WO2015141032A1 - 積層造形装置及び積層造形物の製造方法 - Google Patents

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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an additive manufacturing apparatus and an additive manufacturing method.
  • a powdery modeling material made of a metal material is sprayed, and a layer is formed by irradiating and melting the modeling material with a laser beam, and such processes are repeated.
  • a technique called a so-called directional energy deposition method is known in which a three-dimensional layered object is manufactured by stacking layers.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an additive manufacturing apparatus and an additive manufacturing method capable of forming an additive model that partially projects.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a main part configuration of the layered manufacturing apparatus.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a main part of the layered manufacturing apparatus.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing an example of manufacturing a layered object using the same layered manufacturing apparatus.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of manufacturing a support model using the layered modeling apparatus.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing an example of manufacturing the layered object.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of the layered object and the support object.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a main part configuration of the layered manufacturing apparatus.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a main
  • FIG. 8 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the additive manufacturing apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of manufacturing a support model using the layered modeling apparatus.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the configuration of the main material and the binding material of the support material used in the layered manufacturing apparatus.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a main material and a binding material used in the additive manufacturing apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the configuration of the main material used in the layered manufacturing apparatus according to the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an example of manufacturing a support model using the layered modeling apparatus according to the fifth embodiment and the sixth embodiment.
  • the additive manufacturing apparatus of the embodiment includes the nozzle device, the optical system, and a control device.
  • the nozzle device is capable of supplying powder to an elephant, and is formed so as to form a layer for modeling a molded object, and a nozzle formed so as to be able to irradiate the object with energy rays.
  • a supply device that selectively supplies a powdery support material for forming a support layer capable of forming the layer formed of the material and the modeling material on the upper surface thereof;
  • the optical system outputs the energy rays that can melt the modeling material supplied to the object and partially melt the support material supplied to the object to the nozzle.
  • the control device is formed so as to control the supply amount of the modeling material and the supply amount of the support material that are driven to the nozzle and supplied to the nozzle, and is formed on the object by the modeling material.
  • the layer and the support layer are stacked.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically illustrating the configuration of the additive manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of nozzles 33 and 43 used in the additive manufacturing apparatus 1
  • FIG. 4 is an explanatory view showing an example of manufacturing a layered object 100 using the layered manufacturing apparatus 1
  • FIG. 5 shows the layered apparatus 1.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of manufacturing the layered object 100
  • FIG. 7 is an example of the configuration of the layered object 100 and the support object 101. It is explanatory drawing which shows the structure of 110b and the support layer 110c.
  • the additive manufacturing apparatus 1 includes a processing tank 11, a stage 12, a moving device 13, a nozzle device 14, an optical device 15, a measuring device 16, a removing device 17, and a control device 18. And.
  • the additive manufacturing apparatus 1 can form the additive object 100 having a predetermined shape by laminating a plurality of the forming materials 121 and 122 supplied by the nozzle device 14 as a layer on the object 110 provided on the stage 12. Is formed.
  • the layered object 100 is formed in a so-called overhang shape having a protruding portion 100 a that partially projects.
  • the layered modeling apparatus 1 causes the object 110 to stack a plurality of support materials 131 supplied by the nozzle device 14 in a layered manner, so that at least the projecting portion 100a below the projecting portion 100a of the layered model 100 is provided.
  • projection part 110a is formed in the range provided so that modeling is possible.
  • the object 110 is a base 110a for modeling the layered object 100 on its upper surface, a layer 110b that forms part of the layered object 100, or a support layer that forms part of the support object 101. 110c or the like.
  • the object 110 is an object to which the modeling materials 121 and 122 and the support material 131 are supplied by the nozzle device 14.
  • the modeling materials 121 and 122 are powder metal materials, and a single metal material or a plurality of different metal materials, for example, the first modeling material 121 and the second modeling material 122 are used. In the present embodiment, a configuration for modeling the layered object 100 using the two first modeling materials 121 and the second modeling material 122 will be described.
  • the support material 131 is, for example, a powder metal material.
  • the processing tank 11 includes a main chamber 21, a sub chamber 22 formed adjacent to the main chamber 21, and a door 23 that can open and close the main chamber 21 and can close the main chamber 21 in an airtight manner. ing.
  • the main chamber 21 is formed so that the stage 12, the moving device 13, a part of the nozzle device 14, and the measuring device 16 can be arranged therein.
  • the main chamber 21 includes, for example, a supply port 21a through which an inert gas such as nitrogen and argon is supplied, and a discharge port 21b through which the gas in the main chamber 21 is discharged.
  • the main chamber 21 is connected to a supply device whose supply port 21a supplies an inert gas.
  • the discharge port 21 b is connected to a discharge device that discharges the gas in the main chamber 21.
  • the sub chamber 22 is formed so that the main chamber 21 and the space can continue through the door portion 23.
  • the layered object 100 processed in the main chamber 21 is conveyed.
  • the sub-chamber 22 is, for example, a transfer device 24 such as a transfer device that loads the manufactured layered product 100 and transports it from the main chamber 21 or a transport arm that adsorbs and transports the layered product 100 with a vacuum head or the like. It has. Moreover, the subchamber 22 is equipped with the removal apparatus 17 which removes the support modeling thing 101 from the laminated modeling thing 100 in the inside. The sub chamber 22 is isolated from the main chamber 21 by closing the door portion 23 when the layered object 100 is formed.
  • a transfer device 24 such as a transfer device that loads the manufactured layered product 100 and transports it from the main chamber 21 or a transport arm that adsorbs and transports the layered product 100 with a vacuum head or the like. It has.
  • the subchamber 22 is equipped with the removal apparatus 17 which removes the support modeling thing 101 from the laminated modeling thing 100 in the inside.
  • the sub chamber 22 is isolated from the main chamber 21 by closing the door portion 23 when the layered object 100 is formed.
  • the stage 12 is formed so as to be able to support the object 110 at the top thereof.
  • the moving device 13 is formed to be able to move the stage 12 in three axial directions.
  • the nozzle device 14 can selectively supply a plurality of types of modeling materials 121 and 122 to the object 110 on the stage 12 by a predetermined amount, and emits a laser beam 200 as energy rays for melting the modeling materials 121 and 122. It is made possible.
  • the nozzle device 14 includes a first nozzle device 14 a that supplies modeling materials 121 and 122 that model the layered object 100, and a second nozzle device 14 b that supplies support material 131 that supports the layered object 100.
  • symbol is attached
  • the first nozzle device 14 a includes a first supply device 31 that can supply the first modeling material 121, a second supply device 32 that can supply the second modeling material 122, and the first supply device 31 and the second supply device 32.
  • a nozzle 33 connected to the optical device 15 and a supply pipe 34 connecting the first supply device 31 and the nozzle 33 and the second supply device 32 and the nozzle 33 are provided.
  • the first modeling material 121 is a powdered metal material.
  • the second modeling material 122 is a metal material that is powdery and different from the first modeling material.
  • the first supply device 31 includes a tank 31a that stores the first modeling material 121, and a supply unit 31b that supplies the first modeling material 121 from the tank 31a to the nozzle 33 by a predetermined amount.
  • the supply means 31b is formed so as to be able to supply the first modeling material 121 in the tank 31a to the nozzle 33 using an inert gas such as nitrogen or argon as a carrier.
  • the supply means 31b is formed so that the supply amount of the 1st modeling material 121 to supply and the injection speed (supply speed) of the 1st modeling material 121 injected from the nozzle 33 can be adjusted.
  • the second supply device 32 includes a tank 32a that stores the second modeling material 122, and a supply unit 32b that supplies the second modeling material 122 from the tank 32a to the nozzle 33 by a predetermined amount.
  • the supply means 32b is formed to be able to supply the second modeling material 122 in the tank 32a to the nozzle 33 using an inert gas such as nitrogen or argon as a carrier, for example.
  • the supply means 32b is formed so that the supply amount of the 2nd modeling material 122 to supply and the injection speed (supply speed) of the 2nd modeling material 122 injected from the nozzle 33 can be adjusted.
  • the nozzle 33 is connected to the first supply device 31 and the second supply device 32 via a supply pipe 34.
  • the nozzle 33 is connected to the optical device 15 via a cable 210 that can pass the laser beam 200.
  • the nozzle 33 is formed to be movable with respect to the stage 12.
  • the nozzle 33 is provided in the outer shell 36, the injection port 37 that ejects the first modeling material 121 and the second modeling material 122 from the tip, and the optical path that allows the laser light 200 to pass therethrough. Part 38 and an optical lens 39 provided in the light path part 38.
  • the nozzle 33 is formed so that the powdered first modeling material 121 and the second modeling material 122 supplied from the first supply device 31 and the second supply device 32 can be mixed.
  • the nozzle 33 can mix the powdery 1st modeling material 121 and the 2nd modeling material 122 which were supplied from the 1st supply apparatus 31 and the 2nd supply apparatus 32 in the inside, for example, or the some injection nozzle 37
  • the first modeling material 121 and the second modeling material 122 are respectively ejected from the first and second molding materials 122 so that the first modeling material 121 and the second modeling material 122 can be mixed after injection.
  • a plurality of injection ports 37 are provided, one part is the first injection port 37 a connected to the first supply device 31, and the other part is connected to the second supply device 32. It demonstrates using the structure which is the 2nd injection nozzle 37b.
  • the injection port 37 includes the injection port 37 in which the first modeling material 121 and the second modeling material 122 conveyed by the gas supplied from the first supply device 31 and the second supply device 32. Are formed so as to be inclined with respect to the axis of the outer body 36, more specifically, the optical axis of the emitted laser light 200, so as to intersect at a predetermined distance from the center.
  • the light passage portion 38 is provided along the axis of the outer body 36.
  • the optical lens 39 is provided in the light path portion 38, for example.
  • Two optical lenses 39 are provided so as to convert the laser light 200 from the cable 210 into parallel light and to converge the parallel light.
  • the optical lens 39 is configured to converge most at a predetermined position, specifically, at a position where the first modeling material 121 and the second modeling material 122 injected from the injection port 37 intersect.
  • the second nozzle device 14 b includes a third supply device 41 that can supply the support material 131, a nozzle 43 connected to the third supply device 41 and the optical device 15, and a supply that connects the third supply device 41 and the nozzle 43.
  • a tube 34 is
  • the third supply device 41 includes a tank 41a for storing the support material 131, and a supply means 41b for supplying the support material 131 from the tank 41a to the nozzle 43 by a predetermined amount.
  • the supply means 41b is formed to be able to supply the support material 131 in the tank 41a to the nozzle 43 using, for example, an inert gas such as nitrogen or argon as a carrier.
  • the supply means 41 b is formed so as to be able to adjust the supply amount of the support material 131 to be supplied and the injection speed (supply speed) of the support material 131 injected from the nozzle 43.
  • the support material 131 is a powdery metal material, and is composed of a material having a higher melting point than the first modeling material 121 and the second modeling material 122 that model the layered object 100.
  • the nozzle 43 is connected to the third supply device 41 via the supply pipe 34.
  • the nozzle 43 is connected to the optical device 15 via a cable 210 that can pass the laser beam 200.
  • the nozzle 43 is formed to be movable with respect to the stage 12.
  • the nozzle 43 is provided in the outer shell 36, a plurality of ejection ports 37 that eject the support material 131 from the tip thereof, a light passage portion 38 that allows the laser light 200 to pass, and a light passage. And an optical lens 39 provided in the section 38.
  • the optical device 15 includes a light source 51 and an optical system 52 connected to the light source 51 via a cable 210.
  • the light source 51 has a light emitting element and is a supply source of the laser light 200 formed so that the laser light 200 can be emitted from the light emitting element.
  • the light source 51 is formed so that the power density of the emitted laser light can be changed.
  • the optical system 52 is formed so that the laser beam 200 emitted from the light source 51 can be supplied to the nozzles 33 and 43, and the base 110a, the layer 110b, and the support layer 110c, which are the objects 110, can be irradiated.
  • the optical system 52 includes a first lens 61, a second lens 62, a third lens 63, a fourth lens 64, and a galvano scanner 65.
  • the first lens 61, the second lens 62, the third lens 63, and the fourth lens 64 are fixed.
  • the optical system 52 is an adjustment device capable of moving the first lens 61, the second lens 62, the third lens 63, and the fourth lens 64 in two axial directions, specifically, in a direction orthogonal to or intersecting the optical path. May be provided.
  • the first lens 61 is formed so that the laser beam 200 incident through the cable 210 can be converted into parallel light, and the converted laser beam 200 can be incident on the galvano scanner 65.
  • the same number of second lenses 62 as the nozzles 33 and 43 are provided. In the present embodiment, three second lenses 62 are provided.
  • the second lens 62 is formed so that the laser beam 200 emitted from the galvano scanner 65 is converged and the laser beam 200 can be emitted to the nozzle 33 via the cable 210.
  • the third lens 63 is formed so that the laser beam 200 emitted from the galvano scanner 65 is converged and the laser beam 200 can be irradiated on the object 110.
  • the fourth lens 64 is formed so that the laser beam 200 emitted from the galvano scanner 65 is converged and the laser beam 200 can be irradiated onto the object 110.
  • the galvano scanner 65 is formed so that the parallel light converted by the first lens 61 can be divided into a second lens 62, a third lens 63, and a fourth lens 64.
  • the galvano scanner 65 includes a first galvanometer mirror 67, a second galvanometer mirror 68, and a branch mirror 69.
  • Each of the galvanometer mirrors 67 and 68 is formed so that the inclination angle can be varied and the laser beam 200 can be divided.
  • the branch mirror 69 is formed so that the laser beam 200 can be split.
  • the first galvanometer mirror 67 allows part of the laser beam 200 that has passed through the first lens 61 to pass therethrough so as to emit the laser beam 200 to the second galvanometer mirror 68 and reflect the other part of the laser beam 200. Then, the laser beam 200 is emitted to the fourth lens 64.
  • the first galvanometer mirror 67 is formed such that the irradiation position of the laser beam 200 that has passed through the fourth lens 64 can be adjusted by the inclination angle.
  • the second galvanometer mirror 68 emits a part of the laser light 200 to the branch mirror 69 and reflects the other part of the laser light 200 to the third lens 63.
  • the second galvanometer mirror 68 is formed such that the irradiation position of the laser beam 200 that has passed through the third lens 63 can be adjusted by the inclination angle.
  • the branch mirror 69 emits the laser beam 200 to the second lens 62.
  • the branch mirror 69 has, for example, a configuration that reflects the laser light 200 and emits it to each second lens 62, or a configuration that selectively emits the laser light 200 to any one of the second lenses 62.
  • Such an optical system 52 includes a first modeling material 121 (123) and a second modeling material 122 (123) supplied to the object 110 by the first galvanometer mirror 67, the second galvanometer mirror 68, and the third lens 63.
  • the support material 131 is heated to form the layer 110b or the support layer 110c, and the melting device 55 that performs an annealing process is configured.
  • the melting device 55 melts the first modeling material 121 and the second modeling material 122 supplied from the nozzle 33 on the base 110a or on the formed layer 110b by the laser beam 200 to form the layer 110b. In addition, the melting device 55 melts a part of the support material 131 supplied from the nozzle 43 on the base 110a, the layer 110b, or the support layer 110c with the laser beam 200 to form the support layer 110c.
  • the optical system 52 includes unnecessary portions formed on the base 110a, the layer 110b, and the support layer 110c by the first modeling material 121, the second modeling material 122, and the support material 131, and the first galvanometer mirror 67 and the fourth lens.
  • a trimming device 56 is configured to be removed by the laser beam 200 supplied by 64.
  • the trimming device 56 is unnecessary when the first modeling material 121, the second modeling material 122, and the support material 131 are supplied from the nozzles 33 and 43, and is generated when the layer 110b and the support layer 110c are formed.
  • the part is formed to be removable.
  • the unnecessary part is a part different from the predetermined shape of the layered object 100 and the predetermined shape of the support object 101.
  • the trimming device 56 is formed so as to emit a laser beam 200 having a power density capable of removing the portion.
  • the measuring device 16 measures the shapes of the layer 110b and the support layer 110c, which are the shapes of the solidified materials 121, 122, and 131 on the base 110a, and the shapes of the formed layered object 100 and the support object 101. It is possible to be formed.
  • the measuring device 16 is formed so as to be able to transmit the measured shape information to the control device 18.
  • the measurement device 16 includes a camera 71 and an image processing device 72 that performs image processing based on information measured by the camera 71.
  • the measuring device 16 is formed so as to be able to measure the shapes of the layer 110b, the support layer 110c, the layered object 100, and the support object 101 by, for example, an interference method or a light cutting method.
  • the removal device 17 is formed so as to be able to mechanically remove the support molded article 101 by shot blasting, for example.
  • the structure which removes the support molded article 101 by cutting etc. may be sufficient as the removal apparatus 17.
  • the control device 18 includes a signal line 220 to the moving device 13, the removing device 17, the transport device 24, the first supply device 31, the second supply device 32, the third supply device 41, the light source 51, the galvano scanner 65, and the image processing device 72. It is electrically connected via.
  • the control device 18 is configured to be able to move the stage 12 in three axial directions by controlling the moving device 13.
  • the control device 18 can transport the shaped layered object 100 to the sub chamber 22 by controlling the conveying device 24, and can control the removal device 17 to control the layered object 100 conveyed to the sub chamber 22. It is formed so that the support modeling thing 101 can be removed from.
  • the control device 18 is configured to be able to adjust the supply of the first modeling material 121, the supply amount and the supply speed of the first modeling material 121 by controlling the supply means 31b.
  • the control device 18 is configured to be able to adjust the supply of the second modeling material 122, the supply amount and the supply speed of the second modeling material 122 by controlling the supply means 32b.
  • the control device 18 is configured to be able to adjust the supply of the support material 131, the supply amount of the support material 131, and the supply speed by controlling the supply means 41b.
  • the control device 18 is formed so as to be able to adjust the power density of the laser light 200 emitted from the light source 51 by controlling the light source 51.
  • the control device 18 is configured to be able to adjust the tilt angles of the first galvanometer mirror 67, the second galvanometer mirror 68, and the branch mirror 69 by controlling the galvanometer scanner 65.
  • the control apparatus 18 is formed so that the nozzle 33 can be moved.
  • the control device 18 includes a storage unit 18a.
  • the shape of the layered object 100 to be modeled and the shape of the support model 101 are stored as threshold values.
  • the ratio of the modeling materials 121 and 122 in each layer 110b of the layered object 100 to be modeled is stored in the storage unit 18a.
  • the support model 101 is, for example, In the lower layer of the overhang portion 100a, the overhang direction of the overhang portion 100a, in other words, the same shape as the surface direction of the layer 110b forming the layered object 100, or the shape of the overhang portion 100a in the surface direction. Is also set to a large shape.
  • the support model 101 may have a shape smaller than the shape in the surface direction of the overhang 100a as long as the overhang 100a can be modeled.
  • the control device 18 has the following functions (1) to (4).
  • the function (1) is based on the ratio of the first modeling material 121 and the second modeling material 122 in each layer 110b of the preset layered object 100 stored in the storage unit 18a. 121 and the second modeling material 122 are selectively injected to form the layer 110b.
  • the nozzle 33 is moved with respect to the object 110, and the supply means 31b and 32b of the first supply device 31 and the second supply device 32 are used. To control. Thereby, the ratio of the 1st modeling material 121 set to the said layer 110b and the 2nd modeling material 122 is adjusted, and the 1st modeling material is supplied from the nozzle 33 with respect to the target object 110 by the predetermined supply amount and supply speed. 121 and the second modeling material 122 are injected.
  • the laser beam 200 is emitted from the nozzle 33, and the target 110 and the jetted first modeling material 121 and the second modeling material 122 are irradiated with the laser beam 200, and the first modeling material 121 and the second modeling material 122 are irradiated. Melt. Further, for example, the assembly of the layer 110b on the object 110 is further irradiated with the laser light 200, and the layer 110b is remelted to perform the annealing treatment.
  • the gradient material is formed by changing the ratio of the first modeling material 121 and the second modeling material 122.
  • the layer 110b is laminated to form a portion formed only by the first modeling material 121.
  • the ratio of the 1st modeling material 121 and the 2nd modeling material 122 is changed gradually until the site
  • the first modeling material 121 and the second modeling material 122 are changed by changing the ratio of the modeling material of the layer 110b so that the ratio of the first modeling material and the second modeling material is halved at the intermediate position of the part formed by Supply.
  • the first modeling material 121 and the second modeling material 122 are irradiated with a laser beam 200 having a power density at which the first modeling material 121 and the second modeling material 122 are melted. 122 is melted to form each layer 110b.
  • the function (1) is a function of forming each layer 110b of the preset layered object 100 on the object 110 so that the ratio of the first modeling material 121 and the second modeling material 122 can be varied.
  • the function (2) is a function of selectively injecting the support material 131 from the nozzle 43 based on each support layer 110c of the preset support model 101 stored in the storage unit 18a to form the support layer 110c. It is.
  • the support layer of the support model 101 formed at the same level as the layer 110b of the layered model 100 formed by the function (1).
  • the nozzle 43 is moved relative to the object 110 within a range where 110c is formed, and the supply means 41b of the third supply device 41 is controlled.
  • the support material 131 is ejected from the nozzle 43 to the object 110 at a predetermined supply amount and supply speed.
  • a laser beam 200 having a power density at which a part of the support material 131 is melted is emitted from the nozzle 43 and irradiated to the support material 131 ejected from the nozzle 43. Accordingly, the support material 131 is partially melted without melting the support material 131 completely, thereby forming the support layer 110c in which the support materials 131 are partially bonded to each other. Note that the support layer 110c may be formed before the layer 110b of the same layer of the layered object 100 is formed by the function (1).
  • the function (2) is a function of forming each support layer 110c of the support model 101 set in advance on the object 110.
  • the function (3) includes a layer 110b formed by the first modeling material 121, the second modeling material 122, and the support material 131 ejected from the nozzles 33 and 43 on the base 110a, the layered object 100, the support layer 110c, or This is a function for determining whether or not the layer 110b and the support layer 110c have a predetermined shape by measuring the shape of the support modeling object 101 with the measuring device 16 and comparing it with the threshold value of the storage unit 18a.
  • each material 121, 122, 131 is ejected from the nozzles 33, 43 using a gas toward the base 110a, and each material 121, 122, 131 is melted by the laser beam 200. For this reason, when material 121,122,131 is supplied on the target object 110, a part of the material 121,122,131 may scatter and a part different from a predetermined shape may be formed. . In addition, since the first modeling material 121 and the second modeling material 122 are melted, the melted first modeling material 121 and the second modeling material 122 flow, and the first modeling material 121 and the second modeling material 122 flow in a position different from the predetermined shape. The modeling material 121 and the second modeling material 122 may flow.
  • the function (3) compares the shape measured by the measuring device 16 with the threshold value stored in the storage unit 18a, and determines whether or not the formed layer 110b and the support layer 110c have a predetermined shape. It is a function to do. In other words, the function (3) determines whether or not the material 121, 122, 131 is attached to a portion different from the predetermined shape of the layered object 100 and has a portion protruding from the predetermined shape (threshold). It is a function. The determination based on the function (3) is preferably performed every time the layer 110b and the support layer 110c are formed in the function (1) and the function (2), respectively.
  • the function (4) removes the materials 121, 122, 131 of parts different from the predetermined shape measured in the function (3), so that the materials 121, 122, 131 supplied from the nozzles 33, 43 are removed.
  • This is a function for trimming to a predetermined shape. Specifically, when it is determined in the function (3) that the materials 121, 122, 131 are supplied to parts different from the predetermined shape, the light is emitted from the fourth lens 64 via the first galvanometer mirror 67.
  • the light source 51 is controlled so that the laser beam 200 thus obtained has a power density capable of evaporating the materials 121, 122, and 131.
  • the first galvanometer mirror 67 is controlled to irradiate the portion with the laser beam 200 to evaporate the materials 121, 122, and 131.
  • the function (4) is a function of trimming the formed layer 110b and the support layer 110c into a predetermined shape.
  • the control device 18 controls the first supply device 31 and the second supply device 32 so that predetermined amounts of the first modeling material 121 and the second modeling material 122 are nozzles. It is sprayed from 33 to a predetermined range of the object 110 and melted (sprayed).
  • the first supply device 31 and the second supply device 32 are controlled by the control device 18, and the first modeling material 121 and / or the injection material 37 so as to become a predetermined modeling material of the layer 110 b to be formed.
  • the second modeling material 121 is sprayed at a predetermined ratio.
  • the injected modeling material 121,122 is melted by irradiating the laser beam 200.
  • a molten pool is formed in a range where the layer 110b on the base 110a is formed, and the first modeling material 121 and the second modeling material 122 supplied at a predetermined ratio are melted in the melting pool.
  • the molten modeling material 123 constituted thereby is solidified by, for example, natural cooling, whereby the layer 110b is formed.
  • the molten pool is a molten portion formed by the first modeling material 121, the second modeling material 122, and the object 110 that are melted by irradiation with the laser beam 200.
  • the melting device 55 is controlled to irradiate the set of layers 110b with the laser beam 200, and the layer 110b made of the modeling material 123 is remelted to perform an annealing process.
  • the measuring device 16 measures the layer 110b (the modeling material 123) on the base 110a subjected to the annealing treatment.
  • the control device 18 compares the shape of the layer 110b on the base 110a measured by the measurement device 16 with the threshold value stored in the storage unit 18a.
  • the control device 18 determines that the shape is abnormal.
  • the control device 18 controls the trimming device 56 to irradiate the laser beam 200 to a part different from the predetermined shape or the attached modeling material 123a to evaporate unnecessary modeling material 123. In this way, the control device 18 removes the unnecessary modeling material 123 by irradiating the laser beam 200 to a portion where the shape of the layer 110b measured by the measurement device 16 is different from the predetermined shape, so that the layer 110b has a predetermined shape. Trimming is performed.
  • the control device 18 When the modeling material 123 on the base 110a is formed on the layer 110b having a predetermined shape, or when the trimming of the layer 110b is completed, the control device 18 next forms the support layer 110c. Specifically, as shown in FIGS. 2 and 5, the control device 18 controls the third supply device 41 to inject a predetermined amount of the support material 131 from the nozzle 43 into a predetermined range of the object 110. Then, a part of the support material 131 is melted by irradiating the laser beam 200 so that the support materials 131 are bonded to each other. As a result, the support materials 131 are welded together, and a support layer 110c partially bonded to each other is formed.
  • the formed support layer 110c (support material 131) is measured by the measuring device 16.
  • the control device 18 compares the shape of the support layer 110c on the base 110a measured by the measurement device 16 with the threshold value stored in the storage unit 18a.
  • the control device 18 controls the trimming device 56. Then, the laser beam 200 is irradiated to a portion different from the predetermined shape or the attached support material 131 to evaporate the unnecessary support material 131. As described above, the control device 18 removes the unnecessary support material 131 by irradiating the laser beam 200 to a portion where the shape of the support layer 110c measured by the measurement device 16 is different from the predetermined shape, so that the support layer 110c has a predetermined shape. Trimming is performed to obtain a shape.
  • the control device 18 controls the first supply device 31 and the second supply device 32 again to form a new layer 110b on the formed layer 110b or the support layer 110c.
  • the support layer 110c is formed in the same hierarchy as necessary.
  • the control device 18 repeatedly forms the layer 110b and the support layer 110c, and stacks the layer 110b and the support layer 110c.
  • the control device 18 repeatedly laminates these layers 110b and the support layer 110c to form the layered object 100 in which the projecting portion 100a is supported by the support object 101 as shown in FIG.
  • the control device 18 transports the layered object 100 to the sub chamber 22 by the transport device 24.
  • the control device 18 drives the removal device 17 to perform shot blasting on the layered object 100. Since the support model 101 has a configuration in which a part of the support material 131 is coupled, the joint part coupled to each other is broken by shot blasting, and the support model 101 is removed from the layered model 100.
  • the layered object 100 is formed by these steps.
  • the layered manufacturing apparatus 1 configured in this way can be supported by the support model 101 even if the modeled model 100 to be modeled has the projecting portion 100a.
  • the layer 110b can be formed on the formed support layer 110c. For this reason, even if it is the structure which models the layered object 100 by what is called a directional energy deposition method which inject
  • the support molded article 101 is configured to perform so-called pre-sintering in which only part of the support material 131 is melted and bonded to each other without being completely melted, and thus is mechanically removed by shot blasting or the like. It becomes possible.
  • the support material 131 is a material having a melting point higher than those of the first modeling material 121 and the second modeling material 122 that model the layered object 100, so that the first modeling material 121 and the second modeling material 122 are layered.
  • the support material 131 can be prevented from melting in the first modeling material 121 and the second modeling material 122.
  • the layered object 100 having a protruding portion 100a which is an overhang shape in which a part protrudes. Can be shaped. Moreover, it becomes possible to remove easily the support molded article 101 for forming the overhang
  • FIG. 8 is an explanatory view schematically showing the configuration of the additive manufacturing apparatus 1A according to the second embodiment
  • FIG. 9 is an explanatory view showing an example of manufacturing the support object 101 using the additive manufacturing apparatus 1A
  • FIG. 11 shows the relationship between the main material 132 of the support material 131 and the binding material 133 that form the support layer 110 c, and the laser beam 200 as a part of the configuration of the support model 101. It is explanatory drawing.
  • the additive manufacturing apparatus 1 ⁇ / b> A includes a processing tank 11, a stage 12, a moving device 13, a nozzle device 14 ⁇ / b> A, an optical device 15, a measuring device 16, and a control device 18. Yes.
  • the additive manufacturing apparatus 1A can form the additive object 100 having a predetermined shape by laminating a plurality of the forming materials 121 and 122 supplied by the nozzle device 14A as a layer on the object 110 provided on the stage 12. Is formed.
  • the layered object 100 is formed in a so-called overhang shape having a projecting portion 100a that partially projects.
  • the additive manufacturing apparatus 1 supports the object 110 to support the projecting portion 100a of the additive manufacturing object 100 by laminating a plurality of support materials 131 supplied by the nozzle device 14A as a layer. Is formed so that it can be shaped.
  • the support material 131 includes a main material 132 and a bind material 133.
  • the main material 132 is a powdery metal material.
  • the binding material 133 is a powder metal material and is a binder that binds the main material 132.
  • the main material 132 and the binding material 133 constitute the support material 131 (support layer 110c).
  • the nozzle device 14A is formed so that a predetermined amount of a plurality of types of materials can be selectively supplied to the object 110 on the stage 12 and the laser beam 200 can be emitted.
  • the nozzle device 14A includes a first nozzle device 14a that supplies a modeling material for modeling the layered object 100, and a second nozzle device 14c that supplies a support material 131 that supports the layered object 100. I have.
  • the second nozzle device 14 c includes a third supply device 41 capable of supplying the main material 132, a fourth supply device 42 capable of supplying the binding material 133, the third supply device 41, the fourth supply device 42, and the optical device 15. And a supply pipe 34 for connecting the third supply device 41 and the nozzle 43 to each other. That is, the second nozzle device 14 c is configured by providing a fourth supply device 42 that can supply the binding material 133 to the nozzle 43 by the fourth supply device 42 in addition to the second nozzle device 14 b described above.
  • the fourth supply device 42 includes a tank 42a for storing the bind material 133, and a supply means 42b for supplying the bind material 133 from the tank 42a to the nozzle 43 by a predetermined amount.
  • the supply means 42 b is formed so as to be able to supply the bind material 133 in the tank 42 a to the nozzle 43 using an inert gas such as nitrogen or argon as a carrier.
  • the supply means 42 b is formed so as to be able to adjust the supply amount of the bind material 133 to be supplied and the injection speed (supply speed) of the bind material 133 injected from the nozzle 43.
  • the main material 132 is a powder metal material and is made of a material having a higher melting point than the first modeling material 121 and the second modeling material 122 that model the layered object 100.
  • the binding material 133 is, for example, the same metal material as the main material 132 or a material having a melting point lower than that of the main material 132, and the particle size thereof is sufficiently smaller than the particle size of the main material 132. Further, as shown in FIGS. 9 and 10, the main material 132 and the binding material 133 are formed with a diameter smaller than the diameter of the irradiated laser beam 200.
  • AlSi12 (A4047, melting point 580 ° C.) is used as the modeling material 123 that forms the layered object 100 using the first modeling material 121 and the second modeling material
  • Al 50 ⁇ m in diameter
  • A1050, melting point 660 ° C.) and AlSi12 (A4047, melting point 580 ° C.) having a particle diameter of 20 ⁇ m can be used as the binding material 133.
  • the volume mixing ratio of the binding material 133 with respect to the main material 132 is set to 7.1% or less.
  • flux such as KF and CeF may be added in order to remove oxide films formed on the surfaces of the main material 132 and the binding material 133.
  • the particle size and volume mixing ratio of the main material 132 and the binding material 133 can be obtained from the following equation, for example.
  • the materials 132 and 133 are close-packed in the support layer 110c, the materials 132 and 133 are considered to be arranged in a face-centered cubic lattice.
  • the radius of the main material 132 is R
  • the radius of the binding material 133 is r
  • the lattice constant is d
  • the relationship between the radii R and r of the main material 132 and the binding material 133 is expressed by the following equations (1) and (2)
  • the volume mixing ratio P with respect to the main material 132 is Equation (4).
  • the particle size of the binding material 133 is 20 ⁇ m.
  • the volume mixing ratio of the main material 132 and the binding material 133 is 7.1% or less.
  • the particle sizes and volume mixing ratios of the main material 132 and the binding material 133 are not limited to these, and can be set as appropriate as long as the support layer 110c can be formed.
  • the nozzle 43 can mix, for example, the powdery main material 132 and the binding material 133 supplied from the third supply device 41 and the fourth supply device 42 in the same manner as the nozzle 33, or a plurality of injections
  • the main material 132 and the binding material 133 are respectively ejected from the mouth 37, and the main material 132 and the binding material 133 are formed so as to be mixed after the ejection.
  • the nozzle 43 is connected to a gas supply means for supplying a shielding gas such as an inert gas, and is formed so as to be able to supply the shielding gas from the light passage portion 38 to the irradiation portion of the laser beam 200.
  • the control device 18 includes a moving device 13, a removing device 17, a conveying device 24, a first supply device 31, a second supply device 32, a third supply device 41, a fourth supply device 42, a light source 51, a galvano scanner 65, and image processing. It is electrically connected to the device 72 via a signal line 220.
  • the control device 18 is configured to be able to move the stage 12 in three axial directions by controlling the moving device 13.
  • the control device 18 is formed so as to be able to convey the shaped layered object 100 to the sub chamber 22 by controlling the conveying device 24.
  • the control device 18 is configured to be able to adjust the supply of the first modeling material 121, the supply amount and the supply speed of the first modeling material 121 by controlling the supply means 31b.
  • the control device 18 is configured to be able to adjust the supply of the second modeling material 122, the supply amount and the supply speed of the second modeling material 122 by controlling the supply means 32b.
  • the control device 18 is configured to be able to adjust the supply of the main material 132, the supply amount of the main material 132, and the supply speed by controlling the supply means 41b.
  • the control device 18 is configured to be able to adjust the supply of the bind material 133, the supply amount of the bind material 133, and the supply speed by controlling the supply means 42b.
  • the control device 18 is formed so as to be able to adjust the power density of the laser light 200 emitted from the light source 51 by controlling the light source 51.
  • the control device 18 is configured to be able to adjust the tilt angles of the first galvanometer mirror 67, the second galvanometer mirror 68, and the branch mirror 69 by controlling the galvanometer scanner 65.
  • the control apparatus 18 is formed so that the nozzle 33 can be moved.
  • the control device 18 includes a storage unit 18a.
  • the shape of the layered object 100 to be modeled and the shape of the support model 101 are stored as threshold values.
  • the storage unit 18a stores the ratio of the modeling materials 121 and 122 in each layer 110b of the layered object 100 to be modeled.
  • the ratio of the main material 132 and the binding material 133 in the support modeling object 101 to be modeled is stored in the storage unit 18a.
  • the control device 18 has the functions (1), (3), and (4) described above, and the following function (5).
  • Function (5) selectively selects the main material 132 and the binding material 133 from the nozzle 43 based on the support layers 110c of the support molded article 101 stored in the storage unit 18a and the ratio of the main material 132 and the binding material 133. It is a function to inject.
  • the support layer of the support model 101 formed at the same level as the layer 110b of the layered model 100 formed by the function (1).
  • the nozzle 43 is moved with respect to the object 110 within a range in which 110c is formed, and the supply means 41b and 42b of the third supply device 41 and the fourth supply device 42 are controlled. Thereby, the main material 132 and the binding material 133 are injected from the nozzle 43 at a predetermined supply amount and supply speed to the object 110.
  • a laser beam 200 having a power density at which the binding material 133 is melted is emitted from the nozzle 43 and irradiated onto the binding material 133 that is injected onto the object 110. Even though the binding material 133 has the same melting point as the melting point of the main material 132, the binding material 133 is formed with a smaller diameter than the main material 132. Therefore, the binding material 133 is ahead of the main material 132. To melt.
  • the bind material 133 is selectively melted, so that only the bind material 133 is melted in a state where the main material 132 is not melted, and the support layer 110c in which the main material 132 is bonded by the bind material 133 is formed. Is done.
  • the structure which forms the support layer 110c before forming the layer 110b of the same hierarchy of the layered object 100 by function (1) may be sufficient.
  • the function (5) is a function for forming each support layer 110c of the support model 101 set in advance on the object 110.
  • the layered manufacturing apparatus 1A configured as described above has a predetermined shape by functions (1), (3) to (5), similarly to the method for manufacturing the layered object 100 using the layered manufacturing apparatus 1 described above.
  • the layered object 100 in which the projecting portion 100a is supported by the support object 101 is formed.
  • the layered manufacturing apparatus 1 configured as described above can be supported by the support modeled object 101 even if the layered model 100 to be modeled has the projecting portion 100a, similarly to the layered model manufacturing apparatus 1 described above. It becomes.
  • the layer 110b can be formed on the formed support layer 110c. For this reason, even if it is the structure which models the laminate modeling thing 100 by what is called a directional energy deposition method which inject
  • the support molded object 101 is configured to bind the main material 132 using the binding material 133 having a particle diameter smaller than that of the main material 132, it can be mechanically removed by shot blasting or the like.
  • the modeled object 101 can be easily removed.
  • the main material 132 is a material having a higher melting point than the first modeling material 121 and the second modeling material 122 for modeling the layered object 100, so that the first modeling material 121 and the second modeling material 122 are layered.
  • the main material 132 can be prevented from melting in the first modeling material 121 and the second modeling material 122.
  • the method for manufacturing the layered object 100 using the layered object modeling apparatus 1A it is possible to form the layered object 100 having a shape having the overhanging portion 100a that partially projects. It becomes.
  • the support modeling thing 101 is the structure by which the main material 132 is couple
  • the additive manufacturing apparatus 1A according to the third embodiment has the same configuration as the additive manufacturing apparatus 1A according to the second embodiment described above, and the binding material 133 of the support material 131 that forms the support object 101. Only the configuration is different.
  • the binding material 133 is formed of a material having a melting point lower than that of the main material 132.
  • the binding material 133 may be substantially the same as the particle size of the main material 132 or may be smaller than the particle size of the main material 132.
  • FIG. A description will be given by using an example in which the particle diameter of the material 132 is substantially the same. That is, the support layer 110c is made of the support material 131 (the main material 132 and the bind material 133) having different melting points.
  • pure aluminum (melting point 660 ° C.) is used for the main material 132
  • an AlSi alloy (Si 12%, melting point 580 ° C.) is used for the binding material 133.
  • the bind material 133 is ahead of the main material 132 when the support layer 110 c is formed.
  • the main material 132 is bonded by the binding material 133 by being melted.
  • projection part 100a of the laminated modeling object 100 is easily removed with the removal apparatus 17 similarly to the support modeling object 101 of 2nd Embodiment mentioned above. It becomes possible.
  • the overhanging part 100a is provided as in the first and second embodiments described above.
  • the layered object 100 can be formed, and the support object 101 can be easily removed.
  • the additive manufacturing apparatus 1 according to the fourth embodiment has the same configuration as the additive manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment described above, and only the support material 131 that forms the support object 101 is different. It is.
  • the support material 131 is a powder metal material and has a higher melting point than the first modeling material 121 and the second modeling material 122 that model the layered object 100.
  • a bind layer 131a as a binder is formed on the surface thereof.
  • the bind layer 131a is made of a material having a melting point lower than that of the support material 131.
  • the support material 131 is formed of copper (melting point: 1085 ° C.)
  • the bind layer 131a is formed of a CuP alloy (melting point: about 800 ° C.).
  • the support layer 131 is bound by the melt of the bind layer 131a before the support material 131. Combined by layer 131a. For this reason, the support modeling object 101 formed in order to support the overhang
  • the overhang part 100a is provided as in the first to third embodiments described above.
  • the layered object 100 can be formed, and the support object 101 can be easily removed.
  • the additive manufacturing apparatus 1 according to the fifth embodiment has the same configuration as the additive manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment described above, and the support material 131 that forms the removal apparatus 17 and the support object 101. Are different configurations.
  • the removal device 17 is formed so as to be able to remove the support molded article 101 by an etching process using an etching solution 17a.
  • the etching solution 17a used in the removing device 17 the support material 131 can be dissolved, and the modeling materials 121 and 122 forming the layered object 100 have non-dissolving characteristics.
  • the support material 131 is composed of a powdered metal material having a dissolution characteristic that is dissolved by the etching solution 17a used in the removing device 17.
  • the support material 131 is preferably formed with a higher melting point than the modeling materials 121 and 122.
  • a material based on iron is used for the support material 131, and an etching solution 17 a that dissolves the support material 131 is used for the removing device 17.
  • a material based on copper is used for the support material 131, and an etching solution 17 a that dissolves the support material 131 is used for the removing device 17.
  • the support modeling object 101 formed by the etching process using the removing device 17 is dissolved and removed, thereby removing the support modeling.
  • the object 101 can be easily removed.
  • the overhang part 100a is provided as in the first to fourth embodiments.
  • the layered object 100 can be formed, and the support object 101 can be easily removed.
  • the additive manufacturing apparatus 1 according to the sixth embodiment has the same configuration as the additive manufacturing apparatus 1A according to the second embodiment described above, and the support material 131 that forms the removal apparatus 17 and the support object 101.
  • the main material 132 and the binding material 133 are different in structure.
  • the removal device 17 is formed so that the binding material 133 can be dissolved by an etching process using an etching solution 17a.
  • the etching solution 17a used in the removing device 17 can dissolve the binding material 133, and the modeling materials 121 and 122 and the main material 132 forming the layered object 100 have non-dissolving characteristics. Used.
  • the main material 132 is a powdery material having a melting point higher than that of the modeling materials 121 and 122, and is composed of a material that is insoluble in the etching solution 17a.
  • the main material 132 is made of ceramic.
  • the binding material 133 is made of a powdered metal material having a melting point lower than that of the main material 132.
  • the binding material 133 is formed to have a particle size smaller than that of the main material 132.
  • the binding material 133 has a dissolution characteristic that dissolves in the etching solution 17a.
  • alumina Al 2 O 3 , melting point 2100 ° C.
  • Al 12 Si melting point: 600 ° C.
  • an etching solution 17 a that dissolves the binding material 133 is used for the removing device 17.
  • the main material 132 is bonded by the etching process using the removing device 17.
  • the support molded article 101 can be removed. Thereby, it becomes possible to remove the support modeling object 101 easily.
  • the layered manufacturing apparatus 1 may have a configuration including a recovery device for the main material 132.
  • the overhang part 100a is provided, as in the first to fifth embodiments described above.
  • the layered object 100 can be formed, and the support object 101 can be easily removed. Further, according to the method for manufacturing the layered object 100, the main material 132 constituting the support material 131 can be reused.
  • the manufacturing method of the additive manufacturing apparatus 1, 1 ⁇ / b> A and the additive manufacturing object 100 according to the present embodiment is not limited to the configuration described above.
  • the additive manufacturing apparatus 1 or 1A has described the structure in which the additive manufacturing object 100 is formed using the first forming material 121 and the second forming material 122.
  • the additive manufacturing object 100 is formed of a single material.
  • the structure to model may be sufficient.
  • the layered modeling apparatus 1 or 1 ⁇ / b> A has described the configuration in which the first modeling material 121 and the second modeling material 122 are supplied to one nozzle 33, but the configuration is not limited thereto.
  • the first modeling material 121 and the second modeling material 122 may be supplied, and the first modeling material 121 and the second modeling material 122 may be mixed and melted on the object 110.
  • the layered manufacturing apparatus 1A has been described with the configuration including the third supply device 41 and the fourth supply device 42 in order to supply the main material 132 and the binding material 133, but the present invention is not limited thereto.
  • the configuration may be such that only the third supply device 41 is provided, the main material 132 and the bind material 133 are accommodated in the same tank 41a, and the main material 132 and the bind material 133 are supplied to the nozzle 43 by the supply means 41b.
  • the main material 132 and the binding material 133 may be supplied using the nozzle 33 that supplies the modeling materials 121 and 122.
  • the removal device 17 is configured to mechanically remove the support model 101 from the layered model 100 by shot blasting, cutting, or the like, or chemically support modeled by etching using an etching solution.
  • the structure which removes the thing 101 from the laminate-molded article 100 was demonstrated, it is not limited to this.
  • the removal device 17 heats the support modeling object 101 at a temperature at which the binding material 133 is made lower in temperature than the modeling materials 121 and 122 and the main material 132 and only the binding material 133 is melted, so that the layered modeling is thermally performed.
  • the structure which removes the support modeling thing 101 from the thing 100 may be sufficient.
  • the additive manufacturing apparatus 1, 1 ⁇ / b> A includes the main chamber 21 and the sub chamber 22, and the configuration including the removing device 17 in the sub chamber 22 is not limited thereto. May be arranged at a position away from the sub chamber 22.
  • the configuration in which the object 110, the modeling materials 121 and 122, a part of the support material 131, the binding material 133 or the binding layer 131a are melted by irradiating the laser beam 200 has been described. It is not limited to. If the object 110 and the modeling materials 121 and 122, a part of the support material 131, the binding material 133, or the binding layer 131a can be melted, other energy rays, for example, an electron beam, radiation, etc. It is also possible to use a structure that melts at

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Abstract

　実施形態の積層造形装置は、ノズル装置と、光学系と、制御装置と、を備える。ノズル装置は、対象物に対して粉体を供給可能、且つ、対象物に対してエネルギー線を照射可能に形成されたノズル、並びに、造形物を造形する層を形成する粉体状の造形材料及び造形材料により形成される層をその上面に形成可能なサポート層を形成する粉体状のサポート材料を選択的に前記ノズルに供給する供給装置を具備する。光学系は、対象物に供給された造形材料を溶融可能、且つ、対象物に供給されたサポート材料を部分的に溶融させるエネルギー線をノズルに出力する。制御装置は、造形材料の供給量及びサポート材料の供給量を制御し、対象物上に造形材料による層及びサポート層を積層する。

Description

積層造形装置及び積層造形物の製造方法
　本発明の実施形態は、積層造形装置及び積層造形物の製造方法に関する。
　従来、積層造形物を製造する方法として、金属材料からなる粉体状の造形材料を噴射し、造形材料にレーザ光を照射して溶融させることで層を形成するとともに、このような工程を繰り返し行い、層を積層させて三次元形状の積層造形物を製造する、所謂指向性エネルギー堆積法と呼ばれる技術が知られている。
特開２００６－２０００３０号公報
　本発明が解決しようとする課題は、一部が張り出す積層造形物の造形が可能な積層造形装置及び積層造形物の製造方法を提供することにある。
図１は、第１の実施形態に係る積層造形装置の構成を模式的に示す説明図である。 図２は、同積層造形装置の要部構成を模式的に示す説明図である。 図３は、同積層造形装置の要部構成を示す斜視図である。 図４は、同積層造形装置を用いた積層造形物の製造の一例を示す説明図である。 図５は、同積層造形装置を用いたサポート造形物の製造の一例を示す説明図である。 図６は、同積層造形物の製造の一例を示す説明図である。 図７は、同積層造形物及びサポート造形物の構成の一例を示す説明図である。 図８は、第２の実施形態に係る積層造形装置の構成を模式的に示す説明図である。 図９は、同積層造形装置を用いたサポート造形物の製造の一例を示す説明図である。 図１０は、同積層造形装置に用いられるサポート材料の主材料及びバインド材料の構成を示す説明図である。 図１１は、第３の実施形態に係る積層造形装置に用いられる主材料及びバインド材料の構成を示す説明図である。 図１２は、第４の実施形態に係る積層造形装置に用いられる主材料の構成を示す説明図である。 図１３は、第５の実施形態及び第６の実施形態に係る積層造形装置を用いたサポート造形物の製造の一例を示す説明図である。
　実施形態の積層造形装置は、実施形態の積層造形装置は、ノズル装置と、光学系と、制御装置と、を備える。ノズル装置は、象物に対して粉体を供給可能、且つ、前記対象物に対してエネルギー線を照射可能に形成されたノズル、並びに、造形物を造形する層を形成する粉体状の造形材料及び前記造形材料により形成される前記層をその上面に形成可能なサポート層を形成する粉体状のサポート材料を選択的に前記ノズルに供給する供給装置を具備する。光学系は、前記対象物に供給された前記造形材料を溶融可能、且つ、前記対象物に供給された前記サポート材料を部分的に溶融させる前記エネルギー線を前記ノズルに出力する。制御装置は、前記ノズルを駆動し、且つ、前記ノズルに対して供給する前記造形材料の供給量及び前記サポート材料の供給量を制御可能に形成され、前記対象物上に前記造形材料により形成される前記層及び前記サポート層を積層する。
（第１の実施形態）
　以下、第１の実施形態に係る積層造形装置１及び積層造形物１００の製造方法を、図１乃至図７を用いて説明する。　
　図１は第１の実施形態に係る積層造形装置１の構成を模式的に示す説明図、図２は積層造形装置１に用いられるノズル３３，４３の構成を示す断面図、図３は積層造形装置１に用いられる光学装置１５のガルバノスキャナ６５の構成を示す斜視図、図４は積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造の一例を示す説明図、図５は積層造形装置１を用いたサポート造形物１０１の製造の一例を示す説明図、図６は積層造形物１００の製造の一例を示す説明図、図７は積層造形物１００及びサポート造形物１０１の構成の一例として、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃの構成を示す説明図である。
　図１に示すように、積層造形装置１は、処理槽１１と、ステージ１２と、移動装置１３と、ノズル装置１４と、光学装置１５と、計測装置１６と、除去装置１７と、制御装置１８と、を備えている。積層造形装置１は、ステージ１２上に設けられる対象物１１０に、ノズル装置１４で供給される造形材料１２１，１２２を層状として複数積層させることで、所定の形状の積層造形物１００を造形可能に形成されている。なお、積層造形物１００は、図６に示すように、その一部が張り出す張出部１００ａを有する、所謂オーバーハング形状に形成される。
　また、積層造形装置１は、対象物１１０に、ノズル装置１４で供給されるサポート材料１３１を層状として複数積層させることで、積層造形物１００の張出部１００ａの下方の少なくとも張出部１００ａが設けられる範囲に、張出部１１０ａを支持するためのサポート造形物１０１を造形可能に形成されている。
　なお、対象物１１０とは、その上面に積層造形物１００を造形するためのベース１１０ａ、積層造形物１００の一部を構成する層１１０ｂ、又は、サポート造形物１０１の一部を構成するサポート層１１０ｃ等である。対象物１１０は、ノズル装置１４によって造形材料１２１，１２２及びサポート材料１３１を供給する対象である。
　造形材料１２１，１２２とは、粉体状の金属材料であって、単数の金属材料又は複数の異なる金属材料、例えば第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が用いられる。本実施形態においては、二つの第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を用いて積層造形物１００を造形する構成を説明する。サポート材料１３１とは、例えば粉体状の金属材料である。
　処理槽１１は、主室２１と、主室２１に隣接して形成された副室２２と、主室２１を開閉可能、且つ、主室２１を気密に閉塞可能な扉部２３と、を備えている。主室２１は、その内部にステージ１２、移動装置１３、ノズル装置１４の一部、及び、計測装置１６を配置可能に形成されている。
　主室２１は、例えば、窒素及びアルゴン等の不活性ガスが供給される供給口２１ａと、主室２１内のガス等を排出する排出口２１ｂと、を備えている。主室２１は、供給口２１ａが不活性ガスを供給する供給装置に接続されている。排出口２１ｂは、主室２１内のガスを排出する排出装置に接続されている。
　副室２２は、扉部２３を介して主室２１と空間が連続可能に形成される。副室２２は、例えば、主室２１で処理された積層造形物１００が搬送される。
　副室２２は、例えば、製造された積層造形物１００を積載し、主室２１から搬送する移載装置や、バキュームヘッド等によって積層造形物１００を吸着させて搬送する搬送アーム等の搬送装置２４を備えている。また、副室２２は、その内部に、積層造形物１００からサポート造形物１０１を除去する除去装置１７を備えている。副室２２は、積層造形物１００の造形時に、扉部２３が閉じられることで、主室２１と隔離される。
　ステージ１２は、その上部に対象物１１０を支持可能に形成されている。移動装置１３は、ステージ１２を３軸方向に移動させることが可能に形成されている。
　ノズル装置１４は、複数種の造形材料１２１，１２２を所定の量だけステージ１２上の対象物１１０に選択的に供給可能、且つ、造形材料１２１，１２２を溶融させるエネルギー線としてレーザ光２００を出射可能に形成されている。具体的には、ノズル装置１４は、積層造形物１００を造形する造形材料１２１，１２２を供給する第１ノズル装置１４ａと、積層造形物１００を支持するサポート材料１３１を供給する第２ノズル装置１４ｂと、を備えている。なお、第１ノズル装置１４ａ及び第２ノズル装置１４ｂにおいて、同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　第１ノズル装置１４ａは、第１造形材料１２１を供給可能な第１供給装置３１と、第２造形材料１２２を供給可能な第２供給装置３２と、第１供給装置３１及び第２供給装置３２並びに光学装置１５に接続されたノズル３３と、第１供給装置３１及びノズル３３並びに第２供給装置３２及びノズル３３を接続する供給管３４と、を備えている。
　第１造形材料１２１は、粉体状の金属材料である。また、第２造形材料１２２は、粉体状であって第１造形材料と異なる金属材料である。
　第１供給装置３１は、第１造形材料１２１を貯蔵するタンク３１ａと、タンク３１ａから第１造形材料１２１をノズル３３に所定の量だけ供給する供給手段３１ｂと、を備えている。供給手段３１ｂは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスをキャリアとしてタンク３１ａ内の第１造形材料１２１をノズル３３に供給可能に形成されている。また、供給手段３１ｂは、供給する第１造形材料１２１の供給量及びノズル３３から噴射する第１造形材料１２１の噴射速度（供給速度）を調整可能に形成されている。
　第２供給装置３２は、第２造形材料１２２を貯蔵するタンク３２ａと、タンク３２ａから第２造形材料１２２をノズル３３に所定の量だけ供給する供給手段３２ｂと、を備えている。供給手段３２ｂは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスをキャリアとしてタンク３２ａ内の第２造形材料１２２をノズル３３に供給可能に形成されている。また、供給手段３２ｂは、供給する第２造形材料１２２の供給量及びノズル３３から噴射する第２造形材料１２２の噴射速度（供給速度）を調整可能に形成されている。
　ノズル３３は、第１供給装置３１及び第２供給装置３２に供給管３４を介して接続される。ノズル３３は、光学装置１５にレーザ光２００を通過させることが可能なケーブル２１０を介して接続される。ノズル３３は、ステージ１２に対して移動可能に形成されている。
　ノズル３３は、円筒状の外郭体３６と、外郭体３６内に設けられ、その先端から第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を噴射する噴射口３７と、レーザ光２００を通過させる光通路部３８と、光通路部３８内に設けられた光学レンズ３９と、を備えている。ノズル３３は、第１供給装置３１及び第２供給装置３２から供給された粉体状の第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を混合可能に形成されている。
　ノズル３３は、例えば、その内部で第１供給装置３１及び第２供給装置３２から供給された粉体状の第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を混合可能、又は、複数の噴射口３７からそれぞれ第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を噴射し、噴射後第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を混合可能に形成されている。
　なお、本実施の形態においては、噴射口３７は、複数設けられ、一部が第１供給装置３１に接続される第１噴射口３７ａであり、他部が第２供給装置３２に接続される第２噴射口３７ｂである構成を用いて説明する。
　図２に示すように、例えば、噴射口３７は、第１供給装置３１及び第２供給装置３２から供給されたガスによって搬送された第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が、噴射口３７から所定の距離において交差するように、外郭体３６の軸心、さらに言えば出射するレーザ光２００の光軸に対して傾斜して形成される。
　光通路部３８は、外郭体３６の軸心に沿って設けられる。光学レンズ３９は、例えば、光通路部３８に設けられる。光学レンズ３９は、ケーブル２１０からのレーザ光２００を平行光に変換し、且つ、平行光を収束可能に２つ設けられる。光学レンズ３９は、所定の位置、具体的には、噴射口３７から噴射された第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が交差する位置で最も収束するように構成される。
　第２ノズル装置１４ｂは、サポート材料１３１を供給可能な第３供給装置４１と、第３供給装置４１及び光学装置１５に接続されたノズル４３と、第３供給装置４１及びノズル４３を接続する供給管３４と、を備えている。
　第３供給装置４１は、サポート材料１３１を貯蔵するタンク４１ａと、タンク４１ａからサポート材料１３１をノズル４３に所定の量だけ供給する供給手段４１ｂと、を備えている。供給手段４１ｂは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスをキャリアとしてタンク４１ａ内のサポート材料１３１をノズル４３に供給可能に形成されている。また、供給手段４１ｂは、供給するサポート材料１３１の供給量及びノズル４３から噴射するサポート材料１３１の噴射速度（供給速度）を調整可能に形成されている。
　サポート材料１３１は、粉体状の金属材料であって、積層造形物１００を造形する第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２よりも融点が高い材料で構成される。
　ノズル４３は、第３供給装置４１に供給管３４を介して接続される。ノズル４３は、光学装置１５にレーザ光２００を通過させることが可能なケーブル２１０を介して接続される。ノズル４３は、ステージ１２に対して移動可能に形成されている。
　ノズル４３は、円筒状の外郭体３６と、外郭体３６内に設けられ、その先端からサポート材料１３１を噴射する複数の噴射口３７と、レーザ光２００を通過させる光通路部３８と、光通路部３８内に設けられた光学レンズ３９と、を備えている。
　図１及び図３に示すように、光学装置１５は、光源５１と、光源５１にケーブル２１０を介して接続された光学系５２と、を備えている。光源５１は、発信素子を有し、レーザ光２００を発信素子から出射可能に形成されたレーザ光２００の供給源である。光源５１は、出射するレーザ光のパワー密度を変更可能に形成されている。
　光学系５２は、光源５１から出射されたレーザ光２００をノズル３３，４３に供給可能、且つ、対象物１１０である、ベース１１０ａ、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃに照射可能に形成されている。
　具体的には、光学系５２は、第１レンズ６１と、第２レンズ６２と、第３レンズ６３と、第４レンズ６４と、ガルバノスキャナ６５と、を備えている。光学系５２は、第１レンズ６１、第２レンズ６２、第３レンズ６３及び第４レンズ６４が固定されている。なお、光学系５２は、第１レンズ６１、第２レンズ６２、第３レンズ６３及び第４レンズ６４を二軸方向、具体的には光路に対して直交又は交差する方向に移動可能な調整装置を備えている構成であってもよい。
　第１レンズ６１は、ケーブル２１０を介して入射されたレーザ光２００を平行光に変換可能、且つ、変換したレーザ光２００をガルバノスキャナ６５に入射可能に形成されている。第２レンズ６２は、ノズル３３，４３と同数設けられる。本実施の形態においては、第２レンズ６２は、３つ設けられる。第２レンズ６２は、ガルバノスキャナ６５から出射されたレーザ光２００を収束させるとともに、ケーブル２１０を介してノズル３３にレーザ光２００を出射可能に形成されている。
　第３レンズ６３は、ガルバノスキャナ６５から出射されたレーザ光２００を収束させ、対象物１１０上にレーザ光２００を照射可能に形成されている。第４レンズ６４は、ガルバノスキャナ６５から出射されたレーザ光２００を収束させ、対象物１１０上にレーザ光２００を照射可能に形成されている。
　ガルバノスキャナ６５は、第１レンズ６１で変換された平行光を、第２レンズ６２、第３レンズ６３及び第４レンズ６４に分割可能に形成されている。ガルバノスキャナ６５は、第１ガルバノミラー６７と、第２ガルバノミラー６８と、分岐ミラー６９と、を備えている。各ガルバノミラー６７，６８は、傾斜角度を可変可能、且つ、レーザ光２００を分割可能に形成されている。分岐ミラー６９は、レーザ光２００を分割可能に形成されている。
　第１ガルバノミラー６７は、第１レンズ６１を通過したレーザ光２００の一部を通過させることでレーザ光２００を第２ガルバノミラー６８に出射するととともに、当該レーザ光２００の他部を反射させることでレーザ光２００を第４レンズ６４に出射する。また、第１ガルバノミラー６７は、その傾斜角度によって、第４レンズ６４を通過したレーザ光２００の照射位置を調整可能に形成されている。
　第２ガルバノミラー６８は、レーザ光２００の一部を分岐ミラー６９に出射するととともに、当該レーザ光２００の他部を反射させて第３レンズ６３に出射する。また、第２ガルバノミラー６８は、その傾斜角度によって、第３レンズ６３を通過したレーザ光２００の照射位置を調整可能に形成されている。
　分岐ミラー６９は、レーザ光２００を第２レンズ６２に出射する。分岐ミラー６９は、例えば、レーザ光２００を反射させて各第２レンズ６２に出射する構成、又は、レーザ光２００をいずれか一の第２レンズ６２に選択的に出射する構成である。
　このような光学系５２は、第１ガルバノミラー６７、第２ガルバノミラー６８及び第３レンズ６３によって対象物１１０に供給された第１造形材料１２１（１２３）及び第２造形材料１２２（１２３）、又は、サポート材料１３１を加熱して、層１１０ｂ又はサポート層１１０ｃを形成するとともにアニール処理を行う溶融装置５５を構成する。
　溶融装置５５は、ベース１１０ａ上に又は形成された層１１０ｂ上にノズル３３から供給された第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２をレーザ光２００によって溶融し、層１１０ｂを形成する。また、溶融装置５５は、ベース１１０ａ上、層１１０ｂ上又はサポート層１１０ｃ上にノズル４３から供給されたサポート材料１３１の一部をレーザ光２００によって溶融し、サポート層１１０ｃを形成する。
　また、光学系５２は、第１造形材料１２１、第２造形材料１２２及びサポート材料１３１によってベース１１０ａ上、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃに形成された不要な部位を第１ガルバノミラー６７及び第４レンズ６４によって供給されたレーザ光２００により除去するトリミング装置５６を構成する。
　トリミング装置５６は、ノズル３３，４３から第１造形材料１２１、第２造形材料１２２及びサポート材料１３１の供給時にベース１１０ａ上等に飛散した材料や、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃの形成時に発生する不要部位を除去可能に形成されている。なお、不要部位とは、積層造形物１００の所定の形状、及び、サポート造形物１０１の所定の形状とは異なる部位である。トリミング装置５６は、当該部位を除去可能なパワー密度を有するレーザ光２００を出射可能に形成されている。
　計測装置１６は、ベース１１０ａ上の固化した材料１２１，１２２，１３１の形状である、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃの形状、並びに、造形された積層造形物１００及びサポート造形物１０１の形状を計測することが可能に形成されている。計測装置１６は、計測した形状の情報を制御装置１８に送信可能に形成されている。
　例えば、計測装置１６は、カメラ７１と、カメラ７１で計測した情報に基づいて画像処理を行う画像処理装置７２と、を備えている。なお、計測装置１６は、例えば、干渉方式や光切断方式等によって、層１１０ｂ、サポート層１１０ｃ、積層造形物１００及びサポート造形物１０１の形状を計測可能に形成されている。
　除去装置１７は、例えば、ショットブラストにより機械的にサポート造形物１０１を除去可能に形成されている。なお、除去装置１７は、切削等によりサポート造形物１０１を除去する構成であってもよい。
　制御装置１８は、移動装置１３、除去装置１７、搬送装置２４、第１供給装置３１、第２供給装置３２、第３供給装置４１、光源５１、ガルバノスキャナ６５及び画像処理装置７２に信号線２２０を介して電気的に接続されている。
　制御装置１８は、移動装置１３を制御することで、ステージ１２を３軸方向に移動可能に形成されている。制御装置１８は、搬送装置２４を制御することで、造形した積層造形物１００を副室２２に搬送可能、且つ、除去装置１７を制御することで、副室２２に搬送された積層造形物１００からサポート造形物１０１を除去可能に形成されている。制御装置１８は、供給手段３１ｂを制御することで、第１造形材料１２１の供給、第１造形材料１２１の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。
　制御装置１８は、供給手段３２ｂを制御することで、第２造形材料１２２の供給、第２造形材料１２２の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。制御装置１８は、供給手段４１ｂを制御することで、サポート材料１３１の供給、サポート材料１３１の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。
　制御装置１８は、光源５１を制御することで、光源５１から出射されるレーザ光２００のパワー密度を調整可能に形成されている。制御装置１８は、ガルバノスキャナ６５を制御することで、第１ガルバノミラー６７、第２ガルバノミラー６８及び分岐ミラー６９の傾斜角度を調整可能に形成されている。また、制御装置１８は、ノズル３３を移動可能に形成されている。
　制御装置１８は、記憶部１８ａを備えている。記憶部１８ａには、閾値として、造形する積層造形物１００の形状及びサポート造形物１０１の形状が記憶されている。また、記憶部１８ａには、造形する積層造形物１００の各層１１０ｂにおける造形材料１２１，１２２の比率が記憶されている。なお、ここで、図６に示すように、造形する積層造形物１００の形状において面方向に張り出した所謂オーバーハング構造である張出部１００ａがある場合には、サポート造形物１０１は、例えば、張出部１００ａの下層においては、張出部１００ａの張出方向、換言すると積層造形物１００を形成する層１１０ｂの面方向の形状と同一形状、又は、張出部１００ａの面方向の形状よりも大きい形状に設定される。なお、サポート造形物１０１は、張出部１００ａを造形可能であれば、張出部１００ａの面方向の形状よりも小さい形状であってもよい。
　また、制御装置１８は、以下の機能（１）乃至（４）を有している。
　（１）ノズル３３から第１造形材料１２１，第２造形材料１２２を選択的に噴射する機能。
　（２）ノズル４３からサポート材料１３１を噴射する機能。
　（３）ベース１１０ａ上に形成された層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃの形状を判断する機能。
　（４）ベース１１０ａ上の各材料１２１，１２２，１３１及び積層造形物１００のトリミングを行う機能。
　次に、これら機能（１）乃至機能（４）について説明する。　
　機能（１）は、記憶部１８ａに記憶された、予め設定された積層造形物１００の各層１１０ｂにおける第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２の比率に基づいて、ノズル３３から第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を選択的に噴射し、層１１０ｂを形成する機能である。
　具体的には、積層造形物１００の所定の層１１０ｂを形成するときに、対象物１１０に対してノズル３３を移動させるとともに、第１供給装置３１及び第２供給装置３２の供給手段３１ｂ,３２ｂを制御する。これにより、当該層１１０ｂに設定された第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２の比率を調整して所定の供給量及び供給速度にて、対象物１１０に対してノズル３３から第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を噴射する。
　また、ノズル３３からレーザ光２００を出射して、対象物１１０及び噴射した第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２にレーザ光２００を照射し、当該第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を溶融する。また、例えば、対象物１１０上の層１１０ｂの集合にさらにレーザ光２００を照射し、層１１０ｂを再溶融させてアニール処理を行う。
　また、例えば、積層造形物１００が部分的に異なる造形材料又は比率で形成される場合には、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２の比率を変化させることで、傾斜材料を形成する。
　より具体的に説明すると、例えば、積層造形物１００の一端側を第１造形材料１２１のみで形成し、他端側を第２造形材料１２２のみで形成する場合には、まず、ベース１１０ａ上に、第１造形材料のみを供給し、レーザ光２００を照射することで層１１０ｂを積層させて第１造形材料１２１のみで形成される部位を形成する。次に、第２造形材料１２２のみで形成する部位までは、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２の比率を漸次変化させ、第１造形材料１２１のみで形成する部位及び第２造形材料１２２のみで形成する部位の中間位置で第１造形材料及び第２造形材料の比率が半分となるように、層１１０ｂの造形材料の比率を変化させて第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を供給する。この供給した第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２に、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が溶融するパワー密度のレーザ光２００を照射して第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を溶融させ、各層１１０ｂを形成する。
　このように機能（１）は、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２の比率を可変可能に、予め設定された積層造形物１００の各層１１０ｂを対象物１１０上に形成する機能である。
　機能（２）は、記憶部１８ａに記憶された、予め設定されたサポート造形物１０１の各サポート層１１０ｃに基づいてノズル４３からサポート材料１３１を選択的に噴射し、サポート層１１０ｃを形成する機能である。
　具体的には、サポート造形物１０１の所定のサポート層１１０ｃを形成するときに、機能（１）で形成された積層造形物１００の層１１０ｂと同じ階層に形成されるサポート造形物１０１のサポート層１１０ｃを形成する範囲に、対象物１１０に対してノズル４３を移動させるとともに、第３供給装置４１の供給手段４１ｂを制御する。これにより、対象物１１０に対して所定の供給量及び供給速度にてノズル４３からサポート材料１３１を噴射する。
　また、ノズル４３から、サポート材料１３１の一部が溶融するパワー密度のレーザ光２００を出射して、ノズル４３から噴射したサポート材料１３１に照射する。これにより、サポート材料１３１が完全に溶融させずに一部だけを溶融させることで、部分的にサポート材料１３１同士が結合するサポート層１１０ｃを形成する。なお、機能（１）で積層造形物１００の同じ階層の層１１０ｂを形成するまえに、サポート層１１０ｃを形成する構成であってもよい。
　このように機能（２）は、予め設定されたサポート造形物１０１の各サポート層１１０ｃを対象物１１０上に形成する機能である。
　機能（３）は、ベース１１０ａ上の、ノズル３３，４３から噴射された第１造形材料１２１、第２造形材料１２２及びサポート材料１３１により形成された層１１０ｂ、積層造形物１００、サポート層１１０ｃ又はサポート造形物１０１の形状を計測装置１６で計測し、記憶部１８ａの閾値と比較することで、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃが所定の形状であるか否かを判断する機能である。
　具体的に説明すると、ノズル３３，４３からガスを用いて各材料１２１，１２２，１３１がベース１１０ａに向かって噴射されるとともに、レーザ光２００によって各材料１２１，１２２，１３１が溶融される。このため、対象物１１０上に材料１２１，１２２，１３１が供給されたときに、当該材料１２１，１２２，１３１の一部が飛散して、所定の形状とは異なる部位が形成される虞がある。また、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が溶融される構成であることから、溶融した第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が流れて、所定の形状とは異なる位置に第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が流れる虞がある。
　このため、機能（３）は、計測装置１６で計測した形状と記憶部１８ａに記憶された閾値とを比較し、形成された層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃが所定の形状であるか否かを判断する機能である。換言すると、機能（３）は、積層造形物１００の所定の形状とは異なる部位に材料１２１，１２２，１３１が付着し、所定の形状（閾値）から突出する部位を有するか否かを判断する機能である。なお、機能（３）による判断は、機能（１）及び機能（２）でそれぞれ層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃが形成される毎に行われることが好ましい。
　機能（４）は、機能（３）で計測された、所定の形状とは異なる部位の材料１２１，１２２，１３１を除去することで、ノズル３３，４３から供給された材料１２１，１２２，１３１を所定の形状にトリミングする機能である。具体的には、機能（３）で所定の形状とは異なる部位に材料１２１，１２２，１３１が供給されていると判断された場合に、第１ガルバノミラー６７を介して第４レンズ６４から出射されたレーザ光２００が材料１２１，１２２，１３１を蒸発可能なパワー密度となるように光源５１を制御する。その後、第１ガルバノミラー６７を制御し、当該レーザ光２００を、当該部位に照射して材料１２１，１２２，１３１を蒸発させる。このように、機能（４）は、形成された層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃを所定の形状にトリミングを行う機能である。
　次に、積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法を、図２、図４乃至図７を用いて説明する。　
　まず、図２及び図４に示すように、制御装置１８は、第１供給装置３１及び第２供給装置３２を制御して所定の量の第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を、ノズル３３から対象物１１０の所定の範囲に噴射して溶融する（溶射する）。具体的には、制御装置１８により第１供給装置３１及び第２供給装置３２を制御し、形成を行う層１１０ｂの所定の造形材料となるように、噴射口３７から第１造形材料１２１及び／又は第２造形材料１２１を所定の比率で噴射させる。また、レーザ光２００を照射して、噴射した造形材料１２１，１２２を溶融させる。
　これにより、ベース１１０ａ上の層１１０ｂを形成する範囲に溶融プールが形成され、所定の比率で供給された第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２が溶融プールで溶融される。これにより構成される溶融した造形材料１２３が、例えば自然冷却により固化することで、層１１０ｂが形成される。なお、溶融プールとは、レーザ光２００が照射されることで溶融した第１造形材料１２１、第２造形材料１２２及び対象物１１０により形成される溶融部である。
　次に、溶融装置５５を制御して、層１１０ｂの集合にレーザ光２００を照射し、造形材料１２３から成る層１１０ｂを再溶融させてアニール処理を行う。次に、計測装置１６により、アニール処理を行ったベース１１０ａ上の層１１０ｂ（造形材料１２３）を計測する。制御装置１８は、計測装置１６で計測されたベース１１０ａ上の層１１０ｂの形状と、記憶部１８ａに記憶された閾値とを比較する。
　ベース１１０ａ上に形成された層１１０ｂが所定の形状とは異なる場合や、図４中１２３ａで示すように所定の形状とは異なる位置に造形材料１２３ａが付着している場合、即ち計測された形状が閾値から外れた場合には、制御装置１８は、形状が異常であると判断する。制御装置１８は、トリミング装置５６を制御して、所定の形状とは異なる部位又は当該付着した造形材料１２３ａにレーザ光２００を照射し、不要な造形材料１２３を蒸発させる。このように、制御装置１８は、計測装置１６で計測した層１１０ｂの形状が所定と異なる部位にレーザ光２００を照射して不要な造形材料１２３を除去することで、層１１０ｂが所定の形状となるようにトリミングを行う。
　ベース１１０ａ上の造形材料１２３が所定の形状の層１１０ｂに形成されている場合又は層１１０ｂのトリミングが終了した場合には、次に制御装置１８は、サポート層１１０ｃを形成する。具体的には、図２及び図５に示すように、制御装置１８は、第３供給装置４１を制御して所定の量のサポート材料１３１を、ノズル４３から対象物１１０の所定の範囲に噴射し、レーザ光２００を照射してサポート材料１３１同士が、それらの一部が結合するように、サポート材料１３１の一部を溶融させる。これにより、サポート材料１３１同士が溶着して、一部で互いに結合されたサポート層１１０ｃが形成される。
　次に、計測装置１６により、形成されたサポート層１１０ｃ（サポート材料１３１）を計測する。制御装置１８は、計測装置１６で計測されたベース１１０ａ上のサポート層１１０ｃの形状と、記憶部１８ａに記憶された閾値とを比較する。
　ベース１１０ａ上に形成されたサポート層１１０ｃが所定の形状とは異なる場合や、所定の形状とは異なる位置にサポート材料１３１が付着している場合には、制御装置１８は、トリミング装置５６を制御して、所定の形状とは異なる部位又は当該付着したサポート材料１３１にレーザ光２００を照射し、不要なサポート材料１３１を蒸発させる。このように、制御装置１８は、計測装置１６で計測したサポート層１１０ｃの形状が所定と異なる部位にレーザ光２００を照射して不要なサポート材料１３１を除去することで、サポート層１１０ｃが所定の形状となるようにトリミングを行う。
　サポート層１１０ｃのトリミング終了後、制御装置１８は、再び第１供給装置３１及び第２供給装置３２を制御して、形成した層１１０ｂ上又はサポート層１１０ｃ上に新たに層１１０ｂを形成し、その後、必要に応じて同階層にサポート層１１０ｃを形成する。制御装置１８は、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃを繰り返し形成し、層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃを積層する。制御装置１８は、これら層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃを繰り返し積層することで、図６に示すように、張出部１００ａがサポート造形物１０１に支持された積層造形物１００を造形する。
　次に、制御装置１８は、図６に示すように、搬送装置２４により積層造形物１００を副室２２に搬送する。次に、制御装置１８は、除去装置１７を駆動し、積層造形物１００に、ショットブラストを行う。サポート造形物１０１は、サポート材料１３１の一部が結合される構成であることから、ショットブラストによって互いに結合する結合部が破断され、積層造形物１００からサポート造形物１０１が除去される。これらの工程によって、積層造形物１００が造形される。
　このように構成された積層造形装置１は、造形する積層造形物１００に張出部１００ａを有していても、サポート造形物１０１によって支持することが可能となる。換言すると、積層造形装置１によれば、形成したサポート層１１０ｃ上に層１１０ｂを形成することが可能となる。このため、ノズル３３から造形材料１２１，１２２を射出してレーザ光２００により溶融して層１１０ｂを形成する、所謂指向性エネルギー堆積法により積層造形物１００を造形する構成であっても、一部が層１１０ｂの面方向に張り出す張出部１００ａを有する所謂オーバーハング形状の積層造形物１００を造形することが可能となる。
　また、サポート造形物１０１は、サポート材料１３１を完全に溶融させず、一部のみを溶融して互いに結合させる、所謂仮焼結を行う構成であることから、ショットブラスト等によって機械的に除去することが可能となる。
　このため、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。また、サポート材料１３１を、積層造形物１００を造形する第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２よりも高い融点を有する材料とすることで、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２により層１１０ｂをサポート層１１０ｃ上に形成するときに、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２にサポート材料１３１が溶融することを防止できる。
　上述したように本実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、一部が張り出すオーバーハング形状である、張出部１００ａを有する形状の積層造形物１００を造形することが可能となる。また、張出部１００ａを形成するためのサポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態に係る積層造形装置１Ａ及び積層造形物１００の製造方法を、図８乃至図１０を用いて説明する。　
　図８は第２の実施形態に係る積層造形装置１Ａの構成を模式的に示す説明図、図９は積層造形装置１Ａを用いたサポート造形物１０１の製造の一例を示す説明図、図１０はサポート造形物１０１の構成の一部として、サポート層１１０ｃの構成を示す説明図、図１１はサポート層１１０ｃを形成するサポート材料１３１の主材料１３２及びバインド材料１３３とレーザ光２００との関係を示す説明図である。なお、第２の実施形態に係る積層造形装置１Ａのうち、上述した第１の実施形態に係る積層造形装置１と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図８に示すように、積層造形装置１Ａは、処理槽１１と、ステージ１２と、移動装置１３と、ノズル装置１４Ａと、光学装置１５と、計測装置１６と、制御装置１８と、を備えている。積層造形装置１Ａは、ステージ１２上に設けられる対象物１１０に、ノズル装置１４Ａで供給される造形材料１２１，１２２を層状として複数積層させることで、所定の形状の積層造形物１００を造形可能に形成されている。なお、積層造形物１００は、その一部が張り出す張出部１００ａを有する、所謂オーバーハング形状に形成される。
　また、積層造形装置１は、対象物１１０に、ノズル装置１４Ａで供給されるサポート材料１３１を層状として複数積層させることで、積層造形物１００の張出部１００ａを支持するためのサポート造形物１０１を造形可能に形成されている。
　サポート材料１３１は、主材料１３２及びバインド材料１３３を備えている。主材料１３２とは、粉体状の金属材料である。バインド材料１３３とは、粉体状の金属材料であって、主材料１３２を結合させるバインダーである。主材料１３２及びバインド材料１３３は、サポート材料１３１（サポート層１１０ｃ）を構成する。
　ノズル装置１４Ａは、複数種の材料を所定の量だけステージ１２上の対象物１１０に選択的に供給可能、且つ、レーザ光２００を出射可能に形成されている。具体的には、ノズル装置１４Ａは、積層造形物１００を造形する造形材料を供給する第１ノズル装置１４ａと、積層造形物１００を支持するサポート材料１３１を供給する第２ノズル装置１４ｃと、を備えている。
　第２ノズル装置１４ｃは、主材料１３２を供給可能な第３供給装置４１と、バインド材料１３３を供給可能な第４供給装置４２と、第３供給装置４１、第４供給装置４２及び光学装置１５に接続されたノズル４３と、第３供給装置４１及びノズル４３を接続する供給管３４と、を備えている。即ち、第２ノズル装置１４ｃは、上述した第２ノズル装置１４ｂに、さらに第４供給装置４２により、ノズル４３にバインド材料１３３を供給可能な第４供給装置４２を設けた構成である。
　第４供給装置４２は、バインド材料１３３を貯蔵するタンク４２ａと、タンク４２ａからバインド材料１３３をノズル４３に所定の量だけ供給する供給手段４２ｂと、を備えている。供給手段４２ｂは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスをキャリアとしてタンク４２ａ内のバインド材料１３３をノズル４３に供給可能に形成されている。また、供給手段４２ｂは、供給するバインド材料１３３の供給量及びノズル４３から噴射するバインド材料１３３の噴射速度（供給速度）を調整可能に形成されている。
　例えば、主材料１３２は、粉体状の金属材料であって積層造形物１００を造形する第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２よりも融点が高い材料で構成される。バインド材料１３３は、例えば、主材料１３２と同一の金属材料又は主材料１３２よりも融点が低い材料であって、その粒径が主材料１３２の粒径よりも十分に小径に形成されている。また、主材料１３２及びバインド材料１３３は、図９及び図１０に示すように、照射されるレーザ光２００の径よりも小径に形成されている。
　例えば、第１造形材料１２１及び第２造形材料により積層造形物１００を形成する造形材料１２３として、ＡｌＳｉ１２（Ａ４０４７、融点５８０℃）が用いられる場合には、主材料１３２に粒径５０μｍのＡｌ（Ａ１０５０、融点６６０℃）が用いられるとともに、バインド材料１３３に粒径２０μｍのＡｌＳｉ１２（Ａ４０４７、融点５８０℃）を用いることが可能である。また、バインド材料１３３は、主材料１３２に対する体積混合割合は、７．１％以下とする。また、主材料１３２及びバインド材料１３３の表面に形成される酸化膜を除去するために、ＫＦ及びＣｅＦ等のフラックスを加えてもよい。
　なお、これら主材料１３２及びバインド材料１３３の粒径及び体積混合割合は、例えば、次の式から求められる。
　例えば、サポート層１１０ｃにおいて各材料１３２，１３３を最密充填とする場合が各材料１３２，１３３は面心立法格子の配置であると考える。主材料１３２の半径をＲ、バインド材料１３３の半径をｒ、格子定数をｄとすると、以下の数式（１）、（２）から、主材料１３２及びバインド材料１３３の半径Ｒ，ｒの関係は数式（３）となるとともに、主材料１３２に対する体積混合割合Ｐは数式（４）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　数式（３）から、主材料１３２に粒径５０μｍの材料を用いた場合には、バインド材料１３３の粒径が２０μｍとなる。
　また、上記数式（４）から、主材料１３２及びバインド材料１３３の体積混合割合は、７．１％以下となる。なお、これら主材料１３２及びバインド材料１３３の粒径及び体積混合割合は、これらに限定されず、サポート層１１０ｃを形成できれば適宜設定可能である。
　ノズル４３は、ノズル３３と同様に、例えば、その内部で第３供給装置４１及び第４供給装置４２から供給された粉体状の主材料１３２及びバインド材料１３３を混合可能、又は、複数の噴射口３７からそれぞれ主材料１３２及びバインド材料１３３を噴射し、噴射後、主材料１３２及びバインド材料１３３を混合可能に形成されている。また、ノズル４３は、不活性ガス等のシールドガスを供給するガス供給手段に接続されており、光通路部３８からシールドガスをレーザ光２００の照射部に供給可能に形成されている。
　制御装置１８は、移動装置１３、除去装置１７、搬送装置２４、第１供給装置３１、第２供給装置３２、第３供給装置４１、第４供給装置４２、光源５１、ガルバノスキャナ６５及び画像処理装置７２に信号線２２０を介して電気的に接続されている。
　制御装置１８は、移動装置１３を制御することで、ステージ１２を３軸方向に移動可能に形成されている。制御装置１８は、搬送装置２４を制御することで、造形した積層造形物１００を副室２２に搬送可能に形成されている。制御装置１８は、供給手段３１ｂを制御することで、第１造形材料１２１の供給、第１造形材料１２１の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。
　制御装置１８は、供給手段３２ｂを制御することで、第２造形材料１２２の供給、第２造形材料１２２の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。制御装置１８は、供給手段４１ｂを制御することで、主材料１３２の供給、主材料１３２の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。制御装置１８は、供給手段４２ｂを制御することで、バインド材料１３３の供給、バインド材料１３３の供給量及び供給速度を調整可能に形成されている。
　制御装置１８は、光源５１を制御することで、光源５１から出射されるレーザ光２００のパワー密度を調整可能に形成されている。制御装置１８は、ガルバノスキャナ６５を制御することで、第１ガルバノミラー６７、第２ガルバノミラー６８及び分岐ミラー６９の傾斜角度を調整可能に形成されている。また、制御装置１８は、ノズル３３を移動可能に形成されている。
　制御装置１８は、記憶部１８ａを備えている。記憶部１８ａには、閾値として、造形する積層造形物１００の形状及びサポート造形物１０１の形状が記憶されている。記憶部１８ａには、造形する積層造形物１００の各層１１０ｂにおける造形材料１２１，１２２の比率が記憶されている。また、記憶部１８ａには、造形するサポート造形物１０１における主材料１３２及びバインド材料１３３の比率が記憶されている。
　また、制御装置１８は、上述した機能（１）、（３）及び（４）を有するとともに、以下の機能（５）を有している。
　（５）ノズル４３から主材料１３２及びバインド材料１３３を選択的に噴射する機能。
　次に、機能（５）について説明する。　
　機能（５）は、記憶部１８ａに記憶されたサポート造形物１０１の各サポート層１１０ｃ並びに主材料１３２及びバインド材料１３３の比率に基づいて、ノズル４３から主材料１３２及びバインド材料１３３を選択的に噴射する機能である。
　具体的には、サポート造形物１０１の所定のサポート層１１０ｃを形成するときに、機能（１）で形成された積層造形物１００の層１１０ｂと同じ階層に形成されるサポート造形物１０１のサポート層１１０ｃを形成する範囲に、対象物１１０に対してノズル４３を移動させるとともに、第３供給装置４１及び第４供給装置４２の供給手段４１ｂ，４２ｂを制御する。これにより、対象物１１０に対して所定の供給量及び供給速度にてノズル４３から主材料１３２及びバインド材料１３３を噴射する。
　また、ノズル４３から、バインド材料１３３が溶融するパワー密度のレーザ光２００を出射して、対象物１１０に噴射したバインド材料１３３に照射する。なお、バインド材料１３３は、主材料１３２の融点と同一の融点であっても、バインド材料１３３が主材料１３２よりも小径に形成されていることから、バインド材料１３３は、主材料１３２よりも先に溶融する。
　このように、バインド材料１３３が選択的に溶融されることで、主材料１３２が溶融していない状態でバインド材料１３３のみが溶融し、主材料１３２をバインド材料１３３により結合したサポート層１１０ｃが形成される。なお、機能（１）で積層造形物１００の同じ階層の層１１０ｂを形成する前に、サポート層１１０ｃを形成する構成であってもよい。
　このように機能（５）は、予め設定されたサポート造形物１０１の各サポート層１１０ｃを対象物１１０上に形成する機能である。
　このように構成された積層造形装置１Ａは、上述した積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法と同様に、機能（１）、（３）乃至（５）により、所定の形状の層１１０ｂ及びサポート層１１０ｃを繰り返し形成して積層させることで、張出部１００ａがサポート造形物１０１に支持された積層造形物１００が造形される。
　このように構成された積層造形装置１は、上述した積層造形装置１と同様に、造形する積層造形物１００に張出部１００ａを有していても、サポート造形物１０１によって支持することが可能となる。換言すると、積層造形装置１によれば、形成したサポート層１１０ｃ上に層１１０ｂを形成することが可能となる。このため、ノズル３３から造形材料１２１，１２２を射出してレーザ光２００により溶融して層１１０ｂを形成する、所謂指向性エネルギー堆積法により積層造形物１００を造形する構成であっても、張出部１００ａを有する形状の積層造形物１００を造形することが可能となる。
　また、サポート造形物１０１は、主材料１３２よりも粒径の小さいバインド材料１３３を用いて主材料１３２を結合させる構成であることから、ショットブラスト等によって機械的に除去することが可能となり、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
　また、主材料１３２を、積層造形物１００を造形する第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２よりも高い融点を有する材料とすることで、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２により層１１０ｂをサポート層１１０ｃ上に形成するときに、第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２に主材料１３２が溶融することが防止できる。
　上述したように本実施形態に係る積層造形装置１Ａを用いた積層造形物１００の製造方法によれば、一部が張り出す張出部１００ａを有する形状の積層造形物１００を造形することが可能となる。また、サポート造形物１０１は、バインド材料１３３によって主材料１３２が結合される構成であることから、張出部１００ａを形成するためのサポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態に係る積層造形装置１Ａを用いた積層造形物１００の製造方法について、図１１を用いて以下説明する。なお、第３の実施形態に係る積層造形装置１Ａは、上述した第２の実施形態に係る積層造形装置１Ａと同一の構成であって、サポート造形物１０１を形成するサポート材料１３１のバインド材料１３３のみが異なる構成である。
　具体的には、図１１に示すように、バインド材料１３３は、主材料１３２よりも融点の低い材料で形成される。なお、バインド材料１３３は、主材料１３２の粒径と略同一であっても、主材料１３２の粒径よりも小径であってもよく、図１１においては、バインド材料１３３の粒径は、主材料１３２の粒径と略同一に形成された例を用いて説明する。即ち、サポート層１１０ｃを異なる融点のサポート材料１３１（主材料１３２及びバインド材料１３３）により構成する。
　例えば、主材料１３２に純アルミ（融点６６０℃）が用いられ、バインド材料１３３にＡｌＳｉ合金（Ｓｉ１２％、融点５８０℃）が用いられる。
　このような主材料１３２及びバインド材料１３３により構成されるサポート材料１３１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、サポート層１１０ｃを形成するときに、バインド材料１３３が主材料１３２よりも先に溶融することで、主材料１３２がバインド材料１３３によって結合される。このため、積層造形物１００の張出部１００ａを支持するために形成されたサポート造形物１０１は、上述した第２の実施形態のサポート造形物１０１と同様に、除去装置１７により容易に除去することが可能となる。
　上述したように本実施形態に係る積層造形装置１Ａを用いた積層造形物１００の製造方法によれば、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、張出部１００ａを有する積層造形物１００を造形可能、且つ、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
（第４の実施形態）
　次に、第４の実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法について、以下説明する。なお、第４の実施形態に係る積層造形装置１は、上述した第１の実施形態に係る積層造形装置１と同一の構成であって、サポート造形物１０１を形成するサポート材料１３１のみが異なる構成である。
　具体的には、図１２に示すように、サポート材料１３１は、粉体状の金属材料であって積層造形物１００を造形する第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２よりも融点が高い材料で構成されるとともに、その表面に、バインダーであるバインド層１３１ａが形成されている。バインド層１３１ａは、サポート材料１３１よりも融点が低い材料により構成される。
　例えば、サポート材料１３１が銅（融点１０８５℃）で形成される場合には、バインド層１３１ａはＣｕＰ合金（融点約８００℃）により形成される。
　このようなサポート材料１３１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、サポート層１１０ｃを形成するときに、バインド層１３１ａがサポート材料１３１よりも先に溶融することで、サポート材料１３１がバインド層１３１ａによって結合される。このため、積層造形物１００の張出部１００ａを支持するために形成されたサポート造形物１０１は、第２の実施形態及び第３の実施形態のサポート造形物１０１と同様に、除去装置１７により容易に除去することが可能となる。
　上述したように本実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、上述した第１の実施形態乃至第３の実施形態と同様に、張出部１００ａを有する積層造形物１００を造形可能、且つ、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
（第５の実施形態）
　次に、第５の実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法について、図１３以下説明する。なお、第５の実施形態に係る積層造形装置１は、上述した第１の実施形態に係る積層造形装置１と同一の構成であって、除去装置１７及びサポート造形物１０１を形成するサポート材料１３１が異なる構成である。
　除去装置１７は、エッチング液１７ａを用いたエッチング処理によりサポート造形物１０１を除去可能に形成されている。なお、除去装置１７に用いられるエッチング液１７ａは、サポート材料１３１を溶解可能であって、且つ、積層造形物１００を形成する造形材料１２１，１２２は非溶解の特性を有するものが用いられる。
　サポート材料１３１は、除去装置１７に用いられるエッチング液１７ａによって溶解する溶解特性を有する、粉体状の金属材料により構成される。なお、サポート材料１３１は、造形材料１２１，１２２よりも融点が高く形成されていることが好ましい。
　例えば、造形材料１２１，１２２にアルミが用いられる場合には、サポート材料１３１に鉄を基とする材料が用いられるとともに、当該サポート材料１３１を溶解するエッチング液１７ａが除去装置１７に用いられる。また、例えば、造形材料１２１，１２２にアルミが用いられる場合には、サポート材料１３１に銅を基とする材料が用いられるとともに、当該サポート材料１３１を溶解するエッチング液１７ａが除去装置１７に用いられる。
　このような除去装置１７及びサポート材料１３１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、除去装置１７を用いたエッチング処理より造形したサポート造形物１０１を溶解させて除去することで、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
　上述したように本実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、上述した第１の実施形態乃至第４の実施形態と同様に、張出部１００ａを有する積層造形物１００を造形可能、且つ、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
（第６の実施形態）
　次に、第６の実施形態に係る積層造形装置１Ａを用いた積層造形物１００の製造方法について、図１３を用いて以下説明する。なお、第６の実施形態に係る積層造形装置１は、上述した第２の実施形態に係る積層造形装置１Ａと同一の構成であって、除去装置１７、サポート造形物１０１を形成するサポート材料１３１の主材料１３２及びバインド材料１３３が異なる構成である。
　除去装置１７は、エッチング液１７ａを用いたエッチング処理によりバインド材料１３３を溶解可能に形成されている。なお、除去装置１７に用いられるエッチング液１７ａは、バインド材料１３３を溶解可能であって、且つ、積層造形物１００を形成する造形材料１２１，１２２及び主材料１３２は非溶解の特性を有するものが用いられる。
　主材料１３２は、造形材料１２１，１２２よりも融点が高い、粉体状の材料であって、且つ、エッチング液１７ａに非溶解の特性を有する材料により構成される。例えば、主材料１３２は、セラミックにより構成される。
　バインド材料１３３は、主材料１３２よりも融点が低い、粉体状の金属材料により構成される。例えば、バインド材料１３３は、主材料１３２の粒径よりも小さい粒径に形成される。バインド材料１３３は、エッチング液１７ａに溶解する溶解特性を有している。
　例えば、造形材料１２１，１２２にＳＵＳ材（融点１５００℃）が用いられる場合には、主材料１３２に粒径が５０μｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３、融点２１００℃）が用いられるとともに、バインド材料１３３に粒径２０μｍのＡｌ１２Ｓｉ（融点６００℃）が用いられる。また、バインド材料１３３を溶解するエッチング液１７ａが除去装置１７に用いられる。
　このような除去装置１７、主材料１３２及びバインド材料１３３により構成されるサポート材料１３１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、除去装置１７を用いたエッチング処理より、主材料１３２を結合するバインド材料１３３を除去することで、サポート造形物１０１を除去することが可能となる。これにより、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。
　また、除去装置１７に用いられるエッチング液１７ａは、主材料１３２を溶解することがない。このため、サポート造形物１０１を除去後に、主材料１３２を回収することで、次回のサポート造形物１０１の造形に用いるサポート材料１３１に回収した主材料１３２を使用することが可能となる。これにより、積層造形物１００の製造コストを低減することが可能となる。なお、積層造形装置１は、主材料１３２の回収装置を有する構成であってもよい。
　上述したように本実施形態に係る積層造形装置１を用いた積層造形物１００の製造方法によれば、上述した第１の実施形態乃至第５の実施形態と同様に、張出部１００ａを有する積層造形物１００を造形可能、且つ、サポート造形物１０１を容易に除去することが可能となる。また、当該積層造形物１００の製造方法によれば、サポート材料１３１を構成する主材料１３２を再利用することが可能となる。
　なお、本実施形態に係る積層造形装置１，１Ａ及び積層造形物１００の製造方法は、上述した構成に限定されない。例えば、上述した例では、積層造形装置１，１Ａは、積層造形物１００を第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２により造形する構成を説明したが、単一の材料により積層造形物１００を造形する構成であってもよい。また、上述した例では、積層造形装置１，１Ａは、一のノズル３３に第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を供給する構成を説明したがこれに限定されず、二つのノズル３３にそれぞれ第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を供給し、対象物１１０上で第１造形材料１２１及び第２造形材料１２２を混合して溶融させる構成であってもよい。
　また、上述した例では、積層造形装置１Ａは、主材料１３２及びバインド材料１３３を供給するために、第３供給装置４１及び第４供給装置４２を備える構成を説明したがこれに限定されない。例えば、第３供給装置４１のみを備え、主材料１３２及びバインド材料１３３を同一のタンク４１ａに収容し、供給手段４１ｂによって主材料１３２及びバインド材料１３３をノズル４３に供給する構成であってもよい。さらに、主材料１３２及びバインド材料１３３は、造形材料１２１，１２２を供給するノズル３３を用いて供給する構成であってもよい。
　また、上述した例では、除去装置１７は、ショットブラストや切削等により機械的にサポート造形物１０１を積層造形物１００から除去する構成、又は、エッチング液を用いたエッチング処理により化学的にサポート造形物１０１を積層造形物１００から除去する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、除去装置１７は、バインド材料１３３を、造形材料１２１，１２２及び主材料１３２よりも低温とし、バインド材料１３３のみが溶融する温度でサポート造形物１０１を加熱することで、熱的に積層造形物１００からサポート造形物１０１を除去する構成であってもよい。
　また、上述した例では、積層造形装置１，１Ａは、主室２１及び副室２２を備え、副室２２内に除去装置１７を有する構成を説明したが、これに限定されず、除去装置１７は、副室２２から離れた位置に配置される構成であってもよい。
　さらに、上述した例では、レーザ光２００を照射して対象物１１０及び造形材料１２１，１２２、並びに、サポート材料１３１の一部、バインド材料１３３又はバインド層１３１ａを溶融させる構成を説明したが、これに限定されない。これら対象物１１０及び造形材料１２１，１２２、並びに、サポート材料１３１の一部、バインド材料１３３又はバインド層１３１ａを溶融可能であれば、レーザ光２００でなく他のエネルギー線、例えば電子ビーム、放射線等で溶融させる構成であってもよい。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (17)

  1. 　対象物に対して粉体を供給可能、且つ、前記対象物に対してエネルギー線を照射可能に形成されたノズル、並びに、造形物を造形する層を形成する粉体状の造形材料及び前記造形材料により形成される前記層をその上面に形成可能なサポート層を形成する粉体状のサポート材料を選択的に前記ノズルに供給する供給装置を具備するノズル装置と、
    　前記対象物に供給された前記造形材料を溶融可能、且つ、前記対象物に供給された前記サポート材料を部分的に溶融させる前記エネルギー線を前記ノズルに出力する光学系と、
    　前記ノズルを駆動し、且つ、前記ノズルに対して供給する前記造形材料の供給量及び前記サポート材料の供給量を制御可能に形成され、前記対象物上に前記造形材料により形成される前記層及び前記サポート層を積層する制御装置と、
    　を備えることを特徴とする積層造形装置。
  2. 　前記サポート材料は、前記造形材料よりも高い融点を有することを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
  3. 　前記サポート材料は、粉体状の主材料及び粉体状のバインド材料を備え、前記バインド材料は、前記主材料よりも小さな粒径に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
  4. 　前記サポート材料は、粉体状の主材料及び粉体状のバインド材料を備え、前記バインド材料は、前記主材料よりも融点が低い材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
  5. 　前記サポート材料は、前記造形材料よりも高い融点を有するとともに、その表面に自身よりも低い融点の材料で形成されたバインド層を備えることを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
  6. 　前記サポート材料は、前記造形材料と異なる溶解特性を有することを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
  7. 　前記サポート材料により形成された前記サポート層を除去する除去装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
  8. 　積層造形物及びサポート造形物の形状を計測する計測装置と、
    　前記対象物上の前記造形材料及び前記サポート材料の一部を除去可能なトリミング装置と、
    　前記造形材料及び前記サポート材料により形成される所定の形状の前記層及び前記サポート層を閾値として記憶する記憶部と、を備え、
    　前記制御装置は、前記計測装置による計測結果及び前記閾値を比較し、前記閾値を外れた前記対象物上の前記造形材料及び前記サポート材料を前記トリミング装置により除去することを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
  9. 　前記制御装置は、前記ノズルを制御することで、形成される前記層の下方に前記サポート層を形成することを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
  10. 　造形物を造形する粉体状の造形材料をノズルから対象物に対して供給する工程と、
    　光学系から出力された前記造形材料を溶融可能なエネルギー線を、前記ノズルにより供給された前記造形材料に照射して前記層を形成する工程と、
    　前記造形材料により形成される前記層をその上面に形成可能なサポート層を形成する粉体状のサポート材料を前記ノズルから前記対象物に対して供給する工程と、
    　光学系から出力された前記サポート材料を部分的に溶融可能な前記エネルギー線を、前記ノズルにより前記対象物上に噴射された前記サポート材料に照射して前記サポート層を形成する工程と、
    　を備えることを特徴とする積層造形物の製造方法。
  11. 　前記サポート材料は、前記造形材料よりも高い融点であることを特徴とする請求項１０に記載の積層造形物の製造方法。
  12. 　前記サポート材料は、粉体状の主材料及び粉体状のバインド材料を備え、前記バインド材料は、前記主材料よりも小さな粒径に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の積層造形物の製造方法。
  13. 　前記サポート材料は、粉体状の主材料及び粉体状のバインド材料を備え、前記バインド材料は、前記主材料よりも融点が低い材料により形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の積層造形物の製造方法。
  14. 　前記サポート材料は、前記造形材料よりも高い融点であるとともに、その周囲に自身よりも低い融点の材料で形成されたバインド層を備えることを特徴とする請求項１０に記載の積層造形物の製造方法。
  15. 　前記サポート材料は、前記造形材料と異なる溶解特性を有することを特徴とする請求項１０に記載の積層造形物の製造方法。
  16. 　前記サポート材料により形成された前記サポート層を除去装置により除去することをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の積層造形物の製造方法。
  17. 　積層造形物及びサポート造形物の形状を計測装置により計測する工程と、
    　記憶部に記憶された前記造形材料及び前記サポート材料により形成される所定の形状の前記層及び前記サポート層である閾値と前記計測装置とを比較する工程と、
    　前記対象物上の前記閾値を外れた前記対象物上の前記造形材料及び前記サポート材料を、トリミング装置により除去する工程と、
    　を備えることを特徴とする請求項１０に記載の積層造形物の製造方法。
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