JP2010042524A - 三次元形状造形物の製造方法 - Google Patents

三次元形状造形物の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2010042524A
JP2010042524A JP2008206141A JP2008206141A JP2010042524A JP 2010042524 A JP2010042524 A JP 2010042524A JP 2008206141 A JP2008206141 A JP 2008206141A JP 2008206141 A JP2008206141 A JP 2008206141A JP 2010042524 A JP2010042524 A JP 2010042524A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
modeling
modeling plate
plate
powder layer
layer forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008206141A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5061062B2 (ja
Inventor
Isao Fuwa
勲 不破
Tokuo Yoshida
徳雄 吉田
Satoshi Abe
諭 阿部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Electric Works Co Ltd filed Critical Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority to JP2008206141A priority Critical patent/JP5061062B2/ja
Priority to CN2009101641187A priority patent/CN101642809B/zh
Priority to US12/461,311 priority patent/US8486490B2/en
Priority to DE102009036648A priority patent/DE102009036648A1/de
Publication of JP2010042524A publication Critical patent/JP2010042524A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5061062B2 publication Critical patent/JP5061062B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/10—Auxiliary heating means
    • B22F12/17—Auxiliary heating means to heat the build chamber or platform
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/188—Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

【課題】三次元形状造形物の製造方法において、造形後の造形用プレートの返り、変形を小さくし、造形物が形状不良になる虞を少なくする。
【解決手段】三次元形状造形物の製造方法は、造形用プレート４１に金属粉末２を供給して粉末層２１を形成する粉末層形成工程と、粉末層２１に光ビームＬを照射して粉末層２１を焼結又は溶融させ焼結層２２を形成する焼結層形成工程と、造形時に造形用プレート４１に発生する熱応力を予測して、造形後の造形用プレート４１の変形量が小さくなるように、粉末層形成工程の前に予め造形用プレート４１に応力を付与する応力付与工程と、を有する。造形時に造形用プレート４１に発生する熱応力と、応力付与工程により造形用プレート４１に付与する応力とが打ち消し合うので、造形後の造形用プレート４１の返り、変形が小さくなり、造形物３が形状不良になる虞を少なくすることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、無機質、又は有機質の粉末材料に光ビームの照射を行なう三次元形状造形物の製造方法に関する。
従来から、無機質、又は有機質の粉末材料で形成した粉末層に光ビームを照射し、粉末層を焼結又は溶融させて焼結層を形成し、その焼結層の上に新たな粉末層を形成して光ビームを照射し、焼結層を形成することを繰り返して、三次元形状造形物（以下、造形物と略記）を製造する方法が知られている。
また、昇降する造形テーブルの上に造形用プレートを敷き、造形用プレートの上に粉末層を形成して粉末層を焼結する造形物の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。図９（ａ）は、このような製造方法に用いられる金属光造形加工機（以下、光造形機と略記）の断面を示し、図９（ｂ）は製造された造形物の断面を示す。昇降するテーブル４３の上に造形用プレート４１が設置され、造形用プレート４１の上に形成された粉末層２１に光ビームＬが照射されて粉末層２１が焼結して焼結層２２になる。この焼結層２２が積層されて造形物３が形成される。
しかしながら、特許文献１に示されるような造形物の製造方法においては、造形物３は焼結によって加熱された後、冷却によって収縮するので、造形用プレート４１の造形物３との接合面が中央側に引っ張られる引張応力が発生する。この引張応力による上向きの曲げモーメントＦ２によって造形用プレート４１の周囲が上側に曲がってしまう。このために、造形後に造形用プレート４１と造形物３とを分離せずに、造形用プレート４１を造形物３の一部として使用する場合に、造形物３の形状不良となる虞がある。
特開平８−２８１８０７号公報
本発明は、上記問題を解消するものであり、造形後の造形用プレートの返り、変形が小さく、造形物が形状不良になる虞が少ない三次元形状造形物の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項１の発明は、造形用プレートに粉末材料を供給して粉末層を形成する粉末層形成工程と、前記粉末層に光ビームを照射して該粉末層を焼結又は溶融させ焼結層を形成する焼結層形成工程と、を備え、前記粉末層形成工程と焼結層形成工程とを繰り返すことにより前記焼結層を上下に積層一体化して三次元形状造形物を造形する三次元形状造形物の製造方法において、造形後の造形用プレートの変形量が小さくなるように、前記粉末層形成工程の前に予め造形用プレートに応力を付与する応力付与工程を有するものである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記応力付与工程は、機械加工によって造形用プレートを予め曲がった形状に形成した後、該造形用プレートを略平坦になるように剛性を有するテーブル上に固定する工程を含むものである。
請求項３の発明は、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記応力付与工程は、三次元形状造形物の積層を行なわない造形用プレートの一方の面を加熱手段によって加熱した後、該造形用プレートを略平坦になるように剛性を有するテーブル上に固定する工程を含むものである。
請求項４の発明は、請求項３に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記加熱手段は、光ビーム照射であるものである。
請求項５の発明は、請求項４に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記加熱手段による光ビーム照射は、前記焼結層形成工程での光ビーム照射を行なう面とは反対の面から該焼結層形成工程での光ビームの照射経路と略同一の経路を照射するものである。
請求項６の発明は、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法において、前記応力付与工程は、三次元形状造形物の積層を行なう造形用プレートの一方の面にショットブラストを行なった後、該造形用プレートを略平坦になるように剛性を有するテーブル上に固定する工程を含むものである。
請求項７の発明は、造形用プレートに粉末材料を供給して粉末層を形成する粉末層形成工程と、前記粉末層に光ビームを照射して該粉末層を焼結又は溶融させ焼結層を形成する焼結層形成工程と、を備え、前記粉末層形成工程と焼結層形成工程とを繰り返すことにより前記焼結層を上下に積層一体化して三次元形状造形物を造形する三次元形状造形物の製造方法において、造形後の造形用プレートの変形量が小さくなるように、前記焼結層形成工程で造形用プレート上の粉末層に光ビームを照射しているときに、同造形用プレートの裏面にも光ビームを照射するものである。
請求項１の発明によれば、造形後の造形用プレートに発生する返り、変形を予め想定して応力付与工程により造形用プレートに予め応力を付与する。これにより造形時に造形用プレートに発生する熱応力による曲げモーメントと、造形用プレートに付与されている応力による曲げモーメントとが打ち消し合う。このため、造形後の造形用プレートの返り、変形が小さくなり、造形物の形状不良の発生する虞が少なくなる。
請求項２の発明によれば、造形後の造形用プレートに発生する返り、変形を予め想定して機械加工によって造形用プレートを予め曲がった形状に形成するので、精度良く造形用プレートを加工しておくことができる。
請求項３の発明によれば、加熱処理によって造形用プレートを加工するので、短時間で造形用プレートの変形加工を行なうことができる。
請求項４の発明によれば、造形に用いる光ビームを利用して造形用プレート変形加工することができるので、新たな加熱設備が不要で低コストになる。
請求項５の発明によれば、造形用プレートの略同一の箇所を表面と裏面の両面から加熱するので、互いの応力が打ち消し合い、造形後の造形用プレートの返り、変形を小さくすることができる。
請求項６の発明によれば、ショットブラストにより造形用プレートの表面粗度が粗くなるので、造形用プレートと焼結層との密着が強くなり、造形物と造形用プレートとが分離する虞を少なくすることができる。
請求項７の発明によれば、造形用プレートを両面から同一種類の熱源で加熱するので、下向きの曲げモーメントと上向きの曲げモーメントが同程度に発生して打ち消し合い、造形後の造形用プレートの返り、変形を小さくすることができる。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る三次元形状造形物（以下、造形物と略記）の製造方法について図面を参照して説明する。図１は同製造方法に用いられる金属光造形加工機（以下、光造形機と略記）の構成を示す。光造形機１は、金属粉末（粉末材料）２から造形物３を造形する造形部４と、造形部４に金属粉末２を供給し、粉末層２１を形成する粉末層形成部５と、粉末層２１に光ビームＬを照射し焼結層２２を形成する焼結部６と、造形物３の周囲を切削する切削除去部７と、を備える。
造形部４は、金属粉末２の粉末層２１が敷かれる造形用プレート４１と、造形用プレート４１が取り付けられる取付用プレート４２と、造形用プレート４１等を保持し上下に昇降させるテーブル４３と、それらを内側に有する造形タンク４４と、を備えている。粉末層形成部５は、金属粉末２を有して金属粉末２をせり上げる粉末タンク５１と、矢印Ｅ方向へ移動し、せり上げられた金属粉末２を造形用プレート４１上に敷いて粉末層２１を形成する粉末供給ブレード５２とを備えている。
焼結部６は、光ビームＬを発光する光ビーム発振機６１と、光ビームＬを集光する集光レンズ６２と、集光された光ビームＬを粉末層２１の上にスキャニングするガルバノミラー６３と、を備えている。切削除去部７は、造形物３を切削する切削工具７１と、切削工具７１を保持するミーリングヘッド７２と、ミーリングヘッド７２を切削位置に移動させるＸＹ駆動部７３と、を備えている。金属粉末２は、例えば、平均粒径２０μｍの球形の鉄粉であり、光ビームは、例えば、炭酸ガスレーザやＮｄ−ＹＡＧレーザである。また、造形用プレート４１の材質は、金属粉末２と類似の材質であるか、又は焼結した金属粉末２と密着する材質であればよい。また、光造形機１は、各部の動作を制御する制御部（図示なし）を備えている。
図２は光造形機の造形動作を、図３は光造形の製造方法のフローをそれぞれ示す。図２（ａ）に示すように、制御部は、テーブル４３を下降させた後、粉末供給ブレード５２を矢印Ｅ方向に移動させ、造形用プレート４１の上に粉末タンク５１（図１）の金属粉末２を供給し、粉末層２１を形成する。この工程は、図３の粉末層形成工程（ステップＳ１）に相当する。次に、図２（ｂ）に示すようにガルバノミラー６３（図１）によって光ビームＬを粉末層２１の任意の箇所に走査させて金属粉末２を焼結させ、造形用プレート４１と一体化した焼結層２２を形成する。この工程は、図３の焼結層形成工程（ステップＳ２）に相当する。ここに、ｉ層目（ｉは整数）の焼結層が形成される。光ビームＬの照射経路は、予め三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬ（Stereo Lithography）データを、例えば、０．０５ｍｍの等ピッチでスライスした各断面の輪郭形状データに基づいて定める。この照射経路は、造形物３の少なくとも最表面が気孔率５％以下の高密度となるようにするのが好ましい。
上述した図２（ａ）に示される粉末層形成工程（Ｓ１）と図２（ｂ）に示される焼結層形成工程（Ｓ２）とが繰り返される。これにより、焼結層２２が積層される。焼結層２２の積層は、層数ｉが所定の層数Ｎになるまで繰り返される（ステップＳ１乃至Ｓ４）。この層数Ｎは、造形物３の表面を切削する切削工具７１の有効刃長から求められる。例えば、切削工具７１が直径１ｍｍ、有効刃長３ｍｍで深さ３ｍｍの切削加工が可能であるボールエンドミルであり、粉末層２１の厚みが０．０５ｍｍであるならば、層数Ｎは積層した粉末層の厚みが２．５ｍｍとなる５０層になる。そして、焼結層２２の層数ｉが定めた層数Ｎになると、図２（ｃ）に示すように、制御部はＸＹ駆動部によってミーリングヘッド７２を造形物３の周囲に移動させ、造形物３の表面を切削工具７１によって除去する。この工程が図３の除去仕上げ工程（ステップＳ５）である。その後、動作は図２（ｃ）から（ａ）に戻る。ここに、図３のステップＳ５の後に、造形が終了したかの判断が成され（ステップＳ６）、終了していないとき、層数ｉを１に初期化してから（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻り、上記を繰り返す。こうして、造形が終了するまで、焼結層２２の形成と造形物３の表面の除去とを繰り返す。
上述した製造方法において、粉末層積層工程の前に造形用プレート４１をテーブル４３に取り付ける動作について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は造形用プレート４１の断面を示す。造形用プレート４１は、例えば機械加工である切削加工により、周辺部が下側に曲がった形状に形成される。造形用プレート４１の曲がった形状は、造形時に造形用プレート４１に発生する熱応力を予測して、造形後の造形用プレート４１の変形量が小さくなるように設定する。図４（ｂ）及び（ｃ）は、造形用プレート４１が取付用プレートに取り付けられた状態の断面を示す。取付用プレート４２は剛性の高い材料よりなっている。造形用プレート４１の凹状に曲がった面を取付用プレート４２に載せる。取付用プレート４２には、ボルト４２ａを貫通させる貫通穴４２ｂが開けられており、造形用プレート４１にはボルト４２ａを留めるネジ穴が開けられている。造形用プレート４１は、ボルト４２ａによって取付用プレート４２に締め付けられて弾性変形し、略平坦な状態になる。この弾性変形により、造形用プレート４１の下側の面には引張応力が発生し、上側の面には圧縮応力が発生する。この引張応力と圧縮応力とにより造形用プレート４１の周辺部には下向きに曲げモーメントＦ１が発生する。
図４（ｄ）は、造形用プレート４１と取付用プレート４２とがテーブル４３に取り付けられた状態の光造形機１の断面を示す。造形用プレート４１と取付用プレート４２は、それぞれ貫通穴４１ａ、４２ｃを有しており、貫通穴４１ａ、４２ｃにボルト４１ｂを通してテーブル４３に取り付けられる。造形用プレート４１は、ボルト４１ｂによって更に締め付けられて弾性変形し、略平坦な状態になる。この弾性変形により、造形用プレート４１の周辺部には更に下向きに曲げモーメント応力Ｆ１が発生する。上述した図４（ａ）乃至（ｄ）に示す造形用プレート４１の周辺部が下側に曲がった形状に形成する工程と、造形用プレート４１をテーブル４３に略平坦な状態に取り付ける工程は、応力付与工程を構成する。
図４（ｅ）は、造形中の光造形機１の断面を示す。粉末層２１に光ビームＬが照射されて焼結層２２が形成され、焼結層２２が積層されて造形物３が造形されている。造形物３の内で焼結した部分が冷却によって収縮するので、造形用プレート４１の造形物３との接合面が中央側に引っ張られる引張応力が発生し、この引張応力により造形用プレート４１の周辺部には上向きに曲げモーメントＦ２が発生する。この曲げモーメントＦ２は、応力付与工程によって造形用プレート４１中に発生させた下向きの曲げモーメントＦ１を打ち消す。図４（ｆ）は、造形後に取付用プレート４２から取り外された造形物３の断面を示す。下向きの曲げモーメントＦ１と上向きの曲げモーメントＦ２とが打ち消し合うので、造形用プレート４１中の曲げモーメントが少なくなって造形用プレート４１の返り、変形が小さくなり、造形物３の形状不良の発生する虞が少なくなる。
上述したように、機械加工である切削加工によって造形用プレート４１を曲がった形状に形成するので、造形用プレート４１を設定した曲がった形状に精度良く形成することができ、造形後の造形用プレート４１の返り、変形を小さくすることができる。また、造形用プレート４１を切削加工によらずに機械加工である曲げ加工によって、周辺部を下側に曲げてもよい。切削加工によって曲がった形状に形成するのと同様の効果を得ることができる。
また、造形用プレート４１の周辺部が下側に曲がった形状に形成する工程は、機械加工によらずに加熱処理によって行なってもよい。図５（ａ）は造形用プレート４１に加熱処理を行なっている動作を示し、図５（ｂ）は加熱処理後の造形用プレート４１の断面を示す。造形物３の積層を行なわない造形用プレート４１の一方の面の中央部は、例えばガスバーナ等の加熱設備（加熱手段）８によって加熱される。加熱後の冷却によって造形用プレート４１の中央部が収縮するので、造形用プレート４１の周辺部を、加熱を行なった面の方向に曲げることができる。機械加工によって造形用プレート４１を曲がった形状に形成するのと同様の効果を得ることができる。また、造形用プレート４１を加熱処理によって曲げるので、機械加工と比べて短時間で形成することができる。
上述した造形用プレート４１の加熱処理を光ビームの照射によって行なう動作について図６を参照して説明する。図６（ａ）は光造形機１の断面を示す。造形用プレート４１がテーブル４３の上に載置され、造形用プレート４１の一方の面の中央付近に光ビームＬが照射されて加熱される。図６（ｂ）は加熱後の造形用プレート４１の断面を示す。加熱された造形用プレート４１は、加熱後の冷却によって中央部が収縮するので、造形用プレート４１の周辺部を加熱が行なわれた面の方向に曲げることができる。造形物３の造形に用いる光ビームＬを利用して造形用プレート４１を変形加工することができるので、新たな加熱設備が不要で低コストにすることができる。
上述した光ビームＬによって造形用プレート４１を加熱するときに、光ビームＬの照射は、焼結層形成工程において光ビームＬが照射される照射経路と略同一の経路を、焼結層形成工程において光ビームＬが照射される面とは反対側の面から照射するのが望ましい。焼結層形成工程において、光ビームＬの照射が造形用プレート４１に発生させる曲げモーメントＦ２の大きさは、造形用プレート４１に近い下層の焼結層を形成しているときの方が、造形用プレート４１から離れた上層の焼結層を形成しているときより大きい。従って、応力付与工程における光ビームＬの照射は、焼結層形成工程における下層の焼結層の照射経路を照射するときは、焼結層形成工程と略同一の経路を照射するようにし、焼結層形成工程における上層の焼結層の照射経路を照射するときは、省略した経路にしてもよい。また、光ビームのレーザ出力も、下層の焼結層の照射経路を照射するときは大きくし、上層の焼結層の照射経路を照射するときは小さくしてもよい。
上述した方法により、焼結層形成工程での照射箇所と略同一の箇所が、造形用プレート４１の反対側の面から光ビームが照射されるので、焼結層形成工程により発生する上向きの曲げモーメントＦ２と、応力付与工程により発生させる下向きの曲げモーメントＦ１とが、同一箇所に同一強度で発生し易くなる。これにより、曲げモーメントＦ１と曲げモーメントＦ２とが打ち消し合い、造形後の造形用プレート４１の返り、変形を小さくすることができる。
また、造形用プレート４１を周辺部が下側に曲がった形状に形成する工程は、ショットブラストによって行なってもよい。図７（ａ）は造形用プレート４１にショットブラストを行なっている動作を示し、図７（ｂ）はショットブラスト後の造形用プレート４１の断面を示す。ショットブラストとは、投射材と呼ばれる粒体を加工物に衝突させて加工を行う手法である。投射材としては硬質金属粒子、セラミック粒子、ガラスビーズ等がある。このショットブラストは、主に加工物のバリの除去、表面研削、梨地加工のような模様付け等、広い意味での研削に用いられているが、金属の表面近傍に残留圧縮応力を付与させることにより、ばねやギアなどの疲労強度の向上、耐応力腐食割れの向上等にも用いられている。
図７（ａ）に示すように、ショットブラストは、造形物３の積層を行なう造形用プレート４１の一方の面に対して行なわれる。これにより、造形用プレート４１の一方の面に圧縮応力が発生し、図７（ｂ）に示すように、造形用プレート４１の周辺部がショットブラストを行なっていない面の方向に曲がる。これにより、造形用プレート４１の形状を機械加工や熱処理により形成するのと同様の効果を得ることができる。また、ショットブラストにより造形用プレート４１の表面粗度が粗くなるので、造形用プレート４１と焼結層２２との密着が強くなり、造形物３と造形用プレート４１とが分離する虞を少なくすることができる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る造形物の製造方法について図８を参照して説明する。図８は、光造形機１の断面を示す。本実施形態では、造形用プレート４１はテーブル４３に直接載置され、テーブル４３は、造形用プレート４１を造形用プレート４１の周辺部で保持しており、造形用プレート４１の裏面の中央付近は下方に開放になっている。また、光造形機１は、造形用プレート４１の裏面に光ビームＬを照射する焼結部を備えている。制御部は、焼結層形成工程において、造形用プレート４１上の粉末層２１に光ビームＬを照射しているときに、造形用プレート４１の裏面にも光ビームＬを照射する。このとき、粉末層２１への照射経路と略同一の経路を下から照射するのが望ましい。また、照射している粉末層２１の層数に応じて、裏面への光ビームＬのレーザ出力を変えることが望ましい。
造形用プレート４１が両面から同一種類の熱源で加熱されるので、下向きの曲げモーメントＦ１と上向きの曲げモーメントＦ２とが同程度に発生して打ち消し合う。これにより、造形後の造形用プレート４１の返り、変形を小さくすることができる。
なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、テーブル４３に固定する造形用プレート４１は、外観上は平坦であるが、周辺部を下側に曲げる内部応力を有しているものでもよい。その内部応力により、造形によって発生する上向きの曲げモーメントが打ち消されるので、造形用プレート４１の返り、変形を小さくすることができる。また、光造形機１は、切削除去部を有さずに焼結のみを行なうものでもよい。また、第１の実施形態で、造形用プレート４１をテーブル４３に直接取り付けてもよい。それにより造形用プレート４１の返り、変形が少ない場合やテーブル４３の剛性が高い場合には、造形用プレート４１を取付用プレート４２に取り付ける手間を省いて造形物の形状不良を少なくすることができる。
本発明の第１の実施形態に係る製造方法に用いる光造形機の斜視図。 同製造方法を時系列に示す図。 同製造方法のフロー図。 （ａ）は同製造方法における造形用プレートの断面図、（ｂ）及び（ｃ）は取付用プレートに取り付けられた造形用プレートの断面図、（ｄ）は造形用プレートをテーブルに固定したときの光造形機の断面図、（ｅ）は造形中の光造形機の断面図、（ｆ）は造形物の断面図。 （ａ）は同製造方法に係る造形用プレートにおけるガスバーナによる加熱動作を示す図、（ｂ）は加熱後の造形用プレートの断面図。 （ａ）は同製造方法に係る造形用プレートにおける光ビーム照射の動作を示す図、（ｂ）は光ビーム照射後の造形用プレートの断面図。 （ａ）は同製造方法に係る造形用プレートにおけるショットブラストの動作を示す図、（ｂ）はショットブラスト後の造形用プレートの断面図。 本発明の第２の実施形態に係る製造方法における造形中の光造形機の断面図。 （ａ）は従来の製造方法における光造形機の断面図、（ｂ）は同製造方法における造形物の断面図。
符号の説明
２ 金属粉末（粉末材料）
２１ 粉末層
２２ 焼結層
３ 造形物（三次元形状造形物）
４１ 造形用プレート
４３ テーブル
８ 加熱設備（加熱手段）
Ｌ 光ビーム

Claims (7)

  1. 造形用プレートに粉末材料を供給して粉末層を形成する粉末層形成工程と、前記粉末層に光ビームを照射して該粉末層を焼結又は溶融させ焼結層を形成する焼結層形成工程と、を備え、前記粉末層形成工程と焼結層形成工程とを繰り返すことにより前記焼結層を上下に積層一体化して三次元形状造形物を造形する三次元形状造形物の製造方法において、
    造形後の造形用プレートの変形量が小さくなるように、前記粉末層形成工程の前に予め造形用プレートに応力を付与する応力付与工程を有することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
  2. 前記応力付与工程は、機械加工によって造形用プレートを予め曲がった形状に形成した後、該造形用プレートを略平坦になるように剛性を有するテーブル上に固定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  3. 前記応力付与工程は、三次元形状造形物の積層を行なわない造形用プレートの一方の面を加熱手段によって加熱した後、該造形用プレートを略平坦になるように剛性を有するテーブル上に固定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  4. 前記加熱手段は、光ビーム照射であることを特徴とする請求項３に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  5. 前記加熱手段による光ビーム照射は、前記焼結層形成工程での光ビーム照射を行なう面とは反対の面から該焼結層形成工程での光ビームの照射経路と略同一の経路を照射することを特徴とする請求項４に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  6. 前記応力付与工程は、三次元形状造形物の積層を行なう造形用プレートの一方の面にショットブラストを行なった後、該造形用プレートを略平坦になるように剛性を有するテーブル上に固定する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
  7. 造形用プレートに粉末材料を供給して粉末層を形成する粉末層形成工程と、前記粉末層に光ビームを照射して該粉末層を焼結又は溶融させ焼結層を形成する焼結層形成工程と、を備え、前記粉末層形成工程と焼結層形成工程とを繰り返すことにより前記焼結層を上下に積層一体化して三次元形状造形物を造形する三次元形状造形物の製造方法において、
    造形後の造形用プレートの変形量が小さくなるように、前記焼結層形成工程で造形用プレート上の粉末層に光ビームを照射しているときに、同造形用プレートの裏面にも光ビームを照射することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
JP2008206141A 2008-08-08 2008-08-08 三次元形状造形物の製造方法 Expired - Fee Related JP5061062B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008206141A JP5061062B2 (ja) 2008-08-08 2008-08-08 三次元形状造形物の製造方法
CN2009101641187A CN101642809B (zh) 2008-08-08 2009-08-06 用于制造三维成形物体的方法
US12/461,311 US8486490B2 (en) 2008-08-08 2009-08-07 Method for producing a three-dimensionally shaped object
DE102009036648A DE102009036648A1 (de) 2008-08-08 2009-08-07 Verfahren zum Herstellen eines dreidimensional geformten Gegenstands

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008206141A JP5061062B2 (ja) 2008-08-08 2008-08-08 三次元形状造形物の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010042524A true JP2010042524A (ja) 2010-02-25
JP5061062B2 JP5061062B2 (ja) 2012-10-31

Family

ID=41501562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008206141A Expired - Fee Related JP5061062B2 (ja) 2008-08-08 2008-08-08 三次元形状造形物の製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8486490B2 (ja)
JP (1) JP5061062B2 (ja)
CN (1) CN101642809B (ja)
DE (1) DE102009036648A1 (ja)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011102382A1 (ja) * 2010-02-17 2011-08-25 パナソニック電工株式会社 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
JP2012224906A (ja) * 2011-04-19 2012-11-15 Panasonic Corp 三次元形状造形物の製造方法
JP2013163829A (ja) * 2012-02-09 2013-08-22 Panasonic Corp 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
JP2015000574A (ja) * 2013-09-23 2015-01-05 株式会社オーピーティー 三次元造形装置
JP2015501245A (ja) * 2011-11-03 2015-01-15 スネクマ 粉末の選択的溶融によって部品を製造するための装置
JP2017144446A (ja) * 2016-02-15 2017-08-24 富士通アイソテック株式会社 金属３ｄプリンタ及び金属３ｄプリンタを用いた造形方法
JP2017222072A (ja) * 2016-06-15 2017-12-21 株式会社リコー 三次元造形装置及び造形物載置板
KR20180111912A (ko) * 2016-03-09 2018-10-11 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤 3차원 형상 조형물의 제조 방법
CN109249023A (zh) * 2018-09-29 2019-01-22 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种防剐蹭的3d打印方法以及一种3d打印***
WO2019150479A1 (ja) * 2018-01-31 2019-08-08 株式会社ニコン 造形システム、造形方法、材料保持装置及び基材
JP2019183219A (ja) * 2018-04-06 2019-10-24 株式会社ソディック 三次元造形物の製造方法
JP2022041603A (ja) * 2020-09-01 2022-03-11 Dmg森精機株式会社 ワークの付加加工方法および加工機械
WO2023163174A1 (ja) * 2022-02-28 2023-08-31 Dmg森精機株式会社 ワークの加工方法および加工機械

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8608999B2 (en) * 2011-05-06 2013-12-17 GM Global Technology Operations LLC Method of fabricating shape memory polymer-based three-dimensional devices
DE102011075748B4 (de) * 2011-05-12 2024-04-25 Realizer Gmbh Vorrichtung zur aufeinander folgenden Herstellung von Formkörpern durch schichtweises Aufbauen aus Werkstoffpulver
US20130101728A1 (en) * 2011-10-21 2013-04-25 John J. Keremes Additive manufacturing in situ stress relief
CN105008073A (zh) * 2013-03-05 2015-10-28 联合工艺公司 建立用于增材制造的平台
WO2014193406A1 (en) * 2013-05-31 2014-12-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Modifying a base layer of an object
TWI535554B (zh) * 2014-01-06 2016-06-01 財團法人工業技術研究院 立體成型物以及立體成型物的製造設備與製造方法
GB2531704A (en) * 2014-10-17 2016-05-04 Airbusgroup Ltd Method of additive maufacturing and heat treatment
EP3034207A1 (en) * 2014-12-15 2016-06-22 AirbusGroup Limited Method of quality assurance of an additive manufacturing build process
CN107567361B (zh) * 2015-07-31 2021-08-17 惠普发展公司，有限责任合伙企业 光子融合
FR3047914B1 (fr) * 2016-02-19 2021-05-21 Safran Procede et dispositif de fabrication d'une piece par depots successifs de couches
GB2550856B (en) * 2016-05-25 2019-09-25 Rolls Royce Plc Method of manufacture
GB2550855B (en) * 2016-05-25 2019-09-25 Rolls Royce Plc Method of manufacture
JP6824652B2 (ja) * 2016-07-08 2021-02-03 キヤノン株式会社 ３次元造形方法、および３次元造形物の製造装置
US10377126B2 (en) * 2016-07-19 2019-08-13 General Electric Company Retaining plates and disposable build plates for additive manufacturing systems
US20180154580A1 (en) * 2016-12-02 2018-06-07 Markforged, Inc. Stress relaxation in additively manufactured parts
US10000011B1 (en) 2016-12-02 2018-06-19 Markforged, Inc. Supports for sintering additively manufactured parts
EP3417961B1 (en) * 2017-06-19 2022-07-27 General Electric Company Additive manufacturing fixture
US11110548B2 (en) * 2018-08-10 2021-09-07 The Boeing Company Methods and apparatus for laser deposition
GB2582567A (en) 2019-03-25 2020-09-30 Airbus Operations Ltd Fixture for additive manufacturing and heat treatment
DE102019115770A1 (de) * 2019-06-11 2020-12-17 Alstom Transport Technologies Trägerplatte für additive Fertigung, entsprechende Vorrichtung und Verfahren
JP2023502741A (ja) * 2019-11-21 2023-01-25 ノルスク・チタニウム・アーエス 指向性エネルギー堆積における歪み軽減
US20230013204A1 (en) * 2021-07-15 2023-01-19 General Electric Company Additive manufacturing system with partially flexible build platform
CN114633152A (zh) * 2022-05-05 2022-06-17 陕西科技大学 一种机床铣削加工工艺下的虚拟刀装置及加载方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008101256A (ja) * 2006-10-20 2008-05-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層造形金型とその製造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3934334A (en) * 1974-04-15 1976-01-27 Texas Instruments Incorporated Method of fabricating metal printed wiring boards
US5496593A (en) * 1994-11-01 1996-03-05 National Science Council Process for producing a nitrogen-alloyed stainless steel layer on steel
DE19511772C2 (de) 1995-03-30 1997-09-04 Eos Electro Optical Syst Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes
US5900170A (en) * 1995-05-01 1999-05-04 United Technologies Corporation Containerless method of producing crack free metallic articles by energy beam deposition with reduced power density
US6391251B1 (en) * 1999-07-07 2002-05-21 Optomec Design Company Forming structures from CAD solid models
US6811744B2 (en) * 1999-07-07 2004-11-02 Optomec Design Company Forming structures from CAD solid models
DE10104732C1 (de) * 2001-02-02 2002-06-27 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Vorrichtung zum selektiven Laser-Schmelzen von metallischen Werkstoffen
US20050070577A1 (en) 2003-07-03 2005-03-31 Pfizer Inc. Compositions containing a serotonin selective reuptake inhibitor and a 5-HT2A receptor antagonist
DE10342880A1 (de) 2003-09-15 2005-04-14 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Substratplatte
RU2533982C2 (ru) * 2009-04-30 2014-11-27 Шеврон Ю.Эс.Эй.Инк. Обработка поверхности аморфных покрытий

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008101256A (ja) * 2006-10-20 2008-05-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd 積層造形金型とその製造方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10022797B2 (en) 2010-02-17 2018-07-17 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Method for manufacturing three-dimensional shaped object and three-dimensional shaped object
WO2011102382A1 (ja) * 2010-02-17 2011-08-25 パナソニック電工株式会社 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
JP2012224906A (ja) * 2011-04-19 2012-11-15 Panasonic Corp 三次元形状造形物の製造方法
JP2015501245A (ja) * 2011-11-03 2015-01-15 スネクマ 粉末の選択的溶融によって部品を製造するための装置
JP2013163829A (ja) * 2012-02-09 2013-08-22 Panasonic Corp 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
JP2015000574A (ja) * 2013-09-23 2015-01-05 株式会社オーピーティー 三次元造形装置
JP2017144446A (ja) * 2016-02-15 2017-08-24 富士通アイソテック株式会社 金属３ｄプリンタ及び金属３ｄプリンタを用いた造形方法
KR20180111912A (ko) * 2016-03-09 2018-10-11 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤 3차원 형상 조형물의 제조 방법
KR102145781B1 (ko) * 2016-03-09 2020-08-19 파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤 3차원 형상 조형물의 제조 방법
JP2017222072A (ja) * 2016-06-15 2017-12-21 株式会社リコー 三次元造形装置及び造形物載置板
WO2019150479A1 (ja) * 2018-01-31 2019-08-08 株式会社ニコン 造形システム、造形方法、材料保持装置及び基材
JP2019183219A (ja) * 2018-04-06 2019-10-24 株式会社ソディック 三次元造形物の製造方法
CN109249023A (zh) * 2018-09-29 2019-01-22 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种防剐蹭的3d打印方法以及一种3d打印***
JP2022041603A (ja) * 2020-09-01 2022-03-11 Dmg森精機株式会社 ワークの付加加工方法および加工機械
WO2023163174A1 (ja) * 2022-02-28 2023-08-31 Dmg森精機株式会社 ワークの加工方法および加工機械
JP2023125537A (ja) * 2022-02-28 2023-09-07 Dmg森精機株式会社 ワークの加工方法および加工機械

Also Published As

Publication number Publication date
JP5061062B2 (ja) 2012-10-31
US8486490B2 (en) 2013-07-16
CN101642809A (zh) 2010-02-10
CN101642809B (zh) 2012-02-01
US20100034983A1 (en) 2010-02-11
DE102009036648A1 (de) 2010-02-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5061062B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP5519766B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物
JP5535121B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
US8316687B2 (en) Method for making a tool used to manufacture composite parts
JP5186306B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP2018095946A (ja) 三次元造形物の製造方法、および三次元造形装置
WO2015133138A1 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP7073076B2 (ja) 物品の製造方法、構造体の製造方法
KR102145781B1 (ko) 3차원 형상 조형물의 제조 방법
JP6200599B1 (ja) ３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラム
JP6360978B2 (ja) 切削工具、及び三次元積層造形物の製造装置
Prechtl et al. Rapid tooling by laminated object manufacturing of metal foil
JP5612530B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP7149013B2 (ja) フェムト秒パルスレーザーを用いたプランニング－ポリッシング装置及び方法
JP4943937B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP4639133B2 (ja) 三次元造形方法
JP2017154447A (ja) 樹脂接合品及びその製造方法
US10898953B2 (en) Method for manufacturing three-dimensional shaped object
JP6726858B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
JP4888220B2 (ja) 三次元形状造形物の製造方法
Balasubramanian et al. Introduction to additive manufacturing
Karunakaran et al. Manufacturing Letters
Kathirvel et al. A Review on Additive Manufacturing in Industrial Environment
JP2020070449A (ja) 積層造形体の製造方法
JP2004002957A (ja) 粉末焼結部品の表面仕上げ方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110421

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20120112

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120717

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120724

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120806

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150810

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5061062

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees