(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料が硬化される硬化層を順次に積層形成して三次元形状の造形物を得る三次元形状物製造法であって、埋設用部材を設置しておき、該埋設用部材の周辺に粉末材料を充填し、該粉末材料を同埋設用部材の近傍でこれと一体化されるように硬化させて、硬化層を順次に積層形成する三次元形状物製造法であり、シート材料を積層一体化して埋設用部材を形成し、この場合に、各硬化層を形成するごとにその前に各シート材料を順次に積層設置して、埋設用部材を形成することを特徴とする三次元形状物製造法。
【請求項２】
積層される各シート材料に穿設された貫通孔に粉末材料を充填し、該粉末材料を硬化させることによって同各シート材料を結合させることを特徴とする請求項１記載の三次元形状物製造法。
【請求項３】
各シート材料の間で貫通孔を連通させることを特徴とする請求項２記載の三次元形状物製造法。
【請求項４】
各シート材料の厚みを埋設用部材の外側面の傾斜がきつくなる部位では厚く、同傾斜が緩くなる部位では薄くなるように変化設定することを特徴とする請求項１記載の三次元形状物製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉末材料が硬化される硬化層を順次に積層形成して三次元形状の造形物を得る三次元形状物製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図４０に示す如く、粉末材料１が硬化される硬化層２を順次に積層形成して三次元形状の造形物を得る三次元形状物製造法は知られている。これは「選択的焼結によって部品を製造する方法」として特許第２６２０３５３号公報に開示されたもので、ここでは、金属等の無機質材或いは樹脂等の有機質材でなる粉末材料１が堆積され、そこにレーザや指向性エネルギービーム等の光ビーム（レーザビーム１２）が照射され硬化されて硬化層２が形成され、該硬化層２が順次に積層形成されて三次元形状の造形物が得られる。
【０００３】
この場合、図４０（ａ）に示す如く、粉末材料１はホッパー２９から包囲構造３０内に供給され、その上から、図４０（ｂ）に示す如く、レーザビーム１２が所定部位に選択的に照射され、これが繰り返されて硬化層２が積層形成される。又、レーザビーム１２はレーザヘッド３１から照出され、その走路がプリズム３２を含む走査系３３で方向変換されるように操作されて、包囲構造３０内で最上層となる粉末材料１の所定部位に選択的に照射される。したがって、この場合には、複雑な形状の造形物を比較的容易に製造することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術においては、粉末材料１の充填密度が低くて照射、硬化後の密度は１００％とならず、そのため、製造される造形物の強度が材料本来の機械的強度に比して弱くなるという問題があった。又、硬化層２を形成するためにレーザビーム１２を走査する工程が必要となり、しかも、造形物の輪郭線内の走査データ量が多いため造形時間が長くなるという問題があった。又、粉末材料１が硬化する際に収縮するため、硬化層２が変形して精度良く造形物を製造することができないという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記従来の技術における問題を悉く解決するために発明されたもので、その課題は、複雑な形状でありながら高強度で高精度な造形物を容易に製造することができる三次元形状物製造法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の三次元形状物製造法は、粉末材料が硬化される硬化層を順次に積層形成して三次元形状の造形物を得る製造法であって、埋設用部材を設置しておき、該埋設用部材の周辺に粉末材料を充填し、該粉末材料を同埋設用部材の近傍でこれと一体化されるように硬化させて、硬化層を順次に積層形成する製造法である。
【０００７】
したがって、この場合、埋設用部材を高密度で強固に形成しておくことで、全体としては高強度な造形物を製造することができる。しかも、埋設用部材の周辺付近のみの粉末材料を層構成として順次に硬化させるだけで良く、その際、硬化させるためのビームを走査する走査データ量も造形物の輪郭線内で少なくなって走査時間は短くなり、複雑な形状であってもその造形時間の短縮化を図ることができる。又、硬化される粉末材料の量が少なくなることで、その硬化時の収縮による変形も防止されて、高精度な造形物を製造することができる。
【０００８】
また、この場合において、埋設用部材を周壁体で囲まれたプレート上に設置し、該プレートを同周壁体の上端部から硬化層の厚みに相当する寸法分づつ順次に降下させて、同周壁体で囲まれたスペース内に粉末材料を同プレートの降下ごとに充填して硬化させてもよい。
【０００９】
このようにすることで、埋設用部材が硬化層の厚みに相当する寸法分づつ降下されながら、その周辺に同硬化層が順次に積層形成されるので、硬化後ごとに粉末材料を容易に充填することができ、これに照射するビームの距離設定等も容易になって、最適な製造設備となすことができる。
【００１０】
また、本発明の請求項１記載の三次元形状物製造法は、上記の三次元形状物製造法において、シート材料を積層一体化して埋設用部材を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
したがって、この場合は特に、複雑な形状の造形物であっても、これに埋設される埋設用部材をシート材料の積層一体化により形成することによって、簡単に製造することができる。
【００１２】
しかも、本発明の請求項１記載の三次元形状物製造法は、上記の三次元形状物製造法において、各硬化層を形成するごとにその前に各シート材料を順次に積層設置して、埋設用部材を形成することを特徴とするものである。
【００１３】
したがって、この場合は特に、シート材料を予め積層一体化して形成しておく必要がなく、各硬化層を形成するごとにその前に各シート材料を順次に積層設置して、埋設用部材を簡単に形成することができ、同埋設用部材は粉末材料の充填の際に邪魔になることもない。
【００１４】
本発明の請求項２記載の三次元形状物製造法は、上記請求項１記載の三次元形状物製造法において、積層される各シート材料に穿設された貫通孔に粉末材料を充填し、該粉末材料を硬化させることによって同各シート材料を結合させることを特徴とするものである。
【００１５】
したがって、この場合は特に、貫通孔に充填される粉末材料の硬化によって各シート材料は結合されるので、シート材料間の結合強度が向上されると共に粉末材料硬化時の熱影響によるシート材料の変形も防止され、造形物の高強度化、高精度化を図ることができる。
【００１６】
本発明の請求項３記載の三次元形状物製造法は、上記請求項２記載の三次元形状物製造法において、各シート材料の間で貫通孔を連通させることを特徴とするものである。
【００１７】
したがって、この場合は特に、シート材料間で連通した貫通孔に充填される粉末材料の硬化によって各シート材料が結合されるので、各シート材料は相互に位置決めされて横ズレなく結合され、造形物の更なる高強度化、高精度化を図ることができる。
【００１８】
本発明の請求項４記載の三次元形状物製造法は、上記請求項１記載の三次元形状物製造法において、各シート材料の厚みを埋設用部材の外側面の傾斜がきつくなる部位では厚く、同傾斜が緩くなる部位では薄くなるように変化設定することを特徴とするものである。
【００１９】
したがって、この場合は特に、埋設用部材の外側面の傾斜がきつくなる部位では、シート材料の厚みが厚くなるように変化設定されて該シート材料の積層枚数は削減され、造形時間の更なる短縮化を図ることができる。逆に、埋設用部材の外側面の傾斜が緩くなる部位では、シート材料の厚みが薄くなるように変化設定されて該シート材料の端部で発生する段差は小さくなり、造形物の水平に近い表面を滑らかに仕上げることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一参考例を示し、該参考例の三次元形状物製造法は、粉末材料１が硬化される硬化層２を順次に積層形成して三次元形状の造形物を得る製造法であって、埋設用部材３を設置しておき、該埋設用部材３の周辺に粉末材料１を充填し、該粉末材料１を同埋設用部材３の近傍でこれと一体化されるように硬化させて、硬化層２を順次に積層形成する製造法である。
【００２５】
該参考例の三次元形状物製造法においては、埋設用部材３を周壁体４で囲まれたプレート５上に設置し、該プレート５を同周壁体４の上端部６から硬化層２の厚みに相当する寸法Ｌ分づつ順次に降下させて、同周壁体４で囲まれたスペース７内に粉末材料１を同プレート５の降下ごとに充填して硬化させる。
【００２６】
この場合、図１（ａ）に示す如く、プレート５上に埋設用部材３を予め設置しておき、図１（ｂ）に示す如く、プレート５を硬化層２の厚みに相当する寸法Ｌだけ降下させ、これにより形成される周壁体４で囲まれたスペース７内に、図１（ｃ）に示す如く、粉末材料１を充填する。ここで、プレート５の周囲には周壁体４の内面に密接状態で摺動するスライダ１１が設けられており、粉末材料１の漏れ出ないスペース７が、同周壁体４の上端部６から所定の深さ（寸法Ｌ）となって確実に形成される。
【００２７】
次に、図１（ｄ）に示す如く、埋設用部材３の周辺付近の粉末材料１にのみビーム１２を照射して硬化させ、その際、該粉末材料１が硬化する硬化層２を同埋設用部材３の外側面にも結合一体化させる。ここで、ビーム１２としてはレーザや指向性エネルギービーム等の光ビームが照射され、粉末材料１は焼結により硬化する。粉末材料１は金属等の無機質材或いは樹脂等の有機質材でなり、前記ビーム１２によって必要部分のみが選択的に焼結され効率良く確実に硬化される。又、埋設用部材３の材質は、これに粉末材料１が硬化され結合一体化されることから該粉末材料１と同質材料であることが好ましく、同埋設用部材３は高密度で高強度に形成されるが、安価で高強度に形成される別材料が採用されても良い。
【００２８】
上記図１（ｂ）〜（ｄ）の工程が繰り返され、最終的に図１（ｅ）に至って造形物が完成する。この場合、金属でなる粉末材料１を硬化積層させて金属部品や金型等を製造することができ、樹脂でなる粉末材料１によって樹脂部品を製造することができ、有機質材と無機質材とが混在する造形物や部品等を製造することもできる。
【００２９】
したがって、該参考例の三次元形状物製造法においては、埋設用部材３を高密度で強固に形成しておくことで、全体としては高強度な造形物を製造することができる。しかも、埋設用部材３の周辺付近のみの粉末材料１を層構成として順次に硬化させるだけで良く、その際、硬化させるためのビーム12を走査する走査データ量も造形物の輪郭線内で少なくなって走査時間は短くなり、複雑な形状であってもその造形時間の短縮化を図ることができる。又、硬化される粉末材料１の量が少なくなることで、その硬化時の収縮による変形も防止されて、高精度な造形物を製造することができる。
【００３０】
又、該参考例の三次元形状物製造法においては、埋設用部材３が硬化層２の厚みに相当する寸法Ｌ分づつ降下されながら、その周辺に同硬化層２が順次に積層形成されるので、硬化後ごとに粉末材料１を容易に充填することができ、これに照射するビーム12の距離設定等も容易になって、最適な製造設備となすことができる。しかも、この場合に、プレート５は周壁体４の上端部６から硬化層２の厚みに相当する寸法Ｌ分づつ降下されるので、該寸法Ｌ分の厚さ寸法となる程度に粉末材料１が正確に適量だけ充填される。
【００３１】
図２は、本発明の別の参考例を示し、該参考例の三次元形状物製造法においては、シート材料８を積層一体化して埋設用部材３が形成されている。この場合、シート材料８は無機質材或いは有機質材で、予め積層一体化されてプレート５上に設置される。
【００３２】
したがって、この場合は特に、複雑な形状の造形物であっても、これに埋設される埋設用部材３をシート材料８の積層一体化により形成することによって、簡単に製造することができる。なお、それ以外は、上記図１に示した参考例と同様に構成されて同様の工程となっており、同上記参考例におけると同様の作用効果が奏される。
【００３３】
図３は、本発明の請求項１に対応する一実施形態を示し、該実施形態の三次元形状物製造法においては、各硬化層２を形成するごとにその前に各シート材料１を順次に積層設置して、埋設用部材３を形成するものである。この場合、シート材料８は所定の大きさ形状に切断され、その厚み寸法は硬化層２の厚みに相当する寸法Ｌに略等しく形成されており、該寸法Ｌだけプレート５を降下させる前に予め該プレート５上に同シート材料８は設置されているが、プレート５を降下させた後に該プレート５上に同シート材料８を設置しても良く、すなわち、図３（ａ）（ｂ）の工程が入れ替わっても良い。
【００３４】
したがって、この場合は特に、シート材料８を予め積層一体化して埋設用部材３を形成しておく必要がなく、各硬化層２を形成するごとにその前に各シート材料８を順次に積層設置して、埋設用部材３を簡単に形成することができ、同埋設用部材３は粉末材料１の充填の際に邪魔になることもない。又、充填された粉末材料１から埋設用部材３が上方へ突出しないので、ビーム12を照射する同粉末材料１の硬化作業の際にも支障を来すことがない。なお、それ以外は、上記図２に示した参考例と同様に構成されて同様の工程となっており、同上記参考例におけると同様の作用効果が奏される。
【００３５】
又、上記各参考例、実施形態においては、図４に示す如く、下層から上層領域を除いた領域部分に粉末材料１を充填している。すなわち、シート材料８の輪郭線周辺に粉末材料１は充填されて、該粉末材料１が同シート材料８の間には介設されていない。この場合、各シート材料８の端面間の隙間が粉末材料１の硬化層２によって閉塞されると共に、強固に接着されて同端面からのシート材料８のめくれ上がり変形が防止され、しかも、接着部分が少ないため熱歪み等の影響も少なく、高精度の造形物を得ることができる。
【００３６】
又、上記各参考例、実施形態において、図５に示す如く、各シート材料８の間に粉末材料１を塗布介設し、該シート材料８間の粉末材料１を溶融或いは焼結することによって、各シート材料８を相互に接合させることも可能である。この場合、図５（ａ）（ｂ）に示す如く、下層のシート材料８の表面に粉末材料１を塗布して粉末接着層13を形成し、図５（ｃ）に示す如く、同粉末接着層13上に上層のシート材料８を設置し、図５（ｄ）に示す如く、同上層のシート材料８の上から該シート材料８を通してレーザ等のビーム12を照射し、これにより、前記粉末接着層13を溶融或いは焼結させて該粉末接着層13により上下層のシート材料８を相互に接着結合する。
【００３７】
したがって、この場合は、シート材料８の相互間の接着強度が向上して、造形物の機械的強度を増強させることができる。又、この場合には、シート材料８よりも低融点の粉末材料１が用いられ、これによって、該シート材料８にはビーム１２の熱影響によるダメージを与えることなく造形することができ、同シート材料８に変形を生じることなく高精度の造形物が得られる。
【００３８】
図６は、本発明の請求項１、２に対応する別の実施形態を示し、該実施形態の三次元形状物製造法においては、積層される各シート材料８に穿設された貫通孔９に粉末材料１を充填し、該粉末材料１を硬化させることによって同各シート材料８を結合させるものである。この場合、図６（ａ）（ｂ）に示す如く、複数の貫通孔９が穿設されたシート材料８の上から、該シート材料８の周辺と各貫通孔９内とに粉末材料１を充填し、図６（ｃ）に示す如く、同シート材料８の上からレーザ等のビーム12を照射して、前記シート材料８の周辺及び各貫通孔９内に充填された粉末材料１を硬化させる。この図６（ａ）〜（ｃ）の工程が繰り返され、最終的に図６（ｄ）に至って造形物が完成する。
【００３９】
したがって、この場合は特に、貫通孔９に充填される粉末材料１の硬化によって各シート材料８は結合されるので、各シート材料８間の結合強度が向上されると共に、粉末材料１硬化時の熱影響による各シート材料８の変形も防止され、造形物の高強度化、高精度化を図ることができる。なお、それ以外は、上記図３に示した実施形態と同様に構成されて同様の工程となっており、同上記実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００４０】
図７は、本発明の請求項１〜３に対応する更に別の実施形態を示し、該実施形態の三次元形状物製造法においては、各シート材料８の間で貫通孔９を連通させている。この場合、全シート材料８に貫通孔９は連通しており、該連通した貫通孔９が複数個所に配設されている。
【００４１】
したがって、この場合は特に、シート材料８間で連通した貫通孔９に充填される粉末材料１の硬化によって各シート材料８が結合されるので、各シート材料８は相互に位置決めされて横ズレなく結合され、造形物の更なる高強度化、高精度化を図ることができる。なお、それ以外は、上記図６に示した実施形態と同様に構成されて同様の工程となっており、同上記実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００４２】
又、該実施形態において、図８に示す如く、貫通孔９を傾斜して連通するように穿設することもできる。この場合、図８（ａ）に示す如く、シート材料８の各層ごとで貫通孔９を交互に異なる方向へ傾斜させても良く、或いは、図８（ｂ）に示す如く、複数層のシート材料８ごとで貫通孔９を交互に異なる方向へ傾斜させても良いものである。この場合には、シート材料８の重ね合わせ方向で、各シート材料８が相互に剥がれ難くなり、造形物の更なる高強度化を図ることができる。
【００４３】
又、該実施形態において、図９に示す如く、上下層のシート材料８間で連通する両貫通孔９の上側の貫通孔９ｂを、下側の貫通孔９ａで充填硬化される粉末材料１の逃がし孔としても良い。この場合には、下側の貫通孔９ａに充填された粉末材料１が硬化する際に、該粉末材料１の凝縮による盛り上がり変形は、上側の貫通孔９ｂで逃がされ吸収されるので、各シート材料８間での密着性を向上させることができる。
【００４４】
又、該実施形態において、図１０に示す如く、上下層の両シート材料８間で連通する貫通孔９ｂ，９ａと連通しない貫通孔９ｃとを共に配設しても良い。この場合には、連通する両貫通孔９ｂ，９ａでシート材料８間の位置決めを行うことができ、連通しない貫通孔９ｃでシート材料８間の接着強度を高めることができる。
【００４５】
又、該実施形態において、図１１に示す如く、シート材料８間で連通する貫通孔９の孔径を、各シート材料８の層間で相違させても良い。この場合、上下の貫通孔９ｃ，９ａが大径に形成され、中程の貫通孔９ｂが小径に形成されている。又、図１２に示す如く、上下層の両シート材料８間で連通する貫通孔９ｂ，９ａの各開口端縁に各々面取り加工を施しても良い。これ等の場合には、シート材料８の重ね合わせ方向で、各シート材料８が相互により剥がれ難くなって、各シート材料８間での接着強度を向上させることができる。
【００４６】
又、該実施形態において、図１３に示す如く、シート材料８間で連通する各貫通孔９をテーパ孔状に形成しても良い。この場合、図１３（ａ）に示す如く、粉末材料１が充填硬化される下側の貫通孔９ａと、逃がし孔とされる上側の貫通孔９ｂとを、共に同じ傾斜で同じ大きさののテーパ孔状に形成しても良く、又、図１３（ｂ）に示す如く、多数層にわたって連通する各貫通孔９を、全て同じ傾斜で同じ大きさのテーパ孔状に形成しても良く、又、図１３（ｃ）に示す如く、多数層にわたって連通する各貫通孔９を、相互に傾斜が連続するよう順次その大きさを変化させてテーパ孔状に形成し、このように連通形成された複数の貫通孔９を複数組み相互に相反するテーパにして配設しても良い。これ等の場合には、シート材料８の重ね合わせ方向で、各シート材料８が相互により剥がれ難くなって、各シート材料８間での接着強度を向上させることができると共に、位置決め作業も容易となる。
【００４７】
図１４は、本発明の請求項１、４に対応する更に別の実施形態を示し、該実施形態の三次元形状物製造法においては、各シート材料８の厚みを埋設用部材３の外側面の傾斜Ｋがきつくなる部位（傾斜Ｋが鉛直方向に近くなる部位）では厚く、同傾斜Ｋが緩くなる部位（傾斜Ｋが水平方向に近くなる部位）では薄くなるように変化設定するものである。この場合、図１５（ａ）に示す如く、傾斜Ｋが鉛直方向に近くなる部位でシート材料８を厚くすることにより、その積層数は少なくなり、又、図１５（ｂ）に示す如く、傾斜Ｋが水平方向に近くなる部位でシート材料８を薄くすることにより、その端部で発生する段差は小さくなる。
【００４８】
したがって、この場合は特に、埋設用部材３の外側面の傾斜Ｋがきつくなる部位では、シート材料８の厚みが厚くなるように変化設定されて、該シート材料８の積層枚数は削減されるので、造形時間の更なる短縮化を図ることができる。逆に、埋設用部材３の外側面の傾斜Ｋが緩くなる部位では、シート材料８の厚みが薄くなるように変化設定されて、該シート材料８の端部で発生する段差は小さくなるので、造形物の水平に近い表面を滑らかに仕上げることができる。
【００４９】
又、該実施形態の三次元形状物製造法において、図１６（ａ）に示す如く、シート材料８を各層ごとで一体に形成しその厚みを均一としても良く、又、図１６（ｂ）に示す如く、シート材料８を特定の部位でその複数層を一体に形成しその厚みを相違させても良い。なお、それ以外は、上記図３に示した実施形態と同様に構成されて同様の工程となっており、同上記実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００５０】
図１７は、本発明の請求項１に対応する更に別の実施形態を示し、該実施形態の三次元形状物製造法においては、シート材料８の間に粉末材料１が固化される粉末固化層10を介設形成するものである。この場合、粉末固化層10はシート材料８の代わりに配設されるもので、その上下両側のシート材料８を強固に接合させる。
【００５１】
したがって、この場合は特に、シート材料８による積層面が微細で複雑な形状となる場合、例えば、切り抜き形状が複雑であったり、独立した輪郭線の島が多く発生する場合に、同シート材料８に代えてその部位に粉末材料１が固化される粉末固化層１０を介設形成することにより、該粉末固化層１０を簡単に正確な位置に形成して、複雑な形状となる造形物の製造にも容易に対応することができる。
【００５２】
又、該実施形態の三次元形状物製造法において、図１８に示す如く、複数の粉末固化層１０を介設してこれ等の厚みを相違させることができる。この場合、厚い粉末固化層１０を得るためには、粉末材料１の塗布及び硬化を複数回繰り返して行えば良く簡単で、シート材料８の厚みを変えるに比して容易であり、特別な機構や装置も不要となる。なお、それ以外は、上記図３に示した実施形態と同様に構成されて同様の工程となっており、同上記実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００５３】
図１９は、本発明の請求項１に対応する更に別の実施形態を示し、該実施形態の三次元形状物製造法においては、埋設用部材３の外側面が各シート材料８の間で階段状となり、該階段状の凹部に粉末材料１をその上面が同階段傾斜に略沿ったテーパー状となるように充填して硬化させるものである。この場合には、図２０に示す如く、段差が大きくなっていたものが、図２１に示す如く、階段傾斜Ｋに沿って段差が小さくなる。ここで、図２０、２１の各（ａ）は全体形状を示し、各（ｂ）はビーム12を照射して粉末材料１を硬化させる状態の要部を示し、各（ｃ）は同粉末材料１が硬化された硬化層２を示している。
【００５４】
したがって、この場合は特に、階段状となる埋設用部材３の外側面が、該階段状の凹部に充填して硬化される粉末材料１により同階段傾斜Ｋに略沿ったテーパー状となるので、造形物の表面を滑らかに仕上げることができる。しかも、ここで、磨き仕上げされるときには、削り取り量が削減されて仕上げ時間の短縮化を図ることができる。
【００５５】
又、該実施形態の三次元形状物製造法においては、加振装置を採用することによって、階段状の凹部に粉末材料１をその上面がテーパー状となるように充填することができる。例えば、図２２に示す如く、粉末材料１を充填後にプレート５を上昇させてこれに振動を付与し、不要な粉末材料１を振り落としてその上面をテーパー状となすことができる。この場合、図２２（ａ）に示す如く、プレート５を所定位置に降下させた状態で、周壁体４で囲まれたスペース７内に粉末材料１を充填し、次に、図２２（ｂ）に示す如く、同プレート５を最上位にまで上昇させてこれを振動させ、不要な粉末材料１を振り落としてその上面をテーパー状となし、続いて、図２２（ｃ）に示す如く、同プレート５を所定位置に降下させこの状態で、最上層のシート材料８の周辺付近の粉末材料１にのみビーム１２を照射して硬化層２を形成する。なお、それ以外は、上記図３に示した実施形態と同様に構成されて同様の工程となっており、同上記実施形態におけると同様の作用効果が奏される。
【００５６】
又、本発明の三次元形状物製造法においては、レーザや指向性エネルギービーム等の光ビームを照射することで、粉末材料１が焼結により硬化されると共にシート材料８は所定形状に切断されるのであるが、このように、光ビームを採用することで、ピンポイント的に局部加熱を行うことができ、シート材料８に熱による悪影響を与えることなくこれを切断することができ、その際、輪郭線形状に合わせて自由に且つ正確に同光ビームを走査することができる。
【００５７】
又、本発明の三次元形状物製造法において、シート材料８の切断形状は、図２３に示す如く、箱形状の造形物を製作する場合、同シート材料８の端縁部分に粉末材料１が充填されるスペースが形成されるように形成する。すなわち、最下層のシート材料８は造形物に合致する形状（必要寸法Ａ）で良いが、その上の他のシート材料８はその端縁部分に粉末材料１の充填量を考慮したスペース（充填部寸法Ｂ）が確保されるよう若干小さく切断する。この場合には、各シート材料８の端縁部分が確実に接着されて、必要寸法Ａを有する所定の箱形状となる造形物を高精度で得ることができる。
【００５８】
又、図２４に示す如く、シート材料８による積層面に独立した輪郭線の島部１４が発生する場合、該島部１４とその他の部分とを結合する連結部１５が備わった形状に同シート材料８を切断形成する。この場合、シート材料８の積層接合後、或いは、造形物の製作完了後に、図２４（ａ）（ｄ）に示す如く、前記連結部１５を切断除去するものである。それ故、この場合には、切断形成したシート材料８を搬送する際、図２４（ｂ）に示す如く、島部１４が連結部１５でその他の部分と一体化されていて、容易に搬送することができ、又、図２４（ｃ）に示す如く、同シート材料８を積層接合する際にも、島部１４が連結部１５でその他の部分と一体化されていて、その位置決め作業を容易に行うことができる。
【００５９】
又、本発明の三次元形状物製造法において、シート材料８の位置決めは、例えば、図２５に示す如く、シート材料８をその周辺に位置決め辺部１６が備わった形状に切断形成し、該位置決め辺部１６を位置決めピン１７に当接させることによって行うことができる。この場合、図２５（ｂ）に示す如く、シート材料８は二辺の直角に配置される位置決め辺部１６が島部１４と共にその他の部分と連結部１５を介して結合された形状に切断形成され、図２５（ｃ）に示す如く、両位置決め辺部１６を少なくとも三つの位置決めピン１７に当接させることにより同シート材料８は位置決め設置されて積層接合され、最終的には、図２５（ａ）に示す如く、全ての連結部１５及び位置決め辺部１６が切断除去される。なお、位置決めピン１７は、例えば、プレート５上に突設される。
【００６０】
又、本発明の三次元形状物製造法においては、図２６に示す如く、シート材料８の位置決めを行うこともできる。すなわち、この場合には、シート材料８をその全周に位置決め辺部１６が備わった形状に切断形成し、該位置決め辺部１６を周壁体４の内壁面に当接させることによって、同シート材料８の位置決めを行うものである。ここでは、図２６（ａ）に示す如く、シート材料８はその全周を包囲するように配される位置決め辺部１６が島部１４と共にその他の部分と連結部１５を介して結合された形状に切断形成され、図２６（ｂ）に示す如く、位置決め辺部１６の外側縁を周壁体４の内壁面に当接させることにより同シート材料８は位置決め設置されて積層接合される。なお、最終的には、全ての連結部１５及び位置決め辺部１６が切断除去される。
【００６１】
上記図２５、２６に示した如く、シート材料８の位置決めを行うと、該位置決め作業が容易となり、粉末材料１を充填する領域が小さくなって該粉末材料１の量も少なくて済み、その結果として、高精度の造形物を得ることができる。
【００６２】
又、本発明の三次元形状物製造法においては、図２７に示す如く、プッシャ可動装置１８から進退自在に突出されるプッシャ１９を、シート材料８の外縁部分に当接させることで、同シート材料８の位置決めを行うこともできる。ここで、図２７（ａ）は位置決め時の状態を示し、図２７（ｂ）は位置決め解除状態を示している。又、図２８に示す如く、ピン可動装置装置２０から進退自在に突出される可動ピン２１を、各シート材料８に穿設される位置決め用孔２２に挿通係合させることで、同各シート材料８の位置決めを行うこともできる。ここで、図２８（ａ）は位置決め時の状態を示し、図２８（ｂ）は位置決め解除状態を示している。このように、シート材料８の位置決めを行うと、光ビーム照射がシート材料８の輪郭線部に沿って正確に走査され、各シート材料８間の接着が良好に行われて接着強度が向上され、造形精度の向上を期待できるようになる。
【００６３】
又、本発明の三次元形状物製造法において、シート材料８の位置決めが、各シート材料８に穿設される位置決め用孔２２に可動ピン２１を挿通係合させることで行われる場合には、図２９に示す如く、可動ピン２１をプレート５上に立設してこれと共に可動されるようになしても良い。この場合、シート材料８の位置決めが容易に行われながら、図２９（ａ）（ｂ）に示す工程及びビーム１２を粉末材料１に照射して硬化層２を形成する工程が繰り返され、最終的に図２９（ｃ）に至って造形物が完成し、その際、前記可動ピン２１は埋設用部材３の一部として造形物内に埋設形成される。
【００６４】
又、本発明の三次元形状物製造法において、シート材料８の位置決めが、各シート材料８に穿設される位置決め用孔２２に可動ピン２１を挿通係合させることで行われる場合、図３０に示す如く、可動ピン２１の先端部分をかしめたり（かしめ膨大部２３）、図３１（ａ）に示す如く、上層のシート材料８の位置決め用孔２２に粉末材料１を充填し、これを硬化させて可動ピン２１の先端部分と結合させたり（結合硬化部２４）、その際、図３１（ｂ）に示す如く、同上層のシート材料８の位置決め用孔２２を面取り形状に形成したり（面取り部２５）することができる。この場合には、シート材料８が可動ピン２１から抜け外れ難くなって、各シート材料８の積層方向における強度アップが図られる。
【００６５】
又、このように、シート材料８の位置決めが、各シート材料８に穿設される位置決め用孔２２に可動ピン２１を挿通係合させることで行われるような場合には、図３２（ａ）に示す如く、可動ピン２１が全シート材料８に連通挿入されるようになしても、或いは、図３２（ｂ）に示す如く、複数の可動ピン２１が上下の両シート材料８間ごとで挿通されるようになしても良いものである。
【００６６】
又、本発明の三次元形状物製造法において、シート材料８の位置決めが、各シート材料８に穿設される位置決め用孔２２に可動ピン２１を挿通係合させることで行われる場合に、図３３に示す如く、可動ピン２１を下層のシート材料８の上面に突出形成し、同可動ピン２１が上層のシート材料８の位置決め用孔２２に挿入係合されるようになすこともできる。
【００６７】
この場合、図３３（ａ）に示す如く、下層のシート材料８の上面に粉末材料１を塗布し、図３３（ｂ）に示す如く、該粉末材料１の一部にビーム１２をスポット状に照射し硬化させて可動ピン２１を形成し、図３３（ｃ）に示す如く、未硬化で残存する粉末材料１を除去して同可動ピン２１を下層のシート材料８の上面から突出させ、図３３（ｄ）に示す如く、前記下層のシート材料８の上に上層のシート材料８を積層して、その際、該上層のシート材料８の位置決め用孔２２に前記可動ピン２１を挿入係合させて両シート材料８を相互に位置決めし、その後は、図３３（ｅ）（ｆ）に示す如く、別途の粉末材料１を充填し、上層のシート材料８の周辺付近の同粉末材料１にビーム１２を照射して硬化層２を形成し、これ等の工程を繰り返して造形物が完成される。
【００６８】
したがって、この場合には、可動ピン２１を予め別途に設置形成する手間が省かれ、該可動ピン２１の形状や大きさを位置決め用孔２２に対応させて自由に設定することができ、シート材料８を積層する工程の中で簡単に各シート材料８の積層方向における強度アップを図ることができる。
【００６９】
又、本発明の三次元形状物製造法においては、図３４、３５に示す如く、位置決め用リブ２６を下層のシート材料８の上面に突出形成して、同位置決め用リブ２６に上層のシート材料８の外辺部分を当接させることで、両シート材料８を相互に位置決めすることもできる。
【００７０】
この場合、図３４（ａ）に示す如く、下層のシート材料８の上面に粉末材料１を塗布し、図３４（ｂ）に示す如く、該粉末材料１の一部にビーム１２を線状に照射し硬化させて位置決め用リブ２６を形成し、図３４（ｃ）、図３５（ａ）に示す如く、未硬化で残存する粉末材料１を除去して同位置決め用リブ２６を下層のシート材料８の上面から突出させ、図３４（ｄ）、図３５（ｂ）に示す如く、前記下層のシート材料８の上に上層のシート材料８を積層して、その際、該上層のシート材料８の対向する外辺部分の一辺を前記位置決め用リブ２６に当接させて両シート材料８を相互に位置決めし、その後は、図３４（ｅ）（ｆ）、図３５（ｃ）に示す如く、別途の粉末材料１を充填し、上層のシート材料８の前記外辺部分の他辺付近の同粉末材料１にビーム１２を照射して硬化層２を形成し、これ等の工程を繰り返して造形物が完成される。
【００７１】
したがって、この場合にも、位置決め用リブ２６を予め別途に設置形成する手間が省かれ、該位置決め用リブ２６の形状や大きさを自由に設定することができ、シート材料８を積層する工程の中で簡単に各シート材料８の積層方向における強度アップを図ることができる。
【００７２】
なお、本発明の三次元形状物製造法においては、図３６（ａ）（ｂ）に示す如く、上層のシート材料８の下面に突起２７を突出形成し、該突起２７を下層のシート材料８の上面に食い込み状に係合させることで、両シート材料８を相互に位置決めすることもできる。この場合、図３７に示す如く、ポンチを上下昇降させる加工機２８を具備し、該加工機２８のポンチを上層のシート材料８上に下降押圧させることで、該上層のシート材料８の下面に突出形成される突起２７が下層のシート材料８の上面に食い込み係止されるようになしても良い。
【００７３】
又、本発明の三次元形状物製造法においては、図３８、３９に示す如く、所定の粉末材料１が全て焼結により硬化された後の最終工程として、造形物の上面に機械加工を施しても良い。この場合における全工程について、図３８、図３９の（ａ）〜（ｅ）の工程順に説明する。
まず、図３８（ａ）、図３９（ａ）に示す如く、ロール状に巻き取られた金属製のシート材料８を繰り出してこれにビーム１２を照射し、貫通孔９（スルーホールのような接着用の共通孔）を形成すると共に輪郭線で所定形状に切断する。次に、所定形状に切断されたシート材料８を周壁体４で囲まれたプレート５上に設置し、図３８（ｂ）〜（ｄ）、図３９（ｂ）〜（ｄ）に示す如く、図７に示した実施形態におけると同様に、複数の貫通孔９が穿設された前記シート材料８の上から、該シート材料８の周辺と各貫通孔９内とに粉末材料１を充填し、同シート材料８の上からビーム１２を照射して、該シート材料８の周辺及び各貫通孔９内に充填された前記粉末材料１を硬化させる。これ等の工程が二回繰り返されて、二層構造の造形物が完成される。
【００７４】
なお、この場合、ビーム１２はレーザ照射装置Ａより照射され、粉末材料１は材料供給装置Ｂによって供給充填され、該粉末材料１は同ビーム１２が照射されることにより焼結硬化して、シート材料８の貫通孔９及び輪郭線部分を接着するものである。又、図３８（ｅ）、図３９（ｅ）に示す如く、最終工程として、造形物の上面に機械加工が施されるものであり、この場合、粉末材料１の硬化部分（貫通孔９内及び周辺の硬化層２）が造形物の上面から突出しており、該突出部分が加工装置Ｃによって切削除去される。
【００７５】
【発明の効果】
上述の如く、本発明の請求項１記載の三次元形状物製造法によると、高強度な造形物を製造することができ、埋設用部材の周辺付近のみの粉末材料を層構成として順次に硬化させるだけで良いので、複雑な形状であってもその造形時間の短縮化を図ることができ、粉末材料の硬化時の収縮による変形も防止されて、高精度な造形物を製造することができる。
【００７７】
又、本発明の請求項１記載の三次元形状物製造法によると、複雑な形状の造形物であっても、埋設用部材をシート材料の積層一体化により形成することで、簡単に製造することができる。
【００７８】
しかも、本発明の請求項１記載の三次元形状物製造法によると、シート材料を予め積層一体化して形成しておく必要がなく、埋設用部材を簡単に形成することができ、同埋設用部材は粉末材料の充填の際に邪魔になることもない。
【００７９】
又、本発明の請求項２記載の三次元形状物製造法によると、特に、貫通孔に充填される粉末材料の硬化によって、シート材料間の結合強度が向上されると共に粉末材料硬化時の熱影響による各シート材料の変形も防止され、造形物の高強度化、高精度化を図ることができる。
【００８０】
又、本発明の請求項３記載の三次元形状物製造法によると、特に、シート材料間で連通した貫通孔に充填される粉末材料の硬化によって、各シート材料は相互に位置決めされて横ズレなく結合され、造形物の更なる高強度化、高精度化を図ることができる。
【００８１】
又、本発明の請求項４記載の三次元形状物製造法によると、特に、埋設用部材の外側面の傾斜がきつくなる部位では、シート材料は厚くなりその積層枚数が削減されて、造形時間の更なる短縮化を図ることができ、同傾斜が緩くなる部位では、シート材料は薄くなりその端部で発生する段差が小さくなって、造形物の水平に近い表面を滑らかに仕上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一参考例である三次元形状物製造法を示し（ａ）〜（ｅ）各々その製造過程における概略断面図。
【図２】別の参考例である三次元形状物製造法を示し（ａ）〜（ｅ）各々その製造過程における概略断面図。
【図３】本発明の一実施形態である三次元形状物製造法を示し（ａ）〜（ｅ）各々その製造過程における概略断面図。
【図４】同実施形態である三次元形状物製造法におけるシート材料の積層方法を例示する概略断面図。
【図５】同実施形態である三次元形状物製造法におけるシート材料の別の積層方法を例示し（ａ）〜（ｄ）各々その積層過程における概略断面図。
【図６】別の実施形態である三次元形状物製造法を示し（ａ）〜（ｄ）各々その製造過程における概略断面図。
【図７】更に別の実施形態である三次元形状物製造法を示す概略断面図。
【図８】同実施形態である三次元形状物製造法におけるシート材料の積層態様を例示する（ａ）（ｂ）各々異なる積層態様の概略断面図。
【図９】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の積層態様を例示する概略断面図。
【図１０】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の別の積層態様を例示する概略断面図。
【図１１】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の積層態様を例示する概略断面図。
【図１２】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の積層態様を例示する概略断面図。
【図１３】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の積層態様を例示する図面で、（ａ）〜（ｃ）各々異なる積層態様の概略断面図。
【図１４】更に別の実施形態である三次元形状物製造法を示す概略断面図。
【図１５】同実施形態である三次元形状物製造法を説明するための（ａ）（ｂ）各々概略断面図。
【図１６】同実施形態である三次元形状物製造法におけるシート材料の積層態様を例示する（ａ）（ｂ）各々異なる積層態様の概略断面図。
【図１７】更に別の実施形態である三次元形状物製造法を示す概略断面図。
【図１８】同実施形態である三次元形状物製造法におけるシート材料の別の積層態様を示す概略断面図。
【図１９】更に別の実施形態である三次元形状物製造法を示す概略断面図。
【図２０】同実施形態である三次元形状物製造法を説明するための比較形態を示し（ａ）はその概略断面図、（ｂ）（ｃ）はその製造過程を示す要部拡大断面図。
【図２１】同実施形態である三次元形状物製造法を示し（ａ）はその概略断面図、（ｂ）（ｃ）はその製造過程を示す要部拡大断面図。
【図２２】同実施形態である三次元形状物製造法における粉末材料の充填硬化方法を示し（ａ）〜（ｃ）各々その充填硬化過程における概略断面図。
【図２３】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の切断形状を例示する概略断面図。
【図２４】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の別の切断形状を例示する図面で、（ａ）（ｂ）はその各々異なる状態での概略平面図、（ｃ）（ｄ）はその各々異なる状態での概略断面図。
【図２５】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の位置決め方法を例示する図面で、（ａ）〜（ｃ）各々その異なる状態での概略平面図。
【図２６】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の別の位置決め方法を例示する図面で、（ａ）はその概略平面図、（ｂ）はその概略断面図。
【図２７】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の位置決め方法を例示する図面で、（ａ）（ｂ）各々その異なる状態での概略側面図。
【図２８】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の位置決め方法を例示する図面で、（ａ）（ｂ）各々その異なる状態での概略断面図。
【図２９】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の位置決め方法を例示する図面で、（ａ）〜（ｃ）各々その位置決め過程における概略断面図。
【図３０】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の位置決め方法を例示する概略断面図。
【図３１】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の位置決め方法を例示する図面で、（ａ）（ｂ）各々異なる方法態様の概略断面図。
【図３２】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の位置決め方法を例示する図面で、（ａ）（ｂ）各々異なる方法態様の概略断面図。
【図３３】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の位置決め方法を例示する図面で、（ａ）〜（ｆ）各々その位置決め過程における概略断面図。
【図３４】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の位置決め方法を例示する図面で、（ａ）〜（ｆ）各々その位置決め過程における概略断面図。
【図３５】同シート材料の位置決め方法を示す（ａ）〜（ｃ）各々その位置決め過程における概略平面図。
【図３６】本発明の三次元形状物製造法におけるシート材料の更に別の位置決め方法を例示する図面で、（ａ）（ｂ）各々異なる形状態様の概略断面図。
【図３７】同シート材料の位置決め方法における設備を例示する概略側面図。
【図３８】本発明の三次元形状物製造法における最終の機械加工をも含めた全工程を例示する図面で、（ａ）〜（ｅ）各々その各工程における概略断面図。
【図３９】同全工程を示す（ａ）〜（ｅ）各々その各工程における概略斜視図。
【図４０】従来例である三次元形状物製造法を示し（ａ）はその全体斜視図、（ｂ）は要部斜視図。
【符号の説明】
１  粉末材料
２  硬化層
３  埋設用部材
４  周壁体
５  プレート
６  上端部
７  スペース
８  シート材料
９  貫通孔
１０  粉末固化層
【図１】
0003555489.tif 000002
【図２】
0003555489.tif 000003
【図３】
0003555489.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003555489.tif 000006
【図６】
0003555489.tif 000007
【図７】
0003555489.tif 000008
【図８】
0003555489.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003555489.tif 000011
【図１１】
0003555489.tif 000012
【図１２】
0003555489.tif 000013
【図１３】
0003555489.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003555489.tif 000016
【図１６】
0003555489.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
0003555489.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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