JP3893992B2

JP3893992B2 - Method for producing photomolding

Info

Publication number: JP3893992B2
Application number: JP2002024617A
Authority: JP
Inventors: 光弘新郷; 卯三太田; 隆史松尾
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2022-01-31
Also published as: JP2003225948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末に光ビームを照射して結合層を形成し、この結合層を積重ねて所望の三次元形状に造形するようにした光造形物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属粉末などの無機質粉末あるいは樹脂粉末などの有機質粉末の層にレーザビームなどの光ビームを照射し、光ビームを照射した部分の粉末を溶融固化させて結合させることによって結合層を形成し、この結合層の上にさらに粉末の層を被覆すると共にこの粉末に光ビームを照射して同様に結合させることによって下の結合層と一体になった結合層を形成し、そしてこれを繰り返すことによって、複数の結合層が積層一体化された粉末結合体を作製する方法がある。
【０００３】
特に粉末として金属粉末を用い、金属粉末の層にレーザビームなどの光ビームを照射して金属粉末を焼結させることによって、金属粉末が焼結して結合した焼結層として結合層を形成し、この結合層の上に金属粉末の層を被覆すると共にこの金属粉末にレーザビームを照射して焼結させることによって下の結合層と一体になった結合層を形成し、そしてこれを繰り返すことによって、複数の結合層が積層一体化された金属粉末焼結体からなる粉末結合体を作製する方法が、例えば特許第２６２０３５３号公報や特開２０００−７３１０８公報などで提供されている。
【０００４】
図８はその一例を示すものであり、まず図８（ａ）のように昇降テーブル１の上に金属粉末２をスキージー３で所定の厚みに分与する。昇降テーブル１は基準テーブル４の側面に沿って昇降するものであり、スキージー３は基準テーブル４の上面と同じレベルで水平方向に往復移動するようにしてある。従って、昇降テーブル１の上面と基準テーブル４の上面との間のΔｔの段差に相当する厚みで金属粉末２の層を昇降テーブル１の上に形成することができる。この後、図８（ｂ）のように、集光レンズ５で集光したレーザビームなどの光ビームＬを走査させ、この金属粉末２の層の必要な部分にのみ光ビームＬを照射することによって、光ビームＬを照射した部分の金属粉末２の層を焼結し、厚みΔｔの結合層６ａを焼結層として形成させる。次に、昇降テーブル１をΔｔの寸法で下降させ、この結合層６ａの上に金属粉末２を供給し、図８（ｃ）のようにスキージー３によってΔｔの厚みで金属粉末２の層を結合層６ａの上に被覆させ、次いで図８（ｄ）のようにこの金属粉末２の層の必要な部分にのみ光ビームＬを照射して焼結し、結合層６ａの上に結合層６ｂを一体に積層させる。
【０００５】
そしてこの操作を必要な層数だけ繰り返すことによって、図８（ｅ）のように所定数の結合層６ａ〜６ｆを積層一体化し、図９のような複数の結合層６ａ〜６ｆからなる金属粉末焼結体として粉末結合体Ａを作製することができるものである。
【０００６】
ここで、上記のようにして粉末結合体Ａを作製するにあたっては、図１０（ａ）のような製品モデル１０を設計する際の三次元ＣＡＤデータに基づいて、製品モデル１０を図１０（ｂ）のように所定の間隔Δｔで水平にスライスしたときの各層１０ａ〜１０ｆのスライス面の断面データを得て、このスライス断面データを基にして金属粉末２の各層に照射する光ビームＬの走査経路を決定し、各層１０ａ〜１０ｆに対応する水平断面形状で各結合層６ａ〜６ｆを形成することによって、製品モデル１０と同じ三次元形状に造形された粉末結合体Ａを作製することができるものである。そしてこのように各結合層６ａ〜６ｆを順次形成して積み重ねていく工法をとることによって、三次元ＣＡＤにより設計された形状に従って三次元的に切削加工するＣＡＭを用いるような必要がなくなり、二次元的な加工の繰り返しで三次元的に造形された製品を作製することが可能になるものであり、複雑な機構の装置を用いる必要なく三次元造形物を迅速に製作することができるものである。
【０００７】
上記のようにして三次元造形物として製作される粉末結合体Ａにあって、粉末結合体Ａを例えば成形金型などとして用いる場合には、冷却や加熱などの機能を持たせるために、粉末結合体Ａ内に流体が流通する経路を形成することが行なわれている。そして、粉末結合体Ａの内部は粉末が焼結などで結合された緻密な状態で充填されているので、粉末結合体Ａ内に流体経路を形成する場合には、粉末結合体Ａを造形した後、粉末結合体Ａに切削や孔あけなどの加工を行なう必要がある。しかし、このような切削や孔あけなどの加工では、粉末結合体Ａ内に形成する流体経路の形状が単純なものに制限されるものであり、最適な形状で自由に流体経路を設計して形成することはできない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本出願人は、特願２０００−１２６６０８号の特許出願において、粉末２の層の所定箇所に光ビームを照射して結合層６を形成する際に、光ビームＬの照射条件を変えて粉末結合体Ａの密度を部分的に変化させることによって、密度が低い部分で入口と出口を有する流体経路を粉末結合体Ａに形成する技術を提案した。このように三次元造形物の粉末結合体Ａを作製しながら、粉末結合体Ａの内部に流体経路を形成することによって、粉末結合体Ａを作製した後に切削や孔あけ加工を行なう場合のような、流体経路の形状が制限されるようなことがなくなり、最適な形状で自由に流体経路を設計して形成することが可能になるのである。
【０００９】
またこの特願２０００−１２６６０８号の特許出願では、光ビームを照射しない部分で流体経路を形成することによって、流体経路の粉末が溶融結合されないようにし、そしてこの結合されていない粉末を粉末結合体Ａの流体経路から抜き出すことによって、流体経路内を空洞に形成して、流体経路に流体を流す際の流動抵抗を小さくすることができるようにすることも提案されている。
【００１０】
しかしこのように流体経路から粉末を取り除くにあたって、流体経路が短く、単純な形状のものであれば粉末を流体経路から流し出して容易に取り出すことができるが、流体経路が長く、形状が複雑になると粉末を流体経路から流し出すことが困難になって、流体経路から粉末を取り出すことができなくなる。従って、流体経路を最適な形状にするために流体経路の設計を自由に行なうことは難しいものであり、この点がまだ未解決の課題として残されているものである。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、粉末結合体内に形成した流体経路から未結合の粉末を容易に取り出して除くことができる光造型物の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る光造型物の製造方法は、粉末２の層の所定箇所に光ビームＬを照射して溶融結合させることによって粉末２が結合した結合層６を形成し、この結合層６の上に粉末２の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームＬを照射して結合させることによって下の結合層６と一体になった結合層６を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層６が積層一体化された粉末結合体Ａで三次元形状の光造形物を作製するにあたって、粉末２の層に光ビームＬを照射して結合層６を形成する際に部分的に光ビームＬを照射しないで未結合のまま粉末２を残すことによって、未結合の粉末２が連続する部分で粉末結合体Ａ内に流体経路９を形成し、粉末結合体Ａの表面に開口する流体経路９の複数の開口部７，８の一方を蓋１１で塞ぐと共に他方から流体経路９内を加圧し、流体経路９内を高圧にした後に上記の蓋１１を開くことによって、一方の開口部８から流体経路９内の未結合の粉末２を取り除くことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の請求項２に係る光造型物の製造方法は、粉末結合体Ａの表面に開口する開口部７，８から屈曲自在な吸引ホース１２を流体経路９内に入れ、吸引ホース１２の先端から未結合の粉末２を吸引しながら流体経路９内に沿って吸引ホース１２を挿入することによって、流体経路９内の未結合の粉末２を取り除くことを特徴とするものである。
【００１７】
また請求項３の発明は、請求項２において、吸引ホース１２の先端部にブラシ１３を取り付け、流体経路９内の内周をブラシ１３で擦りながら流体経路９内に沿って吸引ホース１２を挿入することを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
粉末結合体Ａは既述の図８〜図１０のようにして、金属粉末など無機質の粉末２、あるいは樹脂粉末など有機質の粉末２を用い、レーザビーム等の光ビームＬを照射することによって、作製することができる。
【００２０】
すなわち、粉末２として金属粉末を用いる場合は、金属粉末２の層に光ビームＬを照射して焼結させることによって、粉末が焼結して結合した結合層６ａを形成し、この結合層６ａの上に金属粉末２の層を被覆すると共にこの金属粉末２に光ビームＬを照射して焼結させることによって下の結合層６ａと一体になった結合層６ｂを形成し、そしてこれを繰り返すことによって、複数の結合層６ａ，６ｂ，６ｃ…を積層一体化させることによって、三次元造形物として粉末結合体Ａを作製することができるものである。ここで、金属粉末２としては例えば平均粒径２０〜３０μｍ程度の鉄粉や、ブロンズとニッケルの混合粉末などを用いることができ、各結合層６ａ，６ｂ，６ｃ…は厚みΔｔ＝０．０２〜０．２ｍｍ程度に形成することができる。また粉末２としては上記のような金属粉末の他に、無機質粉末としてセラミック粉末を用いることができ、金属粉末の場合と同様に光ビームＬを照射して焼結することによって結合層６ａ，６ｂ，６ｃ…を形成することができる。さらに粉末２として樹脂粉末などの有機質粉末を用いる場合は、光ビームＬを照射して粉末２を溶融・固化させることによって、粉末２を結合させた結合層６ａ，６ｂ，６ｃ…を形成することができるものである。
【００２１】
ここで、上記のようにして粉末結合体Ａを作製するにあたっては、まず三次元ＣＡＤによって流体経路９を有する製品モデルを作製する際に、製品モデルの全体から流体経路９を差し引いた図２（ａ）のような構造体モデル１４を作製する。次に、構造体モデル１４の三次元ＣＡＤデータに基づいて、構造体モデル１４を既述の図１０（ｂ）の場合と同様に所定間隔で水平にスライスし、スライスした各層のスライス面の断面データを得ることができる。そしてこのスライス断面データを基にして既述の図８のように粉末２の各層に照射する光ビームＬの走査経路が決定されるものである。
【００２２】
ここで、構造体モデル１４は流体経路９が差し引かれた三次元ＣＡＤデータからなるので、スライス断面データにおいて構造体モデル１４の断面の部分では光ビームＬが照射され、流体経路９の部分は構造体モデル１４の断面の部分ではないので光ビームＬは照射されないようになっている。従って、このスライス断面データによって粉末２の各層に光ビームＬを照射して結合層６ａ〜６ｎからなる粉末結合体Ａを作製するにあたって、図２（ｂ）に示すように、各層６ａ〜６ｎのうち光ビームＬが照射された部分は粉末２は溶融結合しているが、光ビームＬが照射されていない部分は粉末２は結合していず、バラバラの状態のままになっている。そしてこの粉末２が結合していない部分が各結合層６ａ〜６ｎにおいて連続して形成されることによって、この部分が流体経路９となるものである。この流体経路９は少なくとも両端の２箇所は粉末結合体Ａの表面で開口する開口部７，８となっている。流体経路９には２箇所以上の複数箇所に開口部を形成することができるが、流体経路９に流体を流す際の入口と出口となる開口部７，８が流体経路９の両端の２箇所に形成されるのが一般的である。
【００２３】
上記のように作製される粉末結合体Ａにあって、流体経路９内の粉末２は上記のように結合していずバラバラのままである。そこで本発明は、流体経路９から粉末２を取り除くことによって、流体経路９内を空洞に形成し、流体経路９に流体を流す際の流動抵抗を小さくするようにしたものである。
【００２４】
図１（ａ）（ｂ）はそれぞれ参考例の一例を示すものであり、図１（ａ）の実施の形態では、粉末結合体Ａの表面で開口する流体経路９の両端の開口部７，８のうち、一方の開口部７にエアーガン２０を配置し、流体経路９内にエアーガン２０から０．４ＭＰａ以上の圧縮エアーを吹き込むようにしてある。このように流体経路９の一方の開口部７から圧縮エアーを吹き込むことによって、流体経路９内の結合されていない粉末２を圧縮エアーの圧力で押し出して、流体経路９の他方の開口部８から粉末２を吹き出させることができ、流体経路９内の粉末２を開口部８から容易に取り出して除去することができるものである。圧縮エアーの圧力は流体経路９の形状や経路長に応じて変化させる必要があるが、流体経路９の形状や長さがどのようなものであっても、エアー圧で流体経路９内の粉末２を押し出して取り出すことができるものであり、従って、粉末２を取り出すことができる形状や長さに流体経路９が制限されるようなことがなくなり、最適な形状で自由に流体経路を設計して形成することが可能になるものである。そしてこのように粉末２を取り除いて流体経路２内を空洞に形成することによって、流体経路２に冷媒や熱媒などの流体を流動抵抗を小さく流すことができるものである。
【００２５】
図１（ｂ）の実施の形態では、粉末結合体Ａの表面で開口する流体経路９の両端の開口部７，８のうち、一方の開口部８に吸引ノズル２１を配置し、流体経路９内を吸引することができるようにしてある。このように流体経路９内を吸引ノズル２１で吸引することによって、流体経路９内の結合されていない粉末２を吸引して開口部８から吸い出すことができ、流体経路９内の粉末２を開口部８から容易に取り出して除去することができるものである。吸引ノズル２１による吸引力は流体経路９の形状や経路長に応じて変化させる必要があるが、流体経路９の形状や長さがどのようなものであっても、吸引による吸い出しで流体経路９内の粉末２を取り出すことができるものである。
【００２６】
図３は参考例の他の一例を示すものであり、粉末結合体Ａの表面で開口する流体経路９の両端の２箇所の開口部７，８のうち、一方の開口部７にエアーガン２０を配置すると共に他方の開口部８に吸引ノズル２１を配置してある。そして流体経路９内に開口部７からエアーガン２０によって圧縮エアーを吹き込むと同時に開口部８から吸引ノズル２１によって吸引することによって、流体経路９内の結合されていない粉末２を圧縮エアーの圧力で押し出しながら、吸引ノズル２１で吸引して吸い出すことができ、押し出し力と吸引力の相乗作用で短時間で効率良く流体経路９内の粉末２を開口部８から取り出して除去することができるものである。従って、流体経路９の形状が複雑で経路長が長い場合にも、流体経路９内の粉末２を開口部８から容易に除去することができるものである。
【００２７】
図４は参考例の他の一例を示すものであり、流体経路９を形成した粉末結合体Ａを振動装置２２の上に載せ、粉末結合体Ａに振動を与えながら、上記の図１、図２、図３のように、エアーガン２０による圧縮エアーの吹き込みや、吸引ノズル２１からの吸引によって、流体経路９内の結合されていない粉末２を除去するようにしたものである。このように粉末結合体Ａを振動させることによって、流体経路９内の未結合の粉末２が流動し易くなるものであり、流動し易くなっている粉末２をエアーガン２０による圧縮エアーの圧力で容易に押し出したり、吸引ノズル２１によって容易に吸い出したりすることができ、流体経路９内の粉末２を開口部８から効率良く容易に除去することができるものである。
【００２８】
図５は請求項１の発明の実施の形態の一例を示すものであり、流体経路９を形成した粉末結合体Ａを作業台２３の上に載置して粉末２の取り除き操作を行なうようにしてある。すなわち作業台２３には流体ノズル２４がセットされる加圧口２５と、蓋１１が開閉自在に設けられる開閉口２６とが形成してある。蓋１１は作業台２３の下面に上下方向に回動自在に枢支してあって、バネによって上方へ回動付勢してあり、バネの力によって開閉口２６を蓋１１で閉じるようにしてある。そして流体経路９を形成した粉末結合体Ａは、流体経路９の両端に設けた２箇所の開口部７，８のうち、一方の開口部７が加圧口２５に、他方の開口部８が開閉口２６に気密的に合致するように作業台２３の上に載置されるものである。
【００２９】
そして図５（ａ）のように蓋１１で開閉口２６を閉じて、開口部８を密閉した状態で、開口部７から流体ノズル２４によって流体経路９内に流体を圧入して、流体経路９内を加圧する。この流体としては空気、水、油など流動するものであれば何でも良い。このように流体経路９内が加圧されて流体経路９内の圧力が所定の高圧になると、この高圧によって蓋１１が押されて開閉口２６を開口し、流体経路９の開口部８が開放され、図５（ｂ）のように高圧状態の流体経路９内から結合されていない粉末２が一気に開口部８から押し出される。この流体経路９内の加圧と開口部８の開放の操作を繰り返すことによって、流体経路９内の未結合の粉末２を完全に流体経路９から抜き出して除去することができるものである。
【００３０】
図６は請求項２の発明の実施の形態の一例を示すものであり、粉末結合体Ａの表面で開口する流体経路９の両端の開口部７，８のうち、一方の開口部７から流体経路９内に吸引ホース１２を差し込むようにしてある。吸引ホース１２は可撓性を有する材料によって屈曲自在に形成してあり、先端のノズル部から吸引することができるようにしてある。そして吸引ホース１２の先端のノズル部から結合されていない粉末２を吸引しながら、吸引ホース１２を流体経路９内に挿入することによって、流体経路９内の未結合の粉末２を取り出すことができるものであり、流体経路９が屈曲した形状であっても、吸引ホース１２を流体経路９に沿って屈曲させながら流体経路９の奥へ向かって挿入することができるものである。このように吸引ホース１２を一方の開口部７から流体経路９に挿入して、未結合の粉末２を吸引しながら、吸引ホース１２を他方の開口部８にまで送ることによって、流体経路９内の未結合の粉末２を完全に流体経路９から抜き出して除去することができるものである。ここで、流体経路９の屈曲部が曲率半径の大きいアールを有するように形成しておくと、吸引ホース１２をスムーズに挿入して送ることができるものであり、また吸引ホース１２の先端に金属などのカラーを取り付けると、滑り易くなってよりスムーズに挿入することができるものである。このように流体経路９に挿入する吸引ホース１２で未結合の粉末２を吸引するようにすれば、粉末２を飛散させることなく、流体経路９内の未結合の粉末２を取り除くことができるものである。
【００３１】
図７は請求項３の発明の実施の形態の一例を示すものであり、このものでは図６のように流体経路９に挿入する吸引ホース１２で未結合の粉末２を吸引して除去するにあたって、吸引ホース１２として先端部の外周にブラシ１３を設けたものを用いるようにしたものである。ブラシ１３の材質は、粉末２の種類などに応じてナイロン、真鍮、鉄、毛など任意のものを選択することができる。そしてこのものでは、未結合の粉末２を先端のノズル部から吸引しながら流体経路９内に吸引ホース１２を挿入する際に、流体経路９内の内周がブラシ１３で擦られるものであり、流体経路９の内周に付着する未結合の粉末２を擦り落すことができるものである。このように擦り落された粉末２は吸引ホース１２の先端から吸引して除去されるものであり、流体経路９の内周面を滑らかに仕上げることができるものである。
【００３２】
【発明の効果】
上記のように請求項１の発明は、粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることによって粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることによって下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状の光造形物を作製するにあたって、粉末の層に光ビームを照射して結合層を形成する際に部分的に光ビームを照射しないで未結合のまま粉末を残すことによって、未結合の粉末が連続する部分で粉末結合体内に流体経路を形成し、粉末結合体の表面に開口する流体経路の複数の開口部の一方を蓋で塞ぐと共に他方から流体経路内を加圧し、流体経路内を高圧にした後に上記の蓋を開くことによって、一方の開口部から流体経路内の未結合の粉末を取り除くようにしたので、流体経路内を高圧にした後に蓋を開くと、流体経路内の未結合の粉末が一気に押し出されるものであり、この流体経路内の加圧と蓋を開く操作を繰り返すことによって、流体経路内の未結合の粉末を完全に除去することができるものである。
【００３６】
また請求項２の発明は、粉末結合体の表面に開口する開口部から屈曲自在な吸引ホースを流体経路内に入れ、吸引ホースの先端から未結合の粉末を吸引しながら流体経路内に沿って吸引ホースを挿入することによって、流体経路内の未結合の粉末を取り除くようにしたので、未結合の粉末を吸引しながら吸引ホースを一方の開口部から他方の開口部にまで挿入することによって、粉末を飛散させることなく、流体経路内の粉末を完全に除去することができるものである。
【００３７】
また請求項３の発明は、請求項２において、吸引ホースの先端部にブラシを取り付け、流体経路内の内周をブラシで擦りながら流体経路内に沿って吸引ホースを挿入するようにしたので、流体経路内の未結合の粉末を吸引ホースで吸引する際に、流体経路の内周に付着する未結合の粉末をブラシで擦り落すことができ、流体経路の内周面を滑らかに仕上げることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ一例の断面図である。
【図２】（ａ）は構造体モデルを示す断面図、（ｂ）は粉末結合体の一部の拡大した断面図である。
【図３】参考例の他の一例を示す断面図である。
【図４】参考例の他の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ断面図である。
【図６】本発明の他の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図８】粉末結合体の製造の各工程を示すものであり、（ａ）乃至（ｅ）はそれぞれ断面図である。
【図９】同上によって製造された粉末結合体の斜視図である。
【図１０】（ａ）は同上に用いる設計された製品モデル、（ｂ）は製品モデルをスライスした各層を示す斜視図である。
【符号の説明】
２粉末
６結合層
７開口部
８開口部
９流体経路
１１蓋
１２吸引ホース
１３ブラシ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing an optically shaped article in which a bonding layer is formed by irradiating a powder with a light beam, and the bonding layers are stacked to form a desired three-dimensional shape.
[0002]
[Prior art]
A layer of an inorganic powder such as a metal powder or an organic powder such as a resin powder is irradiated with a light beam such as a laser beam, and the bonded portion is formed by melting and solidifying the powder of the portion irradiated with the light beam. By further coating a layer of powder on the bonding layer and irradiating the powder with a light beam to form a bonding layer that is integral with the lower bonding layer, and repeating this, There is a method for producing a powder bonded body in which a plurality of bonding layers are laminated and integrated.
[0003]
In particular, metal powder is used as the powder, and the metal powder is irradiated with a light beam such as a laser beam to sinter the metal powder, thereby forming a bonded layer as a sintered layer in which the metal powder is sintered and bonded. Coating a layer of metal powder on the bonding layer and irradiating the metal powder with a laser beam to sinter to form a bonding layer integral with the lower bonding layer, and repeating this For example, Japanese Patent No. 2620353 and Japanese Patent Laid-Open No. 2000-73108 provide a method for producing a powder bonded body made of a metal powder sintered body in which a plurality of bonded layers are laminated and integrated.
[0004]
FIG. 8 shows an example thereof. First, as shown in FIG. 8A, the metal powder 2 is dispensed to a predetermined thickness by the squeegee 3 on the lifting table 1. The elevating table 1 moves up and down along the side surface of the reference table 4, and the squeegee 3 reciprocates in the horizontal direction at the same level as the upper surface of the reference table 4. Therefore, a layer of the metal powder 2 can be formed on the lifting table 1 with a thickness corresponding to the step of Δt between the upper surface of the lifting table 1 and the upper surface of the reference table 4. Thereafter, as shown in FIG. 8B, a light beam L such as a laser beam condensed by the condenser lens 5 is scanned, and the light beam L is irradiated only on a necessary portion of the layer of the metal powder 2. Thus, the layer of the metal powder 2 irradiated with the light beam L is sintered, and the bonding layer 6a having a thickness Δt is formed as a sintered layer. Next, the elevating table 1 is lowered to the dimension of Δt, the metal powder 2 is supplied onto the bonding layer 6a, and the layer of the metal powder 2 is bonded to the thickness of Δt by the squeegee 3 as shown in FIG. 8C. As shown in FIG. 8D, only the necessary portion of the layer of the metal powder 2 is irradiated with the light beam L and sintered, and the bonding layer 6b is formed on the bonding layer 6a. Laminate together.
[0005]
Then, by repeating this operation for the required number of layers, a predetermined number of bonding layers 6a to 6f are laminated and integrated as shown in FIG. 8E, and a metal powder comprising a plurality of bonding layers 6a to 6f as shown in FIG. A powder combination A can be produced as a sintered body.
[0006]
Here, in producing the powder combination A as described above, the product model 10 is converted into the product model 10 shown in FIG. 10 (b) based on the three-dimensional CAD data when the product model 10 shown in FIG. 10 (a) is designed. ) To obtain slice data of slice planes of the respective layers 10a to 10f when horizontally sliced at a predetermined interval Δt, and scanning of the light beam L applied to each layer of the metal powder 2 based on the slice slice data. By determining the path and forming each of the bonding layers 6a to 6f in a horizontal cross-sectional shape corresponding to each of the layers 10a to 10f, it is possible to produce the powder combination A that is shaped in the same three-dimensional shape as the product model 10. Is. In this way, by using the construction method in which the bonding layers 6a to 6f are sequentially formed and stacked, it is not necessary to use a CAM that is three-dimensionally cut according to the shape designed by the three-dimensional CAD. It is possible to produce a three-dimensionally shaped product by repeating three-dimensional processing, and can quickly produce a three-dimensional shaped object without the need for using a complicated mechanism device. is there.
[0007]
In the powder combination A manufactured as a three-dimensional structure as described above, when the powder combination A is used as a molding die, for example, in order to have functions such as cooling and heating, the powder Forming a path for fluid to flow in the combined body A is performed. And since the inside of the powder combination A is filled in a dense state where the powder is bonded by sintering or the like, when forming a fluid path in the powder combination A, the powder combination A is shaped. Thereafter, it is necessary to perform processing such as cutting and drilling on the powder bonded body A. However, in such processes as cutting and drilling, the shape of the fluid path formed in the powder bonded body A is limited to a simple one, and the fluid path can be designed freely with an optimal shape. It cannot be formed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in the patent application of Japanese Patent Application No. 2000-126608, the present applicant changed the irradiation condition of the light beam L when irradiating a predetermined portion of the layer of the powder 2 with the light beam to form the bonding layer 6. A technique for forming a fluid path in the powder combination A having an inlet and an outlet at a low density portion by partially changing the density of the combination A has been proposed. In this way, while producing the powder combination A of the three-dimensional structure, by forming a fluid path inside the powder combination A, cutting and drilling are performed after the powder combination A is prepared. In addition, the shape of the fluid path is not limited, and the fluid path can be freely designed and formed with an optimum shape.
[0009]
In the patent application of Japanese Patent Application No. 2000-126608, a fluid path is formed at a portion not irradiated with a light beam so that the powder in the fluid path is not melt-bonded. It has also been proposed to form a cavity in the fluid path by extracting it from the fluid path A so that the flow resistance when flowing the fluid through the fluid path can be reduced.
[0010]
However, when removing the powder from the fluid path in this way, if the fluid path is short and has a simple shape, the powder can be easily removed by flowing out of the fluid path, but the fluid path is long and the shape is complicated. Then, it becomes difficult to flow the powder out of the fluid path, and the powder cannot be taken out from the fluid path. Therefore, it is difficult to freely design the fluid path in order to make the fluid path into an optimum shape, and this point is still an unsolved problem.
[0011]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a method for producing a photomolding product that can easily take out and remove unbound powder from a fluid path formed in a powder bonded body. To do.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The method for producing a photomolded article according to claim 1 of the present invention forms a bonding layer 6 in which the powder 2 is bonded by irradiating a predetermined portion of the layer of the powder 2 with a light beam L and melt-bonding it. A layer of the powder 2 is coated on the layer 6 and a bonding layer 6 integrated with the lower bonding layer 6 is formed by irradiating a predetermined portion of the powder with a light beam L and bonding, and this is repeated. Thus, when producing a three-dimensional shaped optical modeling object with the powder combination A in which a plurality of bonding layers 6 are laminated and integrated, when the bonding layer 6 is formed by irradiating the powder 2 layer with the light beam L. By leaving the powder 2 unbound without partially irradiating the light beam L, a fluid path 9 is formed in the powder combined body A at a portion where the unbonded powder 2 continues, and the surface of the powder combined body A one of the plurality of openings 7 and 8 of the fluid path 9 that is open to the The other pressure in the fluid path 9 from pressure with closed with 11, by opening the lid 11 after the fluid path 9 to the high pressure, remove the powder 2 unbound in the fluid path 9 from one of the openings 8 It is characterized by this.
[0016]
In the method for producing a photomolded product according to claim 2 of the present invention, a suction hose 12 that is bendable from openings 7 and 8 that open on the surface of the powder bonded body A is placed in the fluid path 9 and the tip of the suction hose 12 is placed. The unbonded powder 2 in the fluid path 9 is removed by inserting the suction hose 12 along the fluid path 9 while sucking the unbound powder 2 from the fluid path 9.
[0017]
Further, the invention of claim 3 is that in claim 2 , the brush 13 is attached to the tip of the suction hose 12, and the suction hose 12 is inserted along the fluid path 9 while rubbing the inner periphery of the fluid path 9 with the brush 13. It is characterized by doing.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0019]
As shown in FIGS. 8 to 10 described above, the powder combination A uses an inorganic powder 2 such as a metal powder, or an organic powder 2 such as a resin powder, and is irradiated with a light beam L such as a laser beam. Can be produced.
[0020]
That is, when metal powder is used as the powder 2, the layer of the metal powder 2 is irradiated with the light beam L and sintered to form a bonding layer 6a in which the powder is sintered and bonded, and this bonding layer 6a. A layer of metal powder 2 is coated on the metal powder 2 and the metal powder 2 is irradiated with a light beam L and sintered to form a bonding layer 6b integrated with the lower bonding layer 6a, and this is repeated. by a plurality of tie layers 6a, 6b, by integrally laminating 6c ..., it is capable of producing a powder conjugate a as a three dimensional model. Here, as the metal powder 2, for example, iron powder having an average particle diameter of about 20 to 30 μm, mixed powder of bronze and nickel, or the like can be used, and each of the bonding layers 6a, 6b, 6c... Has a thickness Δt = 0.02. About 0.2 mm can be formed. In addition to the metal powder as described above, ceramic powder can be used as the powder 2 as the inorganic powder, and the bonding layers 6a and 6b can be obtained by irradiating and sintering the light beam L as in the case of the metal powder. , 6c ... can be formed. Further, when an organic powder such as a resin powder is used as the powder 2, the bonding layer 6 a, 6 b, 6 c... Bonded with the powder 2 is formed by irradiating the light beam L to melt and solidify the powder 2. It is something that can be done.
[0021]
Here, in producing the powder combination A as described above, when the product model having the fluid path 9 is first produced by three-dimensional CAD, the fluid path 9 is subtracted from the entire product model as shown in FIG. The structure model 14 as shown in a) is produced. Next, based on the three-dimensional CAD data of the structure model 14, the structure model 14 is sliced horizontally at a predetermined interval in the same manner as in the case of FIG. 10B described above, and the slice planes of the sliced layers are sliced. Data can be obtained. Based on the slice cross-sectional data, the scanning path of the light beam L applied to each layer of the powder 2 is determined as shown in FIG.
[0022]
Here, since the structure model 14 is composed of three-dimensional CAD data from which the fluid path 9 is subtracted, the light beam L is irradiated on the cross section of the structure model 14 in the slice cross section data, and the portion of the fluid path 9 is the structure. Since it is not a cross-sectional part of the body model 14, the light beam L is not irradiated. Therefore, in producing the powder combined body A composed of the bonding layers 6a to 6n by irradiating each layer of the powder 2 with the light beam L based on the slice cross-sectional data, as shown in FIG. Of these, the portion irradiated with the light beam L is melt-bonded with the powder 2, but the portion not irradiated with the light beam L is not bonded with the powder 2 and remains in a disjoint state. And the part which this powder 2 has not couple | bonded is continuously formed in each coupling layer 6a-6n, and this part becomes the fluid path | route 9. As shown in FIG. The fluid path 9 has at least two openings 7 and 8 that open on the surface of the powder combined body A at both ends. The fluid path 9 can be formed with openings at two or more locations, but the openings 7 and 8 that serve as the inlet and the outlet when the fluid flows through the fluid path 9 are located at two locations on both ends of the fluid path 9. Generally, it is formed.
[0023]
In the powder combined body A produced as described above, the powder 2 in the fluid path 9 is not bonded as described above and remains apart. Therefore, in the present invention, the powder 2 is removed from the fluid path 9 to form a hollow inside the fluid path 9 so that the flow resistance when flowing the fluid through the fluid path 9 is reduced.
[0024]
1 (a) and 1 (b) show examples of reference examples . In the embodiment of FIG. 1 (a), openings 7 at both ends of a fluid path 9 that opens at the surface of the powder bonded body A, 8, an air gun 20 is arranged in one opening 7, and compressed air of 0.4 MPa or more is blown into the fluid path 9 from the air gun 20. In this way, by blowing compressed air from one opening 7 of the fluid path 9, the uncoupled powder 2 in the fluid path 9 is pushed out by the pressure of the compressed air, and from the other opening 8 of the fluid path 9. The powder 2 can be blown out, and the powder 2 in the fluid path 9 can be easily taken out from the opening 8 and removed. The pressure of the compressed air needs to be changed according to the shape and length of the fluid path 9, but whatever the shape and length of the fluid path 9, the air pressure causes the powder in the fluid path 9 to flow. Therefore, the fluid path 9 is not limited by the shape and length from which the powder 2 can be removed, and the fluid path can be designed freely with an optimum shape. Can be formed. Then, by removing the powder 2 in this manner and forming the inside of the fluid path 2 as a cavity, a fluid such as a refrigerant or a heat medium can flow through the fluid path 2 with a small flow resistance.
[0025]
In the embodiment of FIG. 1B, the suction nozzle 21 is disposed in one of the openings 7 and 8 at both ends of the fluid path 9 that opens on the surface of the powder combined body A, and the fluid path 9 The inside can be sucked. Thus, by sucking the fluid path 9 with the suction nozzle 21, the uncoupled powder 2 in the fluid path 9 can be sucked and sucked out from the opening 8, and the powder 2 in the fluid path 9 is opened. The part 8 can be easily taken out and removed. The suction force by the suction nozzle 21 needs to be changed in accordance with the shape and length of the fluid path 9, but whatever the shape and length of the fluid path 9, the fluid path 9 is sucked out by suction. The powder 2 inside can be taken out.
[0026]
FIG. 3 shows another example of the reference example, and the air gun 20 is attached to one of the two openings 7 and 8 at both ends of the fluid path 9 opening on the surface of the powder combined body A. In addition, the suction nozzle 21 is disposed in the other opening 8. Then, compressed air is blown into the fluid path 9 by the air gun 20 from the opening 7 and simultaneously sucked by the suction nozzle 21 from the opening 8 to push out the uncoupled powder 2 in the fluid path 9 with the pressure of the compressed air. However, it can be sucked and sucked by the suction nozzle 21, and the powder 2 in the fluid path 9 can be taken out from the opening 8 and removed efficiently in a short time by the synergistic action of the pushing force and the suction force. . Therefore, even when the shape of the fluid path 9 is complicated and the path length is long, the powder 2 in the fluid path 9 can be easily removed from the opening 8.
[0027]
FIG. 4 shows another example of the reference example . The powder combined body A in which the fluid path 9 is formed is placed on the vibration device 22 and the powder combined body A is vibrated while the above FIG. 2. As shown in FIG. 3, the uncoupled powder 2 in the fluid path 9 is removed by blowing compressed air with the air gun 20 or suction from the suction nozzle 21. By vibrating the powder combined body A in this way, the unbound powder 2 in the fluid path 9 becomes easy to flow, and the easy-to-flow powder 2 can be easily compressed with the pressure of compressed air by the air gun 20. The powder 2 in the fluid path 9 can be efficiently and easily removed from the opening 8.
[0028]
FIG. 5 shows an example of an embodiment of the invention of claim 1 , wherein the powder combined body A having the fluid path 9 is placed on the work table 23 and the operation of removing the powder 2 is performed. It is. That is, the work table 23 is formed with a pressurizing port 25 in which the fluid nozzle 24 is set and an open / close port 26 in which the lid 11 is provided so as to be freely opened and closed. The lid 11 is pivotally supported on the lower surface of the work table 23 so as to be pivotable in the vertical direction, and is pivoted upward by a spring so that the opening / closing port 26 is closed by the lid 11 by the force of the spring. is there. In the powder combined body A that forms the fluid path 9, one of the two openings 7 and 8 provided at both ends of the fluid path 9 has one opening 7 as the pressure port 25 and the other opening 8 as the other opening 8. It is placed on the work table 23 so as to airtightly match the opening / closing port 26.
[0029]
Then, as shown in FIG. 5A, with the lid 11 closed with the lid 11 and the opening 8 sealed, fluid is pressed into the fluid path 9 from the opening 7 by the fluid nozzle 24, and the fluid path 9 Pressurize the inside. Any fluid can be used as the fluid as long as it can flow, such as air, water, and oil. When the fluid path 9 is pressurized in this way and the pressure in the fluid path 9 reaches a predetermined high pressure, the lid 11 is pushed by this high pressure to open the opening / closing port 26 and the opening 8 of the fluid path 9 is opened. Then, as shown in FIG. 5B, the powder 2 that is not bonded from the fluid path 9 in the high-pressure state is pushed out from the opening 8 at once. By repeating the operation of pressurizing the fluid path 9 and opening the opening 8, the unbound powder 2 in the fluid path 9 can be completely extracted from the fluid path 9 and removed.
[0030]
FIG. 6 shows an example of an embodiment of the invention according to claim 2 , and the fluid from one opening 7 out of the openings 7, 8 at both ends of the fluid path 9 opening on the surface of the powder combined body A is shown. The suction hose 12 is inserted into the path 9. The suction hose 12 is formed of a flexible material so that it can be bent and can be sucked from the nozzle portion at the tip. Then, the suction hose 12 is inserted into the fluid path 9 while sucking the unbonded powder 2 from the nozzle portion at the tip of the suction hose 12, whereby the unbound powder 2 in the fluid path 9 can be taken out. Even if the fluid path 9 is bent, the suction hose 12 can be inserted toward the back of the fluid path 9 while being bent along the fluid path 9. In this way, the suction hose 12 is inserted into the fluid path 9 from the one opening 7 and the suction hose 12 is sent to the other opening 8 while sucking the unbound powder 2. The unbonded powder 2 can be completely extracted from the fluid path 9 and removed. Here, if the bent portion of the fluid path 9 is formed so as to have a rounded radius of curvature, the suction hose 12 can be smoothly inserted and fed, and a metal is attached to the tip of the suction hose 12. If a collar such as is attached, it becomes slippery and can be inserted more smoothly. In this way, if the unbound powder 2 is sucked by the suction hose 12 inserted into the fluid path 9, the unbound powder 2 in the fluid path 9 can be removed without scattering the powder 2. It is.
[0031]
FIG. 7 shows an example of an embodiment of the invention of claim 3. In this case, as shown in FIG. 6, when the unbonded powder 2 is sucked and removed by the suction hose 12 inserted into the fluid path 9. The suction hose 12 is provided with a brush 13 on the outer periphery of the tip. As the material of the brush 13, an arbitrary material such as nylon, brass, iron, or hair can be selected according to the type of the powder 2. In this case, when the suction hose 12 is inserted into the fluid path 9 while sucking the unbonded powder 2 from the nozzle portion at the tip, the inner periphery in the fluid path 9 is rubbed with the brush 13. The unbonded powder 2 adhering to the inner periphery of the fluid path 9 can be scraped off. The powder 2 thus scraped off is sucked and removed from the tip of the suction hose 12 and can smoothly finish the inner peripheral surface of the fluid path 9.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a bonding layer in which powder is bonded is formed by irradiating a predetermined portion of the powder layer with a light beam and melt-bonding, and the powder layer is coated on the bonding layer. At the same time, by irradiating a predetermined portion of this powder with a light beam and bonding it, a bonding layer integrated with the lower bonding layer is formed, and by repeating this, powder bonding in which a plurality of bonding layers are laminated and integrated When producing a three-dimensional stereolithography object with a body, by irradiating the powder layer with a light beam and forming a bonding layer, by leaving the powder unbound without partially irradiating the light beam, A fluid path is formed in the powder binder in a continuous portion of unbound powder, one of the plurality of openings of the fluid path opening on the surface of the powder binder is closed with a lid, and the inside of the fluid path is pressurized from the other, High pressure in the fluid path By opening the lid after. Thus remove unbound powder in the fluid path from one opening to open the lid after the fluid path to the high pressure, the unbound in the fluid path powder Is pushed out at once, and by repeating the pressurization and opening operation of the lid in the fluid path, the unbound powder in the fluid path can be completely removed.
[0036]
Further, in the invention of claim 2 , a suction hose that can be bent from an opening opening on the surface of the powder combined body is placed in the fluid path, and the unbound powder is suctioned from the tip of the suction hose along the fluid path. By removing the unbound powder in the fluid path by inserting the suction hose, by inserting the suction hose from one opening to the other while sucking the unbound powder, The powder in the fluid path can be completely removed without scattering the powder.
[0037]
The invention of claim 3 is that in claim 2 , the brush is attached to the tip of the suction hose, and the suction hose is inserted along the fluid path while rubbing the inner periphery of the fluid path with the brush. When sucking unbound powder in the fluid path with a suction hose, unbound powder adhering to the inner periphery of the fluid path can be scraped off with a brush, and the inner peripheral surface of the fluid path can be finished smoothly. It can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a reference example , and (a) and (b) are cross-sectional views of the example.
FIG. 2A is a cross-sectional view showing a structural body model, and FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of a part of a powder bonded body.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the reference example .
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the reference example .
[Figure 5] shows one example of implementation of the embodiment of the present invention, (a), (b) is a cross-sectional view, respectively.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of another embodiment of the present invention.
FIGS. 8A to 8E show steps of manufacturing the powder composite, and FIGS. 8A to 8E are cross-sectional views.
FIG. 9 is a perspective view of a powder combination manufactured by the same as above.
FIG. 10A is a product model designed for use in the above, and FIG. 10B is a perspective view showing each layer obtained by slicing the product model.
[Explanation of symbols]
2 Powder 6 Bonding layer 7 Opening 8 Opening 9 Fluid path 11 Lid 12 Suction hose 13 Brush

Claims

粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることによって粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることによって下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状の光造形物を作製するにあたって、粉末の層に光ビームを照射して結合層を形成する際に部分的に光ビームを照射しないで未結合のまま粉末を残すことによって、未結合の粉末が連続する部分で粉末結合体内に流体経路を形成し、粉末結合体の表面に開口する流体経路の複数の開口部の一方を蓋で塞ぐと共に他方から流体経路内を加圧し、流体経路内を高圧にした後に上記の蓋を開くことによって、一方の開口部から流体経路内の未結合の粉末を取り除くことを特徴とする光造型物の製造方法。A bonding layer in which the powder is bonded is formed by irradiating a light beam to a predetermined portion of the powder layer and melt-bonding, and the powder layer is coated on the bonding layer and the light beam is applied to the predetermined portion of the powder. By irradiating and bonding, a bonding layer that is integrated with the lower bonding layer is formed, and by repeating this, a three-dimensional shaped stereolithography object is produced with a powder combination in which a plurality of bonding layers are laminated and integrated When forming the bonding layer by irradiating the powder layer with the light beam, the powder is bonded at the part where the unbonded powder continues by leaving the powder unbound without partially irradiating the light beam. A fluid path is formed in the body, and one of a plurality of openings of the fluid path that opens on the surface of the powder bonded body is closed with a lid, the inside of the fluid path is pressurized from the other, and the inside of the fluid path is increased to a high pressure. By opening Method for manufacturing an optical molding material to the one opening, wherein the removing unbound powder in the fluid path.

粉末の層の所定箇所に光ビームを照射して溶融結合させることによって粉末が結合した結合層を形成し、この結合層の上に粉末の層を被覆すると共にこの粉末の所定箇所に光ビームを照射して結合させることによって下の結合層と一体になった結合層を形成し、これを繰り返すことによって複数の結合層が積層一体化された粉末結合体で三次元形状の光造形物を作製するにあたって、粉末の層に光ビームを照射して結合層を形成する際に部分的に光ビームを照射しないで未結合のまま粉末を残すことによって、未結合の粉末が連続する部分で粉末結合体内に流体経路を形成し、粉末結合体の表面に開口する開口部から屈曲自在な吸引ホースを流体経路内に入れ、吸引ホースの先端から未結合の粉末を吸引しながら流体経路内に沿って吸引ホースを挿入することによって、流体経路内の未結合の粉末を取り除くことを特徴とする光造型物の製造方法。A bonding layer in which the powder is bonded is formed by irradiating a light beam to a predetermined portion of the powder layer and melt-bonding, and the powder layer is coated on the bonding layer and the light beam is applied to the predetermined portion of the powder. By irradiating and bonding, a bonding layer that is integrated with the lower bonding layer is formed, and by repeating this, a three-dimensional shaped stereolithography object is produced with a powder combination in which a plurality of bonding layers are laminated and integrated When forming the bonding layer by irradiating the powder layer with the light beam, the powder is bonded at the part where the unbonded powder continues by leaving the powder unbound without partially irradiating the light beam. Form a fluid path in the body, put a suction hose that can be bent from the opening opening on the surface of the powder combination body into the fluid path, and draw the unbound powder from the tip of the suction hose along the fluid path Suction ho By inserting a method for manufacturing an optical molding material, characterized by removing the unbound powder in the fluid path.

吸引ホースの先端部にブラシを取り付け、流体経路内の内周をブラシで擦りながら流体経路内に沿って吸引ホースを挿入することを特徴とする請求項２に記載の光造型物の製造方法。 The method for producing a photomolded article according to claim 2 , wherein a brush is attached to the tip of the suction hose, and the suction hose is inserted along the fluid path while rubbing the inner periphery of the fluid path with the brush .