三维形状造型物的制造方法

三维形状造型物的制造方法
【专利摘要】提供一种“三维形状造型物的制造方法”，减少在划分照射路径的条件下进行的光束照射中可能产生的“局部的隆起部”。本发明的制造方法，通过(i)通过将光束扫描而向粉末层的规定区域照射光束、使上述规定区域的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及(ii)在得到的固化层上形成新的粉末层、向该新的粉末层的规定区域照射光束而进一步形成固化层的工序，反复进行粉末层形成以及固化层形成，其特征在于，将上述规定区域中的光束的照射路径划分为多个子照射路径，由此，作为该子照射路径，包括小于规定长度的短子照射路径和规定长度以上的长子照射路径，在工序(i)以及(ii)中，根据子照射路径的长度改变光束的照射方法。
【专利说明】三维形状造型物的制造方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及三维形状造型物的制造方法。具体而言，本发明涉及通过反复实施向粉末层的规定区域照射光束并形成固化层的工序来制造多个固化层层叠一体化的三维形状造型物的方法。

【背景技术】
[0002]以往，公知有向粉末材料照射光束来制造三维形状造型物的方法(一般称为“粉末烧结层叠法”)。在该方法中，通过反复进行“(i)向粉末层的规定区域照射光束，使该规定区域的粉末烧结或熔融固化而形成固化层；(ii)在得到的固化层上敷设新的粉末层并同样地照射光束而再次形成固化层”这样的工序来制造三维形状造型物(参照专利文献1或专利文献2)。在作为粉末材料而使用金属粉末、陶瓷粉末等无机物粉末材料的情况下，能够将得到的三维形状造型物用作模具。另一方面，在使用树脂粉末、塑料粉末等有机物粉末材料的情况下，能够将得到的三维形状造型物用作模型。采用这样的制造技术，能够在短时间内制造复杂的三维形状造型物。
[0003]以作为粉末材料而使用金属粉末、将得到的三维形状造型物用作模具的情况为例。如图1所示，首先，在造型板21上形成规定厚度tl的粉末层22后(参照图1(a))，向粉末层22的规定区域照射光束，在造型板21上形成固化层24。并且，在所形成的固化层24上敷设新的粉末层22，再次照射光束，形成新的固化层。像这样反复形成固化层，则能够得到多个固化层24层叠一体化的三维形状造型物(参照图1(b))。由于相当于最下层的固化层能够以与造型板面接合的状态形成，因此三维形状造型物与造型板成为相互一体化的状态，能够直接用作模具。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特表平1-502890号公报
[0007]专利文献2:日本特开2000-73108号公报


【发明内容】

[0008]发明要解决的课题
[0009]关于粉末烧结层叠法，本申请
【发明者】发现在分多个路径进行的光束照射时会产生其特有的现象。具体而言，如图14所示，将光束的照射路径划分为多个子照射路径，以该划分出的子照射路径为单位逐次地实施光束照射时，发现发生固化层局部隆起的现象。特别是，可知当在规定长度以下的较短的子照射路径上逐次地照射光束时，固化层局部隆起的倾向增强。在较短的子照射路径位于照射区域的周缘部(即，与所形成的固化层的外周部相当的“粉末层的规定区域的周缘部分”)的情况下，该局部的隆起特别显著。虽然不拘于特定的理论，但是在较短的子照射路径上温度比较容易上升，因此可以认为，粉末/固化部过度熔化是一个重要原因。即，熔化的粉末/固化部由于表面张力而能够形成球形状，其熔化的量多则“球形状”增大，其冷却固结则成为“局部的隆起部”。此外，在存在于照射区域的周缘部的较短的子照射路径上，有连带着光束的照射部分所邻接的粉末而熔融的倾向，与表面张力等相互作用而局部地发生凝集作用，这也被认为是“局部的隆起部”的重要原因。
[0010]当产生上述这样的“局部的隆起部”，则在供给下一层的粉末时压片(squeezingblade)会与该局部的隆起部发生碰撞，其结果是无法形成所希望的粉末层。即，无法继续实施粉末烧结层叠法。
[0011]本发明是针对上述情况做出的。即，本发明的课题在于，提供一种减少在以划分照射路径的条件进行的光束照射中可能产生的“局部的隆起部”的“三维形状造型物的制造方法”。
[0012]解决课题所采用的手段
[0013]为了解决上述课题，在本发明中，提供一种三维形状造型物的制造方法，包含(i)通过将光束扫描而向粉末层的规定区域照射光束、使该规定区域的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及(ii)在得到的固化层上形成新的粉末层、向该新的粉末层的规定区域照射光束而进一步形成固化层的工序，并反复进行该工序(ii)，其特征在于，
[0014]将粉末层的上述规定区域中的光束的照射路径划分为多个子照射路径，由此，作为子照射路径，包括“小于规定长度的短子照射路径”和“规定长度以上的长子照射路径”；
[0015]在工序(i)以及(ii)中，根据子照射路径的长度改变光束的照射方法。
[0016]本发明的特征在于，着眼于所划分的子照射路径的长度的“大小”而进行恰当的固化层形成。
[0017]在优选的方式中，对于子照射路径中的“小于规定长度的短子照射路径”，与“规定长度以上的长子照射路径”相比，减小所供给的光束能量。特别是，优选为，“短子照射路径”上的光束照射，与“长子照射路径”相比，减小光束的照射输出、增大光束的聚光径、或加宽路径间隔。
[0018]例如，在本发明中，可以是，进行照射路径的划分，以将“短子照射路径”置于粉末层的规定区域的最外周缘。
[0019]在优选的方式中，通过将“短子照射路径”和与其邻接的“长子照射路径”串行合并，新构建其他的长子照射路径。
[0020]在另一优选的方式中，在多个“短子照射路径”沿着与其路径扫描方向正交的方向相互并行邻接存在的情况下，以比“短子照射路径”的路径长度长的方式沿着上述“正交的方向”扫描光束。
[0021]在又一优选的方式中，在“短子照射路径a”和“短子照射路径b”在与它们的路径扫描方向正交的方向上相互邻接存在的情况下，在向“短子照射路径a”进行光束照射后，至少在“短子照射路径a”的固化部温度降低后，实施接着进行的“短子照射路径b”的光束照射。
[0022]在又一优选的方式中，间隔地扫描光束，以避免相互并行邻接的短子照射路径彼此被连续用于光束照射。
[0023]在又一优选的方式中，以“粉末层的规定区域的轮廓线”为基准进行子照射路径的划分，以避免将“短子照射路径”设置在粉末层的规定区域的最外周缘。
[0024]发明效果
[0025]根据本发明，能够防止“局部的隆起部(即，固化层的局部的隆起)”的发生。特别是能够防止“短子照射路径”的区域中的“局部的隆起部的发生”。即，本发明能够避免“局部的隆起部”引起的现有技术的问题。因此，能够避免例如“在粉末供给时压片与“局部的隆起部”碰撞、无法形成所希望的粉末层的问题”。此外，还能够避免“接下来形成的粉末层的厚度因“局部的隆起部”而局部地改变”这样的问题。
[0026]S卩，即使将光束的照射路径划分为多个子照射路径，并以该划分出的子照射路径为单位逐次地进行光束照射来实施固化层形成，通过其各自的扫描而形成的固化部也分别成为大致均匀的厚度。即，能够得到整体上大致均匀的固化层。若得到大致均匀的固化层，则能够适当地实施接着进行的“通过压片的滑动移动进行的粉末层形成”，并且能够使由此形成的粉末层的厚度大致固定(特别是当粉末层厚度固定时，由该粉末层得到的固化层容易确保固化密度的均匀性等)。
[0027]这样，如果根据本发明形成固化层，则能够适当地实施之后的粉末层形成，并最终有效地获得所希望的品质的三维形状造型物。

【专利附图】

【附图说明】
[0028]图1为示意地表示光造型复合加工机的动作的剖视图。
[0029]图2为示意地表示用于实施光造型(粉末烧结层叠法)的装置的立体图(图2(a):具备切削机构的复合装置；图2(b):不具备切削机构的装置)。
[0030]图3为示意地表示执行粉末烧结层叠法的方式的立体图。
[0031]图4为示意地表示能够实施粉末烧结层叠法的光造型复合加工机的结构的立体图。
[0032]图5为光造型复合加工机的动作的流程图。
[0033]图6为经时地表示光造型复合加工工艺的示意图。
[0034]图7为示意地表示作为子照射路径而划分为包括“小于规定长度的短子照射路径”和“规定长度以上的长子照射路径”的方式的图。
[0035]图8为表示根据子照射路径的长度而变更光束的照射方法的方式的图表。
[0036]图9为示意地表示“短子照射路径的串行合并”的方式的图。
[0037]图10为示意地表示“短子照射路径区域中的正交扫描”的方式的图。
[0038]图11为示意地表示“冷却时间的控制”的方式的图。
[0039]图12为示意地表示“短子照射路径区域中的间隔性照射”的方式的图。
[0040]图13为示意地表示“外形基准的子路径形成”的方式的图。
[0041]图14为用于说明形成“局部的隆起部”的形态的图(现有技术)。

【具体实施方式】
[0042]以下参照附图对本发明进行更具体说明(附图中的尺寸关系仅为例示而不反映实际的尺寸关系)。
[0043]在本说明书中，“粉末层”是指例如“由金属粉末构成的金属粉末层”或“由树脂粉末构成的树脂粉末层”等。此外，“粉末层的规定区域”实质上是指所制造的三维形状造型物的区域。因此，通过对在该规定区域存在的粉末照射光束，该粉末烧结或熔融固化而构成三维形状造型物的形状。另外，“固化层”在粉末层为金属粉末层时实质上是指“烧结层”，在粉末层为树脂粉末层时实质上是指“硬化层”。
[0044][粉末烧结层叠法]
[0045]首先，对作为本发明的制造方法的前提的粉末烧结层叠法进行说明。为了便于说明，以从材料粉末箱供给材料粉末、使用压片抹平材料粉末而形成粉末层的方式为前提，对粉末烧结层叠法进行说明。并且，以在进行粉末烧结层叠法时一并进行造型物的切削加工的复合加工的方式为例进行说明(即，不是以图2(b)而是以图2(a)所示的方式为前提)。在图1、图3和图4中，示出了能够实施粉末烧结层叠法和切削加工的光造型复合加工机的功能及结构。光造型复合加工机1主要具备:粉末层形成机构2，将金属粉末及树脂粉末等粉末以规定的厚度敷设而形成粉末层；造型台20，在外周被壁27包围的造型箱29内上下升降；造型板21，配设在造型台20上，作为造型物的基座；光束照射机构3，将光束L向任意的位置照射；以及切削机构4，对造型物的周围进行切削。如图1所示，粉末层形成机构2主要具有:粉末台25，在外周被壁26包围的材料粉末箱28内上下升降；以及压片23，用于在造型板上形成粉末层22。如图3及图4所示，光束照射机构3主要具有:光束振荡器30，发出光束L ;以及电流计反射镜(galvanometer mirror) 31 (扫描光学系统)，在粉末层22上扫描光束L。根据需要，在光束照射机构3中具备对光束斑点的形状进行修正的光束形状修正机构(例如具有一对柱面透镜(cylindrical lens)和使该透镜绕光束的轴线旋转的旋转驱动机构而构成的机构)或f Θ透镜等。切削机构4构成为，主要具有对造型物的周围进行切削的铣削头40和使铣削头40向切削部位移动的XY驱动机构41 (41a、41b)(参照图3及图4)。
[0046]参照图1、图5及图6对光造型复合加工机1的动作进行详述。图5表示光造型复合加工机的一般性的动作流程，图6示意地简单表示光造型复合加工工艺。
[0047]光造型复合加工机的动作主要由以下步骤构成:形成粉末层22的粉末层形成步骤(S1)、向粉末层22照射光束L而形成固化层24的固化层形成步骤(S2)、对造型物的表面进行切削的切削步骤(S3)。在粉末层形成步骤(S1)中，首先使造型台20下降AtUSll)。接着，使粉末台25上升Atl。然后，如图1(a)所示，使压片23朝箭头A方向移动，将在粉末台25上配设的粉末(例如“平均粒径为5 μ m?100 μ m左右的铁粉”或“平均粒径为30 μ m?100 μ m左右的尼龙(nylon)、聚丙烯、ABS等的粉末”)向造型板21上移送(S12)，平整为规定的厚度Atl而形成粉末层22(S13)。接着，转移至固化层形成步骤(S2)。在固化层形成步骤(S2)中，从光束振荡器30发出光束L(例如:二氧化碳气体激光(500W左右)、Nd:YAG激光(500W左右)、光纤激光(500W左右)或紫外线等)(S21)，利用电流计反射镜31而在粉末层22上的任意位置扫描光束L(S22)，使粉末熔融、固化而形成与造型板21 —体化的固化层24(S23)。光束不限于在空气中传播的方式，也可以通过光纤等传输。
[0048]在固化层24的厚度达到根据铣削头40的工具长度等求出的规定厚度之前，反复进行粉末层形成步骤(S1)和固化层形成步骤(S2)，将固化层24层叠(参照图1(b))。另夕卜，新层叠的固化层在烧结或熔融固化时，与已形成的成为下层的固化层一体化。
[0049]当层叠的固化层24的厚度达到规定的厚度，则转移至切削步骤(S3)。在图1和图6所示那样的方式下，通过驱动铣削头40而开始切削步骤的实施(S31)。例如，在铣削头40的工具(球头立统刀(ball endmil))的直径为1mm、有效刃长为3mm的情况下,能够进行深度为3mm的切削加工，因此如果Λ tl为0.05mm,则在形成了 60层的固化层的时间点驱动铣削头40。通过XY驱动机构41 (41a、41b)使铣削头40向箭头X及箭头Y方向移动，对由层叠的固化层24构成的造型物的表面进行切削加工(S32)。并且，在三维形状造型物的制造尚未结束的情况下，返回粉末层形成步骤(S1)。以后，重复S1至S3，进一步层叠固化层24，由此进行三维形状造型物的制造(参照图6)。
[0050]固化层形成步骤(S2)中的光束L的照射路径和切削步骤(S3)中的切削加工路径预先根据三维CAD数据来生成。此时，适用等高线加工来决定加工路径。例如，在固化层形成步骤(S2)中，利用将根据三维CAD模型而生成的STL数据以等间距(例如在设Atl为0.05_的情况下间距为0.05_)切片(slice)得到的各截面的轮廓形状数据。
[0051][本发明的制造方法]
[0052]在上述的粉末烧结层叠法中，本发明在固化层的形成方式上具有特征。特别是，在向粉末层的规定区域实施光束照射而形成固化层时的剖面线(hatching)路径(用于以涂满“规定区域”的方式扫描光束的照射路径)和/或光束照射条件上具有特征。具体而言，在本发明中，根据各个剖面线路径的长度、即各个照射路径的长度来改变光束的照射方法。例如，如图7所示，在粉末层的照射区域(为了形成固化层而实施光束照射的粉末层区域)将照射路径划分为“小于规定长度的短子照射路径”和“规定长度以上的长子照射路径”的情况下，根据这样划分出的照射路径的长度来改变光束的照射方法。即，在作为连续不断地照射光束的路径单位而包含“较短的照射路径”和“较长的照射路径”的情况下，根据这样的路径单位的“长度”，改变光束的照射方法。换言之，根据是较短的照射路径还是较长的照射路径来改变光束的照射方法。另外，将照射路径划分/分割为子照射路径的理由在于:当从粉末层的规定区域的端到端连续地扫描光束(例如图7所示那样从“端部a”到“端部b”连续地扫描光束)，则固化层形成时的收缩(残余应力)增大，容易在所得到的造型物上产生翘曲(参照“ 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]在划分照射路径时，如图7所示，可以划分为将短子照射路径置于粉末层的规定区域的最外周缘。这是因为:虽然如上所述，通常可以认为短子照射路径存在于“最外周缘”(即粉末层的规定区域的周缘部)则容易产生“局部的隆起部”，但是根据本发明的方法，能够有效地减少这样的局部的隆起部的发生。
[0054]本说明书中使用的“改变光束的照射方法”是指，除了仅使光束的扫描速度变化的方式以外的“光束的照射方式的各种变更”。即，本发明中的“改变光束的照射方法”不包括仅改变光束的“扫描速度”的方式。
[0055]在本发明中，可以根据子照射路径的长度来改变光束能量的照射方法(参照图8 (a))。更具体而言，与“规定长度以上的长子照射路径”相比，“小于规定长度的短子照射路径”可以减小光束能量。即，可以使短子照射路径中的光束的照射能量比长子照射路径中的光束的照射能量小。由此，能够更适当地防止“局部的隆起部”的发生。例如，在短子照射路径中，与长子照射路径相比可以减小光束的照射输出P(参照图8(b))。这样减小照射功率P，能够抑制短子照射路径区域中的光束照射时的温度上升。另外，在短子照射路径中，与长子照射路径相比可以增大光束的聚光径(斑点径Φ)(参照图8(c))。这是因为:增大聚光径则光束照射的能量分散，因此难以快速加热照射部。另外，在短子照射路径中，与长子照射路径相比可以加宽路径间隔(并行的照射路径的间隔)(参照图8(c))。这是因为:加宽路径间隔则光束照射的能量分散，难以快速加热照射部。“减小照射输出P”、“增大聚光径”以及“加宽路径间隔”可以根据需要相互组合实施(进一步而言，这样的“减小照射输出P”、“增大聚光径”和/或“加宽路径间隔”可以根据需要而与“改变光束的扫描速度(例如，加快光束的扫描速度)”组合使用)。另外，虽然只不过是例示，但若示出一个具体例，则在长子照射路径的光束照射条件例如为下述那样的条件的情况下，可以按照对该条件附加了 “减小照射输出P”、“增大聚光径”以及“加宽路径间隔”(并根据情况“改变光束的扫描速度”)得到的条件来实施“短子照射路径的光束照射”。
[0056].长子照射路径的条件例(激光种类:C02激光；粉末层厚度:0.05mm ;路径长度:5mm)
[0057].照射输出(ff):100 ?1000
[0058].聚光径(mm):0.1 ?2.0
[0059].路径间隔(mm):0.01 ?2.0
[0060]这里，作为对“短子照射路径”和“长子照射路径”进行区分的阈值的“规定长度”例如是0.1?2.0mm(例如1.5mm)，优选为0.1?1.0mm(例如0.5mm)。对此举例:例如阈值为1.5_时，小于该1.5mm的长度的路径相当于“短子照射路径”，而1.5mm以上的长度的路径相当于“长子照射路径”。长子照射路径的最大长度例如可以是3_?15_左右。
[0061]在对照射路径进行划分的粉末烧结层叠法中，可以考虑各种减少“局部的隆起部”的方式。例如，在将光束的照射路径划分为“短子照射路径”和“长子照射路径”的本发明的制造方法中，能够采用以下说明的手法减少“局部的隆起部”。
[0062](短子照射路径的串行合并)
[0063]“短子照射路径的串行合并”的方式如图9所示。在该方式中，将短子照射路径和其所邻接的长子照射路径串行合并，由此新构建另一长子照射路径。由此，在实际的光束照射时，作为粉末层的规定区域的照射路径，不再存在“短子照射路径”。当不再存在“短子照射路径”，则能够避免由这样的短的路径引起的“局部的隆起部”，能够得到整体大致为均匀厚度的固化层。结果，能够恰当地实施以后的粉末层形成，最终能够有效地得到所希望的品质的三维形状造型物。
[0064]由图9所示的方式可知，在作为对象的“短子照射路径”的扫描方向上，在存在与其相邻的“长子照射路径”的情况下，将这些“短子照射路径”与“长子照射路径”合为一个子照射路径来实施光束照射。因此，本发明中所说的“串行合并”这样的表现实质上意味着:对沿着相同的路径方向相互邻接的子照射路径彼此，取消它们的划分而生成另一个新的子照射路径。
[0065](短子照射路径区域中的正交扫描)
[0066]图10示出“短子照射路径区域中的正交扫描”的方式。在该方式中，在存在多个较短的子照射区域的局部区域，以比短子照射路径的路径长度长的方式，与该路径正交地进行光束的扫描。具体而言，多个短子照射路径沿着与其路径扫描方向正交的方向相互并行邻接的情况下，以比该短子照射路径的路径长度长的方式，沿着与较短的路径的扫描方向正交的方向扫描光束(参照图10)。即，在该方式中，将短子照射路径的区域中的光束扫描方向改变为其它区域中的光束扫描方向而实施光束照射。
[0067]这样在短子照射区域中改变扫描方向能够有效地避免“局部的隆起部”的发生，能够得到整体大致为均匀厚度的固化层。即，能够恰当地实施以后的粉末层形成，最终有效地得到所希望的品质的三维形状造型物。
[0068]此外，这里所说的“正交的方向”不一定需要相对于“短子照射路径的扫描方向”为90°，也可以是与其稍稍错开的方向(例如，是以90° ±20°的范围错开的方向，根据情况，是以90° ±10°的范围错开的方向)。
[0069](冷却时间的控制)
[0070]图11示出“冷却时间的控制”的方式。在该方式中，较短的路径区域的温度下降后，进行相邻的较短的路径的光束照射。具体而言，如图所示，短子照射路径a与短子照射路径b在与它们的路径扫描方向正交的方向上相互邻接存在的情况下，在对短子照射路径a进行光束照射后，至少在短子照射路径a的固化部温度降低后，实施接下来进行的短子照射路径b的光束照射。例如，在从短子照射路径a的光束照射结束起经过了规定时间后(例如经过了 50?700ms后，优选为经过了 80?600ms后)，开始短子照射路径b的光束照射。
[0071]这样考虑“在先的短子照射路径的固化部的冷却时间”，能够减少“局部的隆起部”的发生，能够得到整体大致厚度均匀的固化层。因此，通过本方式，也能够恰当地实施以后的粉末层形成，最终能够有效地得到所希望的品质的三维形状造型物。
[0072]短子照射路径a的固化部温度的测定例如可以使用非接触式温度计(红外线热像仪(thermography)等)。该情况下,可以在短子照射路径a的光束照射后通过非接触式温度计确认到短子照射路径a的固化部温度降低之后，实施接下来进行的短子照射路径b的光束照射。
[0073](短子照射路径区域中的间隔性照射)
[0074]图12示出“短子照射路径区域中的间隔性照射”的方式。在该方式中，使邻接存在的较短的路径彼此不被连续照射。具体而言，间隔地进行光束的扫描，以使得相互并行邻接的短子照射路径彼此不被连续用于光束照射。
[0075]换言之，多个短子照射路径沿着与其路径扫描方向正交的方向相互并行邻接的情况下，使这样并行相互邻接的短子照射路径彼此不被连续照射。例如，对于并行的短子照射路径，可以跳过一条进行照射，接着照射光束以将该跳过的部分填补。此外，如果参照图12所示的方式进行说明，则可以按照添加数字(1) — (2) — (3)..?的顺序实施光束的照射(也可以在它们的中途进行长子照射路径的照射)。
[0076]这样间隔地实施光束照射，则能够在短子照射路径区域(并行存在多个短子照射路径的区域)中防止“局部的隆起部”的发生，得到整体大致为均匀厚度的固化层。因此，在本方式中也能够恰当地实施以后的粉末层形成，最终能够有效地得到所希望的品质的三维形状造型物。
[0077]此外，在本发明中所谓“间隔地扫描光束”意味着如下方式:多个短子照射路径沿着与其路径扫描方向正交的方向相互并行邻接的情况下，“跳跃”地扫描光束，以使得相互邻接的短子照射路径彼此不被连续用于光束照射。
[0078](外形基准的子路径形成)
[0079]图13示出“外形基准的子路径形成”的方式。在该方式中，以“粉末层的规定区域的轮廓线”为基准进行子照射路径的划分，以避免在规定区域的最外周缘设置短子照射路径。
[0080]在存在于照射区域的周缘部的较短的子照射路径中，会发生连带着光束的照射部分所邻接的粉末而熔融的现象，因此可以想到会产生与表面张力等相互作用的凝集作用。即，可以说，在照射区域的周缘部的较短的子照射路径上，与照射区域的内部相比尤其容易产生“局部的隆起部”。因此，在本方式中，如图13所示，为了避免在模型端部(粉末层的“规定区域”的周缘部分)出现较短的路径，以规定区域的轮廓线为基准新生成剖面线路径。即，以规定区域的轮廓线为起点新生成剖面线路径。这意味着:以将较短的子照射路径置于模型内部(规定区域的内部)的方式重建子照射路径。
[0081]这样将较短的照射路径置于规定区域的内部，则能够更加有效地减少“局部的隆起部”，得到整体大致为均匀厚度的固化层。即，如图13所示重建子照射路径，则能够避免“局部的隆起部”、特别是上述现象引起的“局部的隆起部”。因此，通过该方式也能够恰当地实施之后的粉末层形成，最终能够有效地得到所希望的品质的三维形状造型物。
[0082]以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是仅例示了本发明适用范围内的典型例。因此，本发明不限于此，本领域技术人员能够容易地理解到可进行各种改变。
[0083]例如，为了防止“局部的隆起部”而说明的上述各种方式既可以分别单独实施也可以相互组合实施。
[0084]另外，上述那样的本发明包含以下方式:
[0085]第1方式:三维形状造型物的制造方法，通过(i)通过将光束扫描而向粉末层的规定区域照射上述光束，使上述规定区域的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及
(ii)在得到的固化层上形成新的粉末层，向上述新的粉末层的规定区域照射光束而进一步形成固化层的工序，反复进行粉末层形成以及固化层形成，其特征在于，
[0086]将上述规定区域中的上述光束的照射路径划分为多个子照射路径，由此，作为该子照射路径，包括小于规定长度的短子照射路径和该规定长度以上的长子照射路径，
[0087]在上述工序(i)以及(ii)中，根据上述子照射路径的长度，改变该光束的照射方法。
[0088]第2方式:三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式中，对于上述短子照射路径，与上述长子照射路径相比，减小所供给的光束能量。
[0089]第3方式:三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在上述第2方中，在上述短子照射路径上，与上述长子照射路径相比，减小上述光束的照射输出、增大光束的聚光径、或者加宽路径间隔。
[0090]第4方式:三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第3方式的任一方式中，以将上述短子照射路径置于上述粉末层的上述规定区域的最外周缘的方式，对上述照射路径进行上述划分。
[0091]第5方式:三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第4方式的任一方式中，通过将上述短子照射路径和与其邻接的上述长子照射路径串行合并，新构建其他的长子照射路径。
[0092]第6方式:三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第5方式的任一方式中，多个上述短子照射路径沿着与其路径扫描方向正交的方向相互并行邻接的情况下，以比上述短子照射路径的路径长度长的方式沿着上述正交的方向扫描上述光束。
[0093]第7方式:三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第6方式的任一方式中，短子照射路径a与短子照射路径b在与它们的路径扫描方向正交的方向上相互邻接存在的情况下，在向上述短子照射路径a进行光束照射后，至少在该短子照射路径a的固化部温度降低后，实施接着进行的上述短子照射路径b的光束照射。
[0094]第8方式:三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第7方式的任一方式中，间隔地扫描上述光束，以避免相互并行邻接的上述短子照射路径彼此被连续用于光束照射。
[0095]第9方式:三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在上述第1方式?第8方式的任一方式中，以上述粉末层的上述规定区域的轮廓线为基准进行上述子照射路径的上述划分，以避免将上述短子照射路径设置在上述规定区域的最外周缘。
[0096]产业上的利用可能性
[0097]通过实施本发明的三维形状造型物的制造方法，能够制造各种物品。例如，“在粉末层为无机物的金属粉末层且固化层为烧结层的情况下”，能够将得到的三维形状造型物用作注塑成型用模具、冲压模具、压铸模具、铸造模具、锻造模具等模具。另外，“在粉末层为有机物的树脂粉末层且固化层为硬化层的情况下”，能够将得到的三维形状造型物用作树脂成形品。
[0098]关联申请的相互参照
[0099]本申请基于日本专利申请第2012-153738号(申请日:2012年7月9日、发明名称:“三维形状造型物的制造方法”)并主张基于巴黎公约的优先权。该申请公开的内容全部通过对其引用而包含于本说明书。
[0100]符号说明
[0101]1:光造型复合加工机；2:粉末层形成机构；3:光束照射机构；4:切削机构；19:粉末/粉末层(例如金属粉末/金属粉末层或树脂粉末/树脂粉末层)；20:造型台(支撑台)；21:造型板；22:粉末层(例如金属粉末层或树脂粉末层)；23:压片；24:固化层(例如烧结层或硬化层)或由此得到的三维形状造型物；25:粉末台；26:粉末材料箱的壁部分；27:造型箱的壁部分；28:粉末材料箱；29:造型箱；30:光束振荡器；31:电流计反射镜;32:反射镜；33:聚光透镜；40:铣削头；41:XY驱动机构；41a:X轴驱动部；41b:Y轴驱动部；42:工具座；50:腔室；52:透光窗；L:光束
【权利要求】
1.一种三维形状造型物的制造方法，通过(i)通过将光束扫描而向粉末层的规定区域照射上述光束、使上述规定区域的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及(ii)在得到的固化层上形成新的粉末层、向上述新的粉末层的规定区域照射光束而进一步形成固化层的工序，反复进行粉末层形成以及固化层形成，其特征在于， 将上述规定区域中的上述光束的照射路径划分为多个子照射路径，由此，作为该子照射路径，包括小于规定长度的短子照射路径和该规定长度以上的长子照射路径， 在上述工序(i)以及(ii)中，根据上述子照射路径的长度改变该光束的照射方法。
2.根据权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于， 对于上述短子照射路径，与上述长子照射路径相比，减小所供给的光束能量。
3.根据权利要求2所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于， 在上述短子照射路径上，与上述长子照射路径相比，减小上述光束的照射输出、增大光束的聚光径、或者加宽路径间隔。
4.根据权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于， 对上述照射路径进行上述划分，以将上述短子照射路径置于上述粉末层的上述规定区域的最外周缘。
5.根据权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于， 通过将上述短子照射路径和与其邻接的上述长子照射路径串行合并，新构建其他的长子照射路径。
6.根据权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于， 多个上述短子照射路径沿着与其路径扫描方向正交的方向相互并行邻接的情况下，以比上述短子照射路径的路径长度长的方式沿着上述正交的方向扫描上述光束。
7.根据权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于， 短子照射路径a和短子照射路径b在与它们的路径扫描方向正交的方向上相互邻接存在的情况下，在向上述短子照射路径a进行光束照射后，至少在该短子照射路径a的固化部温度降低后，实施接着进行的上述短子照射路径b的光束照射。
8.根据权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于， 间隔地扫描上述光束，以避免相互并行邻接的上述短子照射路径彼此被连续用于光束照射。
9.根据权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于， 以上述粉末层的上述规定区域的轮廓线为基准进行上述子照射路径的上述划分，以避免将上述短子照射路径设置在上述规定区域的最外周缘。
【文档编号】B29C67/00GK104428084SQ201380036467
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年3月6日 优先权日:2012年7月9日
【发明者】阿部谕, 松本武, 武南正孝, 近藤正树, 不破勲, 内野野良幸 申请人:松下知识产权经营株式会社