JP7600547B2

JP7600547B2 - 付加製造装置

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Publication number: JP7600547B2
Application number: JP2020097440A
Authority: JP
Inventors: 高史溝口; 貴也長濱; 好一椎葉; 誠田野; 浩平加藤; 翔長谷川
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Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2024-12-17
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Also published as: US20210379668A1; DE102021114322A1; JP2021188111A; US12194537B2

Description

本発明は、付加製造装置に関する。

付加製造には、例えば、指向性エネルギー堆積（Directed Energy Deposition）方式、粉末床溶融結合（Powder Bed Fusion）方式等があることが知られている。指向性エネルギー堆積方式は、光ビーム（レーザビーム及び電子ビーム等）の照射と材料の供給を行う加工ヘッドの位置を制御することで付加製造を行う。指向性エネルギー堆積方式には、ＬＭＤ（Laser Metal Deposition）、ＤＭＰ（Direct Metal Printing）等が含まれる。粉末床溶融結合方式は、平らに敷き詰められた粉末材料に対して、光ビームを照射することで付加製造を行う。粉末床溶融結合方式には、ＳＬＭ（Selective Laser Melting）、ＥＢＭ（Electron Beam Melting）等が含まれる。

例えば、指向性エネルギー堆積方式のＬＭＤは、硬質材を含む粉末材料等を噴射しながら光ビームを照射することにより、粉末材料等を溶融させた後に凝固させることができる。これにより、ＬＭＤは、例えば、基材に対して部分的に硬質材の付加製造物を付加する肉盛技術として利用されている。

そして、例えば、特許文献１には、粉末材料を噴射すると共にレーザ光を照射する積層ヘッドと、積層ヘッドと一体に移動するように固定されて溶融した粉末材料を加熱する加熱ヘッドとを備えた付加製造装置が開示されている。従来の付加製造装置において、加熱ヘッドは、溶融した材料粉末の急激な温度低下を抑制したり、材料粉末が溶融し易い雰囲気を形成したりするようになっている。

特開２０１５－１９６２６５号

ところで、付加製造においては、基材及び供給された材料粉末の予熱と、粉末材料を溶融させて形成した溶融池の保温を適切に行うことが、付加製造物の品質を向上させる上で極めて重要である。この点に関し、特許文献１に開示された付加製造装置では、加熱ヘッドが積層ヘッドと一体に移動する、即ち、加熱ヘッドが積層ヘッドに対して相対移動不能とされている。このため、加熱ヘッドを用いても、時々刻々と変化する基材や材料粉末の予熱（加熱）、及び、溶融池の保温をきめ細かく調整することが極めて困難である。

本発明は、基材、粉末材料及び溶融池の予熱及び保温が容易であり、高品質な付加製造物を付加製造することができる付加製造装置を提供することを目的とする。

本発明の第一態様は、炭化タングステン（ＷＣ）である硬質材、並びに、コバルト（Ｃｏ）又はニッケル（Ｎｉ）である超硬バインダを含む粉末材料を基材に供給する粉末材料供給装置と、
前記基材に供給された前記粉末材料を前記粉末材料の融点以上に加熱して溶融する溶融光ビームを照射する溶融光ビーム照射装置と、
前記溶融光ビームが照射される照射範囲である溶融光照射範囲の外側にて前記融点未満に加熱して保温する保温光ビームを照射する保温光ビーム照射装置と、
前記基材の造形面に形成された付加製造物の状態を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された前記付加製造物の画像データに基づいて、前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの照射、並びに、前記基材に対する前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの相対的な走査について、前記溶融光ビーム照射装置及び前記保温光ビーム照射装置の各々を独立して制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記保温光ビームが照射される照射範囲であって前記溶融光照射範囲よりも大きな保温光照射範囲を前記溶融光照射範囲に重畳させた状態とし、且つ、前記撮像装置により撮像された前記付加製造物の画像データに基づいて前記溶融光照射範囲の外形の大きさに対する前記保温光照射範囲の外形の大きさが可変となるように、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の相対的な姿勢を制御する、付加製造装置にある。
本発明の第二態様は、炭化タングステン（ＷＣ）である硬質材、並びに、コバルト（Ｃｏ）又はニッケル（Ｎｉ）である超硬バインダを含む粉末材料を基材に供給する粉末材料供給装置と、
前記基材に供給された前記粉末材料を前記粉末材料の融点以上に加熱して溶融する溶融光ビームを照射する溶融光ビーム照射装置と、
前記溶融光ビームが照射される照射範囲である溶融光照射範囲の外側にて前記融点未満に加熱して保温する保温光ビームを照射する保温光ビーム照射装置と、
前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの照射、並びに、前記基材に対する前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの相対的な走査について、前記溶融光ビーム照射装置及び前記保温光ビーム照射装置の各々を独立して制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記保温光ビームが照射される照射範囲であって前記溶融光照射範囲よりも大きな保温光照射範囲を前記溶融光照射範囲に重畳させた状態とし、且つ、前記溶融光照射範囲の外形の大きさに対する前記保温光照射範囲の外形の大きさが可変となるように、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の相対的な姿勢を制御し、
前記制御装置は、
前記保温光ビームの照射方向が前記溶融光ビームの照射方向に対して傾いた状態で、前記保温光ビーム照射装置の前記姿勢を制御し、
前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の傾きを変化させることにより、前記溶融光照射範囲の外形の大きさに対する前記保温光照射範囲の外形の大きさを変化させる、付加製造装置にある。
本発明の第三態様は、炭化タングステン（ＷＣ）である硬質材、並びに、コバルト（Ｃｏ）又はニッケル（Ｎｉ）である超硬バインダを含む粉末材料を基材に供給する粉末材料供給装置と、
前記基材に供給された前記粉末材料を前記粉末材料の融点以上に加熱して溶融する溶融光ビームを照射する溶融光ビーム照射装置と、
前記溶融光ビームが照射される照射範囲である溶融光照射範囲の外側にて前記融点未満に加熱して保温する保温光ビームを照射する保温光ビーム照射装置と、
前記基材を前記基材の中心軸線の回りに回転させる第一モータと、
前記基材を前記中心軸線の方向に移動させる第二モータと、
前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの照射、並びに、前記基材に対する前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの相対的な走査について、前記溶融光ビーム照射装置及び前記保温光ビーム照射装置の各々を独立して制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記保温光ビームが照射される照射範囲であって前記溶融光照射範囲よりも大きな保温光照射範囲を前記溶融光照射範囲に重畳させた状態とし、且つ、前記溶融光照射範囲の外形の大きさに対する前記保温光照射範囲の外形の大きさが可変となるように、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の相対的な姿勢を制御し、
前記第一モータの回転及び前記第二モータの回転を制御することにより、前記基材における前記中心軸線回りの周面に対する、前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの相対的な走査を制御する、付加製造装置にある。

これによれば、保温光ビームを照射する保温光ビーム照射装置は、溶融光ビームを照射する溶融光ビーム照射装置に対して相対移動することにより、独立的に姿勢を変更することができる。これにより、溶融光ビームの溶融光照射範囲の大きさを変更することなく、保温光ビームの保温光照射範囲の大きさを独立して変更することができる。従って、保温光ビームによって加熱する範囲を自由に変更することができるため、例えば、時々刻々と変化する基材の温度や粉末材料の温度に応じて予熱（加熱）を調整したり、粉末材料が溶融されて形成された溶融池の保温を維持したりすることができる。従って、付加製造装置は、高品質な付加製造物を付加製造することができる。

付加製造装置を示す図である。図１の付加製造装置の移動装置を説明するための図である。溶融光ビームの溶融光照射範囲と保温光ビームの保温光照射範囲とを説明するための図である。図１の付加製造装置において基材に付加製造物を付加製造する場合のパワー密度と光照射範囲との関係を示すビームプロファイルである。図１の付加製造装置による付加製造物を付加製造する際の基材に付加した付加製造物の初期状態を示す断面図である。図５の状態から走査が進んだときの基材に付加製造した付加製造物の途中状態及び付加状態を示す断面図である。超硬バインダであるコバルト（Ｃｏ）の凝固点における冷却速度を説明するためのグラフである。付加製造装置制御プログラムのフローチャートである。保温光ビームのパワー密度の変更を説明するためのビームプロファイルである。予熱を抑制する際の保温光ビームの保温光照射範囲の変更を説明するための図である。予熱を強める際の保温光ビームの保温光照射範囲の変更を説明するための図である。保温光ビームの照射形状の変更例を示す図である。保温光ビームの照射形状の変更例を示す図である。溶融光照射範囲と保温光照射範囲との重畳を説明するための図である。溶融光照射範囲と保温光照射範囲との重畳を説明するための図である。

（１．付加製造装置の概要）
本例の付加製造装置は、例えば、指向性エネルギー堆積方式であってＬＭＤ方式を採用する。本例において、付加製造装置は、硬質材である硬質粉末材料に結合粉末材料を混合した粉末材料を基材に向けて噴射しながら光ビームを照射することにより、基材に硬質の付加製造物を付加製造する。粉末材料、特に、硬質粉末材料と基材は、異なる材料でも良く、同一種類の材料でも良い。更に、粉末材料は、硬質粉末材料と結合粉末材料とを固めた造粒粉末でも良い。

本例では、硬質材である炭化タングステン（ＷＣ）の硬質粉末材等を用いて造形される硬質の付加製造物を、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）を用いて形成された基材に付加製造する場合について説明する。本例においては、結合粉末材料は、炭化タングステン（ＷＣ）を結合する超硬バインダとして作用するコバルト（Ｃｏ）を用いる。ここで、炭化タングステン（ＷＣ）の融点（凝固点）は、２８７０℃であり、超硬バインダであるコバルト（Ｃｏ）の融点（凝固点）の１４９５℃よりも高い。尚、本例においては、超硬バインダとしてコバルト（Ｃｏ）を用いる。しかし、超硬バインダはコバルト（Ｃｏ）に限られず、例えば、ニッケル（Ｎｉ）を超硬バインダとして用いることも可能である。

（２．付加製造装置１００の構成）
図１に示すように、付加製造装置１００は、粉末材料供給装置１１０、光ビーム照射装置１２０及び制御装置１３０を主に備える。尚、本例の付加製造装置１００の基本的な構成及び動作については、周知のＬＭＤ型の付加製造装置と同等である。このため、付加製造装置１００についての詳細な構成及び動作等の説明については省略する。

粉末材料供給装置１１０は、ホッパ１１１、バルブ１１２、ガスボンベ１１３及び噴射ノズル１１４を備える。ホッパ１１１は、結合粉末材料Ｐ２が混合された硬質粉末材料Ｐ１を貯蔵する。尚、以下の説明において、硬質粉末材料Ｐ１と結合粉末材料Ｐ２とを混合した粉末材料を「粉末材料Ｐ」と称呼する。

バルブ１１２は、粉末導入バルブ１１２ａ、粉末供給バルブ１１２ｂ及びガス導入バルブ１１２ｃを備える。粉末導入バルブ１１２ａは、配管１１１ａを介してホッパ１１１と接続される。粉末供給バルブ１１２ｂは、配管１１４ａを介して噴射ノズル１１４と接続される。ガス導入バルブ１１２ｃは、配管１１３ａを介してガスボンベ１１３と接続される。

噴射ノズル１１４及び配管１１４ａは、噴射ノズル１１４側に傾斜部分を有する筒状の容器１１５に収容される。噴射ノズル１１４は、容器１１５の傾斜部分の先端に配置される。そして、噴射ノズル１１４は、配管１１４ａを介して、例えば、ガスボンベ１１３から供給される高圧の窒素により、粉末材料Ｐを基材Ｂ、より詳しくは、付加製造物ＦＦを造形する造形面Ｂ１に向けて噴射する。尚、粉末材料Ｐを噴射するガスは、窒素に限定されるものではなく、アルゴン等の不活性ガスであっても良い。

光ビーム照射装置１２０は、溶融光ビーム照射装置１２１と、保温光ビーム照射装置１２２と、溶融光ビーム照射装置１２１及び保温光ビーム照射装置１２２の各々を独立して相対移動させる移動装置１２３を主に備える。ここで、図１及び図２に示すように、溶融光ビーム照射装置１２１と保温光ビーム照射装置１２２とは、移動装置１２３によって各々が照射する光ビームの照射方向（光軸）が交差する、或いは、ねじれの位置関係を有するように配置される。つまり、図３に示すように、溶融光ビーム照射装置１２１と保温光ビーム照射装置１２２とは、溶融光ビーム照射装置１２１による溶融光ビームＭＢＭの照射範囲と、保温光ビーム照射装置１２２による保温光ビームＫＢＭの照射範囲と、が重畳するように（重なるように）、配置される。

溶融光ビーム照射装置１２１は、溶融光ビーム生成部１２１ａにより生成され供給される溶融光ビームＭＢＭを基材Ｂの造形面Ｂ１に直交するように照射する溶融光ビーム照射部１２１ｂを備える。溶融光ビーム生成部１２１ａは、制御装置１３０によって制御されて、溶融光ビームＭＢＭを生成する。

溶融光ビーム照射部１２１ｂは、容器１１５の内部において、噴射ノズル１１４の近傍に配置される。具体的に、溶融光ビーム照射部１２１ｂは、噴射ノズル１１４から噴射される粉末材料Ｐの供給位置に向けて溶融光ビームＭＢＭが照射可能となるように、容器１１５の傾斜部分の先端に配置される。

溶融光ビームＭＢＭは、容器１１５の内部に配置された図示省略のコリメータレンズや集光レンズ等の光学系を通して溶融光ビームＭＢＭを照射する。そして、溶融光ビームＭＢＭは、図１に示すように、基材Ｂにおいて粉末材料供給装置１１０から供給された粉末材料Ｐを溶融することにより溶融池ＭＰを形成する。尚、「加工ヘッド」は、噴射ノズル１１４、溶融光ビーム照射装置１２１及び容器１１５を含んで構成されることにより、粉末材料Ｐと溶融光ビームＭＢＭとは一体に移動する。

保温光ビーム照射装置１２２は、保温光ビーム生成部１２２ａにより生成され供給される保温光ビームＫＢＭを基材Ｂの造形面Ｂ１に照射する保温光ビーム照射部１２２ｂを備える。保温光ビーム照射装置１２２は、保温光ビームの照射方向（光軸）が、溶融光ビーム照射装置１２１による溶融光ビームＭＢＭの照射方向（光軸）に対して傾きを有するように配置される。保温光ビーム照射装置１２２は、基材Ｂ又は基材Ｂ上に供給されて未溶融の状態にある粉末材料Ｐを加熱して保温する。

保温光ビーム生成部１２２ａは、制御装置１３０によって制御されて、保温光ビームＫＢＭを生成する。保温光ビーム照射部１２２ｂは、筒状の容器１２２ｃにおいて、基材Ｂに対向する先端に配置される。具体的に、保温光ビーム照射部１２２ｂは、溶融光ビーム照射装置１２１から照射された溶融光ビームＭＢＭの照射範囲に重ねて保温光ビームＫＢＭが照射可能となるように、容器１２２ｃの先端に配置される。又、保温光ビーム照射部１２２ｂは、形成された溶融池ＭＰに対し、溶融光ビーム照射装置１２１の走査方向にて前側及び後側、特に、少なくとも後側に向けて保温光ビームＫＢＭが照射可能となるように、容器１２２ｃの先端に配置される。

保温光ビームＫＢＭは、容器１２２ｃの内部に配置された図示省略のコリメータレンズや集光レンズ等の光学系を通して保温光ビームＫＢＭを照射する。そして、保温光ビームＫＢＭは、基材Ｂの造形面Ｂ１及び供給された未溶融の粉末材料Ｐを予熱（加熱）すると共に、溶融光ビームＭＢＭによって形成された溶融池ＭＰを保温する。

移動装置１２３は、図２に示すように、第一ロボットアーム１２３ａ及び第二ロボットアーム１２３ｂを主に備える。第一ロボットアーム１２３ａは、溶融光ビーム照射装置１２１（即ち、加工ヘッド）を支持する。そして、第一ロボットアーム１２３ａは、基材Ｂの造形面Ｂ１に対して、溶融光ビームＭＢＭの照射方向（即ち、溶融光ビームＭＢＭの光軸）が直交する状態で、溶融光ビーム照射装置１２１を相対変位させる。

第二ロボットアーム１２３ｂは、保温光ビーム照射装置１２２を支持する。具体的に、第二ロボットアーム１２３ｂは、溶融光ビームＭＢＭの照射方向（溶融光ビームＭＢＭの光軸）に対して保温光ビームＫＢＭの照射方向（保温光ビームＫＢＭの光軸）が傾いた姿勢、換言すれば、造形面Ｂ１に対して保温光ビームＫＢＭの照射方向（保温光ビームＫＢＭの光軸）が傾いた姿勢で、保温光ビーム照射装置１２２を支持する。そして、第二ロボットアーム１２３ｂは、保温光ビーム照射装置１２２を、溶融光ビーム照射装置１２１に追従させて、基材Ｂに対して相対変位させる。

ここで、本例においては、図３に示すように、溶融光ビーム照射装置１２１は、円形状の照射形状となる溶融光ビームＭＢＭを照射する。又、保温光ビーム照射装置１２２は、溶融光ビームＭＢＭの照射範囲に重畳し且つ溶融光ビームＭＢＭの照射範囲の外側を囲う四角形状の照射形状となる保温光ビームＫＢＭを照射する。そして、保温光ビームＫＢＭの照射範囲の保温光ビームＫＢＭの走査方向における長さ（長辺又は長軸）は、溶融光ビームＭＢＭの走査方向における溶融光ビームＭＢＭの照射範囲の長さに対して１．５倍以上、好ましくは、２倍以上、より好ましくは３倍以上に設定される。

これにより、溶融光ビームＭＢＭは、主として、基材Ｂの造形面Ｂ１において粉末材料Ｐを溶融することにより、図１に示すように、複数のビードＮによる付加製造物ＦＦを付加製造する。又、保温光ビームＫＢＭは、主として、基材Ｂの造形面Ｂ１を予熱する。又、保温光ビームＫＢＭは、主として、基材Ｂの造形面Ｂ１に付加製造された付加製造物ＦＦ（より詳しくは、粉末材料Ｐが溶融した溶融池ＭＰ）の温度低下を抑制することにより保温する。

尚、本例においては、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭとして、レーザ光を用いる。しかしながら、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭは、レーザ光に限られず、電磁波であれば例えば電子ビームを用いることも可能である。又、本例においては、円形状の溶融光ビームＭＢＭに対して四角形状の保温光ビームＫＢＭを重畳するように照射するが、照射形状についてはこれらに限定されるものではない。

制御装置１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース等を主要構成部品とするコンピュータ装置である。制御装置１３０は、粉末材料供給装置１１０の粉末供給を制御する。具体的に、制御装置１３０は、粉末供給バルブ１１２ｂ及びガス導入バルブ１１２ｃの開閉を制御することにより、噴射ノズル１１４から基材Ｂの造形面Ｂ１に向けた粉末材料Ｐの噴射供給を制御する。

制御装置１３０は、光ビーム照射装置１２０即ち溶融光ビーム照射装置１２１、保温光ビーム照射装置１２２及び移動装置１２３の光照射を制御する。具体的に、制御装置１３０は、溶融光ビーム照射装置１２１の溶融光ビーム生成部１２１ａ及び保温光ビーム照射装置１２２の保温光ビーム生成部１２２ａの動作をそれぞれ制御する。これにより、制御装置１３０は、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの各々の出力条件を独立して制御する。ここで、出力条件としては、例えば、それぞれのレーザ出力や、図３に示すように、溶融光ビームＭＢＭの照射範囲である溶融光照射範囲ＭＳ及び保温光ビームＫＢＭの照射範囲である保温光照射範囲ＫＳの各単位面積当たりのレーザ出力（Ｗ）であるパワー密度の分布形状、即ち、ビームプロファイルを挙げることができる。

ここで、制御装置１３０は、図４に示すように、溶融光ビームＭＢＭのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークＭＢＰ１を、保温光ビームＫＢＭのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークＫＢＰ１より増加させる制御を行う。溶融光ビームＭＢＭのレーザ出力は、硬質粉末材料Ｐ１及び結合粉末材料Ｐ２を溶融して溶融池ＭＰを形成できる温度となるように制御される。又、保温光ビームＫＢＭのレーザ出力は、硬質粉末材料Ｐ１及び結合粉末材料Ｐ２を溶融させることがない所定の温度となるように制御される。

又、制御装置１３０は、移動装置１２３の第一ロボットアーム１２３ａ及び第二ロボットアーム１２３ｂを作動させることにより、保温光ビームＫＢＭを溶融光ビームＭＢＭの軌跡に追従させる。この場合、制御装置１３０は、第二ロボットアーム１２３ｂを作動させることにより、保温光ビームＫＢＭの照射範囲の大きさや保温光ビームＫＢＭの光軸の溶融光ビームＭＢＭの光軸に対する角度等を制御することができる。これにより、溶融光ビームＭＢＭの照射範囲（溶融光照射範囲）の大きさに対する保温光ビームＫＢＭの照射範囲（保温光照射範囲）の大きさが可変となるように、制御装置１３０は、溶融光ビーム照射装置１２１に対する保温光ビーム照射装置１２２の相対的な姿勢を制御することができる。

更に、制御装置１３０は、基材Ｂの造形面Ｂ１に対する溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの相対的な走査を制御する。具体的に、本例においては、制御装置１３０は、モータＭ１の回転を制御して基材Ｂを中心軸線Ｃの回りに回転させると共に、モータＭ２の回転を制御して基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させる。これにより、基材Ｂの周面に対する溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの相対的な走査を制御する。

尚、本例においては、制御装置１３０が基材Ｂを回転及び移動させるようにする。しかしながら、制御装置１３０が移動装置１２３を制御することにより、溶融光ビーム照射装置１２１及び保温光ビーム照射装置１２２を基材Ｂの造形面Ｂ１に対して相対的に移動させることが可能であることは言うまでもない。

更に、制御装置１３０は、撮像装置１４０と接続される。撮像装置１４０は、溶融光ビーム照射装置１２１に組み付けられており、基材Ｂの造形面Ｂ１に形成された付加製造物ＦＦ（ビードＮ）の状態を撮像する。撮像装置１４０は、例えば、赤外線カメラやサーモグラフィ等を用いることができる。

（３．付加製造物ＦＦの付加製造方法の概略）
次に、付加製造物ＦＦ（ビードＮ）の付加製造方法について説明する。付加製造物ＦＦ（ビードＮ）の付加製造方法では、第一段階として、保温光ビームＫＢＭにより、付加製造物ＦＦ（ビードＮ）の付加製造処理における前処理である予熱処理を行う。

一般に、基材Ｂの造形面Ｂ１の温度が低い状態では、溶融光ビームＭＢＭの照射による熱エネルギーが基材Ｂに逃げ易い。これにより、第二段階において付加製造物ＦＦ（ビードＮ）を基材Ｂの造形面Ｂ１に付加製造する場合、溶融不足の発生等の溶融の不良要因となり易いため、第一段階で保温光ビームＫＢＭを用いて基材Ｂの造形面Ｂ１を予熱（加熱）する。

このとき、予熱処理における保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳは、溶融光ビームＭＢＭの溶融光照射範囲ＭＳと重なり（溶融光ビームＭＢＭの光軸に交差し）且つ溶融光ビームＭＢＭの走査方向ＳＤの前側の保温光照射範囲ＫＳＦまで照射する（図５を参照）。又、予熱処理における保温光ビームＫＢＭのレーザ出力は、基材Ｂの造形面Ｂ１が溶融せずに所定の温度となるように制御される。

一方、例えば、複数のビードＮが形成されることによって基材Ｂの造形面Ｂ１の温度が上昇して高い状態では、溶融光ビームＭＢＭの照射による熱エネルギーが過多になり易い。これにより、第二段階において付加製造物ＦＦ（ビードＮ）を基材Ｂの造形面Ｂ１に付加製造する場合、ビードＮのビード幅が広がったりビード高さが変動等したりして付加製造の不良要因となり易い。このため、第一段階で保温光ビームＫＢＭを用いた基材Ｂの造形面Ｂ１の予熱を抑制する。

このとき、予熱処理における保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳとしては、溶融光照射範囲ＭＳと重なる（溶融光ビームＭＢＭの光軸と交差する）。ここで、保温光ビームＫＢＭのパワー密度は、溶融光ビームＭＢＭのパワー密度に比べて小さい。このため、溶融光ビームＭＢＭによる粉末材料Ｐの溶融に対する影響は小さい。

次に、第二段階として、図５及び図６に示すように、溶融光ビームＭＢＭを照射することにより、溶融光照射範囲ＭＳにおいて、基材Ｂの造形面Ｂ１の一部及び粉末材料Ｐを溶融して溶融池ＭＰを形成する溶融処理を行う。又、この溶融処理においては、保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳのうち、溶融光ビームＭＢＭの走査方向ＳＤにて溶融光ビームＭＢＭよりも前側の保温光照射範囲ＫＳＦにて、保温光ビームＫＢＭの一部により溶融池ＭＰの形成処理の前処理としての予熱処理を行う。

そして、図６に示すように、溶融光ビームＭＢＭを走査方向ＳＤに走査する（本例では、基材Ｂが回転することにより走査するが、図６では便宜上、溶融光ビームＭＢＭを走査するものとして説明する。）ことで溶融池ＭＰを拡大させることにより、付加製造物ＦＦ（ビードＮ）を付加製造する。ここで、本例の付加製造物ＦＦ（ビードＮ）は、硬質粉末材料Ｐ１の炭化タングステン（ＷＣ）が超硬バインダとして作用する結合粉末材料Ｐ２のコバルト（Ｃｏ）によって結合されて形成されるものである。そして、本例の付加製造物ＦＦは、基材Ｂの周方向に沿って筋状に形成される複数のビードＮによって構成される（図１を参照）。

又、溶融光ビームＭＢＭは、溶融池ＭＰを拡大させるように粉末材料Ｐを溶融させた後、走査方向ＳＤに順次移動する。このため、保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳのうち、溶融光ビームＭＢＭの走査方向ＳＤにて溶融光ビームＭＢＭよりも後側の保温光照射範囲ＫＳＢにおいて、保温光ビームＫＢＭの一部が溶融池ＭＰを照射する。これにより、保温光ビームＫＢＭは、付加製造物ＦＦの付加製造の後処理としての保温処理を行う。

ところで、上述したように、複数のビードＮが形成されることによって基材Ｂの造形面Ｂ１の温度が高い状態では、溶融光ビームＭＢＭの照射による熱エネルギーが過多になる場合がある。この場合、制御装置１３０は、保温光照射範囲ＫＳを小さくする。但し、制御装置１３０は、保温処理を継続するために、保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳとしては、溶融光照射範囲ＭＳと重なり（即ち、溶融光ビームＭＢＭの光軸と交差し）、且つ、後側の保温光照射範囲ＫＳＢに保温光ビームＫＢＭを照射する。

ここで、予熱（及び保温）の効果について説明しておく。図７に付加製造物ＦＦにおける温度の時間変化の線図を示すように、基材Ｂの予熱が行われない場合（図７にて破線により示す）には、コバルト（Ｃｏ）の凝固点即ち融点を超えるまで加熱された後において急速に付加製造物ＦＦの温度が低下する。つまり、予熱がない場合には、凝固後において予め与えられている熱エネルギーが相対的に小さい。このため、従って、図７にて太い二点鎖線により示すように、コバルト（Ｃｏ）の凝固点における単位時間当たりの温度低下を表す冷却速度（℃／ｓ）、即ち、コバルト（Ｃｏ）の凝固点における接線の傾きは大きくなり、急冷となる。

一方、基材Ｂが予熱されて予熱温度（加熱温度）が６００℃以上の場合（図７にて実線により示す）には、コバルト（Ｃｏ）の凝固点即ち融点を超えるまで加熱された後において緩やかに付加製造物ＦＦの温度が低下する。つまり、予熱がある場合には、凝固した後において予め与えられている熱エネルギーが相対的に大きい。このため、図７にて太い二点鎖線により示すように、コバルト（Ｃｏ）の凝固点における冷却速度（℃／ｓ）は、予熱がない場合に比べて、小さくなる。

従って、結合粉末材料Ｐ２のコバルト（Ｃｏ）の凝固点における冷却速度（℃／ｓ）を適切に設定することにより、付加製造物ＦＦの割れを抑制できる。具体的に、コバルト（Ｃｏ）の凝固点における冷却速度（℃／ｓ）を５４０℃／ｓ以下となるように基材Ｂを予熱（及び保温）した場合に、付加製造物ＦＦの急冷が防止され、付加製造物ＦＦの割れが生じることを抑制することができる。

このため、制御装置１３０は、保温光ビームＫＢＭのパワー密度のビームプロファイルを、冷却速度が５４０℃／ｓ以下となるように設定し、保温光ビーム照射装置１２２の作動を制御する。これにより、保温光ビームＫＢＭが照射される保温光照射範囲ＫＳにおいては、５４０℃／ｓ以下となる冷却速度となり、換言すれば、６００℃以上の状態で保温され、急冷が防止される。その結果、付加製造物ＦＦの割れを抑制することができる。

（４．付加製造物ＦＦの付加製造方法の詳細）
次に、付加製造物ＦＦの付加製造方法の詳細について説明する。制御装置１３０は、図８に示す付加製造装置制御プログラムの実行をステップＳ１０にて開始し、続くステップＳ１１にて、制御装置１３０は、粉末材料供給装置１１０の作動を制御する。即ち、制御装置１３０は、粉末材料供給装置１１０のバルブ１１２、具体的には、粉末供給バルブ１１２ｂ及びガス導入バルブ１１２ｃの開閉を制御し、予め設定された供給量の粉末材料Ｐを噴射ノズル１１４から基材Ｂに供給する。そして、制御装置１３０は、粉末材料Ｐを基材Ｂに供給すると、ステップＳ１２のステップ処理を実行する。

ステップＳ１２においては、制御装置１３０は、光ビーム照射装置１２０の溶融光ビーム照射装置１２１及び保温光ビーム照射装置１２２を作動させる。そして、制御装置１３０は、前記ステップＳ１１にて基材Ｂに供給された粉末材料Ｐに対して溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭを照射し、基材Ｂの造形面Ｂ１にビードＮ即ち付加製造物ＦＦを付加製造する。

ステップＳ１３においては、制御装置１３０は、撮像装置１４０によって撮像されたビードＮの画像データＧを取得する。そして、制御装置１３０は、ステップＳ１４のステップ処理を実行する。尚、制御装置１３０は、静止画である画像データＧを取得することに限られず、例えば、撮像装置１４０によって撮像された動画である動画データを取得しても可能である。

ステップＳ１４においては、制御装置１３０は、前記ステップＳ１３にて取得した画像データＧ（又は、動画データ）に基づき、形成されたビードＮの形成状態として、ビードＮの幅を表すビード幅Ｗが安定しているか否かを判定する。具体的に、ビード幅Ｗが予め設定された最小ビード幅ＷＬと最大ビード幅ＷＨとによって規定される範囲内に存在する場合、ビード幅Ｗは安定している。一方、ビード幅Ｗが最小ビード幅ＷＬと最大ビード幅ＷＨとによって規定される範囲外に存在する場合、ビード幅Ｗは不安定である。

従って、制御装置１３０は、ビード幅Ｗが最小ビード幅ＷＬ以上であり、且つ、最大ビード幅ＷＨ未満である場合、ステップＳ１４にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ１５のステップ処理を実行する。一方、制御装置１３０は、ビード幅Ｗが最小ビード幅ＷＬ未満、又は、ビード幅Ｗが最大ビード幅ＷＨ以上である場合、ステップＳ１４にて「Ｎｏ」と判定する。そして、制御装置１３０は、前記ステップＳ１２のステップ処理を実行する。

上述したように、ビード幅Ｗが最大ビード幅ＷＨ以上になる場合、予熱処理による基材Ｂの温度が高くなり、溶融光ビームＭＢＭが照射された際のエネルギーが過多になっている可能性がある。即ち、エネルギーが過多になった場合、供給された粉末材料Ｐが過剰に溶融するために溶融池ＭＰが大きくなり、その結果、ビード幅Ｗが最大ビード幅ＷＨ以上になる。一方、ビード幅Ｗが最小ビード幅ＷＬ未満になる場合、予熱処理による基材Ｂの温度が低く、溶融不足が発生している可能性がある。即ち、溶融不足が発生する場合、溶融池ＭＰが小さくなり、その結果、ビード幅Ｗが最小ビード幅ＷＬ未満になる。

そこで、制御装置１３０は、ステップＳ１４における「Ｎｏ」の判定処理に従い、前記ステップＳ１２のステップ処理を実行する際、ビード幅Ｗが最大ビード幅ＷＨ以上の場合と、ビード幅Ｗが最小ビード幅ＷＬ未満の場合とに応じて、光ビーム照射装置１２０の作動内容を調整する。以下、具体的に説明する。

ビード幅Ｗが最大ビード幅ＷＨ以上の場合、上述したように、光ビーム照射装置１２０によるエネルギー過多が主な要因である。このため、制御装置１３０は、基材Ｂの予熱によるエネルギーを減少させるべく、保温光ビームＫＢＭのパワー密度を低減させる。又、必要に応じて、溶融池ＭＰを小さくするために溶融光ビームＭＢＭのパワー密度を低減させる。この場合、制御装置１３０は、図９に示すように、ビームプロファイルにおいて、保温光ビームＫＢＭのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークＫＢＰ１を低減させる。

或いは、制御装置１３０は、基材Ｂの予熱によるエネルギーを減少させるべく、移動装置１２３の第二ロボットアーム１２３ｂを作動させることにより、図１０に示すように、保温光照射範囲ＫＳを小さくする（前側の保温光照射範囲ＫＳＦを相対的に小さくする）。この場合、制御装置１３０は、第二ロボットアーム１２３ｂを作動させて、例えば、溶融光ビームＭＢＭの光軸に対する保温光ビームＫＢＭの光軸の傾きを小さくする（角度を小さくする）。これにより、保温光照射範囲ＫＳを小さくすることができる。

尚、この場合においても、制御装置１３０は、保温光ビームＫＢＭの後側の保温光照射範囲ＫＳＢによって溶融池ＭＰは保温される。これにより、形成された溶融池ＭＰが急冷されることが抑制され、形成された付加製造物ＦＦ（ビードＮ）における割れの発生を防止することができる。

一方、ビード幅Ｗが最小ビード幅ＷＬ未満の場合、上述したように、予熱不足が主な要因である。このため、制御装置１３０は、基材Ｂの予熱によるエネルギーを増加させるべく、保温光ビームＫＢＭの出力を増大させる。この場合、制御装置１３０は、図９に示すビームプロファイルにおいて、保温光ビームＫＢＭのパワー密度のビームプロファイルにおけるピークＫＢＰ１を増大させる。

或いは、制御装置１３０は、基材Ｂの予熱によるエネルギーを増加させるべく、移動装置１２３の第二ロボットアーム１２３ｂを作動させることにより、図１１に示すように、保温光照射範囲ＫＳを大きくする（前側の保温光照射範囲ＫＳＦを相対的に大きくする）。この場合、制御装置１３０は、第二ロボットアーム１２３ｂを作動させて、例えば、溶融光ビームＭＢＭの光軸に対する保温光ビームＫＢＭの光軸の傾きを大きくする（角度を大きくする）。これにより、保温光照射範囲ＫＳを大きくすることができて、基材Ｂの造形面Ｂ１を良好に予熱することができる。

又、この場合、制御装置１３０は、第二ロボットアーム１２３ｂを作動させて、例えば、保温光ビーム照射装置１２２を基材Ｂから離間する方向に相対移動させると共に、保温光ビームＫＢＭの出力を増大させる。これにより、保温光ビーム照射装置１２２が基材Ｂから離間する方向に相対移動することに伴って保温光照射範囲ＫＳが大きくなる。そして、保温光照射範囲ＫＳが大きくなる場合、パワー密度が相対的に低下するため、保温光ビームＫＢＭの出力を増大させる。これにより、前側の保温光照射範囲ＫＳＦを相対的に大きくすることができると共に、保温光照射範囲ＫＳＦにおける保温光ビームＫＢＭによって基材Ｂを良好に予熱することができる。

制御装置１３０は、ビード幅Ｗに応じて光ビーム照射装置１２０及び移動装置１２３の作動内容を調整すると、調整した作動内容に従って光ビーム照射装置１２０を作動させる。そして、再び、前記ステップＳ１３以降の各ステップ処理を実行する。

一方、図８に示す前記ステップＳ１４にて「Ｙｅｓ」と判定すると、制御装置１３０は、ステップＳ１５のステップ処理を実行する。即ち、制御装置１３０は、ステップＳ１５において、前記ステップＳ１３にて取得した画像データＧ（或いは、動画データ）に基づき、形成されたビードＮの形成状態として、ビードＮの高さを表すビード高さＨが安定しているか否かを判定する。具体的に、ビード高さＨが予め設定された最小ビード高さＨＬと最大ビード高さＨＨとによって規定される範囲内に存在する場合、ビード高さＨは安定している。一方、ビード高さＨが最小ビード高さＨＬと最大ビード高さＨＨとによって規定される範囲外に存在する場合、ビード高さＨは不安定である。

従って、制御装置１３０は、ビード高さＨが最小ビード高さＨＬ以上であり、且つ、最大ビード高さＨＨ未満である場合、ステップＳ１５にて「Ｙｅｓ」と判定して、ビードＮ即ち付加製造物ＦＦの形成を継続し、付加製造物ＦＦの形成が完了すると、ステップＳ１６にてプログラムの実行を終了する。一方、制御装置１３０は、ビード高さＨが最小ビード高さＨＬ未満、又は、ビード高さＨが最大ビード幅ＷＨ以上である場合、ステップＳ１５にて「Ｎｏ」と判定する。そして、制御装置１３０は、前記ステップＳ１１のステップ処理を実行する。

ビード高さＨが最大ビード高さＨＨ以上になる場合、基材Ｂに供給される粉末材料Ｐの供給量が過多になっている可能性がある。即ち、粉末材料Ｐの供給量が過多であり供給された粉末材料Ｐが溶融することにより、ビード高さＨが最大ビード高さＨＨ以上になる。一方、ビード高さＨが最小ビード高さＨＬ未満になる場合、基材Ｂに供給される粉末材料Ｐの供給量が過小になっている可能性がある。即ち、粉末材料Ｐの供給量が過小であり供給された粉末材料Ｐの全てが溶融されても、ビード高さＨが最小ビード高さＨＬ未満になる。

そこで、制御装置１３０は、ステップＳ１５における「Ｎｏ」の判定処理に従い、前記ステップＳ１１のステップ処理を実行する際、ビード高さＨが最大ビード高さＨＨ以上の場合と、ビード高さＨが最小ビード高さＨＬ未満の場合とに応じて、粉末材料供給装置１１０から供給される粉末材料Ｐの供給量を調整する。以下、具体的に説明する。

ビード高さＨが最大ビード高さＨＨ以上の場合、上述したように、粉末材料供給装置１１０から供給される粉末材料Ｐの供給量の過多が主な要因である。このため、制御装置１３０は、基材Ｂに供給する粉末材料Ｐの供給量を減少させる。即ち、制御装置１３０は、粉末材料供給装置１１０のバルブ１１２、具体的には、粉末供給バルブ１１２ｂ及びガス導入バルブ１１２ｃの開度を小さくする。尚、この場合、制御装置１３０は、ビードＮの単位長さ当たりの供給量が低減するように、粉末材料Ｐの供給量を変更することなく、加工ヘッドの走査速度を上げることもできる。

一方、ビード高さＨが最小ビード高さＨＬ未満の場合、上述したように、粉末材料供給装置１１０から供給される粉末材料Ｐの供給量の過小が主な要因である。このため、制御装置１３０は、基材Ｂに供給する粉末材料Ｐの供給量を増加させる。即ち、制御装置１３０は、粉末材料供給装置１１０のバルブ１１２、具体的には、粉末供給バルブ１１２ｂ及びガス導入バルブ１１２ｃの開度を大きくする。尚、この場合、制御装置１３０は、ビードＮの単位長さ当たりの供給量が増加するように、粉末材料Ｐの供給量を変更することなく、加工ヘッドの走査速度を下げることもできる。

制御装置１３０は、ビード高さＨに応じて粉末材料供給装置１１０の作動内容を調整すると、調整した作動内容に従って粉末材料供給装置１１０、具体的には、バルブ１１２を作動させる。そして、再び、前記ステップＳ１２以降の各ステップ処理を実行する。

以上の説明からも理解できるように、付加製造装置１００によれば、保温光ビームＫＢＭを照射する保温光ビーム照射装置１２２は、溶融光ビームＭＢＭを照射する溶融光ビーム照射装置１２１に対して相対移動することにより、独立的に姿勢を変更することができる。これにより、溶融光ビームＭＢＭの溶融光照射範囲ＭＳの大きさを変更することなく、保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳの大きさを独立して変更することができる。従って、保温光ビームＫＢＭによって加熱する範囲を自由に変更することができるため、例えば、時々刻々と変化する基材Ｂの造形面Ｂ１の温度に応じて予熱（加熱）を調整したり、粉末材料Ｐが溶融されて形成された溶融池ＭＰの保温を調整したりすることができる。従って、付加製造装置１００は、高品質な付加製造物ＦＦを付加製造することができる。

（５．その他）
上述した本例においては、溶融光ビームＭＢＭの照射形状を円形状とした。しかし、溶融光ビームＭＢＭの照射形状は、例えば、多角形とすることも可能である。又、上述した本例においては、保温光ビームＫＢＭの照射形状を四角形状とした。しかし、保温光ビームＫＢＭの照射形状は、例えば、図１２に示す楕円形状（円形状）や、図１３に示すように溶融光ビームＭＢＭを含むように円環状（又は四角環状等）、或いは、矩形以外の多角形とすることも可能である。更に、溶融光ビームＭＢＭと保温光ビームＫＢＭとは、図１４及び図１５に示すように、少なくとも一部で重畳していれば良い。これらの場合においても、上述した本例と同様の効果が期待できる。

又、上述した本例では、付加製造装置１００において、粉末材料供給装置１１０により、基材Ｂの造形面Ｂ１に対して硬質粉末材料Ｐ１及び結合粉末材料Ｐ２からなる粉末材料Ｐを噴射して供給するようにした。しかしながら、造形面Ｂ１への材料供給に関しては、粉末材料Ｐに限定されず、金属製の線形材料からなる、例えば、ワイヤ等を材料供給装置により供給することも可能である。この場合においては、供給された線形材料が光ビーム照射装置１２０から照射された溶融光ビームＭＢＭにより溶融され且つ保温光ビームＫＢＭにより保温されることにより、基材Ｂの造形面Ｂ１に付加製造物ＦＦを付加製造することができる。従って、上述した本例と同様の効果が期待できる。

更に、上述した本例等では、付加製造装置１００がＬＭＤ方式を採用した場合を説明した。これに代えて、付加製造装置がＳＬＭ方式を採用した場合であっても、保温光ビームが溶融池（付加製造物）を保温することが可能である。但し、ＳＬＭを採用した場合、通常、光ビームの走査速度はＬＭＤの光ビームの走査速度よりも速い。このため、付加製造装置がＳＬＭを採用した場合には、例えば、通常の付加製造時よりも溶融光ビーム及び保温光ビームの走査速度を低下させることが好ましい。走査速度を低下させるほど、保温光ビームＫＢＭによる保温効果がより発揮される。

１００…付加製造装置、１１０…粉末材料供給装置、１１１…ホッパ、１１１ａ…配管、１１２…バルブ、１１２ａ…粉末導入バルブ、１１２ｂ…粉末供給バルブ、１１２ｃ…ガス導入バルブ、１１３…ガスボンベ、１１３ａ…配管、１１４…噴射ノズル、１１４ａ…配管、１１５…容器、１２０…光ビーム照射装置、１２１…溶融光ビーム照射装置、１２１ａ…溶融光ビーム生成部、１２１ｂ…溶融光ビーム照射部、１２２…保温光ビーム照射装置、１２２ａ…保温光ビーム生成部、１２２ｂ…保温光ビーム照射部、１２２ｃ…容器、１２３…移動装置、１２３ａ…第一ロボットアーム、１２３ｂ…第二ロボットアーム、１３０…制御装置、１４０…撮像装置、Ｂ…基材、Ｂ１…造形面、Ｃ…中心軸線、ＦＦ…付加製造物、Ｎ…ビード、ＭＰ…溶融池、ＫＢＭ…保温光ビーム、ＭＢＭ…溶融光ビーム、ＭＳ…溶融光照射範囲、ＫＳ…保温光照射範囲、ＫＳＢ…後側の保温光照射範囲、ＫＳＦ…前側の保温光照射範囲、Ｍ１…モータ、Ｍ２…モータ、Ｐ…粉末材料、Ｐ１…硬質粉末材料、Ｐ２…結合粉末材料、Ｇ…画像データ、ＳＤ…走査方向、ＳＳ…外側光照射範囲、Ｗ…ビード幅、ＷＨ…最大ビード幅、ＷＬ…最小ビード幅、Ｈ…ビード高さ、ＨＨ…最大ビード高さ、ＨＬ…最小ビード高さ

Claims

炭化タングステン（ＷＣ）である硬質材、並びに、コバルト（Ｃｏ）又はニッケル（Ｎｉ）である超硬バインダを含む粉末材料を基材に供給する粉末材料供給装置と、
前記基材に供給された前記粉末材料を前記粉末材料の融点以上に加熱して溶融する溶融光ビームを照射する溶融光ビーム照射装置と、
前記溶融光ビームが照射される照射範囲である溶融光照射範囲の外側にて前記融点未満に加熱して保温する保温光ビームを照射する保温光ビーム照射装置と、
前記基材の造形面に形成された付加製造物の状態を撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された前記付加製造物の画像データに基づいて、前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの照射、並びに、前記基材に対する前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの相対的な走査について、前記溶融光ビーム照射装置及び前記保温光ビーム照射装置の各々を独立して制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記保温光ビームが照射される照射範囲であって前記溶融光照射範囲よりも大きな保温光照射範囲を前記溶融光照射範囲に重畳させた状態とし、且つ、前記撮像装置により撮像された前記付加製造物の画像データに基づいて前記溶融光照射範囲の外形の大きさに対する前記保温光照射範囲の外形の大きさが可変となるように、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の相対的な姿勢を制御する、付加製造装置。
前記保温光照射範囲の外形は、前記保温光ビームの前記走査の方向に沿った長辺を有する四角形状、又は、前記保温光ビームの前記走査の方向に沿った長軸を有する楕円形状であり、
前記制御装置は、前記画像データに基づいて、前記保温光ビームの長手方向の長さが可変となるように、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の相対的な姿勢を制御する、請求項１に記載の付加製造装置。
前記制御装置は、
前記保温光ビームの照射方向が前記溶融光ビームの照射方向に対して傾いた状態で、前記保温光ビーム照射装置の前記姿勢を制御し、
前記画像データに基づいて、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の傾きを変化させることにより、前記保温光ビームの長手方向の長さを変化させる、請求項２に記載の付加製造装置。
前記制御装置は、
前記保温光ビームの照射方向が前記溶融光ビームの照射方向に対して傾いた状態で、前記保温光ビーム照射装置の前記姿勢を制御し、
前記画像データに基づいて、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の傾きを変化させることにより、前記溶融光照射範囲の外形の大きさに対する前記保温光照射範囲の外形の大きさを変化させる、請求項１に記載の付加製造装置。
前記保温光照射範囲は、前記溶融光照射範囲における前記溶融光ビームの前記走査の方向の前側端よりも前側領域を含み、前記溶融光照射範囲における前記溶融光ビームの前記走査の方向の後側端よりも後側領域を含み、
前記制御装置は、前記画像データに基づいて、前記保温光照射範囲における前記溶融光ビームの前記走査の方向において前記前側領域の長さが可変となるように、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の相対的な姿勢を制御する、請求項１－４の何れか一項に記載の付加製造装置。
前記制御装置は、前記画像データにおける前記付加製造物のビード幅に基づいて、前記溶融光照射範囲の外形の大きさに対する前記保温光照射範囲の外形の大きさが可変となるように、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の相対的な姿勢を制御する、請求項１－５の何れか一項に記載の付加製造装置。
炭化タングステン（ＷＣ）である硬質材、並びに、コバルト（Ｃｏ）又はニッケル（Ｎｉ）である超硬バインダを含む粉末材料を基材に供給する粉末材料供給装置と、
前記基材に供給された前記粉末材料を前記粉末材料の融点以上に加熱して溶融する溶融光ビームを照射する溶融光ビーム照射装置と、
前記溶融光ビームが照射される照射範囲である溶融光照射範囲の外側にて前記融点未満に加熱して保温する保温光ビームを照射する保温光ビーム照射装置と、
前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの照射、並びに、前記基材に対する前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの相対的な走査について、前記溶融光ビーム照射装置及び前記保温光ビーム照射装置の各々を独立して制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記保温光ビームが照射される照射範囲であって前記溶融光照射範囲よりも大きな保温光照射範囲を前記溶融光照射範囲に重畳させた状態とし、且つ、前記溶融光照射範囲の外形の大きさに対する前記保温光照射範囲の外形の大きさが可変となるように、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の相対的な姿勢を制御し、
前記制御装置は、
前記保温光ビームの照射方向が前記溶融光ビームの照射方向に対して傾いた状態で、前記保温光ビーム照射装置の前記姿勢を制御し、
前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の傾きを変化させることにより、前記溶融光照射範囲の外形の大きさに対する前記保温光照射範囲の外形の大きさを変化させる、付加製造装置。
前記保温光照射範囲の外形は、前記保温光ビームの前記走査の方向に沿った長辺を有する四角形状、又は、前記保温光ビームの前記走査の方向に沿った長軸を有する楕円形状であり、
前記制御装置は、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の傾きを変化させることにより、前記保温光ビームの長手方向の長さを変化させる、請求項７に記載の付加製造装置。
炭化タングステン（ＷＣ）である硬質材、並びに、コバルト（Ｃｏ）又はニッケル（Ｎｉ）である超硬バインダを含む粉末材料を基材に供給する粉末材料供給装置と、
前記基材に供給された前記粉末材料を前記粉末材料の融点以上に加熱して溶融する溶融光ビームを照射する溶融光ビーム照射装置と、
前記溶融光ビームが照射される照射範囲である溶融光照射範囲の外側にて前記融点未満に加熱して保温する保温光ビームを照射する保温光ビーム照射装置と、
前記基材を前記基材の中心軸線の回りに回転させる第一モータと、
前記基材を前記中心軸線の方向に移動させる第二モータと、
前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの照射、並びに、前記基材に対する前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの相対的な走査について、前記溶融光ビーム照射装置及び前記保温光ビーム照射装置の各々を独立して制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記保温光ビームが照射される照射範囲であって前記溶融光照射範囲よりも大きな保温光照射範囲を前記溶融光照射範囲に重畳させた状態とし、且つ、前記溶融光照射範囲の外形の大きさに対する前記保温光照射範囲の外形の大きさが可変となるように、前記溶融光ビーム照射装置に対する前記保温光ビーム照射装置の相対的な姿勢を制御し、
前記第一モータの回転及び前記第二モータの回転を制御することにより、前記基材における前記中心軸線回りの周面に対する、前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの相対的な走査を制御する、付加製造装置。
前記溶融光ビームの照射方向は、前記基材において付加製造物を造形する造形面に直交する方向である、請求項１－９の何れか一項に記載の付加製造装置。
前記保温光照射範囲は、前記保温光ビームの前記走査の方向に沿った長辺を有する四角形状である、請求項７－９の何れか一項に記載の付加製造装置。
前記保温光照射範囲は、前記保温光ビームの前記走査の方向に沿った長軸を有する楕円形状である、請求項７－９の何れか一項に記載の付加製造装置。
前記保温光照射範囲は、円形状の前記溶融光照射範囲を内部に収容する円環状である、請求項７－９の何れか一項に記載の付加製造装置。
前記保温光照射範囲の外形は、前記溶融光照射範囲における前記溶融光ビームの前記走査の方向の前側端よりも前側領域を含み、前記溶融光照射範囲における前記溶融光ビームの前記走査の方向の後側端よりも後側領域を含み、且つ、前記溶融光ビームの前記走査の方向において前記前側領域よりも前記後側領域が長くなる、請求項７－９の何れか一項に記載の付加製造装置。
前記制御装置は、
前記溶融光ビームが照射されて前記粉末材料が溶融することにより形成された溶融池を前記保温光ビームが照射する際、前記保温光ビームの単位面積当たりの出力を表すパワー密度を、前記溶融池における単位時間当たりの温度低下を表す冷却速度が前記溶融池に含まれる前記超硬バインダの凝固点において５４０℃／ｓ以下となるように制御する、請求項１－１４の何れか一項に記載の付加製造装置。
前記制御装置は、
前記基材上における前記粉末材料の温度に基づいて、少なくとも前記保温光ビームの前記パワー密度を変更する、請求項１５に記載の付加製造装置。
前記保温光ビームは、前記基材を６００℃以上に加熱する、請求項１５又は１６に記載の付加製造装置。
前記制御装置は、少なくとも前記溶融光ビームの前記走査の方向に対して後側における前記保温光ビームの前記パワー密度を制御する、請求項１５－１７の何れか一項に記載の付加製造装置。
前記粉末材料供給装置は、前記基材に対し前記粉末材料を噴射して供給するものであり、前記溶融光ビーム照射装置と一体に移動可能に設けられる、請求項１－１８の何れか一項に記載の付加製造装置。
前記制御装置は、前記溶融光ビーム照射装置によって照射された前記溶融光ビームの前記走査の軌跡を追従するように、前記保温光ビーム照射装置によって照射された前記保温光ビームの前記走査を制御する、請求項１－１９の何れか一項に記載の付加製造装置。
前記保温光ビーム照射装置は、前記基材を加熱して保温する、請求項１－２０の何れか一項に記載の付加製造装置。
前記硬質材の融点は、前記超硬バインダの融点よりも高い、請求項１－２１の何れか一項に記載の付加製造装置。