(57)【要約】【課題】造形物の内部に形成された経路に残留する残留粉末を良好に除去することが可能な積層造形方法を提供する。【解決手段】造形物５０を造形するための三次元データが取得される（Ｓ１０）。経路の内壁面の粗さに基いて、造形物５０を実際に製造する前に、三次元データを用いて造形物５０が製造された後の経路６０の残留粉末の除去性について判定される（Ｓ２０）。Ｓ２０の工程で判定された除去性に基づいて、Ｓ１０の工程で取得された三次元データを修正する（Ｓ３０）。Ｓ３０の工程で修正された三次元データを用いて、積層造形によって造形物５０を製造する（Ｓ４０）。【選択図】図３
2018127651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末を積層し溶融結合させることを繰り返すことによって三次元形状の造形物を製造する際に、部分的に前記粉末を溶融結合させないようにしてその部分に未結合のまま前記粉末を残留させることで、第１の流体を流通させる中空の経路が内部に形成された前記造形物を製造する積層造形方法であって、
前記造形物に関する三次元データを取得する工程と、
前記三次元データを用いて前記経路を模擬した経路モデルにおける前記経路の内壁面の粗さに基いて、前記造形物を製造する前に、前記三次元データを用いて前記造形物が製造された後の前記経路の前記残留した粉末の除去性を判定する工程と、
前記判定された除去性が向上するように、前記三次元データを修正する工程と、
前記修正された三次元データを用いて、前記造形物を製造する工程と
を有する積層造形方法。
【請求項２】
前記除去性を判定する工程において、前記経路の内壁面の積層厚みが薄いほど前記除去性が良好であると判定する、
請求項１に記載の積層造形方法。
【請求項３】
前記除去性を判定する工程において、前記経路の内壁面が下向きであるほど前記除去性が不良であると判定する、
請求項１又は２に記載の積層造形方法。
【請求項４】
前記除去性を判定する工程において、前記経路の内壁面の積層厚みが薄いほど前記除去性が良好であり、前記経路の内壁面が下向きであるほど前記除去性が不良であると判定し、
前記除去性を判定する工程において、前記経路の内壁面の積層厚みよりも前記経路の内壁面の向きが前記除去性の良否に影響するものとして、前記経路の内壁面の積層厚みよりも前記経路の内壁面の向きを優先的に考慮して前記除去性を判定する、
請求項１に記載の積層造形方法。
【請求項５】
前記除去性の判定の対象となる前記経路の箇所は、前記経路の形状に応じて定められる、
請求項１から４のいずれか１項に記載の積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層造形方法に関し、特に、粉末を積層し溶融結合させることを繰り返すことによって造形物を製造する積層造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無機材料もしくは有機材料からなる粉末に光ビームを照射し、焼結または溶融固化させることにより三次元形状の積層造形物を製造する積層造形装置が脚光を浴びている。具体的には、定盤上に粉末を敷き詰め、粉末層を形成する工程と、この粉末層の所定領域に光ビ−ムを照射し、焼結または溶融固化させることにより硬化層を形成する工程とを繰り返す。これにより多数の硬化層を積層一体化して三次元形状の造形物を製造することができる。
【０００３】
造形物を例えば成形金型などとして用いる場合には、冷却や加熱などの機能を持たせるために造形物内に流体が流通可能な経路が形成される。特許文献１は、光造型物の製造方法を開示する。特許文献１にかかる方法では、粉末の層に光ビームを照射して結合層を形成する際に部分的に光ビームを照射しないで未結合のまま粉末を残すことによって、未結合の粉末が連続する部分で粉末結合体内に流体経路を形成する。そして粉末結合体の表面に開口する流体経路の複数の開口部の一方から圧縮エアを吹き込み又は吸引することで流体経路内の未結合の粉末を取り除くようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２５９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
引用文献１にかかる方法では、流体経路のうち内壁面が粗い部分では残留粉末を除去するためのエアの流動性が悪化するおそれがある。従って、引用文献１にかかる方法では、未結合の残留粉末を良好に除去できないおそれがある。
【０００６】
本発明は、造形物の内部に形成された経路に残留する残留粉末を良好に除去することが可能な積層造形方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明によれば、粉末を積層し溶融結合させることを繰り返すことによって三次元形状の造形物を製造する際に、部分的に前記粉末を溶融結合させないようにしてその部分に未結合のまま前記粉末を残留させることで、第１の流体を流通させる中空の経路が内部に形成された前記造形物を製造する積層造形方法であって、前記造形物に関する三次元データを取得する工程と、前記三次元データを用いて前記経路を模擬した経路モデルにおける前記経路の内壁面の粗さに基いて、前記造形物を製造する前に、前記三次元データを用いて前記造形物が製造された後の前記経路の前記残留した粉末の除去性を判定する工程と、前記判定された除去性が向上するように、前記三次元データを修正する工程と、前記修正された三次元データを用いて、前記造形物を製造する工程とを有する積層造形方法が提供される。以上の方法によれば、残留粉末の除去性が向上されているような経路の配置となるように、造形物にかかる三次元データが修正されるように構成されている。従って、本発明にかかる積層造形方法は、造形物の内部に形成された経路に残留する残留粉末を良好に除去することが可能となる。
好ましくは、前記除去性を判定する工程において、前記経路の内壁面の積層厚みが薄いほど前記除去性が良好であると判定する。以上の方法によれば、前記経路の内壁面の積層厚みに応じた適切な除去性の判断が実現される。
好ましくは、前記除去性を判定する工程において、前記経路の内壁面が下向きであるほど前記除去性が不良であると判定する。以上の方法によれば、前記経路の内壁面の向きに応じた適切な除去性の判断が実現される。
好ましくは、前記除去性を判定する工程において、前記経路の内壁面の積層厚みが薄いほど前記除去性が良好であり、前記経路の内壁面が下向きであるほど前記除去性が不良であると判定し、前記除去性を判定する工程において、前記経路の内壁面の積層厚みよりも前記経路の内壁面の向きが前記除去性の良否に影響するものとして、前記経路の内壁面の積層厚みよりも前記経路の内壁面の向きを優先的に考慮して前記除去性を判定する。以上の方法によれば、除去性に与える影響の軽重に基いて除去性を判定することができる。
好ましくは、前記除去性の判定の対象となる前記経路の箇所は、前記経路の形状に応じて定められる。以上の方法によれば、除去性が良好でないと推測される箇所のみについて判定がなされるので、除去性の判定を効率的に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明によれば、造形物の内部に形成された経路に残留する残留粉末を良好に除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる積層造形装置の概要を示す模式的断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかる積層造形方法を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態１にかかる積層造形方法で製造される造形物を例示する図である。
【図５】実施の形態１にかかる造形物の部分拡大図である。
【図６】図３に示したフローチャートにおけるＳ２０の工程の詳細を示すフローチャートである。
【図７】経路における圧力損失を説明するための図である。
【図８】経路の内壁面の拡大図である。
【図９】積層厚みに応じた補正係数を示す表である。
【図１０】経路の横断面図である。
【図１１】経路の断面模式図である。
【図１２】経路の内壁面の向きに応じた補正係数を示す表である。
【図１３】積層厚みと経路の内壁面の向きを同時に考慮する場合の補正係数を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定されるわけではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜簡略化されている。
【００１１】
（実施の形態１）
まず、図１を参照して、実施の形態１にかかる積層造形装置について説明する。図１は、実施の形態１にかかる積層造形装置１の概要を示す模式的断面図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる積層造形装置１は、ベース３０、定盤２、造形槽３、造形槽支持部４、造形槽駆動部５、支柱６、支持部７、レーザスキャナ８、光ファイバ９、レーザ発振器１０、スキージ１１、樋１２、粉末分配器１３、粉末供給部１４、及び制御装置１００を備えている。
【００１２】
ベース３０は、定盤２及び支柱６を固定するための台である。ベース３０は、定盤２が載置される上面が水平になるように床面に設置される。定盤２は、ベース３０の水平な上面に載置、固定されている。定盤２の上面も水平であって、この定盤２の上面に粉末が敷き詰められ、三次元形状の造形物５０が形成されていく。図１の例では、定盤２は、四角柱状の部材である。図１に示すように、定盤２の上面の周縁全体に水平方向に張り出したフランジ状の凸部２ａが形成されている。この凸部２ａの外周面が全体に亘り造形槽３の内側面と接触しているため、定盤２の上面及び造形槽３の内側面に囲われた空間に積層粉末５１を保持することができる。ここで、造形槽３の内側面と接触している凸部２ａの外周面に例えばフェルトからなるシール部材（不図示）を設けることにより積層粉末５１の保持力を高めることができる。
【００１３】
造形槽３は、この定盤２の上面に敷き詰められた粉末を側面から保持する筒状の部材である。図１の例では、定盤２が四角柱状であるため、造形槽３は、上端にフランジ部３ａを備えた角パイプである。造形槽３は、例えば厚さ１〜６ｍｍ程度（好適には３〜５ｍｍ程度）のステンレス鋼鈑から構成され、軽量である。造形槽３の上部開口端３ｂに粉末層を形成し、この粉末層にレーザビームＬＢを照射することにより硬化層を形成する。上部開口端３ｂの形状は、例えば６００ｍｍ×６００ｍｍである。
【００１４】
また、造形槽３は、上下方向（ｚ軸方向）に移動可能に設置されている。そして、硬化層を形成する度に造形槽３を定盤２に対して一定量ずつ上昇させ、造形物５０を形成していく。ここで、実施の形態１に係る積層造形装置１では、一定重量かつ軽量な造形槽３のみを上昇させればよい。そのため、毎回精度良く粉末層を形成することができる。その結果、精度良く造形物５０を形成することができる。
【００１５】
造形槽支持部４は、造形槽３のフランジ部３ａの上面が水平となるように、フランジ部３ａの下面を３点で支持している支持部材である。造形槽支持部４は、造形槽３を上下方向（ｚ軸方向）に移動させる造形槽駆動部５の連結部５ｃに連結されている。
【００１６】
造形槽駆動部５は、造形槽３を上下方向（ｚ軸方向）に移動させるための駆動機構である。造形槽駆動部５は、モータ５ａ、ボールねじ５ｂ、連結部５ｃを備えている。モータ５ａが駆動するとｚ軸方向に延設されたボールねじ５ｂが回転する。そして、ボールねじ５ｂが回転するとボールねじ５ｂに沿って連結部５ｃが上下方向（ｚ軸方向）に移動する。上述の通り、造形槽３を支持する造形槽支持部４が連結部５ｃに連結されているため、造形槽駆動部５により造形槽３が上下方向（ｚ軸方向）に移動可能となる。なお、造形槽駆動部５の駆動源はモータに限らず油圧シリンダなどを用いてもよい。
【００１７】
ここで、造形槽駆動部５は、ベース３０から略垂直に（すなわち鉛直方向に）立設された支柱６の上部に固定されている。このように、本実施の形態に係る積層造形装置１では、造形槽駆動部５が造形槽３の外部に設置されているためメンテナンス性に優れている。
【００１８】
レーザスキャナ８は、造形槽３の上部開口端３ｂに形成された粉末層に対してレーザビームＬＢを照射する。レーザスキャナ８は、図示されないレンズ及びミラーを有している。そのため、図１に示すように、レーザスキャナ８は、粉末層における水平面（ｘｙ平面）上の位置に関わらず粉末層にレーザビームＬＢの焦点を合わせることができる。ここで、レーザビームＬＢは、レーザ発振器１０において生成され、光ファイバ９を介して、レーザスキャナ８に導入される。
【００１９】
また、レーザスキャナ８は、支持部７を介して、造形槽３のフランジ部３ａに固定されている。そのため、レーザスキャナ８とレーザビームＬＢの照射対象である粉末層との距離を一定に保つことができる。従って、実施の形態１にかかる積層造形装置１は、精度良く造形物５０を製造することができる。
【００２０】
スキージ１１は、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂから構成されている。第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂは、いずれもｙ軸方向に延設されている。また、スキージ１１は、造形槽３の上部開口端３ｂを介して、一方のフランジ部３ａから対向するフランジ部３ａまでｘ軸方向にスライドすることができる。
【００２１】
図１に示すように、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂが、ｘ軸マイナス側のフランジ部３ａ上に設置された状態で、両者の間に粉末が供給される。ここで、２回分の粉末層を形成するための粉末が供給される。すなわち、スキージ１１がｘ軸マイナス側のフランジ部３ａからｘ軸プラス側のフランジ部３ａまでスライドすることにより、１回分の粉末層が造形槽３の上部開口端３ｂに形成される。図１に破線で示したように、この粉末層に対してレーザビームＬＢを照射し、硬化層を形成している間、スキージ１１はｘ軸プラス側のフランジ部３ａ上で待機している。そして、スキージ１１がｘ軸プラス側のフランジ部３ａからｘ軸マイナス側のフランジ部３ａまでスライドすることにより、もう１回分の粉末層が造形槽３の上部開口端３ｂに形成される。
【００２２】
なお、例えば硬化層の形成領域が狭い場合には、スキージ１１をｘ軸マイナス側のフランジ部３ａからｘ軸プラス側のフランジ部３ａまで最大限スライドさせずに、硬化層の形成領域はカバーした上で、途中でスライドを止めてもよい。粉末層を形成するための粉末量を節約できるとともに時間を短縮することができる。
【００２３】
樋１２及び粉末分配器１３は、粉末供給部１４から投下された粉末をスキージ１１の長手方向に均一に分配するためのものである。樋１２の下面には、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂの間隔（ｘ軸方向）より狭く、スキージ１１の粉末投入領域と同程度の長さ（ｙ軸方向）を有する開口部が形成されている。
【００２４】
粉末分配器１３は、樋１２の溝の断面形状と同形状の板状部材である。粉末分配器１３は、図示しない駆動機構によりｙ軸方向にスライドすることができる。ここで、図１では、分かり易くするため、粉末分配器１３を樋１２から離して描いている。しかし、実際には、粉末分配器１３は樋１２の溝の両側面と隙間なく接触しながらスライドする。粉末分配器１３が、樋１２において粉末が投下された一端から他端までスライドすることにより、粉末が樋１２の開口部を介して、スキージ１１の長手方向（ｙ軸方向）に均一に分配される。
【００２５】
なお、例えば硬化層の形成領域が狭い場合には、粉末分配器１３を樋１２の一端から他端まで最大限スライドさせずに、硬化層の形成領域はカバーした上で、途中でスライドを止めてもよい。粉末層を形成するための粉末量を節約できるとともに時間を短縮することができる。
【００２６】
粉末供給部１４は、粉末が蓄えられた小型タンクである。粉末供給部１４の詳細については後述する。なお、粉末は、無機材料（金属やセラミック）もしくは有機材料（プラスチック）からなる。好適には、平均粒径２０μｍ程度の鉄粉が用いられる。
【００２７】
以上のように、積層造形装置１は、粉末を積層し溶融結合させることを繰り返すことによって、三次元形状の造形物５０を製造する。また、実施の形態１にかかる造形物５０の内部には、所定の機能を発揮するための流体を流通させる中空の経路が形成されている。積層造形装置１は、部分的に粉末を溶融結合させないようにしてその部分に未結合のまま粉末を残留させることで、中空の経路を形成する。
【００２８】
制御装置１００は、積層造形装置１の動作を制御する。具体的には、制御装置１００は、造形槽駆動部５、レーザスキャナ８、レーザ発振器１０、スキージ１１等と、有線又は無線で接続されている。制御装置１００は、造形物５０を製造するための三次元データを記憶している。制御装置１００は、この三次元データを用いてこれらの構成要素を制御する。これにより、積層造形装置１は、造形物５０を成形する。
【００２９】
図２は、実施の形態１にかかる制御装置１００の構成を示すブロック図である。制御装置１００は、例えばコンピュータである。制御装置１００は、主要なハードウェア構成として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１０２と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０４と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）１０６と、インタフェース部１０８（ＩＦ；Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）とを有する。ＣＰＵ１０２、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１０６及びインタフェース部１０８は、データバスなどを介して相互に接続されている。
【００３０】
ＣＰＵ１０２は、制御処理及び演算処理等を行う演算装置としての機能を有する。ＲＯＭ１０４は、ＣＰＵ１０２によって実行される制御プログラム及び演算プログラム等を記憶するための機能を有する。ＲＡＭ１０６は、処理データ等を一時的に記憶するための機能を有する。インタフェース部１０８は、有線又は無線を介して外部と信号の入出力を行う。インタフェース部１０８は、通信ポートを含み得る。
【００３１】
また、制御装置１００は、三次元データ取得部１１２、内部構造検討部１１４、三次元データ修正部１１６及び積層造形制御部１１８を有する。三次元データ取得部１１２、内部構造検討部１１４、三次元データ修正部１１６及び積層造形制御部１１８は、例えば、ＣＰＵ１０２がＲＯＭ１０４に記憶されたプログラムを実行することによって実現可能である。また、必要なプログラムを任意の不揮発性記録媒体に記録しておき、必要に応じてインストールすることで、三次元データ取得部１１２、内部構造検討部１１４、三次元データ修正部１１６及び積層造形制御部１１８を実現するようにしてもよい。
【００３２】
また、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ）を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｒｅａｄａｂｌｅ  ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００３３】
なお、三次元データ取得部１１２、内部構造検討部１１４、三次元データ修正部１１６及び積層造形制御部１１８は、上記のようにソフトウェアによって実現されることに限定されず、何らかの回路素子等のハードウェアによって実現されてもよい。さらに、三次元データ取得部１１２、内部構造検討部１１４、三次元データ修正部１１６及び積層造形制御部１１８は、物理的に１つの装置内に設けられている必要はなく、別個のハードウェアとして構成されていてもよい。その場合、三次元データ取得部１１２、内部構造検討部１１４、三次元データ修正部１１６及び積層造形制御部１１８のそれぞれが、コンピュータとして機能してもよい。
【００３４】
また、内部構造検討部１１４によって行われる処理は、コンピュータ等の装置によって行われる必要はなく、作業者自身が行ってもよい。また、制御装置１００は、積層造形装置１と一体でなくてもよく、積層造形装置１の専用の装置でなくてもよい。制御装置１００は、汎用の情報端末であってもよい。
【００３５】
図３は、実施の形態１にかかる積層造形方法を示すフローチャートである。なお、実施の形態１にかかる積層造形方法は、例えば、三次元データを元に製作された試作品を用いて行われてもよいし、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）によるコンピュータシミュレーションによって行われてもよい。
【００３６】
＜三次元データ取得部１１２＞
三次元データ取得部１１２は、造形物５０を造形するための三次元データを取得する（ステップＳ１０）。具体的には、三次元データ取得部１１２は、ＣＡＤ／ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ／Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）データを用いて、三次元データ（３Ｄデータ）を生成する。三次元データ取得部１１２は、これにより、三次元データを取得する。なお、三次元データ取得部１１２は、他の装置によって生成された三次元データを受信することで、三次元データを取得してもよい。
【００３７】
図４は、実施の形態１にかかる積層造形方法で製造される造形物５０を例示する図である。図４は、造形物５０の断面図である。図４に例示された造形物５０は、三次元データ取得部１１２によって取得された三次元データを用いて製造され得る。実施の形態１にかかる造形物５０は、例えば金型である。そして、実施の形態１にかかる造形物５０は、流体を流通させる中空の経路６０を、内部に有する。つまり、三次元データは、造形物５０の内部の経路６０の情報を含み、経路６０に対応する部分には構造体（溶融結合した粉末層）が除外されているように、生成され得る。
【００３８】
経路６０は、所定の機能を達成させるための流体を流通させる。例えば、経路６０は、造形物５０に形成された型部分を冷却する流体を流通させてもよい。また、例えば、経路６０は、造形物５０を加熱又は断熱するための流体を流通させてもよい。また、例えば、経路６０は、防音又は防振のために流体を流通させてもよい。具体的には、造形物５０を伝播する波動の振幅及び位相を、経路６０を流通する流体によって変化させるようにしてもよい。また、例えば、経路６０は、物を搬送する気体を流通させるエアシュータであってもよい。
【００３９】
以下の説明では、造形物５０は金型であり、経路６０は金型を冷却する流体（第１の流体）を流通させるとする。つまり、実施の形態１にかかる造形物５０は、冷却回路を有する金型である。なお、造形物５０は、単に冷却回路のみであってもよく、造形物５０に金型が接続されてもよい。また、図４に例示された経路６０は、実施の形態の説明のため比較的単純な形状としているが、実際の経路は、多数の屈曲部及び分岐等を有するような複雑な形状であり得る。
【００４０】
経路６０を流通する流体は、例えば冷却水である。経路６０の入口６０ａから経路６０に流体が流入し、出口６０ｂから流体が流出する。図４においては、左側が上流側で、右側が下流側である。また、図４において造形物５０の上側に位置している破線で囲まれた領域は、冷却が必要な高温領域９２及び高温領域９４である。高温領域９２は、高温領域９４よりも上流側にある。経路６０は、これらの高温領域９２及び高温領域９４に近づくように配置されている。
【００４１】
具体的には、入口６０ａから上方（鉛直方向）に延設された部分経路６１の下流側に、高温領域９２に近づけるように、水平方向に延設された部分経路６２が配置されている。また、高温領域９２によって昇温された冷却水を冷却するために、高温領域から遠ざけるように、部分経路６２の下流側に下方に延設された部分経路６３と、部分経路６３の下流側に水平方向に延設された部分経路６４とが配置されている。また、高温領域９４に近づけるように、部分経路６４の下流側に上方に延設された部分経路６５と、部分経路６５の下流側に水平方向に延設された部分経路６６とが配置されている。そして、部分経路６６の下流側に、出口６０ｂに向かって下方に延設された部分経路６７が配置されている。従って、部分経路６２の両側に屈曲部７１及び屈曲部７２が形成され、部分経路６４の両側に屈曲部７３及び屈曲部７４が形成され、部分経路６６の両側に屈曲部７５及び屈曲部７６が形成されている。
【００４２】
図５は、実施の形態１にかかる造形物５０の部分拡大図である。図５は、経路６０のうち水平方向に延びる部分（例えば部分経路６２）を流通する流体の流れ方向に略垂直に切断した面における造形物５０の断面図である。上述したように、積層造形装置１は、経路６０に対応する位置で、粉末を溶融結合させないようにする。具体的には、経路６０の下方の粉末層５２Ａでは粉末に全体的にレーザビームＬＢが照射されて粉末が溶融結合している。一方、その上の層である粉末層５２Ｂ〜５２Ｋでは、部分的に粉末にレーザビームＬＢが照射されないことで粉末が溶融結合しておらず、経路６０に粉末が残留している。そして、経路６０の上方の粉末層５２Ｌでは、粉末は全体的に溶融結合している。このように、粉末が溶融結合していない部分が各粉末層５２Ｂ〜５２Ｋで連続して形成されることで、経路６０が形成される。なお、経路６０の上側の層（例えば粉末層５２Ｈ〜５２Ｌ）では、溶融結合した粉末が重力によって落下しないように、積層のピッチを変えてもよい。この場合、水平な経路６０の上面（天井）は、粗くなり得る。
【００４３】
また、上述したように、造形物５０を製造した後、経路６０の内部には、溶融結合しないで残留している残留粉末が存在する。従って、この残留粉末を除去する必要がある。実施の形態１では、例えば入口６０ａから経路６０に圧縮エア、水又は油等の流体を注入し、又は、例えば出口６０ｂから経路６０内の空気を吸引することによって、経路６０に残存する残留粉末を除去する。つまり、実施の形態１では、流体（第２の流体）を用いて、経路６０に残留する残留粉末を除去する。
【００４４】
＜内部構造検討部１１４＞
次に、内部構造検討部１１４は、造形物５０の内部構造を検討する（ステップＳ２０）。具体的には、内部構造検討部１１４は、実際に造形物５０を製造する前に、三次元データを用いて経路６０を模擬した経路モデルを用いて、造形物５０の内部構造（経路６０）が所定の性能を満たすか否かを判定する。なお、「経路モデル」とは、Ｓ１０の工程で取得された三次元データを用いて製造（試作）された試作品であってもよい。また、「経路モデル」は、Ｓ１０の工程で取得された三次元データを用いたＣＡＥ解析においてシミュレーションによって再現された経路であってもよい。
【００４５】
また、検討対象となる「所定の性能」には様々なものがある。実施の形態１では、内部構造検討部１１４は、「機能成立性」、「構造成立性」及び「残留粉末の除去性」について検討する。「機能成立性」は、第１の流体によって発揮されるべき機能（本実施の形態では冷却機能）を十分に発揮できるか否かを示す。「構造成立性」は、造形物５０が中空形状である経路６０を内部に有することになった場合でも造形物５０が必要な剛性を確保できるか否かを示す。「残留粉末の除去性」は、造形物５０の経路６０内に存在する残留粉末を十分に除去できるか否かを示す。ここで、実施の形態１にかかる積層造形方法では、少なくとも、「残留粉末の除去性」について検討される。従って、本実施の形態においては、「機能成立性」及び「構造成立性」の検討については、必ずしも行われる必要はない。
【００４６】
つまり、実施の形態１にかかる積層造形方法では、少なくとも、三次元データを用いて造形物５０が製造された後で溶融結合しないで経路６０内の各箇所（部分経路６１〜６７及び屈曲部７１〜７６等）に残留する残留粉末の除去性について判定される。さらに言い換えると、Ｓ２０の工程では、内部構造検討部１１４は、造形物５０を実際に製造する前に、三次元データを用いて造形物５０が製造された後の経路６０の各箇所における残留粉末の除去性を判定する。このとき、後述するように、内部構造検討部１１４は、経路モデルにおける経路６０の内壁面の粗さに基いて、残留粉末の除去性を判定する。また、内部構造検討部１１４は、残留粉末の除去性の判定後、除去性が向上するように、経路６０を修正してもよい。
【００４７】
＜三次元データ修正部１１６＞
次に、三次元データ修正部１１６は、Ｓ２０の工程で判定された除去性に基づいて、Ｓ１０の工程で取得された三次元データを修正する（ステップＳ３０）。具体的には、三次元データ修正部１１６は、Ｓ２０の工程で判定された除去性が向上するように、Ｓ１０の工程で取得された三次元データを修正する。さらに具体的には、三次元データ修正部１１６は、Ｓ２０の工程において除去性が良好でないと判定された箇所の除去性が向上するように、三次元データを修正する。つまり、三次元データ修正部１１６によって修正された三次元データでは、除去性が改善されるように、粉末の積層厚み（又は、硬化層の厚み、以下同様。）や経路６０の配置が修正されている。ここで、「配置」とは、経路６０の長さ、径、曲がり具合（曲率）、位置（造形物５０の外表面からの距離、分岐等を含む）等を含む。なお、Ｓ２０の工程で「機能成立性」及び「構造成立性」について検討された場合は、三次元データ修正部１１６は、さらに「機能成立性」及び「構造成立性」が向上するように、Ｓ１０の工程で取得された三次元データを修正してもよい。なお、経路６０の配置の修正自体については、三次元データ修正部１１６が行ってもよいし、内部構造検討部１１４が行ってもよい。
【００４８】
＜積層造形制御部１１８＞
積層造形制御部１１８は、Ｓ３０の工程で修正された三次元データを用いて、上述したように、積層造形によって造形物５０を製造する（ステップＳ４０）。そして、Ｓ４０の工程で実際に製造された造形物５０の内部に形成された経路６０から、第２の流体を用いて、残留粉末が除去される（ステップＳ５０）。
【００４９】
このように、実施の形態１にかかる積層造形方法では、経路６０の残留粉末の除去性が向上されているように、造形物５０にかかる三次元データが修正されている。従って、実施の形態１にかかる積層造形方法は、実際に製造された造形物５０の内部に形成された経路６０に残留する残留粉末を良好に除去することが可能となる。
【００５０】
＜内部構造検討部１１４の詳細＞
図６は、図３に示したフローチャートにおけるＳ２０の工程の詳細を示すフローチャートである。まず、内部構造検討部１１４は、Ｓ１０の工程で取得された三次元データを用いて、経路モデルを配置する（ステップＳ２１０）。例えば、積層造形方法（Ｓ２０の工程）が試作品を用いて行われる場合、Ｓ１０の工程で三次元データを用いて、積層造形装置１を用いて試作品が製作される。これにより、造形物５０の試作品の内部に、経路モデルが形成される。また、例えば、積層造形方法（Ｓ２０の工程）がＣＡＥ解析を用いて行われる場合、Ｓ１０の工程で三次元データを用いたコンピュータシミュレーションにより、経路モデルが再現される。
【００５１】
次に、内部構造検討部１１４は、機能成立性の検討を行う（ステップＳ２２０）。そして、内部構造検討部１１４は、機能の条件を充足するか否かを判定する（ステップＳ２２２）。機能の条件を充足しない場合（Ｓ２２２のＮＯ）、工程はＳ２１０に戻る。一方、機能の条件を充足する場合（Ｓ２２２のＹＥＳ）、工程はＳ２３０に進む。
【００５２】
経路６０によって発揮される機能が冷却機能である場合、内部構造検討部１１４は、経路モデルに冷却水を流通させて金型で成形を行ったときの高温領域９２，９４（図４）の温度を取得して、その温度が所定温度以下となるか否かを判定する（Ｓ２２２）。そして、温度が所定温度以下である場合に、機能の条件を充足すると判定される（Ｓ２２２のＹＥＳ）。
【００５３】
Ｓ２０の工程が試作品を用いて行われる場合、Ｓ２２０において、試作品に形成された経路モデルに冷却水を流通させて、その試作品にかかる金型で成形が行われる。そして、内部構造検討部１１４は、そのときの、試作品における高温領域９２，９４に対応する箇所の温度を取得する。温度は、例えばサーモグラフィによって計測可能である。なお、試作品を用いる場合、成形品又は金型の不具合の有無を検知することで、機能の条件を充足するか否かを判定してもよい。
【００５４】
また、Ｓ２０の工程がＣＡＥ解析を用いて行われる場合、Ｓ２２０において、内部構造検討部１１４は、ＣＡＥによるコンピュータシミュレーションで、経路モデルに冷却水を流通させた状態で金型成形を行うことを再現する。そして、内部構造検討部１１４は、ＣＡＥによる温度解析（冷却解析）により、高温領域９２，９４の温度を算出する。
【００５５】
また、冷却機能の条件を充足しない場合（Ｓ２２２のＮＯ）、Ｓ２１０の工程で、内部構造検討部１１４は、冷却機能の条件を充足するように、経路モデルの配置を変更する。例えば、内部構造検討部１１４は、高温領域９２，９４に近い経路６０（部分経路６２，６６）の径を大きくしてもよい。また、内部構造検討部１１４は、高温領域９２，９４に経路６０（部分経路６２，６６）をさらに近づけてもよいし、高温領域９２，９４により近い部分経路を新たに配置するように分岐を設けてもよい。
【００５６】
なお、経路６０によって発揮される機能が防音又は防振である場合、内部構造検討部１１４は、経路モデルに第１の流体を流通させたときの音量又は振動の大きさが、所定の値以下であるかを判定してもよい（Ｓ２２２）。また、経路６０によって発揮される機能が搬送である場合、内部構造検討部１１４は、経路モデルに第１の流体を流通させて物を搬送したときの速度が所定の速度以上であるか否かを判定してもよい（Ｓ２２２）。
【００５７】
次に、内部構造検討部１１４は、構造成立性の検討を行う（ステップＳ２３０）。そして、内部構造検討部１１４は、剛性の条件を充足するか否かを判定する（ステップＳ２３２）。剛性の条件を充足しない場合（Ｓ２３２のＮＯ）、工程はＳ２１０に戻る。一方、剛性の条件を充足する場合（Ｓ２３２のＹＥＳ）、工程はＳ２４０に進む。
【００５８】
具体的には、内部構造検討部１１４は、経路モデルを内部に有する造形物５０のモデル（金型モデル）に負荷を加えたときの、金型モデルにおける歪又は変形量を取得して、その歪又は変形量が所定の許容値以下であるか否かを判定する（Ｓ２２２）。そして、歪又は変形量が所定の許容値以下である場合に、剛性の条件を充足すると判定される（Ｓ２２２のＹＥＳ）。なお、Ｓ２３０では、剛性の評価ではなく強度の評価を行ってもよく、この場合、強度の条件の判定は、金型モデルにおける歪又は変形量ではなく、応力値を用いて行われ得る。
【００５９】
Ｓ２０の工程が試作品を用いて行われる場合、Ｓ２３０において、経路モデルが内部に形成された試作品に対して剛性試験が行われる。そして、内部構造検討部１１４は、そのときの所定の箇所における歪又は変形量を取得する。なお、歪は、所定の箇所に歪ゲージを取り付けることで計測可能である。なお、試作品を用いる場合、試作品の剛性不足による成形品又は金型の不具合を検知することで、構造の成立性を判定してもよい。
【００６０】
また、Ｓ２０の工程がＣＡＥ解析を用いて行われる場合、Ｓ２３０において、内部構造検討部１１４は、ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ；有限要素法）を用いた構造解析を行う。そして、内部構造検討部１１４は、所定の箇所における歪又は変形量を算出する。なお、内部構造検討部１１４は、構造解析によって得られた応力分布で示された応力値が許容値以下であるか否かを判定してもよい。また、構造解析において、熱応力を考慮してもよい。
【００６１】
なお、条件を充足しない場合（Ｓ２３２のＮＯ）、Ｓ２１０の工程で、内部構造検討部１１４は、剛性の条件を充足するように、経路モデルの配置を変更する。例えば、内部構造検討部１１４は、経路６０を造形物５０の外表面から離すように、経路６０の配置を変更してもよい。
【００６２】
次に、内部構造検討部１１４は、経路６０に残留する残留粉末の除去性の検討を行う（ステップＳ２４０）。そして、内部構造検討部１１４は、除去性の条件を充足するか否かを判定する（ステップＳ２４２）。除去性の条件を充足しない場合（Ｓ２４２のＮＯ）、工程はＳ２１０に戻る。一方、除去性の条件を充足する場合（Ｓ２４２のＹＥＳ）、Ｓ２０の処理は終了する。
【００６３】
上述したように、内部構造検討部１１４は、三次元データを用いて経路６０を模擬した経路モデルにおける経路６０の内壁面の粗さに基いて、造形物５０を製造する前に、三次元データを用いて造形物５０が製造された後の経路６０の残留した粉末の除去性を判定する（Ｓ２４２）。具体的には、内部構造検討部１１４は、経路モデルに第２の流体を流通させて経路モデルの各箇所における流量及び流速の少なくとも一方を取得して、その流量及び流速の少なくとも一方が所定の基準値以上であるか否かを判定する（Ｓ２４２）。そして、流量及び流速の少なくとも一方が所定の基準値以上である場合に、残留粉末の除去性が良好である、つまり除去性の条件を充足すると判定される（Ｓ２４２のＹＥＳ）。つまり、第２の流体の流量及び流速が大きければ、第２の流体のエネルギーが大きくなるので、残留粉末の除去性は良好となり得る。なお、上記の「所定の基準値」は、経路６０の各箇所（図４の部分経路６１〜６７、屈曲部７１〜７６）それぞれで異なっていてもよい。そして、各箇所における流量や流速には、流動抵抗による圧力損失が大きく影響することになる。また、流動抵抗による圧力損失ΔＰは、図７に示すように、経路６０を円筒と仮定し、経路６０の内径をＤとし、経路６０の長さをＬとし、経路６０を流れる流体の流速をＶとすると、以下の式１で表される。
（式１）ΔＰ＝ρλＬＶ２／２Ｄ
ここで、ρは流体の密度を示し、λは経路６０の内壁面の摩擦係数を示す。本実施の形態１では、この経路６０の摩擦係数に特に着目することとし、除去性の判定精度を向上すべく、経路６０の内壁面の粗さに基づいて決定される補正係数を経路６０の内壁面の摩擦係数に掛け合わせることで、経路６０の内壁面の摩擦係数を補正する。
【００６４】
（粉体の積層厚みと摩擦係数との関係）
図８に、経路６０の内壁面を拡大した写真を示している。図８に示すように、積層造形装置１によって形成された経路６０の内壁面は、規則的な波打ち形状となっている。また、この波打ち形状による凹凸は、粉体の積層厚みに対して正の相関関係を有する。従って、粉体の積層厚みを薄くすればするほど、経路６０の内壁面の粗さが抑えられることになる。しかしながら、粉体の積層厚みを薄くすると造形時間が長引くことになる。これに対し、造形時間の短縮を目的として粉体の積層厚みを厚くすると、経路６０の内壁面の粗さが悪化することになる。そこで、Ｓ２０の工程がＣＡＥ解析を用いて行われる場合、内部構造検討部１１４は、ＣＡＥによるコンピュータシミュレーションにおいて、図９に示す補正係数を経路６０の内壁面の摩擦係数に掛け合わせるとととする。即ち、粉体の積層厚みが標準的である場合は補正係数を×１．０とし、粉体の積層厚みが標準的な厚みよりも所定量厚い場合は補正係数をより大きな×１．５とし、粉体の積層厚みが標準的な厚みよりも所定量薄い場合は補正係数をより小さな×０．５とする。ここで、粉体の標準的な積層厚みは、粉末材料特性や設備能力、造形時間などによって決定される。上記の補正によれば、粉体の標準的な積層厚みに対しての積層厚みの厚薄に応じて流動抵抗が適宜増減されることになり、積層厚みを考慮した除去性の判定が実現される。
【００６５】
（経路６０の内壁面の向きと摩擦係数との関係）
また、図１０に、経路６０の横断面を拡大した写真を示している。図１０に示すように、経路６０の内壁面のうちほぼ下向きの天井面は、他の面と比較して粗くなっている。これは、天井面において粉体が溶融し凝固する過程において重力により下方に引っ張られるからである。この現象は、重力の作用する方向と密接に関連しているので、経路６０の内壁面の粗さは、経路６０の内壁面の向きと密接に関連することになる。具体的には、図１１に示すように、経路６０の内壁面のうちほぼ下向きである天井面９０は相対的に粗いと評価でき、経路６０の内壁面のうちほぼ横向きである側壁面９１は天井面９０ほどには粗くないと評価できる。端的に言えば、経路６０の内壁面は下向きであるほど粗くなると言える。そこで、Ｓ２０の工程がＣＡＥ解析を用いて行われる場合、内部構造検討部１１４は、ＣＡＥによるコンピュータシミュレーションにおいて、図１２に示す補正係数を経路６０の内壁面の摩擦係数に掛け合わせることとする。即ち、経路６０の内壁面のうちほぼ下向きの天井面９０については補正係数を×２．００とし、経路６０の内壁面のうちほぼ横向きの側壁面９１については補正係数を×１．２５とする。また、経路６０の内壁面のうちほぼ上向きの部分については標準的な補正係数としての×１．００とすればよい。なお、図１１に示すように、完全に横向きの平坦な立ち壁面９２については、図１２に示すように補正係数を×１．５０にするとよい。上記の補正によれば、経路６０の内壁面の摩擦係数を重力の影響を適切に加味して補正することができるようになり、重力の影響を考慮した除去性の判定が実現される。
【００６６】
なお、上記の各補正係数は、三次元データや粉体の積層厚みに基づく理論値として求めてもよいし、実験や測定を重ねて統計学的に決定してもよい。
【００６７】
以上に、経路６０の内壁面の摩擦係数を補正する手法として、粉体の積層厚みを考慮したものと、経路６０の内壁面の向きを考慮したものの２通りを説明した。しかしながら、これら２通りの手法は何れか一方のみを採用してもよいし、同時に採用してもよい。即ち、除去性を判定する工程において、経路６０の内壁面の積層厚みが薄いほど除去性が良好であり、加えて、経路６０の内壁面が下向きであるほど除去性が不良であると判定する。ただし、図８及び図１０を比較して判る通り、粉体の積層厚みよりも、経路６０の内壁面の向きの方が、経路６０の内壁面の粗さに大きく影響している。即ち、経路６０の内壁面が下向きであると、経路６０の内壁面はランダムに荒れた状態となる。従って、これら２通りの手法を同時に採用する場合は、経路６０の内壁面の積層厚みよりも経路６０の内壁面の向きが除去性の良否に強く影響を与えるものとして、経路６０の内壁面の積層厚みよりも経路６０の内壁面の向きを優先的に考慮して経路６０の内壁面の摩擦係数を補正し、もって、除去性を判定することが望ましい。図１３には、経路６０の内壁面の積層厚みと経路６０の内壁面の向きを同時に考慮した場合の補正係数を示している。図１３に示すように、経路６０の内壁面の積層厚みの違いによる補正係数の増減幅は最大でも０．５となっているのに対し、経路６０の内壁面の向きの違いによる補正係数の増減幅は最大で０．７５としている。以上の補正係数によれば、除去性に与える影響の軽重に基いて除去性を適切に判定することができるようになる。
【００６８】
なお、Ｓ２０の工程が試作品を用いて行われる場合、Ｓ２４０において、経路モデルが内部に形成された試作品に対して除去性の判定が行われる。具体的には、試作品において、経路の分岐部や屈曲部など、複雑な形状部の断面形状を限度見本化又は評価値化、指標値化して、流量又は流速の実測値と積層厚さを関連付けておき、実際に使用する金型を制作するに際しては、上記関連付けに基いて除去性を検討し、必要に応じて除去性を改善するような修正作業を実行することになる。
【００６９】
また、好ましくは、内部構造検討部１１４は、圧力損失の大きな形状である箇所について、残留粉末の除去性を判定する。これにより、除去性が悪い可能性のある箇所について、経路６０の内壁面の粗さに応じた流動抵抗の補正をした上で除去性の判定を行うことになるので、経路６０の全体について除去性の判定を行う必要がなくなる。従って、除去性の判定を効率的に行うことが可能となる。
【００７０】
なお、除去性の条件を充足しない場合（Ｓ２４２のＮＯ）、Ｓ２１０の工程で、内部構造検討部１１４は、除去性の条件を充足するように、粉体の積層厚みを変更したり、経路モデルの配置を変更する。例えば、内部構造検討部１１４は、除去性が良好でないと判定された箇所について、粉体の積層厚みを薄くしたり、経路６０を水平に対して若干傾斜させたりするとよい。
【００７１】
（変形例）
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、図６に示したフローチャートにおいて、Ｓ２２０、Ｓ２３０及びＳ２４０の工程の順序は、適宜、変更され得る。また、Ｓ２２０（Ｓ２２２）及びＳ２３０（Ｓ２３２）の工程の少なくとも一方は、行われなくてもよい。
【００７２】
また、上述した実施の形態においては、図３のＳ２０の工程（図６の各工程）は、制御装置１００によって行われるとしたが、このような構成に限られない。図６の各工程は、可能であれば、作業者が行ってもよい。
【００７３】
また、上述した実施の形態においては、図３のＳ１０の工程で取得される三次元データには、経路６０の情報が含まれているとしたが、このような構成に限られない。Ｓ１０で取得される三次元データは、造形物５０の外形の情報のみを含み、経路６０の情報（内部構造の情報）を含まなくてもよい。この場合、Ｓ２１０の工程で、三次元データを用いて経路６０に対応する経路モデルを生成してもよい。この場合、Ｓ３０の工程では、Ｓ１０で取得された、造形物５０の外形を示す三次元データに、Ｓ２０で生成された経路モデルに対応する経路６０の情報を追加（反映）してもよい。
【００７４】
また、上述したように、造形物５０を製造した後、経路６０の内部には、溶融結合しないで残留している残留粉末が存在する。この残留粉末を除去するに際し、例えば入口６０ａから経路６０に圧縮エア、高温エア、ドライエア、不活性ガスなどの気体、水、油、洗浄剤、液体研磨剤などの液体、パイプ用のワイヤーブラシなどの器具を注入及び挿入し、又は、例えば出口６０ｂから経路６０内の空気を吸引する。
【００７５】
また、上述した実施の形態１では、除去性の一つの指標として経路６０内を流れる流量や流速を観測することとしたが、流量や流速はあくまで指標であって、他に代わるものがあればそれを採用してもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・積層造形装置、５０・・・造形物、５１・・・積層粉末、５２Ａ〜５２Ｌ・・・粉末層、６０・・・経路、６１〜６７・・・部分経路、７１〜７６・・・屈曲部、１００・・・制御装置、１１２・・・三次元データ取得部、１１４・・・内部構造検討部、１１６・・・三次元データ修正部、１１８・・・積層造形制御部
【図１】
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【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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