CN108602261A - 三维形状造型物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供能够制造具有底切部的三维形状造型物的方法，在本发明的一实施方式中，提供一种用于通过(i)向粉末层的规定部位照射光束、使该规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层、向该新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层的工序，交替地反复进行粉末层形成及固化层形成，从而制造具有底切部的三维形状造型物的三维形状造型物的制造方法。特别是，在本发明的制造方法中，在三维形状造型物的制造之前，进行用来预先确定底切部的模型化处理。

Description

三维形状造型物的制造方法
技术领域
本发明涉及三维形状造型物的制造方法。更详细地讲，本发明涉及通过向粉末层的光束照射而形成固化层的三维形状造型物的制造方法。
背景技术
以往以来，周知有通过将光束向粉末材料照射来制造三维形状造型物的方法(通常被“粉末烧结层积法”)。这样的方法基于以下的工序(i)及(ii)交替地反复实施粉末层形成和固体层形成而制造三维形状造型物。
(i)向粉末层的规定部位照射光束，使这样的规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序。
(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层，同样照射光束而形成进一步的固化层的工序。
如果按照这样的制造技术，则能够在短时间中制造复杂的三维形状造型物。在作为粉末材料而使用无机物的金属粉末的情况下，可以使用得到的三维形状造型物作为模具。另一方面，在作为粉末材料而使用有机物的树脂粉末的情况下，能够使用得到的三维形状造型物作为各种模型。
以作为粉末材料而使用金属粉末、使用由此得到的三维形状造型物作为模具的情况为例。如图9所示，首先推动挤压刮板23，在造型板21上形成规定厚度的粉末层22(参照图9(a))。接着，向粉末层22的规定部位照射光束L，从粉末层22形成固化层24(参照图9(b))。接着，在得到的固化层24之上形成新的粉末层22，再次照射光束而形成新的固化层24。如果这样交替地反复实施粉末层形成和固化层形成，则层积出固化层24(参照图9(c))，最终能够得到由层积出的固化层24构成的三维形状造型物。作为最下层形成的固化层24成为与造型板21结合的状态，所以三维形状造型物和造型板21形成一体化物，能够使用该一体化物作为模具。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表平1－502890号公报
发明内容
发明要解决的课题
本申请的发明者们发现，在制造具有所谓的“底切(undercut)部”的三维形状造型物的情况下，可能发生以下的问题。具体而言，发现在形成底切部10的情况下(参照图7(a))，可能发生比没有形成它的情况下(参照图7(b))大的隆起部18。特别是，本申请的发明者们发现，底切部10的倾斜形态越是不垂直，越有在底切部10的周缘产生更大的隆起部18的趋势(参照图7(a)～图7(c))。
在发生特别大的隆起部18的情况下，为了接下来的粉末层的形成而使用的挤压刮板23(参照图8(a))碰在隆起部18上(参照图8(b))，由此有可能底切部10的形成区域中的固化层24的一部分伴随着隆起部18被剥落(参照图8(c))。因此，可能在固化层24上不能形成希望的粉末层。
因为以上，在制造具有底切部10的三维形状造型物的情况下，需要将底切部10的形成区域中的隆起部18除去的切削加工。也可以考虑确认隆起部18的发生，对产生了该隆起部18的部分依次实施切削加工，但通过这样的依次的切削加工，有可能阻碍有效率的三维形状造型物的制造。具体而言，依次的切削加工不能说能够汇总性地捕捉到隆起部18的发生部位。
本发明是鉴于这样的情况而做出的。即，本发明的目的是提供一种用来更有效率地制造具有底切部的三维形状造型物的方法。
用来解决课题的手段
为了达成上述目的，在本发明的一技术方案中，提供一种三维形状造型物的制造方法，是用于通过(i)向粉末层的规定部位照射光束、使该规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层、向该新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层的工序，交替地反复进行粉末层形成及固化层形成，从而制造具有底切部的三维形状造型物的方法，在上述方法的实施之前，进行用来预先确定上述底切部的模型化处理。
发明效果
在本发明的制造方法中，能够更有效率地制造具有底切部的三维形状造型物。
附图说明
图1是底切部的概略图(图1(a)：概略立体图，图1(b)：放大概略剖面图)。
图2是示意地表示确定底切部的模型化处理的立体图(图2(a)：三维形状造型物的模型形态，图2(b)：被块分割后的三维形状造型物的模型形态，图2(c)：提取出的底切部的表面)。
图3是示意地表示决定切削加工路径的处理的图(图3(a)：包括底切部的三维形状造型物模型，图3(b)：从包括底切部的三维形状造型物模型取出的多个切片面，图3(c)：底切部的形成区域中的固化层的轮廓的切削加工路径的决定)。
图4是示意地表示将底切部的形成区域的固化层上表面实施切削加工的形态的立体图(图4(a)：切削加工前，图4(b)：切削加工后)。
图5是示意地表示产生了隆起部的底切部的剖面图。
图6是示意地表示具有内部空间区域的三维形状造型物的剖面图。
图7是示意地表示隆起部的各种产生形态的剖面图(图7(a)：陡峭角度θ相对较大的底切部，图7(b)：具有垂直的倾斜形态的固化层周缘部，图7(c)：陡峭角度θ相对较小的底切部)。
图8是示意地表示在发生了隆起部的状态下使用挤压刮板形成接下来的粉末层的形态的剖面图(图8(a)：隆起部接触前，图8(b)：隆起部接触时，图8(c)：隆起部接触后)。
图9是示意地表示被实施粉末烧结层积法的光造型复合加工的工艺方式的剖面图(图9(a)：粉末层形成时，图9(b)：固化层形成时，图9(c)：层积途中)。
图10是示意地表示光造型复合加工机的结构的立体图。
图11是表示光造型复合加工机的通常的动作的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图更详细地说明本发明的一实施方式。图中的各种要素的形态及尺寸不过是例示，并不反映实际的形态及尺寸。
在本说明书中，所谓“粉末层”，例如是指“由金属粉末构成的金属粉末层”或“由树脂粉末构成的树脂粉末层”。此外，所谓“粉末层的规定部位”，实质上是指所制造的三维形状造型物的区域。因而，通过对存在于该规定部位的粉末照射光束，该粉末烧结或熔融固化，构成三维形状造型物。进而，所谓“固化层”，在粉末层是金属粉末层的情况下是指“烧结层”，在粉末层是树脂粉末层的情况下是指“硬化层”。
在本说明书中直接的或间接地说明的“上下”的方向，例如是基于造型板与三维形状造型物的位置关系的方向，以造型板为基准，将制造三维形状造型物的一侧设为“上方”，将其相反侧设为“下方”。
[粉末烧结层积法]
首先，对作为本发明的制造方法的前提的粉末烧结层积法进行说明。特别是举在粉末烧结层积法中附加地进行三维形状造型物的切削处理的光造型复合加工为例。图9示意地表示光造型复合加工的工艺方式，图10及图11分别表示能够实施粉末烧结层积法和切削处理的光造型复合加工机的主要的结构及动作的流程图。
光造型复合加工机1如图10所示，具备粉末层形成机构2、光束照射机构3及切削机构4。
粉末层形成机构2是用来通过将金属粉末或树脂粉末等的粉末以规定厚度铺设来形成粉末层的机构。光束照射机构3是用来对粉末层的规定部位照射光束L的机构。切削机构4是用来对层积化的固化层的侧面、即三维形状造型物的表面进行切削的机构。
粉末层形成机构2如图9所示，主要具有粉末工作台25、推挤刮板23、造型工作台20及造型板21而成。粉末工作台25是能够在外周被壁26包围的粉末材料箱28内上下升降的工作台。推挤刮板23是为了将粉末工作台25上的粉末19向造型工作台20上供给并得到粉末层22而能够在水平方向上移动的刮板。造型工作台20是能够在外周被壁27包围的造型箱29内上下升降的工作台。并且，造型板21被配设在造型工作台20上，是作为三维形状造型物的基座的板。
光束照射机构3如图10所示，主要具有光束振荡器30及检流计反射镜31而成。光束振荡器30是发出光束L的设备。检流计反射镜31是将发出的光束L对粉末层扫描的机构，即光束L的扫描机构。
切削机构4如图10所示，主要具有立铣刀40及驱动机构41而成。立铣刀40是用来对层积化的固化层的侧面即三维形状造型物的表面进行切削的切削工具。驱动机构41是使立铣刀40向希望的应切削部位移动的机构。
对光造型复合加工机1的动作详细叙述。光造型复合加工机的动作如图11的流程图所示，由粉末层形成步骤(S1)、固化层形成步骤(S2)及切削步骤(S3)构成。粉末层形成步骤(S1)是用来形成粉末层22的步骤。在该粉末层形成步骤(S1)中，首先将造型工作台20降低Δt(S11)，使得造型板21的上表面与造型箱29的上端面的水平差成为Δt。接着，在将粉末工作台25提高Δt后，如图9(a)所示那样使推挤刮板23从粉末材料箱28朝向造型箱29在水平方向上移动。由此，能够使配设在粉末工作台25上的粉末19向造型板21上移送(S12)，进行粉末层22的形成(S13)。作为用来形成粉末层的粉末材料，例如可以举出“平均粒径5μm～100μm左右的金属粉末”及“平均粒径30μm～100μm左右的尼龙、聚丙烯或ABS等的树脂粉末”。在形成粉末层后，向固化层形成步骤(S2)转移。固化层形成步骤(S2)是通过光束照射形成固化层24的步骤。在该固化层形成步骤(S2)中，从光束振荡器30发出光束L(S21)，通过检流计反射镜31向粉末层22上的规定部位扫描光束L(S22)。由此，使粉末层的规定部位的粉末烧结或熔融固化，如图9(b)所示那样形成固化层24(S23)。作为光束L，也可以使用碳酸气体激光、Nd：YAG激光、纤维激光或紫外线等。
粉末层形成步骤(S1)及固化层形成步骤(S2)交替地反复实施。由此，如图9(c)所示那样多个固化层24层积化。
如果层积化的固化层24达到规定厚度(S24)，则向切削步骤(S3)转移。切削步骤(S3)是用来对层积化的固化层24的侧面即三维形状造型物的表面进行切削的步骤。通过使立铣刀40(参照图9(c)及图10)驱动而开始切削步骤(S31)。例如，在立铣刀40具有3mm的有效刃长度的情况下，能够沿着三维形状造型物的高度方向进行3mm的切削处理，所以只要Δt是0.05mm，就能够在60层的固化层层积的时点使立铣刀40驱动。具体而言，一边通过驱动机构41使立铣刀40移动，一边对层积化的固化层的侧面实施切削处理(S32)。如果这样的切削步骤(S3)结束，则判断是否得到了希望的三维形状造型物(S33)。在依然没有得到希望的三维形状造型物的情况下，向粉末层形成步骤(S1)返回。以后，通过将粉末层形成步骤(S1)～切削步骤(S3)反复实施而实施进一步的固化层的层积化及切削处理，最终得到希望的三维形状造型物。
[本发明的制造方法]
本发明在上述的粉末烧结层积法中，在先于三维形状造型物的制造之前进行的前处理方面具有特征。
具体而言，在先于三维形状造型物的制造之前，进行用来预先确定底切部的模型化处理。底切部在三维形状造型物中是具有“陡峭”的形态的部位，所以进行用来预先确定该部位的处理。
在图1(a)及图1(b)中表示了底切部10。本说明书中的“底切部”广义地是指如图1(a)所示那样具有陡峭角度13的部分。“陡峭角度θ”如图1(a)所示那样是指三维造型物的下侧倾斜面15相对于水平面14所成的角度(不到90度)。根据图示的形态可知，在本说明书中，陡峭角度θ是越大的值，底切部10具有越垂直的倾斜形态。
底切部10由于是三维形状造型物的一部分，所以由层积出的固化层构成(参照图1(b))。因而，狭义地讲，“底切部”具有如图1(b)所示那样另一方的固化层17从一方的固化层16向外侧突出那样的形态。更具体地讲，在底切部10中，在将一方的固化层16的端面16a与另一方的固化层17的端面17a连结的线段与该一方的固化层16的水平面16b之间形成的角度θ(陡峭角度)为不到90度。这里，另一方的固化层17从一方的固化层16的突出尺寸、即外伸(overhang)尺寸(OH尺寸)在各固化层的高度尺寸是Δt的情况下，可以用下式表示。另外，这里所说的一方的固化层16及另一方的固化层17并不一定具有相互邻接的位置关系，也可以是它们具有相互离开的位置关系。
[式1]
突出尺寸(OH尺寸)＝Δt/tanθ
本发明中的模型化处理能够基于三维形状造型物的设计数据(例如所谓的CAD数据)在计算机上进行。在使用三维形状造型物的CAD数据的情况下，成为在该CAD上进行确定底切部的处理。具体而言，在本发明的模型化处理中，基于制造的三维形状造型物的设计数据，提取在三维形状造型物的表面区域中哪个区域相当于底切部的表面区域。在本发明中，预先确定了可能产生相对较大的隆起部的底切部的形成区域。因此，在对于可能产生相对较大的隆起部的底切部的规定部位的切削加工、具体而言是对于底切部的形成区域中的后述的固化层的轮廓上表面的切削加工时，能够预先决定更适当的切削加工路径。因而，与确认/确定隆起部产生部位并对该部位依次实施切削加工的情况相比，不需要隆起部产生部位的确认/确定和对于该部位的依次的切削，整体上在切削加工中需要的时间被减少。即，三维形状造型物的制造时间整体上变短，能够实现更有效率的制造。
在某个优选的形态中，在模型化处理中，将三维形状造型物模型的表面分割为多个块(peace)，基于该分割的多个块的各自的法线矢量的朝向，从三维形状造型物模型的表面中提取底切部的表面。即，基于根据三维形状造型物的设计数据得到的表面区域的法线矢量提取底切部的表面。这里所说的“提取”，实质上是指作为计算机处理而从三维形状造型物模型的表面整体中将相当于底切部的部分的表面区域“取出”或“挑出”。另外，在本说明书中所述的“三维形状造型物模型(三维形状造型物的模型)”，实质上是指制造的三维形状造型物的计算机上的模型形态。
优选的是，在该提取时，将法线矢量的朝向为比水平朝下的块看作底切部的表面。即，在多个法线矢量之中，仅选择具有规定的朝向的法线矢量的块。这里所说的“水平”，实质上是指相对于固化层的层积方向为垂直的朝向。就更具体的例子而言，固化层的宽度方向上的朝向相当于“水平”的朝向。
在某个优选的形态中，从三维形状造型物模型中取出多个切片面，在所取出的各切片面的轮廓中确定相当于底切部的部分的轮廓，从所确定的轮廓中选择多个点，得到所选择的各点的坐标信息。即，通过计算机处理，得到三维形状造型物模型中的相当于底切部的部分的轮廓的任意的点的坐标信息。
在某个优选的形态中，在三维形状造型物的制造方法的实施时，对底切部的固化层的轮廓上表面实施切削加工。即，仅对在三维形状造型物的制造时可能产生相对较大的隆起部的底切部的固化层的轮廓上表面实施切削加工。通过该切削加工，能够避免为了形成接下来的粉末层而使用的挤压刮板碰到隆起部。因此，能够避免底切部中的固化层的一部分伴随着隆起部被剥落。结果，能够在固化层上适当地形成希望的新的粉末层。另外，本说明书中所说的“隆起部”，是指当使用光束从粉末层形成固化层时在固化层的轮廓上产生的突起物(相当于端部隆起物)，特别地讲，是指在相当于底切部的部位中的固化层的轮廓上产生的突起物(相当于端部隆起物)。虽然不受特定的理论约束，但当向粉末层照射光束时，光束也被照射在周边的粉末区域上，通过熔融现象而产生引起隆起的表面张力，所以可以想到容易在固化层的轮廓上产生隆起部。
在某个优选的形态中，基于从相当于底切部的部分的轮廓上选择的多个点的坐标信息形成切削加工路径，按照该切削加工路径，对底切部中的固化层的轮廓上表面实施切削加工。即，对在三维形状造型物的制造时可能产生相对较大的隆起部的底切部中的固化层的轮廓上表面按照预先决定的切削加工路径实施切削加工。由于切削加工路径被预先决定，所以在三维形状造型物的制造时能够将可能产生相对较大的隆起部的底切部中的固化层的轮廓上表面更有效率地实施切削加工。因此，能够使可能产生相对较大的隆起部的底切部中的固化层的轮廓上表面的切削加工时间变短，并且能够避免为了形成接下来的粉末层而使用的挤压刮板碰到隆起部。
在某个优选的形态中，根据底切部中的陡峭角度，判断底切部中的固化层的轮廓上表面的切削加工的需要与否。在底切部10中，陡峭角度θ是越大的值，底切部10具有越垂直的倾斜形态；另一方面，陡峭角度θ是越小的值，底切部10具有越不垂直的倾斜形态(参照图7)。关于这一点，在底切部10中，其倾斜面越不垂直，有越大地产生隆起部18的趋势，根据陡峭角度θ间接地掌握这样的隆起部18的大小，由此判断底切部中的固化层的轮廓上表面的切削加工的需要与否。例如，可以仅在底切部10的陡峭角度θ比较小(即，底切部10具有更不垂直的倾斜形态)、判断为粉末层形成时的挤压刮板23的移动可能受隆起部18阻碍的情况下实施底切部10中的固化层的轮廓上表面的切削加工。反言之，在底切部10的陡峭角度θ比较大(即，底切部10具有更垂直的倾斜形态)、判断为粉末层形成时的挤压刮板23的移动不受隆起部18阻碍的情况下，可以不实施底切部10中的固化层的轮廓上表面的切削加工。
<本发明的技术思想>
对本发明的技术思想进行说明。本发明基于“预先确定被认为在固化层形成时会产生较大的隆起部的部位，预先构建更适当的切削加工路径”的技术思想。
本申请的发明者发现了在底切部10容易产生比较大的隆起部18的现象，本发明鉴于这样的现象而做出。进一步讲，本申请的发明者发现，如果在底切部10陡峭的程度变化，则在那里产生的隆起部18的尺寸有变化的趋势，也鉴于对于具有这样的趋势的底切部10更适当地应对而做出。
基于本发明的技术思想，由于预先确定了可能产生尺寸更大的隆起部的底切部的形成区域，所以能够更有效率地进行三维形状造型物的制造。
具体而言，通过该底切部的形成区域的预先的确定，在对于可能产生相对较大的隆起部的底切部的规定部位(相当于固化层的轮廓上表面)的切削加工时能够预先决定更适当的切削加工路径。因而，与确认/确定隆起部的产生(产生部位)而对该部位依次实施切削加工的情况相比，因为不需要隆起部产生部位的确认/确定和对于该部位的依次的切削，能减少整体上在切削加工中需要的时间。简言之，不是确认/确定隆起部的产生部位后进行依次的切削应对、而是“事前”掌握了对于可能产生相对较大的隆起部的底切部的规定部位的切削应对，在这一点上有优点。因为以上，三维形状造型物的制造时间整体上变短，能够实现更有效率的制造。
以下，对有关本发明的一实施方式的三维形状造型物的制造方法更具体地说明。本发明可以大体上分为作为前处理进行的计算机处理、和然后作为粉末烧结层积法进行的三维形状造型物的制造。
<<前处理(计算机处理)>>
首先，对在三维形状造型物的制造之前使用计算机进行的前处理进行说明。该前处理优选的是进行以下的(1)及(2)。
(1)底切部的确定
首先，在制造三维形状造型物之前使用CAD软件进行模型化处理。具体而言，例如使用所谓的“STL形式”的CAD软件进行模型化处理。这样的模型化处理相当于用来预先确定底切部的计算机处理。
在模型化处理时，如图2(a)及图2(b)所示，将三维形状造型物模型100’的表面分割为多个块11’。优选的是，将三维形状造型物模型100’的表面整体分割为多个几何学形状的块11’。如图示那样，可以将三维形状造型物模型100’的表面整体分割为例如三角形状的块11’。
在分割为多个块11’后，如图2(b)所示，按照每个块11’求出相对于各块11’的面垂直的矢量的朝向、即各块11’的法线矢量12’的朝向。具体而言，根据各块11’的各自的顶点坐标求出各块11’的中心坐标(中心点)，接着求出相对于该中心坐标垂直的矢量(法线矢量12’)的朝向。
在按照每个块11’求出法线矢量12’后，如图2(b)及图2(c)所示，仅选出法线矢量12’的朝向为比水平朝下的块11’。这里，在本发明中，将法线矢量12’的朝向是朝下的块11’判断为底切部10’的表面。另外，虽然没有图示，但关于法线矢量12’的朝向为比水平“朝上”的块11’，看作是底切部10’以外的表面，不选出。
这样，在本发明中，将多个块11’各自的法线矢量12’的朝向作为指标，由此从三维形状造型物模型100’的表面整体中提取底切部10’的表面。
(2)切削加工路径的决定
在确定底切部10’后，进行决定对于该底切部10’的规定部位(相当于固化层的轮廓上表面)的切削加工路径的计算机处理。在该处理时，根据需要可以使用例如CAD/CAM软件等。
首先，如图3(a)及图3(b)所示，从包括确定了形成部位的底切部10’的三维形状造型物模型100’中取出多个切片面50’。该切片面50’例如是通过沿着水平方向以固化层24’的层积间距将三维形状造型物模型100’切片而得到的面。在将多个切片面50’取出后，如图3(b)及图3(c)所示，在各切片面50’的轮廓60’中确定相当于底切部10’的轮廓60’(相当于图3(b)及图3(c)内的粗线)。在确定了底切部10’的轮廓60’后，从该轮廓60’上选择任意的多个点70’。另外，当确定相当于底切部10’的轮廓60’位于切片面50’的轮廓60’中的哪个部位时，可以利用由上述模型化处理提取出的底切部10’的位置信息。作为选择的多个点70’，如图3(c)所示，例如可以是位于底切部10’的轮廓60’的一端的第1点71’、位于该轮廓60’的另一端的第2点72’、以及位于第1点71’与第2点72’之间的第3点73’。
在选择了任意的多个点70’后，得到各点70’的坐标信息(xn，yn，zn)。如果得到各点70’的坐标信息(xn，yn，zn)，则能够精度良好地掌握各点70’位于三维形状造型物模型100’的哪个部位。例如，如果举选择上述的第1点71’、第2点72’及第3点73’的情况为例，则分别得到第1点71’、第2点72’及第3点73’的坐标信息。具体而言，能够掌握第1点71’的坐标是(x1，y1，z1)，第2点72’的坐标是(x2，y2，z2)，以及第3点73’的坐标是(x3，y3，z3)。另外，在如上述那样沿着水平方向将三维形状造型物模型100’切片的情况下，位于规定部位的1片切片面50’的第1点71’的z坐标z1、第2点72’的z坐标z2和第3点73’的z坐标z3可能变得不相等。
在得到各点的坐标信息后，决定分别经过各点的切削加工路径80’。优选的是，选择在后述的三维形状造型物的制造时对于底切部10的形成区域的固化层24的轮廓上表面24a的切削加工可能变得更有效率的切削加工路径(参照图4)。具体而言，决定切削工具的移动距离可能成为最短的切削加工路径80’。由此，能够使在后述的三维形状造型物的制造时用来将底切部10中的固化层24的轮廓上表面24a切削加工的时间变短(参照图4)。例如，在如上述那样从底切部10’的轮廓60’上选择第1～第3点的情况下，作为切削工具的移动距离为最短的路径，例如选择切削工具能够依次经过第1点71’→第3点73’→第2点72’的切削加工路径。并不限定于此，例如可以选择切削工具能够依次经过第2点72’→第3点73’→第1点71’的切削加工路径。
进而，可以与上述切削加工路径80’的决定一起地，预先决定在后述三维形状造型物的制造时将底切部10中的固化层24的轮廓上表面24a切削加工时的切削工具的操作条件(参照图4)。例如，可以考虑对应于底切部10’的陡峭角度θ(参照图3(a))可能产生的隆起部的尺寸，预先决定例如将“使立铣刀以3000转/分的速度顺时针旋转”的操作条件、以及“使立铣刀从一端到另一端以500mm/分的速度动作”的操作条件组合的条件。
因为以上，在三维形状造型物的制造之前，预先构建用来在制造时对底切部10的形成区域中的固化层24的轮廓上表面24a施以切削加工的关于(1)切削加工路径及(2)切削工具的操作条件的数据库。通过预先构建该数据库，在之后的三维形状造型物的制造时能够适当地控制对于底切部10的形成区域中的固化层24的轮廓上表面24a的切削加工(参照图4)。
<<粉末烧结层积法的实施时>>
接着，对三维形状造型物的制造时的实施方式进行说明。
在三维形状造型物的制造时，如图4(a)及图4(b)所示，可以基于先于它决定的切削加工路径，对底切部10的形成区域中的固化层24的轮廓上表面24a实施切削加工。
具体而言，可以基于在计算机处理中预先决定的用来形成切削加工路径80’(参照图3(c))的各点70’的坐标信息，在实际的切削加工时控制切削机构4对于固化层24的轮廓上表面24a的切削加工路径。更具体地讲，作为切削机构4，可以使用数控(NC：NumericalControl)机床或以其为基准的设备(以下，称作NC机床等)，将根据通过计算机处理得到的各点70’的坐标信息进行程序变换后的数值信息对于该NC机床等命令。由此，能够适当地控制作为被用作NC机床等的切削机构4的构成要素的立铣刀40的切削加工路径。
作为在计算机处理中“预先决定的切削加工路径”，在选择了切削工具即立铣刀40的移动距离为最短的路径的情况下，能够适当地减少在底切部10的形成区域中的固化层24的轮廓上表面24a的切削加工中需要的时间。结果，整体上能够进一步缩短三维形状造型物的制造时间。
此外，在三维形状造型物的制造时，可以基于先于它决定的切削机构的操作条件，对底切部10的形成区域中的固化层24的轮廓上表面24a实施切削加工。
具体而言，可以基于在计算机处理中预先决定的切削机构的操作条件，在实际的切削加工时控制切削机构4的动作。更具体地讲，作为切削机构4而使用数控(NC：NumericalControl)机床或以其为基准的设备(以下，称作NC机床等)，将根据通过计算机处理得到的切削机构的操作条件进行程序变换后的数值信息对于该NC机床等命令。例如，可以将根据在上述计算机处理中预先决定的切削机构的操作条件(将“使立铣刀以3000转/分的速度顺时针旋转”的操作条件、以及“使立铣刀从一端到另一端以500mm/分的速度动作”的操作条件组合的条件)进行程序变换后的数值信息对于该NC机床等命令。由此，因为基于数值信息动作，能够适当地控制作为用作NC机床等的切削机构4的构成要素的立铣刀40的操作条件。
因为以上，也能够适当地控制作为用作NC机床等的切削机构4的构成要素的立铣刀40的切削加工路径及操作条件，所以在三维形状造型物的制造时，能够将底切部10的形成区域中的固化层24的轮廓上表面24a有效率地实施切削加工。因此，能够使可能产生相对较大的隆起部的底切部中的固化层的轮廓上表面的切削加工时间变短。此外，通过该切削加工，能够避免为了形成接下来的粉末层而使用的挤压刮板碰到隆起部。因此，能够避免底切部中的固化层伴随着隆起部被剥落。结果，能够在固化层上适当地形成希望的新的粉末层。因而，最终能够适当地制造出希望的三维形状造型物。
本发明的制造方法能够以各种各样的方式来实施。
<基于陡峭角度的切削加工的方式>
例如，在本发明中，可以根据底切部的倾斜的程度，预先判断底切部中的固化层的轮廓上表面的切削加工的需要与否。
如图5所示，例如在底切部10被形成为具有2个不同的陡峭角度θ的情况下，在底切部10可能产生相互不同尺寸的隆起部18。具体而言，在陡峭角度θ相对较大的底切部10的规定区域、即为更垂直的倾斜形态的底切区域的情况下，容易产生更小的隆起部。另一方面，在陡峭角度θ相对较小的底切部的规定区域、即更不垂直的倾斜形态的底切区域的情况下，容易产生更大的隆起部。虽然只不过是例示，但在陡峭角度θ不到45度的底切区域中，与陡峭角度为45度以上的底切区域相比，有容易产生尺寸较大的隆起部18的趋势。
因为上述那样的趋势，在上述(1)的确定中，预先确定底切部10’的中的陡峭角度θ较小的区域和陡峭角度θ较大的区域。如果随着时间说明，则为以下这样。将三维形状造型物模型100’的表面整体分割为多个块11’(参照图2(a)及图2(b))。接着，求出各块11’的法线矢量12’的朝向(参照图2(b))，提取该朝向为比水平更朝下的块11’(参照图2(c))。在提取出具有朝下的法线矢量12’的块11’后，根据在该法线矢量12’的朝向与水平之间形成的角度的差异，判断是陡峭角度θ较小的底切区域、还是陡峭角度θ较大的底切区域。
例如在陡峭角度θ更大的底切区域、即底切部为更垂直的倾斜形态的区域的情况下，可以想到隆起部的尺寸相对较小，可以做出不将该区域中的固化层的轮廓上表面实施切削加工的判断。由此，在三维形状造型物的制造时，由于实施切削加工的区域更为限定性的，所以能够减少底切部中的固化层的轮廓上表面的切削加工时间。因而，最终能够进一步缩短三维形状造型物的制造时间，更有效率地制造具有底切部的三维形状造型物。
<基于固化层的层积数的切削加工的方式>
在本发明中，例如也可以根据固化层的层积数预先判断切削加工的需要与否。
具体而言，在固化层的层积数超过规定数的情况下，因为层积数较多，在各固化层的底切部上产生的隆起部有变大的趋势。在此情况下，由于粉末层形成时的挤压刮板的移动可能被隆起部阻碍，所以可以做出通过上述(2)的计算机处理决定切削加工路径的判断。另一方面，在固化层的层积数低于规定数的情况下，可以想到各固化层的底切部的隆起部没有变得很大。因而，可以做出不通过上述(2)的计算机处理决定切削加工路径的判断。并不限定于此，也可以根据将固化层的层积数与固化层厚度相乘后的值是否超过规定值来决定切削加工路径的判断。如果这样，则实施切削加工的时间被减少，所以能更有效率地制造具有底切部的三维形状造型物。
最后，对在三维形状造型物的制造时将底切部中的固化层的轮廓上表面实施切削加工的情况下的效果进行说明。
如果在三维形状造型物100的制造时对底切部10中的固化层的轮廓上表面实施切削加工，则能够将在底切部10中的固化层的轮廓上可能产生的隆起部从该轮廓上表面去除。因此，能够避免为了接下来的粉末层的形成而使用的挤压刮板碰到隆起部、由此底切部10中的固化层的一部分伴随着隆起部被剥落的情况。因此，能够在固化层上适当地形成新的粉末层。由此，在底切部10的形成区域中也能够使用光束适当地形成新的固化层。结果，能够适当地制造具有底切部10的三维形状造型物100。
如果举一例，则如图6所示那样能够适当地形成可能形成底切部10的内部空间区域90的形成面的一部分(上侧部分)及/或三维形状造型物100的外表面。如果可能形成底切部10的内部空间区域90的形成面的一部分被适当地形成，则在使用三维形状造型物100作为模具的情况下，能够适当地使用内部空间区域90作为调温管。即，能够使调温水以希望流量相对于内部空间区域90流动，能够作为模具而发挥适当的调温功能。此外，如果可能形成底切部10的三维形状造型物100的外表面被适当地形成，则能够避免在该外表面上产生裂纹，所以对于来自外部的影响(例如外压)也能够适当地承受。另外，如果仅对底切部10中的固化层的轮廓上表面实施切削加工，则在可能形成底切部10的三维形状造型物100的外表面(侧面)上可能会残留隆起部。在此情况下，可以将可能形成该底切部10的三维形状造型物100的外表面(侧面)适当地进行切削加工等的后加工。
以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但不过是例示了本发明的适用范围中的典型例。因而，本领域技术人员容易理解本发明并不限定于此而能够进行各种各样的改变。
另外，上述那样的本发明的一实施方式包含以下的优选的技术方案。
第1技术方案：
一种三维形状造型物的制造方法，是用于通过(i)向粉末层的规定部位照射光束、使该规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层、向该新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层的工序，交替地反复进行粉末层形成及固化层形成，从而制造具有底切部的三维形状造型物的方法，在上述方法的实施之前，进行用来预先确定上述底切部的模型化处理。
第2技术方案：
一种三维形状造型物的制造方法，在上述第1技术方案中，在上述模型化处理中，将上述被制造的上述三维形状造型物的模型的表面分割为多个块，基于该多个块的各自的法线矢量的朝向，从上述三维形状造型物的上述模型的上述表面中提取上述底切部的表面。
第3技术方案：
一种三维形状造型物的制造方法，在上述第2技术方案中，在上述提取时，将上述法线矢量的朝向为比水平更朝下的上述块看作上述底切部的上述表面。
第4技术方案：
一种三维形状造型物的制造方法，在上述第1技术方案～第3技术方案的任一项中，从上述被制造的上述三维形状造型物的上述模型中提取多个切片面，在所取的出各切片面的轮廓中确定相当于上述底切部的部分的轮廓，从所确定的该轮廓中选择多个点，得到所选择的各点的坐标信息。
第5技术方案：
一种三维形状造型物的制造方法，在上述第1技术方案～第4技术方案的任一项中，在上述方法的实施时，对上述底切部中的上述固化层的轮廓上表面实施切削加工。
第6技术方案：
一种三维形状造型物的制造方法，在从属于上述第4技术方案的第5技术方案中，基于上述坐标信息形成切削加工路径，按照该切削加工路径，对上述底切部中的上述固化层的上述轮廓上表面实施上述切削加工。
第7技术方案：
一种三维形状造型物的制造方法，在上述第5技术方案或第6技术方案中，根据上述底切部的陡峭角度，判断该底切部中的上述固化层的上述轮廓上表面的上述切削加工的需要与否。
产业上的可利用性
通过实施有关本发明的一实施方式的三维形状造型物的制造方法，能够制造各种各样的物品。例如，在“粉末层是无机物的金属粉末层、固化层为烧结层的情况下”，可以将得到的三维形状造型物作为塑料注射成形用模具、压力模具、压铸模具、铸造模具、锻造模具等的模具使用。另一方面，在“粉末层是有机物的树脂粉末层、固化层为硬化层的情况下”，可以将得到的三维形状造型物作为树脂成形品使用。
相关申请的交叉引用
本申请主张基于日本专利申请第2016－016090号(申请日：2016年1月29日，发明的名称：「三次元形状造形物の製造方法」(三维形状造型物的制造方法))及日本专利申请第2016－145594号(申请日：2016年7月25日，发明的名称：「三次元形状造形物の製造方法」(三维形状造型物的制造方法))的巴黎公约的优先权。相关申请公开的内容全部通过该引用而包含于本说明书中。
标号说明
100 三维形状造型物
100’ 三维形状造型物模型(三维形状造型物的模型)
10’ 三维形状造型物模型的底切部
10 三维形状造型物的底切部
11’ 块
12’ 法线矢量
13 陡峭角度
19 粉末
22 粉末层
24 固化层
24a 固化层的轮廓上表面
L 光束

Claims (7)

1.一种三维形状造型物的制造方法，用于通过
(i)向粉末层的规定部位照射光束、使该规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序；以及
(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层、向该新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层的工序，
交替地反复进行粉末层形成及固化层形成，从而制造具有底切部的三维形状造型物，
其特征在于，
在上述方法的实施之前，进行用来预先确定上述底切部的模型化处理。
2.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
在上述模型化处理中，将被制造的上述三维形状造型物的模型的表面分割为多个块，基于该多个块的各自的法线矢量的朝向，从上述三维形状造型物的上述模型的上述表面中提取上述底切部的表面。
3.如权利要求2所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
在上述提取时，将上述法线矢量的朝向为比水平更朝下的上述块看作上述底切部的上述表面。
4.如权利要求1所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
从被制造的上述三维形状造型物的上述模型中提取多个切片面，在所取出的各切片面的轮廓中确定相当于上述底切部的部分的轮廓，从所确定的该轮廓中选择多个点，得到所选择的各点的坐标信息。
5.如权利要求4所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
在上述方法的实施时，对上述底切部中的上述固化层的轮廓上表面实施切削加工。
6.如权利要求5所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
基于上述坐标信息形成切削加工路径，按照该切削加工路径，对上述底切部中的上述固化层的上述轮廓上表面实施上述切削加工。
7.如权利要求5所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
根据上述底切部的陡峭角度，判断该底切部中的上述固化层的上述轮廓上表面的上述切削加工的需要与否。
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