激光燒結用粉末、結構物的制造方法及結構物的制造裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光燒結用粉末、結構物的制造方法及結構物的制造裝置。
【背景技術】
[0002]現有制造結構物的方法是向金屬粉末照射激光而形成結構物。由于使用計算機控制激光來形成結構物，因此，該方法適于多品種少量生產。并且，該制造方法在專利文獻I中被公開。根據該方法，首先將金屬粉末鋪在平板上。然后，沿金屬粉末層的表面移動均平板而將金屬粉末均平并整理為給定的厚度。接著，使保護氣體在金屬粉末層上流動而形成保護氣體的氣氛。然后，使激光以束狀掃描并描繪給定的圖像。在激光照射處，金屬粉末燒結并結合。
[0003]重復進行鋪金屬粉末的工序、均平金屬粉末的工序、向金屬粉末照射激光進行描繪的工序。由此，在各層燒結的金屬粉末結合而形成三維形狀的結構物。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特表2001-504897號公報
【發明內容】
[0007](發明所要解決的技術問題)
[0008]如果是細的金屬粉末則容易在空氣中飛揚。因此，能夠用于激光燒結的金屬粉末的平均粒徑為30 μ m以上。并且，當金屬粉末多重重疊時，表面的金屬粉末被激光照射而易于被加熱，被遮擋的金屬粉末則難以被加熱。因此，結構物成為完全燒結的層和不完全燒結的層在層疊方向上相層疊的狀態。當完全燒結的層和不完全燒結的層交替配置時，表面的外觀成為沒有光澤的外觀。因此，需要進行表面的研磨。雖然通過激光燒結形成的結構物能夠形成為細微的形狀，但細微的形狀存在研磨工具或研磨布不能到達的面，難以使其成為光澤面。因此，在向金屬粉末照射激光而形成結構物的制造中能夠制造表面具有光澤的結構物的激光燒結用粉末、結構物的制造方法及結構物的制造裝置是被期待的。
[0009](解決技術問題的方案)
[0010]本發明為了解決上述技術問題而作出，可以作為以下的方式或者應用例而實現。
[0011][應用例I]
[0012]本應用例涉及的激光燒結用粉末其特征在于，通過照射激光而被燒結，所述激光燒結用粉末具有:多個金屬粒子；以及將所述多個金屬粒子彼此結合的粘合劑，所述粘合劑包含通過所述激光而分解并氣化的材料。
[0013]根據本應用例，在激光燒結用粉末中，多個金屬粒子通過粘合劑而結合。金屬粒子的大小比激光燒結用粉末小。激光燒結用粉末被配置為給定的厚度。并且，當激光照射至激光燒結用粉末時，粘合劑被分解而氣化，在激光燒結用粉末中多個金屬粒子分離。被激光照射的金屬粒子被加熱。此時，激光燒結用粉末的淺的部位被施加大的能量，深的部位被施加小的能量。與金屬粒子大時相比，在金屬粒子小時，更能減小金屬粒子的熱容量，因此，能夠容易地提高金屬粒子的溫度。從而，能夠提高位于深的部位的金屬粒子的溫度，因此，金屬粉末在深的部位也能夠可靠地被燒結。
[0014]在激光燒結中重復進行將激光燒結用粉末配置為給定的厚度的工序和通過激光的描繪。現有技術中，當金屬粒子的直徑大、激光對金屬粒子的加熱在深度方向存在差異時，形成完全燒結的層和不完全燒結的層相層疊的層。通過本應用例的激光燒結用粉末，抑制了激光對金屬粒子的加熱在深度方向存在差異。因此，能夠將通過向激光燒結用粉末照射激光而形成的結構物形成為在金屬粒子層疊的面上凹凸少的結構物。其結果是，能夠將激光燒結的結構物形成為表面具有光澤的結構物。
[0015][應用例2]
[0016]在上述應用例涉及的激光燒結用粉末中，其特征在于，所述金屬粒子的平均粒徑為5μπι以上10 μ m以下，所述激光燒結用粉末的平均粒徑為30 μ m以上50 μ m以下。
[0017]根據本應用例，激光燒結用粉末的平均粒徑為30 μ m以上50 μ m以下。當將激光燒結用粉末配置為給定的厚度并通過激光描繪時，平均粒徑為30 μ m以上50 μ m以下的激光燒結用粉末為不易飛揚的粉末。因此，能夠在激光燒結用粉末靜態穩定的狀態下向激光燒結用粉末照射激光。并且，由于金屬粒子的平均粒徑為5 μ m以上10 μ m以下，從而能夠減小金屬粒子的熱容量，使加熱時的溫度易于上升。其結果是，由于能夠將金屬高品質地燒結為精確的厚度，因此，能夠高品質地形成結構物。
[0018][應用例3]
[0019]在上述應用例涉及的激光燒結用粉末中，其特征在于，所述激光燒結用粉末的平均粒徑為所述金屬粒子的平均粒徑的3倍以上10倍以下。
[0020]根據本應用例，由于實現了激光燒結用粉末與金屬粒子的粒徑平衡的最優化，因此，能夠兼顧激光燒結用粉末的流動性和金屬粒子的燒結性。并且，在厚度方向加壓使用激光燒結用粉末而形成的粉末層時，由于激光燒結用粉末易于適度崩塌、且金屬粒子易于更高密度地再配置，因此，能夠更為減輕金屬粒子燒結時的體積收縮。
[0021][應用例4]
[0022]在上述應用例涉及的激光燒結用粉末中，其特征在于，所述金屬粒子以鐵、鎳及鈷中的任一種為主成分并通過霧化法而制造。
[0023]根據本應用例，由于金屬粒子的主成分主要為鐵、鎳及鈷中的任一種，因此,能夠使燒結激光燒結用粉末而成的金屬為鐵、鐵合金、鎳、鎳合金、鈷及鈷合金中的任一種。
[0024][應用例5]
[0025]在上述應用例涉及的激光燒結用粉末中，其特征在于，所述金屬粒子以鐵為主成分并含有鎳、鉻、鑰及碳中的至少一種。
[0026]根據本應用例，由于金屬粒子的主成分為鐵，并進一步包含鎳、鉻、鑰及碳中的至少一種，因此，能夠使燒結激光燒結用粉末而成的金屬成為具有耐腐蝕性和機械剛性的金屬。
[0027][應用例6]
[0028]在上述應用例涉及的激光燒結用粉末中，其特征在于，所述粘合劑為PVA。
[0029]根據本應用例，粘合劑為PVA。由于PVA能夠連結金屬粒子，因此，能夠連結金屬粒子而形成激光燒結用粉末。由于PVA能夠隨激光的照射而升華，因此，能夠使燒結激光燒結用粉末而成的金屬不含有粘合劑。
[0030][應用例7]
[0031]本應用例涉及的激光燒結用粉末其特征在于，通過照射激光而被燒結，所述激光燒結用粉末具有通過噴霧干燥法對通過霧化法制造的多個金屬粒子進行造粒而得的造粒粒子，所述造粒粒子在內部具有空孔。
[0032]根據本應用例，激光燒結用粉末包括內部具有空孔的造粒粒子。這種造粒粒子與內部不具有空孔的粒子相比，外殼部分的致密化相對地更進一步，機械強度相對更大。因此，這種造粒粒子的流動性優異。并且，在厚度方向加壓使用激光燒結用粉末形成的粉末層時易于崩塌，因此，粉末層易于壓縮。因此，使激光燒結用粉末兼顧流動性和易壓縮性。
[0033][應用例8]
[0034]本應用例涉及的結構物的制造方法其特征在于，具有:粉末層形成工序，形成由激光燒結用粉末構成的粉末層，在所述激光燒結用粉末中，多個金屬粒子通過粘合劑而結合；以及激光燒結工序，向所述粉末層射出激光而描繪給定的圖案并使所述粘合劑氣化，從而使所述金屬粒子燒結，通過重復進行在描繪后的所述粉末層上重疊形成所述粉末層的所述粉末層形成工序和所述激光燒結工序，從而形成所述金屬粒子被燒結的結構物。
[0035]根據本應用例，形成由激光燒結用粉末構成的粉末層。并且，向粉末層射出激光，描繪給定的圖案。在激光照射處，粘合劑氣化，金屬粒子被燒結。在本應用例的激光燒結用粉末中，金屬粒子的平均粒徑比激光燒結用粉末的平均粒徑更細。由于金屬粒子越細則熱容量越小，因此，金屬粒子易于燒結。從而，能夠提高位于粉末層深處的金屬粒子的溫度，因此，金屬粉末在深的部位也能夠可靠地被燒結。其結果是，通過本應用例的方法形成的結構物能夠形成為在金屬粒子層疊的面上凹凸少的結構物。其結果是，能夠將激光燒結的結構物形成為表面具有光澤的結構物。
[0036][應用例9]
[0037]在上述應用例涉及的結構物的制造方法中，其特征在于，被所述激光照射的所述金屬粒子被加熱至不熔融的溫度而燒結。
[0038]根據本應用例，金屬粒子被加熱至燒結溫度。當加熱至金屬熔融時，熔融的金屬向重力、表面張力作用的方向流動。因此，與金屬被加熱至熔融時相比，被加熱至燒結溫度時，能夠將金屬高精度地形成為描繪的形狀。
[0039][應用例10]
[0040]在上述應用例涉及的結構物的制造方法中，其特征在于，還具有在厚度方向對所述粉末層進行加壓的粉末層加壓工序。
[0041]根據本應用例，粉末層在厚度方向被壓塌而能夠實現壓密化，即使燒結金屬粒子，也能夠充分縮小燒結層與粉末層之間的厚度差，在其上形成新的粉末層時，能夠形成均勻厚度的粉末層而不依賴于基底狀況。因此，即使在粉末層的體積伴隨金屬粒子的燒結而大幅收縮的情況下，也能夠抑制制造的結構物的形狀大幅偏離設計值，能夠更加提高結構物的尺寸精度。
[0042][應用例11]
[0043]本應用例涉及的結構物的制造裝置其特征在于，具有:粉末層形成單元，使用激光燒結用粉末形成粉末層，在所述激光燒結用粉末中，多個金屬粒子通過粘合劑而結合；以及激光光源，朝向所述粉末層射出激光。
[0044]根據本應用例，形成由激光燒結用粉末構成的粉末層。并且，向粉末層射出激光，描繪給定的圖案。在激光照射處，粘合劑氣化，金屬粒子被燒結。在本應用例的激光燒結用粉末中，金屬粒子的平均粒徑比激光燒結用粉末的平均粒徑更細。由于金屬粒子越細則熱容量越小，因此，金屬粒子易于燒結。從而，能夠提高位于粉末層深處的金屬粒子的溫度，因此，金屬粉末在深的部位也能夠可靠地被燒結。其結果是，通過本應用例的裝置形成的結構物能夠形成為在金屬粒子層疊的面上凹凸少的結構物。其結果是，能夠將激光燒結的結構物形成為表面具有光澤的結構物。
[0045][應用例12]
[0046]在上述應用例涉及的結構物的制造裝置中，其特征在于，還具有在厚度方向對所述粉末層進行加壓的加壓單元。
[0047]根據本應用例，粉末層在厚度方向被壓塌而能夠實現壓密化，即使燒結金屬粒子，也能夠充分縮小燒結層與粉末層之間的厚度差，在其上形成新的粉末層時，能夠形成均勻厚度的粉末層而不依賴于基底狀況。因此，即使在粉末層的體積伴隨金屬粒子的燒結而大幅收縮的情況下，也能夠抑制制造的結構物的形狀大幅偏離設計值，能夠更加提高結構物的尺寸精度。
[0048][應用例1