(57)【要約】【課題】三次元積層装置および方法において、オーバーハング形状をなす三次元形状物の品質の向上を図る。【解決手段】加工対象物９０の加工面９１に向けて粉末Ｐを供給する粉末流路４３およびノズル噴射口部４５と、粉末Ｐにレーザ光Ｌを照射してレーザ光Ｌが照射された粉末Ｐの少なくとも一部を焼結または溶融固化させて成形層１５１，１５２，１５３，１５４を形成するレーザ経路４４と、レーザ経路４４から加工面９１に照射するレーザ光Ｌの照射角度θを変更する照射角度変更部としての回転テーブル部１７と、加工面９１に対するオーバーハングする側の照射角度θが成形層１５１，１５２，１５３，１５４を形成可能な範囲で９０度未満になるように回転テーブル部１７を制御する制御部５２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物に成形層を積層させてオーバーハング形状をなす三次元形状物を形成する三次元積層装置であって、
前記加工対象物の加工面に向けて粉末材料を供給する粉末供給部と、
前記粉末材料に光ビームを照射して前記光ビームが照射された前記粉末材料の少なくとも一部を焼結または溶融固化させて前記成形層を形成する光照射部と、
前記光照射部が前記加工面に照射する前記光ビームの照射角度を変更する照射角度変更部と、
前記加工面に対するオーバーハングする側の前記照射角度が前記成形層を形成可能な範囲で９０度未満になるように前記照射角度変更部を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする三次元積層装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記成形層の表面に前記成形層を積層するとき、前記加工面に対するオーバーハングする側の前記照射角度が徐々に小さくなるように前記照射角度変更部を制御することを特徴とする請求項１に記載の三次元積層装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記成形層の表面に対する前記照射角度が９０度になるように前記照射角度変更部を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元積層装置。
【請求項４】
前記制御部は、オーバーハングする側の前記成形層の厚さがオーバーハングしない側の前記成形層の厚さより薄くなるように前記粉末供給部および前記光照射部を制御することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元積層装置。
【請求項５】
積層ヘッドの中心部に前記光照射部が設けられ、前記積層ヘッドにおける前記光照射部の周囲に前記粉末供給部が設けられ、前記照射角度変更部は、前記照射角度を変更するとき、前記粉末供給部が前記加工面に噴射する噴射角度も変更することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三次元積層装置。
【請求項６】
加工対象物に成形層を積層させてオーバーハング形状をなす三次元形状物を形成する三次元積層方法であって、
前記加工対象物の加工面に向けて粉末材料を供給する工程と、
前記粉末材料に光ビームを照射して前記光ビームが照射された前記粉末材料の少なくとも一部を焼結または溶融固化させて前記成形層を形成する工程と、
前記成形層を形成するときに前記加工面に対するオーバーハングする側の前記光ビームの照射角度が前記成形層を形成可能な範囲で９０度未満になるようにする工程と、
を有することを特徴とする三次元積層方法。
【請求項７】
前記成形層の表面に前記成形層を積層するとき、前記加工面に対するオーバーハングする側の前記照射角度が徐々に小さくなるようにすることを特徴とする請求項６に記載の三次元積層方法。
【請求項８】
オーバーハング形状をなす三次元形状物の先端部をオーバーハングする方向に対して直交する方向の切断面で切断し、前記切断面に対するオーバーハングする側の前記光ビームの照射角度が前記成形層を形成可能な範囲で９０度未満になるようにして前記成形層を形成することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の三次元積層方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、積層により三次元形状物を製造する三次元積層装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三次元形状物を製造する技術として、金属粉末材料に光ビームを照射することによって三次元形状物を製造する積層造形技術が知られている。積層造形技術としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された技術は、金属粉末材料で形成された粉末層に光ビームを照射して焼結層を形成し、それを繰り返すことによって複数の焼結層が一体として積層された三次元形状物を製造するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１９６２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
積層造形技術により加工対象物の加工面に対して、水平方向にずれるように傾斜、つまり、一方側にオーバーハングするような三次元形状物を製造したいという要望がある。積層造形技術では、加工対象物の加工面に対して光ビームを照射し、この光ビームの焦点位置に金属粉末材料を噴射する。すると、加工対象物の加工面で金属粉末材料が溶融し、凝固することで成形層が形成される。このとき、光ビームのエネルギーにより金属粉末材料を溶融するためだけではなく、加工対象物の加工面も溶融させる必要があり、加工対象物の加工面に対して光ビームが直交するように照射している。そのため、加工対象物の加工面にオーバーハングする三次元形状物を製造するとき、光ビームを加工面に直交するように照射して金属粉末材料が溶融した成形層を形成し、この成形層を水平方向にずらしながら積層していく。すると、下側の成形層に対して上側成形層を積層するために、下側の成形層の加工面に光ビームを照射すると、オーバーハングした側の端部の溶融部が溶け落ちてしまい、所望のオーバーハング形状をなす三次元形状物を製造することが困難になるという課題がある。
【０００５】
本開示は、上述した課題を解決するものであり、オーバーハング形状をなす三次元形状物の品質の向上を図る三次元積層装置および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】
【０００６】
上述した目的を達成するための本開示の三次元積層装置は、加工対象物に成形層を積層させてオーバーハング形状をなす三次元形状物を形成する三次元積層装置であって、前記加工対象物の加工面に向けて粉末材料を供給する粉末供給部と、前記粉末材料に光ビームを照射して前記光ビームが照射された前記粉末材料の少なくとも一部を焼結または溶融固化させて前記成形層を形成する光照射部と、前記光照射部が前記加工面に照射する前記光ビームの照射角度を変更する照射角度変更部と、前記加工面に対するオーバーハングする側の前記照射角度が前記成形層を形成可能な範囲で９０度未満になるように前記照射角度変更部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
そのため、加工対象物の加工面に成形層を形成してオーバーハング形状をなす三次元形状物本体を形成するとき、加工面に対するオーバーハングする側の光ビームの照射角度を９０度未満になるようにする。このとき、下側の成形層の表面に対して光ビームを照射すると共に、粉末材料を供給する。すると、光ビームがオーバーハング形状に沿って下側の成形層に照射されるため、下側の成形層の表面に適正に溶融部が形成されることとなり、下側の成形層に対して適正に上側の成形層を積層することができる。その結果、オーバーハング形状をなす三次元形状物の品質の向上を図ることができる。
【０００８】
本開示の三次元積層装置では、前記制御部は、前記成形層の表面に前記成形層を積層するとき、前記加工面に対するオーバーハングする側の前記照射角度が徐々に小さくなるように前記照射角度変更部を制御することを特徴とする。
【０００９】
そのため、成形層の表面に成形層を積層するとき、光ビームの照射角度を徐々に小さくすることから、加工面に積層された複数の成形層を効率良くオーバーハング形状に形成することができる。
【００１０】
本開示の三次元積層装置では、前記制御部は、前記成形層の表面に対する前記照射角度が９０度になるように前記照射角度変更部を制御することを特徴とする。
【００１１】
そのため、成形層の表面に対する照射角度を９０度にすることから、成形層の表面に次の成形層を適正に積層することができ、オーバーハング形状をなす三次元形状物の品質の向上を図ることができる。
【００１２】
本開示の三次元積層装置では、前記制御部は、オーバーハングする側の前記成形層の厚さがオーバーハングしない側の前記成形層の厚さより薄くなるように前記粉末供給部および前記光照射部を制御することを特徴とする。
【００１３】
そのため、オーバーハングする側の成形層の厚さをオーバーハングしない側の成形層の厚さより薄くすることから、複数の成形層を効率良くオーバーハング形状に形成することができる。
【００１４】
本開示の三次元積層装置では、積層ヘッドの中心部に前記光照射部が設けられ、前記積層ヘッドにおける前記光照射部の周囲に前記粉末供給部が設けられ、前記照射角度変更部は、前記照射角度を変更するとき、前記粉末供給部が前記加工面に噴射する噴射角度も変更することを特徴とする。
【００１５】
そのため、光ビームの照射角度を変更するとき、粉末の噴射角度も変更することから、光ビームの照射位置に対して粉末材料の噴射位置を常時適正位置に維持することができ、オーバーハング形状をなす三次元形状物の品質の向上を図ることができる。
【００１６】
また、本開示の三次元積層方法は、加工対象物に成形層を積層させてオーバーハング形状をなす三次元形状物を形成する三次元積層方法であって、前記加工対象物の加工面に向けて粉末材料を供給する工程と、前記粉末材料に光ビームを照射して前記光ビームが照射された前記粉末材料の少なくとも一部を焼結または溶融固化させて前記成形層を形成する工程と、前記成形層を形成するときに前記加工面に対するオーバーハングする側の前記光ビームの照射角度が前記成形層を形成可能な範囲で９０度未満になるようにする工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
そのため、下側の成形層の表面に対して光ビームを照射すると共に、粉末材料を供給する。すると、光ビームがオーバーハング形状に沿って下側の成形層に照射されるため、下側の成形層の表面に適正に溶融部が形成されることとなり、下側の成形層に対して適正に上側の成形層を積層することができる。その結果、オーバーハング形状をなす三次元形状物の品質の向上を図ることができる。
【００１８】
本開示の三次元積層方法では、前記成形層の表面に前記成形層を積層するとき、前記加工面に対するオーバーハングする側の前記照射角度が徐々に小さくなるようにすることを特徴とする。
【００１９】
そのため、加工面に積層された複数の成形層を効率良くオーバーハング形状に形成することができる。
【００２０】
本開示の三次元積層方法では、オーバーハング形状をなす三次元形状物の先端部をオーバーハングする方向に対して直交する方向の切断面で切断し、前記切断面に対するオーバーハングする側の前記光ビームの照射角度が前記成形層を形成可能な範囲で９０度未満になるようにして前記成形層を形成することを特徴とする。
【００２１】
そのため、オーバーハング形状をなす三次元形状物の補修を高精度で容易に実施することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本開示の三次元積層装置および方法によれば、オーバーハング形状をなす三次元形状物の品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本実施形態の三次元積層装置を示す模式図である。
【図２】図２は、積層ヘッドの先端部の一例を示す縦断面図である。
【図３】図３は、制御装置の構成を示す模式図である。
【図４】図４は、加工面に対するレーザ光の照射角度を説明するための概略図である。
【図５】図５は、従来のオーバーハング形状をなす三次元形状物の製造方法を示す概略図である。
【図６】図６は、従来のオーバーハング形状をなす三次元形状物の製造方法の作用を説明するための概略図である。
【図７】図７は、本実施形態のオーバーハング形状をなす三次元形状物の製造方法を示す概略図である。
【図８】図８は、本実施形態のオーバーハング形状をなす三次元形状物の製造方法の作用を説明するための概略図である。
【図９】図９は、加工面に対する第１成形層の製造工程を示す概略図である。
【図１０】図１０は、加工面に対する第２成形層の製造工程を示す概略図である。
【図１１】図１１は、加工面に対する第３成形層の製造工程を示す概略図である。
【図１２】図１２は、加工面に対する第４成形層の製造工程を示す概略図である。
【図１３】図１３は、加工面に対する成形層の異なる製造工程を示す概略図である。
【図１４】図１４は、オーバーハング形状をなす三次元形状物を示す概略図である。
【図１５】図１５は、補修の必要な三次元形状物を示す概略図である。
【図１６】図１６は、三次元形状物の補修工程における加工面の形成工程を示す概略図である。
【図１７】図１７は、補修されたオーバーハング形状をなす三次元形状物を示す概略図である。
【００２４】
以下に添付図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【００２５】
図１は、本実施形態の三次元積層装置を示す模式図である。ここで、本実施形態では、水平面内の一方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち、鉛直方向）をＺ軸方向とする。
【００２６】
図１に示すように、三次元積層装置１は、基台部１００に三次元形状物を製造する装置である。基台部１００は、三次元形状物が形成される土台となる部材であり、三次元積層装置１で所定の位置に搬送され、加工面に三次元形成物が形成される。本実施形態の基台部１００は、板状の部材である。なお、基台部１００は、これに限定されない。基台部１００は、三次元形状物の土台となる部材を用いてもよいし、三次元形状物を付加する部材を用いてもよい。所定の位置に三次元形成物が形成されることで、部品、製品となる部材を基台部１００として用いてもよい。
【００２７】
三次元積層装置１は、三次元積層室２と、予備室３と、積層ヘッド収納室４と、機械加工部収納室５と、ベッド１０と、テーブル部１１と、積層ヘッド１２と、機械加工部１３と、制御装置２０と、形状計測部３０と、加熱ヘッド３１と、装置計測部３２と、工具交換部３３と、ノズル交換部３４と、粉末導入部３５と、基台移動部３６と、空気排出部３７と、ガス導入部３８と、粉末回収部３９とを有する。
【００２８】
三次元積層室２は、接続された配管等の設計された連通部分以外が外部から密封されている筐体（チャンバー）である。なお、設計された連通部分は、密閉状態と開放状態を切り換えるバルブ等が設けられており、必要に応じて、三次元積層室２を密閉状態とすることができる。三次元積層室２は、ベッド１０と、テーブル部１１と、積層ヘッド１２と、機械加工部１３の一部と、加熱ヘッド３１の一部と、装置計測部３２と、工具交換部３３と、ノズル交換部３４とが内部に配置されている。
【００２９】
予備室３は、三次元積層室２に隣接して設けられている。予備室３は、接続された配管等の設計された連通部分以外が外部から密封されている。予備室３は、外部と三次元積層室２とを接続する減圧室となっている。予備室３内には、基台移動部３６が設けられている。ここで、予備室３は、三次元積層室２の接続部に、例えば、気密性を有する扉６が設けられている。また、予備室３は、気密性を有する扉７により外部と接続されている。また、予備室３には、予備室３から空気を排出する空気排出部２５が設けられている。予備室３は、扉７を開くことで、外部から必要な部材を内部に搬入することができる。また、予備室３は、扉６を開くことで、三次元積層室２との間で部材の搬入、搬出を行うことができる。
【００３０】
積層ヘッド収納室４は、三次元積層室２のＺ軸方向上側の面に設けられている。積層ヘッド収納室４は、Ｚ軸スライド部４ａで三次元積層室２に対してＺ軸方向（矢印１０２の方向）に移動可能な状態で支持されている。積層ヘッド収納室４は、Ｚ軸方向下側の面がベローズ１８により三次元積層室２と繋がっている。ベローズ１８は、積層ヘッド収納室４のＺ軸方向下側の面と三次元積層室２と繋げ、積層ヘッド収納室４のＺ軸方向下側の面を三次元積層室２の一部とする。また、三次元積層室２は、ベローズ１８で囲われた領域に開口が形成されている。積層ヘッド収納室４のＺ軸方向下側の面とベローズ１８とで囲まれた空間は、三次元積層室２と繋がり、三次元積層室２とともに密閉されている。積層ヘッド収納室４は、積層ヘッド１２と、形状計測部３０と、加熱ヘッド３１とを支持している。また、積層ヘッド収納室４は、積層ヘッド１２のノズル２３を含む一部と、加熱ヘッド３１の先端部２４を含む一部とがＺ軸方向下側の面から三次元積層室２に向けて突出している。
【００３１】
積層ヘッド収納室４は、Ｚ軸スライド部４ａでＺ軸方向に移動することで、保持している積層ヘッド１２と、形状計測部３０と、加熱ヘッド３１とをＺ軸方向に移動させる。また、積層ヘッド収納室４は、ベローズ１８を介して三次元積層室２と接続していることで、ベローズ１８がＺ軸方向の移動に合わせて変形し、三次元積層室２と積層ヘッド収納室４との間の密閉状態を維持できる。
【００３２】
機械加工部収納室５は、三次元積層室２のＺ軸方向上側の面に設けられている。また、機械加工部収納室５は、積層ヘッド収納室４に隣接して配置されている。機械加工部収納室５は、Ｚ軸スライド部５ａで三次元積層室２に対してＺ軸方向（矢印１０４の方向）に移動可能な状態で支持されている。機械加工部収納室５は、Ｚ軸方向下側の面がベローズ１９により三次元積層室２と繋がっている。ベローズ１９は、機械加工部収納室５のＺ軸方向下側の面と三次元積層室２とを繋げ、機械加工部収納室５のＺ軸方向下側の面を三次元積層室２の一部とする。また、三次元積層室２は、ベローズ１９で囲われた領域に開口が形成されている。機械加工部収納室５のＺ軸方向下側の面とベローズ１９とで囲まれた空間は、三次元積層室２と繋がり、三次元積層室２とともに密閉されている。機械加工部収納室５は、機械加工部１３を支持している。また、機械加工部収納室５は、機械加工部１３の工具２２を含む一部がＺ軸方向下側の面から三次元積層室２に向けて突出している。
【００３３】
機械加工部収納室５は、Ｚ軸スライド部５ａでＺ軸方向に移動することで、保持している機械加工部１３をＺ軸方向に移動させる。また、機械加工部収納室５は、ベローズ１９を介して三次元積層室２と接続していることで、ベローズ１９がＺ軸方向の移動に合わせて変形し、三次元積層室２と機械加工部収納室５との間の密閉状態を維持できる。
【００３４】
ベッド１０は、三次元積層室２内のＺ軸方向の底部に設けられている。ベッド１０は、テーブル部１１を支持している。ベッド１０は、各種配線や配管や駆動機構が配置されている。
【００３５】
テーブル部１１は、ベッド１０の上面に配置され、基台部１００を支持する。テーブル部１１は、Ｙ軸スライド部１５と、Ｘ軸スライド部１６と、回転テーブル部１７とを有する。テーブル部１１は、基台部１００を取り付けて基台部１００をベッド１０上で移動させる。
【００３６】
Ｙ軸スライド部１５は、ベッド１０に対してＸ軸スライド部１６をＹ軸方向（矢印１０６の方向）に沿って移動させる。Ｘ軸スライド部１６は、Ｙ軸スライド部１５の稼働部となる部材に固定されており、Ｙ軸スライド部１５に対して回転テーブル部１７をＸ軸方向（矢印１０８の方向）に沿って移動させる。回転テーブル部１７は、Ｘ軸スライド部１６の稼働部となる部材に固定されており、基台部１００を支持している。回転テーブル部１７は、例えば、傾斜円テーブルであり、固定台１７ａと、回転テーブル１７ｂと、傾斜テーブル１７ｃと、回転テーブル１７ｄとを有する。固定台１７ａは、Ｘ軸スライド部１６の稼働部となる部材に固定されている。回転テーブル１７ｂは、固定台１７ａに支持されており、Ｚ軸方向と平行な回転軸１１０を回転軸として回転する。傾斜テーブル１７ｃは、回転テーブル１７ｂに支持されており、回転テーブル１７ｂの支持されている面に直交する回転軸１１２を軸として回動される。回転テーブル１７ｄは、傾斜テーブル１７ｃに支持されており、傾斜テーブル１７ｃの支持されている面に直交する回転軸１１４を軸として回転される。回転テーブル１７ｄは、基台部１００を固定している。
【００３７】
このように回転テーブル部１７は、回転軸１１０，１１２，１１４を軸として各部を回転させることで、基台部１００を直交する３軸周りに回転させることができる。テーブル部１１は、回転テーブル部１７に固定されている基台部１００を、基台部１００は、Ｙ軸スライド部１５およびＸ軸スライド部１６により、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に移動させる。また、テーブル部１１は、回転テーブル部１７により回転軸１１０，１１２，１１４を軸として各部を回転させることで、基台部１００を直交する３軸周りに回転させる。テーブル部１１は、さらにＺ軸方向に沿って基台部１００を移動させてもよい。
【００３８】
積層ヘッド１２は、基台部１００に向けて粉末材料を噴射し、さらに噴射した粉末材料にレーザ光（光ビーム）を照射することにより粉末を溶融させて、溶融した粉末を基台部１００上で固化させて成形層を形成する。積層ヘッド１２に導入される粉末は、三次元形状物の原料となる材料の粉末である。本実施形態において、粉末は、例えば、鉄、銅、アルミニウムまたはチタン等の金属材料などを用いることができる。なお、粉末としては、セラミック等の金属材料以外の材料を用いてもよい。積層ヘッド１２は、ベッド１０のＺ軸方向の上側の面に対面する位置に設けられており、テーブル部１１と対面している。積層ヘッド１２は、Ｚ軸方向の下部にノズル２３が設置されている。積層ヘッド１２は、本体４６にノズル２３が装着されている。
【００３９】
図２は、積層ヘッドの先端部の一例を示す縦断面図である。
【００４０】
図２に示すように、ノズル２３は、外管４１と、外管４１の内部に挿入された内管４２とを有する二重管である。外管４１は、管状の部材であり、先端（Ｚ軸方向下側）に向かって径が小さくなっている。内管４２は、外管４１の内部に挿入されている。内管４２も、管状の部材であり、先端（Ｚ軸方向下側）に向かって径が小さくなる形状である。ノズル２３は、外管４１の内周と内管４２の外周との間が粉末（粉末材料）Ｐの通過する粉末流路４３となる。内管４２の内周面側がレーザ光の通過するレーザ経路４４となる。ここで、ノズル２３が装着されている本体４６は、ノズル２３と同様に二重管であり、粉末流路４３とレーザ経路４４も同様に形成されている。積層ヘッド１２は、レーザ経路４４の周囲を囲うように粉末流路４３が配置されている。本実施形態では、粉末流路４３が、粉末を噴射する粉末噴射部となる。積層ヘッド１２は、粉末導入部３５から導入された粉末Ｐが粉末流路４３を流れ、外管４１と内管４２との間の端部の開口であるノズル噴射口部４５から噴射される。
【００４１】
積層ヘッド１２は、粉末Ｐを、所定の収束位置において所定の収束径を有するように噴射する。ここで、収束径とは、噴射された粉末Ｐの軌跡の径が最小になる場合の粉末Ｐの軌跡の径である。上述のように、ノズル２３は先端に向かって径が小さくなっているので、積層ヘッド１２は、粉末Ｐを、放射方向内側に収束するように噴射する。すなわち、積層ヘッド１２は、粉末Ｐの軌跡が所定の収束径を有するように、粉末Ｐを噴射する。また、収束位置とは、噴射された粉末Ｐの軌跡が収束する位置である。
【００４２】
また、積層ヘッド１２は、光源４７と光ファイバ４８と集光部４９とを有する。光源４７は、レーザ光を出力する。光ファイバ４８は、光源４７から出力されたレーザをレーザ経路４４に案内する。集光部４９は、レーザ経路４４に配置され、光ファイバ４８から出力されたレーザの光路に配置されている。集光部４９は、光ファイバ４８から出力されたレーザ光Ｌを集光する。集光部４９で集光されたレーザ光Ｌは、内管４２の端部から出力される。積層ヘッド１２は、集光部４９を本体４６に配置したが、集光部４９の一部または全部をノズル２３に配置してもよい。ノズル２３に集光部４９の一部または全部を配置した場合、ノズル２３を交換することで、焦点位置を異なる位置とすることができる。
【００４３】
積層ヘッド１２は、中心軸Ｏの位置にレーザ光Ｌの通過するレーザ経路４４が設けられ、その外側に複数の粉末流路４３が設けられる。積層ヘッド１２は、粉末流路４３から粉末Ｐを噴射し、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力する。積層ヘッド１２から噴射された粉末Ｐは、積層ヘッド１２から出力されたレーザ光Ｌが照射される領域に侵入し、レーザ光Ｌの焦点Ｆでこのレーザ光Ｌによって加熱される。レーザ光Ｌが照射された粉末Ｐは溶融した後、基台部１００上に到達する。溶融した状態で基台部１００上に到達した粉末Ｐは、冷却されて固化する。これにより、基台部１００上に成形層を形成する。
【００４４】
ここで、本実施形態の積層ヘッド１２は、光源４７から出力されたレーザ光Ｌを光ファイバ４８で案内したが、光ファイバ４８に限らず他の伝送部材であってもよい。また、集光部４９は、本体４６に設けてもノズル２３に設けても、両方に設けてもよい。本実施形態の積層ヘッド１２は、効果的に加工ができるため、粉末Ｐを噴射する粉末流路４３と、レーザ光Ｌを照射するレーザ経路４４とを同軸に設けたがこれに限定されない。積層ヘッド１２は、粉末Ｐを噴射する機構とレーザ光Ｌを照射する機構とを別体としてもよい。本実施形態の積層ヘッド１２は、粉末材料にレーザ光を照射したが、粉末材料を溶解または焼結させることができればよく、レーザ光以外の光ビームを照射してもよい。
【００４５】
図１に示すように、機械加工部１３は、例えば、成形層等を機械加工する。機械加工部１３は、ベッド１０のＺ軸方向の上側の面に対面する位置に設けられており、テーブル部１１と対面している。機械加工部１３は、Ｚ軸方向の下部に工具２２が装着されている。なお、機械加工部１３は、ベッド１０よりもＺ軸方向上側で、テーブル部１１による基台部１００の移動可能範囲に設けられていればよく、配置位置は本実施形態の位置に限られない。
【００４６】
図３は、制御装置２０の構成を示す模式図である。
【００４７】
図１に示すように、制御装置２０は、三次元積層装置１の各部（上述したベッド１０、テーブル部１１、積層ヘッド１２、機械加工部１３、形状計測部３０、加熱ヘッド３１、装置計測部３２、工具交換部３３、ノズル交換部３４、粉末導入部３５、基台移動部３６、空気排出部３７、ガス導入部３８、粉末回収部３９など）の駆動部と電気的に接続されており、三次元積層装置１の各部の動作を制御する。制御装置２０は、三次元積層室２や予備室３の外部に設置されている。制御装置２０は、図３に示すように、入力部５１と、制御部５２と、記憶部５３と、出力部５４と、通信部５５とを有する。入力部５１と、制御部５２と、記憶部５３と、出力部５４と、通信部５５との各部は電気的に接続されている。
【００４８】
入力部５１は、例えば、操作パネルである。作業者は、入力部５１に情報や指令等を入力する。制御部５２は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）およびメモリである。制御部５２は、三次元積層装置１の各部に、三次元積層装置１の各部の動作を制御する指令を出力する。また、制御部５２には、三次元積層装置１の各部からの情報等が入力される。記憶部５３は、例えば、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）またはＲＯＭ（Read  Only  Memory）等の記憶装置である。記憶部５３には、制御部５２で実行されることで各部の動作を制御する三次元積層装置１の運転プログラムや、三次元積層装置１の情報、または三次元形状物の設計情報等が記憶される。出力部５４は、例えば、ディスプレイである。出力部５４は、例えば、三次元積層装置１の各部からの情報等を表示する。通信部５５は、例えば、インターネットまたはＬＡＮ（Local  Area  Network）等のような通信回線と通信して、通信回線との間で情報をやり取りする。なお、制御装置２０は、少なくとも制御部５２および記憶部５３を有していればよい。制御装置２０は、制御部５２および記憶部５３を有していれば、三次元積層装置１の各部に指令を出力することができる。
【００４９】
本実施形態の三次元積層装置１による三次元積層方法は、加工対象物９０の加工面９１に成形層を積層することで水平方向の一方側にオーバーハングするような三次元形状物９３を製造するものである。本実施形態の三次元積層方法は、加工対象物９０の加工面９１に向けて粉末Ｐを供給する工程と、粉末Ｐにレーザ光Ｌを照射してレーザ光Ｌが照射された粉末Ｐの少なくとも一部を焼結または溶融固化させて成形層１５１，１５２，１５３，１５４を形成する工程と、成形層１５１，１５２，１５３，１５４を形成するときに加工面９１に対するオーバーハングする側のレーザ光Ｌの照射角度θが成形層１５１，１５２，１５３，１５４を形成可能な範囲で９０度未満になるようにする工程とを有する。
【００５０】
ここで本実施形態の三次元積層装置１による一般的な三次元形状物の製造方法について説明する。
【００５１】
三次元積層装置１による三次元形状物の製造方法において、図１および図２に示すように、本実施形態においては、加工対象物９０の加工面９１に三次元形状物を製造する場合として説明する。加工対象物９０は、例えば、金属製の板状部材であるが、上部に三次元形状物が製造されるものであれば、形状および材料は任意である。加工対象物９０は、基台部１００上に取付けられる。
【００５２】
制御装置２０は、テーブル部１１により、基台部１００上の加工対象物９０が積層ヘッド１２のＺ軸方向下方に配置されるように、基台部１００を移動させる。制御装置２０は、粉末導入部３５から積層ヘッド１２に粉末を導入し、積層ヘッド１２から気体と共に粉末Ｐを噴射しつつ、レーザ光Ｌを照射する。粉末Ｐは、所定の収束径をもって、基台部１００上の加工対象物９０に向かって噴射される。レーザ光Ｌは、積層ヘッド１２と加工対象物９０との間において、所定のスポット径をもって粉末Ｐに照射される。ここで、粉末Ｐの収束径のＺ軸方向での位置に対するレーザ光Ｌのスポット径のＺ軸方向での位置および粉末Ｐの収束径のＺ軸方向での位置におけるスポット径は、例えば、集光部４９の位置を動かすことにより制御することができる。
【００５３】
すなわち、積層ヘッド１２は、粉末流路４３に粉末Ｐを導入し、ノズル噴射口部４５から粉末Ｐを噴射し、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力する。レーザ経路４４からのレーザ光Ｌは、加工対象物９０の加工面９１の近傍に焦点Ｆが設定され、ノズル噴射口部４５からの粉末Ｐは、このレーザ光Ｌの焦点に向けて噴射される。そのため、積層ヘッド１２から噴射された粉末Ｐは、加工対象物９０の加工面９１にあるレーザ光Ｌの焦点Ｆでこのレーザ光Ｌによって加熱される。レーザ光Ｌが照射された粉末Ｐは、加工対象物９０の加工面９１の近傍で溶融した後、加工対象物９０の加工面９１に到達する。溶融した状態で加工対象物９０の加工面９１に到達した粉末Ｐは、ここで冷却されて固化される。これにより、加工対象物９０の加工面９１に成形層９２が形成される。
【００５４】
制御装置２０は、テーブル部１１で加工対象物９０を所定の移動方向Ｍ１に移動させつつ、積層ヘッド１２から加工対象物９０の加工面９１に対してレーザ光Ｌを照射すると共に粉末Ｐを噴射する。そのため、加工対象物９０の加工面９１に連続した成形層９２が形成される。この場合、三次元積層装置による加工方向は、Ｍ２となる。三次元積層装置１は、このような成形層９２の形成を繰り返すことによって、複数の成形層が一体として積層された三次元形状物を製造する。
【００５５】
以下、オーバーハング形状をなす三次元形状物の製造方法について具体的に説明する。図４は、加工面に対するレーザ光の照射角度を説明するための概略図、図５は、従来のオーバーハング形状をなす三次元形状物の製造方法を示す概略図、図６は、従来のオーバーハング形状をなす三次元形状物の製造方法の作用を説明するための概略図、図７は、本実施形態のオーバーハング形状をなす三次元形状物の製造方法を示す概略図、図８は、本実施形態のオーバーハング形状をなす三次元形状物の製造方法の作用を説明するための概略図である。
【００５６】
図２および図４に示すように、積層ヘッド１２は、中心軸Ｏにレーザ光Ｌを照射するレーザ経路４４が設けられ、その周囲に粉末Ｐを噴射する複数の粉末流路４３が設けられる。積層ヘッド１２は、加工対象物９０の加工面９１に対してレーザ経路４４からレーザ光Ｌを照射する。このとき、加工面９１に適正な形状の成形層９２を形成するためには、加工対象物９０の加工面９１に対するレーザ光Ｌの照射角度θを９０度近傍にすることが好ましく、成形層９２を形成可能な照射角度θの範囲が予め設定されている。成形層９２を形成可能な照射角度θは、レーザ光Ｌの出力により変動するが、例えば、８０度〜１００度の範囲が好ましい。
【００５７】
図５に示すように、加工対象物９０の加工面９１に成形層を積層することで、水平方向に所定量だけずれていくように傾斜、つまり、一方側にオーバーハングするような三次元形状物９３を製造するとき、一般的には、加工面９１に対してレーザ光Ｌの照射角度θを適正な照射角度θ、つまり、９０度とする。すなわち、加工面９１に対して、レーザ光Ｌを９０度の照射角度θで照射し、粉末Ｐを噴射する。この場合、図６に示すように、水平な加工面９１に成形層が多数積層されることで三次元形状物９３が形成され、この成形層の表面９３ａは、加工面９１に平行な水平面となる。三次元形状物９３の表面９３ａに対して粉末Ｐを噴射してレーザ光Ｌを照射すると、表面９３ａが溶融して溶融プール９４が形成される。このとき、レーザ光Ｌが加工面９１に対して９０度の照射角度θで表面９３ａに照射されるため、三次元形状物９３に対する入熱Ｌ１は、鉛直方向に沿ったものとなる。そのため、三次元形状物９３は、オーバーハングした側の端面が集中して加熱されることとなり、溶融プール９４が溶け落ちてしまい、所望のオーバーハング形状をなす三次元形状物９３を製造することが困難になる。
【００５８】
そこで、本実施形態の三次元積層方法は、図７に示すように、加工対象物９０の加工面９１に成形層を積層させてオーバーハング形状をなす三次元形状物を形成するとき、加工面９１に対するオーバーハングする側のレーザ光Ｌの照射角度θが成形層を形成可能な範囲で９０度未満になるようにし、この状態で粉末Ｐを噴射すると共にレーザ光Ｌを照射する。
【００５９】
加工対象物９０の加工面９１に成形層を積層するごとに水平方向に所定量だけずれていくように傾斜、つまり、一方側にオーバーハングするような三次元形状物９３を製造するとき、本実施形態では、加工面９１に対してレーザ光Ｌの照射角度θを９０度未満とする。すなわち、加工面９１に対して、レーザ光Ｌを９０度未満の照射角度θで照射し、粉末Ｐを噴射する。この場合、図８に示すように、水平な加工面９１に成形層が斜めに多数積層されることで三次元形状物９３が形成され、この成形層の表面９３ｂは、加工面９１に対して傾斜した面となる。三次元形状物９３の表面９３ｂに対して粉末Ｐを噴射してレーザ光Ｌを照射すると、表面９３ｂが溶融して溶融プール９５が形成される。このとき、レーザ光Ｌが加工面９１に対して傾斜した照射角度θで表面９３ｂに照射されるため、三次元形状物９３に対する入熱Ｌ２は、三次元形状物９３のオーバーハング形状に沿ったものとなる。そのため、三次元形状物９３は、オーバーハングした側の端面が集中して加熱されることがなく、溶融プール９５が溶け落ちずに維持され、所望のオーバーハング形状をなす三次元形状物９３を製造することができる。
【００６０】
図１から図３に示すように、本実施形態の三次元積層装置１は、レーザ経路４４から加工面９１に照射するレーザ光Ｌの照射角度θを変更する照射角度変更部と、加工面９１に対するオーバーハングする側の照射角度θが成形層を形成可能な範囲で９０度未満になるように照射角度変更部を制御する制御部５２とを備える。本実施形態にて、照射角度変更部は、回転テーブル部１７であり、回転テーブル部１７は、回転軸１１２，１１４を軸として各部を回転させることで、基台部１００の角度を変更することができる。そのため、基台部１００に加工対象物９０を固定し、加工対象物９０の加工面９１と積層ヘッド１２との相対角度を変更することで、レーザ経路４４から加工面９１に照射するレーザ光Ｌの照射角度θを変更することができる。なお、加工対象物９０の加工面９１に対して、積層ヘッド１２の角度を変更することで、レーザ経路４４から加工面９１に照射するレーザ光Ｌの照射角度θを変更するように構成してもよい。
【００６１】
また、制御部５２は、成形層の表面に成形層を積層するとき、加工面９１に対するオーバーハングする側の照射角度θが徐々に小さくなるように回転テーブル部１７の角度を制御する。このとき、制御部５２は、成形層の表面に対する照射角度θが９０度になるように回転テーブル部１７の角度を制御する。また、制御部５２は、オーバーハングする側の成形層の厚さがオーバーハングしない側の成形層の厚さより薄くなるように粉末Ｐの噴射量、レーザ光Ｌの出力、加工速度などを制御する。
【００６２】
ここで、本実施形態の三次元積層装置１によるオーバーハング形状をなす三次元形状物の製造方法について具体的に説明する。図９は、加工面に対する第１成形層の製造工程を示す概略図、図１０は、加工面に対する第２成形層の製造工程を示す概略図、図１１は、加工面に対する第３成形層の製造工程を示す概略図、図１２は、加工面に対する第４成形層の製造工程を示す概略図、図１３は、加工面に対する成形層の異なる製造工程を示す概略図、図１４は、オーバーハング形状をなす三次元形状物を示す概略図である。
【００６３】
本実施形態にて、加工対象物９０を金属製の板状部材とし、加工面９１を水平で平らな面として説明するが、上部に三次元形状物が製造されるものであれば、形状および材料は任意である。例えば、円柱形状（または、円筒形状）をなす軸状部材などであってもよい。また、加工対象物９０の加工面９１に形成する三次元形状物は、オーバーハング形状をなす。このオーバーハング形状をなす三次元形状物は、例えば、翼形状をなす部材であって、積層方向に直交する方向に湾曲または屈曲してオーバーハングするものである。
【００６４】
図２および図９に示すように、まず、加工対象物９０の加工面９１に対して、レーザ光Ｌの照射角度θを９０度（成形層を形成可能な角度）に設定する。この状態で、粉末流路４３に導入された粉末Ｐをノズル噴射口部４５から噴射すると共に、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力し、積層ヘッド１２に対して加工対象物９０を移動する。すると、積層ヘッド１２から噴射された粉末Ｐは、レーザ光Ｌによって加熱されて溶融した後、加工対象物９０の加工面９１に到達する。溶融した状態で加工対象物９０の加工面９１に到達した粉末Ｐは、ここで冷却されて固化され、加工対象物９０の加工面９１に第１成形層１５１が形成される。
【００６５】
このとき、加工対象物９０の移動方向、つまり、積層ヘッド１２による加工方向は、図９の紙面直交方向であり、第１成形層１５１は、図９の左右方向に複数のビード１５１ａにより構成される。そして、第１成形層１５１は、オーバーハングする側（図９にて、右方側）の厚さｔ１が、オーバーハングしない側（図９にて、左方側）の厚さｔ２より薄くなる。第１成形層１５１の厚さを変えるには、ノズル噴射口部４５から噴射する粉末Ｐの噴射量を変えたり、レーザ経路４４から照射されるレーザ光Ｌの出力をかえたり、加工対象物９０の移動速度（積層ヘッド１２による加工速度）を変えたりすることで対応可能である。
【００６６】
加工対象物９０の加工面９１に第１成形層１５１が形成されると、図２および図１０に示すように、次に、加工対象物９０の加工面９１に対して、レーザ光Ｌの照射角度θを９０度未満に設定する。このとき、第１成形層１５１の表面に対する照射角度θを９０度に設定する。つまり、加工対象物９０の加工面９１に対して、積層ヘッド１２がオーバーハングする側（図１０にて、右方側）に傾くようにする。この状態で、粉末流路４３に導入された粉末Ｐをノズル噴射口部４５から噴射すると共に、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力し、積層ヘッド１２に対して加工対象物９０を移動する。すると、積層ヘッド１２から噴射された粉末Ｐは、レーザ光Ｌによって加熱されて溶融した後、第１成形層１５１の表面に到達する。溶融した状態で第１成形層１５１の表面に到達した粉末Ｐは、ここで冷却されて固化され、第１成形層１５１の表面に第２成形層１５２が形成される。なお、積層ヘッド１２による加工方向と、複数のビードの配列方向は、第１成形層１５１と同様である。また、この第２成形層１５２も、第１成形層１５１と同様に、オーバーハングする側（図１０にて、右方側）のの厚さが、オーバーハングしない側（図１０にて、左方側）の厚さより薄くなる。
【００６７】
第１成形層１５１の表面に第２成形層１５２が形成されると、図２および図１１に示すように、続いて、加工対象物９０の加工面９１に対して、レーザ光Ｌの照射角度θを所定量だけ小さく設定する。このとき、第２成形層１５２の表面に対する照射角度θを９０度に設定する。つまり、加工対象物９０の加工面９１に対して、積層ヘッド１２がオーバーハングする側（図１１にて、右方側）に更に傾くようにする。この状態で、粉末流路４３に導入された粉末Ｐをノズル噴射口部４５から噴射すると共に、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力し、積層ヘッド１２に対して加工対象物９０を移動する。すると、前述と同様に、第２成形層１５２の表面に第３成形層１５３が形成される。
【００６８】
第２成形層１５２の表面に第３成形層１５３が形成されると、図２および図１２に示すように、続いて、加工対象物９０の加工面９１に対して、レーザ光Ｌの照射角度θを所定量だけ更に小さく設定する。このとき、第３成形層１５３の表面に対する照射角度θを９０度に設定する。つまり、加工対象物９０の加工面９１に対して、積層ヘッド１２がオーバーハングする側（図１１にて、右方側）に更に傾くようにする。この状態で、粉末流路４３に導入された粉末Ｐをノズル噴射口部４５から噴射すると共に、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力し、積層ヘッド１２に対して加工対象物９０を移動する。すると、前述と同様に、第３成形層１５３の表面に第４成形層１５４が形成される。
【００６９】
なお、ここでは、加工対象物９０の加工面９１に対して成形層１５１，１５２，１５３，１５４を積層するごとに、積層ヘッド１２を連続して傾斜させ、加工面９１に対するオーバーハングする側の照射角度θを連続して所定量だけ変更したが、この方法に限定されるものではない。例えば、図１３に示すように、加工対象物９０の加工面９１に成形層１５１，１５２，１５３，１５４を積層した後、積層ヘッド１２の傾斜角度を維持し、加工面９１に対するオーバーハングする側の照射角度θを変更せずに、第４成形層１５４の表面に１つまたは複数の成形層１５５，１５６，１５７を積層し、その後、再び、積層ヘッド１２を連続して傾斜させ、加工面９１に対するオーバーハングする側の照射角度θを連続して所定量だけ変更して１つまたは複数の成形層１５８，１５９を積層してもよい。
【００７０】
このような三次元積層作業を継続することで、図１４に示すように、複数の成形層１５１，１５２，１５３，１５４・・・が積層されたオーバーハング形状をなす三次元形状物１６０が製造される。この三次元形状物１６０は、加工対象物９０の加工面９１に対して積層方向（鉛直方向）に直交する方向に湾曲してオーバーハングしている。
【００７１】
また、上述の説明では、加工対象物９０の加工面９１に成形層１５１，１５２，１５３，１５４・・・を積層することで、オーバーハング形状をなす三次元形状物１６０を新規に製造したが、既に、三次元積層方法、または、別の製造方法（鋳造、鍛造、切削など）で製造されたオーバーハング形状をなす三次元形状物の補修作業に対しても、本実施形態を適用することができる。
【００７２】
図１５は、補修の必要な三次元形状物を示す概略図、図１６は、三次元形状物の補修工程における加工面の形成工程を示す概略図、図１７は、補修されたオーバーハング形状をなす三次元形状物を示す概略図である。
【００７３】
図１５に示すように、例えば、軸１７０の外周面１７１にオーバーハング形状をなす三次元形状物としての翼１７２が固定された構造である。この翼１７２は、先端部１７３が摩耗しているため、補修が必要である。この場合、図１６に示すように、オーバーハング形状をなす翼１７２の先端部側をオーバーハングする方向Ｃに対して直交する方向の切断面１７４で切断し、先端部１７３を除去する。そして、図１７に示すように、翼１７２の切断面１７４に対するオーバーハングする側（図１７にて右方側）のレーザ光Ｌの照射角度θが成形層を形成可能な範囲で９０度未満になるようにして成形層１７５，１７６，１７７・・・を形成する。すなわち、図１２に示す成形層１５１，１５２，１５３，１５４を形成した三次元積層方法と同様の方法で成形層１７５，１７６，１７７・・・を形成する。
【００７４】
このように本実施形態の三次元積層装置にあっては、加工対象物９０の加工面９１に向けて粉末Ｐを供給する粉末流路４３およびノズル噴射口部４５と、粉末Ｐにレーザ光Ｌを照射してレーザ光Ｌが照射された粉末Ｐの少なくとも一部を焼結または溶融固化させて成形層１５１，１５２，１５３，１５４を形成するレーザ経路４４と、レーザ経路４４から加工面９１に照射するレーザ光Ｌの照射角度θを変更する照射角度変更部としての回転テーブル部１７と、加工面９１に対するオーバーハングする側の照射角度θが成形層１５１，１５２，１５３，１５４を形成可能な範囲で９０度未満になるように回転テーブル部１７を制御する制御部５２とを備える。
【００７５】
そのため、下側の第１成形層１５１の表面に対してレーザ光Ｌを照射すると共に、粉末Ｐを供給すると、レーザ光Ｌがオーバーハング形状に沿って下側の第１成形層１５１に照射されるため、下側の成形層１５１の表面に適正に溶融部が形成されることとなり、下側の第１成形層に対して適正に上側の第２成形層１５２を積層することができる。その結果、オーバーハング形状をなす三次元形状物１６０の品質の向上を図ることができる。
【００７６】
本実施形態の三次元積層装置では、制御部５２は、第１成形層１５１の表面に第２成形層１５２を積層するとき、加工面９１に対するオーバーハングする側の照射角度θが徐々に小さくなるように回転テーブル部１７を制御する。そのため、加工面９１に積層された複数の成形層１５１，１５２，１５３，１５４を効率良くオーバーハング形状に形成することができる。
【００７７】
本実施形態の三次元積層装置では、制御部５２は、成形層１５１，１５２，１５３，１５４の表面に対する照射角度θが９０度になるように回転テーブル部１７を制御する。そのため、第１成形層１５１の表面に第２成形層１５２を適正に積層することができ、オーバーハング形状をなす三次元形状物１６０の品質の向上を図ることができる。
【００７８】
本実施形態の三次元積層装置では、制御部５２は、オーバーハングする側の成形層１５１，１５２，１５３，１５４の厚さｔ１がオーバーハングしない側の成形層１５１，１５２，１５３，１５４の厚さｔ２より薄くなるように回転テーブル部１７を制御する。そのため、複数の成形層１５１，１５２，１５３，１５４を効率良くオーバーハング形状に形成することができる。
【００７９】
本実施形態の三次元積層装置では、積層ヘッド１２の中心部にレーザ経路４４を設け、積層ヘッド１２におけるレーザ経路４４の周囲に粉末流路４３およびノズル噴射口部４５を設け、レーザ光Ｌの照射角度θを変更するとき、粉末Ｐの噴射角度も変更する。そのため、レーザ光Ｌの照射位置に対して粉末Ｐの噴射位置を常時適正位置に維持することができ、オーバーハング形状をなす三次元形状物１６０の品質の向上を図ることができる。
【００８０】
また、本実施形態の三次元積層方法にあっては、加工対象物９０の加工面９１に向けて粉末Ｐを供給する工程と、粉末Ｐにレーザ光Ｌを照射してレーザ光Ｌが照射された粉末Ｐの少なくとも一部を焼結または溶融固化させて成形層１５１，１５２，１５３，１５４を形成する工程と、成形層１５１，１５２，１５３，１５４を形成するときに加工面９１に対するオーバーハングする側のレーザ光Ｌの照射角度θが成形層１５１，１５２，１５３，１５４を形成可能な範囲で９０度未満になるようにする工程とを有する。
【００８１】
そのため、下側の第１成形層１５１の表面に対してレーザ光Ｌを照射すると共に、粉末Ｐを供給すると、レーザ光Ｌがオーバーハング形状に沿って下側の第１成形層１５１に照射されるため、下側の成形層１５１の表面に適正に溶融部が形成されることとなり、下側の第１成形層に対して適正に上側の第２成形層１５２を積層することができる。その結果、オーバーハング形状をなす三次元形状物１６０の品質の向上を図ることができる。
【００８２】
本実施形態の三次元積層方法では、第１成形層１５１の表面に第２成形層を積層するとき、加工面９１に対するオーバーハングする側の照射角度θが徐々に小さくなるようにする。そのため、加工面９１に積層された複数の成形層１５１，１５２，１５３，１５４を効率良くオーバーハング形状に形成することができる。
【００８３】
本実施形態の三次元積層方法では、オーバーハング形状をなす三次元形状物としての翼１７２の先端部１７３をオーバーハングする方向Ｃに対して直交する方向の切断面１７４で切断し、切断面１７４に対するオーバーハングする側のレーザ光Ｌの照射角度θが成形層１７５，１７６，１７７を形成可能な範囲で９０度未満になるようにして成形層１７５，１７６，１７７を形成する。そのため、オーバーハング形状をなす三次元形状物としての翼１７２の補修を高精度で容易に実施することができる。
【００８４】
なお、上述の実施形態にて、粉末供給部が噴射する粉末材料を金属粉末材料としたが、樹脂粉末材料等の非金属粉末材料であってもよい。また、光ビームをレーザ光としたが、電子ビームなどとしてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１  三次元積層装置
２  三次元積層室
３  予備室
４  積層ヘッド収納室
４ａ，５ａ  Ｚ軸スライド部
５  機械加工部収納室
６，７  扉
１０  ベッド
１１  テーブル部
１２  積層ヘッド
１３  機械加工部
１５  Ｙ軸スライド部
１６  Ｘ軸スライド部
１７  回転テーブル部（照射角度変更部）
１７ａ  固定台
１７ｂ  回転テーブル
１７ｃ  傾斜テーブル
１７ｄ  回転テーブル
１８，１９  ベローズ
２０  制御装置
２２  工具
２３  ノズル
２４  先端部
２５  空気排出部
３０  形状計測部
３１  加熱ヘッド
３２  装置計測部
３３  工具交換部
３４  ノズル交換部
３５  粉末導入部
３６  基台移動部
３７  空気排出部
３８  ガス導入部
３９  粉末回収部
４１  外管
４２  内管
４３  粉末流路（粉末供給部）
４４  レーザ経路（光照射部）
４５  ノズル噴射口部（粉末供給部）
４６  本体
４７  光源
４８  光ファイバ
４９  集光部
５１  入力部
５２  制御部
５３  記憶部
５４  出力部
５５  通信部
９０  加工対象物
９１  加工面
９２  成形層
９３  三次元形状物
９３ａ，９３ｂ  表面
９４，９５  溶融プール
１００  基台部
１０２，１０４，１０６，１０８  矢印
１１０，  回転軸
１５１  第１成形層
１５１ａ  ビード
１５２  第２成形層
１５３  第３成形層
１５４  第４成形層
１５５，１５６，１５７，１５８，１５９  成形層
１６０  三次元形状物
１７０  軸
１７１  外周面
１７２  翼
１７３  先端部
１７４  切断面
１７５，１７６，１７７  成形層
Ｃ  オーバーハングする方向
Ｆ  焦点
Ｍ１  移動方向
Ｍ２  加工方向
Ｌ  レーザ光（光ビーム）
Ｏ  中心軸
Ｐ  粉末
ｔ１，ｔ２  厚さ
【図１】
2020199538.tif 000003
【図２】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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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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