專利名稱：三維形狀造型物的制造方法及由其獲得的三維形狀造型物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維形狀造型物的制造方法及三維形狀造型物。更詳細(xì)而言，本發(fā)明涉及如下的三維形狀造型物的制造方法及由該方法獲得的三維形狀造型物，即，所述三維形狀造型物的制造方法通過反復(fù)實(shí)施對(duì)粉末層的規(guī)定部位照射光束來形成固化層的步驟， 從而制造多個(gè)固化層層疊一體化而成的三維形狀造型物。
背景技術(shù)：
目前，已知有對(duì)粉末材料照射光束來制造三維形狀造型物的方法(通常稱作“粉末燒結(jié)層疊法”)。在該方法中，通過反復(fù)(i)和(ii)步驟來制造三維形狀造型物，所述(i) 步驟是指對(duì)粉末層的規(guī)定部位照射光束，從而使所述規(guī)定部位的粉末燒結(jié)或熔融固化而形成固化層，所述(ii)步驟是指在獲得的固化層上鋪設(shè)新的粉末層，同樣地照射光束而進(jìn)一步形成固化層(參照專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)幻。在粉末材料使用金屬粉末或陶瓷粉末等無機(jī)質(zhì)的粉末材料時(shí)，能夠?qū)@得的三維形狀造型物用作模具，在粉末材料使用樹脂粉末或塑料粉末等有機(jī)質(zhì)的粉末材料時(shí)，能夠?qū)@得的三維形狀造型物用作模型。根據(jù)這樣的制造技術(shù)，能夠在短時(shí)間內(nèi)制造復(fù)雜的三維形狀造型物。在粉末燒結(jié)層疊法中，出于防止氧化等觀點(diǎn)，多在保持于非活性氛圍下的腔室內(nèi)制造三維形狀造型物。以粉末材料使用金屬粉末并將獲得的三維形狀造型物用作模具的情況為例，如圖1所示，首先，將規(guī)定的厚度tl的粉末層22形成在造型板21上(參照?qǐng)D 1(a)),之后將光束向粉末層22的規(guī)定部位照射，從而在造型板21上形成固化層24。然后， 在形成的固化層M上鋪設(shè)新的粉末層22，進(jìn)一步照射光束而形成新的固化層。若這樣反復(fù)形成固化層，則能夠獲得多個(gè)固化層對(duì)層疊一體化而成的三維形狀造型物(參照?qǐng)D1(b))。 由于三維形狀造型物能夠在相當(dāng)于最下層的固化層粘接于造型板面上的狀態(tài)下形成，因此三維形狀造型物與造型板成為彼此一體化的狀態(tài)。一體化了的三維形狀造型物和造型板可以直接用作模具。在光束的照射下獲得的三維形狀造型物的表面比較粗糙，通常具有幾百μ mRz左右的表面粗糙度。這是因?yàn)樵诠袒瘜颖砻嫔细街蟹勰Ｔ诠袒瘜有纬蓵r(shí)，光能被轉(zhuǎn)換成熱能，因此照射粉末暫時(shí)熔融后在冷卻過程中粉末彼此熔接。此時(shí)，照射光束的點(diǎn)的周邊的粉末區(qū)域的溫度也會(huì)上升，因此周邊的粉末附著在固化層表面上。這些附著粉末導(dǎo)致三維形狀造型物的表面粗糙，因此需要對(duì)三維形狀造型物的表面進(jìn)行精加工。具體例舉的話，需要對(duì)獲得的三維形狀造型物的表面整體進(jìn)行切削加工。例如，在利用專利文獻(xiàn)3所記載那樣的制造方法而獲得的三維形狀造型物中，對(duì)三維形狀造型物的外部殼體區(qū)域進(jìn)行切削加工(參照?qǐng)D16)。就這樣的切削加工的現(xiàn)狀來說，沒有考慮到造型物的最終使用用途，而對(duì)三維形狀造型物的全部露出面進(jìn)行了切削加工。例如，在專利文獻(xiàn)3的發(fā)明中，對(duì)覆蓋三維形狀造型物的整個(gè)周圍而存在的外部殼體區(qū)域的整體進(jìn)行了切削加工。這絕不能說是在制造成本及制造時(shí)間方面優(yōu)越的三維形狀造型物。另外，所謂切削加工是指，對(duì)表面進(jìn)行削除以達(dá)到所期望的形狀·表面粗糙度的加工，但說到底還是機(jī)械加工(使用了切削工具的加工)，因此可能會(huì)因加工應(yīng)力或切削熱而引起三維形狀造型物損傷。專利文獻(xiàn)1日本特表平1-5(^890號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2000-73108號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本特表平8-504139號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題本發(fā)明鑒于上述情況而提出。即，本發(fā)明的課題在于提供一種不僅能抑制制造時(shí)間和制造成本，還能夠抑制質(zhì)量降低的三維造型物的制造方法。用于解決課題的手段為了解決上述課題，本發(fā)明的三維形狀造型物的制造方法反復(fù)進(jìn)行(i)對(duì)形成在造型工作臺(tái)(優(yōu)選配設(shè)在造型工作臺(tái)上的造型板)上的粉末層的規(guī)定部位照射光束而使所述規(guī)定部位的粉末燒結(jié)或熔融固化來形成固化層的工序、及(ii)在獲得的固化層上形成新的粉末層，對(duì)所述新的粉末層的規(guī)定部位照射光束而進(jìn)一步形成固化層的工序，所述三維形狀造型物的制造方法的特征在于，對(duì)固化層中的在三維形狀造型物的使用時(shí)力所施加的表面區(qū)域?qū)嵤┣邢骷庸?。本發(fā)明的制造方法的一個(gè)特征在于，考慮到三維形狀造型物的用途而僅對(duì)必要的部位進(jìn)行表面切削加工。更具體而言，僅對(duì)三維形狀造型物的使用時(shí)力所施加的區(qū)域?qū)嵤┍砻媲邢骷庸?。本說明書所說的“力”實(shí)際上意味著三維形狀造型物的用途使用時(shí)施加在三維形狀造型物上的力。例如，可以舉出“在使用時(shí)因與流體物或固體物的接觸而施加在三維形狀造型物上的力”。另外，本說明書所說的“切削加工”意味著使用工具來切削對(duì)象物。從而，就本發(fā)明的方式而言，“切削加工”意味著切削三維形狀造型物的表面部分來除去表面凹凸的操作。進(jìn)一步確認(rèn)的話，在本說明書中，“粉末層”是指例如“由金屬粉末構(gòu)成的金屬粉末層”或“由樹脂粉末構(gòu)成的樹脂粉末層”等。另外，“粉末層的規(guī)定部位”實(shí)際上意味著要制造的三維形狀造型物的區(qū)域。從而，通過對(duì)存在于所述規(guī)定部位的粉末照射光束，由此使這些粉末燒結(jié)或熔融固化而構(gòu)成三維形狀造型物的形狀。需要說明的是，“固化層”在粉末層為金屬粉末層時(shí)實(shí)際上意味著“燒結(jié)層”，在粉末層為樹脂粉末層時(shí)實(shí)際上意味著“硬化層，，。在某優(yōu)選的方式中，將三維形狀造型物用作型芯側(cè)或型腔側(cè)的模具，對(duì)模具使用時(shí)形成型腔空間的面實(shí)施切削加工。這種情況下，“形成型腔空間的面”是在模具的使用時(shí)與成形樹脂材料相接的部位，相當(dāng)于“力所施加的表面區(qū)域”。另外，在其它優(yōu)選的方式中，將三維形狀造型物用作型芯側(cè)或型腔側(cè)的模具，對(duì)模具使用時(shí)型芯側(cè)與型腔側(cè)接觸的表面區(qū)域的一部分(尤其是位于型腔空間形成面的稍外側(cè)的環(huán)狀的表面區(qū)域部)實(shí)施切削加工。這種情況下，“模具使用時(shí)型芯側(cè)與型腔側(cè)接觸的表面區(qū)域”是指在合模時(shí)“型芯側(cè)模具的周緣部”與“型腔側(cè)模具的周緣部”相互密接的區(qū)域，相當(dāng)于“力所施加的表面區(qū)域”。在該方式中，優(yōu)選以使相互密接的表面區(qū)域中的“不實(shí)施切削加工的部分”的表面高度比相互密接的表面區(qū)域中的“實(shí)施切削加工的部分”的表面高度低的方式形成固化層。進(jìn)而，在其它優(yōu)選的方式中，對(duì)作為后加工基準(zhǔn)的部分附加地實(shí)施切削加工。這里所說的“后加工基準(zhǔn)”意味著“在后加工時(shí)的基準(zhǔn)”。更具體而言，存在之后根據(jù)用途必須對(duì)三維形狀造型物或與其一體化的造型板進(jìn)一步實(shí)施加工的情況，用于該加工的基準(zhǔn)為“后加工基準(zhǔn)”。在本發(fā)明的制造方法中，優(yōu)選以使在使用時(shí)力所施加的表面區(qū)域成為固化密度達(dá) 95 100%的高密度區(qū)域的方式形成固化層。在該情況下，通過使照射光束的規(guī)定部位的粉末完全熔融而形成高密度區(qū)域。這里所說的“高密度區(qū)域”是指所謂的“熔融區(qū)域”(即， 通過熔融固化而形成的區(qū)域)，是指固化密度非常高(固化密度達(dá)95 100%左右)而液體或氣體等流體無法通過的區(qū)域。在本發(fā)明中，還提供由上述的制造方法獲得的三維形狀造型物。在特別優(yōu)選的方式中，所述三維形狀造型物可以用作型芯側(cè)或型腔側(cè)的模具，其中，模具的型腔空間形成面被實(shí)施了表面切削加工。另外，也可以對(duì)模具使用時(shí)型芯側(cè)與型腔側(cè)接觸的區(qū)域的一部分實(shí)施表面切削加工。發(fā)明效果在本發(fā)明的制造方法中，由于僅對(duì)必要的部位實(shí)施表面切削加工，因此不僅能夠縮短制造時(shí)間，還能夠減少用于驅(qū)動(dòng)切削工具的能量，因此能夠整體降低制造成本。另外，在本發(fā)明的制造方法中，由于僅對(duì)必要的部位實(shí)施表面切削加工，因此能夠相對(duì)減小切削加工區(qū)域占三維形狀造型物的整體的比例。即，切削加工區(qū)域?yàn)椤耙蚣庸?yīng)力·切削熱而受到加工損傷的區(qū)域”，在本發(fā)明中，盡可能地減小這樣受到損傷的區(qū)域而進(jìn)行三維形狀造型物的制造。因此，對(duì)三維形狀造型物而言，能夠盡量抑制機(jī)械強(qiáng)度的降低。 艮口，最終獲得的三維形狀造型物能夠維持所期望的質(zhì)量強(qiáng)度( 機(jī)械強(qiáng)度)。進(jìn)而，在現(xiàn)有技術(shù)中，為了防止三維形狀造型物的機(jī)械強(qiáng)度的降低，必須在預(yù)先假定了切削加工中的損傷的程度的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，但在本發(fā)明中，僅通過考慮用途來對(duì)造型物實(shí)施切削加工，就能夠減少制造時(shí)間和制造成本且防止機(jī)械強(qiáng)度的降低。即，本發(fā)明能夠在不提高制造時(shí)間和制造成本的前提下省略上述那樣的需要考慮難以具體預(yù)測(cè)的加工損傷的設(shè)計(jì)，在這點(diǎn)上也是非常有益的。


圖1是示意性地表示光造型復(fù)合加工機(jī)的動(dòng)作的剖視圖。圖2是示意性地表示進(jìn)行粉末燒結(jié)層疊法的方式的立體圖。圖3是示意性地表示實(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4是光造型復(fù)合加工機(jī)的動(dòng)作的流程圖。圖5是按時(shí)間順序表示光造型復(fù)合加工過程的示意圖。圖6是概念性地表示由本發(fā)明的制造方法獲得的三維形狀造型物的特征的示意圖。圖7是示意性地表示用作型芯側(cè)模具或型腔側(cè)模具的三維形狀造型物的形態(tài)的立體圖。
圖8是示意性地表示僅對(duì)形成型腔空間的表面實(shí)施切削加工的方式的立體圖。圖9是表示僅對(duì)模具使用時(shí)型芯側(cè)與型腔側(cè)接觸的表面區(qū)域的一部分實(shí)施切削加工的方式的示意圖。圖10是示意性地表示僅對(duì)位于型腔空間的稍外側(cè)的環(huán)狀的表面區(qū)域部分實(shí)施切削加工的方式的立體圖。圖11是示意性地表示對(duì)作為后加工基準(zhǔn)的部分·表面區(qū)域進(jìn)一步進(jìn)行切削加工的方式的立體圖。圖12是表示對(duì)作為后加工基準(zhǔn)的部分·表面區(qū)域進(jìn)一步進(jìn)行切削加工的方式的示意圖。圖13是表示將三維形狀造型物的使用時(shí)力所施加的區(qū)域形成為高密度區(qū)域，而對(duì)該高密度區(qū)域部分進(jìn)行表面切削加工的方式的示意圖。圖14是高密度區(qū)域與低密度區(qū)域的交界部分的SEM照片。圖15是高密度區(qū)域(熔融區(qū)域)及低密度區(qū)域的SEM照片(三維形狀造型物的截面照片)。圖16是表示現(xiàn)有技術(shù)(專利文獻(xiàn)幻的三維形狀造型物的形態(tài)的示意圖。符號(hào)說明1 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)19 粉末/粉末層(例如金屬粉末/金屬粉末層或樹脂粉末/樹脂粉末層)20 造型工作臺(tái)21 造型板22 粉末層(例如金屬粉末層或樹脂粉末層)23 擠壓用刮板24 固化層(例如燒結(jié)層或硬化層)或由其獲得的三維形狀造型物25 粉末工作臺(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 檢流計(jì)反射鏡32 反射鏡33 聚光透鏡40 銑頭41 XY驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)41a X軸驅(qū)動(dòng)部41b Y軸驅(qū)動(dòng)部
42 刀庫50 腔室52 光透過窗60 后加工基準(zhǔn)L 光束P 使用時(shí)施加在三維形狀造型物上的“力”
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明更加詳細(xì)地進(jìn)行說明。[粉末燒結(jié)層疊法]首先，對(duì)作為本發(fā)明的制造方法的前提的粉末燒結(jié)層疊法進(jìn)行說明。圖1 圖3 表示能夠?qū)嵤┓勰Y(jié)層疊法的光造型復(fù)合加工機(jī)的功能及結(jié)構(gòu)。光造型復(fù)合加工機(jī)1主要具有通過鋪設(shè)規(guī)定厚度的金屬粉末及樹脂粉末等粉末來形成粉末層的粉末層形成機(jī)構(gòu) 2 ；在外周由壁27圍成的造型箱四內(nèi)通過工作缸驅(qū)動(dòng)而上下升降的造型工作臺(tái)20 ；配設(shè)在造型工作臺(tái)20上且作為造型物的基座的造型板21 ；將光束L向任意的位置照射的光束照射機(jī)構(gòu)3 ；對(duì)造型物的周圍進(jìn)行切削的切削機(jī)構(gòu)4。如圖1所示，粉末層形成機(jī)構(gòu)2主要具有在外周由壁沈圍成的粉末材料箱觀內(nèi)通過工作缸驅(qū)動(dòng)而上下升降的粉末工作臺(tái)25 ； 用于在造型工作臺(tái)或造型板上形成粉末層22的擠壓用刮板23。如圖2及圖3所示，光束照射機(jī)構(gòu)3主要具有發(fā)出光束L的光束振蕩器30 ；使光束L在粉末層22上掃描的檢流計(jì)反射鏡31 (掃描光學(xué)系統(tǒng))。根據(jù)需要，光束照射機(jī)構(gòu)3具備對(duì)光束點(diǎn)的形狀進(jìn)行修正的束形狀修正機(jī)構(gòu)(例如由一對(duì)柱面透鏡和使該透鏡繞光束的軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的機(jī)構(gòu))或f θ透鏡等。切削機(jī)構(gòu)4主要具有切削造型物的周圍的銑頭40 ；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)D2及圖3)。參照?qǐng)D1、圖4及圖5對(duì)光造型復(fù)合加工機(jī)1的動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)敘述。圖4表示光造型復(fù)合加工機(jī)的通常的動(dòng)作流程。圖5示意性地簡(jiǎn)單表示光造型復(fù)合加工過程。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)；向粉末層22照射光束L而形成固化層M的固化層形成步驟(S》；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，最初將造型工作臺(tái)20降低Atl(Sll)。接著， 將粉末工作臺(tái)25抬高Atl后，如圖1(a)所示，使擠壓用刮板23沿箭頭A方向移動(dòng)。由此，將粉末工作臺(tái)25上的粉末(例如平均粒徑為5 μ m 100 μ m左右的鐵粉或平均粒徑為30 μ m 100 μ m左右的尼龍、聚丙烯、ABS等的粉末)向造型板21上輸送(S12)，將粉末平整為規(guī)定厚度Atl而形成粉末層22 (S13)。接著，移向固化層形成步驟(S2)，從光束振蕩器30發(fā)出光束L (例如碳酸氣體激光(500W左右)、Nd:YAG激光(500W左右)、光纖激光 (500W左右)或紫外線等)(S21)，利用檢流計(jì)反射鏡31使光束L在粉末層22上的任意位置掃描(S22)。由此，使粉末熔融且固化而形成與造型板21—體化的固化層對(duì)623)。光束并不限定于在空氣中傳播，也可以通過光纖等傳播。反復(fù)粉末層形成步驟(Si)和固化層形成步驟(S》而層疊固化層M，直至固化層 24的厚度達(dá)到根據(jù)銑頭40的工具長度等求出的規(guī)定厚度為止(參照?qǐng)D1 (b))。需要說明的是，新層疊的固化層在燒結(jié)或熔融固化時(shí)與已經(jīng)形成的下層的固化層一體化。
當(dāng)層疊的固化層M的厚度成為規(guī)定的厚度時(shí)，移向切削步驟(S3)。在圖1及圖5 所示那樣的形態(tài)下驅(qū)動(dòng)銑頭40，由此開始實(shí)施切削步驟(S31)。例如，在銑頭40的工具(球頭立銑刀)的直徑為1mm、有效刃長度為3mm的情況下，可以進(jìn)行深度3mm的切削加工，因此若Atl為0.05mm，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 01a， 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M構(gòu)成的造型物的表面進(jìn)行切削加工(S32)。并且，在三維形狀造型物的制造仍未完成的情況下，返回到粉末層形成步驟(Si)。以后，反復(fù)Sl至S3來進(jìn)一步層疊固化層24，由此進(jìn)行三維形狀造型物的制造 (參照?qǐng)D5)。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)制成。此時(shí)，適用等高線加工來確定加工路徑。例如，在固化層形成步驟(S》中，使用將從三維CAD模型生成的STL數(shù)據(jù)以等間距(例如在將AtlSSO. 05mm 的情況下，間距為0. 05mm)劃分而成的各截面的輪廓形狀數(shù)據(jù)。[本發(fā)明的制造方法]本發(fā)明的制造方法基于上述的粉末燒結(jié)層疊法而特別考慮了獲得的三維形狀造型物的用途。具體而言，在本發(fā)明中，對(duì)使用三維形狀造型物時(shí)力所施加的面( 使用三維形狀造型物時(shí)與其它物質(zhì)或構(gòu)件接觸的面)實(shí)施切削加工。在以下的說明中，以作為粉末使用金屬粉末的形態(tài)(即，作為粉末層使用金屬粉末層的形態(tài))為例進(jìn)行說明。順帶而言，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，也可以是進(jìn)一步含有從由鎳粉末、鎳系合金粉末、銅粉末、銅系合金粉末及石墨粉末等構(gòu)成的組中選擇的至少一種而成的粉末(作為一例，可以舉出平均粒徑為20 μ m左右的鐵系粉末的配合量達(dá)60 90重量％、鎳粉末及鎳系合金粉末這兩方或任一方的配合量達(dá)5 35重量％、銅粉末及/或銅系合金粉末兩方或任一方的配合量達(dá)5 15重量％、及石墨粉末的配合量達(dá)0. 2 0. 8重量％的金屬粉末)。需要說明的是，金屬粉末并不限定于這樣的鐵系粉末，還可以是銅系粉末或鋁粉末，進(jìn)一步說，若將三維形狀造型物用于模具以外的用途，則還可以是塑料粉末或陶瓷粉末。在本發(fā)明的制造方法中，如圖6所示，僅對(duì)三維形狀造型物M的使用時(shí)力P所施加的區(qū)域?qū)嵤┍砻媲邢骷庸ぁＷ鳛槿S形狀造型物的用途，例如，考慮圖7所示的型芯側(cè)模具或型腔側(cè)模具。在該情況下，在三維形狀造型物的使用時(shí)對(duì)“形成型腔空間的面”施加力。即，由于向型芯側(cè)模具與型腔側(cè)模具相互合模而形成的型腔空間填充樹脂材料來進(jìn)行成形，因此型腔空間形成面從“樹脂材料”或“成形物”受到力。從而，在本發(fā)明中，僅對(duì)這樣的“形成型腔空間的面”實(shí)施表面切削加工(參照?qǐng)D8)。使用的切削加工機(jī)構(gòu)只要能夠?qū)嵤┍砻媲邢骷纯?，可以為任意。例如，切削加工機(jī)構(gòu)為通用的數(shù)值控制(NC=Numerical Control)工作機(jī)械或以其為基準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)。尤其優(yōu)選能夠自動(dòng)更換切削工具(端銑刀)的加工中心(MC)。端銑刀主要使用例如超硬原材料的二刃球頭立銑刀。根據(jù)加工形狀或目的不同，可以使用方形端銑刀、圓角端銑刀、鉆孔機(jī)等。在本發(fā)明中，通過實(shí)施表面切削加工，由此能夠改善被施加了表面切削加工的部位的表面粗糙度。例如，實(shí)施了表面切削加工的部位的表面粗糙度Rz優(yōu)選為10 μ m以下 (Rz = 0 10 μ m)，更優(yōu)選為5μπι以下(Rz = O 5μπι)，進(jìn)一步優(yōu)選為0. 1 μ m以下(Rz = 0 0.1μπι)。這里，“表面粗糙度Rz”是指通過對(duì)粗糙度曲線(在本發(fā)明中是指“固化層表面的截面形狀輪廓”)中從平均線至“最高的山頂部為止的高度”與從平均線至“最低的谷底部為止的深度”進(jìn)行合計(jì)而得到的粗糙度尺度。需要說明的是，在將三維形狀造型物用作模具時(shí)，無論成型件的種類·尺寸等如何，實(shí)施切削加工的表面區(qū)域所占的面積比例都達(dá)到三維形狀造型物的表面整體的30 50%左右。從而，相應(yīng)地，不僅制造時(shí)間縮短，而且三維形狀造型物伴隨切削加工所受到的損傷(加工應(yīng)力或切削熱)也減小。除了能夠防止例如與切削相伴的裂紋等，還能夠維持三維形狀造型物所期望的機(jī)械強(qiáng)度(即，能夠?qū)嶋H上維持光造型的時(shí)刻的強(qiáng)度)。“僅對(duì)在三維形狀造型物的使用時(shí)力所施加的區(qū)域?qū)嵤┍砻媲邢骷庸ぁ本哂卸喾N方式。例如，在將三維形狀造型物用作型芯側(cè)或型腔側(cè)的模具時(shí)，對(duì)模具使用時(shí)型芯側(cè)與型腔側(cè)接觸的表面區(qū)域的一部分實(shí)施切削加工為好(參照?qǐng)D9)。即，對(duì)模具彼此接觸的區(qū)域的一部分實(shí)施切削加工。更具體而言，不是對(duì)模具使用時(shí)型芯側(cè)與型腔側(cè)接觸的表面整體實(shí)施切削加工，而是如圖10所示，僅對(duì)位于型腔空間形成面的稍外側(cè)的環(huán)狀的表面區(qū)域部分實(shí)施切削加工。在該情況下，被實(shí)施了切削加工的面能夠在將型芯側(cè)模具與型腔側(cè)模具相互合模時(shí)形成“密封面”。需要說明的是，在該方式中，如圖9或圖10所示，優(yōu)選以“不實(shí)施切削加工的部分”的表面高度比“實(shí)施切削加工的部分”的表面高度低的方式造型。換言之，優(yōu)選制成不進(jìn)行基于切削加工的除去精加工的部分低一級(jí)的模型，從而成為使燒結(jié)面露出的狀態(tài)。其原因在于，“實(shí)施切削加工的部分a”在加工后表面高度變低，因此若預(yù)先降低“不實(shí)施切削加工的部分b”的表面高度，則能夠在切削加工后使部分a與部分b彼此在同一面上(由此，部分a作為密封面而可靠地發(fā)揮功能)。例如，在實(shí)施粉末燒結(jié)層疊法而獲得的造型物中，優(yōu)選“不實(shí)施切削加工的部分b”比“實(shí)施切削加工的部分a”低0. 3 Imm左右。在本發(fā)明的制造方法中，可以對(duì)作為后加工基準(zhǔn)60的部分 表面區(qū)域進(jìn)一步實(shí)施切削加工(參照?qǐng)D11及圖12)。如上所述，“后加工基準(zhǔn)”實(shí)際上意味著“在后加工時(shí)的基準(zhǔn)”。例如，存在之后根據(jù)用途必須對(duì)三維形狀造型物或與其一體化的造型板實(shí)施加工的情況，預(yù)先通過切削加工形成用于該加工的基準(zhǔn)。更具體而言，在將三維形狀造型物用作模具時(shí)，將與造型板一體化的模具安裝在合模裝置上，需要對(duì)造型板進(jìn)行加工以使其成為適于安裝的形狀。因此，預(yù)先在三維造型物上形成該造型板的加工的基準(zhǔn)。由此，三維形狀造型物的制造后的“后加工”變得容易，能夠以更佳的形態(tài)使用三維形狀造型物。需要說明的是，在本發(fā)明的制造方法中，如圖13所示，可以將在三維形狀造型物的使用時(shí)力所施加的區(qū)域形成為高密度區(qū)域，對(duì)該高密度區(qū)域部分實(shí)施表面切削加工。由此，由于僅在必要的部位形成高密度區(qū)域，因此即使在固化層形成時(shí)，也能夠?qū)崿F(xiàn)制造時(shí)間的縮短及制造成本的降低。優(yōu)選高密度區(qū)域(即，高密度熔融區(qū)域)通過使照射光束的規(guī)定部位的粉末完全熔融而形成。例如，可以通過形成為固化密度達(dá)95 100%的高密度區(qū)域、且將這以外的區(qū)域形成為固化密度達(dá)0 95% (不包含95%)的低密度區(qū)域的方式形成固化層。圖14表示高密度區(qū)域與低密度區(qū)域的交界部分的SEM照片，圖15表示高密度區(qū)域及低密度區(qū)域的各自的截面照片(SEM照片)。需要說明的是，本說明書所說的“固化密度”實(shí)際上意味著通過對(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)。使用的圖像處理軟件為 Scion Image 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)
9后，通過計(jì)算圖像的全部像素?cái)?shù)I3Xall及燒結(jié)部(白)的像素?cái)?shù)Pxwhite,由此能夠按以下的式 1求解燒結(jié)截面密度P S。式1
權(quán)利要求
1.一種三維形狀造型物的制造方法，反復(fù)進(jìn)行(i)對(duì)粉末層的規(guī)定部位照射光束而使所述規(guī)定部位的粉末燒結(jié)或熔融固化來形成固化層的工序、及(ii)在獲得的固化層上形成新的粉末層，對(duì)所述新的粉末層的規(guī)定部位照射光束而進(jìn)一步形成固化層的工序，所述三維形狀造型物的制造方法的特征在于，對(duì)固化層中的在三維形狀造型物的使用時(shí)力所施加的表面區(qū)域?qū)嵤┣邢骷庸ぁ?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，將所述三維形狀造型物用作型芯側(cè)或型腔側(cè)的模具，對(duì)模具使用時(shí)形成型腔空間的面實(shí)施切削加工。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，將所述三維形狀造型物用作型芯側(cè)或型腔側(cè)的模具，對(duì)模具使用時(shí)型芯側(cè)與型腔側(cè)接觸的表面區(qū)域的一部分實(shí)施切削加工。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，以使所述表面區(qū)域中的不實(shí)施切削加工的部分的表面高度比所述表面區(qū)域中的實(shí)施切削加工的部分的表面高度低的方式形成固化層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，對(duì)作為后加工基準(zhǔn)的部分附加地實(shí)施切削加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維形狀造型物的制造方法，其特征在于，以使在所述使用時(shí)力所施加的表面區(qū)域成為固化密度達(dá)95 100%的高密度區(qū)域的方式形成固化層。
7.—種三維形狀造型物，由權(quán)利要求2所述的三維形狀造型物的制造方法獲得，用作型芯側(cè)或型腔側(cè)的模具，所述三維形狀造型物的特征在于，形成模具的型腔空間的面被實(shí)施了表面切削加工。
8.—種三維形狀造型物，由權(quán)利要求3所述的三維形狀造型物的制造方法獲得，用作型芯側(cè)或型腔側(cè)的模具，所述三維形狀造型物的特征在于，模具使用時(shí)型芯側(cè)與型腔側(cè)接觸的區(qū)域的一部分被實(shí)施了表面切削加工。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三維形狀造型物的制造方法及由該方法獲得的三維形狀造型物，所述三維形狀造型物的制造方法反復(fù)進(jìn)行(i)對(duì)粉末層的規(guī)定部位照射光束而使所述規(guī)定部位的粉末燒結(jié)或熔融固化來形成固化層的工序、及(ii)在獲得的固化層上形成新的粉末層，對(duì)所述新的粉末層的規(guī)定部位照射光束而進(jìn)一步形成固化層的工序，所述三維形狀造型物的制造方法的特征在于，對(duì)固化層中的在三維形狀造型物的使用時(shí)力所施加的區(qū)域?qū)嵤┍砻媲邢骷庸ぁ?br> 文檔編號(hào)B22F3/105GK102458722SQ20108002511
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者不破勛, 東喜萬, 武南正孝, 阿部諭 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社