(57)【要約】【課題】窒素の含有率を十分に高めた窒化紛体を得ることができる窒化粉体製造方法を提供する。【解決手段】形成工程で原料粉体の薄層１０４を形成し、窒化工程において、酸素を減少させた窒素を含む雰囲気中で、形成工程により形成された薄層１０４に交流電圧を印加してプラズマを発生させることにより薄層１０４の原料粉体を窒化する。これにより、窒素の含有率を高めた窒化紛体を得ることが可能となり、例えばこの窒化紛体を用いて粉末床溶融結合技術で造形した造形物の硬度を高めることが可能となる。【選択図】図１
2017105075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉体の薄層を形成する形成工程と、
酸素を減少させた窒素を含む雰囲気中で、前記形成工程により形成された前記薄層に交流電圧を印加してプラズマを発生させることにより前記薄層の原料粉体を窒化する窒化工程と、を有することを特徴とする窒化粉体製造方法。
【請求項２】
前記雰囲気は水素を含むことを特徴とする請求項１に記載の窒化粉体製造方法。
【請求項３】
前記薄層は、減圧可能な容器内に形成され、
前記窒化工程は、前記容器内に生成された大気圧未満の前記雰囲気中で実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化粉体製造方法。
【請求項４】
前記窒化工程は、１Ｐａ以上２０ｋＰａ未満の圧力の前記雰囲気中で実行されることを特徴とする請求項３に記載の窒化粉体製造方法。
【請求項５】
前記容器内を第１の圧力に減圧した後に、前記容器内に窒素を含む物質を供給して前記第１の圧力よりも高い大気圧未満の第２の圧力の前記雰囲気を生成する雰囲気生成工程と、を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の窒化粉体製造方法。
【請求項６】
前記窒化工程は、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前記形成工程により前記薄層を形成して実行されることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の窒化粉体製造方法。
【請求項７】
前記形成工程は、前記粉体容器の底面上に前記形成工程により形成した前記薄層を前記窒化工程により窒化させた窒化薄層上に前記薄層を形成することを特徴とする請求項６に記載の窒化粉体製造方法。
【請求項８】
前記窒化工程は、ヒータ、エネルギービーム、不活性ガスのプラズマのうち少なくとも１つにより前記薄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１項に記載の窒化粉体製造方法。
【請求項９】
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１項に記載の窒化粉体製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の窒化粉体製造方法と、
前記窒化粉体製造方法により窒化された前記薄層である窒化薄層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と、を有することを特徴とする造形物製造方法。
【請求項１１】
前記ビーム成形工程は、酸素を減少させた窒素を含む雰囲気中で、前記窒化薄層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ことを特徴とする請求項１０に記載の造形物製造方法。
【請求項１２】
前記雰囲気は水素を含むことを特徴とする請求項１１に記載の造形物製造方法。
【請求項１３】
前記エネルギービームはレーザービームであることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の造形物製造方法。
【請求項１４】
容器と、
前記容器内に原料粉体の薄層を形成する形成手段と、
窒素を含む物質を前記容器内に供給する供給手段と、
前記形成手段により形成された前記薄層に交流電圧を印加する電源手段と、
前記供給手段により前記容器内に生成された酸素を減少させた窒素を含む雰囲気中で前記電源手段により前記薄層に交流電圧を印加してプラズマを発生させるように、前記電源手段を制御する制御部と、を有することを特徴とする窒化粉体製造装置。
【請求項１５】
前記供給手段は、水素を含む物質を前記容器内に供給することを特徴とする請求項１４に記載の窒化粉体製造装置。
【請求項１６】
前記容器内を減圧する減圧手段を有し、
前記制御部は、大気圧未満の前記雰囲気中でプラズマを発生させるように、前記減圧手段を制御することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の窒化粉体製造装置。
【請求項１７】
前記容器内の圧力を検知する検知手段を有し、
前記制御部は、前記減圧手段により第１の圧力まで減圧した前記容器内に、前記供給手段により窒素を含む物質を供給して、前記容器内を前記第１の圧力よりも高い第２の圧力とするように、前記検知手段の出力に基づいて前記減圧手段及び前記供給手段を制御することを特徴とする請求項１６に記載の窒化粉体製造装置。
【請求項１８】
前記容器内に配置されて前記形成手段により前記薄層を形成され、前記薄層を窒化した窒化薄層が積層される粉体容器を有し、
前記粉体容器は、前記容器から電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の窒化粉体製造装置。
【請求項１９】
前記粉体容器の前記薄層に接触する面は絶縁材料であることを特徴とする請求項１８に記載の窒化粉体製造装置。
【請求項２０】
前記電源手段は、前記粉体容器内で前記薄層又は前記窒化薄層に接触して交流電圧を印加する電極を有することを特徴とする請求項１８又は１９に記載の窒化粉体製造装置。
【請求項２１】
前記粉体容器に設けられて前記薄層を加熱するヒータを有し、
前記制御部は、前記薄層を加熱して一定温度に保つように前記ヒータを制御することを特徴とする請求項１８乃至２０のいずれか１項に記載の窒化粉体製造装置。
【請求項２２】
請求項１４乃至２１のいずれか１項に記載の窒化粉体製造装置と、
前記窒化粉体製造装置により前記薄層を窒化させた窒化薄層にエネルギービームを照射するビーム照射手段と、を有し、
前記制御部は、前記窒化薄層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ように前記ビーム照射手段を制御することを特徴とする造形物製造装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の造形物製造装置により造形され、前記薄層の積層方向に向かって結晶が成長した結晶組織を有し、原子数比で１０％以上の窒素を含むことを特徴とする造形物。
【請求項２４】
請求項２３に記載の造形物にあって、内部が均一に窒化されていることを特徴とする造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料紛体を窒化して窒化粉体を製造する窒化粉体製造方法、及び窒化粉体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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エネルギービームを照射して固形化した層を積層することにより造形物を造形する粉末床溶融結合技術の開発が進められている。粉末床溶融結合技術によって製造する造形物の硬度を高めるため、セラミックス粉末を分散させた光硬化性樹脂を三次元造形し、高温雰囲気で焼結させる方法も提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１の方法では、樹脂をバインダー剤として用いており、バインダー剤を焼き飛ばすため、造形物の密度が８５％程度になり、所望の硬度を得られないという問題がある。
【０００３】
また、造形物の硬度を高めるため、金属粉末を窒化処理しつつ三次元造形するものも提案されている（特許文献２参照）。特許文献２のものは、減圧された容器内に窒素ガスを供給しつつ電子ビームを用いて粉末床溶融結合を実行することにより、原料粉体の窒化処理を伴って薄層を固形化させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６７９９８号公報
【特許文献２】特開２０１１−５０６７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献２の粉末床溶融結合技術では、電子ビームに照射される一瞬で窒化処理を行っているため、造形物における窒素の含有率を十分に高めることができていない。したがって、特許文献２の技術でも、窒化セラミックスのような高い硬度の造形物を得られないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、窒素の含有率を高めた窒化紛体を得ることが可能な窒化粉体製造方法、及び窒化粉体製造装置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】
【０００７】
本発明の窒化粉体製造方法は、原料粉体の薄層を形成する形成工程と、酸素を減少させた窒素を含む雰囲気中で、前記形成工程により形成された前記薄層に交流電圧を印加してプラズマを発生させることにより前記薄層の原料粉体を窒化する窒化工程と、を有する。
【０００８】
本発明の窒化粉体製造装置は、容器と、前記容器内に原料粉体の薄層を形成する形成手段と、窒素を含む物質を前記容器内に供給する供給手段と、前記形成手段により形成された前記薄層に交流電圧を印加する電源手段と、前記供給手段により前記容器内に生成された酸素を減少させた窒素を含む雰囲気中で前記電源手段により前記薄層に交流電圧を印加してプラズマを発生させるように、前記電源手段を制御する制御部と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、薄層に交流電圧を印加してプラズマを発生させ、プラズマ雰囲気によって原料粉体の窒化を進行させることができる。したがって、窒素の含有率を高めた窒化紛体を得ることができ、例えばこの窒化紛体を用いて粉末床溶融結合技術で造形した造形物の硬度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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。
【図５】プラズマ窒化処理のフローチャートである。
【図６】レーザービーム加熱成形処理のフローチャートである。
【図７】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】
【００１１】
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。
【００１２】
＜実施の形態１＞
実施の形態１では、原料粉体の薄層をプラズマ窒化し、窒化された窒化紛体の薄層をレーザービームを用いて直ちに加熱溶融して固形化し、それを積層することで造形物３０１を製造する。
【００１３】
（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。容器１０１は、ステンレスで形成され、密閉可能である。容器１０１には、真空計２０８が接続されている。検知手段の一例である真空計２０８は、容器１０１内の圧力を検知する。
【００１４】
減圧手段の一例である排気機構１０３は、容器１０１内を減圧可能である。排気機構１０３は、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。
【００１５】
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、後述のガス供給機構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ことができる。
【００１６】
一方、供給手段の一例であるガス供給機構１０２は、窒素及び水素を含む物質である窒素ガスと水素ガスの混合ガスを容器１０１内に供給する。ガス供給機構１０２は、窒素ガスと水素ガスを任意の混合割合で容器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、窒素ガスと水素ガスとを別々に供給するようにしてもよい。
【００１７】
図２に示すように、粉体容器の一例である造形容器１０７は、造形室１０９の内側に積層基材１１２が昇降可能に配置されている。下降機構１１１は、薄層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を窒化させた窒化薄層１０４’が積層される。
【００１８】
また、造形室１０９の壁には、ヒータの一例である抵抗加熱ヒータ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を加熱して一定温度に保持する。
【００１９】
一方、形成手段の一例である薄層形成機構１０５は、容器１０１内に配置された造形容器１０７に原料粉体の薄層１０４を形成する。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方向に移動して造形室１０９に薄層１０４を形成する。原料粉体１３５は、原料室１３０に蓄積され、上昇機構１１４を作動させて底板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、造形室１０９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を窒化させた窒化薄層１０４’上に、新たな原料粉体の薄層１０４を形成して積層する。造形室１０９内に積層された窒化薄層１０４’及び薄層１０４は、接地電位に接続された容器１０１から電気的に分離されている。
【００２０】
（造形容器）
図１に示すように、造形容器１０７は、容器１０１から電気的に絶縁されている。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。このため、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。
【００２１】
実施の形態１では、絶縁材料の造形容器１０７と電極１０８とを用いて原料粉体の薄層１０４に交流電圧を印加する。このような構成は、薄層１０４のプラズマ窒化に関して効率的である。即ち、原料粉体は、金属であっても表面が不導体膜で覆われて導電性に乏しい。このため、従来は、原料粉体に近接してコイルや平板電極等の部材を配置することがプラズマ発生には不可欠と考えられていた。しかし、造形物製造装置１００では、レーザービームを照射するための光路を確保するため、薄層１０４の上方に平板電極等の部材を配置することが難しい。加えて、水平方向に移動する薄層形成機構１０５との干渉を回避するため、薄層１０４の上方に平板電極等の部材を設けると、薄層１０４を１層形成する毎に物理的に退避させる必要がある。そして、１個の造形物３０１の造形において、薄層形成は数百回から数千回ほども繰り返す必要があるため、部材の物理的な退避は、非効率的である。そこで、実施の形態１では、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に交流電圧を印加している。このような構成によって、平板電極等の部材を必要とすることなく、薄層１０４の表面全体に窒素を含む均一なプラズマを形成して、原料粉体の窒化を均一かつ速やかに進行させることができる。
【００２２】
（プラズマ窒化処理）
図１及び図２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、又は２層目以降の薄層として窒化薄層１０４’上に積層された薄層１０４を、窒素イオンを含むプラズマ中に保持して窒化処理する。
【００２３】
電源手段の一例である電源１１３は、薄層１０４に交流電圧を印加する。電極１０８は、造形容器１０７内で薄層１０４又は窒化薄層１０４’に接触する。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。電源１１３は、直流電圧を重畳した交流電圧を出力する。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。
【００２４】
制御部２００は、容器１０１内に窒素ガスを供給しつつ真空度を１Ｐａ以上２０ｋＰａ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る。このとき、制御部２００は、図２に示すように抵抗加熱ヒータ１３７に通電して、積層基材１１２上の原料粉体の薄層１０４を加熱することで、窒化処理の効率を高めている。なお、この際、抵抗加熱ヒータ１３７の加熱の代わりに、或いは抵抗加熱ヒータ１３７の加熱と同時に、詳しくは後述するレーザービームの出力を弱めて薄層１０４を加熱するようにしてもよい。或いはレーザービームのビーム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を加熱するようにしてもよい。
【００２５】
（レーザービーム加熱成形処理）
図１に示すように、ビーム照射手段の一例である走査加熱機構１０６は、薄層１０４を窒化させた窒化薄層１０４’にエネルギービームの一例であるレーザービームを照射する。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、窒化薄層１０４’における入力データに応じた固形化領域をレーザービームのスポットで加熱する。光源１１０は、ＹＡＧレーザー発振器であって、出力５００Ｗである。
【００２６】
走査加熱機構１０６は、造形容器１０７の造形室１０９の上面の窒化薄層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の上面の窒化薄層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窒化処理を継続させて窒化薄層１０４’の温度を高く保つことが望ましく、即ち、抵抗加熱ヒータ１３７に通電して、窒化薄層１０４’の温度を高く保つことが望ましい。窒化薄層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成形が可能となる。これにより、窒化薄層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。
【００２７】
なお、この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窒化薄層１０４’の窒化紛体における窒化処理が進ませることができる。そのため、上述のプラズマ窒化処理で原料紛体を窒化処理する際に、必ずしも原料紛体の窒化を完了しておく必要はない。即ち、プラズマ窒化処理で概ね窒化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、最終的に紛体を溶融することで窒化が完了するようにしてもよい。これにより、窒化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。
【００２８】
（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、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１に示すように、制御部２００は、ＣＰＵ２０５、ＲＡＭ２０６、及びＲＯＭ２０７を有する。ＲＯＭ２０７から呼び出したプロセスの制御プログラムをＲＡＭ２０６に保持することで、ＣＰＵ２０５は、造形物製造のプロセスコントローラとして機能する。ユーザーは、操作部２０１を通じてプロセス開始を指令する。
【００２９】
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）。図１に示すように、このステップＳ１１及びＳ１２で構成される雰囲気生成工程は、容器１０１内を第１の圧力に減圧した後に、容器１０１内に窒素を含む物質を供給して、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。
【００３０】
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１０ｋＰａ）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に原料粉体の薄層１０４を形成する。
【００３１】
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のプラズマ窒化処理ＰＮ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で構成される窒化工程では、ガス供給機構１０２及び電源１１３を作動させて、積層基材１１２上の原料粉体の薄層１０４をプラズマ窒化する。窒化工程は、酸素を減少させた窒素及び水素を含む雰囲気中で、薄層１０４に電源１１３により交流電圧を印加してプラズマを発生させることにより、薄層１０４の原料粉体を窒化する。窒化工程は、容器１０１内に生成された大気圧未満（好ましくは１Ｐａ以上２０ｋＰａ未満）の圧力の雰囲気中で実行される。窒化工程は、容器１０１から電気的に絶縁して容器１０１内に配置された造形容器１０７に形成工程により薄層１０４を形成して実行される。窒化工程は、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。
【００３２】
図３に示すように、制御部２００は、薄層１０４のプラズマ窒化処理ＰＮが終了すると（Ｓ１５のＹｅｓ）、走査加熱機構１０６及び光源１１０を作動させて、窒化薄層１０４’のレーザービーム加熱成形処理を実行する（Ｓ１６）。図４の（ｄ）に示すように、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、積層基材１１２上の窒化薄層１０４’を溶融して、固形化する。ビーム成形工程は、窒化薄層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、酸素を減少させた窒素及び水素を含む雰囲気中で、窒化薄層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。
【００３３】
図３に示すように、制御部２００は、窒化薄層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を停止させて窒化薄層１０４’におけるプラズマ発生も停止する（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）、プラズマ窒化処理（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。図４の（ｅ）に示すように、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、固形化された窒化薄層１０４’及び固形化されていない窒化薄層１０４’上に新たな原料粉体の薄層１０４の形成余地を形成する。図４の（ｆ）に示すように、２回目の形成工程では、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。造形容器１０７の底面上に形成工程により形成した薄層１０４を窒化工程により窒化させた窒化薄層１０４’上に薄層１０４を形成する。
【００３４】
図３に示すように、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内に外気を供給する（Ｓ２０）。そして、表示部２０２を通じて成型品の取り出しを許可する。
【００３５】
以上説明したように、造形物製造装置１００は、薄層形成とプラズマ窒化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、窒化薄層１０４’の薄膜層が積層された三次元の造形物３０１を造形する。
【００３６】
（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１〜３のように原料粉体の材料とプラズマ窒化処理条件とを異ならせて造形物３０１を製造し、成形された造形物３０１の物性等を試験した。
【００３７】
（実施例１）
実施例１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。
［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
［レーザービーム加熱成形処理の条件］
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：２０００回
造形物３０１の高さ：４０ｍｍ
【００３８】
実施例１において得られた造形物３０１の窒素濃度をＸＰＳを用いて分析した結果、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。これにより、通常ＳＵＳ６１３材料の硬度がＨＶ２００〜４００であるのに対して、実施例１では非常に高い剛性が得られることが確認された。
【００３９】
（実施例２）
実施例２では、以下の条件で、チタン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。
［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２０μｍのチタン粒子（Ｔｉ）
薄層１０４の層厚：４０μｍ
電圧条件：交流電圧２０ｋＶ、周波数１００ｋＨｚ
処理時間：１０分
［レーザービーム加熱成形処理の条件］
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：１００回
積層高さ：４ｍｍ
【００４０】
実施例２では、原料粉体の粒子径が大きいため、実施例１に比較して表面を通じたプラズマ窒化処理に時間がかかる。このため、抵抗加熱ヒータ１３７を用いて加熱を行い、プラズマ窒化処理／レーザービーム加熱成形処理を通じて薄層１０４および造形物３０１の温度を５００℃に維持した。薄層１０４および造形物３０１を高温に保つことで、窒素との反応速度を向上させ、プラズマ窒化処理速度を高めることができる。また、実施例２では、レーザービーム加熱成形の間も窒化薄層１０４’に交流電圧を印加し続けて、プラズマ発生を継続した。これにより、薄層１０４だけでなく造形物３０１に対しても窒素イオンをドープし続けることが可能となる。
【００４１】
実施例２において得られた造形物３０１の窒素濃度をＸＰＳを用いて分析した結果、４２％（原子数比率）であった。また、三次元の造形物３０１の密度をアルキメデス法を用いて計測した結果、９９．５％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、ＨＶ２７００であった。これにより、通常の粉体焼結によって得られたセラミック材料であるＴｉＮと同等以上の高剛性が得られることが確認された。
【００４２】
（実施例３）
実施例３では、以下の条件で、タングステンカーバイド粉体とコバルト粉体の混合体のプラズマ窒化処理／レーザービーム加熱成形を行った。
［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１：５の窒素ガスと水素ガスの混合気体
原料粉体：ガスアトマイズ法による粒径５μｍのタングステンカーバイド粉体に、水アトマイズ法による粒径２０μｍのコバルト粉体を５％混合した混合粉体
薄層１０４の層厚：４０μｍ
電圧条件：交流電圧２０ｋＶ、周波数１００ｋＨｚ
処理時間：１０分
［レーザービーム加熱成形処理の条件］
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：１００回
積層高さ：４ｍｍ
【００４３】
実施例３では、原料粉体が高融点材料であるため、実施例１に比較して表面を通じたプラズマ窒化処理に時間がかかる。このため、抵抗加熱ヒータ１３７を用いて加熱を行い、プラズマ窒化処理／レーザービーム加熱成形処理を通じて薄層１０４および造形物３０１の温度を６００℃に維持した。補助加熱は、薄層１０４および造形物３０１を高温に保つことで、窒素との反応速度をさらに向上させ、プラズマ窒化処理速度を高めることができる。また、実施例３では、レーザービーム加熱成形処理の間も窒化薄層１０４’に交流電圧を印加し続けて、プラズマ発生を継続した。これにより、薄層１０４だけでなく造形物３０１に対しても窒素イオンをドープし続けることが可能となる。
【００４４】
実施例３において得られた造形物３０１の窒素濃度をＸＰＳを用いて分析した結果、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、ＨＶ３５００であった。これにより、通常の粉体焼結によって得られる、コバルトをバインダーとしたタングステンカーバイドに対して、同等以上の高剛性が得られることが確認された。
【００４５】
（実施の形態１の効果）
実施の形態１では、原料粉体の薄層１０４を形成して薄層１０４のままプラズマ窒化処理する。このため、プラズマ発生時間を引き延ばすことで窒化薄層１０４’の窒素濃度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窒化薄層１０４’の窒素濃度を精密に制御することができる。
【００４６】
実施の形態１では、酸素を減少させた窒素を含む雰囲気中で、形成工程により形成された薄層１０４に交流電圧を印加してプラズマを発生させることにより薄層１０４の原料粉体を窒化する。このため、酸素によって原料粉体が酸化して不動態膜を形成する反応を回避して、原料粉体に対する窒素の浸透速度を高めることができる。
【００４７】
実施の形態１では、酸素を減少させた窒素及び水素を含む雰囲気中で、形成工程により形成された薄層１０４に交流電圧を印加してプラズマを発生させることにより薄層１０４の原料粉体を窒化する。このため、水素によって原料粉体の酸化膜を還元して不動態膜を解消する反応を促進して、原料粉体に対する窒素の浸透速度を高めることができる。
【００４８】
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実行される。このため、大気圧以上の雰囲気でプラズマを発生させる場合に比較して、プラズマ状態を安定に保つことができる。
【００４９】
実施の形態１では、容器１０１内に生成された１Ｐａ以上２０ｋＰａ未満の圧力の雰囲気中で実行される。このため、これよりも低い真空度でプラズマを発生させた場合に比較して、原料粉体に高濃度に窒素を含有させることができる。
【００５０】
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内に窒素を含む物質を供給して第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減少させることができる。原料粉体に含有される酸素や水分による雰囲気の汚染を回避できる。
【００５１】
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を発生させる。このため、原料粉体に交流電圧を印加した際の電流漏れが少なく、薄層１０４の表面にプラズマを集中させて効率的に窒化を進行させることができる。
【００５２】
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実行される。このため、加熱により原料粉体の窒化速度が高まることに加えて、積層される第１層から最終層まで原料粉体の窒化状態を均一に保つことができる。
【００５３】
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。このため、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く不動態膜に覆われている。実施の形態１では、不動態膜を除いて窒素を効率的に含有させることができる。
【００５４】
実施の形態１では、造形容器１０７の底面上に形成した薄層１０４を窒化させた窒化薄層１０４’上に次の薄層１０４を積層する。このため、狭い床面積の容器１０１でも、小さな平面積の造形容器１０７でも、大量の窒化された原料粉体を製造することができる。
【００５５】
実施の形態１では、窒化薄層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。そして、レーザービームであれば、高真空度ではなくても減衰や散乱は生じない。このため、１Ｐａ以上２０ｋＰａ未満の低い真空度でも電子ビームのように散乱されることなく窒化薄層１０４’を効率的に加熱できる。また、窒化薄層１０４’を形成して、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ことができる。
【００５６】
実施の形態１では、レーザービームＬＢの照射中も、１Ｐａ以上２０ｋＰａ未満の雰囲気が保たれる。このため、容器１０１内の気体分子の自由工程が短くなって、レーザービームＬＢの照射窓（１０６ｅ：図１）への原料粉体成分の蒸着が抑制される。
【００５７】
実施の形態１では、レーザービームＬＢの照射中も、酸素を減少させた窒素及び水素を含む雰囲気中で、窒化薄層１０４’に交流電圧を印加してプラズマを発生させている。このため、レーザービームＬＢの加熱によって失われる窒化薄層１０４’の窒素が補われる。
【００５８】
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。このため、造形容器１０７にプラズマを発生させることなく、薄層１０４の上面にプラズマを集中させることができる。
【００５９】
実施の形態１では、電極１０８が造形容器１０７内で薄層１０４又は窒化薄層１０４’に接触して交流電圧を印加する。このとき、薄層１０４自体が放電電極として振舞うため、他に平板電極等の部材が不要である。
【００６０】
実施の形態１では、薄層１０４のみに交流電圧を印加して薄層１０４のみにプラズマを発生させることができる。このため、薄層１０４の全面に対してプラズマ中の窒素イオンを効率良くドープして、高速かつ高濃度なプラズマ窒化処理が可能となる。
【００６１】
（造形物の窒素濃度）
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が窒化された窒化薄層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積層方向に結晶が並列に成長した結晶組織を有する。そして、造形物３０１は、原子数比で１０％以上の窒素を含み、また、造形物３０１の表面だけでなく内部まで均一に窒化されている。
【００６２】
ところで、実施の形態１では、造形物３０１の窒素濃度が１０％（原子数比率）以上となる。このような高濃度まで金属の原料粉体に窒素を含有させる技術は従来存在しなかった。窒素濃度が高い理由としては、プラズマ窒化処理により、原料粉体に対し、窒素イオンを高能率にドープできることが挙げられる。また、窒素濃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、窒化反応に十分な窒素元素を確保できることが挙げられる。また、例えば造形物３０１を製造してから窒化処理した場合は、造形物の内部まで窒素が浸透しないため、造形物３０１の表面だけが窒化処理され、内部まで均一に窒化されない。さらに、薄層を窒化したとしても、薄層の窒化が不十分であると、薄層の表面だけが窒化され、薄層の内部まで窒化されないため、造形物３０１の積層方向に不均一な窒素濃度の分布が形成される。これに対して、実施の形態１では、プラズマ雰囲気で薄層１０４を窒化することで、薄層の表面だけでなく薄層内部まで窒化でき、造形物３０１の内部まで均一に窒素濃度を高めることができる。
【００６３】
（造形物の密度）
上述したように、粉末床積層技術において樹脂をバインダー剤として三次元の造形物を造形した後、バインダー剤を加熱燃焼させつつ原料粉体を焼結させてセラミックスのような硬い材料の三次元形状を造形する積層後焼結結合技術が存在する。しかし、積層後焼結結合技術では、焼結結合のため、組織に多くの空隙を含み、得られる三次元の造形物の密度は高くても８５％程度である。
【００６４】
これに対して、酸素を含む大気中の雰囲気で行われる粉末床溶融結合技術では、鉄合金やチタン合金などの金属材料の原料粉体の薄層をレーザービーム加熱成形処理して積層することにより、密度が９９％以上の三次元の造形物の緻密な部品が得られる。
【００６５】
特に、実施の形態１の各実施例では、組織に空隙がほとんど存在しない密度が９９．５％以上の緻密な部品を得られる。実施の形態１では、三次元の造形物３０１の密度が、従来の金属に対する粉末床溶融結合法と同様に９９％以上となるとともに、従来の製法である粉体焼結によって製造された窒化セラミック部品と同等の高剛性が得られる。
【００６６】
＜実施の形態２＞
実施の形態２では、窒化紛体製造装置においてプラズマ窒化処理された原料粉体を使用して、窒化紛体製造装置とは別の造形物製造装置においてレーザービーム加熱成形処理を行うことにより造形物３０１を造形する。
【００６７】
（窒化紛体製造装置）
図５はプラズマ窒化処理のフローチャートである。実施の形態２では、図１の造形物製造装置１００を窒化紛体製造装置として用い、光源１１０及び走査加熱機構１０６をプラズマ窒化処理における加熱手段として用いる。図５に示すように、ユーザーが操作部２０１を通じてプラズマ窒化処理の開始を指令すると、制御部２００は、排気機構１０３を作動させて容器１０１内を排気する（Ｓ３１）。制御部２００は、容器１０１内が所定の真空度（１×１０−２Ｐａ）に達するとガス供給機構１０２を作動させて気体供給を開始する（Ｓ３２）。制御部２００は、容器１０１内の圧力がプロセス開始圧力に達すると、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（Ｓ３３）。そして、制御部２００は、電源１１３を作動させてプラズマ発生を開始し（Ｓ３４）、薄層１０４のプラズマ窒化処理ＰＮを設定時間が経過するまで実行する（Ｓ３５のＮｏ）。このとき、光源１１０から実施の形態１よりも出力を弱めて発生させたレーザービームＬＢを、走査加熱機構１０６により薄層１０４の表面全体に均一に走査してプラズマ窒化処理における薄層１０４の加熱に寄与させている。
【００６８】
制御部２００は、薄層１０４のプラズマ窒化処理ＰＮが終了すると（Ｓ３５のＹｅｓ）、電源１１３を停止させて窒化薄層１０４’におけるプラズマ発生を停止する（Ｓ３６）。そして、制御部２００は、積層基材１１２の下降回数が限界値に達して造形容器１０７が満杯になるまで（Ｓ３７のＮｏ）、薄層形成（Ｓ３３）、プラズマ窒化（Ｓ３４、Ｓ３５）、プラズマ発生停止（Ｓ３６）を繰り返す。その後、制御部２００は、積層基材１１２の下降回数が限界値に達すると（Ｓ３７のＹｅｓ）、気体供給を停止し（Ｓ３８）、容器１０１内に外気を供給する（Ｓ３９）。そして、表示部２０２を通じて窒化された原料粉体の取り出しを許可する。
【００６９】
以上説明したように、造形物製造装置１００は、薄層形成とプラズマ窒化処理とを繰り返すことにより、造形容器１０７内に窒化薄層１０４’を積層して、レーザービーム加熱成形処理がされていない窒化された原料粉体を製造する。そして、レーザービームＬＢを用いてプラズマ窒化処理における薄層１０４の加熱を行うことで、原料粉体の窒化速度を高めている。
【００７０】
（レーザービーム加熱成形装置）
図６はレーザービーム加熱成形処理のフローチャートである。実施の形態２では、図１の造形物製造装置１００をレーザービーム加熱成形装置として用いる。ユーザーは、薄層形成機構１０５に実施の形態１のような未窒化の原料粉体の代わりに、図５のプラズマ窒化処理により製造された窒化された原料粉末を充填した状態で、操作部２０１を通じてレーザービーム加熱成形処理の開始を指令する。
【００７１】
図６に示すように、制御部２００は、レーザービーム加熱成形処理の開始が指令されると、排気機構１０３を作動させて容器１０１内を排気する（Ｓ４１）。制御部２００は、容器１０１内が所定の真空度（１×１０−２Ｐａ）に達するとガス供給機構１０２を作動させて気体供給を開始する（Ｓ４２）。制御部２００は、容器１０１内の圧力がプロセス開始圧力に達すると、薄層形成機構１０５を作動させて造形容器１０７に窒化薄層１０４’を直接形成する（Ｓ４３）。そして、制御部２００は、電源１１３を作動させてプラズマ発生を開始し（Ｓ４４）、薄層１０４のプラズマエッチング処理ＰＥを設定時間が経過するまで実行する（Ｓ４５のＮｏ）。
【００７２】
制御部２００は、薄層１０４のプラズマエッチング処理ＰＥが終了すると（Ｓ４５のＹｅｓ）、走査加熱機構１０６及び光源１１０を作動させて、窒化薄層１０４’のレーザービーム加熱成形処理を実行する（Ｓ４６）。制御部２００は、窒化薄層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（Ｓ４６）、電源１１３を停止させて窒化薄層１０４’におけるプラズマ発生も停止する（Ｓ４７）。
【００７３】
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（Ｓ４８のＮｏ）、薄層形成（Ｓ４３）、プラズマエッチング（Ｓ４４、Ｓ４５）、レーザービーム加熱成形（Ｓ４６）、プラズマ発生停止（Ｓ４７）を繰り返す。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（Ｓ４８のＹｅｓ）、気体供給を停止し（Ｓ４９）、容器１０１内に外気を供給する（Ｓ５０）。そして、表示部２０２を通じて成型品の取り出しを許可する。
【００７４】
以上説明したように、造形物製造装置１００は、薄層形成とプラズマエッチング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、窒化薄層１０４’の薄膜層が積層された三次元の造形物３０１を造形する。
【００７５】
＜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窒化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窒化薄層を溶融して固形化する。
【００７６】
（造形物製造装置）
図７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７に示すように、実施の形態２の造形物製造装置は、窒化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、同様にプラズマ窒化処理／加熱成形処理のプロセスを実行する。したがって、図７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。
【００７７】
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。なお、実施の形態１と同様に、造形物製造装置３００を、原料紛体を窒化して窒化紛体を製造するだけの窒化紛体製造装置として用いることもできる。
【００７８】
（レーザービーム加熱溶融機構）
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。
【００７９】
電子ビーム加熱装置３０６は、造形容器１０７の上面の薄層１０４を、電子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、造形容器１０７の上面の原料粉体の窒化薄層１０４’の所望の固形化領域を溶融して固形化することができる。このとき、図２に示すように、抵抗加熱ヒータ１３７に通電して、窒化薄層１０４’の温度を高く保つことが望ましい。窒化薄層１０４’を加熱することで、電子ビーム加熱溶融の効率が高まって、低い電子ビーム出力でも高速度の成形が可能となる。窒化薄層１０４’の溶融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。
【００８０】
（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、窒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。
【００８１】
＜比較例＞
比較例の造形物製造装置は、実施の形態３の造形物製造装置を用いて、プラズマ窒化処理を行うことなく、原料粉体の電子ビーム溶融積層を実行する。したがって、図７を参照して説明する。図７に示すように、比較例３では、金属材料の粉末床溶融結合を行っている最中に、電子ビームを照射した材料と窒素を含む反応ガスとを接触させることで、金属の窒化を行いつつ積層する。容器１０１の内部は、ガス供給機構１０２と排気機構１０３とによって所望の真空度およびガス混合比に制御される。薄層形成機構１０５は、容器１０１の内部で原料粉体の薄層１０４を形成する。電子ビーム加熱装置３０６は、薄層１０４を電子ビーム溶融積層させる。
【００８２】
比較例では、電子ビームを薄層１０４に照射することで原料粉体の溶融積層を行うが、その際に電子ビームが照射されて加熱又は溶融された原料の金属材料と容器１０１内の窒素を含む反応ガスとを反応させることで、造形物の窒化処理が行われる。
【００８３】
比較例では、金属の一部を窒化して硬化させることは可能であるが、ＴｉＮやＡｌＮ、ＳｉＮなどの窒化セラミックスと同等の高剛性を有する三次元の造形物は得られていない。比較例において高剛性を有する造形物が得られない原因として、以下の２点が考えられる。原因の一つ目として、比較例３では、溶融積層処理中における電子ビームの照射径は数１０μｍ〜数１００μｍと非常に小さく、溶融のための照射時間も一ヵ所に数１０ｍｓｅｃ〜数秒だけである。このような局所的かつ短時間において、金属粒子を十分に窒化することは現実的ではない。
【００８４】
原因の二つ目として、比較例では、電子ビームの平均自由工程を担保するために容器１０１内を高真空度に維持する必要がある。このため、窒化処理を行うために容器１０１内を高濃度のガス分子の環境にすることができない。例えば、電子ビームを積層基材１１２上の数ｃｍの二次元領域に走査させるための飛程は少なくとも数１０ｃｍとなる。そして、電子ビームが数１０ｃｍの飛程を確保するために必要な真空度は１．０×１０−５Ｐａ〜１．０×１０−２Ｐａである。このような希薄なガス雰囲気中では、原料粉体の薄層の窒化処理に必要な窒素濃度が足りないため、得られる三次元の造形物の窒素濃度は最大でも３％（原子数比率）程度である。このように低い窒素濃度の雰囲気で窒化された窒化金属材料は、金属よりは硬いものの、窒化セラミックスには遠く及ばない。
【００８５】
これに対して、実施の形態１では、ほぼ０．１気圧という高濃度の窒素ガス雰囲気中で数分間以上もプラズマ窒化を行うことができるため、比較例が有する技術的な問題点を解消し、高い剛性を有する造形物３０１を得ることができる。
【００８６】
＜その他の実施の形態＞
本発明の窒化粉体製造方法、造形物製造方法、窒化粉体製造装置、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。
【００８７】
実施例１、２、３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。
【００８８】
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、水素ガスと窒素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ている初期段階では、水素ガスのみ、あるいは水素ガスとアルゴンガス等の不活性ガスを供給して原料粉体のいわゆるスパッタクリーニングを行ってもよい。
【００８９】
実施の形態１では、抵抗加熱ヒータ１３７によりプラズマ窒化処理中の加熱を実行した。しかし、プラズマ窒化処理中の加熱は、ヒータには限らない。窒素ガスと水素ガスとアルゴンガスの混合気体を供給し、薄層１０４に印加する交流電圧に重畳するマイナスのバイアス電圧を高めることにより、いわゆるスパッタ加熱を行ってもよい。
【００９０】
実施の形態２では、１回のプラズマ窒化処理ごとに容器１０１を大気圧に戻すいわゆるバッチ式の窒化粉体製造装置を説明した。しかし、窒化粉体製造装置は、プラズマ窒化処理を行う処理室に、大気中の原料粉体を処理室へ移動させるための減圧室と、窒化した原料粉体を処理室から大気中へ移動させるためのベント室と、を接続したインライン式の実施の形態で実施してもよい。
【００９１】
実施の形態２では、１個の容器１０１内に１個の造形容器１０７を配置する造形物製造装置を説明した。しかし、造形物製造装置は、１個の容器１０１内にプラズマ窒化処理用の複数の造形容器１０７とレーザービーム加熱成形処理用の１個の造形容器１０７とを配置した実施の形態を採用してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１００…窒化粉体製造装置、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…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…窒化粉体製造装置、造形物製造装置：３０１…造形物
【図１】
2017105075.tif 000003
【図２】
2017105075.tif 000004
【図３】
2017105075.tif 000005
【図４】
2017105075.tif 000006
【図５】
2017105075.tif 000007
【図６】
2017105075.tif 000008
【図７】
2017105075.tif 000009