JP7287732B1 - 三次元成形方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】製造対象部品、サポート材、テストピースを対象とする三次元成形において、テストピースにつき、製造対象部品を支えるか、又は製造対象部品を支えるサポート材と接合することによって、効率的な成形及び効率的な粉末の利用を可能とする三次元成形方法及び当該方法に基づく三次元成形物を提供すること。【解決手段】スキージの走行による粉末の散布、レーザビーム又は電子ビームの照射による粉末の焼結によって成形する製造対象部品１の一部領域に対し、サポート材２、テストピース３の双方を、個別に接合するか、又はテストピース３を複数個のサポート材２に個別に接合するか、又は造形対象部品１の一部領域に対し、テストピース３を接合することによってサポート材２及びテストピース３を、同一工程によって成形することによって、前記課題を達成している三次元成形方法。【選択図】図１

Description

本発明は、製造対象部品、及び当該製造対象部品を下方から支えているサポート材、テストピース、同一工程にて成形することによる三次元成形方法を対象としている。
従来技術においては、製造対象部品は、ベースプレート上にて当該製造対象部品と同一素材であって、通常、焼結強度が製造対象部品の場合よりも弱い状態にあるサポート材によって支えられているが、製造対象部品と同一素材であって、しかも製造対象部品の場合と同一の焼結状態を採用し、かつ製造対象部品の単位体積当たりの塑性変形強度及び製造対象部品の密度を測定するために使用されるテストピース（試験片）によって支えられている訳ではない。
しかも、従来技術による製造対象部品、テストピース及びサポート材は、スキージの走行による粉末の散布及びレーザビーム又は電子ビームの照射による焼結による各工程を採用している三次元成形において同一工程にて前記成形に及んでいるにも拘らず、テストピースについては、製造対象部品及びサポート材から独立分離した状態にて成形されている。
因みに、３Ｄプリンタ造形物用現像液組成物を発明の対象としている特許文献１の図１に示す実施形態においては、製造対象部品とテストピースとを兼用しているレンチはサポート材上に載置されているが、前記レンチはサポート材を完全に離脱した状況にある。
術前計画骨モデルの作製方法を発明の対象としている特許文献２においては、三次元成形を前提とした上で、図８に示す骨モデルによる製造対象部品は、サポート材に接合した状態にて成形されているが、図９に示すテストピースは、製造対象部品及びサポート材から互いに分離した状態にて成形されている。
しかしながら、このような分離した状態の場合には、製造対象部品及びサポート材とテストピースとは、個別の形状の下に三次元成形が行われ、ひいては、効率的な成形、及び三次元成形に必要な粉末の効率的な使用を実現することができない。
このように、特許文献１及び同２を含む従来技術においては、テストピースについては、製造対象部品及びサポート材と独立分離した状態にて三次元成形が行われており、その結果、効率的な成形及び効率的な粉末の利用が不可能な状況にある。
特開２０１４－８３７４４号公報 特開２０１５－８２０４３号公報
本発明は、製造対象部品、サポート材、テストピースを対象とする三次元成形において、テストピースにつき、製造対象部品を支えるか、又は製造対象部品を支えるサポート材と一体成形することによって、効率的な成形及び効率的な粉末の利用を可能とする三次元成形方法を提供することを目的としている。
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、以下の基本構成（１）、（２）、（３）からなる。
（１）ベースプレートの上側におけるスキージの走行による粉末の散布及びレーザビーム又は電子ビームの照射による粉末の焼結による成形に立脚し、かつ製造対象部品及び製造対象部品を支えるサポート材とテストピースとを、同一工程内にて前記成形に至る三次元成形方法であって、製造対象部品の一部領域に対し、サポート材、テストピースの双方を個別に接合した状態にて成形していることを特徴とする三次元成形方法。
（２）ベースプレートの上側におけるスキージの走行による粉末の散布及びレーザビーム又は電子ビームの照射による粉末の焼結による成形に立脚し、かつ製造対象部品及び製造対象部品を支えるサポート材とテストピースとを、同一工程内にて前記成形に至る三次元成形方法であって、製造対象部品の一部領域に対し、複数個のサポート材を個別に接合し、かつテストピースを当該サポート材に接合した状態にて成形していることを特徴とする三次元成形方法。
（３）ベースプレートの上側におけるスキージの走行による粉末の散布及びレーザビーム又は電子ビームの照射による粉末の焼結による成形に立脚し、かつ製造対象部品及び製造対象部品を支えるテストピースを、同一工程内にて前記成形に至る三次元成形方法であって、製造対象部品の一部領域に対し、テストピースを１個又は複数個の単位にて接合した状態にて成形していることを特徴とする三次元成形方法。
基本構成（１）においては、テストピースは、サポート材と共に、製造対象部品の一部領域に接合しており、基本構成（２）においては、製造対象部品の一部領域に接合しているサポート材に接合することによって、一体成形されており、従来技術のように、製造対象部品及びサポート材と独立分離した状態にて成形されている訳ではない。
その結果、テストピースは、製造対象部品又はサポート材と相互に接合することによって、テストピースと製造対象部品及びサポート材との平均距離を短縮し、スピーディーかつ効率的な成形を実現することができる。
しかも、前記のような平均距離の短縮によって、三次元成形の材料である粉末材料を節約し、かつ当該粉末材料を効率的に使用することができる。
基本構成（３）においては、サポート材自体を採用せずに、テストピースがサポート材と同様の支持機能を発揮していることを前提とした上で、基本構成（１）と同様に、製造対象部品の一部領域に対し、テストピースが接合した状態にて成形が行われている。
このような構成によって、基本構成（３）は、基本構成（１）、（２）と同様の効率的な成形及び粉末材料の効率的な使用を実現するだけでなく、サポート材とテストピースとを個別に設計する必要がない点において、基本構成（１）、（２）に比し、設計が極めてシンプルである。
しかも、基本構成（３）の場合には、前記のようにテストピースのみによって製造対象部品の支持を実現していることによって、前記効率的な成形及び粉末材料の前記効率的な使用を一層助長することができる。
因みに、テストピースの焼結強度は、製造対象部品と同一であって、通常サポート材よりも大きいことを必要としており、基本構成（１）、（２）のサポート材＋テストピースによる支持の場合よりも少ない材料にて、製造対象部品を支持することができる。
基本構成（１）、（２）、（３）においては、製造対象部品の一部領域に対するサポート材、テストピースとの接合による支持構成を採用しているが、その根拠は、全部領域に対する接合による支持の場合には、効率的な成形及び効率的な粉末材料の使用が不可能と化すことにある。
基本構成（１）の構成を示す側面図である。 基本構成（２）の構成を示す側面図である。 基本構成（３）の構成を示す側面図である。 基本構成（１）において、製造対象部品の一部領域を、長手方向を上下方向とする板状又は柱状のサポート材及びテストピースによって支持している実施形態を示す直交する二方向の側面図及び製造対象部品を透視した状態の上面図である。尚、製造対象部品を示す点線は、前記透視状態を表わしており、この点は、図４（ｂ）、図５、図６（ａ）、（ｂ）（ｃ）、（ｄ）の場合も同様である。 基本構成（１）において、製造対象部品の一部領域を、長手方向を上下方向とする板状又は柱状のサポート材によって支持している実施形態を示す直交する二方向の側面図及び製造対象部品を透視した状態の上面図である。 基本構成（２）において、製造対象部品の一部領域を、長手方向を上下方向とする板状又は柱状のサポート材によって支持しており、かつテストピースをサポート材と交差状態にて接合することによって架設している実施形態を示す直交する二方向の側面図及び製造対象部品を透視した状態の上面図である。 基本構成（３）において、製造対象部品の一部領域を、長手方向を上下方向とする板状又は柱状のテストピースを水平方向に配列した状態にて支えている実施形態を示す直交する二方向の側面図及び製造対象部品を透視した状態の上面図である。 基本構成（３）において、製造対象部品の一部領域を、長手方向を水平方向とする板状又は柱状による複数個のテストピースが下方から支えている実施形態を示す直交する二方向の側面図及び製造対象部品を透視した状態の上面図である。 基本構成（３）において、製造対象部品の一部領域を、長手方向を水平方向及び当該水平方向と交差する斜方向とする複数個の湾曲した板状又は柱状によるテストピースが下方から支えている実施形態を示す直交する二方向の側面図及び製造対象部品を透視した状態の上面図である。 基本構成（３）において、製造対象部品を１個のテストピースによって下方から支えている実施形態による直交する二方向の側面図及び製造対象部品を透視した状態の上面図である。 実施例の構成を示す断面図である。
基本構成（１）は、図１に示すように、ベースプレート４の上側におけるスキージの走行による粉末の散布及びレーザビーム又は電子ビームの照射による粉末の焼結による成形に立脚し、かつ製造対象部品１及び製造対象部品１を支えるサポート材２とテストピース３とを、同一工程内にて前記成形に至る三次元成形方法であって、製造対象部品１の一部領域に対し、サポート材２、テストピース３の双方を個別に接合した状態にて成形していることを特徴とする三次元成形方法である。
基本構成（２）は、図２に示すように、ベースプレート４の上側におけるスキージの走行による粉末の散布及びレーザビーム又は電子ビームの照射による粉末の焼結による成形に立脚し、かつ製造対象部品１及び製造対象部品１を支えるサポート材２とテストピース３とを、同一工程内にて前記成形に至る三次元成形方法であって、製造対象部品１の一部領域に対し、複数個のサポート材２を個別に接合し、かつテストピース３を当該サポート材２に接合した状態にて成形していることを特徴とする三次元成形方法である。
基本構成（１）及び同（２）の技術上のメリットについては、発明の効果の項において、既に説明した通りである。
基本構成（１）及び同（２）においては、サポート材２、テストピース３の形状については、特に限定される訳ではない。
但し、図４（ａ）に示すような板状、図４（ｂ）及び図５に示すような柱状、図１に示すような立方体、球、楕円球が典型例として好適に採用されている。
基本構成（１）においては、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、製造対象部品１の一部領域を、長手方向を上下方向とする板状又は柱状による１個又は複数個のサポート材２、並びに長手方向を上下方向とする板状又は柱状による１個又は複数個のテストピース３がそれぞれ水平方向に配列された状態にて下方から支えており、かつサポート材２、及びテストピース３を水平方向に配列している単位の数が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを特徴とする実施形態を採用することができる。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す実施形態の場合には、上下方向のサポート材２、及び上下方向のテストピース３によって、様々な組み合わせによる製造対象部品１における支持構造を実現することができる。
尚、前記実施形態における上下方向とは、直線状の鉛直方向に限定される訳ではなく、図４（ａ）のサポート材２に示すように、一部が斜方向又は湾曲形状である場合、全てが斜方向又は湾曲形状をも採用することができる。
基本構成（２）においては、図５に示すように、製造対象部品１の一部領域を、長手方向を上下方向とする板状又は柱状による複数個のサポート材２が水平方向に配列された状態にて上下方向から支えており、かつ上下方向の長手方向を形成する単位の数が１個又は複数個であると共に、複数個のサポート材２の全部又は一部に対し、１個又は複数個のテストピース３を交差状態にて接合することによって架設していることを特徴とする実施形態を採用することができる。
前記実施形態は、製造対象部品１の一部領域に対し、サポート材２を個別に接合し、かつテストピース３を当該サポート材２に接合した状態にて成形している場合に該当するが、前記実施形態においては、サポート材２に対し交差状態に架設されているテストピース３をサポート材２から切断を介して除去することによって、容易にテストピース３の使用を実現することができる。
前記図４（ａ）、（ｂ）、図５に示す各実施形態においては、水平方向に配列されている板状又は柱状による単位の数が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを特徴としているが、図４（ａ）は、１個の場合を示し、図４（ｂ）は、平行である２個の場合を示し、図５は、隣り合う水平方向の配列方向が相互に平行である３個の場合を示す。
１個の場合には、構成がシンプルであって、効率的な成形及び効率的な粉末材料の使用を実現することができる。
複数個の場合には、製造対象部品１を安定した状態にて載置することができる。
基本構成（３）は、図３に示すように、ベースプレート４の上側におけるスキージの走行による粉末の散布及びレーザビーム又は電子ビームの照射による粉末の焼結による成形に立脚し、かつ製造対象部品１及び製造対象部品１を支えるテストピース３を、同一工程内にて前記成形に至る三次元成形方法であって、製造対象部品１の一部領域に対し、テストピース３を１個又は複数個の単位にて接合した状態にて成形していることを特徴とする三次元成形方法である。
基本構成（３）の技術上のメリットについては、基本構成（１）、（２）の効果との対比に即して、発明の効果の項において既に説明した通りである。
基本構成（３）においては、テストピース３の形状については、特に限定される訳ではない。
但し、図６（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示すような板状、図６（ｃ）に示すような柱状、図３に示すような立方体、球、楕円球が典型例として好適に採用されている。
基本構成（３）においては、図６（ａ）に示すように、製造対象部品１の一部領域を、長手方向を上下方向とする板状又は柱状による複数個のテストピース３が水平方向に配列された状態にて個別に下方から支えており、かつテストピース３を水平方向に配列している単位の数が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを特徴とする実施形態を採用することができる。
前記実施形態は、テストピース３が長手方向又は上下方向である点において、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す実施形態と共通している。
しかしながら、製造対象部品１を支える素材が専らテストピース３であって、サポート材２を除外していることから、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す実施形態に比し、シンプルな設計を実現することができる。
しかも、製造対象部品１と同一の焼結の程度が行われているテストピース３の場合には、サポート材２よりも焼結の程度が大きいことから、前記実施形態におけるテストピース３の数については、図４（ａ）の実施形態におけるサポート材２＋テストピース３の数よりも小さい状態とすることができ、その結果、上記実施形態に比し、効率的な成形及び粉末材料の効率的な使用を助長することができる。
基本構成（３）においては、図６（ｂ）に示すように、製造対象部品１の一部領域を、長手方向を水平方向とする板状又は柱状による両側表面に凹凸形状による空隙を形成している複数個のテストピース３が下方から支えており、かつテストピース３が長手方向を形成する単位の数が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを特徴とする実施形態を採用することができる。
前記実施形態の場合には、テストピース３の長手方向の形状を製造対象部品１の水平方向とする長手方向に沿った状態とすることができ、図６（ａ）に示す実施形態とは別の技術的趣旨にてシンプルな設計を実現することができる。
しかも、水平方向に沿ったテストピース３の相互間に凹凸形状による空隙が形成されていることから、三次元成形における粉末材料の節約に資することができる。
基本構成（３）においては、図６（ｃ）に示すように、製造対象部品１の一部領域を、長手方向を水平方向及び当該水平方向と交差する斜方向とすることによって湾曲している板状又は柱状による複数個のテストピース３が下方から支えており、かつテストピース３が長手方向を形成する単位の数が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを特徴とする実施形態を採用することができる。
前記実施形態においても、テストピース３の水平方向に沿った形状につき、製造対象部品１に沿った状態とすることができ、図６（ｂ）の実施形態と同様にシンプルな構成を実現することができる。
しかも、湾曲状のテストピース３の場合には、必然的に上下方向に空隙が形成されており、図６（ｂ）に示す実施形態の場合と同様に、前記粉末材料の節約に資することができる。
基本構成（３）においては、図６（ｄ）に示すように、製造対象部品１の一部領域を、長手方向を水平方向とする板状又は柱状による１個のテストピース３が下方から支えており、かつテストピース３が長手方向を形成する単位の数が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを特徴とする実施形態を採用することができる。
前記実施形態の場合には、テストピース３の上下方向が１個であることから、図６（ｂ）、（ｃ）の実施形態にまして、更にシンプルな設計を実現することができる。
尚、前記実施形態のうち、図６（ｂ）に示す実施形態の場合と同様に表面に空隙を形成し、その結果、製造対象部品１及びベースプレート４との間にて空隙を形成する構成を採用することは、当然可能である。
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す実施形態の場合には、水平方向に配列している板状又は柱状による単位の数（図６（ａ）の場合）、又は長手方向を形成する柱状又は円柱状による単位の数（図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の場合）が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを要件としているが、１個の場合には、シンプルな構成を実現することができ、複数個の場合には、当然製造対象部品１に対する安定した支持を実現することができる。
尚、図６（ｄ）は、１個の場合を示し、図６（ａ）、（ｂ）は、平行状態による２個の場合を示し、図６（ｃ）は、非平行の状態による２個の場合を示す。
基本構成（１）、（２）、（３）の三次元成形方法においては、粉末の焼結の次に、更なる工程を採用することができる。
具体的には、焼結工程の次に、回転工具による焼結表面に対する除去加工による成形工程を採用していることを特徴とする実施形態は、少なからず採用されている。
尚、前記除去加工については、製造対象部品１、サポート材２、テストピース３の全てを対象とする場合と、サポート材２を除外し、製造対象部品１、テストピース３を対象とする場合との双方が採用されている。
このような実施形態においては、正確な形状による成形を実現することができる。
以下、実施例について説明する。
実施例は、基本構成(１）、（２）、（３）において、図７に示すように、テストピース３において、テストピース３の領域表面に凹凸形状を形成していることを特徴としている。
このような表面における凹凸形状の設定によって、実施例においては、テストピース３の原材料である粉末材料を節約し、かつ効率的に使用することができる。
但し、テストピース３は、単位体積当たりの塑性変形強度に関する試験片として使用する場合には、凹凸形状は塑性変形の測定に支障が生じない程度の深さであることを必要とする。
これに対し、テストピース３が密度に関する試験片に使用される場合には、凹凸形状の深さは然して限定される訳ではない。
図７の凹凸形状は、テストピース３の周囲を囲むライン形状及びそれぞれ独立している点在形状の双方の何れも採用することができる。
基本構成（１）、（２）、（３）に立脚している本発明においては、製造対象部品、サポート材、テストピースを効率的に成形することができ、かつ三次元成形に必要な粉末材料を効率的に使用し得る点において画期的であり、三次元成形において多大な利用可能性を期待することができる。
１ 製造対象部品
２ サポート材
３ テストピース
４ ベースプレート

Claims (13)

  1. ベースプレートの上側におけるスキージの走行による粉末の散布及びレーザビーム又は電子ビームの照射による粉末の焼結による成形に立脚し、かつ製造対象部品及び製造対象部品を支えるサポート材とテストピースとを、同一工程内にて前記成形に至る三次元成形方法であって、製造対象部品の一部領域に対し、サポート材、テストピースの双方を個別に接合した状態にて成形していることを特徴とする三次元成形方法。
  2. ベースプレートの上側におけるスキージの走行による粉末の散布及びレーザビーム又は電子ビームの照射による粉末の焼結による成形に立脚し、かつ製造対象部品及び製造対象部品を支えるサポート材とテストピースとを、同一工程内にて前記成形に至る三次元成形方法であって、製造対象部品の一部領域に対し、複数個のサポート材を個別に接合し、かつテストピースを当該サポート材に接合した状態にて成形していることを特徴とする三次元成形方法。
  3. 製造対象部品の一部領域を、長手方向を上下方向とする板状又は柱状による複数個のサポート材が水平方向に配列された状態にて上下方向から支えており、かつ上下方向の長手方向を形成する単位の数が１個又は複数個であると共に、複数個のサポート材の全部又は一部に対し、１個又は複数個のテストピースを交差状態にて接合することによって架設していることを特徴とする請求項２記載の三次元成形方法。
  4. サポート材、テストピースがそれぞれ板状、柱状、立方体、球、楕円球の何れかであることを特徴とする請求項１、２の何れか一項に記載の三次元成形方法。
  5. 製造対象部品の一部領域を、長手方向を上下方向とする板状又は柱状による１個又は複数個のサポート材、並びに長手方向を上下方向とする板状又は柱状による１個又は複数個のテストピースがそれぞれ水平方向に配列された状態にて下方から支えており、かつサポート材、及びテストピースを水平方向に配列している単位の数が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを特徴とする請求項４記載の三次元成形方法。
  6. ベースプレートの上側におけるスキージの走行による粉末の散布及びレーザビーム又は電子ビームの照射による粉末の焼結による成形に立脚し、かつ製造対象部品及び製造対象部品を支えるテストピースを、同一工程内にて前記成形に至る三次元成形方法であって、製造対象部品の一部領域に対し、テストピースを１個又は複数個の単位にて接合した状態にて成形していることを特徴とする三次元成形方法。
  7. テストピースが板状、柱状、立方体、球、楕円球の何れかであることを特徴とする請求項６記載の三次元成形方法。
  8. 製造対象部品の一部領域を、長手方向を上下方向とする板状又は柱状による複数個のテストピースが水平方向に配列された状態にて個別に下方から支えており、かつテストピースを水平方向に配列している単位の数が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを特徴とする請求項７記載の三次元成形方法。
  9. 製造対象部品の一部領域を、長手方向を水平方向とする板状又は柱状による両側表面に凹凸形状による空隙を形成している複数個のテストピースが下方から支えており、かつテストピースが長手方向を形成する単位の数が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを特徴とする請求項７記載の三次元成形方法。
  10. 製造対象部品の一部領域を、長手方向を水平方向及び当該水平方向と交差する斜方向とすることによって湾曲している板状又は柱状による複数個のテストピースが下方から支えており、かつテストピースが長手方向を形成する単位の数が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを特徴とする請求項７記載の三次元成形方法。
  11. 製造対象部品の一部領域を、長手方向を水平方向とする板状又は柱状による１個のテストピースが下方から支えており、かつテストピースが長手方向を形成する単位の数が１個、又は平行若しくは非平行の状態による複数個であることを特徴とする請求項７記載の三次元成形方法。
  12. 焼結工程の次に、回転工具による焼結表面に対する除去加工による成形工程を採用していることを特徴とする請求項１、２、６の何れか一項に記載の三次元成形方法。
  13. テストピースの領域表面に、凹凸形状を形成していることを特徴とする請求項１，２，６の何れか一項に記載の三次元成形方法。
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