Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

JPWO2019151540A1 - 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
JPWO2019151540A1
JPWO2019151540A1 JP2019569646A JP2019569646A JPWO2019151540A1 JP WO2019151540 A1 JPWO2019151540 A1 JP WO2019151540A1 JP 2019569646 A JP2019569646 A JP 2019569646A JP 2019569646 A JP2019569646 A JP 2019569646A JP WO2019151540 A1 JPWO2019151540 A1 JP WO2019151540A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solidified
light beam
solidified portion
main edge
irradiation
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2019569646A
Other languages
English (en)
Inventor
暁史 中村
暁史 中村
吉田 徳雄
徳雄 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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 Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of JPWO2019151540A1 publication Critical patent/JPWO2019151540A1/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • B22F10/00Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • 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
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/38Process control to achieve specific product aspects, e.g. surface smoothness, density, porosity or hollow structures
    • 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
    • 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
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • 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
    • 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
    • B33Y50/00Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • 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
    • B22F10/30Process control
    • B22F10/36Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • 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
    • B22F10/50Treatment of workpieces or articles during build-up, e.g. treatments applied to fused layers during build-up
    • 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
    • B22F12/60Planarisation devices; Compression devices
    • B22F12/67Blades
    • 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
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their 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
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • 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

Landscapes

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

Abstract

本発明の一実施形態は、(i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射して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、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に関する。特に、本発明の一実施形態では、固化層を相互に重なる複数の固化部から形成し、第1番目に形成する固化部としての第1固化部の形成後に、少なくとも第1固化部の両主縁部分に光ビームを照射する。

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。
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。
このような製造技術に従えば、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することが可能となる。粉末材料として無機質の金属粉末を用いる場合、得られる三次元形状造形物を金型として使用することができる。一方、粉末材料として有機質の樹脂粉末を用いる場合、得られる三次元形状造形物を各種モデルとして使用することができる。
粉末材料として金属粉末を用い、それによって得られる三次元形状造形物を金型として使用する場合を例にとる。図13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13(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13(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13(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。
特開2002−69507号公報
光ビームを用いて、例えば既に形成した固化層24’上に所定厚みの新たな粉末層22’を形成する場合、n本(n:1以上の自然数)の光ビームの走査パス10’が一方向(図16(a)、(b)参照)に並列形態を成すように、各走査パス10’に沿って新たな粉末層の22’の所定箇所に光ビームをそれぞれ照射する。具体的には、n−1本目の走査パス10’に沿った光ビームの照射によりn−1番目の固化部24n−1’を形成し、次いでn本目の走査パス10’に沿って固化部24n−1’の一部および当該固化部24n−1’に隣接する粉末に光ビームを照射し得る。かかる光ビームの照射により、相互に重なる複数の固化部から構成される新たな固化層が形成され得る。
ここで、本願発明者らは、n本の光ビームの走査パス10’が一方向(図16(a)、(b)参照)に並列形態を成すように、各走査パス10’に沿って光ビームをそれぞれ照射する場合、以下の問題が生じ得ることを“新たに”見出した。
具体的には、1本目の走査パス10’に沿った光ビームの照射により得られる第1番目に形成する第1固化部24a’の高さが、2本目以降の走査パス10’に沿った光ビームの照射により得られる第2番目以降に形成する固化部(例えば第2固化部24b’)の高さよりも相対的に大きいことを見出した。この事は以下の理由により生じ得る。具体的には、第1固化部24a’の形成に際して、1本目の走査パス10’に沿った光ビームの照射領域に隣接する当該照射領域の両側部分は光ビームの未照射部分(粉末存在部分)である。そのため、光ビームの照射熱により当該両側部分に位置する粉末19’が1本目の走査パス10’に沿った光ビームの照射領域側へと引き寄せられ得る。これに対して、2本目以降の走査パス10’に沿った光ビーム照射時には、光ビームの照射領域に隣接する当該照射領域の一方の側には直近に形成した固化部が存在し得る。そのため、光ビームの照射熱により一方の側から2本目の走査パス10’に沿った光ビームの照射領域側へと引き寄せられる粉末量は、他方の側から当該照射領域側へと引き寄せられる粉末量よりも相対的に少ない。そのため、2本目以降の走査パス10’に沿った光ビーム照射時と比べて、1本目の走査パス10’に沿った光ビーム照射時には、走査パス10’に沿った光ビームの照射領域側に相対的により多くの粉末が引き寄せられ得る。かかる理由により、上述のとおり、得られる第1固化部24a’の高さが第2番目以降に形成する固化部の高さ(例えば第2固化部24b’)よりも相対的により大きく成り得る。
得られる第1固化部24a’の高さが第2固化部24b’の高さよりも相対的により大きいと、それに起因して、次なる新たな粉末層の形成にて用いる水平移動可能なスキージング・ブレード23’が当該第1固化部24a’に接触し得る虞がある(図16(c)参照)。かかる接触により、次なる新たな粉末層を好適に形成することが困難となる虞がある。その結果、次なる新たな固化層を好適に形成することが困難となり、最終的には積層された固化層から成る三次元形状造形物を好適に製造困難となり得る虞がある。つまり、高精度な三次元形状造形物を最終的に得ることができない虞がある。
本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものである。すなわち、本発明の目的は、所定の粉末層形成後第1番目に形成する固化部としての第1固化部の高さをより減じることが可能な三次元形状造形物の製造方法を提供することである。
上記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、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、
固化層を相互に重なる複数の固化部から形成し、
第1番目に形成する固化部としての第1固化部の形成後に、少なくとも第1固化部の両主縁部分に光ビームを照射する、三次元形状造形物の製造方法が提供される。
本発明の製造方法によれば、所定の粉末層形成後第1番目に形成する固化部としての第1固化部の高さをより減じることが可能である。
本発明の技術的思想を模式的に示した断面図 本発明の第1照射態様(2本の照射領域を通過させる態様)を模式的に示した断面図 本発明の第1照射態様(2本の照射領域を通過させる態様)を模式的に示した平面図 従来の照射態様に従い形成した固化部と本発明の第1照射態様に従い形成した固化部をそれぞれ模式的に示した断面図 従来の照射態様に従い形成した固化部と本発明の第1照射態様に従い形成した固化部をそれぞれ模式的に示した平面図 エネルギー密度が異なる光ビームを用いる態様を模式的に示した平面図 本発明の第2照射態様(1本の照射領域を通過させる態様)を模式的に示した平面図 本発明のより好適な第2照射態様を模式的に示した平面図 本発明のより好適な第2照射態様を模式的に示した平面図 固化層の輪郭となる仮想輪郭を基点として、第1固化部の形成を行う態様を模式的に示した平面図 比較例および実施例に対応する写真断面図 比較例および実施例に対応する写真平面図 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(図13(a):粉末層形成時、図13(b):固化層形成時、図13(c):積層途中) 光造形複合加工機の構成を模式的に示した斜視図 光造形複合加工機の一般的な動作を示すフローチャート 本願の技術的課題を示した模式図(図16(a):各走査パスに沿っ光ビームをそれぞれ照射する態様(平面)、図16(b):各走査パスに沿って光ビームをそれぞれ照射する態様(断面)、図16(c):スキージング・ブレードを用いて次なる新たな粉末層を形成する態様(断面))
以下では、図面を参照して本発明の一実施形態をより詳細に説明する。図面における各種要素の形態および寸法は、あくまでも例示にすぎず、実際の形態および寸法を反映するものではない。
本明細書において「粉末層」とは、例えば「金属粉末から成る金属粉末層」または「樹脂粉末から成る樹脂粉末層」を意味している。また「粉末層の所定箇所」とは、製造される三次元形状造形物の領域を実質的に指している。従って、かかる所定箇所に存在する粉末に対して光ビームを照射することによって、その粉末が焼結又は溶融固化して三次元形状造形物を構成することになる。更に「固化層」とは、粉末層が金属粉末層である場合には「焼結層」を意味し、粉末層が樹脂粉末層である場合には「硬化層」を意味している。
また、本明細書で直接的または間接的に説明される“上下”の方向は、例えば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。
[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13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14および図15は、粉末床溶融結合法と切削処理とを実施できる光造形複合加工機の主たる構成および動作のフローチャートをそれぞれ示している。
光造形複合加工機1は、図14に示すように、粉末層形成手段2、光ビーム照射手段3および切削手段4を備えている。
粉末層形成手段2は、金属粉末または樹脂粉末などの粉末を所定厚みで敷くことによって粉末層を形成するための手段である。光ビーム照射手段3は、粉末層の所定箇所に光ビームLを照射するための手段である。切削手段4は、積層化した固化層の表面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るための手段である。
粉末層形成手段2は、図13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。
光ビーム照射手段3は、図14に示すように、光ビーム発振器30およびガルバノミラー31を主に有して成る。光ビーム発振器30は、光ビームLを発する機器である。ガルバノミラー31は、発せられた光ビームLを粉末層22にスキャニングする手段、すなわち、光ビームLの走査手段である。
切削手段4は、図14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手段である。
光造形複合加工機1の動作について詳述する。光造形複合加工機1の動作は、図15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13(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13(b)に示すように固化層24を形成する(S23)。光ビームLとしては、炭酸ガスレーザ、Nd:YAGレーザ、ファイバレーザまたは紫外線などを用いてよい。
粉末層形成ステップ(S1)および固化層形成ステップ(S2)は、交互に繰り返して実施する。これにより、図13(c)に示すように複数の固化層24が積層化する。
積層化した固化層24が所定厚みに達すると(S24)、切削ステップ(S3)へと移行する。切削ステップ(S3)は、積層化した固化層24の表面、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13(c)および図14参照)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。
[本発明の製造方法]
本発明の一実施形態に係る製造方法は、上述の粉末床溶融結合法の中でも、粉末層の所定箇所に対する光ビームの照射態様に特徴を有している。
(本発明の技術的思想)
上述のように、本願発明者らは、光ビームの走査パス10’が一方向(図16(a)、(b)参照)に並列形態を成すように各走査パス10’に沿って光ビームをそれぞれ照射する場合、以下の問題が生じ得ることを新たに見出した。具体的には、第1番目に形成する固化部としての第1固化部24a’の高さが、第2番目以降に形成する固化部(例えば第2固化部24b’)よりも相対的により大きくなり得る。そこで、本願発明者らは、当該第1固化部24a’の高さをより減じるための技術的な解決策について鋭意検討した。
その結果、これまでの当業者の技術常識(即ち、光ビームの走査パスが一方向に並列形態を成すように各走査パスに沿って光ビームをそれぞれ照射する態様)によれば通常実施しない手法により当該解決を図った。具体的には、本願発明者らは、第1番目に形成する固化部としての第1固化部24aの形成後に、少なくとも第1固化部24aの両主縁部分X、Yに光ビームLを照射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左側部参照)。かかる本発明の技術的思想によれば、少なくとも第1固化部24aの両主縁部分X、Yが光ビームLにより照射される。つまり、少なくとも第1固化部24aの一方の主縁部分Xと他方の主縁部分Yのいずれもが光ビームLにより照射される。
この点につき、上述のように、これまでの当業者の技術常識によれば、光ビームの走査効率/使用効率の観点から、光ビームの走査パスが一方向に並列形態を成すように各走査パスに沿って光ビームをそれぞれ照射することが通常である。つまり、光ビームの複数の走査パスを一方向に並列配置することが通常である。これに対して、本発明の技術的思想によれば、これまでの当業者の技術常識とは異なり、第1固化部24aを一旦形成後に、一旦形成した第1固化部24aの一方の主縁部分Xに加えて“当該主縁部分Xとは反対側に位置する他方の主縁部分Yにも“敢えて”光ビームLを照射する”。つまり、本発明では、第1固化部24a’の高さをより減じることに“敢えて”着目した結果として“第1固化部24aの他方の主縁部分Yにも光ビームLを照射する”。この点が、これまでの当業者の技術常識には存在しない本発明の最大の特徴部分である。
なお、本明細書でいう「主縁部分」とは、広義には軸方向に沿って延在する固化部(第1固化部等)の長手側の縁部分を指す。又、本明細書でいう「主縁部分」とは、狭義には一旦形成した固化部(第1固化部等)の長手側の線状輪郭から“所定長さ”分内側に至るまでの部分を指す。当該所定長さとしては、特に限定されるものではないが、一旦形成した第1固化部の底部の幅の約3%〜約30%、好ましくは約6%〜約20%、例えば約10%である。つまり、本明細書でいう「主縁部分」とは、第1固化部の長手側の線状輪郭とは同視できるものではないことに留意する必要がある。又、本明細書でいう「第1固化部の形成後に少なくとも第1固化部の両主縁部分に光ビームを照射する」とは、第1固化部の一旦形成に引き続いて少なくとも第1固化部の一方の主縁部分に光ビームを照射した後に、少なくとも第1固化部の他方の主縁部分にも光ビームを照射する」ことを指す。つまり、本明細書では、光ビームの走査パスが一方向に並列形態を成すように各走査パスに沿って光ビームをそれぞれ照射した後に(第4固化部、第5固化部、第6固化部等・・・の形成後に)、第1固化部の他方の主縁部分へ照射されることも含まれ得る。本明細書でいう「光ビームの走査パス」とは、光ビームの移動経路を指す。本明細書でいう「光ビームの走査パス」とは、光ビームの移動経路を指す。
第1固化部24aの一旦形成後に少なくとも第1固化部24aの両主縁部分X、Yへ光ビームLが照射される際、走査パスに沿った光ビームLの移動により光ビームLの照射領域50が少なくとも第1固化部24aの両主縁部分X、Yを通ることとなる(図1左側部参照)。なお、本明細書でいう「光ビームの照射領域」とは、走査パスに沿って移動する光ビームが固化部の所定部分(主縁部分等)を照射する幅をもった領域を指す。つまり、光ビームLの照射領域50内に、第1固化部24aの両主縁部分X、Yが平面視で好適に含まれることとなる。そのため、光ビームLの照射熱が、一旦固化状態にある両主縁部分X、Yへ好適に供され、それによって当該両主縁部分X、Yを固化状態から溶融状態へと変化し得る。ここで、第1固化部24aは、1本目の走査パスに沿った光ビームの照射領域の両側部分に位置する粉末が当該走査パスに沿った光ビームの照射領域側へと引き寄せられて形成され得る。そのため、かかる両側からの引き寄せに起因して、第1固化部24aは断面視で傾斜面を有する隆起部となり得る。そのため、当該両主縁部分X、Yが固化状態から溶融状態へと変化する場合、溶融した両主縁部分X、Yが流動性を有し、かつ第1固化部24aが傾斜断面を有することも相まって溶融した両主縁部分X、Yの少なくとも一部が断面視でそれぞれ外側方向へと流動し得る(図1右側部参照)。具体的には、両主縁部分X、Yの溶融部分が断面視でそれぞれ第1固化部24aより外側に位置する光ビーム未照射部分が供された方向へと濡れ拡がるように流動し得る。
かかる両主縁部分X、Yの溶融部分の外側方向への流動挙動により、両主縁部分X、Yへの光ビームL照射前の第1固化部24aと比べて、両主縁部分X、Yへの光ビームL照射後に再固化して得られる第1固化部24aの高さ(具体的には天頂高さ)をより減じることが可能となる。つまり、より高さが減じられた第1固化部24aが形成することが可能となる(図1右側部参照)。より高さが減じられた第1固化部24aが形成されると、得られる第1固化部24aを後刻の粉末層の形成にて用いる水平移動可能なスキージング・ブレードの下端よりも下方に位置づけることができる。従って、次なる新たな粉末層の形成にて用いる水平移動可能なスキージング・ブレードが当該第1固化部24aに接触することを好適に回避することが可能である。そのため、次なる新たな粉末層を好適に形成することができ、その結果として、次なる新たな固化層を好適に形成することが可能となる。従って、最終的には高精度な三次元形状造形物を好適に得ることが可能となる。
第1固化部の一旦形成後に実施される第1固化部24aの両主縁部分X、Yへの光ビームLの照射態様としては、大きくは2つの照射態様に分けることができる。
(第1照射態様)
まず、第1照射態様は、少なくとも第1固化部24aの両主縁部分X、Yと当該両主縁部分X、Yにそれぞれ隣り合う光ビームの未照射部分とに跨がって光ビームの照射をする態様である(図2および図3参照)。
第1照射態様では、第1固化部24aの両主縁部分X、Yと当該両主縁部分X、Yにそれぞれ隣り合う光ビームの未照射部分60とに跨る部分に光ビームLを照射する。具体的には、第1照射態様では、第1固化部24aの一方の主縁部分Xと当該一方の主縁部分Xに隣り合う光ビームの未照射部分60とに跨る部分に光ビームLを照射する。これに加え、第1固化部24aの他方の主縁部分Yと当該他方の主縁部分Yに隣り合う光ビームの未照射部分60とに跨る部分に光ビームLを照射する。
より具体的には、走査パス10に沿って光ビームLの照射領域50αを粉末層の所定箇所に通過させて第1固化部24aを形成する。次いで、当該第1固化部24aの形成後に、第1固化部24aの一方の主縁部分Xと当該一方の主縁部分Xに隣り合う光ビームの未照射部分60Xとに跨る部分に光ビームLを照射する。これにより、走査パスに沿った光ビームLの移動により光ビームLの照射領域50Aが第1固化部24aの一方の主縁部分Xと光ビームLの未照射部分60Xとを通ることとなる(図2参照)。つまり、光ビームLの照射領域50A内に、第1固化部24aの一方の主縁部分Xと光ビームLの未照射部分60Xとが平面視で好適に含まれることとなる。そのため、光ビームLの照射熱が、一旦固化状態にある一方の主縁部分Xと未照射部分60に位置する粉末19とに好適に供される。これにより、一旦固化状態にある一方の主縁部分Xと未照射部分60Xに位置する粉末19のいずれも溶融状態にし得る。
固化状態にある一方の主縁部分Xが溶融状態へと変化する場合、溶融した一方の主縁部分Xが流動性を有し、かつ第1固化部24aが傾斜断面を有することも相まって溶融した一方の主縁部分Xの少なくとも一部が断面視で外側方向へと流動し得る。そして、一方の主縁部分Xの溶融部分が外側方向へと移動すると、外側方向へと移動した一方の主縁部分Xの溶融部分の少なくとも一部と未照射部分60Xに位置する粉末19の溶融部分とが互いに混じり合った状態にし得る。
又、第1固化部24aの形成後に、第1固化部24aの他方の主縁部分Yと当該他方の主縁部分Yに隣り合う光ビームの未照射部分60Yとに跨る部分に光ビームLが照射される場合、走査パスに沿った光ビームLの移動により光ビームLの照射領域50Aが第1固化部24aの他方の主縁部分Yと光ビームLの未照射部分60Yとを通ることとなる(図2および図3参照)。つまり、光ビームLの照射領域50A内に、第1固化部24aの他方の主縁部分Yと光ビームLの未照射部分60Yとが平面視で好適に含まれることとなる。そのため、光ビームLの照射熱が、一旦固化状態にある他方の主縁部分Yと未照射部分60Yに位置する粉末19とに好適に供される。これにより、一旦固化状態にある他方の主縁部分Yと未照射部分60Yに位置する粉末19のいずれも溶融状態にし得る。
固化状態にある他方の主縁部分Yが溶融状態へと変化する場合、溶融した他方の主縁部分Yが流動性を有し、かつ第1固化部24aが傾斜断面を有することも相まって溶融した他方の主縁部分Yの少なくとも一部が断面視で外側方向へと流動し得る。そして、他方の主縁部分Yの溶融部分が外側方向へと移動すると、外側方向へと移動した他方の主縁部分Yの溶融部分の少なくとも一部と未照射部分60Yに位置する粉末19の溶融部分とが互いに混じり合った状態にし得る。
従来の当業者の技術常識に沿った態様(即ち、光ビームの走査パスが一方向に並列形態を成す態様)では、一旦形成された第1固化部に関してその一方の主縁部分X’側のみに光ビームの照射領域50’が通過する。そのため、一旦形成された第1固化部では溶融した一方の主縁部分の少なくとも一部のみが外側方向へと流動することとなる。これに対して、上述のように、本態様では、一旦形成された第1固化部においては、従来の当業者の技術常識とは異なり、両主縁部分X,Yを“敢えて”光ビームにより照射する。これにより一方の主縁部分Xの溶融部分に加え他方の主縁部分Yの溶融部分も外側方向へと流動し得る。そのため、本態様では、従来の態様に得られる第1固化部24a’の高さ(図4左側部および図5左側部参照)と比べて、他方の主縁部分Yの溶融部分も外側方向へと流動することに起因して、光ビームL照射後に再固化して得られる第1固化部24aの高さをより減じることができる(図4右側部および図5右側部参照)。
更に、本態様では、上述のように外側方向へとそれぞれ移動した両主縁部分X、Yの溶融部分の少なくとも一部と、当該両主縁部分X、Yにそれぞれ隣り合う光ビームの未照射部分60X、60Yに位置する粉末19の溶融部分とを混じり合った状態にし得る。そのため、後刻に当該混じり合った溶融部分が冷却して固化すると、「高さがより減じられた」第1固化部の両側に、当該第1固化部に相互に重なる第2固化部24bおよび第3固化部24cをそれぞれ形成し得る。この点につき、従来の当業者の技術常識に沿った態様では、走査パスが一方向に並列形態を成すように光ビームが照射される。そのため、従来の当業者の技術常識によれば、「相対的に高さが高い」第1固化部24a’の一方の側に重なる第2固化部24b’を形成した後、第2固化部24b’(の一方の側)に重なる第3固化部を形成することが通常である。
これに対して、本態様では、第2固化部24bは第3固化部24cに重なっておらず、第2固化部24bおよび第3固化部24cは第1固化部24aを挟んで互いに対向する部分に位置付けられている。つまり、本態様では、第3固化部24c形成のために第1固化部24aの他方の主縁部分側に光ビームを照射する。かかる照射態様は、従来の当業者の技術常識からすれば走査パスを“一方向”に並列形態を成すように光ビームを照射できないことを意味する。走査パスを一方向に並列形態を成すように光ビームを照射できないと、光ビームの走査効率/使用効率の低下につながり得る。従って、光ビームの走査効率/使用効率の低下につながるにもかかわらず、第2固化部24bおよび第3固化部24cが第1固化部24aを挟んで互いに対向するように位置付ける態様は当業者の技術常識からすれば極めて特異な態様であると言える。この点においても、本態様は技術的特徴を有する。
なお、固化層の輪郭となる仮想輪郭24αを基点として、第1固化部24aの形成を行う場合、下記態様を採ることが好ましい(図10参照)。本明細書でいう「固化層の輪郭となる仮想輪郭」とは、光ビームが照射される粉末層の所定箇所のうち後刻に形成される固化層の輪郭に対応する箇所を実質的に指す。具体的には、第1固化部24aの形成時に用いる光ビームの走査中央ラインlよりも、第1固化部24aの形成後に第1固化部24aの一方の主縁部分に照射する光ビームの走査中央ラインlを仮想輪郭24αに対して近位側に位置づけることが好ましい。換言すれば、仮想輪郭24αに対して近位側に位置する第1固化部24aの一方の主縁部分に照射する光ビームの走査中央ラインlを、第1固化部24aの形成時に用いる光ビームの走査中央ラインlと当該仮想輪郭24αとの間に位置付ける。これによれば、固化層の輪郭部分を形成する場合においても、隆起高さが相対的に高くなり得る第1固化部の高さを減じることが可能となる。そのため、固化層の輪郭部分の高さが輪郭部分以外の他の部分の高さよりもより大きくなることを回避することができる。
なお、本態様は、2本の照射領域50A、50Aを少なくとも第1固化部24aの両主縁部分X、Yの各々に通過させるものである。この場合、少なくとも第1固化部24aの両主縁部分X、Yの各々に2本の照射領域50A、50Aを時間的に並列して通過させてよい(図3参照)。
ここで、2本の照射領域50A、50Aを用いる場合、両者を第1固化部24aの両主縁部分に逐次通過させることが多い。しかしながら、これに限定されることなく、上述のように2本の照射領域50A、50Aを時間的に並列通過させてもよい。この場合、少なくとも第1固化部24aの両主縁部分X、Yの各々は時間的に実質的に同タイミングで2本の照射領域50A、50Aにより照射され得る。これにより、他方の主縁部分Yに対する他方の照射領域50Aの通過タイミングと、一方の主縁部分Xに対する一方の照射領域50Aの通過タイミングの時間的な間隔を無くすことが可能である。そのため、主縁部分Yに対する“他方”の照射領域50Aの通過時における“一方”の主縁部分Xの溶融タイミングと、主縁部分Xに対する“一方”の照射領域50Aの通過時における溶融タイミングとの差違を減じる又は無くすことが可能である。これにより、一方の主縁部分Xの溶融部分の外側方向への流動タイミングと、他方の主縁部分Yの溶融部分の外側方向への流動タイミングとを実質的に同一にすることが可能である。そのため、流動タイミングが実質同一であることに起因して、光ビームL照射後に再固化して得られる第1固化部24aの高さを更により減じることが可能である。
又、一態様では、第1固化部24aの一旦形成後に、少なくとも第1固化部24aの両主縁部分X、Yに照射する光ビームLのエネルギー密度は、第1固化部24aの形成時に用いる光ビームLのエネルギー密度よりも小さいことが好ましい(図2および図6参照)。
上述のように、得られる第1固化部24a’の高さが第2番目以降に形成する固化部の高さ(例えば第2固化部24b’)よりも相対的により大きく成り得る(図16参照)。この事は、2本目以降の走査パス10’に沿った光ビーム照射時と比べて、1本目の走査パス10’に沿った光ビーム照射時には、走査パス10’に沿った光ビームの照射領域側に相対的により多くの粉末が引き寄せられ得ることに起因する。この事から、一旦形成される第1固化部24aの高さをより減じる観点から、1本目の走査パス10に沿った光ビームの照射領域50α側に相対的により多く引き寄せられ得る粉末をより好適に溶融させ、それにより当該溶融部分の下層に位置する土台部(固化層等)に対するぬれ性を向上させることが好ましい。そのため、第1固化部24aの形成時に用いる光ビームLのエネルギー密度は相対的に大きいことが好ましい。
一方、互いに重なる各固化部を形成するためにエネルギー密度が大きい光ビームLを複数用いると、各光ビームの照射領域へ引き寄せられ得る粉末を好適に溶融し易い一方、溶融レベルが高いため溶融状態から固化状態へと変化する場合に各固化部から構成される固化層の収縮応力が相対的に大きくなり易い。そのため、最終的に得られる三次元形状造形物の反り発生につながり得る。以上の事から、エネルギー密度が大きい光ビームLの使用は、可能な限り差し控えることが好ましい。かかる観点から、第2番目以降に形成する固化部の高さよりも“より”大きい高さレベルを有する第1固化部24aの形成時においてのみ、エネルギー密度が大きい光ビームLを使用することが好ましい。
これに対して、第2番目以降の固化部の形成時においては、第1固化部24aの形成時において用いられる光ビームLよりも相対的にエネルギー密度が小さい光ビームLを使用することが好ましい。ここで、上述のように、本発明では、第2番目以降の固化部、すなわち第2固化部24bおよび第3固化部24cの形成においては、一旦固化状態にある両主縁部分X、Yと両主縁部分X、Yに隣接する未照射部分60X、60Yに光ビームを照射することで得られる。従って、上記事項を鑑みれば、一旦固化状態にある両主縁部分X、Yと両主縁部分X、Yに隣接する未照射部分60X、60Yに対しては、相対的に小さいエネルギー密度を有する光ビームを用いることが好ましい。すなわち、少なくとも両主縁部分X、Yに対しては、相対的に小さいエネルギー密度を有する光ビームを用いることが好ましい。
なお、上述では、第2番目以降の固化部の形成時においては、第1固化部24aの形成時において用いられる光ビームLよりも相対的にエネルギー密度が小さい光ビームLを使用している旨述べている。これにより、第1固化部24aの形成時において用いる光ビームLのエネルギー密度と、第2番目以降の固化部の形成時において用いる光ビームLのエネルギー密度の大小関係を規定している。つまり、第2番目以降の固化部の形成時に用いる光ビームLのエネルギー密度を通常レベルとする一方、第1固化部の形成時に用いる光ビームLのエネルギー密度を、通常レベルのエネルギー密度よりもより高い値とする態様となっている。しかしながら、光ビームLのエネルギー密度の大小関係はこの態様のみによる実現に限定されるものではない。例えば、第1固化部の形成時に用いる光ビームLのエネルギー密度を通常レベルとする一方、第2固化部および第3固化部の形成において用いる光ビームLのエネルギー密度を通常レベルのエネルギー密度よりもより低い値とする態様も挙げられる。これにより、第1固化部24aの形成時において用いる光ビームLのエネルギー密度と、第2固化部(および第3固化部)の固化部の形成時において用いる光ビームLのエネルギー密度との間に大小関係を規定することも可能であり得る。
以上により、相対的にエネルギー密度が大きい光ビームLを用いて一旦形成される第1固化部24aの高さ自体を減じることができる。一旦形成される第1固化部24aの高さ自体を減じることができるので、第1固化部24aの一旦形成後に両主縁部分X、Yの光ビーム照射によって得られる第1固化部24aの高さを更により減じることにつながる。その一方で、第2番目以降の固化部の形成時においては、相対的に小さいエネルギー密度を有する光ビームが用いられ得る。そのため、相対的に大きな収縮応力を有する固化層、すなわち固化部の発生原因となる相対的に大きいエネルギー密度を有する光ビームは第1番目に一旦得られる第1固化部24aの形成のためのみ使用される。しかしながら、相対的に大きな収縮応力を有する固化部の発生原因となる相対的に大きいエネルギー密度を有する光ビームは第2番目以降に得られる固化部の形成のためには使用されない。従って、相対的に大きな収縮応力を有する固化層、すなわち固化部の数が相対的に少なくし得るため、それに起因して最終的に得られる三次元形状造形物の反り発生を好適に抑止することが可能となる。
(第2照射態様)
第2照射態様は、第1固化部24aの形成後に1本の照射領域50Bが少なくとも第1固化部24aの軸方向に沿って第1固化部24aの両主縁部分X、Yを通るように、光ビームの照射を実施する態様である(図7参照)。
上述のように、本発明の主たる技術的思想は、第1固化部24aの形成に引き続いて、少なくとも第1固化部24aの両主縁部分X、Yに光ビームを照射するというものである。上記第1照射態様では、2本の照射領域50A、50Aを用いて当該技術的思想を実現したものである。しかしながら、当該技術的思想の実現のためには、当該第1照射態様に限定されない。例えば、1本の照射領域50Bのみを用いて本発明の技術的思想を実現してもよい。具体的には、1本の照射領域50Bが少なくとも第1固化部24aの軸方向に沿って第1固化部24aの両主縁部分X、Yを通るように、光ビームの照射を実施してよい。
本態様によれば、1本の照射領域50Bが、平面視で一旦形成した第1固化部24aの全領域を覆うように第1固化部24aを通過する。これにより、光ビームLの照射領域50B内に、第1固化部24aの両主縁部分X、Yも平面視で好適に含まれることとなる。そのため、光ビームLの照射熱が、一旦固化状態にある両主縁部分X、Yを含む全領域に好適に供され、それによって当該両主縁部分X、Yを含む全領域を固化状態から溶融状態へと変化し得る。そのため、全領域に含まれる両主縁部分X、Yも溶融するため、両主縁部分X、Yが断面視でそれぞれ第1固化部24aより外側に位置する光ビーム未照射部分(図2参照)が供された方向へと濡れ拡がるように流動し得る。そのため、かかる流動挙動により、両主縁部分X、Yへの光ビームL照射前の第1固化部24aと比べて、両主縁部分X、Yへの光ビームL照射後に再固化して得られる第1固化部の高さをより減じることが可能となる。又、本態様では、上述のように、1本の照射領域50Bを、平面視で一旦形成した第1固化部24aの全領域を覆うように第1固化部24aを通過させる。そのため、2本の照射領域50Bを少なくとも第1固化部24aの両主縁部分に通過させる場合と比べて、照射領域の通過位置合わせの条件を簡素化することが可能となる。つまり、本態様では、第1照射態様と比べて照射領域の通過位置合わせを行い易い。この点において、本態様は技術的に有利である。
又、本態様では、第1固化部24aの両主縁部分X、Yに照射する光ビームのビーム径Dが、第1固化部24aの形成時に用いる光ビームのビーム径Dよりも大きいことがより好ましい(図7参照)。本明細書でいう「光ビームのビーム径(D/D)」とは、光ビームのエネルギー分布がガウス分布である場合において、ビームスポット内におけるエネルギー強度値がピークエネルギー強度値と比べて1/e(13.5%)以上の領域の直径を指す(図7参照)。
本態様は、上述のように1本の照射領域50Bが平面視で一旦形成した第1固化部24aの全領域を覆うように第1固化部24aを通過することを特徴とする。しかしながら、第1固化部24aの幅と1本の照射領域50Bの幅とが略同一である場合、場合によっては第1固化部24aの両主縁部分X、Yが、平面視で光ビームLの照射領域50B内に好適に含まれない可能性がある。そこで、かかる事情を鑑み、第1固化部24aの両主縁部分X、Yに照射する光ビームのビーム径Dが、第1固化部24aの形成時に用いる光ビームのビーム径Dよりも大きいことがより好ましい。これにより、光ビームLの照射領域50B内に第1固化部24aの両主縁部分X、Yをより好適に(より確実に)含めることが可能となる。
一態様では、1本の照射領域50Bを形成する光ビームとして、走査中央ラインlの両側のエネルギー密度が走査中央ラインl上のエネルギー密度よりも大きいものを用いることが好ましい(図8参照)。なお、本明細書でいう「光ビームの走査中央ライン」とは、光ビームの走査パスに沿って移動する光ビームの照射領域が2分割されるラインを指す。
上述のように、本発明の主たる技術的思想は、第1固化部24aの形成後に、少なくとも第1固化部24aの両主縁部分X、Yに光ビームを照射するというものである。かかる技術的思想によれば、一旦形成した第1固化部24aの高さを減じることができる。つまり、一旦形成した第1固化部24aの両主縁部分X、Yに光ビームを照射することがポイントである。従って、平面視で第1固化部24aの中間部分Zに対する光ビームの照射は本発明の技術的効果に特段寄与するものではない。そのため、より好適な第1固化部24aの両主縁部分X、Yに対する照射が望まれる。かかる観点から、一態様では、1本の照射領域50Bを形成する光ビームとして、走査中央ラインlの両側のエネルギー密度が走査中央ラインl上のエネルギー密度よりも大きいものを用いることが好ましい。これにより、本発明の技術的効果に対する寄与の程度がそれ程大きくない(小さい)第1固化部24aの中間部分Zに高エネルギー密度の光ビームが照射されることを抑制することができる。これにより、第1固化部24aの両主縁部分X、Yに対する1本の照射領域を形成する光ビームの照射効率を高くすることができる。具体的には、本態様において用いる光ビームは、第1固化部24aの中間部分Zに光ビームのエネルギーが供されにくい構造となっている。そのため、全体として所定のエネルギー密度を有する光ビームを用いる場合、第1固化部24aの両主縁部分X、Yに対して光ビームのエネルギーをより重点的に/効果的に供することが可能となる。つまり、本態様では、光ビームの照射必要性が特に大きい部分(第1固化部24aの両主縁部分X、Y)に光ビームのエネルギーを供し、光ビームの照射必要性がそれ程大きくない(小さい)部分には光ビームのエネルギーを供しにくくしている。そのため、光ビームの照射必要性がそれ程大きくない(小さい)部分にも光ビームのエネルギーを供する場合と比べて、照射中の第1固化部24aの熱履歴(温度変化)を小さくすることが可能となる。
一態様では、1本の照射領域50Bが第1固化部24aの両主縁部分の一方(X)と両主縁部分の他方(Y)とを交互に通るように、光ビームの照射を実施することが好ましい(図9参照)。
上述のように、1本の照射領域を形成する光ビームを用いる場合、平面視で一旦形成した第1固化部24aの全領域を覆うように第1固化部24aを通過する態様がある。当該態様では、平面視で第1固化部24aの中間部分に対する光ビームの照射は本発明の技術的効果に対する寄与の程度がそれ程大きくない(小さい)。そのため、より好適な第1固化部24aの両主縁部分X、Yに対する照射が望ましい。そこで、一態様では、1本の照射領域50Bが第1固化部24aの両主縁部分の一方(X)と両主縁部分の他方(Y)とを交互に通るように、光ビームの照射を実施することが好ましい。これにより、かかる態様を用いる場合であっても、2本の照射領域ではなく1本の照射領域50Bをジグザグに通過させることで第1固化部24aの両主縁部分X、Yに光ビームのエネルギーを好適に供することが可能となる。又、本態様では、1本の照射領域50Bをジグザグに通過させる場合、光ビームの照射必要性が特に大きい部分(第1固化部24aの両主縁部分X、Y)に光ビームのエネルギーが重点的に供される。その一方で、1本の照射領域50Bをジグザグに通過させることも相まって、光ビームの照射必要性がそれ程大きくない(小さい)部分(第1固化部24aの中間部分Z)には光ビームのエネルギーがそれ程重点的に供されにくくなる。そのため、光ビームの照射必要性がそれ程大きくない(小さい)部分(第1固化部24aの中間部分Z)に高エネルギー密度の光ビームが照射されることを減じることも可能である。
一態様では、第1固化部の形成時に用いる光ビームの照射領域の位置を、固化層毎にずらすことが好ましい。これにより、相対的に大きなエネルギー密度を有する光ビームがz軸方向に沿って一列に並ぶことを好適に回避することができる。そのため、造形物の反りの原因となる第1固化部の収縮応力がz軸方向に沿って一列に並んで集中することを回避可能である。従って、全体として最終的に得られる造形物の強度を向上させることができる。
なお、上記第1照射態様および第2照射態様において、第1固化部の形成に引き続いて、少なくとも第1固化部の両主縁部分に光ビームを照射してもよい。なお、本明細書でいう「第1固化部の形成に引き続いて少なくとも第1固化部の両主縁部分に光ビームを照射する」とは、第1固化部の一旦形成した直後に、少なくとも第1固化部の両主縁部分に光ビームを照射する」ことを指す。上記のように、少なくとも第1固化部の他方の主縁部分に光ビームを照射するタイミングとしては、光ビームの走査パスが一方向に並列形態を成すように各走査パスに沿って光ビームをそれぞれ照射した後に(第4固化部、第5固化部、第6固化部等・・・の形成後に)、第1固化部の他方の主縁部分へ照射されることも含まれ得る。これに限定されることなく、一旦形成した第1固化部の高さを早いタイミングで(早い時期に)減じる観点から、少なくとも第1固化部の一方の主縁部分のみならず他方の主縁部分に対しても第1固化部の一旦形成した直後に光ビームを照射してもよい。これにより、一旦形成した第1固化部の高さが早いタイミングで(早い時期に)既に減じられているため、更なる粉末層を敷くタイミングが通常よりも早い場合であっても好適に対応可能となる。
以下、本発明の一実施形態に関する実施例を紹介する。なお、当該実施例は本発明の技術的思想を直接反映するものではなく、本発明の技術的思想を具現化する一照射態様(具体的には、上記の第1照射態様)の紹介にすぎないことを予め付言しておく。何故ならば、上述のように、本発明の技術的思想を具現化する一照射態様としては、上記の第2照射態様も含まれ得るためである。
[比較例]
以下、比較例について紹介する。なお、本比較例は“これまでの当業者の技術常識”に沿った態様である(図4左側部、図5左側部、図11上側部および図12上側部参照)。
まず、下記の工程を経て所定の固化層(単層)の形成を試みた。
(1)’ 土台となる既に形成した固化層24’(又は造形プレート)上にスキージング・ブレードを用いて新たな粉末層22’を形成する工程。
(2)’ 新たな粉末層22’の形成後に、当該新たな粉末層22’の所定箇所に1本目の走査パス10’に沿って光ビームLを照射して、第1固化部24a’を一旦形成する工程。
(3)’ 第1固化部24a’の形成後、2本目の走査パス10’に沿って第1固化部24a’の一方の主縁部分X’と当該一方の主縁部分X’に隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームL’を照射して、第1固化部24a’に重なる第2固化部24b’を形成する工程。
(4)’ 第2固化部24b’の形成後、3本目の走査パス10’に沿って第2固化部24b’の一方の主縁部分X’と当該一方の主縁部分X’に隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームL’を照射して、第2固化部24b’に重なる第3固化部を形成する工程。
(5)’ 同様に、4本目の走査パス10’に沿って第3固化部の一方の主縁部分X’と当該一方の主縁部分X’に隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームL’を照射して、第4固化部を形成する工程。
(6)’ 同様に、5本目の走査パス10’に沿って第4固化部の一方の主縁部分X’と当該一方の主縁部分X’に隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームL’を照射して、第5固化部を形成する工程。
本比較例において、上記(1)’の工程実施により得られる新たな粉末層22’の高さは50μmであった。又、上記(2)の工程の実施により得られる第1固化部24a’の天頂高さが70μmであった。
なお、固化部(例えば第1固化部24a’)の撮像は、次の手法により実施した。具体的には、レーザ固化した試験片(固化部)をエポキシ樹脂で包埋し、研磨加工でレーザ走査軸方向に垂直な断面を露出させ、当該露出した断面を光学顕微鏡で撮像することで実施した。
又、固化部の天頂高さの測定については以下手法により実施した。具体的には、測長顕微鏡を用いて、上記断面にて土台部(最直下固化層等)表面から固化部頂点までの距離を測定することで、固化部の天頂高さの測定を実施した。
本比較例では、上述のように、上記(3)’の工程にて当該第1固化部24a’(天頂高さ:70μm)の一方の主縁部分X’と当該一方の主縁部分X’に隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームL’を照射した。つまり、走査パスに沿った光ビームL’の移動により光ビームL’の照射領域50A’が第1固化部24a’の一方の主縁部分X’と光ビームL’の未照射部分60X’とを通るように、光ビームL’の照射を行った。
かかる光ビームL’の照射により、光ビームL’の照射熱が、一旦固化状態にある一方の主縁部分X’と未照射部分60X’に位置する粉末とに供された。これにより、一旦固化状態にある一方の主縁部分X’と未照射部分60X’に位置する粉末のいずれも溶融状態となった。かかる溶融状態において、一方の主縁部分X’の溶融部分と未照射部分60X’に位置する粉末の溶融部分とが互いに混じり合った状態となった。次いで、当該混じり合った溶融部分が冷却し、それによって当該混じり合った溶融部分が固化することで、第1固化部の一方の主縁部分X’側にのみに重なる第2固化部24b’が得られた。なお、本比較例では、一旦固化状態にある第1固化部24a’の一方の主縁部分X’側『のみ』が照射されることに起因して、第2固化部24b’が得られる際における第1固化部24a’の天頂高さは70μmから57μmへと若干程度減じられていた。
第2固化部24b’の形成後、上記の(4)’の実施により、第2固化部24b’の一方の主縁部分X’と当該一方の主縁部分X’に隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームL’を照射して、第2固化部24b’に重なる第3固化部を形成した。第3固化部の形成後、上記の(5)’の実施により、第3固化部の一方の主縁部分X’と当該一方の主縁部分X’に隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームL’を照射して、第3固化部24b’に重なる第4固化部を形成した。上記(5)’の工程にて第4固化部を形成した後、上記の(6)’の工程を更に実施した。かかる(6)’の工程実施により、第5固化部を形成した。以上により、第1番目に形成される第1固化部から第5番目に形成される第5固化部までの複数の固化部から構成される所定の新たな固化層24’を最終的に形成した。なお、第5固化部の形成完了時点で第1固化部24a’の天頂高さは51μmへと若干程度減じられていた。
以上の事からも、上記の(2)’〜(6)’の工程実施により、第1固化部から第5固化部までの各固化部は相互に一部が重なるように供されており、かつ各固化部は第1固化部の形成箇所から第5固化部の形成箇所へと向かって一方向に沿って形成されていた。当該固化部の形成態様は、これまでの当業者の技術常識に沿ったものである。
そして、所定の新たな固化層24’の形成に引き続いて、水平移動可能なスキージング・ブレードを用いて更なる新たな粉末層の形成を実施した。しかしながら、本比較例では、当該スキージング・ブレードの下端部が第1固化部24a’の天頂部よりも下方に位置していた。換言すれば、(第1固化部24aの一方の主縁部分X’側の溶融固化後に得られる)第1固化部24a’が、更なる新たな粉末層の形成にて用いる水平移動可能なスキージング・ブレードの下端よりも上方に位置していた。そのため、当該スキージング・ブレードが第1固化部24a’に接触することとなった。その結果、水平移動可能なスキージング・ブレードを用いて更なる新たな粉末層を好適に敷くことが出来なかった。
[実施例]
次に、本発明の一実施形態に係る実施例について紹介する。なお、本実施例は“これまでの当業者の技術常識”とは異なる態様である(図2、図3、図4右側部、図5右側部、図11左下側部、中間下部および図12左下側部、中間下部参照)。
(実施例1)まず、下記の工程を経て3つの固化部から成る所定の固化層(単層)の形成を試みた。
(1)土台となる既に形成した固化層24(又は造形プレート)上にスキージング・ブレードを用いて新たな粉末層22を形成する工程。
(2)新たな粉末層22の形成後に、当該新たな粉末層22の所定箇所に1本目の走査パス10に沿って光ビームLを照射して、第1固化部24aを一旦形成する工程。
(3)第1固化部24aの形成後、2本目の走査パス10に沿って第1固化部24aの一方の主縁部分Xと当該一方の主縁部分Xに隣り合う光ビームの未照射部分60とに跨る部分に光ビームLを照射して、第2固化部24bを形成する工程。
(4)第3工程の実施と略同タイミングで3本目の走査パス10に沿って第1固化部24aの他方の主縁部分Yと当該他方の主縁部分Yに隣り合う光ビームの未照射部分60とに跨る部分に光ビームLを照射して、第3固化部24cを形成する工程。
以上により、第1番目に形成される第1固化部から第3番目に形成される第3固化部までの複数の固化部から構成される所定の新たな固化層24を最終的に形成した。本実施例1において、上記(1)の工程実施により得られる新たな粉末層22の高さは50μmであった。又、上記(2)の工程の実施により得られる第1固化部24aの天頂高さが70μmであった。
なお、固化部(例えば第1固化部24a)の撮像は、次の手法により実施した。具体的には、レーザ固化した試験片(固化部)をエポキシ樹脂で包埋し、研磨加工でレーザ走査軸方向に垂直な断面を露出させ、当該露出した断面を光学顕微鏡で撮像することで実施した。又、固化部の天頂高さの測定については以下手法により実施した。具体的には、測長顕微鏡を用いて、上記断面にて土台部(最直下固化層等)表面から固化部頂点までの距離を測定することで、固化部の天頂高さの測定を実施した。
本実施例1では、上述のように、上記(3)の工程にて当該第1固化部24a(天頂高さ:70μm)の一方の主縁部分Xと当該一方の主縁部分Xに隣り合う光ビームの未照射部分60とに跨る部分に光ビームLを照射した。これに加え、本実施例1では、上記(4)の工程にて第1固化部24aの他方の主縁部分Yと当該他方の主縁部分Yに隣り合う光ビームの未照射部分60とに跨る部分に光ビームLを照射した。つまり、本実施例1では、第1固化部24aの両主縁部分X、Yと当該両主縁部分X、Yにそれぞれ隣り合う光ビームの未照射部分60とに跨る部分に光ビームLを照射した。
つまり、本実施例1では、上記(3)の工程実施により、走査パスに沿った光ビームLの移動により光ビームLの照射領域50Aが第1固化部24aの一方の主縁部分Xと光ビームLの未照射部分60Xとを通るように、光ビームLの照射を行った。これに加えて、本実施例1では、上記(4)の工程実施により、走査パスに沿った光ビームLの移動により光ビームLの照射領域50Aが第1固化部24aの他方の主縁部分Yと光ビームLの未照射部分60Yとを通るように、光ビームLの照射を行った。
上記(3)の工程における光ビームLの照射により、光ビームLの照射領域50A内に、第1固化部24aの一方の主縁部分Xと光ビームLの未照射部分60Xとが平面視で好適に含まれることとなった。そのため、光ビームLの照射熱が、一旦固化状態にある一方の主縁部分Xと未照射部分60Xに位置する粉末19とに好適に供された。これにより、一旦固化状態にある一方の主縁部分Xと未照射部分60Xに位置する粉末19のいずれも溶融状態にすることができた。又、上記(4)の工程における光ビームLの照射により、光ビームLの照射領域50A内に、第1固化部24aの他方の主縁部分Yと光ビームLの未照射部分60Yとが平面視で好適に含まれることとなった。そのため、光ビームLの照射熱が、一旦固化状態にある他方の主縁部分Yと未照射部分60Yに位置する粉末19とに好適に供された。これにより、一旦固化状態にある他方の主縁部分Yと未照射部分60Yに位置する粉末19のいずれも溶融状態にすることができた。
上記(3)の工程において、固化状態にある一方の主縁部分Xが溶融状態へと変化する場合、溶融した一方の主縁部分Xが流動性を有し、かつ第1固化部24aが傾斜断面を有することも相まって溶融した一方の主縁部分Xの少なくとも一部が外側方向へと流動した。そして、一方の主縁部分Xの溶融部分が外側方向へと移動した際、外側方向へと移動した一方の主縁部分Xの溶融部分の少なくとも一部と未照射部分60Xに位置する粉末19の溶融部分とが互いに混じり合った状態となった。又、上記(4)の工程において、固化状態にある他方の主縁部分Yが溶融状態へと変化する場合、溶融した他方の主縁部分Yが流動性を有し、かつ第1固化部24aが傾斜断面を有することも相まって溶融した他方の主縁部分Yの少なくとも一部が外側方向へと流動した。そして、他方の主縁部分Yの溶融部分が外側方向へと移動した際、外側方向へと移動した他方の主縁部分Yの溶融部分の少なくとも一部と未照射部分60Yに位置する粉末19の溶融部分とが互いに混じり合った状態となった。
本実施例1では、一方の主縁部分Xの溶融部分の外側方向への流動に加え、他方の主縁部分Yの溶融部分も外側方向へと流動することに起因して、上記それぞれ混じり合った溶融部分が固化した後に得られる第1固化部24aの高さをより減じることができた(図4右側部および図5右側部参照)。具体的には、上記(3)および(4)の工程の実施により得られる第1固化部24aの天頂高さは35μmであった。
又、“第1固化部24aの両側”にそれぞれ形成された当該混じり合った溶融部分が各々冷却し、それによって当該混じり合った溶融部分の各々が固化することで、第1固化部の一方の主縁部分X側に重なる第2固化部24bが形成された。これに加え、第1固化部の他方の主縁部分Y側に重なる第3固化部24cが形成された。つまり、本実施例1では、第1固化部の両主縁部分X、Y側に新たな固化部(第2固化部24bおよび第3固化部24c)を形成された。
そして、所定の新たな固化層24の形成に引き続いて、水平移動可能なスキージング・ブレードを用いて更なる新たな粉末層の形成を実施した。本実施例1では、当該スキージング・ブレードの下端部が、(第1固化部24aの両主縁部分X、Yの溶融固化後に得られる)第1固化部24aの天頂部よりも上方に位置していた。換言すれば、(第1固化部24aの両主縁部分X、Yの溶融固化後に得られる)第1固化部24aが、更なる新たな粉末層の形成にて用いる水平移動可能なスキージング・ブレードの下端よりも下方に位置していた。そのため、当該スキージング・ブレードが第1固化部24aに接触することを好適に回避可能であった。その結果、水平移動可能なスキージング・ブレードを用いて更なる新たな粉末層を好適に敷くことができた。
(実施例2)まず、下記の工程を経て5つの固化部から成る所定の固化層(単層)の形成を試みた(図11左下側部、右下側部および図12左下側部、右下側部参照)。
(1)土台となる既に形成した固化層24(又は造形プレート)上にスキージング・ブレードを用いて新たな粉末層22を形成する工程。
(2)新たな粉末層22の形成後に、当該新たな粉末層22の所定箇所に1本目の走査パス10に沿って光ビームLを照射して、第1固化部24aを一旦形成する工程。
(3)第1固化部24aの形成後、2本目の走査パス10に沿って第1固化部24aの一方の主縁部分Xと当該一方の主縁部分Xに隣り合う光ビームの未照射部分60とに跨る部分に光ビームLを照射して、第2固化部24bを形成する工程。
(4)第2固化部24bの形成後、3本目の走査パス10に沿って第2固化部24bの一方の主縁部分と当該一方の主縁部分に隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームLを照射して、第3固化部を形成する工程。
(5)第3固化部の形成後、4本目の走査パス10に沿って第1固化部24aの他方の主縁部分Yと当該他方の主縁部分Yに隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームLを照射して、第4固化部を形成する工程。
(6)第4固化部の形成後、5本目の走査パス10に沿って第4固化部の一方の主縁部分と当該一方の主縁部分に隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームLを照射して、第5固化部を形成する工程。
以上により、第1番目に形成される第1固化部から第5番目に形成される第5固化部までの複数の固化部から構成される所定の新たな固化層24を最終的に形成した。本実施例2において、上記(1)の工程実施により得られる新たな粉末層22の高さは50μmであった。又、上記(2)の工程の実施により得られる第1固化部24aの天頂高さが70μmであった。なお、固化部(例えば第1固化部24a)の撮像は、次の手法により実施した。具体的には、レーザ固化した試験片(固化部)をエポキシ樹脂で包埋し、研磨加工でレーザ走査軸方向に垂直な断面を露出させ、当該露出した断面を光学顕微鏡で撮像することで実施した。又、固化部の天頂高さの測定については以下手法により実施した。具体的には、測長顕微鏡を用いて、上記断面にて土台部(最直下固化層等)表面から固化部頂点までの距離を測定することで、固化部の天頂高さの測定を実施した。
本実施例2では、上述のように、上記(3)の工程にて当該第1固化部24a(天頂高さ:70μm)の一方の主縁部分Xと当該一方の主縁部分Xに隣り合う光ビームの未照射部分60とに跨る部分に光ビームLを照射した。これに加え、本実施例2では、上記(5)の工程にて第1固化部24aの他方の主縁部分Yと当該他方の主縁部分Yに隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームLを照射した。つまり、本実施例2では、第1固化部24aの両主縁部分X、Yと当該両主縁部分X、Yにそれぞれ隣り合う光ビームの未照射部分とに跨る部分に光ビームLを照射した。
つまり、本実施例2では、上記(3)の工程実施により、走査パスに沿った光ビームLの移動により光ビームLの照射領域が第1固化部24aの一方の主縁部分Xと光ビームLの未照射部分とを通るように、光ビームLの照射を行った。これに加えて、上記(5)の工程実施により、走査パスに沿った光ビームLの移動により光ビームLの照射領域が第1固化部24aの他方の主縁部分Yと光ビームLの未照射部分とを通るように、光ビームLの照射を行った。
上記(3)の工程における光ビームLの照射により、光ビームLの照射領域内に、第1固化部24aの一方の主縁部分Xと光ビームLの未照射部分とが平面視で好適に含まれることとなった。そのため、光ビームLの照射熱が、一旦固化状態にある一方の主縁部分Xと未照射部分に位置する粉末19とに好適に供された。これにより、一旦固化状態にある一方の主縁部分Xと未照射部分に位置する粉末19のいずれも溶融状態にすることができた。又、上記(5)の工程における光ビームLの照射により、光ビームLの照射領域内に、第1固化部24aの他方の主縁部分Yと光ビームLの未照射部分60Yとが平面視で好適に含まれることとなった。そのため、光ビームLの照射熱が、一旦固化状態にある他方の主縁部分Yと未照射部分に位置する粉末19とに好適に供された。これにより、一旦固化状態にある他方の主縁部分Yと未照射部分に位置する粉末19のいずれも溶融状態にすることができた。
上記(3)の工程において、固化状態にある一方の主縁部分Xが溶融状態へと変化する場合、溶融した一方の主縁部分Xが流動性を有し、かつ第1固化部24aが傾斜断面を有することも相まって溶融した一方の主縁部分Xの少なくとも一部が外側方向へと流動した。そして、一方の主縁部分Xの溶融部分が外側方向へと移動した際、外側方向へと移動した一方の主縁部分Xの溶融部分の少なくとも一部と未照射部分に位置する粉末19の溶融部分とが互いに混じり合った状態となった。又、上記(5)の工程において、固化状態にある他方の主縁部分Yが溶融状態へと変化する場合、溶融した他方の主縁部分Yが流動性を有し、かつ第1固化部24aが傾斜断面を有することも相まって溶融した他方の主縁部分Yの少なくとも一部が外側方向へと流動した。そして、他方の主縁部分Yの溶融部分が外側方向へと移動した際、外側方向へと移動した他方の主縁部分Yの溶融部分の少なくとも一部と未照射部分に位置する粉末19の溶融部分とが互いに混じり合った状態となった。
本実施例2では、一方の主縁部分Xの溶融部分の外側方向への流動に加え、他方の主縁部分Yの溶融部分も外側方向へと流動することに起因して、上記それぞれ混じり合った溶融部分が固化した後に得られる第1固化部24aの高さをより減じることができた。具体的には、上記(3)および(5)の工程の実施により得られる第1固化部24aの天頂高さは35μmであった。又、本実施例2では、第1固化部24aの一方の主縁部分X側領域に互いに重なる第2固化部と第3固化部が形成された。これに加え、本実施例2では、第1固化部の他方の主縁部分Y側領域に互いに重なる第4固化部および第5固化部が形成された。
そして、所定の新たな固化層24の形成に引き続いて、水平移動可能なスキージング・ブレードを用いて更なる新たな粉末層の形成を実施した。本実施例2では、当該スキージング・ブレードの下端部が、(第1固化部24aの両主縁部分X、Yの溶融固化後に得られる)第1固化部24aの天頂部よりも上方に位置していた。換言すれば、(第1固化部24aの両主縁部分X、Yの溶融固化後に得られる)第1固化部24aが、更なる新たな粉末層の形成にて用いる水平移動可能なスキージング・ブレードの下端よりも下方に位置していた。そのため、当該スキージング・ブレードが第1固化部24aに接触することを好適に回避可能であった。その結果、水平移動可能なスキージング・ブレードを用いて更なる新たな粉末層を好適に敷くことができた。
なお、上記のとおり、本実施例2(5つの固化部を形成するケース)では、上記工程を経ると、第1固化部の一方の側に第2固化部および第2固化部に一部重なる第3固化部が形成され、第1固化部の他方の側に第4固化部および第4固化部に一部重なる第5固化部が形成される。しかしながら、第1固化部24aの他方の主縁部分Y側にもいずれかのタイミングで光ビームを照射して新たな固化部を形成するならば、本実施例2の態様に限定されない。例えば、第1固化部の両側に第2固化部および第3固化部をそれぞれ形成した後、第2固化部に一部重なる第4固化部、第4固化部に一部重なる第5固化部を形成してよい。別態様では、例えば、第1固化部の一方の側に第2固化部を形成し、第2固化部に一部重なる第3固化部を形成し、第3固化部に一部重なる第4固化部を形成した後、第1固化部の他方の側に第5固化部を形成してよい。
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。
一例としては、上記では、第1照射態様に基づき第2番目以降の固化部の形成時においては第1固化部の形成時よりも相対的に小さいエネルギー密度を有する光ビームを用いることが好ましい旨を説明した。しかしながら、相対的に大きいエネルギー密度を有する光ビームが一旦形成する第1固化部24aためのみに使用されるのであれば、第1照射態様のみに限定されず第2照射態様にも適用することが可能である。つまり、1本の照射領域50Bを平面視で一旦形成した第1固化部24aの全領域を覆うように第1固化部24aを通過させる態様にも適用可能である。第2照射態様は、一旦形成した第1固化部24aの軸方向に沿って光ビームを第1固化部24aの両主縁部分X、Yを含む全領域にわたり照射し、当該第1固化部24aの実質的に全体を溶融および固化させて、高さがより減じられた第1固化部24aを形成する態様である。ここで、相対的に大きいエネルギー密度を有する光ビームを一旦形成した第1固化部24aの両主縁部分X、Yを含む全領域にわたり照射すると、「第1固化部24aの一旦形成時」のみならず「高さがより減じられた第1固化部24aの形成時」にも、相対的に大きな収縮応力が生じ得る。そのため、全体として相対的により大きな収縮応力を有する第1固化部24aが形成されることとなる。
そこで、かかる事情を鑑み、第1固化部24aの一旦形成時には相対的に大きいエネルギー密度を有する光ビームを用いることが好ましい。その一方で、高さがより減じられた第1固化部24aの形成時には相対的に大きくない(小さい)エネルギー密度を有する光ビームを用いることが好ましい。つまり、相対的に大きいエネルギー密度を有する光ビームは第1番目に第1固化部24aの一旦形成のためのみに使用される。従って、「第1固化部24aの一旦形成時」および「高さがより減じられた第1固化部24aの形成時」に相対的に大きいエネルギー密度を有する光ビームの使用時と比べて、最終的に得られる(高さがより減じられた)第1固化部24aは全体として相対的に小さい収縮応力を有し得る。その結果、当該第1固化部24aを含む固化層に反り応力を減じることができ、それによって最終的に得られる三次元形状造形物の反りを好適に抑止することが可能となる。
又、一例としては、上記では、第2照射態様に基づき一旦形成した第1固化部24aの両主縁部分X、Yを含む全領域を照射する光ビームのビーム径Dが、第1固化部24aの一旦形成時に用いる光ビームのビーム径Dよりも大きいことがより好ましい旨を説明した(図7参照)。かかる態様は、光ビームLの照射領域内に一旦形成した第1固化部24aの両主縁部分X、Yをより好適に(より確実に)含める観点に基づくものである。しかしながら、当該観点に基づく光ビームのビーム径の調節は第2照射態様に限定されず第1照射態様にも適用可能であり得る。つまり、第1照射態様において、一旦形成した第1固化部24aの一方の主縁部分Xと一方の主縁部分Xに隣り合う未照射部分60Xとに跨がる領域に光ビームを照射する場合、ビーム径(D)が相対的に大きいことに起因して、第1固化部24aの一方の主縁部分Xをより好適に(より確実に)照射することが可能となる。これに加えて、一旦形成した第1固化部24aの他方の主縁部分Yと他方の主縁部分Yに隣り合う未照射部分60Yとに跨がる領域に光ビームを照射する場合、ビーム径(D)が相対的に大きいことに起因して、第1固化部24aの他方の主縁部分Yをより好適に(より確実に)照射することが可能となる。
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を実施することによって、種々の物品を製造することができる。例えば、『粉末層が無機質の金属粉末層であって、固化層が焼結層となる場合』では、得られる三次元形状造形物をプラスチック射出成形用金型、プレス金型、ダイカスト金型、鋳造金型、鍛造金型などの金型として用いることができる。一方、『粉末層が有機質の樹脂粉末層であって、固化層が硬化層となる場合』では、得られる三次元形状造形物を樹脂成形品として用いることができる。
関連出願の相互参照
本出願は、日本国特許出願第2018−014903号(出願日:2018年1月31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。
X 第1固化部の両主縁部分の一方
X’ 第1固化部の一方の主縁部分(従来)
Y 第1固化部の両主縁部分の他方
Z 第1固化部の中間部分
10 走査パス
10’ 走査パス(従来)
19 粉末
19’ 粉末(従来)
22 粉末層
22’ 粉末層(従来)
23’ スキージング・ブレード(従来)
24 固化層
24’ 固化層(従来)
24a 一旦形成される第1固化部
24a 最終的に形成される第1固化部
24b 第2固化部
24c 第3固化部
24a’ 第1固化部(従来)
24α 仮想輪郭
24a’ 第1固化部(従来)
24a’ 第1固化部(従来)
24b’ 第2固化部(従来)
24n−1’ n−1番目に形成される固化部
24n’ n番目に形成される固化部
50、50A、50A、50α、50B、50B、50B 光ビームの照射領域
50’ 光ビームの照射領域(従来)
60、60X、60Y 光ビームの未照射部分
L 光ビーム
l 光ビームの走査中央ライン
第1固化部の一方の主縁部分に照射する光ビームの走査中央ライン
第1固化部の形成時に用いる光ビームの走査中央ライン
、D 光ビームのビーム径

Claims (17)

  1. (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、
    前記固化層を相互に重なる複数の固化部から形成し、
    第1番目に形成する前記固化部としての第1固化部の形成後に、少なくとも該第1固化部の両主縁部分に前記光ビームを照射する、三次元形状造形物の製造方法。
  2. 前記第1固化部の形成後に、前記光ビームの照射領域が少なくとも該第1固化部の前記両主縁部分を通るように該光ビ−ムの照射を実施する、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  3. 前記第1固化部の形成後に、少なくとも該第1固化部の前記両主縁部分が溶融するように前記光ビームの照射を実施する、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. 前記第1固化部の形成後に、少なくとも該第1固化部の前記両主縁部分と該両主縁部分にそれぞれ隣り合う前記光ビームの未照射部分とに跨がるように、前記光ビームの照射を実施する、請求項1〜3のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
  5. 前記第1固化部の形成後に、該第1固化部の前記両主縁部分と該両主縁部分にそれぞれ隣り合う前記未照射部分とに跨がる領域への前記光ビームの照射により、該第1固化部の両側に、該第1固化部に相互に重なる第2固化部および第3固化部をそれぞれ形成する、請求項4に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  6. 前記第1固化部の形成後に少なくとも該第1固化部の前記両主縁部分に照射する前記光ビームのエネルギー密度が、該第1固化部の形成時に用いる該光ビームのエネルギー密度よりも小さい、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. 前記第1固化部の形成後に少なくとも該第1固化部の前記両主縁部分に照射する前記光ビームのビーム径が、該第1固化部の形成時に用いる該光ビームのビーム径よりも大きい、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. 前記第1固化部の形成に引き続いて、少なくとも該第1固化部の両主縁部分に前記光ビームを照射する、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。
  9. 2本の照射領域が少なくとも該第1固化部の前記両主縁部分をそれぞれ通るように、前記光ビームの照射を実施する、請求項1〜8のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
  10. 前記2本の前記照射領域を、少なくとも前記第1固化部の前記両主縁部分の各々に対して時間的に並列して通過させる、請求項9に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  11. 前記固化層の輪郭となる仮想輪郭を基点として、前記第1固化部の形成時に用いる前記光ビームの走査中央ラインよりも、該第1固化部の形成後に該第1固化部の一方の主縁部分に照射する該光ビームの走査中央ラインを該仮想輪郭に対して近位側に位置づける、請求項9又は10に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  12. 前記第1固化部の形成後に、1本の照射領域が少なくとも該第1固化部の軸方向に沿って該第1固化部の前記両主縁部分を通るように、前記光ビームの照射を実施する、請求項1〜8のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
  13. 前記1本の前記照射領域が前記第1固化部の前記両主縁部分の一方と該両主縁部分の他方とを交互に通るように、前記光ビームの照射を実施する、請求項12に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  14. 前記1本の前記照射領域を形成する前記光ビームとして、走査中央ラインの両側のエネルギー密度が該走査中央ライン上のエネルギー密度よりも大きいものを用いる、請求項12又は13に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  15. 前記第1固化部の形成時に用いる前記光ビームの前記照射領域の位置を、前記固化層毎にずらす、請求項1〜14のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
  16. 前記第1固化部は1本目の走査パスに沿った前記光ビームの照射により形成され、該光ビームの照射により形成される照射領域に隣接する該照射領域の両側部分は該光ビームの未照射部分である、請求項1〜15のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
  17. 少なくとも前記第1固化部の前記両主縁部分の溶融固化後に得られる該第1固化部が、後刻の前記粉末層の形成にて用いる水平移動可能なスキージング・ブレードの下端よりも下方に位置する、請求項3に記載の三次元形状造形物の製造方法。
JP2019569646A 2018-01-31 2019-01-30 三次元形状造形物の製造方法 Withdrawn JPWO2019151540A1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018014903 2018-01-31
JP2018014903 2018-01-31
PCT/JP2019/004124 WO2019151540A1 (ja) 2018-01-31 2019-01-30 三次元形状造形物の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2019151540A1 true JPWO2019151540A1 (ja) 2020-12-17

Family

ID=67478329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019569646A Withdrawn JPWO2019151540A1 (ja) 2018-01-31 2019-01-30 三次元形状造形物の製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210069793A1 (ja)
JP (1) JPWO2019151540A1 (ja)
KR (1) KR20200099606A (ja)
CN (1) CN111655406A (ja)
WO (1) WO2019151540A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7503743B2 (ja) * 2020-03-02 2024-06-21 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

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002069507A (ja) 2000-09-01 2002-03-08 Hitachi Ltd 金属物品の製造方法及びその装置並びにレーザ光集光装置
US20120133381A1 (en) * 2010-11-30 2012-05-31 Electro Scientific Industries, Inc. Stackable semiconductor chip with edge features and methods of fabricating and processing same
JP5764753B2 (ja) * 2012-07-09 2015-08-19 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
KR102020779B1 (ko) * 2014-03-05 2019-09-11 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤 3차원 형상 조형물의 제조 방법
JP6254036B2 (ja) * 2014-03-31 2017-12-27 三菱重工業株式会社 三次元積層装置及び三次元積層方法
JP2015199195A (ja) * 2014-04-04 2015-11-12 株式会社松浦機械製作所 三次元造形装置
GB201420716D0 (en) * 2014-11-21 2015-01-07 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and methods
JP6483551B2 (ja) * 2015-07-03 2019-03-13 株式会社アスペクト 粉末床溶融結合装置
JP6203297B2 (ja) * 2016-01-12 2017-09-27 株式会社エイチワン レーザ重ね溶接方法
CN106825567B (zh) * 2017-01-22 2018-12-11 清华大学 电子束选区熔化与电子束切割复合的增材制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210069793A1 (en) 2021-03-11
KR20200099606A (ko) 2020-08-24
WO2019151540A1 (ja) 2019-08-08
CN111655406A (zh) 2020-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5764753B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP6443698B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
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
US11173668B2 (en) Methods and rail supports for additive manufacturing
WO2017022226A1 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
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
JPWO2016017155A1 (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
JP6414588B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP2010121187A (ja) 三次元造形物及びその製造方法
JP6857861B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP2008184623A (ja) 三次元形状造形物の製造方法及び材料
JP5612530B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JPWO2019151540A1 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP2012241261A (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP5016300B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP6731642B2 (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
JP6643644B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP2021138976A (ja) 三次元形状造形物の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200610

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200610

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20201201

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20201225

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20201225