三维造型方法与流程

本发明涉及对造型对象物和从下方支撑该对象物的支撑结构部进行造型的三维造型方法。

背景技术：

在包括对通过刮刀的移动而平坦化的粉末层照射激光或电子束进行烧结以及周围的切削的三维造型方法中，例如专利文献1已经公开了不从造型室的底板的位置开始对造型对象物进行造型，而是采用在造型出该对象物下方的支撑结构部之后再对该对象物进行造型的方法。

最先对造型对象部下方的支撑结构部进行造型的依据包括：

a在支撑结构部不存在于下方的情况下，造型对象物的下侧面会固定附着于底板，因此为了在造型之后从底板上将其除去，需要复杂的操作；

b造型对象物的下侧面之中不与底板接触的区域，会由于自身的重量而在按压下侧的粉末层的状态下向下方移动，有时会阻碍下侧面的精确形成。

作为支撑结构部，采用：

(1)介于造型对象物与底板之间的支柱；

(2)介于造型对象物与底板之间的上侧支柱、中间隔板、下侧支撑部中的任一结构。

在专利文献1中，采用了与上述(1)类似的结构(图5、权利要求1和20)和上述(2)的结构(图8和权利要求21)。

支撑结构部在造型对象物的造型结束的阶段，预定要从造型对象物和底板上被除去。

在对支撑结构部进行造型时的中途阶段和结束阶段，使刮刀在粉末层上滑动时，在烧结得到的上述(1)的支柱和上述(2)的上侧支柱中形成的具有预定角度的角部的突起区域会与刮刀接触，该区域妨碍刮刀的移动，进而时常发生阻碍刮刀相对于粉末层的滑动这样的事故。

然而，以往的伴有支撑结构部的三维造型中，并没有致力于尽可能容易地除去支撑结构部，并且尽可能减少由上述接触导致的事故。

专利文献1中，对于这样的技术课题也没有作出任何考虑。

在先技术文献

专利文献1：wo2014/174090公报

技术实现要素：

本发明的课题是提供一种三维造型方法，其对造型对象物和从下方支撑该对象物的支撑结构部进行造型，能够在造型后将支撑结构部从造型对象物和底板上有效地除去，并且几乎不会妨碍刮刀的移动。

基本构成(1)中的技术特征在于，构成支撑结构部的支柱的上侧部分采用圆锥台形状或该圆锥台的部分形状，基本构成(2)中的技术特征在于，由上侧支柱、中间隔板、下侧支撑部构成支撑结构部，上侧支柱的上侧区域采用圆锥台形状或该圆锥台的部分形状。

对上述形状进行说明，在支柱和上侧支柱与造型对象物的下侧面的连接面为水平方向的平坦面的情况下，作为支柱和上侧支柱的上侧部分可以采用圆锥台形状。

与此相对，在所述连接面弯曲或相对于水平方向倾斜的情况下，作为支柱或上侧支柱的上侧部分的形状，无法实现绝对的圆锥台形状，只能采用该圆锥台的部分形状。

其结果，在基本构成(1)和(2)中，将“采用圆锥台形状或该圆锥台的部分形状”作为重要条件。

像这样，作为支柱和上侧支柱的上侧部分采用圆锥台形状或该圆锥台的部分形状的情况下，

(a)在将支撑结构部从造型对象物上除去时，与采用其它形状的情况相比，连接部的面积较小，因此能够更有效地除去，

(b)在通过锤击将支撑结构部从造型对象物上除去的情况下，能够任意选择击打的方向，

(c)在采用圆锥台形状或该圆锥台的部分形状的情况下，接触面为圆形、椭圆形(接触面为平坦形状时)或稍稍变形的圆形、椭圆形(接触面为弯曲面时)，其结果，没有形成具有预定角度的角区域，因此即使与移动中的刮刀接触，也几乎不会阻碍该移动，能够有助于刮刀的平滑移动。

(1)一种三维造型方法，通过刮刀相对于粉末层的滑动而形成平坦面之后，反复进行预定次数的通过激光或电子束的照射烧结该粉末层的工序，然后进行周围的切削，由此造型出造型对象物和多个支柱，所述支柱从下方支撑该对象物的下侧面，并且预定要在造型后被除去，作为支柱的上侧部分，采用越靠上侧直径越小的圆锥台形状或该圆锥台的部分形状，在造型对象物与支柱的连接面中，无论该连接面为水平方向还是相对于该水平方向倾斜的方向，该连接面的中心坐标的法线的方向都与构成支柱的上侧部分的圆锥台形状或该圆锥台的部分形状的中心轴的方向一致。

(2)一种三维造型方法，通过刮刀相对于粉末层的滑动而形成平坦面之后，进行多次通过激光或电子束烧结该粉末层的工序，然后进行周围的切削，由此造型出造型对象物、中间隔板、下侧支撑部和多个支柱，所述支柱从下侧支撑该造型对象物，并且预定要在造型后被除去，所述中间隔板从下方支撑该支柱，并且预定要在造型后被除去，所述下侧支撑部从下方支撑该隔板，并且预定要在造型后被除去，作为上侧支柱的上侧部分，采用越靠上侧直径越小的圆锥台形状或该圆锥台的部分形状。

附图说明

图1表示与实施例1的构成相对应的流程图。

图2表示与实施例2的构成相对应的流程图。

图3表示与实现实施例1、2的各流程的cad/cam系统相关的框图。

图4是表示基本构成(1)的造型过程的侧视图，(a)表示造型出支柱的一部分的阶段，(b)表示造型出支柱的全部和造型对象物的一部分的阶段，(c)表示整个造型过程结束的阶段。再者，斑点区域表示粉末的残留状态。

图5是表示基本构成(2)之中，造型对象物的下侧面与中间隔板的上侧面形成在竖直方向上等距离的平行状态的实施方式中的造型过程的侧视图，(a)表示上侧支柱的部分造型以及中间隔板和下侧支撑部的全部造型结束的阶段，(b)表示上侧支柱、中间隔板、下侧支撑部的全部造型以及造型对象物的部分造型结束的阶段，(c)表示全部造型结束的阶段。再者，斑点区域表示粉末的残留状态。

图6是表示基本构成(2)之中，造型对象物的下侧面与中间隔板的上侧面形成在该下侧面的法线方向上等距离的平行状态的实施方式中的造型过程的侧视图，(a)表示上侧支柱的部分造型、中间隔板和下侧支撑部的全部造型结束的阶段，(b)表示上侧支柱、中间隔板、下侧支撑部的全部造型以及造型对象物的部分造型结束的阶段，(c)表示全部造型结束的阶段。再者，斑点区域表示粉末的残留状态。

图7表示基本构成(2)的下侧支撑部采用格子状的实施方式的侧视图，(a)表示与底板正交的格子状，(b)表示与底板斜交的格子状。

附图标记说明

1造型对象物

2支撑结构部

20支柱和上侧支柱

21中间隔板

22下侧支撑部

3底板

4cad/cam系统

41cad系统

42cam系统

5控制部

6照射装置

具体实施方式

基本构成(1)中，如图4(a)、(b)、(c)所示，对通过刮刀的滑动而平坦化的金属粉末层进行烧结，由此依次从下侧烧结并造型出支柱20和造型对象物1，在造型结束的阶段，支柱20会通过锤击或旋转刀片等而从造型对象物1和造型室的底板3上被除去。

基本构成(2)中，如图5(a)、(b)、(c)和图6(a)、(b)、(c)所示，对通过刮刀的滑动而平坦化的金属粉末层进行烧结，由此依次从下侧开始烧结并造型出下侧支撑部22、中间隔板21、上侧支柱20、造型对象物1，在造型结束的阶段，下侧支撑部22、中间隔板21、上侧支柱20都会通过锤击或旋转刀片等而从造型对象物1和造型室的底板3上被除去。

基本构成(1)的支柱20和基本构成(2)的上侧支柱20，作为上侧部分，采用一直到连接面为止直径逐渐减小的圆锥台形状或该圆锥台的部分形状，由此带来的效果如上所述。

所述支柱20和所述上侧支柱20，分别如图4(b)、(c)和图5(b)、(c)以及图6(b)、(c)所示，可以采用关于与造型对象物1的连接面，无论该连接面为水平方向还是相对于该水平方向倾斜的方向，连接面的中心坐标位置的法线方向(在所述各图中，由从造型对象物1的下侧面向上方延长的实线表示)都与圆锥台形状或该圆锥台的部分形状的中心轴线的方向(在所述各图中，由从造型对象物1的下侧面向下方延长的一点划线表示)为同一方向的结构，在基本构成(1)中，该结构相当于必要的条件，在基本构成(2)中，该结构相当于典型的实施方式。

采用这样的结构时，与没有形成上述同一方向的情况相比，连接面的面积减小，由此能够将支柱20或上侧支柱20从造型对象物1的下侧面有效地除去。

基本构成(1)的支柱20和基本构成(2)的上侧支柱20，不需要整个区域都是圆锥台形状或该圆锥台的部分形状，如图4(b)、(c)图5(b)、(c)和图6(b)、(c)所示，可以将上下方向的中间部分作为圆柱区域而采用圆柱结构。

而且，如所述各图所示，关于下侧部分，可以采用与上侧部分同样地越靠下侧直径越小的圆锥台形状，并且与底板3正交的结构(图4(b)、(c)所示的基本构成(1))，也可以采用越靠下侧直径越小的圆锥台形状或该圆锥台的部分形状(图5(b)、(c)和图6(b)、(c)所示的基本构成(2))，采用形成竖直方向并且与中间隔板21交叉的结构。

在采用所述形状的实施方式中，通过中间部分的圆柱形状，能够以充分的强度支撑造型对象物1的重量。

并且，所述实施方式中，与其它形状相比，下侧的连接部的面积较小，因此能够更有效地实现支柱20从底板3的除去(基本构成(1))和上侧支柱20从中间隔板21的除去(基本构成(2))。

再者，关于基本构成(2)的上侧支柱的下侧部分，也可以不采用如图5(b)、(c)所示的实施方式那样的竖直方向与构成上侧支柱的下侧部分的圆锥台形状或该圆锥台的部分形状的中心轴线的方向一致的结构，而是采用如图6(b)、(c)所示的实施方式那样的与上侧部分同样地，中间隔板21的连接面的中心坐标的法线的方向与构成上侧支柱的下侧部分的圆锥台形状或该圆锥台的部分形状的中心轴线的方向一致的结构，从而减小接触面积，并且方便切除。

基本构成(1)的支柱20和基本构成(2)的上侧支柱20与造型对象物1的下侧面的接触面具有预定的面积，因此在采用金属粉末作为粉末的情况下，能够通过该接触面，将烧结中产生的热经由支柱20和上侧支柱20发散出去。

但基本构成(1)和(2)中的粉末并不限定于金属粉末。

基本构成(1)中，不需要设置中间隔板21，而且如图4(a)、(b)、(c)所示，可以通过支柱20与底板3正交的设计来实现简单的结构。

但造型对象物1的下侧面绝对不是平坦面，大多情况下呈现出起伏的状态。

这样的情况下，在基本构成(1)中，需要使支柱20的上下方向宽度变化，但为了实现有效的设计，采用了图4(a)、(b)、(c)所示的形状的实施方式，并且关于上侧的圆锥台形状或该圆锥台的部分形状和下侧的圆锥台形状，对全部支柱20进行均匀设计，对于中间部分的圆柱形状的区域，使上下方向的长度尺寸随时变化，由此能够实现有效的设计。

在基本构成(2)中，在设置中间隔板21和下侧支撑部22这一点上，乍一看似乎有些复杂。

但是，如图5(a)、(b)、(c)所示，关于中间隔板21的下侧面，为了与底板3形成平行状态而设为平坦面，并且/或者关于上侧面，与造型对象物1的下侧面形成在竖直方向(上下方向)上等距离的平行状态，由此关于上侧支柱20和/或下侧支撑部22，能够实现在上下方向上尺寸相同的简单的设计。

另外，如图6(a)、(b)、(c)所示，关于中间隔板21的下侧面，为了与底板3形成平行状态而设为平坦面，并且/或者关于上侧面，与造型对象物1的下侧面形成在该下侧面的法线方向上等距离的平行状态，由此关于上侧支柱20和下侧支撑部22，能够实现全部形状相同的简单的设计。

图5和图6所示的简单的设计，能够在从造型对象物1和中间隔板21上进行除去时，实现均匀程度的锤击这样的有效的操作。

中间隔板21的下侧面，通常如图5(a)、(b)、(c)和图6(a)、(b)、(c)所示，采用水平方向的平坦面，但关于夹在上述下侧面与底板3之间的下侧支撑部22，作为下侧支撑部22，形成上侧部分采用越靠上侧直径越小的圆锥台形状、下侧部分采用越靠下侧直径越小的圆锥台形状、中间部分采用圆柱形状的支柱20，该支柱20与中间隔板21的下侧面和底板3正交，在采用具备上述这样的特征的实施方式的情况下，能够将该下侧支撑部22从中间隔板21和底板3上有效地除去。

在基本构成(2)中，如上述实施方式，在中间隔板21的下侧面为水平方向的平坦面的情况下，如图5(a)、(b)、(c)和图6(a)、(b)、(c)所示，在下侧支撑部22中，上侧部分与中间隔板21的下侧面正交、且下侧部分与底板3正交，通过这样的特征，能够实现简单的设计。

特别是作为下侧支撑部22的上侧部分采用越靠上侧直径越小的圆锥台形状、作为中间部分采用圆柱形状、作为下侧部分采用越靠下侧直径越小的圆锥台形状的实施方式，关于下侧支撑部22，根据发明效果中记载的(a)、(b)，能够从中间隔板21的下侧面和底板3上有效地将下侧支撑部22除去。

基本构成(2)的下侧支撑部22，如图5(a)、(b)、(c)和图6(a)、(b)、(c)所示，不仅可以采用与底板3正交的支柱20状态，也可以采用如图7(a)、(b)所示的格子状，并且作为该格子状，不仅可以采用如图7(a)所示的与底板3正交的格子状，也可以如图7(b)所示采用与底板3斜交的格子状。

这些格子状的设计，能够实现稳定支撑中间隔板21的状态。

并且，即使如图7(a)所示将下侧支撑部22与底板3的接触面积设计为极小，也能够维持上述的稳定的支撑状态，并且在对下侧支撑部22施加强力的锤击时，能够一举将其从底板3除去。

实施例

以下，根据实施例进行说明。

实施例1

实施例1的特征在于，在基本构成(1)中，将支柱20的造型中的激光或电子束的单位面积的照射量设定为小于造型对象物1的外侧表面及其附近的单位面积的照射量，关于伴随照射量的选择的造型工艺，如图1的流程图所示。

通过上述特征，能够容易且有效地实现支柱20从造型对象物1和底板3上的除去。

实施例1中，如图3所示，能够通过cad系统41设定造型对象物1和各支柱20的形状，并且通过cad系统41或cam系统42控制各造型区域的单位面积的照射量。

实施例2

实施例2的特征在于，在基本构成(2)中，将对于上侧支柱20、中间隔板21和下侧支撑部22的造型照射激光或电子束的单位面积的照射量设定为小于造型对象物1的外侧表面及其附近的单位面积的照射量，关于伴随照射量的选择的造型工艺，如图2的流程图所示。

实施例2中，如图3所示，能够采用通过cad系统41设定造型对象物1、各上侧支柱20、中间隔板21和各下侧支撑部22的形状，并且通过cad系统41或cam系统42控制各造型区域的单位面积的照射量的方法。

产业可利用性

以基本构成(1)和(2)为基础的本申请发明，能够实现造型对象物的稳定造型和刮刀的平滑移动、以及造型结束后的支撑结构部的有效除去，因此工业上的利用范围很大。