三维形状造型物的制造方法及由其得到的三维形状造型物技术

本发明专利技术提供一种三维形状造型物的制造方法，其重复进行下述工序：（ｉ）对设置于造型板上的粉末层的规定部位照射光束，烧结或熔融固化所述规定部位的粉末而形成固化层的工序、及（ｉｉ）在得到的固化层上形成新的粉末层，对所述新的粉末层的规定部位照射光束，进一步形成固化层的工序，其特征在于，按照由固化密度９５～１００％的高密度区域和固化密度０～９５％（不含９５％）的低密度区域构成的方式形成固化层，高密度区域为使用三维形状造型物时力作用的区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种三维形状造型物的制造方法及三维形状造型物。更详细而言，本专利技术涉及通过重复实施对粉末层的规定部位照射光束而形成固化层的工序，制造多个固化层层叠一体化的三维形状造型物的方法，同时也涉及一种由其得到的三维形状造型物。
技术介绍
根据现有技术，已知有一种对粉末材料照射光束而制造三维形状造型物的方法 (通常称为“粉末烧结层叠法”)。在该方法中，重复进行“(i)通过对粉末层的规定部位照射光束，烧结或熔融固化该规定部位的粉末而形成固化层；(ii)在得到的固化层上涂敷新的粉末层，同样照射光束而进一步形成固化层。”这样的工序而制造三维形状造型物(参照日本特表平1-5(^890号公报或特开2000-73108号公报)。作为粉末材料，在使用金属粉末及陶瓷粉末等无机物的粉末材料的情况下，可以将得到的三维形状造型物作为模具使用， 在使用树脂粉末及塑料粉末等有机物的粉末材料的情况下，可以将得到的三维形状造型物作为模型使用。根据这种制造技术，能够在短时间内制造复杂的三维形状造型物。在粉末烧结层叠法中，从防止氧化等的观点出发，多在保持于惰性气氛下的腔室内制造三维形状造型物。以使用金属粉末作为粉末材料，并将得到的三维形状造型物作为模具使用的情况为例，如图1所示，首先，在造型板21上形成规定的厚度tl的粉末层22后 (参照图1 (a))，对粉末层22的规定部位照射光束，并在造型板21上形成固化层M。然后， 在形成的固化层M上涂敷新的粉末层22，并再次照射光束而形成新的固化层。如果这样重复形成固化层，则能够得到多个固化层对层叠一体化的三维形状造型物(参照图1(b))。相当于最下层的固化层可以以粘接在造型板面上的方式形成。因此，三维形状造型物和造型板相互形成一体化的状态。一体化后的三维形状造型物和造型板可以直接作为模具使用。在此，三维形状造型物由于通过光束的照射进行制造，因此，受到的光束引起的热量的影响较大。具体而言，粉末层的照射部位一旦熔化而形成熔融状态，其后，通过固化而形成固化层，但在其固化时，可以产生收缩现象。特别是在熔融的粉末冷却固化时，产生收缩现象(参照图2(a))。另一方面，支承固化层(即三维形状造型物)的造型板21为由钢材等构成的刚体，从光束的照射位置离开。因此，造型板21难以实质上受到光束引起的热量的影响。其结果，造型板上的三维形状造型物M上产生上翘力(力矩)。而且，在该上翘力超过一定限度时，如图2 (b)所示，在制造时，产生三维形状造型物M从造型板21剥离的现象。由于在三维形状造型物上翘或从造型板剥离时，不能制造希望的三维形状造型物，因此，并不优选。例如，在三维形状造型物(即固化层)上翘时，不能实现得到的三维形状造型物的形状精确度。另外，以固化层上翘为起因，而不能在其固化层上以规定厚度涂敷新的粉末层(例如，固化层上翘而比接下来需要涂敷的粉末层的厚度大时，其后不能均勻地涂敷粉末层)。作为考虑三维形状造型物的收缩的方法，提案有如日本特表平8-504139号公报所述的制造方法。在该制造方法中，将三维形状造型物分离为内部芯区域和外部壳区域进行制造(参照图17)。由于外部壳区域比内部芯区域的固化密度高，因此，在该形成中，需要较高的能量，并需要更长的时间。日本特表平8-504139号公报的专利技术没有考虑造型物的最终的使用用途，外部壳区域如其名称形成为“壳”。因此，在日本特表平8-504139号公报的专利技术中，将三维形状造型物的四周以大致平均的厚度进行覆盖(参照图17)，在制造成本及造型时间的方面上还存在很多不足。
技术实现思路
本专利技术鉴于该情况而创立的。即，本专利技术的课题在于，提供一种不仅能够防止得到的三维形状造型物的翘曲变形，而且制造时间及制造成本也更加减少的“三维形状造型物的制造方法”。为了解决上述课题，本专利技术提供一种三维形状造型物的制造方法，重复进行下述工序(i)对设置于造型板上的粉末层的规定部位照射光束(例如激光那样的指向性能量束)，烧结或熔融固化所述规定部位的粉末而形成固化层的工序；及(ii)在得到的固化层上形成新的粉末层，对所述新的粉末层的规定部位照射光束，进一步形成固化层的工序，其特征在于，按照由固化密度95 100%的高密度区域和固化密度0 95% (不含95%)的低密度区域构成的方式形成固化层，高密度区域为使用三维形状造型物时力作用的区域。 优选的是，通过使光束照射到的规定部位的粉末完全熔融，形成高密度区域。本专利技术的制造方法的特征之一为，只在必要的部位形成高密度区域。更具体而言， 只在三维形状造型物使用时力作用的区域(及根据情况其附近区域)形成高密度区域。本说明书中所谓“高密度区域”，是指所谓“熔融”(即将构成粉末层的粉末实质上完全熔融后固化而形成的区域)。即，“高密度区域”实质上是指固化密度非常高(固化密度95 100%程度)且液体及气体等流体不能通过的区域。另外，本说明书中所谓“力”是指，流体等压力引起的力、接触引起的力、摩擦力引起的力等。例如，“力”实质上是指，通过树脂、冷却水、油及/或蒸汽等与三维形状造型物相接，而施加于该三维形状造型物的力。进一步确认并进行叙述，在本说明书中，所谓“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。另外，所谓“粉末层的规定部位” 实质上是指制造的三维形状造型物的区域。因此，通过对存在于该规定部位的粉末照射光束，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，所谓“固化层”，在粉末层为金属粉末层的情况下，实质上是指“烧结层”，在粉末层为树脂粉末层的情况下实质上是指“固化层”。高密度区域的固化密度为95 100 %左右，但优选为98 % 100 %、更优选为实质上约100%。高密度区域的固化密度越高，对造型物越供给相对于在三维形状造型物的使用时施加的力高的强度。另一方面，低密度区域中，固化密度如果为O 95% (不含95%)， 则可以为任一固化密度，考虑三维形状造型物的功能及制造时间·制造成本等进行决定即可。例如，低密度区域中，固化密度为70 90%，另外，根据情况，可以为比其低的固化密度。在某适当的方式中，使高密度区域形成于三维形状造型物的表面区域的局部。艮口， 只在“力”作用的表面区域部形成“熔融”。在将与造型板一体化的三维形状造型物不分离而作为产品使用的情况下，可以形成使高密度区域与造型板相接的区域。该情况下，也可以按照“形成于表面区域的局部的高密度区域a”和“形成于与造型板相接的区域的高密度区域b”相互连接的方式，在三维形状造型物的内部区域形成至少一个高密度区域C。另外，在其它某适当的方式中，将高密度区域形成于三维形状造型物的内部区域的局部。即，在造型物的内部可以存在“力”施加的部分(例如相当于模具的冷却水管壁的部分)的情况下，对该部分进行“熔融”。进而，在其它适当的方式中，使用三维形状造型物时，在成为传热区域的部分上形成高密度区域。即，对与高温或低温的物质相接的面进行“熔融”。在本专利技术中，也提供由上述的制造方法得到的三维形状造型物。特别是在适当的方式中，该三维形状造型物为能够作为模具使用的造型物，模具的形成腔室空间的面(即， 形成成形品的模具内部的壁面)相当于“形成于三维形状造型物的表面区域的局部的高密度区域”本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维形状造型物的制造方法，重复进行下述工序：（ｉ）对设置于造型板上的粉末层的规定部位照射光束，烧结或熔融固化所述规定部位的粉末而形成固化层的工序；及（ｉｉ）在得到的固化层之上形成新的粉末层，对所述新的粉末层的规定部位照射光束，进一步形成固化层的工序，所述三维形状造型物的制造方法特征在于，将固化层形成为由固化密度９５～１００％的高密度区域和固化密度０～９５％（不含９５％）的低密度区域构成，高密度区域为使用三维形状造型物时力作用的区域。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿部谕，
申请(专利权)人：松下电工株式会社，
类型：发明
国别省市：JP