(57)【要約】【課題】金属粉末焼結の積層造形プロセス中に起こる溶融凝固による変形の影響を緩和し、造形後の形状寸法を確保する金属粉末焼結部品及びその造形方法を得ること。【解決手段】本発明の金属粉末焼結部品１は、板状体４０１の表面に複数の中空構造体４０２が互いに隙間を有して形成されており、複数の中空構造体４０２の間には、隣接する中空構造体同士を相対的に接近及び離反する方向に所定範囲内で移動可能に連結する連結部材４０３が形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末の積層と焼結の繰り返しにより形成された金属粉末焼結部品であって、
板状体の表面に複数の中空構造体が互いに隙間を有して形成されており、
前記複数の中空構造体の間には、隣接する中空構造体同士を相対的に接近及び離反する方向に所定範囲内で移動可能に連結する連結部材が形成されていることを特徴とする金属粉末焼結部品。
【請求項２】
前記中空構造体は、前記板状体に立設された複数本の支柱と、該複数本の支柱の間を接続する梁とを有し、
前記連結部材は、前記梁が挿通される挿通穴を有しており、
該挿通穴は、前記接近及び離反する方向に前記梁を移動可能な大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の金属粉末焼結部品。
【請求項３】
前記連結部材は、前記隣接する中空構造体のうちの一方の中空構造体に固定されており、他方の中空構造体の梁が前記挿通穴に挿通されていることを特徴とする請求項２に記載の金属粉末焼結部品。
【請求項４】
前記梁は、前記挿通穴の内部で前記連結部材に接触しており、前記隣接する中空構造体同士の離反する方向への移動が規制されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の金属粉末焼結部品。
【請求項５】
前記複数本の支柱の間に亘って設けられる縦壁を有し、
該縦壁には、前記中空構造体の内部と外部との間を連通する開口穴が設けられていることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の金属粉末焼結部品。
【請求項６】
前記連結部材は、前記板状体から高さ方向に所定間隔をおいて複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の金属粉末焼結部品。
【請求項７】
前記中空構造体は、内部領域に樹脂または金属を有することを特徴とする請求項１に記載の金属粉末焼結部品。
【請求項８】
金属粉末の積層と焼結の繰り返しにより金属粉末焼結部品を造形する方法であって、
板状体の表面に複数の中空構造体を互いに隙間を有して形成すると共に、前記複数の中空構造体の間に、隣接する中空構造体同士を相対的に接近及び離反する方向に所定範囲内で移動可能に連結する連結部材を形成する工程を含み、
前記連結部材は、焼結時には前記中空構造体から離間し、冷却固化後には前記中空構造体に接触して前記離反する方向への移動を規制する構造を有することを特徴とする金属粉末焼結部品の造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光または電子ビームを用いて金属粉末層を溶融凝固焼結させ、複数の焼結層を積層し、一体化して造形した金属粉末焼結部品及びその造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属粉末焼結部品は、金属粉末層にレーザ光、または電子ビームを照射してできた溶融凝固層に、新たに金属粉末層を被覆してレーザ光または電子ビームを照射し、さらなる溶融凝固層を作製し、溶融凝固層を積み重ねる工程を繰り返し行うことで得られる一体化部品である。金属粉末を用いた溶融凝固焼結による積層造形方法は、機械加工や組立加工を必要とせず、直接的に最終部品を造形するので、従来加工が難しかった金属材料を用いても容易に金属製部品を得る事が可能である。また複雑な形状でも造形できるので、金属製部品に中空構造体を持たせることで、部品を軽量化すると共に、使用する材料の量を減らすことができ、低コスト化が実現できる。この技術を用いて、薄い金属板上に中空構造体を造形し、中空領域に樹脂や安価な金属を設置すれば、機械強度を確保したまま、様々な機械特性を持つ部品を提供することができる。
【０００３】
しかしながら、金属粉末の溶融凝固焼結による積層造形方法では、中空構造体を持つ金属製部品を造形すると、金属粉末の溶融凝固に伴う凝縮現象により引張り力が生じ、形状が変形する問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、サポートと呼ばれる補強部を設置する方法がある。この方法は、積層造形プロセス過程で、サポートを金属製粉末焼結部品と一緒に造形することで、溶融凝固に伴う引張り力に対し形状を保つための強度を担保する方法である。また、特許文献１には、金属粉末焼結部品を複数の要素に分割し、ワイヤ網を用いて要素を接合することで、柔軟に形状を変化させる技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表2011-509766号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、サポートを設置する方法は、造形後にサポート部を取り除く必要があり、中空構造体を持つ金属粉末焼結部品に適用した場合、中空構造の内部に設置されたサポートを造形後に取り除くのは困難である。また、製造工程が増えるのでコストがかかる。一方、ワイヤ網を介した接続方法は、造形後にワイヤ網で構築した隙間を用いて形状が変わるので、形状寸法が定まらず工業用部品として用いることが困難である。
【０００７】
本発明の目的は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、中空構造体を持つ金属粉末焼結部品において、金属粉末焼結の積層造形プロセス中に起こる溶融凝固による変形の影響を緩和し、サポートを用いないで、造形後の形状寸法を確保する金属粉末焼結部品及びその造形方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の金属粉末焼結部品は、金属粉末の積層と焼結の繰り返しにより形成された金属粉末焼結部品であって、板状体の表面に複数の中空構造体が互いに隙間を有して形成されており、複数の中空構造体の間には、隣接する中空構造体同士を相対的に接近及び離反する方向に所定範囲内で移動可能に連結する連結部材が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、金属粉末焼結部品を複数の中空構造体で構成し、中空構造体は隣接する中空構造体との間に隙間を有するので、中空構造体は隙間の部分だけ金属粉末焼結の積層造形プロセス中に起こる凝縮変形を自由に行うことができ、隣接する中空構造体に影響を与えない。即ち、隙間を設けたことにより、凝縮変形による引張り力が隣接する中空構造体に伝達しないので、中空構造体内部で凝固凝縮に伴う変形を中空構造体自身で吸収することができる。したがって、積層造形プロセス中の凝固凝縮変形は個々の中空構造体の内部領域のみで発生し、金属粉末焼結部品の全体に伝播することはなく、造形中の凝固凝縮による引張り力による変形を低減できる。
【００１０】
そして、複数の中空構造体の間には、隣接する中空構造体同士を相対的に接近及び離反する方向に所定範囲内で移動可能に連結する連結部材が形成されているので、例えば凝固凝縮後に隣接する中空構造体と連結部材との隙間が無くなり、接触による接続が確立して金属粉末焼結部品全体の引張り強度が確保できる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の金属粉末焼結部品の基本構造を説明する概念図。
【図２】中空構造体の構成を説明する概念図。
【図３】連結部材による連結状態を説明する概念図。
【図４Ａ】本発明の金属粉末焼結部品の一実施例を示す斜視図。
【図４Ｂ】図４Ａの金属粉末焼結部品が有する中空構造体を拡大して示す斜視図。
【図５Ａ】隣接する中空構造体同士が連結部材によって連結されている状態を示す図。
【図５Ｂ】中空構造体同士の接続部分を拡大した断面図。
【図６】３DP造形装置の構成を説明する概念図。
【図７】金属粉末焼結部品を積層造形している状態を説明する図。
【図８】本発明の金属粉末焼結部品を用いた複合材料の作成方法の一例を説明する図。
【図９】肉盛溶接装置の構成を説明する概念図。
【図１０】本実施例における金属粉末焼結部品の形状を示す図。
【図１１】比較例における金属粉末焼結部品の形状を示す図。
【図１２】本実施例における金属粉末焼結部品を３DP造形装置で造形した図。
【図１３】比較例における金属粉末焼結部品を図１２の場合と同じ条件で造形した図。
【図１４】本発明を用いて造形する金属粉末焼結部品の他の実施例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の金属粉末焼結部品の基本構造を説明する概念図である。金属粉末焼結部品１は、ベースプレート１０１と、複数の中空構造体１０２Ａ、１０２Ｂと、連結部材１０３を有している。ベースプレート１０１は、薄い金属製の板状体により構成されている。複数の中空構造体１０２Ａ、１０２Ｂは、ベースプレート１０１の表面において互いに隙間を有して形成されている。ベースプレート１０１の表面には、不図示の樹脂や金属が設置されて、複数の中空構造体１０２Ａと１０２Ｂとの間や、各中空構造体１０２Ａ、１０２Ｂの中空領域に入り込み、これら複数の中空構造体１０２Ａ、１０２Ｂをコア材とした複合材料を構成することができる。
【００１３】
複数の中空構造体１０２Ａ、１０２Ｂは、レーザ光または電子ビームを用いた金属粉末焼結の溶融凝固の繰り返しによる積層造形プロセスにより、ベースプレート１０１上にそれぞれ造形され、ベースプレート１０１とは溶融結合により一体に結合されるが、隣接する中空構造体１０２Ａ、１０２Ｂ同士は結合されず、間に隙間を有している。このため、個々の中空構造体１０２Ａ、１０２Ｂは、積層造形中にそれぞれ自由に変形することができ、構造体同士で変形を拘束する結合部分は持たない。
【００１４】
連結部材１０３は、隣接する中空構造体１０２Ａと１０２Ｂとの間に設けられている。連結部材１０３は、本実施例では、隣接する中空構造体１０２Ａと１０２Ｂのうち、一方の中空構造体１０２Ａに固定されており、隣接する中空構造体１０２Ｂを相対的に接近及び離反する方向に所定範囲内で移動可能に連結している。
【００１５】
したがって、中空構造体１０２Ａ、１０２Ｂを積層造形プロセスにより造形する場合に、金属の溶融凝固現象に伴う凝縮による形状変形が、個々の中空構造体１０２Ａ、１０２Ｂの内部で吸収される。したがって、凝固凝縮によって金属粉末焼結部品１の全体に生じる変形を低減でき、金属粉末焼結部品１の寸法精度を向上させることができる。連結部材１０３は、中空構造体１０２Ａ、１０２Ｂを互いに相対的に接近及び離反する方向に所定範囲内で移動可能に連結するものであればよく、例えば、隣接する中空構造体１０２Ａと１０２Ｂのいずれにも固定されていない構成としてもよい。
【００１６】
図２は、中空構造体の構成を説明する概念図である。中空構造体１０２Ａは、中空の四角柱を形成するようにベースプレート１０１に立設される４本の支柱１１１と、支柱１１１の間を接続する横梁１１２を有している。横梁１１２は、上下に三段となるように、支柱１１１にそれぞれ設けられている。そして、隣接する中空構造体１０２Ｂ（図１を参照）と対向する横梁１１２には、連結部材１０３が一体に設けられている。
【００１７】
連結部材１０３は、図１及び図２に示す例では、上下三段の全てに設けられているが、少なくとも一つあればよい。連結部材１０３は、隣接する中空構造体１０２Ｂの一部を取り巻く様に囲い、隙間ができるようにしてある。連結部材１０３は、横梁１１２が挿通される挿通穴を有している。連結部材１０３の挿通穴は、横梁１１２を穴径方向に移動可能な大きさであって、隣接する中空構造体１０２Ｂが中空構造体１０２Ａに対して接近及び離反する方向への移動を許容する大きさを有する。連結部材１０３は、例えば隣接する中空構造体１０２Ｂの横梁１１２を挿通可能な大きさを有する環状部材によって構成されている。
【００１８】
このように、中空構造体１０２Ａと１０２Ｂとの間に隙間を設けることで、隣接する中空構造体１０２Ａに対して中空構造体１０２Ｂを相対的に接近又は離反する方向に所定範囲で移動可能とし、隣接する中空構造体１０２Ｂに対して中空構造体１０２Ａの溶融凝固凝縮による引張り力が伝達されるのを防止している。したがって、凝固凝縮変形による引張り力を中空構造体１０２Ａ、１０２Ｂの内部でそれぞれ吸収することができ、隣接する構造体に伝播するのを防ぎ、金属粉末焼結部品全体に溶融凝固凝縮の変形による影響を低減することができる。そして、連結部材１０３は、例えば凝固凝縮により、隣接する中空構造体１０２Ｂとの隙間が無くなり、接触による接続が確立して金属粉末焼結部品全体の引張り強度が確保できる。
【００１９】
図３は、連結部材による連結状態を説明する概念図であり、図３(ａ）は、本発明の金属粉末焼結部品１の造形中における、中空構造体１０２Ａの連結部材１０３と、隣接する中空構造体１０２Ｂの横梁１１２との位置関係を示す図、図３（ｂ）は、造形後における、中空構造体１０２Ａの連結部材１０３と、隣接する中空構造体１０２Ｂの横梁１１２との位置関係を示す図である。
【００２０】
中空構造体１０２Ａの連結部材１０３は、図３（ａ）に示すように、造形中においては、隣接する他の中空構造体１０２Ｂの横梁１１２と接触しない様にその周りを取り囲む状態にある。そして、溶融凝固凝縮による変形に伴い、連結部材１０３に対して矢印３１４の方向に引張り力が働き、隣接する中空構造体１０２Ｂの横梁１１２には、矢印３１３の方向に引張り力が働く。
【００２１】
この結果、図３（ｂ）に示すように、造形後においては、中空構造体１０２Ａの連結部材１０３と、隣接する中空構造体１０２Ｂの横梁１１２は、それぞれの溶融凝固凝縮による変形により、互いの隙間が小さくなるか、もしくは隙間が無くなり接触する状態になる。即ち、デジタルデータ上では、中空構造体１０２Ａの連結部材１０３と、隣接する中空構造体１０２Ｂの横梁１１２との間には隙間がある形状であるが、金属粉末を用いて積層造形を行うと、造形後には金属の溶融凝固による凝縮変形により、結合部における隙間が無くなり、接触による結合が成立する。したがって、中空構造体１０２Ａと１０２Ｂとは、互いに離反する方向への移動が規制された状態となる。
【００２２】
図４Ａは、本発明の金属粉末焼結部品の一実施例を示す図、図４Ｂは、図４Ａの金属粉末焼結部品が有する中空構造体を拡大して示す斜視図である。金属粉末焼結部品１は、図４Ａに示すように、ベースプレート４０１と、複数の中空構造体４０２を有している。ベースプレート４０１は、薄い金属製の板状体により構成されている。複数の中空構造体４０２は、各々が六角柱状の梁構造を有しており、ベースプレート４０１の一方面において、ベースプレート４０１に沿った方向であるＸ方向に一列に並び、ベースプレート４０１に沿った方向でかつＸ方向に直交する方向であるＹ方向に千鳥状に並んで配置されている。隣接する中空構造体４０２同士は、間に隙間を有して配置されている。
【００２３】
中空構造体４０２は、図４Ｂに示すように、６つの角部とその中心にそれぞれ配置された合計で７本の支柱４１１と、隣接する支柱４１１の間を接続する横梁４１２を有している。横梁４１２は、上下二段に分かれて設けられている。そして、隣接する支柱４１１の間に亘って縦壁４１３が設けられている。縦壁４１３は、支柱４１１間の筋交いとなって中空構造体４０２の剛性を向上させる。縦壁４１３には、中空構造体４０２の内部と外部との間を連通する楕円形状の開口穴４１４が設けられている。開口穴４１４は、中空構造体４０２を樹脂や金属に埋没させる際に、中空構造体４０２の内部に形成される中空領域に、樹脂や安価な金属を充填し易くできる。中空領域に樹脂や安価な金属を充填して設置することで、中空構造体４０２の強度を改善し、材料特性にバリエーションを増やすことができる。
【００２４】
そして、中空構造体４０２には、隣接する他の中空構造体４０２と隙間のある疎結合するための連結部材４０３が一体に設けられている。連結部材４０３は、ベースプレート４０１から高さ方向に所定間隔をおいて複数設けられている。連結部材４０３は、中空構造体４０２の外枠を形成する上下各６本の横梁４１２のうち、中心から片側に連続して配置された上下各３本の横梁にそれぞれ設けられている。連結部材４０３は、楕円状に歪んだ環形状を有しており、その中心穴に横梁４１２を挿入した状態で穴径方向に移動可能な大きさに設定されている。
【００２５】
図５Ａは、隣接する中空構造体同士が連結部材によって連結されている状態を示す図、図５Ｂは、中空構造体同士の接続部分を拡大した断面図である。図５Ｂ（ａ）は、造形中における横梁と連結部材との配置状態を示し、図５Ｂ（ｂ）は、造形後に凝固凝縮した横バリと連結部材との配置状態を示す。
【００２６】
中空構造体４０２は、金属粉末の積層焼結プロセスにより造形されるが、金属の溶融凝固冷却に伴う体積変化から凝縮による引張り力Ｆｓが働き、形状が変形する。仮に、隣接する２つの中空構造体が互いに一体に固定されている構造とすると、２つの中空構造体の間には引張り力が作用し、その引張り力は、それぞれの中空構造体の内側に向かって働き、金属粉末焼結部品全体の形状を変形させる原因となる。
【００２７】
これに対して、本実施例では、図５Ｂ（ａ）に示すように、中空構造体４０２Ａ、４０２Ｂと連結部材４０３の造形中は、２つの構造体、すなわち、一方の中空構造体４０２Ａに設けられた連結部材４０３と、連結部材４０３に挿通した状態で形成される他方の中空構造体４０２Ｂの横梁４１２とは互いに接触せず、隙間が空いている。したがって、それぞれの構造体は凝縮による変形を自由に行うことができる。そして、造形中に２つの構造体の間に設けられた隙間は、構造体の凝縮により徐々に狭まり、図５Ｂ（ｂ）に示すように、造形後は２つの構造体の間には隙間が無くなり、接触による結合が完了し、金属粉末焼結部品全体の引張り強度が確保できる。なお、造形後は隙間が狭くなるだけでもよく、完全に接触する必要はない。
【００２８】
連結部材４０３は、横梁４１２が挿通される挿通穴４０３ａを有している。挿通穴４０３ａは、横梁４１２を穴径方向に移動可能であり、隣接する中空構造体同士が相対的に接近及び離間する方向に移動可能な大きさを有している。
【００２９】
連結部材４０３は、隣接する中空構造体４０２Ｂの対向する横梁４１２を挿通穴４０３ａに挿通させた状態で間に隙間を形成可能な大きさを有する環状部材によって構成されている。この隙間を設けることで、隣接する中空構造体４０２Ｂを中空構造体４０２Ａに対して相対的に接近又は離反する方向に所定範囲で移動可能とし、隣接する中空構造体４０２Ｂに対して中空構造体４０２Ａの溶融凝固凝縮による引張り力が伝達されるのを防止している。したがって、凝固凝縮変形による引張り力を中空構造体４０２Ａの内部で吸収して、隣接する構造体４０２Ｂに伝播するのを防ぎ、金属粉末焼結部品全体に溶融凝固凝縮の変形による影響を低減することができる。
【００３０】
図６は、３DP造形装置の構成を説明する概念図である。３DP造形装置６００は、パルス発振のレーザ光を生成する炭酸ガスレーザ発振器６１０と、レーザ光のビーム径を調整するコリメータ６１１と、レーザ光を所定場所に誘導するガルバノ走査装置６１３と、レーザ光を集光し局所的に粉末を焼結するための集光レンズ６１４と、金属粉末６１７を所定の高さに随時設定する昇降テーブル６２１と、テーブルを昇降駆動する昇降機構６２３と、基準位置を定める基準テーブル６１２と、造形中の金属粉末６１８および、積層する厚み分を基準テーブル６１２の高さから随時降下する昇降テーブル６２２と、昇降テーブル６２２を昇降駆動する昇降機構６２４と、金属粉末６１７を造形中の金属粉末６１８に供給するスキージー６１６と、造形中の粉末焼結部品６１９が載せられる基盤６２０とから構成されている。
【００３１】
昇降テーブル６２１と昇降テーブル６２２の面積は等しく、それ故、各テーブルの上昇および下降の距離が等しければ、昇降テーブル６２１から供給される金属粉末６１７の分量と昇降テーブル６２２が受け取れるスペースの分量は等しい。昇降テーブル６２２が下がるごとに粉末焼結部品６１９が徐々に造形され、昇降テーブル６２２は、造形領域６２５に達するまで降下する。
【００３２】
３DP造形装置６００において、炭酸ガスレーザ発振器６１０から照射されるパルス発振のレーザ光は、コリメータ６１１でビーム径が調整され、ガルバノ走査装置６１３によりレーザ光を所定の場所に誘導し、集光レンズ６１４でレーザ光が集光され、粉末焼結部品６１９上に設置された金属粉末６１８に照射される。３DP造形装置６００の熱源は、４００ワットレーザ装置であるが、電子ビーム装置を用いてもよく、ビームスポット径０．５ｍｍ、パルス幅３．０ｍｓ、操作速度９ｍｍ／ｓ、発振周波数90Ｈzとした。
【００３３】
金属粉末には、粒子径が２０μｍから９０μｍのニッケルベースに鉄やクロム、コバルト粉末を混在させたインコネル系粉末や鉄ベースのクロム、ニッケル粒子を混在させたステンレス系粉末、チタンベースにアルミ、バナジュウムを混在させたチタン系粉末などがあるが、ここでは本積層造形によく用いられるチタン合金の一種で、質量分率でアルミ（Al）が6％、バナジウム（V）が4％含まれている６４チタンの金属粉末を用いた。
【００３４】
図７は、図６で説明した３DP造形装置を用いて、２つの中空構造体４０２を有する金属粉末焼結部品を積層造形している状態を説明する図である。図７の造形状態（１）では、ベースプレート４０１上に６４チタンの金属粉末が塗布されて層状に敷かれ、レーザ光により照射された部分のみが溶融凝固し、粉末焼結部品の一部が造形される。造形状態（２）では、さらに６４チタン金属粉末がその上に塗布されて層状に敷かれ、レーザ光照射による積層造形により粉末焼結部品が徐々に出来上がり、金属粉末の塗布およびレーザ光照射を繰り返すことで、造形状態（３）および造形状態（４）へと積層造形プロセスが進み、金属粉末焼結部品が造形される。
【００３５】
図８は、本発明の金属粉末焼結部品を用いた複合材料の作成方法の一例を説明する図である。図８に示すように、図７で示した積層造形プロセスにより得られた金属粉末焼結部品１を容器８０２に設置し、合成樹脂８０３、たとえば不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂の何れかを注入し、中空構造体４０２の内部領域に設置する。これにより、複数の中空構造体４０２を合成樹脂８０３の層内に埋没させて、合成樹脂８０３をマトリックスとした複合材料を得ることができる。また、アルミニウムなど融点の低い金属材料を合成樹脂８０３の代わりに用い、複合材料を製作してもよい。
【００３６】
図９は、図６で説明した一般的な３DP造形装置に代わり、肉盛溶接装置の構成を説明する概念図である。図９の肉盛溶接装置９００は、金属粉末の代わりにリール９０２から供給される金属製ワイヤ９０３を用い、３軸系ロボットアーム９０１を用いることで、指定されたレーザ光の照射場所に金属製ワイヤ９０３を誘導する。本発明では、図９に示す肉盛溶接装置を用いても同様にして、本発明の焼結部品を得る事が出来る。
【００３７】
図１０は、本実施例における金属粉末焼結部品の形状を示すものである。図１０において、複数の中空構造体４０２を有する金属粉末焼結部品１は、図６で説明した３DP造形装置を用いて造形され、金属粉末には平均粒径４０μｍの６４チタンの金属粉末を用い、ベースプレート４０１には厚さ５ｍｍの６４チタン製薄板を用いる。金属粉末焼結部品１は、中空構造体４０２が隣接する中空構造体４０２との間に0.5ｍｍの隙間を開けて並べられており、連結部材４０３によって、隣接する中空構造体４０２同士が相対的に接近又は離反する方向に所定範囲内で移動可能に連結されている。
【００３８】
図１１は本発明の効果を示すために比較用に設けた比較例における金属粉末焼結部品の形状を示す図である。比較用の金属粉末焼結部品１００１は、図１１に示すように、複数の中空構造体１１０１を有しているが、本発明の連結部材は有しておらず、複数の中空構造体１１０１が隙間なく並べられて互いに一体に固定された構造を有している。金属粉末焼結部品１００１は、図１０の場合と同じ条件で造形される。
【００３９】
図１２は、図１０で説明した金属粉末焼結部品を３DP造形装置で造形した状態を示す図であり、図１２（ａ）は平面図、図１２（ｂ）は側面図である。図１２（ａ）に示すように、金属粉末焼結部品１は、複数の中空構造体４０２が隙間を有して設けられており、隣接する中空構造体４０２との間が連結部材４０３によって連結されて、相対的に接近又は離間する方向に所定範囲内で移動可能な構成となっている。
【００４０】
したがって、図１２（ｂ）に示すように、造形後の金属粉末焼結部品１に変形は無く、当初に指定した寸法で造形ができている。これは、造形中に起こる金属粉末の溶融凝固現象に伴う変形を、個々の中空構造体単位のみで発生させ、金属粉末焼結部品１全体には、溶融凝固の引張り力による変形が生じなかったことを示すものである。
【００４１】
図１３は、図１１で説明した比較のために用意した金属粉末焼結部品を図１２の場合と同じ条件で造形したものである。金属粉末焼結部品１００１は、ベースプレート１１００の上に複数の中空構造体１１０１が隙間なく連続して並べられており、本発明の金属粉末焼結部品１のように、中空構造体が隣接する中空構造体との間に隙間を有していない。金属粉末焼結部品１００１は、図１３(ｂ)に示すように、横から見た場合に、造形中に起こる溶融凝固現象の引張り力により変形していることが分かる。
【００４２】
図１４は、本発明を用いて造形する金属粉末焼結部品の他の実施例を示す図であり、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は中空構造体の斜視図、図１４（ｃ）、（ｄ）は連結部材の構成例を示す図である。図１４において、金属粉末焼結部品１４００は、金属プレート１４０１と複数の中空構造体１４０２を有している。金属プレート１４０１は、厚さが２ｍｍで縦３.４ｃｍ、横６.７ｃｍのチタン製薄板であり、中空構造体１４０２は、0.5mm幅の梁を網の目状に組んで構成されて、幅１ｃｍ四方の直方体の形状を有する。
【００４３】
中空構造体１４０２は、金属プレート１４０１の表面において、隣接する中空構造体との間に１ｍｍの隙間があるように行列状に並べられている。中空構造体１４０２は、図６で説明した３DP造形装置６００を用いて造形される。金属粉末には、平均粒径４０μｍの６４チタンの金属粉末が用いられる。
【００４４】
中空構造体１４０２は、隣接する中空構造体１４０２との間を連結部材１４０３によって連結される。連結部材１４０３は、中空構造体１４０２に固定されておらず、互いに対向する中空構造体１４０２の梁の間に架け渡されて、中空構造体１４０２同士を相対的に接近または離反する方向に所定範囲内で移動可能に連結している。
【００４５】
連結部材１４０３は、３DP造形装置６００による積層造形時に中空構造体１４０２と同時に造形してもよく、また、中空構造体１４０２の積層造形後に取り付ける構造としてもよい。連結部材１４０３は、例えば図１４（ｃ）に示すような略コ字形状のストッパ１４０４、あるいは、図１４（ｄ）に示すようなリング状のストッパ１４０５により構成することができる。ストッパ１４０４、１４０５は、隣接する中空構造体１４０２にそれぞれ接触して互いに連結させている。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  金属粉末焼結部品
１０１、４０１  ベースプレート（板状体）
１０２、４０２  中空構造体
１０３、４０３  連結部材
１１１、４１１  支柱
１１２、４１２  梁
４１３  縦壁
４１４  開口穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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