(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末床溶融技術を用いて三次元造形物を製造するための原料粉体の処理方法であって、
前記原料粉体の層を形成する形成工程と、
前記層を形成した前記原料粉体の表面に形成された酸化膜を除去する工程と、を有し、前記酸化膜を除去する工程が、水素および／または不活性元素を含む雰囲気中で、前記層に電極を接触させて交流電圧を印加し、プラズマを生成させることにより行われる、
ことを特徴とする原料粉体の処理方法。
【請求項２】
前記形成工程は、減圧可能な容器内にて行われ、
前記形成工程よりも前に、前記容器内を第１の圧力に減圧した後に、前記容器内に不活性元素を供給して前記第１の圧力よりも高く大気圧未満である第２の圧力の雰囲気を生成する雰囲気生成工程を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の原料粉体の処理方法。
【請求項３】
前記形成工程は、減圧可能な容器内にて行われ、
前記酸化膜を除去する工程は、前記容器内を大気圧未満に減圧した状態で実行される、
ことを特徴とする請求項１に記載の原料粉体の処理方法。
【請求項４】
前記酸化膜を除去する工程は、前記容器内を１０Ｐａ以上１０ｋＰａ未満の圧力に減圧した状態で実行される、
ことを特徴とする請求項３に記載の原料粉体の処理方法。
【請求項５】
前記層は、前記容器から電気的に絶縁して前記容器内に配置された粉体容器に形成される、
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の原料粉体の処理方法。
【請求項６】
前記容器は、接地電位に接続されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の原料粉体の処理方法。
【請求項７】
前記酸化膜を除去する工程の後、前記層の上にさらに層を形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の原料粉体の処理方法。
【請求項８】
前記プラズマの発生は、ヒータ又はエネルギービームにより前記層を加熱している状態で実行される、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の原料粉体の処理方法。
【請求項９】
前記原料粉体は、水アトマイズ法により形成された金属粒子である、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の原料粉体の処理方法。
【請求項１０】
原料粉体の層を形成する形成工程と、
前記層を形成する前記原料粉体の表面に形成された酸化膜を除去する工程と、
前記酸化膜が除去された原料粉体にエネルギービームを照射して固形化するビーム成形工程と、を繰り返し含み、
前記酸化膜を除去する工程が、水素および／または不活性元素を含む雰囲気中で、前記層に電極を接触させて交流電圧を印加し、プラズマを生成させることにより行われる、
ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項１１】
前記ビーム成形工程は、酸素を減少させた雰囲気中で実行される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の三次元造形物の製造方法。
【請求項１２】
さらに、水アトマイズ法により前記原料粉体を形成する工程を含む、
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の三次元造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料粉体をプラズマ処理する原料粉体の処理方法、および三次元造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、粉末床溶融結合技術を用いた造形装置（いわゆる３Ｄプリンタ）の開発が進められている。粉末床溶融結合技術では、原料粉体の薄層を形成し、形成された薄層の固形化領域にレーザービームや電子ビーム（以下エネルギービームとする）を照射して固形化領域を加熱して積層することにより三次元造形物を造形する（特許文献１、２）。
【０００３】
そして、粉末床溶融結合技術により造形された三次元造形物の強度を高めるためには、造形された組織に含まれる隙間を減らして造形密度を高めることが望ましいと考えられている。球状の原料粉体を最密充填した薄層でも、単位体積に占める粒子間の隙間比率は２０％を超えるため、粒子の接触点のみが溶融したいわゆる焼結状態では、粒子間に無数の隙間ができてしまうからである。
【０００４】
特許文献１には、減圧した容器内に不活性ガスを供給した雰囲気中で薄層を形成し、薄層の固形化領域をレーザービームにより加熱して三次元造形物を造形する粉末床溶融結合技術が提案されている。また、特許文献２には、バインダーを使用することなく原料粉体の成形品を形成し、レーザービームを用いて粉末床溶融結合技術を実施する前に原料粉体の圧縮を行うことで、三次元造形物の造形密度を高め得ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３９２７５号公報
【特許文献２】特開平１０−８８２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に示される三次元造形物の造形方法では、粉末床溶融結合技術により造形された三次元造形物の組織に微細な隙間が残留するため、造形された三次元造形物の造形密度を十分に高めることができないことが判明した。
【０００７】
本発明は、粉末床溶融結合技術により原料粉体から造形された三次元造形物の組織に存在する微細な隙間を減らして、三次元造形物の強度又は造形密度を高めることができる原料粉体処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の原料粉体の処理方法によれば、粉末床溶融技術を用いて三次元造形物を製造するための原料粉体の処理方法であって、前記原料粉体の層を形成する形成工程と、前記層を形成した前記原料粉体の表面に形成された酸化膜を除去する工程と、を有し、前記酸化膜を除去する工程が、水素および／または不活性元素を含む雰囲気中で、前記層に電極を接触させて交流電圧を印加し、プラズマを生成させることにより行われる。
【０００９】
本発明の三次元造形物の製造方法によれば、原料粉体の層を形成する形成工程と、前記層を形成する前記原料粉体の表面に形成された酸化膜を除去する工程と、前記酸化膜が除去された原料粉体にエネルギービームを照射して固形化するビーム成形工程と、を繰り返し含み、前記酸化膜を除去する工程が、水素および／または不活性元素を含む雰囲気中で、前記層に電極を接触させて交流電圧を印加し、プラズマを生成させることにより行われる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、原料粉体をプラズマ処理して原料粉体表面の酸化物や異物を減らすので、原料粉体表面の酸化物や異物に起因して三次元造形物の組織に形成される微細な隙間を少なくすることができる。このため、粉末床溶融結合技術で造形された三次元造形物の造形密度を十分に高めることができる。そして、プラズマ処理した原料粉体を用いることで、粉末床溶融結合技術を用いて造形された三次元造形物の強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１の造形物製造装置の構成の説明図である。
【図２】造形容器の構成の説明図である。
【図３】造形物の製造プロセスのフローチャートである。
【図４】造形物製造装置における積層プロセスの説明図である。（ａ）は下降工程、（ｂ）は形成工程、（ｃ）はプラズマ処理工程、（ｄ）はビーム成形工程、（ｅ）は下降工程、（ｆ）は形成工程である。
【図５】実施の形態３の造形物製造装置の構成の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１４】
＜従来の粉末床溶融結合技術の課題＞
溶融炉で製造された金属インゴットから製作された切削加工品の密度は通常９９．９％以上である。これに対して、従来の粉末床溶融結合技術によって製造された金属の造形物は、造形密度が最大でも９９．７％であって、従来の粉末床溶融結合技術において、金属インゴットから製作された切削加工品に匹敵する高密度な造形物は得られなかった。このため、成形金型のように高い表面品質が要求される用途の場合、従来の粉末床溶融結合技術による造形物は、表面が粗いため、そのまま使用することは難しかった。
【００１５】
また、従来の粉末床溶融結合技術により製造された金属の造形物は、造形物の表面及び内部の組織に空孔や隙間が多く存在していた。このため、高い引張強度や曲げ強度が要求される構造物の用途の場合、従来の粉末床溶融結合技術では、造形物の表面及び内部の組織の空孔を起点とした亀裂の成長や疲労破壊が懸念されていた。
【００１６】
このため、高い表面品質が要求される成形金型や高い強度が必要とされる構造物の用途において粉末床溶融結合技術による造形品を使用するためには、造形密度が通常９９．９％以上であることが望ましい。そして、造形物の造形密度が９９．７％未満であって、造形物の表面及び内部の組織に空孔や隙間が多く存在していることは、従来の粉末床溶融結合技術による造形物の利用分野を制限していた要因の一つであった。
【００１７】
そこで、実施の形態１では、原料粉体の薄層をアルゴンガス及び水素ガスの雰囲気中でプラズマ処理し、これに続けて直ちにアルゴンガス及び水素ガスの雰囲気中で薄層の固形化領域をレーザービームにより加熱して積層している。これにより、造形密度が９９．９％を上回る三次元造形物が従来よりも高い頻度と再現性で得られる。
【００１８】
このことから、従来の粉末床溶融結合技術において、造形密度が低かった原因は、原料粉体の表面の不導体膜や汚れであり、それらがプラズマ処理による物理的もしくは化学的作用によって除去されたと考えられる。また、プラズマ処理の結果、原料粉体の表面の表面エネルギーが向上して濡れ性が改善されたため、溶融時に気泡が混入し難くなったとも考えられる。
【００１９】
＜実施の形態１＞
（造形物製造装置）
図１は実施の形態１の造形物製造装置の構成の説明図である。図２は造形容器の構成の説明図である。図１に示すように、造形物製造装置１００は、粉末床溶融結合方式のいわゆる３Ｄプリンタである。
【００２０】
雰囲気生成手段の一例である排気機構１０３及びガス供給機構１０２は、減圧可能な容器１０１内に水素及およびまたは不活性元素を含む雰囲気を生成することができる。容器１０１は、ステンレスで形成され、内側空間を外気から密閉可能である。真空計２０８は、容器１０１内の圧力を検知する。排気機構１０３は、容器１０１内を減圧可能である。排気機構１０３は、容器１０１内の雰囲気中の主に酸素を減少させるため、容器１０１内を排気する。排気機構１０３は、ドライポンプとターボ分子ポンプを直列に接続して構成されたものであり、容器１０１の真空度を例えば１×１０−４Ｐａまで到達可能である。ガス供給機構１０２は、不活性ガスの一例であるアルゴンガスと水素ガスとを容器１０１内に供給する。ガス供給機構１０２は、アルゴンガスと水素ガスとを任意の混合割合で混合して容器１０１内に供給可能である。なお、ガス供給機構を２箇所に設け、アルゴンガスと水素ガスとを別々に供給するようにしてもよい。
【００２１】
また、排気機構１０３は、容器１０１との接続部に開口量を調整可能な開口調整弁を有する。制御部２００は、後述するガス供給機構１０２によって容器１０１に気体を供給しつつ真空計２０８の出力に応じてこの開口調整弁を調整することで、容器１０１内を所望の雰囲気と真空度に制御する。
【００２２】
図２に示すように、粉体容器の一例である造形容器１０７は、容器１０１から電気的に絶縁して容器１０１内に配置されている。造形容器１０７の原料粉体の層に接触する面は絶縁材料である。造形容器１０７は、造形室１０９の内側に積層基材１１２を昇降可能に配置している。下降機構１１１は、薄層１０４の厚みに対応させた任意のピッチで積層基材１１２を段階的に下降させることができる。造形室１０９には、薄層１０４をプラズマ処理した処理済薄層１０４’が積層される。
【００２３】
ヒータの一例である抵抗加熱ヒータ１３７は、造形容器１０７に設けられて原料粉体の層を加熱する。造形室１０９の壁には、抵抗加熱ヒータ１３７が埋め込まれて設けられており、薄層１０４を加熱可能となっている。さらに、積層基材１１２の上面には、温度センサ２０９が設けられている。制御部２００は、温度センサ２０９の出力に基づいて抵抗加熱ヒータ１３７に通電する電流をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、薄層１０４を一定温度に保持する。
【００２４】
形成手段の一例である薄層形成機構１０５は、造形容器１０７内に原料粉体の層を形成する。薄層形成機構１０５は、容器１０１内に配置された造形容器１０７の造形室１０９に原料粉体の薄層１０４を形成する。本明細書において、薄層形成機構１０５によって形成される原料粉体の層は５μｍ以上２００μｍの層であり非常に薄い層である。薄層形成機構１０５は、移動部１３３がガイド１３２に案内されて造形容器１０７の上面に沿って矢印Ｒ１０５方向に移動する。原料粉体１３５は、原料室１３０に蓄積され、底板１３４を上昇させることで造形容器１０７の上面よりも高い位置へ盛り上げられる。薄層形成機構１０５は、金属ローラ１３１を造形容器１０７の上面に対してカウンタ方向に回転させつつ造形容器１０７の上面の原料粉体をすり切って、積層基材１１２の上面に一定厚さで組織の締まった原料粉体１３５の薄層１０４を形成する。また、薄層形成機構１０５は、造形室１０９に形成した薄層１０４をプラズマ処理した処理済薄層１０４’上に、新たな原料粉体の薄層１０４を形成して積層する。
【００２５】
（造形容器）
原料粉体の内部が金属であっても、その表面は酸化膜等の不導体膜で覆われているため、通常は原料粉体粒子間の導電性が低い。このため、原料粉体をプラズマ放電に晒してプラズマ処理するためには、薄層１０４と対向する位置に平板電極を配置し、平板電極に交流電圧を印加することが必要と考えられていた。しかし、薄層１０４の上空に平板電極を設けると、薄層１０４にレーザービームを照射するための光路を妨げ、造形容器１０７の上面に沿って移動する薄層形成機構１０５に衝突する。このため、薄層１０４の上空に平板電極を設ける場合、平板電極を薄層１０４の上空位置から物理的に退避させる退避機構が必要と考えられていた。
【００２６】
しかし、造形物製造装置１００では、後述するように数１０ｍｍの厚みの造形物を造形する場合でも薄層１０４の積層とプラズマ処理とを数百回から数千回も繰り返す。このため、薄層１０４を積層する毎に平板電極を薄層１０４の上空位置から退避させていると、時間的な損失が大きい。平板電極の退避に伴う異物の落下や退避機構の故障も問題となる。
【００２７】
そこで、本願の発明者らは、造形容器１０７に形成した薄層１０４をプラズマ処理するためのプラズマ放電方式について、薄層１０４の上空に平板電極を必要としない方式を開発した。本願の発明者は、薄層１０４を容器１０１や造形容器１０７の支持構造等から電気的に浮かせた状態で、薄層１０４に交流電圧を印加することで、薄層１０４の表面に均一なプラズマ放電が発生することを発見した。ここから、本願の発明者は、容器１０１を接地電位に接続し、造形容器１０７を容器１０１から電気的に絶縁して設置し、薄層１０４に接触させた電極１０８に交流電圧を印加するプラズマ放電方式を開発した。このようなプラズマ放電方式によると、薄層１０４自体が放電電極となるため、薄層１０４に対向させた平板電極が不要である。
【００２８】
図１に示すように、造形容器１０７は、接地電位に接続された容器１０１から電気的に絶縁して容器１０１内に配置されている。造形容器１０７及び積層基材１１２は、表面でのプラズマ発生を回避するために、絶縁材料で形成されている。造形容器１０７の薄層１０４に接触する面は絶縁材料である。原料粉体の薄層１０４に電源１１３からの電圧を供給する電極１０８（電源手段）は、表面でのプラズマ発生を回避するために、絶縁材料のカバー１０８ａで覆われている。
【００２９】
実施の形態１では、絶縁材料の造形容器１０７の造形室１０９内に積層された薄層１０４は、容器１０１から電気的に分離され、電極１０８を用いて薄層１０４に交流電圧を印加する。薄層１０４を保持する造形容器１０７を容器１０１から電気的に絶縁した状態で、薄層１０４に接触する電極１０８に交流電圧を印加する。このような構成によって、実施の形態１では、平板電極等の部材を必要とすることなく、薄層１０４の表面全体に均一なプラズマを形成して、薄層１０４の原料粉体のプラズマ処理を均一かつ速やかに進行させることが可能になった。
【００３０】
（プラズマ処理）
図１に示すように、造形物製造装置１００は、造形容器１０７に形成された原料粉体の薄層１０４に交流電圧を印加して薄層１０４の隣接空間にプラズマを発生させる。造形物製造装置１００は、最初の層として積層基材１１２上に形成された薄層１０４をプラズマ処理し、２層目以降の薄層として処理済薄層１０４’上に積層された薄層１０４をプラズマ処理する。
【００３１】
図２に示すように、電源手段の一例である電源（１１３：図１）および電極１０８は、薄層形成機構１０５により形成された原料粉体の層に電圧を印加する。電源１１３は、電極１０８を通じて原料粉体の薄層１０４に交流電圧を印加する。電極１０８は、造形容器１０７内で原料粉体の層に接触して電源１１３による交流電圧を印加する。電極１０８は、造形容器１０７内で薄層１０４又は処理済薄層１０４’に接触している。図１に示すように、電源１１３は、直流電圧あるいは直流電圧を重畳した交流電圧を出力することも可能である。直流電圧は、−５００Ｖ〜＋５００Ｖの範囲の中で複数段階に設定可能である。交流電圧は、０〜２０００Ｖの振幅範囲、及び１０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの周波数範囲の中でそれぞれ複数段階に設定可能である。
【００３２】
制御部２００は、容器１０１内に水素ガスおよびまたは不活性ガスを供給しつつ、真空度を１０Ｐａ以上１０ｋＰａ未満に維持した状態で、電源１１３を作動させる。これにより、薄層１０４の隣接空間に集中してプラズマが発生して、薄層１０４の原料粉体が効率的にプラズマに晒され、原料粉体のプラズマ処理が速やかに進行する。
【００３３】
プラズマ処理では、水素イオンおよびまたは不活性ガスの一例であるアルゴンのイオンと遊離電子とを含むプラズマ中に原料粉体が保持される。アルゴンイオン及び遊離電子によるプラズマ処理は、いわゆるスパッタクリーニング効果を目的としている。アルゴンイオンの衝突によって、原料粉体の粒子表面に付着した酸化膜または異物が弾き飛ばされて原料粉体から除去される。また、遊離電子の衝突によって、原料粉体の粒子表面が高温に加熱されて付着した酸化膜または異物が蒸発して除去される。これらにより、酸化膜または異物に覆われていた原料粉体の素材面が表面に現れる。
【００３４】
これに対して、水素イオンによるプラズマ処理は、いわゆる還元反応によって、主として原料粉体の粒子表面の酸化物を還元して不導体膜を除去することを目的としている。これにより、原料粉体に脱酸化された結晶反応性に富む粒子表面が形成され、原料粉体の粒子同士が比較的に低い温度でも融合して、結晶格子の乱れの少ない結晶を形成し易くなる。
【００３５】
図２に示すように、プラズマ処理中、抵抗加熱ヒータ１３７に通電して、積層基材１１２上の原料粉体の薄層１０４を補助加熱することで、プラズマ処理の効率を高めることができる。なお、補助加熱としては、抵抗加熱ヒータ１３７による加熱の代わりに、或いは抵抗加熱ヒータ１３７の加熱と同時に、レーザービームＬＢによる補助加熱を行ってもよい。詳しくは後述するレーザービームＬＢの出力を弱めて、或いはスポットの面積を広範囲に広げて照射することにより、薄層１０４を溶融しない範囲で加熱することができる。
【００３６】
（レーザービーム加熱成形処理）
図１に示すように、走査加熱機構１０６は、集光レンズやコリメータレンズ等の光学素子を適宜含む。光源１１０は、ＹＡＧレーザー発振器であって、出力５００Ｗである。走査加熱機構１０６は、光源１１０で発生させたレーザービームをガルバノミラー１０６ｍで走査することにより、処理済薄層１０４’の固形化領域を、レーザービームＬＢのビームスポットで加熱する。
【００３７】
三次元ＣＡＤソフトウェアにより設計された三次元造形物の設計データは、二次元ＣＡＭソフトウェアで処理されることにより、積層方向に薄層１０４の間隔でスライスした複数の固形化領域の平面データに変換される。固形化領域ごとの平面データは、走査加熱機構１０６のＮＣプログラムにより、同時水平２軸方向の相対移動を制御する薄層１０４の固形化領域ごとの走査プログラムに変換される。制御部２００は、固形化領域ごとの走査プログラムに従って走査加熱機構１０６を制御して、レーザービームＬＢを造形容器１０７の平面上の所定の経路で走査させる。
【００３８】
ビーム照射手段の一例である走査加熱機構１０６及び光源１１０は、造形容器１０７においてプラズマ処理した原料粉体の層にエネルギービームの一例であるレーザービームＬＢを照射する。走査加熱機構１０６は、薄層１０４をプラズマ処理した処理済薄層１０４’にレーザービームＬＢを照射する。走査加熱機構１０６は、造形容器１０７の造形室１０９の上面の処理済薄層１０４’を、レーザービームによって加熱し、ほぼ瞬時に溶融して下層の固体組織と一体に固形化させる。これにより、造形室１０９の上面の処理済薄層１０４’の所望の領域を溶融して固形化することができる。このとき、レーザービーム加熱成形処理中も、上述したプラズマ処理を継続させ、抵抗加熱ヒータ１３７に通電することも継続させて、処理済薄層１０４’の温度を高く保つことが望ましい。処理済薄層１０４’の温度を高く保つことで、レーザービーム加熱成形処理の効率が高まって、低いレーザービーム出力でも高速度のレーザービーム加熱成形処理が可能となるからである。加えて、処理済薄層１０４’の溶融状態のばらつきを減らして、均一な組織の造形物３０１を製造することが可能となるからである。
【００３９】
なお、レーザービーム加熱形成処理にあっても、レーザービームの加熱によって処理済薄層１０４’の原料粉体におけるプラズマ処理を進ませることができる。そのため、上述のプラズマ処理で原料粉体をプラズマ処理する際に、必ずしも原料粉体のプラズマ処理を１００％完了しておく必要はない。例えば、プラズマ処理で８０％程度までプラズマ処理が進んだ段階で、レーザービーム加熱形成処理に移行し、最終的に原料粉体を溶融するまでに目標レベルの１００％のプラズマ処理が完了するようにしてもよい。これにより、プラズマ処理の時間を短縮することができ、造形物３０１の製造時間を短縮することができる。
【００４０】
（造形物の製造プロセス）
図３は造形物の製造プロセスのフローチャートであって、図４は造形物製造装置における積層プロセスの説明図である。図４中、（ａ）は下降工程、（ｂ）は形成工程、（ｃ）はプラズマ処理工程、（ｄ）はビーム成形工程、（ｄ）は下降工程、（ｅ）は形成工程である。図１に示すように、制御部２００は、ＣＰＵ２０５、ＲＡＭ２０６、ＲＯＭ２０７を有する。ＣＰＵ２０５は、ＲＯＭ２０７から呼び出したプロセスの制御プログラムおよび各種データをＲＡＭ２０６に保持して、必要な演算と制御とを実行することで、造形物製造装置１００のプロセスコントローラとして機能する。ユーザーが操作部２０１を通じてプロセス開始を指令すると、ＣＰＵ２０５は、造形物製造装置１００の各ユニットを統括的に制御して雰囲気生成工程を実行する。そして、ＣＰＵ２０５は、形成工程、酸化膜を除去する工程、およびビーム成形工程のサイクルを繰り返すことにより造形物を製造する。
【００４１】
雰囲気生成工程では、減圧可能な容器内を第１の圧力に減圧した後に、容器内に不活性元素を供給して第１の圧力よりも高い大気圧未満の第２の圧力の雰囲気を生成する。
【００４２】
形成工程では、容器１０１内に原料粉体の層を形成する。原料粉体は、水アトマイズ法により形成された金属粒子である。形成工程では、容器から電気的に絶縁して容器内に配置された粉体容器に原料粉体の層が形成される。
【００４３】
酸化膜を除去する工程では、形成工程で形成した層の原料粉体の表面に存在する酸化膜を除去する。酸化膜を除去する工程は、水素を含む雰囲気中で還元反応によって行なわれる。酸化膜を除去する工程は、水素およびまたは不活性元素を含む雰囲気中で、形成工程で形成した層に電圧を印加してプラズマを発生させることによって行なわれる。酸化膜を除去する工程は、形成工程で形成した層に電圧を印加してプラズマを発生させることによって行なわれる。酸化膜を除去する工程は、容器１０１内を大気圧未満に減圧した状態で実行される。大気圧未満とは、１０Ｐａ以上１０ｋＰａ未満の圧力である。プラズマの発生は、ヒータ又はエネルギービームにより前記層を加熱している状態で実行される。
【００４４】
ビーム成形工程は、酸化膜を除去する工程により酸化膜が除去された原料粉体の層にエネルギービームを照射して固形化する。ビーム成形工程は、酸素を減少させた雰囲気中で実行される。
【００４５】
図３に示すように、制御部２００は、プロセス開始を指令されると、排気機構１０３を作動させて容器１０１内を排気する（Ｓ１１）。そして、容器１０１内の圧力が１×１０−２Ｐａに達すると、ガス供給機構１０２による気体供給を開始して、容器１０１内の圧力を大気圧未満のプロセス圧力に調整する（Ｓ１２）。ステップＳ１１及びＳ１２で構成される雰囲気生成工程は、図１に示すように、容器１０１内を第１の圧力に減圧した後に、容器１０１内にアルゴンガスと水素ガスとを供給して、容器１０１内に第１の圧力よりも高い大気圧未満の第２の圧力の雰囲気を生成する。
【００４６】
図３に示すように、制御部２００は、容器１０１内の圧力が第２の圧力（例えば５ｋＰａ）に達すると、薄層形成機構１０５を作動させて原料粉体の薄層１０４を形成する（Ｓ１３）。図４の（ａ）に示すように、下降工程では、下降機構１１１を作動させて積層基材１１２を下降させることにより、造形容器１０７の内側に薄層１０４の形成余地を形成する。図４の（ｂ）に示すように、このステップＳ１３で構成される形成工程では、薄層形成機構１０５を作動させて、積層基材１１２上に原料粉体の薄層１０４を形成する。
【００４７】
図３に示すように、制御部２００は、電源１１３を作動させてプラズマ発生を開始し（Ｓ１４）、薄層１０４のプラズマ処理を設定時間が経過するまで実行する（Ｓ１５のＮｏ）。図４の（ｃ）に示すように、このステップＳ１４及びＳ１５で構成されるプラズマ処理工程では、積層基材１１２上の原料粉体の薄層１０４をプラズマ処理する。プラズマ処理工程は、酸素を減少させた、アルゴンガス及び水素ガスを含む雰囲気中で、電源１１３により薄層１０４に交流電圧を印加してプラズマを発生させる。プラズマ処理工程は、容器１０１内に生成された大気圧未満（好ましくは１０Ｐａ以上１０ｋＰａ未満）の圧力の雰囲気中で実行される。プラズマ処理工程は、薄層１０４を抵抗加熱ヒータ１３７で加熱して薄層１０４の温度を一定に保った状態で実行される。
【００４８】
図３に示すように、制御部２００は、薄層１０４のプラズマ処理が終了すると（Ｓ１５のＹｅｓ）、走査加熱機構１０６及び光源１１０を制御して、処理済薄層１０４’のレーザービーム加熱成形処理を実行する（Ｓ１６）。このステップＳ１６で構成されるビーム成形工程では、走査加熱機構１０６及び光源１１０を作動させてレーザービーム加熱成形処理を実行することにより、図４の（ｄ）に示すように、積層基材１１２上の処理済薄層１０４’を溶融し固形化する。ビーム成形工程は、処理済薄層１０４’の固形化領域にエネルギービームを照射して固形化する。ビーム成形工程は、酸素を減少させた、アルゴンガス及び水素ガスを含む雰囲気中で、処理済薄層１０４’に交流電圧を印加してプラズマを発生させつつ実行される。
【００４９】
図３に示すように、制御部２００は、処理済薄層１０４’の１層分のレーザービーム加熱成形処理が終了すると（Ｓ１６）、電源１１３を停止させて処理済薄層１０４’におけるプラズマ発生ＰＳも停止する（Ｓ１７）。制御部２００は、造形物３０１の成形に必要な積層回数に達するまで（Ｓ１８のＮｏ）、薄層形成（Ｓ１３）、プラズマ処理（Ｓ１４、Ｓ１５）、レーザービーム加熱成形処理（Ｓ１６）、プラズマ発生停止（Ｓ１７）を繰り返す。２回目の下降工程では、下降機構１１１を作動させて積層基材１１２を下降させることにより、図４の（ｅ）に示すように、固形化された処理済薄層１０４’及び固形化されていない処理済薄層１０４’上に新たな原料粉体の薄層１０４の形成余地を形成する。２回目の形成工程では、薄層形成機構１０５を作動させて、図４の（ｆ）に示すように次の原料粉体の薄層１０４を形成する。造形容器１０７の底面上の処理済薄層１０４’上に新たな薄層１０４を形成する。
【００５０】
図３に示すように、造形物製造装置１００は、薄層形成とプラズマ処理とレーザービーム加熱成形処理とを繰り返すことにより、処理済薄層１０４’の固形化領域が積層された三次元の造形物３０１を造形する。制御部２００は、造形物３０１の成形に必要な積層回数に達すると（Ｓ１８のＹｅｓ）、気体供給を停止し（Ｓ１９）、容器１０１内に外気を導入する（Ｓ２０）。そして、表示部２０２を通じて造形物（成型品）３０１の取り出しを許可する。
【００５１】
（各種材料の造形物）
以上説明した造形物製造装置１００を使用して、以下の実施例１、２、３のように原料粉体の材料とプラズマ処理条件とレーザービーム加熱成形処理条件を異ならせて造形物３０１を製造し、成形された造形物３０１の密度を確認した。
【００５２】
（実施例１）
実施例１では、以下の条件で、ステンレスの原料粉体のプラズマ処理／レーザービーム加熱成形処理を行った。
【００５３】
［プラズマ処理条件］
容器１０１内の圧力：６．６６ｋＰａ
供給気体：アルゴンガス
原料粉体：水アトマイズ法による粒径７μｍのＳＵＳ６１３原料粉体
薄層１０４の層厚：２０μｍ
印加電圧：交流電圧１ｋＶ、周波数１００ｋＨｚ
処理時間：１分
【００５４】
［レーザービーム加熱成形処理条件］
溶融領域：薄層１０４上の幅及び奥行２５ｍｍの正方形領域
積層回数：５０００回
積層高さ：１００ｍｍ
【００５５】
実施例１において得られた造形物３０１の密度を、アルキメデス法を用いて計測した結果、９９．９％以上であった。これにより、実施例１の条件によれば、通常の粉末焼結法で作られるステンレス造形物よりも密度の高い造形物３０１が得られていることが確認された。
【００５６】
（実施例２）
実施例２では、以下の条件で、チタン原料粉体のプラズマ処理／レーザービーム加熱成形処理を行った。
【００５７】
［プラズマ処理条件］
容器１０１内の圧力：１３．３Ｐａ
供給気体：アルゴンガス５０％＋水素ガス５０％の混合気体（分子数比％）
原料粉体：水アトマイズ法による粒径５０μｍのＴｉ原料粉体
薄層１０４の層厚：１００μｍ
印加電圧：交流電圧２０ｋＶ、周波数７ｋＨｚ
処理時間：３分
【００５８】
また、造形容器１０７は抵抗加熱ヒータ１３７により事前に加熱されており、薄層１０４および造形物３０１を４００℃に保つように制御した。この加熱は水素による不導体膜の還元作用を促進することを目的として行なった。
【００５９】
［レーザービーム加熱成形処理条件］
溶融領域：薄層１０４上の幅及び奥行２５ｍｍの正方形領域
積層回数：５００回
積層高さ：５０ｍｍ
【００６０】
実施例２において得られた造形物３０１の密度を、アルキメデス法を用いて計測した結果、９９．９％以上であった。これにより、実施例２の条件によれば、通常の粉末焼結法で作られるチタン造形物よりも密度の高い造形物３０１が得られていることが確認された。
【００６１】
（実施例３）
実施例３では、以下の条件で、アルミニウム原料粉体のプラズマ処理／レーザービーム加熱成形処理を行った。
【００６２】
［プラズマ処理条件］
容器１０１内の圧力：１．０ｋＰａ
供給気体：水素ガス１００％
原料粉体：ガスアトマイズ法による粒径８０μｍのＡｌ原料粉体
薄層１０４の層厚：１００μｍ
印加電圧：交流電圧１．５ｋＶ、周波数１００ｋＨｚ
処理時間：３分
【００６３】
また、造形容器１０７は抵抗加熱ヒータ１３７により事前に加熱されており、薄層１０４および造形物３０１を４００℃に保つように制御した。この加熱は水素による不導体膜の還元作用を促進することを目的として行なった。
【００６４】
［レーザービーム加熱成形処理条件］
溶融領域：薄層１０４上の幅及び奥行５ｍｍの正方形領域
積層回数：５０回
積層高さ：５ｍｍ
【００６５】
実施例３において得られた造形物３０１の密度を、アルキメデス法を用いて計測した結果、９９．９％以上であった。また、造形物内部の酸素濃度を加熱溶融法を用いて計測した結果、０．１％未満であった。これにより、実施例３の条件によれば、通常の粉末焼結法で作られるアルミニウム造形物よりも密度および純度の高い造形物３０１が得られていることが確認された。
【００６６】
（実施の形態１の効果）
実施の形態１では、酸素を減少させた雰囲気中で薄層１０４の原料粉体をプラズマ処理するので、酸素によって原料粉体が酸化して不導体膜を形成する反応を回避できる。また、アルゴンを含む雰囲気中で薄層１０４の原料粉体をプラズマ処理するので、アルゴンイオンと電子の衝突によって原料粉体の表面に付着した異物を除去し、加熱して結晶性の高い表面を形成することができる。さらに、水素を含む雰囲気中で薄層１０４の原料粉体をプラズマ処理するので、水素によって原料粉体の表面の酸化膜を還元して不導体膜を解消する反応が促進される。このため、粉末床溶融結合技術における造形密度の問題点を解消し、例えば造形密度９９．９％以上の従来よりも高密度で表面性に優れ高強度な造形物を造形可能となる。
【００６７】
実施の形態１では、薄層１０４に交流電圧を印加して薄層１０４の表面であって雰囲気中の気体との界面にプラズマを発生させる。電極１０８が造形容器１０７内で薄層１０４又は処理済薄層１０４’に接触して交流電圧を印加したとき、薄層１０４自体が放電電極として振舞う。このため、薄層１０４の上空に交流電圧を印加するための電極を設ける必要が無い。薄層１０４の上空に平板電極、コイル等の放電を介助する部材を設ける必要が無い。薄層１０４に対するレーザービームＬＢの照射や、薄層形成機構１０５による薄層１０４の形成を妨げない広い空間を薄層１０４の上空に確保できる。
【００６８】
実施の形態１では、絶縁材料の造形容器１０７に保持された薄層１０４に交流電圧を印加するので、造形容器１０７にプラズマを発生させることなく、薄層１０４の界面にプラズマを集中させることができる。薄層１０４の界面に集中してプラズマが発生するので、薄層１０４の界面全体にばらつき少なくプラズマ処理を行うことができる。プラズマ中のアルゴンイオン及び水素イオンが薄層１０４へ効率的に照射するため、原料粉体表面の酸化物、不導体膜、汚れ等を高速に除去することができる。これにより、原料粉体に対するプラズマ処理の進行速度を高めて、高速かつ効率的なプラズマ処理が可能となる。
【００６９】
実施の形態１では、原料粉体の薄層１０４を形成して薄層１０４のままプラズマ処理するので、プラズマ発生時間を引き延ばすことで処理済薄層１０４’のプラズマ処理を所望のレベルに高めることができる。プラズマ発生時間を調整することで処理済薄層１０４’のプラズマ処理レベルを精密に制御することができる。実施例１、２で示されるように、プラズマ処理時の容器１０１内の雰囲気及び圧力に応じて、プラズマの安定を維持しつつ処理時間が短くて済むように、交流電圧と周波数の適正な組み合わせが選択される。
【００７０】
実施の形態１では、容器１０１内に生成された大気圧未満の雰囲気中でプラズマ処理を実行するので、大気圧以上の雰囲気でプラズマ処理を実行する場合に比較して、プラズマ状態を安定に保つことができる。
【００７１】
実施の形態１では、容器１０１内に生成された１０Ｐａ以上１０ｋＰａ未満の圧力の雰囲気中でプラズマ処理を実行するので、これよりも低い真空度でプラズマ処理を行う場合に比較して、原料粉体のプラズマ処理速度を高めることができる。
【００７２】
実施の形態１では、容器１０１内を第１の圧力に減圧した後に、容器１０１内に不活性元素を供給して第１の圧力よりも高い大気圧未満の第２の圧力の雰囲気を生成する。このため、プラズマを発生させる雰囲気から酸素を高度に取り除いて、原料粉体に含有される酸素、有機物、水分等によるプラズマ処理中の雰囲気の汚染も回避できる。
【００７３】
実施の形態１では、容器１０１から電気的に絶縁された造形容器１０７に薄層１０４を形成してプラズマ処理を実行する。このため、薄層１０４に交流電圧を印加した際の電流漏れが少なく、薄層１０４の界面にプラズマを集中させて効率的にプラズマ処理を進行させることができる。
【００７４】
実施の形態１では、薄層１０４をヒータで加熱して薄層１０４の温度を一定に保った状態でプラズマ処理を実行するので、原料粉体の温度が上昇してプラズマ処理速度が高まる。また、積層される第１層から最終層まで原料粉体のプラズマ処理状態のばらつきを小さくすることができる。
【００７５】
実施の形態１では、原料粉体が、水アトマイズ法により形成された金属粒子であるため、ガスアトマイズ法により形成された金属粒子を使用する場合よりも原料コストが削減される。一般的に水アトマイズ法により形成された金属粒子は表面が厚い不導体膜に覆われているが、プラズマ状態の水素イオンを反応させることにより不導体膜を除いて、原料粉体のプラズマ処理を効率的に実行することができる。
【００７６】
実施の形態１では、処理済薄層１０４’の固形化領域にレーザービームＬＢを照射して固形化するので、容器１０１内が高真空度ではなくても電子ビームのような減衰や散乱は生じない。このため、１０Ｐａ以上１０ｋＰａ未満の低い真空度でも処理済薄層１０４’を効率的に加熱できる。
【００７７】
実施の形態１では、プラズマ処理した処理済薄層１０４’を外気に晒すことなく、直ちにレーザービーム加熱成形処理を開始する。また、レーザービーム加熱成形処理中もプラズマ処理を継続する。このため、原料粉体の表面の酸化物や異物を高度に除去した状態を保ってレーザービーム加熱成形処理を実行することができる。これにより、粉末床溶融結合技術を効率的に実現できる。
【００７８】
（造形物の結晶構造）
実施の形態１では、いわゆるゾーンメルト法によって単結晶を成長させた場合と同様に、下層の結晶核に連続して上層の結晶がそれぞれ成長することを繰り返して造形物３０１が製造される。このため、造形物３０１は、原料粉体の薄層１０４がプラズマ処理された処理済薄層１０４’をレーザービームＬＢにより溶融して固形化させた第１層側の面から最終層側の面に向かって結晶が並列に成長した結晶組織を有する。すなわち、造形物製造装置１００により造形された造形物は、原料粉体の層の積層方向に向かって結晶が成長した結晶組織を有する。そして、造形物は、アルキメデス法で測定した造形密度が９９．９％以上であり、また、造形物３０１の表面だけでなく内部まで酸化物や異物が除去されている。
【００７９】
上述したように、実施の形態１では、造形物３０１のアルキメデス法で測定した造形物密度が９９．９％以上となる。このような高い密度まで金属の原料粉体を固形化させる技術は従来存在しなかった。密度が高い理由としては、プラズマ処理により、原料粉体に対し、酸化物や異物を高能率に除去できることが挙げられる。また、密度が高い理由としては、容器１０１内が高真空度ではないため、プラズマ処理に十分なアルゴンイオンを確保できることが挙げられる。また、例えば造形物３０１を製造してからプラズマ処理した場合は、造形物の内部までアルゴンイオンが到達しないため造形物３０１の表面だけがプラズマ処理され、内部に多くの酸化物や異物が残ってしまう。さらに、薄層をプラズマ処理したとしても、薄層のプラズマ処理が不十分であると、造形物３０１の内部に酸化物や異物が残ってしまう。実施の形態１では、特定の雰囲気中でプラズマ処理することで、薄層の表面だけでなく薄層内部までプラズマ処理できるので、造形物３０１の内部まで酸化物や異物に起因する隙間が少なくできる。
【００８０】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では合金（ステンレス）及び純金属（チタン）の造形物を製造する実施例を説明した。これに対して、実施の形態２では、図１に示す造形物製造装置１００を用いて、窒化合金（ステンレス）及び炭化金属（シリコン）の造形物を製造する実施例を説明する。
【００８１】
（実施例４）
図１に示すように、造形物製造装置１００においてプラズマ処理を行う過程で、ガス供給機構１０２から窒素を含む物質を供給すると、プラズマ中で発生する窒素イオンが原料粉体に取り込まれるプラズマ窒化反応が進行する。プラズマ中で加熱され、クリーニングされ、活性化された原料粉体の表面から内部へ、プラズマ中で加速された窒素イオンが侵入し拡散する。
【００８２】
実施例４では、ガス供給機構１０２から水素を含む物質である水素ガスと窒素を含む物質である窒素ガスとを供給した。この状態で造形物製造装置１００を実施の形態１と同様に運転させることで、原料粉体のプラズマ処理の代わりに原料粉体のプラズマ窒化処理を行った。実施の形態１と同様に、原料粉体のプラズマ処理（プラズマ窒化処理）に続いてレーザービーム加熱成形処理を実行して、窒化された原料粉体による三次元造形を行った。
【００８３】
図３に示すように、水素ガスと窒素ガスとを混合した雰囲気中で、原料粉体のプラズマ処理（Ｓ１４、Ｓ１５）と薄層のレーザービーム加熱形成処理（Ｓ１６、Ｓ１７）とを繰り返して造形物３０１を造形した。実施例４では、以下の条件で、ステンレス粒子のプラズマ窒化処理／レーザービーム加熱成形処理を行った。
【００８４】
［プラズマ窒化処理の条件］
容器１０１内の圧力：１３．３ｋＰａ
供給気体：ガス混合比１：１の窒素ガスと水素ガスの混合気体
原料粉体：水アトマイズ法による粒径７μｍのステンレス粒子（ＳＵＳ６１３）
薄層１０４の層厚：２０μｍ
電圧条件：交流電圧１ｋＶ、周波数１００ｋＨｚ
処理時間：３分
【００８５】
［レーザービーム加熱成形処理の条件］
溶融領域：処理済薄層（窒化薄層）上の幅及び奥行２５ｍｍの正方形領域
積層回数：２０００回
造形物３０１の高さ：４０ｍｍ
【００８６】
実施例４において得られた造形物３０１の窒素濃度を、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）を用いて分析した結果、窒素濃度は１２％（原子数比率）であった。また、造形物３０１の密度を、アルキメデス法を用いて計測した結果、９９．９％であった。さらに、造形物３０１の硬度を、ビッカース硬度計を用いて計測した結果、ＨＶ２２００であった。
【００８７】
（実施例５）
図１に示す造形物製造装置１００においてプラズマ処理を行う過程で、ガス供給機構１０２から炭素を含む物質を供給すると、プラズマ中で発生する炭素イオンが原料粉体に取り込まれるプラズマ炭化反応が進行した。プラズマ中で加熱され、クリーニングされ、活性化された原料粉体の表面から内部へ、プラズマ中で加速された炭素イオンが侵入し拡散した。
【００８８】
実施例５では、ガス供給機構１０２から水素を含む物質である水素ガスと不活性元素を含む物質であるアルゴンガスと炭素を含む物質であるメタンガスとを供給した。この状態で造形物製造装置１００を実施の形態１と同様に運転することで、原料粉体のプラズマ処理の代わりに原料粉体のプラズマ炭化処理を行った。実施の形態１と同様に、原料粉体のプラズマ処理（プラズマ炭化処理）に続いてレーザービーム加熱成形処理を実行することで、炭化された原料粉体による三次元造形を行った。
【００８９】
図３に示すように、水素ガスとアルゴンガスとメタンガスとを混合した雰囲気中で、原料粉体のプラズマ処理（Ｓ１４、Ｓ１５）と薄層のレーザービーム加熱形成処理（Ｓ１６、Ｓ１７）とを繰り返して造形物３０１を造形した。実施例５では、以下の条件で、珪素原料粉体のプラズマ炭化処理／レーザービーム加熱成形処理を行った。
【００９０】
［プラズマ炭化処理の条件］
容器内の圧力    ：１３．３ｋＰａ
供給気体：ガス混合比１：２：１のメタンガスと水素ガスとアルゴンガスの混合気体
原料粉体：水アトマイズ法による粒径５μｍのシリコン原料粉体
薄層の層厚      ：４０μｍ
印加電圧        ：交流電圧２０ｋＶ、周波数１００ｋＨｚ
１層の処理時間  ：５分
【００９１】
［レーザービーム加熱成形処理の条件］
溶融領域：処理済薄層（炭化薄層）上の幅及び奥行２５ｍｍの正方形領域
積層回数：１００回
積層高さ：４ｍｍ
【００９２】
実施例５では、抵抗加熱ヒータ１３７を用いてプラズマ炭化処理／レーザービーム加熱成形処理を通じて加熱を行うことにより、薄層１０４および造形物３０１の温度を８００℃に維持した。薄層１０４および造形物３０１を高温に保つことで、珪素と炭素との反応速度をさらに向上させることができた。実施例５では、プラズマ炭化処理を継続しつつ、処理済薄層１０４’にレーザービームを照射して、レーザービーム加熱成形処理を行った。このようにすることで、薄層１０４だけでなく造形物３０１に対しても炭素元素をドープし続けることが可能となった。
【００９３】
実施例５において得られた造形物３０１の炭素濃度をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）測定装置を用いて分析した結果、炭素濃度は１１％（原子数比率）であった。また、造形物３０１の密度を、アルキメデス法を用いて計測した結果、９９．２％であった。さらに、造形物３０１の硬度を、ビッカース硬度計を用いて計測した結果、ＨＶ３０００であった。
【００９４】
＜実施の形態３＞
実施の形態１ではレーザービーム加熱成形処理により処理済薄層を溶融して固形化した。これに対して実施の形態３では電子ビーム加熱成形処理により処理済薄層を溶融して固形化する。
【００９５】
（造形物製造装置）
図５は実施の形態３の造形物製造装置の構成の説明図である。図５に示す実施の形態３の造形物製造装置は、処理済薄層の加熱成形処理においてレーザービームに替えて電子ビームを使用する以外は実施の形態１の造形物製造装置と同様に構成され、同様にプラズマ処理／加熱成形処理のプロセスを実行する。したがって、図５中、実施の形態１と共通する構成には図１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００９６】
造形物製造装置３００は、粉末床溶融結合方式のいわゆる３Ｄプリンタである。排気機構１０３は、容器１０１内を排気する。ガス供給機構１０２は、容器１０１内に気体を供給する。
【００９７】
電子ビーム加熱装置３０６は、電子ビームを発生して走査することにより、薄層１０４における入力データに応じた固形化領域を電子ビームのスポットで加熱する。電子ビーム制御部３１０は、電子ビーム加熱装置３０６における電子ビームの発生と走査とを制御する制御装置である。
【００９８】
（電子ビーム加熱成形処理における真空度）
実施の形態３の造形物製造装置３００は、容器１０１内の気体分子によって電子ビームが散乱されるため、電子ビーム加熱成形処理中は、容器１０１内の真空度を１０−１Ｐａ以下にする必要がある。そこで、実施の形態３の造形物製造装置３００では、炭素ガスと水素ガスの混合気体を供給して真空度を１００Ｐａに保ってプラズマエッチング処理を行う。その後、混合気体の供給を停止し、真空度を１０−１Ｐａに回復させた状態で電子ビーム加熱成形処理を実行する。
【００９９】
＜その他の実施の形態＞
本発明の原料粉体処理方法、造形物製造方法、原料粉体処理装置、及び造形物製造装置は、実施の形態１乃至３で説明した具体的な各部構成、部品形態、数値条件、及び制御には限定されない。実施の形態１乃至３の構成の一部又は全部を等価な部材に置き換えた別の実施の形態でも実施可能である。
【０１００】
実施例１、２、３、４、５における具体的な電圧条件、圧力条件は、造形容器１０７の大きさ、原料粉体の大きさ、薄層１０４の層厚等のパラメータに応じて調整することが好ましい。例えば、実施例１、２、３、４においては、薄層１０４に交流電圧のみを印加したが、負極性の直流電圧を交流電圧に重畳して、正極性イオンの衝突速度を高めることにより、薄層１０４に対する加熱性能を高めてもよい。容器１０１内の雰囲気に水素を供給するための物質は、水素ガス、アンモニアガス、メタン以外の炭化水素ガス等であってもよい。
【０１０１】
実施の形態１では、薄層１０４に電圧を印加してプラズマを発生させている間、水素ガスとアルゴンガスの混合ガスを一定の混合比率で供給し続けた。しかし、プラズマを発生させる初期段階と中間段階と終期段階とで両者の混合比率を異ならせてもよい。
【０１０２】
実施の形態１では、抵抗加熱ヒータ１３７によりプラズマ処理中の加熱を実行した。しかし、プラズマ処理中の加熱は、ヒータには限らない。薄層に電流を流してジュール熱を発生させてもよい。アルゴンガスを供給し、薄層１０４に印加する交流電圧にマイナスのバイアス電圧を重畳することにより、いわゆるスパッタリング加熱を行ってもよい。
【０１０３】
実施の形態１では、ステンレス、チタンと言った合金、純金属の造形物の実施例を説明し、実施の形態２では、窒化ステンレス、炭化シリコンと言った窒化金属、炭化金属の造形物の実施例を説明した。しかし、本発明は、実施の形態１の実施例で説明したステンレス、チタン以外にもシリコンと言った合金、純金属の造形物で実施してもよい。また、酸化金属の造形物で実施してもよい。ただし、酸化金属の原料粉体は、水素によって金属に還元されてしまうため、不活性ガスのみの雰囲気でプラズマ処理を実行することが望ましい。
【０１０４】
実施の形態１では、金属の原料粉体を十分に融解して再結晶化させるように固形化領域を積層する実施例を説明した。しかし、実施の形態１の原料粉体処理及びレーザービーム加熱成形処理は、高融点の金属、高融点の酸化金属の原料粉体の粒子同士を焼結させるように加熱温度を選択して実施してもよい。
【０１０５】
なお、実施の形態１乃至３では、原料粉体処理装置を備えた造形物製造装置の実施の形態を説明した。しかし、造形物製造装置３００は、原料粉体をプラズマ処理して処理済粉体を製造するだけの原料粉体処理装置として用いることもできる。この場合、雰囲気生成工程を実行した後に、ビーム成形工程を省略して、形成工程と酸化膜を除去する工程のサイクルを繰り返すことになる。これにより、形成工程では、造形容器１０７に形成された酸化膜が除去された層の上にさらに原料粉体の層を形成していく。
【符号の説明】
【０１０６】
１００…原料粉体処理装置（造形物製造装置）：１０１…容器：１０２…供給手段（ガス供給機構）：１０３…減圧手段（排気機構）：１０５…形成手段（薄層形成機構）：１０６…ビーム照射手段（走査加熱機構）：１０７…粉体容器（造形容器）：１０８…電源手段（電極）：１０９…粉体容器（造形室）：１１３…電源手段（電源）：１３７…ヒータ（抵抗加熱ヒータ）：２００…制御部：２０８…検知手段（真空計）：３００…原料粉体処理装置、造形物製造装置：３０１…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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