ビームＬを発する機器である。ガルバノミラー３１は、発せられた光ビームＬを粉末層２２にスキャニングする手段、すなわち、光ビームＬの走査手段である。
　切削手段４は、図１０に示すように、エンドミル４０および駆動機構４１を主に有して成る。エンドミル４０は、積層化した固化層の側面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るための切削工具である。駆動機構４１は、エンドミル４０を所望の切削すべき箇所へと移動させる手段である。
　光造形複合加工機１の動作について詳述する。光造形複合加工機１の動作は、図１１のフローチャートに示すように、粉末層形成ステップ（Ｓ１）、固化層形成ステップ（Ｓ２）および切削ステップ（Ｓ３）から構成されている。粉末層形成ステップ（Ｓ１）は、粉末層２２を形成するためのステップである。かかる粉末層形成ステップ（Ｓ１）では、まず支持テーブル２０をΔｔ下げ（Ｓ１１）、造形プレート２１の上面と造形タンク２９の上端面とのレベル差がΔｔとなるようにする。次いで、粉末テーブル２５をΔｔ上げた後、図９（ａ）に示すようにスキージング・ブレード２３を粉末材料タンク２８から造形タンク２９に向かって水平方向に移動させる。これによって、粉末テーブル２５に配されていた粉末１９を造形プレート２１上へと移送させることができ（Ｓ１２）、粉末層２２の形成が行われる（Ｓ１３）。粉末層２２を形成するための粉末材料としては、例えば「平均粒径５μｍ～１００μｍ程度の金属粉末」および「平均粒径３０μｍ～１００μｍ程度のナイロン、ポリプロピレンまたはＡＢＳ等の樹脂粉末」を挙げることができる。粉末層２２が形成されたら、固化層形成ステップ（Ｓ２）へと移行する。固化層形成ステップ（Ｓ２）は、光ビーム照射によって固化層２４を形成するステップである。かかる固化層形成ステップ（Ｓ２）においては、光ビーム発振器３０から光ビームＬを発し（Ｓ２１）、ガルバノミラー３１によって粉末層２２上の所定箇所へと光ビームＬをスキャニングする（Ｓ２２）。これによって、粉末層２２の所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させ、図９（ｂ）に示すように固化層２４を形成する（Ｓ２３）。光ビームＬとしては、炭酸ガスレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ファイバレーザまたは紫外線などを用いてよい。
　粉末層形成ステップ（Ｓ１）および固化層形成ステップ（Ｓ２）は、交互に繰り返して実施する。これにより、図９（ｃ）に示すように複数の固化層２４が積層化する。
　積層化した固化層２４が所定厚みに達すると（Ｓ２４）、切削ステップ（Ｓ３）へと移行する。切削ステップ（Ｓ３）は、積層化した固化層２４の側面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るためのステップである。エンドミル４０（図９（ｃ）および図１０参照）を駆動させることによって切削ステップが開始される（Ｓ３１）。例えば、エンドミル４０が３ｍｍの有効刃長さを有する場合、三次元形状造形物の高さ方向に沿って３ｍｍの切削処理を行うことができるので、Δｔが０．０５ｍｍであれば６０層分の固化層２４が積層した時点でエンドミル４０を駆動させる。具体的には駆動機構４１によってエンドミル４０を移動させながら、積層化した固化層２４の側面に対して切削処理を施すことになる（Ｓ３２）。このような切削ステップ（Ｓ３）の最終では、所望の三次元形状造形物が得られているか否かを判断する（Ｓ３３）。所望の三次元形状造形物が依然得られていない場合では、粉末層形成ステップ（Ｓ１）へと戻る。以降、粉末層形成ステップ（Ｓ１）～切削ステップ（Ｓ３）を繰り返し実施して更なる固化層の積層化および切削処理を実施することによって、最終的に所望の三次元形状造形物が得られる。
［本発明の製造方法］
　本発明の製造方法の一態様は、上述した粉末床溶融結合法につき、固化層の形成態様に特徴を有している。
　具体的には、固化層形成のために“濡れ性”に関連する処理を行ってから、光ビームの照射を行う。特に、固化層形成のために「造形プレート」または「最直近で形成された固化層」の表面の濡れ性を高くする濡れ性処理を行う。
　本明細書にいう「濡れ性」は、広義には、固化層形成のための土台面の濡れ性のことを指している。狭義には、「濡れ性」は、造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面の濡れ性であって、特に粉末層への光ビーム照射で生じ得る粉末溶融物に対する濡れ性を意味している。なお、「最直近で形成された固化層」とは、固化層形成時において既に形成された先行の固化層のうち最も上層に位置する固化層のことを指している。
　本発明の製造方法では固化層形成のための土台面（すなわち、「造形プレート」または「最直近で形成された固化層の表面」）に対して濡れ性を高くする濡れ性処理を行う。あくまでも例示にすぎないが、図１に示すように、造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面２１'，２４'に高濡れ性領域６０が全体的に形成されるように濡れ性処理を行ってよい。あるいは、造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面２１'，２４'に対して部分的に濡れ性処理を行ってもよい。例えば、造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面２１'，２４'のなかでも固化層が形成される領域、すなわち、三次元形状造形物の造形領域にのみ高濡れ性領域６０が形成されるように濡れ性処理を行ってよい（図２参照）。つまり、三次元形状造形物のための造形領域が高濡れ性領域６０に相当するようにしてよい。
　濡れ性処理が行われた場合、粉末層への光ビーム照射時に生じる粉末溶融物が影響を受けることになる。より具体的には、光ビーム照射時に生じる粉末溶融物６２は高濡れ性領域６０において濡れ広がり易くなり、比較的短時間で固化層が形成される（図３参照）。粉末床溶融結合法で粉末層から所望の固化層が形成される際には、粉末溶融物６２は球状化を経た後で厚みを減じつつ広がって固化し得る。「造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面２１'，２４'」の濡れ性が高くないと、粉末溶融物６２の球状化が相対的に維持され易くなり粉末溶融物６２が広がるまでに時間を要し、結果として光ビーム照射のエネルギーが増してしまう。一方、本発明の如く「造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面２１'，２４'」の濡れ性が高いと、粉末溶融物６２の球状化は相対的に維持され難くなり粉末溶融物６２が広がるまでの時間が短く、結果として光ビーム照射のエネルギーの低減を図ることができる。これは、光ビーム照射時に生じる粉末溶融物６２は高濡れ性領域６０では濡れ広がりやすく、光ビームのパワー（より具体的には「単位時間当たりのエネルギー量」）が同じであっても、高濡れ性領域６０で光ビームの走査スピードを速くすることができ、比較的短時間で固化層を形成できることを意味している（図３参照）。従って、本発明の製造方法では固化層形成時の光ビーム照射に起因する入熱量が減じられることになる。換言すれば、濡れ性処理が行われない条件下では粉末溶融物６２は特に表面張力によって球状化が維持される傾向があり（図１２参照）、そのような球状化に起因して固化層形成は比較的長い時間を要することになる。これに対して、本発明に従って濡れ性処理が行われると、球状化を一旦経り得るものの直ぐに濡れ広がる粉末溶融物６２に起因して比較的短い時間で固化層が形成されるので（図３参照）、光ビーム照射に起因する入熱量を減じることができる。
　このように光ビーム照射に起因する入熱量が減じられるので、本発明の製造方法の一態様では、三次元形状造形物の反りまたは三次元形状造形物におけるクラックの発生をより抑制することができる。つまり、光ビーム照射に起因して固化層またはその土台の造形プレートにもたらされる熱が過度になる場合では三次元形状造形物に内部応力が発生し得るところ、本発明ではそのような過度な熱を回避できる。特に本発明ではそのような過度な熱を濡れ性処理を通じて減じることができるので、三次元形状造形物に発生し得る内部応力をより好適に減じることができる。結果として三次元形状造形物の反りまたは三次元形状造形物におけるクラックをより好適に防止できる。
　図４を参照して本発明の製造方法の例示的な態様を経時的に説明する。まず、図４（ａ）および４（ｂ）に示すように、造形プレート２１の表面２１'に対して濡れ性処理を施す。つまり、かかる表面２１'の濡れ性をより高くするための濡れ性処理を行って高濡れ性領域６０を形成する。濡れ性処理は表面全体に施してよく、あるいは、固化層が形成される表面領域にのみ限定して施してもよい。次いで、高濡れ性領域６０上に粉末層２２を形成して光ビームＬを照射する（図４（ｃ）参照）。光ビームＬの照射によって生じる粉末溶融物６２は、図４（ｄ）および４（ｅ）に示すように、濡れ性処理が行われた表面領域（すなわち、高濡れ性領域６０）で濡れ広がることになる。つまり、より短時間でかかる表面領域の全体に粉末溶融物６２が行き渡るので、入熱量を減じた状態で固化層が形成される。それ以降は、同様にして、形成された固化層の表面に対して濡れ性をより高くする濡れ性処理を行うことが好ましい。これによって、以降の固化層形成時においても同様に比較的短時間で粉末溶融物の濡れ広がりが生じ、入熱量を減じて固化層の形成を行うことができる。
　本発明の製造方法では、光ビーム照射時に生じる粉末溶融物は高濡れ性領域で濡れ広がってから固化層を成すことになるので、その固化層は粉末層よりも薄くなり得る。つまり、本発明のある態様では、濡れ性処理が行われた表面上において粉末層から形成される固化層２４は、その粉末層２２よりも小さい厚みを有する（図５参照）。これに対して、濡れ性処理が行われていない条件下では粉末溶融物は表面張力によって球状化がより長く維持される傾向があり（図１２参照）、そのような球状化に起因して固化層は薄くなり難い。従って、固化層が粉末層よりも薄くなり得ることは本発明の特徴の１つといえる。
　本発明の製造方法においては、濡れ性処理として“表面の滑面化”または“表面の昇温”を行ってよい。
　“表面の滑面化”の場合、滑面は高い濡れ性を呈する高濡れ性領域を成し得るので、「造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面」を滑面化することが好ましい。滑面化処理としては、例えば研磨処理を行ってよい。特に制限するわけではないが、研磨処理はバフ研磨であってよい。
　“表面の昇温”の場合、より高温化された面は高い濡れ性を呈し得るので、「造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面」を昇温することが好ましい。例えば、「造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面」を比較的小さい照射エネルギーの光ビーム照射に付し、かかる光ビーム照射に起因してもたらされる熱でもって表面を昇温させてよい。あくまでも例示にすぎないが、昇温によって表面温度を昇温前よりも例えば１～１００℃高くしてよい。
　なお、表面の昇温は、光ビーム照射による固化層形成時に粉末層への光ビームの入射を斜めに行うことによって実施してもよい。具体的には、図６に示すように、鉛直下向き方向から角度を成すように光ビーム照射を斜めにして固化層２４を形成する場合、光ビームＬの入射方向の延長線上の表面部分が光ビームＬの影響を受けるので、その部分を高温化させることができる。よって、そのように斜めの光ビーム照射を行うと、固化層２４の形成を行いつつ表面（造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面２１'，２４'）の昇温を行って高濡れ性領域を形成できる。
　本発明の製造方法では、所望の高濡れ性領域の形成のために酸化処理または還元処理を行ってもよい。
（酸化処理）
　「造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面」に対する処理について、酸化処理された表面領域が、そのように酸化処理がされていない領域と比べて高い濡れ性を呈することになる場合、本発明における“濡れ性処理”として酸化処理を実施してよい。かかる場合、固化層形成時の光ビーム照射で生じる粉末溶融物は酸化処理された表面領域で濡れ広がり易くなり、その結果、固化層形成時における入熱量を減じることができる。
　酸化処理は種々の態様で実施することができる。例えば、造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面に対して酸化剤を塗布することによって、酸化処理を行ってもよい。つまり、所望の表面領域にのみ酸化剤を塗布して、その塗布部分に酸化膜を形成してよい。このような酸化剤の塗布のために、例えばインクジェット法を用いてよい。つまり、インクジェットプリントヘッドから酸化剤を表面に対して吹き付けることによって酸化剤を塗布してよい。これにより、比較的精度良く選択的な酸化を施すことができる。酸化剤としては、特に制限するわけではないが、例えば過酸化水素水を用いてよい。
　また、造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面を酸化ガス雰囲気下で局所的な加熱に付すことによって行ってもよい。例えば、図７に示すように、光透過性の天面を備えた可動式覆い部材８０で「造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面」の近傍雰囲気を囲い、その可動式覆い部材８０内を酸化ガスで満たし、その状態で表面に光ビームを照射してよい。光ビームが照射された箇所は加熱されるので、その箇所のみ選択的に酸化膜が形成され、酸化がなされることになる。かかる態様では、光ビームの照射を制御することによって、比較的精度良く局所的な酸化処理を行うことができる。酸化ガスとしては、特に制限するわけではないが、例えば酸素ガスを用いてよい（可動式覆い部材８０内の雰囲気ガスの全てを酸素ガスにする必要はなく、他のガス成分が付加的に含まれていてもよい）。
（還元処理）
　「造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面」に対する処理について、還元処理された表面領域が、そのような処理がされていない領域と比べて高い濡れ性を呈することになる場合、本発明における“濡れ性処理”として還元処理を実施してよい。かかる場合、固化層形成時の光ビーム照射で生じる粉末溶融物は還元処理された表面領域で濡れ広がり易くなり、その結果、固化層形成時における入熱量を減じることができる。
　還元処理は種々の態様で実施することができる。例えば、「造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面」に対して還元剤を塗布することによって、還元処理を行ってよい。つまり、対象となる表面に空気などに起因して自然酸化膜が形成されている場合では還元剤を表面に塗布して、酸化膜を還元作用で除去してよい。このような還元剤の塗布のために、例えばインクジェット法を用いてよい。つまり、インクジェットプリントヘッドから酸化剤を表面に対して吹き付けることによって還元剤を塗布してよい。これにより、比較的精度良く還元処理を行うことができる。還元剤としては、特に制限するわけではないが、例えばアルデヒド剤またはフラックス剤などを用いてよい。
　また、「造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面」を還元ガス雰囲気下で加熱に付すことによって表面の還元処理を行ってもよい。例えば、図７に示すように、光透過性の天面を備えた可動式覆い部材８０で「造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面」の近傍雰囲気を囲み、その可動式覆い部材８０内を還元ガスで満たし、その状態で表面に光ビームを照射してよい。光ビームが照射された表面領域は加熱されるので、その領域の酸化膜が除去され、還元がなされることになる。かかる場合、光ビームの照射を制御することによって、比較的精度良く還元処理を行うことができる。還元ガスとしては、特に制限するわけではないが、例えば水素ガスを用いてよい（可動式覆い部材８０内の雰囲気ガスの全てを水素ガスにする必要はなく、他のガス成分が付加的に含まれていてもよい）。
　粉末床溶融結合法において三次元形状造形物に発生する内部応力について本願発明者らが見出した事項について付言しておく。典型的な粉末床溶融結合法では“造形プレートと三次元形状造形物との界面領域”の近傍に内部応力（特に三次元形状造形物に反りをもたらす内部応力）が発生して残留する傾向がある。具体的には、図８のグラフに示すように、典型的な粉末床溶融結合法では造形プレート上に固化層を約１００層積層するまでの過程において内部応力が蓄積し易い。したがって、かかる事項を本発明の製造方法に好適に適用すれば、造形プレート上の第１層～第１００層に相当する固化層の少なくとも１つの形成で濡れ性処理を行うことが好ましいといえる。これによって、そのような界面近傍の固化層の形成で入熱量を減じることができ、結果として三次元形状造形物の反りをより効果的に抑制することができる。
　上記で言及した図８のグラフは、以下の粉末床溶融結合法で得られたものである：
　・粉末：平均粒径５０μmの鉄系混合粉末
　・粉末層厚さ：約０．０５ｍｍ
　・光ビームの照射エネルギー密度：５Ｊ／ｍｍ２～１５Ｊ／ｍｍ２
　・造形プレートの材質：炭素鋼（Ｓ５０Ｃ）
　・造形プレートの全体寸法：１２５ｍｍ（横幅寸法）×１２５ｍｍ（縦幅寸法）×８mｍ（高さ寸法）
　以上、本発明の実施形態について説明してきたが、それは本発明の適用範囲のうちの典型例を示したに過ぎない。従って、本発明は、上記にて説明した実施形態に限定されず、種々の変更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、光ビーム照射時に生じる粉末溶融物に対する表面の濡れ性（すなわち、造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面の濡れ性）の程度をより好適なものとするために、粉末を前処理に付しておいてもよい。例えば、粉末床溶融結合法に用いる粉末（すなわち、粉末層形成に用いられ、ひいては固化層形成に供される粉末）に対して酸化処理または還元処理などを予め施しておいてもよい。
　尚、上述のような本発明は、次の好適な態様を包含している。
　第１態様：（ｉ）造形プレート上の粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該所定箇所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、該新たな粉末層の所定箇所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交互に繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
　前記固化層形成のために、前記造形プレートまたは最直近で形成された前記固化層の表面の濡れ性を高くする濡れ性処理を行うことを含む、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、前記濡れ性処理として前記表面の滑面化または該表面の昇温を行う、三次元形状造形物の製造方法。
　第３態様：上記第１態様または第２態様において、前記濡れ性処理として前記表面を酸化処理または還元処理する、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、前記濡れ性処理が行われた前記表面上において前記粉末層から形成される前記固化層は、該粉末層よりも小さい厚みを有する、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、三次元形状造形物が金属材料から成る場合、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。一方、三次元形状造形物が樹脂材料から成る場合、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２０１６－１２３８６４号（出願日：２０１６年６月２２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。
２１　　　　　造形プレート
２２　　　　　粉末層
２４　　　　　固化層
２１'，２４'　造形プレートまたは最直近で形成された固化層の表面
Ｌ　　　　　　光ビーム

Claims (3)

  1. 　（ｉ）造形プレート上の粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該所定箇所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、該新たな粉末層の所定箇所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交互に繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
    　前記固化層形成のために、前記造形プレートまたは最直近で形成された前記固化層の表面の濡れ性を高くする濡れ性処理を行うことを含む、三次元形状造形物の製造方法。
  2. 前記濡れ性処理として前記表面の滑面化または該表面の昇温を行う、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  3. 前記濡れ性処理として前記表面を酸化処理または還元処理する、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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WO2012124828A1 (ja) * 2011-03-17 2012-09-20 パナソニック株式会社 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
WO2015145844A1 (ja) * 2014-03-28 2015-10-01 株式会社日立製作所 レーザ粉末積層造形装置及びレーザ粉末積層造形方法及び３次元積層造形装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012124828A1 (ja) * 2011-03-17 2012-09-20 パナソニック株式会社 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
WO2015145844A1 (ja) * 2014-03-28 2015-10-01 株式会社日立製作所 レーザ粉末積層造形装置及びレーザ粉末積層造形方法及び３次元積層造形装置

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