(57)【要約】【課題】  造形プレートと一体となった三次元形状造形物を造形装置とは別の装置で切り出すための加工基準を造形プレートに切削加工することで、別装置での切り出し加工を高精度に行うことを目的とする。【解決手段】  最初の金属粉末７を投入する前に、この装置が有する表面除去加工を行う表面除去機構８を用いて、三次元形状造形物１と造形プレート２とを一体に切り出すための加工基準をなす基準形状１１を造形プレート２に切削加工する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形プレート上に金属粉末層を光ビームで焼結硬化させて三次元形状造形物を造形し、表面除去機構によって硬化層の表面除去加工を行う装置において、前記装置に造形プレートを設置し、前記造形プレートに前記表面除去機構による切削加工にて切り出し基準形状を形成し、前記切り出し基準形状が形成された造形プレート上に三次元形状造形物を造形し、前記三次元形状造形物が造形された造形プレートを装置から取り出し、取り出された造形プレートを前記切り出し基準形状に基づいて必要形状に切り出すことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
【請求項２】
切り出し基準形状が三次元形状造形物の輪郭を含んで平面視四角形状の範囲を囲む形状をなすことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状造形物の製造方法に関し、造形プレート上の金属粉末層を光ビームで焼結硬化させることで三次元形状造形物を製造し、且つ造形途中で硬化層の表面除去加工を行う表面除去機構を備える装置において、別装置により必要形状の三次元形状造形物と造形プレートとを一体に切り出すための加工基準を設定する技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、三次元形状造形物の製造方法には、例えば特許文献１に記載するものがある。これは、図４に示すように、必要形状の三次元形状造形物１を造形プレート２上に焼結造形するものであり、金属粉末層の焼結と積層とを繰り返すことにより三次元形状造形物１を焼結造形するものである。
【０００３】
この装置において、造形プレート２は造形タンク５の内部に設けた昇降テーブル６にボルト固定しており、造形タンク５に投入された金属粉末７を焼結硬化させて造形プレート２に三次元形状造形物１の一層分だけ造形した後に、次の一層分だけ昇降テーブル６を降下させ、金属粉末層の焼結と積層とを繰り返す。その途中においてこの装置が有する表面除去加工を行う表面除去機構８を利用して、硬化層表面を所望形状に除去しつつ、最終的に造形プレート２と一体となった三次元形状造形物１を造形タンク５の内部に沈み込ませる。
【０００４】
そして、図５に示すように、必要形状の三次元形状造形物１を造形プレート２上に焼結造形する際に、切り出し用の加工基準をなす基準形状４を設けている。この加工基準は必要形状の三次元形状造形物１と造形プレート２とを一体に切り出すための基準をなすものである。
【０００５】
この加工基準を設ける理由は以下にある。三次元形状造形物１を焼結造形する際に、造形プレート２に対する三次元形状構造物１の造形位置は、造形プレート２の上に造形することから垂線方向のＺ方向では必然的に決定されるが、造形プレート２が昇降テーブル６にボルト固定するだけの配置構造であるために、造形プレート２の面上の位置、つまり平面視Ｘ−Ｙ方向の位置は定まらない。
【０００６】
このため造形プレート２上に加工基準として基準形状部４を三次元形状造形物１と同時に焼結造形する。この加工基準を設けることにより、焼結造形する装置において造形プレート２を正確に位置合わせする必要がなくなり、造形後に装置から造形プレート２を三次元形状造形物１と共に取り出し、別装置（フライス加工装置、ワイヤーカット装置等）により基準形状４を基にして造形プレート２から必要形状の三次元形状造形物１を一体に切り出すことが可能となる。
【０００７】
図６は、基準形状４を用いない場合を示すものであり、造形後に予め装置にプログラミングされた輪郭Ａに沿って、装置内で造形プレート２から必要形状の三次元形状造形物１を一体に切り出すものであり、焼結硬化による基準形状４を造形する必要がない。装置に組み込まれた表面除去機構を利用して切り出すので、造形プレート２の取り外しも不要で、且つ切り出し加工を高精度で行えるだけでなく、切り出し加工のための専用機構を別途設ける必要がなく、既設装置において作業が完結する。
【特許文献１】特開２００４−２３１９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記した従来の方法において、造形プレート２に基準形状４を形成する場合には、基準形状４を造形するための焼結硬化に余分な時間が掛かってしまう。また、基準形状４も硬化層の積層による造形物であるが故に、必要形状の三次元形状造形物１の造形データ以外に基準形状４の造形データを必要とし、三次元形状造形物１の大きさによっては制約を受けることもある。
【０００９】
また、焼結硬化によって形成する基準形状４には、その立ち上がり面の表面に、この装置の特徴でもある、積層ピッチ(一般的に０．５ｍｍ)ごとに０．０１ｍｍ程度の段が生じる。この段差があるために、基準形状４を加工基準とすることは高精度の位置決めには向かない。
【００１０】
一方、基準形状４を形成しない場合には以下の問題がある。造形工程の最終の状態において造形プレート２と一体となった三次元形状造形物１が共に造形タンク内５に沈み込んでおり、この時造形プレート２の周りは全て金属粉末７である。
【００１１】
このような造形完了直後の状況下で、この装置が有する表面除去機構８を利用して、金属粉末７中の造形プレート２から必要形状の三次元形状造形物１を一体に直接切り出すためには、造形プレート２を切り落とせるだけの工具長さが必要であり、金属粉末７中において造形プレート２を切り出せるほどの主軸剛性が必要となる。
【００１２】
また、三次元形状造形物１を造形プレート２と一体に切り出すために、造形プレート２は造形タンク５内の昇降テーブル６へ直接にボルト固定するのではなく、造形プレート２と昇降テーブル６の間に切り出し用プレート９を設けて、切り出し用プレート９と昇降テーブル６をボルト固定し、造形プレート２と切り出し用プレート９をボルト固定する。
【００１３】
ここで重要なのは、造形プレート２から必要形状の三次元形状造形物１を切り出す切削加工時において、造形プレート２が加工負荷でずれることなくしっかり固定されていることである。
【００１４】
しかし、切り出し用プレート９の大きさは、造形プレート２を切り出す必要があるために、必然的に造形プレート２より小さい形状をなしており、三次元形状造形物１を切り出すための切り出し範囲１０によっては、切り出し用プレート９の大きさがかなり制約を受けてしまい、結果としてバランスよく造形プレート２が固定されないことがあった。
【００１５】
本発明は上記した従来の課題を解決するものであり、造形完了後に金属粉末７中の造形プレート２から必要形状の三次元形状造形物１を直接に切り出さずに、造形後の造形プレート２と一体となった三次元形状造形物１を別装置によって高精度に切り出すことを前提とし、従来の焼結硬化による基準形状４を用いずに、別装置で必要となる加工基準を作成する手段を用いる三次元形状造形物の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の三次元形状造形物の製造方法は、造形プレート上に金属粉末層を光ビームで焼結硬化させて三次元形状造形物を造形し、表面除去機構によって硬化層の表面除去加工を行う装置において、前記装置に造形プレートを設置し、前記造形プレートに前記表面除去機構による切削加工にて切り出し基準形状を形成し、前記切り出し基準形状が形成された造形プレート上に三次元形状造形物を造形し、前記三次元形状造形物が造形された造形プレートを装置から取り出し、取り出された造形プレートを前記切り出し基準形状に基づいて必要形状に切り出すものである。
【００１７】
請求項２に係る本発明の三次元形状造形物の製造方法は、切り出し基準形状が三次元形状造形物の輪郭を含んで平面視四角形状の範囲を囲む形状をなすものである。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明によれば、造形プレートに切り出し基準形状を造形前に切削加工で形成するので、三次元形状造形物と一緒に焼結硬化によって基準形状を造形する必要がなく、造形後に別装置によって造形プレートと一体に三次元形状造形物を切り出すので、切り出し用プレートも不要である。
【００１９】
また、造形プレート上に金属粉末を最初に供給する前に、この装置が有する表面除去機構による切削加工で、造形プレートの任意の位置に切り出し基準形状を切削して設けるので、切り出し基準形状の加工を高速高精度化することができ、別装置で造形プレートから必要形状の三次元形状造形物を一体に切り出す際の位置精度を向上させることができる。
【００２０】
また、請求項２記載の本発明によれば、請求項１記載の効果に加えて、加工基準となる切り出し基準形状に種類を持たせることで、別装置に応じて、その切削による切り出しに必要な基準形状を選択できるので、加工段取りの効率化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施例１）
この装置による造形方法は、基本的に従来と同様であり、その方法を図３に基づいて説明する。
【００２２】
まず、造形タンク５の内部に設けた昇降テーブル６に造形プレート２を取付ける。そして、材料タンク１２の内部に設けた昇降テーブル１３の上に金属粉末７を投入し、昇降テーブル１３を上昇させて持ち上げた金属粉末７をブレード１４で造形タンク５に向かってスキージングする。
【００２３】
その際、造形タンク５の昇降テーブル６の設定位置は、造形プレート２がブレード１４の高さよりも、焼結造形させる一層分の厚みだけ下がった位置に来るように制御されている。このような状態で、先ほどのスキージングを行うことで、造形プレート２の上に金属粉末７を均一高さ（一般的には０．０５ｍｍ）に供給することができる。
【００２４】
その後、ブレード１４が元の材料タンク１２へ移動した後に、レーザー光１５を造形プレート２上の金属粉末７に所望する形状部に沿って照射することで、造形プレート２に金属粉末７を焼結硬化させる。
【００２５】
この後、二層目を造形する際も一層目と同様に、造形タンク５内の昇降テーブル６を焼結造形させる二層目の厚みだけ下げた後に、材料タンク１２内の昇降テーブル１３を上昇させ、ブレード１４で金属粉末７をスキージングして造形プレート２の一層目の焼結硬化した面に金属粉末７を均一高さに供給し、その後に所望する形状部にレーザー照射することによって一層目に重ねて金属粉末７を焼結硬化させる。
【００２６】
このように金属粉末７を供給する工程と、レーザー光１５を所望する形状部に照射する工程を繰り返すことで、焼結硬化層を堆積させて三次元形状造形物１を製造する。また、造形途中である高さにまで焼結硬化層（一般的には０．０５ｍｍの積層を１０層重ねた時点、即ち０．５ｍｍの焼結硬化層）が形成された時点で、この装置が有する表面除去加工を行う表面除去機構８で焼結硬化層の表面を所望の形状に切削加工し、所望する三次元形状に仕上げる。
【００２７】
次に、本発明の特徴的な構成について説明する。本発明においては、造形完了後に本装置が有する表面除去加工を行う表面除去機構８による切削加工によっては、造形プレート２と必要形状の三次元形状造形物１とを一体に切り出さないので、図１に示すように、造形プレート２を昇降テーブル６に直接ボルト固定する（図面上ボルトは省略している）。
【００２８】
そして、造形プレート２の上に金属粉末７を最初に供給する前に、表面除去機構８による切削加工で造形プレート２の任意の位置を切削して切り出し基準形状１１を設ける。この切り出し基準形状１１において加工基準に必要となる面の大きさ（高さ）は、図１中に符号ａで表しているが、一般的には３ｍｍもあれば加工基準としての機能を果たすことができる。
【００２９】
そのため、表面除去機構８において切削加工に用いる工具刃長は、高さａを削れるだけの長さで十分となる。このため、先に図４で示したような工具長さは不要となり、造形装置の主軸に掛かる負荷を軽減できる。
【００３０】
次に、造形終了後に造形プレート２と三次元形状造形物１を一体に装置外へ取り出し、別装置による切削によって切り出し基準形状１１に基づいて三次元形状造形物１を造形プレート１と一体に必要形状に切り出す。
（実施例２）
図２に示すように、切り出し基準形状１１は三次元形状造形物１の輪郭を含む平面視四角形状の範囲を囲んでおり、表面除去機構８による切削加工において、切り出し基準形状１１で囲む範囲外の造形プレート２を全て削り出して必要とされる三次元形状造形物１の輪郭を囲う平面視四角形状を削り残すか、若しくはある設計範囲内で切り出し基準形状１１を切削する。
【００３１】
図２（ａ）、（ａ’）は、必要とされる三次元形状造形物１の輪郭を含む平面視四角形状の範囲を、加工基準となるべき機能を有する基準形状１１で囲むものであり、表面除去機構８による切削加工で基準形状１１の外周の範囲外を全て削り出したもので、造形プレート２に基準形状１１が凸状に残された構成を示している。
【００３２】
図２（ｂ）、（ｂ’）は、必要とされる三次元形状造形物１の輪郭を含む平面視四角形状の範囲を、加工基準となるべき機能を有する基準形状１１で囲むものであり、表面除去機構８による切削加工で基準形状１１を設計基準で定められた幅Ｂ分だけ削り込んだ構成を示している。
【００３３】
図２（ｃ）、（ｃ’）は、必要とされる三次元形状造形物１の輪郭を含む平面視四角形状の範囲を、加工基準となるべき機能を有する基準形状１１で囲むものであり、表面除去機構８による切削加工で基準形状１１を設計基準で定められた幅で平面視Ｌ字状に形成し、三次元形状造形物１の輪郭を含む平面視四角形状の範囲の四隅に基準形状１１を分散配置する構成を示している。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかる三次元形状構造物の製造方法は、造形プレート上に金属粉末を最初に供給する前に、この装置が有する表面除去加工を行う表面除去機構による切削加工で、造形プレートの任意の位置に切削による基準形状を設けるため、造形プレート上の金属粉末を光ビームで焼結硬化させることで三次元形状造形物を製造し、且つ造形途中で硬化層の表面除去加工を行う表面除去機構を備える装置において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１における基準形状の切削加工を示す模式図
【図２】本発明の実施例２における各種の基準形状を示すものであり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各基準形状の平面図、（ａ’）、（ｂ’）、（ｃ’）は各基準形状の断面図
【図３】本発明の造形方法を示す説明図
【図４】従来の造形装置の概略断面図
【図５】従来の焼結硬化による基準形状を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図
【図６】従来の焼結硬化による基準形状を用いない方法を示す平面図
【符号の説明】
【００３６】
１  三次元形状造形物
２  造形プレート
４  焼結硬化による基準形状
５  造形タンク
６  昇降テーブル
７  金属粉末
８  表面除去機構
９  切り出し用プレート
１１  切削による基準形状
１２  材料タンク
１３  昇降テーブル
１４  ブレード
１５  レーザー光
【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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