本發(fā)明涉及三維形成裝置以及三維形成方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，作為使用金屬材料簡(jiǎn)便地形成三維形狀的制造方法，公開有專利文獻(xiàn)1所示那樣的方法。專利文獻(xiàn)1所示的三維形狀造型物的制造方法用于將在原料中具有金屬粉末、溶劑和增粘劑的金屬膏形成為層狀的材料層。并且，向?qū)訝畹牟牧蠈诱丈涔馐纬山饘贌Y(jié)層或者金屬熔融層，通過(guò)重復(fù)材料層的形成和光束的照射，從而層疊燒結(jié)層或者熔融層，獲得期望的三維形狀造型物。

并且，還給出了利用專利文獻(xiàn)2公開的可以進(jìn)行堆積(三維)形成的粉末金屬堆積噴嘴、或者專利文獻(xiàn)3公開的可進(jìn)行堆焊的細(xì)粉供給噴嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬粉末的供給、以及利用激光將所供給的金屬粉末熔融、凝固而形成三維形狀造型物的啟示。

先行技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2008-184622號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2005-219060號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)3：日本特開2013-75308號(hào)公報(bào)

如專利文獻(xiàn)1公開的方法，可以在材料層形成并層疊燒結(jié)層來(lái)獲得三維形狀造型物、或者可以如專利文獻(xiàn)2和3公開的方法，通過(guò)重復(fù)堆積(肉盛り)來(lái)形成三維形狀造型物。不管是哪種方法，都是形成并層疊構(gòu)成三維形狀造型物的一個(gè)單層。對(duì)于形成該單層，在形成三維形狀造型物中的一個(gè)構(gòu)成的單層時(shí)，在專利文獻(xiàn)1的情況下，描繪掩埋所形成的燒結(jié)部的形狀那樣的軌跡來(lái)進(jìn)行激光照射的掃描，在專利文獻(xiàn)2和3的情況下，沿著掩埋燒結(jié)部的形狀那樣的軌跡來(lái)進(jìn)行噴嘴移動(dòng)。即、為了使形成三維形 狀造型物的工作臺(tái)與激光照射裝置或噴嘴相對(duì)移動(dòng)來(lái)描繪上述軌跡，需要對(duì)實(shí)現(xiàn)相對(duì)移動(dòng)的裝置驅(qū)動(dòng)部進(jìn)行精細(xì)控制。

并且，上述單層的形成時(shí)間隨著軌跡長(zhǎng)度變長(zhǎng)、即燒結(jié)部的面積增大而延長(zhǎng)。因此，為了提高生產(chǎn)率，需要提高激光照射的掃描速度或者噴嘴的移動(dòng)速度，但是，如果不提高激光的輸出，則有出現(xiàn)燒結(jié)不良、熔融不良的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明的目的在于，通過(guò)以簡(jiǎn)單的構(gòu)成實(shí)現(xiàn)多個(gè)能量供給單元的同步驅(qū)動(dòng)來(lái)獲得具有高生產(chǎn)率的三維形成裝置。

本發(fā)明是為解決上述技術(shù)問(wèn)題中的至少一部分而完成的，其可作為下面的方式或者應(yīng)用例來(lái)實(shí)現(xiàn)。

〔應(yīng)用例1〕本應(yīng)用例的三維形成裝置的特征在于，具備：工作臺(tái)；材料供給單元，向所述工作臺(tái)供給包含金屬粉末和粘合劑的被燒結(jié)材料；頭單元，具備能量照射部，所述能量照射部向由所述材料供給單元供給的所述被燒結(jié)材料供給能夠使所述被燒結(jié)材料燒結(jié)的能量；以及頭座，保持多個(gè)所述頭單元，所述三維形成裝置還具備驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元使所述頭座能夠相對(duì)于所述工作臺(tái)相對(duì)地三維移動(dòng)。

沿著頭座相對(duì)于工作臺(tái)相對(duì)移動(dòng)的一條路徑，通過(guò)從一個(gè)頭單元所具備的能量照射部照射的能量來(lái)形成對(duì)應(yīng)于一個(gè)能量照射部的燒結(jié)部。為此，根據(jù)本應(yīng)用例的三維形成裝置，由于在頭座具備多個(gè)頭單元，從而沿著頭座的一條路徑能夠形成多個(gè)燒結(jié)部。因此，能夠縮短用于形成期望的燒結(jié)區(qū)域的頭座與工作臺(tái)的相對(duì)移動(dòng)路徑長(zhǎng)度，可獲得具有高生產(chǎn)率的三維形成裝置。

〔應(yīng)用例2〕本應(yīng)用例的三維形成裝置的特征在于，具備：工作臺(tái)；材料供給單元，具備材料吐出部，用于向所述工作臺(tái)供給包含金屬粉末和粘合劑的被燒結(jié)材料；以及能量照射部，向由所述材料供給單元供給的所述被燒結(jié)材料供給能夠使所述被燒結(jié)材料燒結(jié)的能量，所述三維形成裝置還具備保持多個(gè)頭單元的頭座，所述材料吐出部和所述能量照射部保持于 所述頭單元，所述三維形成裝置還具備驅(qū)動(dòng)單元，所述驅(qū)動(dòng)單元使所述頭座能夠相對(duì)于所述工作臺(tái)相對(duì)地三維移動(dòng)。

沿著頭座相對(duì)于工作臺(tái)相對(duì)移動(dòng)的一條路徑，通過(guò)從能量照射部向自一個(gè)頭單元所具備的材料吐出部供給的被燒結(jié)材料照射的能量，形成對(duì)應(yīng)于一個(gè)頭單元的燒結(jié)部。為此，根據(jù)本應(yīng)用例的三維形成裝置，由于在頭座具備多個(gè)頭單元，從而沿著頭座的一條路徑能夠形成多個(gè)燒結(jié)部。因此，能夠縮短用于形成期望的燒結(jié)區(qū)域的頭座與工作臺(tái)的相對(duì)移動(dòng)路徑長(zhǎng)度，可獲得具有高生產(chǎn)率的三維形成裝置。

并且，根據(jù)本應(yīng)用例的三維形成裝置，由于向形成要形成的三維形狀造型物的形狀的區(qū)域供給必要量的被燒結(jié)材料，并從能量照射部向被供給的被燒結(jié)材料供給能量，從而能夠降低材料供給的損耗、供給能量的損耗。

〔應(yīng)用例3〕在上述應(yīng)用例中，其特征在于，在多個(gè)所述材料吐出部中，至少一個(gè)所述材料吐出部與其它所述材料吐出部供給不同的所述被燒結(jié)材料。

根據(jù)上述應(yīng)用例，能夠針對(duì)不同的組成具備供給被燒結(jié)材料的材料供給單元，能夠通過(guò)每個(gè)組成的各材料供給單元的材料供給和能量照射部實(shí)現(xiàn)不同材料的燒結(jié)或者熔融，能夠簡(jiǎn)單地形成由兩種以上的組成材料構(gòu)成的造型物。

〔應(yīng)用例4〕在上述應(yīng)用例中，其特征在于，所述能量是激光。

根據(jù)上述應(yīng)用例，能夠向作為目標(biāo)的供給材料集中照射能量，能夠獲得質(zhì)量出色的三維形狀造型物。并且，例如，能夠簡(jiǎn)單地根據(jù)被燒結(jié)材料的種類控制照射能量的量(功率、掃描速度)，能夠獲得期望品質(zhì)的三維形狀造型物。

〔應(yīng)用例5〕本應(yīng)用例的三維形成方法的特征在于，包括：?jiǎn)螌有纬晒ば?，通過(guò)材料供給工序和燒結(jié)工序形成單層，在所述材料供給工序中，向工作臺(tái)供給包含金屬粉末和粘合劑的被燒結(jié)材料，在所述燒結(jié)工序中，使保持多個(gè)具備供給能夠使所述被燒結(jié)材料燒結(jié)的能量的能量照射部的頭單元的頭座相對(duì)于所述工作臺(tái)相對(duì)地移動(dòng)，并向所述被燒結(jié)材料供給所述能量而使所述被燒結(jié)材料燒結(jié)；以及層疊工序，在通過(guò)所述單層形成工 序形成的第一單層上通過(guò)所述單層形成工序?qū)盈B形成第二單層，其中，所述層疊工序重復(fù)預(yù)定的次數(shù)。

沿著頭座相對(duì)于工作臺(tái)相對(duì)移動(dòng)的一條路徑，通過(guò)從一個(gè)頭單元所具備的能量照射部照射的能量來(lái)形成對(duì)應(yīng)于一個(gè)能量照射部的燒結(jié)部。為此，根據(jù)本應(yīng)用例的三維形成方法，由于使用在頭座具備多個(gè)頭單元的三維形成裝置，從而沿著頭座的一條路徑能夠形成多個(gè)燒結(jié)部。因此，能夠縮短用于形成期望的燒結(jié)區(qū)域的頭座與工作臺(tái)的相對(duì)移動(dòng)路徑長(zhǎng)度，可獲得實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率的三維形成方法。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于本應(yīng)用例中的“第一單層”及“第二單層”，將反復(fù)層疊的單層中的、層疊下部的單層稱為“第一單層”，將層疊于第一單層上的單層稱為“第二單層”，并不是用于表示被層疊的單層的第一層或第二層。

〔應(yīng)用例6〕本應(yīng)用例的三維形成方法的特征在于，包括：形成單層的單層形成工序，所述單層形成工序包括材料供給工序和燒結(jié)工序，在所述材料供給工序中，使保持多個(gè)頭單元的頭座相對(duì)于工作臺(tái)相對(duì)地移動(dòng)，并從向所述工作臺(tái)供給包含金屬粉末和粘合劑的被燒結(jié)材料的材料供給單元所具備的材料吐出部向所述工作臺(tái)吐出所述被燒結(jié)材料，在所述頭單元保持有所述材料吐出部和能量照射部，所述能量照射部向由所述材料供給單元供給的所述被燒結(jié)材料供給能夠使所述被燒結(jié)材料燒結(jié)的能量，在所述燒結(jié)工序中，向通過(guò)所述材料供給工序吐出的所述被燒結(jié)材料供給所述能量，使所述被燒結(jié)材料燒結(jié)；以及層疊工序，在通過(guò)所述單層形成工序形成的第一單層上通過(guò)所述單層形成工序?qū)盈B形成第二單層，其中，所述層疊工序重復(fù)預(yù)定的次數(shù)。

沿著頭座相對(duì)于工作臺(tái)相對(duì)移動(dòng)的一條路徑，通過(guò)從能量照射部向自一個(gè)頭單元所具備的材料吐出部供給的被燒結(jié)材料照射的能量，形成對(duì)應(yīng)于一個(gè)頭單元的燒結(jié)部。為此，根據(jù)本應(yīng)用例的三維形成方法，由于使用在頭座具備多個(gè)頭單元的三維形成裝置，從而沿著頭座的一條路徑能夠形成多個(gè)燒結(jié)部。因此，能夠縮短用于形成期望的燒結(jié)區(qū)域的頭座與工作臺(tái)的相對(duì)移動(dòng)路徑長(zhǎng)度，可獲得實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率的三維形成方法。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于本應(yīng)用例中的“第一單層”及“第二單層”，將反復(fù)層疊的單層中的、層疊下部的單層稱為“第一單層”，將層疊于第一單層上的單層稱為“第二單層”，并不是用于表示被層疊的單層的第一層或第二層。

〔應(yīng)用例7〕在上述應(yīng)用例中，其特征在于，在多個(gè)所述材料吐出部中，至少一個(gè)所述材料吐出部與其它所述材料吐出部供給不同的所述被燒結(jié)材料。

根據(jù)上述應(yīng)用例，能夠針對(duì)不同的組成具備供給被燒結(jié)材料的材料供給單元，能夠通過(guò)每個(gè)組成的各材料供給單元的材料供給和能量照射部實(shí)現(xiàn)不同材料的燒結(jié)或者熔融，能夠簡(jiǎn)單地形成由兩種以上的組成材料構(gòu)成的造型物。

〔應(yīng)用例8〕在上述的應(yīng)用例中，其特征在于，所述能量是激光。

根據(jù)上述應(yīng)用例，能夠向作為目標(biāo)的供給材料集中照射能量，能夠獲得質(zhì)量出色的三維形狀造型物。并且，例如，能夠簡(jiǎn)單地根據(jù)被燒結(jié)材料的種類控制照射能量的量(功率、掃描速度)，能夠獲得期望品質(zhì)的三維形狀造型物。

附圖說(shuō)明

圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的三維形成裝置的構(gòu)成的簡(jiǎn)要構(gòu)成圖。

圖2示出了保持于根據(jù)第一實(shí)施方式的頭座的多個(gè)頭單元的一例保持方式，圖2的(a)是從圖1所示的箭頭A方向觀察的頭座外觀圖，圖2的(b)是圖2的(a)所示的B-B’部的簡(jiǎn)要截面圖。

圖3的(a)～(e)是概念性說(shuō)明根據(jù)第一實(shí)施方式的頭單元的配置與燒結(jié)部的形成方式的關(guān)系的平面圖。

圖4的(a)是示出根據(jù)第二實(shí)施方式的三維形成裝置的構(gòu)成的簡(jiǎn)要構(gòu)成圖，圖4的(b)是圖4的(a)所示的C部的放大圖。

圖5是根據(jù)第二實(shí)施方式的頭座的從圖4的(b)所示的D方向觀察的外觀圖。

圖6是圖5所示的E-E’部的截面圖。

圖7的(a)～(c)是概念性說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施方式的頭單元的配置與燒結(jié)部的形成方式的關(guān)系的平面圖。

圖8的(d)和(e)是概念性說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施方式的頭單元的配置與燒結(jié)部的形成方式的關(guān)系的平面圖。

圖9是概念性說(shuō)明根據(jù)第二實(shí)施方式的頭單元的配置與燒結(jié)部的形成方式的關(guān)系的平面圖。

圖10的(a)和(b)是示出配置在頭座的頭單元的其它配置例的示意圖。

圖11是示出根據(jù)第三實(shí)施方式的三維形成方法的流程圖。

圖12是根據(jù)第三實(shí)施方式的綠色片材(green sheet)成型裝置的簡(jiǎn)要構(gòu)成圖。

圖13的(a)和(b)是示出根據(jù)第三實(shí)施方式的三維形成方法的工序的簡(jiǎn)要平面圖和簡(jiǎn)要平面圖所示的F-F’部的截面圖。

圖14的(c)和(d)是示出根據(jù)第三實(shí)施方式的三維形成方法的工序的簡(jiǎn)要平面圖和簡(jiǎn)要平面圖所示的F-F’部的截面圖。

圖15的(e)和(f)是示出根據(jù)第三實(shí)施方式的三維形成方法的工序的外觀立體圖和外觀立體圖所示的F-F’部的簡(jiǎn)要截面圖。

圖16是示出根據(jù)第四實(shí)施方式的三維形成方法的流程圖。

圖17的(a)和(b)是示出根據(jù)第四實(shí)施方式的三維形成方法的工序的簡(jiǎn)要平面圖和簡(jiǎn)要平面圖所示的G-G’部的截面圖。

圖18的(c)和(d)是示出根據(jù)第四實(shí)施方式的三維形成方法的工序的簡(jiǎn)要平面圖和簡(jiǎn)要平面圖所示的G-G’部的截面圖。

圖19示出了根據(jù)第五實(shí)施方式的三維形狀造型物，圖19的(a)是平面圖，圖19的(b)是圖19的(a)所示的K-K’部的截面圖。

圖20是示出根據(jù)第五實(shí)施方式的三維形成方法的流程圖。

圖21的(a)～(d)是示出根據(jù)第五實(shí)施方式的三維形成方法的工序的截面圖和平面圖。

附圖標(biāo)記

100…燒結(jié)裝置、110…基臺(tái)、120…工作臺(tái)、130…頭座支承部、140…能量照射部、150…頭座、170…壓輥、200…材料供給裝置、210…供給基臺(tái)、220…供給臺(tái)、230…轉(zhuǎn)送裝置、400…控制單元、410…工作臺(tái)控制器、420…材料供給裝置控制器、430…激光控制器、1000…三維形成裝置。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式。

(第一實(shí)施方式)圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施方式的三維形成裝置的構(gòu)成的簡(jiǎn)要構(gòu)成圖。需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書中的“三維形成”是指形成所謂的立體造型物，也包括形成雖然是例如平板狀、所謂的二維狀的形狀但卻具有厚度的形狀。

圖1所示的三維形成裝置1000(下面稱為形成裝置1000)具備形成三維形狀造型物的燒結(jié)裝置100、以及向燒結(jié)裝置100供給被稱為所謂的綠色片材的供給材料300(下面稱為綠色片材300)的、作為材料供給單元的材料供給裝置200，其中，將作為三維形狀造型物的原材料的金屬粉末和粘合劑混煉后成型為片狀而獲得供給材料300。

材料供給裝置200具備供給基臺(tái)210、配設(shè)成通過(guò)供給基臺(tái)210所具備的未圖示的驅(qū)動(dòng)單元而能向沿著圖示的重力方向的Z軸方向被驅(qū)動(dòng)的供給臺(tái)220、以及載置于供給臺(tái)220上并保持累積裝載在最上面的多個(gè)綠色片材300中的一張而將其轉(zhuǎn)送至燒結(jié)裝置100的轉(zhuǎn)送裝置230。

轉(zhuǎn)送裝置230具備能夠保持綠色片材300的片材保持部230a、以及使片材保持部230a相對(duì)于供給臺(tái)220至少在X軸以及Y軸方向上相對(duì)移動(dòng)的供給驅(qū)動(dòng)部230b。片材保持部230a中具備例如減壓吸盤等能夠保持及釋放綠色片材300的方式的片材吸附部230c，通過(guò)片材吸附部230c能夠吸附、保持綠色片材300。需要說(shuō)明的是，片材吸附部230c保持綠色片材300的方法并不限定于上述方法，例如，如果原材料金屬是磁性體，則還可以采用磁力吸附等方法或者利用導(dǎo)孔進(jìn)行機(jī)械保持。

燒結(jié)裝置100具備基臺(tái)110、工作臺(tái)120、以及頭座支承部130，工作臺(tái)120配設(shè)成通過(guò)基臺(tái)110所具備的作為驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)裝置111而能向圖示的X、Y、Z方向移動(dòng)、或者能夠在以Z軸為中心的旋轉(zhuǎn)方向上被 驅(qū)動(dòng)，該頭座支承部130的一端部固定于基臺(tái)110，保持多個(gè)能量照射部140的頭座150被保持固定于頭座支承部130的另一端部。需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施方式中說(shuō)明了通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置111向X、Y、Z方向驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)120的構(gòu)成，但并不限定于此，只要能夠在X、Y、Z方向上相對(duì)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)120和頭座150即可。

工作臺(tái)120上具備具有耐熱性的樣品板121，用于保護(hù)工作臺(tái)120免受后面說(shuō)明的照射自能量照射部的熱能的影響。另外，在樣品板121上層疊配置從材料供給裝置200轉(zhuǎn)送來(lái)的綠色片材300。需要注意的是，為了使轉(zhuǎn)送至最上層進(jìn)行層疊的綠色片材300與其下一層的綠色片材300貼緊，還可以具備壓輥170，在本例中，壓輥170邊在最上層的綠色片材300上進(jìn)行按壓，邊在X軸方向上被往復(fù)驅(qū)動(dòng)。并且，為了提高上下綠色片材300之間的貼緊性，優(yōu)選壓輥170具備加熱綠色片材300的單元。

在本實(shí)施方式中，關(guān)于保持于頭座150的多個(gè)能量照射部140，基于照射激光作為能量的能量照射部140(下面，將能量照射部140稱為激光照射部140)進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)采用激光作為所照射的能量，從而能夠向作為目標(biāo)的供給材料集中照射能量，能夠形成質(zhì)量出色的三維形狀造型物。并且，例如能夠根據(jù)被燒結(jié)材料的種類簡(jiǎn)單地控制照射能量的量(功率、掃描速度)，能夠獲得期望品質(zhì)的三維形狀造型物。

形成裝置1000具備作為控制裝置(控制單元(制御手段))的控制單元400，該控制單元400基于從未圖示的、例如個(gè)人電腦等數(shù)據(jù)輸出裝置輸出的三維形狀造型物的造型用數(shù)據(jù)控制上述的工作臺(tái)120、供給臺(tái)220、激光照射部140、以及轉(zhuǎn)送裝置230。雖未圖示，但控制單元400中具備工作臺(tái)120的驅(qū)動(dòng)控制部、供給臺(tái)220的驅(qū)動(dòng)控制部、激光照射部140的驅(qū)動(dòng)控制部、以及轉(zhuǎn)送裝置230的驅(qū)動(dòng)控制部，并具備控制它們協(xié)作地被驅(qū)動(dòng)的控制部。

對(duì)于配設(shè)成通過(guò)基臺(tái)110所具備的驅(qū)動(dòng)裝置111而能相對(duì)于基臺(tái)110移動(dòng)的工作臺(tái)120以及配設(shè)成相對(duì)于供給基臺(tái)210可移動(dòng)的供給臺(tái)220，基于來(lái)自控制單元400的控制信號(hào)，在工作臺(tái)控制器410中生成用于控制工作臺(tái)120或者供給臺(tái)220的移動(dòng)開始和停止、移動(dòng)方向、移動(dòng)量、移動(dòng) 速度等的信號(hào)，并發(fā)送至基臺(tái)110所具備的驅(qū)動(dòng)裝置111或者供給基臺(tái)210所具備的未圖示的驅(qū)動(dòng)裝置，從而驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)120和供給臺(tái)220。

對(duì)于材料供給裝置200所具備的轉(zhuǎn)送裝置230，基于來(lái)自控制單元400的控制信號(hào)，在材料供給裝置控制器420生成用于控制通過(guò)轉(zhuǎn)送裝置230所具備的供給驅(qū)動(dòng)部230b進(jìn)行的片材保持部230a的移動(dòng)以及片材吸附部230c對(duì)綠色片材300的保持或釋放等的信號(hào)，控制綠色片材300向燒結(jié)裝置100的轉(zhuǎn)送。

對(duì)于保持于頭座150的激光照射部140，從控制單元400向激光控制器430發(fā)送控制信號(hào)，并從激光控制器430向多個(gè)激光照射部140中的任一個(gè)或者全部發(fā)送使其照射激光的輸出信號(hào)。需要注意的是，來(lái)自激光照射部140的激光照射被控制成與工作臺(tái)控制器410發(fā)送的工作臺(tái)120的驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步，對(duì)載置在工作臺(tái)120上的綠色片材300，照射于其根據(jù)預(yù)定的三維形狀造型物的形狀數(shù)據(jù)而獲得的燒結(jié)形成區(qū)域。

圖2示出了保持在頭座150上的多個(gè)頭單元160所具備的激光照射部140的一例保持方式，圖2的(a)是從圖1所示的箭頭A方向觀察頭座150的外觀圖，圖2的(b)是圖2的(a)所示的B-B’部的簡(jiǎn)要截面圖。

如圖2的(a)所示，在根據(jù)第一實(shí)施方式的形成裝置1000所具備的頭座150上保持有多個(gè)頭單元160。如圖2的(b)所示，頭單元160具備激光照射部140、以及保持夾具160a，保持夾具160a保持激光照射部140，以使激光照射部140以發(fā)射激光L的激光發(fā)射口140a朝向綠色片材300的方式配設(shè)在頭座150上。另外，頭單元160通過(guò)未圖示的可拆卸的固定單元固定于頭座150。

在本實(shí)施方式中，6組頭單元160固定在頭座150。如圖2的(a)所示，其排列配置成三列，每一列有兩組，從圖中顯示的下側(cè)起為第一列的頭單元161、162、第二列的頭單元163、164、再是第三列的頭單元165、166。另外，如圖2的(b)所示，由于從激光照射部140照射的激光L，在綠色片材300上形成具有燒結(jié)寬度r的燒結(jié)部310，從而形成三維形狀造型物的局部構(gòu)成，作為通過(guò)從保持于頭座150的多個(gè)頭單元161、162、 163、164、165、166所具備的激光照射部140照射的激光L形成的燒結(jié)部310的集合體。

圖3是概念性說(shuō)明頭單元160的配置與燒結(jié)部310的形成方式的關(guān)系的平面圖(從圖1所示的箭頭A方向)。首先，如圖3的(a)所示，在綠色片材300的燒結(jié)起點(diǎn)p1，從頭單元161、162的激光照射部140照射激光L，形成燒結(jié)部310a、310b。需要注意的是，為了便于說(shuō)明，雖是平面圖，但對(duì)燒結(jié)部310畫有影線。

邊從頭單元161、162照射激光L，邊相對(duì)于頭座150使綠色片材300相對(duì)移動(dòng)至Y(+)方向的、圖3的(b)所示的燒結(jié)起點(diǎn)p1與第二列的頭單元163、164對(duì)應(yīng)的位置。由此，燒結(jié)部310a、310b保持燒結(jié)寬度r地從燒結(jié)起點(diǎn)p1延伸至綠色片材300相對(duì)移動(dòng)后的位置p2。進(jìn)而，從對(duì)應(yīng)于燒結(jié)起點(diǎn)p1的第二列的頭單元163、164照射激光L，形成燒結(jié)部310c、310d。

在圖3的(b)所示的燒結(jié)起點(diǎn)p1對(duì)應(yīng)于第二列的頭單元163、164的位置，照射激光L而開始形成燒結(jié)部310c、310d，邊從頭單元163、164照射激光L，邊使綠色片材300相對(duì)于頭座150相對(duì)移動(dòng)至圖3的(c)所示的燒結(jié)起點(diǎn)p1對(duì)應(yīng)于第三列的頭單元165、166的位置。由此，燒結(jié)部310c、310d保持燒結(jié)寬度r地從燒結(jié)起點(diǎn)p1延伸至綠色片材300相對(duì)移動(dòng)后的位置p2。同時(shí)，燒結(jié)部310a、310b保持燒結(jié)寬度r地從燒結(jié)起點(diǎn)p1延伸至綠色片材300相對(duì)移動(dòng)后的位置p3。進(jìn)而，從對(duì)應(yīng)于燒結(jié)起點(diǎn)p1的第三列的頭單元165、166照射激光L而形成燒結(jié)部310e、310f。

在圖3的(c)所示的燒結(jié)起點(diǎn)p1對(duì)應(yīng)于第三列的頭單元165、166的位置，照射激光L而開始形成燒結(jié)部310e、310f，邊從頭單元165、166照射激光L，邊使綠色片材300相對(duì)于頭座150相對(duì)地移動(dòng)，使圖3的(d)所示的燒結(jié)起點(diǎn)p1進(jìn)一步向Y(+)方向移動(dòng)。由此，燒結(jié)部310e、310f保持燒結(jié)寬度r地從燒結(jié)起點(diǎn)p1延伸至綠色片材300相對(duì)移動(dòng)后的位置p2。同時(shí)，燒結(jié)部310a、310b保持燒結(jié)寬度r地從燒結(jié)起點(diǎn)p1延伸至綠色片材300相對(duì)移動(dòng)后的位置p4，并且，燒結(jié)部310c、310d保持燒結(jié)寬度r地從燒結(jié)起點(diǎn)p1延伸至綠色片材300相對(duì)移動(dòng)后的位置p3。

當(dāng)將位置p4作為燒結(jié)結(jié)束位置時(shí)(下面，將位置p4稱為燒結(jié)終點(diǎn)p4)，在圖3的(d)所示的燒結(jié)終點(diǎn)p4處，停止從頭單元161、162照射激光L。進(jìn)而，邊使綠色片材300向Y(+)方向相對(duì)移動(dòng)，邊照射激光L直到頭單元163、164、165、166到達(dá)燒結(jié)終點(diǎn)p4，如圖3的(e)所示，燒結(jié)部310c、310d、310e、310f保持燒結(jié)寬度r地從燒結(jié)起點(diǎn)p1形成到燒結(jié)終點(diǎn)p4。這樣，邊使綠色片材300從燒結(jié)起點(diǎn)p1移動(dòng)到燒結(jié)終點(diǎn)p4，邊從頭單元161、162、163、164、165、166依次照射激光L，從而能夠形成寬度R和長(zhǎng)度H的、本實(shí)施方式的例示中大致為矩形的燒結(jié)部310。

如上所述，在根據(jù)第一實(shí)施方式的形成裝置1000所具備的燒結(jié)裝置100中，與綠色片材300的移動(dòng)同步地選擇性地從頭單元161、162、163、164、165、166照射激光L，能夠在綠色片材300上形成期望形狀的燒結(jié)部310。并且，如上所述，在本例中，綠色片材300的移動(dòng)只是向沿著Y軸方向的一個(gè)方向移動(dòng)即可在圖3的(e)所示的寬度R×長(zhǎng)度H的區(qū)域內(nèi)獲得期望形狀的燒結(jié)部310。另外，可以獲得作為燒結(jié)部310的集合體的、后述的局部造型物。

對(duì)形成裝置1000說(shuō)明了從材料供給裝置200向燒結(jié)裝置100供給綠色片材300的方式，但不限定于此。例如還可以是向樣品板121上供給粉末金屬并通過(guò)刮板(スキージ)成型為期望的厚度來(lái)供給燒結(jié)前的材料的方式。

(第二實(shí)施方式)圖4是示出根據(jù)第二實(shí)施方式的三維形成裝置的構(gòu)成的簡(jiǎn)要構(gòu)成圖。圖4的(a)所示的三維形成裝置2000(下面稱為形成裝置2000)與根據(jù)第一實(shí)施方式的形成裝置1000的區(qū)別在于材料供給單元的構(gòu)成、和頭座及頭單元的構(gòu)成。因此，對(duì)于與根據(jù)第一實(shí)施方式的形成裝置1000相同的構(gòu)成成分標(biāo)注相同的符號(hào)，并省略其說(shuō)明。

如圖4所示，形成裝置2000具備基臺(tái)110、工作臺(tái)120、以及頭座支承部130，工作臺(tái)120配設(shè)成通過(guò)基臺(tái)110所具備的作為驅(qū)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)裝置111而能向圖示的X、Y、Z方向移動(dòng)、或者能夠在以Z軸為中心的旋轉(zhuǎn)方向上被驅(qū)動(dòng)，該頭座支承部130的一端部固定于基臺(tái)110，保持多 個(gè)具備能量照射部1300和材料吐出部1230的頭單元1400的頭座1100被保持固定于頭座支承部130的另一端部。

另外，形成為三維形狀造型物500的過(guò)程中的局部造型物501、502、503在工作臺(tái)120上形成為層狀。在形成三維形狀造型物500時(shí)，如后所述，通過(guò)激光照射熱能，因此，為了保護(hù)工作臺(tái)120免受熱的影響，也可以使用具有耐熱性的樣品板121，在樣品板121之上形成三維形狀造型物500。作為樣品板121，通過(guò)使用例如陶瓷板，從而可以獲得高的耐熱性，并且與被燒結(jié)或者熔融的供給材料的反應(yīng)性低，能夠防止三維形狀造型物500變質(zhì)。需要說(shuō)明的是，為了便于說(shuō)明，在圖4的(a)中舉例示出了局部造型物501、502、503這三層，但一直層疊到期望的三維形狀造型物500的形狀。

圖4的(b)是示出圖4的(a)所示的頭座1100的C部放大概念圖。

如圖4的(b)所示，頭座1100保持多個(gè)頭單元1400。一個(gè)頭單元1400構(gòu)成為將作為材料供給單元的材料供給裝置1200所具備的材料吐出部1230和作為能量照射單元的能量照射部1300保持于保持夾具1400a，這一點(diǎn)將在后面詳細(xì)說(shuō)明。材料吐出部1230具備吐出噴嘴1230a、以及根據(jù)材料供給控制器1500而使材料從吐出噴嘴1230a吐出的吐出驅(qū)動(dòng)部1230b。

在本實(shí)施方式中，對(duì)于能量照射部1300，基于照射激光作為能量的能量照射部1300(下面，將能量照射部1300稱為激光照射部1300)進(jìn)行說(shuō)明。能夠向作為目標(biāo)的供給材料集中照射能量，能夠形成質(zhì)量出色的三維形狀造型物。并且，例如能夠根據(jù)被燒結(jié)材料的種類簡(jiǎn)單地控制照射能量的量(功率、掃描速度)，能夠獲得期望品質(zhì)的三維形狀造型物。

材料吐出部1230通過(guò)供給管1220連接于材料供給單元1210，材料供給單元1210收容分別與保持于頭座1100的頭單元1400對(duì)應(yīng)的供給材料。另外，預(yù)定的材料從材料供給單元1210供給至材料吐出部1230。優(yōu)選地，在材料供給單元1210中，包括由根據(jù)本實(shí)施方式的形成裝置2000造型的三維形狀造型物500的原材料的被燒結(jié)材料作為供給材料收容于材料收容部1210a中，各個(gè)材料收容部1210a通過(guò)供給管1220與各個(gè)材料 吐出部1230連接。這樣，通過(guò)具備各個(gè)材料收容部1210a，從而能夠從頭座1100供給多個(gè)不同種類的被燒結(jié)材料。

作為供給材料的被燒結(jié)材料，是將成為三維形狀造型物500的原材料的金屬、例如鎂(Mg)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鉻(Cr)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鎳(Ni)的單體粉末或者包含它們中的一種以上的合金等的混合粉末與溶劑和作為粘合劑的增稠劑混煉而得到的漿狀(或膏狀)的混合材料。

如圖4的(a)所示，形成裝置2000具備基于從例如未圖示的個(gè)人電腦等數(shù)據(jù)輸出裝置輸出的三維形狀造型物500的造型用數(shù)據(jù)控制上述的工作臺(tái)120、材料供給裝置1200所具備的材料吐出部1230以及激光照射部1300的作為控制裝置(制御手段)的控制單元400。雖未圖示，但控制單元400中至少具備工作臺(tái)120的驅(qū)動(dòng)控制部、材料吐出部1230的動(dòng)作控制部、激光照射部1300的動(dòng)作控制部。另外，在控制單元400中具備使工作臺(tái)120、材料吐出部1230以及激光照射部1300協(xié)作地被驅(qū)動(dòng)并動(dòng)作的控制部。

對(duì)于配設(shè)成相對(duì)于基臺(tái)110可移動(dòng)的工作臺(tái)120，基于來(lái)自控制單元400的控制信號(hào)，在工作臺(tái)控制器410中生成用于控制工作臺(tái)120的移動(dòng)開始和停止、移動(dòng)方向、移動(dòng)量、移動(dòng)速度等的信號(hào)，并發(fā)送到基臺(tái)110所具備的驅(qū)動(dòng)裝置111，從而工作臺(tái)120在圖示的X、Y、Z方向上移動(dòng)。在頭單元1400所具備的材料吐出部1230中，基于來(lái)自控制單元400的控制信號(hào)，在材料供給控制器440生成用于控制從材料吐出部1230所具備的吐出驅(qū)動(dòng)部1230b中的吐出噴嘴1230a吐出的材料吐出量等的信號(hào)，根據(jù)所生成的信號(hào)，從吐出噴嘴1230a吐出預(yù)定量的材料。

圖5以及圖6示出了保持于頭座1100的多個(gè)頭單元1400、以及保持于頭單元1400的激光照射部1300和材料吐出部1230的保持方式的一個(gè)例子，圖5是從圖4的(b)所示的箭頭D方向觀察頭座1100的外觀圖，圖6是圖5所示的E-E’部的簡(jiǎn)要截面圖。

如圖5所示，多個(gè)頭單元1400通過(guò)未圖示的固定單元保持在頭座1100。在根據(jù)本實(shí)施方式的形成裝置2000的頭座1100中從圖下方起具備第一列的頭單元1401、1402、第二列的頭單元1403、1404、第三列的頭 單元1405、1406、再是第四列的頭單元1407、1408共八個(gè)單元的頭單元1400。另外，雖未圖示，但各個(gè)頭單元1401～1408所具備的材料吐出部1230構(gòu)成為經(jīng)由吐出驅(qū)動(dòng)部1230b而通過(guò)供給管1220連接于材料供給單元1210，激光照射部1300構(gòu)成為連接于激光控制器430，并且，材料吐出部1230和激光照射部1300由保持夾具1400a所保持。

如圖6所示，材料吐出部1230從吐出噴嘴1230a向載置于工作臺(tái)120上的樣品板121上吐出被燒結(jié)材料M(下面稱為材料M)。對(duì)頭單元1401例示了呈液滴狀吐出材料M的吐出方式，對(duì)頭單元1402例示了連續(xù)體狀地供給材料M的吐出方式。材料M的吐出方式既可以是液滴狀，也可以是連續(xù)體狀，但在本實(shí)施方式中基于液滴狀吐出材料M的方式進(jìn)行說(shuō)明。

從吐出噴嘴1230a液滴狀吐出的材料M大致在重力方向上飛翔而滴落在樣品板121上。激光照射部1300以發(fā)射的激光L朝向材料M的滴落位置的方式相對(duì)于重力方向帶有預(yù)定的傾斜度地保持于保持夾具1400a，從激光照射部1300向滴落的材料M照射激光L，材料M被燒成、燒結(jié)，形成燒結(jié)部50。該燒結(jié)部50的集合體形成為在樣品板121上形成的三維形狀造型物500的局部造型物、例如局部造型物501(參照?qǐng)D4)。

圖7、圖8及圖9是概念性說(shuō)明頭單元1400的配置與燒結(jié)部50的形成方式的關(guān)系的平面圖(從圖4所示的D方向觀察)。首先，如圖7的(a)所示，在樣品板121上的造型起點(diǎn)q1處，從頭單元1401、1402的吐出噴嘴1230a吐出材料M，并從激光照射部1300向滴落在樣品板121上的材料M照射激光L，從而形成燒結(jié)部50a、50b。需要注意的是，為了便于說(shuō)明，雖然是平面圖，但對(duì)燒結(jié)部50畫有影線，舉例說(shuō)明形成于樣品板121的上表面的第一層的局部造型物501。

首先，如圖7的(a)所示，在樣品板121上的局部造型物501的造型起點(diǎn)q1處，從圖示下方的第一列的頭單元1401、1402所具備的材料吐出部1230吐出材料M。從頭單元1401、1402所具備的激光照射部1300對(duì)吐出的材料M照射激光L，從而形成燒結(jié)部50a、50b。

邊繼續(xù)從頭單元1401、1402的材料吐出部1230吐出材料M和從激光照射部1300照射激光L，邊使樣品板121相對(duì)于頭座1100相對(duì)移動(dòng)到 Y(+)方向的、圖7的(b)所示的造型起點(diǎn)q1與第二列的頭單元1403、1404對(duì)應(yīng)的位置。由此，燒結(jié)部50a、50b保持燒結(jié)寬度t地從造型起點(diǎn)q1延伸到樣品板121相對(duì)移動(dòng)后的位置q2。進(jìn)而，從對(duì)應(yīng)于造型起點(diǎn)q1的第二列的頭單元1403、1404吐出材料M，并向那照射激光L，從而開始形成燒結(jié)部50c、50d。

開始形成圖7的(b)所示的燒結(jié)部50c、50d，邊繼續(xù)從頭單元1403、1404的材料吐出部1230吐出材料M和從激光照射部1300照射激光L，邊使樣品板121相對(duì)于頭座1100相對(duì)移動(dòng)到Y(jié)(+)方向的、圖7的(c)所示的造型起點(diǎn)q1與第三列的頭單元1405、1406對(duì)應(yīng)的位置。由此，燒結(jié)部50c、50d保持燒結(jié)寬度t地從造型起點(diǎn)q1延伸到樣品板121移動(dòng)后的位置q2。同時(shí)，燒結(jié)部50a、50b保持燒結(jié)寬度t地從造型起點(diǎn)q1延伸到樣品板121相對(duì)移動(dòng)后的位置q3。從對(duì)應(yīng)于造型起點(diǎn)q1的第三列的頭單元1405、1406吐出材料M，并向那照射激光L，從而開始形成燒結(jié)部50e、50f。

開始形成圖7的(c)所示的燒結(jié)部50e、50f，邊繼續(xù)從頭單元1405、1406的材料吐出部1230吐出材料M和從激光照射部1300照射激光L，邊使樣品板121相對(duì)于頭座1100相對(duì)移動(dòng)到Y(jié)(+)方向的、圖8的(d)所示的造型起點(diǎn)q1與第四列的頭單元1407、1408對(duì)應(yīng)的位置。由此，燒結(jié)部50e、50f保持燒結(jié)寬度t地從造型起點(diǎn)q1延伸到樣品板121移動(dòng)后的位置q2。同時(shí)，燒結(jié)部50a、50b保持燒結(jié)寬度t地從造型起點(diǎn)q1延伸到樣品板121相對(duì)移動(dòng)后的位置q4、燒結(jié)部50c、50d保持燒結(jié)寬度t地從造型起點(diǎn)q1延伸到樣品板121相對(duì)移動(dòng)后的位置q3。從對(duì)應(yīng)于造型起點(diǎn)q1的第四列的頭單元1407、1408吐出材料M，并向那照射激光L，從而開始形成燒結(jié)部50g、50h。

當(dāng)將位置q5作為燒結(jié)結(jié)束位置時(shí)(下面，將位置q5稱為造型終點(diǎn)q5)，如圖8的(e)所示，使樣品板121相對(duì)移動(dòng)至頭單元1401、1402到達(dá)造型終點(diǎn)q5，并使燒結(jié)部50g、50h延伸。另外，在到達(dá)了造型終點(diǎn)q5的頭單元1401、1402中停止從頭單元1401、1402所具備的材料吐出部1230吐出材料M，并停止從激光照射部1300照射激光L。進(jìn)而，邊使樣 品板121向Y(+)方向相對(duì)移動(dòng)，邊照射激光L直到頭單元1403、1404、1405、1406、1407、1408到達(dá)造型終點(diǎn)q5，從而如圖9所示，燒結(jié)部50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g、50h保持燒結(jié)寬度t地從造型起點(diǎn)q1形成到造型終點(diǎn)q5。像這樣地，邊使樣品板121從造型起點(diǎn)q1移動(dòng)到造型終點(diǎn)q5，邊從頭單元1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407、1408依次進(jìn)行材料M的吐出供給和激光L的照射，從而能夠形成寬度T和長(zhǎng)度J的、在本實(shí)施方式的示例中大致為矩形的燒結(jié)部50。并且，能夠形成及構(gòu)成第一層的局部造型物501作為燒結(jié)部50的集合體。

如上所述，在根據(jù)第二實(shí)施方式的形成裝置2000中，與具備樣品板121的工作臺(tái)120的移動(dòng)同步地選擇性地進(jìn)行從頭單元1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407、1408所具備的材料吐出部1230吐出供給材料M以及從激光照射部1300照射激光L，從而能夠在樣品板121上形成期望形狀的局部造型物501。并且，如上所述，在本例中，工作臺(tái)120的移動(dòng)只是向沿著Y軸方向的一個(gè)方向移動(dòng)即可在圖9所示的寬度T×長(zhǎng)度J的區(qū)域內(nèi)獲得期望形狀的燒結(jié)部50、且獲得作為燒結(jié)部50的集合體的局部造型物501。

此外，關(guān)于從材料吐出部1230吐出的材料M，也可以從頭單元1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407、1408中的任一個(gè)單元或者兩個(gè)以上的單元吐出供給與其它頭單元不同的材料。因此，通過(guò)使用根據(jù)本實(shí)施方式的形成裝置2000，可以獲得具有形成自不同種類材料的復(fù)合材料局部造型物的三維形狀造型物。

配置于上述的根據(jù)第一實(shí)施方式的形成裝置1000所具備的頭座150上的頭單元160或者配置于根據(jù)第二實(shí)施方式的形成裝置2000所具備的頭座1100上的頭單元1400的數(shù)量及排列并不限定于上述的圖2或者圖5所示的數(shù)量及排列。圖10的示意圖中示出了配置在頭座150、1100上的頭單元160、1400的其它配置例。

圖10的(a)示出了在頭座150、1100上沿X軸方向并列多個(gè)頭單元160、1400的方式。圖10的(b)示出了在頭座150、1100上將頭單元 160、1400排列成格子狀的方式。需要說(shuō)明的是，所排列的頭單元的數(shù)量均不限定于圖示的例子。

(第三實(shí)施方式)

作為第三實(shí)施方式，說(shuō)明利用根據(jù)第一實(shí)施方式的三維形成裝置1000形成三維形狀造型物的三維形成方法。圖11是示出根據(jù)第三實(shí)施方式的三維形成方法的流程圖，圖12是成型綠色片材300的綠色片材成型裝置的簡(jiǎn)要構(gòu)成圖，圖13、圖14是示出根據(jù)本實(shí)施方式的三維形成工序的簡(jiǎn)要平面圖及簡(jiǎn)要截面圖，圖15是示出根據(jù)本實(shí)施方式的三維形成工序的外觀立體圖及簡(jiǎn)要截面圖。

(三維造型用數(shù)據(jù)獲取工序)

如圖11所示，根據(jù)本實(shí)施方式的三維形成方法執(zhí)行三維造型用數(shù)據(jù)獲取工序(S1)，從未圖示的例如個(gè)人電腦等中獲取三維形狀造型物的三維造型用數(shù)據(jù)到控制單元400(參照?qǐng)D1)。對(duì)于在三維造型用數(shù)據(jù)獲取工序(S1)中獲取的三維造型用數(shù)據(jù)，從控制單元400發(fā)送控制數(shù)據(jù)到工作臺(tái)控制器410、材料供給裝置控制器420、和激光控制器430，進(jìn)入材料準(zhǔn)備工序。

(材料準(zhǔn)備工序)

在材料準(zhǔn)備工序(S2)中，將預(yù)定張數(shù)的綠色片材300載置于材料供給裝置200所具備的供給臺(tái)220。通過(guò)在圖12中例示了簡(jiǎn)要構(gòu)成的綠色片材300的綠色片材成型裝置3000等形成綠色片材300。

如圖12所示，綠色片材成型裝置3000具備供給材料M的原材料供給部3100、以及接收并輸送從原材料供給部3100排出的材料M的輸送帶3200。材料M使用將形成為30μm以下的金屬粉末和粘合劑混煉成為膏狀的混合物。作為金屬粉末，可以使用例如鈷系合金、馬氏體時(shí)效鋼、不銹鋼、鈦系合金、鎳系合金、鎂合金或者銅系合金等合金；或者鐵、鈦、鎳、銅等金屬。作為粘合劑，可以使用熱塑性樹脂、或者水溶性熱塑性樹脂。作為熱塑性樹脂，可以使用例如聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)(PPS)、聚酰胺(PA)、ABS、聚醚醚酮(PEEK) 等，作為水溶性熱塑性樹脂，可以使用例如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)等。

添加上述的金屬粉末、粘合劑、和作為粘度調(diào)節(jié)用的溶劑并進(jìn)行混煉后的材料M被投入原材料供給部3100，并依次向沿著圖示的箭頭α方向驅(qū)動(dòng)的輸送帶3200上排出預(yù)定量。隨著輸送帶3200向α方向移動(dòng)，材料M通過(guò)均化輥3300形成為均勻的厚度，并通過(guò)接下來(lái)的加壓輥3400，形成為成為綠色片材300的預(yù)定厚度。然后，通過(guò)切割單元3500切割成預(yù)定長(zhǎng)度，得到綠色片材300。

(材料供給工序)

通過(guò)材料準(zhǔn)備工序(S2)在材料供給裝置200的供給臺(tái)220上載置了預(yù)定數(shù)量的綠色片材300時(shí)，開始材料供給工序(S3)。在材料供給工序(S3)中，基于來(lái)自控制單元400的控制信號(hào)，材料供給裝置控制器420生成轉(zhuǎn)送裝置230的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)送裝置230。

首先，將片材保持部230a移動(dòng)到預(yù)定位置，通過(guò)片材吸附部230c吸附、保持載置在供給臺(tái)220上的綠色片材300中的最上面的綠色片材。在保持有綠色片材300的狀態(tài)下，片材保持部230a移動(dòng)到燒結(jié)裝置100的樣品板121上，并使綠色片材300脫離片材吸附部230c并與片材吸附部230c分開，從而將綠色片材300載置在樣品板121上。在載置并分開綠色片材300之后，片材保持部230a返回至材料供給裝置200的待機(jī)位置。下面，將載置的第一層的綠色片材300作為第一層的綠色片材301進(jìn)行說(shuō)明。

(燒結(jié)工序)

進(jìn)入燒結(jié)工序(S4)，在燒結(jié)工序(S4)中，從保持于頭座150的多個(gè)頭單元160所具備的激光照射部140對(duì)通過(guò)材料供給工序(S3)載置在樣品板121上的第一層的綠色片材301照射激光L。

燒結(jié)工序(S4)中的燒結(jié)是指，從包含構(gòu)成綠色片材300的金屬粉末和粘合劑的狀態(tài)去除粘合劑，以使金屬粉末彼此結(jié)合而成型為金屬造型物的加工方式。

圖13的(a)、圖13的(b)以及圖14的(c)示出了燒結(jié)工序(S3)中第一層的綠色片材301的燒結(jié)部311的形成方法。本例中例示了構(gòu)成三維形狀造型物500的圓環(huán)狀的第一層的局部造型物501的形成方法。在圖13以及圖14中，圖示的上方示出的是平面圖，圖示的下方示出的是平面圖所示的F-F’部的截面圖。

如圖13的(a)所示，邊使頭座150與載置在工作臺(tái)120上所具備的樣品板121上的第一層的綠色片材301在Y方向上相對(duì)移動(dòng)，邊從配置于頭座150的頭單元160(本圖中未示出)所具備的激光照射部140向綠色片材301照射激光L。

通過(guò)結(jié)束頭座150的預(yù)定量的相對(duì)移動(dòng)，從而如在圖3的(d)中所說(shuō)明地，形成作為相當(dāng)于從各激光照射部140進(jìn)行照射而形成的燒結(jié)部310a、310b、310c、310d、310e、310f的燒結(jié)部的集合體的燒結(jié)部310，形成構(gòu)成局部造型物501的初始燒結(jié)部311。另外，如圖13的(b)所示，在頭座150中，以與圖13的(a)所示的燒結(jié)部310連續(xù)的方式形成相當(dāng)于在圖3的(d)中說(shuō)明過(guò)的、從各激光照射部140進(jìn)行照射而形成的燒結(jié)部310a、310b、310c、310d、310e、310f的燒結(jié)部的集合體，從而形成燒結(jié)部312，形成與燒結(jié)部311相連的燒結(jié)部310。

然后，將圖13的(b)所示的使頭座150以與在圖13的(a)中形成的燒結(jié)部310連續(xù)的方式形成相當(dāng)于在圖3的(d)中說(shuō)明過(guò)的、從各激光照射部140進(jìn)行照射而形成的燒結(jié)部310a、310b、310c、310d、310e、310f的燒結(jié)部的集合體的工序依次實(shí)施預(yù)定的重復(fù)次數(shù)，如圖14的(c)所示，形成燒結(jié)部310形成至局部造型物501的形狀的第i個(gè)燒結(jié)部31i，從而在第一層的綠色片材301內(nèi)形成局部造型物501、和除了局部造型物501之外的部分、即未燒結(jié)部301a。

這樣，在燒結(jié)工序(S4)中，形成被燒結(jié)的局部造型物501和未燒結(jié)部301a，形成作為第一單層的第一層301b。上述的從材料供給工序(S3)到燒結(jié)工序(S4)的一系列工序是單層形成工序(S100)。然后，結(jié)束燒結(jié)工序(S4)、即結(jié)束單層形成工序(S100)，進(jìn)入接下來(lái)的層疊數(shù)比較工序。

(層疊數(shù)比較工序)

通過(guò)單層形成工序(S100)形成了包括作為第一層的局部造型物501和未燒結(jié)部301a的第一層301b時(shí)，進(jìn)入與通過(guò)三維造型用數(shù)據(jù)獲取工序(S1)獲得的造型數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的層疊數(shù)比較工序(S5)。在層疊數(shù)比較工序(S5)中，比較形成有構(gòu)成三維形狀造型物500所需的局部造型物的綠色片材300的層疊數(shù)N與至層疊數(shù)比較工序(S5)之前的緊鄰的單層形成工序(S100)為止所層疊的綠色片材300的層疊數(shù)n。在層疊數(shù)比較工序(S5)中，當(dāng)判斷為n＜N時(shí)，進(jìn)入再次執(zhí)行單層形成工序(S100)的層疊工序。

(層疊工序)

層疊工序(S6)是用于在層疊數(shù)比較工序(S5)中判斷為n＜N時(shí)再次執(zhí)行單層形成工序(S100)的指令工序，執(zhí)行作為單層形成工序(S100)的開始工序的材料供給工序(S3)。

如圖14的(d)所示，通過(guò)層疊工序(S6)向第一層301b的上部供給并載置綠色片材300，作為第二層的綠色片材302。之后，對(duì)第二層的綠色片材302進(jìn)行圖13的(a)、(b)以及圖14的(d)所示的燒結(jié)工序(S5)，獲得形成有第二層的局部造型物502和未圖示的未燒結(jié)部的、作為第二單層的第二層302b。之后，進(jìn)入層疊數(shù)比較工序(S6)，如果判斷為n＜N，則再次開始層疊工序(S6)，重復(fù)層疊工序(S6)和單層形成工序(S100)，直至在層疊數(shù)比較工序(S5)中判斷為n＝N。

如圖15的(e)所示，一旦層疊到預(yù)定的層疊數(shù)N，則在樣品板121上形成三維形狀造型物500。并且，也在樣品板121上形成從第一層301b層疊到第N層30Nb而形成的未燒結(jié)部300a。于是，在層疊數(shù)比較工序(S5)中判斷為n＝N，進(jìn)入未燒結(jié)部去除工序。

(未燒結(jié)部去除工序)未燒結(jié)部去除工序(S7)是去除除了三維形狀造型物500之外的部分、即未燒結(jié)部300a的工序。去除未燒結(jié)部300a的方法可以采用機(jī)械去除的方法、通過(guò)溶劑溶解包含在未燒結(jié)部300a中的粘合劑來(lái)去除剩余的金屬粉末的方法等，在本方式中以機(jī)械去除為例進(jìn)行說(shuō)明。

如圖15的(f)所示，在未燒結(jié)部去除工序(S7)中，通過(guò)將具有楔形前端的去除工具600打入未燒結(jié)部300a，從而粉碎未燒結(jié)部300a，從樣品板121上去除未燒結(jié)部300a。之后，樣品板121上剩下三維形狀造型物500，取出該三維形狀造型物500。需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施方式中說(shuō)明了在樣品板121上進(jìn)行未燒結(jié)部去除工序(S7)的例子，但是，還可以在另行設(shè)置的作業(yè)臺(tái)上進(jìn)行。

關(guān)于以上說(shuō)明的根據(jù)第三實(shí)施方式的三維形狀造型物500的三維形成方法，在單層形成工序(S100)中的燒結(jié)工序(S5)中，由于在燒結(jié)裝置100所具備的頭座150上具備多個(gè)具有激光照射部140的頭單元160，從而頭座150和工作臺(tái)120僅在一個(gè)方向、本例中設(shè)為Y軸方向進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)即可在廣區(qū)域內(nèi)形成燒結(jié)部310，能夠得到具有高生產(chǎn)率的三維形成方法。

(第四實(shí)施方式)作為第四實(shí)施方式，說(shuō)明利用根據(jù)第二實(shí)施方式的三維形成裝置2000形成三維形狀造型物的三維形成方法。圖16是示出根據(jù)第四實(shí)施方式的三維形成方法的流程圖，圖17、圖18示出了根據(jù)本實(shí)施方式的三維形成工序，圖示的上方示出的是簡(jiǎn)要平面圖，下方示出的是簡(jiǎn)要平面圖中所示的G-G’部的簡(jiǎn)要截面圖。

(三維造型用數(shù)據(jù)獲取工序)

如圖16所示，根據(jù)本實(shí)施方式的三維形成方法執(zhí)行三維造型用數(shù)據(jù)獲取工序(S10)，從未圖示的例如個(gè)人電腦等中獲取三維形狀造型物500的三維造型用數(shù)據(jù)到控制單元400(參照?qǐng)D1)。對(duì)于在三維造型用數(shù)據(jù)獲取工序(S1)中獲取的三維造型用數(shù)據(jù)，從控制單元400發(fā)送控制數(shù)據(jù)到工作臺(tái)控制器410、材料供給控制器1500、和激光控制器430，進(jìn)入單層形成工序。

(單層形成工序)

在單層形成工序(S110)中，遍及第一層的局部造型物501的形成區(qū)域地進(jìn)行材料供給工序(S20)和燒結(jié)工序(S30)。在材料供給工序(S20)中，從保持于頭座1100所具備的多個(gè)頭單元1400上的材料吐出部1230 中向樣品板121上吐出液滴狀的材料M，使材料M在樣品板121上滴落于預(yù)定的形成區(qū)域。

當(dāng)通過(guò)材料供給工序(S20)，材料M滴落并形成于了樣品板121上時(shí)，進(jìn)入燒結(jié)工序(S30)。在燒結(jié)工序(S30)中，從保持于頭單元1400的激光照射部1300向通過(guò)材料供給工序(S20)呈液滴狀供給的材料M照射激光L，將材料M燒成、燒結(jié)，形成燒結(jié)部50。

并且，如在圖9中所說(shuō)明過(guò)地，在頭單元1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407、1408各自邊在預(yù)定的區(qū)域內(nèi)重復(fù)材料供給工序(S20)和燒結(jié)工序(S30)的同時(shí)，邊使頭座1100相對(duì)于載置有樣品板121的工作臺(tái)120向Y軸方向相對(duì)移動(dòng)，從而形成相當(dāng)于燒結(jié)部50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g、50h的燒結(jié)部的集合體，局部造型物501的初始燒結(jié)部50形成為燒結(jié)部511。

進(jìn)一步地，如圖17的(b)所示，頭座1100相對(duì)于工作臺(tái)120在X軸方向上相對(duì)移動(dòng)至以與圖17的(a)所示的燒結(jié)部511連續(xù)的方式形成相當(dāng)于燒結(jié)部50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g、50h的燒結(jié)部的位置。于是，在頭單元1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407、1408各自邊在預(yù)定的區(qū)域內(nèi)重復(fù)材料供給工序(S20)和燒結(jié)工序(S30)的同時(shí)，邊使頭座1100相對(duì)于載置有樣品板121的工作臺(tái)120向Y軸方向相對(duì)移動(dòng)，從而形成相當(dāng)于燒結(jié)部50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g、50h的燒結(jié)部的集合體，形成為與燒結(jié)部511連續(xù)的燒結(jié)部512。即、由燒結(jié)部511和512構(gòu)成燒結(jié)部50。

如上述的圖17的(b)所示，按照與先形成的燒結(jié)部511連續(xù)地形成燒結(jié)部512的方式，與燒結(jié)部512連續(xù)地依次形成燒結(jié)部，如圖18的(c)所示，形成燒結(jié)部50形成為局部造型物501的形狀的第i個(gè)燒結(jié)部51i，從而在樣品板121上形成三維形狀造型物500的第一層的局部造型物501。

如上所述，在本實(shí)施方式中，邊使頭座1100相對(duì)于樣品板121在Y軸方向和X軸方向相對(duì)移動(dòng)，邊重復(fù)材料供給工序(S20)和燒結(jié)工序(S30)，形成第一層的局部造型物501，于是，結(jié)束單層形成工序(S110)，進(jìn)入接下來(lái)的層疊數(shù)比較工序。

(層疊數(shù)比較工序)當(dāng)通過(guò)單層形成工序(S110)形成了作為第一單層的、成為第一層的局部造型物501時(shí)，進(jìn)入與通過(guò)三維造型用數(shù)據(jù)獲取工序(S10)獲得的造型數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的層疊數(shù)比較工序(S40)。在層疊數(shù)比較工序(S40)中，比較構(gòu)成三維形狀造型物500的局部造型物的層疊數(shù)N與至層疊數(shù)比較工序(S40)之前的緊鄰的單層形成工序(S110)為止所層疊的局部造型物的層疊數(shù)n。在層疊數(shù)比較工序(S40)中，當(dāng)判斷為n＜N時(shí)，進(jìn)入再次執(zhí)行單層形成工序(S110)的層疊工序。

在形成了圖18的(c)所示的作為第一單層的第一層的局部造型物501之后的層疊數(shù)比較工序(S40)中，層疊數(shù)n＝1，如果設(shè)三維形狀造型物500的局部造型物的層疊數(shù)N＞1，則判斷為n＜N，進(jìn)入層疊工序。

(層疊工序)

層疊工序(S50)是用于在層疊數(shù)比較工序(S40)中判斷為n＜N時(shí)再次執(zhí)行單層形成工序(S110)的指令工序。一旦進(jìn)入單層形成工序(S110)，則如圖18的(d)所示，通過(guò)層疊工序(S50)，基于與作為第二單層的、成為第二層的局部造型物502對(duì)應(yīng)的三維造型數(shù)據(jù)，將頭座1100和工作臺(tái)120驅(qū)動(dòng)至開始材料供給工序(S20)和燒結(jié)工序(S30)的位置，在第一層的局部造型物501上部開始形成局部造型物502。

一旦結(jié)束第二層的局部造型物502的形成，則再次進(jìn)入層疊數(shù)比較工序(S40)，在n＝N之前進(jìn)入層疊工序(S50)，重復(fù)單層形成工序(S110)，以形成三維形狀造型物500。

關(guān)于以上說(shuō)明的根據(jù)第四實(shí)施方式的三維形狀造型物500的三維形成方法，在單層形成工序(S110)中的材料供給工序(S20)和燒結(jié)工序(S30)中，由于在形成裝置2000所具備的頭座1100上具備多個(gè)具有材料吐出部1230和激光照射部1300的頭單元1400，從而頭座1100和工作臺(tái)120僅在一個(gè)方向、本例中設(shè)為Y軸方向進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)即可在廣區(qū)域內(nèi)形成燒結(jié)部50，能夠得到具有高生產(chǎn)率的三維形成方法。

并且，通過(guò)在圖4所示的形成裝置2000所具備的材料供給單元1210中使材料收容部1210a收容多個(gè)不同種類的被燒結(jié)材料，從而能夠容易地獲得由不同種類的材料構(gòu)成的三維形狀造型物500。

(第五實(shí)施方式)

對(duì)根據(jù)第五實(shí)施方式的三維形成方法進(jìn)行說(shuō)明。在上述的根據(jù)第四實(shí)施方式的三維形成方法中，當(dāng)三維形狀造型物具有懸突部(overhang)時(shí)，對(duì)于懸突部，在上述的單層形成工序(S110)中的材料供給工序(S20)中，由于不存在從材料吐出部1230吐出的材料M所要滴落的下層的局部造型物，因此，無(wú)法形成材料M(參照?qǐng)D18的(d))。假如存在圖18的(d)所示的、在第二層的局部造型物502的造型區(qū)域中未配置作為下層的局部造型物的第一層的局部造型物501的區(qū)域，則在該部分中存在局部造型物502向重力方向下垂而變形的風(fēng)險(xiǎn)。即、原因在于，燒結(jié)前的材料M是將作為原材料的金屬、例如不銹鋼、鈦合金的單體粉末、或者難以合金化的不銹鋼與銅(Cu)、或者不銹鋼與鈦合金、或者鈦合金與鈷(Co)或鉻(Cr)等的混合粉末與溶劑、增稠劑一起混煉而獲得的漿狀(或者膏狀)的柔軟狀態(tài)的材料。

為此，說(shuō)明通過(guò)根據(jù)第五實(shí)施方式的三維形成方法，以懸突部不會(huì)變形的方式來(lái)形成三維形狀造型物的方法。需要注意的是，對(duì)于與根據(jù)第四實(shí)施方式的三維形成方法相同的工序標(biāo)注相同的標(biāo)記，并省略其說(shuō)明。并且，為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，例示了如圖19的(a)的平面外觀圖、以及圖19的(b)中的圖19的(a)所示的K-K’部的截面圖所示那樣的具有單純形狀的三維形狀造型物700來(lái)說(shuō)明根據(jù)第五實(shí)施方式的三維形成方法，但是，并不限定于該形狀，只要是具備所謂的懸突部的造型物均可適用該方法。

如圖19所示，三維形狀造型物700在具有凹部700a的圓柱形的基部700b的凹部開口側(cè)端部具備作為懸突部的凸緣部700c，凸緣部700c向基部700b的外側(cè)延伸。為了按照根據(jù)第五實(shí)施方式的三維形成方法形成該三維形狀造型物700，通過(guò)在三維形狀造型物700的三維造型用數(shù)據(jù)中增加向凸緣部700c的圖示下部方向到達(dá)基部700b底部的造型用數(shù)據(jù)來(lái)制作在形成過(guò)程中被去除的支撐部710。

圖20是示出圖19所示的三維形狀造型物700的形成方法的流程圖。并且，圖21示出了按照?qǐng)D20所示的流程圖形成三維形狀造型物700的方法，圖示左側(cè)配置的是局部截面圖，右側(cè)配置的是平面外觀圖。并且，在 本實(shí)施方式的三維形狀造型物700中，以層疊四層形成為例進(jìn)行說(shuō)明，但并不限定于此。

首先，如圖21的(a)所示，按照根據(jù)第四實(shí)施方式的三維形成方法，在未圖示的樣品板121上形成作為第一層的局部造型物701。在形成局部造型物701的工序中還形成第一層的局部支撐部711。對(duì)于局部支撐部711，不執(zhí)行根據(jù)圖17及圖18說(shuō)明的單層形成工序(S110)中的燒結(jié)工序(S30)，保持材料M的狀態(tài)、即直接以未燒結(jié)部或未熔融部的形式執(zhí)行單層形成工序(S110)。

接著，重復(fù)單層形成工序(S110)，如圖21的(b)所示，形成作為第二層和第三層的局部造型物702、703。另外，在形成局部造型物702、703的工序中還形成第二層以及第三層的局部支撐部712、713。與局部支撐部711同樣，局部支撐部712、713也不執(zhí)行單層形成工序(S110)中的燒結(jié)工序(S30)，保持材料M的狀態(tài)、即直接以未燒結(jié)部或未熔融部的形式執(zhí)行單層形成工序(S110)，由局部支撐部711、712、713形成支撐部710。

接著，如圖21的(c)所示，形成在凸緣部700c形成的第四層的局部造型物704。局部造型物704形成為支承于由局部支撐部711、712、713形成的支撐部710的端面710a。通過(guò)這樣地形成局部造型物704，從而端面710a形成為材料M(參照?qǐng)D18的(d))所滴落的面，由此，能夠準(zhǔn)確地形成成為凸緣部700c的第四層的局部造型物704。

然后，如圖21的(d)所示，在造型為了三維形狀造型物700時(shí)，通過(guò)支撐部去除工序(S60)，從三維形狀造型物700上去除支撐部710。支撐部710由未燒成的材料形成，因此，作為支撐部去除工序(S60)中去除支撐部710的去除方式，例如可以如圖21的(d)所示，使用鋒利的刀具800進(jìn)行物理切除?；蛘?，還可以浸在溶劑中，溶解材料中包含的增稠劑，從三維形狀造型物700中進(jìn)行去除。

如上所述，在形成具有作為懸突部的凸緣部700c的三維形狀造型物700時(shí)，將支承凸緣部700c的支撐部710與三維形狀造型物700的形成一起形成，從而能夠防止凸緣部700c向重力方向變形。需要注意的是，圖 21所示的支撐部710并不限于圖示那樣的以整面支撐(支承)凸緣部700c的方式，可根據(jù)造型物的形狀、材料組成等適當(dāng)設(shè)定其形狀、大小等。

需要說(shuō)明的是，在能夠達(dá)到本發(fā)明目的的范圍內(nèi)，本發(fā)明實(shí)施時(shí)的具體構(gòu)成可以適當(dāng)變更為其它裝置或方法。