專利名稱：三維形狀造型物的制造方法、所得到的三維形狀造型物及成形品的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維形狀造型物的制造方法、三維形狀造型物及成形品的制造方法。更詳細(xì)地講，本發(fā)明涉及通過反復(fù)實(shí)施對(duì)粉末層的規(guī)定部位照射光束而進(jìn)行的固化層形成來制造使多個(gè)固化層層疊一體化而成的三維形狀造型物的方法，還涉及通過該方法獲得的三維形狀造型物。進(jìn)而，本發(fā)明還涉及將三維形狀造型物用作模具的成形品的制造方法。
背景技術(shù)：
以往，已知有對(duì)材料粉末照射光束來制造三維形狀造型物的方法(一般稱作“粉末燒結(jié)層疊法”)。在該方法中，反復(fù)進(jìn)行“(i)通過對(duì)粉末層的規(guī)定部位照射光束，使該規(guī)定部位的粉末燒結(jié)或熔融固化而形成固化層，(ii)在所得到的固化層上鋪設(shè)新的粉末層并同樣地照射光束進(jìn)而形成固化層”這樣的工序來制造三維形狀造型物(參照專利文獻(xiàn)I或?qū)＠墨I(xiàn)2)。作為材料粉末，在使用了金屬粉末或陶瓷粉末等無機(jī)質(zhì)的材料粉末的情況下，能夠?qū)⑺玫降娜S形狀造型物用作模具，在使用了樹脂粉末或塑料粉末等有機(jī)質(zhì)的材料粉末的情況下，能夠?qū)⑺玫降娜S形狀造型物用作模型。根據(jù)這種制造技術(shù)，能夠以短時(shí)間制造復(fù)雜的三維形狀造型物。以在支承部件上制造三維形狀造型物的情況為例，如圖1所示，首先，在造型板21上形成規(guī)定厚度tl的粉末層22 (參照?qǐng)D1 (a))。接著，將光束向粉末層22的規(guī)定部位照射，從該被照射的粉末層的部分開始形成固化層24。然后，在所形成的固化層24上鋪設(shè)新的粉末層22并再次照射光束而形成新的固化層。若反復(fù)實(shí)施這樣的固化層的形成，則能夠得到層疊一體化有多個(gè)固化層24的三維形狀造型物(參照?qǐng)D1 (b))?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:特表平I 一 502890號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:特開2000 - 73108號(hào)公報(bào)發(fā)明的概要發(fā)明要解決的課題三維形狀造型物能夠用作模具，在使用了模具的樹脂成形中，可能會(huì)產(chǎn)生被稱作“收縮”的現(xiàn)象。換句話說，有時(shí)與樹脂成形品的壁厚部或肋部等相當(dāng)?shù)牟糠秩鐖D14所示那樣凹陷，引起成形不合格。關(guān)于這樣的“收縮”，不拘于特定理論，可以想到是由樹脂成形時(shí)的應(yīng)力引起的。具體地說，以熔融狀態(tài)注塑的樹脂在模具內(nèi)被冷卻，在該冷卻時(shí)，樹脂從表面區(qū)域開始固化，隨著時(shí)間的經(jīng)過而樹脂內(nèi)部也逐漸固化。在樹脂固化中伴隨有體積收縮，而由于樹脂表面已經(jīng)固化，因此會(huì)在樹脂內(nèi)部產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，表面部的強(qiáng)度無法承受該拉伸應(yīng)力而凹陷
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述情況而做出。即，本發(fā)明的課題在于提供一種三維形狀造型物，能夠用作模具，并且能夠適當(dāng)?shù)胤乐故湛s產(chǎn)生。用于解決課題的手段為了解決上述課題，在本發(fā)明提供一種三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，反復(fù)進(jìn)行以下工序(i)對(duì)粉末層的規(guī)定部位照射光束，使所述規(guī)定部位的粉末燒結(jié)或熔融固化而形成固化層的工序；以及(ii)在所得到的固化層上形成新的粉末層，對(duì)所述新的粉末層的規(guī)定部位照射光束而形成進(jìn)一步的固化層的工序，將三維形狀造型物的表面區(qū)域的一部分形成為低密度固化區(qū)域，將低密度固化區(qū)域的固化密度設(shè)為50% 90%，以便能夠利用從低密度固化區(qū)域通過的氣體進(jìn)行加壓。本發(fā)明的制造方法的特征之一在于，在三維形狀造型物中形成特別考慮了三維形狀造型物的用途的低密度固化區(qū)域。具體地說，在本發(fā)明中，在三維形狀造型物的表面區(qū)域的一部分形成固化密度50% 90%的低密度固化區(qū)域，以便能夠利用從低密度固化區(qū)域通過的氣體進(jìn)行加壓。本說明書所述的“低密度固化區(qū)域”實(shí)質(zhì)上是指固化密度比較低的多孔狀的造型物區(qū)域(例如多孔狀的燒結(jié)區(qū)域)。更具體地講，“低密度”是指比造型物本體的固化密度(95 100%程度的固化密度)低的固化密度。特別是本發(fā)明中的“低密度固化區(qū)域”不僅由于其密度能夠使氣體通過，而且還具備對(duì)這樣的氣體通過或氣體加壓而言適當(dāng)?shù)男螒B(tài)。此外，本說明書所述的“利用通過的氣體進(jìn)行加壓”實(shí)質(zhì)上是指利用從低密度固化區(qū)域通過的氣體的壓力進(jìn)行加壓操作的形態(tài)。換句話說，本發(fā)明的意圖在于，向低密度固化區(qū)域的一側(cè)的面供給的氣體從低密度固化區(qū)域通過而從另一側(cè)的面放出，通過該放出的氣體的壓力進(jìn)行加壓。另外，進(jìn)而明確起見來說明，在本說明書中，“粉末層”實(shí)質(zhì)上是指例如“由金屬粉末構(gòu)成的金屬粉末層”。此外，“粉末層的規(guī)定部位”實(shí)質(zhì)上是指所制造的三維形狀造型物的區(qū)域。因此，通過對(duì)存在于該規(guī)定部位的粉末照射光束，該粉末燒結(jié)或熔融固化而構(gòu)成三維形狀造型物的形狀。另外，在粉末層為金屬粉末層的情況下，“固化層”相當(dāng)于“燒結(jié)層”，“固化密度”能相當(dāng)于“燒結(jié)密度”。在本發(fā)明的制造方法中，為了能夠在所得到的造型物中使氣體更有效地通過來進(jìn)行加壓，優(yōu)選使設(shè)置于表面區(qū)域的低密度固化區(qū)域的厚度較薄。例如優(yōu)選將低密度固化區(qū)域的厚度設(shè)為0.5mm IOmm程度。由此，能夠減小氣體通過時(shí)的流體阻力。換句話說，能夠減少通過時(shí)的壓力損失，能夠防止氣體供給壓降低得過多。根據(jù)需要，也可以使低密度固化區(qū)域的厚度局部地改變。換句話說，可以分成厚度較薄的部分和不是較薄的部分來形成低密度固化區(qū)域。在某個(gè)優(yōu)選形態(tài)中，在三維形狀造型物中形成與低密度固化區(qū)域連通的中空區(qū)域。該中空區(qū)域具有與造型物的外部連接的方式。例如，在低密度固化區(qū)域的背面?zhèn)刃纬伞芭c造型物的外部相連的空洞部”。由此，在所得到的造型物中，能夠?qū)⒃摽斩床坑米鳉怏w供給路徑，能夠更適當(dāng)?shù)貙?duì)低密度固化區(qū)域進(jìn)行氣體供給。在設(shè)置中空區(qū)域的情況下，也可以附加地形成用于支承較薄地形成的低密度固化區(qū)域的部件。例如，可以在中空區(qū)域的一部分形成與低密度固化區(qū)域連結(jié)而成的固化部。在造型物的表面區(qū)域形成的低密度固化區(qū)域不限于I個(gè)，也可以形成2個(gè)以上低密度固化區(qū)域。在該情況下，也可以按照各個(gè)低密度固化區(qū)域分別改變固化密度及/或厚度。若這樣設(shè)置，則在所得到的造型物中，氣體通過時(shí)的流體阻力因各低密度固化區(qū)域而改變，能夠從各個(gè)低密度固化區(qū)域供給不同的氣體壓力。本發(fā)明還提供利用上述制造方法得到的三維形狀造型物。本發(fā)明的三維形狀造型物具有能夠適當(dāng)?shù)赜米髂＞叩姆绞?。換句話說，在本發(fā)明中，在模具模腔面的至少一部分設(shè)有固化密度50% 90%的低密度固化區(qū)域。若將這種三維形狀造型物用作模具，則能夠利用從低密度固化區(qū)域通過的氣體對(duì)模具模腔內(nèi)的樹脂原料或成形品從外側(cè)進(jìn)行加壓。在本發(fā)明的三維形狀造型物中，低密度固化區(qū)域與造型物的表面區(qū)域設(shè)于同一個(gè)面上，該低密度固化區(qū)域的厚度為例如0. 5mm IOmm程度。在某個(gè)優(yōu)選形態(tài)中，低密度固化區(qū)域的厚度局部地不同(例如只有隔著大致一定間隔的局部點(diǎn)成為“薄壁”)。此外，在某個(gè)優(yōu)選形態(tài)中，在低密度固化區(qū)域的背面?zhèn)仍O(shè)置有與該低密度固化區(qū)域連通的中空區(qū)域(即空洞部)。該中空區(qū)域與造型物外部連接，因此，能夠作為將氣體從外部向低密度固化區(qū)域供給的流路適當(dāng)?shù)匕l(fā)揮功能。在中空區(qū)域中，也可以設(shè)置用于支承低密度固化區(qū)域的部件。在其他優(yōu)選形態(tài)中，設(shè)有多個(gè)低密度固化區(qū)域。更優(yōu)選的是，多個(gè)低密度固化區(qū)域各自的固化密度及/或厚度不同。在本發(fā)明中，還提供將三維形狀造型物用作模具時(shí)的成形品的制造方法。該成形品的制造方法的特征在于，包括(i)用樹脂原料充滿模具模腔部的工序；以及(ii)在模具模腔部中對(duì)樹脂原料進(jìn)行成形的工序，在進(jìn)行所述成形時(shí)，經(jīng)由低密度固化區(qū)域來供給氣體，由此從模具模腔部的外側(cè)對(duì)樹脂原料或成形品施加壓力。在本發(fā)明的成形品的制造方法中，能夠經(jīng)由模具的低密度固化區(qū)域從外部進(jìn)行加壓，因此，能夠有效地防止模具模腔部的樹脂原料或成形品的“收縮”。在某個(gè)優(yōu)選形態(tài)中，在注塑/保壓工序和分型(分模)工序的各個(gè)工序中進(jìn)行基于氣體供給的加壓。在該情況下，也可以在“注塑/保壓工序”和“分型工序”各個(gè)工序中以不同的氣壓進(jìn)行加壓。此外，在其他優(yōu)選形態(tài)中，通過調(diào)整從低密度固化區(qū)域通過的氣體的溫度，能夠進(jìn)行模具模腔部的樹脂原料或成形品的溫度調(diào)整。另外，在使用“設(shè)有2個(gè)以上低密度固化區(qū)域的模具”的情況下，能夠按照各個(gè)低密度固化區(qū)域分別進(jìn)行加壓，因此，能夠適當(dāng)?shù)孬@得期望的成形品。發(fā)明效果在本發(fā)明的制造方法中，在造型物表面形成能夠使氣體通過的多孔狀的低密度固化區(qū)域。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠通過低密度固化區(qū)域進(jìn)行經(jīng)由氣體通過的加壓操作，能夠?qū)⑺玫降娜S形狀造型物適當(dāng)?shù)赜米髂＞?。特別是在實(shí)施粉末燒結(jié)層疊法時(shí)形成低密度固化區(qū)域，因此，能夠在考慮了最終用途的基礎(chǔ)上在造型物的任意區(qū)域形成低密度固化區(qū)域。具體地說，在假定將三維形狀造型物用作模具的情況下，以與可能產(chǎn)生“收縮”的部分相鄰接的方式形成低密度固化區(qū)域，因此，能夠有效地防止樹脂成形時(shí)的收縮產(chǎn)生(換句話說，由于能夠經(jīng)由低密度固化區(qū)域從外部向模腔內(nèi)供給氣體，因此，“收縮部分”或“可能產(chǎn)生收縮的部分”被氣體從外側(cè)推壓)。關(guān)于該點(diǎn)，在以往的模具中，如圖15所示，通過從與模具連接的連結(jié)管300供給的氣體進(jìn)行加壓時(shí)，只是使用了“管”，因此，只能進(jìn)行局部加壓，并且，根據(jù)制造的成形品的形狀等而存在不能夠設(shè)置連結(jié)管的部位等，制約比較大。在以往的模具中，若較大地設(shè)置“管(管徑)”，則在成形時(shí)樹脂原料可能會(huì)流入管中，很有可能無法進(jìn)行期望的成形。相對(duì)于這樣的以往的形態(tài)，在本發(fā)明中，能夠在造型物表面的任意部位形成低密度固化區(qū)域，并且，能夠?qū)⒃摰兔芏裙袒瘏^(qū)域的尺寸設(shè)為任意的大小(換句話說，能夠形成比較大的加壓面)。特別能夠?qū)崿F(xiàn)在“收縮部分”或“可能產(chǎn)生收縮的部分”比較大的情況下也能夠通過較大的氣體供給壓面來防止上述部分的產(chǎn)生的模具。換言之，以往的形態(tài)是“點(diǎn)加壓”，相對(duì)于此，本發(fā)明為“面加壓”。這樣，本發(fā)明的低密度固化區(qū)域能夠以比較大的尺寸來實(shí)現(xiàn)，因此，能夠使得“從低密度固化區(qū)域通過的氣體”與“模腔內(nèi)的樹脂原料或成形品”之間的接觸面積也比較大。因此，能夠通過調(diào)整對(duì)低密度固化區(qū)域供給的氣體的溫度，有效地進(jìn)行模腔內(nèi)的樹脂原料/成形品的溫度調(diào)整。換句話說，在本發(fā)明中，不能能夠通過“加壓”來防止樹脂成形時(shí)的收縮產(chǎn)生，而且，還能夠通過“加溫”來防止熔痕產(chǎn)生。進(jìn)一步來講，在本發(fā)明中，通過調(diào)整低密度固化區(qū)域的固化密度、厚度等，能夠改變氣體通過時(shí)的流體阻力，因此，由此能夠調(diào)整加壓時(shí)的壓力。換句話說，對(duì)想要較大地加壓的成形品部分(例如厚壁部)較小地設(shè)置固化密度，另一方面對(duì)不想要怎么加壓的成形品部分(例如強(qiáng)度較弱的薄壁部)較大地設(shè)置固化密度即可，樹脂成形的設(shè)計(jì)自由度變大。


圖1是示意地表示光造型復(fù)合加工機(jī)的動(dòng)作的截面圖。圖2是示意地表示光造型裝置的形態(tài)的立體圖(圖2 (a):具備切削機(jī)構(gòu)的復(fù)合裝置、圖2 (b):不具備切削機(jī)構(gòu)的裝置)。圖3是示意地表示進(jìn)行粉末燒結(jié)層疊法的形態(tài)的立體圖。圖4是示意地表示實(shí)施粉末燒結(jié)層疊法的光造型復(fù)合加工機(jī)的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖5是光造型復(fù)合加工機(jī)的動(dòng)作的流程圖。圖6是按照時(shí)間經(jīng)過來表示光造型復(fù)合加工工序的示意圖。圖7是示意地表示本發(fā)明的概念的圖(圖7 (a):在造型物100的表面區(qū)域的一部分形成有多孔狀的低密度固化區(qū)域24b的形態(tài)、圖7 (b):在低密度固化區(qū)域24b的背面?zhèn)刃纬捎兄锌諈^(qū)域60的形態(tài))。圖8是示意地表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的圖(圖8 Ca) “在與成形品的厚壁部”相接的造型物表面設(shè)置有低密度固化區(qū)域24b的形態(tài)圖8 (b):在與“成形品的肋部”相接的造型物表面設(shè)置有低密度固化區(qū)域24b的形態(tài))。圖9是示意地表示低密度固化區(qū)域的厚度局部地變化的形態(tài)的圖(圖9 (a):整體圖、圖9 (b):低密度固化區(qū)域的放大圖)。圖10是示意地表示設(shè)置有支承用固化部24c的形態(tài)的圖。圖11是示意地表示被用作模具的本發(fā)明的三維形狀造型物的形態(tài)的立體圖(圖11 (a):在包含形成有成形品肋部的部分120的一定區(qū)域中形成有低密度燒結(jié)區(qū)域24b的形態(tài)、圖11 (b):在包圍形成有成形品肋部的部分120的區(qū)域中形成有多個(gè)低密度燒結(jié)區(qū)域24bI 24b4的形態(tài))。圖12是示意地表示利用圖11所示的模具100得到的成形品200的形態(tài)的立體圖。圖13是示意地表示使用本發(fā)明的模具進(jìn)行樹脂成形的操作形態(tài)的圖。圖14是示意地表示產(chǎn)生了 “收縮”的形態(tài)的立體圖。圖15是示意地表示現(xiàn)有技術(shù)的形態(tài)的圖。標(biāo)記說明I光造型復(fù)合加工機(jī)2粉末層形成機(jī)構(gòu)3光束照射機(jī)構(gòu)4切削機(jī)構(gòu)8 休漠管(hume)19粉末/粉末層(例如金屬粉末/金屬粉末層)20造型物支承部件21造型板22粉末層(例如金屬粉末層或樹脂粉末層)23擠壓用刀片24固化層(例如燒結(jié)層)24a高密度固化區(qū)域(例如高密度燒結(jié)部)24b低密度固化區(qū)域(例如低密度燒結(jié)區(qū)域)24b, 24b4多個(gè)低密度固化區(qū)域(例如多個(gè)低密度燒結(jié)區(qū)域)24c支承用固化部(例如支承用燒結(jié)部)25粉末臺(tái)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光束振蕩器31 電鏡40 銑頭4IXY驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)50 腔室52透光窗或透鏡60中空區(qū)域L 光束100三維形狀造型物120形成成形品肋部的部分200成形品或樹脂原料202 肋部
204 收縮300連結(jié)管(現(xiàn)有技術(shù))
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明。[粉末燒結(jié)層疊法]首先，說明作為本發(fā)明的制造方法的前提的粉末燒結(jié)層疊法。為了便于說明，以從材料粉末箱供給材料粉末、使用疏砂板刮平材料粉末來形成粉末層的形態(tài)為前提，來說明粉末燒結(jié)層疊法。此外，以在粉末燒結(jié)層疊法時(shí)也一并進(jìn)行造型物的切削加工的復(fù)合加工的形態(tài)為例進(jìn)行說明(換句話說，不是以圖2 (b)而是以圖2 (a)所示的形態(tài)為前提進(jìn)行說明。但是，附帶說明，即便是不具備切削機(jī)構(gòu)的圖2 (b)所示的形態(tài)也能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明)。在圖1、3以及4中示出了能夠?qū)嵤┓勰Y(jié)層疊法和切削加工的光造型復(fù)合加工機(jī)的功能及結(jié)構(gòu)。光造型復(fù)合加工機(jī)I主要具備“粉末層形成機(jī)構(gòu)2，以規(guī)定厚度來鋪設(shè)金屬粉末，由此形成粉末層”;“造型臺(tái)20，在外周被壁27包圍的造型箱29內(nèi)沿上下進(jìn)行升降”;“造型板21，成為配設(shè)在造型臺(tái)20上的造型物的底座”；“光束照射機(jī)構(gòu)3，對(duì)任意的位置照射光束L”；以及“切削機(jī)構(gòu)4，對(duì)造型物的周圍進(jìn)行切削”。粉末層形成機(jī)構(gòu)2如圖1所示，主要具有“粉末臺(tái)25，在外周被壁26包圍的材料粉末箱28內(nèi)沿上下進(jìn)行升降”；以及“疏砂板23，用于在造型物支承部件上形成粉末層22”。光束照射機(jī)構(gòu)3如圖3以及圖4所示，主要具有“產(chǎn)生光束L的光束振蕩器30”和“使光束L在粉末層22上掃描(scanning)的電鏡31 (掃描光學(xué)系統(tǒng))”。根據(jù)需要，在光束照射機(jī)構(gòu)3中配設(shè)有對(duì)光束光斑的形狀進(jìn)行修正的光束形狀修正機(jī)構(gòu)(例如具有一對(duì)柱面透鏡和使該透鏡繞著光束的軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而構(gòu)成的機(jī)構(gòu))、f 0透鏡等。切削機(jī)構(gòu)4主要具備“對(duì)造型物的周圍進(jìn)行切削的銑頭40”和“使銑頭40向切削部位移動(dòng)的XY驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41 (41a、41b)”(參照?qǐng)D3以及圖4)。參照?qǐng)D1、圖5以及圖6來詳細(xì)描述光造型復(fù)合加工機(jī)I的動(dòng)作。圖5示出了光造型復(fù)合加工機(jī)的一般的動(dòng)作流程。圖6示意地簡(jiǎn)單示出了光造型復(fù)合加工工序。光造型復(fù)合加工機(jī)的動(dòng)作主要包括形成粉末層22的粉末層形成步驟(SI);對(duì)粉末層22照射光束L而形成固化層24的固化層形成步驟(S2);以及對(duì)造型物的表面進(jìn)行切削的切削步驟(S3)。在粉末層形成步驟(SI)中，首先使造型臺(tái)20下降A(chǔ)tl (S11)。接著，使粉末臺(tái)25上升Atl之后，如圖1 (a)所示，使疏砂板23沿箭頭A方向移動(dòng)。由此，將配設(shè)于粉末臺(tái)25的粉末(例如“平均顆粒直徑5 100 程度的鐵粉”)向造型板21上移送(S12)并且將其刮平成規(guī)定厚度Atl而形成粉末層22 (S13)。接下來，移至固化層形成步驟(S2)，從光束振蕩器30發(fā)出光束L (例如二氧化碳?xì)怏w激光(500W程度)、Nd :YAG激光(500W程度)、纖維激光(500W程度)或紫外線等)(S21)，通過電鏡31使光束L在粉末層22上的任意位置進(jìn)行掃描(S22)。由此，使粉末熔融、固化而形成與造型板21—體化的固化層24 (S23)。光束不限于在空氣中進(jìn)行傳遞，也可以由光纖等進(jìn)行傳送。在固化層24的厚度成為根據(jù)銑頭40的工具長(zhǎng)度等求出的規(guī)定厚度之前反復(fù)進(jìn)行粉末層形成步驟(SI)和固化層形成步驟(S2)，對(duì)固化層24進(jìn)行層疊(參照?qǐng)D1 (b))。另夕卜，新層疊的固化層在燒結(jié)或熔融固化時(shí)，與成為已形成的下層的固化層一體化。若層疊的固化層24的厚度成為規(guī)定厚度，則移至切削步驟(S3)。在圖1及圖6所示那樣的形態(tài)下，通過驅(qū)動(dòng)銑頭40來開始切削步驟的實(shí)施(S31)。例如，在銑頭40的工具(球頭端銑刀)為直徑1mm、有效刀刃長(zhǎng)度3mm的情況下，能夠進(jìn)行深度3mm的切削加工，因此，如果AtlSO. 05mm,則在形成了 60層固化層的時(shí)刻驅(qū)動(dòng)銑頭40。通過XY驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41(41a、41b)使銑頭40沿箭頭X及箭頭Y方向移動(dòng)，對(duì)由層疊的固化層24構(gòu)成的造型物的表面進(jìn)行切削加工(S32)。然后，在三維形狀造型物的制造仍未完成的情況下，返回粉末層形成步驟(SI)。以后，反復(fù)進(jìn)行SI至S3，層疊更多的固化層24，由此，進(jìn)行三維形狀造型物的制造(參照?qǐng)D6)。固化層形成步驟(S2)中的光束L的照射路徑和切削步驟(S3)中的切削加工路徑，預(yù)先根據(jù)三維CAD數(shù)據(jù)制作。此時(shí)，應(yīng)用等高線加工來決定加工路徑。例如，在固化層形成步驟(S2)中，使用對(duì)由三維CAD模型生成的STL數(shù)據(jù)以等節(jié)距(例如將A tl設(shè)為0. 05mm的情況下以0. 05mm節(jié)距)進(jìn)行切片而形成的各截面的輪郭形狀數(shù)據(jù)。[本發(fā)明的制造方法]本發(fā)明在上述的粉末燒結(jié)層疊法中特別在固化層的形成形態(tài)具有特征。具體地說，如圖7 (a)所示，在造型物100的表面區(qū)域的一部分形成多孔狀的低密度固化區(qū)域24b。特別是在本發(fā)明中，為了能夠利用從低密度固化區(qū)域24b通過的氣體進(jìn)行加壓，而將低密度固化區(qū)域的固化密度設(shè)為50% 90%，優(yōu)選設(shè)為60% 85%。為了進(jìn)行高效的氣體供給，也可以設(shè)置“用于向低密度固化區(qū)域引導(dǎo)氣體的流路”。特別是，也可以形成與低密度固化區(qū)域連通的中空區(qū)域(空洞部)。例如圖7 (b)所示，在低密度固化區(qū)域24b的背面?zhèn)刃纬芍锌諈^(qū)域60，將該中空區(qū)域60形成為與造型物外部連通。由此，能夠?qū)⒅锌諈^(qū)域60用作氣體供給路徑，通過從外部對(duì)中空區(qū)域60進(jìn)行氣體供給，能夠向低密度固化區(qū)域24b送入氣體，能夠容易地進(jìn)行經(jīng)由低密度固化區(qū)域24b的氣體加壓。參照附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的制造方法。本發(fā)明所使用的金屬粉末是以鐵系粉末為主成分的粉末，根據(jù)情況不同也可以是還含有從由鎳粉末、鎳系合金粉末、銅粉末、銅系合金粉末以及石墨粉末等構(gòu)成的組中選擇出的至少I種粉末的粉末(作為一例，能夠舉出如下的金屬粉末，該金屬粉末中，平均顆粒直徑20 y m程度的鐵系粉末的配合量為60 90重量％ ,鎳粉末及鎳系合金粉末的雙方或任意一方的配合量為5 35重量％ ,銅粉末及/或銅系合金粉末的雙方或任意一方的配合量為5 15重量％，并且石墨粉末的配合量為0.2 0.8重量％)。另外，金屬粉末不限于這種鐵系粉末，還可以是銅系粉末或鋁粉末。進(jìn)而附帶而言，如果將三維形狀造型物用作模具以外的用途，還可以是塑料粉末或陶瓷粉末。在本發(fā)明的制造方法中，反復(fù)進(jìn)行如下操作在造型板21上形成了規(guī)定厚度的金屬粉末層22之后,對(duì)金屬粉末層22的規(guī)定部位照射光束,從被照射的金屬粉末層的部分開始形成燒結(jié)層(參照?qǐng)D1 (a)以及(b));而在該反復(fù)實(shí)施時(shí)，通過調(diào)整照射的光束的能量等來形成多孔狀的低密度燒結(jié)區(qū)域24b。具體地說，降低對(duì)金屬粉末層22中相當(dāng)于低密度燒結(jié)區(qū)域(即6 “低密度固化區(qū)域”)的粉末區(qū)域照射的光束的輸出能量。由此，能夠作為燒結(jié)不充分，而形成燒結(jié)密度(即“固化密度”)為50% 90%程度的低密度的固化區(qū)域。低密度區(qū)域以外的燒結(jié)層24的燒結(jié)密度為90 (不包括90) 100%程度。若這樣形成燒結(jié)密度低的多孔狀的燒結(jié)區(qū)域，則如上所述，能夠使氣體通過，因此能夠在所得到的造型物中進(jìn)行經(jīng)由氣體通過的加壓操作。除了通過(a)降低光束的輸出能量之外，還能夠通過(b)提高光束的掃描速度；(c)加寬光束的掃描節(jié)距；(d)增大光束的聚光直徑，來以能量比燒結(jié)層形成時(shí)低的光束形成低密度燒結(jié)區(qū)域24b。上述(a) (d)可以單獨(dú)進(jìn)行，也可以組合各種來進(jìn)行。另外，就上述(a)而言，相對(duì)于以例如照射能量密度E為4 15J/mm2程度的光束來形成燒結(jié)層24 (燒結(jié)密度90 100%)，通過照射能量密度E為約I 4J/mm2的光束來形成燒結(jié)密度為50% 90%的低密度燒結(jié)區(qū)域24b。另外，能量密度E =激光輸出(W)/(掃描速度(mm/s) X掃描節(jié)距(mm)(制造條件例如為,粉末的層疊厚度0. 05mm、激光的種類C02 (二氧化碳?xì)怏w)激光、光斑直徑0. 5mm)o在此，本說明書所述的“燒結(jié)密度(％)”實(shí)質(zhì)上是指通過對(duì)造型物的截面照片進(jìn)行圖像處理而求出的燒結(jié)截面密度(金屬材料的占有率)。所使用的圖像處理軟件為ScionImage ver. 4. 0. 2 (免費(fèi)軟件)，將截面圖像二值化成燒結(jié)部(白)和空孔部(黑)之后，對(duì)圖像的全部像素?cái)?shù)Pxall及燒結(jié)部(白)的像素?cái)?shù)Pxwhito進(jìn)行計(jì)數(shù)，由此能夠通過以下的式I來求出燒結(jié)截面密度Ps。[式I]
權(quán)利要求
1.一種三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，反復(fù)進(jìn)行以下工序 (i)對(duì)粉末層的規(guī)定部位照射光束，使所述規(guī)定部位的粉末燒結(jié)或熔融固化而形成固化層；以及 (ii)在所得到的固化層上形成新的粉末層，對(duì)所述新的粉末層的規(guī)定部位照射光束而形成進(jìn)一步的固化層； 將三維形狀造型物的表面區(qū)域的一部分形成為低密度固化區(qū)域， 將所述低密度固化區(qū)域的固化密度設(shè)為50% 90%，以便能夠利用從所述低密度固化區(qū)域通過的氣體進(jìn)行加壓。
2.如權(quán)利要求I所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于， 在所述三維形狀造型物中形成與所述低密度固化區(qū)域連通的中空區(qū)域。
3.如權(quán)利要求I所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于， 以所述低密度固化區(qū)域的厚度為0. 5 10_的方式形成該低密度固化區(qū)域。
4.如權(quán)利要求2所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于， 在所述中空區(qū)域的一部分形成與所述低密度固化區(qū)域連結(jié)而成的固化部。
5.一種三維形狀造型物，該三維形狀造型物是利用權(quán)利要求I所述的制造方法得到的，被用作模芯側(cè)或模腔側(cè)的模具，其特征在于， 在模具的形成模腔的面的至少一部分設(shè)置有固化密度50% 90%的低密度固化區(qū)域，能夠利用從該低密度固化區(qū)域通過的氣體對(duì)成形原料或成形品進(jìn)行加壓。
6.如權(quán)利要求5所述的三維形狀造型物，其特征在于， 具有與所述低密度固化區(qū)域連通的中空區(qū)域，該中空區(qū)域與外部連通。
7.如權(quán)利要求5所述的三維形狀造型物，其特征在于， 所述低密度固化區(qū)域的厚度局部地不同。
8.一種成形品的制造方法，將利用權(quán)利要求I所述的制造方法得到的三維形狀造型物用作模具，其特征在于，包括以下工序 (i)用樹脂原料充滿所述模具的模腔部；以及 (ii)在所述模腔部中對(duì)所述樹脂原料進(jìn)行成形； 經(jīng)由所述低密度固化區(qū)域供給氣體，由此從所述模腔部的外側(cè)向所述樹脂原料或得到的成形品施加壓力。
9.如權(quán)利要求8所述的成形品的制造方法，其特征在于， 通過所述氣體的溫度，來進(jìn)行所述模腔部的所述樹脂原料或所述成形品的溫度調(diào)整。
10.如權(quán)利要求8所述的成形品的制造方法，其特征在于， 在注塑保壓工序和分型工序的各個(gè)工序中通過所述氣體供給進(jìn)行加壓，在該注塑保壓工序和該分型工序中進(jìn)行各自不同壓力的加壓。
全文摘要
一種三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，反復(fù)進(jìn)行以下工序(i)對(duì)粉末層的規(guī)定部位照射光束，使所述規(guī)定部位的粉末燒結(jié)或熔融固化而形成固化層的工序；以及(ii)在所得到的固化層上形成新的粉末層，對(duì)所述新的粉末層的規(guī)定部位照射光束而形成進(jìn)一步的固化層的工序；將三維形狀造型物的表面區(qū)域的一部分形成為低密度固化區(qū)域，將低密度固化區(qū)域的固化密度設(shè)為50％～90％，以便能夠利用從該低密度固化區(qū)域通過的氣體進(jìn)行加壓。
文檔編號(hào)B29C67/00GK102985199SQ201180027799
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者阿部諭, 內(nèi)野野良幸, 不破勲, 吉田德雄, 森本一穗 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社, 株式會(huì)社Opm研究所