冲击吸收结构体及其制造方法 技术领域 本发明涉及一种冲击吸收结构体及其制造方法, 更详细而言, 涉及一种用于以人 造关节、 接骨板为代表的医用植入体、 以汽车、 航空器及船舶为代表的移动体等的冲击吸收 结构体及其制造方法。
背景技术
日本特开 2005-329179 号公报 ( 专利文献 1) 及日本特开平 6-90971 号公报 ( 专 利文献 2) 公开了金属植入体。这些文献所公开的金属植入体由以钛合金为代表的金属构 成。
植入体被植入生物体内, 在生物体内长期利用。 因此, 植入体要求具有与骨骼类似 的力学特性。具体而言, 植入体要求具有冲击吸收性。而且, 植入体要求具有与骨骼近似的 低杨氏模量与轻量性。
但是, 专利文献 1 所公开的金属植入体由实心 (Solid) 的金属材料构成。因此, 金属植入体的杨氏模量远远大于骨骼的杨氏模量。例如, 相对于作为生物体用金属的 Ti-6Al-4V 合金的实心材料的杨氏模量为 110GPa 左右, 骨骼 ( 皮质骨 (cortical bone)) 的 杨氏模量为 10GPa ~ 30GPa 左右。而且, 实心材料的屈服应力较高, 难以塑性变形。假设即 使塑性变形, 实心材料也会加工固化。因此, 实心材料的冲击吸收性较低。
另一方面, 专利文献 2 所公开的金属植入体在内部具有空心。因此, 与实心的金属 植入体相比, 能够降低杨氏模量。但是, 即使是具有空心部的金属植入体, 冲击吸收性也较 低。
因而, 要求有具有比以往的植入体优异的冲击吸收性的新的植入体。
对于优异的冲击吸收性的要求并不限于植入体。例如, 对于用于以汽车、 航空器、 船舶、 铁路等为代表的移动体的结构体, 也要求具有优异的冲击吸收性。 发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优异的冲击吸收性的冲击吸收结构体。
本发明的其他目的在于提供一种具有优异的冲击吸收性、 低杨氏模量、 轻量性的 冲击吸收结构体。
本发明的冲击吸收结构体具有凝固构件与烧结构件。 凝固构件是通过熔化多个无 机粉末颗粒而形成的。烧结构件是通过烧结多个无机粉末颗粒而形成的, 该烧结构件与凝 固构件相结合。 在此, 烧结构件可以通过烧结与凝固构件相结合, 也可以是烧结构件或凝固 构件的一部分熔化而使烧结构件与凝固构件相结合。
本发明的冲击吸收结构体是凝固构件与烧结构件的复合结构体, 因此具有优异的 冲击吸收性。
优选烧结构件包括多个颈部与间隙。多个颈部形成在多个无机粉末颗粒之间。间 隙形成在多个无机粉末颗粒之间。由于形成有颈部及间隙, 本发明的冲击吸收结构体的应力 - 应变曲线具有平稳区 域。因此, 本发明的冲击吸收结构体具有优异的冲击吸收性。而且, 烧结构件具有间隙, 与 实心材料相比密度较低。因此, 与实心材料相比, 具有轻量性及低杨氏模量。
优选凝固构件具有凝固壳体。烧结构件容纳在凝固壳体内, 与凝固壳体相结合。
在该情况下, 与实心材料相比, 本发明的冲击吸收结构体重量轻且杨氏模量低, 冲 击吸收性高。
优选凝固构件还包括凝固壁、 多个容纳室。凝固壁形成在凝固壳体内。多个容纳 室配置在凝固壳体内, 被凝固壁划分而成。冲击吸收结构体还具有多个烧结构件。多个烧 结构件容纳在容纳室内, 与凝固壳体和 / 或凝固壁相结合。
在该情况下, 冲击吸收性进一步提高。
优选利用层叠造形法依次层叠多个凝固部而形成用于容纳多个无机粉末颗粒的 凝固构件, 在炉内以小于无机粉末颗粒的熔点的烧结温度对所所形成的凝固构件进行加热 而形成烧结构件。
在本发明的冲击吸收结构体中, 利用层叠造形法形成凝固构件。 因此, 本发明的冲 击吸收结构体能够自由设定凝固构件的形状, 与具有相同组成的实心材料相比, 本发明的 冲击吸收结构体能够获得轻量性、 低杨氏模量及优异的冲击吸收性。 另外, 由于在利用层叠 造形法造形而成的凝固构件内容纳有多个无机粉末颗粒, 因此通过烧结处理能够在凝固构 件内容易地形成烧结构件。 优选本发明的冲击吸收结构体是利用层叠造形法依次层叠多个冲击吸收层制造 而成的。 各个冲击吸收层包括 : 凝固部, 其是通过向由多个无机粉末颗粒构成的粉末层照射 第 1 射线束而熔化粉末层的第 1 区域而形成的 ; 烧结部, 其是通过向粉末层照射具有比第 1 射线束的注量 (fluence) 低的注量的第 2 射线束而对粉末层的与第 1 区域不同的第 2 区域 进行烧结而形成的。
在该情况下, 利用层叠造形法能够形成凝固构件, 而且也能够形成烧结构件。因 此, 可以不对利用层叠造形法形成的凝固构件进行烧结处理。
优选粉末颗粒由金属构成。另外, 优选凝固构件具有与烧结构件相同的组成。进 一步优选凝固构件及烧结构件由钛合金构成。进一步优选冲击吸收结构体具有 10GPa ~ 50GPa 的杨氏模量。
在该情况下, 冲击吸收结构体能够具有与骨骼的杨氏模量相接近的杨氏模量。因 此, 冲击吸收结构体能够用作具有轻量性、 冲击吸收性及低杨氏模量的医用植入体。
本发明的冲击吸收结构体的制造方法是上述冲击吸收结构体的制造方法, 其中, 该冲击吸收结构体的制造方法具有以下工序 : 形成由多个无机粉末颗粒构成的粉末层的工 序; 向粉末层照射射线束而熔化无机粉末颗粒、 形成凝固部的工序 ; 在形成有凝固部的粉 末层上层叠由多个无机粉末颗粒构成的新的粉末层的层叠工序 ; 向新的粉末层照射射线束 而形成新的凝固部的形成工序 ; 重复层叠工序及形成工序而形成由层叠的多个凝固部构成 且用于容纳多个无机粉末颗粒的壳体状的凝固构件的工序 ; 从粉末层取出凝固构件的工 序; 以小于无机粉末颗粒的熔点的烧结温度对所取出的凝固构件进行加热、 形成烧结构件 的工序。
本发明的冲击吸收结构体的制造方法能够自由设计凝固构件的形状。而且, 通过
调整凝固构件的设计及烧结处理条件, 能够制造具有期望的杨氏模量及冲击吸收性的冲击 吸收结构体。
本发明的冲击吸收结构体的制造方法是上述冲击吸收结构体的制造方法, 其中, 该冲击吸收结构体的制造方法具有以下工序 : 形成由多个无机粉末颗粒构成的粉末层的工 序; 向粉末层内照射第 1 射线束而熔融多个无机粉末颗粒、 形成凝固部的工序 ; 向粉末层照 射具有比第 1 射线束的注量低的注量的第 2 射线束而烧结多个无机粉末颗粒、 形成烧结部 的工序 ; 在形成有凝固部及烧结部的粉末层上层叠新的粉末层的层叠工序 ; 在新的粉末层 上形成凝固部及烧结部的形成工序 ; 重复层叠工序及形成工序而形成包括由层叠的多个凝 固部构成的凝固构件和由层叠的多个烧结部构成的烧结构件的冲击吸收结构体的工序。
本发明的冲击吸收结构体的制造方法通过调整凝固构件的设计及烧结处理条件, 能够制造具有期望的杨氏模量、 轻量性及冲击吸收性的冲击吸收结构体。 附图说明 图 1 是第 1 实施方式的冲击吸收结构体的立体图。
图 2 是图 1 所示的凝固构件的立体图。
图 3 是图 1 中的 III-III 剖视图。
图 4 是图 3 中的区域 500 的放大图。
图 5 是制造图 1 所示的冲击吸收结构体的层叠造形装置的结构图。
图 6 是表示图 1 所示的冲击吸收结构体的制造方法的流程图。
图 7 是用于说明图 6 中的步骤 S6 的工序的示意图。
图 8 是用于说明图 6 中的步骤 S8 的工序的示意图。
图 9 是用于说明图 6 中的步骤 S11 的工序的示意图。
图 10 是用于说明在图 6 中重复执行的第 2 次以后的步骤 S6 的工序的示意图。
图 11 是用于说明在图 6 中重复执行的第 2 次以后的步骤 S8 的工序的示意图。
图 12 是制造中途的凝固构件的铅垂方向的剖视图。
图 13 是用于说明图 6 中的步骤 S12 的工序的图。
图 14 是利用图 6 中的造形工序制造的凝固构件的铅垂方向的剖视图。
图 15 是 利 用 图 6 所 示 的 制 造 方 法 制 造 的 冲 击 吸 收 结 构 体 内 的 烧 结 构 件 的 SEM(Scanning Electron Microscopy : 扫描电子显微镜 ) 图像。
图 16 是与图 15 相关联的、 烧结构件的其他 SEM 图像。
图 17 是与图 15 及图 16 不同的、 烧结构件的其他 SEM 图像。
图 18 是与图 17 相关联的、 烧结构件的其他 SEM 图像。
图 19 是表示本实施方式的冲击吸收结构体的应力 - 应变曲线的图。
图 20 是表示与图 19 不同的、 冲击吸收结构体的应力 - 应变曲线的图。
图 21 是表示与图 19 及图 20 不同的、 冲击吸收结构体的应力 - 应变曲线的图。
图 22A 是与图 1 不同结构的冲击吸收结构体的立体图。
图 22B 是图 22 中的由单点划线包围的区域的立体图。
图 23A 是与图 1 及图 22 不同结构的冲击吸收结构体的立体图。
图 23B 是图 23A 中的由单点划线包围的区域的立体图。
图 24 是第 2 实施方式的冲击吸收结构体的立体图。 图 25 是图 24 中的 XXV-XXV 剖视图。 图 26 是表示图 24 所示的冲击吸收结构体的制造方法的流程图。 图 27 是表示图 24 所示的冲击吸收结构体的应力 - 应变曲线的图。 图 28 是与图 1、 图 22 ~图 25 不同结构的冲击吸收结构体的立体图。具体实施方式
以下, 参照附图详细说明本发明的实施方式。对于图中相同或相应的部分标记相 同的附图标记且不重复其说明。
第 1 实施方式
冲击吸收结构体的结构
图 1 是本实施方式的冲击吸收结构体的立体图。 参照图 1, 冲击吸收结构体 1 具有 凝固构件 2 和多个烧结构件 3。
凝固构件 2 是通过多个无机粉末颗粒熔化并在熔化后凝固而形成的。无机粉末颗 粒是由无机物构成的粉末颗粒。无机粉末颗粒例如是金属或金属间化合物、 陶瓷等。金属 是纯金属或合金。优选无机粉末颗粒是金属。 图 2 中示出了凝固构件 2 的立体图。 凝固构件 2 包括凝固壳体 20、 多个凝固壁 21。 凝固壳体 20 具有多个凝固壁 22。即, 凝固壁 22 相当于凝固壳体 20 的外壁。多个凝固壁 21 容纳于凝固壳体 20 内。即, 凝固壁 21 相当于划分凝固壳体 20 的内部的内壁。凝固壳体 20 具有被多个凝固壁 21 划分而成的多个容纳室 23。
图 3 是图 1 中的 III-III 剖视图。参照图 3, 在冲击吸收结构体 1 中, 多个烧结构 件 3 分别被容纳于各个容纳室 23。烧结构件 3 是烧结多个无机粉末颗粒而形成的。烧结构 件 3 由与凝固构件 2 相同组成的无机粉末颗粒制造而成。总之, 烧结构件 3 具有与凝固构 件 2 实质上相同的组成。
图 4 是图 3 中的区域 500 的放大图。参照图 4, 烧结构件 3 包括多个无机粉末颗粒 31 和多个颈部 32。多个颈部 32 形成在多个无机粉末颗粒 31 之间。在烧结处理时, 相邻的 无机粉末颗粒 31 的一部分通过烧结而结合, 形成颈部 32。这种颈部 32 的形成工序被称作 烧结颈形成 (necking)。
颈部 32 还形成在无机粉末颗粒 31 与凝固壁 22 之间。如图 3 及图 4 所示, 烧结构 件 3 借助颈部 32 与凝固构件 2 的凝固壁 21 及凝固壁 22 相结合。颈部 32 通过原子扩散而 形成。
在图 3 及图 4 中, 烧结构件 3 借助颈部 32 而相结合。但是, 烧结构件 3 也可以通 过其他方法相结合。例如, 烧结构件 3 也可以通过烧结构件 3 和 / 或凝固构件 2 的一部分 熔化而与凝固构件 2 相结合。
如图 3 及图 4 所示, 在烧结构件 3 上形成有多个间隙 ( 空隙 ) 间隙 33。多个间隙 33 形成在多个无机粉末颗粒 31 之间。烧结构件 3 的气孔率例如为 30%~ 82%。
冲击吸收结构体的制造方法
具有上述结构的冲击吸收结构体 1 利用快速成形法 (Rapid Prototyping) 制造而 成, 更具体而言利用层叠造形法制造而成。以下, 说明冲击吸收结构体 1 的制造方法的一个
例子。 层叠造形装置的结构
图 5 是用于制造冲击吸收结构体 1 的层叠造形装置的结构图。 参照图 5, 层叠造形 装置 50 具有照射装置 51、 调整装置 52、 造形室 53、 控制装置 60。
照射装置 51 配置在层叠造形装置 50 的上部。照射装置 51 朝向下方照射电子束 510。调整装置 52 配置在照射装置 51 的下方。调整装置 52 根据控制装置 60 的指示使电 子束 510 偏转。由此, 电子束 510 能够照射规定的区域。调整装置 52 还校正电子束 510 的 焦点、 像散。由此, 调整电子束 510 的注量 ( 每单位面积施加的能量 )。
调整装置 52 具有像散线圈 521、 焦点线圈 522、 偏转线圈 523。像散线圈 521 用于 校正电子束 510 的像散。焦点线圈 522 用于校正电子束 510 的焦点。偏转线圈 523 用于使 电子束 510 偏转。即, 偏转线圈 523 改变电子束 510 的照射方向。
造形室 53 配置在调整装置 52 的下方。在造形室 53 内, 形成有凝固构件 2。造形 室 53 与未图示的真空泵相连接。在制造凝固构件 2 时, 造形室 53 内被抽为真空。
造形室 53 具有一对粉末供给装置 54、 耙子 (rake)55、 造形台 56、 粉末容纳室 57、 基板 58。
粉末容纳室 57 配置在造形室 53 的下部中央。粉末容纳室 57 是在上端具有开口 的壳体状, 具有侧壁 571。造形台 56 容纳于粉末容纳室 57, 能够沿上下方向移动地被支承。 造形台 56 借助未图示的电动机而升降。在造形台 56 上配置有基板 58。凝固构件 2 形成在 基板 58 上。利用基板 58 能够防止凝固构件 2 结合在造形台 56 上。
一对粉末供给装置 54 配置在比粉末容纳室 57 靠上方的位置, 而且, 从层叠造形装 置 50 的上方观察时, 一对粉末供给装置 54 隔着粉末容纳室 57 而配置。粉末供给装置 54 容纳作为凝固构件 2 及烧结构件 3 的原料的多个无机粉末颗粒 31, 根据控制装置 60 的指示 排出多个无机粉末颗粒 31。
耙子 55 配置在粉末容纳室 57 的上端附近。耙子 55 借助未图示的电动机沿水平 方向移动, 在一对粉末供给装置 54 之间往返。耙子 55 通过沿水平方向移动, 向粉末容纳室 57 供给从粉末供给装置 54 排出的无机粉末颗粒 31。由堆积在粉末容纳室 57 内的多个无 机粉末颗粒 31, 将粉末层 35 形成在造形台 56 上。耙子 55 通过沿水平方向移动, 将粉末层 35 的表面整理平坦。
控制装置 60 具有未图示的中央运算处理装置 (CPU)、 存储器、 硬盘驱动器 ( 以下, 称作 HDD)。在 HDD 内存储有众所周知的 CAD(Computer Aided Design : 计算机辅助设计 ) 应用程序和 CAM(Computer Aided Manufacturing : 计算机辅助制造 ) 应用程序。控制装置 60 利用 CAD 应用程序制作冲击吸收结构体 1 的三维形状数据。
控制装置 60 还利用 CAM 应用程序根据三维数据制作加工条件数据。在层叠造形 法中, 层叠利用电子束 510 形成的多个凝固部而形成凝固构件 2。 加工条件数据包括形成各 个凝固部时的加工条件。即, 加工条件数据按照每一个凝固部制作而成。
控制装置 60 根据各个加工条件数据控制电子束 510 而形成各个凝固部。
制造工艺的详细内容
图 6 是表示冲击吸收结构体 1 的制造方法的详细内容的流程图。参照图 6, 首 先, 利用层叠造形法形成凝固构件 2(S100 : 造形工序 )。接着, 通过烧结处理形成烧结构件
3(S200 : 烧结工序 )。通过实施造形工序及烧结工序, 制造出冲击吸收结构体 1。以下, 说明 制造工艺的详细内容。
造形工序 (S100)
在造形工序 (S100) 中, 控制装置 60 首先使用 CAD 应用程序制作冲击吸收结构体 1 的三维数据 (S1)。所制作的三维数据存储在控制装置 60 内的存储器内。接着, 控制装置 60 使用 CAM 应用程序根据三维数据制作加工条件数据 (S2)。
如上所述, 加工条件数据按照每一个凝固部制作而成。首先, 设想将冲击吸收结 构体 1 切片为预先设定的层叠数 nmax( 个 ) 的情况。此时, 凝固构件 2 被切片而形成的多 个凝固部的各自的形状为板状, 或者为框状, 或者为网格状。第 n 层 (n 为自然数, n=1~ nmax) 的凝固部的加工条件数据通过如下方法制作而成。 在此, 第 1 层为最下层, 第 nmax 层 为最上层。
控制装置 60 首先根据三维数据制作凝固构件 2 的第 n 层的截面形状数据。接着, 控制装置 60 根据截面形状数据制作加工条件数据。加工条件数据包括区域条件和注量条 件。控制装置 60 根据截面形状数据确定照射电子束的区域, 并定义为区域条件。接着, 根 据用于形成凝固部所需的注量, 确定电子束 510 的电流值、 扫描速度、 扫描间隔值、 电子调 焦值, 并定义为注量条件。关于注量的信息与无机粉末颗粒的组成对应地预先存储在控制 装置 60 内的 HDD 内。通过以上工序, 制作各个层的加工条件数据。所制作的多个加工条件 数据存储在控制装置 60 内的存储器内。 接着, 使用真空泵将造形室 53 抽为真空 (S3)。 在造形室 53 内成为真空之后, 对配 置在造形台 56 上的基板 58 进行预热 (S4)。
接着, 控制装置 60 将计数 n 设定为 “1” (S5), 开始制作第 1 层 ( 最下层 ) 的凝固 部 (S6 ~ S8)。
控制装置 60 首先形成粉末层 35(S6)。控制装置 60 针对一对粉末供给装置 54 发 出指示以排出多个无机粉末颗粒。一对粉末供给装置 54 根据来自控制装置 60 的指示排出 多个无机粉末颗粒。此时, 耙子 55 沿水平方向移动, 向粉末容纳室 57 供给所排出的无机粉 末颗粒。如图 7 所示, 无机粉末颗粒堆积在基板 58 及造形台 56 上, 形成粉末层 35。在粉末 供给装置 54 内的粉末颗粒中不含有粘合剂树脂颗粒。因此, 粉末层 35 实质上由多个无机 粉末颗粒 31 构成。耙子 55 进一步在粉末层 35 的表面上水平移动, 将粉末层 35 整理平坦。 其结果, 如图 7 所示, 粉末层 35 的表面变平坦。
接着, 控制装置 60 利用层叠造形法中的众所周知的方法对粉末层 35 进行预热 (S7)。照射装置 51 向粉末层 35 的表面照射具有低注量的电子束 510。此时, 粉末层 35 上 升至不产生烧结程度的温度。
接着, 利用电子束 510 形成第 1 层凝固部 (S8)。控制装置 60 从存储器中读取在 步骤 S2 中制作的多个加工条件数据中的、 第 1 层的加工条件数据。根据所读取的加工条件 数据, 控制装置 60 控制电子束 510。控制装置 60 根据加工条件数据内的区域条件控制调 整装置 52, 向粉末层 35 的规定区域照射电子束 510。控制装置 60 进一步根据加工条件数 据内的注量条件控制照射装置 51 及调整装置 52, 调整电子束 510 的注量。其结果, 照射有 电子束 510 的区域内的无机粉末颗粒熔化而凝固, 如图 8 所示, 第 1 层凝固部 SO1 形成在基 板 58 上。粉末层 35 中的、 配置在除凝固部 SO1 以外的区域中的无机粉末颗粒 31 未熔化,
未烧结。 形成第 1 层凝固部 SO1 之后, 控制装置 60 判断计数是否为 nmax(S9)。在此, 由于 计数 n = 1( 在 S9 中为否 ), 因此控制装置 60 对计数 n 加 1 而成为 n+1 = 2(S10)。总之, 控制装置 60 准备制作第 2 层凝固部 SO2。
控制装置 60 使造形台 56 下降层叠间距 Δh(S11)。其结果, 如图 9 所示, 粉末层 35 的表面与图 7 及图 8 相比降低 Δh。
在步骤 S11 完成之后, 返回步骤 S6。此时, 控制装置 60 在形成有凝固部 SO1 的粉 末层 35 上形成新的粉末层 35(S6 : 层叠工序 )。具体而言, 根据控制装置 60 的指示, 一对粉 末供给装置 54 再次排出无机粉末颗粒。此时, 如图 10 所示, 耙子 55 水平移动。其结果, 无 机粉末颗粒供给到粉末容纳室 57, 形成具有厚度 Δh 的新的粉末层 35。新的粉末层 35 的 表面被粉末层 35 整理平坦。
接着, 控制装置 60 对粉末层 35 进行预热 (S7), 形成第 2 层凝固部 SO2(S8 : 形成工 序 )。此时, 控制装置 60 根据第 n 层 ( 在此, n = 2) 的加工条件数据向粉末层 35 照射电子 束 510。其结果, 参照图 11, 照射有电子束 510 的区域内的无机粉末颗粒熔化而凝固, 形成 凝固部 SO2。此时, 如图 11 所示, 凝固部 SO2 层叠在凝固部 SO1 上。
接着, 进入步骤 S9, 控制装置 60 重复步骤 S6 ~步骤 S11 的动作直至 n = nmax、 即 直至形成最上层的凝固部 SOnmax。总之, 控制装置 60 重复层叠工序 (S6) 与形成工序 (S8) 直至完成凝固构件 2。
图 12 是形成第 k 层 (k 为自然数, 1 < k < nmax) 凝固部 SOk 后的、 制造中途的凝 固构件 2 的铅垂方向的剖视图。 参照图 12, 制造中途的凝固构件 2 是层叠凝固部 SO1 ~ SOk 而形成的。各个凝固部 SO1 ~ SOk 为板状或框状、 网格状。制造中途的凝固构件 2 形成有 相当于凝固壳体 20 的底壁的凝固壁 22 和制造中途的多个凝固壁 210 及凝固壁 220。凝固 壁 210 与凝固壁 21 相对应, 凝固壁 220 与凝固壁 22 相对应。
在制造中途的凝固构件 2 内还容纳有多个无机粉末颗粒 31。 总之, 在凝固工序中, 未熔化的无机粉末颗粒 31 残留在凝固构件 2 内。容纳在凝固构件 2 内的未熔化的无机粉 末颗粒 31 成为烧结构件 3 的原料。
重复步骤 S6 ~步骤 S11 的结果, 当计数 n = nmax 时, 即, 当形成最上层 nmax 的凝 固部 SOnmax 时 ( 在 S9 中为是 ), 如图 13 所示, 完成凝固构件 2。图 14 是图 13 中的凝固构 件 2 的铅垂方向的剖视图。参照图 14, 凝固构件 2 具有多个容纳室 23。而且, 在各个容纳 室 23 内容纳有多个无机粉末颗粒 31。这些无机粉末颗粒 31 几乎未受到由电子束 510 带来 的热量影响。因此, 无机粉末颗粒 31 的大部分未熔化, 也未烧结。即, 保持了实质上与从粉 末供给装置 54 排出的无机粉末颗粒 31 相同的颗粒形状。从粉末层 35 中取出所完成的凝 固构件 2(S12), 造形工序 (S100) 结束。
烧结工序 (S200)
接着, 执行烧结工序 (S200), 形成烧结构件 3(S200)。将从粉末层 35 取出的凝固 构件 2 装入烧结炉内。然后, 以小于无机粉末颗粒的熔点的烧结温度对凝固构件 2 进行加 热。如图 14 所示, 凝固构件 2 在各个容纳室 23 内容纳有多个无机粉末颗粒。因此, 通过以 烧结温度进行加热, 相同容纳室 23 内的多个无机粉末颗粒被烧结而形成烧结颈, 形成多个 颈部 32。通过以上工序, 在各个容纳室 23 内形成烧结构件 3。在烧结工序中, 烧结构件 3
与凝固构件 2 的各个凝固壁 21 及凝固壁 22 相结合。
颈部 32 的数量及成长能够根据加热时间和 / 或加热温度进行调整。若加热时间 较长, 则会产生许多颈部 32, 各个颈部 32 较粗。因此, 加热时间越长, 烧结构件 3 内的颈部 32 越粗, 无机粉末颗粒 31 与颈部 32 一体形成为棒状或板状。同样地, 若加热温度较高, 则 各个颈部 32 较粗, 无机粉末颗粒 31 与颈部 32 一体形成为棒状或板状。在该情况下, 在烧 结构件 3 内也形成有多个间隙 33。
图 15 及图 16 是利用上述制造方法制造的烧结构件 3 的 SEM 图像。这些 SEM 图像 能够利用以下方法获得。作为无机粉末颗粒 31, 使用了日本工业标准 JIS T7401-2 : 2002 所规定的钛 6- 铝 4- 钒合金。所使用的粉末颗粒的粒径为 45μm ~ 100μm, 平均粒径为 65μm。通过上述造形工序 (S100), 形成了图 2 所示的形状的凝固构件 2。如图 14 所示, 在 所形成的凝固构件 2 内容纳有多个无机粉末颗粒 31。
接着, 实施烧结工序 (S200)。具体而言, 将容纳有多个无机粉末颗粒 31 的凝固构 件 2 放入烧结炉内。然后, 以 920℃的烧结温度对凝固构件 2 加热 100 个小时, 制造出冲击 吸收结构体 1。利用 SEM 观察所制造的冲击吸收结构体的截面, 获得图 15 及图 16 的 SEM 图 像。 参照图 15, 烧结构件 3 包括多个无机粉末颗粒 31 和多个颈部 32。多个颈部 32 形 成在相邻的无机粉末颗粒 31 之间。参照图 16, 颈部 32 进一步也形成在凝固壁 21 与无机粉 末颗粒 31 之间。即, 烧结构件 3 借助颈部 32 与凝固构件 2 相结合。另外, 在多个无机粉末 颗粒 31 之间形成有多个间隙 33。另外, 烧结构件 3 的气孔率为 59.8%。
图 17 及图 18 是将烧结炉内的加热时间设为 1000 小时而获得的冲击吸收结构体 1 的 SEM 图像。图 17 及图 18 中所获得的冲击吸收结构体 1 以除了烧结炉内的加热时间以 外均与图 15 及图 16 相同的条件制造而成。参照图 17 及图 18, 烧结炉内的加热时间越长, 越形成多个颈部 32, 而且, 各个颈部 32 越不断成长。
以下, 说明利用以上制造方法制造的冲击吸收结构体 1 的特征。
冲击吸收结构体 1 的特征
冲击吸收结构体 1 是凝固构件 2 与烧结构件 3 的复合结构体, 具有优异的冲击吸 收性。而且, 利用上述制造方法, 能够控制所制造的冲击吸收结构体 1 的杨氏模量、 屈服应 力。
图 19 是表示各种结构体的应力 - 应变曲线的图。图 19 所示的多个曲线 C1 ~ C4 能够利用以下方法获得。
准备表 1 所示的 4 种压缩试验体。
[ 表 1]
Table1
编号 试验体 1 试验体 2 容纳室内 无 粉末颗粒 ( 未烧结 ) 烧结处理温度 (℃ ) 烧结处理时间 (h) -11CN 102472349 A 试验体 3 试验体 4
烧结颗粒 烧结颗粒说明920 920书100 10009/14 页参照表 1, 试验体 1 是与图 2 所示的凝固构件 2 相同的结构, 在各个容纳室 23 内未 容纳有无机粉末颗粒 31。试验体 2 是与图 14 所示的凝固构件 2 相同的结构, 在各个容纳室 23 内填充有多个无机粉末颗粒 31。但是, 多个无机粉末颗粒 31 既未熔化也未烧结。
试验体 3 及试验体 4 具有与冲击吸收结构体 1 相同的结构, 在凝固构件 2 内容纳 有多个烧结构件 3。试验体 3 及试验体 4 均利用上述制造方法制造而成。
各个试验体 1 ~ 4 的凝固构件均是约 10mm×10mm×10mm 的立方体。各个凝固壁 21 及凝固壁 22 的厚度为 0.4mm ~ 0.6mm, 相邻的凝固壁 21 及凝固体 22 之间的距离 W( 参 照图 2) 均为 2.5mm。
试验体 1 ~试验体 4 的凝固构件 2 与烧结构件 3 的原料均为由日本工业标准 JIS T-7401-2 : 2002 所规定的钛 6- 铝 4- 钒合金构成的无机粉末颗粒。试验体 3 及试验体 4 的 烧结温度均为 920℃。但是, 相对于试验体 3 的加热时间为 100 小时, 试验体 4 的加热时间 为 1000 小时。
使用所准备的试验体 1 ~ 4, 根据日本工业标准 JIS H7902 : 2008 进行了压缩试验。 具体而言, 使用英斯特朗型压缩试验机, 在常温 (25℃ ) 的大气中执行压缩试验, 获得图 19 所示的应力 - 应变曲线。此时, 将各个试验体 1 ~ 4 的凝固壁 21 的延伸方向 ( 图 1 中的上 下方向 ) 作为压缩方向。
参照图 19, 图中的纵轴表示应力 (MPa), 横轴表示应变 (% )。曲线 C1 是试验体 1 的应力 - 应变曲线。同样地, 曲线 C2 是试验体 2 的应力 - 应变曲线, 曲线 C3 是试验体 3 的 应力 - 应变曲线, 曲线 C4 是试验体 4 的应力 - 应变曲线。附图标记 C1-C4 所述的 E 值是各 个试验体 1 ~ 4 的杨氏模量。
参照图 19, 试验体 1( 曲线 C1) 及试验体 2( 曲线 C2) 虽然塑性变形, 但是以小于 20%的应变断裂。与此相对, 在试验体 3( 曲线 C3) 及试验体 4( 曲线 C4) 中, 即使产生了 80%以上的应变也未断裂。而且, 在曲线 C3 及曲线 C4 中, 具有即使应变增加应力也几乎恒 定的平稳区域 P100。
在平稳区域 P100 中, 抑制了应力上升。即, 具有平稳区域的试验体 3 及试验体 4 能够在塑性变形中途吸收冲击吸收能量而不使应力急剧上升。因而, 冲击吸收结构体 1 具 有优异的冲击吸收性。
这种冲击吸收性推断是由于以下原因而产生的。在弹性变形时, 主要是凝固构件 2 受到压缩应力。但是, 在屈服点以后, 凝固构件 2 开始塑性变形。此时, 多个颈部 32 及颈 部 32 周围的无机粉末颗粒 31 随着应变的增大而依次塑性变形。即, 由于凝固构件 2、 颈部 32 及颈部 32 周围的无机粉末颗粒 31 塑性变形, 因此冲击吸收结构体 1 继续塑性变形而不 会断裂。而且, 当颈部 32、 无机粉末颗粒 31 与凝固构件 2 一起塑性变形时, 虽然间隙 33 慢 慢地变狭小, 但是通过间隙 33 的存在, 能够抑制快速致密化。因此, 一边使应力不急剧上升 地保持规定的应力值一边进行塑性变形。由塑性变形引起的烧结构件 3 的致密化缓慢地进 行。而且, 保持平稳区域直至间隙 33 实质上消失的程度的较大的应变。
根据以上机理能够推断, 在冲击吸收结构体 1 的应力 - 应变曲线中, 产生了时间较 长的平稳区域, 冲击吸收结构体 1 具有冲击吸收性。
冲击吸收结构体 1 还通过调整烧结温度、 烧结时间, 调整冲击吸收结构体 1 的杨氏 模量 ( 所谓的外表的杨氏模量 )、 屈服应力、 冲击吸收能量。
参照图 19, 试验体 4 在烧结处理中的加热时间比试验体 3 在烧结处理中的加热时 间长。因此, 试验体 4 的屈服应力及杨氏模量大于试验体 3 的屈服应力及杨氏模量。而且, 比较曲线 C3 及曲线 C4, 试验体 4 的冲击吸收能量大于试验体 3 的冲击吸收能量。推断这是 因为, 由于加热时间较长, 因此形成了多个颈部 32, 并且各个颈部 32 不断成长。
即, 根据烧结处理中的加热时间, 能够调整冲击吸收结构体 1 的杨氏模量、 屈服应 力及冲击吸收能量。如上所述, 若加热时间较长, 则会产生许多颈部 32, 各个颈部不断成长 而变粗。因此, 烧结构件 3 内的无机粉末颗粒 31 之间的结合更牢固。通过调整颈部 32 的 数量及成长, 调整了杨氏模量、 屈服应力及冲击吸收能量。
图 20 是表示烧结温度对冲击吸收结构体 1 的影响的应力 - 应变曲线。图 20 的应 力 - 应变曲线中的曲线 C5 能够利用以下方法获得。重新准备试验体 5。试验体 5 的烧结温 度比试验体 3 的烧结温度高。具体而言, 试验体 5 的烧结温度为 1020℃。其他制造条件与 试验体 3 相同。 比较图 20 中的曲线 C5 及曲线 C3, 试验体 5 的屈服应力高于试验体 3 的屈服应力。 另外, 根据曲线 C5 求出的试验体 5 的杨氏模量为 45GPa, 高于试验体 3 的杨氏模量。而且, 试验体 5 的冲击吸收能量大于试验体 3 的冲击吸收能量。推断这是因为, 由于烧结温度较 高, 因此促进了颈部 32 的形成及成长。
根据以上, 通过调整烧结处理中的烧结温度及加热时间, 能够调整冲击吸收结构 体 1 的杨氏模量、 屈服应力及冲击吸收能量。 更具体而言, 能够改变应力 - 应变曲线的形状, 能够调整平稳区域的期间, 或者能够调整与规定的应变量对应的冲击吸收能量。
而且, 若调整相互相对的凝固壁 21 及凝固体 22 之间的距离 W、 即容纳室 23 的宽 度, 则能够调整冲击吸收结构体 1 的杨氏模量、 屈服应力及冲击吸收能量。
图 21 是容纳室 23 的宽度 ( =距离 W) 不同的多个冲击吸收结构体 1 的应力 - 应 变曲线。图 21 中的曲线 C6 及曲线 C7 能够利用以下方法获得。准备试验体 6 及试验体 7。 试验体 6 内的距离 W 为 10mm, 大于试验体 4 的距离 W( = 2.5mm)。另一方面, 试验体 7 内的 距离 W 为 1mm, 小于试验体 4 的距离 W。试验体 6 及试验体 7 的其他制造条件及压缩试验方 法与试验体 4 相同。根据所获得的曲线 C6 及曲线 C7, 求出试验体 6 及试验体 7 的杨氏模 量。试验体 6 的杨氏模量为 15GPa, 试验体 7 的杨氏模量为 40GPa。
参照图 21 中的曲线 C4、 曲线 C6 及曲线 C7, 在任意曲线中均存在有平稳区域 P100。 因而, 试验体 4、 6 及 7 均具有冲击吸收性。另外, 由于试验体 6 的距离 W 大于试验体 4 的距 离 W, 因此试验体 6 的杨氏模量小于试验体 4 的杨氏模量, 试验体 6 的冲击吸收能量小于试 验体 4 的冲击吸收能量。另一方面, 由于试验体 7 的距离 W 小于试验体 4 的距离 W, 因此试 验体 7 的杨氏模量大于试验体 4 的杨氏模量, 试验体 7 的冲击吸收能量大于试验体 4 的冲 击吸收能量。
根据以上, 通过调整烧结温度、 加热时间、 凝固壁之间的距离 W 这样的条件, 能够 调整冲击吸收结构体 1 的杨氏模量、 屈服应力及冲击吸收能量。这些条件能够利用上述制
造方法来调整。因此, 本实施方式的制造方法能够容易地调整所制造的冲击吸收结构体 1 的杨氏模量、 屈服应力及冲击吸收能量。
冲击吸收结构体的用途
如上所述, 冲击吸收结构体 1 具有包括平稳区域的应力 - 应变曲线。而且, 通过调 整制造条件, 能够调整杨氏模量、 屈服应力及冲击吸收能量。因此, 能够用于要求冲击吸收 性的各种用途。
医用植入体
本实施方式的冲击吸收结构体例如能够周作医用植入体。 图 22A、 图 22B、 图 23A 及 图 23B 是用作人工腿关节植入体的冲击吸收结构体的立体图。图 22B 是图 22A 中的单点划 线区域内的立体图。图 23B 是图 23A 中的单点划线区域内的立体图。参照图 22A、 图 22B、 图 23A 及图 23B, 冲击吸收结构体 100 及冲击吸收结构体 110 例如插入大腿骨内进行使用。 冲击吸收结构体 100 及冲击吸收结构体 110, 与冲击吸收结构体 1 一样, 具有凝固构件 2 和 烧结构件 3。凝固构件 2 具有长度方向的筒状的凝固壳体 20( 相当于所谓的杆 (stem) 部 ) 和配置在凝固壳体 20 内部的多个凝固壁 21。图 22A 及图 22B 中的凝固壁 21 沿凝固壳体 20 的长度方向延伸, 沿凝固壳体 20 的宽度方向排列。各个凝固壁 21 的端部与其他凝固壁 21 或凝固壳体 20 相结合。图 23A 及图 23B 中的凝固壁 21 包括沿凝固壳体 20 的长度方向 延伸的第 1 凝固壁 211、 沿凝固壳体 20 的宽度方向 ( 图中的水平方向 ) 延伸的第 2 凝固壁 212。各个凝固壁 21 的端部与其他凝固壁 21 或凝固壳体 20 相结合。
图 22A、 图 22B、 图 23A 及图 23B 的凝固壳体 20 还具有被多个凝固壁 21 划分而成 的多个容纳室 23。在各个容纳室 23 内容纳有烧结构件 3。烧结构件 3 借助多个颈部 32 同 多个与烧结构件 3 相对配置的凝固壁 21 相结合。
冲击吸收结构体 100 及冲击吸收结构体 110, 与冲击吸收结构体 1 相同, 由无机物 构成。优选凝固构件 2 及烧结构件 3 具有相同的化学组成。优选无机粉末颗粒 31 由金属 构成。进一步优选凝固构件 2 及烧结构件 3 由钛或钛合金构成。在此, 钛合金是指含有 50 质量%以上的钛的合金。
进一步优选形成冲击吸收结构体 100 及冲击吸收结构体 110 的无机粉末颗粒 31 由日本工业标准 JIS T7401 所规定的钛或钛合金构成。更具体而言, 凝固构件 2 及烧结构 件 3 例如由日本工业标准 JIS T7401-2 : 2002 所规定的钛 6- 铝 4- 钒合金或者日本工业标 准 JIS T7041-4 : 2009 所规定的钛 15- 锆 4- 铌 4- 钽合金构成。
冲击吸收结构体 100 及冲击吸收结构体 110 利用与冲击吸收结构体 1 相同的方法 制造而成。由于通过造形工序 (S100) 制造凝固构件 2, 因此凝固构件 2 能够制造为各种形 状。更具体而言, 能够将凝固壳体 20 制造为期望的三维形状, 也能够将凝固壳体 20 内的多 个凝固壁 21 制造为期望的形状, 能够配置在期望的位置。
优选冲击吸收结构体 100 及冲击吸收结构体 110 具有 10GPa ~ 50GPa 的杨氏模 量。在该情况下, 冲击吸收结构体 100 及冲击吸收结构体 110 能够具有与骨骼的杨氏模量 (10GPa ~ 30GPa) 相同或与骨骼的杨氏模量相接近的杨氏模量。因此, 冲击吸收结构体 100 能够具有与骨骼相近似的力学特性。如上所述, 若使用层叠造形法, 则在造形工序 (S100) 中能够调整凝固壁 21 的厚度、 相邻的凝固壁 21 之间的距离 W, 能够调整冲击吸收结构体 100 及冲击吸收结构体 110 的杨氏模量。而且, 只要调整烧结工序 (S200) 中的烧结温度及加热时间, 就能够调整冲击吸收结构体 100 及冲击吸收结构体 110 的杨氏模量。因而, 通 过调整这些制造条件, 能够将冲击吸收结构体 100 及冲击吸收结构体 110 的杨氏模量设为 10GPa ~ 50GPa。优选冲击吸收结构体的杨氏模量为 30GPa ~ 50GPa。
如上所述, 本实施方式的冲击吸收结构体能够具有与骨骼相近似的杨氏模量。而 且, 如图 19 ~图 21 所示, 由于冲击吸收结构体的压缩应力 - 应变曲线具有平稳区域, 因此 冲击吸收结构体也具有冲击吸收性。因此, 本实施方式的冲击吸收结构体适合用作医用植 入体。
在移动体上的使用
本实施方式的冲击吸收结构体进一步也能够用于汽车、 航空器、 船舶、 铁路等的移 动体。如上所述, 冲击吸收结构体 1 的杨氏模量、 屈服应力及冲击吸收能量能够根据造形 工序 (S100) 及烧结工序 (S200) 的制造条件适当地进行调整。因此冲击吸收结构体能够 具有与所用的移动体的种类对应的杨氏模量及屈服应力, 而且能够具有包括平稳区域的应 力 - 应变曲线。由于冲击吸收结构体内的烧结构件具有间隙 33, 因此冲击吸收结构体比实 心材料轻。
第 2 实施方式
冲击吸收结构体并不限定于图 1、 图 22A、 图 23A 所示的结构。图 24 是第 2 实施方 式的冲击吸收结构体 150 的立体图。图 25 是图 24 中的 XXV-XXV 剖视图。参照图 24 及图 25, 冲击吸收结构体 150 与冲击吸收结构体 1 及冲击吸收结构体 100 一样, 具有凝固构件 2 和烧结构件 3。凝固构件 2 是棒状, 是实心 (Solid) 的。烧结构件 3 绕凝固构件 2 的轴进行 配置。即, 烧结构件 3 是筒状体, 在内部插入有凝固构件 2。烧结构件 3 与凝固构件 2 相结 合。
以下, 说明冲击吸收结构体 150 的制造方法的一个例子。图 26 是表示冲击吸收结 构体 150 的制造方法的一个例子的流程图。与图 6 的制造方法相比, 图 26 的制造方法包括 新的步骤 S201 与步骤 S801。另外, 图 26 的制造方法不包括图 6 中的步骤 S200 的烧结工 序。图 26 中的其他步骤与图 6 相同。
第 1 实施方式的制造方法包括造形工序 (S100) 与烧结工序 (S200)。 与此相对, 本 实施方式的制造方法不包括烧结工序 (S200)。即, 本实施方式的制造方法在层叠造形装置 50 内制造凝固构件 2 与烧结构件 3。
具体而言, 层叠造形装置 50 形成多个凝固部 SO1 ~ SOnmax, 并且形成多个烧结部 SI1 ~ SInmax。烧结部 SIn 由与凝固部 SOn 相同的粉末层 35 形成。即, 层叠造形装置 50 在形成新的粉末层 35 时, 在新的粉末层 35 上形成包括凝固部 SOn 及烧结部 SIn 的冲击吸 收部 Un。当层叠多个冲击吸收部 U1 ~ Unmax 时, 完成冲击吸收结构体 150。此时, 凝固构 件 2 由多个凝固部 SO1 ~ SOnmax 构成, 烧结构件 3 由多个烧结部 SI1 ~ SInmax 构成。以 下, 详细说明本实施方式的制造方法。
参照图 26, 首先, 控制装置 60 制作冲击吸收结构体 150 的三维形状数据 (S1)。所 制作的三维形状数据包括凝固构件 2 的形状数据与烧结构件 3 的形状数据。
接着, 控制装置 60 根据三维形状数据制作用于形成凝固构件 2 的多个凝固部 SO1 ~ SOnmax 的加工条件数据 (S2)。控制装置 60 进一步制作形成烧结构件 3 的多个烧结 部 SI1 ~ SInmax 的加工条件数据 (S201)。控制装置 60 根据三维数据制作第 n 层的烧结构件 3 的截面形状数据。接着, 控制装置 60 根据截面形状数据制作加工条件数据。加工条件 数据的设定方法与步骤 S2 相同。但是, 形成烧结部 SIn 时的电子束 510 的注量小于形成凝 固部 SOn 时的电子束 510 的注量。这是为了使无机粉末颗粒 31 不熔化地进行烧结。
在步骤 S201 中制作的烧结部 SIn 的加工条件数据存储在控制装置 60 内的存储器 内。
接着, 控制装置 60 执行步骤 S3 ~步骤 S5 的动作, 进一步形成粉末层 35( 步骤 S6 : 层叠工序 )。然后, 控制装置 60 形成第 1 层冲击吸收部 U1(S7、 S8 及 S801 : 形成工序 )。
控制装置 60 首先对粉末层 35 进行预热 (S7)。接着, 控制装置 60 从存储器中读取 凝固部 SO1 的加工条件数据, 形成凝固部 SO1(S8)。 接着, 控制装置 60 从存储器中读取烧结 部 SI1 的加工条件数据, 形成烧结部 SI1(S801)。
烧结部 SI1 如下制造而成。控制装置 60 根据加工条件数据控制电子束 510。控制 装置 60 根据加工条件数据内的区域条件控制调整装置 52, 向粉末层 35 的规定区域照射电 子束 510。此时, 控制装置 60 根据加工条件数据内的注量条件, 照射具有比在步骤 S8 中照 射的电子束的注量低的注量的电子束。照射有电子束 510 的区域内的多个无机粉末颗粒上 升至小于熔点的温度, 进行烧结。其结果, 形成烧结部 SI1。烧结时, 烧结部 SI1 与相邻的凝 固部 SO1 相结合。 通过以上造形工序, 在粉末层 35 上形成冲击吸收部 U1。以后, 控制装置 60 重复 层叠工序 (S6) 与形成工序 (S7、 S8 及 S801) 直至形成第 nmax 层的冲击吸收部 Unmax(S9)。 在形成第 nmax 层的冲击吸收部 Unmax 时 ( 在 S9 中为是 ), 完成冲击吸收结构体 150。从粉 末层 35 中取出所完成的冲击吸收结构体 150(S12)。
另外, 在图 26 中先执行步骤 S8, 之后执行步骤 S801, 但是也可以先执行步骤 S801, 之后执行步骤 S8。
利用以上制造方法制造的冲击吸收结构体 150 与冲击吸收结构体 1 一样, 具有优 异的冲击吸收性。
图 27 是表示冲击吸收结构体 150 的应力 - 应变曲线的图。图 27 是利用以下方法 获得的。准备试验体 8 与试验体 9。试验体 8 及试验体 9 的形状是 5mm×5mm×8mm 的长方 体, 试验体 8 的凝固构件 2 的形状是 1mm×1mm×8mm 的长方体, 配置在试验体 8 的中心。
试验体 8 利用图 26 所示的制造方法制造而成。试验体 8 具有图 24 及图 25 所示 的结构, 与冲击吸收结构体 150 相对应。另一方面, 试验体 9 是通过冷压来压实无机粉末 颗粒制造而成的。试验体 8 及试验体 9 的作为原料的无机粉末颗粒均是日本工业标准 JIS T7401-2 : 2002 所规定的钛 6- 铝 4- 钒合金。
针对所制造的试验体 8 及试验体 9, 利用与试验体 1 ~ 7 相同的方法实施压缩试 验, 获得图 27 所示的应力 - 应变曲线。
参照图 27, 曲线 C8 是试验体 8 的应力 - 应变曲线, 曲线 C9 是试验体 9 的应力 - 应 变曲线。图 27 示出了试验体 8 的杨氏模量。试验体 9 由于仅压实无机粉末颗粒, 因此以非 常低的压力屈服, 未表现出冲击吸收性。另一方面, 试验体 8 的杨氏模量 E 及屈服应力高于 试验体 9 的杨氏模量及屈服应力。其中, 试验体 8 的杨氏模量为 10GPa, 示出了与骨骼的杨 氏模量相接近的值。而且, 曲线 C8 具有平稳区域 P100。因而, 通过实施步骤 S801 形成烧结 构件 3, 能够获得低杨氏模量及冲击吸收性。
根据以上结果, 冲击吸收结构体 150 与冲击吸收结构体 1 一样, 具有冲击吸收性。 另外, 冲击吸收结构体 150 较轻, 而且能够具有低杨氏模量, 适用于医用植入体。
上述第 1 及第 2 实施方式的冲击吸收结构体的形状并不限定于图 1、 图 22A ~图 25。图 28 中示出了冲击吸收结构体的其他的一个例子。参照图 28, 冲击吸收结构体 160 的 凝固构件 2 包括相互相对配置的两面凝固壁 250 和配置在两面凝固壁 250 之间的多面凝固 壁 251。而且, 在凝固壁 250 与凝固壁 251 之间容纳有多个烧结构件 3。如上形状的冲击吸 收结构体 160 能够利用图 26 所示的制造方法制造而成。
冲击吸收结构体的凝固构件 2 的形状还可以是图 24 及图 25 所示的棒状, 也可以 是一片板状。凝固构件 2 还可以是多个棒组合而成的框状, 也可以是网格状。凝固构件 2 还可以是球状体。总之, 本实施方式的冲击吸收结构体只要包括并不特别限定形状的凝固 构件 2 和与凝固构件 2 相结合的烧结构件 3 即可。这些冲击吸收结构体能够利用图 26 所 示的制造方法制造而成。
另外, 冲击吸收结构体 1、 100 及冲击吸收结构体 110 也能够利用图 26 所示的制造 方法制造而成。
如图 1、 图 22A、 图 23A 所示, 当凝固构件 2 包括凝固壳体 20 时, 凝固壳体 20 的形 状并不特别限定。凝固壳体 20 既可以如图 1 所示为长方体, 也可以如图 22A、 图 23A 所示具 有曲面。凝固壳体 20 利用层叠造形法而形成, 因此并不特别限定形状。 凝固壳体 20 进一步也可以并不完全封闭。例如, 也可以在相当于凝固壳体 20 的 外壁的凝固壁 22 上形成有一个或多个贯穿孔。另外, 也可以在相当于凝固壳体 20 的内壁 的凝固壁 21 上形成贯穿孔。各个凝固壁 21 及凝固体 22 也可以是多个棒组合而成的网格 状。
在上述第 1 及第 2 实施方式的制造方法中, 利用电子束 510 熔化无机粉末颗粒 31 来制造凝固构件 2。但是, 也可以取代电子束 510 利用 CO2 激光、 YAG 激光、 半导体激光等激 光束来熔化无机粉末颗粒 31。总之, 无机粉末颗粒 31 被射线束熔化, 形成凝固构件 2。
另外, 在上述第 2 实施方式的制造方法 ( 图 26) 中, 在步骤 S8 之前实施步骤 S801, 也可以在步骤 S801 之后实施步骤 S8。即, 也可以先形成烧结部, 之后形成凝固部。在该情 况下, 烧结构件 3 通过烧结构件 3 和 / 或凝固构件 2 的一部分熔化而与凝固构件 2 相结合。
在第 1 及第 2 实施方式中使用的多个无机粉末颗粒 31 既可以混合有化学组成不 同的多种无机粉末颗粒, 也可以具有相互相同的化学组成。
以上, 说明了本发明的实施方式, 但是上述实施方式只不过是用于实施本发明的 例示。 因此, 本发明并不限定于上述实施方式, 在不脱离其主旨的范围内能够对上述实施方 式适当地进行变形并实施。
产业上的可利用性
本发明的冲击吸收结构体能够用于要求冲击吸收性的领域。特别是能够用于汽 车、 航空器、 船舶、 铁路等的移动体或医用植入体。