CN102333607A

CN102333607A - 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

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Publication number: CN102333607A
Application number: CN2010800091208A
Authority: CN
Inventors: 阿部谕; 武南正孝; 不破勋; 东喜万; 吉田德雄
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2030-02-23
Also published as: JP5555222B2; US20120041586A1; KR20110122195A; US8738166B2; EP2402097A4; WO2010098479A1; KR101330977B1; CN102333607B; JPWO2010098479A1; EP2402097A1

Abstract

本发明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。

Description

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

技术领域

本发明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，本发明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。

背景技术

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1-502890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t1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24。然后，在形成的固化层24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24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24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24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，其后不能均匀地涂敷粉末层)。

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号公报的发明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号公报的发明中，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。

发明内容

本发明鉴于该情况而创立的。即，本发明的课题在于，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，本发明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。

本发明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0～95％(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。即，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”。

在本发明中，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”。另外，模具的冷却水管壁也可以相当于“形成于三维形状造型物的内部区域的局部的高密度区域”。进而，使用模具时力作用的部分也可以相当于上述那样的“三维形状造型物的高密度区域a和高密度区域c的接合部分”。

发明效果

在本发明的制造方法中，由于只在必要的部位形成高密度区域，因此，不只能够缩短制造时间，而且也能够减少需要高能量的高密度区域，可以降低制造成本。

另外，在本发明的制造方法中，由于只在必要的部位形成高密度区域，因此，高密度区域占三维形状造型物的整体的比例比较小。即，高密度区域可以说是“熔融的粉末进行冷却固化时的收缩率比较大的区域”，如上所述，尽可能地减少收缩较大的区域而进行三维形状造型物的制造。因此，由于有助于防止或减少三维形状造型物的上翘，所以也可以防止三维形状造型物(即，固化层)从造型板面剥离的现象。即，不仅能够以规定厚度在固化层上涂敷新的粉末层，而且还能提高最终得到的三维形状造型物的形状精确度。

而且，在现有技术中，为了实现三维形状造型物的形状精确度，必须要在预先设定“上翘”及“剥离”等现象的基础上进行设计，但在本发明中，只通过在造型物的必要部位设置高密度区域，就能够在降低制造时间及制造成本，同时防止“上翘”及“剥离”。即，本发明在不提高制造时间和制造成本而能够省去该种具体地将难以预测的现象考虑在内的设计方面，非常有益。

附图说明

图1是示意性表示光造型复合加工机的动作的剖面图；

图2是示意性表示引起三维形状造型物的上翘或剥离的现象的剖面图；

图3是示意性表示进行粉末烧结层叠法的方式的立体图；

图4是示意性表示实施粉末烧结层叠法的光造型复合加工机的构成的立体图；

图5是光造型复合加工机的动作的流程图；

图6随时间表示光造型复合加工流程的示意图；

图7是概念地表示由本发明的制造方法得到的三维形状造型物的特征的示意图；

图8是由本发明的制造方法得到的三维形状造型物的SEM照片(图7的虚线部内的截面照片图)；

图9是高密度区域(熔融)及低密度区域的SEM照片(三维形状造型物的截面照片)；

图10是表示形成于造型物表面的局部的高密度区域的方式的示意图；

图11是表示形成于与造型板面的界面部的高密度区域的方式的示意图；

图12是表示按照造型物具有单元构造或桁架构造的方式形成的高密度区域的方式的示意图；

图13是示意性表示单元构造的方式的三维形状造型物的立体图；

图14是表示按照造型物具有单元构造或桁架构造的方式形成的高密度区域的方式，是表示增强力施加的部位的方式的示意图；

图15是表示形成于造型物内部的局部的高密度区域的方式的示意图；

图16是表示与造型板一体化的三维形状造型物(模具)的典型的方式的示意图；

图17是表示现有技术(日本特表平8-504139号公报)的三维形状造型物的方式的示意图。

符号说明

另外，图面中的参考编号是指以下元件。

1光造型复合加工机

2粉末层形成装置

3光束照射装置

4切削装置

19粉末/粉末层(例如金属粉末/金属粉末层或树脂粉末/树脂粉末层)

20造型台

21造型板

22粉末层(例如金属粉末层或树脂粉末层)

23压平用刮板

24固化层(例如烧结层或固化层)或由其得到的三维形状造型物

24’高密度区域(高密度熔融)

24’a高密度区域(＝高密度熔融、例如“模具的腔室空间面”)

24’b高密度区域(＝高密度熔融、例如“形成于与板面的界面的高密度区域”)

24’c高密度区域(＝高密度熔融、例如“构成单元构造或桁架构造的高密度区域”)

24’d高密度区域(＝高密度熔融、例如“模具的冷却水管壁”)

24”低密度区域

25粉末台

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光束振荡器

31检流镜

32反射镜

33聚光透镜

40铣头

41XY驱动机构

41aX轴驱动部

41bY轴驱动部

42刀库

50腔室

52光透过窗

L光束

P使用时对三维形状造型物施加的“力”

具体实施方式

下面，参照附图对本发明进行更详细说明。

[粉末烧结层叠法]

首先，对作为本发明的制造方法的前提的粉末烧结层叠法进行说明。在图1、图3及图4中，表示能够实施粉末烧结层叠法的光造型复合加工机1的功能及构成。光造型复合加工机1主要具备：“通过以规定的厚度涂敷金属粉末及树脂粉末等粉末而形成粉末层的粉末层形成装置2”、“在外周由壁27包围的造型箱29内由工作缸驱动而上下升降的造型台20”、“配置在造型台20上且成为造型物的基座的造型板21”、“向任意的位置照射光束L的光束照射装置3”、“切削造型物的周围的切削装置4”。如图1所示，粉末层形成装置2主要具有：“在外周由壁26包围的粉末材料箱28内由工作缸驱动而上下升降的粉末台25”、“用于在造型板上形成粉末层22的压平用刮板23”。如图3及图4所示，光束照射装置3主要具有：“发出光束L的光束振荡器30”、“使光束L扫描(scanning)粉末层22上的检流镜31(扫描光学系)”。根据需要，光束照射装置3上具备：矫正光束点的形状的光束形状矫正装置(例如具有一对柱面镜、使该透镜绕光束的轴线旋转的旋转驱动机构构成的装置)及fθ透镜等。切削装置4主要具有：“切削造型物的周围的铣头40”、“使铣头40向切削部位移动的XY驱动机构41(41a，41b)”(参照图3及图4)。

参照图1、图5及图6对光造型复合加工机1的动作进行详述。图5表示光造型复合加工机的动作流程。图6示意性地简单表示光造型复合加工流程。

光造型复合加工机的动作主要包括：形成粉末层22的粉末层形成步骤(S1)、对粉末层22照射光束L并形成固化层24的固化层形成步骤(S2)、切削造型物的表面的切削步骤(S3)。在粉末层形成步骤(S1)中，最初使造型台20下降Δt1(S11)。接着，使粉末台25上升Δt1后，如图1(a)所示，使压平用刮板23向箭头A方向移动。由此，使配置于粉末台25的粉末(例如“平均粒径5μm～100μm左右的铁粉”或“平均粒径30μm～100μm程度的尼龙、聚丙烯、ABS等粉末”)向造型板21上移送(S12)，同时，将其压平为规定厚度Δt1，形成粉末层22(S13)。接着，转移到固化层形成步骤(S2)，从光束振荡器30发出光束L(例如二氧化碳气体激光(500W)、Nd:YAG激光(500W)或紫外线等)(S21)、通过检流镜31使光束L扫描粉末层22上的任意的位置(S22)。由此，熔融粉末并固化，形成与造型板21一体化的固化层24(S23)。光束不限于在空气中传递，也可以由光纤等传送。

重复粉末层形成步骤(S1)和固化层形成步骤(S2)，直到固化层24的厚度成为由铣头40的工具长度等求得的规定厚度，层叠固化层24(参照图1(b))。另外，新层叠的固化层在进行烧结或熔融固化时，与已经形成的构成下层的固化层一体化。

在层叠的固化层24的厚度成为规定的厚度时，向切削步骤(S3)转移。使用的切削装置可以为通用的数值控制(NC：Numerical Control)工作机械或以其为基准的机械。特别优选的是可自动切换切削工具(立铣刀)的机械加工中心(MC)。立铣刀主要使用例如超硬材料的双刃球头立铣刀。根据加工形状及目的，也可使用方形立铣刀、圆弧立铣刀、钻头等。在如图1及图6所示的方式中，通过驱动铣头40而开始切削步骤的实施(S31)。例如，在铣头40的工具(球头立铣刀)为直径1mm、有效刃长3mm的情况下，能够进行深度3mm的切削加工，因此，如果Δt1为0.05mm，则在形成60层的固化层的时点驱动铣头40。通过XY驱动机构41(41a，41b)使铣头40向箭头X及箭头Y方向移动，并对由层叠的固化层24构成的造型物的表面进行切削加工(S32)。而且，在三维形状造型物的制造依然没有结束的情况下，返回到粉末层形成步骤(S1)。以后，通过重复S1～S3，进一步层叠固化层24，进行三维形状造型物的制造(参照图6)。

固化层形成步骤(S2)的光束L的照射路径、切削步骤(S3)的切削加工路径预先由三维CAD数据生成。此时，使用等高线加工决定加工路径。例如，固化层形成步骤(S2)中，使用将从三维CAD模型生成的STL数据以等间距(例如在将Δt1设定为0.05mm的情况下为0.05mm间距)切割的各截面的轮廓形状数据。

[本发明的制造方法]

本发明的制造方法对于上述的粉末烧结层叠法特别考虑得到的三维形状造型物的用途。具体来说，在本发明中，在使用三维形状造型物时，按照力作用的面成为“熔融”的方式形成固化层。即，按照“使用三维形状造型物时接触其它物质的面”成为“熔融”的方式形成固化层。

在下面的说明中，以使用“金属粉末”作为粉末的方式为例进行说明。所谓使用“金属粉末”的方式相当于“使用金属粉末层作为粉末层的方式”。而且，用于本发明的金属粉末为以铁系粉末为主成分的粉末，根据情况，可以为进一步含有选自镍粉末、镍系合金粉末、铜粉末、铜系合金粉末及石墨粉末等构成的组的至少一种而成的粉末。举出一例，可以举出：平均粒径20μm左右的铁系粉末的配合量为60～90重量％、镍粉末及镍系合金粉末的两方或任一方的配合量为5～35重量％、铜粉末及/或铜系合金粉末的两方或任一方的配合量为5～15重量％、以及石墨粉末的配合量为0.2～0.8重量％的金属粉末。

在本发明的制造方法中，如图7所示，按照在使用三维形状造型物24时，以力P作用的区域为固化密度为95～100％的高密度区域24’，其以外的区域为固化密度为0～95％(不包含95％)的低密度区域24”的方式形成固化层。特别优选的是，高密度区域(即高密度熔融)优选通过使被光束照射的规定部位的粉末进行完全熔融而形成。图8表示由本发明的制造方法形成的高密度区域和低密度区域的边界部分的SEM照片。另外，图9表示高密度区域及低密度区域的各个截面照片(SEM照片)。

在形成高密度区域时，只要提高照射的光束的输出能量，以产生粉末的完全熔融即可。另外，在形成低密度区域时，只要降低照射的光束的输出能量，而不产生粉末的完全熔融即可。这样，除(a)提高光束的输出能量之外，也可以通过(b)降低光束的扫描速度，(c)缩窄光束的扫描间距，(d)使光束的聚光直径变小，而形成高密度区域。上述(a)～(d)可以单独进行，也可将其进行各种组合。另外，对于上述(a)来说，例如通过将光束的照射能量密度E设定为约4～15J/mm²，可以形成固化密度为95～100％的高密度区域。同样，低密度区域也可以除(a)降低光束的输出能量之外，通过(b)提高光束的扫描速度，(c)扩大光束的扫描间距，(d)增大光束的聚光直径而形成。例如通过将光束的照射能量密度E设定为约1～3J/mm²，能够形成固化密度为70～90％的低密度区域。

对光造型复合加工机的三维CAD数据来说，例如，准备高密度区域的三维CAD模型A及低密度区域的三维CAD模型B两个模型，分配各自的条件进行指定，同时，将分别形成于哪处的坐标***一。换言之，在使三维形状造型物的密度或强度变化的情况下，通过三维CAD等预先分割在对应的部位，通过分别对其设定光束照射条件等，能够形成密度变化·强度变化。对此更为具体的如下所述。光束的照射路径预先由三维CAD模型的数据生成，使用将由三维CAD模型生成的STL数据以等间距(例如0.05mm)分割的各截面的轮廓形状数据，但在形成高密度区域和低密度区域的情况下，将三维CAD模型预先分割为成为高密度区域的部分和成为低密度区域的部分。然后，生成成为高密度区域的部分及成为低密度区域的部分的各自的分割截面的轮廓形状数据，使用其在各部分中进行光束照射并使粉末材料进行烧结或熔融固化。

高密度区域为液体或气体等流体不能通过的“密的区域”。更具体而言，高密度区域可以说是在使用造型物时的条件下流体不能通过的区域。在该种高密度区域中，其固化密度为95～100％、优选为98％～100％、实质上更优选为大致100％。高密度区域的固化密度越高，越能对例如树脂、冷却水、油及/或蒸汽等引起而施加于三维形状造型物的力提供高的阻力。高密度区域根据三维形状造型物的使用方式(特别是使用造型物时力作用的方式等)可以有各种形状尺寸。例如，在高密度区域24’具有如图7所示的方式的情况下，如图7所示，其厚度可以均匀(例如0.01mm～10mm左右)。但是，高密度区域24’的厚度不限定为“均匀”，也可为“不均匀”。无论“均匀厚度”或“不均匀厚度”，高密度区域的厚度均可以根据三维形状造型物的功能进行改变。另一方面，低密度区域24”(例如参照图7)，其固化密度为0～95％(不包含95％)，成为“粗的区域”。低密度区域的固化密度考虑三维形状造型物的功能或制造时间·制造成本等最终决定即可。低密度区域的固化密度可以为例如70～90％，另外，根据情况，可以为比其低的固化密度。例如，在制造后述的单元构造或桁架构造的造型物的情况下，固化密度可以为0％。其是指在低密度区域的形成中没有特别必要进行光束的照射。

在此，本说明书中所说的“固化密度”实质上是指通过对造型物的截面照片进行图像处理而求得的烧结截面密度(金属材料的占有率)。使用的图像处理软件为Scion Image ver.4.0.2(免费软件)。在该情况下，将截面图像二进制为烧结部(白)和空孔部(黑)后，通过计算图像的全像素数Px_all及烧结部(白)的像素数Px_white，通过下式1能够求得烧结截面密度ρ_S。

[式1]

ρ_{S} = \frac{{Px}_{white}}{{Px}_{all}} \times 100 (%)

“按照在使用三维形状造型物时以力作用的区域设定为固化密度95～100％的高密度区域，以其以外的区域为固化密度0～95％(不含95％)的低密度区域的方式形成固化层”的方式中，考虑各种方式。下面对其进行详述。另外，在下面的说明中，以使用“金属粉末”作为粉末的方式为例进行说明。

(形成于造型物表面的局部的高密度区域)

图10表示“形成于造型物表面的局部的高密度区域”的方式。如图所示，在使用三维形状造型物24时，只在力P作用的表面区域形成有高密度区域24’a。例如，在将三维形状造型物作为模具使用的情况下，形成于造型物的表面区域的局部的高密度区域可以相当于模具的内面(即，形成空腔空间的成形面)。在该情况下，高密度区域的固化密度优选为98％～100％左右，其厚度Ta(参照图10)优选为0.5～5mm左右。另外，优选低密度区域24”的固化密度为70～90％左右。

(形成于与造型板面的界面部的高密度区域)

图11表示“形成于与造型板面的界面部的高密度区域”的方式。在不将与造型板21一体化的三维形状造型物24分离而作为产品使用的情况下，如图所示，可以在与造型板21相接的区域形成高密度区域24’b。换言之，在将三维形状造型物与造型板一体化使用的情况下，由于需要使与造型板的接合面牢固，因此，对该部分施加更高的能量，并通过“熔融”而提高接合强度。在该方式中，高密度区域24’b的固化密度为98％～100％左右，其厚度Tb(参照图11)可以比较薄，优选为0.05～0.3mm左右。另外，低密度区域24”的固化密度优选为70～90％左右。另外，在将三维形状造型物作为模具使用的情况下，如图11所示，不只与造型板相接的区域24’b，相当于模具的腔室空间面的部分24’a也可形成高密度区域。

(单元构造或桁架构造)

图12或图13表示“单元构造或桁架构造”的方式。如图所示，在不将与造型板一体化后的三维形状造型物分离而作为产品使用的情况下，按照“形成于表面区域的局部的高密度区域a(24’a)”和“形成于与造型板相接的区域的高密度区域b(24’b)”相互连接的方式，可以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(24’c)。在该情况下，高密度区域a和高密度区域c的接合部由于相对于外力更为牢固，因此，高密度区域c可以具有作为增强部的功能。换言之，如图14所示，在使用三维形状造型物时，在力P作用的表面区域存在于局部的情况下，该局部的部分形成“高密度区域a(24’a)和高密度区域c(24’c)的接合部”。另外，如图12所示，在高密度区域c(24’c)以与相当于模具的冷却水管壁的高密度区域d(24’d)(关于“高密度区域d”如后所述)接合的方式而形成的情况下，能够更有效地将来自冷却水的热(＝低热)传递到模具整体(特别是模具的腔室空间面)。

(形成于造型物内部的局部的高密度区域)

图15表示“形成于造型物内部的局部的高密度区域”的方式。如图所示，使用三维形状造型物24时，只在力P作用的内部区域形成有高密度区域24’d。例如，在将三维形状造型物作为模具使用的情况下，形成于内部区域的局部的高密度区域24’d相当于模具的冷却水管壁。即，在模具内部流通冷却水的情况下，由于在冷却水管部分流通冷却液，因此，有液压(在冷却水的情况下为“水压”)作用。因此，通过对这样的部分施加更高的能量进行”熔融”，能够回避液体泄漏等故障。在这种方式中，高密度区域24’d的固化密度为98％～100％左右，其厚度Tc(参照图15)优选比较大，优选为2～5mm左右。另一方面，低密度区域24”的固化密度优选为70～90％左右。另外，在将三维形状造型物作为与造型板一体化的模具使用的情况下，如图16所示，不只造型物的内部区域24’d，“模具的相当于腔室空间面的部分24’a”及“与造型板相接的区域24’b”也形成有高密度区域。

(形成于传热区域部的高密度区域)

在“形成于传热区域部的高密度区域”的方式中，在使用三维形状造型物时，只在相当于传热区域部的部分形成有高密度区域。换言之，在造型物内，在与高温或低温的物质相接的面内进行热交换的情况下，将该面部分进行”熔融”。由于高密度区域不只是其强度高，而且导热率也高，因此，能够实现有效的热效率。例如，在高密度区域相当于模具的冷却水管壁24’d的情况下(参照图12)，该高密度区域不只是向模具提供耐冷却水等的压力的强度，还能够更有效地对模具整体传递来自冷却水的热(＝低热)。

以上对本发明的实施方式进行了说明，只不过是示例了本发明的使用范围中的典型例。因此，本领域工作人员能够容易理解为，本发明不限于此，可以进行各种变更。

另外，上述的该种本发明包含下面的方式：

第一方式：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，烧结或熔融固化上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，对上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，

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。

第二方式：如上述第一方式的制造方法，其特征在于，通过完全熔融上述规定部位的粉末，形成高密度区域。

第三方式：如上述第一或第二方式的制造方法，其特征在于，低密度区域的固化密度为70～90％。

第四方式：如上述第一～第三方式的任一制造方法，其特征在于，将高密度区域形成于三维形状造型物的表面区域的局部。

第五方式：如上述第一～第四方式的任一制造方法，其特征在于，将高密度区域形成于与造型板相接的区域。

第六方式：如上述第一～第三方式的任一制造方法，其特征在于，将高密度区域形成于三维形状造型物的内部区域的局部。

第七方式：如从属于上述第四方式的上述第五方式中的制造方法，其特征在于，按照将形成于表面区域的局部的高密度区域a、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的高密度区域c。

第八方式：如上述第一～第七方式的任一制造方法，其特征在于，使用三维形状造型物时，在成为传热区域的部分形成高密度区域。

第九方式：一种三维形状造型物，由上述第四方式的制造方法得到，其特征在于，

将上述三维形状造型物作为模具使用，上述表面区域的局部相当于形成模具的腔室空间的面。

第十方式：一种三维形状造型物，由上述第六方式的制造方法得到，其特征在于，

将上述三维形状造型物作为模具使用，上述内部区域的局部相当于模具的冷却水管壁。

第十一方式：一种三维形状造型物，由上述第七方式的制造方法得到，其特征在于，

将上述三维形状造型物作为模具使用，高密度区域a和高密度区域c的接合部分为在使用模具时力作用的部分。

工业上的可利用性

通过实施本发明的三维形状造型物的制造方法，能够制造各种物品。例如，在“粉末层为无机物的金属粉末层，固化层成为烧结层的情况下”，能够将得到的三维形状造型物作为塑料注射成形用模具、挤压模具、压铸模具、铸造模具、锻造模具等模具使用。另外，在“粉末层为有机物的树脂粉末层，固化层成为固化层的情况下”中，能够将得到的三维形状造型物作为树脂成形品使用。

Claims

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。
如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，通过完全熔融所述规定部位的粉末，形成高密度区域。
如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，低密度区域的固化密度为70～90％。
如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，将高密度区域形成于三维形状造型物的表面区域的局部。
如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，将高密度区域形成于与造型板相接的区域。
如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，将高密度区域形成于三维形状造型物的内部区域的局部。
如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，

在三维形状造型物的表面区域的局部形成高密度区域a，并且，在与造型板相接的区域也形成高密度区域b，

按照高密度区域a和高密度区域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。
如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在使用三维形状造型物时，成为传热区域的部分形成高密度区域。
一种三维形状造型物，由权利要求4所述的制造方法得到，其特征在于，

将所述三维形状造型物作为模具使用，所述表面区域的局部相当于形成模具的腔室空间的面。
一种三维形状造型物，由权利要求6所述的制造方法得到，其特征在于，

将所述三维形状造型物作为模具使用，所述内部区域的局部相当于模具的冷却水管壁。
一种三维形状造型物，由权利要求7所述的制造方法得到，其特征在于，

将所述三维形状造型物作为模具使用，高密度区域a和高密度区域c的接合部分为在使用模具时力作用的部分。