(57)【要約】【課題】金属の蒸発及びスパッタの飛散を抑制することができる積層造形物の製造装置を提供する。【解決手段】積層造形物Ｗの製造装置は、層状に配置された金属粉末Ｐを金属粉末Ｐの融点以下の温度で加熱して、金属粉末Ｐを拡散接合させる仮加熱装置５０と、拡散接合された金属粉末Ｐに光ビームを照射することにより、金属粉末Ｐの融点以上の温度で加熱して、積層造形物Ｗを形成する本加熱装置４０とを備える。仮加熱装置５０は、本加熱装置４０による光ビームの照射範囲より広い範囲を加熱する。【選択図】図１
2019090072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状に配置された金属粉末を前記金属粉末の融点以下の温度で加熱して、前記金属粉末を拡散接合させる仮加熱装置と、
拡散接合された前記金属粉末に光ビームを照射することにより、前記金属粉末の融点以上の温度で加熱して、積層造形物を形成する本加熱装置と、
を備え、
前記仮加熱装置は、前記本加熱装置による前記光ビームの照射範囲より広い範囲を加熱する、積層造形物の製造装置。
【請求項２】
前記仮加熱装置は、層状に配置された前記金属粉末を前記金属粉末の融点以下の温度で加熱して、前記金属粉末に付着した水分の少なくとも一部を蒸発させながら、前記金属粉末を拡散接合させる、請求項１に記載の積層造形物の製造装置。
【請求項３】
前記積層造形物の製造装置は、上面に層状に前記金属粉末を配置すると共に形成時の前記積層造形物を支持するためのベースを備え、
前記仮加熱装置は、前記ベースを加熱することにより前記ベースの上面に層状に配置された前記金属粉末を全範囲に亘って加熱する、請求項１又は２に記載の積層造形物の製造装置。
【請求項４】
前記仮加熱装置は、前記本加熱装置による前記光ビームのスポット径より広いスポット径を有する仮光ビームを用いて、前記本加熱装置による前記光ビームの走査経路に対応した走査経路にて前記仮光ビームを照射することにより、前記金属粉末を加熱する、請求項１又は２に記載の積層造形物の製造装置。
【請求項５】
前記本加熱装置による前記光ビームは、前記仮加熱装置による前記仮光ビームと同時に照射され、且つ、前記仮光ビームの一部に重畳しており、
前記光ビーム及び前記仮光ビームは、同一経路を同時に走査される、請求項４に記載の積層造形物の製造装置。
【請求項６】
前記本加熱装置は、前記仮加熱装置とは別の装置であって、
前記本加熱装置は、前記光ビームの走査経路において前記仮光ビームが先行して照射されている最中に、前記走査経路を後行しながら前記光ビームを照射する、請求項４に記載の積層造形物の製造装置。
【請求項７】
前記仮加熱装置及び前記本加熱装置は、１つの光ビーム照射装置であって、
前記光ビーム照射装置の照射条件を変更することにより、前記仮光ビームを照射すると共に、前記光ビームを照射することが可能である、請求項４に記載の積層造形物の製造装置。
【請求項８】
前記本加熱装置により照射される前記光ビームのエネルギー密度は、前記仮加熱装置により拡散接合されることによる前記金属粉末の放熱能力の変化量に基づいて設定される、請求項１−７の何れか一項に記載の積層造形物の製造装置。
【請求項９】
層状に配置された金属粉末を前記金属粉末の融点以下の温度で加熱して、前記金属粉末に付着した水分の少なくとも一部を蒸発させる仮加熱装置と、
前記仮加熱装置による加熱後に前記金属粉末に光ビームを照射することにより、前記金属粉末の融点以上の温度で加熱して、積層造形物を形成する本加熱装置と、
を備える、積層造形物の製造装置。
【請求項１０】
層状に配置された金属粉末を前記金属粉末の融点以下の温度で加熱して、前記金属粉末を拡散接合させる仮加熱工程と、
拡散接合された前記金属粉末に光ビームを照射することにより、前記金属粉末の融点以上の温度で加熱して、積層造形物を形成する本加熱工程と、
を備え、
前記仮加熱工程は、前記本加熱工程による前記光ビームの照射範囲より広い範囲を加熱する、積層造形物の製造方法。
【請求項１１】
層状に配置された金属粉末を前記金属粉末の融点以下の温度で加熱して、前記金属粉末に付着した水分の少なくとも一部を蒸発させる仮加熱工程と、
前記仮加熱工程による加熱後に前記金属粉末に光ビームを照射することにより、前記金属粉末の融点以上の温度で加熱して、積層造形物を形成する本加熱工程と、
を備える、積層造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層造形物の製造装置及び製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、層状に配置された金属粉末に高エネルギーの光ビーム（レーザビーム及び電子ビーム等）を照射することを繰り返すことにより、積層造形物を製造することが記載されている。さらに、特許文献１には、光ビームを照射して金属粉末を焼結する際に、金属蒸気等が発生することが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、以下のことが記載されている。電子ビームによる成形では、電子ビームが所定の位置に正確に照射されるように、堆積した状態で金属粉末に導電性があることが求められる。従って、導電性がない金属粉末を原料として使用する場合には、電子ビームを照射する前に、堆積した金属粉末を仮焼結して導電性を確保する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２５５４８８号公報
【特許文献２】特開２０１７−２５３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、層状に配置された金属粉末に光ビームを照射することにより積層造形物を形成する場合において、積層造形物の相対密度向上のためには、光ビームのエネルギー密度（Ｊ／ｍ３）を増加させる必要がある。しかし、光ビームのエネルギー密度を増加させると、金属粉末における被照射部におけるパワー密度（Ｗ／ｍ２）（被照射部に流入する入熱量）が高くなる。その結果、金属が蒸発したり、スパッタが飛散したりするおそれがある。金属の蒸発力やスパッタの飛散によって、溶融部位や溶融部位の周囲の金属粉末が他の部位に向かって飛散することにより、溶融部における溶融状態が不安定となり、積層造形物の密度が低下するおそれがある。そのため、光ビームのエネルギー密度を高くしたとしても、金属の蒸発の抑制、及び、スパッタの飛散の抑制が必要である。
【０００６】
また、層状に配置された金属粉末は、水分を吸着している。金属粉末における被照射部におけるパワー密度が高くなると、水分が蒸発する。水分の蒸発力によって、上記同様に、溶融部位や溶融部位の周囲の金属粉末が他の部位に向かって飛散するおそれがある。従って、水分の蒸発力を抑制することによって、金属粉末の飛散を抑制することが必要となる。
【０００７】
本発明の目的の一つは、金属の蒸発及びスパッタの飛散を抑制することができる積層造形物の製造装置及び製造方法を提供することである。また、本発明の目的の他の一つは、水分の蒸発力を抑制することにより金属粉末の飛散を抑制することができる積層造形物の製造装置及び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】
【０００８】
（１．積層造形物の製造装置）
本発明に係る第一の積層造形物の製造装置は、層状に配置された金属粉末を前記金属粉末の融点以下の温度で加熱して、前記金属粉末を拡散接合させる仮加熱装置と、拡散接合された前記金属粉末に光ビームを照射することにより、前記金属粉末の融点以上の温度で加熱して、積層造形物を形成する本加熱装置とを備える。そして、前記仮加熱装置は、前記本加熱装置による前記光ビームの照射範囲より広い範囲を加熱する。
【０００９】
本加熱装置により光ビームを照射する前に、金属粉末は仮加熱装置により拡散接合されている。そのため、光ビームを照射する際には、金属の蒸発及びスパッタの飛散を抑制することができる。特に、仮加熱装置により加熱される範囲は、本加熱装置による光ビームの照射範囲より広い範囲とされている。従って、拡散接合されている範囲は、光ビームの照射によって金属粉末が溶融する部位のみならず、溶融部位の周囲を含んでいる。そして、本発明者は、金属の蒸発やスパッタの飛散が、溶融部位のみならず、溶融部位の周囲においても生じることが見出した。そこで、仮加熱装置により拡散接合される範囲を広くすることにより、溶融部位の周囲において金属の蒸発やスパッタの飛散が生じることを抑制できる。その結果、所望の密度の積層造形物を製造することができる。
【００１０】
本発明に係る第二の積層造形物の製造装置は、層状に配置された金属粉末を前記金属粉末の融点以下の温度で加熱して、前記金属粉末に付着した水分の少なくとも一部を蒸発させる仮加熱装置と、前記仮加熱装置による加熱後に前記金属粉末に光ビームを照射することにより、前記金属粉末の融点以上の温度で加熱して、積層造形物を形成する本加熱装置とを備える。
【００１１】
本加熱装置により光ビームを照射する前に、金属粉末は仮加熱装置により加熱されている。そして、金属粉末が加熱される際に、金属粉末に付着した水分の少なくとも一部が蒸発される。つまり、本加熱装置により光ビームが照射されるときには、既に水分が減少しているため、水分による蒸発力は抑制される。水分の蒸発力が抑制されることにより、光ビームの照射の際に金属粉末の飛散が抑制される。その結果、所望の密度の積層造形物を製造することができる。
【００１２】
（２．積層造形物の製造方法）
本発明に係る第一の積層造形物の製造方法は、層状に配置された金属粉末を前記金属粉末の融点以下の温度で加熱して、前記金属粉末を拡散接合させる仮加熱工程と、拡散接合された前記金属粉末に光ビームを照射することにより、前記金属粉末の融点以上の温度で加熱して、積層造形物を形成する本加熱工程とを備える。前記仮加熱工程は、前記本加熱工程による前記光ビームの照射範囲より広い範囲を加熱する。第一の積層造形物の製造装置による効果を同様の効果を奏する。
【００１３】
本発明に係る第二の積層造形物の製造方法は、層状に配置された金属粉末を前記金属粉末の融点以下の温度で加熱して、前記金属粉末に付着した水分の少なくとも一部を蒸発させる仮加熱工程と、前記仮加熱工程による加熱後に前記金属粉末に光ビームを照射することにより、前記金属粉末の融点以上の温度で加熱して、積層造形物を形成する本加熱工程とを備える。第二の積層造形物の製造装置による効果を同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第一実施形態の製造装置を示す図である。
【図２】第一実施形態の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】第二実施形態の製造装置を示す図である。
【図４】仮加熱及び本加熱を同時に行っている状態を示す平面図である。
【図５】第二実施形態の製造方法を示すフローチャートである。
【図６】第三実施形態の製造装置を示す図である。
【図７】仮加熱を行っている状態を示す平面図である。
【図８】本加熱を行っている状態を示す平面図である。
【図９】第三実施形態の製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】第四実施形態の製造装置を示す図である。
【図１１】仮加熱及び本加熱を行っている状態を示す平面図である。
【図１２】第四実施形態の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（１．第一実施形態）
（１−１．製造装置）
第一実施形態の積層造形物Ｗの製造装置１について、図１を参照して説明する。製造装置１は、層状に配置された金属粉末Ｐに光ビームを照射することを繰り返すことによって、積層造形物Ｗを製造する装置である。ここで、光ビームは、例えばレーザビーム及び電子ビームを含み、その他に金属粉末Ｐを溶融することができる種々のビームを含む。また、レーザビームには、近赤外波長のレーザ、ＣＯ２レーザ（遠赤外レーザ）、半導体レーザ等、種々のレーザを適用でき、対象の金属粉末Ｐに応じて適宜決定される。また、金属粉末Ｐは、アルミニウム、銅、マルエージング鋼やインコネル等の鋼材、ステンレス等、種々の金属材料を適用できる。
【００１６】
製造装置１は、図１に示すように、チャンバ１０、造形物支持装置２０、粉末供給装置３０、光ビーム照射装置４０（本加熱装置）、仮加熱装置５０を備える。チャンバ１０は、内部の空気を、例えばＨｅ（ヘリウム）、Ｎ２（窒素）やＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスに置換可能となるように構成されている。なお、チャンバ１０は、内部を不活性ガスに置換するのではなく、減圧可能な構成としてもよい。
【００１７】
造形物支持装置２０は、チャンバ１０の内部に設けられ、積層造形物Ｗを造形するための部位である。造形物支持装置２０は、造形用容器２１、昇降テーブル２２、ベース２３を備える。造形用容器２１は、上側に開口部を有し、上下方向の軸線に平行な内壁面を有する。昇降テーブル２２は、造形用容器２１の内部にて内壁面に沿うように上下方向に移動可能に設けられる。ベース２３は、昇降テーブル２２の上面に着脱可能に取り付けられ、ベース２３の上面が積層造形物Ｗを形成するための部位となる。つまり、ベース２３は、上面に層状に金属粉末Ｐを配置すると共に、形成時に積層造形物Ｗを支持するための部材である。
【００１８】
粉末供給装置３０は、チャンバ１０の内部であって、造形物支持装置２０に隣接して設けられる。粉末供給装置３０は、粉末収納容器３１、供給テーブル３２、リコータ３３を備える。粉末収納容器３１は、上側に開口部を有しており、粉末収納容器３１の開口部の高さは、造形用容器２１の開口部の高さと同一に設けられている。粉末収納容器３１は、上下方向の軸線に平行な内壁面を有する。供給テーブル３２は、粉末収納容器３１の内部にて内壁面に沿うように上下方向に移動可能に設けられる。そして、粉末収納容器３１内において、供給テーブル３２の上側領域に、金属粉末Ｐが収納されている。
【００１９】
リコータ３３は、造形用容器２１の開口部及び粉末収納容器３１の開口部の全領域に亘って、両開口部の上面に沿って往復移動可能に設けられている。リコータ３３は、図１の右から左に移動するときに、粉末収納容器３１の開口部から盛り出ている金属粉末Ｐを、造形用容器２１側に運搬する。さらに、リコータ３３は、運搬した金属粉末Ｐをベース２３の上面にて層状に配置する。
【００２０】
光ビーム照射装置４０（本加熱装置）は、ベース２３の上面に層状に配置された金属粉末Ｐの表面に、光ビームを照射する。光ビームは、上述したように、レーザビーム及び電子ビーム等である。光ビーム照射装置４０は、層状に配置された金属粉末Ｐに光ビームを照射することにより、金属粉末Ｐを金属粉末Ｐの融点以上の温度に加熱する。そうすると、金属粉末Ｐは、溶融し、その後固化することで、一体化された層状の造形物が形成される。つまり、隣接する金属粉末Ｐ同士は、溶融接合によって一体化される。
【００２１】
また、光ビーム照射装置４０は、予め設定されたプログラムに従って、照射位置及びエネルギー密度を変更する。照射位置を変化することにより、所望の層状の造形物を形成することができる。また、光ビームのエネルギー密度を変化することにより、金属粉末Ｐに被照射部におけるパワー密度（被照射部に流入する入熱量）が変化し、金属粉末Ｐ同士の接合強度を変化させることができる。
【００２２】
仮加熱装置５０は、例えば、ヒータであって、昇降テーブル２２に内蔵される。つまり、仮加熱装置５０は、昇降テーブル２２からベース２３全体を加熱し、ベース２３を介してベース２３の上面に配置された金属粉末Ｐを加熱する。さらに、ベース２３の上面に積層造形物Ｗの一部が形成された状態においては、仮加熱装置５０は、ベース２３及び積層造形物Ｗの一部を介して、金属粉末Ｐを加熱する。仮加熱装置５０は、ベース２３の上面に層状に配置された金属粉末Ｐを金属粉末Ｐの融点以下の温度で加熱して、金属粉末Ｐを界面接合のうち特に拡散接合させる。つまり、隣接する金属粉末Ｐ同士は、界面接合によって一体化される。ここで、拡散接合には、固相拡散接合と液相拡散接合が含まれる。
【００２３】
（１−２．製造方法）
積層造形物Ｗの製造方法について、図１及び図２を参照して説明する。粉末供給装置３０における供給テーブル３２を下方に位置決めした状態で、粉末収納容器３１内に金属粉末Ｐを収納させる。供給テーブル３２を上昇させて、所望量の金属粉末Ｐが粉末収納容器３１の開口部から盛り出た状態とする。同時に、造形物支持装置２０において、ベース２３が昇降テーブル２２の上面に取り付けられ、ベース２３の上面が、造形用容器２１の開口部より僅かに下方に位置するように、昇降テーブル２２を位置決めする。また、ベース２３は、仮加熱装置５０によって加熱された状態とされる。
【００２４】
上記を初期状態として、リコータ３３を粉末供給装置３０側から造形物支持装置２０側に向かって移動させる（ステップＳ１）。これにより、粉末供給装置３０内の金属粉末Ｐが、ベース２３の上面に移動し、ベース２３の上面において同一厚みの層状に配置される。
【００２５】
続いて、ベース２３の上面に金属粉末Ｐが配置されると、仮加熱装置５０によりベース２３が加熱されているため、ベース２３の上面に層状に配置された金属粉末Ｐが加熱される（ステップＳ２：仮加熱工程）。つまり、仮加熱装置５０が、ベース２３を介して、ベース２３の上面に層状に配置された金属粉末Ｐの全範囲に亘って加熱する。ここで、金属粉末Ｐがベース２３を介して仮加熱装置５０によって加熱される温度は、金属粉末Ｐの融点以下の温度である。従って、金属粉末Ｐは溶融しない。ただし、金属粉末Ｐは、界面接合のうち特に拡散接合によって一体化されている。
【００２６】
さらに、仮加熱装置５０によって層状に配置された金属粉末Ｐを加熱することにより、金属粉末Ｐに付着した水分の少なくとも一部を蒸発させる。ここで、仮加熱装置５０による加熱温度は、上述したように、金属粉末Ｐの融点以下の温度とされる。従って、溶融接合をいきなり行う場合に比べて、急激に水分が蒸発することを抑制できる。水分が蒸発するときの水分の蒸発力は比較的小さいため、水分の蒸発力による金属粉末Ｐの飛散を抑制できる。
【００２７】
続いて、光ビーム照射装置４０（本加熱装置）が、ベース２３の上面において拡散接合された金属粉末Ｐに光ビームを照射する。光ビームは、所定のプログラムに基づいて走査される。そして、光ビーム照射装置４０は、金属粉末Ｐの融点以上の温度で金属粉末Ｐを加熱する（ステップＳ３：本加熱工程）。つまり、拡散接合された金属粉末Ｐは、溶融接合される。つまり、前工程にて拡散接合された金属粉末Ｐは、溶融し、その後に固化される。このようにして、光ビームが照射された位置は、強固な力によって一体化される。
【００２８】
ここで、光ビーム照射装置４０により金属粉末Ｐを加熱する前に、既に、仮加熱装置５０によって金属粉末Ｐは拡散接合している。金属粉末Ｐは、拡散接合した状態と、接合していない状態とでは、熱伝導が異なる。ここで、金属粉末Ｐは、ベース２３の上面に配置されるため、金属粉末Ｐが有する熱は、ベース２３に向かって移動することで、金属粉末Ｐが放熱される。そして、拡散接合した金属粉末Ｐは、ベース２３への放熱能力が高く、接合していない金属粉末Ｐは、ベース２３への放熱能力が低い。
【００２９】
つまり、光ビーム照射装置４０により金属粉末Ｐを加熱する際には、金属粉末Ｐは、拡散接合しているため、高い放熱能力が有する状態となっている。そこで、光ビーム照射装置４０により照射される光ビームのエネルギー密度は、拡散接合されることによる金属粉末Ｐの放熱能力の変化量に基づいて設定される。つまり、光ビームのエネルギー密度は、接合されていない状態の金属粉末Ｐを溶融接合するために必要なエネルギー密度に、拡散接合された金属粉末Ｐの放熱能力による分を加えた値とする。光ビームのエネルギー密度を上記のように設定することで、確実に、金属粉末Ｐを溶融接合することができる。
【００３０】
続いて、全層完了したか判断して（ステップＳ４）、全層完了していなければ（Ｓ４：Ｎｏ）、上記処理を繰り返す。一方、全層完了していれば（Ｓ４：Ｙｅｓ）、上記処理を終了し、ベース２３の上面に、積層造形物Ｗが完成する。
【００３１】
ここで、光ビーム照射装置４０により光ビームを照射する際に、金属粉末Ｐは溶融される。ただし、金属粉末Ｐは、溶融開始する前の時点で、既に拡散接合されている。そのため、光ビームが照射されることによって金属粉末Ｐにおけるパワー密度が高くなるとしても、光ビームが照射される部位の金属が蒸発したり、スパッタが飛散したりすることが抑制される。
【００３２】
また、光ビームの照射によって溶融される部位ではなく、当該溶融部位の周囲においても、金属の蒸発やスパッタの飛散が発生するおそれがある。しかし、本実施形態においては、仮加熱装置５０によって、金属粉末Ｐの全範囲を加熱しており、全ての金属粉末Ｐが拡散接合されている。つまり、仮加熱装置５０による加熱範囲は、光ビームの照射範囲よりも、広い範囲とされている。そのため、仮に、光ビームが照射されることによる溶融部位の周囲においてパワー密度が高くなるとしても、当該周囲において、金属が蒸発したり、スパッタが飛散したりすることが抑制される。従って、光ビームにより溶融接合する前に、予め拡散接合しておくことにより、所望の密度の積層造形物Ｗを製造することができる。
【００３３】
さらに、上述したように、仮加熱装置５０によって金属粉末Ｐに付着した水分の少なくとも一部を蒸発させる。そして、光ビーム照射装置４０によって光ビームを照射する際においても、残りの水分の少なくとも一部が蒸発する。従って、光ビームを照射する際に、水分の蒸発力が発生する。
【００３４】
ただし、仮加熱装置５０によって水分の一部が既に蒸発されているため、光ビームが照射されるときには、既に蒸発する水分は減少している。そのため、光ビームを照射する際において、水分による蒸発力は抑制される。水分の蒸発力が抑制されることにより、光ビームの照射の際に金属粉末Ｐの飛散が抑制される。つまり、水分の蒸発力の抑制によっても、所望の密度の積層造形物Ｗを製造することができる。
【００３５】
（２．第二実施形態）
第二実施形態の製造装置２について、図３及び図４を参照して説明する。製造装置２は、第一実施形態の製造装置１と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。製造装置２は、図３に示すように、チャンバ１０、造形物支持装置２０、粉末供給装置３０、光ビーム照射装置６０（本加熱装置、仮加熱装置）を備える。
【００３６】
光ビーム照射装置６０は、本加熱装置を構成し本光ビームを発生する本光ビーム発生装置６１、仮加熱装置を構成し仮光ビームを発生する仮光ビーム発生装置６２、本光ビームと仮光ビームとを重畳させるダイクロイックミラー６３、重畳された光ビームを照射する照射装置６４を備える。つまり、１つの光ビーム照射装置６０が、本加熱工程における本光ビームを照射する装置として機能すると共に、仮加熱工程における仮ビームを照射する装置として機能する。
【００３７】
ここで、図４に示すように、本光ビームのスポット７２の形状と仮光ビームのスポット７３の形状は、同心状の円形である。本光ビームのスポット７２の径は、仮光ビームのスポット７３の径よりも小さい。つまり、本光ビームは、仮光ビームの一部のみに重畳している。また、本光ビームによるパワー密度は、仮光ビームによるパワー密度より高い。具体的には、本光ビームが照射される範囲は、金属粉末Ｐの融点以上の温度に加熱され、仮光ビームのみが照射される範囲は、金属粉末Ｐの融点以下の温度に加熱される。
【００３８】
次に、製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。リコータ３３を粉末供給装置３０側から造形物支持装置２０側に向かって移動させる（ステップＳ１１）。これにより、粉末供給装置３０内の金属粉末Ｐが、ベース２３の上面に移動し、ベース２３の上面において同一厚みの層状に配置される。
【００３９】
続いて、光ビーム照射装置６０により、本光ビームを所定の経路７１（図４に示す）に沿って走査することにより本加熱を行うと同時に、本光ビームと同一経路７１を、本光ビームと同時に仮光ビームを走査することにより仮加熱を行う（ステップＳ１２：仮加熱工程、本加熱工程）。つまり、本光ビームのスポット７２に対応する範囲７７が本加熱され、仮光ビームのスポット７３に対応する範囲７８が仮加熱される。ここで、仮光ビームは、本光ビームの走査経路に対応した走査経路にて照射され、それ以外の範囲には照射されない。従って、仮光ビームは、ベース２３の上面に層状に配置された金属粉末Ｐの全範囲ではなく、一部の範囲のみに照射される。
【００４０】
続いて、全層完了したか判断して（ステップＳ１３）、全層完了していなければ（Ｓ１３：Ｎｏ）、上記処理を繰り返す。一方、全層完了していれば（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、上記処理を終了し、ベース２３の上面に、積層造形物Ｗが完成する。
【００４１】
ここで、図４に示すように、仮光ビームのスポット７３の径は、本光ビームのスポット７２の径より大きく、両者のスポット７２，７３は、同心的である。そのため、本光ビーム及び仮光ビームが走査経路７１に沿って同時に移動する場合において、本光ビームの進行方向の先の範囲７４は、仮光ビームによって照射されている。さらに、本光ビームの進行方向の両側の範囲７５，７６も、仮光ビームによって照射されている。
【００４２】
従って、本光ビームの照射により金属粉末Ｐの溶融部位及びその周囲が、本光ビームの照射の前に、仮光ビームによって照射されることになる。そのため、本光ビームの照射の前に、本光ビームによる溶融部位及びその周囲における金属粉末Ｐは、拡散接合によって一体化されている。同時に、溶融部位及びその周囲における金属粉末Ｐに付着した水分の少なくとも一部が、仮光ビームの照射によって蒸発される。
【００４３】
その結果、本光ビームが照射される部位の金属が蒸発したり、スパッタが飛散したりすることが抑制される。さらに、金属粉末Ｐに付着した水分による蒸発力が抑制されることで、水分の蒸発力による金属粉末Ｐの飛散が抑制される。従って、所望の密度の積層造形物Ｗを製造することができる。
【００４４】
（３．第三実施形態）
第三実施形態の製造装置３について、図６−図８を参照して説明する。製造装置３は、第一実施形態の製造装置１と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。製造装置３は、図６に示すように、チャンバ１０、造形物支持装置２０、粉末供給装置３０、１つの光ビーム照射装置８０（本加熱装置、仮加熱装置）を備える。光ビーム照射装置８０は、照射条件の設定を変更することができる。特に、光ビーム照射装置８０は、本光ビームを照射する本加熱条件の設定と、仮光ビームを照射する仮加熱条件の設定とを変更できる。
【００４５】
本光ビームは図８に示し、仮光ビームは図７に示す。図７及び図８に示すように、本光ビームのスポット７２の形状と仮光ビームのスポット７３の形状は、どちらも円形である。ただし、本光ビームのスポット７２の径は、仮光ビームのスポット７３の径よりも小さい。また、本光ビームによるパワー密度は、仮光ビームによるパワー密度より高い。具体的には、本光ビームが照射される範囲は、金属粉末Ｐの融点以上の温度に加熱され、仮光ビームのみが照射される範囲は、金属粉末Ｐの融点以下の温度に加熱される。
【００４６】
次に、製造方法について、図７−図９を参照して説明する。リコータ３３を粉末供給装置３０側から造形物支持装置２０側に向かって移動させる（ステップＳ２１）。これにより、粉末供給装置３０内の金属粉末Ｐが、ベース２３の上面に移動し、ベース２３の上面において同一厚みの層状に配置される。
【００４７】
続いて、光ビーム照射装置８０を仮加熱条件に設定する（ステップＳ２２）。つまり、光ビーム照射装置８０は、仮光ビームを照射可能となる。そして、図７に示すように、光ビーム照射装置８０により、仮光ビームを所定の経路７１に沿って走査することにより仮加熱を行う（ステップＳ２３：仮加熱工程）。つまり、仮光ビームのスポット７３に対応する範囲７８が仮加熱され、金属粉末Ｐが拡散接合される。
【００４８】
ここで、走査経路７１は、本光ビームを照射して、積層造形物Ｗとして形成する部位に対応している。ただし、仮光ビームのスポット７３の径は本光ビームのスポット７２の径よりも大きいため、仮光ビームにより拡散接合される範囲は、積層造形物Ｗとして形成する部位に対して僅かに広い範囲となる。なお、仮光ビームは、ベース２３の上面に層状に配置された金属粉末Ｐの全範囲ではなく、一部の範囲のみに照射される。
【００４９】
続いて、仮光ビームにより所定の経路７１を全て走査終了したかを判定して（ステップＳ２４）、全て走査終了していなければ（Ｓ２４：Ｎｏ）、仮加熱を継続する。一方、全て走査終了していれば（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、仮加熱を終了し、光ビーム照射装置８０を本加熱条件に設定する（ステップＳ２５）。つまり、光ビーム照射装置８０は、本光ビームを照射可能となる。
【００５０】
そして、図８に示すように、光ビーム照射装置８０により、本光ビームを所定の経路７１に沿って走査することにより本加熱を行う（ステップＳ２６：本加熱工程）。つまり、本光ビームのスポット７２に対応する範囲７７が本加熱される。本光ビームは、既に仮加熱された幅の中央に照射されることになる。そして、本光ビームが照射された範囲において、拡散接合された金属粉末Ｐは、溶融し、その後に固化される。このようにして、本光ビームが照射された位置は、溶融接合により一体化される。
【００５１】
続いて、本光ビームにより所定の経路７１を全て走査終了したかを判定して（ステップＳ２７）、全て走査終了していなければ（Ｓ２７：Ｎｏ）、本加熱を継続する。一方、全て走査終了していれば（Ｓ２７：Ｙｅｓ）、本加熱を終了し、全層完了したか判断する（ステップＳ２８）。全層完了していなければ（Ｓ２８：Ｎｏ）、上記処理を繰り返す。一方、全層完了していれば（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、上記処理を終了し、ベース２３の上面に、積層造形物Ｗが完成する。
【００５２】
本実施形態においても、本光ビームの照射により金属粉末Ｐの溶融部位及びその周囲が、本光ビームの照射の前に、仮光ビームによって照射されている。そのため、本光ビームの照射の前に、本光ビームによる溶融部位及びその周囲における金属粉末Ｐは、拡散接合によって一体化されている。同時に、溶融部位及びその周囲における金属粉末Ｐに付着した水分の少なくとも一部が、仮光ビームの照射によって蒸発される。
【００５３】
その結果、本光ビームが照射される部位の金属が蒸発したり、スパッタが飛散したりすることが抑制される。さらに、金属粉末Ｐに付着した水分による蒸発力が抑制されることで、水分の蒸発力による金属粉末Ｐの飛散が抑制される。従って、所望の密度の積層造形物Ｗを製造することができる。
【００５４】
（４．第四実施形態）
第四実施形態の製造装置４について、図１０−図１１を参照して説明する。製造装置３は、第一実施形態の製造装置１と同一構成については同一符号を付して説明を省略する。製造装置４は、図１０に示すように、チャンバ１０、造形物支持装置２０、粉末供給装置３０、第一光ビーム照射装置９０（本加熱装置）、第二光ビーム照射装置１００（仮加熱装置）を備える。第一光ビーム照射装置９０と第二光ビーム照射装置１００とは、別の装置である。第一光ビーム照射装置９０は、本光ビームを照射する本加熱条件に設定されている。第二光ビーム照射装置１００は、仮光ビームを照射する仮加熱条件に設定されている。
【００５５】
本光ビーム及び仮光ビームは、第三実施形態と実質的に同様である。ただし、本実施形態においては、第一光ビーム照射装置９０と第二光ビーム照射装置１００とが別装置であるため、本光ビームと仮光ビームとを同時且つ異なる位置に照射することが可能となる。そこで、図１１には、本光ビームのスポット７２と仮光ビームのスポット７３とが示される。図１１に示すように、本光ビームの走査経路７１において、仮光ビームが先行して照射されている最中に、走査経路７１を後行しながら本光ビームが照射される。
【００５６】
次に、製造方法について、図１１及び図１２を参照して説明する。リコータ３３を粉末供給装置３０側から造形物支持装置２０側に向かって移動させる（ステップＳ３１）。これにより、粉末供給装置３０内の金属粉末Ｐが、ベース２３の上面に移動し、ベース２３の上面において同一厚みの層状に配置される。
【００５７】
続いて、第二光ビーム照射装置１００により、所定の経路７１に沿って仮光ビームの走査を開始する（ステップＳ３２：仮加熱工程）。つまり、仮光ビームによる仮加熱が開始される。図１１に示すように、仮光ビームのスポット７３に対応する範囲７８が仮加熱され、金属粉末Ｐが拡散接合される。
【００５８】
続いて、仮光ビームによる走査が開始されてから所定時間を経過すると（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、第一光ビーム照射装置９０により、所定の経路７１に沿って本光ビームの走査を開始する（ステップＳ３４：本加熱工程）。つまり、本光ビームによる本加熱が開始される。図１１に示すように、仮光ビームにより照射された範囲７８が、後方から本光ビームにより照射される。つまり、本光ビームは、既に仮加熱された幅の中央に照射されることになる。そして、本光ビームが照射された範囲において、拡散接合された金属粉末Ｐは、溶融し、その後に固化される。このようにして、本光ビームが照射された範囲（本光ビームのスポット７２に対応する範囲７７）は、溶融接合により一体化される。
【００５９】
このようにして、走査経路７１に沿って、仮光ビームによる仮加熱が先行して行われながら、本光ビームによる本加熱が後行される。続いて、仮光ビームにより所定の経路７１を全て走査終了したかを判定して（ステップＳ３５）、全て走査終了していなければ（Ｓ３５：Ｎｏ）、仮加熱を継続する。一方、全て走査終了していれば（Ｓ３５：Ｙｅｓ）、仮加熱を終了する（ステップＳ３６）。
【００６０】
このとき、後行する本光ビームによる本加熱は、まだ行われている。そして、本光ビームにより所定の経路７１を全て走査終了したかを判定して（ステップＳ３７）、全て走査終了していなければ（Ｓ３７：Ｎｏ）、本加熱を継続する。一方、全て走査終了していれば（Ｓ３７：Ｙｅｓ）、本加熱を終了する（ステップＳ３８）。
【００６１】
続いて、全層完了したか判断する（ステップＳ３９）。全層完了していなければ（Ｓ３９：Ｎｏ）、上記処理を繰り返す。一方、全層完了していれば（Ｓ３９：Ｙｅｓ）、上記処理を終了し、ベース２３の上面に、積層造形物Ｗが完成する。
【００６２】
本実施形態においても、本光ビームの照射により金属粉末Ｐの溶融部位及びその周囲が、本光ビームの照射の前に、仮光ビームによって照射されている。そのため、本光ビームの照射の前に、本光ビームによる溶融部位及びその周囲における金属粉末Ｐは、拡散接合によって一体化されている。同時に、溶融部位及びその周囲における金属粉末Ｐに付着した水分の少なくとも一部が、仮光ビームの照射によって蒸発される。
【００６３】
その結果、本光ビームが照射される部位の金属が蒸発したり、スパッタが飛散したりすることが抑制される。さらに、金属粉末Ｐに付着した水分による蒸発力が抑制されることで、水分の蒸発力による金属粉末Ｐの飛散が抑制される。従って、所望の密度の積層造形物Ｗを製造することができる。
【００６４】
（５．その他）
上記各実施形態においては、仮加熱工程（図２のＳ２、図５のＳ１２、図９のＳ２３、図１２のＳ３２）において、金属粉末Ｐに付着した水分の少なくとも一部を蒸発させながら、金属粉末Ｐを拡散接合させることとした。この他に、仮加熱工程において、金属粉末を拡散接合させることなく、水分を蒸発させるようにしてもよい。この場合、仮加熱装置５０、仮加熱装置として機能する光ビーム照射装置６０、仮加熱装置として機能する光ビーム照射装置８０、仮加熱装置として機能する第二光ビーム照射装置１００が、金属粉末Ｐを拡散接合することなく、水分を蒸発させることになる。
【００６５】
仮加熱後に、本加熱装置として機能する光ビーム照射装置４０、本加熱装置として機能する光ビーム照射装置６０、本加熱装置として機能する光ビーム照射装置８０、本加熱装置として機能する第一光ビーム照射装置９０が、仮加熱により付着していた水分が蒸発された金属粉末Ｐに光ビームを照射することにより、積層造形物Ｗを形成する。この場合、仮加熱工程において水分を蒸発させることによる効果を奏する。つまり、本加熱の際に、既に水分が減少しているため、水分による蒸発力が抑制される。これにより、本加熱工程における光ビームの照射の際に金属粉末Ｐの飛散が抑制される。その結果、所望の密度の積層造形物Ｗを製造することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１，２，３，４：製造装置、  １０：チャンバ、  ２０：造形物支持装置、  ２１：造形用容器、  ２２：昇降テーブル、  ２３：ベース、  ３０：粉末供給装置、  ３１：粉末収納容器、  ３２：供給テーブル、  ３３：リコータ、  ４０：光ビーム照射装置（本加熱装置）、  ５０：仮加熱装置、  ６０：光ビーム照射装置（本加熱装置、仮加熱装置）、  ７１：走査経路、  ７２：本光ビームのスポット、  ７３：仮光ビームのスポット、  ８０：光ビーム照射装置（本加熱装置、仮加熱装置）、  ９０：第一光ビーム照射装置（本加熱装置）、  １００：第二光ビーム照射装置（仮加熱装置）、  Ｐ：金属粉末、  Ｗ：積層造形物
【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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