JP2006257463A - Powdery material to be sintered by laser, manufacturing method therefor, three-dimensional structure and manufacturing method therefor - Google Patents

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純治 森本
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秀和 高橋
Kenji Katori
健二 香取
Isato Motomura
勇人 本村
Hiroshi Matsuki
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To secure the hardness of a formed three-dimensional structure, and to secure the melting property of a powder when it is sintered by a laser. <P>SOLUTION: The powdery material is directed at forming a hardened layer by being sintered through irradiation with a laser beam and forming the three-dimensional structure when the hardened layer is stacked; and consists of many particles each of which has one or more layers of one or more types of different metals coated around a metallic particle. The particle has, for instance, a low-melting metal coated on the outside of the particle of a high-melting metal. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザ焼結処理用の粉状材料及びその製造方法、並びに、レーザ焼結処理により製造した３次元構造物及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a powdery material for laser sintering treatment, a manufacturing method thereof, a three-dimensional structure manufactured by laser sintering treatment, and a manufacturing method thereof.

金属粉体等をレーザ焼結法で焼結し、所望の形状の３次元構造物を形成する方法が提案されている（例えば、非特許文献１，２参照）。また、このレーザ焼結法を利用して、金属金型を形成する方法も提案されている（例えば、特許文献１，２，３参照。）
特表平０８−５０９６６６ 特許３２１５８８１ 特開平１１−３４８０４５ Int.J.of Powder Mettallurgy 28(1992)4,pp369-381 Mettallurgical Transactions A 24/1993,pp.757-759 松下電工技報，２００２年８月，ｐ．５７−６３ There has been proposed a method of sintering a metal powder or the like by a laser sintering method to form a three-dimensional structure having a desired shape (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2). A method of forming a metal mold using this laser sintering method has also been proposed (see, for example, Patent Documents 1, 2, and 3).
Special table hei 08-509666 Patent 3215881 JP 11-348045 A Int.J.of Powder Mettallurgy 28 (1992) 4, pp369-381 Mettallurgical Transactions A 24/1993, pp.757-759 Matsushita Electric Works Technical Report, August 2002, p. 57-63

粉体をレーザ焼結して金型を形成する場合、形成体に熱が印加されるため熱応力がかかり、高精度な形状を実現できない。この熱応力を緩和して高精度の形状を実現するために、形成体を表面部、中間部、中心部から形成し、その密度が徐々に小さくなるように熱の印加を少なくする方法がある（例えば非特許文献３参照。）。   In the case of forming a mold by laser sintering powder, a heat stress is applied to the formed body, and a highly accurate shape cannot be realized. In order to relieve this thermal stress and realize a highly accurate shape, there is a method in which the formed body is formed from the surface portion, the intermediate portion, and the central portion, and the application of heat is reduced so that the density gradually decreases. (For example, refer nonpatent literature 3.).

しかし、この方法は、熱応力は低下するが、熱の印加が減るので金属の溶融が十分に進まず、緻密な表面を形成できず、結果、金型として質が低下してしまう。   However, in this method, although the thermal stress is reduced, the application of heat is reduced, so that the melting of the metal does not proceed sufficiently and a dense surface cannot be formed, and as a result, the quality of the mold is deteriorated.

そのため、比較的に低い融点の金属材料を用いてレーザ焼結を行い、金型を製造する必要がある。   Therefore, it is necessary to perform laser sintering using a metal material having a relatively low melting point to manufacture a mold.

もっとも、融点の低い金属は一般に柔らかいため、低い融点の金属材料のみから形成された物を、金型として用いるのには適さない。   However, since a metal having a low melting point is generally soft, an object formed only from a metal material having a low melting point is not suitable for use as a mold.

以上のように、レーザ焼結法により形成した３次元構造物を金型として用いる場合、複数の問題を同時に解決しなければならない。具体的には、レーザ光による熱の印加量を減らして熱応力の緩和し、且つ、金型として用いた場合にも充分な硬度を得ることができなければならない。   As described above, when a three-dimensional structure formed by laser sintering is used as a mold, a plurality of problems must be solved at the same time. Specifically, it is necessary to reduce the amount of heat applied by laser light to relieve thermal stress and to obtain sufficient hardness even when used as a mold.

また、金属は溶融状態や高温では一般に低温よりも体積が膨張するため、金属を焼結・積層して３次元構造物を得る際に、固化した下層に溶融あるいは高温の上層が接触するため高温と低温を繰り返すことになり、この際に生じる膨張・収縮で段差が生じてしまう。   In addition, since the volume of metal generally expands in a molten state or at a high temperature as compared to a low temperature, when a metal is sintered and laminated to obtain a three-dimensional structure, the solidified lower layer is melted or the high temperature upper layer is in contact with the metal. Repeatedly, low temperature is repeated, and a step is generated due to expansion and contraction occurring at this time.

この表面の段差は金型としての特性を大きく損なうため、段差を生じさせないようにする必要がある。   Since the step on the surface greatly impairs the characteristics as a mold, it is necessary to prevent the step from being generated.

そこで、本発明は、以上のような問題を解決し、複数の特性を同時に得ることが可能な、例えば、熱応力を緩和するとともに充分な硬度を得ることが可能なレーザ焼結処理用の粉状材料及びその製造方法、並びに、それらを用いて製造された３次元構造物及びその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the above-described problems and can obtain a plurality of characteristics at the same time, for example, a powder for laser sintering treatment that can relieve thermal stress and obtain sufficient hardness. It is an object of the present invention to provide a sheet material, a manufacturing method thereof, a three-dimensional structure manufactured using the same, and a manufacturing method thereof.

以上のような課題を解決するには、特性の異なる複数の金属が含まれている粉状材料を用いてレーザ焼結を行えばよい。例えば、硬度を確保する高融点の金属（例えば鉄系の金属又は合金）と、溶融性を確保するための低融点の金属（例えば銅系の金属又は合金）とがともに含まれた粉状材料を用いてレーザ焼結を行えばよい。   In order to solve the above problems, laser sintering may be performed using a powder material containing a plurality of metals having different characteristics. For example, a powdery material containing both a high melting point metal (for example, an iron-based metal or alloy) that secures hardness and a low melting point metal (for example, a copper-based metal or alloy) for securing meltability May be used for laser sintering.

さらに膨張・収縮による段差を軽減するために、溶融時よりも固化時の方が体積が膨張するビスマスを低融点金属として含んだ粉状材料を用いてレーザー焼結を行えばよい。   Further, in order to reduce the level difference due to expansion / contraction, laser sintering may be performed using a powdered material containing bismuth whose volume expands when solidified rather than when melted as a low melting point metal.

ただし、高融点の金属と低融点の金属とが完全に均一に混合されていなければ、高融点の金属が固定されない可能性があり、充分な硬度が得られない可能性がある。   However, if the high melting point metal and the low melting point metal are not completely uniformly mixed, the high melting point metal may not be fixed, and sufficient hardness may not be obtained.

そこで、本発明者は、次のような発明を提案した。   Therefore, the present inventor has proposed the following invention.

本発明に係るレーザ焼結処理用の粉状材料は、粉状材料に対してレーザ光を照射することにより当該粉状材料を焼結させて硬化層を形成し、当該硬化層を積層して３次元構造物を形成するレーザ焼結処理に用いる粉状材料であって、金属粒の周囲に異なる１又は複数種類の金属がコーティングされた多数の粒子を含んでいることを特徴とする。   The powdery material for laser sintering treatment according to the present invention sinters the powdery material by irradiating the powdery material with laser light to form a hardened layer, and laminates the hardened layer. A powdery material used for laser sintering to form a three-dimensional structure, characterized in that it includes a large number of particles coated with one or more kinds of different metals around metal particles.

また、本発明に係るレーザ焼結処理用の粉状材料の製造方法は、粉状材料に対してレーザ光を照射することにより当該粉状材料を焼結させて硬化層を形成し、当該硬化層を積層して３次元構造物を形成するレーザ焼結処理に用いる粉状材料を製造する製造方法であって、多数の金属粒を攪拌しながら、他の種類の金属をスパッタリングすることを特徴とする。   Further, the method for producing a powdery material for laser sintering treatment according to the present invention sinters the powdery material by irradiating the powdery material with a laser beam to form a hardened layer, and the hardening A manufacturing method for producing a powdery material used in a laser sintering process in which layers are stacked to form a three-dimensional structure, characterized by sputtering other types of metals while stirring a large number of metal particles And

また、本発明に係る３次元構造物は、金属粒の周囲に異なる１又は複数種類の金属がコーティングされた多数の粒子を含んだ粉状材料に対してレーザ光を照射することにより当該粉状材料を焼結させて形成された硬化層が、積層されて構成されたことを特徴とする。   In addition, the three-dimensional structure according to the present invention can be obtained by irradiating a powdered material containing a large number of particles coated with one or more kinds of different metals around a metal particle by irradiating the powdered material. The hardened layer formed by sintering the material is laminated and configured.

また、本発明に係る３次元構造物の製造方法は、金属粒の周囲に異なる１又は複数種類の金属がコーティングされた多数の粒子を含んだ粉状材料に対してレーザ光を照射することにより当該粉状材料を焼結させて硬化層を形成し、当該硬化層を積層して３次元構造物を形成することを特徴とする。   In addition, the method for manufacturing a three-dimensional structure according to the present invention irradiates a powdered material including a large number of particles coated with one or more kinds of different metals around a metal particle by irradiating a laser beam. The powdered material is sintered to form a hardened layer, and the hardened layer is laminated to form a three-dimensional structure.

以上のような本発明に係るレーザ焼結処理用の粉状材料及びその製造方法によれば、異なる複数の特性を有する３次元構造物を製造することができる。例えば、形成された３次元構造物の硬度を確保し、且つ、レーザ焼結時における溶融性を確保することができる。さらに、３次元構造物の表面の凹凸の少ないものとすることができる。   According to the powdery material for laser sintering processing and the manufacturing method thereof according to the present invention as described above, a three-dimensional structure having a plurality of different characteristics can be manufactured. For example, the hardness of the formed three-dimensional structure can be ensured, and the meltability during laser sintering can be ensured. Furthermore, the surface of the three-dimensional structure can be made less uneven.

また、本発明に係る３次元構造物及びその製造方法は、充分な硬度を得ることができるとともに、緻密な表面形状とすることができる。さらに、３次元構造物の表面の凹凸の少ないものとすることができる。   In addition, the three-dimensional structure and the manufacturing method thereof according to the present invention can obtain sufficient hardness and a dense surface shape. Furthermore, the surface of the three-dimensional structure can be made less uneven.

以下、本発明が適用されたレーザ焼結処理用の粉状材料、及び、その粉状材料を用いたレーザ焼結処理について説明をする。   Hereinafter, the powdery material for laser sintering treatment to which the present invention is applied and the laser sintering treatment using the powdery material will be described.

本発明が適用された粉状材料１０は、レーザ焼結処理により３次元構造物を形成する際の材料となる。レーザ焼結処理とは、３次元構造物を形成する製造処理の一つをいう。レーザ焼結処理では、粉状材料１０に対してレーザ光を照射することにより当該粉状材料１０を一旦溶融された後に硬化させて硬化層を形成し、当該硬化層を何重にも積層して、３次元構造物を形成するものである。   The powdery material 10 to which the present invention is applied is a material for forming a three-dimensional structure by laser sintering. The laser sintering process is one of manufacturing processes for forming a three-dimensional structure. In the laser sintering process, the powdery material 10 is irradiated with laser light to be melted and then cured to form a hardened layer, and the hardened layer is stacked in layers. Thus, a three-dimensional structure is formed.

粉状材料１０は、図１に示すように、直径が数１０〜２０μｍ程度の粒が多数集合して構成された粉体である。   As shown in FIG. 1, the powder material 10 is a powder composed of a large number of grains having a diameter of about several tens to 20 μm.

粉状材料１０を構成する一つ一つの粒（以下、金属粒１１という。）は、図２に示すように、中心の金属の粒子に、１又は複数の他の種類の金属がコーティングされた多層構造となっている。   As shown in FIG. 2, each particle constituting the powder material 10 (hereinafter referred to as a metal particle 11) is formed by coating a central metal particle with one or more other types of metal. It has a multilayer structure.

金属粒１１は、例えば、図２に示すよう、中心に位置する第１の金属粒子１２と、第１の金属粒子１２の周囲にコーティングされた第２の金属層１３と、第２の金属層１３の周囲にコーティングされた第３の金属層１４とから構成されている。なお、ここでは、３層構造の金属粒１１を示しているが、複数の金属から構成されていれば、２層構造であってもよいし、４層以上の構造であってもよい。   For example, as shown in FIG. 2, the metal particle 11 includes a first metal particle 12 located at the center, a second metal layer 13 coated around the first metal particle 12, and a second metal layer. And a third metal layer 14 coated around 13. In addition, although the metal particle 11 of the three-layer structure is shown here, a two-layer structure or a structure of four or more layers may be used as long as it is composed of a plurality of metals.

金属粒１１の各層を構成している金属は、異なる種類の金属となっている。金属粒１１がこのように異なる金属の多層構造で構成されていることにより、レーザ焼結処理時又は処理後の３次元構造物に対して、複数の特性を同時に与えることが可能となる。   The metal which comprises each layer of the metal grain 11 is a different kind of metal. Since the metal grains 11 are configured in such a multilayer structure of different metals, it is possible to simultaneously give a plurality of characteristics to the three-dimensional structure during or after the laser sintering process.

ここで、例えば、第１の金属粒子１２は鉄等の高融点金属で構成し、第２の金属層１３はニッケル等の中間の融点の金属で構成し、第３の金属層１４は銅等の低融点金属で構成する。   Here, for example, the first metal particles 12 are made of a high melting point metal such as iron, the second metal layer 13 is made of an intermediate melting point metal such as nickel, and the third metal layer 14 is made of copper or the like. Of low melting point metal.

金属粒１１をこのように構成すると、第１の金属粒子１２は最も融点が高く、第２の金属層１３は融点が中間程度となり、第３の金属層１４は融点が最も低くなる。つまり、内側に高融点金属が配置され、外側に低融点金属が配置される。このため、レーザ焼結処理をした場合、図３に示すように、内側の高融点金属（鉄）は溶融せず、最も外側の低融点金属（銅）が溶融したのちに硬化するので、内側の高融点金属（鉄）同士を低融点金属（銅）が接着するように硬化する。この際に、金属粒１１では、高融点金属（鉄）の周囲に低融点金属（銅）がコーティングされているので、全ての高融点金属（鉄）が均一に接続されることとなる。   When the metal particles 11 are configured in this way, the first metal particles 12 have the highest melting point, the second metal layer 13 has an intermediate melting point, and the third metal layer 14 has the lowest melting point. That is, the high melting point metal is disposed on the inner side and the low melting point metal is disposed on the outer side. Therefore, when the laser sintering process is performed, as shown in FIG. 3, the inner high melting point metal (iron) does not melt, and the outermost low melting point metal (copper) is melted and then hardened. The high melting point metals (iron) are cured so that the low melting point metals (copper) adhere to each other. At this time, since the metal particles 11 are coated with the low melting point metal (copper) around the high melting point metal (iron), all the high melting point metals (iron) are uniformly connected.

このような金属粒１１を用いたレーザ焼結用の粉状材料１０では、内側に配置された高融点金属（例えば鉄）により硬度を確保し、外側に配置された低融点金属（例えば銅）により溶融性を確保することができるため、レーザ光による熱の印加量を減らして熱応力の緩和し、且つ、金型として用いた場合にも充分な硬度を得るという２つの問題を同時に解決することができる。   In the powdery material 10 for laser sintering using such metal particles 11, hardness is secured by a high melting point metal (for example, iron) disposed on the inside, and a low melting point metal (for example, copper) disposed on the outside. Since the meltability can be ensured by this, the two problems of simultaneously reducing the thermal stress by reducing the amount of heat applied by the laser beam and obtaining sufficient hardness even when used as a mold are solved. be able to.

なお、高融点金属（鉄）の粒子と低融点金属（銅）の粒子とをそれぞれ混合するのみの構成では、図４に示すように、一部に浮遊した高融点金属（鉄）が発生してしまう。   In the configuration in which the particles of the high melting point metal (iron) and the particles of the low melting point metal (copper) are only mixed, the high melting point metal (iron) floating in part is generated as shown in FIG. End up.

つぎに、粉状材料１０の製造方法について説明をする。   Next, a method for manufacturing the powder material 10 will be described.

粉状材料１０は、中心に配置される金属粒群を攪拌しながら、外側に配置する金属をスパッタリングすることにより製造することができる。   The powdery material 10 can be produced by sputtering the metal disposed outside while stirring the metal particle group disposed in the center.

例えば、図５に示すようなスパッタ装置２０により粉状材料１０を製造することができる。スパッタ装置２０は、内部が真空とされたチャンバ２１と、チャンバ２１内に配置されたターゲット金属２２と、カップ２３と、カップ２３を振動させる振動ユニット２４とを備えている。   For example, the powdery material 10 can be manufactured by the sputtering apparatus 20 as shown in FIG. The sputtering apparatus 20 includes a chamber 21 whose inside is evacuated, a target metal 22 disposed in the chamber 21, a cup 23, and a vibration unit 24 that vibrates the cup 23.

ターゲット金属２２は、膜の原料となる金属である。カップ２３には、スパッタの対象となる粉状体の金属２５が内部に配置される。振動ユニット２４は、カップ２３を支持しているとともにスパッタ最中にカップ２３を上下に振動させる。   The target metal 22 is a metal that is a raw material for the film. A powdery metal 25 to be sputtered is placed inside the cup 23. The vibration unit 24 supports the cup 23 and vibrates the cup 23 up and down during sputtering.

例えば、第１の金属粒子１２が鉄、第２の金属層１３がニッケル、第３の金属層１４が銅により構成される粉状材料１０を製造する場合、スパッタ装置２０を用いて次のように処理がされる。   For example, when manufacturing the powdery material 10 in which the first metal particles 12 are made of iron, the second metal layer 13 is made of nickel, and the third metal layer 14 is made of copper, the sputtering apparatus 20 is used as follows. Will be processed.

まず、カップ２３内に粉状の鉄を配置し、ターゲット金属２２としてニッケルを配置する。続いて、スパッタ装置２０を動作させ、カップ２３を上下に振動させながら、ニッケルをスパッタリングする。一定時間が経過すると、鉄粒子の周囲にニッケルがコーティングされた粉体が形成される。続いて、ターゲット金属２２として銅を配置する。続いて、スパッタ装置２０を動作させ、カップ２３を上下に振動させながら、銅をスパッタリングする。すると、鉄粒子の周囲にニッケルがコーティングされ、ニッケルの周囲に銅がコーティングされた粒子から構成された粉状材料１０がカップ２３内に形成される。   First, powdered iron is placed in the cup 23, and nickel is placed as the target metal 22. Subsequently, the sputtering apparatus 20 is operated to sputter nickel while vibrating the cup 23 up and down. After a certain period of time, a powder coated with nickel is formed around the iron particles. Subsequently, copper is disposed as the target metal 22. Subsequently, the sputtering apparatus 20 is operated to sputter copper while vibrating the cup 23 up and down. Then, nickel is coated around the iron particles, and a powdery material 10 composed of particles coated with copper around the nickel is formed in the cup 23.

つぎに、粉状材料１０を用いて射出成形のための金型を生成するレーザ焼結処理について説明をする。   Next, a laser sintering process for generating a mold for injection molding using the powdery material 10 will be described.

図６は、レーザ焼結装置の構成を示した図である。   FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the laser sintering apparatus.

レーザ焼結装置３０は、図６に示すように、造形部３１と、レーザ発光装置３２と、ミラー３３と、形状記憶部３４と、制御部３５とを備えている。   As shown in FIG. 6, the laser sintering apparatus 30 includes a modeling unit 31, a laser light emitting device 32, a mirror 33, a shape storage unit 34, and a control unit 35.

造形部３１は、金型が形成される空間を形成しているタンク４１と、タンク４１の内部で堆積されている粉状材料１０を載せるテーブル４２と、テーブル４２を上下に昇降させる昇降部４３と、テーブル４２上に粉状材料１０を供給する材料供給部４４と、テーブル４２上に載せられた粉状材料１０を平坦にするワイパー４５とを備えている。   The modeling unit 31 includes a tank 41 that forms a space in which a mold is formed, a table 42 on which the powdery material 10 accumulated in the tank 41 is placed, and a lifting unit 43 that moves the table 42 up and down. And a material supply unit 44 for supplying the powdery material 10 onto the table 42, and a wiper 45 for flattening the powdery material 10 placed on the table 42.

レーザ発光装置３２は、レーザ光を出射する。   The laser light emitting device 32 emits laser light.

ミラー３３は、タンク４１内のテーブル４２上に堆積された粉状材料１０上に、レーザ発光装置３２から出射されたレーザ光を導く。さらに、ミラー３３は、そのレーザスポットを、堆積された粉状材料１０の表面上の任意の位置に移動させることが可能である。   The mirror 33 guides the laser light emitted from the laser light emitting device 32 onto the powdery material 10 deposited on the table 42 in the tank 41. Further, the mirror 33 can move the laser spot to an arbitrary position on the surface of the deposited powdery material 10.

形状記憶部３４は、当該レーザ焼結装置３０により形成する金型の３次元形状を、所定のピッチでスライスしたときの各層の断面形状を記憶している。   The shape storage unit 34 stores the cross-sectional shape of each layer when the three-dimensional shape of the mold formed by the laser sintering apparatus 30 is sliced at a predetermined pitch.

制御部３５は、形状記憶部３４に記憶されている断面形状等に基づき、レーザ発光装置３２から発光されるレーザ光の強度の制御、ミラー３３の方向制御、材料供給部４による材料供給制御、テーブル４２の昇降制御等を行う。   The control unit 35 controls the intensity of the laser light emitted from the laser light emitting device 32 based on the cross-sectional shape stored in the shape storage unit 34, the direction control of the mirror 33, the material supply control by the material supply unit 4, The raising / lowering control of the table 42 is performed.

次に、このような構成のレーザ焼結装置３０を用いた金型作成手順について説明をする。   Next, a description will be given of a mold making procedure using the laser sintering apparatus 30 having such a configuration.

まず、レーザ焼結装置３０は、図７（Ａ）に示すように、所定量の粉状材料１０をテーブル４２上に注入する。   First, the laser sintering apparatus 30 injects a predetermined amount of the powdery material 10 onto the table 42 as shown in FIG.

続いて、レーザ焼結装置３０は、図７（Ｂ）に示すように、ワイパー４５を移動させて、所定量の粉状材料１０をテーブル４２上に平坦にする。   Subsequently, as shown in FIG. 7B, the laser sintering apparatus 30 moves the wiper 45 to flatten the predetermined amount of the powdery material 10 on the table 42.

続いて、レーザ焼結装置３０は、図７（Ｃ）に示すように、平坦化した粉状材料１０上にレーザ光を照射するとともに、ミラー３３を制御して金型の３次元形状の最下層のスライスの断面形状と同一に光スポットが照射されるようにする。   Subsequently, as shown in FIG. 7 (C), the laser sintering apparatus 30 irradiates the planarized powdery material 10 with laser light and controls the mirror 33 to control the three-dimensional shape of the mold. The light spot is irradiated so as to have the same cross-sectional shape of the lower slice.

このようにレーザ光を照射すると、照射された部分だけ粉状材料１０が溶融し、冷却に伴いその部分が硬化する。すなわち、金型の３次元形状の最下層部分の硬化層が形成される。   When the laser beam is irradiated in this way, the powdered material 10 is melted only in the irradiated portion, and the portion is cured with cooling. That is, the cured layer of the lowest layer part of the three-dimensional shape of the mold is formed.

続いて、レーザ焼結装置３０は、図７（Ｄ）に示すように、昇降部４３を制御してテーブル４２を所定のピッチ分だけ下降させる。   Subsequently, as shown in FIG. 7D, the laser sintering apparatus 30 controls the elevating unit 43 to lower the table 42 by a predetermined pitch.

続いて、レーザ焼結装置３０は、図７（Ｅ）に示すように、所定量の粉状材料１０を硬化層の上にさらに注入し、ワイパー４５を移動させて所定量の粉状材料１０をテーブル４２上に平坦にする。   Subsequently, as shown in FIG. 7E, the laser sintering apparatus 30 further injects a predetermined amount of the powdery material 10 onto the cured layer and moves the wiper 45 to move the predetermined amount of the powdery material 10. Is flattened on the table 42.

続いて、レーザ焼結装置３０は、図７（Ｆ）に示すように、平坦化した粉状材料１０上にレーザ光を照射するとともに、ミラー３３を制御して金型の３次元形状の対応する層のスライスの断面形状と同一に光スポットが照射されるようにする。   Subsequently, as shown in FIG. 7F, the laser sintering apparatus 30 irradiates the planarized powdery material 10 with laser light and controls the mirror 33 to cope with the three-dimensional shape of the mold. The light spot is irradiated so as to have the same cross-sectional shape as the slice of the layer.

このようにレーザ光を照射すると、照射された部分だけ粉状材料１０が溶融し、冷却に伴いその部分が硬化し、先に形成されている硬化層の上にさらに新たな硬化層が積層される。   When the laser beam is irradiated in this way, the powdered material 10 is melted only in the irradiated portion, and the portion is cured with cooling, and a new cured layer is laminated on the previously formed cured layer. The

以後、レーザ焼結装置３０は、図７（Ｅ）〜図７（Ｆ）の作業を繰り返する。   Thereafter, the laser sintering apparatus 30 repeats the operations of FIGS. 7E to 7F.

そして、図７（Ｇ）に示すように、金型の最上部まで硬化層を形成する。   Then, as shown in FIG. 7G, a hardened layer is formed up to the top of the mold.

最後に、図７（Ｈ）に示すように、硬化していない粉状材料１０を除き、タンク４１内から最終形成された３次元形状の金型５０を取り出す。   Finally, as shown in FIG. 7 (H), the powder material 10 that has not been cured is removed, and the finally formed three-dimensional mold 50 is taken out from the tank 41.

以上のように形成された金型５０は、粉状材料１０を用いているので、充分な硬度を有するとともに、高精度の形状を有している。   Since the metal mold 50 formed as described above uses the powder material 10, it has sufficient hardness and a highly accurate shape.

（具体例）
次に、粉状材料１０を構成する材料の一具体例について説明をする。 (Concrete example)
Next, a specific example of the material constituting the powdery material 10 will be described.

本具体例では、粉状材料１０を構成する金属粒１１を、中心に位置する第１の金属粒子１２の材料を鉄等の高融点金属で構成し、第２の金属層１３をビスマスで構成するものとした。なお、本具体例は、二層構造としているので、第３の金属層１４はない。   In this specific example, the metal particles 11 constituting the powdery material 10 are composed of the material of the first metal particles 12 located in the center with a refractory metal such as iron, and the second metal layer 13 is composed of bismuth. To do. In addition, since this example has a two-layer structure, there is no third metal layer 14.

粉状材料１０をこのように構成すると、層状に焼結、積層した３次元造形物の側面部分の表面は、層間の段差が少なくなり、滑らかとなる。   When the powdery material 10 is configured in this way, the surface of the side surface portion of the three-dimensional structure that is sintered and laminated in layers becomes smooth with less steps between the layers.

これは、図８に示すように、レーザにより焼成した後（図８（Ａ））、鉄等の高融点金属は固化する際に体積収縮するが、ビスマスは体積膨張する（図８（Ｂ））。このために、収縮と膨張とが相殺され、できあがった積層体の層間の段差が形成されなくなるためである（図８（Ｃ））。   As shown in FIG. 8, after firing with a laser (FIG. 8A), refractory metal such as iron shrinks in volume when solidified, but bismuth expands in volume (FIG. 8B). ). For this reason, shrinkage and expansion are canceled out, and a step between the layers of the finished laminate is not formed (FIG. 8C).

例えば、低融点金属として銅を用いた場合は、図９に示すように、レーザにより焼成した後（図９（Ａ））、鉄も銅も固化する際に体積収縮する（図９（Ｂ））。このために、できあがった積層体の層間の段差が大きくなる（図９（Ｃ））。   For example, when copper is used as the low melting point metal, as shown in FIG. 9, after firing by laser (FIG. 9A), volume shrinks when iron and copper are solidified (FIG. 9B). ). For this reason, the level | step difference between the layers of the completed laminated body becomes large (FIG. 9C).

例えば、高融点金属として鉄を用い、低融点金属としてビスマスを用いた場合、鉄の収縮をビスマスの膨張で相殺するには、ビスマスを２乃至１０重量％含むようにするのが望ましい。   For example, when iron is used as the high melting point metal and bismuth is used as the low melting point metal, it is desirable to contain 2 to 10% by weight of bismuth in order to offset the shrinkage of iron by the expansion of bismuth.

図１０は、作成した金型５０の多層側面部分の表面形状を粗度計により測定した結果を示している。図１０（Ａ）,（Ｂ）,（Ｃ）は、第１の金属粒子１２に鉄を用い第２の金属層１３にビスマスを用いて作成したサンプルの表面形状であり、図１０（Ｄ）,（Ｅ）,（Ｆ）は、第１の金属粒子１２に鉄を用い第２の金属層１３に銅を用いて作成した金型の表面形状である。この図１０を参照してわかるように、ビスマスを用いた方が、表面の凹凸を少なく、すなわち滑らかにすることができる。   FIG. 10 shows the result of measuring the surface shape of the multilayer side surface portion of the mold 50 thus prepared with a roughness meter. FIGS. 10A, 10B, and 10C show the surface shapes of samples prepared using iron for the first metal particles 12 and bismuth for the second metal layer 13, and FIG. , (E), (F) are the surface shapes of the molds formed using iron for the first metal particles 12 and copper for the second metal layer 13. As can be seen with reference to FIG. 10, the use of bismuth can reduce surface irregularities, that is, smooth.

実施形態の粉状材料を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows the powdery material of embodiment. 実施形態の粉状材料の断面図である。It is sectional drawing of the powdery material of embodiment. 実施形態の粉状材料をレーザ焼結させた場合の焼結後の金属構成を示す図である。It is a figure which shows the metal structure after sintering at the time of carrying out laser sintering of the powdery material of embodiment. 従来の粉状材料をレーザ焼結させた場合の焼結後の金属構成を示す図である。It is a figure which shows the metal structure after sintering at the time of carrying out laser sintering of the conventional powdery material. スパッタ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a sputtering device. レーザ焼結装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a laser sintering apparatus. レーザ焼結時の処理手順を示す図である。It is a figure which shows the process sequence at the time of laser sintering. 粉状材料を形成する層にビスマスを用いた場合の構造物の作成手順を示す図である。It is a figure which shows the preparation procedure of the structure at the time of using bismuth for the layer which forms a powdery material. 粉状材料を形成する層にビスマス以外を用いた場合の構造物の作成手順を示す図である。It is a figure which shows the preparation procedure of the structure at the time of using other than bismuth for the layer which forms a powdery material. 粉状材料を形成する層にビスマスを用いた場合の構造物の表面形状と、ビスマス以外を用いた場合の表面形状を示す図である。It is a figure which shows the surface shape of the structure at the time of using bismuth for the layer which forms a powdery material, and the surface shape at the time of using other than bismuth.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 粉状材料 １１ 金属粒、２０ スパッタ装置、３０ レーザ焼結装置   10 Powdery material 11 Metal grain, 20 Sputtering device, 30 Laser sintering device

Claims (11)

粉状材料に対してレーザ光を照射することにより当該粉状材料を焼結させて硬化層を形成し、当該硬化層を積層して３次元構造物を形成するレーザ焼結処理に用いる粉状材料において、
金属粒の周囲に異なる１又は複数種類の金属が１又は多層コーティングされた多数の粒子を含んでいること
を特徴とするレーザ焼結処理用の粉状材料。 Powdery material used for laser sintering treatment in which a powdered material is sintered by irradiating the powdery material to sinter the powdery material to form a hardened layer, and the hardened layer is laminated to form a three-dimensional structure. In the material,
A powdery material for laser sintering treatment, comprising a large number of particles coated with one or more kinds of different metals or a plurality of types of metal around the metal particles. 上記粒子は、高融点の金属粒の外側に低融点金属がコーティングされていること
を特徴とする請求項１記載のレーザ焼結処理用の粉状材料。 The powder material for laser sintering according to claim 1, wherein the particles are coated with a low melting point metal on the outside of the high melting point metal particles. 粉状材料に対してレーザ光を照射することにより当該粉状材料を焼結させて硬化層を形成し、当該硬化層を積層して３次元構造物を形成するレーザ焼結処理に用いる粉状材料を製造する製造方法において、
多数の金属粒を攪拌しながら、他の種類の金属をスパッタリングすること
を特徴とするレーザ焼結処理用の粉状材料の製造方法。 Powdery material used for laser sintering treatment in which a powdered material is sintered by irradiating the powdery material to sinter the powdery material to form a hardened layer, and the hardened layer is laminated to form a three-dimensional structure. In a manufacturing method for manufacturing a material,
A method for producing a powdery material for laser sintering, characterized by sputtering other types of metals while stirring a large number of metal particles. 金属粒の周囲に異なる１又は複数種類の金属がコーティングされた多数の粒子を含んだ粉状材料に対してレーザ光を照射することにより当該粉状材料を焼結させて形成された硬化層が、積層されて構成されたこと
を特徴とする３次元構造物。 A hardened layer formed by sintering a powdered material by irradiating the powdered material containing a large number of particles coated with one or more kinds of different metals around the metal particles to irradiate the powdered material. A three-dimensional structure characterized by being laminated. 上記粒子は、高融点の金属粒の外側に低融点金属がコーティングされており、
上記硬化層は、高融点の金属粒と、融解したのちに硬化することにより高融点の金属粒同士を接着している低融点の金属とから構成されていること
を特徴とする請求項４記載の３次元構造物。 The above particles are coated with low melting point metal on the outside of high melting point metal particles,
The hardened layer is composed of high melting point metal particles and a low melting point metal that bonds the high melting point metal particles by melting and then hardening. 3D structure. 上記粒子は、上記高融点の金属として鉄を、上記低融点の金属としてビスマスを用いること
を特徴とする請求５記載の３次元構造物。 The three-dimensional structure according to claim 5, wherein the particles use iron as the high melting point metal and bismuth as the low melting point metal. 上記粒子は、ビスマスが２乃至１０重量％含まれていること
を特徴とする請求項６記載の３次元構造物。 The three-dimensional structure according to claim 6, wherein the particles contain 2 to 10% by weight of bismuth. 金属粒の周囲に異なる１又は複数種類の金属がコーティングされた多数の粒子を含んだ粉状材料に対してレーザ光を照射することにより当該粉状材料を焼結させて硬化層を形成し、
当該硬化層を積層して３次元構造物を形成すること
を特徴とする３次元構造物の製造方法。 By irradiating a laser beam to a powdery material containing a large number of particles coated with one or more kinds of different metals around the metal particles, the powdered material is sintered to form a hardened layer,
A method for producing a three-dimensional structure, wherein the cured layer is laminated to form a three-dimensional structure. 上記粒子は、上記高融点の金属粒の外側に低融点金属がコーティングされていること
を特徴とする請求項８記載の３次元構造物の製造方法。 The method for producing a three-dimensional structure according to claim 8, wherein the particles are coated with a low melting point metal on the outside of the high melting point metal particles. 上記粒子は、上記高融点の金属として鉄を、上記低融点の金属としてビスマスを用いること
を特徴とする請求項９記載の３次元構造物の製造方法。 The method for producing a three-dimensional structure according to claim 9, wherein the particles use iron as the high melting point metal and bismuth as the low melting point metal. 上記粒子は、ビスマスが２乃至１０重量％含まれていること
を特徴とする請求項１０記載の３次元構造物の製造方法。 The method for producing a three-dimensional structure according to claim 10, wherein the particles contain 2 to 10% by weight of bismuth.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012048676A3 (en) * 2010-09-24 2012-08-30 Mtu Aero Engines Gmbh Generative production method and powder therefor
CN104399968A (en) * 2014-11-10 2015-03-11 中国矿业大学 Cobalt-base metal alloy powder for continuous optical fiber laser surface alloying
JP2015218368A (en) * 2014-05-20 2015-12-07 有限会社 ナプラ Three-dimensional molding material, and three-dimensional molding method
WO2015194678A1 (en) * 2014-06-20 2015-12-23 株式会社フジミインコーポレーテッド Powder material to be used in powder lamination shaping and powder lamination shaping method using same
DE102015216749A1 (en) * 2015-09-02 2017-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Additive production of a molded article
JP6353978B1 (en) * 2016-12-26 2018-07-04 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 Metal additive manufacturing powder and manufacturing method thereof
JP2018129409A (en) * 2017-02-09 2018-08-16 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Method for forming pattern wiring circuit on the basis of metal powder low temperature melting by irradiation with substrate back surface laser light and formed structure of the same
JP2019522730A (en) * 2016-05-13 2019-08-15 ナノコア テクノロジーズ Sinterable metal paste for use in additive manufacturing
CN112074363A (en) * 2018-06-01 2020-12-11 惠普发展公司，有限责任合伙企业 Material group

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012048676A3 (en) * 2010-09-24 2012-08-30 Mtu Aero Engines Gmbh Generative production method and powder therefor
US9095900B2 (en) 2010-09-24 2015-08-04 MTU Aero Engines AG Generative production method and powder therefor
JP2015218368A (en) * 2014-05-20 2015-12-07 有限会社 ナプラ Three-dimensional molding material, and three-dimensional molding method
WO2015194678A1 (en) * 2014-06-20 2015-12-23 株式会社フジミインコーポレーテッド Powder material to be used in powder lamination shaping and powder lamination shaping method using same
CN104399968A (en) * 2014-11-10 2015-03-11 中国矿业大学 Cobalt-base metal alloy powder for continuous optical fiber laser surface alloying
DE102015216749A1 (en) * 2015-09-02 2017-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Additive production of a molded article
JP2019522730A (en) * 2016-05-13 2019-08-15 ナノコア テクノロジーズ Sinterable metal paste for use in additive manufacturing
JP7017562B2 (en) 2016-05-13 2022-02-08 マントル インク Sinterable metal paste for use in additive manufacturing
WO2018122934A1 (en) * 2016-12-26 2018-07-05 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 Powder for metal additive manufacturing and method for manufacturing same
JP6353978B1 (en) * 2016-12-26 2018-07-04 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 Metal additive manufacturing powder and manufacturing method thereof
JP2018129409A (en) * 2017-02-09 2018-08-16 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Method for forming pattern wiring circuit on the basis of metal powder low temperature melting by irradiation with substrate back surface laser light and formed structure of the same
CN112074363A (en) * 2018-06-01 2020-12-11 惠普发展公司，有限责任合伙企业 Material group
US11697153B2 (en) 2018-06-01 2023-07-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Material sets
CN112074363B (en) * 2018-06-01 2024-01-09 惠普发展公司，有限责任合伙企业 Material group

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