(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元形状造形物が得られる粉末焼結積層法に用いられる金属粉末であって、
マルエージング鋼成分または析出硬化型ステンレス鋼成分の粉末を含んで成る混合粉末から成っており、
Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが相互に合金化した粉末を主成分として含んでおらず、Ｆｅ系成分粉末とＮｉ系成分粉末とが別個の粉末として含まれており、
前記Ｎｉ系成分の粉末が、いずれの他成分とも合金化しておらず、単独のＮｉ成分粉末となっている金属粉末。
【請求項２】
マルエージング鋼成分が、１７〜１９重量％のＮｉ成分、７〜８．５重量％のＣｏ成分、４．６〜５．１重量％のＭｏ成分、０．３〜０．５重量％のＴｉ成分、０．０５〜０．１５重量％のＡｌ成分、および残部Ｆｅ成分を含んで成ることを特徴とする、請求項１に記載の金属粉末。
【請求項３】
前記混合粉末を構成する粉末粒子の平均粒径が５〜５０μｍであることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属粉末。
【請求項４】
前記混合粉末を構成する粉末粒子のアスペクト比が１．０〜２．０であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の金属粉末。
【請求項５】
粉末焼結積層法として、（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および、（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
前記粉末層を、請求項１〜４のいずれかに記載の金属粉末から形成することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。
【請求項６】
照射エネルギー密度Ｅが０．５〜７．０Ｊ／ｍｍ２の光ビームを照射することを特徴とする、請求項５に記載の三次元形状造形物の製造方法。
【請求項７】
前記三次元形状造形物を４００〜５５０℃の熱処理に付すことを特徴とする、請求項５または６に記載の三次元形状造形物の製造方法。
【請求項８】
前記三次元形状造形物の表面に窒化処理を施すことを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。
【請求項９】
前記粉末層および前記固化層の形成を造形プレート上で行っており、該造形プレート上における形成に先立って、前記熱処理の温度よりも高い温度で該造形プレートを熱処理することを特徴とする、請求項７に記載の三次元形状造形物の製造方法。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法で得られる三次元形状造形物。
【請求項１１】
前記造形物の硬度がビッカース硬度Ｈｖで２７０〜３５０となっていることを特徴とする、請求項１０に記載の三次元形状造形物。
【請求項１２】
請求項７に従属する請求項１０または１１に記載の三次元形状造形物であって、前記熱処理後の造形物の硬度がビッカース硬度Ｈｖで４００〜６００となっていることを特徴とする、三次元形状造形物。
【請求項１３】
樹脂成形用の金型または該金型の部品として用いられることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれかに記載の三次元形状造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末焼結積層法に用いられる金属粉末、それを用いた三次元形状造形物の製造方法および三次元形状造形物に関する。より詳細には、本発明は、光ビーム照射による粉末焼結を通じて三次元形状造形物を得る金属光造形に用いることができる金属粉末に関すると共に、かかる金属粉末を用いた三次元形状造形物の製造方法、および、それによって得られる三次元形状造形物にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、粉末材料に光ビームを照射して三次元形状造形物を製造する方法（一般的には「粉末焼結積層法」ないしは「金属光造形」と称される）が知られている。かかる方法では、「（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射することよって、その所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成し、（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を敷いて同様に光ビームを照射して更に固化層を形成する」といったことを繰り返して三次元形状造形物を製造している（特表平１−５０２８９０号公報または特開２０００−７３１０８号公報参照）。粉末材料として金属粉末を用いた場合では、得られた三次元形状造形物を金型などとして用いることができ、粉末材料として樹脂粉末を用いた場合では、得られた三次元形状造形物をプラスチックモデルとして用いることができる。このような製造技術によれば、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することが可能である。特に、エネルギー密度の高い光ビームを照射することにより金属粉末を完全に溶融させた後に固化させることによって、焼結密度をほぼ１００％の状態にできる。この高密度の造形物は、その表面を仕上げ加工して滑らかな面とすることにより、プラスチック成形用金型などに適用することができる。【０００３】
しかしながら、粉末焼結積層法に用いられる金属粉末というものは、圧縮成形してから焼結する他の粉末焼結に用いられる金属粉末とは異なった特性が必要である。【０００４】
例えば、金属粉末の粒子径は、光ビームが照射される粉末層の厚みよりも小さくする必要がある。粒子径が小さいと、粉末の充填密度が高くなり、造形時の光ビーム吸収率も良いので焼結密度を高くすることができると共に、得られる造形物の表面粗さを小さくすることができる。その一方で、粒子径が小さすぎると、金属粉末の凝集が引き起こされ、粉末の充填密度は小さくなる。その結果、粉末層を薄く均一に敷けなくなってしまう。【０００５】
造形物の強度を高くするには、形成する新たな焼結層と、その下層にある固化している焼結層との接合面積が広く、かつ、その密着強度が高くなければならず、また、隣接する固化している焼結層との接合面積も広く、密着強度が高い必要がある。【０００６】
粉末焼結積層法では、新たな焼結層の上面があまり大きく盛り上がってはならない。盛り上がり量が粉末層の厚み以上となると、次の粉末層を敷く際に障害となり、かかる次の粉末層の形成そのものが困難となってしまうからである。【０００７】
光ビームが照射された金属粉末は、その一部又は全部が一旦溶融し、その後急冷凝固されて焼結層となるが、この溶融した時の濡れ性が大きいと、隣接する焼結層との接合面積が大きくなり、流動性が大きければ盛り上がりが小さくなる。従って、粉末焼結積層法には、溶融した時の流動性が大きく、かつ、濡れ性も大きい金属粉末が望まれる。
【発明の概要】
【０００８】
本発明者らは、上記の粉末焼結積層法に用いる金属粉末として、種々の混合粉末を開発している。例えば、クロムモリブデン鋼粉末と、ニッケルまたは及びニッケル系合金の粉末と、銅または及び銅系合金の粉末と黒鉛粉末からなる混合粉末を開発している。クロムモリブデン鋼はその強度や靭性の点から、銅または及び銅系合金粉末は濡れ性及び流動性の点から、ニッケルまたは及びニッケル系合金粉末は強度及び加工性の点から、黒鉛粉末はレーザの吸収率及びマイクロクラック低減の点から採用している。しかしながら、このような混合粉末では、得られる焼結品、即ち、粉末焼結積層法で得られる造形物の硬度があまり高く、ビッカース硬度Ｈｖで２６０程度となっている。従って、かかる造形物をプラスチック成形用金型として用いて、ガラスファイバーが含有されるプラスチック材料を成形する場合では、耐久性の点で懸念が残る。
【０００９】
金属粉末材料に関していえば、例えばマルエージング鋼の金属粉末を用いて焼結を行う研究なども行われている（例えば、「粉末および粉末冶金」第４２巻（１９９５年）、第３５３頁〜第３５６頁（Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍａｒａｇｉｎｇ  Ｓｔｅｅｌｓ  ｂｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）を参照）。マルエージング鋼は、１９６０年にＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｎｉｃｋｅｌ  Ｃｏ．社（カナダ）が開発した極低炭素（≦０．０３％）の高Ｎｉ（１６〜１８％）系超強力鋼である。マルテンサイト組織にした後、時効処理を施して高強度を得る鋼であるから“Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ”と“Ａｇｉｎｇ”とを合成して「マルエージング鋼（Ｍａｒａｇｉｎｇ  ｓｔｅｅｌ）」と称されている。マルエージング鋼の金属粉末の場合、そのマルエージング成分による合金粉末の全てを、大きなエネルギー密度の光ビーム照射により溶融させながら高密度で積層造形を行う場合は特に問題はないが、その粉末の一部を小さなエネルギー密度の光ビーム照射で、低密度に焼結させることは困難となる。これは、マルエージング鋼成分に多くのニッケル成分を含んでいることが要因の１つと推測される。ニッケル成分を含むことで高硬度・高強度を実現する一方、ニッケル成分を含んでいるがために粉末焼結積層法の特徴である低密度焼結を実現できない。低密度焼結を実現できないことは、低密度焼結部による“ガス抜き効果”が発揮できないだけでなく、光ビーム照射に過大な電力が必要となり製造コストが高くなり、同時にレーザの走査速度を高められないために製造能率も低下してしまう。更にいえば、大きなエネルギー密度の光ビーム照射により溶融させながら高密度で積層造形を行う場合であっても造形物が熱応力に起因して反りや変形を起こす恐れがある。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものである。即ち、本発明の課題は、マルエージング鋼を光ビームによる粉末焼結積層用の金属粉末として好適に用いることができる手段を提供することである。
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明では、三次元形状造形物が得られる粉末焼結積層法の原料として用いる金属粉末として、
析出硬化型金属成分の粉末を含んで成る混合粉末から成っており、
Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが相互に合金化した粉末を主成分として含んでおらず、Ｆｅ系成分粉末とＮｉ系成分粉末とが別個の粉末として含まれる混合金属粉末が提供される。
【００１２】
本発明の金属粉末の特徴１つは、粉末焼結積層法（いわゆる「金属光造形」）の光ビーム焼結用の金属粉末が、析出硬化型金属成分の粉末から成る混合粉末となっていることであり、特にＦｅ系成分とＮｉ系成分とが別々に混合されて成る混合粉末となっていることである。かかる特徴を有する金属粉末を用いると、マルエージング鋼などの析出硬化型金属の成分粉末を用いた場合であっても粉末焼結積層法において低エネルギー焼結が可能となり、結果的に、高硬度・高強度の造形物を得ることができる。
【００１３】
本明細書において「析出硬化型金属成分の粉末から成る混合粉末」とは、析出硬化型金属を構成する各金属成分を粉末として含んで成る混合粉末のことを意味している。特に言及しない限り、各金属成分のいずれか同士が組み合わされて粉末粒子を成しているものを含んでいてもよく、あるいは、各金属成分のうち少なくとも１つが単独で粉末粒子を成しているものであってもよい。
【００１４】
また、本明細書において「Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが相互に合金化した粉末を主成分として含んでおらず」とは、Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが相互に合金化した粉末を含んでいないことを本質的に意図しているものの、微量（副成分として）であれば含まれていてもよいことを意味している。より具体的にいうと、金属粉末の総重量の１重量％以下程度の微量であれば、「Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが相互に合金化した粉末」が含まれていてもよいことを意味している。
【００１５】
ある好適な態様では、Ｎｉ系成分の粉末が、析出硬化型金属成分のいずれの他成分とも合金化しておらず、また、他の不純物成分とも合金化しておらず、単独のＮｉ成分粉末粒子として存在している。即ち、本発明の混合金属粉末がＮｉ合金の粉末粒子を含んでいない。
【００１６】
析出硬化型金属成分はマルエージング鋼成分または析出硬化型ステンレス鋼成分であってよい。つまり、本発明の金属粉末が、マルエージング鋼成分または析出硬化型ステンレス鋼成分の粉末から成る混合粉末となっていてよい。
【００１７】
マルエージング鋼成分から成る混合粉末の場合、１７〜１９重量％のＮｉ成分（ニッケル成分）、７〜８．５重量％のＣｏ成分（コバルト成分）、４．６〜５．１重量％のＭｏ成分（モリブデン成分）、０．３〜０．５重量％のＴｉ成分（チタン成分）、０．０５〜０．１５重量％のＡｌ成分（アルミニウム成分）、および残部Ｆｅ成分（鉄成分）を含んで成ることが好ましい。
【００１８】
混合粉末を構成する粉末粒子につき、その平均粒径は５〜５０μｍであることが好ましい。また、混合粉末を構成する粉末粒子は球形状ないしは略球形状であることが好ましい。換言すれば、混合粉末を構成する粉末粒子のアスペクト比は１．０〜２．０であることが好ましい。より好ましくはアスペクト比が１．０〜１．５であり、更に好ましくはアスペクト比が１．０〜１．２である。ここでいう「アスペクト比」とは、粉末粒子を種々の方向で測定した場合の最大長さと最小長さとの比（＝最大長さ／最小長さ）のことを意味している。
【００１９】
本発明では、上述した金属粉末を用いて実施される「三次元形状造形物の製造方法」も提供される。かかる本発明の製造方法は、粉末焼結積層法として、（ｉ）上記金属粉末から形成した粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および、（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、その新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法である。
【００２０】
本明細書において「粉末層」とは、「金属粉末から成る金属粉末層」を実質的に指している。また「粉末層の所定箇所」とは、製造される三次元形状造形物の領域を実質的に意味している。従って、かかる所定箇所に存在する粉末に対して光ビーム（レーザ）を照射することによって、その粉末が焼結又は溶融固化して三次元形状造形物の形状を構成することになる。尚、粉末層が金属粉末層となる場合、一般的に「固化層」は「焼結層」に相当し、「固化密度」は「焼結密度」に相当し得る。
【００２１】
本発明の製造方法では、従来のマルエージング鋼粉末（例えば、「Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが相互に合金化した粉末」や「Ｎｉ系成分の粉末が析出硬化型金属成分の他成分と合金化している粉末」などを含んだマルエージング鋼成分の混合粉末）で必要され得るエネルギーよりも低い照射エネルギーでもって焼結層形成を行うことができる。つまり、粉末層に照射する光ビームの出力エネルギーを低くすることができる。例えば、以下の製造条件においては、照射エネルギー密度Ｅが０．５〜７．０Ｊ／ｍｍ２程度の光ビーム照射によって造形物を得ることができる（エネルギー密度Ｅ：Ｅ＝レーザ出力（Ｗ）／（走査速度（ｍｍ／ｓ）×走査ピッチ（ｍｍ））。
製造条件
・粉末の積層厚さ：０．０５ｍｍ
・レーザの種類：ＣＯ２（炭酸ガス）レーザ
・スポット径：０．５ｍｍ
【００２２】
ある好適な態様では、得られた三次元形状造形物を“析出硬化処理”に付す。かかる場合、三次元形状造形物を４００〜５５０℃の熱処理に付してよい。例えば、「固化層形成と切削加工とを施して得られた三次元形状造形物」、即ち、「光造形複合加工の終了後に得られた三次元形状造形物」に対して４００〜５５０℃の加熱処理を実施してよい。
【００２３】
別のある好適な態様では、三次元形状造形物に対して表面効果処理として窒化処理を施してよい。かかる窒化処理は、上記析出硬化処理に際して行うことができる。即ち、三次元形状造形物を４００〜５５０℃の熱処理に付すに際して、三次元形状造形物の表面に対して窒化処理を行ってよい。
【００２４】
本発明の製造方法では、粉末層および固化層の形成を造形プレート上で行うことができる。かかる場合、「上記熱処理に起因する造形プレートの寸法変化」を減じる処理を予め施しておくことが好ましい。例えば、そのような造形プレート上における形成に先立って、析出硬化処理の熱処理の温度（４００〜５５０℃）よりも高い温度で造形プレートを熱処理しておいてよい。尚、本明細書にいう「造形プレート」とは、製造される造形物の土台となる部材を実質的に意味している。特に好適な態様では、「造形プレート」は、造形テーブル上に配される板状の部材を指している（後述の説明も参照のこと）。
【００２５】
本発明では、上記製造方法によって得られる三次元形状造形物も提供される。かかる本発明の三次元形状造形物は、上述の金属粉末を用いた粉末焼結積層法によって得られることに起因して、造形物の硬度が比較的高くビッカース硬度Ｈｖで２７０〜３５０程度となっている。特に析出硬化処理に付された場合では、造形物の硬度が更に高くなり、ビッカース硬度Ｈｖで４００〜６００となる。このような高硬度を有するがため、三次元形状造形物を射出成形用の金型もしくは金型の部品（例えば入れ子）として好適に用いることができる。
発明の効果
【００２６】
本発明では、Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが別々の粉末となった混合粉末粒子を採用することによって、析出硬化型金属の成分粉末であっても低エネルギーの焼結を行うことができる。つまり、エネルギーが低い光ビーム条件で固化層の形成、ひいては、三次元形状造形物の製造を行うことができる。このような低エネルギー焼結が可能であるので、省エネルギーで製造コスト削減につながるだけでなく、三次元形状造形物の製造が短時間となる。また、低エネルギー焼結であることに起因して、ポーラス状の低密度固化領域を形成することも容易であり、三次元形状造形物を金型として用いた場合、かかる低密度固化領域を“ガス抜き部”として用いることができる。また、そもそも低エネルギー焼結であることは、熱負荷・熱応力などが小さいことを意味しており、造形物又はそれを支持する造形プレートの反りや変形を効果的に低減することができる。
【００２７】
更に、本発明の金属粉末を用いた粉末焼結積層法で得られる三次元形状造形物は、従来の金属粉末（例えばクロムモリブデン鋼粉末、ニッケルまたはニッケル系合金の粉末、銅または及び銅系合金の粉末と黒鉛粉末から成る混合粉末）から得られる造形物と比較して、高硬度・高強度を呈する。特に、硬度について言えばビッカース硬度Ｈｖで２７０〜３５０となっている。そして、造形物を“処理温度の比較的低い析出硬化処理（４００〜５５０℃の熱処理）”に付すと更に硬度が増加し、ビッカース硬度Ｈｖで４００〜６００となる。この点、通常のマルエージング鋼であれば８００〜１０００℃の高い温度で溶体化処理を行うのが一般的であり、かかる溶体化処理を行わなければ、その後の熱処理（析出硬化処理）を行っても所望の硬度や強度を得ることができない。このような溶体化処理では処理温度が高いので、仮にそのまま本発明に適用すると、処理後の寸法変化量が大きくなり、光造形複合加工で造形物を精度良く得た場合であっても、その高い処理温度に起因して寸法精度が低下してしまう。このような態様に対して、本発明の金属粉末を用いた光造形では、造形物が溶融、急冷されているために溶体化処理された状態となっているといえ、造形物を比較的温度の低い析出硬化処理（４００〜５５０℃の熱処理）に付すだけで、所望の硬度や強度を得ることができる。また、そのように温度が低いために、寸法変化量が小さく、光造形複合加工で得られた造形物の高い加工精度を実質的にそのまま維持できる。
【００２８】
上述のような有利な効果は、本発明の金属粉末を構成するＮｉ系成分粉末が、単独のＮｉ成分粉末となっている場合に特に顕著となる。つまり、Ｎｉ系成分の粉末が、析出硬化型金属成分のいずれの他成分とも合金化しておらず、また、他の不純物成分とも合金化しておらず、単独のＮｉ成分粉末として存在する混合粉末を用いると、“低エネルギー（低密度）焼結”や“三次元形状造形物の高硬度・高強度”がより実現しやすくなる。これにつき、従来のマルエージング鋼成分では含有ニッケル成分によって低密度焼結が困難であったところ、本発明ではニッケル成分を含んでいたとしても低密度焼結が可能となっている。特定の理論に拘束されるわけではないが、鉄系粉末材料の中にニッケル成分が合金化した粉末を含む場合では、粉末の表面に形成される強固な酸化膜が鉄系粉末同士の融着一体化を阻害することになり、小さなエネルギー密度の光ビーム照射で造形ができなくなると推測されるところ、ニッケル成分が単独粉末粒子として存在すると、そのような阻害現象が生じ得ないからであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
図１は、金属光造形装置の態様を模式的に表した斜視図である（図１（ａ）：切削機構を備えた複合装置、図１（ｂ）：切削機構を備えていない装置）
図２は、光造形複合加工機の動作を模式的に示した断面図である。
図３は、粉末焼結積層法が行われる態様を模式的に示した斜視図である。
図４は、粉末焼結積層法が実施される光造形複合加工機の構成を模式的に示した斜視図である。
図５は、光造形複合加工機の動作のフローチャートである。
図６は、光造形複合加工プロセスを経時的に表した模式図である。
図７は、本発明の特徴を概念的に表した図である。
図８は、実施例で得られた積層造形物の断面組織の外観を示した写真図である。
図９は、実施例で用いた６種類の粉末材料の外観を示した写真図である。
尚、図面中、参照番号は次の要素を意味する。
１    光造形複合加工機
２    粉末層形成手段
３    光ビーム照射手段
４    切削手段
８    ヒューム
１９  粉末／粉末層（例えば金属粉末／金属粉末層）
２０  造形物支持部材
２１  造形プレート
２２  粉末層（例えば金属粉末層）
２３  スキージング用ブレード
２４  固化層（例えば焼結層）
２５  粉末テーブル
２６  粉末材料タンクの壁部分
２７  造形タンクの壁部分
２８  粉末材料タンク
２９  造形タンク
３０  光ビーム発振器
３１  ガルバノミラー
４０  ミーリングヘッド
４１  ＸＹ駆動機構
５０  チャンバー
５２  光透過窓またはレンズ
Ｌ  光ビーム
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下では、図面を参照して本発明をより詳細に説明する。【００３１】
［粉末焼結積層法］
まず、本発明の製造方法の前提となる粉末焼結積層法について説明する。説明の便宜上、材料粉末タンクから材料粉末を供給し、均し板を用いて材料粉末を均して粉末層を形成する態様を前提として粉末焼結積層法を説明する。また、粉末焼結積層法に際しては造形物の切削加工をも併せて行う複合加工の態様を例に挙げて説明する（つまり、図１（ｂ）ではなく図１（ａ）に表す態様を前提とする）。図２〜４には、粉末焼結積層法と切削加工とを実施できる光造形複合加工機の機能および構成が示されている。光造形複合加工機１は、「金属粉末を所定の厚みで敷くことによって粉末層を形成する粉末層形成手段２」と「外周が壁２７で囲まれた造形タンク２９内において上下に昇降する造形テーブル２０」と「造形テーブル２０上に配され造形物の土台となる造形プレート２１」と「光ビームＬを任意の位置に照射する光ビーム照射手段３」と「造形物の周囲を削る切削手段４」とを主として備えている。粉末層形成手段２は、図２に示すように、「外周が壁２６で囲まれた材料粉末タンク２８内において上下に昇降する粉末テーブル２５」と「造形プレート上に粉末層２２を形成するための均し板２３」とを主として有して成る。光ビーム照射手段３は、図３および図４に示すように、「光ビームＬを発する光ビーム発振器３０」と「光ビームＬを粉末層２２の上にスキャニング（走査）するガルバノミラー３１（スキャン光学系）」とを主として有して成る。必要に応じて、光ビーム照射手段３には、光ビームスポットの形状を補正するビーム形状補正手段（例えば一対のシリンドリカルレンズと、かかるレンズを光ビームの軸線回りに回転させる回転駆動機構とを有して成る手段）やｆθレンズなどが具備されている。切削手段４は、「造形物の周囲を削るミーリングヘッド４０」と「ミーリングヘッド４０を切削箇所へと移動させるＸＹ駆動機構４１（４１ａ，４１ｂ）」とを主として有して成る（図３および図４参照）。【００３２】
光造形複合加工機１の動作を図２、図５および図６を参照して詳述する。図５は、光造形複合加工機の一般的な動作フローを示している。図６は、光造形複合加工プロセスを模式的に簡易に示している。【００３３】
光造形複合加工機の動作は、粉末層２２を形成する粉末層形成ステップ（Ｓ１）と、粉末層２２に光ビームＬを照射して固化層２４を形成する固化層形成ステップ（Ｓ２）と、造形物の表面を切削する切削ステップ（Ｓ３）とから主に構成されている。粉末層形成ステップ（Ｓ１）では、最初に造形テーブル２０をΔｔ１下げる（Ｓ１１）。次いで、粉末テーブル２５をΔｔ１上げた後、図２（ａ）に示すように、均し板２３を、矢印Ａ方向に移動させる。これにより、粉末テーブル２５に配されていた粉末（例えば「平均粒径５μｍ〜１００μｍ程度の鉄粉」）を造形プレート２１上へと移送させつつ（Ｓ１２）、所定厚みΔｔ１に均して粉末層２２を形成する（Ｓ１３）。次に、固化層形成ステップ（Ｓ２）に移行し、光ビーム発振器３０から光ビームＬ（例えば炭酸ガスレーザ（５００Ｗ程度）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（５００Ｗ程度）、ファイバレーザ（５００Ｗ程度）または紫外線など）を発し（Ｓ２１）、光ビームＬをガルバノミラー３１によって粉末層２２上の任意の位置にスキャニングする（Ｓ２２）。これにより、粉末を溶融させ、固化させて造形プレート２１と一体化した固化層２４を形成する（Ｓ２３）。光ビームは、空気中を伝達させることに限定されず、光ファイバーなどで伝送させてもよい。【００３４】
固化層２４の厚みがミーリングヘッド４０の工具長さ等から求めた所定厚みになるまで粉末層形成ステップ（Ｓ１）と固化層形成ステップ（Ｓ２）とを繰り返し、固化層２４を積層する（図２（ｂ）参照）。尚、新たに積層される固化層は、焼結又は溶融固化に際して、既に形成された下層を成す固化層と一体化することになる。【００３５】
積層した固化層２４の厚みが所定の厚みになると、切削ステップ（Ｓ３）へと移行する。図２および図６に示すような態様ではミーリングヘッド４０を駆動させることによって切削ステップの実施を開始している（Ｓ３１）。例えば、ミーリングヘッド４０の工具（ボールエンドミル）が直径１ｍｍ、有効刃長さ３ｍｍである場合、深さ３ｍｍの切削加工ができるので、Δｔ１が０．０５ｍｍであれば、６０層の固化層を形成した時点でミーリングヘッド４０を駆動させる。ＸＹ駆動機構４１（４１ａ，４１ｂ）によってミーリングヘッド４０を矢印Ｘ及び矢印Ｙ方向に移動させ、積層した固化層２４から成る造形物の表面を切削加工する（Ｓ３２）。そして、三次元形状造形物の製造が依然終了していない場合では、粉末層形成ステップ（Ｓ１）へ戻ることになる。以後、Ｓ１乃至Ｓ３を繰り返して更なる固化層２４を積層することによって、三次元形状造形物の製造を行う（図６参照）。【００３６】
固化層形成ステップ（Ｓ２）における光ビームＬの照射経路と、切削ステップ（Ｓ３）における切削加工経路とは、予め三次元ＣＡＤデータから作成しておく。この時、等高線加工を適用して加工経路を決定する。例えば、固化層形成ステップ（Ｓ２）では、三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬデータを等ピッチ（例えばΔｔ１を０．０５ｍｍとした場合では０．０５ｍｍピッチ）でスライスした各断面の輪郭形状データを用いる。【００３７】
［本発明の特徴］
本発明は、上述した粉末焼結積層法のなかでも、特に粉末層形成に用いる材料に特徴を有している（図７参照）。具体的には、粉末焼結積層法に用いる金属粉末として、析出硬化型金属成分の粉末を含んで成る混合粉末を採用する。特に本発明では、Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが相互に合金化した粉末を主成分として含んでおらず、Ｆｅ系成分粉末とＮｉ系成分粉末とが別々の粉末として含まれる混合粉末を用いる。好ましくは、Ｎｉ系成分粉末として、析出硬化型金属成分のいずれの他成分とも合金化していない単独のＮｉ成分粉末が含まれた混合粉末を用いる。このような金属粉末を用いることによって、粉末焼結積層法にて低エネルギー焼結が可能となって所望の三次元形状造形物を得ることができ、また、得られる三次元形状造形物で高い硬度が呈される。【００３８】
（本発明の金属粉末）
本発明の粉末は、上述したように、析出硬化型金属成分の粉末を含んで成る混合粉末であることを前提としている。つまり、本発明の粉末は、析出硬化型金属を成す成分が粉末粒子として含まれている。ここで、析出硬化型金属を構成する各成分同士が組み合わされて粉末粒子を成していても、あるいは、各成分が単独で粉末粒子を成していてもよいものの、Ｆｅ系成分およびＮｉ系成分についていえば、それらの成分同士が相互に合金化した粉末粒子（Ｆｅ−Ｎｉ合金の粉末粒子）とはなっていない。つまり、Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが別個の粉末粒子（Ｆｅ系成分の粉末粒子およびＮｉ系成分の粉末粒子）として存在している。【００３９】
本発明では、Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが主成分として非合金化していることを意図しており、副成分であれば“Ｆｅ−Ｎｉ合金の粉末粒子”が微量含まれていてもよい。副成分として含まれてもよいＦｅ−Ｎｉ合金の粉末粒子の量は、金属粉末の総重量の１重量％以下程度である。換言すれば、総重量の１重量％以下に相当するＦｅ−Ｎｉ合金粉末粒子の含有量であれば、「Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが相互に合金化した粉末を主成分として含んでいない」といえる。【００４０】
「Ｆｅ系成分」とは、鉄成分のことを実質的に指しているが、不可避的に混入され得る微量成分などが含まれた鉄成分をも包含した態様を表すものとして用いている。同様に、「Ｎｉ系成分」とは、ニッケル成分のことを実質的に指しているが、不可避的に混入され得る微量成分などが含まれたニッケル成分をも包含した態様を表すものとして用いている。更にＦｅ系成分についていえば、Ｎｉ系成分と合金化していなければ、他の成分と合金化していてもよい。【００４１】
本発明では、Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが非合金化しているだけでなく、Ｎｉ系成分の粉末が単独のＮｉ成分粉末となっていることが好ましい。つまり、本発明の金属粉末においては、析出硬化型金属を成すＮｉ成分につき、析出硬化型金属成分のいずれの他成分とも合金化しておらず、また、他の不純物成分とも合金化していないことが好ましい。これにより、低エネルギー焼結が更に助力される。つまり、低エネルギー焼結が容易に実現されるので、ポーラス状の低密度固化領域の形成が容易となり、三次元形状造形物を金型として用いた場合、かかる低密度固化領域をいわゆる“ガス抜き部”として好適に用いることができる。また、低エネルギー焼結であることは、熱負荷・熱応力などが小さく、それゆえ、熱に起因した“反り”や“変形”を防止できるので造形物寸法の精度の点でも利点がある。【００４２】
本発明において、析出硬化型金属成分は例えばマルエージング鋼成分または析出硬化型ステンレス鋼成分である。つまり、本発明の金属粉末が、マルエージング鋼成分または析出硬化型ステンレス鋼成分の粉末から成る混合粉末となっていてよい。マルエージング鋼成分としては、以下に示すような１８Ｎｉ系マルエージング、２０Ｎｉ系マルエージングの他、２５Ｎｉ系マルエージングを挙げることができる。同様に、析出硬化型ステンレス鋼成分としては、以下に示すようなＳＵＳ６３０の他、ＳＵＳ６３１ステンレス鋼成分を挙げることができる。
●  １８Ｎｉ系マルエージング鋼
主成分
・Ｎｉ：１７〜１９重量％
・Ｃｏ：７〜８．５重量％
・Ｍｏ：４．６〜５．１重量％
・Ｔｉ：０．３〜０．５重量％
・Ａｌ：０．０５〜０．１５重量％
・Ｆｅ：残部重量
副成分または不可避的不純物
・Ｃ：０．０３重量％未満
・Ｓｉ：０．１重量％未満
・Ｍｎ：０．１重量％未満
・Ｐ：０．０２重量％未満
・Ｓ：０．０２重量％未満
（重量％：混合粉末の全体の総重量を基準にした重量割合）
●  ２０Ｎｉ系マルエージング鋼
主成分
・Ｎｉ：１８．０〜２０．０重量％
・Ｔｉ：１．３０〜１．６０重量％
・Ｎｂ：０．３０〜０．６０重量％
・Ａｌ：０．１５〜０．３５重量％
・Ｆｅ：残部重量
副成分または不可避的不純物
・Ｃ：０．０３重量％未満
・Ｓｉ：０．１０重量％未満
・Ｍｎ：０．１０重量％未満
・Ｐ：０．０２重量％未満
・Ｓ：０．０２重量％未満
（重量％：混合粉末の全体の総重量を基準にした重量割合）
●  析出硬化型ステンレス鋼（ＳＵＳ６３０）
主成分
・Ｃｒ：１５．５〜１７．５重量％
・Ｎｉ：３．００〜５．００重量％
・Ｃｕ：３．００〜５．００重量％
・Ｎｂ：０．１５〜０．４５重量％
・Ｆｅ：残部重量
副成分または不可避的不純物
・Ｃ：０．０７重量％未満
・Ｓｉ：１．００重量％未満
・Ｍｎ：１．００重量％未満
・Ｐ：０．０４重量％未満
・Ｓ：０．０３重量％未満
（重量％：混合粉末の全体の総重量を基準にした重量割合）【００４３】
本発明において、混合粉末を構成する粉末粒子の平均粒径は５〜５０μｍであることが好ましい。これは、平均粒径が５μｍよりも小さいと凝集が生じやすくなり、その一方で、粉末焼結積層法に際して形成される粉末層の厚みが一般的には約５０μｍ程度であることによる。詳述すると、金属粉末の粒径は、粉末層の厚みよりも小さくする必要があるが、粉末粒子が細かい方が粉末の充填密度が高く、造形時の光ビーム（レーザ）吸収率も良いために造形密度も高くすることができるとともに表面粗さも小さくすることができる。その一方で、粉末粒子が細かすぎると凝集を起こしてしまう可能性があり、逆に粉末の充填密度は小さくなり、薄く均一に敷けなくなってしまう。そのような事情に鑑みて、粉末粒子の平均粒径（例えばＮｉ成分の粉末粒子の平均粒径など）は好ましくは５〜５０μｍであり、より好ましくは１０〜３０μｍである。ここで、「粒径」とは、粉末粒子のあらゆる方向における長さのうち最大となる長さを実質的に意味しており、「平均粒径」とは、粉末粒子の電子顕微鏡写真または光学顕微鏡写真に基づいてある個数（例えば１０個）の粉末粒子の粒径を測定し、その数平均として算出したものを実質的に意味している。【００４４】
また、本発明において、混合粉末を構成する各成分の粉末粒子の形状は特に制限はなく、例えば、球形状、楕円体形状または多面体形状（例えば立方体形状）等であってよい。但し、粉末層形成時の粉末の充填密度を増して薄く均一な粉末層を得る観点からは粉末粒子は球状であることが好ましい。ここでいう「球状」とは、アスペクト比（種々の方向で測定した場合の最大長さと最小長さとの比）が１．０〜２．０の範囲にある形状を実質的に指している。総括的に述べると、混合粉末を構成する粉末粒子が球形状であって、その平均粒径が５〜５０μｍ程度であれば、粉末焼結積層法において、積層厚さを薄くすること（１０〜５０μｍ程度）ができ、高精度に造形を行うことができ、かつ、切削すべき余剰硬化量も少なくすることが可能となる。【００４５】
本発明の混合粉末の調製法について述べておくと、構成成分となる粉末を適当なブレンダーで機械的に混合することなどによって本発明の混合粉末を調製することができる。尚、混合される成分粉末自体は、アトマイズ法（例えば水アトマイズ法）で製造された粉末であってよい。即ち、混合粉末を構成する粉末粒子がアトマイズ粉末（噴霧粉末粒子）であってよい。【００４６】
（本発明の製造方法）
本発明の金属粉末を用いると粉末焼結積層法を好適に実施することができる。具体的には、特に高いエネルギーの光ビームを用いなくても造形物を得ることができ、例えば、照射エネルギー密度Ｅが０．５〜７．０Ｊ／ｍｍ２程度の光ビームを照射することによって造形物を得ることができる（ちなみに、従来のマルエージング鋼成分における高エネルギー照射の場合では、同一条件下において少なくとも照射エネルギー密度Ｅが約１０．０Ｊ／ｍｍ２以上の光ビームを照射しなければならなかった点に留意されたい）。【００４７】
尚、低エネルギー焼結が可能であることに起因して、ポーラス状の低密度焼結領域の形成が可能となる。これにより、三次元形状造形物を金型として用いた場合、低密度焼結領域を“ガス抜き部”などとして好適に用いることができる。例えば照射エネルギー密度Ｅが５．０〜７．０Ｊ／ｍｍ２程度の光ビームでもって比較的高密度の焼結層（焼結密度：約９０〜９８％）を形成できるのに対して、焼結密度が７０％〜９０％程度の低密度焼結領域については照射エネルギー密度Ｅが約０．５〜３．０Ｊ／ｍｍ２程度の光ビーム照射によって形成することができる（前提となる製造条件やエネルギー密度Ｅなどは前述と同様である）。照射エネルギー密度Ｅの調整は、光ビームの出力エネルギーの調整、光ビームの走査速度の調整、光ビームの集光径の調整によって行うことができる。つまり、例えば、照射エネルギー密度Ｅを低くするには、（ａ）光ビームの出力エネルギーを低くすることの他に、（ｂ）光ビームの走査速度を上げる、（ｃ）光ビームの走査ピッチを拡げる、または、（ｄ）光ビームの集光径を大きくすることによって行うことができる。その一方で照射エネルギー密度Ｅを大きくするには、（ａ）光ビームの出力エネルギーを大きくすることの他に、（ｂ）光ビームの走査速度を下げる、（ｃ）光ビームの走査ピッチを狭める、または、（ｄ）光ビームの集光径を小さくすることによって行うことができる。ちなみに、本発明の製造方法においては、用いる照射エネルギー密度Ｅの上限自体は特に制限はなく、７．０Ｊ／ｍｍ２以上であっても造形物を得ることができ、例えば７．０〜２０．０Ｊ／ｍｍ２程度の照射エネルギー密度Ｅの光ビーム照射であってもよいことを付言しておく。【００４８】
ここで、本明細書にいう「焼結密度（％）」とは、造形物の断面写真を画像処理することによって求めた焼結断面密度（金属材料の占有率）を実質的に意味している。使用する画像処理ソフトはＳｃｉｏｎ  Ｉｍａｇｅ  ｖｅｒ．４．０．２（フリーウェア）であって、断面画像を焼結部（白）と空孔部（黒）とに二値化した後、画像の全画素数Ｐｘａｌｌおよび焼結部（白）の画素数Ｐｘｗｈｉｔｅをカウントすることで、以下の式１により焼結断面密度ρｓを求めることができる。
［式１］
0005579839.tif 000002
【００４９】
粉末焼結積層法で得られる三次元形状造形物は、熱処理に付してもよい。例えば、造形物を好ましくは４００〜５５０℃、更に好ましくは４５０〜５００℃に加熱してもよい。このような加熱により、造形物の硬度が更に増加しビッカース硬度Ｈｖで４００〜６００となる。この点、従来材料（クロムモリブデン鋼粉末と、ニッケルまたは及びニッケル系合金の粉末と、銅または及び銅系合金の粉末と黒鉛粉末からなる混合粉末）から得られる造形物では加熱によって硬度が増すということはないものの、本発明ではマルエージング鋼粉末材料を用いているので析出硬化（時効硬化）に起因して硬度を増加させることができる。光ビーム照射によるレーザ焼結・積層で得られるマルエージング系の造形物は、焼結時に溶融、急冷されているため、溶体化処理がされた状態になっていると考えられる。そのため、析出硬化処理として比較的温度の低い熱処理（４００〜５５０℃）に造形物を付すだけで、それなりの硬度や強度が得られる（特に「１８Ｎｉ系マルエージング鋼の混合粉末」から得られた造形物の場合）。熱処理温度が低いため、寸法変化も少なく、光造形複合加工された造形物の加工精度がそのまま生かされることになる。析出硬化処理における加熱時間は、特に制限はないものの、好ましくは０．５時間〜１０時間程度、より好ましくは１時間〜５時間程度である。また、かかる析出硬化処理の加熱処理手段としては、加熱炉等の加熱チャンバーを用いることができる。この場合、加熱チャンバー内に「粉末焼結積層法により得られた三次元形状造形物」を供すことによって、三次元形状造形物を全体的に加熱することができる。このような熱処理では加工精度が維持されるので、加熱処理に先立って切削加工などの機械加工を終了しておいてよいものの、場合によっては、加熱処理後に機械加工を施してもよい。【００５０】
上記熱処理に際しては、表面効果処理として窒化処理を付加的に行うことができる。即ち、三次元形状造形物を４００〜５５０℃の熱処理に付すに際して、三次元形状造形物の表面に窒化処理を施してもよい。これにより、造形物の表面部分の硬度を増加させることができ、例えばビッカース硬度Ｈｖで９００〜１０００程度にすることができる。窒化処理の時間も、上記加熱時間の場合と同様で特に制限はなく、好ましくは０．５時間〜１０時間程度、より好ましくは１時間〜５時間程度である。
【００５１】
本発明の製造方法では、粉末層および固化層の形成を造形プレート上で行ってよい。かかる場合、上記熱処理による造形プレートの寸法変化量を減じる措置を予め講じておくことが好ましい。例えば、造形プレート上における形成に先立って、上記熱処理の温度よりも高い温度で造形プレートを熱処理しておくことが好ましい。熱処理の温度よりも高い温度とは、４００〜５５０℃よりも高い温度であり、例えば約６００℃である。ちなみに、かかる造形プレートの熱処理は、造形物の熱処理温度よりも２０〜１００℃高い温度で行っておく。このような造形プレートの熱処理を予め行っておくと、上記の造形物の加熱処理（即ち４００〜５５０℃に造形物を加熱する処理）に際して、造形プレートの寸法変化量を低減させることができ、ひいては、造形プレートと一体化した造形物の寸法精度を向上させることができる。【００５２】
（本発明の三次元形状造形物）
本発明の三次元形状造形物は、上記金属粉末を用いた粉末焼結積層法を実施することによって得られる。従って、本発明の三次元形状造形物は、析出硬化型金属成分から形成されているといえる。つまり、三次元形状造形物がマルエージング鋼成分または析出硬化型ステンレス鋼成分を含んで成る。【００５３】
Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが別々の粉末粒子となった析出硬化型金属成分の混合粉末から得られることに起因して、および／または、Ｎｉ系成分の粉末が単独のＮｉ成分粉末となった析出硬化型金属成分の混合粉末から得られることに起因して、本発明の三次元形状造形物は高硬度・高強度を呈する。この点につき、好ましくは、三次元形状造形物の硬度はビッカース硬度Ｈｖで２７０〜３５０となっている。そして、析出硬化処理として造形物が４００〜５５０℃の加熱処理に付された場合では、造形物の硬度が更に高くなり、ビッカース硬度Ｈｖで４００〜５００となる。かかる析出硬化処理では熱処理温度が比較的低いために、寸法変化量が小さく、光造形複合加工で得られた造形物の高い加工精度が実質的に維持されている。【００５４】
尚、本明細書にいう「ビッカース硬度Ｈｖ」とは、ＪＩＳ  Ｚ２２４４の規格に準じて荷重１００〜１０００ｇｆでもって１０秒間押し込んだ後、それによって形成されたくぼみの対角線長さから求められる数値を意味している。【００５５】
本発明の三次元形状造形物は、高硬度・高強度を呈するだけでなく、良好な切削性も呈する。具体的には、本発明の三次元形状造形物をΦ２．０ｍｍ工具やΦ０．８ｍｍ工具などの切削工具で切削したとしても（特に未焼結の金属粉末が周囲に存在している条件でドライ切削を行ったとしても）、切削工具の刃先欠けが生じない。【００５６】
本発明の三次元形状造形物は、金型ないしは金型の入れ子などとして好適に用いることができる。この点、本発明の三次元形状造形物は、従来の金属粉末を用いて得られた造形物よりも高硬度・高強度・高精度であるといえるため、硬いプラスチック材料成形の量産用金型として特に好適に利用することができる。【００５７】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎない。従って、本発明はこれに限定されず、種々の改変がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。【００５８】
尚、上述のような本発明は、次の態様を包含している：
第１の態様：三次元形状造形物が得られる粉末焼結積層法に用いられる金属粉末であって、
析出硬化型金属成分の粉末を含んで成る混合粉末から成っており、
Ｆｅ系成分とＮｉ系成分とが相互に合金化した粉末を主成分として含んでおらず、Ｆｅ系成分粉末とＮｉ系成分粉末とが別個の粉末として含まれている金属粉末。
第２の態様：上記第１の態様において、前記Ｎｉ系成分の粉末が、いずれの他成分とも合金化しておらず、単独のＮｉ成分粉末となっていることを特徴とする金属粉末。
第３の態様：上記第１または第２の態様において、前記析出硬化型金属成分が、マルエージング鋼成分または析出硬化型ステンレス鋼成分であることを特徴とする金属粉末。
第４の態様：上記第３の態様において、マルエージング鋼成分が、１７〜１９重量％のＮｉ成分、７〜８．５重量％のＣｏ成分、４．６〜５．１重量％のＭｏ成分、０．３〜０．５重量％のＴｉ成分、０．０５〜０．１５重量％のＡｌ成分、および残部Ｆｅ成分を含んで成ることを特徴とする金属粉末。
第５の態様：上記第１〜第４の態様のいずれかにおいて、前記混合粉末を構成する粉末粒子の平均粒径が５〜５０μｍであることを特徴とする金属粉末。
第６の態様：上記第１〜第５の態様のいずれかにおいて、前記混合粉末を構成する粉末粒子のアスペクト比が１．０〜２．０であることを特徴とする金属粉末。
第７の態様：粉末焼結積層法として、（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射して前記所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および、（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、前記新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程を繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
前記粉末層を、上記第１〜第６の態様のいずれかの金属粉末から形成することを特徴とする、三次元形状造形物の製造方法。
第８の態様：上記第７の態様において、照射エネルギー密度Ｅが０．５〜７．０Ｊ／ｍｍ２の光ビームを照射することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
第９の態様：上記第７または第８の態様において、前記三次元形状造形物を４００〜５５０℃の熱処理に付すことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
第１０の態様：上記第７〜第９の態様のいずれかにおいて、前記三次元形状造形物の表面に窒化処理を施すことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
第１１の態様：上記第９の態様において、前記粉末層および前記固化層の形成を造形プレート上で行っており、該造形プレート上における形成に先立って、前記熱処理の温度よりも高い温度で該造形プレートを熱処理することを特徴とする製造方法。
第１２の態様：上記第７〜第１１の態様のいずれかの製造方法で得られる三次元形状造形物。
第１３の態様：上記第１２の態様において、前記造形物の硬度がビッカース硬度Ｈｖで２７０〜３５０となっていることを特徴とする三次元形状造形物。
第１４の態様：上記第９の態様に従属する上記第１２または第１３の態様の三次元形状造形物であって、前記熱処理後の造形物の硬度がビッカース硬度Ｈｖで４００〜６００となっていることを特徴とする、三次元形状造形物。
第１５の態様：上記第１２〜第１４の態様のいずれかにおいて、樹脂成形用の金型または該金型の部品として用いられることを特徴とする三次元形状造形物。
【実施例】
【００５９】
《実施例１》
本発明の特徴に関して試験を行った。具体的には、下記の混合粉末Ａ〜Ｃを用いてレーザ焼結積層および切削実験を行った。
（混合粉末Ａ）１８Ｎｉ系マルエージング
Ｆｅ−約１８％Ｎｉ−約８％Ｃｏ−約５％Ｍｏ−約０．４％Ｔｉ−約０．１％Ａｌ（単位：重量％、Ｆｅは残部重量）
（混合粉末Ｂ）２０Ｎｉ系マルエージング
Ｆｅ−約１９％Ｎｉ−約１．５％Ｔｉ−約０．５％Ｎｂ−約０．３％Ａｌ（単位：重量％、Ｆｅは残部重量）
（混合粉末Ｃ）析出硬化型ステンレス（ＳＵＳ６３０）
Ｆｅ−約１５％Ｃｒ−約４％Ｎｉ−約５％Ｃｕ−約０．４％Ｎｂ（単位：重量％、Ｆｅは残部重量）【００６０】
平均粒径３０ミクロン（０．０３ｍｍ）の上記Ａ〜Ｃの混合粉末を用いて、厚み０．０５ｍｍの粉末層を形成した。かかる粉末層に照射するレーザとしては炭酸ガスレーザ（出力２００Ｗの９０％出力）を用いた。レーザスキャン速度１５０ｍｍ／ｓｅｃ、スキャンピッチ０．２０ｍｍで粉末層にレーザを照射して焼結層を形成し積層造形物を得た。得られた積層造形物の断面組織、硬度、切削性につき評価を行った。【００６１】
（断面組成および硬度）
積層造形物の断面組織の外観を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。また、積層造形物の硬度、およびその造形物に対して付加的な熱処理（具体的には、９００℃、２時間の溶体化処理と、４７０℃、３時間の析出硬化処理）を行った後における硬度の結果を表１に示す。ここで、表１の「熱処理後のＨｖ値（右側の欄）」について詳述すると、『２０Ｎｉ系マルエージング』および『析出硬化型ステンレス（ＳＵＳ６３０）』については、溶体化処理と析出硬化処理との双方を行うことによって得られた値（Ｈｖ４６９、Ｈｖ４５８）であるのに対して、『１８Ｎｉ系マルエージング』については、溶体化処理せずに、析出硬化処理のみで得られた値（Ｈｖ４８４）である。換言すれば、『２０Ｎｉ系マルエージング』および『析出硬化型ステンレス（ＳＵＳ６３０）』については、溶体化処理を行わないと、析出硬化処理だけでは硬度が増加しなかったのに対して、『１８Ｎｉ系マルエージング』については、溶体化処理しなくても、析出硬化処理だけで硬度が増加した。つまり、『１８Ｎｉ系マルエージング』については、８００〜１０００℃程度の高い温度の溶体化処理に付すことなく、金属光造形で得られた造形物を“処理温度の比較的低い析出硬化処理（４００〜５５０℃の熱処理）”に付すだけで硬度増加を見込めることが分かった。
【表１】
0005579839.tif 000003
【００６２】
（切削性）
切削性評価の結果を表２に示す。切削性評価は、造形後の表面を金属粉末中でドライ切削を行ったものである。○は切削問題なし（即ち刃先欠け無し）、×は切削工具刃先に欠け発生を示す。
【表２】
0005579839.tif 000004
【００６３】
《実施例２》
図９（ａ）〜（ｆ）に示す６種類の粉末材料から１８Ｎｉ系マルエージング組成（Ｆｅ−１８％Ｎｉ−８％Ｃｏ−５％Ｍｏ−０．４％Ｔｉ−０．１％Ａｌ）となる混合粉末を作成し、レーザ焼結積層を実施した。【００６４】
得られた造形物につき、従来材料の場合と硬度および強度の比較を行った。結果を表３に示す。表３から分かるように、本発明に係る造形物は従来材料と比較して高硬度、高強度なものであることが分かった。
【表３】
0005579839.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明において得られる三次元形状造形物は、プラスチック射出成形用金型、プレス金型、ダイカスト金型、鋳造金型、鍛造金型などの金型として好適に用いることができる。
関連出願の相互参照【００６６】
本出願は、日本国特許出願第２０１０−１１９２９７号（出願日：２０１０年５月２５日、発明の名称：「粉末焼結積層用金属粉末、それを用いた三次元形状造形物の製造方法および得られる三次元形状造形物」）に基づくパリ条約上の優先権を主張する。当該出願に開示された内容は全て、この引用により、本明細書に含まれるものとする。
【図１】
0005579839.tif 000006
【図２】
0005579839.tif 000007
【図３】
0005579839.tif 000008
【図４】
0005579839.tif 000009
【図５】
0005579839.tif 000010
【図６】
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【図７】
0005579839.tif 000012
【図８】
0005579839.tif 000013
【図９】
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