三維形狀造型物的制造方法
【專利摘要】提供一種“三維形狀造型物的制造方法”，減少在劃分照射路徑的條件下進(jìn)行的光束照射中可能產(chǎn)生的“局部的隆起部”。本發(fā)明的制造方法，通過(i)通過將光束掃描而向粉末層的規(guī)定區(qū)域照射光束、使上述規(guī)定區(qū)域的粉末燒結(jié)或熔融固化而形成固化層的工序；以及(ii)在得到的固化層上形成新的粉末層、向該新的粉末層的規(guī)定區(qū)域照射光束而進(jìn)一步形成固化層的工序，反復(fù)進(jìn)行粉末層形成以及固化層形成，其特征在于，將上述規(guī)定區(qū)域中的光束的照射路徑劃分為多個(gè)子照射路徑，由此，作為該子照射路徑，包括小于規(guī)定長度的短子照射路徑和規(guī)定長度以上的長子照射路徑，在工序(i)以及(ii)中，根據(jù)子照射路徑的長度改變光束的照射方法。
【專利說明】三維形狀造型物的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維形狀造型物的制造方法。具體而言，本發(fā)明涉及通過反復(fù)實(shí)施向粉末層的規(guī)定區(qū)域照射光束并形成固化層的工序來制造多個(gè)固化層層疊一體化的三維形狀造型物的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]以往，公知有向粉末材料照射光束來制造三維形狀造型物的方法(一般稱為“粉末燒結(jié)層疊法”)。在該方法中，通過反復(fù)進(jìn)行“(i)向粉末層的規(guī)定區(qū)域照射光束，使該規(guī)定區(qū)域的粉末燒結(jié)或熔融固化而形成固化層；(ii)在得到的固化層上敷設(shè)新的粉末層并同樣地照射光束而再次形成固化層”這樣的工序來制造三維形狀造型物(參照專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)2)。在作為粉末材料而使用金屬粉末、陶瓷粉末等無機(jī)物粉末材料的情況下，能夠?qū)⒌玫降娜S形狀造型物用作模具。另一方面，在使用樹脂粉末、塑料粉末等有機(jī)物粉末材料的情況下，能夠?qū)⒌玫降娜S形狀造型物用作模型。采用這樣的制造技術(shù)，能夠在短時(shí)間內(nèi)制造復(fù)雜的三維形狀造型物。
[0003]以作為粉末材料而使用金屬粉末、將得到的三維形狀造型物用作模具的情況為例。如圖1所示，首先，在造型板21上形成規(guī)定厚度tl的粉末層22后(參照?qǐng)D1(a))，向粉末層22的規(guī)定區(qū)域照射光束，在造型板21上形成固化層24。并且，在所形成的固化層24上敷設(shè)新的粉末層22，再次照射光束，形成新的固化層。像這樣反復(fù)形成固化層，則能夠得到多個(gè)固化層24層疊一體化的三維形狀造型物(參照?qǐng)D1(b))。由于相當(dāng)于最下層的固化層能夠以與造型板面接合的狀態(tài)形成，因此三維形狀造型物與造型板成為相互一體化的狀態(tài)，能夠直接用作模具。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特表平1-502890號(hào)公報(bào)
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特開2000-73108號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]關(guān)于粉末燒結(jié)層疊法，本申請(qǐng)
【發(fā)明者】發(fā)現(xiàn)在分多個(gè)路徑進(jìn)行的光束照射時(shí)會(huì)產(chǎn)生其特有的現(xiàn)象。具體而言，如圖14所示，將光束的照射路徑劃分為多個(gè)子照射路徑，以該劃分出的子照射路徑為單位逐次地實(shí)施光束照射時(shí)，發(fā)現(xiàn)發(fā)生固化層局部隆起的現(xiàn)象。特別是，可知當(dāng)在規(guī)定長度以下的較短的子照射路徑上逐次地照射光束時(shí)，固化層局部隆起的傾向增強(qiáng)。在較短的子照射路徑位于照射區(qū)域的周緣部(即，與所形成的固化層的外周部相當(dāng)?shù)摹胺勰拥囊?guī)定區(qū)域的周緣部分”)的情況下，該局部的隆起特別顯著。雖然不拘于特定的理論，但是在較短的子照射路徑上溫度比較容易上升，因此可以認(rèn)為，粉末/固化部過度熔化是一個(gè)重要原因。即，熔化的粉末/固化部由于表面張力而能夠形成球形狀，其熔化的量多則“球形狀”增大，其冷卻固結(jié)則成為“局部的隆起部”。此外，在存在于照射區(qū)域的周緣部的較短的子照射路徑上，有連帶著光束的照射部分所鄰接的粉末而熔融的傾向，與表面張力等相互作用而局部地發(fā)生凝集作用，這也被認(rèn)為是“局部的隆起部”的重要原因。
[0010]當(dāng)產(chǎn)生上述這樣的“局部的隆起部”，則在供給下一層的粉末時(shí)壓片(squeezingblade)會(huì)與該局部的隆起部發(fā)生碰撞，其結(jié)果是無法形成所希望的粉末層。即，無法繼續(xù)實(shí)施粉末燒結(jié)層疊法。
[0011]本發(fā)明是針對(duì)上述情況做出的。即，本發(fā)明的課題在于，提供一種減少在以劃分照射路徑的條件進(jìn)行的光束照射中可能產(chǎn)生的“局部的隆起部”的“三維形狀造型物的制造方法”。
[0012]解決課題所采用的手段
[0013]為了解決上述課題，在本發(fā)明中，提供一種三維形狀造型物的制造方法，包含(i)通過將光束掃描而向粉末層的規(guī)定區(qū)域照射光束、使該規(guī)定區(qū)域的粉末燒結(jié)或熔融固化而形成固化層的工序；以及(ii)在得到的固化層上形成新的粉末層、向該新的粉末層的規(guī)定區(qū)域照射光束而進(jìn)一步形成固化層的工序，并反復(fù)進(jìn)行該工序(ii)，其特征在于，
[0014]將粉末層的上述規(guī)定區(qū)域中的光束的照射路徑劃分為多個(gè)子照射路徑，由此，作為子照射路徑，包括“小于規(guī)定長度的短子照射路徑”和“規(guī)定長度以上的長子照射路徑”；
[0015]在工序(i)以及(ii)中，根據(jù)子照射路徑的長度改變光束的照射方法。
[0016]本發(fā)明的特征在于，著眼于所劃分的子照射路徑的長度的“大小”而進(jìn)行恰當(dāng)?shù)墓袒瘜有纬伞?br> [0017]在優(yōu)選的方式中，對(duì)于子照射路徑中的“小于規(guī)定長度的短子照射路徑”，與“規(guī)定長度以上的長子照射路徑”相比，減小所供給的光束能量。特別是，優(yōu)選為，“短子照射路徑”上的光束照射，與“長子照射路徑”相比，減小光束的照射輸出、增大光束的聚光徑、或加寬路徑間隔。
[0018]例如，在本發(fā)明中，可以是，進(jìn)行照射路徑的劃分，以將“短子照射路徑”置于粉末層的規(guī)定區(qū)域的最外周緣。
[0019]在優(yōu)選的方式中，通過將“短子照射路徑”和與其鄰接的“長子照射路徑”串行合并，新構(gòu)建其他的長子照射路徑。
[0020]在另一優(yōu)選的方式中，在多個(gè)“短子照射路徑”沿著與其路徑掃描方向正交的方向相互并行鄰接存在的情況下，以比“短子照射路徑”的路徑長度長的方式沿著上述“正交的方向”掃描光束。
[0021]在又一優(yōu)選的方式中，在“短子照射路徑a”和“短子照射路徑b”在與它們的路徑掃描方向正交的方向上相互鄰接存在的情況下，在向“短子照射路徑a”進(jìn)行光束照射后，至少在“短子照射路徑a”的固化部溫度降低后，實(shí)施接著進(jìn)行的“短子照射路徑b”的光束照射。
[0022]在又一優(yōu)選的方式中，間隔地掃描光束，以避免相互并行鄰接的短子照射路徑彼此被連續(xù)用于光束照射。
[0023]在又一優(yōu)選的方式中，以“粉末層的規(guī)定區(qū)域的輪廓線”為基準(zhǔn)進(jìn)行子照射路徑的劃分，以避免將“短子照射路徑”設(shè)置在粉末層的規(guī)定區(qū)域的最外周緣。
[0024]發(fā)明效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明，能夠防止“局部的隆起部(即，固化層的局部的隆起)”的發(fā)生。特別是能夠防止“短子照射路徑”的區(qū)域中的“局部的隆起部的發(fā)生”。即，本發(fā)明能夠避免“局部的隆起部”引起的現(xiàn)有技術(shù)的問題。因此，能夠避免例如“在粉末供給時(shí)壓片與“局部的隆起部”碰撞、無法形成所希望的粉末層的問題”。此外，還能夠避免“接下來形成的粉末層的厚度因“局部的隆起部”而局部地改變”這樣的問題。
[0026]S卩，即使將光束的照射路徑劃分為多個(gè)子照射路徑，并以該劃分出的子照射路徑為單位逐次地進(jìn)行光束照射來實(shí)施固化層形成，通過其各自的掃描而形成的固化部也分別成為大致均勻的厚度。即，能夠得到整體上大致均勻的固化層。若得到大致均勻的固化層，則能夠適當(dāng)?shù)貙?shí)施接著進(jìn)行的“通過壓片的滑動(dòng)移動(dòng)進(jìn)行的粉末層形成”，并且能夠使由此形成的粉末層的厚度大致固定(特別是當(dāng)粉末層厚度固定時(shí)，由該粉末層得到的固化層容易確保固化密度的均勻性等)。
[0027]這樣，如果根據(jù)本發(fā)明形成固化層，則能夠適當(dāng)?shù)貙?shí)施之后的粉末層形成，并最終有效地獲得所希望的品質(zhì)的三維形狀造型物。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為示意地表示光造型復(fù)合加工機(jī)的動(dòng)作的剖視圖。
[0029]圖2為示意地表示用于實(shí)施光造型(粉末燒結(jié)層疊法)的裝置的立體圖(圖2(a):具備切削機(jī)構(gòu)的復(fù)合裝置；圖2(b):不具備切削機(jī)構(gòu)的裝置)。
[0030]圖3為示意地表示執(zhí)行粉末燒結(jié)層疊法的方式的立體圖。
[0031]圖4為示意地表示能夠?qū)嵤┓勰Y(jié)層疊法的光造型復(fù)合加工機(jī)的結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0032]圖5為光造型復(fù)合加工機(jī)的動(dòng)作的流程圖。
[0033]圖6為經(jīng)時(shí)地表示光造型復(fù)合加工工藝的示意圖。
[0034]圖7為示意地表示作為子照射路徑而劃分為包括“小于規(guī)定長度的短子照射路徑”和“規(guī)定長度以上的長子照射路徑”的方式的圖。
[0035]圖8為表示根據(jù)子照射路徑的長度而變更光束的照射方法的方式的圖表。
[0036]圖9為示意地表示“短子照射路徑的串行合并”的方式的圖。
[0037]圖10為示意地表示“短子照射路徑區(qū)域中的正交掃描”的方式的圖。
[0038]圖11為示意地表示“冷卻時(shí)間的控制”的方式的圖。
[0039]圖12為示意地表示“短子照射路徑區(qū)域中的間隔性照射”的方式的圖。
[0040]圖13為示意地表示“外形基準(zhǔn)的子路徑形成”的方式的圖。
[0041]圖14為用于說明形成“局部的隆起部”的形態(tài)的圖(現(xiàn)有技術(shù))。

【具體實(shí)施方式】
[0042]以下參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體說明(附圖中的尺寸關(guān)系僅為例示而不反映實(shí)際的尺寸關(guān)系)。
[0043]在本說明書中，“粉末層”是指例如“由金屬粉末構(gòu)成的金屬粉末層”或“由樹脂粉末構(gòu)成的樹脂粉末層”等。此外，“粉末層的規(guī)定區(qū)域”實(shí)質(zhì)上是指所制造的三維形狀造型物的區(qū)域。因此，通過對(duì)在該規(guī)定區(qū)域存在的粉末照射光束，該粉末燒結(jié)或熔融固化而構(gòu)成三維形狀造型物的形狀。另外，“固化層”在粉末層為金屬粉末層時(shí)實(shí)質(zhì)上是指“燒結(jié)層”，在粉末層為樹脂粉末層時(shí)實(shí)質(zhì)上是指“硬化層”。
[0044][粉末燒結(jié)層疊法]
[0045]首先，對(duì)作為本發(fā)明的制造方法的前提的粉末燒結(jié)層疊法進(jìn)行說明。為了便于說明，以從材料粉末箱供給材料粉末、使用壓片抹平材料粉末而形成粉末層的方式為前提，對(duì)粉末燒結(jié)層疊法進(jìn)行說明。并且，以在進(jìn)行粉末燒結(jié)層疊法時(shí)一并進(jìn)行造型物的切削加工的復(fù)合加工的方式為例進(jìn)行說明(即，不是以圖2(b)而是以圖2(a)所示的方式為前提)。在圖1、圖3和圖4中，示出了能夠?qū)嵤┓勰Y(jié)層疊法和切削加工的光造型復(fù)合加工機(jī)的功能及結(jié)構(gòu)。光造型復(fù)合加工機(jī)1主要具備:粉末層形成機(jī)構(gòu)2，將金屬粉末及樹脂粉末等粉末以規(guī)定的厚度敷設(shè)而形成粉末層；造型臺(tái)20，在外周被壁27包圍的造型箱29內(nèi)上下升降；造型板21，配設(shè)在造型臺(tái)20上，作為造型物的基座；光束照射機(jī)構(gòu)3，將光束L向任意的位置照射；以及切削機(jī)構(gòu)4，對(duì)造型物的周圍進(jìn)行切削。如圖1所示，粉末層形成機(jī)構(gòu)2主要具有:粉末臺(tái)25，在外周被壁26包圍的材料粉末箱28內(nèi)上下升降；以及壓片23，用于在造型板上形成粉末層22。如圖3及圖4所示，光束照射機(jī)構(gòu)3主要具有:光束振蕩器30，發(fā)出光束L ;以及電流計(jì)反射鏡(galvanometer mirror) 31 (掃描光學(xué)系統(tǒng))，在粉末層22上掃描光束L。根據(jù)需要，在光束照射機(jī)構(gòu)3中具備對(duì)光束斑點(diǎn)的形狀進(jìn)行修正的光束形狀修正機(jī)構(gòu)(例如具有一對(duì)柱面透鏡(cylindrical lens)和使該透鏡繞光束的軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而構(gòu)成的機(jī)構(gòu))或f Θ透鏡等。切削機(jī)構(gòu)4構(gòu)成為，主要具有對(duì)造型物的周圍進(jìn)行切削的銑削頭40和使銑削頭40向切削部位移動(dòng)的XY驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41 (41a、41b)(參照?qǐng)D3及圖4)。
[0046]參照?qǐng)D1、圖5及圖6對(duì)光造型復(fù)合加工機(jī)1的動(dòng)作進(jìn)行詳述。圖5表示光造型復(fù)合加工機(jī)的一般性的動(dòng)作流程，圖6示意地簡單表示光造型復(fù)合加工工藝。
[0047]光造型復(fù)合加工機(jī)的動(dòng)作主要由以下步驟構(gòu)成:形成粉末層22的粉末層形成步驟(S1)、向粉末層22照射光束L而形成固化層24的固化層形成步驟(S2)、對(duì)造型物的表面進(jìn)行切削的切削步驟(S3)。在粉末層形成步驟(S1)中，首先使造型臺(tái)20下降A(chǔ)tUSll)。接著，使粉末臺(tái)25上升Atl。然后，如圖1(a)所示，使壓片23朝箭頭A方向移動(dòng)，將在粉末臺(tái)25上配設(shè)的粉末(例如“平均粒徑為5 μ m?100 μ m左右的鐵粉”或“平均粒徑為30 μ m?100 μ m左右的尼龍(nylon)、聚丙烯、ABS等的粉末”)向造型板21上移送(S12)，平整為規(guī)定的厚度Atl而形成粉末層22(S13)。接著，轉(zhuǎn)移至固化層形成步驟(S2)。在固化層形成步驟(S2)中，從光束振蕩器30發(fā)出光束L(例如:二氧化碳?xì)怏w激光(500W左右)、Nd:YAG激光(500W左右)、光纖激光(500W左右)或紫外線等)(S21)，利用電流計(jì)反射鏡31而在粉末層22上的任意位置掃描光束L(S22)，使粉末熔融、固化而形成與造型板21 —體化的固化層24(S23)。光束不限于在空氣中傳播的方式，也可以通過光纖等傳輸。
[0048]在固化層24的厚度達(dá)到根據(jù)銑削頭40的工具長度等求出的規(guī)定厚度之前，反復(fù)進(jìn)行粉末層形成步驟(S1)和固化層形成步驟(S2)，將固化層24層疊(參照?qǐng)D1(b))。另夕卜，新層疊的固化層在燒結(jié)或熔融固化時(shí)，與已形成的成為下層的固化層一體化。
[0049]當(dāng)層疊的固化層24的厚度達(dá)到規(guī)定的厚度，則轉(zhuǎn)移至切削步驟(S3)。在圖1和圖6所示那樣的方式下，通過驅(qū)動(dòng)銑削頭40而開始切削步驟的實(shí)施(S31)。例如，在銑削頭40的工具(球頭立統(tǒng)刀(ball endmil))的直徑為1mm、有效刃長為3mm的情況下,能夠進(jìn)行深度為3mm的切削加工，因此如果Λ tl為0.05mm,則在形成了 60層的固化層的時(shí)間點(diǎn)驅(qū)動(dòng)銑削頭40。通過XY驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41 (41a、41b)使銑削頭40向箭頭X及箭頭Y方向移動(dòng)，對(duì)由層疊的固化層24構(gòu)成的造型物的表面進(jìn)行切削加工(S32)。并且，在三維形狀造型物的制造尚未結(jié)束的情況下，返回粉末層形成步驟(S1)。以后，重復(fù)S1至S3，進(jìn)一步層疊固化層24，由此進(jìn)行三維形狀造型物的制造(參照?qǐng)D6)。
[0050]固化層形成步驟(S2)中的光束L的照射路徑和切削步驟(S3)中的切削加工路徑預(yù)先根據(jù)三維CAD數(shù)據(jù)來生成。此時(shí)，適用等高線加工來決定加工路徑。例如，在固化層形成步驟(S2)中，利用將根據(jù)三維CAD模型而生成的STL數(shù)據(jù)以等間距(例如在設(shè)Atl為0.05_的情況下間距為0.05_)切片(slice)得到的各截面的輪廓形狀數(shù)據(jù)。
[0051][本發(fā)明的制造方法]
[0052]在上述的粉末燒結(jié)層疊法中，本發(fā)明在固化層的形成方式上具有特征。特別是，在向粉末層的規(guī)定區(qū)域?qū)嵤┕馐丈涠纬晒袒瘜訒r(shí)的剖面線(hatching)路徑(用于以涂滿“規(guī)定區(qū)域”的方式掃描光束的照射路徑)和/或光束照射條件上具有特征。具體而言，在本發(fā)明中，根據(jù)各個(gè)剖面線路徑的長度、即各個(gè)照射路徑的長度來改變光束的照射方法。例如，如圖7所示，在粉末層的照射區(qū)域(為了形成固化層而實(shí)施光束照射的粉末層區(qū)域)將照射路徑劃分為“小于規(guī)定長度的短子照射路徑”和“規(guī)定長度以上的長子照射路徑”的情況下，根據(jù)這樣劃分出的照射路徑的長度來改變光束的照射方法。即，在作為連續(xù)不斷地照射光束的路徑單位而包含“較短的照射路徑”和“較長的照射路徑”的情況下，根據(jù)這樣的路徑單位的“長度”，改變光束的照射方法。換言之，根據(jù)是較短的照射路徑還是較長的照射路徑來改變光束的照射方法。另外，將照射路徑劃分/分割為子照射路徑的理由在于:當(dāng)從粉末層的規(guī)定區(qū)域的端到端連續(xù)地掃描光束(例如圖7所示那樣從“端部a”到“端部b”連續(xù)地掃描光束)，則固化層形成時(shí)的收縮(殘余應(yīng)力)增大，容易在所得到的造型物上產(chǎn)生翹曲(參照“ J.P.Kruth, et al.: Selective laser melting of iron-based powder, Journalof Materials Processing Technology, Vol.149, N0.1-3 (2004)，pp616_622，，)。
[0053]在劃分照射路徑時(shí)，如圖7所示，可以劃分為將短子照射路徑置于粉末層的規(guī)定區(qū)域的最外周緣。這是因?yàn)?雖然如上所述，通?？梢哉J(rèn)為短子照射路徑存在于“最外周緣”(即粉末層的規(guī)定區(qū)域的周緣部)則容易產(chǎn)生“局部的隆起部”，但是根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠有效地減少這樣的局部的隆起部的發(fā)生。
[0054]本說明書中使用的“改變光束的照射方法”是指，除了僅使光束的掃描速度變化的方式以外的“光束的照射方式的各種變更”。即，本發(fā)明中的“改變光束的照射方法”不包括僅改變光束的“掃描速度”的方式。
[0055]在本發(fā)明中，可以根據(jù)子照射路徑的長度來改變光束能量的照射方法(參照?qǐng)D8 (a))。更具體而言，與“規(guī)定長度以上的長子照射路徑”相比，“小于規(guī)定長度的短子照射路徑”可以減小光束能量。即，可以使短子照射路徑中的光束的照射能量比長子照射路徑中的光束的照射能量小。由此，能夠更適當(dāng)?shù)胤乐埂熬植康穆∑鸩俊钡陌l(fā)生。例如，在短子照射路徑中，與長子照射路徑相比可以減小光束的照射輸出P(參照?qǐng)D8(b))。這樣減小照射功率P，能夠抑制短子照射路徑區(qū)域中的光束照射時(shí)的溫度上升。另外，在短子照射路徑中，與長子照射路徑相比可以增大光束的聚光徑(斑點(diǎn)徑Φ)(參照?qǐng)D8(c))。這是因?yàn)?增大聚光徑則光束照射的能量分散，因此難以快速加熱照射部。另外，在短子照射路徑中，與長子照射路徑相比可以加寬路徑間隔(并行的照射路徑的間隔)(參照?qǐng)D8(c))。這是因?yàn)?加寬路徑間隔則光束照射的能量分散，難以快速加熱照射部?！皽p小照射輸出P”、“增大聚光徑”以及“加寬路徑間隔”可以根據(jù)需要相互組合實(shí)施(進(jìn)一步而言，這樣的“減小照射輸出P”、“增大聚光徑”和/或“加寬路徑間隔”可以根據(jù)需要而與“改變光束的掃描速度(例如，加快光束的掃描速度)”組合使用)。另外，雖然只不過是例示，但若示出一個(gè)具體例，則在長子照射路徑的光束照射條件例如為下述那樣的條件的情況下，可以按照對(duì)該條件附加了 “減小照射輸出P”、“增大聚光徑”以及“加寬路徑間隔”(并根據(jù)情況“改變光束的掃描速度”)得到的條件來實(shí)施“短子照射路徑的光束照射”。
[0056].長子照射路徑的條件例(激光種類:C02激光；粉末層厚度:0.05mm ;路徑長度:5mm)
[0057].照射輸出(ff):100 ?1000
[0058].聚光徑(mm):0.1 ?2.0
[0059].路徑間隔(mm):0.01 ?2.0
[0060]這里，作為對(duì)“短子照射路徑”和“長子照射路徑”進(jìn)行區(qū)分的閾值的“規(guī)定長度”例如是0.1?2.0mm(例如1.5mm)，優(yōu)選為0.1?1.0mm(例如0.5mm)。對(duì)此舉例:例如閾值為1.5_時(shí)，小于該1.5mm的長度的路徑相當(dāng)于“短子照射路徑”，而1.5mm以上的長度的路徑相當(dāng)于“長子照射路徑”。長子照射路徑的最大長度例如可以是3_?15_左右。
[0061]在對(duì)照射路徑進(jìn)行劃分的粉末燒結(jié)層疊法中，可以考慮各種減少“局部的隆起部”的方式。例如，在將光束的照射路徑劃分為“短子照射路徑”和“長子照射路徑”的本發(fā)明的制造方法中，能夠采用以下說明的手法減少“局部的隆起部”。
[0062](短子照射路徑的串行合并)
[0063]“短子照射路徑的串行合并”的方式如圖9所示。在該方式中，將短子照射路徑和其所鄰接的長子照射路徑串行合并，由此新構(gòu)建另一長子照射路徑。由此，在實(shí)際的光束照射時(shí)，作為粉末層的規(guī)定區(qū)域的照射路徑，不再存在“短子照射路徑”。當(dāng)不再存在“短子照射路徑”，則能夠避免由這樣的短的路徑引起的“局部的隆起部”，能夠得到整體大致為均勻厚度的固化層。結(jié)果，能夠恰當(dāng)?shù)貙?shí)施以后的粉末層形成，最終能夠有效地得到所希望的品質(zhì)的三維形狀造型物。
[0064]由圖9所示的方式可知，在作為對(duì)象的“短子照射路徑”的掃描方向上，在存在與其相鄰的“長子照射路徑”的情況下，將這些“短子照射路徑”與“長子照射路徑”合為一個(gè)子照射路徑來實(shí)施光束照射。因此，本發(fā)明中所說的“串行合并”這樣的表現(xiàn)實(shí)質(zhì)上意味著:對(duì)沿著相同的路徑方向相互鄰接的子照射路徑彼此，取消它們的劃分而生成另一個(gè)新的子照射路徑。
[0065](短子照射路徑區(qū)域中的正交掃描)
[0066]圖10示出“短子照射路徑區(qū)域中的正交掃描”的方式。在該方式中，在存在多個(gè)較短的子照射區(qū)域的局部區(qū)域，以比短子照射路徑的路徑長度長的方式，與該路徑正交地進(jìn)行光束的掃描。具體而言，多個(gè)短子照射路徑沿著與其路徑掃描方向正交的方向相互并行鄰接的情況下，以比該短子照射路徑的路徑長度長的方式，沿著與較短的路徑的掃描方向正交的方向掃描光束(參照?qǐng)D10)。即，在該方式中，將短子照射路徑的區(qū)域中的光束掃描方向改變?yōu)槠渌鼌^(qū)域中的光束掃描方向而實(shí)施光束照射。
[0067]這樣在短子照射區(qū)域中改變掃描方向能夠有效地避免“局部的隆起部”的發(fā)生，能夠得到整體大致為均勻厚度的固化層。即，能夠恰當(dāng)?shù)貙?shí)施以后的粉末層形成，最終有效地得到所希望的品質(zhì)的三維形狀造型物。
[0068]此外，這里所說的“正交的方向”不一定需要相對(duì)于“短子照射路徑的掃描方向”為90°，也可以是與其稍稍錯(cuò)開的方向(例如，是以90° ±20°的范圍錯(cuò)開的方向，根據(jù)情況，是以90° ±10°的范圍錯(cuò)開的方向)。
[0069](冷卻時(shí)間的控制)
[0070]圖11示出“冷卻時(shí)間的控制”的方式。在該方式中，較短的路徑區(qū)域的溫度下降后，進(jìn)行相鄰的較短的路徑的光束照射。具體而言，如圖所示，短子照射路徑a與短子照射路徑b在與它們的路徑掃描方向正交的方向上相互鄰接存在的情況下，在對(duì)短子照射路徑a進(jìn)行光束照射后，至少在短子照射路徑a的固化部溫度降低后，實(shí)施接下來進(jìn)行的短子照射路徑b的光束照射。例如，在從短子照射路徑a的光束照射結(jié)束起經(jīng)過了規(guī)定時(shí)間后(例如經(jīng)過了 50?700ms后，優(yōu)選為經(jīng)過了 80?600ms后)，開始短子照射路徑b的光束照射。
[0071]這樣考慮“在先的短子照射路徑的固化部的冷卻時(shí)間”，能夠減少“局部的隆起部”的發(fā)生，能夠得到整體大致厚度均勻的固化層。因此，通過本方式，也能夠恰當(dāng)?shù)貙?shí)施以后的粉末層形成，最終能夠有效地得到所希望的品質(zhì)的三維形狀造型物。
[0072]短子照射路徑a的固化部溫度的測定例如可以使用非接觸式溫度計(jì)(紅外線熱像儀(thermography)等)。該情況下,可以在短子照射路徑a的光束照射后通過非接觸式溫度計(jì)確認(rèn)到短子照射路徑a的固化部溫度降低之后，實(shí)施接下來進(jìn)行的短子照射路徑b的光束照射。
[0073](短子照射路徑區(qū)域中的間隔性照射)
[0074]圖12示出“短子照射路徑區(qū)域中的間隔性照射”的方式。在該方式中，使鄰接存在的較短的路徑彼此不被連續(xù)照射。具體而言，間隔地進(jìn)行光束的掃描，以使得相互并行鄰接的短子照射路徑彼此不被連續(xù)用于光束照射。
[0075]換言之，多個(gè)短子照射路徑沿著與其路徑掃描方向正交的方向相互并行鄰接的情況下，使這樣并行相互鄰接的短子照射路徑彼此不被連續(xù)照射。例如，對(duì)于并行的短子照射路徑，可以跳過一條進(jìn)行照射，接著照射光束以將該跳過的部分填補(bǔ)。此外，如果參照?qǐng)D12所示的方式進(jìn)行說明，則可以按照添加數(shù)字(1) — (2) — (3)..?的順序?qū)嵤┕馐恼丈?也可以在它們的中途進(jìn)行長子照射路徑的照射)。
[0076]這樣間隔地實(shí)施光束照射，則能夠在短子照射路徑區(qū)域(并行存在多個(gè)短子照射路徑的區(qū)域)中防止“局部的隆起部”的發(fā)生，得到整體大致為均勻厚度的固化層。因此，在本方式中也能夠恰當(dāng)?shù)貙?shí)施以后的粉末層形成，最終能夠有效地得到所希望的品質(zhì)的三維形狀造型物。
[0077]此外，在本發(fā)明中所謂“間隔地掃描光束”意味著如下方式:多個(gè)短子照射路徑沿著與其路徑掃描方向正交的方向相互并行鄰接的情況下，“跳躍”地掃描光束，以使得相互鄰接的短子照射路徑彼此不被連續(xù)用于光束照射。
[0078](外形基準(zhǔn)的子路徑形成)
[0079]圖13示出“外形基準(zhǔn)的子路徑形成”的方式。在該方式中，以“粉末層的規(guī)定區(qū)域的輪廓線”為基準(zhǔn)進(jìn)行子照射路徑的劃分，以避免在規(guī)定區(qū)域的最外周緣設(shè)置短子照射路徑。
[0080]在存在于照射區(qū)域的周緣部的較短的子照射路徑中，會(huì)發(fā)生連帶著光束的照射部分所鄰接的粉末而熔融的現(xiàn)象，因此可以想到會(huì)產(chǎn)生與表面張力等相互作用的凝集作用。即，可以說，在照射區(qū)域的周緣部的較短的子照射路徑上，與照射區(qū)域的內(nèi)部相比尤其容易產(chǎn)生“局部的隆起部”。因此，在本方式中，如圖13所示，為了避免在模型端部(粉末層的“規(guī)定區(qū)域”的周緣部分)出現(xiàn)較短的路徑，以規(guī)定區(qū)域的輪廓線為基準(zhǔn)新生成剖面線路徑。即，以規(guī)定區(qū)域的輪廓線為起點(diǎn)新生成剖面線路徑。這意味著:以將較短的子照射路徑置于模型內(nèi)部(規(guī)定區(qū)域的內(nèi)部)的方式重建子照射路徑。
[0081]這樣將較短的照射路徑置于規(guī)定區(qū)域的內(nèi)部，則能夠更加有效地減少“局部的隆起部”，得到整體大致為均勻厚度的固化層。即，如圖13所示重建子照射路徑，則能夠避免“局部的隆起部”、特別是上述現(xiàn)象引起的“局部的隆起部”。因此，通過該方式也能夠恰當(dāng)?shù)貙?shí)施之后的粉末層形成，最終能夠有效地得到所希望的品質(zhì)的三維形狀造型物。
[0082]以上，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但是僅例示了本發(fā)明適用范圍內(nèi)的典型例。因此，本發(fā)明不限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地理解到可進(jìn)行各種改變。
[0083]例如，為了防止“局部的隆起部”而說明的上述各種方式既可以分別單獨(dú)實(shí)施也可以相互組合實(shí)施。
[0084]另外，上述那樣的本發(fā)明包含以下方式:
[0085]第1方式:三維形狀造型物的制造方法，通過(i)通過將光束掃描而向粉末層的規(guī)定區(qū)域照射上述光束，使上述規(guī)定區(qū)域的粉末燒結(jié)或熔融固化而形成固化層的工序；以及
(ii)在得到的固化層上形成新的粉末層，向上述新的粉末層的規(guī)定區(qū)域照射光束而進(jìn)一步形成固化層的工序，反復(fù)進(jìn)行粉末層形成以及固化層形成，其特征在于，
[0086]將上述規(guī)定區(qū)域中的上述光束的照射路徑劃分為多個(gè)子照射路徑，由此，作為該子照射路徑，包括小于規(guī)定長度的短子照射路徑和該規(guī)定長度以上的長子照射路徑，
[0087]在上述工序(i)以及(ii)中，根據(jù)上述子照射路徑的長度，改變?cè)摴馐恼丈浞椒ā?br> [0088]第2方式:三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式中，對(duì)于上述短子照射路徑，與上述長子照射路徑相比，減小所供給的光束能量。
[0089]第3方式:三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在上述第2方中，在上述短子照射路徑上，與上述長子照射路徑相比，減小上述光束的照射輸出、增大光束的聚光徑、或者加寬路徑間隔。
[0090]第4方式:三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第3方式的任一方式中，以將上述短子照射路徑置于上述粉末層的上述規(guī)定區(qū)域的最外周緣的方式，對(duì)上述照射路徑進(jìn)行上述劃分。
[0091]第5方式:三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第4方式的任一方式中，通過將上述短子照射路徑和與其鄰接的上述長子照射路徑串行合并，新構(gòu)建其他的長子照射路徑。
[0092]第6方式:三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第5方式的任一方式中，多個(gè)上述短子照射路徑沿著與其路徑掃描方向正交的方向相互并行鄰接的情況下，以比上述短子照射路徑的路徑長度長的方式沿著上述正交的方向掃描上述光束。
[0093]第7方式:三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第6方式的任一方式中，短子照射路徑a與短子照射路徑b在與它們的路徑掃描方向正交的方向上相互鄰接存在的情況下，在向上述短子照射路徑a進(jìn)行光束照射后，至少在該短子照射路徑a的固化部溫度降低后，實(shí)施接著進(jìn)行的上述短子照射路徑b的光束照射。
[0094]第8方式:三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第7方式的任一方式中，間隔地掃描上述光束，以避免相互并行鄰接的上述短子照射路徑彼此被連續(xù)用于光束照射。
[0095]第9方式:三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第8方式的任一方式中，以上述粉末層的上述規(guī)定區(qū)域的輪廓線為基準(zhǔn)進(jìn)行上述子照射路徑的上述劃分，以避免將上述短子照射路徑設(shè)置在上述規(guī)定區(qū)域的最外周緣。
[0096]產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
[0097]通過實(shí)施本發(fā)明的三維形狀造型物的制造方法，能夠制造各種物品。例如，“在粉末層為無機(jī)物的金屬粉末層且固化層為燒結(jié)層的情況下”，能夠?qū)⒌玫降娜S形狀造型物用作注塑成型用模具、沖壓模具、壓鑄模具、鑄造模具、鍛造模具等模具。另外，“在粉末層為有機(jī)物的樹脂粉末層且固化層為硬化層的情況下”，能夠?qū)⒌玫降娜S形狀造型物用作樹脂成形品。
[0098]關(guān)聯(lián)申請(qǐng)的相互參照
[0099]本申請(qǐng)基于日本專利申請(qǐng)第2012-153738號(hào)(申請(qǐng)日:2012年7月9日、發(fā)明名稱:“三維形狀造型物的制造方法”)并主張基于巴黎公約的優(yōu)先權(quán)。該申請(qǐng)公開的內(nèi)容全部通過對(duì)其引用而包含于本說明書。
[0100]符號(hào)說明
[0101]1:光造型復(fù)合加工機(jī)；2:粉末層形成機(jī)構(gòu)；3:光束照射機(jī)構(gòu)；4:切削機(jī)構(gòu)；19:粉末/粉末層(例如金屬粉末/金屬粉末層或樹脂粉末/樹脂粉末層)；20:造型臺(tái)(支撐臺(tái))；21:造型板；22:粉末層(例如金屬粉末層或樹脂粉末層)；23:壓片；24:固化層(例如燒結(jié)層或硬化層)或由此得到的三維形狀造型物；25:粉末臺(tái)；26:粉末材料箱的壁部分；27:造型箱的壁部分；28:粉末材料箱；29:造型箱；30:光束振蕩器；31:電流計(jì)反射鏡;32:反射鏡；33:聚光透鏡；40:銑削頭；41:XY驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；41a:X軸驅(qū)動(dòng)部；41b:Y軸驅(qū)動(dòng)部；42:工具座；50:腔室；52:透光窗；L:光束
【權(quán)利要求】
1.一種三維形狀造型物的制造方法，通過(i)通過將光束掃描而向粉末層的規(guī)定區(qū)域照射上述光束、使上述規(guī)定區(qū)域的粉末燒結(jié)或熔融固化而形成固化層的工序；以及(ii)在得到的固化層上形成新的粉末層、向上述新的粉末層的規(guī)定區(qū)域照射光束而進(jìn)一步形成固化層的工序，反復(fù)進(jìn)行粉末層形成以及固化層形成，其特征在于， 將上述規(guī)定區(qū)域中的上述光束的照射路徑劃分為多個(gè)子照射路徑，由此，作為該子照射路徑，包括小于規(guī)定長度的短子照射路徑和該規(guī)定長度以上的長子照射路徑， 在上述工序(i)以及(ii)中，根據(jù)上述子照射路徑的長度改變?cè)摴馐恼丈浞椒ā?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于， 對(duì)于上述短子照射路徑，與上述長子照射路徑相比，減小所供給的光束能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于， 在上述短子照射路徑上，與上述長子照射路徑相比，減小上述光束的照射輸出、增大光束的聚光徑、或者加寬路徑間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于， 對(duì)上述照射路徑進(jìn)行上述劃分，以將上述短子照射路徑置于上述粉末層的上述規(guī)定區(qū)域的最外周緣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于， 通過將上述短子照射路徑和與其鄰接的上述長子照射路徑串行合并，新構(gòu)建其他的長子照射路徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于， 多個(gè)上述短子照射路徑沿著與其路徑掃描方向正交的方向相互并行鄰接的情況下，以比上述短子照射路徑的路徑長度長的方式沿著上述正交的方向掃描上述光束。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于， 短子照射路徑a和短子照射路徑b在與它們的路徑掃描方向正交的方向上相互鄰接存在的情況下，在向上述短子照射路徑a進(jìn)行光束照射后，至少在該短子照射路徑a的固化部溫度降低后，實(shí)施接著進(jìn)行的上述短子照射路徑b的光束照射。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于， 間隔地掃描上述光束，以避免相互并行鄰接的上述短子照射路徑彼此被連續(xù)用于光束照射。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于， 以上述粉末層的上述規(guī)定區(qū)域的輪廓線為基準(zhǔn)進(jìn)行上述子照射路徑的上述劃分，以避免將上述短子照射路徑設(shè)置在上述規(guī)定區(qū)域的最外周緣。
【文檔編號(hào)】B29C67/00GK104428084SQ201380036467
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月9日
【發(fā)明者】阿部諭, 松本武, 武南正孝, 近藤正樹, 不破勲, 內(nèi)野野良幸 申請(qǐng)人:松下知識(shí)產(chǎn)權(quán)經(jīng)營株式會(huì)社