CN107848212B - 三维形状造型物的制造方法 - Google Patents

Abstract

为了提供更高效的三维形状造型物的制造方法，在本发明中，在通过光束照射依次形成多个固化层来制造三维形状造型物的方法中，通过混合方式形成固化层，该混合方式由在形成粉末层之后进行光束照射的层形成后照射方式、以及在供给原料时进行光束照射的原料供给时照射方式组合而成。

Description

三维形状造型物的制造方法

技术领域

本公开涉及三维形状造型物的制造方法。更详细地讲，本公开涉及通过光束照射而依次形成多个固化层的三维形状造型物的制造方法。

背景技术

以往以来，已知有通过将光束向粉末材料照射来制造三维形状造型物的方法(通常称作“粉末烧结层叠法”)。粉末烧结层叠法基于以下的工序(i)以及(ii)交替地反复实施粉末层形成与固体层形成来制造三维形状造型物。

(i)向粉末层的规定位置照射光束、使该规定位置的粉末烧结或者熔融固化而形成固化层的工序。

(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层、同样地照射光束而形成进一步的固化层的工序。

根据这样的制造技术，能够制造复杂的三维形状造型物。在使用无机物的金属粉末作为粉末材料的情况下，能够将得到的三维形状造型物用作模具。另一方面，在使用有机物的树脂粉末作为粉末材料的情况下，能够将得到的三维形状造型物作为各种模型使用。

列举出作为粉末材料而使用金属粉末、使用由此得到的三维形状造型物作为模具的情况为例。如图11所示，首先，使刮刀(squeezing blade)23移动，在造型板21上形成规定厚度的粉末层22(参照图11(a))。接着，对粉末层22的规定位置照射光束L，从粉末层22形成固化层24(参照图11(b))。接着，在得到的固化层24上形成新的粉末层22，再次照射光束而形成新的固化层24。若像这样交替地反复实施粉末层形成与固化层形成，则固化层24层叠(参照图11(c))，最终能够得到由层叠化的固化层24构成的三维形状造型物。形成为最下层的固化层24成为与造型板21结合的状态，因此三维形状造型物与造型板21成为一体化物，能够将该一体化物作为模具来使用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特表平1－502890号公报

专利文献2：特开2000－073108号公报

发明内容

发明将要解决的问题

本申请人们发现，在上述那种粉末烧结层叠法中，根据制造的三维形状造型物的情况，有时不会成为高效的制造方法。在粉末烧结层叠法中，由于依次形成具有微米级(例如50μm左右)较小厚度的固化层，因此最终获得的三维形状造型物将会具有较高的形状精度。然而，由于这种较小的厚度，导致构成三维形状造型物的固化层的层叠数存在变多的趋势，虽然最终呈现出较高的形状精度，但关于制造时间，有时不能说是充分满足。这在三维形状造型物具有更大的尺寸的情况下可能变得显著。

本发明是鉴于这样的情况而做出的。即，本发明的主要课题是提供一种更高效的三维形状造型物的制造方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，在本发明的一实施方式中，提供一种三维形状造型物的制造方法，是通过光束照射依次形成多个固化层来制造三维形状造型物的方法，其特征在于，

通过混合方式形成所述固化层，该混合方式由在粉末层的形成之后进行光束照射的层形成后照射方式、以及在原料的供给时进行光束照射的原料供给时照射方式组合而成。

发明效果

在本发明的制造方法中，能够更高效地制造三维形状造型物。具体而言，能够以更短的时间制造三维形状造型物。特别是，即使在三维形状造型物具有更大的尺寸情况下，也能够进一步缩短获得相应三维形状造型物为止的时间。

附图说明

图1是示意地表示本发明的一实施方式的制造方法的概念的剖面图。

图2是示意地表示三维形状造型物的轮廓固化层区域以及内侧固化层区域的剖面图。

图3是示意地表示通过本发明的一实施方式的制造方法获得的三维形状造型物的剖面图。

图4是按时间顺序表示本发明的一实施方式的制造方法的剖面图。

图5是示意地表示“粉末的抽吸去除”的方式的剖面图。

图6是示意地表示“表面切削处理”的方式的剖面图。

图7是示意地表示“轮廓固化层区域的台阶状面”的方式的剖面图。

图8是示意地表示“原料供给时照射方式的原料倾斜供给”的方式的剖面图。

图9是示意地表示具有中空部的三维形状造型物的立体图。

图10是示意地表示具有中空部的三维形状造型物的制造方法中的工序的剖面图。

图11是示意地表示被实施粉末烧结层叠法的光造型复合加工的工序方式的剖面图。

图12是示意地表示光造型复合加工机的构成的立体图。

图13是表示光造型复合加工机的通常的动作的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图更详细地说明有关本发明的一实施方式的制造方法。图面中的各种要素的形态及尺寸不过是例示，不反映实际的形态及尺寸。

在本说明书中，“粉末层”例如是指“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”。在本说明书中，在粉末层为金属粉末层的情况下“固化层”是指“烧结层”，在粉末层为树脂粉末层的情况下“固化层”是指“硬化层”。

另外，在本说明书中直接或间接说明的“上下”的方向基于固化层的层叠方向，将实施本发明的制造方法时固化层所层叠的方向设为“上方向”，将其相反的一侧设为“下方向”。

[粉末烧结层叠法]

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。

这里说明的粉末烧结层叠法相当于后述的“层形成后照射方式”。换句话说，说明相当于通过向粉末层的光束照射进行固化层的形成的“层形成后照射方式”的粉末烧结层叠法。此外，以下，列举在粉末烧结层叠法中附加地进行三维形状造型物的切削处理的光造型复合加工为例，但希望注意的是，“切削处理”并非必须。

图11示意地表示光造型复合加工的工序方式，图12以及图13分别示出能够实施粉末烧结层叠法与切削处理的光造型复合加工机1的主要构成以及动作的流程图。

如图12所示，光造型复合加工机1具备粉末层形成机构2、光束照射机构3以及切削机构4。

粉末层形成机构2是用于通过将金属粉末或树脂粉末等粉末以规定厚度铺设来形成粉末层的机构。光束照射机构3是用于对粉末层的规定位置照射光束L的机构。切削机构4是用来将层叠化的固化层的侧面即三维形状造型物的表面切削的机构。

粉末层形成机构2如图11所示，主要具有粉末台25、刮刀23、造型台20以及造型板21而成。粉末台25是能够在外周被壁26包围的粉末材料箱28内上下升降的台。刮刀23是将粉末台25上的粉末19向造型台20上供给、并能够在水平方向上移动以得到粉末层22的刀。造型台20是能够在外周被壁27包围的造型箱29内上下升降的台。并且，造型板21配设在造型台20上，是作为三维形状造型物的基座的板。

如图12所示，光束照射机构3主要具有光束振荡器30以及扫描振镜(galvanomirror)31。光束振荡器30是发出光束L的设备。扫描振镜31是将发出的光束L对粉末层扫描的机构，即光束L的扫描机构。

切削机构4如图12所示，主要具有铣削头40以及驱动机构41而成。铣削头40是用于将层叠化的固化层的侧面切削的切削工具。驱动机构41是使铣削头40向希望的要切削位置移动的机构。

对光造型复合加工机1的动作详细叙述。光造型复合加工机1的动作如图13的流程图所示，由粉末层形成步骤(S1)、固化层形成步骤(S2)以及切削步骤(S3)构成。粉末层形成步骤(S1)是用于形成粉末层22的步骤。在该粉末层形成步骤(S1)中，首先将造型台20下降Δt(S11)，使得造型板21的上表面与造型箱29的上端面的水平差成为Δt。接着，在将粉末台25上升Δt后，如图11(a)所示那样使刮刀23从粉末材料箱28朝向造型箱29在水平方向上移动。由此，能够使配设在粉末台25上的粉末19向造型板21上移送(S12)，进行粉末层22的形成(S13)。作为用于形成粉末层22的粉末，例如可以举出“平均粒径5μm～100μm左右的金属粉末”以及“平均粒径30μm～100μm左右的尼龙、聚丙烯或者ABS等树脂粉末”。在形成粉末层22后，移至固化层形成步骤(S2)。固化层形成步骤(S2)是通过光束照射形成固化层24的步骤。在该固化层形成步骤(S2)中，从光束振荡器30发出光束L(S21)，由扫描振镜31将光束L向粉末层22上的规定位置扫描(S22)。由此，使粉末层22的规定位置的粉末烧结或者熔融固化，如图11(b)所示形成固化层24(S23)。作为光束L，可以使用碳酸气体激光、Nd：YAG激光、光纤激光或紫外线等。

粉末层形成步骤(S1)以及固化层形成步骤(S2)交替地反复实施。由此，如图11(c)所示，多个固化层24层叠化。

若层叠化的固化层24达到规定厚度(S24)，则移至切削步骤(S3)。切削步骤(S3)是用于将层叠化的固化层24的侧面、即三维形状造型物的表面切削的步骤。通过使被用作切削工具的铣削头40(参照图11(c)以及图12)驱动而开始切削步骤(S31)。例如，在铣削头40具有3mm的有效刃长度的情况下，能够沿着三维形状造型物的高度方向进行3mm的切削处理，所以只要Δt是0.05mm，就能够在层叠了60层的固化层24的时间点驱动铣削头40。具体而言，一边由驱动机构41使铣削头40移动，一边对层叠化的固化层24的侧面实施切削处理(S32)。如果这样的切削步骤(S3)结束，则判断是否得到了希望的三维形状造型物(S33)。在依然没有得到希望的三维形状造型物的情况下，向粉末层形成步骤(S1)返回。以后，通过反复实施粉末层形成步骤(S1)～切削步骤(S3)而实施进一步的固化层24的层叠化及切削处理，最终得到希望的三维形状造型物。

[本发明的制造方法]

本发明在上述那种三维形状造型物的制造中，在固化层的形成方法方面具有特征。特别是，在本发明的一实施方式的制造方法中，通过组合了至少两种方式的混合方式形成固化层。

具体而言，通过组合了“在形成粉末层之后进行光束照射的层形成后照射方式”与“在供给原料时进行光束照射的原料供给时照射方式”的混合方式，形成固化层。

将在本发明的一实施方式的制造方法中采用的混合方式的概念表示在图1中。如图示那样，在该混合方式中，固化层24的形成方式组合有互不相同的“层形成后照射方式50”与“原料供给时照射方式60”。

如图1所示，“层形成后照射方式50”相当于上述的粉末烧结层叠法，在形成粉末层22后向粉末层22照射光束L而形成固化层24。另一方面，“原料供给时照射方式60”实质上同时进行原料的供给与光束L的照射来形成固化层24。

换句话说，本说明书中所说的“层形成后照射方式”指的是暂时形成粉末层之后向粉末层的规定位置照射光束、并使该规定位置的粉末烧结或者熔融固化来形成固化层的方式。另一方面，本说明书中所说的“原料供给时照射方式”指的是不经过粉末层形成而是直接地形成固化层的方式，并且是实质上同时进行原料供给与光束照射而使供给的原料烧结或者熔融固化来形成固化层的方式。

在本发明的一实施方式的制造方法中，能够更高效地制造三维形状造型物。这是因为，“层形成后照射方式”与“原料供给时照射方式”具有在形状精度以及制造时间方面互不相同的特征，且组合它们来制造三维形状造型物。“层形成后照射方式”具有虽然能够相对地提高形状精度、但固化层形成所用的时间相对较长这一特征。另一方面，“原料供给时照射方式”具有虽然形状精度相对较低、但能够将固化层形成所用的时间相对缩短这一特征。因此，通过适当地组合像这样具有相反特征的“层形成后照射方式”与“原料供给时照射方式”，能够更高效地制造希望的三维形状造型物。更具体而言，在本发明的一实施方式的制造方法中，通过相互补足“层形成后照射方式”以及“原料供给时照射方式”各自的优点和缺点，能够以更短的时间制造具有希望的形状精度的三维形状造型物。

对“层形成后照射方式”以及“原料供给时照射方式”进行详细叙述。“层形成后照射方式”相当于上述的“粉末烧结层叠法”。由此，在“层形成后照射方式”中，首先利用刮刀等形成粉末层。在形成粉末层之后，向该粉末层的规定位置照射光束。由此使该规定位置的粉末烧结或者熔融固化而形成固化层。接着，在获得的固化层上同样形成新的粉末层，并向该新的粉末层的规定位置照射光束而形成进一步的固化层。通过交替地反复进行这样的粉末层形成以及固化层形成，能够最终获得由层叠化的固化层构成的三维形状造型物。

这里所说的“粉末层的规定位置”实际上指的是被制造的三维形状造型物的区域。因此，若对该规定位置所存在的粉末照射光束，则该粉末烧结或者熔融固化，形成三维形状造型物的固化层。

另一方面，“原料供给时照射方式”是实质上同时进行原料供给与光束照射而形成固化层的方式。若与层形成后照射方式对比来讲，原料供给时照射方式具有在获得固化层时不进行粉末层形成这一特征。

作为原料供给时照射方式的原料，可以使用粉末或者填充材料。换句话说，在原料供给时照射方式中，通过向原料供给位置照射光束，并且对该原料供给位置直接地供给粉末或者填充材料，从而由该供给的粉末或者填充材料形成固化层。

例如在使用粉末的情况下，通过光束照射使供给的粉末烧结或者熔融固化，由粉末直接地形成固化层。优选的是对光束照射的光束L的聚光部(即，成为原料供给位置的光束L的照射部分)喷雾供给粉末64，由此使粉末64烧结或者熔融固化而形成固化层24(参照图1)。如图1所示，为了喷雾供给粉末64可以使用粉末供给喷嘴65。

在原料供给时照射方式中使用的粉末的种类可以与在层形成后照射方式中使用的粉末的种类相同。即，原料供给时照射方式的粉末也可以使用层形成后照射方式的构成粉末层的粉末。

另一方面，在原料供给时照射方式中使用填充材料的情况下，通过光束使填充材料的一部分熔融，然后以获得的熔融材料直接地形成固化层。优选的是，通过以使填充材料66到达光束照射的光束聚光部(即，成为原料供给位置的光束L的照射部分)的方式供给该填充材料66，从而使填充材料66的一部分熔融来形成固化层24(参照图1)。如图1所示，例如以光束L被向填充材料66的端部照射的方式供给填充材料66。由此，可以使填充材料66的端部熔融，然后由获得的熔融材料形成固化层24。

这里所说的“填充材料”指的是所谓的焊接的技术领域中使用的焊接原料，从本发明的观点来讲，指的是若被照射光束则可暂时熔融的可熔融性材料。填充材料的材质典型地有金属，但并非限定于此。另外，填充材料的形状虽然不被特别限定，但优选的是“线状”或者“棒状”等细长的形状。这是因为，易于通过被照射光束而产生填充材料的熔融，并且能够向希望的位置更高精度地供给这样熔融的材料。

作为填充材料，优选的是使用例如金属线。若金属线的端部被维持为被供给到光束聚光部的状态，则金属线的端部依次熔融，然后可由获得的熔融材料直接地形成固化层。此外，本说明书中所说的“金属线”从其名称可知，指的是具有呈“线状”的细长的形状的金属材。

在本发明的一实施方式的制造方法中，优选的是通过原料供给时照射方式形成厚度更大的固化层。换句话说，优选的是以原料供给时照射方式形成的固化层的厚度比以层形成后照射方式形成的固化层的厚度大。由此，与“层形成后照射方式”的固化层形成相比能够以较短的时间进行“原料供给时照射方式”的固化层形成，结果可带来更高效的制造方法。虽然不被特别限定，以原料供给时照射方式形成的固化层的厚度T_{原料供给时照射}为以层形成后照射方式形成的固化层的厚度T_{层形成后照射}的例如约2倍～500倍。优选的是，原料供给时照射方式的固化层的厚度T_{原料供给时照射}为层形成后照射方式的固化层的厚度T_{层形成后照射}的约2倍～250倍，更优选的是约5倍～150倍。

另外，原料供给时照射方式能够在每单位时间以更宽的范围较大地形成固化层。关于这一点，在本发明的一实施方式的制造方法中，优选的是使原料供给时照射方式的光束照射的光束聚光径比层形成后照射方式的光束照射的光束聚光径大。由此，与“层形成后照射方式”的固化层形成相比能够以较短的时间进行“原料供给时照射方式”的固化层形成，结果可带来更高效的制造方法。此外，这里所说的“光束聚光径”指的是原料供给位置中的光束的直径(光斑直径)。虽然不被特别限定，原料供给时照射方式中的光束照射的光束聚光径D_{原料供给时照射}为层形成后照射方式中的光束照射的光束聚光径D_{层形成后照射}的例如约1.5倍～100倍。优选的是原料供给时照射方式的光束聚光径D_{原料供给时照射}为层形成后照射方式的光束聚光径D_{层形成后照射}的约2倍～80倍，更优选的是约2倍～40倍。

本发明的一实施方式的制造方法中采用的混合方式可以根据构成三维形状造型物的固化层区域相当于哪个位置来适当地区分使用“层形成后照射方式”与“原料供给时照射方式”。优选的是以层形成后照射方式形成“相当于三维形状造型物100的轮廓部的轮廓固化层区域110”，以原料供给时照射方式形成“相当于三维形状造型物100的轮廓部以外、且与轮廓部相比位于更内侧的内侧固化层区域120”(参照图2)。

由于轮廓固化层区域110形成三维形状造型物100的外表面，因此以形状精度相对较高的“层形成后照射方式”形成。另一方面，内侧固化层区域120相当于三维形状造型物100的实心部分，在三维形状造型物100中占据相对较大的体积，因此以固化层形成所用的时间相对较短的“原料供给时照射方式”形成。由此，能够以更短的时间制造具有相对较高的形状精度的三维形状造型物100。此外，这样的效果在三维形状造型物具有更大的尺寸的情况下变得显著。换句话说，如图3所示，与具有更小尺寸的三维形状造型物100(图3(a))相比的情况下，具有更大尺寸的三维形状造型物100(图3(b))的内侧固化层区域120所占据的体积的比例更大。像这样对于较大的占有体积的内侧固化层区域120实施形成时间相对较短的“原料供给时照射方式”，因此在制造具有更大尺寸的三维形状造型物100的情况下，制造时间的缩短效果更大。

在本说明书中“轮廓部”相当于最终获得的三维形状造型物中的向外部露出的外面部。由此，本说明书中的“轮廓固化层区域”实际上指的是固化层或者固化层层叠体中相当于其周缘部分的局部区域。该“轮廓固化层区域”能够视为具有某种程度的宽度尺寸的区域，例如从三维形状造型物的外表面起至约1mm～10cm内侧(水平方向内侧)的局部的区域相当于“轮廓固化层区域”。另一方面，本说明书中的“内侧固化层区域”指的是固化层或者固化层层叠体中比轮廓部更靠内侧的实心部分，明确而言，“除了轮廓部之外的固化层区域”相当于内侧固化层区域。

在某一优选的方式中，如图2所示，“轮廓部”为三维形状造型物100的侧面部分110A以及顶面部分110B的至少一方。这是因为，固化层在造型板21上层叠，最终获得的三维形状造型物100的外面部成为侧面部分110A以及顶面部分110B。

参照图4，按时间顺序说明本发明的一实施方式的制造方法。图4所示的制造方法涉及在以层形成后照射方式50形成轮廓固化层区域110、另一方面以原料供给时照射方式60形成内侧固化层区域120的方式。

根据图4的(a)～图4的(h)可知，在该制造方法中，在实施用于形成内侧固化层区域120的原料供给时照射方式60之前，实施用于形成相当于三维形状造型物100的侧面部分110A轮廓固化层区域110的层形成后照射方式50。换言之，在通过层形成后照射方式50形成成为三维形状造型物100的侧面部分110A的轮廓部之后，通过原料供给时照射方式60形成相当于三维形状造型物100的内部的内侧固化层区域120。由此，能够更高效地制造三维形状造型物100。具体而言，由于首先形成相当于三维形状造型物100的最外部分的轮廓部，因此位于其内侧的内侧固化层区域120的形成范围被预先确定，能够更简单地实施原料供给时照射方式60。

在图4的(a)～(h)所示的制造方法中，首先，实施层形成后照射方式50。如图4的(a)所示，移动刮刀23在造型板21上形成规定厚度的粉末层22。接着，如图4的(b)所示，向相当于三维形状造型物的侧面部分的粉末层区域照射光束L，从该粉末层22的一部分区域形成侧面固化层24a。接着，如图4的(c)以及图4的(d)所示那样形成新的粉末层22，并再次同样照射光束L而形成新的侧面固化层24a。这样交替地反复实施粉末层形成与固化层形成，形成相当于三维形状造型物的侧面部分110A的轮廓固化层区域110(参照图4的(d))。

在层形成后照射方式50的实施后接着实施原料供给时照射方式60。在实施该原料供给时照射方式60之前，如图4的(e)所示，优选的是将对轮廓固化层区域110的形成无用的粉末层的粉末19a进行抽吸去除。换句话说，优选的是在用于形成相当于侧面部分110A的轮廓固化层区域110的层形成后照射方式50的实施后，并且是用于形成内侧固化层区域120的原料供给时照射方式60的实施前，将对相当于侧面部分110A的轮廓固化层区域110的形成无用的粉末层的粉末19a进行抽吸去除。若这样将粉末19a抽吸去除，则能够更适当地实施原料供给时照射方式60。换句话说，在对轮廓固化层区域110的形成无用的粉末层的粉末19a存在的状态下、没有确保原料供给时照射方式60所需的区域，但通过将该粉末19a去除则能够适当地确保原料供给时照射方式60所需的区域。如图5所示，粉末19a的抽吸去除可以例如使用抽吸喷嘴90从上方实施。

接着，如图4的(f)以及图4的(g)所示，通过实施原料供给时照射方式60来形成内侧固化层24b。由此，获得相当于轮廓部的内侧部分的内侧固化层区域120。如图示那样(特别是图4的最下部分所示)，通过实际上同时在轮廓部的内侧部分进行粉末64或者填充材料66的供给与光束L的照射，由供给的粉末64或者填充材料66直接地形成内侧固化层24b。例如“以原料供给时照射方式60形成的内侧固化层24b的厚度能够比“以层形成后照射方式50形成的侧面固化层24a的厚度”大，因此能够高效地形成内侧固化层区域120。

接着，如图4的(h)所示，以层形成后照射方式50形成相当于三维形状造型物的顶面部分110B的轮廓固化层区域110。由此，在最终获得的三维形状造型物100中，能够通过成为外面部的顶面部分110B获得形状精度。

经过如以上那样的工序，能够以更短的时间获得具有相对较高的形状精度的三维形状造型物100。

此外，三维形状造型物的顶面部分110B所用的层形成后照射方式并非必须，也可以在通过原料供给时照射方式形成了内侧固化层区域120后实施表面切削处理(参照图6)。具体而言，如图6所示，也可以使用切削工具的铣削头40对通过原料供给时照射方式形成的内侧固化层区域120的上表面实施表面切削处理。通过原料供给时照射方式形成的内侧固化层区域120的形状精度不太高，但通过表面切削处理，能够提高该区域的形状精度。

在上述说明中，为了理解本发明而说明了典型的实施方式，但作为本发明的制造方法，可考虑各种具体的实施方式。

(不同种类材质的利用)

在本发明的一实施方式的制造方法中，可以将在层形成后照射方式中使用的粉末层、以及在原料供给时照射方式中使用的原料设为互不相同的材质。换句话说，可以将在层形成后照射方式中使用的构成粉末层的粉末的材质、与在原料供给时照射方式中使用的粉末或者填充材料的材质设为相互不同的种类。由此，能够获得更适合实际的用途的三维形状造型物。例如，在将三维形状造型物100用作模具的情况下，可以使轮廓固化层区域110的形成用的层形成后照射方式的粉末层为铁类材质，另一方面，可以使内侧固化层区域120的形成用的层原料供给时照射方式的原料为铜类材质(参照图2)。铁类材质为相对较硬的材质，另一方面，铜类材质为热传导率相对较高的材质，因此能够获得可使外面部较硬、并且整体提高了导热效率的模具。在希望通过其他方法使三维形状造型物整体轻量化的情况下，可以使轮廓固化层区域110的形成用的层形成后照射方式的粉末层为铁类材质，另一方面，使内侧固化层区域120的形成用的原料供给时照射方式的原料为铝类材质(参照图2)。铝为密度相对较小的金属，能够将相当于三维形状造型物100的实心部分并可能具有较大的占有体积的内侧固化层区域120设为包含这种较小密度的铝的区域。

(轮廓固化层区域的台阶状面)

在本发明的一实施方式的制造方法中，如图7所示，可以以相当于轮廓固化层区域110与内侧固化层区域120的界面的“轮廓固化层区域的面24M”成为台阶状的方式实施层形成后照射方式。这是因为，在将层形成后照射方式的粉末层与原料供给时照射方式的原料设为相互不同的金属材质的情况下，在轮廓固化层区域110与内侧固化层区域120的界面区域容易产生合金组成。换句话说，如图7的下图所示，能够在相当于轮廓固化层区域110与内侧固化层区域120的界面的区域形成合金组成区域130。

在某一优选的方式的原料供给时照射方式中，由于以维持光束照射的状态供给原料，因此先形成的轮廓固化层区域受到光束照射的影响而可能局部熔融。若轮廓固化层区域局部熔融，则成为该熔融部分被供给原料、“轮廓固化层区域的成分(特别是金属成分)”与“以原料供给时照射方式供给的原料的成分(特别是金属成分)”相互混合，因此形成合金组成的固化层区域。关于这一点，若轮廓固化层区域的面成为台阶状，则其水平面在原料供给时照射方式的实施时特别容易受到光束照射的影响，轮廓固化层区域容易熔融。换句话说，在轮廓固化层区域的面为台阶状的情况下，在轮廓固化层区域与内侧固化层区域的界面容易形成合金组成区域130(参照图7)。图7的下图概念地示出了在以层形成后照射方式形成相当于三维形状造型物的侧面部分的轮廓固化层区域110之后，使用光束L’以原料供给时照射方式形成内侧固化层区域120的方式。

如图7所示，“台阶状”的面宏观来看在三维形状造型物中为锥状，因此，能够将合金组成区域130整体设为“倾斜”。这意味着能够以“倾斜方式”在三维形状造型物的轮廓固化层区域与内侧固化层区域的界面设置由合金组成构成的固化层区域，可提高三维形状造型物的构造的强度。若像这样构造的强度提高，则可有效地防止三维形状造型的“破裂”等不良情况。

(原料供给时照射方式的原料倾斜供给)

在本发明的一实施方式的制造方法中，如图8所示，可以从“倾斜方向”进行原料供给时照射方式中的原料供给。具体而言，可以如图示那样，从相对于三维形状造型物的固化层的层叠方向形成角度的方向供给原料。在原料供给时照射方式中使用粉末64的情况下，可以使粉末供给喷嘴65(特别是其喷嘴轴)朝向相对于固化层的层叠方向形成角度的方向。在该情况下，可以通过驱动粉末供给喷嘴65来进行倾斜方向的原料供给。或者，也可以通过驱动供固化层层叠的台(即，造型台以及/或者设置在其之上的造型板)来进行倾斜方向的原料供给。而且，也可以为了进行倾斜方向的原料供给而一并实施粉末供给喷嘴65的驱动与供固化层层叠的台的驱动。

在像这样以“倾斜”供给原料的方式中，能够避免已形成的“相当于三维形状造型物的侧面部分110A的轮廓固化层区域110”与粉末供给喷嘴65或者填充材料66的物理干扰，可实现更适合的原料供给。

(中空部的壁面部分)

在本发明的一实施方式的制造方法中，优选的是以层形成后照射方式形成三维形状造型物的中空部的壁面部分。具体而言，在三维形状造型物100具有中空部150的情况下(参照图9)，优选的是以层形成后照射方式形成中空部壁固化层区域，该中空部壁固化层区域相当于构成该中空部150的壁面部分(参照图10(a)～图10(e))。这是因为，在将三维形状造型物100用作模具的情况下中空部150可成为调温介质路径，形状精度相对较高的层形成后照射方式更适合获得希望形状的调温介质路径。

在图10(a)～图10(e)所示的方式中，不仅以层形成后照射方式形成相当于构成中空部150的壁面部分的中空部壁固化层区域170，其他固化层区域也由层形成后照射方式形成。具体而言，使相当于侧面部分110A以及顶面部分110B的固化层区域为层形成后照射方式(参照图10(b)以及图10(e))，进而对于相当于底侧部分160的固化层区域也以层形成后照射方式形成(参照图10(a))。另一方面，除此以外的固化层区域以原料供给时照射方式形成。如果以图示的方式来讲，以原料供给时照射方式形成相当于侧面部分110A以及中空部壁固化层区域170的内侧的区域。更具体而言，如图10(c)所示，首先将残存的粉末19a抽吸去除之后，如图10(d)所示那样实际上同时进行填充材料66的供给与光束L而形成固化层区域120。此外，也可以取代填充材料66的供给，而是使用粉末供给喷嘴65对粉末64进行喷雾供给。

根据图10(a)～图10(e)所示的方式，即使是具有中空部150的三维形状造型物100，也能够以相对较高的形状精度并以更短的时间来获得。

此外，上述的本发明包含下述优选的方式。

第1方式：

一种三维形状造型物的制造方法，是通过光束照射依次形成多个固化层来制造三维形状造型物的方法，其特征在于，

通过混合方式形成所述固化层，该混合方式由在粉末层的形成之后进行所述光束照射的层形成后照射方式、以及在原料的供给时进行所述光束照射的原料供给时照射方式组合而成。

第2方式：

在上述第1方式所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，以所述原料供给时照射方式形成的所述固化层的厚度比以所述层形成后照射方式形成的所述固化层的厚度大。

第3方式：

在上述第1方式或者第2方式所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，所述原料供给时照射方式的所述光束照射的光束聚光径比所述层形成后照射方式的所述光束照射的光束聚光径大。

第4方式：

在上述第1方式～第3方式的任一项所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，以所述层形成后照射方式形成相当于所述三维形状造型物的轮廓部的轮廓固化层区域，另一方面，以所述原料供给时照射方式形成相当于该三维形状造型物的该轮廓部以外的且比该轮廓部靠内侧的内侧固化层区域。

第5方式：

在上述第4方式所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，所述轮廓部是所述三维形状造型物的侧面部分以及顶面部分中的至少一方。

第6方式：

在上述第1方式～第5方式的任一项所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，使用粉末或者填充材料作为所述原料供给时照射方式的所述原料。

第7方式：

在上述第6方式所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，对所述光束照射中的光束聚光部喷雾供给所述粉末，或者以所述填充材料到达该光束聚光部的方式供给该填充材料。

第8方式：

在上述第6方式或者第7方式所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，使用金属线作为所述填充材料。

第9方式：

在上述第5方式所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，在用于形成所述内侧固化层区域的所述原料供给时照射方式之前，实施用于形成相当于所述侧面部分的所述轮廓固化层区域的所述层形成后照射方式。

第10方式：

在上述第9方式所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，在实施用于形成相当于所述侧面部分的所述轮廓固化层区域的所述层形成后照射方式之后、并且在实施用于形成所述内侧固化层区域的所述原料供给时照射方式之前，将对相当于该侧面部分的该轮廓固化层区域的形成无用的所述粉末层的粉末进行抽吸去除。

第11方式：

在上述第1方式～第10方式的任一项所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，在所述制造的所述三维形状造型物具有中空部的情况下，以所述层形成后照射方式形成相当于构成该中空部的壁面部分的中空部壁固化层区域。

第12方式：

在上述第1方式～第11方式的任一项所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，将在所述层形成后照射方式中使用的所述粉末层与在所述原料供给时照射方式中使用的所述原料设为互不相同的材质。

第13方式：

在上述第9方式所述的三维形状造型物的制造方法中，其特征在于，为了使相当于下述的界面的所述轮廓固化层区域的面成为台阶状，实施所述层形成后照射方式，该界面为相当于所述侧面部分的该轮廓固化层区域与所述内侧固化层区域的界面。

工业上的可利用性

通过实施本发明的一实施方式的三维形状造型物的制造方法，能够制造各种物品。例如，在“粉末层是无机物的金属粉末层、固化层为烧结层的情况”下，可以将得到的三维形状造型物作为塑料注射成形用模具、冲压模具、压铸模具、铸造模具、锻造模具等模具使用。此外，在“粉末层是有机物的树脂粉末层、固化层为硬化层的情况”下，可以将得到的三维形状造型物作为树脂成形件使用。

相关申请的相互参照

本申请基于日本专利申请第2015－152061号(申请日：2015年7月31日，发明名称：“三维形状造型物的制造方法”)主张巴黎公约上的优先权。将该申请所公开的内容全部通过该引用而包含在本说明书中。

以上，虽然说明了本发明的实施方式，但其只不过示出了本发明的应用范围中的典型例。因此，本发明并不限定于上述说明的实施方式，本领域技术人员应容易地理解为可进行各种变更。

附图标记说明

22 粉末层

24 固化层

50 层形成后照射方式

60 原料供给时照射方式

64 在原料供给时照射方式中使用的粉末

66 在原料供给时照射方式中使用的填充材料

100 三维形状造型物

110 相当于三维形状造型物的轮廓部的轮廓固化层区域

110A 三维形状造型物的侧面部分

110B 三维形状造型物的顶面部分

120 相当于三维形状造型物的轮廓部以外的内侧固化层区域

150 三维形状造型物的中空部

170 中空部壁固化层区域

L 光束

Claims (12)

1.一种三维形状造型物的制造方法，是通过光束照射依次形成多个固化层来制造三维形状造型物的方法，其特征在于，

通过混合方式形成所述固化层，该混合方式由在粉末层的形成之后进行所述光束照射的层形成后照射方式、以及在原料的供给时进行所述光束照射的原料供给时照射方式组合而成，使用粉末或者填充材料作为所述原料供给时照射方式的所述原料。

2.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

以所述原料供给时照射方式形成的所述固化层的厚度比以所述层形成后照射方式形成的所述固化层的厚度大。

3.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

所述原料供给时照射方式的所述光束照射的光束聚光径比所述层形成后照射方式的所述光束照射的光束聚光径大。

4.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

以所述层形成后照射方式形成相当于所述三维形状造型物的轮廓部的轮廓固化层区域，另一方面，以所述原料供给时照射方式形成相当于该三维形状造型物的该轮廓部以外的且比该轮廓部靠内侧的内侧固化层区域。

5.如权利要求4所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

所述轮廓部是所述三维形状造型物的侧面部分以及顶面部分中的至少一方。

6.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

对所述光束照射中的光束聚光部喷雾供给所述粉末，或者以所述填充材料到达该光束聚光部的方式供给该填充材料。

7.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

使用金属线作为所述填充材料。

8.如权利要求5所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

在用于形成所述内侧固化层区域的所述原料供给时照射方式之前，实施用于形成相当于所述侧面部分的所述轮廓固化层区域的所述层形成后照射方式。

9.如权利要求8所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

在实施用于形成相当于所述侧面部分的所述轮廓固化层区域的所述层形成后照射方式之后、并且在实施用于形成所述内侧固化层区域的所述原料供给时照射方式之前，将对相当于该侧面部分的该轮廓固化层区域的形成无用的所述粉末层的粉末进行抽吸去除。

10.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

在所述制造的所述三维形状造型物具有中空部的情况下，以所述层形成后照射方式形成相当于构成该中空部的壁面部分的中空部壁固化层区域。

11.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

将在所述层形成后照射方式中使用的所述粉末层与在所述原料供给时照射方式中使用的所述原料设为互不相同的材质。

12.如权利要求8所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，

实施所述层形成后照射方式以使相当于下述的界面的所述轮廓固化层区域的面成为台阶状，该界面为相当于所述侧面部分的该轮廓固化层区域与所述内侧固化层区域的界面。

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