三維造型物的制造方法及三維造型物的制造裝置與流程

技術區域

本發明涉及三維造型物的制造方法及三維造型物的制造裝置。

背景技術：

一直以來，已經實施了通過層疊層來制造三維造型物的制造方法。作為這樣的三維造型物的制造方法，例如，專利文獻1中公開通過邊供給粉末材料邊向該粉末材料施加熱量而形成層，并層疊該層，從而制造三維造型物的制造方法。

然而，在現有的通過層疊層來制造三維造型物的制造方法中，同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度是比較困難的。例如，通過提高材料的供給速度(增大供給單位)或擴大熱量的施加范圍，從而三維造型物的制造速度會提高，但是會導致制造精度降低。另一方面，通過減緩供給速度(減小供給單位)或縮小熱量的施加范圍，從而三維造型物的制造精度會變高，但會導致制造速度減緩。

因此，本發明的目的在于同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2006-200030號公報

技術實現要素：

為了解決上述技術問題的本發明的第一方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，通過層疊層來制造三維造型物的三維造型物，具有：第一造型材料供給工序，向所述層中的所述三維造型物的輪廓區域供給該三維造型物的第一造型材料；第一造型材料固化工序，向供給到所述輪廓區域的所述第一造型材料施加能量而使該第一造型材料凝固；第二造型材料供給工序，向作為對應于所述三維造型物的區域的與所述輪廓區域接觸的接觸區域供給第二造型材料；以及第二造型材料固化工序，向供給到所述接觸區域的所述第二造型材料施加能量而使該第二造型材料凝固。

在根據本方面，可以執行以下條件中的任意一方，第二造型材料供給工序中的第二造型材料的供給單位大于第一造型材料供給工序中的第一造型材料的供給單位、以及第二造型材料固化工序中的能量的施加范圍大于第一造型材料固化工序中的能量的施加范圍。因此，可以高精度地形成提高三維造型物的制造精度所需的輪廓區域，并迅速地形成無需提高三維造型物的制造精度的接觸區域。因此，能夠同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度。

在此，“第一造型材料”與“第二造型材料”可以相同也可以不同，在相同的情況下，本發明包含“第一造型材料供給工序”包含“第二造型材料供給工序”(通過使“第一造型材料供給工序”包含“第二造型材料供給工序”，除了“第一造型材料供給工序”之外，不實施“第二造型材料供給工序”)的情況。

此外，“輪廓”是形成三維造型物的表面的形狀的部分。在將涂層設于三維造型物的表面的情況等下，有時也指涂層的下層。

另外，“供給單位”在例如在間歇性地供給的情況下是指各個的大小(以液滴的狀態供給的情況下指的是液滴的大小)，在連續地供給的情況下是指供給寬度。并且，“能量的施加范圍”在例如在照射能量而施加能量的情況下是指能量的照射面積。

另外，“凝固”是指粒子燒結的形態，也將熔融后固化的形態作為凝固進行說明。

另外，“可以實現提高制造精度以外的目的的第二造型材料”未特別的限定，例如，舉出金屬材料(還包括合金、金屬氧化物)，通過使用金屬材料，能夠提高三維造型物的強度，能夠構成高強度的三維造型物。

本發明的第二方面的三維造型物的制造方法，其特征在于，通過層疊層制造三維造型物的三維造型物，并具有：第一造型材料供給工序，向所述層中的所述三維造型物的輪廓區域供給該三維造型物的第一造型材料；第一造型材料固化工序，向供給到所述輪廓區域的所述第一造型材料施加能量而使該第一造型材料凝固；以及第二造型材料固化工序，邊向與所述輪廓區域接觸的接觸區域施加能量，邊向對應于所述三維造型物的區域供給第二造型材料，使供給到所述接觸區域的所述第二造型材料凝固。

根據本方面，可以執行以下條件中的任意一方：第二造型材料固化工序中的第二造型材料的供給單位大于第一造型材料固化工序中的第一造型材料的供給單位、以及第二造型材料固化工序中的能量施加范圍大于第一造型材料固化工序中的能量的施加范圍。因此，能夠高精度地形成提高三維造型物的制造精度所需的輪廓區域，迅速地形成無需提高三維造型物的制造精度的接觸區域。因此，能夠同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度。

本發明的第三方面的三維造型物的制造方法的特征在于，在所述第一或第二方面的基礎上，在所述第一造型材料供給工序中，通過非接觸式噴射分配器向所述輪廓區域供給所述第一造型材料。

根據本方面，通過非接觸式噴射分配器而向輪廓區域供給第一造型材料。在此，非接觸式噴射分配器可以配置為以短周期噴吐第一造型材料。因此，可以提高三維造型物的制造速度。

本發明的第四方面三維造型物的制造方法的特征在于，在所述第一或第二方面的基礎上，在所述第一造型材料供給工序中，通過針分配器向所述輪廓區域供給所述第一造型材料。

根據本方面，通過針分配器向輪廓區域供給第一造型材料。在此，針分配器可以調整精細的量而將第一造型材料精確地配置于所需的位置。因此，可以提高三維造型物的制造精度。

本發明的第五方面的三維造型物的制造方法的特征在于，在所述第一至第四任一方面的基礎上，所述第二造型材料的供給在所述第一造型材料供給工序之后進行。

通過在第一造型材料供給工序之后進行第二造型材料的供給，可以提高三維造型物的制造精度。因此，在根據本方面，在第一造型材料供給工序之后進行第二造型材料的供給，因此可以提高三維造型物的制造精度。

本發明的第六方面的三維造型物的制造方法的特征在于，在所述第五方面的基礎上，所述第二造型材料的供給是在通過所述第一造型材料供給工序形成了所述層中的多層的所述輪廓區域之后進行的。

根據本方面，第二造型材料的供給是在通過第一造型材料供給工序形成了多層的輪廓區域之后進行的。這樣，通過匯集多層而進行無需尤其提高精度的第二造型材料的供給，從而可以提高三維造型物的制造速度。

本發明的第七方面的三維造型物的制造方法的特征在于，所述第一至第六任一方面的基礎上，在所述第一造型材料固化工序中，向所述第一造型材料施加電磁波而使該第一造型材料凝固。

根據本方面，在所述第一造型材料固化工序中，向所述第一造型材料施加電磁波而該第一造型材料凝固。因此，可以簡單地、高精度地實施第一造型材料固化工序。

本發明的第八方面的三維造型物的制造方法的特征在于，在所述第一至第七任一方面的基礎上，在所述第二造型材料固化工序中，向正在照射激光的所述接觸區域供給所述第二造型材料，使該第二造型材料凝固。

根據本方面，第二造型材料固化工序向正在照射激光的接觸區域供給第二造型材料，使該第二造型材料凝固。因此，能夠簡單地、高精度地實施第二造型材料固化工序。

本發明的第九方面的三維造型物的制造方法的特征在于，所述第一至第七任一方面的基礎上，在所述第二造型材料固化工序中，向所述第二造型材料施加通過電弧放電產生的熱而使該第二造型材料凝固。

根據本方面，第二造型材料固化工序向第二造型材料施加通過電弧放電產生的熱量而使該第二造型材料凝固。因此，能夠大范圍地施加熱量，且可以提高三維造型物的制造速度，從而可以迅速地實施第二造型材料固化工序。

本發明的第十方面的三維造型物的制造方法的特征在于，所述第一至第九任一方面的基礎上，所述第一造型材料包含鎂、鐵、銅、鈷、鈦、鉻、鎳、鋁、馬氏體時效鋼、不銹鋼、鈷鉻鉬、鈦合金、鎳合金、鋁合金、鈷合金、鈷鉻合金、氧化鋁和二氧化硅中的至少一種。

根據本方面，可以制造尤其剛性高的三維造型物。

本發明的第十一方面的三維造型物的制造方法的特征在于，所述第一至第十任一方面的基礎上，在所述第二造型材料的供給中，所述第二造型材料以糊狀、粉末狀、絲狀以及粒狀中的至少一種形態而供給。

根據本方面，能夠通過糊狀、粉末狀的形態簡單地，或通過絲狀或粒狀的形態迅速地供給第二造型材料。

本發明的第十二方面的三維造型物的制造裝置，其特征在于，通過層疊層制造三維造型物，所述三維造型物的制造裝置具有：第一造型材料供給部，向所述層中的所述三維造型物的輪廓區域供給該三維造型物的第一造型材料；第一造型材料固化部，向供給到所述輪廓區域的所述第一造型材料施加能量而使該第一造型材料凝固；第二造型材料供給部，向作為對應于所述三維造型物的區域的與所述輪廓區域接觸的接觸區域供給第二造型材料；以及第二造型材料固化部，向供給到所述接觸區域的所述第二造型材料施加能量而使該第二造型材料凝固。

根據本方面，可以實施以下條件中的至少一方：第二造型材料固化部的第二造型材料的供給單位大于第一造型材料供給部的第一造型材料的供給單位、以及第二造型材料固化部的能量施加范圍大于第一造型材料固化部的能量的施加范圍。因此，可以高精度地形成提高三維造型物的制造精度所需的輪廓區域，迅速地形成無需提高三維造型物的制造精度的接觸區域。因此，能夠同時滿足三維造型物的制造精度與制造速度。

本發明的第十三方面的三維造型物的制造裝置，其特征在于，通過層疊層制造三維造型物，所述三維造型物的制造裝置具有：第一造型材料供給部，向所述層中的所述三維造型物的輪廓區域供給該三維造型物的第一造型材料；第一造型材料固化部，向供給到所述輪廓區域的所述第一造型材料施加能量而使該第一造型材料凝固；以及第二造型材料固化部，邊向與所述輪廓區域接觸的接觸區域施加能量，邊向對應于所述三維造型物的區域供給第二造型材料，使供給到所述接觸區域的所述第二造型材料凝固。

根據本方面，可以實施以下條件中的至少一方，第二造型材料固化部的第二造型材料的供給單位大于第一造型材料供給部的第一造型材料的供給單位、以及第二造型材料固化部的能量施加范圍大于第一造型材料固化部的能量的施加范圍。因此，可以高精度地形成提高三維造型物的制造精度所需的輪廓區域，迅速地形成無需提高三維造型物的制造精度的接觸區域。因此，能夠同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度。

附圖說明

圖1的(a)是示出本發明一實施方式所涉及的三維造型物的制造裝置的構成的簡要構成圖，圖1的(b)是圖1的(a)所示的c部的放大圖。

圖2的(a)是示出本發明一實施方式所涉及的三維造型物的制造裝置的構成的簡要構成圖，圖2的(b)是圖2的(a)所示的c’部的放大圖。

圖3是本發明一實施方式所涉及的頭座的簡要透視圖。

圖4的(a)至(c)是概念性說明本發明一實施方式所涉及的頭部單元的配置與熔融部的形成形態的關系的俯視圖。

圖5的(a)和(b)是概念性說明熔融部的形成形態的簡要圖。

圖6的(a)和(b)是示出配置于頭座的頭部單元的其它配置例的示意圖。

圖7的(a)至(g)是表示本發明一實施例所涉及的三維造型物的制造過程的簡要圖。

圖8的(a)至(f)是示出本發明一實施例所涉及的三維造型物的制造過程的簡要圖。

圖9是本發明一實施例所涉及的三維造型物的制造方法的流程圖。

符號說明

50、50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g以及50h熔融部；55熔融部；110基座；111驅動裝置；120工作臺；121樣品板；130頭座支撐部；400控制單元；410工作臺控制器；430激光控制器；500三維造型物；501、502以及503部分造型物；700焊條控制器；730焊條支撐部；1100頭座；1200造型材料供給裝置；1210造型材料供給單元；1210a造型材料容納部；1220供給管；1230造型材料噴吐部(第一造型材料供給部)；1230a噴吐噴嘴；1230b噴吐驅動部；1300能量照射部(激光照射部、第一造型材料固化部)；1400、1401、1402、1403、1404、1405、1406、1407以及1408頭部單元；1400a保持夾具；1500材料供給控制器；1600金屬材料供給裝置(金屬材料供給部)；1610金屬材料供給單元；1610a金屬材料容納部；1620供給管；1630金屬材料噴吐部(第二造型材料供給部)；1630a噴吐噴嘴；1630b噴吐驅動部；1700焊條底座；1800焊條單元(第二造型材料固化部)；1800a保持夾具；1810焊條(金屬材料固化部、第二造型材料固化部)；2000形成裝置(三維造型物的制造裝置)；l激光；m材料(熔融材料、造型材料)；o三維造型物的完成體

具體實施方式

下面，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。

圖1以及圖2是示出本發明一實施方式所涉及的三維造型物的制造裝置的構成的簡要構成圖。

在此，本實施方式的三維造型物的制造裝置具有兩種的材料供給部以及能量施加部，但圖1以及圖2分別為只示出了一個能量施加部的圖，省略了另一材料供給部以及能量施加部的圖示。

本實施方式的三維造型物的制造裝置是可以將三維造型物的輪廓區域和與該輪廓區域接觸的接觸區域使用不同的材料的構成(然而，也可以使用相同的材料而構成)。但是，不限定于這樣的三維造型物的制造裝置，還可以將三維造型物的輪廓區域和與該輪廓區域接觸的接觸區域使用相同的材料構成。而且，還可以使用生片(greensheet)構成輪廓區域和接觸區域。在此，本實施方式所涉及的三維造型物的制造裝置通過第一造型材料(下面，也簡稱為造型材料)構成三維造型物的輪廓區域，通過第二造型材料(下面，也稱為金屬材料)構成接觸區域。然而，第一造型材料及第二造型材料未特別的限定。除了金屬材料，還可以使用樹脂材料等。

此外，本說明書中的“三維造型”是指形成所謂的立體造型物，例如形成平板狀、即使為所謂的二維形狀的形狀但具有厚度的形狀也包括在內。

如圖1及圖2所示，形成裝置2000具備基座110和工作臺120，工作臺120通過基座110所具備的作為驅動單元的驅動裝置111而能在圖示的x、y、z方向上移動、或者能夠在以z軸為中心的旋轉方向上驅動。而且，如在圖1中所表示的，具備頭座支撐部130，其一端部固定于基座110，而在另一端部上保持固定有頭座1100，頭座1100保持多個具備能量照射部1300和造型材料噴吐部1230(第一造型材料供給部)的頭部單元1400。此外，如在圖2中所表示的，具備焊條支撐部730，其一個端部固定于基座110，而在另一個端部上保持固定有焊條底座1700，焊條底座1700保持具備金屬材料噴吐部1630(第二造型材料供給部)和具有電弧放電部的焊條1810的焊條單元1800。在此，焊條底座1700和頭座1100在xy平面上并列設置。

此外，本實施方式的金屬材料噴吐部1630除噴吐量多于造型材料噴吐部1230(供給單位大)以外，其余均為與造型材料噴吐部1230同樣的構成。不過，并不限定于這樣的構成。

在工作臺120上以層狀形成三維造型物500的形成過程中的部分造型物501、502以及503。三維造型物500的形成中，由于激光的照射而產生熱量及伴隨電弧放電而施加的熱量，為了保護工作臺120免受熱量的影響，可以使用具有耐熱性的樣品板121，從而在樣品板121上形成三維造型物500。此外，在圖1的(a)以及圖2的(a)中，為了便于說明，例示了部分造型物501、502以及503三層，但一直層疊至所希望的三維造型物500的形狀為止(直至圖1的(a)以及圖2的(a)中的層50n為止)。

圖1的(b)是示出圖1的(a)所示的頭座1100的c部放大概念圖。如圖1的(b)所示，頭座1100保持有多個頭部單元1400。詳細情況將于后述，但構成頭部單元1400通過由保持夾具1400a保持作為用于形成三維造型物的輪廓區域的造型材料供給單元的造型材料供給裝置1200所具備的造型材料噴吐部1230和作為能量施加部的能量照射部1300而構成，造型材料噴吐部1230具備：噴吐噴嘴1230a、以及通過材料供給控制器1500而使造型材料從噴吐噴嘴1230a中噴吐的噴吐驅動部1230b。

另外，圖2的(b)是示出圖2的(a)所示的焊條底座1700的c’部放大概念圖。如圖2的(b)所示，焊條底座1700保持一個焊條單元1800。焊條單元1800通過由保持夾具1800a保持作為金屬材料供給單元的金屬材料供給裝置1600所具備的金屬材料噴吐部1630和作為能量施加部的焊條1810而構成。金屬材料噴吐部1630具備：噴吐噴嘴1630a、以及通過材料供給控制器1500而使金屬材料從噴吐噴嘴1630a中噴吐的噴吐驅動部1630b。

能量照射部1300在本實施方式中以照射為電磁波的激光作為能量的能量照射部來進行說明(以下，將能量照射部1300稱為激光照射部1300)。通過將激光用作照射的能量，從而能夠瞄準作為目標的供給材料來照射能量，能夠形成品質高的三維造型物。并且，能夠容易地按照例如被噴吐的材料的種類控制照射能量的量(功率、掃描速度)，能夠獲得所期望的品質的三維造型物。例如，當然也能選擇例如使噴吐的材料燒結而固化、或者熔融而固化。即，根據情況，被噴吐的材料為燒結材料、或者為熔融材料、或者為通過其它方法而固化的固化材料。

在本實施方式中，焊條1810是對通過電弧放電而產生的作為能量的熱進行施加的能量施加部。通過施加由電弧放電而產生的熱，能夠在較寬(或者與激光相比)的范圍內施加熱量，從而提高了三維造型物的形成速度。另外，能夠按照例如材料的種類控制通過電弧放電而產生的熱的量、使電弧放電的位置，能夠使在所期望的范圍內的材料熔融。

造型材料噴吐部1230通過供給管1220而與容納與保持于頭座1100的頭部單元1400各自對應的供給材料的造型材料供給單元1210連接。于是，規定的造型材料從造型材料供給單元1210供給至造型材料噴吐部1230。在造型材料供給單元1210中，包含由本實施方式涉及的形成裝置2000造型的三維造型物500的原料的熔融材料(造型材料)作為供給材料而容納于造型材料容納部1210a中，各個造型材料容納部1210a通過供給管1220而連接于各個造型材料噴吐部1230。通過像這樣地具備各個造型材料容納部1210a，從而能夠從頭座1100供給多個不同種類的熔融材料。

金屬材料噴吐部1630通過供給管1620而容納與保持于焊條底座1700的焊條單元1800對應的供給材料的金屬材料供給單元1610連接。于是，規定的金屬材料從金屬材料供給單元1610供給至金屬材料噴吐部1630。在金屬材料供給單元1610中，包含由本實施方式涉及的形成裝置2000造型的三維造型物500的原料的材料(金屬材料)作為供給材料而容納于金屬材料容納部1610a中，金屬材料容納部1610a通過供給管1620而與金屬材料噴吐部1630連接。

作為熔融材料或燒結材料而供給的造型材料以及金屬材料可使用作為三維造型物500的原料的金屬、例如包括鎂(mg)、鐵(fe)、鈷(co)、鉻(cr)、鋁(al)、鈦(ti)、鎳(ni)、銅(cu)的粉末、或者包含一種以上的這些金屬的合金(馬氏體時效鋼、不銹鋼、鈷鉻鉬、鈦合金、鎳合金、鋁合金、鈷合金、鈷鉻合金)、或氧化鋁、二氧化硅等的粉末；溶劑；以及粘合劑的漿狀(或糊狀)的混合材料。

并且，可使用聚酰胺、聚縮醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等通用工程塑料。此外，還可以使用聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚醚醚酮等工程塑料。

換言之，本實施方式的造型材料以及金屬材料是包含金屬粒子的流動性組合物。不過，粒子并未特別地限定，也可以使用金屬粒子、合金粒子以外的上述通用工程塑料、工程塑料的粒子。

形成裝置2000具備作為控制單元的控制單元400，其根據從未圖示的、例如個人計算機等數據輸出裝置中輸出的三維造型物的造型用數據而控制工作臺120、造型材料供給裝置1200所具備的造型材料噴吐部1230以及激光照射部1300、金屬材料供給裝置1600所具備的金屬材料噴吐部1630以及焊條1810。而且，雖未圖示，但控制單元400中具備控制工作臺120、造型材料噴吐部1230以及激光照射部1300協作地驅動及動作，并控制工作臺120、金屬材料噴吐部1630以及焊條1810協作地驅動及動作的控制部。在此，激光照射部1300從控制單元400向激光控制器430送出控制信號，從激光控制器430送出使多個激光照射部1300中的任一或者全部都照射激光的輸出信號。另外，焊條1810從控制單元400向焊條控制器700送出控制信號，從焊條控制器700送出使電弧在焊條1810產生的輸出信號。

在以可移動的方式配備于基座110的工作臺120中，根據來自控制單元400的控制信號，在工作臺控制器410中生成控制工作臺120的移動開始與停止、移動方向、移動量、移動速度等的信號，并輸送至基座110所具備的驅動裝置111，從而工作臺120在圖示的x、y、z方向上移動。對于頭部單元1400所具備的造型材料噴吐部1230，根據來自控制單元400的控制信號，在材料供給控制器1500中生成控制通過造型材料噴吐部1230所具備的噴吐驅動部1230b而從噴吐噴嘴1230a噴吐的材料噴吐量等的信號，并根據所生成的信號從噴吐噴嘴1230a中噴吐規定量的造型材料。同樣地，在焊條單元1800所具備的金屬材料噴吐部1630中，基于來自控制單元400的控制信號，在材料供給控制器1500中生成控制通過金屬材料噴吐部1630所具備的噴吐驅動部1630b而從噴吐噴嘴1630a噴吐的材料噴吐量等的信號，并根據所生成的信號從噴吐噴嘴1630a中噴吐規定量的金屬材料。

對頭部單元1400進一步詳細說明。

圖3以及圖4示出被頭座1100保持的多個頭部單元1400以及被頭部單元1400保持的激光照射部1300和材料噴吐部1230的保持形態的一個例子，其中，圖4是從圖1的(b)所示的箭頭d方向觀察的頭座1100的外觀圖。

如圖3所示，多個頭部單元1400通過未圖示的固定單元而被保持于頭座1100。另外，如在圖4中表示的，在本實施方式涉及的形成裝置2000的頭座1100上具備通過圖下方的第一列的頭部單元1401、第二列的頭部單元1402、第三列的頭部單元1403、第四列的頭部單元1404這四個單元配置成鋸齒狀的頭部單元1400。并且，如在圖4的(a)中表示的，邊使工作臺120相對于頭座1100在x方向上移動，邊從各頭部單元1400中噴吐造型材料，并從激光照射部1300照射激光l而形成熔融部50(熔融部50a、熔融部50b、熔融部50c及熔融部50d)。關于熔融部50的形成步驟，將在后面說明。

需要注意的是，雖未圖示，但各個頭部單元1401～1404所具備的造型材料噴吐部1230采用經由噴吐驅動部1230b并通過供給管1220而與造型材料供給單元1210連接的構成，激光照射部1300采用連接于激光控制器430并由保持夾具1400a保持的構成。

如圖3所示，造型材料噴吐部1230從噴吐噴嘴1230a朝著放置于工作臺120上的樣品板121上噴吐材料m(在本實施方式中與造型材料對應并下文中稱為材料m)。對于頭部單元1401，例示了材料m以液滴狀噴吐的噴吐形式，對于頭部單元1402，例示了材料m以連續體狀被供給的噴吐形式。材料m的噴吐形式可以為液滴狀也可以為連續體狀，雖然哪一種都可以，但本實施方式中材料m以液滴狀噴吐的形式而進行說明。

從噴吐噴嘴1230a中呈液滴狀噴吐的材料m大致在重力方向上飛行，并著落于樣品板121上。激光照射部1300被保持夾具1400a所保持。當隨著工作臺120的移動，著落于樣品板121上的材料m進入激光照射范圍內時，材料m熔融，并在激光照射范圍外固化而形成熔融部50。該熔融部50的集合體形成為形成于樣品板121上的三維造型物500的熔融層310(參照圖1)。此外，熔融部50及部分造型物501是在三維造型的輪廓區域還是在與三維造型物的輪廓區域接觸的接觸區域均為適當的。即，由造型材料噴吐部1230噴吐造型材料(第一造型材料)而形成的部分對應于輪廓區域，并且由金屬材料噴吐部1630噴吐金屬材料(第二造型材料)而形成的部分對應于接觸區域。

接著，使用圖4、圖5對熔融部50的形成步驟進行說明。

圖4是概念性說明本實施方式的頭部單元1400的配置與熔融部50的形成形態的關系的俯視圖。并且，圖5是概念性表示熔融部50的形成形態的側面圖。

首先，當工作臺120向+x方向移動時，材料m從多個噴吐噴嘴1230a中以液滴狀被噴吐，材料m被配置于樣品板121的規定位置。然后，當工作臺120進一步向+x方向移動時，則進入從激光照射部1300照射的激光l的照射范圍內，材料m熔融。當工作臺120再向+x方向移動時，材料m變為激光l的照射范圍外，固化而形成熔融部50。

更具體而言，首先，如在圖5的(a)中表示的，邊使工作臺120向+x方向移動，邊使材料m以一定的間隔從多個噴吐噴嘴1230a配置于樣品板121的規定位置。

接著，如在圖5的(b)中表示的，邊使工作臺120向圖1所示的-x方向移動，邊以填埋按一定間隔配置的材料m之間的方式新配置材料m。然后，通過使工作臺120向-x方向繼續移動，從而材料m進入激光l的照射范圍內而被熔融(形成熔融部50)。

此外，從材料m配置于規定位置直至進入激光l的照射范圍內為止的時間能夠用工作臺120的移動速度來調整。例如，在材料m包含溶劑的情況下，通過使工作臺120的移動速度變慢而使直至進入照射范圍內為止的時間延長，從而能夠促進溶劑的干燥。

另外，也可以采用如下的構成：即、邊使工作臺120向+x方向移動，邊以材料m交迭(overlap)的方式(不空開間隔的方式)從多個噴吐噴嘴1230a將材料m配置于樣品板121的規定位置，并保持向同一方向移動地進入激光l的照射范圍內(不是通過工作臺120在x方向上的往復移動來形成熔融部50的構成，而是只通過工作臺120在x方向上的單側的移動來形成熔融部50的構成)。

而且，還可以為使工作臺120向+x方向移動的同時從多個噴吐噴嘴1230a向樣品板121的規定位置配置材料m使其重疊(不留間隔)，向同一個方向移動使其進入激光l的照射范圍的構成(不是通過工作臺120的x方向的往返運動形成熔融部50的構成，而是通過工作臺120的只在x方向的一個方向上的移動形成熔融部50的構成)。

通過像上述那樣形成熔融部50，從而形成如在圖6的(a)中表示的、各頭部單元1401、1402、1403及1404在x方向上的一行(y方向上的第一行)的熔融部50(熔融部50a、50b、50c及50d)。

接著，為了各頭部單元1401、1402、1403及1404在y方向上形成第二行的熔融部50(熔融部50a、50b、50c及50d)，使頭座1100向-y方向移動。如果設噴嘴間的節距為p，則移動量為向-y方向移動p/n(n為自然數)節距的量。在本實施例中，將n設為3進行說明。

通過進行如在圖5的(a)及圖5的(b)中所表示那樣的、與上述同樣的動作，從而形成如在圖4的(b)中所表示那樣的、y方向上的第二行的熔融部50’(熔融部50a’、50b’、50c’及50d’)。

接著，為了各頭部單元1401、1402、1403及1404在y方向上形成第三行的熔融部50(熔融部50a、50b、50c及50d)，使頭座1100向-y方向移動。移動量為向-y方向移動p/3節距的量。

然后，通過進行如在圖5的(a)及圖5的(b)中表示那樣的、與上述同樣的動作，從而形成如在圖4的(b)中表示那樣的、y方向上的第三行的熔融部50”(熔融部50a”、50b”、50c”及50d”)，可獲得熔融層310。

另外，對于材料噴吐部1230噴吐的材料m，能夠從頭部單元1401、1402、1403、1404中的任意一個單元或者兩個單元以上噴吐供給與其它頭部單元不同的造型材料。因此，通過使用本實施方式的形成裝置2000能夠得到具有由不同種類材料形成的復合材料部分造型物的三維造型物。

此外，在本實施方式中，可以通過頭部單元1400形成三維造型物的輪廓區域，通過焊條單元1800形成相當于該輪廓區域內部的與該輪廓區域接觸的接觸區域。然后，焊條單元1800構成為具有金屬材料噴吐部1630和焊條1810各一個，通過焊條1810電弧焊接(通過電弧放電而產生的熱量的施加而熔融)從金屬材料噴吐部1630噴吐的金屬材料，從而能夠通過一個焊條單元1800形成部分造型物501。

此外，在本實施方式中，雖然是通過從金屬材料噴吐部1630噴吐作為第二造型材料的金屬材料來供給第二造型材料的構成，但是并不限定于這樣的構成。第二造型材料可以為例如糊狀、粉末狀、絲狀(纖維狀)的形態。另外，除了噴吐以外的方法，還可以通過利用氣流使粉末噴出，能夠從輥對之間將纖維壓出等方法而供給。

上述的本實施方式涉及的形成裝置2000所具備的頭部單元1400及焊條單元1800的數量及排列不限于上述的數量及排列。在圖6中，作為一個例子，示意性示出了配置于頭座1100的頭部單元1400的其它配置例。

圖6的(a)示出在頭座1100上使多個頭部單元1400在x軸方向上并列的形態。圖6的(b)示出在頭座1100上使頭部單元1400呈格子狀排列的形態。需要注意的是，所排列的頭部單元的數量均不限定于圖示的例子。

接著，對使用上述的本實施方式涉及的形成裝置2000而進行的三維造型物的制造方法的一實施例進行說明。

圖7的(a)至(g)是表示使用形成裝置2000進行的三維造型物的制造過程的一個例子的簡要圖。

首先，如圖7的(a)所表示的，將作為第一層(最下層)的材料m(造型材料)從造型材料噴吐部1230向在未圖示的樣品板121供給，并通過從激光照射部1300向對應于三維造型物的輪廓區域的部分照射激光而形成熔融部50。此外，當將材料m供給到未圖示的樣品板121時，不僅供給對應于三維造型物的輪廓區域的部分，而且還供給對應于三維造型物的接觸區域的部分之外的部分。當在上層具有底切(undercut)部(相對于下層向xy平面方向變凸的部分)的情況下，下層用于對其支撐。在下層可以通過從激光照射部1300照射激光l而使材料m(造型材料)燒結。

接著，如圖7的(b)所表示的，通過將作為第二層的材料m從造型材料噴吐部1230以在第一層的材料m的上側(z(+)方向)層疊的方式而供給，并從激光照射部1300向對應于三維造型物的輪廓區域的部分照射激光l，從而形成熔融部50。此外，當將第二層的材料m向第一層的材料m供給時，也不僅供應對應于三維造型物的輪廓區域的部分，還供給對應于三維造型物的接觸區域(與輪廓區域接觸的區域)的部分以外的部分。

接著，如圖7的(c)所表示的，通過將從金屬材料噴吐部1630向第二層中的對應于三維造型物的接觸區域(與輪廓區域接觸的區域)供給金屬材料，并向供給了該金屬材料的部分施加使焊條1810電弧放電而產生的熱，從而形成熔融部55。此外，可以為不熔融輪廓區域而使其燒結，隨著形成熔融部55，通過該熱量也使輪廓區域熔融的構成。

然后，邊重復圖7的(b)以及圖7的(c)的動作，邊形成新的層。

具體而言，例如，如圖7的(d)所表示的，通過將作為第三層的材料m從造型材料噴吐部1230以在第一層的材料m的上側層疊的方式而供給，并從激光照射部1300向對應于三維造型物的輪廓區域的部分照射激光l而形成熔融部50。此外，當將第三層的材料m向第二層的材料m供給時，不僅供給對應于三維造型物的輪廓區域的部分，還供給對應于三維造型物的接觸區域的部分以外的部分。

接著，如圖7的(e)所表示，通過從金屬材料噴吐部1630向第三層中的對應于三維造型物的接觸區域的部分供給金屬材料，并且向供給了金屬材料的部分施加使焊條1810電弧放電而產生的熱，從而形成熔融部55。

然后，通過重復圖7的(b)和圖7的(c)的動作(圖7的(d)和圖7的(e)的動作)，從而如圖7的(f)所表示的，完成三維造型物的完成體o。此外，圖7的(g)表示使三維造型物顯現(現像)(從三維造型物的完成體o上除去材料m帶來的附著物)的狀態。

接著，對使用上述的本實施方式涉及的形成裝置2000而進行三維造型物的制造方法的另一實施例進行說明。

圖8的(a)至(f)是示出使用形成裝置2000而進行的三維造型物的造型過程的另一例子的簡要圖。

圖8的(a)和圖8的(b)與圖7的(a)和圖7的(b)相同，因此省略詳細說明。

在本例子中，在圖8的(b)的狀態之后，如圖8的(c)所示，通過將第三層的材料m從造型材料噴吐部1230以在第一層的材料m的上側層疊的方式而供給，并且從激光照射部1300向對應于三維造型物的輪廓區域的部分照射激光l，從而形成熔融部50。

然后，如圖8的(d)所表示的，從金屬材料噴吐部1630向第二層及第三層中的作為三維造型物的對應區域的對應于三維造型物的接觸區域的部分供給金屬材料，并且向供給了該金屬材料的部分施加通過使焊條1810電弧放電而產生的熱，從而形成熔融部50。

這樣，在本例子中，可以通過一次電弧放電動作使兩層的對應于三維造型物的接觸區域的部分熔融。

然后，通過重復圖8的(a)至圖8的(d)的動作，如圖8的(e)所表示的，完成三維造型物的完成體o。此外，圖8的(f)表示使三維造型物的完成體o顯現的狀態。

此外，作為使用上述實施方式的形成裝置2000而進行的三維造型物的制造方法以外的一實施例，列舉以下的方式。

例如，對于接觸領域，能夠采用使激光照射并加熱接觸區域，在該照射區域噴射作為第二造型材料的金屬粉末的方法來代替使焊條1810電弧放電而施加該熱的方法。通過這樣的方法，被造型的三維造型物不需要導電性，因此作為第二造型材料可以使用陶瓷材料或樹脂材料等非導電性的材料。

另外，作為形成輪廓區域的其它實施方式，可以將分配器(材料的供給部)和激光照射部配置為不同的單元。可以構成為在工作臺120的上方設置激光照射部、定位來自激光照射部的激光的多個鏡、使激光聚光的透鏡系等，并采用迅速、大范圍地掃描激光的電流計掃描器方式而固化。

另外，作為其它的例子，例如可以采用在針尖附著造型材料將其配置到所期望的位置的針分配器而形成輪廓區域的方法來代替作為液滴噴吐造型材料的造型材料噴吐部1230。通過采用這樣的方法能夠提高輪廓形狀的精細度。

接著，使用流程圖對使用上述實施方式的形成裝置2000而進行的三維造型物的制造方法的一個例子進行說明。

在此，圖9是本實施例的三維造型物的制造方法的流程圖。

如在圖9中表示的，在本實施例的三維造型物的制造方法中，首先，在步驟s110中取得三維造型物的數據。詳細而言，例如從在個人計算機中執行的應用程序等中取得表示三維造型物的形狀的數據。

如圖9所示，在本實施例的三維造型物的制造方法中，首先在步驟s110中，取得三維造型物的數據。具體而言，例如從個人計算機所實施的應用程序等，取得表示三維造型物的形狀的數據。

接著，在步驟s120中創建每層的數據。詳細而言，在表示三維造型物的形狀的數據中，根據z方向的造型分辨率進行切片，按每個截面生成位圖(bitmap)數據(截面數據)。

此時，生成的位圖數據為被區分為三維造型物的輪廓區域與三維造型物的接觸區域的數據。

接著，在步驟s130中，例如，使作為第一層的材料m(造型材料)從造型材料噴吐部1230噴吐而供給到樣品板121。

接著，在步驟s140中，通過從激光照射部1300向材料m中的對應于三維造型物的輪廓區域的部分照射激光而形成熔融部50。在此，在本實施例中，該輪廓區域的固化是通過熔融進行的，也可以通過燒結等其它方法進行固化。

接著，在步驟s150中，判斷在步驟s130中形成的層是否存在接觸區域的數據。在存在接觸區域的數據的情況下，前進至步驟s160，在不存在接觸區域的數據的情況下，返回步驟s130。

此外，在匯集多層而使金屬材料固化的情況下，也可以判斷是否符合使金屬材料固化的定時。

接著，在步驟s160中，從金屬材料噴吐部1630向步驟s130中形成的層中的接觸區域噴吐供給金屬材料。

而且，在使用形成裝置2000而實施本步驟的情況下，供給糊狀的金屬材料，但是本步驟供給的金屬材料的形態不限定于糊狀，也可以以粉末狀、絲狀以及粒狀的形態而被供給。

接著，在步驟s170中，通過焊條1810電弧焊接(通過施加隨著電弧放電的熱量而熔融)三維造型物的對應于接觸區域的部分，從而形成熔融部55。在此，在本實施例中，該接觸區域的固化是雖然通過施加隨著電弧放電產生熱量而熔融進行的，但是也可以使用其它方法進行固化。

然后，根據步驟s180，在基于在步驟s120中生成的對應于各層的位圖數據而直至三維造型物的造型結束之前，重復步驟s130至步驟s180。

然后，重復步驟s130至步驟s180，如果結束三維造型物的造型，則在步驟s190中，進行三維造型物的顯現，結束本實施例的三維造型物的制造方法。

如上所述，本實施例的三維造型物的制造方法使通過層疊層來制造三維造型物的三維造型物的制造方法。具有：第一造型材料供給工序(對應于步驟s130)，向所述層中的所述三維造型物的輪廓區域供給該三維造型物的第一造型材料(造型材料)；第一造型材料固化工序(對應于步驟s140)，向供給到所述輪廓區域的所述第一造型材料施加能量而使該第一造型材料凝固；第二造型材料供給工序(對應于步驟s160)，向作為對應于所述三維造型物的區域的與所述輪廓區域接觸的接觸區域供給第二造型材料(金屬材料)；以及第二造型材料固化工序(對應于步驟s170)，向供給到所述接觸區域的所述第二造型材料施加能量而使該第二造型材料凝固。而且，第二造型材料供給工序的第二造型材料的供給單位比第一造型材料供給工序的第一造型材料的供給單位大。

因此，可以高精度地形成提高三維造型物的制造精度所需的輪廓區域，迅速地形成無需提高三維造型物的制造精度的接觸區域。因此，可以同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度。此外，在使用例如生片一并供給第一造型材料以及第二造型材料等情況下，通過使第二造型材料固化工序的能量的施加范圍大于第一造型材料固化工序的能量施加范圍，也可以高精度地形成提高三維造型物的制造精度所需的輪廓區域，迅速地形成無需提高三維造型物的制造精度的接觸區域。因此，可以同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度。

在此，“第一造型材料”與“第二造型材料”可以相同也可以不同，在相同的情況下，“第一造型材料供給工序”包含“第二造型材料供給工序”(通過使“第一造型材料供給工序”包含“第二造型材料供給工序”，就不在“第一造型材料供給工序”之外實施“第二造型材料供給工序”)的情況也包含于本發明中。

在此，“輪廓”是形成三維造型物的表面的形狀的部分。在將涂層設于三維造型物的表面的情況等下，有時也指涂層的下層。

另外，“供給單位”例如在間歇性地供給的情況下，指的是各個的大小(以液滴狀態供給時指的是液滴的大小)，在連續供給的情況下，指的是供給寬度。然后，“能量的施加范圍”指的是，例如，在照射施加能量的情況下，指的是能量的照射面積。

另外，“固化”指的是粒子燒結的方式，熔融后固化的方式。

另外，“可以達成提高制造精度以外的目的的第二造型材料”未特別的限定，例如，可以為金屬材料(包括合金、金屬氧化物)，通過使用金屬材料，可以提高三維造型物的強度，可以形成高強度的三維造型物。

另外，換言之，本實施方式的三維造型物的制造裝置2000是通過層疊層來制造三維造型物的三維造型物的制造裝置。然后，具有：第一造型材料供給部(造型材料噴吐部1230)，向所述層中的所述三維造型物的輪廓區域供給該三維造型物的第一造型材料；第一造型材料固化部(激光照射部1300)，向供給到所述輪廓區域的所述第一造型材料施加能量而使該第一造型材料凝固；第二造型材料供給部(金屬材料噴吐部1630)，向作為對應于所述三維造型物的區域的與所述輪廓區域接觸的接觸區域供給第二造型材料(金屬材料)；以及第二造型材料固化部(焊條1810)，向供給到所述接觸區域的所述第二造型材料施加能量而使該第二造型材料凝固。而且，第二造型材料供給部的第二造型材料的供給單位比第一造型材料供給部的第一造型材料的供給單位大。

因此，可以同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度。此外，在使用例如生片一并供給第一造型材料以及第二造型材料等情況下，通過使第二造型材料固化部的能量的施加范圍大于第一造型材料固化部的能量施加范圍，可以高精度地形成提高三維造型物的制造精度所需的輪廓區域，迅速地形成無需提高三維造型物的制造精度的接觸區域。因此，可以同時滿足三維造型物的制造精度以及制造速度。

而且，如上所述，本實施例的三維造型物的制造方法為通過層疊層制造三維造型物的三維造型物的制造方法。具備：第一造型材料供給工序(對應于步驟s130)，向所述層中的所述三維造型物的輪廓區域供給該三維造型物的第一造型材料；第一造型材料固化工序(對應于步驟s140)，向供給到所述輪廓區域的所述第一造型材料施加能量而使該第一造型材料凝固；以及第二造型材料固化工序(對應于步驟s160以及步驟s170)，邊向與所述輪廓區域接觸的接觸區域施加能量，邊向對應于所述三維造型物的區域供給第二造型材料，使供給到所述接觸區域的所述第二造型材料凝固。而且，第二造型材料固化工序的第二造型材料的供給單位比第一造型材料供給工序的第一造型材料的供給單位大。

因此，可以高精度地形成提高三維造型物的制造精度所需的輪廓區域，迅速地形成無需提高三維造型物的制造精度的接觸區域。因此，可以同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度。此外，通過使第二造型材料固化工序的能量的施加范圍大于第一造型材料固化工序的能量施加范圍也可以高精度地形成提高三維造型物的制造精度的輪廓區域，迅速地形成無需提高三維造型物的制造精度的接觸區域。因此，可以同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度。

而且，換言之，本實施方式的三維造型物的制造裝置2000為通過層疊層制造三維造型物的三維造型物的制造裝置。而且，具有:第一造型材料供給部(造型材料噴吐部1230),向所述層中的所述三維造型物的輪廓區域供給該三維造型物的第一造型材料；第一造型材料固化部(激光照射部1300),向供給到所述輪廓區域的所述第一造型材料施加能量而使該第一造型材料凝固(金屬材料噴吐部1630以及焊條1810)，邊向與所述輪廓區域接觸的接觸區域施加能量，邊向對應于所述三維造型物的區域供給第二造型材料，使供給到所述接觸區域的所述第二造型材料凝固。而且，第二造型材料固化部的第二造型材料的供給單位比第一造型材料供給部的第一造型材料的供給單位大。

因此，可以高精度地形成提高三維造型物的制造精度所需的輪廓區域，迅速地形成無需提高三維造型物的制造精度的接觸區域。因此，可以同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度。此外，通過使第二造型材料固化工序的能量施加范圍大于第一造型材料固化工序的能量施加范圍，也可以高精度地形成提高三維造型物的制造精度所需的輪廓區域，迅速地形成無需提高三維造型物的制造精度的接觸區域。因此，可以同時滿足三維造型物的制造精度和制造速度。

而且，本實施例的三維造型物的制造方法中，在第一造型材料供給工序中通過采用非接觸式噴射分配器的造型材料噴吐部1230將第一造型材料即材料m供給至輪廓區域。在此，非接觸式噴射分配器可配置為短周期地噴吐第一造型材料。因此，本實施例的三維造型物的制造方法可以提高三維造型物制造速度。

而且，可以噴吐第一造型材料并精確地將其配置到所期望的位置。

另一方面，在第一造型材料供給工序中，可以采用通過針分配器將第一造型材料供給到輪廓區域的方法。在此，針分配器可以調整精細地量，配置第一造型材料。因此，通過使用針分配器可以提高三維造型物的制造精度。

而且，本實施例的三維造型物的制造方法中，在第一造型材料供給工序之后實施第二造型材料供給工序。通過在第一造型材料供給工序之后實施第二造型材料供給工序，可以提高三維造型物的制造精度。因此，本實施例的三維造型物的制造方法可以提高三維造型物的制造精度。

此外，如圖8所示，可以在第一造型材料供給工序中形成多層的輪廓區域之后實施第二造型材料供給工序。這樣可以通過一次進行多層的不需要特別提高精度的第二材料供給工序，從而提高三維造型物的制造速度。

而且，在本實施例的三維造型物的制造方法的第一造型材料固化工序中，向第一造型材料施加電磁波即激光使該第一造型材料固化。這樣，可以簡單地高精度地實施第一造型固化工序。

而且，在本實施例的三維造型物的制造方法的第二造型材料固化工序中，向第二造型材料施加電弧放電產生的熱而使該第二造型材料固化。這樣，可以大范圍地施加熱量提高三維造型物的形成速度，迅速地實施第二造型材料固化工序。

而且，可以在第二造型材料固化工序中，向正在照射激光的接觸區域供給第二造型材料，使該第二造型材料固化。這樣，可以簡單地高精度地實施第二造型材料固化工序。

在此，作為第一造型材料，優選使用包含鎂、鐵、銅、鈷、鈦、鉻、鎳、鋁、馬氏體時效鋼、不銹鋼、鈷鉻鉬、鈦合金、鎳合金、鋁合金、鈷合金、鈷鉻合金、氧化鋁和二氧化硅中的至少一種。特別是因為可以制造高剛性的三維造型物。

而且，本實施例的三維造型物的制造方法的第二造型材料的供給中，第二造型材料以糊狀被供給，但是也可以以粉末狀、絲狀以及粒狀的至少一種形態而供給。通過采用糊狀或粉末狀的形態可以簡單地供給第二造型材料，通過采用絲狀或粒狀的形態可以迅速地供給第二造型材料。

本發明并不局限于上述實施例，在不脫離其主旨的范圍內可通過各種構成來實現。例如，為了解決上述技術問題的一部分或全部、或者達到上述效果的一部分或全部，可對記載于發明內容部分的各方式中的技術特征所對應的實施例中的技術特征適當進行替換、組合。如果該技術特征在本說明書中不是作為必須特征被說明，則可將其適當刪除。