(57)【要約】【課題】割れや空孔を残存しにくくするのに有利な金属部材の作製方法を提供する。【解決手段】金属部材１０の作製方法は、三次元金属積層造形により金属粉末Ｐを加工して外殻構造体１２を造形する第１造形工程と、外殻構造体１２との間に中間層１６を介在させて、三次元金属積層造形により金属粉末Ｐを加工して内部構造体１４を造形する第２造形工程と、第１造形工程及び第２造形工程の後に、外殻構造体１２、中間層１６及び内部構造体１４に熱間等方圧加圧処理を施す処理工程とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末から形成される金属部材の作製方法であって、
三次元金属積層造形により前記金属粉末を加工して外殻構造体を造形する第１造形工程と、
前記外殻構造体との間に中間層を介在させて、三次元金属積層造形により前記金属粉末を加工して内部構造体を造形する第２造形工程と、
前記第１造形工程及び前記第２造形工程の後に、前記外殻構造体、前記中間層及び前記内部構造体に熱間等方圧加圧処理を施す処理工程と、
を含む、金属部材の作製方法。
【請求項２】
前記第１造形工程及び前記第２造形工程の前に、前記外殻構造体、前記中間層及び前記内部構造体となる同一の粉末層ごとに、三次元金属積層造形により前記金属粉末の融点未満の温度で前記金属粉末を加熱する予備加熱工程を含む、請求項１に記載の金属部材の作製方法。
【請求項３】
前記第１造形工程と前記第２造形工程とは、同一の粉末層ごとに連続し、
前記第１造形工程と前記第２造形工程との間に、前記中間層を形成する中間層形成工程を含む、請求項１に記載の金属部材の作製方法。
【請求項４】
前記中間層は、前記金属粉末で構成される、請求項３に記載の金属部材の作製方法。
【請求項５】
前記中間層は、空隙である、請求項３に記載の金属部材の作製方法。
【請求項６】
前記内部構造体よりも積層方向の下方又は上方に位置する前記外殻構造体を造形する粉末層の数は、前記内部構造体を造形する粉末層の数よりも少ない、請求項２〜５のいずれか１項に記載の金属部材の作製方法。
【請求項７】
前記内部構造体よりも積層方向の下方又は上方に位置する前記中間層を造形する粉末層の数は、前記内部構造体を造形する粉末層の数よりも少ない、請求項２〜６のいずれか１項に記載の金属部材の作製方法。
【請求項８】
前記第２造形工程での三次元金属積層造形の造形条件は、前記第１造形工程での三次元金属積層造形の造形条件と異なる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の金属部材の作製方法。
【請求項９】
前記第２造形工程では、前記中間層に、前記外殻構造体の一部と前記内部構造体の一部とを連通させる連通構造体が造形される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の金属部材の作製方法。
【請求項１０】
前記金属部材は、第１部位と、第２部位とを含み、
前記第１部位は、三次元金属積層造形により前記金属粉末を加工して造形する第３造形工程により造形され、
前記第２部位は、前記第１造形工程及び前記第２造形工程により造形され、
前記処理工程は、前記第１造形工程、前記第２造形工程及び前記第３造形工程の後に、前記第１部位及び前記第２部位に施される、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の金属部材の作製方法。
【請求項１１】
前記第３造形工程での三次元金属積層造形の造形条件は、前記第１造形工程又は前記第２造形工程での三次元金属積層造形の造形条件の少なくともいずれかと異なる、請求項１０に記載の金属部材の作製方法。
【請求項１２】
前記金属部材は、タービン翼であり、
前記第１部位は、前記タービン翼の翼部であり、
前記第２部位は、前記タービン翼の翼根元部である、
請求項１０又は１１に記載の金属部材の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、金属部材の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、各種産業用装置等の一部品として用いられる金属部材を作製する方法として、各種の三次元造形方法が採用されている。特許文献１は、高エネルギービームの照射により凝固され得る金属粉末を用いて金属部材を作製することが可能な三次元積層造形方法を開示している。しかし、このような三次元積層造形方法で造形された金属部材には、割れや空孔が発生している場合がある。そこで、三次元積層造形方法で造形された金属部材に対して、例えば、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ：Hot Isostatic Pressing）処理を施すことによって割れや空孔を除去する方法がある。
【０００３】
しかし、ＨＩＰ処理は、金属部材の内部に発生している割れや空孔を除去することには有効であるが、例えば、一部が金属部材の表面に到達している割れを除去することは難しい。そこで、特許文献２は、ＨＩＰ処理の前に、パーツの表面を塑性変形させるショットピーニング処理等を施す加工方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５４４５０１号公報
【特許文献２】特表２０１５−５１６２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２に開示されている加工方法では、ＨＩＰ処理を施すＨＩＰ装置の他に、ショットピーニング等の表面加工を施す加工装置が必要となる。つまり、金属部材の作製完了までの工程が複雑化し、金属部材を作製するための設備も大掛かりとなる。
【０００６】
そこで、本開示は、割れや空孔を残存しにくくするのに有利な金属部材の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、金属粉末から形成される金属部材の作製方法であって、三次元金属積層造形により金属粉末を加工して外殻構造体を造形する第１造形工程と、外殻構造体との間に中間層を介在させて、三次元金属積層造形により金属粉末を加工して内部構造体を造形する第２造形工程と、第１造形工程及び第２造形工程の後に、外殻構造体、中間層及び内部構造体に熱間等方圧加圧処理を施す処理工程と、を含む。
【０００８】
上記の金属部材の作製方法は、第１造形工程及び第２造形工程の前に、外殻構造体、中間層及び内部構造体となる同一の粉末層ごとに、三次元金属積層造形により金属粉末の融点未満の温度で金属粉末を加熱する予備加熱工程を含んでもよい。第１造形工程と第２造形工程とは、同一の粉末層ごとに連続し、作製方法は、第１造形工程と第２造形工程との間に、中間層を形成する中間層形成工程を含んでもよい。中間層は、金属粉末で構成されてもよい。中間層は、空隙であってもよい。
内部構造体よりも積層方向の下方又は上方に位置する外殻構造体を造形する粉末層の数は、内部構造体を造形する粉末層の数よりも少なくてもよい。内部構造体よりも積層方向の下方又は上方に位置する中間層を造形する粉末層の数は、内部構造体を造形する粉末層の数よりも少なくてもよい。第２造形工程での三次元金属積層造形の造形条件は、第１造形工程での三次元金属積層造形の造形条件と異なるものとしてもよい。第２造形工程では、中間層に、外殻構造体の一部と内部構造体の一部とを連通させる連通構造体が造形されるものとしてもよい。金属部材は、第１部位と、第２部位とを含み、第１部位は、三次元金属積層造形により金属粉末を加工して造形する第３造形工程により造形され、第２部位は、第１造形工程及び第２造形工程により造形され、処理工程は、第１造形工程、第２造形工程及び第３造形工程の後に、第１部位及び第２部位に施されるものとしてもよい。第３造形工程での三次元金属積層造形の造形条件は、第１造形工程又は第２造形工程での三次元金属積層造形の造形条件の少なくともいずれかと異なるものとしてもよい。また、金属部材は、タービン翼であり、第１部位は、タービン翼の翼部であり、第２部位は、タービン翼の翼根元部であるものとしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、割れや空孔を残存しにくくするのに有利な金属部材の作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の第１実施形態において作製対象となる金属部材を示す図である。
【図２】三次元金属積層造形装置の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態における三次元金属積層造形工程の流れを示す図である。
【図４】金属部材を収容した熱間等方圧加圧装置の構成を示す図である。
【図５】中間部材の他の形状を示す図である。
【図６】本開示の第２実施形態において作製対象となるタービン翼を示す図である。
【図７】第２実施形態における三次元金属積層造形工程の流れを示す図である。
【図８】タービン翼を収容した熱間等方圧加圧装置の構成を示す図である。
【図９】従来の作製方法で作製された金属部材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。ここで、各実施形態に示す寸法、材料、その他、具体的な数値等は例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。また、実質的に同一の機能及び構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、本開示に直接関係のない要素については、図示を省略する。
【００１２】
（第１実施形態）
まず、本開示の第１実施形態に係る、金属部材の作製方法について説明する。図１は、本実施形態に係る作製方法の作製対象となる金属部材としてのブロック１０を示す斜視図である。図１（ａ）は、三次元造形装置１を用いて造形させるブロックを示す図である。図１（ａ）に示されているブロックは、ブロック１０を作製する途中の段階にあるものである。そこで、以下、最終作製品であるブロック１０と区別するために、図１（ａ）の状態にあるブロックを「中間部材１０Ａ」と表記する。図１（ｂ）は、ＨＩＰ装置４０を用いて中間部材１０Ａに対してＨＩＰ処理が施されて作製された最終作製品としてのブロック１０を示す図である。なお、本実施形態に係る各図では、鉛直方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な水平面内において、Ｘ軸、及び、Ｘ軸に垂直なＹ軸を取るものとする。なお、図１では、ブロック１０及び中間部材１０Ａは、内部の状態を明らかにするために、一部がＹＺ平面で切断された断面で描画されている。
【００１３】
本開示の作製方法は、広く各種産業用装置等の一部品として用いられる金属部材の作製に適用可能である。したがって、金属部材の材質又は形状は、様々である。本実施形態では、以下、金属部材の一例としてのブロック１０が、一辺の長さがＬ３である立方体であるものとして説明する。
【００１４】
本実施形態に係る金属部材の作製方法では、まず、図１（ａ）に示すような中間部材１０Ａが三次元金属積層造形により造形される。以下、三次元金属積層造形を三次元造形と略記する。
【００１５】
中間部材１０Ａは、外殻構造体１２と、内部構造体１４と、中間層１６とを有する。外殻構造体１２は、中間部材１０Ａの外殻を構成する箱状体である。外殻構造体１２の外形は、一辺の長さがＬ１である立方体状である。外殻構造体１２の厚さは、ＸＹＺのすべての方向においてＴ１である。内部構造体１４は、周囲に中間層１６を介在させた状態で、外殻構造体１２に内包される立方体である。内部構造体１４の一辺の長さはＬ２である。中間層１６は、外側が外殻構造体１２に接し、内側が内部構造体１４に接する層である。中間層１６の厚さは、ＸＹＺのすべての方向においてＴ２である。本実施形態では、外殻構造体１２の厚さＴ１と、中間層１６の厚さＴ２とは、便宜上、同一の値とする。外殻構造体１２及び内部構造体１４は、金属粉末Ｐ（図２等参照）を以下のように加工することで形成される。一方、中間層１６は、金属粉末Ｐそのもので構成される。
【００１６】
図２は、本実施形態に係る作製方法に用いられる三次元造形装置１の構成の一例を示す概略断面図である。三次元造形装置１は、金属粉末Ｐに電子ビームＥを照射して金属粉末Ｐを溶融し凝固させ、凝固した金属粉末Ｐを積層させていくことで、三次元の物体を造形する、いわゆるパウダーベッド方式を採用した装置である。本実施形態における金属粉末Ｐは、例えば、Ｎｉ基耐熱合金であるＣＭ２４７ＬＣ等である。金属粉末Ｐは、多数の粉末体により構成される。また、金属粉末Ｐとして、電子ビームＥの照射により溶融及び凝固できるものであれば、粉末より粒径の大きい粒体を用いてもよい。
【００１７】
なお、金属粉末Ｐを溶融し凝固させる粉末層の造形処理ごとに、その造形処理の前に、さらに金属粉末Ｐに電子ビームＥを照射して、金属粉末Ｐの予備加熱を行ってもよい。予備加熱は、予熱とも称され、金属粉末Ｐの融点未満の温度で金属粉末Ｐを加熱する処理である。この予備加熱により、金属粉末Ｐが加熱されて仮焼結され、電子ビームＥの照射による金属粉末Ｐへの負電荷の蓄積が抑制されて、電子ビームＥの照射時に金属粉末Ｐが飛散して舞い上がるスモーク現象を抑制することができる。
【００１８】
三次元造形装置１は、ビーム出射部２と、造形部３と、制御部４とを備える。
【００１９】
ビーム出射部２は、造形部３の金属粉末Ｐに対し電子ビームＥを出射し、金属粉末Ｐを溶融させるユニットである。電子ビームＥは、荷電粒子である電子の直線的な運動により形成される荷電粒子ビームである。ビーム出射部２は、電子銃部２１と、収差コイル２２と、フォーカスコイル２３と、偏向コイル２４と、コラム２５とを備える。
【００２０】
電子銃部２１は、造形部３に向けて電子ビームＥを出射する。電子銃部２１は、制御部４と電気的に接続され、制御部４からの制御信号を受けて作動する。
【００２１】
収差コイル２２は、電子銃部２１から出射される電子ビームＥの周囲に設置され、電子ビームＥの収差を補正する。収差コイル２２は、制御部４と電気的に接続され、制御部４からの制御信号を受けて作動する。なお、三次元造形装置１の種類によっては、収差コイル２２の設置を省略する場合もある。
【００２２】
フォーカスコイル２３は、電子銃部２１から出射される電子ビームＥの周囲に設置され、電子ビームＥを収束させて、電子ビームＥの照射位置におけるフォーカス状態を調整する。フォーカスコイル２３は、制御部４と電気的に接続され、制御部４からの制御信号を受けて作動する。
【００２３】
偏向コイル２４は、電子銃部２１から出射される電子ビームＥの周囲に設置され、制御信号に応じて電子ビームＥの照射位置を調整する。偏向コイル２４は、電磁的にビーム偏向を行うため、機械的にビーム偏向を行う場合に比べて、電子ビームＥの照射時における走査速度を高速にすることができる。また、偏向コイル２４は、制御部４と電気的に接続され、制御部４からの制御信号を受けて作動する。
【００２４】
コラム２５は、例えば筒状の筐体である。コラム２５は、電子銃部２１、収差コイル２２、フォーカスコイル２３及び偏向コイル２４を収容する。
【００２５】
造形部３は、所望の形状に金属部材を造形するユニットである。造形部３は、チャンバ３０と、ステージ３１と、昇降機３２と、造形タンク３３と、リコータ３４と、ホッパ３５とを備える。
【００２６】
チャンバ３０は、例えば箱状の筐体である。チャンバ３０は、ステージ３１、昇降機３２、リコータ３４及びホッパ３５を収容する。チャンバ３０は、ビーム出射部２のコラム２５と連結している。チャンバ３０の内部空間は、電子銃部２１が配置されるコラム２５の内部空間と連通している。また、チャンバ３０の内部空間は、真空又はほぼ真空な状態に維持されている。
【００２７】
ステージ３１は、中間部材１０Ａを支持する。ステージ３１は、電子ビームＥの出射方向の延長線上に位置し、例えば、主平面を水平面とする円板状の部材である。また、ステージ３１は、造形タンク３３内に配置され、Ｚ方向に移動可能である。なお、ステージ３１の表面上には、底板３６が設置されている。金属粉末Ｐは、底板３６上に直接的に供給される。
【００２８】
昇降機３２は、ステージ３１を昇降させる機構である。昇降機３２は、制御部４と電気的に接続され、制御部４からの制御信号を受けて作動する。例えば、昇降機３２は、金属部材の造形の初期においてステージ３１を上部へ移動させておき、ステージ３１上で金属粉末Ｐが溶融凝固されて積層されるごとにステージ３１を降下させる。なお、昇降機３２は、ステージ３１を昇降できる機構であれば、いずれの機構のものを用いてもよい。
【００２９】
造形タンク３３は、ステージ３１の外形に合わせた内壁を有する筒状容器である。本実施形態の例では、ステージ３１の形状は円板状であるので、造形タンク３３の形状は、ステージ３１の移動方向に沿った軸に対して断面形状が同心円状となる内壁を有する円筒状である。これにより、造形タンク３３に供給される金属粉末Ｐのステージ３１の下方へ漏れ落ちが抑制される。なお、金属粉末Ｐの漏れ落ちをより抑制するために、ステージ３１の外縁部にシール材を設けてもよい。また、造形タンク３３の形状は、円筒状に限定されず、断面矩形の角筒状であってもよい。
【００３０】
リコータ３４は、ステージ３１の上方に金属粉末Ｐを供給し、金属粉末Ｐの表面を均す粉末塗布機構である。リコータ３４は、例えば棒状又は板状の部材である。リコータ３４は、図２中の矢印で示すように、水平方向に移動することにより電子ビームＥの照射領域に金属粉末Ｐを供給し、金属粉末Ｐの表面を均す。また、リコータ３４は、不図示のアクチュエータ等により移動制御される。なお、金属粉末Ｐを均す機構として、リコータ３４以外の機構を用いてもよい。
【００３１】
ホッパ３５は、塗布前の金属粉末Ｐを収容する容器である。ホッパ３５は、下部に、金属粉末Ｐを排出する排出口３５ａを有する。排出口３５ａから排出された金属粉末Ｐは、ステージ３１上へ直接流入するか、又は、リコータ３４によりステージ３１上へ供給される。なお、ステージ３１上に金属粉末Ｐを層状に供給する機構としては、リコータ３４及びホッパ３５以外の機構を用いてもよい。
【００３２】
制御部４は、三次元造形装置１の装置全体の動作等を制御するユニットである。制御部４は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ又はＲＡＭを有するコンピュータを含む。制御部４は、例えば、ステージ３１の昇降制御、リコータ３４の作動制御、電子ビームＥの出射制御、偏向コイル２４の作動制御などを行う。
【００３３】
制御部４は、例えば、中間部材１０Ａの三次元ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データを用いて造形を行わせる。三次元ＣＡＤデータは、予め制御部４に入力される、中間部材１０Ａの形状データである。制御部４は、三次元ＣＡＤデータをもとに、二次元のスライスデータを生成する。スライスデータは、例えば、中間部材１０Ａの水平断面のデータであり、積層方向の各位置に応じた多数のデータの集合体である。制御部４は、スライスデータに基づいて、電子ビームＥを金属粉末Ｐに対し照射する領域を決定し、その領域に応じて偏向コイル２４に制御信号を出力する。これにより、中間部材１０Ａの形状に応じた領域に対し、電子ビームＥが照射される。なお、金属粉末Ｐの予備加熱を行う場合も、制御部４は、ビーム出射部２の偏向コイル２４に制御信号を出力し、ステージ３１上の加熱領域に対し、電子ビームＥを走査して照射させる。
【００３４】
次に、三次元造形装置１を用いた三次元造形工程について説明する。
【００３５】
図３は、三次元造形装置１により中間部材１０Ａを造形する三次元造形工程の流れを時系列で示す概略断面図である。三次元造形工程では、底板３６上の金属粉末Ｐに電子ビームＥを照射して中間部材１０Ａの一部の造形を繰り返し、中間部材１０Ａを積層状に造形する。
【００３６】
まず、図３（ａ）を参照して、粉末層Ｌａの最下層である第１層Ｌａ１における中間部材１０Ａの造形について説明する。三次元造形装置１は、第１層Ｌａ１における粉末供給処理を行う。粉末供給処理は、底板３６上に金属粉末Ｐを供給し、そして、供給された金属粉末Ｐの表面を均す処理である。具体的には、制御部４は、昇降機３２に制御信号を出力してステージ３１の上下位置を調節し、不図示のアクチュエータ又は機構に制御信号を出力してリコータ３４を作動させる。これにより、リコータ３４が水平方向に移動し、ステージ３１上に金属粉末Ｐが供給され、金属粉末Ｐの表面が均される。なお、図３（ａ）では、説明の便宜上、第１層Ｌａ１以下の各粉末層Ｌａの厚さが、外殻構造体１２の厚さＴ１、及び、中間層１６の厚さＴ２と同一であるものとしている。換言すれば、図３（ａ）では、積層方向において内部構造体１４よりも下方及び上方に位置する外殻構造体１２又は中間層１６が、それぞれ１層分の粉末層Ｌａによって形成されているものとしている。しかし、本開示では、このような形態に限定されない。すなわち、積層方向において内部構造体１４よりも下方及び上方に位置する外殻構造体１２又は中間層１６のいずれか又はすべてを、２層以上の粉末層Ｌａにより形成するようにしてもよい。
【００３７】
次に、三次元造形装置１は、第１層Ｌａ１における造形処理を行う。造形処理は、実際に中間部材１０Ａの造形を行う処理である。具体的には、制御部４は、中間部材１０Ａの三次元ＣＡＤデータに基づいて二次元のスライスデータを生成する。制御部４は、このスライスデータに基づいて、金属粉末Ｐに対し電子ビームＥを照射する領域を決定し、その領域に応じてビーム出射部２から電子ビームＥを照射させる。１つの層Ｌａの厚さが外殻構造体１２の厚さＴ１に相当するので、ここでの造形処理では、中間部材１０Ａの一部として、外殻構造体１２の底部が造形されることになる。
【００３８】
ここで、本実施形態では、第１層Ｌａ１において、外殻構造体１２の底部を造形するビーム照射の前に、予備加熱処理を行ってもよい。この場合、制御部４は、予備加熱処理としてのビーム照射を行わせることで第１層Ｌａ１全体にある金属粉末Ｐを仮焼結させて、その後、外殻構造体１２を最終形成する造形処理としてのビーム照射を行わせる。
【００３９】
第１層Ｌａ１に関して外殻構造体１２の底部が形成された後、第２層Ｌａ２では、上記のような粉末供給処理から造形処理までの一連の処理を繰り返すことにより、さらに中間部材１０Ａの一部が造形される。１つの粉末層Ｌａの厚さが中間層１６の厚さＴ２に相当するので、ここでの造形処理では、中間部材１０Ａの一部として、外殻構造体１２の側壁部の一部が造形され、かつ、中間層１６の底部が形成されることになる。
【００４０】
ここで、第２層Ｌａ２においても、外殻構造体１２の側壁部の一部と中間層１６の底部とを造形するビーム照射の前に、予備加熱処理を行ってもよい。この場合、制御部４は、まず、予備加熱処理としてのビーム照射を行わせることで第２層Ｌａ２全体にある金属粉末Ｐを仮焼結させる。したがって、予備加熱処理が終了した段階では、外殻構造体１２の側壁部の一部と中間層１６の底部との双方が仮焼結体となる。その後、制御部４は、外殻構造体１２の側壁部の一部を最終形成する造形処理としてのビーム照射を行わせる。したがって、第２層Ｌａ２に対する造形処理が終了した段階では、外殻構造体１２の側壁部の一部は、金属粉末Ｐが凝固したものとなり、一方、中間層１６の底部は、仮焼結体のままとなる。
【００４１】
なお、三次元造形工程では、予備加熱処理を行わない場合もあり得る。この場合、中間層１６は、電子ビームＥが照射されない領域となり、つまり、金属粉末Ｐがそのまま残存する層となる。
【００４２】
引き続き、三次元造形装置１は、図３（ｂ）に示すように、第３層Ｌａ３以上の各層においても、それぞれ、上記のような粉末供給処理から造形処理までの一連の処理を繰り返すことにより、中間部材１０Ａが層状に徐々に造形されていく。なお、図３（ｂ）では、第７層Ｌａ７における中間部材１０Ａの造形までが描画されている。特に、第３層Ｌａ３から第１５層Ｌａ１５（図３（ｃ）参照）までの各層では、外殻構造体１２及び中間層１６の各側壁部の一部に加えて、内部構造体１４の一部が徐々に造形されていく。
【００４３】
例えば、第３層Ｌａ３は、外殻構造体１２の側壁部の一部、中間層１６の側壁部の一部、及び、内部構造体１４の底部がそれぞれ形成される領域である。この領域を造形するビーム照射の前にも、予備加熱処理を行ってもよい。この場合、制御部４は、まず、予備加熱処理としてのビーム照射を行わせることで第３層Ｌａ３全体にある金属粉末Ｐを仮焼結させる。したがって、予備加熱処理が終了した段階では、上記領域のすべてが仮焼結体となる。その後、制御部４は、外殻構造体１２の側壁部の一部を最終形成する造形処理としてのビーム照射を行わせ、連続的に、内部構造体１４の底部を最終形成する造形処理としてのビーム照射を行わせる。したがって、第３層Ｌａ３に対する造形処理が終了した段階では、外殻構造体１２の側壁部の一部、及び内部構造体１４の底部は、金属粉末Ｐが凝固したものとなり、一方、中間層１６の側壁部の一部は、仮焼結体のままとなる。
【００４４】
そして、三次元造形装置１は、図３（ｃ）に示すように、第１６層Ｌａ１６での中間層１６の上部の造形と、第１７層Ｌａ１７での外殻構造体１２の上部の造形とを行うことにより、最終的に、中間部材１０Ａが所望の形状に造形される。
【００４５】
上記の三次元造形工程は、中間部材１０Ａの部位ごとに分類すると、外殻構造体１２を造形する第１造形工程と、内部構造体１４を造形する第２造形工程との２つの造形工程を含む。つまり、本実施形態では、三次元造形装置１による三次元造形工程において、第１造形工程と第２造形工程とが並行して実施されたと考えることができる。ここで、予備加熱処理が行われる場合には、本実施形態に係る金属部材の作製方法では、最終造形処理が行われる第１造形工程及び第２造形工程の前に、予備加熱工程が含まれると考えることができる。一方、予備加熱処理が行われない場合には、本実施形態に係る金属部材の作製方法では、第１造形工程と第２造形工程との間に、中間層１６を形成する中間層形成工程が含まれると考えることができる。
【００４６】
ここで、上記のような三次元造形工程により造形された中間部材１０Ａの内部、特に内部構造体１４には、図１（ａ）に示すように、複数の割れ５０，５１や空孔５２が生じる場合がある。特に、割れ５０は、内部構造体１４の内部、すなわち、一部が内部構造体１４の表面に到達していない割れを示している。一方、割れ５１は、一部が内部構造体１４の表面に到達している割れを示している。割れ５０，５１や空孔５２が、最終作製品であるブロック１０に残存することは望ましくない。そこで、本実施形態に係る金属部材の作製方法では、三次元造形工程により造形された中間部材１０Ａに熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）処理を施すことで、割れ５０，５１や空孔５２を除去する。
【００４７】
図４は、本実施形態に係る作製方法に用いられる熱間等方圧加圧装置（ＨＩＰ装置４０）の構成と、ＨＩＰ装置４０内に収容された中間部材１０Ａを示す概略図である。ＨＩＰ装置４０は、内部に収容されている被処理体に対してＨＩＰ処理を施す装置である。ＨＩＰ装置４０は、圧力容器４１と、支持台４２と、ヒータ４３とを備える。
【００４８】
圧力容器４１は、被処理体である中間部材１０Ａを収容可能とする内部空間Ｓ１を有する。内部空間Ｓ１は、密閉可能である。圧力容器４１は、不図示のガス供給装置に接続されている。圧力容器４１は、このガス供給装置から供給されるアルゴンガス等の不活性ガスにより、内部空間Ｓ１を不活性ガス雰囲気として所定の圧力に調整することができる。支持台４２は、内部空間Ｓ１において、収容された中間部材１０Ａを支持する。ヒータ４３は、内部空間Ｓ１を所定の温度に加熱する。
【００４９】
次に、ＨＩＰ装置４０を用いた処理工程について説明する。
【００５０】
三次元造形工程が終了し、三次元造形装置１から取り出された中間部材１０Ａは、図４に示すように、支持台４２上に載置され、圧力容器４１内に収容される。次に、ＨＩＰ装置４０は、所定の温度及び圧力下でＨＩＰ処理を開始する。このとき、処理条件として、例えば、温度を１０００〜１３００°Ｃの範囲内、また、圧力を１００ＭＰａ以上に設定される。
【００５１】
中間部材１０ＡにＨＩＰ処理が施されることにより、第１に、内部構造体１４に発生していた割れ５０，５１や空孔５２が除去される。ここで、比較のために、従来の金属部材の作製方法について説明する。
【００５２】
図９は、従来の作製方法の作製対象となる金属部材としてのブロック１００を示す斜視図である。図９（ａ）は、三次元造形装置１を用いて造形させる中間部材１００Ａを示す図である。図９（ｂ）は、ＨＩＰ装置４０を用いて中間部材１００Ａに対してＨＩＰ処理が施されて作製された最終作製品としてのブロック１００を示す図である。
【００５３】
中間部材１００Ａは、図９の例では単なる立方体として造形されている。このような中間部材１００Ａにも、図９（ａ）に示すように、本実施形態における内部構造体１４に生じるおそれがある割れ５０，５１又は空孔５２と同様に、割れ１５０，１５１又は空孔１５２が生じる場合がある。割れ１５０，１５１は、例えば、三次元造形工程時の温度変化に起因する熱応力により生じる。空孔１５２は、例えば、金属粉末Ｐの特性により、又は、割れ１５０，１５１と同様に三次元造形工程時の温度変化に起因する熱応力により生じる。特に、この熱応力は、中間部材１００Ａの大きさが大きいほど、加熱部周囲の拘束が大きくなるため、加熱部近傍で生じやすい。
【００５４】
割れ１５０，１５１や空孔１５２が生じている中間部材１００Ａに対してＨＩＰ処理が施されると、割れ１５０や空孔１５２は、高温・高圧の不活性ガスにより除去される。ところが、一部が中間部材１００Ａの表面に到達している割れ１５１については、図９（ｂ）に示すように、ＨＩＰ処理の作用上、除去されず、最終作製品としてのブロック１００に残存する。
【００５５】
これに対して、本実施形態では、内部構造体１４は、中間層１６を介在させた状態で、外殻構造体１２に内包されている。つまり、内部構造体１４に、一部が内部構造体１４の表面に到達している割れ５１が生じていたとしても、割れ５１は、中間層１６との境界で止まり、外殻構造体１２の表面、すなわち、中間部材１０Ａの表面には到達しない。したがって、割れ５０，５１や空孔５２が生じている中間部材１０Ａに対してＨＩＰ処理が施されると、まず、割れ５０や空孔５２は、従来と同様に除去される。さらに、一部が内部構造体１４の表面に到達している割れ５１についても、中間部材１０Ａ全体としては表面に到達しておらず、内部に生じている割れであるとみなすことができるので、図１（ｂ）に示すように、ＨＩＰ処理の作用により除去される。結果として、最終作製品としてのブロック１０には、割れ５０，５１や空孔５２が残存しづらくなる。
【００５６】
特に、中間層１６が予備加熱処理によって形成された仮焼結体である場合には、中間層１６を構成する金属粉末Ｐ同士は、拡散現象によって、互いにそれぞれの表面で部分的に結合した状態にある。ここで、部分的に結合するとは、金属粉末Ｐ同士が点接触や面接触しながら結合していることを意味する。つまり、仮焼結体である中間層１６には、小さな空隙が多数分散して存在している。したがって、内部構造体１４に割れ５１が生じたとしても、中間層１６にあるいずれかの空隙に割れ５１が到達することで、割れ５１の進展は止まると考えられる。また、金属粉末Ｐ同士を結合する結合力は、予備加熱処理時のビーム条件等を適宜調整することで変化する。一方、金属粉末Ｐのそれぞれの粒径は、通常互いに異なり、又は、異なる粒径や形状の金属粉末Ｐを意図的に混合させるなどして変化させることも可能である。したがって、これらの条件を、予め、内部構造体１４の割れ５１の進展が止まりやすい条件に適合させてもよい。
【００５７】
また、中間部材１０ＡにＨＩＰ処理が施されることにより、第２に、中間層１６では、金属粉末Ｐの焼結が行われる。中間層１６を構成する金属粉末Ｐは、外殻構造体１２及び内部構造体１４を構成する金属粉末Ｐと同一である。そのため、中間層１６の金属粉末Ｐの焼結が行われることで、中間層１６は高密度の結合部に変質し、図１（ｂ）に示すように、外殻構造体１２と内部構造体１４とに一体化する。
【００５８】
このように、中間部材１０Ａに対してＨＩＰ処理が施されることで、最終的に、割れ５０，５１や空孔５２が残存しづらいブロック１０が作製される。
【００５９】
次に、ブロック１０に割れ５０，５１や空孔５２をより残存しづらくするための各種条件について説明する。
【００６０】
まず、中間部材１０Ａに対してＨＩＰ処理を施すと密度が変化するため、ブロック１０には縮みが生じる場合がある。そのため、最終作製品としてのブロック１０の一辺の寸法が長さＬ３であるならば、最終的な変形量を予め考慮し、中間部材１０Ａの一辺の寸法である長さＬ１が長さＬ３よりも大きくなるように、スライスデータ等を生成してもよい。
【００６１】
また、三次元造形工程が終了した中間部材１０Ａにおいて、内部構造体１４に相当する部位が、例えば、すべて金属粉末Ｐで構成されていると仮定する。この場合、本実施形態における内部構造体１４が存在する中間部材１０Ａに比べて、内部構造体１４に相当する部位の平均密度が小さくなるため、中間部材１０ＡにＨＩＰ処理を施したときのブロック１０の変形量が大きくなる。つまり、本実施形態における内部構造体１４は、ＨＩＰ処理後のブロック１０の変形量をより小さくするために、ブロック１０の全体としての平均密度を大きくする構成要素である。そこで、内部構造体１４の大きさは、中間部材１０Ａの大きさに対して大部分を占めるように設定してもよい。
【００６２】
また、ある一体化した中間部材では、上記のとおり、割れや空孔の発生原因となり得る熱応力は、中間部材の大きさが大きいほど生じやすい。そこで、本実施形態における、内部構造体１４に対して独立した部材である外殻構造体１２の厚みＴ１は、内部構造体１４の長さＬ２に比べて十分に薄くしてもよい。これにより、中間部材１０Ａに対してＨＩＰ処理が施されても、外殻構造体１２において割れや空孔が生じづらくなる。例えば、外殻構造体１２の厚みＴ１は、ブロック１０の大きさや形状にも依存するが、１ｍｍ程度であってもよい。又は、三次元造形装置１による積層造形時の粉末層Ｌａの数に関して、内部構造体１４よりも積層方向の下方又は上方に位置する外殻構造体１２を形成する粉末層Ｌａの数は、内部構造体１４を形成する粉末層Ｌａの数よりも少なくてもよい。
【００６３】
また、中間層１６は、内部構造体１４を造形する第２造形工程で発生した熱応力の影響が外殻構造体１２に及ぶことを回避し、また、内部構造体１４において生じた割れ５１の中間部材１０Ａの表面までの到達を回避する。つまり、中間層１６の厚さＴ２は、これらの回避作用が実現される限りにおいて、内部構造体１４の長さＬ２に比べて十分に薄くしてもよい。例えば、中間層１６の厚みＴ２は、ブロック１０の大きさや形状にも依存するが、１ｍｍ程度であってもよい。又は、三次元造形装置１による積層造形時の粉末層Ｌａの数に関して、内部構造体１４よりも積層方向の下方又は上方に位置する中間層１６を形成する粉末層Ｌａの数は、内部構造体１４を形成する粉末層Ｌａの数よりも少なくてもよい。
【００６４】
次に、本実施形態による効果について説明する。
【００６５】
まず、本実施形態に係る、金属粉末Ｐから形成される金属部材の作製方法は、三次元金属積層造形により金属粉末Ｐを加工して外殻構造体１２を造形する第１造形工程を含む。また、金属部材の作製方法は、外殻構造体１２との間に中間層１６を介在させて、三次元金属積層造形により金属粉末Ｐを加工して内部構造体１４を造形する第２造形工程を含む。さらに、金属部材の作製方法は、第１造形工程及び第２造形工程の後に、外殻構造体１２、中間層１６及び内部構造体１４に熱間等方圧加圧処理を施す処理工程を含む。ここで、金属部材は、例えばブロック１０である。
【００６６】
本実施形態に係る作製方法によれば、第２造形工程の段階で、内部構造体１４において一部が内部構造体１４の表面に到達する割れが生じても、処理工程前の金属部材である中間部材１０Ａの表面に到達しない。つまり、処理工程の前に、一般的には除去が難しいとされていた一部が金属部材の表面に到達している割れを、中間部材１０Ａから予めなくしておくことができる。そして、処理工程により、中間部材１０Ａに生じている割れや空孔を除去することができるので、結果として、割れや空孔を残存しにくくするのに有利な金属部材の作製方法を提供することができる。
【００６７】
また、中間部材１０Ａでは、外殻構造体１２の内側に内部構造体１４が存在するので、外殻構造体１２の内側がすべて金属粉末Ｐで構成されている場合に比べて、中間部材１０Ａ全体の平均密度を高めることができる。したがって、中間部材１０Ａに対して処理工程を施した後の変形量をより小さくすることができるので、最終作製品としての金属部材の寸法精度を向上させることができる。
【００６８】
また、本実施形態に係る作製方法では、第１造形工程及び第２造形工程の前に、外殻構造体１２、中間層１６及び内部構造体１４となる同一の粉末層Ｌａごとに、予備加熱工程を含んでもよい。予備加熱工程は、三次元金属積層造形により金属粉末Ｐの融点未満の温度で金属粉末Ｐを加熱する工程である。
【００６９】
この場合、中間層１６を構成する金属粉末Ｐは、外殻構造体１２及び内部構造体１４を構成する金属粉末Ｐと同一である。したがって、このような作製方法によれば、中間層１６は、熱間等方圧加圧処理すなわちＨＩＰ処理を施す処理工程により高密度の結合部に変質し、外殻構造体１２及び内部構造体１４と一体化する。つまり、最終作製品としての金属部材では、図１（ｂ）に示すブロック１０のように、内部構造が部位ごとに明確に分かれたものとならない。そのため、本実施形態に係る作製方法で作製された金属部材は、例えば、１つの素材や材料から形成された一般的な切削加工品、鍛造加工品又は鋳造加工品等と同等に取り扱われ得る。
【００７０】
また、このような作製方法によれば、外殻構造体１２及び内部構造体１４だけでなく、中間層１６に対しても、上記説明したような予備加熱処理の効果を得ることができる。特に、中間層１６が予備加熱処理によって形成された仮焼結体である場合、中間層１６が当初の金属粉末Ｐのままで構成されている場合に比べて、金属粉末Ｐ同士の間の空隙が小さくなり、充填率が向上する。このように中間層１６の充填率が高いと、ＨＩＰ処理前の中間部材１０ＡからＨＩＰ処理後の最終作製品としてのブロック１０への変形量が小さくなる。したがって、ブロック１０の寸法精度を向上させやすくなるという利点もある。
【００７１】
また、本実施形態に係る作製方法では、第１造形工程と第２造形工程とは、同一の粉末層Ｌａごとに連続し、第１造形工程と第２造形工程との間に、中間層１６を形成する中間層形成工程を含んでもよい。
【００７２】
三次元金属積層造形により、外殻構造体１２の一部と内部構造体１４の一部とが同一の粉末層Ｌａごとに連続的に造形される場合、三次元造形装置１は、例えば、中間層１６を設ける位置に対して電子ビームＥを照射しないものとすることができる。この場合、中間層１６は、金属粉末Ｐで構成されてもよい。又は、中間層１６は、空隙であってもよい。
【００７３】
このような作製方法によれば、三次元造形装置１の積層造形時の制御を、より簡易的なものとすることができる。
【００７４】
上記例示では、中間層形成工程として、厚さＴ２が１ｍｍ程度の金属粉末Ｐからなる中間層１６を形成するものとした。しかし、本開示はこれに限られず、例えば、中間層形成工程において、制御部４が同一の粉末層で第１造形工程から第２造形工程へすぐさま造形制御を切り替えることで、中間層１６を空隙すなわち微小な隙間としてもよい。このような作製方法によれば、ＨＩＰ処理を施す処理工程により、外殻構造体１２と内部構造体１４とが直接的に一体化するので、最終的には、中間層１６が金属粉末Ｐで構成される場合と同様の効果を奏する。
【００７５】
また、本実施形態に係る作製方法では、内部構造体１４よりも積層方向の下方又は上方に位置する外殻構造体１２を造形する粉末層Ｌａの数は、内部構造体１４を造形する粉末層Ｌａの数よりも少なくてもよい。
【００７６】
このような作製方法によれば、外殻構造体１２の厚みＴ１は、内部構造体１４の長さＬ２に比べて薄くなるので、中間部材１０Ａに対してＨＩＰ処理が施されても、外殻構造体１２において割れや空孔が生じづらくなる。
【００７７】
また、本実施形態に係る作製方法では、内部構造体１４よりも積層方向の下方又は上方に位置する中間層１６を造形する粉末層Ｌａの数は、内部構造体１４を造形する粉末層Ｌａの数よりも少なくてもよい。
【００７８】
このような作製方法によれば、中間層１６の厚みＴ２は、内部構造体１４の長さＬ２に比べて薄くなるので、中間部材１０Ａにおける内部構造体１４の長さＬ２を十分に大きく確保することができる。
【００７９】
また、本実施形態に係る金属部材の作製方法では、第２造形工程での三次元金属積層造形の造形条件は、第１造形工程での三次元金属積層造形の造形条件と異なるものとしてもよい。
【００８０】
例えば、第２造形工程で造形される内部構造体１４は、金属部材の内側に位置する部位であり、たとえ中間部材１０Ａの段階で内部に割れ５０，５１や空孔５２が生じていたとしても、その後のＨＩＰ処理により除去される。そのため、内部構造体１４を造形する条件は、外殻構造体１２を造形する条件と必ずしも同等とする必要はなく、外殻構造体１２を造形する条件よりも厳密でなくてもよい。そこで、このように第２造形工程での造形条件と第１造形工程での造形条件とを異ならせて、一方の造形条件を他方の造形条件よりも緩やかな条件とすることで、例えば、作製時間の短縮化が可能となる。
【００８１】
ここで、三次元金属積層造形の造形条件としては、以下のようなものが挙げられる。まず、三次元造形装置１の熱源に関するものとして、出力、スポット径、走査速度又は走査間隔がある。ここで、熱源の出力とは、三次元造形装置１が電子ビーム方式の場合には、電流・電圧をいい、三次元造形装置１がレーザ方式の場合には、レーザ出力をいう。その他、三次元造形装置１における材料供給量、予熱温度又は雰囲気を変化させてもよい。ここで、材料供給量とは、三次元造形装置１がパウダーベッド方式の場合には、積層厚みをいい、三次元造形装置１が、後述するパウダーフィード方式の場合には、溶着量をいう。
【００８２】
図５は、図３（ｃ）に対応した、中間部材１０Ａの他の形状を示す概略断面図である。なお、図５では、図３に示す中間部材１０Ａと同一構成には同一の符号を付している。
【００８３】
三次元造形工程の第１層Ｌａ１での第１造形工程において、中間部材１０Ａには、底板３６の一部と外殻構造体１２の一部とを連通させる連通構造体１２ａが造形されるものとしてもよい。これにより、その後の三次元造形工程において、底板３６に対して安定的に中間部材１０Ａを造形することができる。
【００８４】
また、特に本実施形態では、外殻構造体１２の内側に、中間層１６を介在させて内部構造体１４が造形される。そこで、三次元造形工程の第３層Ｌａ３での第２造形工程において、中間部材１０Ａには、外殻構造体１２の一部と内部構造体１４の一部とを連通させる連通構造体１４ａが造形されるものとしてもよい。これにより、その後の三次元造形工程において、外殻構造体１２に対して安定的に内部構造体１４を造形することができる。
【００８５】
（第２実施形態）
次に、本開示の第２実施形態に係る、金属部材の作製方法について説明する。第１実施形態では、金属部材としてのブロック１０が簡易的な形状であり、ブロック１０の全体に対して第１造形工程及び第２造形工程が施される場合を例示した。これに対して、本実施形態では、金属部材が、形状がより複雑化したタービン翼６０であり、タービン翼６０の一部に対して第１造形工程及び第２造形工程が施される場合を例示する。
【００８６】
図６は、本実施形態に係る作製方法の作製対象となるタービン翼６０を示す斜視図である。タービン翼６０は、航空機用ジェットエンジンや産業用ガスタービンなどに用いられるタービン部品の一構成要素であり、不図示のタービンロータの外周に複数設置される。タービン翼６０は、例えば、第１部位としての翼部６２と、第２部位としてのダブテール部６４とを含む。なお、ダブテール部は、翼根元部ともいう。翼部６２は、高圧又は高温下のガスを誘導する部位である。ダブテール部６４は、タービン翼６０をタービンロータに固定するために、予めタービンロータに形成されている溝部に嵌合する部位である。タービン翼６０の材質は、例えば、第１実施形態と同様にＣＭ２４７ＬＣであってもよい。なお、本実施形態に係る各図では、タービン翼６０の延伸方向にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な水平面内において、Ｘ軸、及び、Ｘ軸に垂直なＹ軸を取るものとして説明する。
【００８７】
ここで、タービン翼６０の各部位について見ると、翼部６２は、概略的に薄い形状を有する。一方、ダブテール部６４は、概略的に厚みがある形状を有する。そこで、本実施形態では、以下のような作製方法を用いて、概略形状の異なる部位ごとに造形工程を異ならせてタービン翼６０を作製する。
【００８８】
まず、三次元造形工程として、第１実施形態において採用した三次元造形装置１を用いて、タービン翼６０の中間部材６０Ａを造形する。本実施形態における三次元造形工程では、第１部位としての翼部６２と、第２部位としてのダブテール部６４とのそれぞれの部位ごとに造形工程を変化させる。
【００８９】
図７は、三次元造形装置１により中間部材６０Ａを造形する三次元造形工程の流れを時系列で示す概略断面図である。なお、図７は、第１実施形態における説明で用いた図３に対応している。なお、図７及び以下の図８では、中間部材６０Ａの形状を簡略化して描画している。三次元造形工程では、タービン翼６０のダブテール部６４に相当する部分からタービン翼６０の翼部６２に相当する部分に向かって中間部材６０Ａを造形する。すなわち、図６に示したようにタービン翼６０の延伸方向にＺ軸を取るならば、三次元造形工程における積層方向は、Ｚ方向となる。
【００９０】
まず、三次元造形工程では、中間部材６０Ａのうちダブテール部６４に相当する部分が造形される。ダブテール部６４は、翼部６２と比較して、厚みがある形状を有する。ここで、第１実施形態で説明したとおり、三次元造形工程において割れや空孔の発生原因となり得る熱応力は、中間部材の大きさが大きいほど生じやすい。つまり、金属部材がタービン翼６０である場合には、特にダブテール部６４において、最終的に割れが残存するおそれがある。そこで、本実施形態では、ダブテール部６４に相当する部分が、第１実施形態と同様に、第１造形工程と第２造形工程とを組み合わせた造形工程で造形される。具体的には、ダブテール部６４に相当する部分が、外殻構造体６５と、中間層６６と、内部構造体６７とを含む。これらは、第１実施形態における外殻構造体１２と、中間層１６と、内部構造体１４とにそれぞれ対応している。ダブテール部６４に相当する部分は、図７（ａ）〜図７（ｂ）に示すように、第１実施形態と同様の造形工程に基づいて造形される。
【００９１】
引き続き、中間部材６０Ａのうち翼部６２に相当する部分が造形される。翼部６２は、ダブテール部６４と比較して、薄い形状を有する。つまり、翼部６２においては、三次元造形工程において割れや空孔の発生原因となり得る熱応力が生じづらい。そこで、本実施形態では、翼部６２に相当する部分は、第１実施形態とは異なり、単一の造形工程である第３造形工程で造形される。
【００９２】
図７（ｃ）に示すように、第３造形工程では、第８層Ｌａ８までに造形されたダブテール部６４に相当する部分に対して、引き続き、第９層Ｌａ９及び第１０層Ｌａ１０において、タービン翼６０におけるフランジ部６８に相当する部分が造形される。その後、第１１層Ｌａ１１から最上層の第２６層Ｌａ２６までにおいて、翼部６２の本体部６９に相当する部分が造形され、最終的に、中間部材６０Ａが所望の形状に造形される。
【００９３】
次に、本実施形態に係るタービン翼６０の作製方法では、三次元造形工程により造形された中間部材６０ＡにＨＩＰ処理を施す。
【００９４】
図８は、第１実施形態で採用したＨＩＰ装置４０内に収容された中間部材６０Ａを示す概略図である。ＨＩＰ処理は、第１実施形態における条件と同等の条件下で行われ、最終的にタービン翼６０が作製される。
【００９５】
このように、本実施形態に係る、金属部材の作製方法では、金属部材は、第１部位と、第２部位とを含む。第１部位は、三次元金属積層造形により金属粉末Ｐを加工して造形する第３造形工程により造形される。第２部位は、第１造形工程及び第２造形工程により造形される。また、処理工程は、第１造形工程、第２造形工程及び第３造形工程の後に、第１部位及び第２部位に施される。ここで、金属部材は、例えばタービン翼６０である。この場合、第１部位は、例えば翼部６２である。また、第２部位は、例えばダブテール部６４である。
【００９６】
本実施形態に係る作製方法によれば、三次元造形工程で造形される部位のうち、割れや空孔が生じるおそれがある部位のみ、第１実施形態と同様の工程で作製する。つまり、金属部材の全体について第１造形工程と第２造形工程とを含む造形工程を施す必要がないので、作製時間の短縮化が可能となる。
【００９７】
ここで、タービン翼６０の形状は、図６に示すように、第１実施形態で例示したブロック１０に比べて複雑である。この場合、特に第１造形工程と第２造形工程とを適用するダブテール部６４における外殻構造体６５、中間層６６及び内部構造体６７の形状についても、実際には複雑化し、一律に長さや厚み等の寸法を規定することが難しい。そこで、ダブテール部６４の全体の容積に対して、外殻構造体６５及び内部構造体６７となる部分の容積を割合で規定してもよい。例えば、内部構造体６７の容積がダブテール部６４の容積に対して８割程度となるように、ダブテール部６４内に内部構造体６７を造形する目安としてもよい。
【００９８】
また、本実施形態に係る金属部材の作製方法では、第３造形工程での三次元金属積層造形の造形条件は、第１造形工程又は第２造形工程での三次元金属積層造形の造形条件の少なくともいずれかと異なるものとしてもよい。これにより、第１実施形態における場合と同様に、造形工程ごとに適宜、三次元金属積層造形の造形条件を変化させることで、作製時間の短縮化が可能となる。なお、ここでいう三次元金属積層造形の造形条件は、上記例示した造形条件と同様である。
【００９９】
なお、金属部材が第１部位と第２部位とを含むとは、金属部材が２つの部位を含むことに限定するものではない。金属部材がそれぞれ異なる形状の少なくとも２つ以上の部位を有するものであれば、３つ以上の部位のいずれかに対して、第１造形工程及び第２造形工程を実施することで、本実施形態を適用することができる。
【０１００】
また、作製方法による作成対象である金属部材として、タービン翼６０を例示した。しかし、本開示は、部位ごとに異なる形状となる、あらゆる金属部材の作製に適用可能である。例えば、過給器用タービンの軸及び翼車の作製にも適用可能である。
【０１０１】
（他の実施形態）
上記の各実施形態では、三次元造形装置１が、パウダーベッド方式のうちエネルギービームとして電子ビームを用いて造形する三次元金属積層造形装置であるものとして説明した。しかし、本開示で用いることができる三次元造形装置は、これに限定されず、パウダーベッド方式のうちエネルギービームとしてレーザを用いて造形する三次元金属積層造形装置であってもよい。レーザを用いる三次元造形装置としては、例えば、選択的レーザ溶融法（ＳＬＭ：Selective laser melting）、レーザ焼結法（ＳＬＳ：Selective laser sintering）を採用するものがある。なお、レーザを用いる三次元造形装置では、造形を行うチャンバ内を真空状態としなくてもよく、例えばアルゴンガス雰囲気などの不活性ガス雰囲気にすればよい。また、レーザを用いる三次元造形装置では、予備加熱は省略してもよいし、行ってもよい。上記の各実施形態では、予備加熱は電子ビームＥを照射することで行うこととした。すなわち、予備加熱用の熱源はエネルギービームであるとしたが、これに限定されない。例えば、ビーム出射部２とは別に輻射式ヒータ等のヒータを設け、ヒータを用いて粉末を昇温することで、予備加熱してもよい。また、上記の各実施形態では、金属粉末Ｐを溶融し凝固させることで金属粉末Ｐを固化させる方法を説明したが、かかる方法には限定されず、金属粉末Ｐを焼結させることで金属粉末Ｐを固化させるものとしてもよい。また、三次元造形装置１は、選択溶融方式であるパウダーベッド方式に限らず、例えば材料付加方式である、いわゆるパウダーフィード方式を採用するものであってもよい。
【０１０２】
また、上記の各実施形態では、三次元金属積層造形に関する第１造形工程と第２造形工程とが、同一の粉末層Ｌａごとに連続して実施される場合を例示した。しかし、本開示はこれに限られない。例えば、第１に、第１造形工程によって、最上層である第１７層Ｌａ１７を除く外殻構造体１２の全体が造形される。第２に、外殻構造体１２とは別に、内部構造体１４が造形される。このとき、第１造形工程と第２造形工程とは、それぞれ異なる三次元造形装置１を用いて造形されてもよい。そして、第３に、外殻構造体１２に、中間層１６を介在させながら、予め造形済みである内部構造体１４を収容させた後に、外殻構造体１２の第１７層Ｌａを造形することで、最終的に中間部材１０Ａを造形することも可能である。このように、本開示では、第１造形工程と第２造形工程とが、必ずしも同一の粉末層Ｌａごとに連続して実施されなくてもよい場合もあり得る。
【０１０３】
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０    ブロック
１２    外殻構造体
１４    内部構造体
１６    中間層
６０    タービン翼
６２    翼部
６４    ダブテール部
６５    外殻構造体
６６    中間層
６７    内部構造体
Ｌａ    粉末層
Ｐ      金属粉末
【図１】
2020158839.tif 000003
【図２】
2020158839.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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