WO2018097298A1 - 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

Info

Publication number
WO2018097298A1
WO2018097298A1 PCT/JP2017/042445 JP2017042445W WO2018097298A1 WO 2018097298 A1 WO2018097298 A1 WO 2018097298A1 JP 2017042445 W JP2017042445 W JP 2017042445W WO 2018097298 A1 WO2018097298 A1 WO 2018097298A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
base
solidified
solidified layer
layer
shaped object
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/042445
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
暁史 中村
吉田 徳雄
功康 中島
Original Assignee
パナソニックIpマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックIpマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックIpマネジメント株式会社
Priority to US16/463,723 priority Critical patent/US11453054B2/en
Priority to CN201780073174.2A priority patent/CN109996628B/zh
Priority to JP2018553006A priority patent/JP6778887B2/ja
Priority to DE112017006012.5T priority patent/DE112017006012T5/de
Publication of WO2018097298A1 publication Critical patent/WO2018097298A1/ja

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227Driving means
    • B29C64/232Driving means for motion along the axis orthogonal to the plane of a layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/25Direct deposition of metal particles, e.g. direct metal deposition [DMD] or laser engineered net shaping [LENS]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30Platforms or substrates
    • B22F12/37Rotatable
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10Sintering only
    • B22F3/105Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • B22F3/16Both compacting and sintering in successive or repeated steps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/007Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of moulds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205Means for applying layers
    • B29C64/209Heads; Nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227Driving means
    • B29C64/236Driving means for motion in a direction within the plane of a layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227Driving means
    • B29C64/241Driving means for rotary motion
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20Direct sintering or melting
    • B22F10/28Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53Nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28BSHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/30Producing shaped prefabricated articles from the material by applying the material on to a core or other moulding surface to form a layer thereon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/227Driving means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the present disclosure relates to a method of manufacturing a three-dimensional shaped object. More specifically, the present disclosure relates to a method of manufacturing a three-dimensional shaped object in which a plurality of solidified layers are sequentially formed by light beam irradiation.
  • a method for producing a three-dimensional shaped object by sequentially forming a plurality of solidified layers by light beam irradiation is conventionally known. Such methods include “powder bed melt bonding method” and “LMD (Laser Metal Deposition) method”.
  • powder layer formation and solidified layer formation are alternately repeated based on the following steps (i) and (ii) to produce a three-dimensional shaped object.
  • the three-dimensional shaped object obtained can be used as a mold.
  • the three-dimensional shaped object obtained can be used as various models.
  • the squeegeeing blade 23 is moved to form a powder layer 22 of a predetermined thickness on the shaping plate 21 (see FIG. 7A).
  • a predetermined portion of the powder layer 22 is irradiated with the light beam L to form a solidified layer 24 from the powder layer 22 (see FIG. 7B).
  • a new powder layer is formed on the obtained solidified layer, and the light beam is irradiated again to form a new solidified layer.
  • the solidified layer 24 is laminated (see FIG. 7C), and finally, the three-dimensional structure of the laminated solidified layer 24 is obtained.
  • a shaped object can be obtained. Since the solidified layer 24 formed as the lowermost layer is in a state of being bonded to the shaping plate 21, the three-dimensional shaped object and the shaping plate 21 form an integral body, and the integral is used as a mold, for example. be able to.
  • the LMD (Laser Metal Deposition) method is a method of forming a solidified layer by, for example, substantially simultaneously supplying a raw material and irradiating a light beam on a shaping plate. Comparing the powder bed fusion bonding method and the LMD method described above, the powder bed fusion bonding method has a feature that the shape accuracy of the solidified layer can be relatively high while the time for forming the solidified layer is relatively long. . On the other hand, the LMD method is characterized in that while the shape accuracy of the solidified layer is relatively low, the time for forming the solidified layer can be relatively shortened.
  • the process proceeds to a cutting step, and finally, a three-dimensional shape shaping of a desired shape consisting of the laminated solidified layer.
  • a three-dimensional shape shaping of a desired shape consisting of the laminated solidified layer You can get things.
  • the solidified layer formed as the lowermost layer is in a state of being bonded to the modeling plate, the three-dimensional shaped article and the modeling plate form an integral product, and the integrated product can be used as a mold, for example.
  • the present inventors particularly produce a three-dimensional shaped object with a hollow region inside. It has been found that the following problems can occur. Specifically, in the LMD method, a new solidified layer is formed by substantially simultaneously supplying the raw material 19 'and irradiating the light beam L' as described above (see FIG. 8). The supply of the raw material 19 'and the irradiation of the light beam L' need to be performed on the already formed solidified layer 24 'as a base as shown in FIG. In other words, in the region 50 ′ (corresponding to the hatched portion in FIG.
  • the object of the present invention is to be able to more suitably manufacture a three-dimensional shaped object having a hollow region inside, even when the supply of the raw material and the light beam irradiation are performed substantially simultaneously to form the solidified layer. It is to provide a method.
  • a method for sequentially forming a plurality of solidified layers by light beam irradiation to produce a three-dimensional shaped object having a hollow region inside The solidified layer is formed by performing light beam irradiation at the time of supplying the raw material, and sintering or melting and solidifying the supplied raw material; A three-dimensional shape in which a solidifying base used as a base for forming a subsequent solidifying layer is formed as a part of a three-dimensional shaped object and the orientation of the solidifying base is changed prior to the formation of a subsequent solidifying layer.
  • a method of manufacturing a shaped article is provided.
  • a perspective view schematically showing a manufacturing method according to one aspect of the present invention Sectional view schematically showing a manufacturing method according to one aspect of the present invention Sectional drawing which showed typically the aspect which forms the subsequent solidified layer in the both sides of a base solidified part
  • Sectional drawing which showed typically the aspect which manufactures the three-dimensional-shaped molded article which contains a base solidification part on both main surfaces of a base member
  • Sectional drawing which showed typically the aspect which forms the subsequent solidified layer on the basis of each of several base solidified parts
  • Cross-sectional view schematically showing a process aspect of photofabrication composite processing in which powder bed fusion bonding method is carried out A schematic sectional view for explaining the technical problem found by the present inventors
  • solidified layer means “sintered layer” when using, for example, metal powder as a raw material, and means “hardened layer” when using, for example, resin powder as a raw material.
  • the LMD method is, for example, a method of forming a solidified layer by substantially simultaneously supplying a raw material and irradiating a light beam on a shaping plate.
  • the LMD method is characterized in that while the shape accuracy of the solidified layer is relatively low, the time for forming the solidified layer can be relatively shortened.
  • the formation of the solidified layer is repeated, and when the laminated solidified layer reaches a predetermined thickness, the process proceeds to a cutting step to finally obtain a three-dimensional shaped object of a desired shape consisting of the laminated solidified layer. it can.
  • the solidified layer formed as the lowermost layer may be in a state of being bonded to the shaping plate. Therefore, the three-dimensional shaped object and the shaping plate form an integrated product, and the integrated product can be used, for example, as a mold.
  • Powders and / or fillers may be used as raw materials used in the LMD method. That is, in the LMD method, the light source beam is irradiated to the raw material supply portion, and the powder or the filler material is supplied as the raw material to form a solidified layer from the supplied powder and / or the filler material. . In addition, the filler material does not usually have a powder form.
  • the type of powder may be the same as the type of powder used in the powder bed melt bonding process.
  • the filler material refers to the welding material, and refers to one that can melt when irradiated with a light beam.
  • the material of the filler is not particularly limited, but may be metal.
  • the shape of the filler is not particularly limited, but from the viewpoint of the ease of supply of the filler as a raw material to the raw material supply location to which the light beam is irradiated, the wire shape or rod shape is elongated The shape is preferred.
  • the supplied powder is sintered or solidified by light beam irradiation to form a solidified layer directly from the powder. That is, while supplying powder, light beam irradiation is performed to form a solidified layer.
  • the powder is spray-supplied to the emitted light beam, and the solidified layer is formed through sintering or solidification of the spray-supplied powder.
  • the filler material when used as the raw material, the filler material is supplied to the emitted light beam, a part of the filler material is melted by the light beam, and thereby a part of the filler material melted. Form a solidified layer. That is, also in such a case, as in the case of powder, light beam irradiation is performed while supplying the filler material to form a solidified layer.
  • One aspect of the present invention is characterized in the formation aspect of a solidified layer obtained by performing supply of a raw material and light beam irradiation substantially simultaneously or in parallel when manufacturing a three-dimensional shaped object having a hollow region. Have.
  • the base solidified portion 24Ab used as a base of the solidified layer 24Ac that follows in the middle of the production of the three-dimensional shaped object 100A including the hollow region 60A is one of the three-dimensional shaped object 100A. Form as a part.
  • the direction of the base solidified portion 24Ab is changed prior to the formation of the subsequent solidified layer 24Ac (see FIGS. 1 and 2).
  • the term "hollow region” as used herein refers to a space region where no solidified layer exists in a broad sense, and in a narrow sense, when using a three-dimensional shaped object as a mold, for example, a temperature control medium (cooling medium or heating Medium) refers to the space area for passing through.
  • the “solidifying part” generally refers to one that functions as a foundation for supporting a subsequent solidified layer to be formed later.
  • the “solidified base portion” functions in a narrow sense as a base for supporting the subsequent solidified layer formed later, and is formed prior to the formation of the solidified base portion. It refers to what is provided so that a level
  • following solidified layer refers to the solidified layer formed after formation of the base solidified portion.
  • the “direction of the base solidified portion” as referred to in the present specification substantially indicates the direction of the stacking direction of the solidified layer constituting the base solidified portion.
  • “to change the direction of the base solidified portion” in this specification means that the direction of the stacking direction of the solidified layer constituting the base solidified portion is different from that at the time before the formation of the base solidified portion. It points substantially.
  • the orientation of the base solidified portion 24Ab used as a base of the subsequent solidified layer 24Ac is changed.
  • the position of the predetermined region that forms the surface of the base solidifying portion 24Ab may change.
  • the predetermined area for example, the upper surface portion
  • it is possible to position the area at a position where the subsequent solidified layer 24Ac can be supported.
  • the subsequent solidified layer 24Ac in a region (for example, the initial side) different from the predetermined region of the surface of the base solidified portion 24Ab. If the solidified layer can be formed on a region different from the predetermined region on the surface of the base solidified portion 24Ab, the following effects can be exhibited. Specifically, for example, even in a region where the solidified layer serving as the base does not exist immediately below, a new solidified layer along the hollow region 60A, that is, the solidified layer 24Ac following the formation of the solidified base portion 24Ab is preferable. It may be possible to form. That is, the occurrence of a region where formation of the solidified layer is physically difficult can be avoided. Therefore, it is possible to preferably form the three-dimensional shaped object 100A having the hollow region 60A inside at the end due to the generation avoidance of the physically difficult forming region of the solidified layer (see FIGS. 1 and 2). ).
  • the supply of the raw material 19A and the irradiation of the light beam L are performed substantially simultaneously to form a solidified layer.
  • the plurality of solidified layers 24Aa are stacked so as to form a part of the wall surface 60Aa forming the hollow region 60A.
  • the base solidified portion 24Ab is formed of a plurality of solidified layers which are formed substantially simultaneously with the irradiation.
  • the base solidified portion 24Ab is positioned on the solidified layer 24Aa previously formed prior to the formation of the base solidified portion 24Ab from the viewpoint of supply of the raw material 19A into the hollow region 60A and the irradiation avoidance of the light beam L It is preferable to be provided so as not to be positioned inside the one open end 60Ab 1 of the hollow area 60A.
  • the direction of the base solidified portion 24Ab is changed as shown in FIGS. 1 (b) to (c) and FIGS. 2 (b) to 2 (c).
  • the orientation of the base solidifying portion 24Ab may be changed such that the side 24Ab 2 of the base solidifying portion 24Ab can be positioned on the upper surface side, as compared to before changing the orientation of the base solidifying portion 24Ab.
  • the change of the direction of the base solidified portion 24Ab is “a three-dimensional shape forming including the solidified layer 24Aa formed prior to the formation of the base solidified portion 24Ab and the base solidified portion 24Ab. This may be done by relatively changing the position or orientation of the precursor 100Aa 'of the object (preferably changing it relative to the light beam L).
  • changing the direction of the base solidified portion 24Ab relatively changes the supply position of the raw material 19A and the irradiation position of the light beam L (preferably relative to the precursor 100Aa). It may be done by changing). Without being limited thereto, changing the orientation of the base solidifying portion 24Ab relatively changes both the position of the precursor 100Aa of the three-dimensional shaped object, the supply position of the raw material 19A, and the irradiation position of the light beam L. It may be done by
  • the solidified layer 24Ac After changing the direction of the base solidified portion 24Ab, as shown in FIGS. 1 (c) and 2 (c), the solidified layer 24Ac that follows the side 24Ab 2 of the base solidified portion 24Ab that can be positioned on the upper surface side.
  • the lamination of the subsequent solidified layer 24Ac may be performed at least from one open end 60Ab 1 of the hollow area 60A to the other open end 60Ab 2 from the viewpoint of forming the remaining part of the wall surface 60Aa forming the hollow area 60A. preferable.
  • the subsequent solidified layer 24Ac is laminated so as to cover the surface of the uppermost layer of the already formed solidified layer 24Aa facing from one open end 60Ab 1 to the other open end 60Ab 2 of the hollow region 60A. Is more preferred.
  • side 24Ab 2 of the base coated portion 24Ab of the front orientation changes may be configured to be positioned on the upper surface of the base coated portion 24Ab. Therefore, after changing the orientation of the base coated portion 24Ab, at the sides 24Ab 2 such base coated portion 24Ab, it may be possible to form a subsequent solidified layer 24AC. This may make it possible to shape the remaining part of the wall surface 60Aa forming the hollow area 60A so as to close the opening of the hollow area. Therefore, due to the possibility of forming the remaining part of the wall surface 60Aa forming the hollow area 60A, finally, the three-dimensional shaped object 100A having the hollow area 60A inside is suitably formed. It can be possible.
  • a solidified layer may be formed on both the one side of the base solidified portion and the other side opposite to the one side. That is, a subsequent solidified layer may be formed on both side surfaces of one side surface of the base solidified portion and the other side surface located on the opposite side.
  • the first described embodiment is to form a solidified layer 24Ac that follows only one side 24Ab 2 of the base solidified portion 24Ab after changing the direction of the base solidified portion 24Ab (see FIGS. 1 and 2). .
  • this embodiment after changing the direction of the base solidified portion 24Bb, not only the one side 24Bb 21 of the base solidified portion 24Bb but also the other side 24Bb 22 opposed to the one side 24Bb 21. Also, it is characterized by forming a subsequent solidified layer (see FIG. 3). According to this feature, in this aspect, it may be possible to respectively form subsequent solidified layers on both sides of the base solidified portion 24Bb.
  • the three-dimensional shaped object 100B having the two first hollow regions 60BX and the second hollow regions 60BY in the end.
  • the number of hollow regions formed inside the three-dimensional shaped object 100B can be increased as compared to the above embodiment, so that the temperature control medium is more preferable in each hollow region. It can be possible to pass through. This means that it is possible to more efficiently exchange heat energy between the temperature control medium and the three-dimensional shaped object 100B.
  • the supply of the raw material 19B and the irradiation of the light beam L are performed substantially simultaneously to form a solidified layer. More specifically, the plurality of solidified layers 24Ba are stacked so as to respectively form a part of the wall surface 60BXa forming the two first hollow regions 60BX and a part of the wall surface 60BYa forming the second hollow region 60BY.
  • the base solidified portion 24Bb is formed from the plurality of solidified layers formed by substantially simultaneously supplying the raw material 19B and irradiating the light beam L.
  • the base solidified portion 24Bb is preferably installed as follows. Specifically, while being positioned on the solidified layer 24Ba formed prior to the formation of the base solidified portion 24Bb, the first hollow region 60BX is not positioned inside the one open end 60BXb1. It is preferable to be provided.
  • the base solidified portion 24Bb is preferably installed as follows. Specifically, while being positioned on the solidified layer 24Ba formed prior to the formation of the base solidified portion 24Bb, it is not positioned inside the one open end 60BYb 1 of the second hollow region 60BY. It is preferable to be provided.
  • the direction of the base solidified portion 24Bb is changed as shown in FIG. 3 (b).
  • the direction of the base solidified portion 24Bb may be changed so that the first side 24Bb 21 of the base solidified portion 24Bb can be positioned on the upper surface side.
  • the lamination of the first solidified layer 24Bc1 that follows the side portion 24Bb 21 of the base solidified portion 24Bb that can be positioned on the upper surface side is started.
  • Lamination of the first solidified layer 24bc 1 to such subsequent at least one other open end from the open end portion 60BXb 1 of the first hollow region 60BX from the viewpoint of forming the remaining part of the wall 60BXa constituting the first hollow region 60BX until part 60BXb 2 is preferably carried out.
  • first solidified succeeding it is more preferable to laminate a layer 24bc 1.
  • the orientation of the base solidified portion 24Bb may be further changed so that the second side 24Bb 22 of the base solidified portion 24Bb can be positioned on the upper surface side.
  • it may be rotated about 180 degrees from the state shown in FIG. 3B so that the second side 24Bb 22 of the base solidified portion 24Bb can be positioned on the upper surface side.
  • second solidified layer 24bc 2 After changing the orientation of the base coated portion 24Bb, it starts a stack of second solidified layer 24bc 2 which follows the second side 24Bb 22 of the base coated portion 24Bb which may be positioned on the upper side.
  • Such subsequent second laminated solidified layer 24bc 2 is at least one other open end from the open end portion 60BYb 1 of the second hollow region 60BY terms shape the remaining part of the wall 60BYa constituting the second hollow region 60BY until part 60BYb 2 is preferably carried out.
  • it is more preferable to laminate a second solidified layer 24bc 2 which follows as follows.
  • second solidified layer 24Bc It is more preferable to stack two .
  • a rotatable base member may be used, and the base member may be rotated to produce a three-dimensional shaped object including base solidified portions with respect to both main surfaces of the base member.
  • This aspect is characterized in that a rotatable member is used as the base member 21C used to form the solidified layer by substantially simultaneously supplying the raw material 19C and irradiating the light beam L.
  • the base member 21C is rotatably base one each of the major surface 21C 1 and the other main surface 21C 2 of the member 21C can be positioned as the surface of the upper surface side, of the material 19C at the respective major surface
  • the supply and the irradiation of the light beam L can be performed substantially simultaneously to form a solidified layer.
  • the base solidified portion 24CXb is formed from a plurality of solidified layers formed by substantially simultaneously supplying the raw material 19C and irradiating the light beam L.
  • the base solidified portion 24CXb is preferably provided as follows. Specifically, the base solidified portion 24CXb is positioned on the solidified layer 24CXa previously formed prior to the formation of the base solidified portion 24CXb, while being inward of the one open end 60CXb 1 of the first hollow region 60CX. It is preferable that it is provided so that it may not be positioned.
  • the base member 21C After stacking a plurality of solidified layers 24CXa, rotate the base member 21C as a second main surface 21C 2 opposing the first surface 21C 1 of the base member 21C is located on the upper side. After rotating the base member 21C, to form a substantially solidified layer by performing simultaneously an irradiation of supply and the light beam L in the material 19C at the second main surface 21C 2 on the base member 21C.
  • the plurality of solidified layers 24Cya are stacked so as to form a part of the wall surface 60Cya forming the second hollow region 60CY of the two first hollow regions 60CX and the second hollow region 60CY.
  • the base solidified portion 24CYb is formed from a plurality of solidified layers formed by substantially simultaneously supplying the raw material 19C and irradiating the light beam L.
  • the base solidified portion 24CYb is preferably provided as follows. Specifically, while the base solidified portion 24CYb is positioned on the solidified layer 24Cya formed prior to the formation of the base solidified portion 24CYb, the base solidified portion 24CYb is closer than the one open end 60CYb 1 of the second hollow region 60CY. Preferably, they are provided so as not to be positioned inside.
  • the orientations of the base solidified portions 24CXb and 24CYb are changed as shown in FIG. 4 (b). For example by changing the orientation of the base coated portion 24CXb as side 24CXb 2 of the base coated portion 24CXb it can be positioned on the upper side. Similarly, for example, the side 24CYb 2 of the base coated portion 24CYb may change the orientation of the base coated portion 24CYb As can be positioned on the upper side.
  • first solidified layer 24CXc After changing the orientation of the base coated portion 24CXb and base coated portion 24CYb, it starts a stack of first solidified layer 24CXc succeeding against the side 24CXb 2 of the base coated portion 24CXb which may be positioned on the upper side.
  • Lamination of the first solidified layer 24CXc to such subsequent has one open end portion 60CXb 1 from the other open end of the at least a first hollow region 60CX from the viewpoint of forming the remaining part of the wall 60CXa constituting the first hollow region 60CX Preferably up to 60 CXb 2 is performed. Further, from the viewpoint of securing a suitable structural strength of the obtained three-dimensional shaped object, it is more preferable to stack the subsequent first solidified layer 24 CXc as follows.
  • the subsequent so as to cover the top layer of the surface of the solidified layer 24CXa the already formed to one of the open end 60CXb 1 through the other open end 60CXb 2 opposing the first hollow region 60CX It is more preferable to stack one solidified layer 24 CXc.
  • the subsequent second solidified layer 24CYc is preferably performed as follows from the viewpoint of forming the remaining part of the wall surface 60Cya that forms the second hollow region 60CY.
  • the lamination of subsequent second solidified layer 24CYc is preferably carried out from one open end 60CYb 1 of at least a second hollow region 60CY to the other open end 60CYb 2. Moreover, it is more preferable to laminate the second solidified layer 24CYc as described below from the viewpoint of securing a suitable structural strength of the obtained three-dimensional shaped object. More specifically, to cover the uppermost surface of the solidified layer 24CYa the already formed to one of the open end 60CYb 1 through the other open end 60CYb 2 opposite of the second hollow region 60CY, followed It is more preferable to stack the second solidified layer 24CYc.
  • the base member one main surface 21C 1 and the other first on each side of the main surface 21C 2 of the hollow region 60CX and a second hollow region 60CY comprises a respective three-dimensionally shaped object 100C of 21C Can be manufactured (see FIG. 4 (c)).
  • One embodiment of the present invention may include forming a plurality of base solidified portions, and the subsequent solidified layer may be formed based on each of the plurality of base solidified portions.
  • Such a feature is characterized in that a plurality of base solidified portions are formed in the production of a three-dimensional shaped object 100D having a hollow region inside (see FIG. 5).
  • the base solidified portion can function as a base for supporting the subsequent solidified layer formed later as described above.
  • the plurality of base coated portion 24Db 1 to form a respective 24Db 2, in terms of changing the direction of the base coated portion, the base of each of the plurality of base coated portion for changing the direction particularly characterized in that it forms a solidified layer 24Dc 1, 24Dc 2, 24Dc 3 succeeding as.
  • the solidified layer 24DC 1 a subsequent plurality of so as to be in direct contact with each of the plurality of base coated portion 24Db 1, 24Db 2 with different orientations, 24DC 2, 24DC 3 is formed.
  • the arrangement mode of each subsequent solidified layer is relatively large in the arrangement mode of each of the plurality of base solidified portions. It depends on you. Therefore, when forming a plurality of base solidification parts, by appropriately adjusting the arrangement place of each base solidification part, the arrangement place of the subsequent solidification layer can be appropriately adjusted accordingly. In addition to this, if the number of laminated layers of the subsequent solidified layer etc.
  • the hollow region 60D can have a more complicated structure as compared to a shape that is as simple as possible.
  • the supply of the raw material 19D and the irradiation of the light beam L are performed substantially simultaneously, and for example, the solidified layer 24Da having a substantially L shape in cross section is stacked on the base member.
  • the solidified layer 24Da having a substantially L shape in cross section is stacked on the base member.
  • the base coated portion 24Db After forming the base coated portion 24Db 1, to change the orientation of the base coated portion 24Db 1. For example, it may change the orientation of the base coated portion 24Db 1 as side 24Db 12 of the base coated portion 24Db 1 can be positioned on the top side as shown in Figure 5 (b).
  • the direction of the change of the base coated portion 24Db 1 is tertiary composed solidified layer 24Da and the base coated portion 24Db 1 Metropolitan formed prior to before the formation of the "base coated portion 24Db 1 It may be made by relatively changing the position and orientation of the precursor 100Da of the original shaped object.
  • the orientation change of the base coated portion 24Db 1 is a supply position and the irradiation position of the light beam L in the material 19D been made by varying relative to the precursor 100Da Good.
  • the change in the orientation of the base solidified portion 24Db 1 is relative to both the position and orientation of the precursor 100Da of the three-dimensional shaped object, the supply position of the raw material 19D, and the irradiation position of the light beam L. It may be done by changing to.
  • the solidified layer 24DC After stacking the solidified layer 24DC 1, to change the orientation of the base coated portion 24Db 1. For example, from the state where the side portion 24Db 12 of the base solidified portion 24Db 1 is located on the upper surface side in FIG. 5B, it can be positioned on the right side in a cross sectional view as shown in FIG. may change the orientation of the foundation solidified part 24Db 1 as.
  • the base coated portion 24Db 2 After forming the base coated portion 24Db 2, to change the orientation of the base coated portion 24Db 2. For example, as shown in FIG. 5 (d), it may change the orientation of the base coated portion 24Db 2 as side 24Db 22 of the base coated portion 24Db 2 can be positioned on the upper side.
  • the direction of the change of the base coated portion 24Db 2 is made by changing relatively the position and orientation of the precursor 100Da of the base coated portion 24Db 2 formed during definitive three-dimensionally shaped object You may In particular but not limited to, the direction of change of the base coated portion 24Db 2 may be made by changing relatively the irradiation position of the feeding position and the light beam L in the material 19D.
  • the change of the orientation of the base solidified portion 24Db 2 is relatively relative to both the position and orientation of the precursor 100Da of the three-dimensional shaped object, the supply position of the raw material 19D, and the irradiation position of the light beam L. It may be done by changing to.
  • Solidified layer 24DC for the subsequent 3 may be configured so that its side 24DC 32 as shown in FIG. 5 (d) is in contact with each other and the upper surface portion 24DC 21 of the solidified layer 24DC 2 L-shaped area.
  • the arrangement place of each of the plurality of base solidified portions can be appropriately adjusted accordingly.
  • the hollow region 60D having a complicated shape as shown in FIG.
  • a subsequent solidified layer having inclined surfaces may be formed on the base solidified portion.
  • the solidifying portion on the base is formed with an inclined surface as a subsequent solidifying layer.
  • the solidifying portion on the base is formed with an inclined surface as a subsequent solidifying layer.
  • the processing head 70A for integrally supplying the raw material 19A and irradiating the light beam L is in contact with the surface of the uppermost layer of the solidified layer 24Aa which has already been formed.
  • the subsequent solidified layer 24Ac can not be suitably laminated along the laminating direction.
  • Is preferably relatively inclined in a cross-sectional view (more specifically, in a state where the precursor 100Ea of the three-dimensional shaped object is inclined so that the lamination of the subsequent solidified layer forms an angle with the vertical direction To do).
  • the processing head 70E capable of supplying the light beam L and the raw material 19E in the substantially vertically downward direction comes in contact with the precursor 100Ea of the three-dimensional shaped object (specifically, as shown in FIG. Contact with the surface of the top layer of the solidified layer 24Ea can be avoided).
  • the present invention is not limited thereto, and the processing head 70E is inclined so that the supply direction of the raw material 19E and the irradiation direction of the light beam L are oblique, and the solidified layer is specifically formed on the precursor 100Ea of the three-dimensional shaped object. Contact of the processing head 70E to the surface of the top layer of 24Ea may be avoided. Furthermore, the present invention is not limited thereto, and from the viewpoint of avoiding contact of the processing head 70E with the precursor 100Ea of the three-dimensional shaped object, the processing head 70E and the precursor 100Ea of the three-dimensional shaped object may be positioned as follows. .
  • the processing head 70E is inclined so that the supply direction of the raw material 19E and the irradiation direction of the light beam L are oblique, and the position of the precursor 100Ea of the three-dimensional shaped object is relatively inclined in a sectional view It is also good.
  • the processing head 70E it is possible to prevent the processing head 70E from coming into contact with the precursor 100Ea of the three-dimensionally shaped object, specifically to the surface of the uppermost layer of the solidified layer 24Ea, according to the above correspondence. Therefore, it is suitably formable subsequent solidified layer 24Ec comprising an inclined surface 80E at the side 24Eb 2 of the base coated portion 24Eb.
  • the supply direction of the raw material 19E and the irradiation direction of the light beam L are oblique (preferably, an oblique condition is obtained so as to form an angle with the lamination direction of the subsequent solidified layer)
  • the subsequent solidified layer 24Ec can be suitably formed.
  • the three-dimensional shaped object having the hollow region 60E in the inside is more preferably formed because it is possible to preferably form the remaining part of the wall surface 60Ea forming the hollow region 60E. It can be possible.
  • a metal having a relatively high thermal conductivity such as copper and / or aluminum, may be used as a raw material for forming the wall surface 60Aa forming the hollow region 60A (FIGS. 1 and 2) 2nd grade).
  • the hollow region When using a three-dimensional shaped object having a hollow region inside as a mold, it is possible to use the hollow region as a temperature control medium path for flowing a temperature control medium.
  • copper and / or aluminum as a raw material for the formation of the wall surface 60Aa forming the hollow region 60A, for example, from the viewpoint of efficiently and effectively transferring the thermal energy between the cavity forming surface side and the temperature control medium. And other materials may be used.
  • the formation site of 24Ac can be a cavity formation surface (see FIGS. 1 and 2).
  • the cavity forming surface may be a portion to which molding pressure is likely to be applied during molding, relatively high structural strength may be required. Therefore, for example, relatively high rigidity iron and / or stainless steel or the like may be used as a raw material for forming the subsequent solidified layer 24Ac provided on the base solidified portion 24Ab and the base solidified portion 24Ab in cross section. .
  • a powder and a filler may be used in combination as a raw material for producing a three-dimensional shaped object.
  • one part of the three-dimensional shaped object to be produced may use the "powder” raw material while another part may use the "filler" raw material.
  • First aspect A method for producing a three-dimensional shaped object having hollow regions therein by sequentially forming a plurality of solidified layers by light beam irradiation, The solidified layer is formed by performing the light beam irradiation at the time of supplying the raw material and sintering or solidifying the supplied raw material; A base solidified portion used as a base for forming the subsequent solidified layer is formed as a part of the three-dimensional shaped object, and the orientation of the base solidified portion is set prior to the formation of the subsequent solidified layer.
  • a method of manufacturing a three-dimensional shaped object that changes.
  • Second aspect In the first aspect, a method of manufacturing a three-dimensional shaped article, wherein the direction of the base solidified portion is changed so that the subsequent solidified layer is laminated on the side of the base solidified portion.
  • Third aspect A method for producing a three-dimensional shaped article according to the first aspect or the second aspect, wherein after forming a part of the wall surface forming the hollow area, the orientation of the base solidified portion is changed.
  • Fourth aspect In the third aspect, a three-dimensional shape in which the subsequent solidifying layer is formed so as to form the remaining part of the wall surface forming the hollow area after changing the direction of the solidifying base. Method of manufacturing a shaped object.
  • any one of the second to fourth aspects the subsequent solidified layer on both the one side and the other side opposite to the one side of the base solidified portion
  • a method for producing a three-dimensional shaped object, forming Sixth aspect In any one of the first to fifth aspects, a rotatable base member is used, and by rotating the base member, the base solidifying portion is provided to both main surfaces of the base member. The manufacturing method of a three-dimensional shaped object which manufactures the said three-dimensional shaped object.
  • the method includes forming a plurality of the base solidified portions, The manufacturing method of the three-dimensional-shaped molded article which forms the said subsequent said solidified layer by making each of the said some said base solidified part into the said base.
  • Eighth aspect The method for producing a three-dimensionally shaped object according to any one of the first to seventh aspects, wherein a powder and / or a filler is used as the raw material.
  • the three-dimensional shaped object when the three-dimensional shaped object is made of a metal material, the three-dimensional shaped object may be used as a mold for plastic injection molding, a press mold, a die casting mold, a casting mold, a forging mold, etc. 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 article.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

光ビーム照射によって複数の固化層を逐次形成して、内部に中空領域を備えた三次元形状造形物を製造するための方法が提供される。本発明の製造方法では、原料の供給時に光ビーム照射を行い、供給された原料を焼結又は溶融固化させることによって固化層を形成している。特に、後続する固化層を形成するための土台として用いる土台固化部を三次元形状造形物の一部として形成し、後続する固化層の形成に先立って、土台固化部の向きを変えることが行われる。

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、光ビーム照射によって複数の固化層を逐次形成する三次元形状造形物の製造方法に関する。
 光ビーム照射によって複数の固化層を逐次形成して三次元形状造形物を製造する方法は、従来より知られている。かかる方法として「粉末床溶融結合法」と「LMD(Laser Metal Deposition, レーザーメタルデポジション)法」が挙げられる。
 粉末床溶融結合法は、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。
 (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7に示すように、まず、スキージング・ブレード23を動かして造形プレート21上に所定厚みの粉末層22を形成する(図7(a)参照)。次いで、粉末層22の所定箇所に光ビームLを照射して粉末層22から固化層24を形成する(図7(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7(c)参照)、最終的には積層化した固化層24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21とは一体化物を成すことになり、その一体化物を例えば金型として使用することができる。
 一方、LMD(Laser Metal Deposition, レーザーメタルデポジション)法とは、例えば造形プレート上にて原料の供給と光ビーム照射とを実質的に同時に行って固化層を形成する方法である。上記の粉末床溶融結合法とLMD法とを比べると、粉末床溶融結合法は、固化層の形状精度を比較的高くできる一方、固化層形成のための時間が比較的長くなるという特徴を有する。これに対して、LMD法は、固化層の形状精度が比較的低くくなる一方、固化層形成のための時間を比較的短くできるという特徴を有する。
 LMD法でも上記の粉末床溶融結合法と同様に積層化した固化層が所定厚みに達すると、切削ステップへと移行し、最終的には積層化した固化層から成る所望形状の三次元形状造形物を得ることができる。なお、最下層として形成される固化層は造形プレート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、その一体化物を例えば金型として使用できる。
特開2016-2565号公報
 本願発明者らは、粉末床溶融結合法およびLMD法のうち、後者のLMD法で三次元形状造形物を製造する場合、特に内部に中空領域を備える三次元形状造形物を製造する場合には以下の問題が生じ得ることを見出した。具体的には、LMD法では、上述のように原料19’の供給と光ビームL’の照射とを実質的に同時に行うことで新たな固化層を形成する(図8参照)。かかる原料19’の供給と光ビームL’の照射とは、図8に示すように土台となる既に形成した固化層24’上にて行う必要がある。換言すれば、土台となる固化層24’が最直下に存在しない領域50’(図8の斜線部分に相当)では、原料19’の供給と光ビームL’の照射とを行って新たな固化層を形成することは物理的に困難である。このように新たな固化層の形成が物理的に困難な領域が存在すると、最終的に内部に中空領域を備えた三次元形状造形物を好適に形成することはできない。
 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、本発明の目的は、原料の供給と光ビーム照射とを実質的に同時に行って固化層を形成する場合においても、内部に中空領域を備える三次元形状造形物をより好適に製造可能な方法を提供することである。
 上記目的を達成するために、本発明の一態様では、
 光ビーム照射によって複数の固化層を逐次形成して、内部に中空領域を備えた三次元形状造形物を製造するための方法であって、
 固化層は、原料の供給時に光ビーム照射を行い、供給された原料を焼結又は溶融固化させることによって形成しており、
 後続する固化層を形成するための土台として用いる土台固化部を三次元形状造形物の一部として形成し、および
 後続する固化層の形成に先立って、土台固化部の向きを変える、三次元形状造形物の製造方法が提供される。
 本発明の一態様によれば、原料の供給と光ビーム照射とを実質的に同時に行って固化層を形成する場合においても、内部に中空領域を備える三次元形状造形物をより好適に製造可能である。
本発明の一態様に係る製造方法を模式的に示した斜視図 本発明の一態様に係る製造方法を模式的に示した断面図 土台固化部の両側部に後続する固化層を形成する態様を模式的に示した断面図 ベース部材の両主面に土台固化部を含む三次元形状造形物を製造する態様を模式的に示した断面図 複数の土台固化部の各々を土台として後続する固化層を形成する態様を模式的に示した断面図 土台固化部上に設けられる後続する固化層の別の形成態様を模式的に示した断面図 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 本願発明者らが見出した技術的課題を説明するための模式的断面図
 以下では、図面を参照して本発明の一態様に係る製造方法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「固化層」は、原料として例えば金属粉末を用いる場合には「焼結層」を意味し、原料として例えば樹脂粉末を用いる場合には「硬化層」を意味している。
 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、固化層の積層方向に基づいており、本発明の製造方法の実施に際して固化層が積層される方向を「上方向」とし、その反対側を「下方向」とする。便宜的には、鉛直方向下向き(すなわち、重力が働く方向)が「下向き」に相当し、その逆向きが「上向き」に相当すると捉えることができる。
[LMD法]
 以下、本発明の一態様で用いるLMD(Laser Metal Deposition, レーザーメタルデポジション)法について説明する。LMD法とは、例えば造形プレート上にて原料の供給と光ビーム照射とを実質的に同時に行って固化層を形成する方法である。LMD法は、固化層の形状精度が比較的低くくなる一方、固化層形成のための時間を比較的短くできるという特徴を有する。
 固化層の形成を繰り返し行い、積層化した固化層が所定厚みに達すると、切削ステップへと移行し、最終的には積層化した固化層から成る所望形状の三次元形状造形物を得ることができる。なお、最下層として形成される固化層は造形プレートと結合した状態になり得る。そのため、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、その一体化物を例えば金型として使用できる。
 LMD法で用いる原料としては、粉末および/または溶加材を用いてよい。つまり、LMD法では、原料供給箇所に光ビームが照射されると共に、原料としての粉末または溶加材が供給されることにより、その供給される粉末および/または溶加材から固化層を形成する。なお、溶加材は粉末形態を通常有していない。
 粉末の種類は、粉末床溶融結合法で用いる粉末の種類と同じであってよい。一方、溶加材は、溶接原料のことを指しており、光ビームが照射されると溶融し得るものを指す。溶加材の材質は、特に限定されるものではないが金属であってよい。溶加材の形状は、特に限定されるわけではないが、光ビームが照射される原料供給箇所への原料としての溶加材の供給のし易さの観点からワイヤー形状又は棒形状等の細長い形状が好ましい。
 原料として粉末が用いられる場合、供給された粉末を光ビーム照射によって焼結又は溶融固化させて粉末から固化層を直接的に形成する。つまり、粉末を供給しつつ光ビーム照射を行って固化層を形成する。好ましくは、出射される光ビームに粉末が噴霧供給されるようにしており、その噴霧供給された粉末の焼結又は溶融固化を通じて固化層を形成する。
 一方、原料として溶加材が用いられる場合、出射される光ビームに溶加材を供給し、溶加材の一部を光ビームによって溶融させ、それにより溶融させた溶加材の一部から固化層を形成する。つまり、かかる場合も粉末と同様、溶加材を供しつつ光ビーム照射を行って固化層を形成する。
[本発明の製造方法]
 本願発明者らは、図8に示すように土台となる固化層24’が最直下に存在しない領域50’(図8の斜線部分に相当)では、原料19’の供給と光ビームL’の照射を行って新たな固化層を形成することは物理的に困難であることを見出した。新たな固化層の形成が物理的に困難な領域が存在すると、それに起因して、最終的に内部に中空領域を備えた三次元形状造形物を好適に形成することはできない。そこで、本願発明者らはかかる技術的課題を解決するために鋭意検討し、本発明の一態様に係る製造方法を案出するに至った。
 本発明の一態様は、中空領域を備える三次元形状造形物を製造するに際して、原料の供給と光ビーム照射とを実質的に同時に又は並行して行うことで得られる固化層の形成態様に特徴を有する。
 具体的には、本発明の一態様では、中空領域60Aを備える三次元形状造形物100Aの製造途中にて後続する固化層24Acの土台として用いる土台固化部24Abを三次元形状造形物100Aの一部として形成する。本発明の一態様では、土台固化部24Abを形成した後、後続する固化層24Acの形成に先立って当該土台固化部24Abの向きを変える(図1および図2参照)。
 本明細書でいう「中空領域」とは、広義には固化層が存在しない空間領域を指し、狭義には三次元形状造形物を例えば金型として用いる場合には温調媒体(冷却媒体又は加熱媒体)を通過させるための空間領域を指す。本明細書でいう「土台固化部」とは、広義には後刻に形成される後続する固化層を支える土台として機能するものを指す。本明細書でいう「土台固化部」とは、狭義には後刻に形成される後続する固化層を支える土台として機能するものであって、かつ土台固化部の形成に先行して形成される固化層上に段差部を成すように設けられるものを指す。本明細書でいう「後続する固化層」とは、土台固化部の形成後に形成される固化層を指す。本明細書でいう「土台固化部の向き」とは、土台固化部を構成する固化層の積層方向の向きを実質的に指す。また、本明細書でいう「土台固化部の向きを変える」とは、土台固化部を構成する固化層の積層方向の向きを土台固化部の形成前の時点のものと異なる方向にすることを実質的に指す。
 本発明の一態様では、後続する固化層24Acの土台として用いる土台固化部24Abの向きを変える。土台固化部24Abの向きを変えると、土台固化部24Abの表面を形作る所定領域の位置が変わり得る。かかる土台固化部24Abの表面を形作る所定領域の位置の変化により、土台固化部24Abの向きを変える前にて固化層を形成可能な土台固化部の表面の所定領域(例えば上面部)とは異なる領域を、後続する固化層24Acを支持可能な箇所に位置づけることが可能となる。そのため、土台固化部24Abの向きを変えた後に、かかる土台固化部24Abの表面の所定領域とは異なる領域(例えば当初の側部)にて後続する固化層24Acを形成することが可能となり得る。かかる土台固化部24Abの表面の所定領域とは異なる領域上にて固化層が形成可能となることを利用すれば、以下の効果が奏され得る。具体的には、例えば土台となる固化層が最直下に存在しない領域においても、当該中空領域60Aに沿うように新たな固化層、すなわち土台固化部24Abの形成に後続する固化層24Acを好適に形成することが可能となり得る。つまり、固化層の形成が物理的に困難な領域の発生が回避され得る。従って、かかる固化層の物理的に形成困難な領域の発生回避に起因して、最終的に内部に中空領域60Aを備えた三次元形状造形物100Aを好適に形成できる(図1および図2参照)。
 より詳細に説明すると、本発明の一態様では、まず図1(a)および図2(a)に示すように、原料19Aの供給と光ビームLの照射とを実質的に同時に行って固化層を形成する。具体的には、本発明の一態様では、中空領域60Aを成す壁面60Aaの一部を形作るように複数の固化層24Aaを積層させる。
 中空領域60Aを成す壁面60Aaの少なくとも一部を形作るように複数の固化層24Aaを積層させた後、図1(b)および図2(b)に示すように原料19Aの供給と光ビームLの照射とを実質的に同時に行って形成する複数の固化層から土台固化部24Abを形成する。かかる土台固化部24Abは、中空領域60A内への原料19Aの供給と光ビームLの照射回避の観点から、土台固化部24Abの形成前に先行して形成した固化層24Aa上に位置付けられる一方で中空領域60Aの一方の開口端部60Abよりも内側に位置付けられないように設けられることが好ましい。かかる土台固化部24Abの設置により、土台固化部24Abの形成前に先行して形成した固化層24Aaの最上層の表面24Aaと土台固化部24Abの最上面24Abとの間の高さの違いに起因して段差部が形成されることになる(図1(b)および図2(b)参照)。
 土台固化部24Abを形成した後、図1(b)~(c)および図2(b)~(c)に示すように土台固化部24Abの向きを変える。
 例えば、土台固化部24Abの向きを変える前と比べて、土台固化部24Abの側部24Abが上面側に位置付けられ得るように土台固化部24Abの向きを変えてよい。特に限定されるものではないが、土台固化部24Abの向きの変更は、「土台固化部24Abの形成前に先行して形成した固化層24Aaと土台固化部24Abとから構成される三次元形状造形物の前駆体100Aa」の位置又は向きを相対的に変える(好ましくは光ビームLに対して相対的に変える)ことで為されてよい。また、特に限定されるものではないが、土台固化部24Abの向きの変更は、原料19Aの供給位置および光ビームLの照射位置を相対的に変える(好ましくは前駆体100Aaに対して相対的に変える)ことで為されてよい。これに限定されることなく、土台固化部24Abの向きの変更は、三次元形状造形物の前駆体100Aaの位置、ならびに原料19Aの供給位置および光ビームLの照射位置を共に相対的に変えることで為されてもよい。
 土台固化部24Abの向きを変えた後、図1(c)および図2(c)に示すように、上面側に位置付けられ得る土台固化部24Abの側部24Abに対して後続する固化層24Acの積層を開始する。かかる後続する固化層24Acの積層は、中空領域60Aを成す壁面60Aaの残りの部分を形作る観点から少なくとも中空領域60Aの一方の開口端部60Abから他方の開口端部60Abまで行われることが好ましい。また、得られる三次元形状造形物の好適な構造強度確保の観点から、後続する固化層24Acを以下のように積層することがより好ましい。例えば、中空領域60Aの一方の開口端部60Abから他方の開口端部60Abを介して対向する既に形成した固化層24Aaの最上層の表面を覆うように、後続する固化層24Acを積層することがより好ましい。
 以上の工程を経ることによって、内部に中空領域60Aを備える三次元形状造形物100Aを最終的に得ることが可能となる(図1(d)および図2(d)参照)。
 本発明では、当該土台固化部24Abの向きを変えた後に、向き変更前の土台固化部24Abの側部24Abが土台固化部24Abの上面側に位置付けられるように構成され得る。そのため、土台固化部24Abの向きを変えた後に、かかる土台固化部24Abの側部24Abにて、後続する固化層24Acを形成することが可能となり得る。これにより、中空領域の開口部を塞ぐように中空領域60Aを成す壁面60Aaの残りの部分を形作ることが可能となり得る。従って、かかる中空領域60Aを成す壁面60Aaの残りの部分を形作ることが可能となることに起因して、最終的には内部に中空領域60Aを備えた三次元形状造形物100Aを好適に形成することが可能となり得る。
 本発明のある一態様として、土台固化部の一方の側部と一方の側部に対向する他方の側部の両方に後続する固化層を形成してよい。すなわち、土台固化部の一方の側面とその反対側に位置する他方の側面との両側面に対して後続する固化層を形成してよい。
 最初に説明した態様は、土台固化部24Abの向きを変えた後、土台固化部24Abの一方の側部24Abにのみ後続する固化層24Acを形成するものである(図1および図2参照)。これに対して、本態様は、土台固化部24Bbの向きを変えた後、土台固化部24Bbの一方の側部24Bb21のみならず一方の側部24Bb21に対向する他方の側部24Bb22にも後続する固化層を形成することを特徴とする(図3参照)。かかる特徴により、本態様では、土台固化部24Bbの側部の両方にて後続する固化層をそれぞれ形成することが可能となり得る。そのため、後続する固化層のそれぞれの直下に中空領域の一部が形成されている場合において、各中空領域の開口部を塞ぐように各中空領域を成す壁面の残りの部分をそれぞれ形作ることが可能となり得る。従って、最終的に内部に2つの第1中空領域60BXおよび第2中空領域60BYを備えた三次元形状造形物100Bを好適に形成することが可能となり得る。三次元形状造形物100B内部に形成される中空領域の数が上記態様と比べて増え得ることで、三次元形状造形物100Bを金型として用いる場合、各中空領域内に温調媒体をより好適に通すことが可能となり得る。これは、温調媒体と三次元形状造形物100Bの熱エネルギーの交換をより効率的に行うことが可能となることを意味している。
 図3(a)~(d)を参照して詳述しておく。まず図3(a)に示すように、原料19Bの供給と光ビームLの照射とを実質的に同時に行って固化層を形成する。より具体的には、2つの第1中空領域60BXを成す壁面60BXaの一部および第2中空領域60BYを成す壁面60BYaの一部をそれぞれ形作るように複数の固化層24Baを積層させる。
 複数の固化層24Baを積層させた後、原料19Bの供給と光ビームLの照射とを実質的に同時に行って形成する複数の固化層から土台固化部24Bbを形成する。かかる土台固化部24Bbは、第1中空領域60BX内への原料19Bの供給と光ビームLの照射回避の観点から、以下のように設置されることが好ましい。具体的には、土台固化部24Bbの形成前に先行して形成した固化層24Ba上に位置付けられる一方で、第1中空領域60BXの一方の開口端部60BXbよりも内側に位置付けられないように設けられることが好ましい。同様の観点から、土台固化部24Bbは、第2中空領域60BY内への原料19Bの供給と光ビームLの照射回避の観点から、以下のように設置されることが好ましい。具体的には、土台固化部24Bbの形成前に先行して形成した固化層24Ba上に位置付けられる一方で、第2中空領域60BYの一方の開口端部60BYbよりも内側に位置付けられないように設けられることが好ましい。
 土台固化部24Bbを形成した後、図3(b)に示すように土台固化部24Bbの向きを変える。例えば、土台固化部24Bbの第1側部24Bb21が上面側に位置付けられ得るように土台固化部24Bbの向きを変えてよい。
 土台固化部24Bbの向きを変えた後、上面側に位置付けられ得る土台固化部24Bbの側部24Bb21に対して後続する第1の固化層24Bcの積層を開始する。かかる後続する第1の固化層24Bcの積層は、第1中空領域60BXを成す壁面60BXaの残りの部分を形作る観点から少なくとも第1中空領域60BXの一方の開口端部60BXbから他方の開口端部60BXbまで行われることが好ましい。また、得られる三次元形状造形物の好適な構造強度確保の観点から、後続する第1の固化層24Bcを以下のように積層することがより好ましい。例えば、第1中空領域60BXの一方の開口端部60BXbから他方の開口端部60BXbを介して対向する既に形成した固化層24Baの最上層の表面を覆うように、後続する第1の固化層24Bcを積層することがより好ましい。
 後続する第1の固化層24Bcを積層形成した後、図3(c)に示すように土台固化部24Bbの向きを更に変える。例えば、土台固化部24Bbの第2側部24Bb22が上面側に位置付けられ得るように土台固化部24Bbの向きを更に変えてよい。特に限定されるものではないが、例えば土台固化部24Bbの第2側部24Bb22が上面側に位置付けられ得るように、図3(b)に示す状態から約180度回転させてよい。
 土台固化部24Bbの向きを変えた後、上面側に位置付けられ得る土台固化部24Bbの第2側部24Bb22に対して後続する第2固化層24Bcの積層を開始する。かかる後続する第2の固化層24Bcの積層は、第2中空領域60BYを成す壁面60BYaの残りの部分を形作る観点から少なくとも第2中空領域60BYの一方の開口端部60BYbから他方の開口端部60BYbまで行われることが好ましい。また、得られる三次元形状造形物の好適な構造強度確保の観点から、以下のように後続する第2の固化層24Bcを積層することがより好ましい。例えば、第2中空領域60BYの一方の開口端部60BYbから他方の開口端部60BYbを介して対向する既に形成した固化層24Baの最上層の表面を覆うように、第2の固化層24Bcを積層することがより好ましい。
 以上の工程を経ることによって、内部に2つの第1中空領域60BXおよび第2中空領域60BYを備える三次元形状造形物100Bを製造することが可能となる(図3(d)参照)。
 本発明のある一態様として、回転自在なベース部材を用い、そのベース部材を回転させることで、ベース部材の両主面に対して土台固化部を含む三次元形状造形物を製造してよい。
 かかる態様は、原料19Cの供給および光ビームLの照射を実質的に同時に行って固化層を形成するために用いるベース部材21Cとして回転自在なものを用いることを特徴とする。ベース部材21Cが回転自在であるがゆえ、ベース部材21Cの一方の主面21Cおよび他方の主面21Cの各々を上面側の面として位置付けることができ、各主面上にて原料19Cの供給と光ビームLの照射とを実質的に同時に行って固化層を形成できる。
 まず、図4(a)に示すように、ベース部材21Cの第1主面21C上にて原料19Cの供給と光ビームLの照射とを実質的に同時に行って固化層を形成する。具体的には、2つの第1中空領域60CXおよび第2中空領域60CYのうちの第1中空領域60CXを成す壁面60CXaの一部を形作るように複数の固化層24CXaを積層させる。固化層24CXaを積層させた後、原料19Cの供給と光ビームLの照射とを実質的に同時に行って形成する複数の固化層から土台固化部24CXbを形成する。かかる土台固化部24CXbは、第1中空領域60CX内への原料19Cの供給と光ビームLの照射回避の観点から以下のように設けられることが好ましい。具体的には、土台固化部24CXbは、土台固化部24CXbの形成前に先行して形成した固化層24CXa上に位置付けられる一方で、第1中空領域60CXの一方の開口端部60CXbよりも内側に位置付けられないように設けられることが好ましい。
 複数の固化層24CXaを積層させた後、ベース部材21Cの第1面21Cに対向する第2主面21Cが上側に位置するようにベース部材21Cを回転させる。ベース部材21Cを回転させた後、ベース部材21Cの第2主面21C上にて原料19Cの供給と光ビームLの照射とを実質的に同時に行って固化層を形成する。具体的には、本態様では、2つの第1中空領域60CXおよび第2中空領域60CYのうちの第2中空領域60CYを成す壁面60CYaの一部を形作るように複数の固化層24CYaを積層させる。固化層24CYaを積層させた後、原料19Cの供給と光ビームLの照射とを実質的に同時に行って形成する複数の固化層から土台固化部24CYbを形成する。かかる土台固化部24CYbは、第2中空領域60CY内への原料19Cの供給と光ビームLの照射回避の観点から以下のように設けられることが好ましい。具体的には、かかる土台固化部24CYbは、土台固化部24CYbの形成前に先行して形成した固化層24CYa上に位置付けられる一方で、第2中空領域60CYの一方の開口端部60CYbよりも内側に位置付けられないように設けられることが好ましい。
 土台固化部24CXbおよび24CYbを形成した後、図4(b)に示すように土台固化部24CXbおよび24CYbの向きを変える。例えば土台固化部24CXbの側部24CXbが上面側に位置付けられ得るように土台固化部24CXbの向きを変えてよい。同様に、例えば土台固化部24CYbの側部24CYbが上面側に位置付けられ得るように土台固化部24CYbの向きを変えてよい。
 土台固化部24CXbおよび土台固化部24CYbの向きを変えた後、上面側に位置付けられ得る土台固化部24CXbの側部24CXbに対して後続する第1の固化層24CXcの積層を開始する。かかる後続する第1の固化層24CXcの積層は、第1中空領域60CXを成す壁面60CXaの残りの部分を形作る観点から少なくとも第1中空領域60CXの一方の開口端部60CXbから他方の開口端部60CXbまで行われることが好ましい。また、得られる三次元形状造形物の好適な構造強度確保の観点から、以下のように後続する第1の固化層24CXcを積層することがより好ましい。より具体的には、第1中空領域60CXの一方の開口端部60CXbから他方の開口端部60CXbを介して対向する既に形成した固化層24CXaの最上層の表面を覆うように後続する第1の固化層24CXcを積層することがより好ましい。同様に、土台固化部24CXbおよび土台固化部24CYbの向きを変えた後、上面側に位置付けられ得る土台固化部24CYbの側部24CYbに対して後続する第2の固化層24CYcの積層を開始する。かかる後続する第2の固化層24CYcの積層は、第2中空領域60CYを成す壁面60CYaの残りの部分を形作る観点から以下のように行われることが好ましい。具体的には、後続する第2の固化層24CYcの積層は、少なくとも第2中空領域60CYの一方の開口端部60CYbから他方の開口端部60CYbまで行われることが好ましい。また、得られる三次元形状造形物の好適な構造強度確保の観点から、以下のように第2の固化層24CYcを積層することがより好ましい。より具体的には、第2中空領域60CYの一方の開口端部60CYbから他方の開口端部60CYbを介して対向する既に形成した固化層24CYaの最上層の表面を覆うように、後続する第2の固化層24CYcを積層することがより好ましい。
 以上の工程を経ることによって、ベース部材21Cの一方の主面21Cと他方の主面21Cの各々の側に第1中空領域60CXおよび第2中空領域60CYをそれぞれ備える三次元形状造形物100Cを製造することが可能となる(図4(c)参照)。
 本発明のある一態様として、土台固化部を複数形成することを含み、複数の土台固化部の各々を土台として後続する固化層を形成してよい。
 かかる態様は、内部に中空領域を備えた三次元形状造形物100Dの製造に際して、複数の土台固化部を形成することを特徴とする(図5参照)。具体的には、土台固化部は上述のように後刻に形成される後続する固化層を支える土台として機能し得る。この点につき、本態様は、複数の土台固化部24Db,24Dbの各々を形成し、各土台固化部の向きを変えた上で、当該向きを変えた複数の土台固化部の各々を土台として後続する固化層24Dc,24Dc,24Dcを形成する点に特徴を特に有する。つまり、本態様では、向きを変えた複数の土台固化部24Db,24Dbの各々に直接接するように複数の後続する固化層24Dc,24Dc,24Dcが形成されることになる。端的にいうと、複数の土台固化部の各々に隣接して各後続する固化層が設けられるため、各後続する固化層の配置態様は複数の土台固化部の各々の配置態様に相対的に大きく依存することになる。従って、複数の土台固化部を形成する場合、各土台固化部の配置箇所を適宜調整することで、それに応じて後続する固化層の配置箇所も適宜調整することができ得る。これに加え、後続する固化層の積層数等も調整すれば、例えば図1および図2に示す単一の土台固化部24Dbに後続する固化層24Dcを積層する場合に得られる中空領域60Dの相対的にシンプルな形状と比べて、中空領域60Dをより複雑な構造にすることができる。
 より具体的に詳述する。まず図5(a)に示すように原料19Dの供給と光ビームLの照射とを実質的に同時に行って例えばベース部材上に断面視で略L字形の固化層24Daを積層する。かかる固化層24Daの形成に続いて、断面視で固化層24Da上に複数の積層された固化層から構成される土台固化部24Dbを形成する。
 土台固化部24Dbを形成した後、当該土台固化部24Dbの向きを変更する。例えば、図5(b)に示すように土台固化部24Dbの側部24Db12が上面側に位置付けられ得るように土台固化部24Dbの向きを変えてよい。特に限定されるものではないが、土台固化部24Dbの向きの変更は、「土台固化部24Dbの形成前に先行して形成した固化層24Daと土台固化部24Dbとから構成される三次元形状造形物の前駆体100Da」の位置・向きを相対的に変えることで為されてよい。また、特に限定されるものではないが、土台固化部24Dbの向きの変更は、原料19Dの供給位置および光ビームLの照射位置を前駆体100Daに対して相対的に変えることで為されてよい。これに限定されることなく、土台固化部24Dbの向きの変更は、三次元形状造形物の前駆体100Daの位置・向き、および原料19Dの供給位置および光ビームLの照射位置を共に相対的に変えることで為されてもよい。
 土台固化部24Dbの向きを変えた後、図5(b)に示すように上面側に位置付けられ得る土台固化部24Dbの側部24Db12に対して、後続する固化層24Dcの積層を上側方向に向かい行う。
 固化層24Dcを積層した後、土台固化部24Dbの向きを変更する。例えば、図5(b)にて土台固化部24Dbの側部24Db12が上面側に位置している状態から、図5(c)に示すように断面視にて右側部側に位置付けられ得るように土台固化部24Dbの向きを変更してよい。
 土台固化部24Dbの向きを変えた後、図5(c)に示すように土台固化部24Dbの上面部24Db11に対して後続する固化層24Dcの積層を上側方向に向かい行う。また、図5(c)に示すように、原料19Dの供給と光ビームLの照射とを実質的に同時に行って既に形成した固化層24Da上に断面視で略逆L字形を成すように固化層24Daを更に積層する。当該略逆L字形を成す固化層24Daは、図5(c)に示すように対向する土台固化部24Dbの側部24Db12に形成する後続する固化層24Dcと相互に離隔するように形成され得る。かかる固化層24Daの形成に続いて、断面視で固化層24Da上に複数の積層された固化層から構成される土台固化部24Dbを形成する。図5(c)に示すように断面視で土台固化部24Dbを、その上面部24Db21のレベルが対向するL字形状領域の固化層24Dcの上面部24Dc21のレベルよりも高くなるように構成し得る。
 土台固化部24Dbを形成した後、当該土台固化部24Dbの向きを変更する。例えば、図5(d)に示すように、土台固化部24Dbの側部24Db22が上面側に位置付けられ得るように土台固化部24Dbの向きを変えてよい。特に限定されるものではないが、土台固化部24Dbの向きの変更は、土台固化部24Db形成時おける三次元形状造形物の前駆体100Daの位置・向きを相対的に変えることで為されてよい。また、特に限定されるものではないが、土台固化部24Dbの向きの変更は、原料19Dの供給位置および光ビームLの照射位置を相対的に変えることで為されてよい。これに限定されることなく、土台固化部24Dbの向きの変更は、三次元形状造形物の前駆体100Daの位置・向き、および原料19Dの供給位置および光ビームLの照射位置を共に相対的に変えることで為されてもよい。
 土台固化部24Dbの向きを変えた後、図5(d)に示すように上面側に位置付けられ得る土台固化部24Dbの側部24Db22に対して後続する固化層24Dcの積層を上側方向に向かい行う。当該後続する固化層24Dcは、図5(d)に示すようにその側部24Dc32がL字形状領域の固化層24Dcの上面部24Dc21と相互に接触するように構成され得る。
 以上の工程を経ることによって、内部に複雑な形状を有した中空領域60Dを備える三次元形状造形物100Dを製造することが可能となる(図5(d)参照)。
 上述の本態様では、一例として土台固化部24Dbおよび土台固化部24Dbの各々を形成し、各土台固化部の向きを変えた上で当該向きを変えた土台固化部の各々を土台として後続する固化層24Dc,24Dc,24Dcを形成する。つまり、向きを変えた土台固化部24Db,24Dbの各々に直接接するように複数の後続する固化層24Dc,24Dc,24Dcが形成されることになる。このように、複数の土台固化部の各々の配置箇所を適宜調整することで、それに応じて後続する固化層の配置箇所も適宜調整することができ得る。これに加え、後続する固化層の積層数等も調整すれば、例えば図5(d)に示すような複雑な形状を有した中空領域60Dを形成し得る。よって、例えば、三次元形状造形物を金型として用いる場合、中空領域60Dが複雑構造を有し得ることに起因して、中空領域内に通し得る温調媒体と三次元形状造形物100Dの熱エネルギーの交換をより効率的に行うことが可能となり得る。
 本発明のある一態様として、土台固化部上に傾斜面を有して成る後続する固化層を形成してもよい。
 本態様は、土台固化部上に後続する固化層として傾斜面を有して成るものを形成することを特徴とする。例えば、図2(c)に示す態様では、土台固化部24Abの向きを変えた後、上面側に位置付けられ得る土台固化部24Abの側部24Abに対して後続する固化層24Acの積層を行う。この際、断面視で土台固化部24Abの側部24Abに設ける後続する固化層24Acの厚みが相対的に小さいと、以下の現象が生じ得る。具体的には、原料19Aの供給と光ビームLの照射とを一体的に行うための加工ヘッド70Aの少なくとも一部が既に形成した固化層24Aaの最上層の表面に接触し、それに起因して後続する固化層24Acを積層方向に沿って好適に積層できない虞があり得る。かかる点に鑑み、本態様では、図6に示すように土台固化部24Ebの形成前に先行して形成した固化層24Eaと土台固化部24Ebとから構成される三次元形状造形物の前駆体100Eaの位置・向きを断面視で相対的に傾けることが好ましい(より具体的には、後続固化層の積層が鉛直方向と角度を成すように三次元形状造形物の前駆体100Eaを傾けた状態にする)。これにより、略鉛直下方方向に光ビームLと原料19Eを供給し得る加工ヘッド70Eが当該三次元形状造形物の前駆体100Eaに接触することが回避され得る(具体的には、図6に示すように固化層24Eaの最上層の表面に接触することが回避され得る)。また、これに限定されず、原料19Eの供給方向および光ビームLの照射方向が斜めとなるように加工ヘッド70Eを傾けて、三次元形状造形物の前駆体100Eaに、具体的には固化層24Eaの最上層の表面への加工ヘッド70Eの接触が回避されてもよい。更にこれに限定されず、三次元形状造形物の前駆体100Eaへの加工ヘッド70Eの接触回避の観点から、以下のように、加工ヘッド70Eおよび三次元形状造形物の前駆体100Eaを位置付けてよい。具体的には、原料19Eの供給方向および光ビームLの照射方向が斜めとなるように加工ヘッド70Eを傾け、かつ三次元形状造形物の前駆体100Eaの位置を断面視で相対的に傾けてもよい。
 本態様では、上記対応により加工ヘッド70Eが三次元形状造形物の前駆体100Eaに、具体的には固化層24Eaの最上層の表面に接触することが回避され得る。そのため、土台固化部24Ebの側部24Ebにて傾斜面80Eを有して成る後続する固化層24Ecを好適に形成可能となる。より具体的には、原料19Eの供給方向および光ビームLの照射方向が斜めとなるように(好ましくは後続固化層の積層方向に対して角度を成すように斜めの条件が得られるように)、三次元形状造形物の前駆体100Eaの位置を断面視で相対的に傾ける及び/又は加工ヘッド70Eを傾けることで当該後続する固化層24Ecを好適に形成可能となる。これにより、中空領域60Eの開口部を塞ぐように中空領域60Eを成す壁面60Eaの残りの部分を好適に形作ることが可能となり得る。従って、かかる中空領域60Eを成す壁面60Eaの残りの部分を好適に形作ることが可能となることに起因して、最終的に内部に中空領域60Eを備えた三次元形状造形物をより好適に形成することが可能となり得る。
 本発明のある一態様として、中空領域60Aを成す壁面60Aaの形成のための原料として、相対的に熱伝導性の高い金属、例えば銅および/又はアルミニウム等を用いてもよい(図1および図2等参照)。
 内部に中空領域を備えた三次元形状造形物を金型として用いる場合、温調媒体を流すための温調媒体路として中空領域を用いることが可能である。この場合、例えばキャビティ形成面側と温調媒体の間の熱エネルギーの移動を効率的および効果的に行う観点から、中空領域60Aを成す壁面60Aaの形成のための原料として、銅および/又はアルミニウム等の材料を用いてよい。一方、特に限定されるものではないが、内部に中空領域を備えた三次元形状造形物を金型として用いる場合、断面視で土台固化部24Abおよび土台固化部24Ab上に設けられる後続する固化層24Acの形成箇所は、キャビティ形成面となり得る(図1および図2等参照)。キャビティ形成面は成形時に成形圧力がかかりやすい箇所であり得るため、相対的に高い構造強度が要求され得る。そのため、例えば、断面視で土台固化部24Abおよび土台固化部24Ab上に設けられる後続する固化層24Acの形成のための原料として、相対的に剛性の高い鉄および/又はステンレス等を用いてもよい。
 以上、本発明のある好適な例示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、上記にて説明したものに限定されず、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、本発明で実施するLMD法では三次元形状造形物の製造原料として粉末と溶加材とを併用してもよい。例えば、製造される三次元形状造形物のある部分は“粉末”の原料を用いる一方、別の部分は“溶加材”の原料を用いてもよい。
 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: 光ビーム照射によって複数の固化層を逐次形成して、内部に中空領域を備えた三次元形状造形物を製造するための方法であって、
 前記固化層を、原料の供給時に前記光ビーム照射を行い、供給された該原料を焼結又は溶融固化させることによって形成し、
 後続する前記固化層を形成するための土台として用いる土台固化部を前記三次元形状造形物の一部として形成し、および
 前記後続する前記固化層の形成に先立って、前記土台固化部の向きを変える、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、前記土台固化部の側部に対して前記後続する前記固化層が積層されるように前記土台固化部の前記向きを変える、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、前記中空領域を成す壁面の一部分を形作った後、前記土台固化部の前記向きを変える、三次元形状造形物の製造方法。
 第4態様: 上記第3態様において、前記土台固化部の前記向きを変えた後に、前記中空領域を成す前記壁面の残りの部分を形作るように前記後続する前記固化層を形成する、三次元形状造形物の製造方法。
 第5態様:上記第2態様~第4態様のいずれかにおいて、前記土台固化部の一方の前記側部と該一方の該側部に対向する他方の側部の両方に前記後続する前記固化層を形成する、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、回転自在なベース部材を用い、該ベース部材を回転させることを通じて、該ベース部材の両主面に対して前記土台固化部を含む前記三次元形状造形物を製造する、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、前記土台固化部を複数形成することを含み、
 前記複数の前記土台固化部の各々を前記土台として前記後続する前記固化層を形成する、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、前記原料として粉末および/または溶加材を用いる、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2016-230305号(出願日:2016年11月28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。
 L...光ビーム、19A,19B,19C,19D,19E...原料、21C...ベース部材、21C...ベース部材の主面、21C...ベース部材の主面、24Aa,24Ac,24Ba,24Bc,24Bc,24CXa,24CYa,24CXc,24CYc,24Da,24Dc,24Dc,24Dc,24Ea,24Ec...固化層、24Ab,24Bb,24CXb,24CYb,24Db,24Db,24Eb...土台固化部、24Ab,24Bb21,24Bb22,24CXb,24CYb,24Db12,24Db22,24Eb...土台固化部の側部、24Bb21...土台固化部の一方の側部、24Bb22...土台固化部の他方の側部、24Ac,24Bc,24Bc,24CXc,24CYc,24Dc,24Dc,24Dc,24Ec...後続する固化層、60A,60BX,60BY,60CX,60CY,60D,60E...中空領域、60Aa,60BXa,60BYa,60CXa,60CYa,60Ea...中空領域を成す壁面、100A,100B,100C,100D...三次元形状造形物

Claims (8)

  1.  光ビーム照射によって複数の固化層を逐次形成して、内部に中空領域を備えた三次元形状造形物を製造するための方法であって、
     前記固化層を、原料の供給時に前記光ビーム照射を行い、供給された該原料を焼結又は溶融固化させることによって形成し、
     後続する前記固化層を形成するための土台として用いる土台固化部を前記三次元形状造形物の一部として形成し、および
     前記後続する前記固化層の形成に先立って、前記土台固化部の向きを変える、三次元形状造形物の製造方法。
  2.  前記土台固化部の側部に対して前記後続する前記固化層が積層されるように前記土台固化部の前記向きを変える、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  3.  前記中空領域を成す壁面の一部分を形作った後、前記土台固化部の前記向きを変える、請求項1又は2に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  4.  前記土台固化部の前記向きを変えた後に、前記中空領域を成す前記壁面の残りの部分を形作るように前記後続する前記固化層を形成する、請求項3に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  5.  前記土台固化部の一方の前記側部と該一方の該側部に対向する他方の側部の両方に前記後続する前記固化層を形成する、請求項2~4のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
  6.  回転自在なベース部材を用い、該ベース部材を回転させることを通じて、該ベース部材の両主面に対して前記土台固化部を含む前記三次元形状造形物を製造する、請求項1~5のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
  7.  前記土台固化部を複数形成することを含み、
     前記複数の前記土台固化部の各々を前記土台として前記後続する前記固化層を形成する、請求項1~6のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
  8.  前記原料として粉末および/または溶加材を用いる、請求項1~7のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
PCT/JP2017/042445 2016-11-28 2017-11-27 三次元形状造形物の製造方法 WO2018097298A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/463,723 US11453054B2 (en) 2016-11-28 2017-11-27 Method for manufacturing three-dimensional shaped object
CN201780073174.2A CN109996628B (zh) 2016-11-28 2017-11-27 三维形状造型物的制造方法
JP2018553006A JP6778887B2 (ja) 2016-11-28 2017-11-27 三次元形状造形物の製造方法
DE112017006012.5T DE112017006012T5 (de) 2016-11-28 2017-11-27 Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Formgegenstands

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016230305 2016-11-28
JP2016-230305 2016-11-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018097298A1 true WO2018097298A1 (ja) 2018-05-31

Family

ID=62194998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/042445 WO2018097298A1 (ja) 2016-11-28 2017-11-27 三次元形状造形物の製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11453054B2 (ja)
JP (1) JP6778887B2 (ja)
CN (1) CN109996628B (ja)
DE (1) DE112017006012T5 (ja)
WO (1) WO2018097298A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020066040A (ja) * 2018-10-26 2020-04-30 川崎重工業株式会社 傾斜状構造体およびその製造方法
DE102019109775A1 (de) * 2019-03-26 2020-10-01 Schaufler Tooling Gmbh & Co.Kg Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs mit einem Kühlkanal
EP3725446A1 (en) * 2019-04-11 2020-10-21 Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation Metal laminating and modeling method
WO2020250465A1 (ja) * 2019-06-11 2020-12-17 三菱重工工作機械株式会社 三次元積層方法および三次元形状物

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018097298A1 (ja) 2016-11-28 2018-05-31 パナソニックIpマネジメント株式会社 三次元形状造形物の製造方法
US11358221B2 (en) * 2019-09-30 2022-06-14 The Boeing Company Build part and method of additively manufacturing the build part
JP2021130130A (ja) * 2020-02-21 2021-09-09 三菱重工コンプレッサ株式会社 金属積層造形方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04336304A (ja) * 1991-01-21 1992-11-24 Gebr Sulzer Ag 金属製品の製造方法及び製造装置
JP2013194263A (ja) * 2012-03-16 2013-09-30 Panasonic Corp 三次元形状造形物の製造方法
JP2014516841A (ja) * 2011-06-16 2014-07-17 アールブルク ゲーエムベーハー ウント コー.カーゲー 3次元対象物の作製装置および作製方法
JP2015077754A (ja) * 2013-10-18 2015-04-23 ローランドディー.ジー.株式会社 三次元造形装置
WO2015194113A1 (ja) * 2014-06-17 2015-12-23 川崎重工業株式会社 軸対称体および軸対称製品の製造方法
JP2016141142A (ja) * 2015-02-05 2016-08-08 榎本工業株式会社 3次元プリンタ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1911568B1 (en) * 2005-07-27 2013-06-05 Shofu Inc. Apparatus for forming layered object
WO2015073322A1 (en) * 2013-11-13 2015-05-21 Abb Technology Ag System for robotic 3d printing
EP3243635B1 (en) * 2016-03-25 2021-05-05 Technology Research Association for Future Additive Manufacturing Three-dimensional lamination shaping device, method for controlling three-dimensional lamination shaping device, and program for controlling three-dimensional lamination shaping device
JP6882878B2 (ja) * 2016-10-28 2021-06-02 Ntn株式会社 三次元造形装置
WO2018097298A1 (ja) 2016-11-28 2018-05-31 パナソニックIpマネジメント株式会社 三次元形状造形物の製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04336304A (ja) * 1991-01-21 1992-11-24 Gebr Sulzer Ag 金属製品の製造方法及び製造装置
JP2014516841A (ja) * 2011-06-16 2014-07-17 アールブルク ゲーエムベーハー ウント コー.カーゲー 3次元対象物の作製装置および作製方法
JP2013194263A (ja) * 2012-03-16 2013-09-30 Panasonic Corp 三次元形状造形物の製造方法
JP2015077754A (ja) * 2013-10-18 2015-04-23 ローランドディー.ジー.株式会社 三次元造形装置
WO2015194113A1 (ja) * 2014-06-17 2015-12-23 川崎重工業株式会社 軸対称体および軸対称製品の製造方法
JP2016141142A (ja) * 2015-02-05 2016-08-08 榎本工業株式会社 3次元プリンタ

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3871819A4 (en) * 2018-10-26 2022-08-17 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha INCLINED STRUCTURE AND METHOD OF PRODUCTION
JP7249127B2 (ja) 2018-10-26 2023-03-30 川崎重工業株式会社 傾斜状構造体およびその製造方法
JP2020066040A (ja) * 2018-10-26 2020-04-30 川崎重工業株式会社 傾斜状構造体およびその製造方法
DE102019109775A1 (de) * 2019-03-26 2020-10-01 Schaufler Tooling Gmbh & Co.Kg Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs mit einem Kühlkanal
JP2020171946A (ja) * 2019-04-11 2020-10-22 三菱重工コンプレッサ株式会社 金属積層造形方法
US11400536B2 (en) 2019-04-11 2022-08-02 Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation Metal laminating and modeling method
CN111805057A (zh) * 2019-04-11 2020-10-23 三菱重工压缩机有限公司 金属层叠造型方法
JP7232113B2 (ja) 2019-04-11 2023-03-02 三菱重工コンプレッサ株式会社 金属積層造形方法
EP3725446A1 (en) * 2019-04-11 2020-10-21 Mitsubishi Heavy Industries Compressor Corporation Metal laminating and modeling method
WO2020250465A1 (ja) * 2019-06-11 2020-12-17 三菱重工工作機械株式会社 三次元積層方法および三次元形状物
CN113382820A (zh) * 2019-06-11 2021-09-10 三菱重工工作机械株式会社 三维层叠方法及三维形状物
TWI747320B (zh) * 2019-06-11 2021-11-21 日商三菱重工工作機械股份有限公司 三維積層方法及三維形狀物
JP7383406B2 (ja) 2019-06-11 2023-11-20 ニデックマシンツール株式会社 三次元積層方法および三次元形状物

Also Published As

Publication number Publication date
DE112017006012T5 (de) 2019-09-26
CN109996628B (zh) 2022-01-11
US11453054B2 (en) 2022-09-27
JPWO2018097298A1 (ja) 2019-10-17
US20190375011A1 (en) 2019-12-12
JP6778887B2 (ja) 2020-11-04
CN109996628A (zh) 2019-07-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018097298A1 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
KR101521481B1 (ko) 3차원 형상 조형물의 제조 방법 및 이로부터 얻어지는 3차원 형상 조형물
JP5555222B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法およびそれから得られる三次元形状造形物
JP5599957B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP5213006B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
KR102048693B1 (ko) 3차원 형상 조형물의 제조 방법
WO2015133138A1 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
WO2011102382A1 (ja) 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
WO2016017155A1 (ja) 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
KR101856644B1 (ko) 3차원 콘크리트 프린트 시스템
WO2017154965A1 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP5302710B2 (ja) 三次元形状造形物の製造装置および製造方法
JP2010121187A (ja) 三次元造形物及びその製造方法
KR20140004738A (ko) 온도 조절용 채널을 구비한 금형 부품의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 이루어진 금형 부품
JP6628024B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
JP2002249805A (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP6857861B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP6807554B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
JP6643643B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
WO2018003798A1 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP6688997B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP6726858B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
WO2020218449A1 (ja) 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物を製造するための装置
JP6765359B2 (ja) 構造体の製造方法、及び構造体
JP6785478B2 (ja) 金型およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17874279

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018553006

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17874279

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1