(57)【要約】【課題】高硬度で高靱性の三次元造形物を製造する。【解決手段】層１０を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、アモルファス金属粉末を含む構成材料Ｍを用いて層を形成する層形成工程と、層１０にレーザーＬを照射してアモルファス金属粉末を溶融固化する溶融固化工程と、を有し、溶融固化工程は、レーザーＬを照射することによりアモルファス金属粉末を溶融固化させた溶融固化部Ｐを形成し、少なくとも溶融固化部Ｐの幅の１／２が重なるようにレーザーＬの照射を繰り返すことで、層１０をアモルファス領域Ａと結晶領域Ｃとが網目状に形成された金属層１０ｍとする三次元造形物の製造方法。【選択図】図５
2020100871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、
アモルファス金属粉末を含む構成材料を用いて前記層を形成する層形成工程と、
前記層にレーザーを照射して前記アモルファス金属粉末を溶融固化する溶融固化工程と、
を有し、
前記溶融固化工程は、前記レーザーを照射することにより前記アモルファス金属粉末を溶融固化させた溶融固化部を形成し、少なくとも前記溶融固化部の幅の１／２が重なるように前記レーザーの照射を繰り返すことで、前記層をアモルファス領域と結晶領域とが網目状に形成された金属層とすることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された三次元造形物の製造方法において、
前記溶融固化工程は、前記レーザーの前記層への照射位置を連続的に移動させることで前記層における前記アモルファス金属粉末を連続的に溶融することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載された三次元造形物の製造方法において、
Ｎ層目の前記レーザーの照射位置の移動経路とＮ＋１層目の前記レーザーの照射位置の移動経路とは、積層方向から見て異なることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載された三次元造形物の製造方法において、
Ｎ層目の前記レーザーの照射位置の移動方向とＮ＋１層目の前記レーザーの照射位置の移動方向とは、積層方向から見て交差することを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載された三次元造形物の製造方法において、
Ｎ層目の前記レーザーの照射位置の移動方向とＮ＋１層目の前記レーザーの照射位置の移動方向とは、積層方向から見て同じ方向であるとともに前記溶融固化部の幅の１／２ずれていることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項６】
請求項３に記載された三次元造形物の製造方法において、
Ｎ層目の前記レーザーの照射位置の移動経路の形状とＮ＋１層目の前記レーザーの照射位置の移動経路の形状とは、積層方向から見て異なることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載された三次元造形物の製造方法において、
Ｎ層目の前記レーザーの照射位置の移動経路の形状及びＮ＋１層目の前記レーザーの照射位置の移動経路の形状は、積層方向から見て一方が直線状であり他方が曲線状であることを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、様々な三次元造形物の製造方法が使用されている。このうち、層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法がある。例えば、特許文献１には、層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、全体若しくは選択された部分がアモルファス金属からなる三次元造形物の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５０５０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、高硬度で高靱性の三次元造形物を製造することが望まれている。しかしながら、特許文献１に記載されるような、単に、全体若しくは選択された部分がアモルファス金属からなる三次元造形物では、十分に高い硬度と十分に高い靱性を得られない場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明の三次元造形物の製造装置は、層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、アモルファス金属粉末を含む構成材料を用いて前記層を形成する層形成工程と、前記層にレーザーを照射して前記アモルファス金属粉末を溶融固化する溶融固化工程と、を有し、前記溶融固化工程は、前記レーザーを照射することにより前記アモルファス金属粉末を溶融固化させた溶融固化部を形成し、少なくとも前記溶融固化部の幅の１／２が重なるように前記レーザーの照射を繰り返すことで、前記層をアモルファス領域と結晶領域とが網目状に形成された金属層とすることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法を実行可能な三次元造形物製造装置の一例を表す概略構成図。
【図２】本発明の一実施例に係る三次元造形物の製造方法を実行可能な別の三次元造形物製造装置の一例を表す概略構成図。
【図３】本発明の一実施例に係る三次元属造形物の製造方法のフローチャート。
【図４】本発明の一実施例に係る三次元属造形物の製造方法においてレーザーの照射に伴ってアモルファス領域と結晶領域とが形成される溶融固化部を説明するための層の断面図。
【図５】本発明の一実施例に係る三次元属造形物の製造方法においてレーザーの照射を複数ライン分繰り返すことによりアモルファス領域と結晶領域とが網目状に形成される様子を説明するための層の断面図。
【図６】本発明の一実施例に係る三次元属造形物の製造方法を実行することにより構成される三次元属造形物の写真。
【図７】図６の三次元属造形物の写真の概略図。
【図８】本発明の一実施例に係る三次元属造形物の製造方法を実行することにより層を積層して構成される三次元属造形物の概念図。
【図９】本発明の一実施例に係る三次元属造形物の製造方法におけるＮ層目のレーザーの照射位置の移動方向とＮ＋１層目のレーザーの照射位置の移動方向の一例を表す概念図。
【図１０】本発明の一実施例に係る三次元属造形物の製造方法におけるＮ層目のレーザーの照射位置の移動方向とＮ＋１層目のレーザーの照射位置の移動方向とＮ＋２層目のレーザーの照射位置の移動方向の一例を表す概念図。
【図１１】本発明の一実施例に係る三次元属造形物の製造方法におけるＮ層目のレーザーの照射位置の移動方向の別の一例を表す概念図。
【図１２】本発明の一実施例に係る三次元属造形物の製造方法におけるＮ層目のレーザーの照射位置の移動方向のさらに別の一例を表す概念図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
最初に、本発明について概略的に説明する。  
上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造方法は、層を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法であって、アモルファス金属粉末を含む構成材料を用いて前記層を形成する層形成工程と、前記層にレーザーを照射して前記アモルファス金属粉末を溶融固化する溶融固化工程と、を有し、前記溶融固化工程は、前記レーザーを照射することにより前記アモルファス金属粉末を溶融固化させた溶融固化部を形成し、少なくとも前記溶融固化部の幅の１／２が重なるように前記レーザーの照射を繰り返すことで、前記層をアモルファス領域と結晶領域とが網目状に形成された金属層とすることを特徴とする。
【０００８】
本態様によれば、アモルファス金属粉末を溶融固化させた溶融固化部を少なくとも溶融固化部の幅の１／２が重なるようにレーザーの照射を繰り返して形成することで、アモルファス領域と結晶領域とが網目状に形成された金属層を形成する。このため、アモルファス領域と結晶領域とが確りと網目状になっている金属層が形成されるので、製造される三次元造形物を高硬度で高靱性とすることができる。
【０００９】
本発明の第２の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第１の態様において、前記溶融固化工程は、前記レーザーの前記層への照射位置を連続的に移動させることで前記層における前記アモルファス金属粉末を連続的に溶融することを特徴とする。
【００１０】
本態様によれば、レーザーの層への照射位置を連続的に移動させることで層におけるアモルファス金属粉末を連続的に溶融するので、簡単な構成のレーザーの照射装置を用いて高速でアモルファス金属粉末を溶融することができる。
【００１１】
本発明の第３の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第２の態様において、Ｎ層目の前記レーザーの照射位置の移動経路とＮ＋１層目の前記レーザーの照射位置の移動経路とは、積層方向から見て異なることを特徴とする。
【００１２】
本態様によれば、Ｎ層目のレーザーの照射位置の移動経路とＮ＋１層目のレーザーの照射位置の移動経路とが、積層方向から見て異なるので、積層方向においても高硬度で高靱性の金属層とすることができる。
【００１３】
本発明の第４の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第３の態様において、Ｎ層目の前記レーザーの照射位置の移動方向とＮ＋１層目の前記レーザーの照射位置の移動方向とは、積層方向から見て交差することを特徴とする。
【００１４】
本態様によれば、Ｎ層目のレーザーの照射位置の移動方向とＮ＋１層目のレーザーの照射位置の移動方向とを、積層方向から見て交差させることで、積層方向においても高硬度で高靱性の金属層とすることができる。
【００１５】
本発明の第５の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第３の態様において、Ｎ層目の前記レーザーの照射位置の移動方向とＮ＋１層目の前記レーザーの照射位置の移動方向とは、積層方向から見て同じ方向であるとともに前記溶融固化部の幅の１／２ずれていることを特徴とする。
【００１６】
本態様によれば、Ｎ層目のレーザーの照射位置の移動方向とＮ＋１層目のレーザーの照射位置の移動方向とを、積層方向から見て同じ方向であるとともに溶融固化部の幅の１／２ずれているようにすることで、積層方向においても高硬度で高靱性の金属層とすることができる。
【００１７】
本発明の第６の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第３の態様において、Ｎ層目の前記レーザーの照射位置の移動経路の形状とＮ＋１層目の前記レーザーの照射位置の移動経路の形状とは、積層方向から見て異なることを特徴とする。
【００１８】
本態様によれば、Ｎ層目のレーザーの照射位置の移動経路の形状とＮ＋１層目のレーザーの照射位置の移動経路の形状とを、積層方向から見て異なるようにすることで、積層方向においても高硬度で高靱性の金属層とすることができる。
【００１９】
本発明の第７の態様の三次元造形物の製造方法は、前記第６の態様において、Ｎ層目の前記レーザーの照射位置の移動経路の形状及びＮ＋１層目の前記レーザーの照射位置の移動経路の形状は、積層方向から見て一方が直線状であり他方が曲線状であることを特徴とする。
【００２０】
本態様によれば、Ｎ層目のレーザーの照射位置の移動経路の形状及びＮ＋１層目のレーザーの照射位置の移動経路の形状は、積層方向から見て一方が直線状であり他方が曲線状である。このため、簡単に、Ｎ層目のレーザーの照射位置の移動経路の形状とＮ＋１層目のレーザーの照射位置の移動経路の形状とを、積層方向から見て異なるようにすることができる。
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。  
最初に、本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な三次元造形物製造装置３００の概要について図１を参照して説明する。
【００２２】
ここで、図中のＸ方向は水平方向であり、Ｙ方向は水平方向であるとともにＸ方向と直交する方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。なお、本明細書における「三次元造形」とは、いわゆる立体造形物を形成することを示すものであって、例えば、平板状、例えば１層分の層で構成される形状のように、いわゆる二次元形状の形状であっても厚さを有する形状を形成することも含まれる。
【００２３】
図１で表されるように、三次元造形物製造装置３００は、三次元造形物を構成する構成材料Ｍとしてのペレット３１９を収容するホッパー３０２を備えている。ここで、構成材料Ｍとしてのペレット３１９には、アモルファス金属粉末が含まれている。アモルファス金属粉末としては、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｓｉ−Ｂ系、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−（Ｎｂ、Ｚｒ）系などが挙げられる。ホッパー３０２に収容されたペレット３１９は、供給経路３０３を介して、略円柱状のフラットスクリュー３０４の円周面３０４ａに供給される。
【００２４】
フラットスクリュー３０４の底面には、円周面３０４ａから中央部分３０４ｃまで至る螺旋状の切欠き３０４ｂが形成されている。このため、フラットスクリュー３０４をモーター３０６でＺ方向に沿う方向を回転軸として回転させることにより、ペレット３１９が円周面３０４ａから中央部分３０４ｃまで送られる。
【００２５】
フラットスクリュー３０４の底面と対向する位置には、バレル３０５が所定の間隔を有して設けられている。そして、バレル３０５の上面近傍には、ヒーター３０７及びヒーター３０８が設けられている。フラットスクリュー３０４とバレル３０５とがこのような構成をしていることにより、フラットスクリュー３０４を回転させることで、フラットスクリュー３０４の底面とバレル３０５の上面との間に形成される切欠き３０４ｂによる空間部分３２０にペレット３１９は供給され、円周面３０４ａから中央部分３０４ｃに移動する。なお、ペレット３１９が切欠き３０４ｂによる空間部分３２０を移動する際、ペレット３１９は、ヒーター３０７及びヒーター３０８の熱により溶融して可塑化され、また、狭い空間部分３２０を移動することに伴う圧力で加圧される。こうして、ペレット３１９が可塑化されることで、流動性の構成材料Ｍがノズル３１０ａから射出される。
【００２６】
平面視でバレル３０５の中央部分には、溶融したペレット３１９である構成材料Ｍの移動経路３０５ａが形成されている。移動経路３０５ａは、構成材料Ｍを射出する射出部３１０のノズル３１０ａと繋がっている。
【００２７】
射出部３１０は、流体状態の構成材料Ｍをノズル３１０ａから連続的に射出することが可能な構成になっている。なお、射出部３１０には、構成材料Ｍの可塑化状態を維持するためのヒーター３０９が設けられている。射出部３１０から射出される構成材料Ｍは、線形の形状で射出される。そして、射出部３１０から線状に構成材料Ｍを射出することで構成材料Ｍの層１０を形成する。
【００２８】
図１の三次元造形物製造装置３００では、ホッパー３０２、供給経路３０３、フラットスクリュー３０４、バレル３０５、モーター３０６及び射出部３１０などで射出ユニット３２１を形成している。なお、本実施例の三次元造形物製造装置３００は、構成材料Ｍを射出する射出ユニット３２１を１つ備える構成であるが、構成材料Ｍを射出する射出ユニット３２１を複数備える構成としてもよい。
【００２９】
また、三次元造形物製造装置３００は、射出ユニット３２１から射出されることで形成される層１０を載置するためのステージユニット３２２を備えている。ステージユニット３２２は、実際に層１０が載置されるプレート３１１を備えている。また、ステージユニット３２２は、プレート３１１が載置され、第１駆動部３１５を駆動することによりＹ方向に沿って位置を変更可能な第１ステージ３１２を備えている。また、ステージユニット３２２は、第１ステージ３１２が載置され、第２駆動部３１６を駆動することによりＸ方向に沿って位置を変更可能な第２ステージ３１３を備えている。そして、ステージユニット３２２は、第３駆動部３１７を駆動することによりＺ方向に沿って第２ステージ３１３の位置を変更可能な基体部３１４を備えている。
【００３０】
また、三次元造形物製造装置３００は、ガルバノレーザー３２３を備えており、プレート３１１に載置された層１０にレーザーＬ（図４参照）を照射可能な構成になっている。ガルバノレーザー３２３は、レーザー照射部と、レーザー照射部からのレーザーを位置決めする複数のミラーと、レーザーＬを収束させるレンズと、を有し、レーザーＬを高速、広範囲に走査することが可能な構成となっている。
【００３１】
また、三次元造形物製造装置３００は、射出ユニット３２１の各種駆動、ステージユニット３２２の各種駆動及びガルバノレーザー３２３の駆動などを制御する、制御ユニット３１８と電気的に接続されている。
【００３２】
次に、本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な、図１の三次元造形物製造装置３００とは異なる構成の、三次元造形物製造装置４００の概要について図２を参照して説明する。図２は、三次元造形物製造装置４００の動作が分かるように、４つの状態図で表されている。なお、図中のＺ方向は鉛直方向である。
【００３３】
図２で表される三次元造形物製造装置４００は、ステージ４０３の側傍に、流動性の構成材料Ｍを収容するシリンダー室４６１を備えており、シリンダー室４６１には、Ｚ方向に昇降移動可能なピストン４６５を有している。ここで、構成材料Ｍには、アモルファス金属粉末が含まれている。また、図２の一番上の状態図で表されるように、図２中のシリンダー室４６１の左側上方には、ステージ４０３上の層形成領域４１３或いは形成した層１０の上に構成材料Ｍを供給し、所定厚さの塗膜を形成するための塗工ローラー４６９が配置されている。そして、塗工ローラー４６９は、図２の一番上の状態図及び図２の上から２番目の状態図で表される位置から、図２の上から３番目の状態図及び図２の一番下の状態図で表されるようにステージ４０３上の層形成領域４１３を通って、図２中の右側の回収シュート４７５の上方の回収口４７７に臨む位置までの範囲を移動できるように構成されている。
【００３４】
また、図２において図２の一番上の状態図以外では省略されているが、三次元造形物製造装置４００は、図１の三次元造形物製造装置３００のガルバノレーザー３２３と同様の構成のガルバノレーザー４２３が設けられている。
【００３５】
ここで、三次元造形物製造装置４００における三次元造形物の製造の流れを説明する。  
三次元造形物製造装置４００を使用して三次元造形物を製造する場合には、構成材料Ｍの準備、構成材料Ｍの塗工、構成材料Ｍの溶融の順で作業が進められる。以下、これらの作業の内容を説明する。
【００３６】
最初に、流動性組成物の準備においては、シリンダー室４６１に構成材料Ｍを必要な量充填する。次に、図２の一番上の状態図及び図２の上から２番目の状態図で表されるように、ピストン４６５を１層分の層１０の形成に必要な所定量、上方に移動させる。また、１層分の層１０を形成する場合の所定の高さにステージ４０３を設定しておき、図２の一番上の状態図及び図２の上から２番目の状態図で表される位置に塗工ローラー４６９を位置させておく。
【００３７】
次に、構成材料Ｍの塗工においては、図２の一番上の状態図及び図２の上から２番目の状態図で表される位置から、図２の上から３番目の状態図で表されるように、塗工ローラー４６９をステージ４０３側に移動させる。このとき、塗工ローラー４６９は、シリンダー室４６１の上面から突出している部位の構成材料Ｍをかき取るようにしてステージ４０３上に至らせ、図２の上から３番目の状態図及び図２の一番下の状態図で表されるように、ステージ４０３上に構成材料Ｍを充填する。なお、塗工ローラー４６９は、ステージ４０３上の層形成領域４１３の図２中の右側の回収シュート４７５の上方の回収口４７７に臨む位置まで移動して余剰の構成材料Ｍを回収シュート４７５に排出する。
【００３８】
次に、構成材料Ｍの溶融においては、塗工ローラー４６９を層形成領域４１３上の位置から図２の一番上の状態図及び図２の上から２番目の状態図で表される位置まで退避させ、ガルバノレーザー４２３を使用して、層１０における三次元造形物に対応する領域の構成材料Ｍを溶融する。
【００３９】
そして、構成材料Ｍの準備、構成材料Ｍの塗工、構成材料Ｍの溶融を行うことにより構成される層１０を積層することで、所望の三次元造形物を製造する。
【００４０】
なお、本発明の三次元造形物の製造方法を実行可能な三次元造形物製造装置は、上記の三次元造形物製造装置３００のようなフラットスクリュータイプのものや、三次元造形物製造装置４００のような粉末床溶融結合（Ｐｏｗｄｅｒ  Ｂｅｄ  Ｆｕｓｉｏｎ））タイプのものに限定されない。例えば、射出手段としてディスペンサーを用いるものや、材料形態としてフィラメントを用いる材料押出（Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ）タイプのものなども使用可能である。
【００４１】
次に、三次元造形物製造装置３００若しくは三次元造形物製造装置４００などを用いて行う三次元造形物の製造方法の一実施例について、図３のフローチャート、並びに、図４から図１２を用いて説明する。
【００４２】
本実施例の三次元造形物の製造方法においては、最初に、図３のフローチャートで表されるように、ステップＳ１１０の造形データ入力工程で、製造する三次元造形物の造形データを入力する。三次元造形物の造形データの入力元に特に限定はないが、ＰＣなどを用いて造形データを三次元造形物製造装置に入力できる。
【００４３】
次に、ステップＳ１２０の層形成工程で、アモルファス金属粉末を含む構成材料Ｍを用いて、第１ステージ３１２上のプレート３１１やステージ４０３上の層形成領域４１３などに層１０を形成する。アモルファス金属粉末としては、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｓｉ−Ｂ系、（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）−（Ｎｂ、Ｚｒ）系などが挙げられる。
【００４４】
次に、ステップＳ１４０の溶融固化工程で、図４で表されるように、層１０にレーザーＬを照射して層１０に含まれるアモルファス金属粉末を溶融する。ここで、本ステップでは、レーザーＬをある所定の領域に焦点を合わせて照射した場合に、溶融固化部Ｐ（アモルファス領域Ａと結晶領域Ｃ１と結晶領域Ｃ２）が形成される場合を示している。  
溶融固化部Ｐは、溶融温度に達したのち、レーザー照射が終了すると照射領域の温度低下に伴って固化するが、冷却速度が十分速いので、アモルファス領域Ａが形成される。一方、照射領域の中心部は、冷却速度が遅くなるため結晶領域Ｃ１が形成される。また、溶融固化部Ｐの周囲は、レーザーＬを照射する前の金属粉末がアモルファスであったとしても、結晶化温度域に加熱されるため結晶領域Ｃ２が形成される。  
なお、レーザー照射で加熱され溶融した領域のうち、溶融した領域からその周囲の領域への伝熱速度よりも冷却速度が速く、その領域では金属原子が移動して結晶状態となるのに間に合わない速い速度で固化されるとアモルファス領域Ａが形成される。一方、レーザー照射で加熱され溶融した領域の中心が結晶領域Ｃ１となるのは、溶融固化する際に、溶融部周辺からの伝熱が小さく、冷却速度が遅いためである。溶融固化部Ｐの周囲が結晶領域Ｃ２となるのは、レーザー照射の加熱により温度が結晶化温度まであがるためである。  
また、溶融固化は、第１ステージ３１２やステージ４０３を局所的に冷却して固化させてもよい。
【００４５】
また、本ステップでは、例えば図９の実線の矢印で表されるように、レーザーＬの層１０への照射位置をライン状に連続的に移動させることで、層１０におけるアモルファス金属粉末を連続的に溶融する。ここで、図４及び図５は、レーザーＬの照射位置の移動方向から見た層１０の断面図である。そして、レーザーＬの照射は、図５で表されるように、少なくとも溶融固化部Ｐの幅の１／２が重なるようにレーザーＬの照射を繰り返すことで、層１０をアモルファス領域Ａと結晶領域Ｃとが網目状に形成された金属層１０ｍとする。ここで、図６は図５における金属層１０ｍの一部の写真であり、図７は図６の写真に対応し該図６の写真を説明する概略図である。なお、図６及び図７においては、アモルファス状態の金属に一部結晶状態の金属が混ざった領域Ａ＋Ｃが形成されているが、本明細書においては、このような領域もアモルファス領域Ａとみなしている。
【００４６】
上記のように、図４及び図５はレーザーＬの照射位置の移動方向から見た層１０の断面図であるので、図４及び図５におけるレーザーＬの連続的な照射位置の移動方向は、紙面と垂直な方向である。なお、レーザーＬを層１０にスポットで照射しながらレーザーＬの層１０への照射位置を断続的に移動させてもよいが、レーザーＬの層１０への照射位置を断続的に移動させる場合も、各々の照射位置が少なくとも溶融固化部Ｐの幅の１／２が重なるようにレーザーＬの照射を繰り返すことで、層１０をアモルファス領域Ａと結晶領域Ｃとが網目状に形成された金属層１０ｍとすることが可能である。
【００４７】
そして、ステップＳ１４０により、ステップＳ１１０で入力した造形データに基づく層１０の形成が終了したかどうかを判断する。層１０の形成が終了していないと判断した場合、すなわち、さらに層１０を積層すると判断した場合は、ステップＳ１２０に戻り、次の層１０を形成する。一方、層１０の形成が終了したと判断した場合、本実施例の三次元造形物の製造方法を終了する。図８は、ステップＳ１２０からステップＳ１４０を４回繰り返した状態を表している。図８で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法により形成される三次元造形物は、積層方向においてもアモルファス領域Ａと結晶領域Ｃとが網目状に形成された金属層１０ｍとなる。
【００４８】
なお、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、積層方向における各層１０において、平面視におけるレーザーＬの移動経路を変えることができる。例えば、図９で表されるように、積層方向におけるＮ層目の層１０を初期位置Ｓ１から実線の矢印に沿って順に１ラインずつレーザーＬを照射させ、積層方向におけるＮ＋１層目の層１０を初期位置Ｓ２から実線の矢印に対して９０°ずれた破線の矢印に沿って順に１ラインずつレーザーＬを照射させることができる。そして、レーザーＬの照射を、Ｎ＋２層目はＮ層目と同様に、Ｎ＋３層目はＮ＋１層目と同様に、と繰り返して積層された金属層１０ｍを形成できる。
【００４９】
また、図１０で表されるように、積層方向におけるＮ層目の層１０を初期位置Ｓ１から実線の矢印に沿って順に１ラインずつレーザーＬを照射させ、積層方向におけるＮ＋１層目の層１０を初期位置Ｓ２から実線の矢印に対して６０°ずれた破線の矢印に沿って順に１ラインずつレーザーＬを照射させ、積層方向におけるＮ＋２層目の層１０を初期位置Ｓ３から実線の矢印に対して１２０°ずれた一点鎖線の矢印に沿って順に１ラインずつレーザーＬを照射させることができる。そして、レーザーＬの照射を、Ｎ＋３層目はＮ層目と同様に、Ｎ＋４層目はＮ＋１層目と同様に、Ｎ＋５層目はＮ＋２層目と同様に、と繰り返して積層された金属層１０ｍを形成できる。なお、図１０では、見やすくするために、Ｎ＋１層目の破線の矢印と、Ｎ＋２層目の一点鎖線の矢印を一部省略して表している。
【００５０】
また、図１１で表されるように、積層方向におけるＮ層目の層１０を初期位置Ｓ１から直線である実線の矢印に沿って順に１ラインずつレーザーＬを照射させ、積層方向におけるＮ＋１層目の層１０を初期位置Ｓ２から円弧を描くように破線の矢印に沿って順に１の円弧ずつレーザーＬを照射させることができる。そして、レーザーＬの照射を、Ｎ＋２層目はＮ層目と同様に、Ｎ＋３層目はＮ＋１層目と同様に、と繰り返して積層された金属層１０ｍを形成できる。なお、図１１では、見やすくするために、Ｎ＋１層目の破線の矢印を一部省略して表している。
【００５１】
さらに、図１２で表されるように、積層方向におけるＮ層目の層１０を初期位置Ｓ１から実線の矢印に沿って順に１ラインずつレーザーＬを照射させ、積層方向におけるＮ＋１層目の層１０を初期位置Ｓ２から実線の矢印に対して同じ移動方向で１／２ピッチ分ずれた破線の矢印に沿って順に１ラインずつレーザーＬを照射させることができる。そして、レーザーＬの照射を、Ｎ＋２層目はＮ層目と同様に、Ｎ＋３層目はＮ＋１層目と同様に、と繰り返して積層された金属層１０ｍを形成できる。
【００５２】
ここで、本実施例の三次元造形物の製造方法についてまとめると、本実施例の三次元造形物の製造方法は、層１０を積層して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法である。そして、ステップＳ１１０に対応し、アモルファス金属粉末を含む構成材料Ｍを用いて層１０を形成する層形成工程と、ステップＳ１２０に対応し、層１０にレーザーＬを照射してアモルファス金属粉末を溶融固化する溶融固化工程と、を有している。ここで、ステップＳ１２０の溶融固化工程は、上記のように、レーザーＬを照射することによりアモルファス金属粉末を溶融固化させた溶融固化部Ｐを形成し、少なくとも溶融固化部Ｐの幅の１／２が重なるようにレーザーＬの照射を繰り返すことで、層１０をアモルファス領域Ａと結晶領域Ｃとが網目状に形成された金属層１０ｍとしている。
【００５３】
このように、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、アモルファス領域Ａと結晶領域Ｃとが確りと網目状になっている金属層１０ｍが形成されるので、製造される三次元造形物を高硬度で高靱性とすることができる。なお、図９から図１２で表されるレーザーＬの照射例では、溶融固化部Ｐの幅の１／２が重なるようにレーザーＬの照射を繰り返している。しかしながら、より靭性を高めたい場合、溶融固化部Ｐの幅の１／２より多く重なるようにしてもよい。また、通常、アモルファス粉末の場合溶融固化部Ｐの中央に結晶領域Ｃ１ができることが多く、幅の１／２が重なるように規定しているが、アモルファス化がしやすいアモルファス粉やレーザーＬの走査速度が速い場合など、溶融固化部Ｐの中央に結晶領域Ｃ１ができないこともある。その場合、溶融固化部Ｐの幅を１／２よりも少ない重なりとなるように、例えば１／４が重なるようにレーザーＬの照射を繰り返してもよい。
【００５４】
また、本実施例の三次元造形物の製造方法においては、ステップＳ１２０の溶融固化工程では、レーザーＬの層１０への照射位置を連続的に移動させることで層１０におけるアモルファス金属粉末を連続的に溶融する。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法は、ガルバノレーザーなど簡単な構成のレーザーＬの照射装置を用いて高速でアモルファス金属粉末を溶融することができる。
【００５５】
また、上記のように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、図９から図１２で表されるように、Ｎ層目のレーザーＬの照射位置の移動経路と、Ｎ＋１層目のレーザーＬの照射位置の移動経路とを、積層方向から見て異なるようにすることができる。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、積層方向においても高硬度で高靱性の金属層１０ｍとすることができる。積層方向におけるアモルファス領域Ａと結晶領域Ｃとの網目構造の規則性を軽減し、金属層１０ｍに脆い部分ができることを抑制できるためである。
【００５６】
また、図９及び図１０で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、Ｎ層目のレーザーＬの照射位置の移動方向と、Ｎ＋１層目のレーザーＬの照射位置の移動方向とを、積層方向から見て交差させることができる。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、積層方向においても高硬度で高靱性の金属層１０ｍとすることができる。
【００５７】
また、図１２で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、Ｎ層目のレーザーＬの照射位置の移動方向と、Ｎ＋１層目のレーザーＬの照射位置の移動方向とを、積層方向から見て同じ方向にするとともに、溶融固化部Ｐの幅の１／２ずらすことができる。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、積層方向においても高硬度で高靱性の金属層１０ｍとすることができる。なお、「溶融固化部Ｐの幅の１／２ずらす」とは、厳密な意味で溶融固化部Ｐの幅の１／２ずれていることまでは要さず、概ね溶融固化部Ｐの幅の１／２ずれていればよい意味である。
【００５８】
また、図１１で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、Ｎ層目のレーザーＬの照射位置の移動経路の形状と、Ｎ＋１層目のレーザーＬの照射位置の移動経路の形状とを、積層方向から見て異ならせることができる。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、積層方向においても高硬度で高靱性の金属層１０ｍとすることができる。
【００５９】
さらに詳細は、図１１で表されるように、本実施例の三次元造形物の製造方法は、Ｎ層目のレーザーＬの照射位置の移動経路の形状及びＮ＋１層目のレーザーＬの照射位置の移動経路の形状を、積層方向から見て一方が直線状となり他方が曲線状となるようにすることができる。このため、本実施例の三次元造形物の製造方法を実行することで、簡単に、Ｎ層目のレーザーＬの照射位置の移動経路の形状とＮ＋１層目のレーザーＬの照射位置の移動経路の形状とを、積層方向から見て異なるようにすることができる。
【００６０】
本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…層、１０ｍ…金属層、３００…三次元造形物製造装置、３０２…ホッパー、
３０３…供給経路、３０４…フラットスクリュー、３０４ａ…円周面、
３０４ｂ…切欠き、３０４ｃ…中央部分、３０５…バレル、３０５ａ…移動経路、
３０６…モーター、３０７…ヒーター、３０８…ヒーター、３０９…ヒーター、
３１０…射出部、３１０ａ…ノズル、３１１…プレート、３１２…第１ステージ、
３１３…第２ステージ、３１４…基体部、３１５…第１駆動部、３１６…第２駆動部、
３１７…第３駆動部、３１８…制御ユニット、３１９…ペレット、３２０…空間部分、
３２１…射出ユニット、３２２…ステージユニット、３２３…ガルバノレーザー、
４００…三次元造形物製造装置、４０３…ステージ、４１３…層形成領域、
４２３…ガルバノレーザー、４６１…シリンダー室、４６５…ピストン、
４６９…塗工ローラー、４７５…回収シュート、４７７…回収口、
Ａ…アモルファス領域、Ｃ…結晶領域、Ｌ…レーザー、Ｍ…構成材料、
Ｐ…溶融固化部、Ｐａ…中央部、Ｐｃ…端部、Ｓ１…初期位置、Ｓ２…初期位置、
Ｓ３…初期位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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