JP2023183596A - Metal laminate shaping method - Google Patents

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Abstract

To provide a metal laminate shaping method in which a metal shaped article can be accurately manufactured.SOLUTION: In a metal laminate shaping method, forming of a metal powder layer and forming of a metal layer by sintering at least a part of the metal powder layer are repeated, and metal layers are sequentially laminated to shape a metal shaped article. The metal laminate shaping method comprises: a first layer forming step of forming a first layer 26 having a holding layer 24 on a part thereof as a supporting shaped article supporting the metal shaped article by a first metal layer 23, on a base plate 12; and a second layer forming step of forming a second layer 28 as a metal shaped article by a second metal layer 27, on the first layer 26. The density of a general layer 25 which is a portion other than the holding layer 24 in the first layer 26 is smaller than the density of the holding layer 24 and the density of the second layer 28.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、金属積層造形方法に関する。 The present invention relates to a metal additive manufacturing method.

従来、金属積層造形方法として、例えば特許文献１に示す３次元物体の製造方法が知られている。こうした３次元物体の製造方法では、まず、昇降可能な物体支持体の上面に平板を固定する。続いて、平板上に金属粉末材料を供給して第１層目の金属粉末材料層を形成した後、この金属粉末材料層を焼結することにより、造形する物体の第１層目を平板に強く接着する。この第１層目の上に物体の第２層目以上を上記第１層目と同様にして必要分だけ積層することで、物体の完成品が造形される。その後、物体の完成品は、金鋸によって平板から切り離される。 BACKGROUND ART Conventionally, as a metal additive manufacturing method, for example, a method for manufacturing a three-dimensional object disclosed in Patent Document 1 is known. In such a method for manufacturing a three-dimensional object, first, a flat plate is fixed to the upper surface of an object support that can be raised and lowered. Next, a metal powder material is supplied onto the flat plate to form a first metal powder material layer, and this metal powder material layer is sintered to form the first layer of the object to be modeled on the flat plate. Adhere strongly. By stacking the second and higher layers of the object on top of the first layer in the same manner as the first layer, the completed object is modeled. The finished object is then cut from the flat plate with a hacksaw.

特開平８－２８１８０７号公報Japanese Patent Application Publication No. 8-281807

ところで、上述のような３次元物体の製造方法では、金属粉末材料層の焼結によって生じる収縮応力が完成品の物体に残留した状態となっている。このため、この状態で物体を平板から切り離すと、物体に残留する収縮応力が解放されて物体が大きく変形してしまう。この結果、物体の精度が低下するという問題がある。 By the way, in the method for manufacturing a three-dimensional object as described above, the shrinkage stress generated by sintering the metal powder material layer remains in the finished object. Therefore, if the object is separated from the flat plate in this state, the shrinkage stress remaining in the object will be released and the object will be significantly deformed. As a result, there is a problem in that the accuracy of the object decreases.

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する金属積層造形方法は、金属粉末層を形成することと、前記金属粉末層の少なくとも一部を焼結させて金属層を形成することとを繰り返し、前記金属層を順次積層することによって金属造形物を造形する金属積層造形方法であって、ベースプレート上に、一部に保持層を有した第１層を、前記金属造形物を支持する支持造形物として前記金属層によって形成する第１層形成工程と、前記第１層上に、第２層を前記金属造形物として前記金属層によって形成する第２層形成工程と、を備え、前記第１層における前記保持層以外の部分の密度は、前記保持層の密度及び前記第２層の密度よりも小さくなっていることを要旨とする。 Below, means for solving the above problems and their effects will be described.
A metal additive manufacturing method that solves the above problems repeatedly forms a metal powder layer and forms a metal layer by sintering at least a part of the metal powder layer, and sequentially laminates the metal layers. A metal additive manufacturing method for forming a metal object by forming a first layer on a base plate, which partially has a holding layer, as a supporting object that supports the metal object, using the metal layer. a first layer forming step; and a second layer forming step of forming a second layer as the metal model on the first layer using the metal layer, the portion of the first layer other than the retaining layer. The gist is that the density of the holding layer is smaller than the density of the holding layer and the density of the second layer.

通常、ベースプレート上に金属層を積層して金属造形物を造形すると、金属粉末層の焼結による金属層の形成によって生じる収縮応力が金属造形物に残留した状態となる。この状態で金属造形物をベースプレートから切り離すと、金属造形物に残留する収縮応力が解放されて金属造形物が大きく変形してしまう。この点、上記構成によれば、第１層（支持造形物）における保持層以外の部分の密度は、保持層の密度及び第２層（金属造形物）の密度よりも小さくなっている。このため、第１層上に第２層を形成すると、第２層に残留する収縮応力が第１層における保持層以外の部分による第２層の保持力よりも大きくなる。したがって、第２層に残留する収縮応力が解放されるので、第１層における保持層以外の部分と第２層との間にクラックが生じて第２層が変形する。このとき、第２層に残留する収縮応力は第１層における保持層による第２層の保持力よりも小さいため、第２層はほぼ保持層のみに保持された状態となる。つまり、第２層が保持層を介してベースプレートに繋がった状態で第２層に残留する収縮応力が解放された状態になる。この状態で変形した第２層の形状を切削加工して正規の形状にした後に、第２層を保持層から切り離しても、第２層に残留する収縮応力は既に解放されているため、第２層はほとんど変形しない。したがって、金属造形物（第２層）を精度よく製造することができる。 Normally, when a metal object is formed by laminating metal layers on a base plate, shrinkage stress caused by the formation of the metal layer by sintering the metal powder layer remains in the metal object. If the metal model is separated from the base plate in this state, the shrinkage stress remaining in the metal model is released and the metal model is significantly deformed. In this regard, according to the above configuration, the density of the portion of the first layer (support shaped object) other than the holding layer is smaller than the density of the holding layer and the density of the second layer (metal shaped object). Therefore, when the second layer is formed on the first layer, the shrinkage stress remaining in the second layer becomes larger than the holding force of the second layer by the portion of the first layer other than the holding layer. Therefore, the shrinkage stress remaining in the second layer is released, so that cracks are generated between the second layer and the portion of the first layer other than the retaining layer, and the second layer is deformed. At this time, the shrinkage stress remaining in the second layer is smaller than the holding force of the second layer by the holding layer in the first layer, so the second layer is almost held only by the holding layer. In other words, the shrinkage stress remaining in the second layer is released in a state in which the second layer is connected to the base plate via the holding layer. Even if the shape of the second layer deformed in this state is cut into a regular shape and the second layer is separated from the retaining layer, the shrinkage stress remaining in the second layer has already been released. The second layer hardly deforms. Therefore, the metal model (second layer) can be manufactured with high precision.

一実施形態の金属積層造形装置の側面模式図。FIG. 1 is a schematic side view of a metal additive manufacturing apparatus according to an embodiment. ベースプレート上に第１層を形成したときの状態を示す平面模式図。FIG. 3 is a schematic plan view showing a state when a first layer is formed on a base plate. 図２の３－３線矢視断面図。A sectional view taken along the line 3-3 in FIG. 2. ベースプレート上の第１層の上に第２層を形成したときの状態を示す平面模式図。FIG. 3 is a schematic plan view showing a state when a second layer is formed on the first layer on the base plate. 図４の５－５線矢視断面図。FIG. 5 is a sectional view taken along the line 5-5 in FIG. 4. ベースプレート上の第１層の上で第２層が収縮応力の解放によって変形したときの状態を示す断面模式図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state when the second layer is deformed on the first layer on the base plate due to release of shrinkage stress. 図６において変形した第２層を切削加工によって正規の形状にしたときの状態を示す断面模式図。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state when the second layer deformed in FIG. 6 is made into a regular shape by cutting. 完成した金属造形物の側面模式図。A schematic side view of the completed metal model.

以下、金属積層造形方法の一実施形態を図面に従って説明する。
＜金属積層造形装置１１＞
図１に示すように、金属積層造形装置１１は、矩形状のベースプレート１２を支持する矩形板状のステージ１３と、昇降機構１４と、リコーター１５と、レーザー発振器１６と、ガルバノスキャナー１７と、金属を切削する切削機構１８とを備えている。 An embodiment of the metal additive manufacturing method will be described below with reference to the drawings.
<Metal additive manufacturing device 11>
As shown in FIG. 1, the metal additive manufacturing apparatus 11 includes a rectangular plate-shaped stage 13 supporting a rectangular base plate 12, an elevating mechanism 14, a recoater 15, a laser oscillator 16, a galvano scanner 17, and a metal and a cutting mechanism 18 for cutting.

ステージ１３上には、ベースプレート１２が例えばボルト（図示略）によって着脱自在に固定される。昇降機構１４は、ステージ１３を上下に移動させる。リコーター１５は、ベースプレート１２の上方において３次元的に自由に移動可能に構成されている。リコーター１５は、移動しながら金属粉末材料１９をベースプレート１２上に薄く均一に敷くように供給する。 The base plate 12 is detachably fixed on the stage 13 by, for example, bolts (not shown). The elevating mechanism 14 moves the stage 13 up and down. The recoater 15 is configured to be freely movable three-dimensionally above the base plate 12. The recoater 15 supplies the metal powder material 19 so as to spread it thinly and uniformly on the base plate 12 while moving.

レーザー発振器１６は、ベースプレート１２の上方に配置されたガルバノスキャナー１７に向けてレーザービーム２０を発振する。ガルバノスキャナー１７は、レーザー発振器１６から発振されたレーザービーム２０を反射してベースプレート１２上に敷かれた金属粉末材料１９に照射する。 Laser oscillator 16 oscillates laser beam 20 toward galvano scanner 17 placed above base plate 12 . The galvano scanner 17 reflects a laser beam 20 emitted from the laser oscillator 16 and irradiates it onto a metal powder material 19 spread on the base plate 12 .

ガルバノスキャナー１７は、レーザー発振器１６から発振されたレーザービーム２０をベースプレート１２上の任意の位置に照射可能に構成されている。ベースプレート１２上に敷かれた金属粉末材料１９におけるレーザービーム２０が照射された部分は、レーザービーム２０によって焼結される。 The galvano scanner 17 is configured to be able to irradiate a laser beam 20 emitted from the laser oscillator 16 onto any position on the base plate 12. The portion of the metal powder material 19 spread on the base plate 12 that is irradiated with the laser beam 20 is sintered by the laser beam 20 .

切削機構１８は、ベースプレート１２の上方において３次元的に自由に移動可能に構成されている。切削機構１８は、例えばエンドミルなどの回転工具２１を有している。切削機構１８における回転工具２１は、種類が異なる例えばドリルなどの別の回転工具と自由に交換可能に構成されている。切削機構１８における回転工具２１の交換は、例えば自動的に行われる。 The cutting mechanism 18 is configured to be freely movable three-dimensionally above the base plate 12. The cutting mechanism 18 includes a rotary tool 21 such as an end mill. The rotary tool 21 in the cutting mechanism 18 is configured to be freely replaceable with another rotary tool of a different type, such as a drill. For example, the rotating tool 21 in the cutting mechanism 18 is replaced automatically.

＜金属積層造形方法＞
次に、金属積層造形装置１１を用いた金属積層造形方法、すなわち粉末焼結法による金属造形物３０の造形方法について説明する。 <Metal additive manufacturing method>
Next, a metal additive manufacturing method using the metal additive manufacturing apparatus 11, that is, a method for manufacturing the metal object 30 by a powder sintering method will be described.

金属造形物３０（図８参照）は、例えば、内部に冷却媒体が流れる流路を有した樹脂成型用の金型である。金属造形物３０（図８参照）は、第１層形成工程と、第２層形成工程と、切削工程とを経ることによって造形される。金属積層造形方法は、第１層形成工程と、第２層形成工程と、切削工程とを備えている。第１層形成工程、第２層形成工程、及び切削工程は、連続して行われる。 The metal molded object 30 (see FIG. 8) is, for example, a mold for resin molding that has a flow path through which a cooling medium flows. The metal model 30 (see FIG. 8) is formed through a first layer forming process, a second layer forming process, and a cutting process. The metal additive manufacturing method includes a first layer forming process, a second layer forming process, and a cutting process. The first layer forming process, the second layer forming process, and the cutting process are performed continuously.

＜第１層形成工程＞
図１及び図２に示すように、第１層形成工程では、まず、ステージ１３上に固定されたベースプレート１２上に、金属粉末材料１９を薄く均一に敷くようにリコーター１５を移動させながら供給することで、金属粉末層２２を形成する。金属粉末材料１９として用いられる金属としては、例えば、マルエージング鋼、ステンレス、チタンなどが挙げられる。続いて、金属粉末層２２にレーザービーム２０を照射しながら走査して金属粉末層２２全体を焼結させることによって金属層の一例としての第１金属層２３を形成する。 <First layer formation process>
As shown in FIGS. 1 and 2, in the first layer forming step, first, metal powder material 19 is supplied while moving the recoater 15 so as to spread it thinly and uniformly on the base plate 12 fixed on the stage 13. In this way, a metal powder layer 22 is formed. Examples of metals used as the metal powder material 19 include maraging steel, stainless steel, and titanium. Subsequently, the metal powder layer 22 is irradiated and scanned with the laser beam 20 to sinter the entire metal powder layer 22, thereby forming a first metal layer 23 as an example of a metal layer.

このとき、図２に示すように、第１金属層２３の中央部に保持層２４を形成する。保持層２４は、第１金属層２３における保持層２４以外の部分である一般層２５よりも密度を大きくした部分である。この場合、一般層２５を形成するときのレーザービーム２０の走査速度は、保持層２４を形成するときのレーザービーム２０の走査速度よりも速くする。さらにこの場合、一般層２５を形成するときのレーザービーム２０の走査ピッチを、保持層２４を形成するときのレーザービーム２０の走査ピッチよりも大きくする。 At this time, as shown in FIG. 2, a holding layer 24 is formed in the center of the first metal layer 23. The retention layer 24 is a portion of the first metal layer 23 that has a higher density than the general layer 25, which is a portion of the first metal layer 23 other than the retention layer 24. In this case, the scanning speed of the laser beam 20 when forming the general layer 25 is made faster than the scanning speed of the laser beam 20 when forming the holding layer 24. Furthermore, in this case, the scanning pitch of the laser beam 20 when forming the general layer 25 is made larger than the scanning pitch of the laser beam 20 when forming the holding layer 24.

つまり、第１金属層２３は、一般層２５の方が保持層２４よりも密度が小さくなるように形成する。一層分の第１金属層２３を形成した後は、ステージ１３を一層分の第１金属層２３の厚さ分だけ下降させる。すなわち、ステージ１３を第１金属層２３の積層ピッチ分だけ下降させる。 That is, the first metal layer 23 is formed so that the general layer 25 has a lower density than the retention layer 24. After forming one layer of the first metal layer 23, the stage 13 is lowered by the thickness of one layer of the first metal layer 23. That is, the stage 13 is lowered by the stacking pitch of the first metal layer 23.

その後、上述した一層目の第１金属層２３を形成する場合と同様にして、一層目の第１金属層２３の上に二層目の第１金属層２３を積層する。このようにして、第１金属層２３を予め設定した所定数の分だけ積層する。これにより、図２及び図３に示すように、ベースプレート１２上に、中央部（一部）に保持層２４を有した第１層２６を、金属造形物３０（図８参照）を支持する支持造形物として第１金属層２３によって形成する第１層形成工程が完了する。 Thereafter, the second first metal layer 23 is laminated on the first first metal layer 23 in the same manner as in the case of forming the first first metal layer 23 described above. In this way, a predetermined number of first metal layers 23 are laminated. As a result, as shown in FIGS. 2 and 3, the first layer 26 having the retaining layer 24 in the center (partially) is placed on the base plate 12 as a support for supporting the metal model 30 (see FIG. 8). The first layer forming step of forming the first metal layer 23 as a shaped object is completed.

上述のように、第１層２６は、金属粉末層２２を形成することと、金属粉末層２２の全部を焼結させて第１金属層２３を形成することとを繰り返して第１金属層２３を順次積層することによって形成される。したがって、第１層２６は、積層された複数の第１金属層２３によって構成される。このため、第１層２６における第１金属層２３の一般層２５によって構成された部分の密度は、第１層２６における第１金属層２３の保持層２４によって構成された部分の密度よりも小さくなっている。保持層２４は、第１層２６における中央部に配置されている。 As described above, the first layer 26 is formed by repeatedly forming the metal powder layer 22 and sintering the entire metal powder layer 22 to form the first metal layer 23. It is formed by sequentially stacking. Therefore, the first layer 26 is composed of a plurality of stacked first metal layers 23. Therefore, the density of the portion of the first layer 26 made up of the general layer 25 of the first metal layer 23 is smaller than the density of the portion of the first layer 26 made up of the retention layer 24 of the first metal layer 23. It has become. The retaining layer 24 is located at the center of the first layer 26 .

＜第２層形成工程＞
図１及び図４に示すように、第２層形成工程では、まず、第１層２６上に、金属粉末材料１９を薄く均一に敷くようにリコーター１５を移動させながら供給することで、金属粉末層２２を形成する。続いて、金属粉末層２２にレーザービーム２０を照射しながら走査して金属粉末層２２における予め設定された領域である設定領域を焼結させることによって金属層の一例としての第２金属層２７を形成する。 <Second layer formation process>
As shown in FIGS. 1 and 4, in the second layer forming step, first, the metal powder material 19 is supplied while moving the recoater 15 so as to spread the metal powder material 19 thinly and uniformly on the first layer 26. Form layer 22. Next, the second metal layer 27 as an example of the metal layer is formed by scanning the metal powder layer 22 while irradiating the laser beam 20 and sintering a preset area in the metal powder layer 22. Form.

金属粉末層２２における設定領域は、金属造形物３０（図８参照）の形状に合わせて予め設定される。第２金属層２７における焼結された領域である被焼結領域以外の領域は、焼結されないので、金属粉末材料１９のままになっている。この場合、第２金属層２７の被焼結領域を焼結するときのレーザービーム２０の走査速度及び走査ピッチは、上述した保持層２４を形成するときのレーザービーム２０の走査速度及び走査ピッチとそれぞれ同じにする。このため、第２金属層２７の被焼結領域は、上述した保持層２４と密度が同じになる。 The setting area in the metal powder layer 22 is set in advance according to the shape of the metal molded object 30 (see FIG. 8). The area other than the sintered area in the second metal layer 27 is not sintered, and therefore remains as the metal powder material 19. In this case, the scanning speed and scanning pitch of the laser beam 20 when sintering the region to be sintered of the second metal layer 27 are the same as the scanning speed and scanning pitch of the laser beam 20 when forming the above-mentioned holding layer 24. Make each the same. Therefore, the sintered region of the second metal layer 27 has the same density as the retaining layer 24 described above.

第１層２６上に一層分の第２金属層２７を形成した後は、ステージ１３を一層分の第２金属層２７の厚さ分だけ下降させる。すなわち、ステージ１３を第２金属層２７の積層ピッチ分だけ下降させる。その後、上述した一層目の第２金属層２７を形成する場合と同様にして、一層目の第２金属層２７の上に二層目の第２金属層２７を積層する。 After forming one layer of the second metal layer 27 on the first layer 26, the stage 13 is lowered by the thickness of one layer of the second metal layer 27. That is, the stage 13 is lowered by the stacking pitch of the second metal layer 27. Thereafter, the second second metal layer 27 is laminated on the first second metal layer 27 in the same manner as in the case of forming the first second metal layer 27 described above.

このようにして、第２金属層２７を予め設定した金属造形物３０（図８参照）の形状及び大きさに合わせた所定数の分だけ積層する。積層される第２金属層２７の各々の被焼結領域は、金属造形物３０（図８参照）の形状及び大きさに合わせてそれぞれ設定される。これにより、図４及び図５に示すように、第１層２６上に、第２層２８を金属造形物３０（図８参照）として第２金属層２７によって形成する第２層形成工程が完了する。 In this way, a predetermined number of second metal layers 27 are laminated in accordance with the shape and size of the preset metal object 30 (see FIG. 8). The region to be sintered of each of the second metal layers 27 to be laminated is set according to the shape and size of the metal molded object 30 (see FIG. 8). As a result, as shown in FIGS. 4 and 5, the second layer forming process is completed in which the second layer 28 is formed as a metal model 30 (see FIG. 8) by the second metal layer 27 on the first layer 26. do.

上述のように、第２層２８は、金属粉末層２２を形成することと、金属粉末層２２の一部または全部を焼結させて第２金属層２７を形成することとを繰り返して第２金属層２７を順次積層することによって形成される。この場合、第２層２８は、第１層２６によって保持されている。そして、上述したように、第１層２６における第１金属層２３の一般層２５によって構成された部分の密度は、第１層２６における第１金属層２３の保持層２４によって構成された部分の密度よりも小さくなっている。 As described above, the second layer 28 is formed by repeating forming the metal powder layer 22 and sintering part or all of the metal powder layer 22 to form the second metal layer 27. It is formed by sequentially stacking metal layers 27. In this case, second layer 28 is held by first layer 26. As described above, the density of the portion of the first layer 26 made up of the general layer 25 of the first metal layer 23 is the same as the density of the portion of the first layer 26 made up of the retention layer 24 of the first metal layer 23. It is smaller than the density.

このため、第１層２６における第１金属層２３の一般層２５によって構成された部分による第２層２８の保持力は、第１層２６における第１金属層２３の保持層２４によって構成された部分による第２層２８の保持力よりも小さくなる。本例では、第１層２６における第１金属層２３の一般層２５によって構成された部分による第２層２８の保持力は、第１層２６における第１金属層２３の保持層２４によって構成された部分による第２層２８の保持力の３割程度になっている。 Therefore, the retention force of the second layer 28 due to the portion constituted by the general layer 25 of the first metal layer 23 in the first layer 26 is the same as that of the retention layer 24 of the first metal layer 23 in the first layer 26. The holding force of the second layer 28 by the portion is smaller than that of the second layer 28 . In this example, the retention force of the second layer 28 due to the portion constituted by the general layer 25 of the first metal layer 23 in the first layer 26 is the retention force constituted by the retention layer 24 of the first metal layer 23 in the first layer 26. The holding force of the second layer 28 is approximately 30% due to the holding force of the second layer 28.

そして、第２層２８は、第２金属層２７の積層の過程で、第２金属層２７の被焼結領域の焼結（溶融及び固化）を繰り返すため、例えば図５における第２層２８の左右方向の両端部から左右方向の中央部に向かう収縮応力が残留した状態となる。 Then, in the process of laminating the second metal layer 27, the second layer 28 repeats sintering (melting and solidification) of the sintered region of the second metal layer 27, so for example, the second layer 28 in FIG. A state in which shrinkage stress remains from both end portions in the left-right direction toward the center portion in the left-right direction.

この残留応力は、第１層２６における第１金属層２３の一般層２５によって構成された部分による第２層２８の保持力よりも大きいとともに、第１層２６における第１金属層２３の保持層２４によって構成された部分による第２層２８の保持力よりも小さくなる。このため、図６に示すように、第２層２８の残留応力により、第２層２８と第１層２６における第１金属層２３の一般層２５によって構成された部分との間にクラック２９が生じて第２層２８が反るように変形する。 This residual stress is larger than the retention force of the second layer 28 due to the portion of the first metal layer 23 constituted by the general layer 25 in the first layer 26, and the retention force of the first metal layer 23 in the first layer 26 The holding force of the second layer 28 by the portion constituted by 24 is smaller than that of the second layer 28 . Therefore, as shown in FIG. 6, due to the residual stress in the second layer 28, a crack 29 is formed between the second layer 28 and the portion of the first layer 26 formed by the general layer 25 of the first metal layer 23. This causes the second layer 28 to warp and deform.

これにより、第２層２８は、その残留応力がほぼ解放された状態になる。そして、第２層２８は、ほぼ第１層２６における第１金属層２３の保持層２４によって構成された部分のみによって支持された状態となる。 As a result, the second layer 28 is brought into a state where its residual stress is substantially released. Then, the second layer 28 is supported almost only by the portion of the first layer 26 that is constituted by the holding layer 24 of the first metal layer 23.

＜切削工程＞
切削工程は、第２層形成工程の後に、第２層形成工程で変形した図６に示す第２層２８を図１に示す切削機構１８の回転工具２１によって切削加工することにより、第２層２８が図７に示す正規の形状となるように仕上げる工程である。 <Cutting process>
In the cutting process, after the second layer forming process, the second layer 28 shown in FIG. 6 deformed in the second layer forming process is cut by the rotary tool 21 of the cutting mechanism 18 shown in FIG. 28 is a finishing step to obtain the regular shape shown in FIG.

図７に示すように、切削工程で第２層２８を正規の形状に仕上げた後は、ステージ１３上からベースプレート１２を取り外す。その後、後工程で第２層２８を図７における二点鎖線Ｌで示す切断位置において切断する。つまり、第２層２８における金属造形物３０として採用する部分をベースプレート１２側から切り離すことで、図８に示す金属造形物３０が得られる。このとき、切り離した図８に示す金属造形物３０は、その残留応力がほぼ解放された状態になっているため、残留応力によって変形することはほとんどない。したがって、図８に示す金属造形物３０を精度よく製造できる。 As shown in FIG. 7, after the second layer 28 is finished into a regular shape in the cutting process, the base plate 12 is removed from the stage 13. Thereafter, in a subsequent process, the second layer 28 is cut at the cutting position indicated by the two-dot chain line L in FIG. That is, by separating the portion of the second layer 28 to be used as the metal object 30 from the base plate 12 side, the metal object 30 shown in FIG. 8 is obtained. At this time, the separated metal object 30 shown in FIG. 8 is in a state where its residual stress is almost released, so that it is hardly deformed by the residual stress. Therefore, the metal molded article 30 shown in FIG. 8 can be manufactured with high precision.

＜実施形態の効果＞
以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１）金属積層造形方法は、ベースプレート１２上に、一部に保持層２４を有した第１層２６を、金属造形物３０を支持する支持造形物として第１金属層２３によって形成する第１層形成工程と、第１層２６上に、第２層２８を金属造形物３０として第２金属層２７によって形成する第２層形成工程と、を備える。第１層２６における保持層２４以外の部分の密度は、保持層２４の密度及び第２層２８の密度よりも小さくなっている。 <Effects of embodiment>
According to the embodiment described in detail above, the following effects are exhibited.
(1) The metal additive manufacturing method includes forming a first layer 26 having a retaining layer 24 in part on the base plate 12 as a support model for supporting a metal model 30 using the first metal layer 23. The method includes a layer forming step and a second layer forming step of forming a second layer 28 as a metal shaped object 30 using the second metal layer 27 on the first layer 26 . The density of the first layer 26 other than the retention layer 24 is smaller than the density of the retention layer 24 and the density of the second layer 28.

通常、ベースプレート上に金属層を積層して金属造形物を造形すると、金属粉末層の焼結（溶融及び固化）による金属層の形成によって生じる収縮応力が金属造形物に残留した状態となる。この状態で金属造形物をベースプレートから切り離すと、金属造形物に残留する収縮応力が解放されて金属造形物が大きく変形してしまう。この点、上記構成によれば、第１層２６（支持造形物）における保持層２４以外の部分である一般層２５の密度は、保持層２４の密度及び第２層２８（金属造形物３０）の密度よりも小さくなっている。このため、第１層２６上に第２層２８を形成すると、第２層２８に残留する収縮応力が第１層２６の一般層２５による第２層２８の保持力よりも大きくなる。したがって、第２層２８に残留する収縮応力が解放されるので、第１層２６の一般層２５と第２層２８との間にクラック２９が生じて第２層２８が変形する。このとき、第２層２８に残留する収縮応力は第１層２６の保持層２４による第２層２８の保持力よりも小さいため、第２層２８はほぼ保持層２４のみに保持された状態となる。つまり、第２層２８が保持層２４を介してベースプレート１２に繋がった状態で第２層２８に残留する収縮応力が解放された状態になる。この状態で変形した第２層２８の形状を切削加工して正規の形状にした後に、第２層２８を保持層２４から切り離しても、この切り離した第２層２８である金属造形物３０に残留する収縮応力は既に解放されているため、金属造形物３０はほとんど変形しない。したがって、金属造形物３０（第２層２８）を精度よく製造することができる。 Normally, when a metal object is formed by laminating a metal layer on a base plate, shrinkage stress generated by the formation of the metal layer by sintering (melting and solidifying) a metal powder layer remains in the metal object. If the metal model is separated from the base plate in this state, the shrinkage stress remaining in the metal model is released and the metal model is significantly deformed. In this regard, according to the above configuration, the density of the general layer 25, which is a portion of the first layer 26 (supporting shaped object) other than the holding layer 24, is the density of the holding layer 24 and the density of the second layer 28 (metal shaped object 30). is smaller than the density of Therefore, when the second layer 28 is formed on the first layer 26, the shrinkage stress remaining in the second layer 28 becomes larger than the holding force of the second layer 28 by the general layer 25 of the first layer 26. Therefore, the shrinkage stress remaining in the second layer 28 is released, so that a crack 29 is generated between the general layer 25 of the first layer 26 and the second layer 28, and the second layer 28 is deformed. At this time, the shrinkage stress remaining in the second layer 28 is smaller than the holding force of the second layer 28 by the holding layer 24 of the first layer 26, so the second layer 28 is almost held only by the holding layer 24. Become. In other words, with the second layer 28 connected to the base plate 12 via the holding layer 24, the shrinkage stress remaining in the second layer 28 is released. Even if the second layer 28 is cut away from the retaining layer 24 after cutting the deformed shape of the second layer 28 in this state into a regular shape, the metal object 30 that is the separated second layer 28 will not be Since the remaining shrinkage stress has already been released, the metal object 30 hardly deforms. Therefore, the metal model 30 (second layer 28) can be manufactured with high precision.

（２）金属積層造形方法は、第２層形成工程を行った後に、第２層２８を切削加工する切削工程を備える。
上記構成によれば、第２層形成工程で形成されるとともに収縮応力の解放によって変形した第２層２８は、保持層２４によって保持された状態で切削工程が行われる。このため、第２層形成工程と切削工程とを連続して行うことができる。したがって、第２層２８を保持層２４から切り離した後に、後工程で切削工程を行う場合に比べて、金属造形物３０（第２層２８）を効率よく製造することができる。 (2) The metal additive manufacturing method includes a cutting process of cutting the second layer 28 after performing the second layer forming process.
According to the above configuration, the second layer 28 formed in the second layer forming step and deformed by the release of shrinkage stress is held in the state of being held by the holding layer 24 during the cutting step. Therefore, the second layer forming step and the cutting step can be performed continuously. Therefore, the metal shaped object 30 (second layer 28) can be manufactured more efficiently than when a cutting process is performed in a subsequent process after separating the second layer 28 from the holding layer 24.

（３）金属積層造形方法において、保持層２４は、第１層２６における中央部に配置されている。
上記構成によれば、第２層２８に残留する収縮応力が解放されて第１層２６の一般層２５と第２層２８との間にクラック２９が生じて第２層２８が変形した場合でも、第２層２８を保持層２４のみによって安定して保持することができる。 (3) In the metal additive manufacturing method, the holding layer 24 is arranged at the center of the first layer 26.
According to the above configuration, even if the shrinkage stress remaining in the second layer 28 is released and a crack 29 occurs between the general layer 25 of the first layer 26 and the second layer 28 and the second layer 28 is deformed, , the second layer 28 can be stably held only by the holding layer 24.

（変更例）
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。また、上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。 (Example of change)
The above embodiment can be modified and implemented as follows. Further, the above embodiment and the following modification examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.

・保持層２４は、必ずしも第１層２６における中央部に配置する必要はない。すなわち、保持層２４は、例えば第１層２６における端部に配置してもよい。
・金属積層造形方法において、切削工程は、省略してもよい。この場合、切削工程は、後工程で行われる。 - The holding layer 24 does not necessarily need to be placed in the center of the first layer 26. That is, the holding layer 24 may be placed, for example, at the end of the first layer 26.
- In the metal additive manufacturing method, the cutting step may be omitted. In this case, the cutting process is performed in a subsequent process.

・第１層２６における保持層２４の密度は、一般層２５の密度よりも大きければ、第２層２８の密度よりも小さくしてもよい。 - The density of the retention layer 24 in the first layer 26 may be smaller than the density of the second layer 28 as long as it is larger than the density of the general layer 25.

１１…金属積層造形装置
１２…ベースプレート
１３…ステージ
１４…昇降機構
１５…リコーター
１６…レーザー発振器
１７…ガルバノスキャナー
１８…切削機構
１９…金属粉末材料
２０…レーザービーム
２１…回転工具
２２…金属粉末層
２３…金属層の一例としての第１金属層
２４…保持層
２５…一般層
２６…第１層
２７…金属層の一例としての第２金属層
２８…第２層
２９…クラック
３０…金属造形物
Ｌ…二点鎖線 11...Metal additive manufacturing device 12...Base plate 13...Stage 14...Elevating mechanism 15...Recoater 16...Laser oscillator 17...Galvano scanner 18...Cutting mechanism 19...Metal powder material 20...Laser beam 21...Rotary tool 22...Metal powder layer 23 ...First metal layer as an example of a metal layer 24...Retaining layer 25...General layer 26...First layer 27...Second metal layer as an example of a metal layer 28...Second layer 29...Crack 30...Metal shaped object L ...double-dashed line

Claims (3)

金属粉末層を形成することと、前記金属粉末層の少なくとも一部を焼結させて金属層を形成することとを繰り返し、前記金属層を順次積層することによって金属造形物を造形する金属積層造形方法であって、
ベースプレート上に、一部に保持層を有した第１層を、前記金属造形物を支持する支持造形物として前記金属層によって形成する第１層形成工程と、
前記第１層上に、第２層を前記金属造形物として前記金属層によって形成する第２層形成工程と、
を備え、
前記第１層における前記保持層以外の部分の密度は、前記保持層の密度及び前記第２層の密度よりも小さくなっていることを特徴とする金属積層造形方法。 Metal additive manufacturing in which forming a metal powder layer and sintering at least a part of the metal powder layer to form a metal layer are repeated, and a metal object is formed by sequentially stacking the metal layers. A method,
A first layer forming step of forming a first layer partially having a holding layer on the base plate as a support structure that supports the metal structure, using the metal layer;
a second layer forming step of forming a second layer as the metal model on the first layer using the metal layer;
Equipped with
A metal additive manufacturing method, wherein a density of a portion of the first layer other than the holding layer is smaller than a density of the holding layer and a density of the second layer. 前記第２層形成工程を行った後に、前記第２層を切削加工する切削工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の金属積層造形方法。 The metal additive manufacturing method according to claim 1, further comprising a cutting step of cutting the second layer after performing the second layer forming step. 前記保持層は、前記第１層における中央部に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属積層造形方法。 3. The metal additive manufacturing method according to claim 1, wherein the holding layer is arranged at a central portion of the first layer.
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