JPH09511703A - ３次元物体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 放射硬化性材料の層である、物体の各層（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）を電磁放射（８、１０）の作用により順次固化して三次元物体を製造する方法において、ポリマー混合体（３）を上記材料として用いる。このことは、プロセス制御を簡単にするとともに、ポリマー混合体やポリマー混合体の混合比を選択することにより、製造すべき物体（６）の特性を広範囲に制御することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ３次元物体の製造方法 本発明は、請求項１の前提部分に記載された３次元物体の製造方法に関する。 ３次元物体は、“層製造”として知られている方法では、最初は液状または粉 末状の材料を順次層状に塗工し固化することにより、層状に成形される。好まし くは、この固化は、レーザーなどの収束光ビームを、各層の物体に対応する箇所 へ導き、そこで材料を固化させることで行う。固化媒体として粉末固体材料を用 いる方法は米国特許第４８６３５３８号に開示されている。 液状または粉末状の材料を用いた方法を実施するための装置は、ドイツ特許第 ３１３４２６５号に開示されている。 また、特に粉末状の材料を用いた方法を実施するための装置がドイツ特許第４ ３００１７８号に開示されている。 照射および成形部についての予め定められた特性を得るために、異なる粉末の 混合物が用いられ、各粉末は、融点などの温度特性や粘性などの流動学的特性が 異なる。しかしながら、粉末混合物を用いることには、以下のような欠点がある 。 マクロ的粉末混合物において、粉末の個々の粒子は、混合物の対応する成分の もつマクロ的温度特性や流動学的特性を有する。レーザービームを用いて層を照 射した後に冷却すると、ポリマー鎖の均質性および規則性の結果として個々の領 域（粉末粒子）において結晶化が生じる。これは、分子規模において、ポリマー が照射の際に完全に混合していないからである。結晶化により、成形部には、１ パーセントを越える容積収縮が生じる。この容積収縮は、三次元モデルを製造す る際の最も大きな問題点の一つである。なぜなら、容積収縮は、正確な温度制御 によってしかコントロールすることができないからである。しかしながら、この ような温度制御は、高価でありながら、せいぜい個々の層の収縮を防止するにす ぎない。あらゆる場合に、完成した成形部を冷却すると収縮が生じる。結晶化の 程度、すなわち、全容積における結晶化領域の割合は、冷却速度に依存する。ま た、冷却速度は幾何学的構成にもやはり強く影響されるので、例えば、薄い壁と 大きな充填容積部とでは、それぞれかなり異なる。結晶化による収縮は、常に、 成形部の精度の不安定要因となる。 さらなる欠点として、塗工工程中や、処理中や、回収中に粉末が分離したりそ の混合比が変化することがある。分離のおそれは、密度や、粒子の形状や、粒子 の大きさが異なるような粉末混合物の場合に最大となる。 粉末混合物のさらなる欠点として、温度特性や機械的特性など、後にできる成 形部の特性が、劣る方の成分により決定されてしまうことがある。 本発明の目的は、プロセス制御を簡単にするとともに、出発材料において後に できる成形部の所望の特性を容易に調節し変化させることのできる三次元物体の 製造方法を提供することにある。 この目的は請求項１記載の方法により達成される。本発明のさらなる実施例は 、従属請求項に記載されている。 ポリマー混合体は、２種類以上のポリマーまたはコポリマーの分子混合物であ る。混合物は、溶融体として作られ、その後、粉末に変換される。すなわち、粉 末粒子は予め定められた混合比において種々のポリマーを含んでいる。このこと は、後にできる成形部の均質性にとって重要である。ミクロ的混合物は、混合物 成分の特性を組み合せた、通常は平均的な値をとる新たな層を構成する。従って 、分子レベルにおいて、ぜい性−柔軟性とか低粘性−高粘性といった異なる特性 プロファイルを組み合せることが可能となる。ガラス温度や、剪断弾性係数や、 粘性の値は、ポリマー混合体について連続的に調節することができる。すなわち 、後にできる成形部の所望の特性は、出発材料においてすでに調節することがで きる。 ポリマー混合体には種々の鎖構造が存在するため、結晶化は強く妨げられるか 、もしくは、完全に抑止される。従って、結晶化により生じる容積収縮も防止さ れる。非晶質ポリマー混合体については、容積収縮は完全に排除される。このこ とは、プロセス制御を簡単にするとともに、同じプロセス費用を用いて、より高 精度なモデルを製造することを可能とする。 ポリマー混合体は、分子レベルでの混合物であるため、粉末の処理中や回収中 に粉末が分離したりその混合比が変化することはあり得ない。混合比の不変性は 、 再使用粉末を用いた場合にも保証される。 本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照した実施例の説明により明らかに なろう。 図は、本発明の方法を実施するための装置である。 上部が開放したタンク１には、水平面すなわち表面２まで粉末状のポリマー混 合体３が充填されている。実質的に平板状の水平支持板５を有する支柱４が、タ ンク１内のポリマー混合体の領域内に設けられている。支持板５は表面２に平行 であり、図示しない高さ調節装置により、表面２または支持板５に直交する方向 において上方および下方にそれぞれ移動して位置づけることができる。 物体６は支持板５上にあり、後に説明するように、それぞれが表面２および支 持板５に平行に延在する複数個の層６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄから構成される 。 図示しないが、表面２を平滑にするための装置が、タンク１の上方に設けられ ている。この装置は、例えば、ドラムやワイパーとして形成することができる。 収束光ビーム８を発生する照射装置７が、タンク１の上方に設置されている。 好ましくは、照射装置７はレーザーからなる。収束光ビーム８は、例えば回転ミ ラーなどの偏向装置９により偏向され、タンク１の内部のポリマー混合体３の表 面２上に偏向ビーム１０として導かれる。制御装置１１は、偏向ビーム１０がタ ンク１の内部のポリマー混合体３の表面２の所望の箇所に当たるように偏向装置 ９を制御する。 ３次元物体の製造方法において、第一のステップは、支持板５の上面側とタン ク１内のポリマー混合体３の表面２との間の距離が予め定められた層厚に正確に 対応するように、タンク内の支持板５を位置決めし、図示しない平滑化装置を用 いて支持板５の上方に存在する材料を平滑化することである。レーザー７により 発生され、偏向装置９と制御装置１１により制御されるレーザービーム８および １０は、物体に対応する予め定められた箇所においてこの層を照射し、これによ りポリマー混合体３を焼結し、物体の形状に対応する固体層６ａを形成する。さ らなる層６ｂ、６ｃ、および６ｄが、各々の層の厚さに対応する分だけ支持板５ を下降させ、固化される新たな層を平滑化し、物体６に対応する箇所を照射する ことにより順次製造される。 本発明によれば、以下のポリマー混合体を用いることが好ましい。ポリアミド ／コポリアミド、ポリスチレン／コポリアミド、ＰＰＥ／ＰＡ混合体（ポリフェ ニルエーテル／ポリアミド）例えばベストブレンド（ｖｅｓｔｏｂｌｅｎｄ）、 ＰＰＥ／ＳＢ混合体（ポリフェニルエーテル／スチレン／ブタジエン）、ＡＢＳ ／ＰＡ混合体（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ポリアミド）または ＡＢＳ／ＰＣ混合体（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ポリカーボネ ート）。 ポリマー混合体３におけるポリマー成分の混合比を選択することにより、物体 （６）の機械的および／または温度特性を広範囲に調節することができる。

【手続補正書】 【提出日】１９９７年４月１日 【補正内容】 請求の範囲 １．電磁放射により硬化可能な材料からなる、製造すべき物体（２）の連続層 （６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）を電磁放射の作用により次々に固化することによっ て３次元物体を製造する方法において、上記材料がポリマー混合体（３）である ことを特徴とする方法。 ２．上記ポリマー混合体が粉末状で用いられることを特徴とする請求項１に記 載の方法。 ３．上記ポリマー混合体がポリアミドおよびコポリアミドからなることを特徴 とする請求項１または２に記載の方法。 ４．上記ポリマー混合体はポリスチレンおよびコポリアミドからなることを特 徴とする請求項１または２に記載の方法。 ５．上記ポリマー混合体はポリフェニルエーテルおよびポリアミドからなるこ とを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ６．上記ポリマー混合体はスチレンおよびブタジエンからなることを特徴とす る請求項１または２に記載の方法。 ７．上記ポリマー混合体はポリフェニルエーテルからなることを特徴とする請 求項６に記載の方法。 ８．上記ポリマー混合体はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンおよびポ リアミドからなることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ９．上記ポリマー混合体はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンおよびポ リカーボネートからなることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 １０．上記電磁放射はレーザー放射（８、９）であることを特徴とする請求項１ 乃至９のいずれかに記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランゲル，ハンス ジェイ. ドイツ連邦共和国，デー−82166 グレー フェルフィンク，アム バーセルボーゲン 46

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電磁放射により硬化可能な材料からなる、製造すべき物体（２）の連続層 （６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）を電磁放射の作用により次々に固化することによっ て３次元物体を製造する方法において、上記材料がポリマー混合体（３）である ことを特徴とする方法。 ２．上記ポリマー混合体が粉末状で用いられることを特徴とする請求項１に記 載の方法。 ３．上記ポリマー混合体がポリアミドおよびコポリアミドからなることを特徴 とする請求項１または２に記載の方法。 ４．上記ポリマー混合体はポリスチレンおよびコポリアミドからなることを特 徴とする請求項１または２に記載の方法。 ５．上記ポリマー混合体はポリフェニルエーテルおよびポリアミドからなるこ とを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ６．上記ポリマー混合体はスチレンおよびブタジエンからなることを特徴とす る請求項１または２に記載の方法。 ７．上記ポリマー混合体はポリフェニルエーテルからなることを特徴とする請 求項６に記載の方法。 ８．上記ポリマー混合体はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンおよびポ リアミドからなることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ９．上記ポリマー混合体はアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンおよびポ リアミドからなることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 １０．上記電磁放射はレーザー放射（８、９）であることを特徴とする請求項１ 乃至９のいずれかに記載の方法。