(57)【要約】  金属部材１３の製造方法は、複数の層を積層方向ＤＬに積み重ねながら結合させることにより、金属製の立体造形物を付加製造により製造する造形工程を含む。立体造形物は、オーバーハング部１４を有する金属部材１３と、オーバーハング部１４を支持する、金属部材１３と一体の複数のサポート１２とを備える。サポート１２は、金属部材１３に非接触の羽根２２と、羽根２２からオーバーハング部１４に向かって積層方向ＤＬに延びており、金属部材１３に接する柱２１とを含む。
2019021389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の層を積層方向に積み重ねながら結合させることにより、金属製の立体造形物を付加製造により製造する造形工程を含む、金属部材の製造方法であって、
前記立体造形物は、オーバーハング部を有する金属部材と、前記オーバーハング部を支持する、前記金属部材と一体の複数のサポートと、を備え、
前記サポートは、前記金属部材に非接触の羽根と、前記羽根から前記オーバーハング部に向かって前記積層方向に延びており、前記金属部材に接する柱と、を含む、金属部材の製造方法。
【請求項２】
前記サポートの羽根に液圧を加えながら前記羽根に加わる前記液圧の大きさおよび方向を変化させることにより、前記サポートを前記柱まわりにねじって、前記サポートを破断させる破断工程をさらに含む、請求項１に記載の金属部材の製造方法。
【請求項３】
前記柱の断面積は、前記羽根の断面積よりも小さい、請求項１または２に記載の金属部材の製造方法。
【請求項４】
前記サポートの羽根は、前記積層方向における前記柱の長さよりも長い幅を有する板状である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属部材の製造方法。
【請求項５】
前記金属部材は、前記金属部材の外面で開口する穴と、前記穴から前記金属部材の内部に延びる空洞と、が設けられた中空部を含み、
前記サポートは、前記中空部の中に配置されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属部材の製造方法。
【請求項６】
前記サポートの羽根は、前記積層方向に見ると前記中空部の空洞の中心線に対して傾いた板状の傾斜部を含む、請求項５に記載の金属部材の製造方法。
【請求項７】
前記サポートは、前記サポートの外面で開口するノッチをさらに含み、
前記積層方向における前記サポートの先端部から前記ノッチまでの前記積層方向の寸法は、前記穴の直径の最大値よりも小さい、請求項５または６に記載の金属部材の製造方法。
【請求項８】
前記サポートは、前記サポートの外面で開口するノッチをさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の金属部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄプリンティングとも呼ばれる付加製造（additive manufacturing）によって金属部材を製造する金属部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３Ｄプリンティングでは、複数の層を積層方向に積み重ねながら結合させることにより立体造形物を製造する。３Ｄプリンティングの多くの方式では、最終的に得たい製品にオーバーハング部、つまり、空中に浮いている部分が含まれる場合、オーバーハング部を支持するサポート（サポート材とも呼ばれる）が製品と一緒に製造される。そして、製品部分とサポート部分とを含む立体造形物が製造された後、サポートが立体造形物から除去される。たとえば特許文献１には、ウォータジェットを用いて造形物からサポート材を除去する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−５６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
立体造形物が樹脂製である場合、オーバーハング部とは異なる樹脂材料でサポートを形成し、立体造形物の製造後にサポートを液体に溶解させて除去する方法が知られている。立体造形物が金属製である場合は、このような方法を採ることができず、物理的にサポートを除去する必要がある。しかしながら、多くのサポートが立体造形物に含まれている場合、全てのサポートを短時間で除去することができない。特に、立体造形物が金属製である場合は、樹脂製である場合と比較してサポートの強度が高いので、サポートを簡単に除去できない。さらに、中空部の中にサポートがある場合は、サポートが中空部で隠れるので、サポートの除去がさらに難しい。【０００５】
そこで、本発明の目的の一つは、サポートの除去に要する負担を軽減できる、金属部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態は、複数の層を積層方向に積み重ねながら結合させることにより、金属製の立体造形物を付加製造により製造する造形工程を含む、金属部材の製造方法であって、前記立体造形物は、オーバーハング部を有する金属部材と、前記オーバーハング部を支持する、前記金属部材と一体の複数のサポートと、を備え、前記サポートは、前記金属部材に非接触の羽根と、前記羽根から前記オーバーハング部に向かって前記積層方向に延びており、前記金属部材に接する柱と、を含む、金属部材の製造方法を提供する。前記金属部材の製造方法は、前記サポートの羽根に液圧を加えながら前記羽根に加わる前記液圧の大きさおよび方向を変化させることにより、前記サポートを前記柱まわりにねじって、前記サポートを破断させる破断工程をさらに含んでいてもよい。【０００７】
この構成によれば、複数の層を積層方向に積み重ねながら結合させることにより、金属製の立体造形物を製造する。立体造形物は、オーバーハング部を有する金属部材と、オーバーハング部を支持する複数のサポートとを含んでいる。サポートは、金属部材と同じ金属材料で形成された、金属部材と一体の部分である。サポートは、金属部材に非接触の羽根と、羽根からオーバーハング部に向かって積層方向に延び柱とを含む。柱は、金属部材に接している。【０００８】
サポートの羽根に液圧を加えながら羽根に加わる液圧の大きさおよび方向を変化させると、羽根が柱まわりに動き、サポートの柱がねじれる。このとき柱に生じる応力が柱の強度を超えると、柱が破断し、サポートが金属部材から切断される。柱に生じる応力が柱の強度以下であったとしても、繰り返し荷重がサポートに加わるので、サポートが柱まわりに揺れ動く間に疲労破壊が発生し、柱が破断する。したがって、羽根に加わる液圧の大きさおよび方向を変化させるだけで、各サポートを金属部材から切断できる。これにより、サポートの除去に要する負担を軽減できる。【０００９】
本実施形態において、以下の特徴の少なくとも一つが、前記金属部材の製造方法に加えられてもよい。【００１０】
前記柱の断面積は、前記羽根の断面積よりも小さい。断面は、積層方向に直交する断面を意味し、断面積は、積層方向に直交する断面の面積を意味する。【００１１】
この構成によれば、柱の断面積が、羽根の断面積よりも小さい。そのため、柱の強度は、羽根の強度よりも低い。液圧が羽根に加わり、柱がねじれると、サポートの中で最も脆弱な柱が最初に破断し、サポートが金属部材から切断される。これにより、柱をより確実に短時間で破断させることができる。【００１２】
前記サポートの羽根は、前記積層方向における前記柱の長さよりも長い幅を有する板状である。【００１３】
この構成によれば、サポートの羽根の幅が広い。より具体的には、羽根の幅が、柱の高さ、つまり、積層方向における柱の長さよりも長い。このように、羽根の幅が広いので、液体から羽根に加わる荷重が増加し、より大きな応力が柱に生じる。これにより、柱をより確実に短時間で破断させることができる。【００１４】
前記金属部材は、前記金属部材の外面で開口する穴と、前記穴から前記金属部材の内部に延びる空洞と、が設けられた中空部を含み、前記サポートは、前記中空部の中に配置されている。【００１５】
この構成によれば、サポートが金属部材の中空部の中に配置されているので、サポートを切断する工具をサポートに接触させ難い。しかしながら、そのような工具を用いなくても、羽根に加わる液圧の大きさおよび方向を変化させるだけで、各サポートを切断できる。そして、金属部材の外面で開口する中空部の穴を通じて、切断されたサポートを空洞の外に排出できる。これにより、金属部材からサポートを除去することができる。【００１６】
前記サポートの羽根は、前記積層方向に見ると前記中空部の空洞の中心線に対して傾いた板状の傾斜部を含む。【００１７】
この構成によれば、サポートの羽根は、空洞の軸方向、つまり、空洞の中心線の方向に延びているのではなく、積層方向に見ると中空部の空洞の中心線に対して傾いている。空洞内での液体の流れは、サポートの羽根によって妨げられる。これにより、液体から羽根に加わる荷重が増加し、より大きな応力が柱に生じる。したがって、柱をより確実に短時間で破断させることができる。【００１８】
前記サポートは、前記サポートの外面で開口するノッチをさらに含み、前記積層方向における前記サポートの先端部から前記ノッチまでの前記積層方向の寸法は、前記穴の直径の最大値よりも小さい。【００１９】
この構成によれば、サポートの外面で開口するノッチが、サポートに設けられている。金属部材から切断されたサポートが金属部材に衝突すると、ノッチで応力集中が生じる。この応力がサポートの強度を超えると、サポートがノッチで折れる。サポートの先端部からノッチまでの積層方向の寸法は、穴の直径の最大値よりも小さい。したがって、金属部材から切断されたサポートを、穴の直径よりも短い複数の破片に裁断することができる。これにより、切断されたサポートを中空部の穴を通じて効率的に排出できる。【００２０】
前記サポートは、前記サポートの外面で開口するノッチをさらに含む。【００２１】
この構成によれば、サポートの外面で開口するノッチが、サポートに設けられている。金属部材から切断されたサポートが金属部材に衝突すると、ノッチで応力集中が生じる。この応力がサポートの強度を超えると、サポートがノッチで折れる。したがって、金属部材から切断されたサポートを、より短い複数の破片に裁断することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、サポートの除去に要する負担を軽減できる、金属部材の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態に係る金属部材の製造システムの概要を示すブロック図である。
【図２】図１に示す製造システムによって製造された金属製の立体造形物を示す模式図である。図２（ａ）は、図２（ｂ）に示す矢印ＩＩＡの方向に見た立体造形物の外観図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う立体造形物の断面図である。図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示す矢印ＩＩＣの方向に見た立体造形物の外観図である。
【図３】図２に示す立体造形物に設けられたサポート（第１サポート）を示す模式図である。図３（ａ）は、図３（ｃ）に示す矢印ＩＩＩＡの方向に見たサポートの側面図である。図３（ｂ）は、図３（ｃ）に示す矢印ＩＩＩＢの方向に見たサポートの正面図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す矢印ＩＩＩＣの方向に見たサポートの平面図である。
【図４Ａ】図３（ｂ）に示すＩＶ−ＩＶ線に沿うサポートの断面の一例を示す断面図である。
【図４Ｂ】図３（ｂ）に示すＩＶ−ＩＶ線に沿うサポートの断面の他の例を示す断面図である。
【図５】サポート除去装置の一例を示す模式図である。
【図６Ａ】金属部材の空洞に液体を送る送液と金属部材の空洞内の液体を吸い込む吸液とが交互に繰り返されている状態を示す断面図である。
【図６Ｂ】サポートに加わる液圧の変化によりサポートが柱まわりに揺れ動く状態を示す模式図である。
【図６Ｃ】第１サポートおよび第２サポートが金属部材から切断された状態を示す断面図である。
【図６Ｄ】第１サポートおよび第２サポートがノッチで折れた状態を示す断面図である。
【図６Ｅ】切断されたサポートが金属部材から排出された状態を示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係るサポートの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態に係る金属部材１３の製造システム１の概要を示すブロック図である。図１は、理解を容易にするために、実際とは異なる形状の金属部材１３およびサポート１２を示している。
【００２６】
金属部材１３の製造システム１は、立体造形物１１の３Ｄデータ（いわゆる、３Ｄモデル）を作成するパーソナルコンピューター２と、コンピューター２で作成された立体造形物１１の３Ｄデータに基づいて金属製の立体造形物１１を製造する３Ｄプリンター３と、３Ｄプリンター３によって製造された金属製の立体造形物１１からサポート１２を除去するサポート除去装置４とを含む。
【００２７】
金属部材１３を製造するときは、コンピューター２を用いて立体造形物１１の３Ｄデータを作成する３Ｄモデリングを行う。その後、立体造形物１１の３Ｄデータに基づいて３Ｄプリンター３に金属製の立体造形物１１を製造させる３Ｄプリンティングを行う。その後、立体造形物１１を手動または自動でサポート除去装置４に搬送し、サポート除去装置４にサポート１２を除去させる。これにより、金属部材１３が製造される。
【００２８】
コンピューター２には、立体造形物１１の３Ｄデータを積層方向ＤＬ（鉛直方向）と平行な複数の層に分割するスライシングと、スライシングにより生成された各層の造形順序を規定する指示データ（いわゆる、Ｇコード）の作成と、を行うソフトウェア（いわゆる、スライサー）がインストールされている。スライサーの機能は、コンピューター２にインストールされた３ＤＣＡＤソフトまたは３ＤＣＧソフトに含まれていてもよい。
【００２９】
３Ｄプリンター３は、Ｇコードにしたがって、立体造形物１１に含まれる全ての層を造形ステージ３ａ側から順に積層方向ＤＬに積み重ねながら結合させる。３Ｄプリンター３は、金属の粉体層の特定の部分だけをレーザーの照射によって焼結させる選択的レーザー焼結（selective laser sintering）により、立体造形物１１に含まれる各層を製造する。選択的レーザー焼結は、付加製造の一種である。付加製造であれば、３Ｄプリンター３は、選択的レーザー焼結以外の方法により、金属製の立体造形物１１を製造してもよい。
【００３０】
立体造形物１１は、鉄など金属材料で形成されている。立体造形物１１は、オーバーハング部１４を有する金属部材１３と、オーバーハング部１４を支持するサポート１２とを含む。金属部材１３の３Ｄデータは、コンピューター２にインストールされた３ＤＣＡＤソフトまたは３ＤＣＧソフトによって作成されてもよいし、３Ｄスキャナーによって作成されてもよい。サポート１２の３Ｄデータは、自動で金属部材１３の３Ｄデータに付加される。この付加は、スライスソフトによって行われてもよいし、３ＤＣＡＤソフトまたは３ＤＣＧソフトによって行われてもよい。
【００３１】
図２は、図１に示す製造システム１によって製造された金属製の立体造形物１１を示す模式図である。図３は、図２に示す立体造形物１１に設けられたサポート１２（第１サポート１２ａ）を示す模式図である。
【００３２】
図２（ａ）は、図２（ｂ）に示す矢印ＩＩＡの方向に見た立体造形物１１の外観図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿う立体造形物１１の断面図である。図２（ｃ）は、図２（ｂ）に示す矢印ＩＩＣの方向に見た立体造形物１１の外観図である。図３（ａ）は、図３（ｃ）に示す矢印ＩＩＩＡの方向に見たサポート１２の側面図である。図３（ｂ）は、図３（ｃ）に示す矢印ＩＩＩＢの方向に見たサポート１２の正面図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す矢印ＩＩＩＣの方向に見たサポート１２の平面図である。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、金属部材１３は、空洞１８を形成する中空部１５を含む。空洞１８は、金属部材１３の外面で開口する２つの穴を繋いでいてもよいし、金属部材１３の外面で開口する１つの穴から金属部材１３の内部に延びており、金属部材１３の内部で閉じていてもよい。図２（ｂ）は、前者の例を示している。金属部材１３がたとえばエンジン部品に含まれるシリンダヘッドである場合、中空部１５は、エンジンを冷却する冷却水を案内するウォータージャケットに相当する。
【００３４】
中空部１５は、金属部材１３の外面で開口する第１の穴１７と、金属部材１３の外面で開口する第２の穴１９と、第１の穴１７から第２の穴１９に延びる空洞１８とを含む。第１の穴１７は、円形または楕円形であってもよいし、これら以外の形状であってもよい。これは、第２の穴１９についても同様である。第１の穴１７の面積は、第２の穴１９の面積よりも小さい。第１の穴１７の面積は、第２の穴１９の面積と等しくてもよいし、第２の穴１９の面積よりも大きくてもよい。
【００３５】
中空部１５の空洞１８は、空洞１８の中心線Ｌ１を取り囲む筒状の内周面１６によって形成されている。中空部１５の内周面１６は、中空部１５の周方向（中心線Ｌ１まわりの方向）に全周にわたって連続している。空洞１８は、第１の穴１７から第２の穴１９の方に延びる第１通路１８ａと、第１通路１８ａから第２の穴１９の方に延びる第２通路１８ｂと、第２通路１８ｂから第２の穴１９の方に延びる第３通路１８ｃと、第３通路１８ｃから第２の穴１９に延びる第４通路１８ｄとを含む。第２通路１８ｂの直径は、第３通路１８ｃの直径よりも大きい。
【００３６】
複数のサポート１２は、中空部１５の中、つまり、空洞１８に配置されている。図２（ｂ）では、理解を容易にするために、サポート１２の本数を減らしているが、実際にはより多くのサポート１２が中空部１５の中に配置される。また、図２（ｂ）では、第２通路１８ｂおよび第３通路１８ｃだけにサポート１２が配置されているが、第１通路１８ａおよび第４通路１８ｄの少なくとも一方にもサポート１２が配置されていてもよい。
【００３７】
各サポート１２は、金属部材１３と一体であり、金属部材１３と同じ金属材料で形成されている。各サポート１２は、積層方向ＤＬにおけるサポート１２の２つの先端部、つまり、サポート１２の上端部および下端部だけで、金属部材１３に接している。各サポート１２は、中空部１５の内周面１６の下部から中空部１５の内周面１６の上部まで積層方向ＤＬに延びている。オーバーハング部１４は、中空部１５の天井部、つまり、中空部１５の内周面１６の上部に設けられている。したがって、オーバーハング部１４は、複数のサポート１２によって支持されている。
【００３８】
サポート１２は、中実であってもよいし、中空であってもよい。より具体的には、サポート１２の全体が中実または中空であってもよいし、中実の部分と中空の部分とがサポート１２に設けられていてもよい。サポート１２の全体が中空である、または、中空の部分がサポート１２に設けられている場合、サポート１２は、網目状の断面を有していてもよいし、内部空間を取り囲む環状の断面を有していてもよい。図４Ａは、前者の例を示しており、図４Ｂは、後者の例を示している。
【００３９】
図３（ｂ）に示すように、サポート１２は、積層方向ＤＬに延びる板状の羽根２２と、羽根２２から金属部材１３まで積層方向ＤＬに延びる２つの柱２１とを含む。一方の柱２１は、羽根２２の上縁２２ｕから上方に延びており、他方の柱２１は、羽根２２の下縁２２Ｌから下方に延びている。上方の柱２１は、オーバーハング部１４に相当する中空部１５の内周面１６の上部に結合されている。下方の柱２１は、中空部１５の内周面１６の下部に結合されている。羽根２２は、金属部材１３に非接触であり、２つの柱２１を介して金属部材１３に接続されている。
【００４０】
２つの柱２１は、それぞれ、サポート１２の上端部および下端部に相当する。２つの柱２１は、積層方向ＤＬに延びる鉛直な直線Ｌ２上に配置されている。上方の柱２１は、羽根２２の上縁２２ｕの端から上方に延びている。下方の柱２１は、羽根２２の下縁２２Ｌの端から下方に延びている。上方の柱２１は、羽根２２の上縁２２ｕの中央部から上方に延びていてもよい。同様に、下方の柱２１は、羽根２２の下縁２２Ｌの中央部から下方に延びていてもよい。
【００４１】
羽根２２は、長方形状の断面を有する平板であってもよいし、円弧状の断面を有する湾曲板であってもよい。図３（ｃ）は、前者の例を示している。図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、羽根２２の高さＨ１（積層方向ＤＬへの羽根２２の寸法）は、羽根２２の幅Ｗ１よりも大きく、羽根２２の厚みＴ１よりも大きい。羽根２２の幅Ｗ１は、羽根２２の厚みＴ１よりも大きい。図３（ｃ）に示すように、羽根２２は、積層方向ＤＬに見ると空洞１８の中心線Ｌ１に対して傾いた傾斜部２２ａを含む。傾斜部２２ａは、空洞１８の中心線Ｌ１に直交していてもよいし、空洞１８の中心線Ｌ１に対して斜めに傾いていてもよい。図３（ｃ）は、羽根２２の全体が空洞１８の中心線Ｌ１に直交している例を示している。
【００４２】
図３（ｂ）に示すように、羽根２２の高さＨ１は、柱２１の高さＨ２、つまり、積層方向ＤＬにおける羽根２２の先端（羽根２２の上縁２２ｕまたは下縁）から金属部材１３までの積層方向ＤＬの距離よりも長い。同様に、羽根２２の幅Ｗ１は、柱２１の高さＨ２よりも長い。羽根２２の幅Ｗ１は、第１の穴１７の直径の最大値（図２（ａ）参照）よりも小さく、第２の穴１９の直径の最大値（図２（ｃ）参照）よりも小さい。柱２１は、羽根２２よりも細く、柱２１の断面積は、羽根２２の断面積よりも小さい。柱２１の太さは、柱２１の上端から柱２１の下端まで一定であってもよいし、金属部材１３に近づくにしたがって連続的または段階的に減少していてもよい。
【００４３】
図４Ａおよび図４Ｂは、羽根２２が長方形状の断面を有している例を示している。羽根２２は、積層方向ＤＬのいずれの位置においてもこのような形状の断面を有していてもよいし、ある特定の位置においてだけこのような形状の断面を有していてもよい。全てのサポート１２は、サポート１２の厚み方向Ｄｔが空洞１８の軸方向Ｄａ（空洞１８の中心線Ｌ１の方向）と平行または概ね平行になるように配置されている。
【００４４】
図２（ｂ）に示すように、複数のサポート１２は、第２通路１８ｂに配置された複数の第１サポート１２ａと、第３通路１８ｃに配置された複数の第２サポート１２ｂとを含む。第１サポート１２ａは、第２サポート１２ｂよりも積層方向ＤＬに長い。積層方向ＤＬへの第２サポート１２ｂの長さは、第１の穴１７の直径の最大値Φ１よりも大きく、第２の穴１９の直径の最大値Φ２よりも大きい。したがって、積層方向ＤＬへの第１サポート１２ａの長さは、第１の穴１７の直径の最大値Φ１よりも大きく、第２の穴１９の直径の最大値Φ２よりも大きい。
【００４５】
各サポート１２は、サポート１２の外面で開口する複数のノッチを含む。図３（ａ）に示すように、第１サポート１２ａは、積層方向ＤＬにおいて互いに異なる位置に配置された上側ノッチ２０ｕおよび下側ノッチ２０Ｌを含む。図２（ｂ）に示すように、第２サポート１２ｂは、積層方向ＤＬにおける第２サポート１２ｂの上端部と第２サポート１２ｂの下端部との間に配置された中央ノッチ２０ｃを含む。積層方向ＤＬにおける第１サポート１２ａの中央部は、積層方向ＤＬにおける上側ノッチ２０ｕと下側ノッチ２０Ｌとの間に配置されている。
【００４６】
第１サポート１２ａの上端部から上側ノッチ２０ｕまでの積層方向ＤＬの寸法Ｄ１は、第１の穴１７の直径の最大値Φ１よりも小さく、第２の穴１９の直径の最大値Φ２よりも小さい。同様に、第１サポート１２ａの下端部から下側ノッチ２０Ｌまでの積層方向ＤＬの寸法Ｄ３は、第１の穴１７の直径の最大値Φ１よりも小さく、第２の穴１９の直径の最大値Φ２よりも小さい。さらに、上側ノッチ２０ｕから下側ノッチ２０Ｌまでの積層方向ＤＬの寸法Ｄ２は、第１の穴１７の直径の最大値Φ１よりも小さく、第２の穴１９の直径の最大値Φ２よりも小さい。
【００４７】
第２サポート１２ｂの上端部から中央ノッチ２０ｃまでの積層方向ＤＬの寸法Ｄ４は、第１の穴１７の直径の最大値Φ１よりも小さく、第２の穴１９の直径の最大値Φ２よりも小さい。同様に、第２サポート１２ｂの下端部から中央ノッチ２０ｃまでの積層方向ＤＬの寸法Ｄ５は、第１の穴１７の直径の最大値Φ１よりも小さく、第２の穴１９の直径の最大値Φ２よりも小さい。
【００４８】
次に、サポート１２の除去について説明する。
【００４９】
図５は、サポート除去装置４の一例を示す模式図である。図６Ａは、金属部材１３の空洞１８に液体を送る送液と金属部材１３の空洞１８内の液体を吸い込む吸液とが交互に繰り返されている状態を示す断面図である。図６Ｂは、サポート１２に加わる液圧の変化によりサポート１２が柱２１まわりに揺れ動く状態を示す模式図である。図６Ｃは、第１サポート１２ａおよび第２サポート１２ｂが金属部材１３から切断された状態を示す断面図である。図６Ｄは、第１サポート１２ａおよび第２サポート１２ｂがノッチで折れた状態を示す断面図である。図６Ｅは、切断されたサポート１２が金属部材１３から排出された状態を示す断面図である。
【００５０】
図５に示すように、立体造形物１１からサポート１２を除去するサポート除去装置４は、立体造形物１１に液圧を加えながら立体造形物１１に加わる液圧の大きさおよび方向を変化させる送液ポンプ３１と、電動モータなどの送液ポンプ３１を駆動する原動機３２とを備えている。送液ポンプ３１は、たとえば、立体造形物１１に向けて液体を送り、立体造形物１１から液体を吸い込み往復ポンプである。
【００５１】
３Ｄプリンター３（図１参照）で製造された金属製の立体造形物１１から全てのサポート１２を除去するときは、金属部材１３の空洞１８が、水などの液体で満たされる。図６Ａに示すように、送液ポンプ３１は、この状態で、金属部材１３の空洞１８に液体を送る送液と金属部材１３の空洞１８内の液体を吸い込む吸液とを交互に繰り返す。第１の穴１７および第２の穴１９の一方をゴムや樹脂で形成された弾性体３３で閉じる場合、送液ポンプ３１は、金属部材１３の空洞１８だけに液体を送り、金属部材１３の空洞１８内の液体だけを吸い込んでもよい。
【００５２】
送液ポンプ３１が送液方向に液体を送ると、送液方向の液圧が空洞１８に発生する。送液ポンプ３１が吸液方向に液体を吸引すると、吸液方向の液圧が空洞１８に発生する。送液方向および吸液方向は、互いに反対の方向である。したがって、送液ポンプ３１が送液と吸液とを交互に繰り返すと、サポート１２に加わる液圧の大きさおよび方向が変化する。これにより、大きさが概ね等しく方向が互いに反対の交番荷重が、各サポート１２に加わる。言い換えると、大きさおよび方向が規則的に変化する繰り返し荷重が各サポート１２に加わる。
【００５３】
液圧の変化に起因する荷重は、各サポート１２の羽根２２に加わる。図６Ｂに示すように、これにより、各サポート１２の柱２１がねじれ、各サポート１２の羽根２２が柱２１まわりに動く。図６Ｃに示すように、このとき柱２１に生じる応力が柱２１の強度を超えると、各サポート１２の２つの柱２１が破断し、サポート１２が金属部材１３から切断される。柱２１に生じる応力が柱２１の強度以下であったとしても、繰り返し荷重が各サポート１２に加わるので、各サポート１２が柱２１まわりに揺れ動く間に疲労破壊が発生し、各サポート１２の２つの柱２１が破断する。
【００５４】
図６Ｄに示すように、各サポート１２は、サポート１２の外面で開口する複数のノッチ２０ｕ、２０ｃ、２０Ｌを含む。金属部材１３から切断されたサポート１２は、空洞１８内の液体の流れにしたがって空洞１８内を移動し、金属部材１３に衝突する。このとき、ノッチ２０ｕ、２０ｃ、２０Ｌで応力が生じる。ノッチ２０ｕ、２０ｃ、２０Ｌで生じる応力がサポート１２の強度を超えると、サポート１２はノッチ２０ｕ、２０ｃ、２０Ｌで折れる。これにより、金属部材１３から切断されたサポート１２を、第１の穴１７および第２の穴１９の直径よりも短い複数の破片に裁断することができる。
【００５５】
送液と吸液とを交互に繰り返し、全てのサポート１２を金属部材１３から切断した後は、図６Ｅに示すように、空洞１８内の液体を排出する。このとき、金属部材１３から切断されたサポート１２も空洞１８から排出される。空洞１８内の全ての液体を排出した後に、サポート１２が空洞１８内に残っている場合は、空気や水などの流体を空洞１８に流すことにより残りのサポート１２を排出してもよいし、金属部材１３を傾けて振ることにより残りのサポート１２を排出してもよい。また、必要であれば、切断されたサポート１２を金属部材１３から排出した後に、ドリル加工や研磨加工などの機械加工を金属部材１３に施してもよい。
【００５６】
以上のように本実施形態では、複数の層を積層方向ＤＬに積み重ねながら結合させることにより、金属製の立体造形物１１を製造する。立体造形物１１は、オーバーハング部１４を有する金属部材１３と、オーバーハング部１４を支持する複数のサポート１２とを含んでいる。サポート１２は、金属部材１３と同じ金属材料で形成された、金属部材１３と一体の部分である。サポート１２は、金属部材１３に非接触の羽根２２と、羽根２２からオーバーハング部１４に向かって積層方向ＤＬに延び柱２１とを含む。柱２１は、金属部材１３に接している。
【００５７】
サポート１２の羽根２２に液圧を加えながら羽根２２に加わる液圧の大きさおよび方向を変化させると、羽根２２が柱２１まわりに動き、サポート１２の柱２１がねじれる。このとき柱２１に生じる応力が柱２１の強度を超えると、柱２１が破断し、サポート１２が金属部材１３から切断される。柱２１に生じる応力が柱２１の強度以下であったとしても、繰り返し荷重がサポート１２に加わるので、サポート１２が柱２１まわりに揺れ動く間に疲労破壊が発生し、柱２１が破断する。したがって、羽根２２に加わる液圧の大きさおよび方向を変化させるだけで、各サポート１２を金属部材１３から切断できる。これにより、サポート１２の除去に要する負担を軽減できる。
【００５８】
本実施形態では、柱２１の断面積が、羽根２２の断面積よりも小さい。そのため、柱２１の強度は、羽根２２の強度よりも低い。液圧が羽根２２に加わり、柱２１がねじれると、サポート１２の中で最も脆弱な柱２１が最初に破断し、サポート１２が金属部材１３から切断される。これにより、柱２１をより確実に短時間で破断させることができる。
【００５９】
本実施形態では、サポート１２の羽根２２の幅Ｗ１が広い。より具体的には、羽根２２の幅Ｗ１が、柱２１の高さＨ２、つまり、積層方向ＤＬにおける柱２１の長さよりも長い。このように、羽根２２の幅Ｗ１が広いので、液体から羽根２２に加わる荷重が増加し、より大きな応力が柱２１に生じる。これにより、柱２１をより確実に短時間で破断させることができる。
【００６０】
本実施形態では、サポート１２が金属部材１３の中空部１５の中に配置されているので、サポート１２を切断する工具をサポート１２に接触させ難い。しかしながら、そのような工具を用いなくても、羽根２２に加わる液圧の大きさおよび方向を変化させるだけで、各サポート１２を切断できる。そして、金属部材１３の外面で開口する中空部１５の穴を通じて、切断されたサポート１２を空洞１８の外に排出できる。これにより、金属部材１３からサポート１２を除去することができる。
【００６１】
本実施形態では、サポート１２の羽根２２は、空洞１８の軸方向Ｄａ、つまり、空洞１８の中心線Ｌ１の方向に延びているのではなく、積層方向ＤＬに見ると中空部１５の空洞１８の中心線Ｌ１に対して傾いている。空洞１８内での液体の流れは、サポート１２の羽根２２によって妨げられる。これにより、液体から羽根２２に加わる荷重が増加し、より大きな応力が柱２１に生じる。したがって、柱２１をより確実に短時間で破断させることができる。
【００６２】
本実施形態では、サポート１２の外面で開口するノッチ２０ｕ、２０ｃ、２０Ｌが、サポート１２に設けられている。金属部材１３から切断されたサポート１２が金属部材１３に衝突すると、ノッチ２０ｕ、２０ｃ、２０Ｌで応力集中が生じる。この応力がサポート１２の強度を超えると、サポート１２がノッチ２０ｕ、２０ｃ、２０Ｌで折れる。サポート１２の先端部（上端部または下端部）からノッチ２０ｕ、２０ｃ、２０Ｌまでの積層方向ＤＬの寸法Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、およびＤ５は、第１の穴１７の直径の最大値Φ１よりも小さく、第２の穴１９の直径の最大値Φ２よりも小さい。したがって、金属部材１３から切断されたサポート１２を、第１の穴１７および第２の穴１９の直径よりも短い複数の破片に裁断することができる。これにより、切断されたサポート１２を中空部１５の穴を通じて効率的に排出できる。
【００６３】
他の実施形態
本発明は、前述の実施形態の内容に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
【００６４】
たとえば、金属部材１３は、シリンダヘッド以外のエンジン部品であってもよいし、エンジン部品以外の部品であってもよい。
【００６５】
サポート１２は、中空部１５の外に配置されていてもよい。たとえば、サポート１２は、造形ステージ３ａ（図１参照）からオーバーハング部１４に延びていてもよい。つまり、サポート１２の下端部は、金属部材１３ではなく、造形ステージ３ａに接していてもよい。
【００６６】
ノッチ２０ｕ、２０ｃ、２０Ｌがサポート１２から省略されてもよい。
【００６７】
柱２１の断面積は、羽根２２の断面積と等しくてもよいし、羽根２２の断面積よりも大きくてもよい。
【００６８】
複数の羽根２２が１つのサポート１２に設けられていてもよい。この場合、図７に示すように、複数の羽根２２は、柱２１を通る鉛直な直線Ｌ２まわりの角度が異なっていてもよい。
【００６９】
前述の全ての構成の２つ以上が組み合わされてもよい。
【００７０】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１        ：製造システム
２        ：コンピューター
３        ：３Ｄプリンター
３ａ      ：造形ステージ
４        ：サポート除去装置
１１      ：立体造形物
１２      ：サポート
１２ａ    ：第１サポート
１２ｂ    ：第２サポート
１３      ：金属部材
１４      ：オーバーハング部
１５      ：中空部
１６      ：中空部の内周面
１７      ：第１の穴
１８      ：空洞
１８ａ    ：第１通路
１８ｂ    ：第２通路
１８ｃ    ：第３通路
１８ｄ    ：第４通路
１９      ：第２の穴
２０ｕ    ：上側ノッチ
２０ｃ    ：中央ノッチ
２０Ｌ    ：下側ノッチ
２１      ：サポートの柱
２２      ：サポートの羽根
２２ａ    ：羽根の傾斜部
２２ｕ    ：羽根の上縁
２２Ｌ    ：羽根の下縁
３１      ：送液ポンプ
３２      ：原動機
３３      ：弾性体
Ｈ１      ：羽根の高さ
Ｈ２      ：柱の高さ
Ｗ１      ：羽根の幅
Ｔ１      ：羽根の厚み
Ｄ１〜Ｄ５  ：寸法
Ｄａ      ：空洞の軸方向
ＤＬ      ：積層方向
Ｄｔ      ：厚み方向
Ｌ１      ：空洞の中心線
Φ１      ：第１の穴の直径の最大値
Φ２      ：第２の穴の直径の最大値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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