WO2015133137A1 - 三次元形状造形物の製造方法 - Google Patents

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阿部 諭
武 松本
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    • Y02P10/25Process efficiency

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for manufacturing a three-dimensional shaped object. More specifically, the present disclosure relates to a method for manufacturing a three-dimensional shaped object that forms a solidified layer by irradiating a powder layer with a light beam.
  • a method for producing a three-dimensional shaped object by irradiating a powder material with a light beam has been conventionally known.
  • a three-dimensional shaped object is manufactured by repeatedly performing powder layer formation and solid layer formation alternately based on the following steps (i) and (ii) (see Patent Document 1 or Patent Document 2). .
  • (I) A step of irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam and sintering or melting and solidifying the powder at the predetermined portion to form a solidified layer.
  • the obtained three-dimensional shaped object can be used as a mold.
  • organic resin powder is used as the powder material, the obtained three-dimensional shaped object can be used as various models.
  • a metal powder is used as a powder material and a three-dimensional shaped object obtained thereby is used as a mold.
  • the squeezing blade 23 is moved to transfer the powder 19 to form a powder layer 22 having a predetermined thickness on the modeling plate 21 (see FIG. 6A).
  • the solidified layer 24 is formed from the powder layer by irradiating a predetermined portion of the powder layer with the light beam L (see FIG. 6B).
  • a new powder layer is formed on the obtained solidified layer and irradiated with a light beam again to form a new solidified layer.
  • the solidified layer 24 is laminated (see FIG.
  • a model can be obtained. Since the solidified layer 24 formed as the lowermost layer is coupled to the modeling plate 21, the three-dimensional modeled object and the modeling plate form an integrated object. An integrated product of the three-dimensional shaped object and the modeling plate can be used as a mold.
  • the present inventors have found a phenomenon that the solidified layer is raised depending on the scanning condition of the light beam. Specifically, the "outline part" that forms the outer surface of the three-dimensional shaped object, that is, the outer contour of the three-dimensional object, and the "internal region” inside it It was found that when the light beam is scanned separately, a bulge that may be caused by the scanning condition may occur. In particular, it has been found that when the high-speed scanning of the light beam is performed at a high output so as to efficiently form a solidified layer, the bulge 80 is likely to occur in a portion corresponding to the contour portion (see FIG. 9).
  • Such a bulge 80 is used in the case where a high-power light beam is scanned at a high speed with respect to both “the portion corresponding to the contour portion” and “the portion corresponding to the inner region portion” in order to efficiently form a solidified layer. This can be particularly noticeable.
  • the squeezing blade 23 may collide with the bumps 80 during the formation of the powder layer, thereby inhibiting the formation of the powder layer (see FIG. 9). Specifically, when the squeezing blade 23 is moved to form a powder layer from the powder 19, the movement of the squeezing blade 23 can be prevented by the presence of the ridge 80.
  • the present invention has been made in view of such circumstances. That is, the subject of this invention is providing the powder sintering lamination method which can reduce the protrusion of "the part corresponding to the outline part of a three-dimensional shaped molded article".
  • a step of irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam to sinter or melt-solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) a new powder on the obtained solidified layer A method for producing a three-dimensional shaped object in which a powder layer and a solidified layer are alternately formed by a step of forming a layer and irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam to form a further solidified layer.
  • the manufacturing method according to one aspect of the present invention can avoid the “problem in which the squeezing blade collides with the“ bump ”during the formation of the powder layer and the formation of the powder layer is hindered”.
  • the figure which represented the concept which concerns on 1 aspect of this invention typically Light beam power profile Correlation between “peak power P A ” and “height height H of the portion corresponding to the contour of the three-dimensional shaped object”
  • the figure which represented typically the suitable aspect (The aspect in which several cyclic
  • the figure which represented typically the suitable aspect (The aspect in which several linear irradiation path
  • powder layer means, for example, “a metal powder layer made of metal powder” or “a resin powder layer made of resin powder”.
  • the “predetermined portion of the powder layer” substantially refers to the region of the three-dimensional shaped object to be manufactured. Therefore, by irradiating the powder existing at the predetermined location with a light beam, the powder is sintered or melted and solidified to form a three-dimensional shaped object.
  • solidified layer means “sintered layer” when the powder layer is a metal powder layer, and means “cured layer” when the powder layer is a resin powder layer.
  • FIG. 6 schematically shows a process aspect of stereolithographic composite processing
  • FIGS. 7 and 8 are flowcharts of the main configuration and operation of the stereolithographic composite processing machine capable of performing the powder sintering lamination method and the cutting process. Respectively.
  • the stereolithography combined processing machine 1 includes a powder layer forming means 2, a light beam irradiation means 3, and a cutting means 4, as shown in FIGS.
  • the powder layer forming means 2 is means for forming a powder layer by spreading a powder such as a metal powder or a resin powder with a predetermined thickness.
  • the light beam irradiation means 3 is a means for irradiating a predetermined portion of the powder layer with the light beam L.
  • the cutting means 4 is a means for cutting the side surface of the laminated solidified layer, that is, the surface of the three-dimensional shaped object.
  • the powder layer forming means 2 mainly comprises a powder table 25, a squeezing blade 23, a modeling table 20, and a modeling plate 21, as shown in FIG.
  • the powder table 25 is a table that can be moved up and down in a powder material tank 28 whose outer periphery is surrounded by a wall 26.
  • the squeezing blade 23 is a blade that can move in the horizontal direction to obtain the powder layer 22 by supplying the powder 19 on the powder table 25 onto the modeling table 20.
  • the modeling table 20 is a table that can be moved up and down in a modeling tank 29 whose outer periphery is surrounded by a wall 27.
  • the modeling plate 21 is a plate that is arranged on the modeling table 20 and serves as a base for a three-dimensional modeled object.
  • the light beam irradiating means 3 mainly includes a light beam oscillator 30 and a galvanometer mirror 31, as shown in FIG.
  • the light beam oscillator 30 is a device that emits a light beam L.
  • the galvanometer mirror 31 is a means for scanning the emitted light beam L into the powder layer, that is, a scanning means for the light beam L.
  • the cutting means 4 mainly comprises a milling head 40 and a drive mechanism 41 as shown in FIG.
  • the milling head 40 is a cutting tool for cutting the side surface of the laminated solidified layer, that is, the surface of the three-dimensional shaped object.
  • the drive mechanism 41 is means for moving the milling head 40 to a desired location to be cut.
  • the operation of the stereolithography combined processing machine includes a powder layer forming step (S1), a solidified layer forming step (S2), and a cutting step (S3).
  • the powder layer forming step (S1) is a step for forming the powder layer 22.
  • the modeling table 20 is lowered by ⁇ t (S11) so that the level difference between the upper surface of the modeling plate 21 and the upper end surface of the modeling tank 29 becomes ⁇ t.
  • the squeezing blade 23 is moved in the horizontal direction from the powder material tank 28 toward the modeling tank 29 as shown in FIG.
  • the powder 19 arranged on the powder table 25 can be transferred onto the modeling plate 21 (S12), and the powder layer 22 is formed (S13).
  • the powder material for forming the powder layer include “metal powder having an average particle diameter of about 5 ⁇ m to 100 ⁇ m” and “resin powder such as nylon, polypropylene, or ABS having an average particle diameter of about 30 ⁇ m to 100 ⁇ m”. . If a powder layer is formed, it will transfer to a solidified layer formation step (S2).
  • the solidified layer forming step (S2) is a step of forming the solidified layer 24 by light beam irradiation.
  • the light beam L is emitted from the light beam oscillator 30 (S21), and the light beam L is scanned to a predetermined location on the powder layer 22 by the galvano mirror 31 (S22).
  • the powder at a predetermined location of the powder layer is sintered or melted and solidified to form the solidified layer 24 as shown in FIG. 6B (S23).
  • a carbon dioxide laser, an Nd: YAG laser, a fiber laser, an ultraviolet ray, or the like may be used.
  • the powder layer forming step (S1) and the solidified layer forming step (S2) are alternately repeated. Thereby, as shown in FIG.6 (c), the some solidified layer 24 is laminated
  • the cutting step (S3) is a step for cutting the side surface of the laminated solidified layer 24, that is, the surface of the three-dimensional shaped object.
  • the cutting step is started by driving the milling head 40 (see FIG. 6C and FIG. 7) (S31). For example, when the milling head 40 has an effective blade length of 3 mm, a cutting process of 3 mm can be performed along the height direction of the three-dimensional shaped object.
  • the milling head 40 is driven. Specifically, a cutting process is performed on the side surface of the laminated solidified layer 24 while moving the milling head 40 by the drive mechanism 41 (S32).
  • the manufacturing method according to one embodiment of the present invention is characterized by the light beam scanning conditions for the above-described powder sintering lamination method.
  • scanning of the light beam is performed by “light beam scanning A for irradiating a portion corresponding to the contour portion of the three-dimensional shaped object” and “three-dimensional shape object inside the contour portion”.
  • the portion corresponding to the inner region of the light beam is divided into a light beam scanning B ”for irradiating a light beam.
  • the light beam scanning A is indicated by reference numeral “65”
  • the light beam scanning B is indicated by reference numeral “75”.
  • the peak power P is relatively adjusted between the light beam scanning A and the light beam scanning B.
  • the peak power P A of the light beam L A for the “portion corresponding to the contour portion” is lower than the peak power P B of the light beam L B for the “portion corresponding to the inner region portion”.
  • the relative adjustment of P is performed (see FIG. 1). In other words, lower than the peak power P B of the peak power P A of "portion corresponding to a contour portion""portion corresponding to the inner area part".
  • the light beam scanning conditions are relatively adjusted between the light beam scanning A and the light beam scanning B.
  • “bumps” that can occur during formation of the solidified layer can be reduced. More specifically, when the peak power P A for "portion corresponding to a contour portion” adjusts the peak power P to be lower than the peak power P B for "the portion corresponding to the inner area part", "contour It is possible to reduce the bulge that may occur in the “corresponding portion”. According to the manufacturing method according to one aspect of the present invention, when the light beam is scanned separately into a portion corresponding to the contour portion of the three-dimensionally shaped object and a portion corresponding to the inner region portion that is on the inner side thereof Even so, the bulge of the portion corresponding to the contour portion can be reduced.
  • the manufacturing method according to one aspect of the present invention can reduce the bulge, in particular, the bulge of “the portion corresponding to the contour portion of the three-dimensional shaped object”, and as a result, the ski layer is formed when the powder layer 22 is subsequently formed. The movement of the ging blade 23 is not hindered.
  • the “contour part” means a part of the outer peripheral contour that forms the outer surface part of the three-dimensional shaped object.
  • the “portion corresponding to the contour portion” corresponds to the peripheral portion in the “region of the three-dimensional shaped article to be manufactured” defined by the powder layer.
  • the “contour part” may be regarded as a form having a width dimension in the “peripheral part”, for example, from the outermost surface of the three-dimensional shaped object to about 0.01 mm to about 3 mm inside (horizontal inner side).
  • the local region from about 0.05 mm to about 0.3 mm inside (horizontal direction inside) corresponds to the “contour” of the three-dimensional shaped object.
  • the “inner region portion” in this specification means a solid portion that is inside the contour portion in the three-dimensional shaped object.
  • the “portion corresponding to the internal region portion” corresponds to a portion excluding the “peripheral portion” in the “region of the three-dimensional shaped article to be manufactured” defined by the powder layer.
  • the peak power P is relatively adjusted between the light beam scanning A and the light beam scanning B.
  • the “peak power P A of the light beam applied to the portion that becomes the contour portion of the three-dimensional shaped object” is changed to “the peak power P of the light beam applied to the portion that becomes the inner region portion of the three-dimensional shaped object”. B ”.
  • the specific values of the light beam of the peak power P A is irradiated to the portion to be the contour of the three-dimensionally shaped object, part of the ridge height corresponding to the contour of the "peak power P A and three-dimensionally shaped object It is preferable to determine from “correlation with height H”. This will be described in detail. Under the condition that the energy density of the light beam is constant, as shown in FIG. 3, “peak power P A ” and “protrusion height H corresponding to the contour portion of the three-dimensional shaped object” are approximately proportional. May have a relationship.
  • the specific value of the peak power P A can be determined from the thickness of the powder layer to be formed (that is, the gap dimension “h a ” between the squeezing blade and the shaping plate when forming the powder layer). .
  • the height dimension I is smaller than the gap size between the squeezing blade and the modeling plate when forming the powder layer.
  • the relative adjustment of the peak power P may be performed by relatively changing the output of the light beam between the light beam scan A and the light beam scan B. That is, the relative adjustment between the peak power P A and the peak power P B may be performed by relatively changing the output of the light beam between the light beam scanning A and the light beam scanning B. Specifically, by making the light beam output U A for the light beam scanning A lower than the light beam output U B for the light beam scanning B, the peak power P A is made higher than the peak power P B. May be lowered.
  • the relative adjustment between the peak power P A and the peak power P B may be performed by relatively changing the spot diameter of the light beam between the light beam scan A and the light beam scan B. Specifically, the light of the light beam spot diameter D A for the beam scanning A, by greater than the light beam spot diameter D B for light beam scanning B, the peak power P A peak power P It may be lower than B.
  • the relative adjustment of the peak power P by changing the output of the light beam or changing the spot diameter of the light beam is a relatively simple operation. In general, it is difficult to predict how much of the “bulge” of the “part corresponding to the contour of the three-dimensional shaped object” will occur. It is difficult to design the original shaped object. In this regard, the manufacturing method according to one aspect of the present invention can omit the design itself assuming such a phenomenon that is difficult to predict by “relatively simple adjustment of the light beam”.
  • the light beam is scanned so that the light beam scan B is performed prior to the light beam scan A.
  • the light beam scanning A it is preferable to carry out the light beam scanning A ”for the purpose.
  • the energy density of the light beam may be the same between the light beam scan A and the light beam scan B.
  • the "inner region portion and the" portion corresponding to a contour portion "of the lower conditions than the peak power P B of the peak power P A is” portion corresponding to the inner area part "of the” portion corresponding to a contour portion "
  • the energy density of the light beam may be the same between the “corresponding portions”.
  • “Aspects with the same energy density” means that the solidification density of the contour part in the obtained three-dimensional shaped object is reduced in the inner region part while reducing the bulge of the part corresponding to the contour part of the three-dimensional shaped object. Can be made identical to each other without lowering.
  • the “solidification density” corresponds to the “sintering density”. Therefore, such a mode reduces the bulge of the portion corresponding to the contour portion of the three-dimensional shaped object, while the third order.
  • the sintered density can be made substantially the same between the contour portion and the internal region portion of the original shaped article.
  • the light beam scanning A for the “part corresponding to the contour part” of the three-dimensionally shaped object.
  • the light beam may be scanned so that a plurality of annular irradiation paths are adjacent to each other along a portion corresponding to the contour portion of the three-dimensional shaped object.
  • a plurality of annular irradiation paths M i 1,2,3...
  • the light beams may be scanned so that they are adjacent to each other.
  • the light beam scanning A may be performed so that a plurality of irradiation paths having a form that closes along the “portion corresponding to the contour portion” are adjacent to each other.
  • the peak power P is lower in the “relatively located annular irradiation path light beam” than the “relatively located annular irradiation path light beam”. It is preferable to scan the light beam. For example, in the embodiment shown in FIG.
  • the light beam of the linear irradiation path positioned relatively outside has a peak power P higher than “the light beam of the linear irradiation path positioned relatively inside”. It is preferable to scan the light beam so as to be low. For example, taking the mode shown in FIG. 5A as an example, “a linear irradiation path positioned relatively outside” and “a linear irradiation path positioned relatively inside” in the “part corresponding to the contour portion”. "And exist. In the mode shown in the figure, in the lateral region (“X region” in FIG.
  • X region is a region whose longitudinal direction corresponds to the extending direction of the linear irradiation path.
  • the peak powers for the linear irradiation paths N 1 , N 2 and N 3 are P A (N1) , P A (N2) and P A (N3) , respectively. It is preferable to carry out the light beam scanning A so that P A (N1) ⁇ P A (N2) ⁇ P A (N3) .
  • the "Y region” may be implemented a light beam scanning A small peak power P A than the value of "ha” is derived from "a point” graphically shown in FIG. 3, for example ( "Y The “region” is a region whose longitudinal direction corresponds to a direction orthogonal to the extending direction of the linear irradiation path).
  • the light beam scanning B of “the portion corresponding to the internal region of the three-dimensional shaped object” will be added.
  • the light beam irradiation of the “portion corresponding to the inner region portion” may have a form in which a plurality of linear irradiation paths are arranged in parallel.
  • so-called raster scanning may be performed in which the light beam is scanned linearly and in parallel.
  • the light beam scanning A (65) shown in FIGS. 5A and 5B can also be regarded as raster scanning. Therefore, the mode shown in FIGS. 5A and 5B is a mode in which raster scanning is performed on both the portion corresponding to the internal region portion and the portion corresponding to the contour portion of the three-dimensionally shaped object. It can be said.
  • the manufacturing method of the present invention is not only for the powder sintering lamination method (see FIGS. 6 and 7) that additionally performs the cutting process, but also for the powder sintering lamination method that does not perform the cutting process. It can be implemented similarly.
  • First aspect (i) a step of irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam to sinter or melt-solidify the powder at the predetermined portion to form a solidified layer; and (ii) on the obtained solidified layer Forming a new powder layer, irradiating a predetermined portion of the new powder layer with a light beam to form a further solidified layer, and repeating the powder layer formation and the solidified layer formation alternately to form a three-dimensional shape modeling A method for manufacturing a product, Light beam scanning A for irradiating the portion corresponding to the contour portion of the three-dimensional shaped object with the light beam scanning, and the inner region of the three-dimensional shaped object inside the contour portion The part corresponding to the part is divided into the light beam scanning B for irradiating the light beam, Said light beam to be lower than the peak power P B for the portion where the peak power P A of the light beam with respect to a portion corresponding to the
  • Second aspect The method for manufacturing a three-dimensional shaped object according to the first aspect, wherein the light beam is scanned so that the light beam scan B is performed prior to the light beam scan A.
  • Third aspect In the first aspect or the second aspect, in the light beam scanning A, the light beam is scanned so that a plurality of annular irradiation paths are adjacent to each other along a portion corresponding to the contour portion. A method for producing a featured three-dimensional shaped object.
  • Fourth aspect In the first aspect or the second aspect, in the light beam scanning A, the light beam is scanned so that a plurality of linear irradiation paths are arranged in parallel at a portion corresponding to the contour portion. A method for producing a three-dimensional shaped object.
  • the peak power P by changing the output of the light beam relatively between the light beam scan A and the light beam scan B, the peak power P A method for producing a three-dimensional shaped object, wherein the relative adjustment is performed.
  • the peak power P is changed by relatively changing a spot diameter of the light beam between the light beam scan A and the light beam scan B. The method for producing a three-dimensional shaped object, wherein the relative adjustment is performed.
  • Seventh aspect The three-dimensional shape according to any one of the first to sixth aspects, wherein the energy density of the light beam is the same between the light beam scan A and the light beam scan B. Manufacturing method of a model.
  • Various articles can be manufactured by carrying out the manufacturing method of the three-dimensional shaped object according to one embodiment of the present invention.
  • the resulting three-dimensional shaped article is a plastic injection mold, a press mold, a die-cast mold, It can be used as a mold such as a casting mold or a forging mold.
  • the powder layer is an organic resin powder layer and the solidified layer is a hardened layer
  • the obtained three-dimensional shaped article can be used as a resin molded product.

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Abstract

 "三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分"の隆起を減じることができる粉末焼結積層法を提供する。本発明の製造方法は、(i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記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、その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って粉末層形成および固化層形成を交互に繰り返して行い、光ビームの走査を、三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査Aと、輪郭部よりも内側となる三次元形状造形物の内部領域部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査Bとに分けており、輪郭部に相当する部分に対する光ビームのピークパワーPが内部領域部に相当する部分に対する光ビームのピークパワーPよりも低くなるように、光ビーム走査Aと光ビーム走査Bとの間で相対的にピークパワーPを調整する。

Description

三次元形状造形物の製造方法
 本開示は、三次元形状造形物の製造方法に関する。より詳細には、本開示は、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「粉末焼結積層法」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体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(特許文献1または特許文献2参照)。
 (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6に示すように、まず、スキージング・ブレード23を動かして粉末19を移送させて造形プレート21上に所定厚みの粉末層22を形成する(図6(a)参照)。次いで、粉末層の所定箇所に光ビームLを照射して粉末層から固化層24を形成する(図6(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6(c)参照)、最終的には積層化した固化層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とは一体化物を成すことになる。三次元形状造形物と造形プレートとの一体化物は金型として使用することができる。
特表平1-502890号公報 特開2000-73108号公報
 上記のような粉末焼結積層法において、本願発明者らは、光ビームの走査条件の如何によって固化層が隆起する現象を見出した。具体的には、三次元形状造形物の外面部を成すことになる、即ち、三次元形状造形物の外周輪郭を成すことになる“輪郭部”と、それよりも内側の“内部領域部”とに分けて光ビームの走査を行うと、走査条件に起因すると考えられる隆起が生じ得ることを見出した。特に、効率的な固化層形成を行うべく高出力で光ビームの高速走査を実施すると、上記輪郭部に相当する部分に隆起80が生じ易いことが分かった(図9参照)。
 このような隆起80は、効率的な固化層形成を行うべく“輪郭部に相当する部分”および“内部領域部に相当する部分”の双方に対して高出力で光ビームを高速走査する場合に特に顕著に生じ得る。
 隆起80が一旦生じると、粉末層形成時にスキージング・ブレード23が隆起80に衝突して粉末層形成が阻害され得る(図9参照)。具体的には、スキージング・ブレード23を移動させて粉末19から粉末層を形成するに際しては、スキージング・ブレード23の移動が隆起80の存在によって阻止され得る。
 本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の課題は、“三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分”の隆起を減じることができる粉末焼結積層法を提供することである。
 上記課題を解決するため、本発明の一態様では、
 (i)粉末層の所定箇所に光ビームを照射してその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、その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
によって粉末層形成および固化層形成を交互に繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
 光ビームの走査を「三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査A」と「前記輪郭部よりも内側となる三次元形状造形物の内部領域部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査B」とに分けており、
 輪郭部に相当する部分に対する光ビームのピークパワーPが内部領域部に相当する部分に対する光ビームのピークパワーPよりも低くなるように、光ビーム走査Aと光ビーム走査Bとの間で相対的にピークパワーPを調整することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法が提供される。
 本発明の一態様に係る製造方法に従って三次元形状造形物の“輪郭部に相当する部分”と“内部領域部に相当する部分”との間で相対的に光ビームのピークパワーPを変えると“輪郭部に相当する部分”の隆起を減じることができる。従って、本発明の一態様に係る製造方法は『粉末層形成時にスキージング・ブレードが“隆起”に衝突して粉末層形成が阻害される不具合』を回避できる。
本発明の一態様に係る概念を模式的に表した図 光ビームのパワー・プロファイル “ピークパワーP”と“三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分の隆起高さH”との相関関係 本発明のある好適な態様(“三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分”において複数の環状照射パスが互いに隣接する態様)を模式的に表した図 本発明のある好適な態様(“三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分”において複数の直線状照射パスが並列する態様)を模式的に表した図 粉末焼結積層法において切削処理を付加的に行う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 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 本願発明者らが見出した現象を説明するための模式図
 以下では、図面を参照して本発明の一態様に係る製造方法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。
[粉末焼結積層法]
 まず、本発明の製造方法の前提となる粉末焼結積層法について説明する。粉末焼結積層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6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7および図8は、粉末焼結積層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6および図7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側面、即ち、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6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7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を粉末層にスキャニングする手段、即ち、光ビームLの走査手段である。
 切削手段4は、図7に示すように、ミーリングヘッド40および駆動機構41を主に有して成る。ミーリングヘッド40は、積層化した固化層の側面、即ち、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、ミーリングヘッド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。光造形複合加工機の動作は、図8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6(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、粉末層の所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させ、図6(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6(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の側面、即ち、三次元形状造形物の表面を削るためのステップである。ミーリングヘッド40(図6(c)および図7参照)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、ミーリングヘッド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が積層した時点でミーリングヘッド40を駆動させる。具体的には駆動機構41によってミーリングヘッド40を移動させながら、積層化した固化層24の側面に対して切削処理を施すことになる(S32)。このような切削ステップ(S3)が終了すると、所望の三次元形状造形物が得られているか否かの判断を行う(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24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を得ることができる。
[本発明の製造方法]
 本発明の一態様に係る製造方法は、上述した粉末焼結積層法につき、光ビームの走査条件に特徴を有している。
 具体的には、まず光ビームの走査を「三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査A」と「輪郭部よりも内側となる三次元形状造形物の内部領域部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査B」とに分ける。図1では光ビーム走査Aが符号“65”で示されると共に、光ビーム走査Bが符号“75”で示される。そして、光ビーム走査Aと光ビーム走査Bとの間で相対的にピークパワーPを調整する。具体的には“輪郭部に相当する部分”に対する光ビームLのピークパワーPが“内部領域部に相当する部分”に対する光ビームLのピークパワーPよりも低くなるようにピークパワーPの相対的な調整を行う(図1参照)。換言すれば、“輪郭部に相当する部分”のピークパワーPを“内部領域部に相当する部分”のピークパワーPよりも低くする。
 このように本発明の一態様に係る製造方法では、光ビーム走査Aと光ビーム走査Bとの間で相対的に光ビームの走査条件を調整する。
 本発明の一態様に係る製造方法に従って光ビームの走査条件を相対的に調整すると、固化層形成に際して生じ得る“隆起”を減じることができる。より具体的には、“輪郭部に相当する部分”に対するピークパワーPが“内部領域部に相当する部分”に対するピークパワーPよりも低くなるようにピークパワーPを調整すると、“輪郭部に相当する部分”に生じ得る隆起を減じることができる。本発明の一態様に係る製造方法に従えば、三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分と、それよりも内側となる内部領域部に相当する部分とに分けて光ビームを走査する場合であっても、輪郭部に相当する部分の隆起を減じることができる。
 “輪郭部に相当する部分”および“内部領域部に相当する部分”との間にて同様の条件で光ビームを走査する場合においては、“輪郭部に相当する部分”で過剰量の粉末が固化に寄与することになり、隆起が生じやすくなるものと推測される。より具体的にいえば、“輪郭部に相当する部分”においては、その周囲に粉末がより多く存在することから過剰量の粉末が溶融する傾向があり、表面張力に起因して“隆起”が生じ易くなるものと推測される。
 この点、本発明の一態様に係る製造方法のように「輪郭部に相当する部分のピークパワーP」を「内部領域部に相当する部分のピークパワーP」よりも低くすると、“過剰量の粉末の溶融”を回避することが可能となる。それゆえ、本発明の一態様に係る製造方法は、隆起、特に“三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分”の隆起を減じることができ、結果として、その後の粉末層22形成時にスキージング・ブレード23の移動が阻害されなくなる。
 ここで、本明細書において「輪郭部」は、三次元形状造形物の外面部を成すことになる外周輪郭の部分を意味している。換言すれば、“輪郭部に相当する部分”とは、粉末層にて規定される「製造される三次元形状造形物の領域」において、その周縁部分に相当する。「輪郭部」は、“周縁部分”において、幅寸法を有する形態ととらえてもよく、例えば、三次元形状造形物の最外表面から約0.01mm~約3mm内側(水平方向内側)に至るまで、好ましくは約0.05mm~約0.3mm内側(水平方向内側)に至るまでの局所的な領域が三次元形状造形物の“輪郭部”に相当する。一方、本明細書において「内部領域部」とは、三次元形状造形物において輪郭部よりも内側となる中実部分を意味している。換言すれば、“内部領域部に相当する部分”は、粉末層にて規定される「製造される三次元形状造形物の領域」において、上記“周縁部分”を除いた部分に相当する。
 また、本明細書において「ピークパワーP」とは、図2に示すようなガウス分布を有する光ビームのパワー・プロファイルにおいて最大のパワーを指しており、その単位は例えば[W]である。より具体的にいえば、図2のガウス分布のパワー・プロファイルを示す以下の式につき、ピークパワーPは、r=0におけるパワーp(0)に相当する(阿部諭、外1名、金沢大学大学院自然科学研究科システム創成科学専攻の博士論文「金属光造形法複合加工法および金型に関する開発研究」、2008年3月31日、P52-53)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001

(P:光ビームのパワー[W]、P:ピークパワー[W]、r:集光半径(スポット径/2)[mm]、σ:標準偏差[-]、S:集光面積[mm])
 本発明の一態様に係る製造方法は、光ビーム走査Aと光ビーム走査Bとの間で相対的にピークパワーPを調整する。具体的には「三次元形状造形物の輪郭部となる部分に照射する光ビームのピークパワーP」を「三次元形状造形物の内部領域部となる部分に照射する光ビームのピークパワーP」よりも低くする。例えば、ピークパワーPをピークパワーPよりも30%~80%低くすることが好ましく、更にいえば40%~70%低くすることがより好ましい。
 三次元形状造形物の輪郭部となる部分に照射する光ビームのピークパワーPの具体的な値については、「ピークパワーPと三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分の隆起高さHとの相関関係」から決定することが好ましい。これにつき詳述する。光ビームのエネルギー密度が一定となる条件下では、図3に示すように“ピークパワーP”と“三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分の隆起高さH”とは略比例の関係を有し得る。それゆえ、形成すべき粉末層の厚み(即ち、粉末層形成時におけるスキージング・ブレードと造形プレートとの隙間寸法“h”)からピークパワーPの具体的な値を決定することができる。図3に示すグラフに基づくと、“h”から導出される“a点”の値よりも小さいピークパワーPで光ビーム走査Aを実施すると、隆起が生じたとしても、その高さ寸法は、粉末層形成時のスキージング・ブレードと造形プレートとの隙間寸法よりも小さくなる。その結果、粉末層形成時にスキージング・ブレードが“輪郭部の隆起”に衝突せず、粉末層形成が阻害されない。
 本発明の一態様に係る製造方法では、光ビーム走査Aと光ビーム走査Bとの間で相対的に光ビームの出力を変えることによって、ピークパワーPの相対的な調整を行ってよい。つまり、ピークパワーPとピークパワーPとの相対的な調整は、光ビーム走査Aと光ビーム走査Bとの間で光ビームの出力を相対的に変えることによって行ってよい。具体的には、光ビーム走査Aのための光ビームの出力Uを、光ビーム走査Bのための光ビームの出力Uよりも低くすることによって、ピークパワーPをピークパワーPよりも低くしてよい。
 また、ピークパワーPとピークパワーPとの相対的な調整は、光ビーム走査Aと光ビーム走査Bとの間で光ビームのスポット径を相対的に変えることによって行ってもよい。具体的には、光ビーム走査Aのための光ビームのスポット径Dを、光ビーム走査Bのための光ビームのスポット径Dよりも大きくすることによって、ピークパワーPをピークパワーPよりも低くしてよい。
 光ビームの出力を変えること又は光ビームのスポット径を変えることによるピークパワーPの相対的な調整は比較的簡易な操作である。一般的に“三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分”の隆起について、どの程度の大きさの“隆起”が生じるかは予測し難く、かかる予測し難い現象を予め想定した上で三次元形状造形物を設計するのは困難とされる。この点、本発明の一態様に係る製造方法は、そのように予測し難い現象を想定した設計そのものを“光ビームの比較的簡易な調整”によって省くことが可能となる。
 本発明の一態様に係る製造方法では、好ましくは、光ビーム走査Aに先立って光ビーム走査Bが行われるように光ビームの走査を行う。つまり、「三次元形状造形物の内部領域部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査B」を実施した後で「三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査A」を実施することが好ましい。これによって、“輪郭部に相当する部分”の周囲では光ビーム照射に際して溶融する粉末量がより減じられることになり、“輪郭部に相当する部分”の隆起を効果的に減じることができる。
 ある好適な態様では、光ビーム走査Aと光ビーム走査Bとの間で光ビームのエネルギー密度を同一にしてよい。つまり、“輪郭部に相当する部分”のピークパワーPが“内部領域部に相当する部分”のピークパワーPよりも低い条件下において“輪郭部に相当する部分”と“内部領域部に相当する部分”との間で光ビームのエネルギー密度を同一にしてよい。これにより、三次元形状造形物の輪郭部と内部領域部との間で固化層の密度(即ち、固化密度)を実質的に同一にすることができる。
 ちなみに、ここでいう「光ビームのエネルギー密度」とは、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
 E[J/mm]:エネルギー密度
 U[W]:ビーム出力
 V[mm/s]:走査速度
 D[mm]:スポット径
 “エネルギー密度を同一にする態様”は、三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分の隆起を減じつつも、得られる三次元形状造形物において輪郭部の固化密度を内部領域部の固化密度よりも低下させずに互いに同一にできる。尚、粉末材料として金属粉末を用いる場合、「固化密度」は「焼結密度」に相当するので、かかる態様は、三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分の隆起を減じつつも、三次元形状造形物の輪郭部と内部領域部とで焼結密度を実質的に同一にすることができる。
 本発明の一態様に係る製造方法において、三次元形状造形物の“輪郭部に相当する部分”のための光ビーム走査Aとしては種々の態様が考えられる。例えば、光ビーム走査Aにおいて、三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分に沿って複数の環状照射パスが相互に隣接するように光ビームを走査してよい。具体的には、図4に示すように、光ビーム走査A(65)として、“輪郭部に相当する部分”(60)に沿って複数の環状照射パスMi=1,2,3・・・が相互に隣接することになるように光ビームを走査してよい。つまり、“輪郭部に相当する部分”に沿って閉じるような形態を有する複数の照射パスが相互に隣接するように光ビーム走査Aを実施してよい。かかる複数の環状照射パスについていえば、「相対的に外側に位置する環状照射パスの光ビーム」が「相対的に内側に位置する環状照射パスの光ビーム」よりもピークパワーPが低くなるように光ビームの走査を行うことが好ましい。例えば図4に示す態様でいえば、環状照射パスM、MおよびMに対するピークパワーをそれぞれPA(M1)、PA(M2)およびPA(M3)とする場合、PA(M1)<PA(M2)<PA(M3)の関係となるように光ビーム走査Aを実施することが好ましい。このようにピークパワーPを調整すると、輪郭部に相当する部分の隆起をより効果的に減じることができる。
 また、光ビーム走査Aにおいて、三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分において複数の直線状照射パスが並列するように光ビームを走査してよい。具体的には、図5(a)に示すように、光ビーム走査A(65)においては、“輪郭部に相当する部分”(60)にて複数の直線状照射パスNi=1,2,3・・・が並列することになるように光ビームを走査してもよい。つまり、複数の直線状照射パスが“輪郭部に相当する部分”を占めることになるように、光ビーム走査Aを実施してよい。図5(a)に示す態様は、直線状照射パスが“輪郭部に相当する部分”の端から端まで長く延在する形態を有しているが、それに限定されず、図5(b)に示す態様のように直線状照射パスが短いサブ照射パスN’i=1,2,3・・・へと分断された形態を有していてもよい。
 “複数の直線状照射パスの態様”では「相対的に外側に位置する直線状照射パスの光ビーム」が「相対的に内側に位置する直線状照射パスの光ビーム」よりもピークパワーPが低くなるように光ビームの走査を行うことが好ましい。例えば図5(a)に示す態様を例にとると、“輪郭部に相当する部分”において「相対的に外側に位置する直線状照射パス」と「相対的に内側に位置する直線状照射パス」とが存在している。図示する態様では、“輪郭部に相当する環状部分”のうちの横方向領域(図5(a)の“X領域”)において「相対的に外側に位置する直線状照射パス」と「相対的に内側に位置する直線状照射パス」とが存在する(“X領域”は、その長手方向が直線状照射パスの延在方向に相当する領域である)。このような図5(a)に示す態様では、直線状照射パスN、NおよびNに対するピークパワーをそれぞれPA(N1)、PA(N2)およびPA(N3)とすると、PA(N1)<PA(N2)<PA(N3)の関係となるように光ビーム走査Aを実施することが好ましい。このようにピークパワーPを調整すると、輪郭部に相当する部分の隆起をより効果的に減じることができる。尚、“輪郭部に相当する環状部分”のうちの縦方向領域(図5(a)の“Y領域”)においては、ピークパワーPの相対的な変更を特に施さなくてもよい。それゆえ、“Y領域”では、例えば図3に示すグラフにて“ha”から導出される“a点”の値よりも小さいピークパワーPで光ビーム走査Aを実施してよい(“Y領域”は、その長手方向が直線状照射パスの延在方向に対して直交する方向に相当する領域である)。
 最後に「三次元形状造形物の内部領域部に相当する部分」の光ビーム走査Bについて付言しておく。かかる“内部領域部に相当する部分”の光ビーム照射は、複数の直線状照射パスが並列する形態となっていてよい。つまり、「三次元形状造形物の内部領域部に相当する部分」に対して実施する光ビーム走査Bとしては、直線的かつ並列的に光ビームを走査する、いわゆるラスタ走査を行ってよい。これにつき更にいえば、図5(a)および(b)に示す光ビーム走査A(65)もラスタ走査と捉えることができる。それゆえ、図5(a)および(b)に示す態様は、三次元形状造形物の内部領域部に相当する部分および輪郭部に相当する部分の双方に対してラスタ走査を実施する態様であるといえる。
 以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の適用範囲における典型例を示したに過ぎない。従って、本発明は、上記の実施形態に限定されず、種々の変更がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。例えば、本発明の製造方法は、切削処理を付加的に行う粉末焼結積層法(図6および図7参照)に対してのみならず、切削処理を行わない粉末焼結積層法に対しても同様に実施することができる。
 尚、上述のような本発明は、次の好適な態様を包含している。
 第1態様:(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
によって粉末層形成および固化層形成を交互に繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
 前記光ビームの走査を、前記三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査Aと、該輪郭部よりも内側となる該三次元形状造形物の内部領域部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査Bとに分けており、
 前記輪郭部に相当する部分に対する前記光ビームのピークパワーPが前記内部領域部に相当する部分に対する前記光ビームのピークパワーPよりも低くなるように、前記光ビーム走査Aと前記光ビーム走査Bとの間で相対的にピークパワーPを調整することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。
 第2態様:上記第1態様において、前記光ビーム走査Aに先立って前記光ビーム走査Bが行われるように前記光ビームを走査することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
 第3態様:上記第1態様または第2態様において、前記光ビーム走査Aにおいて、前記輪郭部に相当する部分に沿って複数の環状照射パスが互いに隣接するように前記光ビームを走査することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
 第4態様:上記第1態様または第2態様において、前記光ビーム走査Aにおいて、前記輪郭部に相当する部分にて複数の直線状照射パスが並列するように前記光ビームを走査することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
 第5態様:上記第1態様~第4態様のいずれかにおいて、前記光ビーム走査Aと前記光ビーム走査Bとの間で相対的に前記光ビームの出力を変えることによって、前記ピークパワーPの前記相対的な調整を行うことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
 第6態様:上記第1態様~第5態様のいずれかにおいて、前記光ビーム走査Aと前記光ビーム走査Bとの間で相対的に前記光ビームのスポット径を変えることによって、前記ピークパワーPの前記相対的な調整を行うことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
 第7態様:上記第1態様~第6態様のいずれかにおいて、前記光ビーム走査Aと前記光ビーム走査Bとの間で前記光ビームのエネルギー密度を同一にすることを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
 本発明の一態様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2014-43102号(出願日:2014年3月5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。
22 粉末層
24 固化層
60 三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分
65 光ビーム走査A
75 光ビーム走査B
L 光ビーム
L “三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分”に対する光ビーム
L “三次元形状造形物の内部領域部に相当する部分”に対する光ビーム
 “三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分”に対する光ビームのピークパワー
 “三次元形状造形物の内部領域部に相当する部分”に対する光ビームのピークパワー
,M,M 環状照射パス
,N,N(N’,N’,N’) 直線状照射パス

Claims (7)

  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
    によって粉末層形成および固化層形成を交互に繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
     前記光ビームの走査を、前記三次元形状造形物の輪郭部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査Aと、該輪郭部よりも内側となる該三次元形状造形物の内部領域部に相当する部分を光ビーム照射するための光ビーム走査Bとに分けており、
     前記輪郭部に相当する部分に対する前記光ビームのピークパワーPが前記内部領域部に相当する部分に対する前記光ビームのピークパワーPよりも低くなるように、前記光ビーム走査Aと前記光ビーム走査Bとの間で相対的にピークパワーPを調整することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。
  2. 前記光ビーム走査Aに先立って前記光ビーム走査Bが行われるように前記光ビームを走査することを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  3. 前記光ビーム走査Aにおいて、前記輪郭部に相当する部分に沿って複数の環状照射パスが互いに隣接するように前記光ビームを走査することを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  4. 前記光ビーム走査Aにおいて、前記輪郭部に相当する部分にて複数の直線状照射パスが並列するように前記光ビームを走査することを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  5. 前記光ビーム走査Aと前記光ビーム走査Bとの間で相対的に前記光ビームの出力を変えることによって、前記ピークパワーPの前記相対的な調整を行うことを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  6. 前記光ビーム走査Aと前記光ビーム走査Bとの間で相対的に前記光ビームのスポット径を変えることによって、前記ピークパワーPの前記相対的な調整を行うことを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  7. 前記光ビーム走査Aと前記光ビーム走査Bとの間で前記光ビームのエネルギー密度を同一にすることを特徴とする、請求項1に記載の三次元形状造形物の製造方法。
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