JP2001038813A - 粉粒体積層造形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】硬化層及び三次元造形物の輪郭形状の精度を向
上を図りつつ、造形時間の短縮化ひいては生産性の向上
を図り得る粉粒体積層造形方法を提供する。 【解決手段】粉粒体を散布して散布層を形成する散布工
程と、散布層を硬化させて硬化層を形成する硬化工程
と、散布工程及び硬化工程を交互に繰り返して複数の硬
化層を積層し三次元造形物を造形する。硬化工程は、直
進性が高いレーザビームと、レーザビームよりも直進性
が低いものの単位時間当たりの照射面積が大きいエネル
ギビーム（例えば遠赤外線）とを使い分ける。即ち、硬
化層の目標形状に近似する形状をもつ透過部を備えたマ
スクを用い、マスク越しにエネルギビームを散布層５０
に照射して硬化層の大部分６１，６２を硬化させる操作
と、レーザビームを照射して硬化層の輪郭６１ｘ，６２
ｘを形成する操作とを実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザビームを用い
る粉粒体積層造形方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平９−１３６１３９号公報等には積
層造形方法が開示されている。この方法は、粉粒体を散
布して薄い散布層を形成する散布工程と、散布層にレー
ザビームを照射することにより熱硬化させて硬化層を形
成する硬化工程と、散布工程及び硬化工程を交互に繰り
返して複数の硬化層を厚み方向に順次積層し、三次元的
造形物を造形する技術である。この方法では、直進性が
優れたレーザビームが用いられているため、硬化層の形
状の精度が向上し、三次元造形物の形状精度を高めるの
に貢献できる。

【０００３】更に、赤外線ランプから照射される遠赤外
線を用い、遠赤外線を散布層に照射することにより散布
層の照射部分を熱硬化させて硬化層を形成する積層造形
方法も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしレーザビームを
照射する上記した方法では、レーザビームはスポット径
が小さいため、硬化層ひいては三次元造形物の形状の精
度が向上するが、単位時間当たりの照射面積が小さく、
このため硬化層の全体を照射する照射時間が長くかか
る。よって三次元造形物の造形時間が長くなり、生産性
の向上には限界がある不具合があった。

【０００５】また赤外線ランプの遠赤外線を散布層に照
射する方法では、遠赤外線は照射面積が大きいもののレ
ーザビームに比較して直進性が低いため、硬化層の輪郭
が明確に生成できず、三次元造形物の輪郭の精度が充分
でない不具合があった。

【０００６】本発明は上記した実情に鑑みてなされたも
のであり、硬化層及び三次元造形物の輪郭形状の精度を
向上を図りつつ、造形時間の短縮化ひいては生産性の向
上を図り得る粉粒体積層造形方法を提供することを解決
すべき課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の粉粒体積層造形
方法は、粉粒体を散布して散布層を形成する散布工程
と、散布層を硬化させて硬化層を形成する硬化工程と、
散布工程及び硬化工程を交互に繰り返して複数の硬化層
を積層し三次元造形物を造形する粉粒体積層造形方法に
おいて、硬化工程は、直進性が高いレーザビームと、レ
ーザビームよりも直進性が低いものの単位時間当たりの
照射面積が大きいエネルギビームとを使い分け、硬化層
の目標形状に近似する形状をもつ透過部を備えたマスク
を用い、マスク越しにエネルギビームを散布層に照射し
て硬化層の大部分を硬化させる操作と、レーザビームを
照射して硬化層の輪郭を形成する操作とを実行すること
を特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明方法で用いる粉粒体として
は光または熱により硬化する性質をもつものである。代
表的な粉粒体としては、例えば樹脂が被覆された粉粒体
を採用することができる。上記した樹脂としては熱硬化
性樹脂を採用することができる。例えば、熱硬化性樹脂
が被覆された砂、即ちレジンコーティドサンドを採用す
ることができる。代表的な熱硬化性樹脂としてはフェノ
ールレジンがある。被覆されている樹脂は固形状を採用
できるが、場合によっては液状でも良い。ヘキサメチレ
ンなどの熱硬化促進剤を含むものでも良い。

【０００９】本発明に係る硬化工程は、直進性が高いレ
ーザビームと、レーザビームよりも直進性が低いものの
単位時間当たりの照射面積が大きいエネルギビームとを
使い分けることを特徴とする。そして、硬化層の目標形
状に近似する形状をもつマスク部を備えたマスクを用
い、照射面積が大きいエネルギビームをマスク越しに散
布層に照射して硬化層の大部分を硬化させる操作と、レ
ーザビームを照射して硬化層の輪郭を形成する操作とを
実行する。

【００１０】レーザビームとしては、エネルギ密度が高
く工業的に使用されるＣＯ₂レーザビーム、ＹＡＧレー
ザビーム等を採用できる。レーザビームよりも直進性が
低いエネルギビームとしては、赤外線を採用することが
できる。赤外線は、遠赤外線、中赤外線、近赤外線を含
む。赤外線を散布層に照射するには、赤外線光源である
赤外線ランプを採用することができる。

【００１１】本発明に係る硬化工程においては、マスク
越しにエネルギビームを散布層に照射して硬化層の大部
分を硬化させる操作を実行し、その後に、直進性が高い
レーザビームを照射して硬化層の輪郭を形成する操作を
実行することが好ましい。レーザビームを照射するとき
には、マスクを外すことができる。

【００１２】本発明方法によれば、場合によっては、直
進性が高いレーザビームを照射して硬化層の輪郭を形成
する操作を実行し、その後に、照射面積が大きいエネル
ギビームを散布層にマスク越しに照射して硬化層の大部
分を硬化させる操作を実行することにしても良い。

【００１３】マスクは、硬化層の目標形状に近似する形
状をもつ透過部を備えている。透過部は、レーザビーム
よりも直進性が低いものの単位時間当たりの照射面積が
大きいエネルギビーム（遠赤外線など）を散布層に向け
て透過できる機能をもつものであれば良い。従って、透
過部は、マスクの厚み方向に貫通する開口窓で形成でき
る。あるいは、このエネルギビームを透過できる性質を
もつ石英ガラスをマスク材料として用い、石英ガラスの
表面に、エネルギビームの透過を遮る遮蔽膜を形成する
と共に、遮蔽膜以外の領域を透過部とすることもでき
る。

【００１４】本発明方法においては、照射面積が大きい
エネルギビームを散布層に照射して硬化層の大部分を形
成する際には、硬化層の大部分の面積は、輪郭の太さを
除いたものであることが好ましい。換言すれば、照射面
積が大きいエネルギビームを散布層に照射して形成され
る硬化層の大部分の面積は、硬化層の目標形状よりも、
レーザビームを照射して輪郭を形成する分、小さめに形
成することが好ましい。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本実施例は三次元造形物での代表例である鋳造用
鋳型（砂型）に適用している。鋳型は内部空間である成
形キャビティを備えており、高温の金属溶湯が注入固化
されるものであり、金属溶湯が固化した鋳物を形成す
る。

【００１６】図１に示すように、本実施例で使用するマ
スク１は、赤外線を透過する性質をもつガラス板１０
（石英ガラス）と、ガラス板１０の上面に積層され遠赤
外線に対して遮蔽性をもつ遮蔽膜１２とで形成されてい
る。マスク１においては、遮蔽部である遮蔽膜１２の外
周側に、赤外線を透過する性質をもつ第１透過部１３が
形成されていると共に、遮蔽膜１２の内側に、同じく遠
赤外線を透過する性質をもつほぼ円形状の複数個の第２
透過部１４が形成されている。

【００１７】図１において硬化層の目標形状は、大きな
横長ループ状の一点鎖線である仮想線Ａ１，小さな円形
ループ状の一点鎖線である仮想線Ａ２で規定されてい
る。図１に示すように、遮蔽膜１２の外側の区画線１２
ｋは、仮想線Ａ１よりも外側に位置するようにオフセッ
ト補正されている。また、遮蔽膜１２の内側の区画線１
２ｈは、仮想線Ａ２よりも内側に位置するようにオフセ
ット補正されている。これにより遮蔽膜１２は、硬化層
６０の目標形状よりも広い遮蔽面積となり、マスク１に
照射される赤外線の透過を広い面積で遮るようにされて
いる。

【００１８】マスク１の遮蔽膜１２は、ＣＡＤシステム
における三次元造形物を水平方向に仮想的に切断した水
平断面データに基づて作製されている。従って、マスク
１の遮蔽膜１２は、上記した水平断面データを、遮蔽膜
１２の表出面積が増大する方向に、遮蔽膜１２の縁を所
定量オフセット（偏位）することにより形成することが
できる。

【００１９】図４に示すように、造形装置３は、内部に
造形空間３０をもつ枠状をなすメインフレーム３１と、
メインフレーム３１に矢印Ｙ１，Ｙ２方向に昇降可能に
保持され造形された三次元造形物を保持する昇降盤３２
と、昇降盤３２を昇降させる昇降駆動源３３と、メイン
フレーム３１の近傍に設けられた散布装置３５と、メイ
ンフレーム３１の造形空間３０の上方に配置されたスキ
ャナー３８をもつ第１エネルギ源であるレーザビーム照
射装置３９と、メインフレーム３１の近傍に設けられた
第２エネルギ源である赤外線照射装置４０（図２参照）
とを備えている。

【００２０】昇降駆動源３３はモータ機構や油圧シリン
ダ機構で形成することができる。レーザビーム照射装置
３９は、レーザビームＭを発振する発振装置４２と、レ
ーザビームＭをスキャナー３８に案内するミラー４１ａ
〜４１ｃと、レーザビームＭを散布層５０に照射するス
キャナー３８とを備えている。

【００２１】図５に示すように、スキャナー３８は、一
方向に揺動するミラー３８ａと、ミラー３８ａを揺動さ
せるミラー駆動源３８ｂと、他方向に揺動するミラー３
８ｃと、ミラー３８ｃを揺動させるミラー駆動源３８ｄ
と、ミラー駆動源３８ｄを制御するミラー制御部３８ｅ
とをもつ。ミラー３８ａ，３８ｃの揺動によりレーザビ
ームＭを散布層５０の必要場所に走査することができ
る。

【００２２】赤外線照射装置４０は通常の状態では、散
布層５０の上方から退避しているが、散布層５０の上方
に移動可能であり、散布層５０の上方から遠赤外線を照
射して散布層５０を構成する粉粒体であるレジンコーテ
ィドサンドを加熱するものである。赤外線照射装置４０
は、遠赤外線を照射する赤外線光源である複数個の赤外
線ランプ４０ａと、各赤外線ランプ４０ａの上方に配置
された凹面を備えた反射材料で形成された反射体４０ｃ
とを備えている。各赤外線ランプ４０ａは長尺ランプ形
状とされている。反射体４０ｃは赤外線ランプ４０ａか
ら上方に照射された遠赤外線を下方に向けてつまり散布
層５０に向けて反射する。遠赤外線はレジンコーティド
サンドのレジンに吸収され易いため、レジンを効果的に
熱硬化させ、隣接するレジンコーティドサンド同士を効
果的に結合させ得る。

【００２３】図４に示す散布装置３５は、駆動源である
駆動モータにより散布層５０の上方で散布層５０に沿っ
て走行されるものであり、駆動モータにより昇降盤３２
に沿って横方向つまり矢印Ｘ１，Ｘ２方向に沿って移動
できる。散布装置３５は、粉粒体であるレジンコーティ
ドサンドを収容する収容室３５ｐをもつ容器３５ｋと、
容器３５ｋの下端開口である吐出口３５ｎに回転可能に
保持されたローラ３５ｍとをもつ。ローラ３５ｍは、レ
ジンコーティドサンドの吐出性を高める溝３５ｙをも
つ。レジンコーティドサンドは、熱硬化性をもつレジン
を砂粒子に被覆して構成されている。

【００２４】次に造形する場合について説明する。散布
工程において、散布層５０を形成するときには、昇降盤
３２を矢印Ｙ１方向に上昇させて所定の高さ位置にセッ
トする。この状態で散布装置３５を矢印Ｘ１方向に昇降
盤３２に沿って移動させて、容器３５ｋ内のレジンコー
ティドサンドを昇降盤３２の設置面に散布し、散布層５
０を散布する。硬化層５０の平均厚みは約０．１ｍｍと
するが、これに限定されるものではない。

【００２５】散布工程を終えて散布層５０を積層した
ら、散布装置３５を矢印Ｘ２方向に移動させてメインフ
レーム３１から退避させる。

【００２６】次に硬化工程を行う。硬化工程では、指向
性が優れており直進性が高いレーザビームＭと、レーザ
ビームＭよりも直進性が低いエネルギビームである遠赤
外線とを使い分ける。即ち、マスク１越しに遠赤外線を
散布層５０に照射して硬化層６０の大部分を硬化させる
操作と、レーザビームＭを照射して硬化層６０の輪郭を
形成する操作とを行う。

【００２７】この硬化工程について詳述する。まず、図
略のマスク移動手段により、図２に示すように、前記し
たマスク１を矢印Ｂ１方向に移動させて散布層５０の上
方に配置させる。散布層５０とマスク１との間隔は短い
方が好ましい。遠赤外線照射の際の精度を確保できるた
めである。

【００２８】更に赤外線照射装置４０を移動させてマス
ク１の上方に赤外線照射装置４０を配置させる。この状
態で赤外線照射装置４０から遠赤外線を散布層５０に向
けて照射させる。赤外線照射装置４０は散布層５０の上
方全体を覆うことができ、大きい照射面積をもつ。

【００２９】図３から理解できるように、散布層５０の
うちマスク１の遮蔽膜１２に対面する領域５０ｘでは、
遠赤外線がマスク１の遮蔽膜１２に遮られて、散布層部
分に到達しないので、レジンコーティドサンドの硬化反
応が生じない。

【００３０】一方、散布層５０のうち、マスク１の第１
透過部１３に対面する領域では、遠赤外線がマスク１を
透過して散布層部分に到達するため、レジンコーティド
サンドの硬化反応が生じ、第１硬化層部分６１が枠状に
形成される。第１硬化層部分６１はマスク１の第１透過
部１３の形状に対応する。また、散布層５０のうちマス
ク１の第２透過部１４に対面する領域では、遠赤外線が
マスク１を透過して散布層部分に到達するため、レジン
コーティドサンドの硬化反応が生じ、第２硬化層部分６
２が円形状に形成される。第２硬化層部分６２はマスク
１の第２透過部１４の形状に対応する。第１硬化層部分
６１と第２硬化層部分６２とにより、目標とする硬化層
６０が形成される。このように遠赤外線の照射を終えた
ら、赤外線照射装置４０を散布層５０の上方から退避さ
せる。

【００３１】遠赤外線照射を終えたら、マスク１を矢印
Ｂ２方向（図２参照）に移動させて退避させる。その
後、図４に示すように、レーザビーム照射装置３９のス
キャナー３８からレーザビームＭを散布層５０に向けて
照射する。これにより図６に示すように、第１硬化層部
分６１の縁に第１輪郭線６１ｘをループ状に形成する。
また第２硬化層部分６２のそれぞれの縁に第２輪郭線６
２ｘをループ状に形成する。レーザビームＭのスポット
径は約０．２ｍｍであるが、これに限定されるものでは
なく、例えば０．０５〜５ｍｍ程度、０．１〜２ｍｍ程
度にすることもできる。いずれにしても、赤外線照射装
置４０による全体の照射面積に比較して、レーザビーム
Ｍのスポット径は小さいものである。

【００３２】なお図６において、第１輪郭線６１ｘの太
さ及び第２輪郭線６２ｘの太さは、明確化のため多少誇
張して図示されている。このようにして硬化工程を終了
する。

【００３３】次に、新しい硬化層を形成するために、再
び散布工程を実行する。即ち、次の新しい散布層５０を
形成するときには、散布層５０の厚み寸法に相当するピ
ッチぶん、昇降盤３２を矢印Ｙ２方向に下降させる。こ
の状態で散布装置３５を矢印Ｘ１方向に移動させて、容
器３５ｋ内のレジンコーティドサンドを、硬化工程を終
えた前回の散布層５０の上に散布し、新しい散布層５０
（平均厚み：０．１ｍｍ）を形成する。

【００３４】散布工程を終えたら、前述同様に硬化工程
を行う。硬化工程では、図２に示すように、前記したマ
スク１を移動させて散布層５０の上方に配置する。そし
て、マスク１上に配置した赤外線照射装置４０から遠赤
外線をマスク越しに散布層５０に照射する。次に、マス
ク１を外した状態で、図４に示すように、レーザビーム
照射装置３９のスキャナー３８から、小さなスポット径
をもつレーザビームＭを散布層５０に照射する。これに
より図６から理解できるように、第１硬化層部分６１の
縁に第１輪郭線６１ｘをループ状に形成すると共に、第
２硬化層部分６２のそれぞれの縁に第２輪郭線６２ｘを
ループ状に形成する。

【００３５】このようにした硬化工程を終えたら、再
び、前述同様に散布工程を行い、次の新しい散布層５０
を形成する。その新しい散布層５０に対して再び硬化工
程を行う。

【００３６】以下、このようにして散布工程及び硬化工
程を交互に多数回繰り返して行い、硬化層６０を厚み方
向に順に積層し、三次元造形物である鋳型を造形する。
積層回数は三次元造形物（鋳型）の種類によっても相違
するものの、例えば５０〜５０００回、２００〜２００
０回とすることができる。

【００３７】なお、三次元造形物の造形が終了したら、
未硬化部分のレジンコーティドサンドをエアブロアなど
で除去し、鋳型とする。そして鋳型の内部の成形キャビ
ティに金属溶湯を注入固化させ、鋳物を形成する。

【００３８】以上説明したように本実施例においては、
指向性つまり直進性が高いレーザビームＭと、レーザビ
ームＭよりも直進性が低いものの単位時間当たりの照射
面積が大きい赤外線ランプ４０ａの遠赤外線とを使い分
けている。即ち、レーザビームＭは指向性に優れ直進性
が高いものの、スポット径が小さいため照射面積が小さ
い。また赤外線ランプ４０ａの遠赤外線は照射面積が大
きいものの、指向性つまり直進性が低い。本実施例で
は、マスク１越しにレーザビームＭを散布層５０に照射
して硬化層６０の大部分を硬化させる操作と、レーザビ
ームＭを照射して硬化層６０の輪郭を形成する操作とを
行う。

【００３９】このため本実施例では、直進性が高いもの
のスポット径が小さいレーザビームＭの照射だけで硬化
層６０を形成する場合に比較して、硬化工程に要する時
間を大幅に短縮することができ、造形時間の短縮、生産
性の向上を図り得る。また、照射面積が大きいものの直
進性が低い遠赤外線の照射だけで硬化層６０を形成する
場合に比較して、硬化層６０の輪郭形状精度を確保する
ことができる。本実施例に係る三次元造形物は鋳型であ
り、スポット径が小さなレーザビームＭの照射によって
鋳型の成形キャビティを区画する輪郭精度を確保できる
ため、鋳物の形状精度を確保できる。

【００４０】また本実施例では、レーザビームＭの単位
面積あたりのエネルギ密度は、遠赤外線の単位面積当た
りのエネルギ密度よりも大きいため、硬化層６０の輪郭
である第１輪郭線６１ｘ，第２輪郭線６２ｘの未焼成化
を抑制するのに有利となる。故に、未焼成に起因する硬
化層６０の輪郭の形状崩れの抑制に有効である。

【００４１】更に本実施例においては次の相乗的効果が
得られる。即ち本実施例では、遠赤外線を散布層５０に
照射して硬化層６０の大部分を形成した後に、レーザビ
ームＭを照射して硬化層６０の輪郭を形成する操作を行
う。遠赤外線を散布層５０に照射して硬化層６０の大部
分を硬化させた後においては、散布層５０は暖められ
て、散布層５０の温度はかなり上昇している。そのため
レーザビームＭで輪郭を形成する際に、レーザビームＭ
の出力を減少させ、レーザビームＭの出力の過剰化を抑
えるのにも有利となる。この意味においてレーザビーム
照射装置３９の出力の小型化を期待でき、レーザビーム
の照射に要する設備コストの低減を期待することができ
る。

【００４２】模式図である図７を参照して例示すれば、
図７（Ａ）は、遠赤外線照射を実行した後にレーザビー
ムを散布層に照射する形態である本実施例を示す。図７
（Ｂ）は遠赤外線照射を実行せずにレーザビームを散布
層に照射する形態である比較例を示す。比較例に係る図
７（Ｂ）に示す場合は、遠赤外線を用いることなく、レ
ーザビームＭの照射だけによって、散布層５０の温度を
Ｔ₁からＴ₃（レジンコーティドサンドの熱硬化温度）に
上昇させる必要がある。この場合には、レーザビームＭ
の照射によって上昇させる温度幅ΔＴが大きく、レーザ
ビームＭの照射に基づく急熱に起因して硬化層６０の反
り等の不具合が発生する頻度が高くなり易い。

【００４３】これに対して、本実施例に係る図７（Ａ）
に示す場合には、遠赤外線が予め照射されるため、遠赤
外線の照射部分からの伝熱によって、レーザビームＭを
照射する散布層部分が予熱されている。この結果、レー
ザビームＭを照射する前の散布層部分が温度Ｔ₁からＴ₂
に上昇している。故に、レーザビームＭの照射によっ
て、散布層５０の温度をＴ₂からＴ₃に上昇させるだけで
済み、レーザビームＭの照射によって上昇させる温度幅
ΔＴが小さくて済み、レーザビームＭの照射に起因する
硬化層６０の反り等の不具合を抑制するのに貢献するこ
とができる。

【００４４】上記した実施例においては、マスク１は予
めガラス板１０に遮蔽膜１２を積層することにより構成
されているが、これに限らず、硬化工程を実行する直前
に、ガラス板１０に遮蔽膜１２をプリント印刷する形態
とすることもできる。

【００４５】上記した実施例では、赤外線照射装置４０
は、複数個の赤外線ランプ４０ａと、各赤外線ランプ４
０ａを覆う反射体４０ｃとで構成されているが、これに
限られるものではない。例えば、一個の赤外線ランプ４
０ａと、赤外線ランプ４０ａを覆う反射体４０ｃとで構
成し、このように構成した赤外線照射装置４０を散布層
５０に沿って走行させ、走行に伴い、散布層５０を加熱
する形態としても良い。

【００４６】上記した本実施例では、マスク１は、赤外
線を透過する性質をもつガラス板１０（石英ガラス）に
遮蔽膜１２を積層して構成されているが、これに限ら
ず、鉄板やアルミニウム板などの金属板に開口窓を形成
して構成しても良い。

【００４７】上記した実施例は鋳型の造形に適用した場
合であるが、これに限らず、他の三次元造形物に適用す
ることもできる。

【００４８】その他、本発明は上記し且つ図面に示した
実施例のみに限定されるものではなく、必要に応じて適
宜変更して実施できるものである。

【００４９】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握できる。

【００５０】・レーザビームよりも直進性が低いものの
単位時間当たりの照射面積がレーザビームよりも大きい
エネルギビーム（例えば遠赤外線）を散布層に照射した
後に、レーザビームを照射することを特徴とする粉粒体
積層造形方法。レーザビームの照射前に、散布層のうち
硬化層の輪郭となる部分（つまりレーザビーム照射予定
部分）を予熱することができ、レーザビームの出力の低
減に貢献できる。

【００５１】・請求項１に係る粉粒体積層造形方法を実
行して鋳造用鋳型（砂型）を造形する鋳型造形方法。ス
ポット径が小さなレーザビームの照射によって鋳型の成
形キャビティを区画する輪郭精度を確保できるため、鋳
物の形状精度を確保できる。

【００５２】・請求項１において、レーザビームを照射
する際には、散布層の上方からマスクを退避させること
を特徴とする粉粒体積層造形方法。

【００５３】

【発明の効果】本発明方法によれば、硬化工程において
は、直進性が高いものの単位時間当たりの照射面積が小
さいレーザビームと、レーザビームよりも直進性が低い
ものの単位時間当たりの照射面積がレーザビームよりも
大きいエネルギビームとを使い分けている。即ち、硬化
層の目標形状に近似する形状をもつ透過部を備えたマス
クを用い、照射面積が大きいエネルギビームをマスク越
しに散布層に照射して硬化層の大部分を硬化させる操作
と、レーザビームを照射して硬化層の輪郭を形成する操
作とを実行することにしている。

【００５４】従って、直進性が高いものの照射面積が小
さいレーザビームの照射だけで硬化層を形成する場合に
比較して、硬化工程に要する時間を大幅に短縮すること
ができ、造形時間の短縮、生産性の向上を図り得る。

【００５５】また、前記エネルギビームよりもスポット
径が小さいレーザビームで硬化層の輪郭を硬化させるた
め、単位時間当たりの照射面積が大きいものの直進性が
低いエネルギビームの照射だけで硬化層を形成する場合
に比較して、硬化層の輪郭形状精度を高めることができ
る。

【００５６】即ち本発明方法によれば、ハイブリッド照
射方式が採用されており、硬化層の造形時間の短縮、硬
化層の形状輪郭の高精度化を両立できる。

【００５７】更に本発明方法によれば、エネルギビーム
を散布層に照射して硬化層の大部分を形成した後に、レ
ーザビームを照射して硬化層の輪郭を形成する場合に
は、レーザビームで輪郭を形成する前の段階で、散布層
のうちレーザビーム照射予定部分が既に予熱されてい
る。このため、レーザビームの照射出力を抑えることが
でき、照射出力の過剰化を防止することができ、設備コ
ストの低減に貢献できる。また散布層のうちレーザビー
ム照射予定部分が既に予熱されているため、レーザビー
ムの照射によって上昇させる散布層の温度の上昇幅が少
なくて済む。このためレーザビームの照射に基づく散布
層の急熱の程度が抑えられ、急熱に起因する硬化層の反
り等の不具合が発生する頻度を少なくするのに有利とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】遮蔽膜をもつマスクの平面図である。

【図２】赤外線照射装置によりマスク越しに遠赤外線を
照射する形態を示す要部の斜視図である。

【図３】赤外線照射装置によりマスク越しに遠赤外線を
照射して形成した硬化層（輪郭形成前）の平面図であ
る。

【図４】レーザビーム照射装置のスキャナーからレーザ
ビームを散布層に照射している形態を示す断面図であ
る。

【図５】レーザビーム照射装置の概念を示す構成図であ
る。

【図６】遠赤外線の加熱で硬化層の大部分を形成した後
に、レーザビームを照射して硬化層の輪郭を形成した状
態を示す平面図である。

【図７】散布層の温度の上昇形態の概念を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

図中、１はマスク、１２は遮蔽膜、３９はレーザビーム
照射装置、４０は赤外線照射装置、４０ａは赤外線ラン
プ、６０は硬化層、６１は第１硬化層部分、６２は第２
硬化層部分、６１ｘは第１輪郭線、６２ｘは第２輪郭線
を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柴田 良平 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 4F213 AC04 WA25 WA34 WA37 WA40 WA53 WA86 WA87 WB01 WL03 WL04 WL12 WL26 WL34 WL44 WL82 WL95

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉粒体を散布して散布層を形成する散布工
   程と、前記散布層を硬化させて硬化層を形成する硬化工
   程と、前記散布工程及び前記硬化工程を交互に繰り返し
   て複数の硬化層を積層し三次元造形物を造形する粉粒体
   積層造形方法において、 前記硬化工程は、直進性が高いレーザビームと、前記レ
   ーザビームよりも直進性が低いものの単位時間当たりの
   照射面積が大きいエネルギビームとを使い分け、 前記硬化層の目標形状に近似する形状をもつ透過部を備
   えたマスクを用い、マスク越しにエネルギビームを前記
   散布層に照射して硬化層の大部分を硬化させる操作と、
   前記レーザビームを照射して前記硬化層の輪郭を形成す
   る操作とを実行することを特徴とする粉粒体積層造形方
   法。