(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形物を造形する粉体状の造形材料をノズルから対象物に対して供給する工程と、
光学系から出力された前記造形材料を溶融可能なエネルギー線を、前記ノズルにより供給された前記造形材料に照射して層を形成する工程と、
前記造形材料により形成される前記層をその上面に形成可能なサポート層を形成する、粉体状に形成され、且つ、前記造形材料よりも高い融点であるとともに、エッチング液に対して非溶解の特性を有する主材料及び前記エッチング液に対して溶解するバインド材料を含むサポート材料を前記ノズルから前記対象物に対して供給する工程と、
光学系から出力された前記サポート材料を部分的に溶融可能な前記エネルギー線を、前記ノズルにより前記対象物上に噴射された前記サポート材料に照射して前記サポート層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする積層造形物の製造方法。
【請求項２】
前記バインド材料は、粉体状であって、且つ、前記主材料よりも小さな粒径に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項３】
前記バインド材料は、粉体状であって、且つ、前記主材料よりも融点が低い材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、積層造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、積層造形物を製造する方法として、金属材料からなる粉体状の造形材料を噴射し、造形材料にレーザ光を照射して溶融させることで層を形成するとともに、このような工程を繰り返し行い、層を積層させて三次元形状の積層造形物を製造する、所謂指向性エネルギー堆積法と呼ばれる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２０００３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、一部が張り出す積層造形物の造形が可能な積層造形物の製造方法を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る積層造形装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図２】図２は、同積層造形装置の要部構成を模式的に示す説明図である。
【図３】図３は、同積層造形装置の要部構成を示す斜視図である。
【図４】図４は、同積層造形装置を用いた積層造形物の製造の一例を示す説明図である。
【図５】図５は、同積層造形装置を用いたサポート造形物の製造の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、同積層造形物の製造の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、同積層造形物及びサポート造形物の構成の一例を示す説明図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る積層造形装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図９】図９は、同積層造形装置を用いたサポート造形物の製造の一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、同積層造形装置に用いられるサポート材料の主材料及びバインド材料の構成を示す説明図である。
【図１１】図１１は、第３の実施形態に係る積層造形装置に用いられる主材料及びバインド材料の構成を示す説明図である。
【図１２】図１２は、第４の実施形態に係る積層造形装置に用いられる主材料の構成を示す説明図である。
【図１３】図１３は、第５の実施形態及び第６の実施形態に係る積層造形装置を用いたサポート造形物の製造の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
実施形態の積層造形装置は、実施形態の積層造形装置は、ノズル装置と、光学系と、制御装置と、を備える。ノズル装置は、象物に対して粉体を供給可能、且つ、前記対象物に対してエネルギー線を照射可能に形成されたノズル、並びに、造形物を造形する層を形成する粉体状の造形材料及び前記造形材料により形成される前記層をその上面に形成可能なサポート層を形成する粉体状のサポート材料を選択的に前記ノズルに供給する供給装置を具備する。光学系は、前記対象物に供給された前記造形材料を溶融可能、且つ、前記対象物に供給された前記サポート材料を部分的に溶融させる前記エネルギー線を前記ノズルに出力する。制御装置は、前記ノズルを駆動し、且つ、前記ノズルに対して供給する前記造形材料の供給量及び前記サポート材料の供給量を制御可能に形成され、前記対象物上に前記造形材料により形成される前記層及び前記サポート層を積層する。
【０００７】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る積層造形装置１及び積層造形物１００の製造方法を、図１乃至図７を用いて説明する。  
図１は第１の実施形態に係る積層造形装置１の構成を模式的に示す説明図、図２は積層造形装置１に用いられるノズル３３，４３の構成を示す断面図、図３は積層造形装置１に用いられる光学装置１５のガルバノスキャナ６５の構成を示す斜視図、図４は積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造の一例を示す説明図、図５は積層造形装置１を用いたサポート造形物１０１の製造の一例を示す説明図、図６は積層造形物１００の製造の一例を示す説明図、図７は積層造形物１００及びサポート造形物１０１の構成の一例として、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃの構成を示す説明図である。
【０００８】
図１に示すように、積層造形装置１は、処理槽１１と、ステージ１２と、移動装置１３と、ノズル装置１４と、光学装置１５と、計測装置１６と、除去装置１７と、制御装置１８と、を備えている。積層造形装置１は、ステージ１２上に設けられる対象物１１０に、ノズル装置１４で供給される造形材料１２１，１２２を層状として複数積層させることで、所定の形状の積層造形物１００を造形可能に形成されている。なお、積層造形物１００は、図６に示すように、その一部が張り出す張出部１００ａを有する、所謂オーバーハング形状に形成される。
【０００９】
また、積層造形装置１は、対象物１１０に、ノズル装置１４で供給されるサポート材料１３１を層状として複数積層させることで、積層造形物１００の張出部１００ａの下方の少なくとも張出部１００ａが設けられる範囲に、張出部１１０ａを支持するためのサポート造形物１０１を造形可能に形成されている。
【００１０】
なお、対象物１１０とは、その上面に積層造形物１００を造形するためのベース１１０ａ、積層造形物１００の一部を構成する層１１０ｂ、又は、サポート造形物１０１の一部を構成するサポート層１１０ｃ等である。対象物１１０は、ノズル装置１４によって造形材料１２１，１２２及びサポート材料１３１を供給する対象である。
【００１１】
造形材料１２１，１２２とは、粉体状の金属材料であって、単数の金属材料又は複数の異なる金属材料、例えば第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が用いられる。本実施形態においては、二つの第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を用いて積層造形物１００を造形する構成を説明する。サポート材料１３１とは、例えば粉体状の金属材料である。
【００１２】
処理槽１１は、主室２１と、主室２１に隣接して形成された副室２２と、主室２１を開閉可能、且つ、主室２１を気密に閉塞可能な扉部２３と、を備えている。主室２１は、その内部にステージ１２、移動装置１３、ノズル装置１４の一部、及び、計測装置１６を配置可能に形成されている。
【００１３】
主室２１は、例えば、窒素及びアルゴン等の不活性ガスが供給される供給口２１ａと、主室２１内のガス等を排出する排出口２１ｂと、を備えている。主室２１は、供給口２１ａが不活性ガスを供給する供給装置に接続されている。排出口２１ｂは、主室２１内のガスを排出する排出装置に接続されている。
【００１４】
副室２２は、扉部２３を介して主室２１と空間が連続可能に形成される。副室２２は、例えば、主室２１で処理された積層造形物１００が搬送される。
【００１５】
副室２２は、例えば、製造された積層造形物１００を積載し、主室２１から搬送する移載装置や、バキュームヘッド等によって積層造形物１００を吸着させて搬送する搬送アーム等の搬送装置２４を備えている。また、副室２２は、その内部に、積層造形物１００からサポート造形物１０１を除去する除去装置１７を備えている。副室２２は、積層造形物１００の造形時に、扉部２３が閉じられることで、主室２１と隔離される。
【００１６】
ステージ１２は、その上部に対象物１１０を支持可能に形成されている。移動装置１３は、ステージ１２を３軸方向に移動させることが可能に形成されている。
【００１７】
ノズル装置１４は、複数種の造形材料１２１，１２２を所定の量だけステージ１２上の対象物１１０に選択的に供給可能、且つ、造形材料１２１，１２２を溶融させるエネルギー線としてレーザ光２００を出射可能に形成されている。具体的には、ノズル装置１４は、積層造形物１００を造形する造形材料１２１，１２２を供給する第１ノズル装置１４ａと、積層造形物１００を支持するサポート材料１３１を供給する第２ノズル装置１４ｂと、を備えている。なお、第１ノズル装置１４ａ及び第２ノズル装置１４ｂにおいて、同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００１８】
第１ノズル装置１４ａは、第１造形材料１２１を供給可能な第１供給装置３１と、第２造形材料１２２を供給可能な第２供給装置３２と、第１供給装置３１及び第２供給装置３２並びに光学装置１５に接続されたノズル３３と、第１供給装置３１及びノズル３３並びに第２供給装置３２及びノズル３３を接続する供給管３４と、を備えている。
【００１９】
第１造形材料１２１は、粉体状の金属材料である。また、第２造形材料１２２は、粉体状であって第１造形材料と異なる金属材料である。
【００２０】
第１供給装置３１は、第１造形材料１２１を貯蔵するタンク３１ａと、タンク３１ａから第１造形材料１２１をノズル３３に所定の量だけ供給する供給手段３１ｂと、を備えている。供給手段３１ｂは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスをキャリアとしてタンク３１ａ内の第１造形材料１２１をノズル３３に供給可能に形成されている。また、供給手段３１ｂは、供給する第１造形材料１２１の供給量及びノズル３３から噴射する第１造形材料１２１の噴射速度（供給速度）を調整可能に形成されている。
【００２１】
第２供給装置３２は、第２造形材料１２２を貯蔵するタンク３２ａと、タンク３２ａから第２造形材料１２２をノズル３３に所定の量だけ供給する供給手段３２ｂと、を備えている。供給手段３２ｂは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスをキャリアとしてタンク３２ａ内の第２造形材料１２２をノズル３３に供給可能に形成されている。また、供給手段３２ｂは、供給する第２造形材料１２２の供給量及びノズル３３から噴射する第２造形材料１２２の噴射速度（供給速度）を調整可能に形成されている。
【００２２】
ノズル３３は、第１供給装置３１及び第２供給装置３２に供給管３４を介して接続される。ノズル３３は、光学装置１５にレーザ光２００を通過させることが可能なケーブル２１０を介して接続される。ノズル３３は、ステージ１２に対して移動可能に形成されている。
【００２３】
ノズル３３は、円筒状の外郭体３６と、外郭体３６内に設けられ、その先端から第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を噴射する噴射口３７と、レーザ光２００を通過させる光通路部３８と、光通路部３８内に設けられた光学レンズ３９と、を備えている。ノズル３３は、第１供給装置３１及び第２供給装置３２から供給された粉体状の第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を混合可能に形成されている。
【００２４】
ノズル３３は、例えば、その内部で第１供給装置３１及び第２供給装置３２から供給された粉体状の第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を混合可能、又は、複数の噴射口３７からそれぞれ第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を噴射し、噴射後第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を混合可能に形成されている。
【００２５】
なお、本実施の形態においては、噴射口３７は、複数設けられ、一部が第１供給装置３１に接続される第１噴射口３７ａであり、他部が第２供給装置３２に接続される第２噴射口３７ｂである構成を用いて説明する。
【００２６】
図２に示すように、例えば、噴射口３７は、第１供給装置３１及び第２供給装置３２から供給されたガスによって搬送された第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が、噴射口３７から所定の距離において交差するように、外郭体３６の軸心、さらに言えば出射するレーザ光２００の光軸に対して傾斜して形成される。
【００２７】
光通路部３８は、外郭体３６の軸心に沿って設けられる。光学レンズ３９は、例えば、光通路部３８に設けられる。光学レンズ３９は、ケーブル２１０からのレーザ光２００を平行光に変換し、且つ、平行光を収束可能に２つ設けられる。光学レンズ３９は、所定の位置、具体的には、噴射口３７から噴射された第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が交差する位置で最も収束するように構成される。
【００２８】
第２ノズル装置１４ｂは、サポート材料１３１を供給可能な第３供給装置４１と、第３供給装置４１及び光学装置１５に接続されたノズル４３と、第３供給装置４１及びノズル４３を接続する供給管３４と、を備えている。
【００２９】
第３供給装置４１は、サポート材料１３１を貯蔵するタンク４１ａと、タンク４１ａからサポート材料１３１をノズル４３に所定の量だけ供給する供給手段４１ｂと、を備えている。供給手段４１ｂは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスをキャリアとしてタンク４１ａ内のサポート材料１３１をノズル４３に供給可能に形成されている。また、供給手段４１ｂは、供給するサポート材料１３１の供給量及びノズル４３から噴射するサポート材料１３１の噴射速度（供給速度）を調整可能に形成されている。
【００３０】
サポート材料１３１は、粉体状の金属材料であって、積層造形物１００を造形する第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２よりも融点が高い材料で構成される。
【００３１】
ノズル４３は、第３供給装置４１に供給管３４を介して接続される。ノズル４３は、光学装置１５にレーザ光２００を通過させることが可能なケーブル２１０を介して接続される。ノズル４３は、ステージ１２に対して移動可能に形成されている。
【００３２】
ノズル４３は、円筒状の外郭体３６と、外郭体３６内に設けられ、その先端からサポート材料１３１を噴射する複数の噴射口３７と、レーザ光２００を通過させる光通路部３８と、光通路部３８内に設けられた光学レンズ３９と、を備えている。
【００３３】
図１及び図３に示すように、光学装置１５は、光源５１と、光源５１にケーブル２１０を介して接続された光学系５２と、を備えている。光源５１は、発信素子を有し、レーザ光２００を発信素子から出射可能に形成されたレーザ光２００の供給源である。光源５１は、出射するレーザ光のパワー密度を変更可能に形成されている。
【００３４】
光学系５２は、光源５１から出射されたレーザ光２００をノズル３３，４３に供給可能、且つ、対象物１１０である、ベース１１０ａ、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃに照射可能に形成されている。
【００３５】
具体的には、光学系５２は、第１レンズ６１と、第２レンズ６２と、第３レンズ６３と、第４レンズ６４と、ガルバノスキャナ６５と、を備えている。光学系５２は、第１レンズ６１、第２レンズ６２、第３レンズ６３及び第４レンズ６４が固定されている。なお、光学系５２は、第１レンズ６１、第２レンズ６２、第３レンズ６３及び第４レンズ６４を二軸方向、具体的には光路に対して直交又は交差する方向に移動可能な調整装置を備えている構成であってもよい。
【００３６】
第１レンズ６１は、ケーブル２１０を介して入射されたレーザ光２００を平行光に変換可能、且つ、変換したレーザ光２００をガルバノスキャナ６５に入射可能に形成されている。第２レンズ６２は、ノズル３３，４３と同数設けられる。本実施の形態においては、第２レンズ６２は、３つ設けられる。第２レンズ６２は、ガルバノスキャナ６５から出射されたレーザ光２００を収束させるとともに、ケーブル２１０を介してノズル３３にレーザ光２００を出射可能に形成されている。
【００３７】
第３レンズ６３は、ガルバノスキャナ６５から出射されたレーザ光２００を収束させ、対象物１１０上にレーザ光２００を照射可能に形成されている。第４レンズ６４は、ガルバノスキャナ６５から出射されたレーザ光２００を収束させ、対象物１１０上にレーザ光２００を照射可能に形成されている。
【００３８】
ガルバノスキャナ６５は、第１レンズ６１で変換された平行光を、第２レンズ６２、第３レンズ６３及び第４レンズ６４に分割可能に形成されている。ガルバノスキャナ６５は、第１ガルバノミラー６７と、第２ガルバノミラー６８と、分岐ミラー６９と、を備えている。各ガルバノミラー６７，６８は、傾斜角度を可変可能、且つ、レーザ光２００を分割可能に形成されている。分岐ミラー６９は、レーザ光２００を分割可能に形成されている。
【００３９】
第１ガルバノミラー６７は、第１レンズ６１を通過したレーザ光２００の一部を通過させることでレーザ光２００を第２ガルバノミラー６８に出射するととともに、当該レーザ光２００の他部を反射させることでレーザ光２００を第４レンズ６４に出射する。また、第１ガルバノミラー６７は、その傾斜角度によって、第４レンズ６４を通過したレーザ光２００の照射位置を調整可能に形成されている。
【００４０】
第２ガルバノミラー６８は、レーザ光２００の一部を分岐ミラー６９に出射するととともに、当該レーザ光２００の他部を反射させて第３レンズ６３に出射する。また、第２ガルバノミラー６８は、その傾斜角度によって、第３レンズ６３を通過したレーザ光２００の照射位置を調整可能に形成されている。
【００４１】
分岐ミラー６９は、レーザ光２００を第２レンズ６２に出射する。分岐ミラー６９は、例えば、レーザ光２００を反射させて各第２レンズ６２に出射する構成、又は、レーザ光２００をいずれか一の第２レンズ６２に選択的に出射する構成である。
【００４２】
このような光学系５２は、第１ガルバノミラー６７、第２ガルバノミラー６８及び第３レンズ６３によって対象物１１０に供給された第１造形材料１２１（１２３）及び第２造形材料１２２（１２３）、又は、サポート材料１３１を加熱して、層１１０ｂ又はサポート層１１０ｃを形成するとともにアニール処理を行う溶融装置５５を構成する。
【００４３】
溶融装置５５は、ベース１１０ａ上に又は形成された層１１０ｂ上にノズル３３から供給された第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２をレーザ光２００によって溶融し、層１１０ｂを形成する。また、溶融装置５５は、ベース１１０ａ上、層１１０ｂ上又はサポート層１１０ｃ上にノズル４３から供給されたサポート材料１３１の一部をレーザ光２００によって溶融し、サポート層１１０ｃを形成する。
【００４４】
また、光学系５２は、第１造形材料１２１、第２造形材料１２２及びサポート材料１３１によってベース１１０ａ上、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃに形成された不要な部位を第１ガルバノミラー６７及び第４レンズ６４によって供給されたレーザ光２００により除去するトリミング装置５６を構成する。
【００４５】
トリミング装置５６は、ノズル３３，４３から第１造形材料１２１、第２造形材料１２２及びサポート材料１３１の供給時にベース１１０ａ上等に飛散した材料や、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃの形成時に発生する不要部位を除去可能に形成されている。なお、不要部位とは、積層造形物１００の所定の形状、及び、サポート造形物１０１の所定の形状とは異なる部位である。トリミング装置５６は、当該部位を除去可能なパワー密度を有するレーザ光２００を出射可能に形成されている。
【００４６】
計測装置１６は、ベース１１０ａ上の固化した材料１２１，１２２，１３１の形状である、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃの形状、並びに、造形された積層造形物１００及びサポート造形物１０１の形状を計測することが可能に形成されている。計測装置１６は、計測した形状の情報を制御装置１８に送信可能に形成されている。
【００４７】
例えば、計測装置１６は、カメラ７１と、カメラ７１で計測した情報に基づいて画像処理を行う画像処理装置７２と、を備えている。なお、計測装置１６は、例えば、干渉方式や光切断方式等によって、層１１０ｂ、サポート層１１０ｃ、積層造形物１００及びサポート造形物１０１の形状を計測可能に形成されている。
【００４８】
除去装置１７は、例えば、ショットブラストにより機械的にサポート造形物１０１を除去可能に形成されている。なお、除去装置１７は、切削等によりサポート造形物１０１を除去する構成であってもよい。
【００４９】
制御装置１８は、移動装置１３、除去装置１７、搬送装置２４、第１供給装置３１、第２供給装置３２、第３供給装置４１、光源５１、ガルバノスキャナ６５及び画像処理装置７２に信号線２２０を介して電気的に接続されている。
【００５０】
制御装置１８は、移動装置１３を制御することで、ステージ１２を３軸方向に移動可能に形成されている。制御装置１８は、搬送装置２４を制御することで、造形した積層造形物１００を副室２２に搬送可能、且つ、除去装置１７を制御することで、副室２２に搬送された積層造形物１００からサポート造形物１０１を除去可能に形成されている。制御装置１８は、供給手段３１ｂを制御することで、第１造形材料１２１の供給、第１造形材料１２１の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。
【００５１】
制御装置１８は、供給手段３２ｂを制御することで、第２造形材料１２２の供給、第２造形材料１２２の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。制御装置１８は、供給手段４１ｂを制御することで、サポート材料１３１の供給、サポート材料１３１の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。
【００５２】
制御装置１８は、光源５１を制御することで、光源５１から出射されるレーザ光２００のパワー密度を調整可能に形成されている。制御装置１８は、ガルバノスキャナ６５を制御することで、第１ガルバノミラー６７、第２ガルバノミラー６８及び分岐ミラー６９の傾斜角度を調整可能に形成されている。また、制御装置１８は、ノズル３３を移動可能に形成されている。
【００５３】
制御装置１８は、記憶部１８ａを備えている。記憶部１８ａには、閾値として、造形する積層造形物１００の形状及びサポート造形物１０１の形状が記憶されている。また、記憶部１８ａには、造形する積層造形物１００の各層１１０ｂにおける造形材料１２１，１２２の比率が記憶されている。なお、ここで、図６に示すように、造形する積層造形物１００の形状において面方向に張り出した所謂オーバーハング構造である張出部１００ａがある場合には、サポート造形物１０１は、例えば、張出部１００ａの下層においては、張出部１００ａの張出方向、換言すると積層造形物１００を形成する層１１０ｂの面方向の形状と同一形状、又は、張出部１００ａの面方向の形状よりも大きい形状に設定される。なお、サポート造形物１０１は、張出部１００ａを造形可能であれば、張出部１００ａの面方向の形状よりも小さい形状であってもよい。
【００５４】
また、制御装置１８は、以下の機能（１）乃至（４）を有している。
【００５５】
（１）ノズル３３から第１造形材料１２１，第２造形材料１２２を選択的に噴射する機能。
【００５６】
（２）ノズル４３からサポート材料１３１を噴射する機能。
【００５７】
（３）ベース１１０ａ上に形成された層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃの形状を判断する機能。
【００５８】
（４）ベース１１０ａ上の各材料１２１，１２２，１３１及び積層造形物１００のトリミングを行う機能。
【００５９】
次に、これら機能（１）乃至機能（４）について説明する。  
機能（１）は、記憶部１８ａに記憶された、予め設定された積層造形物１００の各層１１０ｂにおける第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２の比率に基づいて、ノズル３３から第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を選択的に噴射し、層１１０ｂを形成する機能である。
【００６０】
具体的には、積層造形物１００の所定の層１１０ｂを形成するときに、対象物１１０に対してノズル３３を移動させるとともに、第１供給装置３１及び第２供給装置３２の供給手段３１ｂ,３２ｂを制御する。これにより、当該層１１０ｂに設定された第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２の比率を調整して所定の供給量及び供給速度にて、対象物１１０に対してノズル３３から第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を噴射する。
【００６１】
また、ノズル３３からレーザ光２００を出射して、対象物１１０及び噴射した第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２にレーザ光２００を照射し、当該第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を溶融する。また、例えば、対象物１１０上の層１１０ｂの集合にさらにレーザ光２００を照射し、層１１０ｂを再溶融させてアニール処理を行う。
【００６２】
また、例えば、積層造形物１００が部分的に異なる造形材料又は比率で形成される場合には、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２の比率を変化させることで、傾斜材料を形成する。
【００６３】
より具体的に説明すると、例えば、積層造形物１００の一端側を第１造形材料１２１のみで形成し、他端側を第２造形材料１２２のみで形成する場合には、まず、ベース１１０ａ上に、第１造形材料のみを供給し、レーザ光２００を照射することで層１１０ｂを積層させて第１造形材料１２１のみで形成される部位を形成する。次に、第２造形材料１２２のみで形成する部位までは、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２の比率を漸次変化させ、第１造形材料１２１のみで形成する部位及び第２造形材料１２２のみで形成する部位の中間位置で第１造形材料及び第２造形材料の比率が半分となるように、層１１０ｂの造形材料の比率を変化させて第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を供給する。この供給した第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２に、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が溶融するパワー密度のレーザ光２００を照射して第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を溶融させ、各層１１０ｂを形成する。
【００６４】
このように機能（１）は、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２の比率を可変可能に、予め設定された積層造形物１００の各層１１０ｂを対象物１１０上に形成する機能である。
【００６５】
機能（２）は、記憶部１８ａに記憶された、予め設定されたサポート造形物１０１の各サポート層１１０ｃに基づいてノズル４３からサポート材料１３１を選択的に噴射し、サポート層１１０ｃを形成する機能である。
【００６６】
具体的には、サポート造形物１０１の所定のサポート層１１０ｃを形成するときに、機能（１）で形成された積層造形物１００の層１１０ｂと同じ階層に形成されるサポート造形物１０１のサポート層１１０ｃを形成する範囲に、対象物１１０に対してノズル４３を移動させるとともに、第３供給装置４１の供給手段４１ｂを制御する。これにより、対象物１１０に対して所定の供給量及び供給速度にてノズル４３からサポート材料１３１を噴射する。
【００６７】
また、ノズル４３から、サポート材料１３１の一部が溶融するパワー密度のレーザ光２００を出射して、ノズル４３から噴射したサポート材料１３１に照射する。これにより、サポート材料１３１が完全に溶融させずに一部だけを溶融させることで、部分的にサポート材料１３１同士が結合するサポート層１１０ｃを形成する。なお、機能（１）で積層造形物１００の同じ階層の層１１０ｂを形成するまえに、サポート層１１０ｃを形成する構成であってもよい。
【００６８】
このように機能（２）は、予め設定されたサポート造形物１０１の各サポート層１１０ｃを対象物１１０上に形成する機能である。
【００６９】
機能（３）は、ベース１１０ａ上の、ノズル３３，４３から噴射された第１造形材料１２１、第２造形材料１２２及びサポート材料１３１により形成された層１１０ｂ、積層造形物１００、サポート層１１０ｃ又はサポート造形物１０１の形状を計測装置１６で計測し、記憶部１８ａの閾値と比較することで、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃが所定の形状であるか否かを判断する機能である。
【００７０】
具体的に説明すると、ノズル３３，４３からガスを用いて各材料１２１，１２２，１３１がベース１１０ａに向かって噴射されるとともに、レーザ光２００によって各材料１２１，１２２，１３１が溶融される。このため、対象物１１０上に材料１２１，１２２，１３１が供給されたときに、当該材料１２１，１２２，１３１の一部が飛散して、所定の形状とは異なる部位が形成される虞がある。また、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が溶融される構成であることから、溶融した第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が流れて、所定の形状とは異なる位置に第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が流れる虞がある。
【００７１】
このため、機能（３）は、計測装置１６で計測した形状と記憶部１８ａに記憶された閾値とを比較し、形成された層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃが所定の形状であるか否かを判断する機能である。換言すると、機能（３）は、積層造形物１００の所定の形状とは異なる部位に材料１２１，１２２，１３１が付着し、所定の形状（閾値）から突出する部位を有するか否かを判断する機能である。なお、機能（３）による判断は、機能（１）及び機能（２）でそれぞれ層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃが形成される毎に行われることが好ましい。
【００７２】
機能（４）は、機能（３）で計測された、所定の形状とは異なる部位の材料１２１，１２２，１３１を除去することで、ノズル３３，４３から供給された材料１２１，１２２，１３１を所定の形状にトリミングする機能である。具体的には、機能（３）で所定の形状とは異なる部位に材料１２１，１２２，１３１が供給されていると判断された場合に、第１ガルバノミラー６７を介して第４レンズ６４から出射されたレーザ光２００が材料１２１，１２２，１３１を蒸発可能なパワー密度となるように光源５１を制御する。その後、第１ガルバノミラー６７を制御し、当該レーザ光２００を、当該部位に照射して材料１２１，１２２，１３１を蒸発させる。このように、機能（４）は、形成された層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃを所定の形状にトリミングを行う機能である。
【００７３】
次に、積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法を、図２、図４乃至図７を用いて説明する。  
まず、図２及び図４に示すように、制御装置１８は、第１供給装置３１及び第２供給装置３２を制御して所定の量の第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を、ノズル３３から対象物１１０の所定の範囲に噴射して溶融する（溶射する）。具体的には、制御装置１８により第１供給装置３１及び第２供給装置３２を制御し、形成を行う層１１０ｂの所定の造形材料となるように、噴射口３７から第１造形材料１２１及び／又は第２造形材料１２１を所定の比率で噴射させる。また、レーザ光２００を照射して、噴射した造形材料１２１，１２２を溶融させる。
【００７４】
これにより、ベース１１０ａ上の層１１０ｂを形成する範囲に溶融プールが形成され、所定の比率で供給された第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が溶融プールで溶融される。これにより構成される溶融した造形材料１２３が、例えば自然冷却により固化することで、層１１０ｂが形成される。なお、溶融プールとは、レーザ光２００が照射されることで溶融した第１造形材料１２１、第２造形材料１２２及び対象物１１０により形成される溶融部である。
【００７５】
次に、溶融装置５５を制御して、層１１０ｂの集合にレーザ光２００を照射し、造形材料１２３から成る層１１０ｂを再溶融させてアニール処理を行う。次に、計測装置１６により、アニール処理を行ったベース１１０ａ上の層１１０ｂ（造形材料１２３）を計測する。制御装置１８は、計測装置１６で計測されたベース１１０ａ上の層１１０ｂの形状と、記憶部１８ａに記憶された閾値とを比較する。
【００７６】
ベース１１０ａ上に形成された層１１０ｂが所定の形状とは異なる場合や、図４中１２３ａで示すように所定の形状とは異なる位置に造形材料１２３ａが付着している場合、即ち計測された形状が閾値から外れた場合には、制御装置１８は、形状が異常であると判断する。制御装置１８は、トリミング装置５６を制御して、所定の形状とは異なる部位又は当該付着した造形材料１２３ａにレーザ光２００を照射し、不要な造形材料１２３を蒸発させる。このように、制御装置１８は、計測装置１６で計測した層１１０ｂの形状が所定と異なる部位にレーザ光２００を照射して不要な造形材料１２３を除去することで、層１１０ｂが所定の形状となるようにトリミングを行う。
【００７７】
ベース１１０ａ上の造形材料１２３が所定の形状の層１１０ｂに形成されている場合又は層１１０ｂのトリミングが終了した場合には、次に制御装置１８は、サポート層１１０ｃを形成する。具体的には、図２及び図５に示すように、制御装置１８は、第３供給装置４１を制御して所定の量のサポート材料１３１を、ノズル４３から対象物１１０の所定の範囲に噴射し、レーザ光２００を照射してサポート材料１３１同士が、それらの一部が結合するように、サポート材料１３１の一部を溶融させる。これにより、サポート材料１３１同士が溶着して、一部で互いに結合されたサポート層１１０ｃが形成される。
【００７８】
次に、計測装置１６により、形成されたサポート層１１０ｃ（サポート材料１３１）を計測する。制御装置１８は、計測装置１６で計測されたベース１１０ａ上のサポート層１１０ｃの形状と、記憶部１８ａに記憶された閾値とを比較する。
【００７９】
ベース１１０ａ上に形成されたサポート層１１０ｃが所定の形状とは異なる場合や、所定の形状とは異なる位置にサポート材料１３１が付着している場合には、制御装置１８は、トリミング装置５６を制御して、所定の形状とは異なる部位又は当該付着したサポート材料１３１にレーザ光２００を照射し、不要なサポート材料１３１を蒸発させる。このように、制御装置１８は、計測装置１６で計測したサポート層１１０ｃの形状が所定と異なる部位にレーザ光２００を照射して不要なサポート材料１３１を除去することで、サポート層１１０ｃが所定の形状となるようにトリミングを行う。
【００８０】
サポート層１１０ｃのトリミング終了後、制御装置１８は、再び第１供給装置３１及び第２供給装置３２を制御して、形成した層１１０ｂ上又はサポート層１１０ｃ上に新たに層１１０ｂを形成し、その後、必要に応じて同階層にサポート層１１０ｃを形成する。制御装置１８は、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃを繰り返し形成し、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃを積層する。制御装置１８は、これら層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃを繰り返し積層することで、図６に示すように、張出部１００ａがサポート造形物１０１に支持された積層造形物１００を造形する。
【００８１】
次に、制御装置１８は、図６に示すように、搬送装置２４により積層造形物１００を副室２２に搬送する。次に、制御装置１８は、除去装置１７を駆動し、積層造形物１００に、ショットブラストを行う。サポート造形物１０１は、サポート材料１３１の一部が結合される構成であることから、ショットブラストによって互いに結合する結合部が破断され、積層造形物１００からサポート造形物１０１が除去される。これらの工程によって、積層造形物１００が造形される。
【００８２】
このように構成された積層造形装置１は、造形する積層造形物１００に張出部１００ａを有していても、サポート造形物１０１によって支持することが可能となる。換言すると、積層造形装置１によれば、形成したサポート層１１０ｃ上に層１１０ｂを形成することが可能となる。このため、ノズル３３から造形材料１２１，１２２を射出してレーザ光２００により溶融して層１１０ｂを形成する、所謂指向性エネルギー堆積法により積層造形物１００を造形する構成であっても、一部が層１１０ｂの面方向に張り出す張出部１００ａを有する所謂オーバーハング形状の積層造形物１００を造形することが可能となる。
【００８３】
また、サポート造形物１０１は、サポート材料１３１を完全に溶融させず、一部のみを溶融して互いに結合させる、所謂仮焼結を行う構成であることから、ショットブラスト等によって機械的に除去することが可能となる。
【００８４】
このため、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。また、サポート材料１３１を、積層造形物１００を造形する第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２よりも高い融点を有する材料とすることで、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２により層１１０ｂをサポート層１１０ｃ上に形成するときに、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２にサポート材料１３１が溶融することを防止できる。
【００８５】
上述したように本実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、一部が張り出すオーバーハング形状である、張出部１００ａを有する形状の積層造形物１００を造形することが可能となる。また、張出部１００ａを形成するためのサポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
【００８６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る積層造形装置１Ａ及び積層造形物１００の製造方法を、図８乃至図１０を用いて説明する。  
図８は第２の実施形態に係る積層造形装置１Ａの構成を模式的に示す説明図、図９は積層造形装置１Ａを用いたサポート造形物１０１の製造の一例を示す説明図、図１０はサポート造形物１０１の構成の一部として、サポート層１１０ｃの構成を示す説明図、図１１はサポート層１１０ｃを形成するサポート材料１３１の主材料１３２及びバインド材料１３３とレーザ光２００との関係を示す説明図である。なお、第２の実施形態に係る積層造形装置１Ａのうち、上述した第１の実施形態に係る積層造形装置１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００８７】
図８に示すように、積層造形装置１Ａは、処理槽１１と、ステージ１２と、移動装置１３と、ノズル装置１４Ａと、光学装置１５と、計測装置１６と、制御装置１８と、を備えている。積層造形装置１Ａは、ステージ１２上に設けられる対象物１１０に、ノズル装置１４Ａで供給される造形材料１２１，１２２を層状として複数積層させることで、所定の形状の積層造形物１００を造形可能に形成されている。なお、積層造形物１００は、その一部が張り出す張出部１００ａを有する、所謂オーバーハング形状に形成される。
【００８８】
また、積層造形装置１は、対象物１１０に、ノズル装置１４Ａで供給されるサポート材料１３１を層状として複数積層させることで、積層造形物１００の張出部１００ａを支持するためのサポート造形物１０１を造形可能に形成されている。
【００８９】
サポート材料１３１は、主材料１３２及びバインド材料１３３を備えている。主材料１３２とは、粉体状の金属材料である。バインド材料１３３とは、粉体状の金属材料であって、主材料１３２を結合させるバインダーである。主材料１３２及びバインド材料１３３は、サポート材料１３１（サポート層１１０ｃ）を構成する。
【００９０】
ノズル装置１４Ａは、複数種の材料を所定の量だけステージ１２上の対象物１１０に選択的に供給可能、且つ、レーザ光２００を出射可能に形成されている。具体的には、ノズル装置１４Ａは、積層造形物１００を造形する造形材料を供給する第１ノズル装置１４ａと、積層造形物１００を支持するサポート材料１３１を供給する第２ノズル装置１４ｃと、を備えている。
【００９１】
第２ノズル装置１４ｃは、主材料１３２を供給可能な第３供給装置４１と、バインド材料１３３を供給可能な第４供給装置４２と、第３供給装置４１、第４供給装置４２及び光学装置１５に接続されたノズル４３と、第３供給装置４１及びノズル４３を接続する供給管３４と、を備えている。即ち、第２ノズル装置１４ｃは、上述した第２ノズル装置１４ｂに、さらに第４供給装置４２により、ノズル４３にバインド材料１３３を供給可能な第４供給装置４２を設けた構成である。
【００９２】
第４供給装置４２は、バインド材料１３３を貯蔵するタンク４２ａと、タンク４２ａからバインド材料１３３をノズル４３に所定の量だけ供給する供給手段４２ｂと、を備えている。供給手段４２ｂは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスをキャリアとしてタンク４２ａ内のバインド材料１３３をノズル４３に供給可能に形成されている。また、供給手段４２ｂは、供給するバインド材料１３３の供給量及びノズル４３から噴射するバインド材料１３３の噴射速度（供給速度）を調整可能に形成されている。
【００９３】
例えば、主材料１３２は、粉体状の金属材料であって積層造形物１００を造形する第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２よりも融点が高い材料で構成される。バインド材料１３３は、例えば、主材料１３２と同一の金属材料又は主材料１３２よりも融点が低い材料であって、その粒径が主材料１３２の粒径よりも十分に小径に形成されている。また、主材料１３２及びバインド材料１３３は、図９及び図１０に示すように、照射されるレーザ光２００の径よりも小径に形成されている。
【００９４】
例えば、第１造形材料１２１及び第２造形材料により積層造形物１００を形成する造形材料１２３として、ＡｌＳｉ１２（Ａ４０４７、融点５８０℃）が用いられる場合には、主材料１３２に粒径５０μｍのＡｌ（Ａ１０５０、融点６６０℃）が用いられるとともに、バインド材料１３３に粒径２０μｍのＡｌＳｉ１２（Ａ４０４７、融点５８０℃）を用いることが可能である。また、バインド材料１３３は、主材料１３２に対する体積混合割合は、７．１％以下とする。また、主材料１３２及びバインド材料１３３の表面に形成される酸化膜を除去するために、ＫＦ及びＣｅＦ等のフラックスを加えてもよい。
【００９５】
なお、これら主材料１３２及びバインド材料１３３の粒径及び体積混合割合は、例えば、次の式から求められる。
【００９６】
例えば、サポート層１１０ｃにおいて各材料１３２，１３３を最密充填とする場合が各材料１３２，１３３は面心立法格子の配置であると考える。主材料１３２の半径をＲ、バインド材料１３３の半径をｒ、格子定数をｄとすると、以下の数式（１）、（２）から、主材料１３２及びバインド材料１３３の半径Ｒ，ｒの関係は数式（３）となるとともに、主材料１３２に対する体積混合割合Ｐは数式（４）となる。
【数１】
0005869182.tif 000002
【００９７】
数式（３）から、主材料１３２に粒径５０μｍの材料を用いた場合には、バインド材料１３３の粒径が２０μｍとなる。
【００９８】
また、上記数式（４）から、主材料１３２及びバインド材料１３３の体積混合割合は、７．１％以下となる。なお、これら主材料１３２及びバインド材料１３３の粒径及び体積混合割合は、これらに限定されず、サポート層１１０ｃを形成できれば適宜設定可能である。
【００９９】
ノズル４３は、ノズル３３と同様に、例えば、その内部で第３供給装置４１及び第４供給装置４２から供給された粉体状の主材料１３２及びバインド材料１３３を混合可能、又は、複数の噴射口３７からそれぞれ主材料１３２及びバインド材料１３３を噴射し、噴射後、主材料１３２及びバインド材料１３３を混合可能に形成されている。また、ノズル４３は、不活性ガス等のシールドガスを供給するガス供給手段に接続されており、光通路部３８からシールドガスをレーザ光２００の照射部に供給可能に形成されている。
【０１００】
制御装置１８は、移動装置１３、除去装置１７、搬送装置２４、第１供給装置３１、第２供給装置３２、第３供給装置４１、第４供給装置４２、光源５１、ガルバノスキャナ６５及び画像処理装置７２に信号線２２０を介して電気的に接続されている。
【０１０１】
制御装置１８は、移動装置１３を制御することで、ステージ１２を３軸方向に移動可能に形成されている。制御装置１８は、搬送装置２４を制御することで、造形した積層造形物１００を副室２２に搬送可能に形成されている。制御装置１８は、供給手段３１ｂを制御することで、第１造形材料１２１の供給、第１造形材料１２１の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。
【０１０２】
制御装置１８は、供給手段３２ｂを制御することで、第２造形材料１２２の供給、第２造形材料１２２の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。制御装置１８は、供給手段４１ｂを制御することで、主材料１３２の供給、主材料１３２の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。制御装置１８は、供給手段４２ｂを制御することで、バインド材料１３３の供給、バインド材料１３３の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。
【０１０３】
制御装置１８は、光源５１を制御することで、光源５１から出射されるレーザ光２００のパワー密度を調整可能に形成されている。制御装置１８は、ガルバノスキャナ６５を制御することで、第１ガルバノミラー６７、第２ガルバノミラー６８及び分岐ミラー６９の傾斜角度を調整可能に形成されている。また、制御装置１８は、ノズル３３を移動可能に形成されている。
【０１０４】
制御装置１８は、記憶部１８ａを備えている。記憶部１８ａには、閾値として、造形する積層造形物１００の形状及びサポート造形物１０１の形状が記憶されている。記憶部１８ａには、造形する積層造形物１００の各層１１０ｂにおける造形材料１２１，１２２の比率が記憶されている。また、記憶部１８ａには、造形するサポート造形物１０１における主材料１３２及びバインド材料１３３の比率が記憶されている。
【０１０５】
また、制御装置１８は、上述した機能（１）、（３）及び（４）を有するとともに、以下の機能（５）を有している。
【０１０６】
（５）ノズル４３から主材料１３２及びバインド材料１３３を選択的に噴射する機能。
【０１０７】
次に、機能（５）について説明する。  
機能（５）は、記憶部１８ａに記憶されたサポート造形物１０１の各サポート層１１０ｃ並びに主材料１３２及びバインド材料１３３の比率に基づいて、ノズル４３から主材料１３２及びバインド材料１３３を選択的に噴射する機能である。
【０１０８】
具体的には、サポート造形物１０１の所定のサポート層１１０ｃを形成するときに、機能（１）で形成された積層造形物１００の層１１０ｂと同じ階層に形成されるサポート造形物１０１のサポート層１１０ｃを形成する範囲に、対象物１１０に対してノズル４３を移動させるとともに、第３供給装置４１及び第４供給装置４２の供給手段４１ｂ，４２ｂを制御する。これにより、対象物１１０に対して所定の供給量及び供給速度にてノズル４３から主材料１３２及びバインド材料１３３を噴射する。
【０１０９】
また、ノズル４３から、バインド材料１３３が溶融するパワー密度のレーザ光２００を出射して、対象物１１０に噴射したバインド材料１３３に照射する。なお、バインド材料１３３は、主材料１３２の融点と同一の融点であっても、バインド材料１３３が主材料１３２よりも小径に形成されていることから、バインド材料１３３は、主材料１３２よりも先に溶融する。
【０１１０】
このように、バインド材料１３３が選択的に溶融されることで、主材料１３２が溶融していない状態でバインド材料１３３のみが溶融し、主材料１３２をバインド材料１３３により結合したサポート層１１０ｃが形成される。なお、機能（１）で積層造形物１００の同じ階層の層１１０ｂを形成する前に、サポート層１１０ｃを形成する構成であってもよい。
【０１１１】
このように機能（５）は、予め設定されたサポート造形物１０１の各サポート層１１０ｃを対象物１１０上に形成する機能である。
【０１１２】
このように構成された積層造形装置１Ａは、上述した積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法と同様に、機能（１）、（３）乃至（５）により、所定の形状の層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃを繰り返し形成して積層させることで、張出部１００ａがサポート造形物１０１に支持された積層造形物１００が造形される。
【０１１３】
このように構成された積層造形装置１は、上述した積層造形装置１と同様に、造形する積層造形物１００に張出部１００ａを有していても、サポート造形物１０１によって支持することが可能となる。換言すると、積層造形装置１によれば、形成したサポート層１１０ｃ上に層１１０ｂを形成することが可能となる。このため、ノズル３３から造形材料１２１，１２２を射出してレーザ光２００により溶融して層１１０ｂを形成する、所謂指向性エネルギー堆積法により積層造形物１００を造形する構成であっても、張出部１００ａを有する形状の積層造形物１００を造形することが可能となる。
【０１１４】
また、サポート造形物１０１は、主材料１３２よりも粒径の小さいバインド材料１３３を用いて主材料１３２を結合させる構成であることから、ショットブラスト等によって機械的に除去することが可能となり、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
【０１１５】
また、主材料１３２を、積層造形物１００を造形する第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２よりも高い融点を有する材料とすることで、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２により層１１０ｂをサポート層１１０ｃ上に形成するときに、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２に主材料１３２が溶融することが防止できる。
【０１１６】
上述したように本実施形態に係る積層造形装置１Ａを用いた積層造形物１００の製造方法によれば、一部が張り出す張出部１００ａを有する形状の積層造形物１００を造形することが可能となる。また、サポート造形物１０１は、バインド材料１３３によって主材料１３２が結合される構成であることから、張出部１００ａを形成するためのサポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
【０１１７】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る積層造形装置１Ａを用いた積層造形物１００の製造方法について、図１１を用いて以下説明する。なお、第３の実施形態に係る積層造形装置１Ａは、上述した第２の実施形態に係る積層造形装置１Ａと同一の構成であって、サポート造形物１０１を形成するサポート材料１３１のバインド材料１３３のみが異なる構成である。
【０１１８】
具体的には、図１１に示すように、バインド材料１３３は、主材料１３２よりも融点の低い材料で形成される。なお、バインド材料１３３は、主材料１３２の粒径と略同一であっても、主材料１３２の粒径よりも小径であってもよく、図１１においては、バインド材料１３３の粒径は、主材料１３２の粒径と略同一に形成された例を用いて説明する。即ち、サポート層１１０ｃを異なる融点のサポート材料１３１（主材料１３２及びバインド材料１３３）により構成する。
【０１１９】
例えば、主材料１３２に純アルミ（融点６６０℃）が用いられ、バインド材料１３３にＡｌＳｉ合金（Ｓｉ１２％、融点５８０℃）が用いられる。
【０１２０】
このような主材料１３２及びバインド材料１３３により構成されるサポート材料１３１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、サポート層１１０ｃを形成するときに、バインド材料１３３が主材料１３２よりも先に溶融することで、主材料１３２がバインド材料１３３によって結合される。このため、積層造形物１００の張出部１００ａを支持するために形成されたサポート造形物１０１は、上述した第２の実施形態のサポート造形物１０１と同様に、除去装置１７により容易に除去することが可能となる。
【０１２１】
上述したように本実施形態に係る積層造形装置１Ａを用いた積層造形物１００の製造方法によれば、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、張出部１００ａを有する積層造形物１００を造形可能、且つ、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
【０１２２】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法について、以下説明する。なお、第４の実施形態に係る積層造形装置１は、上述した第１の実施形態に係る積層造形装置１と同一の構成であって、サポート造形物１０１を形成するサポート材料１３１のみが異なる構成である。
【０１２３】
具体的には、図１２に示すように、サポート材料１３１は、粉体状の金属材料であって積層造形物１００を造形する第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２よりも融点が高い材料で構成されるとともに、その表面に、バインダーであるバインド層１３１ａが形成されている。バインド層１３１ａは、サポート材料１３１よりも融点が低い材料により構成される。
【０１２４】
例えば、サポート材料１３１が銅（融点１０８５℃）で形成される場合には、バインド層１３１ａはＣｕＰ合金（融点約８００℃）により形成される。
【０１２５】
このようなサポート材料１３１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、サポート層１１０ｃを形成するときに、バインド層１３１ａがサポート材料１３１よりも先に溶融することで、サポート材料１３１がバインド層１３１ａによって結合される。このため、積層造形物１００の張出部１００ａを支持するために形成されたサポート造形物１０１は、第２の実施形態及び第３の実施形態のサポート造形物１０１と同様に、除去装置１７により容易に除去することが可能となる。
【０１２６】
上述したように本実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、上述した第１の実施形態乃至第３の実施形態と同様に、張出部１００ａを有する積層造形物１００を造形可能、且つ、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
【０１２７】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法について、図１３以下説明する。なお、第５の実施形態に係る積層造形装置１は、上述した第１の実施形態に係る積層造形装置１と同一の構成であって、除去装置１７及びサポート造形物１０１を形成するサポート材料１３１が異なる構成である。
【０１２８】
除去装置１７は、エッチング液１７ａを用いたエッチング処理によりサポート造形物１０１を除去可能に形成されている。なお、除去装置１７に用いられるエッチング液１７ａは、サポート材料１３１を溶解可能であって、且つ、積層造形物１００を形成する造形材料１２１，１２２は非溶解の特性を有するものが用いられる。
【０１２９】
サポート材料１３１は、除去装置１７に用いられるエッチング液１７ａによって溶解する溶解特性を有する、粉体状の金属材料により構成される。なお、サポート材料１３１は、造形材料１２１，１２２よりも融点が高く形成されていることが好ましい。
【０１３０】
例えば、造形材料１２１，１２２にアルミが用いられる場合には、サポート材料１３１に鉄を基とする材料が用いられるとともに、当該サポート材料１３１を溶解するエッチング液１７ａが除去装置１７に用いられる。また、例えば、造形材料１２１，１２２にアルミが用いられる場合には、サポート材料１３１に銅を基とする材料が用いられるとともに、当該サポート材料１３１を溶解するエッチング液１７ａが除去装置１７に用いられる。
【０１３１】
このような除去装置１７及びサポート材料１３１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、除去装置１７を用いたエッチング処理より造形したサポート造形物１０１を溶解させて除去することで、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
【０１３２】
上述したように本実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、上述した第１の実施形態乃至第４の実施形態と同様に、張出部１００ａを有する積層造形物１００を造形可能、且つ、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
【０１３３】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る積層造形装置１Ａを用いた積層造形物１００の製造方法について、図１３を用いて以下説明する。なお、第６の実施形態に係る積層造形装置１は、上述した第２の実施形態に係る積層造形装置１Ａと同一の構成であって、除去装置１７、サポート造形物１０１を形成するサポート材料１３１の主材料１３２及びバインド材料１３３が異なる構成である。
【０１３４】
除去装置１７は、エッチング液１７ａを用いたエッチング処理によりバインド材料１３３を溶解可能に形成されている。なお、除去装置１７に用いられるエッチング液１７ａは、バインド材料１３３を溶解可能であって、且つ、積層造形物１００を形成する造形材料１２１，１２２及び主材料１３２は非溶解の特性を有するものが用いられる。
【０１３５】
主材料１３２は、造形材料１２１，１２２よりも融点が高い、粉体状の材料であって、且つ、エッチング液１７ａに非溶解の特性を有する材料により構成される。例えば、主材料１３２は、セラミックにより構成される。
【０１３６】
バインド材料１３３は、主材料１３２よりも融点が低い、粉体状の金属材料により構成される。例えば、バインド材料１３３は、主材料１３２の粒径よりも小さい粒径に形成される。バインド材料１３３は、エッチング液１７ａに溶解する溶解特性を有している。
【０１３７】
例えば、造形材料１２１，１２２にＳＵＳ材（融点１５００℃）が用いられる場合には、主材料１３２に粒径が５０μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３、融点２１００℃）が用いられるとともに、バインド材料１３３に粒径２０μｍのＡｌ１２Ｓｉ（融点６００℃）が用いられる。また、バインド材料１３３を溶解するエッチング液１７ａが除去装置１７に用いられる。
【０１３８】
このような除去装置１７、主材料１３２及びバインド材料１３３により構成されるサポート材料１３１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、除去装置１７を用いたエッチング処理より、主材料１３２を結合するバインド材料１３３を除去することで、サポート造形物１０１を除去することが可能となる。これにより、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
【０１３９】
また、除去装置１７に用いられるエッチング液１７ａは、主材料１３２を溶解することがない。このため、サポート造形物１０１を除去後に、主材料１３２を回収することで、次回のサポート造形物１０１の造形に用いるサポート材料１３１に回収した主材料１３２を使用することが可能となる。これにより、積層造形物１００の製造コストを低減することが可能となる。なお、積層造形装置１は、主材料１３２の回収装置を有する構成であってもよい。
【０１４０】
上述したように本実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、上述した第１の実施形態乃至第５の実施形態と同様に、張出部１００ａを有する積層造形物１００を造形可能、且つ、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。また、当該積層造形物１００の製造方法によれば、サポート材料１３１を構成する主材料１３２を再利用することが可能となる。
【０１４１】
なお、本実施形態に係る積層造形装置１，１Ａ及び積層造形物１００の製造方法は、上述した構成に限定されない。例えば、上述した例では、積層造形装置１，１Ａは、積層造形物１００を第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２により造形する構成を説明したが、単一の材料により積層造形物１００を造形する構成であってもよい。また、上述した例では、積層造形装置１，１Ａは、一のノズル３３に第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を供給する構成を説明したがこれに限定されず、二つのノズル３３にそれぞれ第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を供給し、対象物１１０上で第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を混合して溶融させる構成であってもよい。
【０１４２】
また、上述した例では、積層造形装置１Ａは、主材料１３２及びバインド材料１３３を供給するために、第３供給装置４１及び第４供給装置４２を備える構成を説明したがこれに限定されない。例えば、第３供給装置４１のみを備え、主材料１３２及びバインド材料１３３を同一のタンク４１ａに収容し、供給手段４１ｂによって主材料１３２及びバインド材料１３３をノズル４３に供給する構成であってもよい。さらに、主材料１３２及びバインド材料１３３は、造形材料１２１，１２２を供給するノズル３３を用いて供給する構成であってもよい。
【０１４３】
また、上述した例では、除去装置１７は、ショットブラストや切削等により機械的にサポート造形物１０１を積層造形物１００から除去する構成、又は、エッチング液を用いたエッチング処理により化学的にサポート造形物１０１を積層造形物１００から除去する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、除去装置１７は、バインド材料１３３を、造形材料１２１，１２２及び主材料１３２よりも低温とし、バインド材料１３３のみが溶融する温度でサポート造形物１０１を加熱することで、熱的に積層造形物１００からサポート造形物１０１を除去する構成であってもよい。
【０１４４】
また、上述した例では、積層造形装置１，１Ａは、主室２１及び副室２２を備え、副室２２内に除去装置１７を有する構成を説明したが、これに限定されず、除去装置１７は、副室２２から離れた位置に配置される構成であってもよい。
【０１４５】
さらに、上述した例では、レーザ光２００を照射して対象物１１０及び造形材料１２１，１２２、並びに、サポート材料１３１の一部、バインド材料１３３又はバインド層１３１ａを溶融させる構成を説明したが、これに限定されない。これら対象物１１０及び造形材料１２１，１２２、並びに、サポート材料１３１の一部、バインド材料１３３又はバインド層１３１ａを溶融可能であれば、レーザ光２００でなく他のエネルギー線、例えば電子ビーム、放射線等で溶融させる構成であってもよい。
【０１４６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］  対象物に対して粉体を供給可能、且つ、前記対象物に対してエネルギー線を照射可能に形成されたノズル、並びに、造形物を造形する層を形成する粉体状の造形材料及び前記造形材料により形成される前記層をその上面に形成可能なサポート層を形成する粉体状のサポート材料を選択的に前記ノズルに供給する供給装置を具備するノズル装置と、
前記対象物に供給された前記造形材料を溶融可能、且つ、前記対象物に供給された前記サポート材料を部分的に溶融させる前記エネルギー線を前記ノズルに出力する光学系と、
前記ノズルを駆動し、且つ、前記ノズルに対して供給する前記造形材料の供給量及び前記サポート材料の供給量を制御可能に形成され、前記対象物上に前記造形材料により形成される前記層及び前記サポート層を積層する制御装置と、
を備えることを特徴とする積層造形装置。
［２］  前記サポート材料は、前記造形材料よりも高い融点を有することを特徴とする［１］に記載の積層造形装置。
［３］  前記サポート材料は、粉体状の主材料及び粉体状のバインド材料を備え、前記バインド材料は、前記主材料よりも小さな粒径に形成されていることを特徴とする［１］に記載の積層造形装置。
［４］  前記サポート材料は、粉体状の主材料及び粉体状のバインド材料を備え、前記バインド材料は、前記主材料よりも融点が低い材料により形成されていることを特徴とする［１］に記載の積層造形装置。
［５］  前記サポート材料は、前記造形材料よりも高い融点を有するとともに、その表面に自身よりも低い融点の材料で形成されたバインド層を備えることを特徴とする［１］に記載の積層造形装置。
［６］  前記サポート材料は、前記造形材料と異なる溶解特性を有することを特徴とする［１］に記載の積層造形装置。
［７］  前記サポート材料により形成された前記サポート層を除去する除去装置をさらに備えることを特徴とする［１］に記載の積層造形装置。
［８］  積層造形物及びサポート造形物の形状を計測する計測装置と、
前記対象物上の前記造形材料及び前記サポート材料の一部を除去可能なトリミング装置と、
前記造形材料及び前記サポート材料により形成される所定の形状の前記層及び前記サポート層を閾値として記憶する記憶部と、を備え、
前記制御装置は、前記計測装置による計測結果及び前記閾値を比較し、前記閾値を外れた前記対象物上の前記造形材料及び前記サポート材料を前記トリミング装置により除去することを特徴とする［１］に記載の積層造形装置。
［９］  前記制御装置は、前記ノズルを制御することで、形成される前記層の下方に前記サポート層を形成することを特徴とする［１］に記載の積層造形装置。
［１０］  造形物を造形する粉体状の造形材料をノズルから対象物に対して供給する工程と、
光学系から出力された前記造形材料を溶融可能なエネルギー線を、前記ノズルにより供給された前記造形材料に照射して前記層を形成する工程と、
前記造形材料により形成される前記層をその上面に形成可能なサポート層を形成する粉体状のサポート材料を前記ノズルから前記対象物に対して供給する工程と、
光学系から出力された前記サポート材料を部分的に溶融可能な前記エネルギー線を、前記ノズルにより前記対象物上に噴射された前記サポート材料に照射して前記サポート層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする積層造形物の製造方法。
［１１］  前記サポート材料は、前記造形材料よりも高い融点であることを特徴とする［１０］に記載の積層造形物の製造方法。
［１２］  前記サポート材料は、粉体状の主材料及び粉体状のバインド材料を備え、前記バインド材料は、前記主材料よりも小さな粒径に形成されていることを特徴とする［１０］に記載の積層造形物の製造方法。
［１３］  前記サポート材料は、粉体状の主材料及び粉体状のバインド材料を備え、前記バインド材料は、前記主材料よりも融点が低い材料により形成されていることを特徴とする［１０］に記載の積層造形物の製造方法。
［１４］  前記サポート材料は、前記造形材料よりも高い融点であるとともに、その周囲に自身よりも低い融点の材料で形成されたバインド層を備えることを特徴とする［１０］に記載の積層造形物の製造方法。
［１５］  前記サポート材料は、前記造形材料と異なる溶解特性を有することを特徴とする［１０］に記載の積層造形物の製造方法。
［１６］  前記サポート材料により形成された前記サポート層を除去装置により除去することをさらに備えることを特徴とする［１０］に記載の積層造形物の製造方法。
［１７］  積層造形物及びサポート造形物の形状を計測装置により計測する工程と、
記憶部に記憶された前記造形材料及び前記サポート材料により形成される所定の形状の前記層及び前記サポート層である閾値と前記計測装置とを比較する工程と、
前記対象物上の前記閾値を外れた前記対象物上の前記造形材料及び前記サポート材料を、トリミング装置により除去する工程と、
を備えることを特徴とする［１０］に記載の積層造形物の製造方法。
【要約】
実施形態の積層造形装置は、ノズル装置と、光学系と、制御装置と、を備える。ノズル装置は、対象物に対して粉体を供給可能、且つ、対象物に対してエネルギー線を照射可能に形成されたノズル、並びに、造形物を造形する層を形成する粉体状の造形材料及び造形材料により形成される層をその上面に形成可能なサポート層を形成する粉体状のサポート材料を選択的に前記ノズルに供給する供給装置を具備する。光学系は、対象物に供給された造形材料を溶融可能、且つ、対象物に供給されたサポート材料を部分的に溶融させるエネルギー線をノズルに出力する。制御装置は、造形材料の供給量及びサポート材料の供給量を制御し、対象物上に造形材料による層及びサポート層を積層する。【図１】
0005869182.tif 000003
【図２】
0005869182.tif 000004
【図３】
0005869182.tif 000005
【図４】
0005869182.tif 000006
【図５】
0005869182.tif 000007
【図６】
0005869182.tif 000008
【図７】
0005869182.tif 000009
【図８】
0005869182.tif 000010
【図９】
0005869182.tif 000011
【図１０】
0005869182.tif 000012
【図１１】
0005869182.tif 000013
【図１２】
0005869182.tif 000014
【図１３】
0005869182.tif 000015