[发明专利]陶瓷造型物的制造方法

说明书

陶瓷造型物的制造方法，包括(i)平整陶瓷粉末来形成粉末层的工序，(ii)基于三维数据使用激光束照射粉末层以使照射部位结晶的工序，和(iii)重复地进行工序(i)和(ii)，其中在工序(ii)中，用激光束在未聚焦状态照射粉末层的表面。

[技术领域]

本发明涉及陶瓷造型物的制造方法，具体地涉及使用激光的直接造型系统制造方法。

[背景技术]

对于在短时间内制造试验产品或制造少量的零件而言，在近年普及了由通过能量束结合材料粉末而制造期望的造型物的方法，具体地制造三维造型物的直接造型系统方法。特别地在金属领域中，已使用粉末床熔融(power bed fusion)方法制造致密且多样的造型物。通过有效地熔融和凝固金属粉末来实现金属造型物的高致密性。基于在金属领域中的成功，讨论了其在陶瓷材料中的开发并且报道了关于其的许多努力。常见陶瓷材料例如氧化铝和氧化锆几乎不吸收Nd:YAG激光或Yb纤维激光的光，这是粉末床熔融方法通常使用的能量束。应充入更多的能量以便将它们与金属一样多地熔融。然而，激光的扩散妨碍均匀熔融，使其难以获得必需的造型精度。此外，当通过激光熔融并然后凝固时具有高熔点的陶瓷材料被气氛或与其相邻的周围部分迅速地冷却。NPL 1公开了获得的造型物成为非晶。

在另一方面，NPL 2公开了通过使用具有Al₂O₃-ZrO₂共晶组成的陶瓷来降低熔点并由此减小熔融必要的能量的技术。NPL 2还公开了使用造型用激光照射造型区域同时用辅助激光将其加热(预备加热)至不超过1600℃和熔点的温度，并由此获得结晶造型物同时防止热应力松弛或迅速冷却并抑制裂纹形成的技术。然而，由于通过辅助激光的在预备加热区域中陶瓷材料粉末的烧结，在结构体的表面界面部分处难以实现形状精度。

[引用列表]

[非专利文献]

NPL 1:機能材料(FunctionMaterials)，34，九月刊(2014)12-17

NPL 2:Physics Procedia 5(2010)587-594

[发明内容]

[技术问题]

本发明提供用于在没有预备加热的情况下获得具有良好形状精度的结晶陶瓷造型物的制造方法。特别地，在粉末床熔融方法中，其通过避免由激光熔融的陶瓷粉末在凝固时成为非晶而提供用于获得富结晶的造型物的制造方法。

[问题解决方案]

在本发明的一个方面中，提供了陶瓷造型物的制造方法，包括重复地进行：

(i)平整陶瓷粉末来形成粉末层的工序；和

(ii)通过激光聚焦光学系统基于三维数据使用激光束照射粉末层并由此使照射部位结晶的工序，其中在工序(ii)中，用激光束在未聚焦状态照射粉末层的表面。

[发明有益效果]

本发明在粉末床熔融方法中，通过用激光束在未聚焦状态照射粉末层的表面，在没有高温预备加热的情况下能够控制粉末层从它的熔融状态的凝固速率从而获得富结晶的造型物。这能够提供机械强度高于富非晶的造型物的造型物。此外，这能够控制在造型之后热处理中的非晶至结晶收缩引起的变形。

[附图说明]

图1A是示意显示根据本发明的造型物的制造方法的一实施方案的截面图。

图1B是示意显示根据本发明的造型物的制造方法的一实施方案的另一截面图。

图1C是示意显示根据本发明的造型物的制造方法的一实施方案的另外的截面图。

图1D是示意显示根据本发明的造型物的制造方法的一实施方案的仍然另外的截面图。