CN102985199A - 三维形状造型物的制造方法、所得到的三维形状造型物及成形品的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种三维形状造型物的制造方法，其特征在于，反复进行以下工序：（i）对粉末层的规定部位照射光束，使所述规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及（ii）在所得到的固化层上形成新的粉末层，对所述新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层的工序；将三维形状造型物的表面区域的一部分形成为低密度固化区域，将低密度固化区域的固化密度设为50％～90％，以便能够利用从该低密度固化区域通过的气体进行加压。

Description

三维形状造型物的制造方法、所得到的三维形状造型物及成形品的制造方法

技术领域

本发明涉及三维形状造型物的制造方法、三维形状造型物及成形品的制造方法。更详细地讲，本发明涉及通过反复实施对粉末层的规定部位照射光束而进行的固化层形成来制造使多个固化层层叠一体化而成的三维形状造型物的方法，还涉及通过该方法获得的三维形状造型物。进而，本发明还涉及将三维形状造型物用作模具的成形品的制造方法。

背景技术

以往，已知有对材料粉末照射光束来制造三维形状造型物的方法（一般称作“粉末烧结层叠法”）。在该方法中，反复进行“（i）通过对粉末层的规定部位照射光束，使该规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层，（ii）在所得到的固化层上铺设新的粉末层并同样地照射光束进而形成固化层”这样的工序来制造三维形状造型物（参照专利文献1或专利文献2）。作为材料粉末，在使用了金属粉末或陶瓷粉末等无机质的材料粉末的情况下，能够将所得到的三维形状造型物用作模具，在使用了树脂粉末或塑料粉末等有机质的材料粉末的情况下，能够将所得到的三维形状造型物用作模型。根据这种制造技术，能够以短时间制造复杂的三维形状造型物。

以在支承部件上制造三维形状造型物的情况为例，如图1所示，首先，在造型板21上形成规定厚度t1的粉末层22（参照图1（a））。接着，将光束向粉末层22的规定部位照射，从该被照射的粉末层的部分开始形成固化层24。然后，在所形成的固化层24上铺设新的粉末层22并再次照射光束而形成新的固化层。若反复实施这样的固化层的形成，则能够得到层叠一体化有多个固化层24的三维形状造型物（参照图1（b））。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:特表平1－502890号公报

专利文献2:特开2000－73108号公报

发明的概要

发明要解决的课题

三维形状造型物能够用作模具，在使用了模具的树脂成形中，可能会产生被称作“收缩”的现象。换句话说，有时与树脂成形品的壁厚部或肋部等相当的部分如图14所示那样凹陷，引起成形不合格。关于这样的“收缩”，不拘于特定理论，可以想到是由树脂成形时的应力引起的。具体地说，以熔融状态注塑的树脂在模具内被冷却，在该冷却时，树脂从表面区域开始固化，随着时间的经过而树脂内部也逐渐固化。在树脂固化中伴随有体积收缩，而由于树脂表面已经固化，因此会在树脂内部产生拉伸应力，表面部的强度无法承受该拉伸应力而凹陷。

发明内容

本发明鉴于上述情况而做出。即，本发明的课题在于提供一种三维形状造型物，能够用作模具，并且能够适当地防止收缩产生。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，在本发明提供一种三维形状造型物的制造方法，其特征在于，反复进行以下工序：

（i）对粉末层的规定部位照射光束，使所述规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及

（ii）在所得到的固化层上形成新的粉末层，对所述新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层的工序，

将三维形状造型物的表面区域的一部分形成为低密度固化区域，

将低密度固化区域的固化密度设为50％～90％，以便能够利用从低密度固化区域通过的气体进行加压。

本发明的制造方法的特征之一在于，在三维形状造型物中形成特别考虑了三维形状造型物的用途的低密度固化区域。具体地说，在本发明中，在三维形状造型物的表面区域的一部分形成固化密度50％～90％的低密度固化区域，以便能够利用从低密度固化区域通过的气体进行加压。

本说明书所述的“低密度固化区域”实质上是指固化密度比较低的多孔状的造型物区域（例如多孔状的烧结区域）。更具体地讲，“低密度”是指比造型物本体的固化密度（95～100％程度的固化密度）低的固化密度。特别是本发明中的“低密度固化区域”不仅由于其密度能够使气体通过，而且还具备对这样的气体通过或气体加压而言适当的形态。

此外，本说明书所述的“利用通过的气体进行加压”实质上是指利用从低密度固化区域通过的气体的压力进行加压操作的形态。换句话说，本发明的意图在于，向低密度固化区域的一侧的面供给的气体从低密度固化区域通过而从另一侧的面放出，通过该放出的气体的压力进行加压。

另外，进而明确起见来说明，在本说明书中，“粉末层”实质上是指例如“由金属粉末构成的金属粉末层”。此外，“粉末层的规定部位”实质上是指所制造的三维形状造型物的区域。因此，通过对存在于该规定部位的粉末照射光束，该粉末烧结或熔融固化而构成三维形状造型物的形状。另外，在粉末层为金属粉末层的情况下，“固化层”相当于“烧结层”，“固化密度”能相当于“烧结密度”。

在本发明的制造方法中，为了能够在所得到的造型物中使气体更有效地通过来进行加压，优选使设置于表面区域的低密度固化区域的厚度较薄。例如优选将低密度固化区域的厚度设为0.5mm～10mm程度。由此，能够减小气体通过时的流体阻力。换句话说，能够减少通过时的压力损失，能够防止气体供给压降低得过多。根据需要，也可以使低密度固化区域的厚度局部地改变。换句话说，可以分成厚度较薄的部分和不是较薄的部分来形成低密度固化区域。

在某个优选形态中，在三维形状造型物中形成与低密度固化区域连通的中空区域。该中空区域具有与造型物的外部连接的方式。例如，在低密度固化区域的背面侧形成“与造型物的外部相连的空洞部”。由此，在所得到的造型物中，能够将该空洞部用作气体供给路径，能够更适当地对低密度固化区域进行气体供给。在设置中空区域的情况下，也可以附加地形成用于支承较薄地形成的低密度固化区域的部件。例如，可以在中空区域的一部分形成与低密度固化区域连结而成的固化部。

在造型物的表面区域形成的低密度固化区域不限于1个，也可以形成2个以上低密度固化区域。在该情况下，也可以按照各个低密度固化区域分别改变固化密度及/或厚度。若这样设置，则在所得到的造型物中，气体通过时的流体阻力因各低密度固化区域而改变，能够从各个低密度固化区域供给不同的气体压力。

本发明还提供利用上述制造方法得到的三维形状造型物。本发明的三维形状造型物具有能够适当地用作模具的方式。换句话说，在本发明中，在模具模腔面的至少一部分设有固化密度50％～90％的低密度固化区域。若将这种三维形状造型物用作模具，则能够利用从低密度固化区域通过的气体对模具模腔内的树脂原料或成形品从外侧进行加压。

在本发明的三维形状造型物中，低密度固化区域与造型物的表面区域设于同一个面上，该低密度固化区域的厚度为例如0.5mm～10mm程度。在某个优选形态中，低密度固化区域的厚度局部地不同（例如只有隔着大致一定间隔的局部点成为“薄壁”）。此外，在某个优选形态中，在低密度固化区域的背面侧设置有与该低密度固化区域连通的中空区域（即空洞部）。该中空区域与造型物外部连接，因此，能够作为将气体从外部向低密度固化区域供给的流路适当地发挥功能。在中空区域中，也可以设置用于支承低密度固化区域的部件。在其他优选形态中，设有多个低密度固化区域。更优选的是，多个低密度固化区域各自的固化密度及/或厚度不同。

在本发明中，还提供将三维形状造型物用作模具时的成形品的制造方法。该成形品的制造方法的特征在于，包括：

（i）用树脂原料充满模具模腔部的工序；以及

（ii）在模具模腔部中对树脂原料进行成形的工序，

在进行所述成形时，经由低密度固化区域来供给气体，由此从模具模腔部的外侧对树脂原料或成形品施加压力。

在本发明的成形品的制造方法中，能够经由模具的低密度固化区域从外部进行加压，因此，能够有效地防止模具模腔部的树脂原料或成形品的“收缩”。在某个优选形态中，在注塑/保压工序和分型（分模）工序的各个工序中进行基于气体供给的加压。在该情况下，也可以在“注塑/保压工序”和“分型工序”各个工序中以不同的气压进行加压。此外，在其他优选形态中，通过调整从低密度固化区域通过的气体的温度，能够进行模具模腔部的树脂原料或成形品的温度调整。另外，在使用“设有2个以上低密度固化区域的模具”的情况下，能够按照各个低密度固化区域分别进行加压，因此，能够适当地获得期望的成形品。

发明效果

在本发明的制造方法中，在造型物表面形成能够使气体通过的多孔状的低密度固化区域。因此，根据本发明，能够通过低密度固化区域进行经由气体通过的加压操作，能够将所得到的三维形状造型物适当地用作模具。特别是在实施粉末烧结层叠法时形成低密度固化区域，因此，能够在考虑了最终用途的基础上在造型物的任意区域形成低密度固化区域。

具体地说，在假定将三维形状造型物用作模具的情况下，以与可能产生“收缩”的部分相邻接的方式形成低密度固化区域，因此，能够有效地防止树脂成形时的收缩产生（换句话说，由于能够经由低密度固化区域从外部向模腔内供给气体，因此，“收缩部分”或“可能产生收缩的部分”被气体从外侧推压）。关于该点，在以往的模具中，如图15所示，通过从与模具连接的连结管300供给的气体进行加压时，只是使用了“管”，因此，只能进行局部加压，并且，根据制造的成形品的形状等而存在不能够设置连结管的部位等，制约比较大。在以往的模具中，若较大地设置“管（管径）”，则在成形时树脂原料可能会流入管中，很有可能无法进行期望的成形。相对于这样的以往的形态，在本发明中，能够在造型物表面的任意部位形成低密度固化区域，并且，能够将该低密度固化区域的尺寸设为任意的大小（换句话说，能够形成比较大的加压面）。特别能够实现在“收缩部分”或“可能产生收缩的部分”比较大的情况下也能够通过较大的气体供给压面来防止上述部分的产生的模具。换言之，以往的形态是“点加压”，相对于此，本发明为“面加压”。

这样，本发明的低密度固化区域能够以比较大的尺寸来实现，因此，能够使得“从低密度固化区域通过的气体”与“模腔内的树脂原料或成形品”之间的接触面积也比较大。因此，能够通过调整对低密度固化区域供给的气体的温度，有效地进行模腔内的树脂原料/成形品的温度调整。换句话说，在本发明中，不能能够通过“加压”来防止树脂成形时的收缩产生，而且，还能够通过“加温”来防止熔痕产生。

进一步来讲，在本发明中，通过调整低密度固化区域的固化密度、厚度等，能够改变气体通过时的流体阻力，因此，由此能够调整加压时的压力。换句话说，对想要较大地加压的成形品部分（例如厚壁部）较小地设置固化密度，另一方面对不想要怎么加压的成形品部分（例如强度较弱的薄壁部）较大地设置固化密度即可，树脂成形的设计自由度变大。

附图说明

图1是示意地表示光造型复合加工机的动作的截面图。

图2是示意地表示光造型装置的形态的立体图（图2（a）：具备切削机构的复合装置、图2（b）：不具备切削机构的装置）。

图3是示意地表示进行粉末烧结层叠法的形态的立体图。

图4是示意地表示实施粉末烧结层叠法的光造型复合加工机的结构的立体图。

图5是光造型复合加工机的动作的流程图。

图6是按照时间经过来表示光造型复合加工工序的示意图。

图7是示意地表示本发明的概念的图（图7（a）：在造型物100的表面区域的一部分形成有多孔状的低密度固化区域24b的形态、图7（b）：在低密度固化区域24b的背面侧形成有中空区域60的形态）。

图8是示意地表示本发明的实施形态的图（图8（a）“在与成形品的厚壁部”相接的造型物表面设置有低密度固化区域24b的形态：图8（b）：在与“成形品的肋部”相接的造型物表面设置有低密度固化区域24b的形态）。

图9是示意地表示低密度固化区域的厚度局部地变化的形态的图（图9（a）：整体图、图9（b）：低密度固化区域的放大图）。

图10是示意地表示设置有支承用固化部24c的形态的图。

图11是示意地表示被用作模具的本发明的三维形状造型物的形态的立体图（图11（a）：在包含形成有成形品肋部的部分120的一定区域中形成有低密度烧结区域24b的形态、图11（b）：在包围形成有成形品肋部的部分120的区域中形成有多个低密度烧结区域24b1～24b4的形态）。

图12是示意地表示利用图11所示的模具100得到的成形品200的形态的立体图。

图13是示意地表示使用本发明的模具进行树脂成形的操作形态的图。

图14是示意地表示产生了“收缩”的形态的立体图。

图15是示意地表示现有技术的形态的图。

标记说明

1光造型复合加工机

2粉末层形成机构

3光束照射机构

4切削机构

8休谟管（hume）

19粉末/粉末层（例如金属粉末/金属粉末层）

20造型物支承部件

21造型板

22粉末层（例如金属粉末层或树脂粉末层）

23挤压用刀片

24固化层（例如烧结层）

24a高密度固化区域（例如高密度烧结部）

24b低密度固化区域（例如低密度烧结区域）

24b₁～24b₄多个低密度固化区域（例如多个低密度烧结区域）

24c支承用固化部（例如支承用烧结部）

25粉末台

26粉末材料箱的壁部分

27造型箱的壁部分

28粉末材料箱

29造型箱

30光束振荡器

31电镜

40铣头

41XY驱动机构

50腔室

52透光窗或透镜

60中空区域

L光束

100三维形状造型物

120形成成形品肋部的部分

200成形品或树脂原料

202肋部

204收缩

300连结管（现有技术）

具体实施方式

以下，参照附图更详细地说明本发明。

［粉末烧结层叠法］

首先，说明作为本发明的制造方法的前提的粉末烧结层叠法。为了便于说明，以从材料粉末箱供给材料粉末、使用疏砂板刮平材料粉末来形成粉末层的形态为前提，来说明粉末烧结层叠法。此外，以在粉末烧结层叠法时也一并进行造型物的切削加工的复合加工的形态为例进行说明（换句话说，不是以图2（b）而是以图2（a）所示的形态为前提进行说明。但是，附带说明，即便是不具备切削机构的图2（b）所示的形态也能够实现本发明）。在图1、3以及4中示出了能够实施粉末烧结层叠法和切削加工的光造型复合加工机的功能及结构。光造型复合加工机1主要具备：“粉末层形成机构2，以规定厚度来铺设金属粉末，由此形成粉末层”；“造型台20，在外周被壁27包围的造型箱29内沿上下进行升降”；“造型板21，成为配设在造型台20上的造型物的底座”；“光束照射机构3，对任意的位置照射光束L”；以及“切削机构4，对造型物的周围进行切削”。粉末层形成机构2如图1所示，主要具有：“粉末台25，在外周被壁26包围的材料粉末箱28内沿上下进行升降”；以及“疏砂板23，用于在造型物支承部件上形成粉末层22”。光束照射机构3如图3以及图4所示，主要具有“产生光束L的光束振荡器30”和“使光束L在粉末层22上扫描（scanning）的电镜31（扫描光学系统）”。根据需要，在光束照射机构3中配设有对光束光斑的形状进行修正的光束形状修正机构（例如具有一对柱面透镜和使该透镜绕着光束的轴线旋转的旋转驱动机构而构成的机构）、fθ透镜等。切削机构4主要具备“对造型物的周围进行切削的铣头40”和“使铣头40向切削部位移动的XY驱动机构41（41a、41b）”（参照图3以及图4）。

参照图1、图5以及图6来详细描述光造型复合加工机1的动作。图5示出了光造型复合加工机的一般的动作流程。图6示意地简单示出了光造型复合加工工序。

光造型复合加工机的动作主要包括：形成粉末层22的粉末层形成步骤（S1）；对粉末层22照射光束L而形成固化层24的固化层形成步骤（S2）；以及对造型物的表面进行切削的切削步骤（S3）。在粉末层形成步骤（S1）中，首先使造型台20下降Δt1（S11）。接着，使粉末台25上升Δt1之后，如图1（a）所示，使疏砂板23沿箭头A方向移动。由此，将配设于粉末台25的粉末（例如“平均颗粒直径5μm～100μm程度的铁粉”）向造型板21上移送（S12）并且将其刮平成规定厚度Δt1而形成粉末层22（S13）。接下来，移至固化层形成步骤（S2），从光束振荡器30发出光束L（例如二氧化碳气体激光（500W程度）、Nd：YAG激光（500W程度）、纤维激光（500W程度）或紫外线等）（S21），通过电镜31使光束L在粉末层22上的任意位置进行扫描（S22）。由此，使粉末熔融、固化而形成与造型板21一体化的固化层24（S23）。光束不限于在空气中进行传递，也可以由光纤等进行传送。

在固化层24的厚度成为根据铣头40的工具长度等求出的规定厚度之前反复进行粉末层形成步骤（S1）和固化层形成步骤（S2），对固化层24进行层叠（参照图1（b））。另外，新层叠的固化层在烧结或熔融固化时，与成为已形成的下层的固化层一体化。

若层叠的固化层24的厚度成为规定厚度，则移至切削步骤（S3）。在图1及图6所示那样的形态下，通过驱动铣头40来开始切削步骤的实施（S31）。例如，在铣头40的工具（球头端铣刀）为直径1mm、有效刀刃长度3mm的情况下，能够进行深度3mm的切削加工，因此，如果Δt1为0.05mm，则在形成了60层固化层的时刻驱动铣头40。通过XY驱动机构41（41a、41b）使铣头40沿箭头X及箭头Y方向移动，对由层叠的固化层24构成的造型物的表面进行切削加工（S32）。然后，在三维形状造型物的制造仍未完成的情况下，返回粉末层形成步骤（S1）。以后，反复进行S1至S3，层叠更多的固化层24，由此，进行三维形状造型物的制造（参照图6）。

固化层形成步骤（S2）中的光束L的照射路径和切削步骤（S3）中的切削加工路径，预先根据三维CAD数据制作。此时，应用等高线加工来决定加工路径。例如，在固化层形成步骤（S2）中，使用对由三维CAD模型生成的STL数据以等节距（例如将Δt1设为0.05mm的情况下以0.05mm节距）进行切片而形成的各截面的轮郭形状数据。

［本发明的制造方法］

本发明在上述的粉末烧结层叠法中特别在固化层的形成形态具有特征。具体地说，如图7（a）所示，在造型物100的表面区域的一部分形成多孔状的低密度固化区域24b。特别是在本发明中，为了能够利用从低密度固化区域24b通过的气体进行加压，而将低密度固化区域的固化密度设为50％～90％，优选设为60％～85％。为了进行高效的气体供给，也可以设置“用于向低密度固化区域引导气体的流路”。特别是，也可以形成与低密度固化区域连通的中空区域（空洞部）。例如图7（b）所示，在低密度固化区域24b的背面侧形成中空区域60，将该中空区域60形成为与造型物外部连通。由此，能够将中空区域60用作气体供给路径，通过从外部对中空区域60进行气体供给，能够向低密度固化区域24b送入气体，能够容易地进行经由低密度固化区域24b的气体加压。

参照附图进一步说明本发明的制造方法。本发明所使用的金属粉末是以铁系粉末为主成分的粉末，根据情况不同也可以是还含有从由镍粉末、镍系合金粉末、铜粉末、铜系合金粉末以及石墨粉末等构成的组中选择出的至少1种粉末的粉末（作为一例，能够举出如下的金属粉末，该金属粉末中，平均颗粒直径20μm程度的铁系粉末的配合量为60～90重量％，镍粉末及镍系合金粉末的双方或任意一方的配合量为5～35重量％，铜粉末及/或铜系合金粉末的双方或任意一方的配合量为5～15重量％，并且石墨粉末的配合量为0.2～0.8重量％）。另外，金属粉末不限于这种铁系粉末，还可以是铜系粉末或铝粉末。进而附带而言，如果将三维形状造型物用作模具以外的用途，还可以是塑料粉末或陶瓷粉末。

在本发明的制造方法中，反复进行如下操作：在造型板21上形成了规定厚度的金属粉末层22之后，对金属粉末层22的规定部位照射光束，从被照射的金属粉末层的部分开始形成烧结层（参照图1（a）以及（b））；而在该反复实施时，通过调整照射的光束的能量等来形成多孔状的低密度烧结区域24b。具体地说，降低对金属粉末层22中相当于低密度烧结区域（即ち“低密度固化区域”）的粉末区域照射的光束的输出能量。由此，能够作为烧结不充分，而形成烧结密度（即“固化密度”）为50％～90％程度的低密度的固化区域。低密度区域以外的烧结层24的烧结密度为90（不包括90）～100％程度。若这样形成烧结密度低的多孔状的烧结区域，则如上所述，能够使气体通过，因此能够在所得到的造型物中进行经由气体通过的加压操作。除了通过（a）降低光束的输出能量之外，还能够通过（b）提高光束的扫描速度；（c）加宽光束的扫描节距；（d）增大光束的聚光直径，来以能量比烧结层形成时低的光束形成低密度烧结区域24b。上述（a）～（d）可以单独进行，也可以组合各种来进行。另外，就上述（a）而言，相对于以例如照射能量密度E为4～15J/mm²程度的光束来形成烧结层24（烧结密度90～100％），通过照射能量密度E为约1～4J/mm²的光束来形成烧结密度为50％～90％的低密度烧结区域24b。另外，能量密度E＝激光输出（W）/（扫描速度（mm/s）×扫描节距（mm）（制造条件例如为，粉末的层叠厚度：0.05mm、激光的种类：CO₂（二氧化碳气体）激光、光斑直径：0.5mm）。

在此，本说明书所述的“烧结密度（％）”实质上是指通过对造型物的截面照片进行图像处理而求出的烧结截面密度（金属材料的占有率）。所使用的图像处理软件为Scion Image ver.4.0.2（免费软件），将截面图像二值化成烧结部（白）和空孔部（黑）之后，对图像的全部像素数Px_all及烧结部（白）的像素数Px_white进行计数，由此能够通过以下的式1来求出烧结截面密度ρ_S。

［式1］

${\mathrm{\ρ}}_S=\frac{{\mathrm{Px}}_{\mathrm{white}}}{{\mathrm{Px}}_{\mathrm{all}}}\×100(\%)$

低密度烧结区域形成于造型物的表面区域，然而在本发明中，特别优选设置于容易产生“收缩”的模腔形成面。换句话说，在将三维形状造型物用作树脂成形用的模具的情况下，优选在与“成形品的厚壁部”接触的模腔形成面（参照图8（a））、或与“成形品的肋部”接触的模腔形成面（参照图8（b））等处形成低密度烧结区域24b。由此，在注塑成形后，能够从低密度烧结区域24b朝向树脂原料/成形品施加气压，作为其结果，能够有效地防止“收缩”。如图示的形态可知，在本发明中能够以较宽大的面进行加压，能够形成高精度的成形。换句话说，在本发明中，不是进行“点加压”而是能够实现“面加压”。只是作为一例，在将三维形状造型物用作模具的情况下，能够将模腔形成面的10％～100％作为低密度烧结区域，更优选将模腔形成面的20％～70％作为低密度烧结区域。

对“与低密度固化区域连通的中空区域（空洞部）”的形成进行说明。“与低密度固化区域连通的中空区域”也与低密度固化区域同样，能够在上述光束照射时形成。具体地说，能够通过在形成烧结层24时分成照射光束的部位和不照射光束的部位来形成。换句话说，在金属粉末层22中，相当于中空区域60的粉末区域不被照射光束而维持粉末状态，最后将该区域部分的粉末除去，而得到中空区域60。另外，在未烧结的粉末附着在构成中空区域60的壁面等上的情况下，也可以实施切削加工来将未烧结的粉末除去。使用的切削加工机构只要能够实施表面切削即可，可以是任意的切削加工机构。例如，能够使用上述的光造型复合加工机的切削加工机构（参照图2（a））。只是一例，该切削加工机构可以是通用的数值控制（NC：Numerical Control）工作机械或与此相当的切削加工机构。优选为能够自动更换端铣刀等切削工具的加工中心（MC）。端铣刀例如主要使用超硬材料的双刃球头端铣刀。也可以根据需要，使用平头端铣刀、圆角端铣刀、钻头等。

为了使“基于气体通过的加压”适当，优选低密度烧结区域比较薄。换句话说，为了保持必要的强度的同时尽量减少气体从低密度烧结区域通过时的压力损失，优选低密度烧结区域的厚度较小。例如图7（b）所示那样的低密度烧结区域24b的厚度t优选为0.5mm～10mm，更优选为1mm～5mm程度。另外，就低密度烧结区域的厚度而言，也可以局部地、部分地改变低密度固化区域的厚度。例如可以是如图9（a）以及（b）所示，低密度固化区域24b的厚度每隔一定间隔减小的方式。如果以图9（b）所示的形态进行说明，由于“A点”处厚度变小，因此，气体通过时的流体阻力降低而容易向树脂原料/成形品进行气压供给，在厚度比较大的“B点”处能够维持低密度烧结区域的所需的强度。另外，在图9（b）所示的形态中，厚度每隔一定间隔减小，因此，能够抑制经由低密度固化区域的气体供给的“不均匀”，能够实现均匀的加压。另外，只是一例，图9（b）所示的厚度t1为1～10mm程度，t2为0.5～5mm程度，并且节距P为1～10mm程度。

若低密度烧结区域较薄则低密度烧结区域的强度能够降低，因此，为了针对低密度烧结区域较薄进行补偿，可以设置用于支承低密度烧结区域的部件（即“加强用的梁”）。具体地说，如图10所示，优选在中空区域60的一部分形成与低密度烧结区域24b连结并支承该低密度烧结区域24b的烧结部24c（即“固化部”）。在该情况下，如图所示，优选每一定间隔设置多个烧结部24c（即“局部的固化部”）。由此，能够均匀地支承低密度烧结区域24b并且能够可靠地确保气体供给路径。该烧结部24c的形成也能够在上述光束照射时形成。具体地说，能够在形成烧结层24时分成照射光束的部位和不照射光束的部位来形成。换句话说，在金属粉末层22中相当于中空区域60的粉末区域不被照射光束而维持粉末状态，另一方面，相当于烧结部24c的区域被照射光束（与形成烧结层24同样地照射光束）。最后，除去非照射部分的粉末，而能够得到“在中空区域60的一部分中配设的烧结部24c”。另外，在未烧结的粉末附着于烧结部24c的情况下，也可以根据需要实施切削加工来将未烧结的粉末除去。使用的切削加工机构只要能够实施表面切削即可，可以是任意的切削加工机构。例如，能够使用上述的光造型复合加工机的切削加工机构。

在造型物的表面区域形成的低密度烧结区域不仅限于1个，也可以形成2个以上低密度烧结区域。在该情况下，也可以按照各个低密度烧结区域分别改变烧结密度及/或厚度。若这样设置，则能够按照各低密度烧结区域分别改变气体通过时的流体阻力，能够在各低密度烧结区域分别进行不同压力的加压。例如，对想要较大地加压的成形品部分（例如厚壁部）较小地设置固化密度，另一方面对不想要怎么加压的成形品部分（例如强度较弱的薄壁部）较大地设置固化密度即可，由此，能够高精度地获得期望的树脂成品。

［本发明的三维形状造型物］

接下来，说明通过上述的制造方法得到的本发明的三维形状造型物。本发明的三维形状造型物能够用作模芯侧或模腔侧的模具，在模具的形成模腔的面的至少一部分形成烧结密度50％～90％（优选烧结密度60％～85％）的低密度烧结区域。因此，在将本发明的三维形状造型物作为模具而使用的树脂成形时，能够利用从低密度烧结区域通过的气体从外侧对成形原料或成形品进行加压。在上述的［本发明的制造方法］中进行过说明，作为本申请发明的三维形状造型物的优选方式，能够列举出例如以下的方式：

·在低密度烧结区域的背面侧设置与该低密度烧结区域连通的中空区域的方式。特别是该中空区域与造型物外部连通（参照图8）

·在中空区域设置用于支承低密度烧结区域24b的支承烧结部24c的方式（参照图10）

·低密度烧结区域的厚度局部不同的方式（参照图9）。

·设有2个以上低密度烧结区域的方式（例如，按照各个低密度烧结区域分别使烧结密度及/或厚度不同的方式）

关于本发明的三维形状造型物的更具体的方式，依赖于最终用途。换句话说，在将三维形状造型物用作模具的情况下，依赖于所得到的成形品的形状。举出一例，可以想到图11（a）以及图11（b）所示那样的三维形状造型物100。在该情况下，能够得到图12所示那样的成形品200。在图11（a）所示的三维形状造型物100的情况下，在模腔形成面中的、包含“形成有成形品肋部的部分120”的一定区域中形成低密度烧结区域24b。如图示的形态可知，低密度烧结区域24b被形成为较宽广的“面状”。另一方面，图11（b）所示的三维形状造型物100在包围“形成有成形品肋部的部分120”的区域中形成多个低密度烧结区域24b1～24b4。根据该方式，也应理解为，低密度烧结区域24b1～24b4分别形成为“面状”。

［本发明的成形品的制造方法］

对本发明的成形品的制造方法进行说明。本发明的成形品的制造方法相当于将上述三维形状造型物用作模具时的成形品的制造方法。该成形品的制造方法包括：（i）用树脂原料充满模具模腔的工序；以及（ii）在模具模腔内对树脂原料进行成形而得到成形品的工序。特别是在本发明的成形品的制造方法中，通过经由模具的低密度烧结区域向模腔内供给气体，而从外侧向树脂原料或成形品施加压力，由此防止或减少了“收缩产生”。

作为对低密度固化区域供给的气体，没有特别限制。例如，可以使用从由空气、氮气及氩气等构成的组中选择出的至少1种气体。向低密度烧结区域供给的气体压力根据低密度烧结区域的厚度及其烧结密度等而最佳值改变，大体为1MPa～30MPa的范围。若气体压力过低则所供给的气体不能通过低密度烧结区域，或者即使通过了也不能够对树脂原料或成形品施加期望的压力。另一方面，若气体压力过高，则对树脂原料或成形品施加的压力变大至所需以上，可能会影响所得到的成形品的外观形状。另外，“对树脂原料或成形品施加的压力”会依赖于气体供给压力以及低密度烧结区域中的压损（通气阻力）等。换句话说，预先调查低密度烧结区域中产生的压损，通过将该压损从气体流的压力中减去而能够大概掌握“对树脂原料或成形品施加的压力”。换言之，通过调整气体流的压力，或者通过改变低密度烧结区域的厚度、其烧结密度等，能够控制为最适于收缩防止的压力。

关于本发明的成形品的制造方法的形态，还能够想到其他各种形态。以下，对其他形态进行说明。

（成形品温调的形态）

在该形态中，通过调整向低密度烧结区域供给的气体的温度，进行模具模腔内的树脂原料或成形品的温度调整。换句话说，通过调整从低密度固化区域通过的气体的温度，控制模具模腔内的温度。

在这样的成形品的温调中，能够有效地防止“熔痕”的产生。换句话说，如果在可能会产生“熔痕”的区域的附近形成低密度烧结区域，那么能够通过“来自低密度烧结区域的气体的温度”有效地抑制树脂成形时的熔痕产生。换句话说，“熔痕”可能在冷却过程的2个树脂流的合流点处产生，为了能够对该点局部地进行加温处理，而经由低密度烧结区域供给高温气体。

特别在容易产生收缩且容易产生熔痕的点设置了低密度烧结区域的模具的情况下，能够利用高温气体同时实施“加温”和“加压”这2个处理，能够同时防止“收缩”和“熔痕”这双方。

（加压/吸引的形态）

在该形态下，通过经由低密度烧结区域的“气体供给”来进行“加压处理”，并且，通过经由其他低密度烧结区域的“气体吸引”来进行“吸引处理”。优选的是，使用低密度烧结区域P与低密度烧结区域Q相互对置的模具。在该情况下，能够对树脂原料或成形品的一侧的面施加加压操作，而另一方面，对另一侧的面施加吸引操作，因此，能够有效地防止“收缩”。

（注塑/保压工序以及分型工序中的加压）

在该形态中，不仅在注塑成形工序中而且在除此以外的工序中也进行经由低密度烧结区域的气体加压。例如，在注塑/保压工序时进行加压操作，并且在分型工序中也进行加压操作。例如，也可以进行如图13所示那样的加压操作。在这样的形态中，在分型工序时，能够经由低密度烧结区域朝向成形品施加气压，因此，能够有效地辅助从模具将成形品卸下（分型）。换言之，能够不使用KO销等推销等而容易地进行分型。此外，若在这样的分型工序等时进行气体供给，则在避免低密度烧结区域中的树脂、松脂等的堵塞这一点，还具有优点。

在“注塑/保压工序时的加压操作”和“分型工序时的加压操作”中，优选施加的压力分别不同。例如，在“注塑/保压工序时的加压操作”中，对树脂原料/成形品施加1～30MPa程度的压力，与此相对，在“分型工序时的加压操作”中，对成形品施加1～20MPa程度的压力。由此，不仅能够在树脂成形时防止收缩产生，而且还能够在分型时容易实施成形品的脱模，并且能够有效地避免低密度烧结区域中的堵塞等。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明不限于此，本领域技术人员能够容易进行各种变更。

另外，上述的本发明包含下述的形态，为了明确起见进行记载：

第一形态：一种三维形状造型物的制造方法，反复进行以下工序：（i）对粉末层的规定部位照射光束，使所述规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及（ii）在所得到的固化层上形成新的粉末层，对所述新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层的工序；其特征在于，

将三维形状造型物的表面区域的一部分形成为低密度固化区域，

将所述低密度固化区域的固化密度设为50％～90％，以便能够利用从所述低密度固化区域通过的气体进行加压。

第二形态：根据上述第一形态所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在所述三维形状造型物中形成与所述低密度固化区域连通的中空区域。

第三形态：根据上述第一形态或第二形态所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，以所述低密度固化区域的厚度为0.5～10mm的方式形成该低密度固化区域。

第四形态：根据上述第二形态所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在所述中空区域的一部分形成与所述低密度固化区域连结而成的固化部。

第五形态：一种三维形状造型物，该三维形状造型物是利用上述第一形态～第四形态中任一项所述的制造方法得到的，被用作模芯侧或模腔侧的模具，其特征在于，

在模具的形成模腔的面的至少一部分设置有固化密度50％～90％的低密度固化区域，能够利用从该低密度固化区域通过的气体对成形原料或成形品进行加压。

第六形态：根据上述第五形态所述的三维形状造型物，其特征在于，具有与所述低密度固化区域连通的中空区域，该中空区域与外部连通。

第七形态：根据上述第五形态或第六形态所述的三维形状造型物，其特征在于，所述低密度固化区域的厚度局部地不同。

第八形态：一种成形品的制造方法，该成形品的制造方法中，将利用上述第一形态～第四形态中的任一项制造方法得到的三维形状造型物或者上述第五形态～第七形态中的任一项三维形状造型物用作模具，其特征在于，包括：

（i）用树脂原料充满所述模具的模腔部的工序；以及

（ii）在所述模腔部中对所述树脂原料进行成形的工序，

通过经由所述低密度固化区域供给气体，从所述模腔部的外侧向所述树脂原料或得到的成形品施加压力。

第九形态：根据上述第八形态所述的成形品的制造方法，其特征在于，通过所述气体的温度，来进行所述模腔部的所述树脂原料或所述成形品的温度调整。

第十形态：根据上述第八形态或第九形态所述的成形品的制造方法，其特征在于，在注塑/保压工序和分型工序的各个工序中通过所述气体供给进行加压，在该注塑/保压工序和该分型工序中进行各自不同压力的加压。

工业实用性

利用本发明的制造方法得到的三维形状造型物能够用作工业上的各种物品。例如，能够将所得到的三维形状造型物用作塑料注塑成形用模具、冲压模具、压铸模具、铸造模具、锻造模具等模具。

相关申请的相互参照

本申请基于日本专利申请第2010－132213号（申请日：2010年6月9日、发明名称“三维形状造型物的制造方法、所得到的三维形状造型物以及成形品的制造方法”），根据巴黎公约主张其优先权。通过引用在本说明书中包含该申请所公开的全部内容。

Claims (10)

1.一种三维形状造型物的制造方法，其特征在于，反复进行以下工序：

（i）对粉末层的规定部位照射光束，使所述规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层；以及

（ii）在所得到的固化层上形成新的粉末层，对所述新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层；

将三维形状造型物的表面区域的一部分形成为低密度固化区域，

将所述低密度固化区域的固化密度设为50％～90％，以便能够利用从所述低密度固化区域通过的气体进行加压。

2.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

在所述三维形状造型物中形成与所述低密度固化区域连通的中空区域。

3.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

以所述低密度固化区域的厚度为0.5～10mm的方式形成该低密度固化区域。

4.如权利要求2所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

在所述中空区域的一部分形成与所述低密度固化区域连结而成的固化部。

5.一种三维形状造型物，该三维形状造型物是利用权利要求1所述的制造方法得到的，被用作模芯侧或模腔侧的模具，其特征在于，

在模具的形成模腔的面的至少一部分设置有固化密度50％～90％的低密度固化区域，能够利用从该低密度固化区域通过的气体对成形原料或成形品进行加压。

6.如权利要求5所述的三维形状造型物，其特征在于，

具有与所述低密度固化区域连通的中空区域，该中空区域与外部连通。

7.如权利要求5所述的三维形状造型物，其特征在于，

所述低密度固化区域的厚度局部地不同。

8.一种成形品的制造方法，将利用权利要求1所述的制造方法得到的三维形状造型物用作模具，其特征在于，包括以下工序：

（i）用树脂原料充满所述模具的模腔部；以及

（ii）在所述模腔部中对所述树脂原料进行成形；

经由所述低密度固化区域供给气体，由此从所述模腔部的外侧向所述树脂原料或得到的成形品施加压力。

9.如权利要求8所述的成形品的制造方法，其特征在于，

通过所述气体的温度，来进行所述模腔部的所述树脂原料或所述成形品的温度调整。

10.如权利要求8所述的成形品的制造方法，其特征在于，

在注塑保压工序和分型工序的各个工序中通过所述气体供给进行加压，在该注塑保压工序和该分型工序中进行各自不同压力的加压。

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