(57)【要約】【課題】異種金属材料を接合した接合部材の強度低下を抑制する。【解決手段】少なくとも一実施形態に係る積層造形方法は、第１金属の粉末を溶融して固化させて第１層を形成するステップと、前記第１金属とは種類が異なる第２金属の粉末を溶融して固化させて前記第１層の上に第２層を形成するステップと、を備え、前記第１金属と前記第２金属とは、前記第２金属に前記第１金属が添加されると固溶体を形成可能な組み合わせであるか、又は、前記第２金属に前記第１金属が添加されると、前記第１金属の添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせであることを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属の粉末を溶融して固化させて第１層を形成するステップと、
前記第１金属とは種類が異なる第２金属の粉末を溶融して固化させて前記第１層の上に第２層を形成するステップと、
を備え、
前記第１金属と前記第２金属とは、
前記第２金属に前記第１金属が添加されると固溶体を形成可能な組み合わせであるか、又は、
前記第２金属に前記第１金属が添加されると、前記第１金属の添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせである
ことを特徴とする接合物の積層造形方法。
【請求項２】
前記固溶体を形成可能な組み合わせ、又は、前記融点が上昇する組み合わせとなる前記第１金属及び前記第２金属は選定される
ことを特徴とする請求項１に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項３】
前記第２層を形成するステップでは、前記第２層における前記第１金属の含有量が前記固溶体を形成可能な限度以下となるような施工条件で第２層を形成する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項４】
前記第２金属からなる第２金属部を形成するステップと、
前記第２金属部の上に前記第１金属からなる第１金属部を形成するステップと、
前記第１層が複数層積層された領域であって前記第１金属部に接続される第１領域と、前記第２層が複数層積層された領域であって前記第２金属部に接続される第２領域とを含み、前記第１領域と前記第２領域とによって前記第１金属部と前記第２金属部とを結合する結合部を形成するステップと、
をさらに備え、
前記結合部を形成するステップでは、前記第２領域の一部が前記第１領域の一部の上方に位置するように前記第１領域及び前記第２領域を形成する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項５】
前記結合部を形成するステップでは、前記第２層の積層方向から見たときの形状が楕円形又は多角形となるように当該第２領域を形成する
ことを特徴とする請求項４に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項６】
前記結合部を形成するステップでは、前記第２層の積層方向から見たときに異なる位置となる、複数の位置に前記結合部をそれぞれ形成する
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項７】
前記結合部を形成するステップでは、前記第２層の積層方向から見たときに同一直線上ではない位置となる、少なくとも３箇所に前記結合部をそれぞれ形成する
ことを特徴とする請求項６に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項８】
前記結合部を形成するステップでは、前記結合部を前記第２層の積層方向に沿って複数段形成する
ことを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項９】
前記結合部を形成するステップでは、複数段形成された前記結合部における前記第２領域の前記第２層の積層方向と直交する断面の断面積が、前記積層方向に沿って上方に向かうにつれて徐々に減少するように前記第２領域を形成する
ことを特徴とする請求項８に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項１０】
前記第２領域は、
前記第２金属部の上に形成され、前記第２領域の積層方向と直交する断面の断面積が前記第２金属部の断面積よりも小さい第２下部領域と、
前記第２下部領域の上に形成され、前記第２金属部の断面積よりも小さく、前記第２下部領域の断面積よりも大きい第２上部領域と、
を有し、
前記第１領域は、
前記第２下部領域を前記積層方向と直交する方向から取り囲む第１下部領域を有し、
前記結合部を形成するステップでは、前記第２下部領域の形成に先立って、前記第１下部領域を形成する
ことを特徴とする請求項４乃至９の何れか１項に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項１１】
前記結合部を形成するステップでは、前記第２下部領域の形成時に、前記第１下部領域から離れた位置から先に前記第２下部領域を形成する
ことを特徴とする請求項１０に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項１２】
前記結合部を形成するステップでは、前記第２上部領域の上部に前記第１層を形成することに先立って、該第１層と同じ高さ位置であって前記第２上部領域から離れた位置から先に前記第１層を積層する
ことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項１３】
前記結合部を形成するステップでは、前記第１金属及び前記第２金属とは種類が異なる第３金属の粉末を溶融して固化させた第３層が複数層積層された第３領域が前記第１領域と前記第２領域との間に介在するように前記結合部を形成する
ことを特徴とする請求項４乃至１２の何れか１項に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項１４】
前記第１金属と前記第２金属と前記第３金属とは、
前記第１金属と前記第３金属との何れか一方の金属に他方の金属が添加されると固溶体を形成可能な組み合わせであるか、
前記第２金属と前記第３金属との何れか一方の金属に他方の金属が添加されると固溶体を形成可能な組み合わせであるか、
前記第１金属と前記第３金属との何れか一方の金属に他方の金属が添加されると、前記他方の金属の添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせであるか、
前記第２金属と前記第３金属との何れか一方の金属に他方の金属が添加されると、前記他方の金属の添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせであるか、
の何れかである
ことを特徴とする請求項１３に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項１５】
第４金属からなる第４金属部を形成するステップと、
前記第４金属部の上に前記第４金属とは種類が異なる第５金属からなる第５金属部を形成するステップと、
前記第４金属の粉末を溶融して固化させた第４層が複数層積層された領域であって前記第４金属部に接続される第４領域と、前記第５金属の粉末を溶融して固化させた第５層が複数層積層された領域であって前記第５金属部に接続される第５領域とを含み、前記第４領域と前記第５領域とによって前記第４金属部と前記第５金属部とを結合する結合部、を形成するステップと、
を備え、
前記結合部を形成するステップでは、前記第４領域の一部が前記第５領域の一部の上方に位置するように前記第４領域及び前記第５領域を形成する
ことを特徴とする接合物の積層造形方法。
【請求項１６】
前記第４層は、前記第４金属の粉末を溶融して固化させて形成される線状のビードの集合である層が複数層積層されており、
前記結合部を形成するステップでは、前記第５領域の一部の上方に位置する前記第４領域の形成時において、前記第５領域との界面に近い層の形成時には、前記界面から遠い層の形成時よりも前記ビードの厚さを薄くするか、又は、前記ビードの幅を狭くする
ことを特徴とする請求項１５に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項１７】
前記結合部を形成するステップでは、
前記第４領域の少なくとも一部について、前記第４層の積層方向と交差する方向に延在する複数の第４下側桁と、前記第４層の積層方向と交差し且つ前記第４下側桁の延在方向と交差する方向に延在して、前記第４下側桁の上部に形成される複数の第４上側桁とが配置されるように形成し、
前記第５領域の少なくとも一部について、前記第５層の積層方向と交差する方向に延在する複数の第５下側桁と、前記第５層の積層方向と交差し且つ前記第５下側桁の延在方向と交差する方向に延在して、前記第５下側桁の上部に形成される複数の第５上側桁とが配置されるように形成し、
前記一の第４下側桁と前記一の第５下側桁とが同じ方向に延在し、且つ、前記一の第４上側桁と前記一の第５上側桁とが同じ方向に延在する
ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項１８】
前記一の第４下側桁及び前記一の第５下側桁の延在方向と交差する方向に沿って前記他の第４下側桁と前記他の第５下側桁とが交互に配置されるように前記第４下側桁及び前記第５下側桁を形成し、
前記一の第４上側桁及び前記一の第５上側桁の延在方向と交差する方向に沿って前記他の第４上側桁と前記他の第５上側桁とが交互に配置されるように前記第４上側桁及び前記第５上側桁を形成する
ことを特徴とする請求項１７に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項１９】
前記結合部を形成するステップでは、前記第４上側桁及び前記第４下側桁の対を前記第４金属部から前記第５金属部に向かって少なくとも２対有するように前記第４領域を形成する
ことを特徴とする請求項１７又は１８に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項２０】
前記結合部を形成するステップでは、前記結合部での前記第４層の積層方向と交差する方向に延在する断面において前記第４領域が占める割合が、前記第４金属部から前記第５金属部に近づくにつれて減るように前記結合部を形成する
ことを特徴とする請求項１９に記載の接合物の積層造形方法。
【請求項２１】
第６金属からなる第６金属部の貫通孔に、前記第６金属とは種類が異なる第７金属からなる第７金属部の柱状の突部を挿通させるステップと、
前記貫通孔に挿通された前記突部の先端、及び、前記第７金属部の表面のうち前記貫通孔の周囲の領域の少なくとも一部に前記第６金属の粉末を溶融して固化させて層を形成するステップと、
を備えることを特徴とする接合物の積層造形方法。
【請求項２２】
第８金属からなる第８部材に前記第８金属とは種類が異なる第９金属の粉末を溶融して固化させて層を形成するステップを備え、
前記第８部材は、
基部と、
基端が前記基部に接続されていて前記基部から突出する第１軸状部と、
前記第１軸状部の先端に接続されていて前記第１軸状部よりも径が大きい第２軸状部と、を有し、
前記層を形成するステップでは、前記第１軸状部の軸線を中心に前記第８部材を回転させながら、前記第１軸状部及び前記第２軸状部の外周に前記第９金属の粉末を溶融して固化させて層を形成する
ことを特徴とする接合物の積層造形方法。
【請求項２３】
第４金属からなる第４金属部と、
前記第４金属部の上に形成され、前記第４金属とは種類が異なる第５金属からなる第５金属部と、
前記第４金属によって形成されていて前記第４金属部に接続される第４領域と、前記第５金属によって形成されていて前記第５金属部に接続される第５領域とを含み、前記第４領域と前記第５領域とによって前記第４金属部と前記第５金属部とを結合する結合部と、
を備え、
前記結合部は、前記第４領域の一部が前記第５領域の一部の上方に位置する
ことを特徴とする接合部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、接合物の積層造形方法及び接合部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３次元積層造形が種々の製品の製造方法として利用されている。また、例えば、ＬＭＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｍｅｔａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式による積層造形方法において、異種材料を接合した接合部材を得ることが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１１０００１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えばＬＭＤ方式によって積層造形を行う場合、ある金属（第１金属）で構成されている部材の表面に他の金属（第２金属）の粉末を溶融して固化させて第２金属の層を形成することで異種金属材料を接合した接合部材を得ることができる。
しかし、金属の種類によっては、異種金属材料の接合界面において、第１金属と第２金属との金属間化合物による脆弱な領域が生成されてしまう。異種金属材料の接合界面において脆弱な領域が生成されてしまうと、接合界面における接合強度が低下して接合部材の強度が低下してしまう。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、異種金属材料を接合した接合部材の強度低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る接合物の積層造形方法は、
第１金属の粉末を溶融して固化させて第１層を形成するステップと、
前記第１金属とは種類が異なる第２金属の粉末を溶融して固化させて前記第１層の上に第２層を形成するステップと、
を備え、
前記第１金属と前記第２金属とは、
前記第２金属に前記第１金属が添加されると固溶体を形成可能な組み合わせであるか、又は、
前記第２金属に前記第１金属が添加されると、前記第１金属の添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせである
ことを特徴とする。
【０００７】
溶融した第２金属が第１層の表面に付着すると、第１層の一部が溶融して、溶融している第２金属に混入する。そのため、上述したように、第１金属及び第２金属の種類によっては、第１金属と第２金属との金属間化合物による脆弱な領域が生成されてしまう。
その点、上記（１）の方法では、第１金属と前記第２金属とは、上述したような固溶体を形成可能な組み合わせ、又は、上述したような融点が上昇する組み合わせである。
【０００８】
第１金属と第２金属とが、上述したような固溶体を形成可能な組み合わせであれば、第２層の形成時に、溶融している第２金属に第１金属が混入しても、第１金属と第２金属との金属間化合物ではなく、固溶体を生成させることができる。これにより、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制できるので、第１金属と第２金属との接合部材の強度低下を抑制できる。
【０００９】
また、第１金属と前記第２金属とが、上述したような融点が上昇する組み合わせであれば、第２層の形成時に、溶融した第２金属に溶融した第１金属が混入すると、第１金属と第２金属との混合部における融点が第２金属の融点よりも上昇して凝固する。これにより、第１層と溶融している第２金属との間に、第１金属と第２金属との混合部が凝固した層（混合層）が形成される。そのため、この混合層が第１層から溶融している第２金属への第１金属の混入を抑制するので、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制でき、第１金属と第２金属との接合部材の強度低下を抑制できる。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、前記固溶体を形成可能な組み合わせ、又は、前記融点が上昇する組み合わせとなる前記第１金属及び前記第２金属は選定される。
【００１１】
上記（２）の方法によれば、第１金属と第２金属とが上述したような固溶体を形成可能な組み合わせ、又は、上述したような融点が上昇する組み合わせとなるので、第１層と第２層との界面近傍で金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制でき、第１金属と第２金属との接合部材の強度低下を抑制できる。
【００１２】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の方法において、前記第２層を形成するステップでは、前記第２層における前記第１金属の含有量が前記固溶体を形成可能な限度以下となるような施工条件で第２層を形成する。
【００１３】
上記（３）の方法によれば、溶融している第２金属に第１金属が混入しても、第１金属と第２金属との金属間化合物ではなく、固溶体を生成させることができる。これにより、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制できるので、第１金属と第２金属との接合部材の強度低下を抑制できる。
【００１４】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの方法において、
前記第２金属からなる第２金属部を形成するステップと、
前記第２金属部の上に前記第１金属からなる第１金属部を形成するステップと、
前記第１層が複数層積層された領域であって前記第１金属部に接続される第１領域と、前記第２層が複数層積層された領域であって前記第２金属部に接続される第２領域とを含み、前記第１領域と前記第２領域とによって前記第１金属部と前記第２金属部とを結合する結合部、を形成するステップと、
をさらに備え、
前記結合部を形成するステップでは、前記第２領域の一部が前記第１領域の一部の上方に位置するように前記第１領域及び前記第２領域を形成する。
【００１５】
上記（４）の方法によれば、結合部において、第２領域の一部が第１領域の一部の上方に位置するように第１領域及び第２領域が形成されるので、第２金属部の上に第１金属部が形成される接合部材において、第１金属部と第２金属部とを互いに離間する方向に引張力が作用しても、第１領域の上記の一部と第２領域の上記の一部とが互いに相手側に向かって押圧されるように第１領域及び第２領域に応力が作用する。したがって、第１金属部と第２金属部とが互いに離間する方向に移動することを第１領域の上記の一部及び第２領域の上記の一部が規制する。
これにより、第１金属と第２金属との界面における接合強度だけでなく、第１領域と第２領域との機械的な結合によって第１金属部と第２金属部とを結合できるので、第１金属と第２金属との接合部材の強度を向上できる。
【００１６】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の方法において、前記結合部を形成するステップでは、前記第２層の積層方向から見たときの形状が楕円形又は多角形となるように当該第２領域を形成する。
【００１７】
結合部を形成するステップにおいて、第２層の積層方向から見たときの形状が例えば円形となるように当該第２領域を形成した場合のように、回転体となるように当該第２領域を形成した場合、仮に、第１金属と第２金属との界面における接合強度が十分でなかった場合には、当該回転体の中心軸を中心として第１金属部と第２金属部とが互いに回転してしまうおそれがある。
その点、上記（５）の方法によれば、結合部を形成するステップにおいて、第２層の積層方向から見たときの形状が楕円形又は多角形となるように当該第２領域を形成することで、仮に、第１金属と第２金属との界面における接合強度が十分でなかった場合であっても、上記のように、第１金属部と第２金属部とが互いに回転してしまうことを抑制できる。したがって、上記（５）の方法によれば、第１金属と第２金属との接合部材の強度を向上できる。
【００１８】
（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）の方法において、前記結合部を形成するステップでは、前記第２層の積層方向から見たときに異なる位置となる、複数の位置に前記結合部をそれぞれ形成する。
【００１９】
結合部を形成するステップにおいて、第２領域を上方、すなわち第２層の積層方向から見たときの形状が例えば円形となるような第２領域を１箇所にだけ形成した場合、仮に、第１金属と第２金属との界面における接合強度が十分でなかった場合には、当該回転体の中心軸を中心として第１金属部と第２金属部とが互いに回転してしまうおそれがある。
その点、上記（６）の方法によれば、第２層の積層方向から見たときに異なる位置となる、複数の位置に結合部をそれぞれ形成するので、上記のように、第１金属部と第２金属部とが互いに回転してしまうことを抑制できる。したがって、上記（６）の方法によれば、第１金属と第２金属との接合部材の強度を向上できる。
【００２０】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の方法において、前記結合部を形成するステップでは、前記第２層の積層方向から見たときに同一直線上ではない位置となる、少なくとも３箇所に前記結合部をそれぞれ形成する。
【００２１】
結合部を形成するステップにおいて、仮に、複数の結合部が第２層の積層方向から見たときに同一直線上に存在するように各結合部を形成した場合、仮に、第１金属と第２金属との界面における接合強度が十分でなかった場合には、当該直線と直交する面に沿って作用する曲げ応力に対して、接合部材の強度が不十分となるおそれがある。
その点、上記（７）の方法によれば、第２層の積層方向から見たときに同一直線上ではない位置となる、少なくとも３箇所に結合部がそれぞれ形成されるので、曲げ応力に対して、接合部材の強度が不十分となることを抑制できる。したがって、上記（７）の方法によれば、第１金属と第２金属との接合部材の強度を向上できる。
【００２２】
（８）幾つかの実施形態では、上記（４）乃至（７）の何れかの方法において、前記結合部を形成するステップでは、前記結合部を前記第２層の積層方向に沿って複数段形成する。
【００２３】
上記（８）の方法によれば、結合部を第２層の積層方向に沿って複数段形成することで、第１金属部と第２金属部との機械的な結合強度を向上できる。
【００２４】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の方法において、前記結合部を形成するステップでは、複数段形成された前記結合部における前記第２領域の前記第２層の積層方向と直交する断面の断面積が、前記積層方向に沿って上方に向かうにつれて徐々に減少するように前記第２領域を形成する。
【００２５】
上記（９）の方法によれば、複数段形成された結合部における第２領域の第２層の積層方向と直交する断面の断面積は、積層方向に沿って上方に向かうにつれて徐々に減少する。換言すると、第２領域の上記断面積は、積層方向に沿った下方、すなわち、第２金属部に近づくにつれて徐々に増加することとなる。
複数段形成された結合部では、第１金属部と第２金属部とが互いに離間する方向に引張されると、第２金属部から近い位置に形成された結合部では、当該結合部に作用する荷重に加えて、当該結合部よりも第２金属部から遠い位置に形成された結合部に作用する荷重を負担することとなる。そのため、結合部の強度の点から、結合部における第２領域の第２層の積層方向と直交する断面の断面積は、第２金属部に近づくにつれて増加することが望ましい。
その点、上記（９）の方法によれば、第２領域の上記断面積が第２金属部に近づくにつれて徐々に増加するので、複数段形成された結合部の強度を確保できる。
【００２６】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（４）乃至（９）の何れかの方法において、
前記第２領域は、
前記第２金属部の上に形成され、前記第２領域の積層方向と直交する断面の断面積が前記第２金属部の断面積よりも小さい第２下部領域と、
前記第２下部領域の上に形成され、前記第２金属部の断面積よりも小さく、前記第２下部領域の断面積よりも大きい第２上部領域と、
を有し、
前記第１領域は、
前記第２下部領域を前記積層方向と直交する方向から取り囲む第１下部領域を有し、
前記結合部を形成するステップでは、前記第２下部領域の形成に先立って、前記第１下部領域を形成する。
【００２７】
上記（１０）の方法によれば、第２下部領域の形成に先立って、第１下部領域を形成するので、第２下部領域の形成時に、溶融している第２金属に第１下部領域からの第１金属が混入する可能性がある。しかし、上記（１０）の方法における第１金属と第２金属との組み合わせは、上記（４）の方法と同様に、上記（１）の方法による組み合わせとなる。
したがって、第１金属と第２金属とが、上述したような固溶体を形成可能な組み合わせであれば、第２下部領域の形成時に、溶融している第２金属に第１下部領域からの第１金属が混入しても、第１金属と第２金属との金属間化合物ではなく、固溶体を生成させることができる。これにより、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制できるので、第１金属と第２金属との接合部材の強度低下を抑制できる。
【００２８】
また、第１金属と前記第２金属とが、上述したような融点が上昇する組み合わせであれば、第２下部領域の形成時に、溶融した第２金属に溶融した第１金属が混入すると、第１金属と第２金属との混合部における融点が第２金属の融点よりも上昇して凝固する。これにより、第１下部領域と溶融している第２金属との間に、第１金属と第２金属との混合部が凝固した層（混合層）が形成される。そのため、この混合層が第１下部領域から溶融している第２金属への第１金属の混入を抑制するので、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制でき、第１金属と第２金属との接合部材の強度低下を抑制できる。
【００２９】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の方法において、前記結合部を形成するステップでは、前記第２下部領域の形成時に、前記第１下部領域から離れた位置から先に前記第２下部領域を形成する。
【００３０】
上記（１１）の方法によれば、前記第２下部領域の形成時に、第１下部領域から離れた位置から先に第２下部領域を形成することで、第２下部領域における、第１下部領域に由来する第１金属が混入する領域が拡大することを抑制できる。
【００３１】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１０）又は（１１）の方法において、前記結合部を形成するステップでは、前記第２上部領域の上部に前記第１層を形成することに先立って、該第１層と同じ高さ位置であって前記第２上部領域から離れた位置から先に前記第１層を積層する。
【００３２】
上記（１２）の方法によれば、第２上部領域に由来する第２金属が混入する第１層の範囲を狭めることができる。
【００３３】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（４）乃至（１２）の何れかの方法において、前記結合部を形成するステップでは、前記第１金属及び前記第２金属とは種類が異なる第３金属の粉末を溶融して固化させた第３層が複数層積層された第３領域が前記第１領域と前記第２領域との間に介在するように前記結合部を形成する。
【００３４】
第１金属と第２金属とで線膨張係数が異なると、接合部材の温度変化によって第１金属と第２金属とが接する界面の近傍に熱応力が発生する。そのため、第１金属と第２金属とで線膨張係数の差が大きい場合、線膨張係数の差が小さい場合と比べて発生する熱応力の値が大きくなるので、第１金属と第２金属との接合強度の低下を招きやすい。
その点、上記（１２）の方法によれば、第３金属による第３領域が第１領域と第２領域との間に介在するように結合部が形成されるので、第３金属として第１金属の線膨張係数と第２金属の線膨張係数との間の値の線膨張係数を有する金属を選択するか、軟質の金属を選択すること等によって第１領域及び第２領域における熱応力を緩和できる。これにより、接合部材の強度の低下を抑制できる。
【００３５】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）の方法において、
前記第１金属と前記第２金属と前記第３金属とは、
前記第１金属と前記第３金属との何れか一方の金属に他方の金属が添加されると固溶体を形成可能な組み合わせであるか、
前記第２金属と前記第３金属との何れか一方の金属に他方の金属が添加されると固溶体を形成可能な組み合わせであるか、
前記第１金属と前記第３金属との何れか一方の金属に他方の金属が添加されると、前記他方の金属の添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせであるか、
前記第２金属と前記第３金属との何れか一方の金属に他方の金属が添加されると、前記他方の金属の添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせであるか、
の何れかである。
【００３６】
上記（１４）の方法によれば、第１金属と第３金属との界面近傍や第２金属と第３金属との界面近傍において、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制できるので、界面近傍の強度低下を抑制できる。
【００３７】
（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係る接合物の積層造形方法は、
第４金属からなる第４金属部を形成するステップと、
前記第４金属部の上に前記第４金属とは種類が異なる第５金属からなる第５金属部を形成するステップと、
前記第４金属の粉末を溶融して固化させた第４層が複数層積層された領域であって前記第４金属部に接続される第４領域と、前記第５金属の粉末を溶融して固化させた第５層が複数層積層された領域であって前記第５金属部に接続される第５領域とを含み、前記第４領域と前記第５領域とによって前記第４金属部と前記第５金属部とを結合する結合部、を形成するステップと、
を備え、
前記結合部を形成するステップでは、前記第４領域の一部が前記第５領域の一部の上方に位置するように前記第４領域及び前記第５領域を形成する
ことを特徴とする。
【００３８】
上記（１５）の方法によれば、結合部において、第４領域の一部が第５領域の一部の上方に位置するように第４領域及び第５領域が形成されるので、第４金属部の上に第５金属部が形成される接合部材において、第４金属部と第５金属部とを互いに離間する方向に引張力が作用しても、第４領域の上記の一部と第５領域の上記の一部とが互いに相手側に向かって押圧されるように第４領域及び第５領域に応力が作用する。したがって、第４金属部と第５金属部と互いに離間する方向に移動することを第４領域の上記の一部及び第５領域の上記の一部が規制する。
これにより、第４領域と第５領域との機械的な結合によって第４金属部と第５金属部とを結合できるので、第４金属と第５金属との接合部材の強度を確保できる。
【００３９】
（１６）幾つかの実施形態では、上記（１５）の方法において、
前記第４層は、前記第４金属の粉末を溶融して固化させて形成される線状のビードの集合である層が複数層積層されており、
前記結合部を形成するステップでは、前記第５領域の一部の上方に位置する前記第４領域の形成時において、前記第５領域との界面に近い層の形成時には、前記界面から遠い層の形成時よりも前記ビードの厚さを薄くするか、又は、前記ビードの幅を狭くする。
【００４０】
例えば、Ｆｅ−Ｔｉ系の合金では、Ｆｅ又はＴｉの何れか一方の金属に他方の金属が混入しても、固溶体は形成されない。また、例えば、Ｆｅ−Ｔｉ系の合金では、Ｆｅ又はＴｉの何れか一方の金属に他方の金属が混入しても、他方の金属の添加量が増えるにつれて融点が降下する。そのため、ＦｅとＴｉとの混合層では、ＦｅとＴｉとが混合することで、混合層の全体でＦｅとＴｉとの金属間化合物が生成され、硬度が上昇して脆弱化する。
しかし、この混合層の上にさらに上記一方の金属による層を複数層積層させていくと、該混合層から離れた層の方が該混合層に近い層よりも上記他方の金属の含有量が減少する。そのため、該混合層の上にさらに上記一方の金属による層を複数層積層させていくと、該混合層に近い層では、硬度が上昇して脆弱となるが、該混合層から離れた層では、硬度の上昇割合が減少する。
【００４１】
その点、上記（１６）の方法によれば、第５領域の一部の上方に位置する第４領域の形成時において、第５領域との界面に近い層の形成時には、該界面から遠い層の形成時よりもビードの厚さを薄くするか、又は、ビードの幅を狭くする。したがって、第４領域のうち、第５領域との界面に近い第４層が上述したように脆弱化する場合であっても、脆弱となる領域の拡大を抑制できるので、第４金属と第５金属との接合部材の強度低下を抑制できる。
【００４２】
（１７）幾つかの実施形態では、上記（１５）又は（１６）の方法において、
前記結合部を形成するステップでは、
前記第４領域の少なくとも一部について、前記第４層の積層方向と交差する方向に延在する複数の第４下側桁と、前記第４層の積層方向と交差し且つ前記第４下側桁の延在方向と交差する方向に延在して、前記第４下側桁の上部に形成される複数の第４上側桁とが配置されるように形成し、
前記第５領域の少なくとも一部について、前記第５層の積層方向と交差する方向に延在する複数の第５下側桁と、前記第５層の積層方向と交差し且つ前記第５下側桁の延在方向と交差する方向に延在して、前記第５下側桁の上部に形成される複数の第５上側桁とが配置されるように形成し、
前記一の第４下側桁と前記一の第５下側桁とが同じ方向に延在し、且つ、前記一の第４上側桁と前記一の第５上側桁とが同じ方向に延在する。
【００４３】
上記（１７）の方法によれば、結合部において、交差する桁によって形成された第４領域と第５領域とによって、第４領域と第５領域とを直接または間接的に互いに機械的に結合できるので、第４金属部と第５金属部との接合部材の強度を確保できるとともに、第４金属と第５金属との線膨張係数の差に起因する熱応力を緩和できる。
【００４４】
（１８）幾つかの実施形態では、上記（１７）の方法において、
前記一の第４下側桁及び前記一の第５下側桁の延在方向と交差する方向に沿って前記他の第４下側桁と前記他の第５下側桁とが交互に配置されるように前記第４下側桁及び前記第５下側桁を形成し、
前記一の第４上側桁及び前記一の第５上側桁の延在方向と交差する方向に沿って前記他の第４上側桁と前記他の第５上側桁とが交互に配置されるように前記第４上側桁及び前記第５上側桁を形成する。
【００４５】
上記（１８）の方法によれば、結合部において、交差する桁によって形成された第４領域と第５領域とによって、第４領域と第５領域とを直接、互いに機械的に結合できるので、第４金属部と第５金属部との接合部材の強度を確保できるとともに、第４金属と第５金属との線膨張係数の差に起因する熱応力を緩和できる。
【００４６】
（１９）幾つかの実施形態では、上記（１７）又は（１８）の方法において、前記結合部を形成するステップでは、前記第４上側桁及び前記第４下側桁の対を前記第４金属部から前記第５金属部に向かって少なくとも２対有するように前記第４領域を形成する。
【００４７】
上記（１９）の方法によれば、第４上側桁及び第４下側桁の対が１対だけである場合と比べて、第４領域と第５領域との結合段数を増やすことができる。これにより、第４金属と第５金属との線膨張係数の差に起因する熱応力を緩和し易くなる。
【００４８】
（２０）幾つかの実施形態では、上記（１９）の方法において、前記結合部を形成するステップでは、前記結合部での前記第４層の積層方向と交差する方向に延在する断面において前記第４領域が占める割合が、前記第４金属部から前記第５金属部に近づくにつれて減るように前記結合部を形成する。
【００４９】
上記（２０）の方法によれば、結合部での第４層の積層方向と交差する方向に延在する断面において第４領域が占める割合が、第４金属部から第５金属部に近づくにつれて減るように結合部を形成することで、第４金属と第５金属との線膨張係数の差に起因する熱応力をより効果的に緩和できる。
【００５０】
（２１）本発明の少なくとも一実施形態に係る接合物の積層造形方法は、
第６金属からなる第６金属部の貫通孔に、前記第６金属とは種類が異なる第７金属からなる第７金属部の柱状の突部を挿通させるステップと、
前記貫通孔に挿通された前記突部の先端、及び、前記第７金属部の表面のうち前記貫通孔の周囲の領域の少なくとも一部に前記第６金属の粉末を溶融して固化させて層を形成するステップと、
を備えることを特徴とする。
【００５１】
上記（２１）の方法によれば、貫通孔に挿通された突部の先端、及び、第７金属部の表面のうち貫通孔の周囲の領域の少なくとも一部に第６金属の粉末を溶融して固化させて層を形成することで、それぞれ別々に作成した第６金属部と第７金属部とを組み立てて結合することができる。
【００５２】
（２２）本発明の少なくとも一実施形態に係る接合物の積層造形方法は、
第８金属からなる第８部材に前記第８金属とは種類が異なる第９金属の粉末を溶融して固化させて層を形成するステップを備え、
前記第８部材は、
基部と、
基端が前記基部に接続されていて前記基部から突出する第１軸状部と、
前記第１軸状部の先端に接続されていて前記第１軸状部よりも径が大きい第２軸状部と、を有し、
前記層を形成するステップでは、前記第１軸状部の軸線を中心に前記第８部材を回転させながら、前記第１軸状部及び前記第２軸状部の外周に前記第９金属の粉末を溶融して固化させて層を形成する
ことを特徴とする。
【００５３】
上記（２２）の方法によれば、第１軸状部の基端に接続された基部の径が第１軸状部の径よりも大きく、第１軸状部の先端に第１軸状部よりも径が大きい第２軸状部が形成されている場合であっても、第１軸状部及び第２軸状部の外周に第９金属の粉末を溶融して固化させて層を形成することができる。
【００５４】
（２３）本発明の少なくとも一実施形態に係る接合部材は、
第４金属からなる第４金属部と、
前記第４金属部の上に形成され、第４金属とは種類が異なる第５金属からなる第５金属部と、
前記第４金属によって形成されていて前記第４金属部に接続される第４領域と、前記第５金属によって形成されていて前記第５金属部に接続される第５領域とを含み、前記第４領域と前記第５領域とによって前記第４金属部と前記第５金属部とを結合する結合部と、
を備え、
前記結合部は、前記第４領域の一部が前記第５領域の一部の上方に位置する
ことを特徴とする。
【００５５】
上記（２３）の構成によれば、結合部において、第４領域の一部が第５領域の一部の上方に位置するので、第４金属部の上に第５金属部が形成されている接合部材において、第４金属部と第５金属部とを互いに離間する方向に引張力が作用しても、第４領域の上記の一部と第５領域の上記の一部とが互いに相手側に向かって押圧されるように第４領域及び第５領域に応力が作用する。したがって、第４金属部と第５金属部と互いに離間する方向に移動することを第４領域の上記の一部及び第５領域の上記の一部が規制する。
これにより、第４領域と第５領域との機械的な結合によって第４金属部と第５金属部とを結合できるので、接合部材の強度を確保できる。
【発明の効果】
【００５６】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、異種金属材料を接合した接合部材の強度低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】幾つかの実施形態に係る積層造形方法を適用可能な３次元積層造形装置の構成の概略を示す図である。
【図２】２元系状態図の幾つかの例を示す図である。
【図３Ａ】Ａｌに対してＴｉの混入量が増えるにつれて融点が上昇することを説明するための模式的な図である。
【図３Ｂ】Ａｌに対してＴｉの混入量が増えるにつれて融点が上昇することを説明するための模式的な図である。
【図３Ｃ】Ａｌに対してＴｉの混入量が増えるにつれて融点が上昇することを説明するための模式的な図である。
【図４Ａ】Ｔｉに対してＮｉの混入量が増えるにつれて融点が下降することを説明するための模式的な図である。
【図４Ｂ】Ｔｉに対してＮｉの混入量が増えるにつれて融点が下降することを説明するための模式的な図である。
【図４Ｃ】Ｔｉに対してＮｉの混入量が増えるにつれて融点が下降することを説明するための模式的な図である。
【図４Ｄ】Ｔｉに対してＮｉの混入量が増えるにつれて融点が下降することを説明するための模式的な図である。
【図５】幾つかの実施形態に係る積層造形方法における処理手順を示したフローチャートである。
【図６】第１金属がＦｅである第１金属部の上面に第２金属であるＴｉによる第２層を複数層積層させて形成された部材の硬さを測定したグラフの一例である。
【図７Ａ】結合部の一例を示す模式的な図である。
【図７Ｂ】図７Ａをｂ−ｂ断面で切断したとき現れる断面を示す図である。
【図８Ａ】図７Ｂにおける破線で囲んだ領域の形成手順について説明する模式的な断面図である。
【図８Ｂ】図７Ｂにおける破線で囲んだ領域の形成手順について説明する模式的な断面図である。
【図８Ｃ】図７Ｂにおける破線で囲んだ領域の形成手順について説明する模式的な断面図である。
【図８Ｄ】図７Ｂにおける破線で囲んだ領域の形成手順について説明する模式的な断面図である。
【図９Ａ】拡径部の上面よりも上側に位置する結合領域の形成手順について説明する模式的な断面図である。
【図９Ｂ】拡径部の上面よりも上側に位置する結合領域の形成手順について説明する模式的な断面図である。
【図９Ｃ】拡径部の上面よりも上側に位置する結合領域の形成手順について説明する模式的な断面図である。
【図９Ｄ】拡径部の上面よりも上側に位置する結合領域の形成手順について説明する模式的な断面図である。
【図１０】結合部の他の実施形態の一例を示す図である。
【図１１】結合部の他の実施形態の一例を示す図である。
【図１２Ａ】結合部の他の実施形態の一例を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示す３次元積層造形物の断面図である。
【図１３】幾つかの実施形態に係る３次元積層造形物の断面形状の例を説明するための図である。
【図１４】幾つかの実施形態に係る３次元積層造形物の他の実施形態を説明するための図である。
【図１５】結合部のさらに他の実施形態の一例を示す図である。
【図１６】結合部のさらに他の実施形態の一例を示す図である。
【図１７】図１６に示した３次元積層造形物における結合領域の形成方法を説明するために、結合領域を簡略化して描いた図である。
【図１８】図１６に示した３次元積層造形物に対して、図１４に示したようなインサート部材を適用した場合の一例を示す図である。
【図１９】図１６に示した３次元積層造形物に対して、図１４に示したようなインサート部材を適用した場合の他の例を示す図である。
【図２０】それぞれ別々に製造された２つの部材を積層造形によって結合して、一つの接合物を形成する方法の一例について説明するための模式的な図である。
【図２１】それぞれ別々に製造された２つの部材を積層造形によって結合して、一つの接合物を形成する方法の他の例について説明するための模式的な図である。
【図２２】予め製造された部材に対して積層造形によって部位を形成する方法の一例について説明するための模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００５９】
図１は、幾つかの実施形態に係る積層造形方法を適用可能な３次元積層造形装置１の構成の概略を示す図である。
一実施形態の３次元積層造形装置１は、ＬＭＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｍｅｔａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式による造形装置であり、立体的な積層造形物（３次元積層造形物）の材料である金属粉末等にレーザビーム等のエネルギービームを照射して溶融させ、溶融した金属粉末を吹き付け、固化させて積層することで３次元積層造形物２を造形する装置である。一実施形態の３次元積層造形装置１は、光源５と、ノズル７と、造形台９とを備えている。
【００６０】
光源５は、レーザービーム等のエネルギービーム１１を発生させる。光源５からのエネルギービーム１１は、造形台９に向けて照射される。ノズル７は、ノズル７の先端から造形台９上に３次元積層造形物２の原料である金属粉末１３を供給する。矢印１５で示すように走査されるノズル７の先端から供給された金属粉末１３は、エネルギービーム１１によって加熱されて溶融した状態で造形台９上に供給される。このようにして、一実施形態の３次元積層造形装置１は、造形台９上に、ノズル７の走査方向に沿って延在する線状のビードを形成できる。一実施形態の３次元積層造形装置１は、ノズル７の走査を繰り返すことで、面状の金属層を形成することができる。すなわち、一実施形態の３次元積層造形装置１によって形成される金属層は、線状のビードの集合である。一実施形態の３次元積層造形装置１は、この金属層を複数層積層させることで３次元積層造形物２を造形することができる。
【００６１】
また、図示はしないが、一実施形態の３次元積層造形装置１は、ノズル７から供給する金属粉末１３の種類を変更することができる。すなわち一実施形態の３次元積層造形装置１は、金属粉末１３の図示しない供給系統を少なくとも２系統備えている。一実施形態の３次元積層造形装置１は、当該供給系統を適宜切り替えることによって、少なくとも２種類の金属粉末１３を原料とした３次元積層造形物２を造形することができる。具体的には、一実施形態の３次元積層造形装置１では、ある種類の金属（例えば第１金属と呼ぶ）の金属粉末と、第１金属とは種類が異なる第２金属の金属粉末とを原料に用い、第１金属から構成される部位（以下、第１金属部２１とも呼ぶ）と、第２金属から構成される部位（以下、第２金属部２２とも呼ぶ）とが一体化された３次元積層造形物２を造形することができる。以下の説明では、当該３次元積層造形物２のように、異種金属材料が接合された３次元積層造形物を接合部材とも呼ぶ。
【００６２】
なお、図１では、説明の便宜上、溶融して固化することで形成された金属の層について、隣り合う層との境界を２点鎖線で表しているが、実際には、このような境界は目視によって視認できない場合がある。
また、図１では、第１金属によって形成された第１層２１ａが複数層積層されて第１金属部２１が構成されている様子を模式的に示している。また、図１では、第１金属部２１の上面に第２金属によって形成された第２層２２ａの１層目の形成途中の様子を模式的に示している。
【００６３】
第１金属部と第２金属部とが接合された３次元積層造形物２では、第１金属と第２金属との接合界面近傍において、第１金属と第２金属とが混合が生じる。具体的には、例えば、既に形成されている第１金属部の上に第２金属の層を形成させる場合、溶融した第２金属が第１金属部の表面に付着すると、第１金属部表面の一部が溶融して、溶融している第２金属に混入する。
この時、金属の種類によっては、溶融している第２金属に第１金属が混入することで、第１金属と第２金属との金属間化合物による脆弱な領域が生成されてしまう。異種金属材料の接合界面において脆弱な領域が生成されてしまうと、接合界面における接合強度が低下して接合部材の強度が低下してしまう。
【００６４】
しかし、第１金属と第２金属との組み合わせが、例えば第１金属と第２金属との固溶体を形成可能な組み合わせであれば、第１金属と第２金属との金属間化合物ではなく、固溶体を生成させることで、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制できる。
【００６５】
図２は、２元系状態図の幾つかの例を示す図である。図２では、例えばＮｉ−Ｔｉ系状態図と、Ｆｅ−Ｔｉ系状態図と、Ｔｉ−Ａｌ系状態図と、Ｆｅ−Ａｌ系状態図とを例示している。各状態図における領域５１は、固溶体のみが得られる領域を示し、領域５２は、金属間化合物と固溶体、又は、金属間化合物のみが得られる領域を示す。
【００６６】
図２から明らかなように、Ｎｉ−Ｔｉ系では、Ｎｉを主成分金属とし、Ｔｉを添加金属とした場合に固溶体が得られることが分かる。したがって、既に形成されているＴｉから構成される部位の表面にＮｉの層を形成させることで、溶融しているＮｉにＴｉから構成される部位からＴｉが混入して、ＮｉとＴｉとの界面近傍でＮｉとＴｉとによる固溶体を形成することができる。これにより、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制できるので、ＮｉとＴｉとの接合部材の強度低下を抑制できる。
【００６７】
同様に、Ｔｉ−Ａｌ系では、Ｔｉを主成分金属とし、Ａｌを添加金属とした場合に固溶体が得られ、Ｆｅ−Ａｌ系では、Ｆｅを主成分金属とし、Ａｌを添加金属とした場合に固溶体が得られることが分かる。したがって、既に形成されているＡｌから構成される部位の表面にＴｉの層を形成させることで、ＴｉとＡｌとの界面近傍でＴｉとＡｌとによる固溶体を形成することができる。また、既に形成されているＡｌから構成される部位の表面にＦｅの層を形成させることで、ＦｅとＡｌとの界面近傍でＦｅとＡｌとによる固溶体を形成することができる。
なお、図２から明らかなように、Ｆｅ−Ｔｉ系では、Ｆｅを主成分金属とし、Ｔｉを添加金属とした場合、及び、Ｔｉを主成分金属とし、Ｆｅを添加金属とした場合の何れであっても、固溶体が得られないことが分かる。
【００６８】
なお、図２において、太線の実線で表した相の境界線５５で示すように、主成分金属に対して添加金属としての他の金属が混入すると、混入量が増えるにつれて融点が上昇する場合がある。また、図２において、太線の破線で表した相の境界線５６で示すように、主成分金属に対して添加金属としての他の金属が混入すると、混入量が増えるにつれて融点が下降する場合がある。なお、Ｆｅ−Ａｌ系状態図において、Ａｌを主成分金属とし、Ｆｅを添加金属とした場合に、Ｆｅの混入量が増えるにつれて融点が下降する領域が存在するが、当該領域が小さいため、図２においては図示を省略する。
【００６９】
例えば、Ｔｉ−Ａｌ系のように、主成分金属であるＡｌに対してＴｉが混入すると、混入量が増えるにつれて融点が上昇する場合について、図３Ａ〜図３Ｃを参照して説明する。なお、図３Ａ〜図３Ｃは、Ａｌに対してＴｉの混入量が増えるにつれて融点が上昇することを説明するための模式的な図である。
【００７０】
図３Ａに示すように既に形成されているＴｉから構成される部位３１に溶融したＡｌ３２が付着すると、Ｔｉから構成される部位３１の表面が溶融して、Ｔｉから構成される部位３１と溶融したＡｌ３２との界面３３の近傍でＴｉとＡｌとが混合する。
【００７１】
界面３３の近傍でＴｉとＡｌとが混合すると、この混合部の融点がＡｌ３２の融点よりも上昇して、図３Ｂに示すように、当該混合部３４が凝固する。これにより、Ｔｉから構成される部位３１と溶融しているＡｌ３２との間に、ＴｉとＡｌとの混合部３４が凝固した層（混合層）３４Ａが形成される。そのため、混合層３４ＡがＴｉから構成される部位３１からのＴｉと溶融したＡｌ３２との混合が進行することを防止する。
その後、図３Ｃに示すように、溶融したＡｌ３２が凝固することで、Ａｌの層３５が形成される。
なお、Ｔｉ−Ａｌ系の場合、Ａｌが主成分金属である混合層３４Ａでは、Ｔｉが混入することでＡｌとＴｉとの金属間化合物が生成されている。しかし、混合層３４Ａの厚さがＡｌの層３５の厚さと比べて薄いため、脆弱な領域の厚さがＡｌの層３５の厚さと比べて薄い。そのため、ＴｉとＡｌとの接合部材の強度に与える影響を小さくすることができる。
【００７２】
上述したＴｉ−Ａｌ系の場合とは逆に、Ｎｉ−Ｔｉ系のように、主成分金属であるＴｉに対してＮｉが混入すると、混入量が増えるにつれて融点が下降する場合について、図４Ａ〜図４Ｄを参照して説明する。なお、図４Ａ〜図４Ｄは、Ｔｉに対してＮｉの混入量が増えるにつれて融点が上昇することを説明するための模式的な図である。
【００７３】
図４Ａに示すように既に形成されているＮｉから構成される部位４１に溶融したＴｉ４２が付着すると、Ｎｉから構成される部位４１の表面が溶融して、Ｎｉから構成される部位４１と溶融したＴｉ４２との界面４３の近傍でＮｉとＴｉとが混合する。
【００７４】
図４Ｂに示すように、界面４３の近傍でＮｉとＴｉとが混合すると、この混合部４４の融点がＴｉ４２の融点よりも下降する。そのため、混合部４４が溶融した状態が保たれて、Ｎｉから構成される部位４１からのＮｉと溶融したＴｉ４２との混合が進行する。当該混合の進行によって溶融したＴｉ４２に対するＮｉの混入量が増えると、混合部４４の融点がさらに下降するので、混合部４４が溶融した状態が保たれ、Ｎｉから構成される部位４１からのＮｉと溶融したＴｉ４２との混合がさらに進行する。これにより、図４Ｃに示すように、溶融領域の全体にわたってＮｉが混入して混合部４４となる。その後、図４Ｄに示すように、混合部４４が凝固して混合層４４Ａが形成される。
なお、Ｎｉ−Ｔｉ系の場合、Ｔｉが主成分である混合層４４Ａでは、Ｎｉが混入することでＴｉとＮｉとの金属間化合物が生成されている。
【００７５】
以上の点を踏まえれば、既に形成されている第１金属部の上に第２金属の層を形成させる場合、接合部材の強度低下を抑制するためには、第１金属と第２金属との組み合わせは、次の（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れかの条件を満たしていることが望ましい。
（ａ）主成分金属としての第２金属に添加金属としての第１金属が添加されると固溶体を形成可能な組み合わせ
（ｂ）主成分金属としての第２金属に添加金属としての第１金属が添加されると、第１金属の添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせ
【００７６】
そこで、幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、上記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たすようにしている。
図５は、幾つかの実施形態に係る積層造形方法における処理手順を示したフローチャートである。
幾つかの実施形態に係る積層造形方法は、選定ステップＳ１０と、第１層形成ステップＳ２０と、第２層形成ステップＳ３０とを備えている。
【００７７】
選定ステップＳ１０は、上記条件（ａ）のように固溶体を形成可能な組み合わせ、又は、上記条件（ｂ）のように融点が上昇する組み合わせとなる第１金属及び第２金属を選定するステップである。
具体的には、選定ステップＳ１０では、例えば図２に示したような状態図に基づいて、上記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たす金属材料の組み合わせを選択して、最初に部位を形成しておく金属（第１金属）と、後から層を形成する方の金属（第２金属）を決定する。なお、第１金属及び第２金属をどの種類の金属とするのかを、状態図に基づいて人が判断して決定するようにしてもよい。また、例えば不図示のコンピュータの記憶部に上記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れかの条件を満たす金属の組み合わせに関する情報や図２に示したような状態図に関する情報等を記憶させておき、第１金属及び第２金属をどの種類の金属とするのかをコンピュータのＣＰＵが決定するようにしてもよい。
【００７８】
第１層形成ステップＳ２０は、一実施形態の３次元積層造形装置１を用いて、第１金属の粉末を溶融して固化させて第１層２１ａを形成するステップである。
第１層形成ステップＳ２０は、第１金属による第１層２１ａを複数層積層させて、第１金属からなる第１金属部２１（図１参照）を形成する。
【００７９】
第２層形成ステップＳ３０は、一実施形態の３次元積層造形装置１を用いて、第２金属の粉末を溶融して固化させて第１層２１ａ（第１金属部２１）の上に第２層２２ａを形成するステップである。
第２層形成ステップＳ３０は、第２金属による第２層２２ａを複数層積層させて、第２金属からなる第２金属部２２（図１参照）を第１金属部２１の上に形成する。
【００８０】
このように、幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、第１層形成ステップＳ２０と、第２層形成ステップＳ３０とを備えている。そして、幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、第１金属と第２金属とは、上記条件（ａ）又は（ｂ）の少なくとも何れか一方を満たす組み合わせである。
【００８１】
第１金属と前記第２金属とが、上述したような固溶体を形成可能な組み合わせであれば、第２層２２ａの形成時に、溶融している第２金属に第１金属が混入しても、第１金属と第２金属との金属間化合物ではなく、固溶体を生成させることができる。これにより、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制できるので、第１金属と第２金属との接合部材である３次元積層造形物２の強度低下を抑制できる。
【００８２】
また、第１金属と前記第２金属とが、上述したような融点が上昇する組み合わせであれば、第２層２２ａの形成時に、溶融した第２金属に溶融した第１金属が混入すると、第１金属と第２金属との混合部２４（図３Ｂ参照）における融点が第２金属の融点よりも上昇して凝固する。これにより、第１層２１ａと溶融している第２金属との間に、第１金属と第２金属との混合部２４が凝固した層（混合層２４Ａ）が形成される。そのため、この混合層２４Ａが第１層２１ａから溶融している第２金属への第１金属の混入を抑制するので、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制でき、第１金属と第２金属との接合部材である３次元積層造形物２の強度低下を抑制できる。
【００８３】
また、幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、選定ステップＳ１０をさらに備えている。
これにより、第１金属と第２金属とが上述したような固溶体を形成可能な組み合わせ、又は、上述したような融点が上昇する組み合わせとなるので、第１層と第２層との界面近傍で金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制でき、第１金属と第２金属との接合部材である３次元積層造形物２の強度低下を抑制できる。
【００８４】
なお、第２層形成ステップＳ３０では、第２層２２ａにおける第１金属の含有量が上述したような固溶体を形成可能な限度以下となるような施工条件で第２層２２ａを形成する。
具体的には、エネルギービーム１１の出力、エネルギービーム１１のパルスデューティ、ノズル７の走査速度、金属粉末１３の供給速度等を調節することによって、施工条件を適宜変更することができる。なお、エネルギービーム１１のパルスデューティとは、単位時間当たりのエネルギービーム１１の照射時間の割合を表すパラメータである。
【００８５】
これにより、溶融している第２金属に第１金属が混入しても、第１金属と第２金属との金属間化合物ではなく、固溶体を生成させることができる。これにより、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制できるので、第１金属と第２金属との接合部材である３次元積層造形物２の強度低下を抑制できる。
【００８６】
なお、Ｆｅ−Ｔｉ系のように、上記条件（ａ）及び（ｂ）の何れも満たさない場合、第２金属の溶融領域の全体にわたってＦｅとＴｉとが混合し、その後、混合部４４が凝固してＦｅとＴｉとの混合層４４Ａが形成される（図４Ｃ，４Ｄ参照）。ＦｅとＴｉとの混合層４４Ａでは、ＦｅとＴｉとが混合することで、混合層４４Ａの全体でＦｅとＴｉとの金属間化合物が生成される。
【００８７】
この混合層４４Ａの上にさらに第２金属による第２層２２ａを積層させていくと、既に積層されている第２層２２ａよりも、該第２層２２ａの上に新たに積層させた第２層２２ａの方が第１金属の含有量が少なくなる。すなわち、混合層４４Ａから離れた第２層２２ａの方が混合層４４Ａに近い第２層２２ａよりも第１金属の含有量が減少する。これは、新たに形成する第２層２２ａに混入することとなる第１金属は、当該新たに形成する第２層２２ａの下で既に形成されている第２層２２ａに含まれる第１金属に由来するものであるからである。
そのため、混合層４４Ａの上にさらに第２金属による第２層２２ａを積層させていくと、混合層４４Ａに近い第２層２２ａでは、硬度が上昇して脆弱となるが、混合層４４Ａから離れた第２層２２ａでは、硬度の上昇割合が減少する。
【００８８】
図６は、第１金属がＦｅである第１金属部２１の上面に第２金属であるＴｉによる第２層２２ａを複数層積層させて形成された部材の硬さを測定したグラフの一例である。図６に示すように、第２層２２ａの１層目では硬さが硬くなっているが４層目以降では、第１金属部２１側の硬さと同との硬さとなる。
【００８９】
そこで、幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、上記条件（ａ）及び（ｂ）の何れも満たさない場合、第２層形成ステップＳ３０において、第２層２２ａにおける第１金属の混入の影響が略無視できる所定の積層数まで、第２層２２ａを形成するビードの高さ又は幅の少なくとも一方を小さくして第２層２２ａを積層させることとする。
ビードの高さ又は幅の少なくとも一方を小さくするには、エネルギービーム１１の出力、エネルギービーム１１のパルスデューティ、ノズル７の走査速度、金属粉末１３の供給速度等を適宜調節すればよい。
なお、ビードの高さとは、第２層２２ａの積層方向に沿ったビードの大きさであり、ビードの幅とは、ノズル７の走査方向及び第２層２２ａの積層方向と直交する方向に沿ったビードの大きさである。
【００９０】
なお、後述するように、第１金属部２１と第２金属部２２とを機械的に結合する結合部を形成することで、第１金属部２１と第２金属部２２との結合強度を確保するようにした上で、上述したように、所定の積層数まで、第２層２２ａを形成するビードの高さ又は幅の少なくとも一方を小さくして第２層２２ａを積層させてもよい。
これにより、上記条件（ａ）及び（ｂ）の何れも満たさない場合であっても、硬度が上昇して脆弱となる領域の拡大を抑制できるので、第１金属と第２金属との接合部材である３次元積層造形物２の強度低下を抑制できる。
【００９１】
（結合部について）
上述した幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、第１金属部２１と第２金属部２２との接合強度（結合強度）は、第１金属部２１と第２金属部２２との界面における接合強度に依存している。しかし、第１金属部２１と第２金属部２２とを機械的に結合することで、第１金属部２１と第２金属部２２との結合強度を確保することが考えられる。
そこで、以下で説明する幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、第１金属部２１と第２金属部２２とを機械的に結合する結合部を形成することで、第１金属部２１と第２金属部２２との結合強度を確保するようにしている。
【００９２】
図７Ａは、結合部の一例を示す模式的な図である。図７Ｂは、図７Ａをｂ−ｂ断面で切断したとき現れる断面を示す図である。説明の便宜上、以下の説明では、図示下方の部位を下部金属部１０１と呼び、図示上方の部位を上部金属部１０２と呼ぶこととする。図７Ａに示した３次元積層造形物１００は、金属Ａから構成される下部金属部１０１と、金属Ａとは異なる金属Ｂから構成される上部金属部１０２とを有する。図７Ａにおける図示上下方向は、３次元積層造形物１００の積層造形時の上下方向と同じ方向である。すなわち、図７Ａに示した３次元積層造形物１００は、図示下方から順に金属層が積層されて形成されたものである。
【００９３】
図７Ａに示した３次元積層造形物１００は、下部金属部１０１の上面から上方に突出する縮径部１０３と、縮径部１０３の上部に形成される拡径部１０４とを有する。図７Ａに示した３次元積層造形物１００では、縮径部１０３及び拡径部１０４は円柱形状を有している。そのため、縮径部１０３及び拡径部１０４における、上下方向と直交する方向を径方向と称することとする。なお、説明の便宜上、図７Ａ以降の各図においても、上下方向と直交する方向を径方向と称することがある。例えば、図７Ａ以降の各図において円柱形状や円筒形状ではない部位に対しても、当該部位における上下方向と直交する方向を径方向と称することがあり、径方向の寸法を径、外径、内径等と称することがある。
【００９４】
縮径部１０３は、下部金属部１０１の外径よりも小さな外径を有する。拡径部１０４は、下部金属部１０１の外径よりも小さく、縮径部１０３よりも大きな外径を有する。
縮径部１０３及び拡径部１０４は、下部金属部１０１から連なる、金属Ａから構成される結合領域１０６を構成する。
縮径部１０３及び拡径部１０４の外表面は、上部金属部１０２から連なる、金属Ｂから構成される結合領域１０７に覆われており、結合領域１０７を形成する金属Ｂと接合されている。
なお、説明の便宜上、縮径部１０３及び拡径部１０４は、それぞれ円柱形状を有しているが、縮径部１０３が楕円柱形状や角柱形状を有していてもよく、拡径部１０４が楕円柱形状や角柱形状を有していてもよい。また、縮径部１０３が円柱形状を有し、拡径部１０４が角柱形状を有する等、縮径部１０３と拡径部１０４とが互いに異なる断面形状の柱形状を有していてもよい。
【００９５】
すなわち、拡径部１０４の下方には、金属Ｂから構成される結合領域１０７の一部の領域１０７ａが入り込んだ状態となっている。そのため、図７Ａに示した３次元積層造形物１００では、図７Ｂにおける破線９１で囲んだ領域のように、拡径部１０４と、拡径部１０４の下方に入り込んだ結合領域１０７の一部の領域１０７ａとが嵌合している。
すなわち、図７Ａに示した３次元積層造形物１００では、金属Ａから構成される結合領域１０６と、金属Ｂから構成される結合領域１０７とによって、下部金属部１０１と上部金属部１０２とを機械的に結合する結合部１１０が形成されている。
【００９６】
このような結合部１１０を有する３次元積層造形物１００を得るには、幾つかの実施形態に係る積層造形方法において、結合部１１０を形成するステップをさらに設ければよい。
すなわち、結合部１１０を形成するステップは、上部金属部１０２に接続される結合領域１０７と、下部金属部１０１に接続される結合領域１０６とを含み、上部金属部１０２に接続される結合領域１０７と下部金属部１０１に接続される結合領域１０６とによって上部金属部１０２と下部金属部１０１とを機械的に結合する結合部１１０、を形成するステップである。
そして、幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、結合部１１０を形成するステップでは、下部金属部１０１に接続される結合領域１０６の一部が上部金属部１０２に接続される結合領域１０７の一部（後述する領域１０７ａ）の上方に位置するように各結合領域１０６，１０７を形成する。
【００９７】
図７Ｂに示すように、３次元積層造形物１００に対して、下部金属部１０１と上部金属部１０２とを互いに離間する方向に引張力Ｆが作用しても、結合領域１０６の一部である拡径部１０４と、結合領域１０７の一部である領域１０７ａとが、矢印ｆで示すように、互いに相手側に向かって押圧されるように結合領域１０６及び結合領域１０７に応力が作用する。したがって、下部金属部１０１と上部金属部１０２とが互いに離間する方向に移動することを結合領域１０６の一部である拡径部１０４と結合領域１０７の一部である領域１０７ａとが規制する。
これにより、金属Ａと金属Ｂとの界面における接合強度だけでなく、金属Ａから構成される結合領域１０６と、金属Ｂから構成される結合領域１０７との機械的な結合によって下部金属部１０１と上部金属部１０２とを結合できるので、下部金属部１０１と上部金属部１０２との接合部材である３次元積層造形物１００の強度を向上できる。
【００９８】
なお、図７Ａ及び図７Ｂに示す３次元積層造形物１００では、図７Ｂにおける破線９１で囲んだ領域のように、拡径部１０４と、拡径部１０４の下方に入り込んだ結合領域１０７の一部の領域１０７ａとが嵌合する領域が存在している。上述したように、３次元積層造形物１００に対して、下部金属部１０１と上部金属部１０２とを互いに離間する方向に引張力Ｆが作用すると、拡径部１０４と、結合領域１０７の一部の領域１０７ａとが、矢印ｆで示すように、互いに相手側に向かって押圧されるように結合領域１０６及び結合領域１０７に応力が作用する。
そのため、図７Ｂにおける破線９１で囲んだ領域は、他の領域と比べて、下部金属部１０１と上部金属部１０２との結合強度に与える影響が大きい。したがって、破線９１で囲んだ領域を形成する際に、破線９１で囲んだ領域の強度を確保できるようにすることが望ましい。
【００９９】
しかし、上述したように、金属Ａ及び金属Ｂの種類によっては、金属Ａと金属Ｂとの金属間化合物による脆弱な領域が生成されてしまう。
そこで、幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、例えば破線９１で囲んだ領域の強度に与える影響が少なくなるように、金属Ａ及び金属Ｂの種類を選定する。
【０１００】
幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、下方から上方に向かって順次金属層を積層させることで３次元積層造形物１００を造形する。例えば破線９１で囲んだ領域に着目すると、拡径部１０４において縮径部１０３よりも径が大きな部分では、金属Ｂから構成される結合領域１０７の上に金属Ａから構成される拡径部１０４を形成することになる。そのため、第１金属と第２金属との組み合わせについて既に説明した条件（ａ）及び条件（ｂ）にならい、金属Ａと金属Ｂとの組み合わせは、次の（ａ１）又は（ｂ１）の少なくとも何れかの条件を満たしていることが望ましい。
（ａ１）主成分金属としての金属Ａに添加金属としての金属Ｂが添加されると固溶体を形成可能な組み合わせ
（ｂ１）主成分金属としての金属Ａに添加金属としての金属Ｂが添加されると、金属Ｂの添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせ
【０１０１】
例えばＮｉ−Ｔｉ系の場合であれば、金属ＡをＮｉとし、金属ＢをＴｉとすることで、拡径部１０４の下面と、当該下面と接する結合領域１０７の一部の領域１０７ａとの界面近傍でＮｉとＴｉとによる固溶体を形成することができる。この場合、上記条件（ａ１）が満たされる。
【０１０２】
図８Ａ〜図８Ｄは、図７Ｂにおける破線９１で囲んだ領域の形成手順について説明する模式的な断面図である。
なお、図８Ａ〜図８Ｄ、及び、後述する図９Ａ〜図９Ｄにおける小さなマスは、ビードを模したものであり、マスの一つがノズル７の１回の走査によって形成されるビードの断面を表している。ただし、図７Ａのような円柱形状や円筒形状を形成する場合は、円形にビードを形成するため、図８Ａ〜図８Ｄ、及び、後述する図９Ａ〜図９Ｄの断面図においては、円柱又は円筒の中心線に対して、左右対称な位置の２つのマスをノズル７を円周方向に沿って１周させる１回の走査で形成してもよい。
なお、図８Ａ〜図８Ｄ、及び、図９Ａ〜図９Ｄでは、説明の便宜上、個々のマスの大きさを実際のビードの断面よりも大きく表現している。例えば、図８Ｄでは、拡径部１０４のうち、縮径部１０３よりも径が大きな部分が、あたかも円周方向に沿って１周させる１回の走査で形成されているように表現されているが、実際には、当該部分は、複数回の走査で形成されることとなる。
【０１０３】
幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、まず、図８Ａに示すように、縮径部１０３の形成に先立って、結合領域１０７の一部の領域１０７ａ、及び、該一部の領域１０７ａと同じ高さ位置の結合領域１０７を形成しておく。その後、縮径部１０３を形成する。これにより、縮径部１０３を構成するＮｉのビードに領域１０７ａに由来するＴｉが混入しても、縮径部１０３と領域１０７ａとの界面近傍でＮｉとＴｉとによる固溶体が形成されることとなる。これにより、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制できるので、３次元積層造形物１００の強度低下を抑制できる。
また、金属Ａと金属Ｂとが、上記（ｂ１）の条件を満たす場合であれば、縮径部１０３の形成時に、溶融した金属Ａに領域１０７ａに由来する溶融した金属Ｂが混入すると、金属Ａと金属Ｂとの混合部における融点が金属Ａの融点よりも上昇して凝固する。これにより、領域１０７ａと溶融している金属Ａとの間に、金属Ａと金属Ｂとの混合部が凝固した層（混合層）が形成される。そのため、この混合層が領域１０７ａから溶融している金属Ａへの金属Ｂの混入を抑制するので、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制でき、３次元積層造形物１００の強度低下を抑制できる。
【０１０４】
なお、縮径部１０３の形成時には、図８Ａに示すように、縮径部１０３の径方向外側に存在する領域１０７ａから離れた位置から先に縮径部１０３を形成し、順次、図８Ｂに示すように、径方向外側に向かって縮径部１０３を形成する。このように、縮径部１０３の形成時に、領域１０７ａから離れた位置から先に縮径部１０３を形成することで、縮径部１０３における、領域１０７ａに由来するＴｉが混入する領域が拡大することを抑制できる。すなわち、仮に、領域１０７ａに隣接する位置から先に縮径部１０３（仮に縮径部第１領域と呼ぶ）を形成すると、縮径部第１領域に混入したＴｉが、縮径部第１領域に次いで縮径部第１領域に隣接して形成される縮径部１０３（仮に縮径部第２領域と呼ぶ）にもさらに混入することとなる。そのため、領域１０７ａから離れた位置から先に縮径部１０３を形成すると、領域１０７ａに由来するＴｉが混入する領域が拡大することになってしまう。
そこで、幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、上述したように、領域１０７ａから離れた位置から先に縮径部１０３を形成することで、縮径部１０３における、領域１０７ａに由来するＴｉが混入する領域が拡大することを抑制している。
【０１０５】
なお、幾つかの実施形態に係る積層造形方法では、まず、図８Ｃに示すように、拡径部１０４の形成に先立って、拡径部１０４と同じ高さ位置の結合領域１０７を形成しておく。その後、拡径部１０４を形成する。これにより、拡径部１０４を構成するＮｉのビードに結合領域１０７に由来するＴｉが混入しても、拡径部１０４と結合領域１０７との界面近傍でＮｉとＴｉとによる固溶体が形成されることとなる。なお、拡径部１０４の形成時には、図８Ｃに示すように、拡径部１０４の径方向外側に存在する結合領域１０７から離れた位置から先に拡径部１０４を形成し、順次、図８Ｄに示すように、径方向外側に向かって拡径部１０４を形成する。このように、結合領域１０７から離れた位置から先に拡径部１０４を形成することで、拡径部１０４における、結合領域１０７に由来するＴｉが混入する領域が拡大することを抑制できる。
【０１０６】
図９Ａ〜図９Ｄは、拡径部１０４の上面よりも上側に位置する結合領域１０７の形成手順について説明する模式的な断面図である。
なお、図９Ａ〜図９Ｄにおける小さなマスは、図８Ａ〜図８Ｄと同様に、ビードを模したものである。
【０１０７】
拡径部１０４の上面よりも上側に位置する結合領域１０７を形成する場合、結合領域１０７を構成するＴｉに拡径部１０４に由来するＮｉができるだけ混入しないように、すなわち、拡径部１０４に由来するＮｉが混入する結合領域１０７を狭めるために、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、拡径部１０４から遠い位置から先に結合領域１０７を形成する。また、結合部１１０において下部金属部１０１と上部金属部１０２との機械的な結合強度への寄与が少ない、拡径部１０４の直上の部分は、他の部分よりも後に形成する。すなわち、結合領域１０７を構成するＴｉに拡径部１０４に由来するＮｉが混入することで金属間化合物による脆弱な領域が生じたとしても、結合部１１０において下部金属部１０１と上部金属部１０２との機械的な結合強度への寄与が少ない領域を、結合領域１０７形成過程の終盤に行うようにしている。
【０１０８】
（結合部１１０の他の実施形態について）
結合部１１０の他の実施形態について説明する。
図１０は、結合部１１０の他の実施形態の一例を示す図である。
例えば図１０に示すように、３次元積層造形物１００Ａにおいて、上下方向、すなわち金属層の積層方向から見たときに異なる位置となる、複数の位置に結合部１１０をそれぞれ形成してもよい。
【０１０９】
結合部１１０を形成するステップにおいて、例えば、図７Ａに示したように、金属層の積層方向から見たときの形状が例えば円形となるような結合部１１０を１箇所にだけ形成した場合、仮に、下部金属部１０１と上部金属部１０２との界面における接合強度が十分でなかった場合には、当該回転体の中心軸を中心として下部金属部１０１と上部金属部１０２とが互いに回転してしまうおそれがある。
【０１１０】
その点、図１０に示すように、金属層の積層方向から見たときに異なる位置となる、複数の位置に結合部１１０をそれぞれ形成すれば、上記のように、下部金属部１０１と上部金属部１０２とが矢印Ｒで示すように互いに回転してしまうことを抑制できる。したがって、図１０に示すような３次元積層造形物１００Ａであれば、３次元積層造形物１００Ａの強度を向上できる。
【０１１１】
また、例えば図１０に示すように、３次元積層造形物１００Ａにおいて、金属層の積層方向から見たときに同一直線上ではない位置となる、少なくとも３箇所に結合部１１０をそれぞれ形成してもよい。
【０１１２】
結合部１１０を形成するステップにおいて、仮に、複数の結合部１１０が金属層の積層方向から見たときに同一直線上に存在するように各結合部１１０を形成した場合、仮に、下部金属部１０１と上部金属部１０２との界面における接合強度が十分でなかった場合には、当該直線と直交する面に沿って作用する曲げ応力に対して、３次元積層造形物の強度が不十分となるおそれがある。
【０１１３】
その点、図１０に示すように、金属層の積層方向から見たときに同一直線上ではない位置となる、少なくとも３箇所に結合部１１０をそれぞれ形成すれば、上記の曲げ応力に対して、３次元積層造形物１００Ａの強度が不十分となることを抑制できる。したがって、図１０に示すような３次元積層造形物１００Ａであれば、３次元積層造形物１００Ａの強度を向上できる。
【０１１４】
図１１は、結合部１１０の他の実施形態の一例を示す図である。
例えば図１１に示すように、３次元積層造形物１００Ｂにおいて、上下方向、すなわち金属層の積層方向から見たときの形状が多角形又は楕円となるように結合部１１０を形成してもよい。
【０１１５】
結合部を形成するステップにおいて、例えば、図７Ａに示したように、金属層の積層方向から見たときの形状が例えば円形となるように結合部１１０を形成した場合のように、回転体となるように結合部１１０を形成した場合、仮に、下部金属部１０１と上部金属部１０２との界面における接合強度が十分でなかった場合には、当該回転体の中心軸を中心として下部金属部１０１と上部金属部１０２とが互いに回転してしまうおそれがある。
【０１１６】
その点、図１１に示すように、金属層の積層方向から見たときの形状が多角形又は楕円形となるように結合部１１０を形成することで、仮に、下部金属部１０１と上部金属部１０２との界面における接合強度が十分でなかった場合であっても、上記のように、下部金属部１０１と上部金属部１０２とが互いに回転してしまうことを抑制できる。したがって、図１１に示すような３次元積層造形物１００Ｂであれば、３次元積層造形物１００Ｂの強度を向上できる。
【０１１７】
また、例えば図１１に示すように、３次元積層造形物１００Ｂにおいて、結合部１１０を金属層の積層方向に沿って複数段形成してもよい。
このように、結合部１１０を金属層の積層方向に沿って複数段形成することで、下部金属部１０１と上部金属部１０２との機械的な結合強度を向上できる。
【０１１８】
また、例えば図１１に示すように、３次元積層造形物１００Ｂにおいて、複数段形成された結合部１１０における金属層の積層方向と直交する断面の断面積が、該積層方向に沿って上方に向かうにつれて増減を繰り返しながら徐々に減少するように結合部１１０を形成してもよい。
【０１１９】
例えば図１１に示す３次元積層造形物１００Ｂでは、複数段形成された結合部１１０における金属層の積層方向と直交する断面の断面積は、積層方向に沿って上方に向かうにつれて増減を繰り返しながら徐々に減少する。換言すると、結合部１１０の上記断面積は、積層方向に沿った下方、すなわち、下部金属部１０１に近づくにつれて増減を繰り返しながら徐々に増加することとなる。
複数段形成された結合部１１０では、下部金属部１０１と上部金属部１０２とが互いに離間する方向に引張されると、下部金属部１０１から近い位置に形成された結合部１１０では、当該結合部１１０に作用する荷重に加えて、当該結合部１１０よりも下部金属部１０１から遠い位置に形成された結合部１１０に作用する荷重を負担することとなる。そのため、結合部１１０の強度の点から、結合部１１０における金属層の積層方向と直交する断面の断面積は、下部金属部１０１に近づくにつれて増加することが望ましい。
その点、図１１に示す３次元積層造形物１００Ｂでは、結合部１１０の上記断面積が下部金属部１０１に近づくにつれて増減を繰り返しながら徐々に増加するので、複数段形成された結合部１１０の強度を確保できる。
【０１２０】
図１２Ａは、結合部１１０の他の実施形態の一例を示す図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示す３次元積層造形物の断面図である。
上述した図７Ａ、図１０及び図１１における結合部（結合領域１０６）では、外径が異なる縮径部１０３と拡径部１０４とを有している。しかし、例えば図１２Ａ、図１２Ｂに示す３次元積層造形物１００Ｃのように、結合領域１０６は、下方から上方に向かうにつれて徐々に外径が大きくなる、錐体状に形成してもよい。
【０１２１】
図１３は、幾つかの実施形態に係る３次元積層造形物の断面形状の例を説明するための図である。図１３における下側の図は、幾つかの実施形態に係る３次元積層造形物の下部金属部１０１の断面図であり、図１３における上側の図は、幾つかの実施形態に係る３次元積層造形物の上部金属部１０２の断面図である。また、図１３における左側の図は、図７Ａに示した３次元積層造形物１００についての図であり、図１３における右側の図は、図１２Ａに示した３次元積層造形物１００Ｃについての図である。図１３における左右方向中央の図は、さらに他の実施形態に係る３次元積層造形物１００Ｄについての図である。３次元積層造形物１００Ｄは、山部１０６ａと、山部１０６ａよりも外径が小さい谷部１０６ｂとが金属層の積層方向、すなわち上下方向に沿って繰り返し現れるような形状を有する。
【０１２２】
図１４は、幾つかの実施形態に係る３次元積層造形物の他の実施形態を説明するための図である。図１４における左側の図は、図７Ａに示した３次元積層造形物１００についての他の実施形態の図であり、図１４における右側の図は、図１２Ａに示した３次元積層造形物１００Ｃについての他の実施形態の図である。図１４における左右方向中央の図は、図１３に示した３次元積層造形物１００Ｄについての他の実施形態の図である。
幾つかの実施形態に係る３次元積層造形物では、図１４に示すように、下部金属部１０１から連なる結合領域１０６と、上部金属部１０２から連なる結合領域１０７との間にインサート部材１２０が介在している。なお、結合部のみに、部分的にインサート部材１２０が介在してもよい。結合部が井桁構造の場合は、交差する箇所のみに、部分的にインサート部材１２０が介在してもよい。
【０１２３】
図１４に示した３次元積層造形物を得るには、幾つかの実施形態に係る積層造形方法における結合部１１０を形成するステップにおいて、金属Ａ及び金属Ｂとは種類が異なる金属（第３金属）の粉末を溶融して固化させた第３層が複数層積層された第３領域（インサート部材１２０）が、下部金属部１０１から連なる結合領域１０６と上部金属部１０２から連なる結合領域１０７との間に介在するように結合部１１０を形成すればよい。
【０１２４】
例えば、下部金属部１０１を構成する金属Ａと、上部金属部１０２を構成する金属Ｂとの界面に金属間化合物が著しく多く発生して、界面間の接合強度が確保できない場合や、結合領域１０６，１０７の強度が著し低下する場合等には、金属Ａ（例えば第１金属）及び金属Ｂ（例えば第２金属）とは異なる金属（例えば第３金属）によって形成されるインサート部材１２０を介在させるとよい。
【０１２５】
インサート部材１２０を構成する金属（以下、金属Ｃとも呼ぶ）は、金属Ａ及び金属Ｂとの間で、金属間化合物が著しく多く発生することがないような金属を選定することができる。可能であれば、インサート部材１２０を構成する金属Ｃと金属Ａとが、及び、インサート部材１２０を構成する金属Ｃと金属Ｂとが、上述した条件（ａ１）又は（ｂ１）の少なくとも何れかの条件を満たしていることが望ましい。
【０１２６】
すなわち、次の（ａ１−１）、（ａ１−２）、（ｂ１−１）、（ｂ１−２）の少なくとも何れか一つの条件を満たしていることが望ましい。
（ａ１−１）金属Ａと金属Ｃとの何れか一方の金属に他方の金属が添加されると固溶体を形成可能な組み合わせ
（ａ１−２）金属Ｂと金属Ｃとの何れか一方の金属に他方の金属が添加されると固溶体を形成可能な組み合わせ
（ｂ１−１）金属Ａと金属Ｃとの何れか一方の金属に他方の金属が添加されると、他方の金属の添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせ
（ｂ１−２）金属Ｂと金属Ｃとの何れか一方の金属に他方の金属が添加されると、他方の金属の添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせ
【０１２７】
より具体的には、金属Ａの上に金属Ｃを積層させる場合に、金属Ａと金属Ｃとの界面近傍の強度低下を抑制したい場合には、上記条件（ａ１−１）、すなわち、金属Ｃに金属Ａが添加されると固溶体を形成可能な組み合わせとするか、又は、上記条件（ｂ１−１）、すなわち、金属Ｃに金属Ａが添加されると、金属Ａの添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせとすればよい。
また、金属Ｃの上に金属Ａを積層させる場合に、金属Ａと金属Ｃとの界面近傍の強度低下を抑制したい場合には、上記条件（ａ１−１）、すなわち、金属Ａに金属Ｃが添加されると固溶体を形成可能な組み合わせとするか、又は、上記条件（ｂ１−１）、すなわち、金属Ａに金属Ｃが添加されると、金属Ｃの添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせとすればよい。
【０１２８】
同様に、金属Ｂの上に金属Ｃを積層させる場合に、金属Ｂと金属Ｃとの界面近傍の強度低下を抑制したい場合には、上記条件（ａ１−２）、すなわち、金属Ｃに金属Ｂが添加されると固溶体を形成可能な組み合わせとするか、又は、上記条件（ｂ１−２）、すなわち、金属Ｃに金属Ｂが添加されると、金属Ｂの添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせとすればよい。
また、金属Ｃの上に金属Ｂを積層させる場合に、金属Ｂと金属Ｃとの界面近傍の強度低下を抑制したい場合には、上記条件（ａ１−２）、すなわち、金属Ｂに金属Ｃが添加されると固溶体を形成可能な組み合わせとするか、又は、上記条件（ｂ１−２）、すなわち、金属Ｂに金属Ｃが添加されると、金属Ｃの添加量が増えるにつれて融点が上昇する組み合わせとすればよい。
これにより、金属Ａとインサート部材１２０を構成する金属との界面近傍や、金属Ｂとインサート部材１２０を構成する金属との界面近傍において、固溶体が形成されるか、又は、界面近傍の融点が上昇する。これにより、金属間化合物による脆弱な領域が形成されることを抑制できるので、界面近傍の強度低下を抑制できる。
【０１２９】
また、金属Ａと金属Ｂとで線膨張係数が異なると、接合部材の温度変化によって金属Ａと金属Ｂとが接する界面の近傍に熱応力が発生する。そのため、金属Ａと金属Ｂとで線膨張係数の差が大きい場合、線膨張係数の差が小さい場合と比べて発生する熱応力の値が大きくなるので、金属Ａと金属Ｂとの接合強度の低下を招きやすい。
その点、図１４に示した３次元積層造形物によれば、インサート部材１２０が結合領域１０６，１０７間に介在するように結合部１１０が形成されるので、インサート部材１２０を構成する第３金属として金属Ａの線膨張係数と金属Ｂの線膨張係数との間の値の線膨張係数を有する金属を選択するか、軟質の金属を選択すること等によって結合領域１０６，１０７における熱応力を緩和できる。これにより、３次元積層造形物の強度の低下を抑制できる。
【０１３０】
図１５は、結合部１１０のさらに他の実施形態の一例を示す図である。
例えば図１５に示すように、３次元積層造形物１００Ｅにおいて、図１３に示した３次元積層造形物１００Ｄのように、山部１０６ａと、山部１０６ａよりも外径が小さい谷部１０６ｂとが金属層の積層方向、すなわち上下方向に沿って繰り返し現れるような形状を有する結合領域１０６を複数箇所に設けてもよい。また、図１５に示す３次元積層造形物１００Ｅにおいて、、上下方向から見たときの山部１０６ａ及び谷部１０６ｂの形状は、矩形形状のような多角形であってもよく、円形や楕円形であってもよい。
【０１３１】
図１６は、結合部１１０のさらに他の実施形態の一例を示す図である。
例えば図１６に示すように、３次元積層造形物１００Ｆにおいて、結合領域１０６，１０７を井桁状に形成し、結合領域１０６の井桁の部分と結合領域１０７の井桁の部分とが互いに嵌合するように結合領域１０６，１０７を形成してもよい。なお、図１６では、結合領域１０６，１０７の形状を簡易的に表現するため、図１６における全体の斜視図と、井桁の部分を示す斜視図とでは、各桁の段数や、各段における井桁の本数は一致していない。
【０１３２】
図１６に示した３次元積層造形物１００Ｆを得るには、幾つかの実施形態に係る積層造形方法における結合部１１０を形成するステップにおいて、下部金属部１０１から連なる結合領域１０６の少なくとも一部について、金属層の積層方向と直交する方向に延在する複数の下側桁１４１と、金属層の積層方向と直交し且つ下側桁１４１の延在方向と交差する方向に延在して、下側桁１４１の上部に形成される複数の上側桁１４２とが井桁状に配置されるように形成する。
また、幾つかの実施形態に係る積層造形方法における結合部１１０を形成するステップにおいて、上部金属部１０２から連なる結合領域１０７の少なくとも一部について、金属層の積層方向と直交する方向に延在する複数の下側桁１５１と、金属層の積層方向と直交し且つ下側桁１５１の延在方向と交差する方向に延在して、下側桁１５１の上部に形成される複数の上側桁１５２とが井桁状に配置されるように形成する。
【０１３３】
さらに、幾つかの実施形態に係る積層造形方法における結合部１１０を形成するステップにおいて、下側桁１４１と下側桁１５１とが同じ方向に延在し、且つ、下側桁１４１及び下側桁１５１の延在方向と直交する方向に沿って下側桁１４１と下側桁１５１とが交互に配置されるように下側桁１４１及び下側桁１５１を形成する。
さらに、幾つかの実施形態に係る積層造形方法における結合部１１０を形成するステップにおいて、上側桁１４２と上側桁１５２とが同じ方向に延在し、且つ、上側桁１４２及び上側桁１５２の延在方向と直交する方向に沿って上側桁１４２と上側桁１５２とが交互に配置されるように上側桁１４２及び上側桁１５２を形成する。
【０１３４】
すなわち、幾つかの実施形態に係る積層造形方法における結合部１１０を形成するステップでは、結合領域１０６の一の下側桁１４１と結合領域１０７の一の下側桁１５１とが同じ方向に延在し、且つ、結合領域１０６の一の上側桁１４２と結合領域１０７の一の上側桁１５２とが同じ方向に延在するように各桁を形成する。
【０１３５】
また、幾つかの実施形態に係る積層造形方法における結合部１１０を形成するステップでは、結合領域１０６の一の下側桁１４１及び結合領域１０７の一の下側桁１５１の延在方向と直交する方向に沿って結合領域１０６の他の下側桁１４１と結合領域１０７の他の下側桁１５１とが交互に配置されるように下側桁１４１及び下側桁１５１を形成する。
さらに、幾つかの実施形態に係る積層造形方法における結合部１１０を形成するステップでは、結合領域１０６の一の上側桁１４２及び結合領域１０７の一の上側桁１５２の延在方向と直交する方向に沿って結合領域１０６の他の上側桁１４２と結合領域１０７の他の上側桁１５２とが交互に配置されるように上側桁１４２及び上側桁１５２を形成する。
これにより、結合部１１０において、交差する桁によって形成された結合領域１０６と結合領域１０７とによって、結合領域１０６と結合領域１０７とを直接、互いに機械的に結合できるので、下部金属部１０１と上部金属部１０２との接合部材である３次元積層造形物１００Ｆの強度を確保できるとともに、下部金属部１０１を構成する金属と上部金属部１０２を構成する金属との線膨張係数の差に起因する熱応力を緩和できる。
【０１３６】
図１６に示した３次元積層造形物１００Ｆにおける結合領域１０６，１０７の形成方法について、図１７を参照して説明する。なお、図１７は、図１６に示した３次元積層造形物１００Ｆにおける結合領域１０６，１０７の形成方法を説明するために、結合領域１０６，１０７を簡略化して描いた図である。
【０１３７】
図１７の左側の図のように、積層造形によって金属Ａから構成される下部金属部１０１を形成する。そして、図１７の左側から２番目の図のように、下部金属部１０１の上面に、金属Ａから構成される複数の下側桁１４１を下側桁１４１の延在方向と直交する方向に離間させて形成する。
次に、図１７の左側から３番目の図のように、下側桁１４１の延在方向と直交する方向に離間している下側桁１４１同士の間の複数の空間に金属Ｂから構成される下側桁１５１を形成する。
【０１３８】
次に、図１７の左側から４番目の図のように、下側桁１４１，１５１を形成した場合と同様に、下側桁１４１，１５１の上に、金属Ａから構成される複数の上側桁１４２と、金属Ｂから構成される複数の上側桁１５２とを形成する。
上述したように、下側桁１４１，１５１及び上側桁１４２，１５２を所望する段数だけ形成した後、最も上側に表れている下側桁１４１，１５１又は上側桁１４２，１５２の上面に、図１７の左側から５番目の図のように、金属Ｂから構成される上部金属部１０２を形成する。
【０１３９】
このようにして３次元積層造形物１００Ｆを形成することにより、結合部１１０において、井桁状に形成された結合領域１０６，１０７とによって互いに機械的に結合できる、つまり構造的に結合できるので、下部金属部１０１と上部金属部１０２との接合部材の強度を確保できるとともに、金属Ａと金属Ｂとの線膨張係数の差に起因する熱応力を緩和できる。
【０１４０】
例えば図１７に示すように、３次元積層造形物１００Ｆにおいて、井桁状に配置される下側桁１４１及び上側桁１４２の対を下部金属部１０１から上部金属部１０２に向かって少なくとも２対有するように結合領域１０６を形成してもよい。なお、この場合には、下側桁１５１及び上側桁１５２の対を結合領域１０６における下側桁１４１及び上側桁１４２の対の数と同じ数だけ結合領域１０７に形成すればよい。
これにより、井桁状に配置される下側桁１４１及び上側桁１４２の対が１対だけである場合と比べて、井桁状に形成された結合領域１０６，１０７における結合段数を増やすことができる。そのため、金属Ａと金属Ｂとの線膨張係数の差に起因する熱応力を緩和し易くなる。
【０１４１】
また、例えば図１７に示すように、３次元積層造形物１００Ｆにおいて、結合部１１０での金属層の積層方向と直交する方向に延在する断面において結合領域１０６が占める割合が、下部金属部１０１から上部金属部１０２に近づくにつれて減るように結合部１１０を形成してもよい。
具体的には、図１７に示すように、下部金属部１０１から上部金属部１０２に近づくにつれて下側桁１４１及び上側桁１４２の本数を減らしてもよく、金属層の積層方向から見たときの下側桁１４１及び上側桁１４２のそれぞれの幅や長さを小さくしてもよい。
なお、結合領域１０７についても同様に、上部金属部１０２から下部金属部１０１に近づくにつれて下側桁１５１及び上側桁１５２の本数を減らしてもよく、金属層の積層方向から見たときの下側桁１５１及び上側桁１５２のそれぞれの幅や長さを小さくしてもよい。後述する図１８に示すように、インサート部材１６０における下側桁１６１及び上側桁１６２と、結合領域１０６における下側桁１４１及び上側桁１４２とについて、及び、インサート部材１６０における下側桁１６１及び上側桁１６２と、結合領域１０７における下側桁１５１及び上側桁１５２とについても、同様の考え方で各桁の本数を変更するようにしてもよく、各桁の幅や長さを変更するようにしてもよい。
【０１４２】
このように、結合部１１０での金属層の積層方向と直交する方向に延在する断面において結合領域１０６が占める割合が、下部金属部１０１から上部金属部１０２に近づくにつれて減るように結合部１１０を形成することで、金属Ａと金属Ｂとの線膨張係数の差に起因する熱応力をより効果的に緩和できる。
【０１４３】
図１８は、図１６に示した３次元積層造形物１００Ｆに対して、図１４に示したようなインサート部材１２０を適用した場合の一例を示す図である。また、図１９は、図１６に示した３次元積層造形物１００Ｆに対して、図１４に示したようなインサート部材１２０を適用した場合の他の例を示す図である。
【０１４４】
例えば、図１８に示すように、下部金属部１０１から連なる結合領域１０６において、上述したように井桁状に配置される下側桁１４１及び上側桁１４２の対を形成し、上部金属部１０２から連なる結合領域１０７において、上述したように井桁状に配置される下側桁１５１及び上側桁１５２の対を形成する。
また、図１８に示すインサート部材１６０の下部には、結合領域１０６における下側桁１４１及び上側桁１４２と嵌合するように、金属Ａ及び金属Ｂとは種類が異なる金属（第３金属）によって構成される下側桁１６１及び上側桁１６２の対を形成する。同様に、図１８に示すインサート部材１６０の上部には、結合領域１０７における下側桁１５１及び上側桁１５２と嵌合するように、金属Ａ及び金属Ｂとは種類が異なる金属（第３金属）によって構成される下側桁１６１及び上側桁１６２の対を形成する。
【０１４５】
図１８に示す例では、結合領域１０６と結合領域１０７とは、インサート部材１６０を介して間接的に、互いに機械的に結合されている。すなわち、図１８に示す例では、結合領域１０６と結合領域１０７とは直接接触していない。
【０１４６】
なお、図１９に示す３次元積層造形物１００Ｈのように、上下方向と直交する方向に並ぶ、結合領域１０６の下側桁１４１と結合領域１０７の下側桁１５１との間に、インサート部材１６０の下側桁１６１を配置してもよく、上下方向と直交する方向に並ぶ、結合領域１０６の上側桁１４２と結合領域１０７の上側桁１５２との間に、インサート部材１６０の上側桁１６２を配置してもよい。
【０１４７】
なお、各桁１４１、１４２、１５１、１５２、１６１、１６２の延在方向は、必ずしも金属層の積層方向と直交する方向ではなく、金属層の積層方向と９０度ではない角度で交差する方向であってもよい。
また、下側桁１４１と上側桁１４２とは、必ずしも直交していなくてもよく、９０度ではない角度で交差していてもよい。同様に、下側桁１５１と上側桁１５２とは、必ずしも直交していなくてもよく、９０度ではない角度で交差していてもよい。同様に、下側桁１６１と上側桁１６２とは、必ずしも直交していなくてもよく、９０度ではない角度で交差していてもよい。
【０１４８】
図２０は、それぞれ別々に製造された２つの部材を積層造形によって結合して、一つの接合物を形成する方法の一例について説明するための模式的な図である。
たとえば、図２０に示すように、柱状の突部２０３を有する第１部材２０１と、貫通孔２０５を有する第２部材２０７とを積層造形によって結合して、一つの接合物２００を形成する場合を例に挙げて説明する。
【０１４９】
第１部材２０１は、金属Ｄによって構成されている。また、第２部材２０７は、金属Ｄとは異なる金属Ｅによって構成されている。第１部材２０１は、切削や鍛造等の機械加工によって形成されていてもよく、鋳造によって形成されていてもよく、積層造形によって形成されていてもよい。第１部材２０１は、鋳造や積層造形によって形成された部材に、さらに切削や鍛造などの機械加工を施したものであってもよい。
同様に、第２部材２０７は、切削や穴あけ、鍛造等の機械加工によって形成されていてもよく、鋳造によって形成されていてもよく、積層造形によって形成されていてもよい。第２部材２０７は、鋳造や積層造形によって形成された部材に、さらに切削や鍛造などの機械加工を施したものであってもよい。
突部２０３及び貫通孔２０５は、貫通孔２０５に突部２０３が挿通可能に形成されている。なお、突部２０３は、円柱形状でなく、角柱形状を有していてもよい。同様に、貫通孔２０５は、円形断面の孔でなく、矩形断面の孔であってもよい。
【０１５０】
このように構成される第１部材２０１及び第２部材２０７を、図２０に示すように貫通孔２０５に突部２０３を挿通させた組立体２０８とする。そして、組立体２０８における突部２０３の先端、及び、第２部材２０７の表面のうち貫通孔２０５の周囲の領域２０７ａに金属Ｄの粉末を溶融して固化させて層を形成することで、突部２０３の径よりも大きな径を有する大径部２０４を形成する。大径部２０４は、第２部材２０７の領域２０７ａと対向しており、第２部材２０７が突部２０３の軸方向に沿って移動することを禁止する。また、大径部２０４は、その下面と第２部材２０７の領域２０７ａとが接合されるので、第２部材２０７が突部２０３を回転軸として回動することを禁止する。
【０１５１】
なお、第２部材２０７の図示上面、及び大径部２０４の図示上面に第３部材２０９を積層造形によって形成してもよい。第３部材２０９は、金属Ｄによって構成されていてもよく、金属Ｅによって構成されていてもよく、金属Ｄ及び金属Ｅとは異なる金属Ｆによって構成されていてもよい。
【０１５２】
すなわち、図２０に示す接合物２００を形成する方法は、金属Ｅからなる金属部である第２部材２０７の貫通孔２０５に、金属Ｅとは種類が異なる金属Ｄからなる金属部である第１部材２０１の柱状の突部２０３を挿通させるステップを備える。さらに、図２０に示す接合物２００を形成する方法は、貫通孔２０５に挿通された突部２０３の先端、及び、第２部材２０７の表面のうち貫通孔２０５の周囲の領域２０７ａの少なくとも一部に金属Ｄの粉末を溶融して固化させて層を形成するステップを備える。
これにより、それぞれ別々に作成した第１部材２０１と第２部材２０７とを組み立てて結合することができる。
なお、上述した接合物２００では、第１部材２０１と第２部材２０７とをそれぞれ種類が異なる金属によって構成したが、第１部材２０１と第２部材２０７とが同じ種類の金属で構成されていてもよい。
【０１５３】
図２１は、それぞれ別々に製造された２つの部材を積層造形によって結合して、一つの接合物を形成する方法の他の例について説明するための模式的な図である。
たとえば、図２１に示すように、柱状の突部２０３を複数有する第１部材２０１Ａと、貫通孔２０５を複数有する第２部材２０７Ａとを積層造形によって結合して、一つの接合物２００Ａを形成する場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明では、上述した図２０における説明と同様の構成については、同じ符号を付し、詳細な説明を省略することがる。
【０１５４】
第１部材２０１Ａは、金属Ｄによって構成されている。また、第２部材２０７Ａは、金属Ｄとは異なる金属Ｅによって構成されている。第１部材２０１Ａは、切削や鍛造等の機械加工によって形成されていてもよく、鋳造によって形成されていてもよく、積層造形によって形成されていてもよい。第１部材２０１Ａは、鋳造や積層造形によって形成された部材に、さらに切削や鍛造などの機械加工を施したものであってもよい。
同様に、第２部材２０７Ａは、切削や穴あけ、鍛造等の機械加工によって形成されていてもよく、鋳造によって形成されていてもよく、積層造形によって形成されていてもよい。第２部材２０７Ａは、鋳造や積層造形によって形成された部材に、さらに切削や鍛造などの機械加工を施したものであってもよい。
図２０に示した例と同様に、突部２０３及び貫通孔２０５は、貫通孔２０５に突部２０３が挿通可能に形成されている。
【０１５５】
このように構成される第１部材２０１Ａ及び第２部材２０７Ａを、図２１に示すように貫通孔２０５のそれぞれに突部２０３のそれぞれを挿通させた組立体２０８Ａとする。そして、組立体２０８Ａにおける突部２０３の先端、及び、第２部材２０７Ａの表面のうち貫通孔２０５の周囲の領域２０７ａに金属Ｄの粉末を溶融して固化させて層を形成することで、突部２０３の径よりも大きな径を有する大径部２０４をそれぞれ形成する。各大径部２０４は、第２部材２０７の領域２０７ａと対向しており、第２部材２０７Ａが突部２０３の軸方向に沿って移動することを禁止する。また、各大径部２０４は、その下面と第２部材２０７Ａの領域２０７ａとが接合される。
【０１５６】
なお、第２部材２０７Ａの図示上面、及び大径部２０４の図示上面に第３部材２０９Ａを積層造形によって形成してもよい。第３部材２０９Ａは、金属Ｄによって構成されていてもよく、金属Ｅによって構成されていてもよく、金属Ｄ及び金属Ｅとは異なる金属Ｆによって構成されていてもよい。
【０１５７】
なお、上述した接合物２００Ａでは、第１部材２０１Ａと第２部材２０７Ａとをそれぞれ種類が異なる金属によって構成したが、第１部材２０１Ａと第２部材２０７Ａとが同じ種類の金属で構成されていてもよい。
【０１５８】
図２２は、予め製造された部材に対して積層造形によって部位を形成する方法の一例について説明するための模式的な図である。
たとえば、図２２に示すように、第１部材２１１に対して、積層造形によって第１部材２１１の軸線方向に延在する部位を形成する場合を例に挙げて説明する。
【０１５９】
第１部材２１１は、円柱状の基部２１５と、基端が基部２１５に接続されていて基部２１５から突出する第１軸状部２１３と、第１軸状部２１３の先端に接続されていて第１軸状部２１３よりも径が大きい第２軸状部２１４とを有する。
第１部材２１１は、金属Ｄによって構成されている。
第１部材２１１は、切削や鍛造等の機械加工によって形成されていてもよく、鋳造によって形成されていてもよく、積層造形によって形成されていてもよい。第１部材２１１は、鋳造や積層造形によって形成された部材に、さらに切削や鍛造などの機械加工を施したものであってもよい。
【０１６０】
この第１部材２１１を、第１軸状部２１３の軸線を中心に回転させながら、前記第１軸状部２１３の外周に金属Ｄとは異なる金属Ｅの粉末を溶融して固化させて層を形成することで、第１円筒部２１７を形成する。同様に、円柱状の基部２１５を回転させながら、前記第２軸状部２１４の外周に金属Ｅの粉末を溶融して固化させて層を形成することで、第２円筒部２１９を形成する。
【０１６１】
第２軸状部２１４は、第１円筒部２１７の端面の領域２１７ａと対向しており、第１円筒部２１７が第１軸状部２１３の軸線に沿って移動することを禁止する。また、第１円筒部２１７及び第２円筒部２１９の内周面は、第１軸状部２１３及び第２軸状部２１４の外周面と接合される。これにより、第１円筒部２１７及び第２円筒部２１９が第１軸状部２１３及び第２軸状部２１４を回転軸として回動することが禁止される。
【０１６２】
なお、第２軸状部２１４の端面、及び第２円筒部２１９の端面に第３部材２２２を積層造形によって形成してもよい。第３部材２２２は、金属Ｄによって構成されていてもよく、金属Ｅによって構成されていてもよく、金属Ｄ及び金属Ｅとは異なる金属Ｆによって構成されていてもよい。
【０１６３】
すなわち、図２２に示す接合物２００Ｂを形成する方法は、金属Ｄからなる第１部材２１１に金属Ｄとは種類が異なる金属Ｅの粉末を溶融して固化させて層を形成するステップを備える。そして、当該層を形成するステップでは、第１軸状部２１３の軸線を中心に第１部材２１１を回転させながら、第１軸状部２１３及び第２軸状部２１４の外周に金属Ｅの粉末を溶融して固化させて層を形成する。
これにより、第１軸状部２１３の基端に接続された基部２１５の径が第１軸状部２１３の径よりも大きく、第１軸状部２１３の先端に第１軸状部２１３よりも径が大きい第２軸状部２１４が形成されている場合であっても、第１軸状部２１３及び第２軸状部２１４の外周に金属Ｅの粉末を溶融して固化させて層を形成することができる。
なお、上述した接合物２００Ｂでは、第１部材２１１と、第１円筒部２１７及び第２軸状部２１４とで、それぞれ種類が異なる金属によって構成したが、第１部材２１１と、第１円筒部２１７及び第２軸状部２１４とが同じ種類の金属で構成されていてもよい。また、第１円筒部２１７と第２軸状部２１４とをそれぞれ種類が異なる金属によって構成してもよい。
【０１６４】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態のうち、機械的な結合を実現する結合部１１０を有している場合には、異種金属の界面における接合強度に依存しなくても接合部材の強度を確保できる。したがって、上述した幾つかの実施形態のうち、機械的な結合を実現する結合部１１０を有している場合には、必ずしも異種金属の界面における接合強度を確保しなくてもよい。
【符号の説明】
【０１６５】
１  ３次元積層造形装置
２１  第１金属部
２１ａ  第１層
２２  第２金属部
２２ａ  第２層
１００，１００Ａ〜１００Ｈ  ３次元積層造形物
１０１  下部金属部
１０２  上部金属部
１０６，１０７  結合領域
１１０  結合部
１２０，１６０  インサート部材
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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