三維形狀造型物的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維形狀造型物的制造方法。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及通過重復(fù)實(shí)施對(duì)粉末層的規(guī)定部位照射光束而形成固化層從而制造多個(gè)固化層層積一體化的三維形狀造型物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一直以來，已知對(duì)粉末材料照射光束而制造三維形狀造型物的方法(通常稱為“粉末燒結(jié)層積法”)。在該方法中，重復(fù)以下的工序(i)和(ii)而制造三維形狀造型物(參照專利文獻(xiàn)I或?qū)＠墨I(xiàn)2)。
[0003](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的工序。
[0004](?)在所得到的固化層上涂覆新的粉末層并同樣地照射光束而進(jìn)一步形成固化層的工序。
[0005]在作為粉末材料而使用金屬粉末或陶瓷粉末等無機(jī)物的粉末材料的情況下，能夠?qū)⑺玫降娜S形狀造型物作為模具使用。另一方面，在使用樹脂粉末或塑料粉末等有機(jī)物的粉末材料的情況下，能夠?qū)⑺玫降娜S形狀造型物作為模型使用。依照這樣的制造技術(shù)，可以在短時(shí)間內(nèi)制造復(fù)雜的三維形狀造型物。
[0006]列舉出使用金屬粉末作為粉末材料而將所得到的三維形狀造型物作為模具的情況。如圖1所示，首先，將規(guī)定厚度tl的粉末層22形成于造型板21上之后(參照?qǐng)D1 (a))，向粉末層22的規(guī)定部位照射光束，在造型板21上形成固化層24 (參照?qǐng)D1 (b))。然后，在形成的固化層24上涂覆新的粉末層22并再次照射光束而形成新的固化層。如果像這樣重復(fù)地形成固化層，能夠獲得多個(gè)固化層24層積一體化的三維形狀造型物。相當(dāng)于最下層的固化層能以與造型板面粘接的狀態(tài)形成，因而三維形狀造型物與造型板成為相互一體化的狀態(tài)，能夠直接作為模具使用。
[0007]通過光束的照射而得到的三維形狀造型物，其表面比較粗糙，一般具有幾百μ mRz左右的表面粗糙度。這是因?yàn)榉勰└街诠袒瘜颖砻?。在固化層形成時(shí)，光束能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，因而照射粉末首先熔融，然后在冷卻過程中粉末彼此融合。此時(shí)，光束照射的點(diǎn)的周邊的粉末區(qū)域的溫度也可能上升，因而該周邊的粉末附著于固化層表面。該附著粉末給三維形狀造型物帶來“表面粗糙度”，因而需要對(duì)三維形狀造型物的表面進(jìn)行切削加工。即，需要對(duì)所得到的三維形狀造型物的表面整體地實(shí)施切削加工。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特表平1-502890號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)2:日本特開2000-73108號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012][發(fā)明所要解決的技術(shù)問題]
[0013]在粉末燒結(jié)層積法的切削加工處理中，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象:在造型物周圍存在粉末時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生工具折損的問題(參照?qǐng)D17(a))。雖然尚未總結(jié)出特定的理論，但是可以認(rèn)為主要原因之一是粉末進(jìn)入造型物表面與切削工具之間而使切削工具被施加的負(fù)荷增加。
[0014]另外，還發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象:在造型物周圍存在粉末時(shí)，對(duì)造型物表面帶來不必要的負(fù)荷，影響造型物的表面平滑性(參照?qǐng)D17(b))。關(guān)于這一點(diǎn)，也可以認(rèn)為粉末進(jìn)入造型物表面與切削工具之間是原因之一。
[0015]本發(fā)明是鑒于這樣的問題而做出的。即，本發(fā)明的課題在于，提供一種能夠減少“工具折損問題”等不良狀況的粉末燒結(jié)層積法。
[0016][用于解決問題的方案]
[0017]為了解決上述課題，在本發(fā)明中，提供了通過(i)和(ii)的工序重復(fù)進(jìn)行粉末層形成和固化層形成、并具有如下的(a)?(C)的特征的三維形狀造型物的制造方法。
[0018](i)對(duì)粉末層的規(guī)定部位照射光束而使該規(guī)定部位的粉末燒結(jié)或熔融固化而形成固化層的工序。
[0019](ii)在得到的固化層上形成新粉末層，對(duì)該新粉末層的規(guī)定部位照射光束而形成進(jìn)一步的固化層的工序。
[0020](a)在得到固化層和/或三維形狀造型物之后，至少包括一次對(duì)固化層和/或三維形狀造型物的表面用切削工具實(shí)施表面切削處理的工序。
[0021](b)在表面切削處理之前，將固化層和/或三維形狀造型物的周圍的粉末用吸嘴吸引除去。
[0022](c)在吸引除去中，考慮切削工具的可切削最低水平，局部地除去三維形狀造型物的周圍的粉末。
[0023]在某一優(yōu)選的方式中，以使吸嘴的移動(dòng)軌跡成為沿著以下的輪廓A、輪廓B和區(qū)域C的軌跡的方式，使吸嘴移動(dòng)操作而達(dá)成粉末的局部除去。
[0024](a)位于切削工具的工具最低水平的固化層截面的輪廓A。
[0025](b)在最近形成的固化層的上表面的輪廓B。
[0026](c)在假定朝向固化層(或粉末層)的層積方向?qū)⑤喞狝和輪廓B投影至同一平面上時(shí)，從“投影的輪廓A所成的閉合區(qū)域A’ ”除去“投影的輪廓B所成的閉合區(qū)域B’ ”而得到的區(qū)域C。
[0027]在吸嘴的移動(dòng)操作時(shí)，也可在“最近形成的粉末層”的上方，以水平移動(dòng)的方式操作吸嘴。例如，吸嘴的前端部與“最近形成的粉末層”之間的間隔距離可為5_以內(nèi)。
[0028]吸嘴也可移動(dòng)操作，從而成為從上述軌跡偏離的位置。即，也可以以吸嘴的移動(dòng)軌跡成為沿著“從輪廓A偏離的輪廓A’ ”、“從輪廓B偏離的輪廓B’ ”和“區(qū)域C”的軌跡的方式，移動(dòng)操作吸嘴。偏離量也可根據(jù)吸嘴的吸嘴直徑和/或切削工具的工具直徑來決定。
[0029][發(fā)明的效果]
[0030]依照本發(fā)明，固化層和/或三維形狀造型物的周圍的粉末在表面切削處理之前被吸引除去，因而能夠減小“粉末進(jìn)入造型物表面與切削工具之間所導(dǎo)致的工具折損問題”。另外，由于造型物表面與切削工具之間的粉末進(jìn)入量減少，因而在切削處理時(shí)能夠減少造型物表面被施加的負(fù)荷，能夠提高造型物的表面平滑性。
[0031]粉末的吸引除去通過吸嘴僅對(duì)粉末層局部地實(shí)施，因而能夠高效地進(jìn)行，向三維形狀造型物的制造時(shí)間的影響較少。特別是，在本發(fā)明中，通過考慮切削工具的可切削最低水平而簡(jiǎn)單地求得吸嘴的移動(dòng)軌跡，由此實(shí)現(xiàn)更有效的吸引除去。
【附圖說明】
[0032]圖1是用于說明粉末燒結(jié)層積法的截面圖。
[0033]圖2是示意性地表示用于實(shí)施粉末燒結(jié)層積法的裝置的立體圖(圖2 (a):具備切削機(jī)構(gòu)的光造型復(fù)合加工機(jī)，圖2 (b):不具備切削機(jī)構(gòu)的裝置)。
[0034]圖3是示意性地表示進(jìn)行粉末燒結(jié)層積法的情形的立體圖。
[0035]圖4是示意性地表示將粉末燒結(jié)層積法與表面切削處理一并實(shí)施的裝置(光造型復(fù)合加工機(jī))的構(gòu)成的立體圖。
[0036]圖5是光造型復(fù)合加工機(jī)的動(dòng)作的流程圖。
[0037]圖6是按時(shí)間表示光造型復(fù)合加工機(jī)的工藝的示意圖。
[0038]圖7是示意性地表示本發(fā)明的概念的圖。
[0039]圖8是表示切削工具和吸嘴的配置方式的示意圖。
[0040]圖9是用于說明“沿著輪廓A、輪廓B和區(qū)域C的吸嘴的移動(dòng)軌跡(移動(dòng)路徑)”的示意圖。
[0041]圖10是用于說明“沿著輪廓A、輪廓B和區(qū)域C的吸嘴的移動(dòng)軌跡(移動(dòng)路徑)”
的示意圖。
[0042]圖11是表示從固化層/造型物的上方觀察時(shí)的吸引除去部分的示意圖。
[0043]圖12是表示被吸引除去的部分(在與最近形成的固化層的上表面相同的平面上觀察的情況)的不意圖。
[0044]圖13是表示吸嘴的移動(dòng)軌跡的偏離情形的示意圖。
[0045]圖14是表示根據(jù)吸嘴直徑和工具直徑來決定偏離量的方式的示意圖。
[0046]圖15是用于說明與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的圖和曲線圖。
[0047]圖16是用于進(jìn)行與粉末的排除路徑相關(guān)聯(lián)的說明的示意圖。
[0048]圖17是用于說明本申請(qǐng)的發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象的圖和照片。
【具體實(shí)施方式】
[0049]以下，參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明。應(yīng)注意的是，附圖中的各種要素的情形和尺寸等僅僅為示例，并不反映實(shí)際的情形和尺寸。
[0050]在本說明書中，“粉末層”是指例如“由金屬粉末形成的金屬粉末層”或“由樹脂粉末形成的