JP7515055B2 - Manufacturing method of three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object - Google Patents
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Description
本発明は、三次元形状造形物の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、粉末層への光ビーム照射によって固化層を形成する三次元形状造形物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensionally shaped object. More specifically, the present invention relates to a method for manufacturing a three-dimensionally shaped object in which a solidified layer is formed by irradiating a powder layer with a light beam.
光ビームを粉末材料に照射することを通じて三次元形状造形物を製造する方法(一般的には「粉末床溶融結合法」と称される)は、従来より知られている。かかる方法は、以下の工程(i)および(ii)に基づいて粉末層形成と固化層形成とを交互に繰り返し実施して三次元形状造形物を製造する。
(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。
A method for manufacturing a three-dimensional object by irradiating a powder material with a light beam (generally referred to as "powder bed fusion") has been known in the art. This method manufactures a three-dimensional object by alternately and repeatedly forming a powder layer and a solidified layer based on the following steps (i) and (ii).
(i) A step of irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam to sinter or melt and solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer.
(ii) forming a new powder layer on the resulting solidified layer and similarly irradiating the light beam to form a further solidified layer;
このような製造技術に従えば、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することが可能となる。粉末材料として無機質の金属粉末を用いる場合、得られる三次元形状造形物を金型として使用することができる。一方、粉末材料として有機質の樹脂粉末を用いる場合、得られる三次元形状造形物を各種モデルとして使用することができる。 This manufacturing technique makes it possible to produce complex three-dimensional objects in a short period of time. When inorganic metal powder is used as the powder material, the resulting three-dimensional object can be used as a mold. On the other hand, when organic resin powder is used as the powder material, the resulting three-dimensional object can be used as various models.
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、その一体化物を金型として使用できる。 Take the case where metal powder is used as the powder material and the three-dimensional shaped object obtained by using it is used as a mold as an example. As shown in FIG. 7, first, the squeegee blade 23 is moved to form a powder layer 22 of a predetermined thickness on the shaping plate 21 (see FIG. 7(a)). Next, a light beam L is irradiated to a predetermined location of the powder layer 22 to form a solidified layer 24 from the powder layer 22 (see FIG. 7(b)). Subsequently, a new powder layer is formed on the obtained solidified layer, and a new solidified layer is formed by irradiating the light beam again. In this way, by alternately repeating the formation of the powder layer and the solidified layer, the solidified layers 24 are stacked (see FIG. 7(c)), and finally, a three-dimensional shaped object consisting of the stacked solidified layers 24 can be obtained. The solidified layer 24 formed as the bottom layer is bonded to the shaping plate 21, so that the three-dimensional shaped object and the shaping plate 21 form an integrated object, and the integrated object can be used as a mold.
例えば、上記粉末床溶融結合法に従い、低密度部分100a’と高密度部分200a’を有して成る三次元形状造形物300’を製造し、金型として用いる場合がある。この場合、金型キャビティ内にガスを供給したり、金型キャビティから発生ガスを外部へ除去するために、低密度部分100a’を、外部と通気可能に所定方向に延在する通気部100’として用いる場合がある(図10(a)~(d)参照)。 For example, a three-dimensionally shaped object 300' having a low-density portion 100a' and a high-density portion 200a' may be manufactured according to the above-mentioned powder bed fusion method and used as a mold. In this case, the low-density portion 100a' may be used as a ventilation portion 100' extending in a predetermined direction to allow ventilation to the outside in order to supply gas into the mold cavity or to remove generated gas from the mold cavity to the outside (see Figures 10(a) to (d)).
ここで、本願発明者は、得られる三次元形状造形物300’が通気部100’を有する場合に、以下の技術的課題が生じ得ることを新たに見出した。具体的には、成型時における樹脂材料が通気部100’内へと侵入すること等を回避する観点から、通気部100’は微細な空間を形成するところ、かかる微細な空間が外部と通気可能に所定方向に向かって連続していない場合があり得る。この場合、金型キャビティ内にガスを好適に供給したり、金型キャビティから発生ガスを外部へと好適に除去することが困難となるおそれがある。 Here, the inventors of the present application have newly discovered that when the obtained three-dimensional shaped object 300' has a ventilation section 100', the following technical problem may arise. Specifically, in order to prevent the resin material from penetrating into the ventilation section 100' during molding, the ventilation section 100' forms a minute space, but there are cases in which such a minute space is not continuous in a predetermined direction to allow ventilation with the outside. In such cases, it may be difficult to suitably supply gas into the mold cavity or to suitably remove generated gas from the mold cavity to the outside.
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、外部と好適に通気可能な通気部を有して成る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を供することである。 The present invention has been made in consideration of these circumstances. That is, the object of the present invention is to provide a method for manufacturing a three-dimensionally shaped object having a ventilation portion that allows suitable ventilation with the outside, and a three-dimensionally shaped object obtained from the method.
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態では、
(i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、該新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
により粉末層および固化層を交互に繰り返して積層させることで三次元形状造形物を製造する方法であって、
高密度部分および低密度部分を有して成る前記三次元形状造形物を製造し、
前記低密度部分の少なくとも一部を通気部として用い、
前記通気部として、外部と通気可能に所定方向に延在するメイン通気部を少なくとも2つ形成し、
少なくとも互いに隣接する一方の前記メイン通気部と他方のメイン通気部とを連通させる、サブ通気部を更に形成する、三次元形状造形物の製造方法が供される。
In order to achieve the above object, in one embodiment of the present invention,
A method for manufacturing a three-dimensional shaped object by alternately stacking powder layers and solidified layers by the steps of: (i) irradiating a predetermined portion of a powder layer with a light beam to sinter or melt and solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) forming a new powder layer on the obtained solidified layer, and irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam to form a further solidified layer,
Producing the three-dimensional shaped object having a high density portion and a low density portion;
At least a part of the low density portion is used as a ventilation portion,
At least two main ventilation parts are formed as the ventilation parts, each extending in a predetermined direction to be able to ventilate with the outside,
The method for manufacturing a three-dimensional shaped object further includes forming a sub-ventilation portion that connects at least one of the main ventilating portions and the other main ventilating portion adjacent to each other.
上記目的を達成するために、本発明の一実施形態では、
高密度部分および低密度部分を有して成る三次元形状形物であって、
前記低密度部分の少なくとも一部が通気部として用いられ、
前記通気部が、外部と通気可能に所定方向に延在する少なくとも2つのメイン通気部と、少なくとも互いに隣接する一方のメイン通気部と他方のメイン通気部とを連通させるサブ通気部とを有して成る、三次元形状造形物が供される。
In order to achieve the above object, in one embodiment of the present invention,
A three-dimensional shape having a high density portion and a low density portion,
At least a part of the low density portion is used as a ventilation portion,
The ventilation section includes at least two main ventilation sections extending in a predetermined direction to be able to ventilate with the outside, and a sub-ventilation section that connects at least one adjacent main ventilation section to the other main ventilation section, thereby providing a three-dimensional shaped object.
本発明の一実施形態に従えば、外部と好適に通気可能な通気部を有して成る三次元形状造形物を製造することが可能である。 According to one embodiment of the present invention, it is possible to manufacture a three-dimensional shaped object having a ventilation section that allows suitable ventilation to the outside.
以下では、図面を参照して本発明の一実施形態をより詳細に説明する。図面における各種要素の形態および寸法は、あくまでも例示にすぎず、実際の形態および寸法を反映するものではない。 Below, an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The shapes and dimensions of various elements in the drawings are merely illustrative and do not reflect the actual shapes and dimensions.
本明細書において「粉末層」とは、例えば「金属粉末から成る金属粉末層」または「樹脂粉末から成る樹脂粉末層」を意味している。また「粉末層の所定箇所」とは、製造される三次元形状造形物の領域を実質的に指している。従って、かかる所定箇所に存在する粉末に対して光ビームを照射することによって、その粉末が焼結又は溶融固化して三次元形状造形物を構成することになる。 In this specification, "powder layer" means, for example, "a metal powder layer made of metal powder" or "a resin powder layer made of resin powder." Also, "a predetermined location of the powder layer" essentially refers to the area of the three-dimensional shaped object to be manufactured. Therefore, by irradiating the powder present at the predetermined location with a light beam, the powder is sintered or melted and solidified to form a three-dimensional shaped object.
また、本明細書で直接的または間接的に説明される“上下”の方向は、例えば造形プレートと三次元形状造形物との位置関係に基づく方向であって、造形プレートを基準にして三次元形状造形物が製造される側を「上方向」とし、その反対側を「下方向」とする。 The "upper" or "lower" directions described directly or indirectly in this specification are directions based on the positional relationship between the modeling plate and the three-dimensional object, for example, and the side on which the three-dimensional object is manufactured using the modeling plate as a reference is the "upper" direction, and the opposite side is the "lower" direction.
[粉末床溶融結合法]
まず、本発明の製造方法の前提となる粉末床溶融結合法について説明する。特に粉末床溶融結合法において三次元形状造形物の切削処理を付加的に行う光造形複合加工を例として挙げる。図7は、光造形複合加工のプロセス態様を模式的に示しており、図8および図9は、粉末床溶融結合法と切削処理とを実施できる光造形複合加工機の主たる構成および動作のフローチャートをそれぞれ示している。
Powder Bed Fusion
First, the powder bed fusion method, which is the premise of the manufacturing method of the present invention, will be described. In particular, the laser lithography hybrid processing, which additionally performs cutting of a three-dimensional shaped object in the powder bed fusion method, will be taken as an example. Figure 7 shows a schematic diagram of the process mode of the laser lithography hybrid processing, and Figures 8 and 9 show the main configuration and operation flow charts of a laser lithography hybrid processing machine that can perform the powder bed fusion method and cutting, respectively.
光造形複合加工機1は、図8に示すように、粉末層形成部2、光ビーム照射部3および切削部4を備えている。 As shown in FIG. 8, the stereolithography hybrid machine 1 includes a powder layer forming section 2, a light beam irradiating section 3, and a cutting section 4.
粉末層形成部2は、金属粉末または樹脂粉末などの粉末を所定厚みで敷くことによって粉末層を形成するためのものである。光ビーム照射部3は、粉末層の所定箇所に光ビームLを照射するためのものである。切削部4は、積層化した固化層の表面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るためのものである。 The powder layer forming unit 2 is for forming a powder layer by laying down a powder such as metal powder or resin powder to a predetermined thickness. The light beam irradiating unit 3 is for irradiating a light beam L onto a predetermined location of the powder layer. The cutting unit 4 is for cutting the surface of the laminated solidified layer, i.e., the surface of the three-dimensional shaped object.
粉末層形成部2は、図7に示すように、粉末テーブル25、スキージング・ブレード23、造形テーブル20および造形プレート21を主に有して成る。粉末テーブル25は、外周が壁26で囲まれた粉末材料タンク28内にて上下に昇降できるテーブルである。スキージング・ブレード23は、粉末テーブル25上の粉末19を造形テーブル20上へと供して粉末層22を得るべく水平方向に移動できるブレードである。造形テーブル20は、外周が壁27で囲まれた造形タンク29内にて上下に昇降できるテーブルである。そして、造形プレート21は、造形テーブル20上に配され、三次元形状造形物の土台となるプレートである。 As shown in FIG. 7, the powder layer forming section 2 mainly comprises a powder table 25, a squeegee blade 23, a modeling table 20, and a modeling plate 21. The powder table 25 is a table that can move up and down within a powder material tank 28 whose periphery is surrounded by a wall 26. The squeegee blade 23 is a blade that can move horizontally to supply the powder 19 on the powder table 25 onto the modeling table 20 to obtain a powder layer 22. The modeling table 20 is a table that can move up and down within a modeling tank 29 whose periphery is surrounded by a wall 27. And the modeling plate 21 is a plate that is placed on the modeling table 20 and serves as the base for a three-dimensionally shaped object.
光ビーム照射部3は、図8に示すように、光ビーム発振器30およびガルバノミラー31を主に有して成る。光ビーム発振器30は、光ビームLを発する機器である。ガルバノミラー31は、発せられた光ビームLを粉末層22にスキャニングする手段、すなわち、光ビームLの走査手段である。 As shown in FIG. 8, the light beam irradiation unit 3 mainly comprises a light beam oscillator 30 and a galvanometer mirror 31. The light beam oscillator 30 is a device that emits a light beam L. The galvanometer mirror 31 is a means for scanning the emitted light beam L onto the powder layer 22, i.e., a scanning means for the light beam L.
切削部4は、図8に示すように、エンドミル40および駆動機構41を主に有して成る。エンドミル40は、積層化した固化層の表面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るための切削工具である。駆動機構41は、エンドミル40を所望の切削すべき箇所へと移動させるものである。 As shown in FIG. 8, the cutting unit 4 mainly comprises an end mill 40 and a drive mechanism 41. The end mill 40 is a cutting tool for cutting the surface of the laminated solidified layer, i.e., the surface of the three-dimensional shaped object. The drive mechanism 41 moves the end mill 40 to the desired location to be cut.
光造形複合加工機1の動作について詳述する。光造形複合加工機1の動作は、図9のフローチャートに示すように、粉末層形成ステップ(S1)、固化層形成ステップ(S2)および切削ステップ(S3)から構成されている。粉末層形成ステップ(S1)は、粉末層22を形成するためのステップである。かかる粉末層形成ステップ(S1)では、まず造形テーブル20をΔt下げ(S11)、造形プレート21の上面と造形タンク29の上端面とのレベル差がΔtとなるようにする。次いで、粉末テーブル25をΔt上げた後、図7(a)に示すようにスキージング・ブレード23を粉末材料タンク28から造形タンク29に向かって水平方向に移動させる。これによって、粉末テーブル25に配されていた粉末19を造形プレート21上へと移送させることができ(S12)、粉末層22の形成が行われる(S13)。粉末層22を形成するための粉末材料としては、例えば「平均粒径5μm~100μm程度の金属粉末」および「平均粒径30μm~100μm程度のナイロン、ポリプロピレンまたはABS等の樹脂粉末」を挙げることができる。粉末層22が形成されたら、固化層形成ステップ(S2)へと移行する。固化層形成ステップ(S2)は、光ビーム照射によって固化層24を形成するステップである。かかる固化層形成ステップ(S2)においては、光ビーム発振器30から光ビームLを発し(S21)、ガルバノミラー31によって粉末層22上の所定箇所へと光ビームLをスキャニングする(S22)。これによって、粉末層22の所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させ、図7(b)に示すように固化層24を形成する(S23)。光ビームLとしては、炭酸ガスレーザ、Nd:YAGレーザ、ファイバレーザまたは紫外線などを用いてよい。 The operation of the photo-fabrication combined processing machine 1 will be described in detail. As shown in the flow chart of FIG. 9, the operation of the photo-fabrication combined processing machine 1 is composed of a powder layer forming step (S1), a solidified layer forming step (S2), and a cutting step (S3). The powder layer forming step (S1) is a step for forming the powder layer 22. In the powder layer forming step (S1), the modeling table 20 is first lowered by Δt (S11) so that the level difference between the upper surface of the modeling plate 21 and the upper end surface of the modeling tank 29 is Δt. Next, after the powder table 25 is raised by Δt, the squeegee blade 23 is moved horizontally from the powder material tank 28 toward the modeling tank 29 as shown in FIG. 7(a). This allows the powder 19 arranged on the powder table 25 to be transferred onto the modeling plate 21 (S12), and the powder layer 22 is formed (S13). Examples of powder materials for forming the powder layer 22 include metal powder with an average particle size of about 5 μm to 100 μm and resin powder such as nylon, polypropylene, or ABS with an average particle size of about 30 μm to 100 μm. After the powder layer 22 is formed, the process proceeds to the solidified layer formation step (S2). The solidified layer formation step (S2) is a step of forming the solidified layer 24 by irradiating a light beam. In the solidified layer formation step (S2), a light beam L is emitted from the light beam oscillator 30 (S21), and the light beam L is scanned to a predetermined location on the powder layer 22 by the galvanometer mirror 31 (S22). This causes the powder at a predetermined location of the powder layer 22 to be sintered or melted and solidified, forming the solidified layer 24 as shown in FIG. 7(b) (S23). The light beam L may be a carbon dioxide gas laser, an Nd:YAG laser, a fiber laser, or ultraviolet light.
粉末層形成ステップ(S1)および固化層形成ステップ(S2)は、交互に繰り返して実施する。これにより、図7(c)に示すように複数の固化層24が積層化する。 The powder layer forming step (S1) and the solidified layer forming step (S2) are alternately performed. As a result, multiple solidified layers 24 are stacked as shown in FIG. 7(c).
積層化した固化層24が所定厚みに達すると(S24)、切削ステップ(S3)へと移行する。切削ステップ(S3)は、積層化した固化層24の表面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るためのステップである。エンドミル40(図7(c)および図8参照)を駆動させることによって切削ステップが開始される(S31)。例えば、エンドミル40が3mmの有効刃長さを有する場合、三次元形状造形物の高さ方向に沿って3mmの切削処理を行うことができるので、Δtが0.05mmであれば60層分の固化層24が積層した時点でエンドミル40を駆動させる。具体的には駆動機構41によってエンドミル40を移動させながら、積層化した固化層24の表面を切削処理に付すことになる(S32)。このような切削ステップ(S3)の最終では、所望の三次元形状造形物が得られているか否かを判断する(S33)。所望の三次元形状造形物が依然得られていない場合では、粉末層形成ステップ(S1)へと戻る。以降、粉末層形成ステップ(S1)~切削ステップ(S3)を繰り返し実施して更なる固化層の積層化および切削処理を実施することによって、最終的に所望の三次元形状造形物が得られる。 When the laminated solidified layer 24 reaches a predetermined thickness (S24), the process proceeds to the cutting step (S3). The cutting step (S3) is a step for cutting the surface of the laminated solidified layer 24, i.e., the surface of the three-dimensional shaped object. The cutting step is started by driving the end mill 40 (see FIG. 7(c) and FIG. 8) (S31). For example, if the end mill 40 has an effective blade length of 3 mm, a cutting process of 3 mm can be performed along the height direction of the three-dimensional shaped object, so if Δt is 0.05 mm, the end mill 40 is driven when 60 layers of the solidified layer 24 are laminated. Specifically, the surface of the laminated solidified layer 24 is subjected to a cutting process while moving the end mill 40 by the driving mechanism 41 (S32). At the end of such cutting step (S3), it is determined whether or not the desired three-dimensional shaped object has been obtained (S33). If the desired three-dimensional shaped object has not yet been obtained, the process returns to the powder layer formation step (S1). Thereafter, the powder layer formation step (S1) through the cutting step (S3) are repeated to further stack solidified layers and perform cutting processes, ultimately resulting in the desired three-dimensional object.
[本発明の特徴部分]
以下、本発明の一実施形態に係る三次元形状造形物の製造方法について説明する。なお、本発明の一実施形態は、低密度部分と高密度部分とを有して成る三次元形状造形物を製造し、当該低密度部分の少なくとも一部を通気部として用いることを前提とする。
[Characteristics of the present invention]
Hereinafter, a method for producing a three-dimensionally shaped object according to one embodiment of the present invention will be described. Note that this embodiment of the present invention is premised on producing a three-dimensionally shaped object having a low-density portion and a high-density portion, and using at least a part of the low-density portion as a ventilation portion.
本願発明者らは、外部と好適に通気可能な通気部を有して成る三次元形状造形物の製造方法について鋭意検討した。その結果、本願発明者らは以下の技術的思想を有する本発明を案出するに至った。 The inventors of the present application conducted extensive research into a method for manufacturing a three-dimensional shaped object having a ventilation section that allows suitable ventilation with the outside. As a result, the inventors of the present application came up with the present invention, which has the following technical idea.
(本発明の技術的思想)
具体的には、本願発明者らは「通気部100を、外部と通気可能に所定方向に延在する2つ以上のメイン通気部101と、少なくとも互いに隣接する一方のメイン通気部101Aと他方のメイン通気部101Bとを連通させるサブ通気部102とから構成する」という技術的思想を有する本発明を案出するに至った(図1、図2A、および図2B参照)。
(Technical idea of the present invention)
Specifically, the inventors of the present application have devised the present invention having the technical idea that "the ventilation section 100 is composed of two or more main ventilation sections 101 extending in a predetermined direction to be able to ventilate with the outside, and sub-ventilation sections 102 that connect at least one adjacent main ventilation section 101A to the other main ventilation section 101B" (see Figs. 1, 2A, and 2B).
かかる技術的思想に従えば、サブ通気部102を介して少なくとも隣接する一方のメイン通気部101Aと他方のメイン通気部101Bとが連通可能となる。すなわち、サブ通気部102は連通部材として機能することができる。これにより、メイン通気部101が微細な空間を形成する場合において、この微細な空間が外部と通気可能に連続していないとしても、サブ通気部102を介して隣接する一方のメイン通気部101Aと他方のメイン通気部101Bとの間にてガスを好適に移動させることができる。その結果、三次元形状造形物300を例えば金型として用いる場合に、メイン通気部101およびサブ通気部102を有して成る通気部100を介して、金型キャビティ内へとガスを好適に供給したり、金型キャビティから発生ガスを外部へと好適に除去することが可能となる。 According to this technical idea, at least one adjacent main ventilation section 101A and the other adjacent main ventilation section 101B can communicate with each other through the sub-ventilation section 102. That is, the sub-ventilation section 102 can function as a communication member. As a result, when the main ventilation section 101 forms a minute space, even if this minute space is not connected to the outside in a manner that allows ventilation, gas can be suitably moved between the adjacent main ventilation section 101A and the other adjacent main ventilation section 101B through the sub-ventilation section 102. As a result, when the three-dimensional shaped object 300 is used as, for example, a mold, it is possible to suitably supply gas into the mold cavity and suitably remove generated gas from the mold cavity to the outside through the ventilation section 100 having the main ventilation section 101 and the sub-ventilation section 102.
なお、本明細書でいう「メイン通気部」とは、三次元形状造形物の通気に主として貢献する部分を指す。本明細書でいう「サブ通気部」とは、メイン通気部の通気機能を補助する副たる部分を指す。本明細書でいう「高密度部分」とは固化密度95~100%であるものを指し、「低密度部分」とは固化密度0~70%であるものを指し、「中密度部分」とは固化密度70~95%であるものを指す。更に、本明細書でいう「低密度部分」とは、三次元形状造形物の構成要素であり、その構成要素である低密度部分の全てのうちの少なくとも一部が通気部として用いられるものを指す。すなわち、本明細書でいう「低密度部分」とは、通気部以外の他の用途に用いられる低密度部分も含む。 In this specification, the term "main ventilation section" refers to the section that mainly contributes to the ventilation of the three-dimensional shaped object. In this specification, the term "sub-ventilation section" refers to a secondary section that assists the ventilation function of the main ventilation section. In this specification, the term "high density section" refers to a section with a solidified density of 95-100%, the term "low density section" refers to a section with a solidified density of 0-70%, and the term "medium density section" refers to a section with a solidified density of 70-95%. Furthermore, in this specification, the term "low density section" refers to a component of the three-dimensional shaped object, and at least a part of all of the low density sections that are the component are used as ventilation sections. In other words, in this specification, the term "low density section" also includes low density sections that are used for purposes other than ventilation sections.
本明細書でいう「上面視」とは、最終的に得られる三次元形状造形物(完成物)を上方向からみた場合を指す。本明細書でいう「平面視」とは、三次元形状造形物(完成物)の製造途中における固化層を上方向からみた場合を指す。 In this specification, "top view" refers to the final three-dimensional object (finished product) as viewed from above. In this specification, "plan view" refers to the solidified layer during the production of the three-dimensional object (finished product) as viewed from above.
本明細書でいう「固化密度(%)」とは、三次元形状造形物の断面写真を画像処理することによって求めた固化断面密度(固化材料の占有率)を実質的に意味している。使用する画像処理ソフトはScion Image ver. 4.0.2(Scion社製のフリーウェア)であって、断面画像を固化部(白)と空孔部(黒)とに二値化した後、画像の全画素数Pxallおよび固化部(白)の画素数Pxwhiteをカウントすることで、以下の式1により固化断面密度ρSを求めることができる。
[式1]
In this specification, the term "solidified density (%)" essentially means the solidified cross-sectional density (occupancy rate of solidified material) obtained by image processing of a cross-sectional photograph of a three-dimensional shaped object. The image processing software used is Scion Image ver. 4.0.2 (freeware from Scion Corporation), and after binarizing the cross-sectional image into solidified parts (white) and void parts (black), the total number of pixels Px all of the image and the number of pixels Px white of the solidified parts (white) are counted, and the solidified cross-sectional density ρ S can be calculated by the following formula 1.
[Formula 1]
以下、メイン通気部とサブ通気部とを備えた通気部を有して成る三次元形状造形物の製造方法について具体的に説明する(図2Aおよび図2B参照)。 The following is a detailed description of a method for manufacturing a three-dimensional object having a ventilation section with a main ventilation section and a sub-ventilation section (see Figures 2A and 2B).
具体的には、本発明の一実施形態に係る三次元形状造形物の製造方法は、粉末床溶融結合法に従い、光ビームを用いて所定の略平面方向に延在する「メイン通気部101の一部となる部分とこれに連続するサブ通気部の一部となる部分」を備えた固化層を積層方向に沿って複数積層する工程を含む。ここでいう「略平面方向」とは、最終的に形成するメイン通気部101の延在方向とは異なる方向(例えば略垂直な方向)を指す。なお、最終的に得られる三次元形状造形物の少なくとも最上面に位置する固化層については、造形物を金型として用いる場合に成型時における樹脂材料が通気部へと侵入することを回避する観点から、メイン通気部の一部となる部分のみを有する固化層であることを要する。すなわち、少なくとも最上面に位置する固化層については、「メイン通気部101の一部となる部分に連続するサブ通気部の一部となる部分」を含まないことを要する。 Specifically, the method for manufacturing a three-dimensional shaped object according to one embodiment of the present invention includes a step of stacking a plurality of solidified layers, each having a "portion that will become a part of the main ventilation section 101 and a portion that will become a part of the sub-ventilation section that is continuous therewith" in a predetermined substantially planar direction, along a stacking direction using a light beam according to the powder bed fusion method. The "substantially planar direction" here refers to a direction (e.g., a substantially perpendicular direction) different from the extension direction of the main ventilation section 101 that is ultimately formed. Note that the solidified layer located at least on the top surface of the finally obtained three-dimensional shaped object must be a solidified layer that has only a portion that will become a part of the main ventilation section, from the viewpoint of preventing the resin material from penetrating into the ventilation section during molding when the object is used as a mold. In other words, the solidified layer located at least on the top surface must not include "a portion that will become a part of the sub-ventilation section that is continuous with the portion that will become a part of the main ventilation section 101".
これにより、メイン通気部101およびサブ通気部102を内部に備える、本発明の一実施形態に係る三次元形状造形物300を製造することができる(図1、図2Aおよび図2B参照)。 This allows the manufacture of a three-dimensionally shaped object 300 according to one embodiment of the present invention, which has a main ventilation section 101 and a sub ventilation section 102 inside (see Figures 1, 2A and 2B).
得られた本発明の一実施形態に係る三次元形状造形物300は、以下の特徴的な構成を有する。具体的には、本発明の一実施形態に係る三次元形状造形物300は、高密度部分200および少なくとも一部が通気部100として用いられる低密度部分を有して成る。なお、これに限定されることなく、本発明の一実施形態に係る三次元形状造形物300は、通気性と強度確保とを両立させる観点から中密度部分を更に有して成ってよい。 The obtained three-dimensionally shaped object 300 according to one embodiment of the present invention has the following characteristic configuration. Specifically, the three-dimensionally shaped object 300 according to one embodiment of the present invention has a high-density portion 200 and a low-density portion, at least a portion of which is used as a ventilation portion 100. However, without being limited thereto, the three-dimensionally shaped object 300 according to one embodiment of the present invention may further have a medium-density portion from the viewpoint of achieving both breathability and strength.
この通気部100は、外部と通気可能に所定方向に延在する少なくとも2つのメイン通気部101と、少なくとも互いに隣接する一方のメイン通気部101Aと他方のメイン通気部101Bとを連通させるサブ通気部102とを有して成る。 This ventilation section 100 has at least two main ventilation sections 101 that extend in a predetermined direction to allow ventilation with the outside, and a sub-ventilation section 102 that connects at least one adjacent main ventilation section 101A to the other adjacent main ventilation section 101B.
三次元形状造形物300の内部に形成されるサブ通気部102は、メイン通気部の延在方向とは異なる方向(例えば略垂直方向)に延在している。これにより、サブ通気部102は、相互に離隔するメイン通気部間を横切るように配置されることとなる。すなわち、本発明の一実施形態では、サブ通気部102は、少なくとも隣接する2つのメイン通気部101間を連通させるための連通部材として機能することができる。 The sub-ventilation section 102 formed inside the three-dimensional shaped object 300 extends in a direction different from the extension direction of the main ventilation section (e.g., a substantially perpendicular direction). As a result, the sub-ventilation section 102 is positioned so as to cross between the main ventilation sections that are spaced apart from each other. In other words, in one embodiment of the present invention, the sub-ventilation section 102 can function as a communication member for communicating at least two adjacent main ventilation sections 101.
かかる構成によれば、サブ通気部102を介して少なくとも隣接する一方のメイン通気部101Aと他方のメイン通気部101Bとが連通可能となる。これにより、メイン通気部101が微細な空間を形成する場合において、この微細な空間が外部と通気可能に連続していないとしても、サブ通気部102を介して隣接する一方のメイン通気部101Aと他方のメイン通気部101Bの間にてガスを好適に移動させることができる。その結果、三次元形状造形物300が例えば金型として用いられる場合に、メイン通気部101およびサブ通気部102を有して成る通気部100を介して、金型キャビティ内へとガスを好適に供給したり、金型キャビティから発生ガスを外部へと好適に除去することが可能となる。 According to this configuration, at least one adjacent main ventilation section 101A and the other adjacent main ventilation section 101B can communicate with each other through the sub-ventilation section 102. As a result, when the main ventilation section 101 forms a minute space, even if this minute space is not connected to the outside in a manner that allows ventilation, gas can be suitably moved between the adjacent main ventilation section 101A and the other adjacent main ventilation section 101B through the sub-ventilation section 102. As a result, when the three-dimensional shaped object 300 is used as, for example, a mold, gas can be suitably supplied into the mold cavity through the ventilation section 100 having the main ventilation section 101 and the sub-ventilation section 102, and generated gas can be suitably removed from the mold cavity to the outside.
なお、上記固化層の形成時において、最終的に得られる通気部100の通気量を好適に確保する観点から、「メイン通気部101の一部となる部分」と「サブ通気部102の一部となる部分」とはそれぞれ低密度部分(例えば固化密度40%以下)であることが好ましい。更に、最終的に得られる通気部100の通気量をより好適に確保する観点から、「メイン通気部101の一部となる部分」と「サブ通気部102の一部となる部分」とはそれぞれ固化密度が0%であることがより好ましい。この場合、製造途中において重力方向に沿って光ビーム未照射の粉末を落下させ、固化層内部から粉末を取り除くことができる。 In addition, from the viewpoint of ensuring the ventilation volume of the finally obtained ventilation section 100 when the solidified layer is formed, it is preferable that the "portion that will become part of the main ventilation section 101" and the "portion that will become part of the sub ventilation section 102" are each low density portions (e.g., solidified density of 40% or less). Furthermore, from the viewpoint of more preferably ensuring the ventilation volume of the finally obtained ventilation section 100, it is more preferable that the "portion that will become part of the main ventilation section 101" and the "portion that will become part of the sub ventilation section 102" each have a solidified density of 0%. In this case, the powder that has not been irradiated with the light beam is allowed to fall along the direction of gravity during the manufacturing process, and the powder can be removed from inside the solidified layer.
以下、本発明の一実施形態の採り得る態様について説明する。 Below, we will explain some possible aspects of one embodiment of the present invention.
まず、上記の三次元形状造形物300の製造に際して、所定方向(例えばX方向に相当)に延在する通気部の一部となる部分を含む固化層24aの形成と、所定方向に対して略垂直方向(例えばY方向に相当)に延在する通気部の一部となる部分を含む固化層24bの形成とを繰り返すことが好ましい。 First, when manufacturing the above-mentioned three-dimensional shaped object 300, it is preferable to repeatedly form a solidified layer 24a including a portion that will become part of the ventilation section extending in a predetermined direction (e.g., corresponding to the X direction) and a solidified layer 24b including a portion that will become part of the ventilation section extending in a direction approximately perpendicular to the predetermined direction (e.g., corresponding to the Y direction).
具体的には、「メイン通気部の一部となる部分とこれに連続する前記サブ通気部の一部となる部分24a1、24a3」を含む複数の固化層24aの形成と、Y方向に延在する「メイン通気部の一部となる部分とこれに連続する前記サブ通気部の一部となる部分24b1、24b3」を含む複数の固化層24bの形成とを繰り返すことが好ましい(図2Aおよび図2B参照)。 Specifically, it is preferable to repeatedly form a plurality of solidified layers 24a including "a portion that will become part of the main ventilation section and a portion 24a1 , 24a3 that will become part of the sub-ventilation section that is continuous therewith" and a plurality of solidified layers 24b including "a portion that will become part of the main ventilation section and a portion 24b1 , 24b3 that will become part of the sub-ventilation section that is continuous therewith" extending in the Y direction (see Figures 2A and 2B).
この場合、例えば下記形態を有する固化層(1層)を形成することができる。一例として、図2Aに示すように、それぞれが連続形態をなす通気部の一部となる部分(低密度部分)24a3が所定の間隔をおいて並列に(すなわちストライプ状に)複数配置されるように、固化層(1層)を形成することができる。 In this case, for example, a solidified layer (one layer) having the following form can be formed: As an example, as shown in Fig. 2A, the solidified layer (one layer) can be formed so that a plurality of portions (low density portions) 24a3 , each of which is a part of the ventilation portion and has a continuous form, are arranged in parallel at a predetermined interval (i.e., in stripes).
これにより、最終的に得られる三次元形状造形物の内部の通気部が櫓(やぐら)形態を有することが可能となる。その結果、一方向(例えばX方向)にのみ延在する通気部となる部分を含む固化層を積層して造形物を製造する場合と比べて、ガスの移動経路の領域および/又は数を増やすことができる。それ故、より好適なガス通気(外部からのガス供給/外部への内部ガスの排出)が可能となる。 This allows the ventilation section inside the final three-dimensional object to have a tower-like shape. As a result, compared to manufacturing an object by stacking solidified layers that include a ventilation section that extends in only one direction (e.g., the X direction), the area and/or number of gas movement paths can be increased. This allows for more optimal gas ventilation (gas supply from outside/exhaust of internal gas to outside).
又、別例として、図2Bに示すように、固化層(1層)の形成に際して、「メイン通気部の一部となる部分とこれに連続するサブ通気部の一部となる部分」24a1、24b1を非連続的に供し、かつ「メイン通気部の一部となる部分」24a2、24b2を非連続的に供することができる。なお、この場合、「メイン通気部の一部となる部分とこれに連続するサブ通気部の一部となる部分」と「メイン通気部の一部となる部分」とは所定の間隔をおいて並列配置に形成してよい。 2B, in forming the solidified layer (one layer), "a portion that will become a part of the main ventilation part and a portion that will become a part of the continuous sub-ventilation part" 24a1 , 24b1 can be provided discontinuously, and "a portion that will become a part of the main ventilation part" 24a2 , 24b2 can be provided discontinuously. In this case, the "portion that will become a part of the main ventilation part and a portion that will become a part of the continuous sub-ventilation part" and the "portion that will become a part of the main ventilation part" may be formed in parallel with a predetermined interval between them.
以上により、所定の固化層(1層)において、連続形態をなす通気部の一部となる部分(低密度部分)がストライプ状に形成される場合と比べて、当該連続部分の占める割合を相対的に減じることができる。換言すれば、所定の固化層(1層)において、高密度部分の割合を相対的に高くすることができる。これにより、最終的に得られる三次元形状造形物において、サブ通気部の存在による好適なガス移動と、所定の強度確保とを好適に両立させることができる。 As a result, in a given solidified layer (one layer), the proportion of the continuous portion (low density portion) can be relatively reduced compared to when the portion that becomes part of the continuous ventilation portion is formed in stripes. In other words, in a given solidified layer (one layer), the proportion of the high density portion can be relatively increased. This makes it possible to achieve a good balance between favorable gas movement due to the presence of the sub-ventilation portion and the assurance of a predetermined strength in the three-dimensional shaped object that is finally obtained.
これに加えて、図2Aおよび図2Bに示す形態のいずれにおいても、以下の効果も奏することができる。具体的には、通気部の一部となる部分が所定方向(例えばX方向)にのみ延在する固化層を積層方向に沿って複数積層して三次元形状造形物を製造する場合、通気部の一部となる部分が所定方向にのみ延在していることに起因して、当該所定方向とは異なる方向からの押圧力に対する耐性強度が十分ではないおそれがある。この点につき、図2Aおよび図2Bに示す形態では、通気部の一部となる部分が例えばX方向とY方向に延在しているため、最終的に得られる三次元形状造形物において、所定方向のみならず該所定方向に対して略垂直方向からの外部押圧力に対する耐性強度も好適に確保することができる。 In addition, the following effects can be achieved in both the configurations shown in Figures 2A and 2B. Specifically, when a three-dimensional object is manufactured by stacking multiple solidified layers, in which the portion that will become part of the ventilation portion extends only in a predetermined direction (e.g., the X direction) along the stacking direction, the portion that will become part of the ventilation portion extends only in the predetermined direction, which may result in insufficient resistance to pressure from a direction other than the predetermined direction. In this regard, in the configurations shown in Figures 2A and 2B, the portion that will become part of the ventilation portion extends, for example, in the X direction and the Y direction, so that the three-dimensional object finally obtained can be suitably secured to have resistance to external pressure not only in the predetermined direction but also in a direction approximately perpendicular to the predetermined direction.
以上の事からも、図2Aおよび図2Bに示す形態に従えば、固化層の形成時には、平面視でメイン通気部の一部となる部分を、所定の間隔をおいて縦方向(X方向に相当)および横方向(Y方向に相当)の少なくとも一方の方向に少なくとも2つ形成することができる。これにより、最終的に得られる少なくとも2つのメイン通気部101を縦方向および横方向の少なくとも一方の方向に形成することが可能となる(図2Aおよび図2B参照)。すなわち、メイン通気部を取り囲むボディ部分(例えば高密度部分)は格子構造(つまり、ラティス構造)を成すことが可能となる。これにより、ガス移動経路を複数確保することができ、より好適なガス通気(外部からのガス供給/外部への内部ガスの排出)が可能となる。 In view of the above, according to the form shown in Figures 2A and 2B, when the solidified layer is formed, at least two portions that will become part of the main ventilation section in a planar view can be formed at a predetermined interval in at least one of the vertical direction (corresponding to the X direction) and horizontal direction (corresponding to the Y direction). This makes it possible to form at least two main ventilation sections 101 that are ultimately obtained in at least one of the vertical and horizontal directions (see Figures 2A and 2B). In other words, the body portion (e.g., the high-density portion) surrounding the main ventilation section can form a lattice structure (i.e., a lattice structure). This makes it possible to ensure multiple gas movement paths, enabling more optimal gas ventilation (gas supply from the outside/exhaust of internal gas to the outside).
なお、効果的かつ効率的に通気を行う観点から、例えば図2Bに示す形態に従い固化層を形成する場合、略同一平面寸法を有するメイン通気部の一部を、略同一の間隔をおいて縦方向および横方向の少なくとも一方の方向に少なくとも2つ形成することが好ましい。これにより、最終的に、略同一平面寸法を有する少なくとも2つのメイン通気部を略同一の間隔をおいて縦方向および横方向の少なくとも一方の方向に形成することが可能となる(図2参照)。これにより、ガス移動経路を複数確保することができると共に、通気抵抗にばらつきが生じることを回避することができる。 From the viewpoint of effective and efficient ventilation, when forming a solidified layer according to the form shown in FIG. 2B, for example, it is preferable to form at least two parts of the main ventilation section having approximately the same planar dimensions in at least one of the vertical and horizontal directions at approximately the same intervals. This ultimately makes it possible to form at least two main ventilation sections having approximately the same planar dimensions in at least one of the vertical and horizontal directions at approximately the same intervals (see FIG. 2). This makes it possible to ensure multiple gas movement paths and to avoid variations in ventilation resistance.
又、所定の間隔をおいて並列配置された複数の通気部を含む造形物を製造する場合、断面視で中央部分に位置する通気部の延在(長手)寸法よりも側部分に位置する通気部の延在寸法よりも相対的に長くなるように複数の通気部を形成する場合がある。この場合、延在寸法が相対的に長い側部分に位置するメイン通気部は、延在寸法が相対的に短い中央部分に位置するメイン通気部よりも、延在寸法が大きいことに起因して外部と通気可能に連続しない可能性が高くなり得る。 In addition, when manufacturing a shaped object that includes multiple ventilation sections arranged in parallel at a predetermined interval, the multiple ventilation sections may be formed so that the extension (longitudinal) dimension of the ventilation section located in the central portion in a cross-sectional view is relatively longer than the extension dimension of the ventilation sections located in the side portions. In this case, the main ventilation section located in the side portion, which has a relatively long extension dimension, may be more likely not to be ventilatively continuous with the outside due to its larger extension dimension than the main ventilation section located in the central portion, which has a relatively short extension dimension.
この点、本発明の一実施形態によれば、側部分に位置する通気部(メイン通気部に相当)の延在寸法が相対的に大きいとしても、サブ通気部を介して少なくとも側部分に位置するメイン通気部とこれに隣接する他のメイン通気部とを連通させる。これにより、サブ通気部を介して、延在寸法が相対的に長い側部分に位置するメイン通気部とこれに隣接する他のメイン通気部との間にてガスを好適に移動させることができる。 In this regard, according to one embodiment of the present invention, even if the extension dimension of the ventilation section (corresponding to the main ventilation section) located in the side section is relatively large, at least the main ventilation section located in the side section is connected to another adjacent main ventilation section via the sub-ventilation section. This allows gas to be suitably moved between the main ventilation section located in the side section with a relatively long extension dimension and another adjacent main ventilation section via the sub-ventilation section.
又、一実施形態では、上面視で、メイン通気部101を、それぞれメイン通気部101の延在方向(長手方向)に延在する高密度部分200と低密度部分100とにより取り囲み、少なくとも低密度部分100をサブ通気部102として用いることができる(図3参照)。 In one embodiment, the main ventilation section 101 is surrounded by a high-density section 200 and a low-density section 100, each of which extends in the extension direction (longitudinal direction) of the main ventilation section 101 when viewed from above, and at least the low-density section 100 can be used as a sub-ventilation section 102 (see FIG. 3).
かかる場合、メイン通気部101を取り囲む構成要素である高密度部分200は、メイン通気部が形成される領域の強度確保に資することができる。これに加えて、メイン通気部101を取り囲む構成要素である低密度部分100(サブ通気部102)は、隣接する一方のメイン通気部101Aと他方のメイン通気部102Bとの間にてガスを移動させるための連通部材として機能することができる。 In such a case, the high density portion 200, which is a component surrounding the main ventilation portion 101, can contribute to ensuring the strength of the area in which the main ventilation portion is formed. In addition, the low density portion 100 (sub ventilation portion 102), which is a component surrounding the main ventilation portion 101, can function as a communication member for moving gas between adjacent main ventilation portions 101A and 102B.
特に、メイン通気部101Aとなる部分の固化密度が0%である場合、最終的に得られるメイン通気部101Aは中空状態となり、外部押圧力に対して十分な強度確保が容易でなくなる可能性がある。この点、かかる場合においても、本実施形態に従えば、メイン通気部が形成される領域における強度確保と、隣接する2つのメイン通気部101間におけるガス移動とを好適に実施することができる。 In particular, if the solidification density of the portion that will become the main ventilation portion 101A is 0%, the main ventilation portion 101A that is ultimately obtained will be hollow, and it may not be easy to ensure sufficient strength against external pressure. Even in such a case, according to this embodiment, it is possible to preferably ensure strength in the area where the main ventilation portion is formed and to preferably move gas between two adjacent main ventilation portions 101.
なお、メイン通気部101の延在方向(長手方向)に延在する高密度部分200内に、サブ通気部101としての低密度部分を局所的に更に形成することが好ましい。 It is preferable to locally form a low-density portion as a sub-ventilation portion 101 within the high-density portion 200 extending in the extension direction (longitudinal direction) of the main ventilation portion 101.
図3に示す実施形態では、メイン通気部101を取り囲む構成要素である低密度部分100(サブ通気部102)は、“壁”として機能するために所定の固化密度(例えば40%)を有する必要がある。そのため、最終的に得られるサブ通気部102が中空状態である場合と比べて、サブ通気部102を介したガス移動が容易ではない可能性がある。 In the embodiment shown in FIG. 3, the low-density portion 100 (sub-ventilation portion 102), which is a component surrounding the main ventilation portion 101, needs to have a certain solidification density (e.g., 40%) in order to function as a "wall." Therefore, gas may not move easily through the sub-ventilation portion 102 compared to when the final sub-ventilation portion 102 is hollow.
そこで、上記のとおり、メイン通気部101の延在方向(長手方向)に延在する高密度部分200内に、サブ通気部101としての低密度部分を局所的に形成する。これにより、隣接する2つのメイン通気部101間におけるガス移動の移動経路パターンを増やすことができる。 Therefore, as described above, a low-density portion serving as a sub-ventilation portion 101 is locally formed within the high-density portion 200 extending in the extension direction (longitudinal direction) of the main ventilation portion 101. This makes it possible to increase the number of movement path patterns for gas movement between two adjacent main ventilation portions 101.
又、一実施形態では、上面視で、メイン通気部101を、メイン通気部101の延在方向(長手方向)に延在する高密度部分200により取り囲み、当該高密度部分200内にサブ通気部102としての低密度部分を局所的に形成することができる(図4Aおよび図4B参照)。 In one embodiment, the main ventilation section 101 is surrounded by a high-density portion 200 extending in the extension direction (longitudinal direction) of the main ventilation section 101 when viewed from above, and a low-density portion serving as a sub-ventilation section 102 can be locally formed within the high-density portion 200 (see Figures 4A and 4B).
かかる場合、メイン通気部101を取り囲む構成要素である高密度部分200は、メイン通気部が形成される領域の強度確保に資することができる。これに加えて、隣接する2つのメイン通気部101間におけるガス移動は、高密度部分200内に局所的に形成したサブ通気部102(低密度部分)を介して行うことができる。 In such a case, the high density portion 200, which is a component surrounding the main ventilation portion 101, can contribute to ensuring the strength of the area in which the main ventilation portion is formed. In addition, gas movement between two adjacent main ventilation portions 101 can occur via the sub-ventilation portion 102 (low density portion) formed locally within the high density portion 200.
なお、本実施形態では、メイン通気部101を取り囲む“壁”の主たる部分は、ガス通過移動が困難な高密度部分から構成されている。そのため、図3に示す実施形態と比べてガス通過移動可能な領域は高密度部分200内に局所的に形成されたサブ通気部102に限定される。そのため、好適なガス通過移動を行う観点から、図4Aおよび図4Bに示す実施形態では、サブ通気部102となる部分の固化密度が0%であることが好ましい。 In this embodiment, the main part of the "wall" surrounding the main ventilation part 101 is composed of a high-density part through which gas passage and movement is difficult. Therefore, compared to the embodiment shown in FIG. 3, the area through which gas passage and movement is possible is limited to the sub-ventilation part 102 formed locally within the high-density part 200. Therefore, from the viewpoint of achieving favorable gas passage and movement, in the embodiment shown in FIG. 4A and FIG. 4B, it is preferable that the solidification density of the part that becomes the sub-ventilation part 102 is 0%.
これにより、最終的に得られるサブ通気部102を中空状態にすることができる。かかる中空状態のサブ通気部102により、隣接する2つのメイン通気部101間におけるガス移動を好適に行うことができる。 This allows the final sub-ventilation section 102 to be hollow. Such a hollow sub-ventilation section 102 allows gas to move favorably between two adjacent main ventilation sections 101.
なお、これに限定されず、上記固化層の形成時に、「メイン通気部101の一部となる部分」と「サブ通気部102の一部となる部分」の少なくとも一方を、固化密度約40%である低密度部分とした場合に、最終的に得られるメイン通気部101およびサブ通気部102の少なくとも一方をポーラス部とすることができる。この場合、上記の中空状態である場合と比べて、メイン通気部101における単一の空隙サイズをより小さくすることができる。そのため、最終的に得られる造形物300を金型として用いる場合に、成型時における樹脂材料の通気部100内への侵入をより好適に回避することができる。 However, without being limited thereto, when the solidified layer is formed, if at least one of the "portion that will become part of the main ventilation section 101" and the "portion that will become part of the sub ventilation section 102" is a low-density portion with a solidification density of approximately 40%, at least one of the main ventilation section 101 and the sub ventilation section 102 that is ultimately obtained can be a porous section. In this case, the size of a single void in the main ventilation section 101 can be made smaller than in the above-mentioned hollow state. Therefore, when the finally obtained molded object 300 is used as a mold, it is possible to more effectively prevent the intrusion of the resin material into the ventilation section 100 during molding.
なお、上記の図3に示す形態および図4Bに示す形態に限定されるものではない。例えば、上面視で、メイン通気部を、メイン通気部101の延在方向(長手方向)に延在する低密度部分の壁のみにより取り囲み、当該低密度部分をサブ通気部102として用いることもできる。なお、メイン通気部を取り囲む構成要素である低密度部分(サブ通気部102)は、“壁”として機能するために所定の固化密度(例えば40%)を有する必要がある。 Note that the present invention is not limited to the configuration shown in FIG. 3 and the configuration shown in FIG. 4B. For example, when viewed from above, the main ventilation section can be surrounded by only the walls of the low-density section extending in the extension direction (longitudinal direction) of the main ventilation section 101, and the low-density section can be used as the sub-ventilation section 102. Note that the low-density section (sub-ventilation section 102), which is a component that surrounds the main ventilation section, needs to have a certain solidification density (e.g., 40%) in order to function as a "wall."
すなわち、メイン通気部101を取り囲む低密度部分の全てを、隣接する一方のメイン通気部と他方のメイン通気部との間にてガスを移動させるための連通部材として機能させることができる。又、通気部を取り囲む壁を全て低密度から構成する場合、上記の図3に示す形態および図4Bに示す形態と比べて、低照射エネルギーで形成することができるため生産効率の点でも好ましい。 In other words, all of the low-density parts surrounding the main ventilation section 101 can function as communication members for transferring gas between adjacent main ventilation sections. Furthermore, when the walls surrounding the ventilation section are all made of low density, they can be formed with lower irradiation energy than the configuration shown in FIG. 3 and the configuration shown in FIG. 4B, which is preferable in terms of production efficiency.
又、一実施形態では、粉末床溶融結合法に従えば、サブ通気部102の断面形状として、任意の形状を形成することができる。特に限定されるものではないが、サブ通気部102の断面形状としては、矩形、正方形、円形、菱形、および/または多角形等が挙げられる。 In one embodiment, the powder bed fusion process can be used to form any cross-sectional shape for the sub-vent 102. The cross-sectional shape of the sub-vent 102 can be, but is not limited to, a rectangle, a square, a circle, a diamond, and/or a polygon.
例えば、最終的に得られるサブ通気部102Aが円形の断面形状でありかつ中空状態である場合を例に採る(図5および図6(a)~(d)参照)。 For example, let us take the case where the final sub-ventilation section 102A has a circular cross-sectional shape and is hollow (see Figures 5 and 6(a) to (d)).
なお、図5に示すように、全体として周回形態をなすサブ通気部102Aを形成することが好ましい。かかる形態を採る場合、隣接する2つのメイン通気部101間にのみサブ通気部を形成する場合と比べて、サブ通気部102の形成領域を相対的に大きく確保することが可能となる。又、周回形態を成すため、サブ通気部102Aを介して1周周回する間に他のメイン通気部101へとガス移動できない場合があったとしても、2周目以降にも他のメイン通気部101へとガス移動できる機会を好適に確保することができる。 As shown in FIG. 5, it is preferable to form the sub-ventilation section 102A in a circular shape as a whole. When this shape is adopted, it is possible to ensure a relatively large formation area of the sub-ventilation section 102 compared to the case where the sub-ventilation section is formed only between two adjacent main ventilation sections 101. Furthermore, because of the circular shape, even if gas cannot move to another main ventilation section 101 during one revolution through the sub-ventilation section 102A, it is possible to preferably ensure an opportunity for gas to move to another main ventilation section 101 from the second revolution onwards.
最終的に得られるサブ通気部102Aが円形の断面形状でありかつ中空状態である場合(図6(a)参照)、以下態様を採ることが好ましい。 If the final sub-ventilation section 102A has a circular cross-sectional shape and is hollow (see FIG. 6(a)), it is preferable to adopt the following configuration.
具体的には、この場合、製造時において、図6(b)に示すように、断面視にてサブ通気部102Aを取り囲む固化層24の一部がアンダーカット部24Eとなる。アンダーカット部24Eでは、図6(c)に示すように、光ビームの照射時に周辺に位置する粉末19も引き寄せることで、結果として隆起部50が生じる場合がある。 Specifically, in this case, during manufacturing, as shown in FIG. 6(b), a part of the solidified layer 24 surrounding the sub-ventilation portion 102A in cross-sectional view becomes an undercut portion 24E. As shown in FIG. 6(c), the undercut portion 24E may attract powder 19 located in the vicinity when irradiated with a light beam, resulting in a protuberance 50.
かかる事情を鑑み、アンダーカット部24Eの形成時における光ビームLの照射エネルギーを、アンダーカット部24E以外の固化層24の他の部分の形成時における光ビームLの照射エネルギーよりも相対的に小さくすることが好ましい。これにより、照射エネルギーが小さいことに起因して、光ビームLの照射時に周辺に位置する粉末19の引寄せを抑制することができる。これにより、隆起部50の発生を抑制することができる。その結果、所定の断面寸法を有するサブ通気部102Aを形成することができる。 In view of these circumstances, it is preferable to set the irradiation energy of the light beam L when forming the undercut portion 24E relatively smaller than the irradiation energy of the light beam L when forming other parts of the solidified layer 24 other than the undercut portion 24E. This makes it possible to suppress the attraction of powder 19 located in the periphery when the light beam L is irradiated, which is caused by the small irradiation energy. This makes it possible to suppress the occurrence of the protuberance 50. As a result, it is possible to form a sub-ventilation portion 102A having a predetermined cross-sectional dimension.
なお、上記照射エネルギーの調整に代えて又はこれと併用して、図6(d)に示すように、切削工具40を用いて固化層24のアンダーカット部24Eの上面切削を行うことができる。具体的には、所定の固化層24の形成時において、切削後のアンダーカット部24Eとアンダーカット部24E以外の固化層24の他の部分との厚みが略同一となるように、上記上面切削を行うことが好ましい。これにより、所望の厚みと所望の形状を有する固化層24を後刻に新たに形成することができる。 In addition, instead of or in combination with the above-mentioned adjustment of the irradiation energy, the upper surface of the undercut portion 24E of the solidified layer 24 can be cut using a cutting tool 40 as shown in FIG. 6(d). Specifically, when forming a given solidified layer 24, it is preferable to perform the above-mentioned upper surface cutting so that the thickness of the undercut portion 24E after cutting and the thickness of the other parts of the solidified layer 24 other than the undercut portion 24E are approximately the same. This allows a new solidified layer 24 having the desired thickness and shape to be formed at a later time.
以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎない。従って、本発明はこれに限定されず、種々の改変がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。 Although one embodiment of the present invention has been described above, this is merely a typical example within the scope of application of the present invention. Therefore, it will be readily understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to this, and that various modifications can be made.
300 三次元形状造形物
200 高密度部分
100 通気部(低密度部分)
101 メイン通気部
102 サブ通気部
22 粉末層
24 固化層
L 光ビーム
300 Three-dimensional shaped object 200 High density portion 100 Ventilation portion (low density portion)
101: Main ventilation section 102: Sub ventilation section 22: Powder layer 24: Solidified layer L: Light beam
Claims (13)
(ii)得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、該新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
により粉末層および固化層を交互に繰り返して積層させることで三次元形状造形物を製造する方法であって、
高密度部分および低密度部分を有して成る前記三次元形状造形物を製造し、
前記低密度部分の少なくとも一部を通気部として用い、
前記通気部として、外部と通気可能に所定方向に延在するメイン通気部を少なくとも2つ形成し、
少なくとも互いに隣接する一方の前記メイン通気部と他方のメイン通気部とを連通させる、サブ通気部を更に形成し、
前記サブ通気部が、前記メイン通気部の延在方向とは異なる方向に延在し、かつ前記メイン通気部の通気機能を補助する部分である、三次元形状造形物の製造方法。 A method for manufacturing a three-dimensional object by alternately stacking powder layers and solidified layers by the steps of: (i) irradiating a predetermined portion of a powder layer with a light beam to sinter or melt and solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) forming a new powder layer on the obtained solidified layer, and irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam to form a further solidified layer,
Producing the three-dimensional shaped object having a high density portion and a low density portion;
At least a part of the low density portion is used as a ventilation portion,
At least two main ventilation parts are formed as the ventilation parts, each extending in a predetermined direction to be able to ventilate with the outside,
a sub-ventilation portion is further formed to communicate at least one of the main ventilating portions and the other main ventilating portion adjacent to each other;
a sub ventilation portion that extends in a direction different from an extending direction of the main ventilation portion and that assists the ventilation function of the main ventilation portion.
前記低密度部分の少なくとも一部が通気部として用いられ、
前記通気部が、外部と通気可能に所定方向に延在する少なくとも2つのメイン通気部と、少なくとも互いに隣接する一方のメイン通気部と他方のメイン通気部とを連通させるサブ通気部とを有して成り、
前記サブ通気部が、前記メイン通気部の延在方向とは異なる方向に延在し、かつ前記メイン通気部の通気機能を補助する部分である、三次元形状造形物。 A three-dimensional shape having a high density portion and a low density portion,
At least a part of the low density portion is used as a ventilation portion,
the ventilation section includes at least two main ventilation sections extending in a predetermined direction to be able to ventilate with the outside, and a sub-ventilation section that connects at least one adjacent main ventilation section to the other adjacent main ventilation section ;
The sub ventilation portion extends in a direction different from an extending direction of the main ventilation portion and serves to assist the ventilation function of the main ventilation portion .
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