CN113458416B - 造形物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能容易地封闭与由层叠造形形成的造形物的中空的内部空间连通的开口部的造形物的制造方法。至少一个实施方式的造形物的制造方法具备：层叠金属粉末，形成具有与中空的内部空间连通的开口部的造形物的步骤；在开口部装接塞子的步骤；以及将装接于开口部的塞子焊接于造形物的步骤。

Description

造形物的制造方法
技术领域
本公开涉及一种造形物的制造方法。
背景技术
近年来，对金属进行层叠造形而得到三维形状物的层叠造形法被用作各种金属制品的制造方法。例如，在基于粉末床法的层叠造形法中，对敷设为层状的金属粉末照射光束、电子束等能量束，由此，通过反复熔融固化而层叠来形成三维形状物(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6405028号公报
发明内容
发明要解决的问题
例如，在基于粉末床法的层叠造形法中，在形成造形物后，使残留于造形物的中空的内部空间的金属粉末从与内部空间连通的开口部排出至造形物的外部。若在留有该开口部的状态下使用造形物时变得不良，则需要在排出金属粉末后堵塞该开口部。
但是，例如在通过TIG(Tungsten Inert Gas：钨极惰性气体)焊接来堵塞开口部的情况下，不易确保堵塞部分面向内部空间的表面的平面度。此外，在通过TIG焊接来堵塞开口部的情况下，向造形物的热输入容易变得较大，恐怕会因热而导致造形物的变形。
此外，例如也考虑了通过利用LMD(Laser Metal Deposition：激光金属沉积)方式的造形方法来抑制热输入量，通过将熔融的金属粉末吹至形成开口部的壁面等来堵塞开口部。在该情况下，与TIG焊接相比，能期待抑制因热而导致的变形，但在利用LMD方式的层叠造形方法中，难以封闭无底的开口部。
本公开的至少一个实施方式鉴于上述的事实，其目的在于，使与中空的内部空间连通的开口部的封闭容易化。
技术方案
(1)本公开的至少一个实施方式的造形物的制造方法包括：
层叠金属粉末，形成具有与中空的内部空间连通的开口部的造形物的步骤；
在所述开口部装接塞子的步骤；以及
将装接于所述开口部的所述塞子焊接于所述造形物的步骤。
有益效果
根据本公开的至少一个实施方式，能容易地封闭与中空的内部空间连通的开口部。
附图说明
图1是表示作为能应用本公开的至少一个实施方式的造形物的制造方法的装置的三维层叠造形装置的整体构成的示意图。
图2是表示本公开的几个实施方式的造形物的制造方法中的处理顺序的流程图。
图3A是关于通过实施形成造形物的步骤而得到的造形物的一个例子的示意性的剖视图。
图3B是表示在排出残留粉末的步骤中，使内部空间内的残留粉末从除粉开口部排出至造形物的外部的情形的图。
图3C是表示在装接塞子的步骤中，在除粉开口部装接塞子的情形的图。
图3D是实施了将塞子焊接于造形物的步骤后的造形物的示意性的剖视图。
图4A是表示除粉开口部附近的图。
图4B是表示除粉开口部附近的图。
图4C是表示除粉开口部附近的图。
图4D是表示除粉开口部所存在的区域的附近的图。
图4E是表示涉及形成造形物的步骤中的另一实施方式的除粉开口部附近的图。
图5A是表示涉及形成造形物的步骤中的又一实施方式的除粉开口部附近的图。
图5B是表示涉及形成造形物的步骤中的又一实施方式的除粉开口部附近的图。
图5C是表示涉及形成造形物的步骤中的又一实施方式的除粉开口部附近的图。
图5D是表示涉及形成造形物的步骤中的又一实施方式的除粉开口部附近的图。
图5E是表示涉及形成造形物的步骤中的又一实施方式的除粉开口部附近的图。
图6是示意性地表示作为造形物的一个例子的燃气轮机燃烧器的燃料喷嘴的剖面的图。
图7是关于作为造形物的另一个例子的工业用燃气轮机的高温零件的示意性的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。不过，作为实施方式所记载的或在附图中所示的构成零件的尺寸、材质、形状及其相对配置等并非旨在将本发明的范围限定于此，仅作为说明例而已。
例如，“在某方向”、“沿某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或绝对配置的表达，不仅严格地表示这样的配置，而且也表示以具有公差或具有能够获取相同功能的程度的角度或距离的方式进行了相对位移的状态。
例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物处于相等状态的表达，不仅严格地表示相等状态，而且也表示存在有公差或存在有能够获取相同功能的程度的差异的状态。
例如，四边形状或圆筒形状等表示形状的表达，不仅表示严格的几何学意义中的四边形状或圆筒形状等形状，而且也表示在能够获取相同效果的范围内，包括凹凸部或倒角部等的形状。
另一方面，“设置”、“备置”、“具备”、“包括”、或“具有”一个构成要素这样的表达，并非是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表达。
(关于三维层叠造形装置1)
图1是表示作为能应用本公开的至少一个实施方式的造形物的制造方法的装置的三维层叠造形装置1的整体构成的示意图。
三维层叠造形装置1是通过对作为敷设为层状的原料粉末的金属粉末照射能量束进行层叠造形来制造三维形状的造形物15的装置，可以基于粉末床法来进行层叠造形。
图1所示的三维层叠造形装置1例如可以形成燃气轮机、蒸汽轮机等涡轮机的动叶、静叶或者燃烧器的内筒、尾筒、喷嘴等零件。
图1所示的三维层叠造形装置1具备金属粉末30的储藏部31。图1所示的三维层叠造形装置1具备：粉末床形成部5，具有形成有由从储藏部31供给的金属粉末30形成的粉末床8的承载板2。图1所示的三维层叠造形装置1具备能对粉末床8照射光束9a的光束照射单元9。
承载板2成为造形物15被造形的基座。承载板2通过驱动气缸2a，可升降地配置于具有沿铅垂方向的中心轴的大致筒形状的筒体4的内侧。形成于承载板2上的粉末床8在造形作业期间，通过每当在各循环中承载板2如图1的箭头a所示那样下降时在上层侧敷设粉末而新形成。
需要说明的是，在图1所示的三维层叠造形装置1中示出了照射光束作为能量束的情况，但也可以使用电子束等其他形态的能量束。
图1所示的三维层叠造形装置1具备粉末敷设单元10，用于在承载板2上敷设金属粉末30来形成粉末床8。粉末敷设单元10从储藏部31向承载板2的上表面侧供给金属粉末30，使其表面平坦化，由此在遍及承载板2的上表面整体形成具有大致均匀的厚度的层状的粉末床8。在各循环中形成的粉末床8中，通过照射来自光束照射单元9的光束9a而被选择性地固化，在下一循环中，通过粉末敷设单元10再次在上层侧敷设金属粉末30，由此，通过形成新的粉末床8而堆叠为层状。
在基于粉末床法的层叠造形中，在造形物15的内部存在中空的内部空间17的情况下，在形成造形物15后，在内部空间17残留有金属粉末30，因此理想的是，将残留的金属粉末(残留粉末33)排出至造形物15的外部。
例如，在作为与内部空间17连通的开口部20的在使用造形物15时所需的后述的必要开口部21设于造形物15的情况下，能从必要开口部21排出残留粉末33。
在造形物15未设有必要开口部21的情况、在即使设有必要开口部21但从必要开口部21排出残留粉末33也不充分的情况下，需要作为与内部空间17连通的开口部20的用于使残留粉末33排出的除粉开口部23。对于除粉开口部23的大小而言，例如只要直径为2mm左右以上的大小就能排出残留粉末。
但是，若在留有除粉开口部23的状态下在使用造形物15时变得不良，则需要在排出残留粉末33后堵塞除粉开口部23。例如，除粉开口部23所连通的内部空间17为后述那样的形成于造形物15内的流体的流路，在除了该流路的流路入口和流路出口以外不允许流体从该流路泄漏的情况下，不得不封闭除粉开口部23。需要说明的是，流路入口和流路出口符合必要开口部21。
例如，从抑制在该流路流通的流体的压力损失的观点考虑，在堵塞除粉开口部23的部分(堵塞部分)中，理想的是，不面向该流路产生对压力损失造成无法忽视的程度的影响的凹凸。即，有时优选堵塞部分的内部空间17侧的表面平滑。但是，之后难以加工堵塞部分的内部空间17侧的表面的情况较多，有时也难以观察堵塞部分的内部空间17侧的表面。
但是，例如在通过TIG(Tungsten Inert Gas：钨极惰性气体)焊接来堵塞除粉开口部23的情况下，难以确保堵塞部分的内部空间17侧的表面的平面度。此外，在通过TIG焊接来堵塞除粉开口部23的情况下，向造形物15的热输入容易变得较大，恐怕会因热而导致造形物15的变形。
此外，例如，若造形物15是在高温环境下使用的零件，则从耐热性的观点考虑，理想的是，用于除粉开口部23的堵塞的材料与造形物15为相同的材料。即，有时优选用于除粉开口部23的堵塞的材料与造形物15为相同的材料。
但是，例如在通过TIG焊接来堵塞除粉开口部23的情况下，用于堵塞的焊丝等填充物的材料有限，因此有时无法利用与造形物15相同的材料堵塞开口部。
此外，例如也考虑了通过利用LMD(Laser Metal Deposition：激光金属沉积)方式的造形方法抑制热输入量，通过将熔融的金属粉末吹至形成除粉开口部23的壁面等来堵塞除粉开口部23。在该情况下，与TIG焊接相比，能期待抑制因热而导致的变形，但在利用LMD方式的层叠造形方法中，难以封闭无底的开口部。
因此，在本公开的几个实施方式的造形物的制造方法中，通过如以下那样制造造形物来消除如上所述的不良。以下，对本公开的几个实施方式的造形物的制造方法进行说明。
(流程图)
图2是表示本公开的几个实施方式的造形物的制造方法的处理顺序的流程图。
几个实施方式的造形物的制造方法具备：形成造形物的步骤S1、形成塞子的步骤S3、排出残留粉末的步骤S5、装接塞子的步骤S7以及将塞子焊接于造形物的步骤S9。需要说明的是，几个实施方式的造形物的制造方法也可以还具备通过填充物填埋凹部的步骤S11。
以下，对各步骤的概要进行说明。
(形成造形物的步骤S1)
形成造形物的步骤S1例如为使用上述的三维层叠造形装置1层叠金属粉末30，形成具有与中空的内部空间连通17的开口部20(除粉开口部23)的造形物15的步骤。
图3A是关于通过实施形成造形物的步骤S1而得到的造形物15的一个例子的示意性的剖视图。在图3A中，示意性地表示了沿造形物15的造形方向(层叠方向)切断造形物15的剖面。需要说明的是，造形方向是图1中的朝向图示上侧的方向。
在形成造形物的步骤S1中，例如如图3A所示形成造形物15，所述造形物15具有内部空间17和与内部空间17连通的除粉开口部23。在通过实施形成造形物的步骤S1而得到的造形物15的内部空间17中，残留有残留粉末33。
从造形物15的外侧朝向内侧观察除粉开口部23时的除粉开口部23的形状例如可以为圆形，也可以为椭圆形，也可以为矩形。即，从造形物15的外侧朝向内侧观察除粉开口部23时的除粉开口部23的形状不特别限定。
从残留粉末33的排出的观点考虑，从造形物15的外侧朝向内侧观察除粉开口部23时的除粉开口部23的最小尺寸例如优选为1.5mm以上。
需要说明的是，在本说明书中，将从造形物15的外侧朝向内侧观察除粉开口部23时的方向，即，将除粉开口部23向内部空间17开口的内侧开口端23a与向造形物15的外部开口的外侧开口端23b分离的方向称为与除粉开口部23相关的造形物15的厚度方向，或者也简称为造形物15的厚度方向。
(形成塞子的步骤S3)
形成塞子的步骤S3为例如使用上述的三维层叠造形装置1层叠金属粉末30，形成塞子40的步骤。需要说明的是，塞子40为后述那样的用于封闭除粉开口部23的塞子。
也可以是，在形成塞子的步骤S3中，以与造形物15的造形条件相同的条件形成塞子40。需要说明的是，作为造形条件，例如可列举出光束9a的输出、光束9a的扫描速度、光束9a的光束直径、将金属粉末30均匀地敷设于粉末床8上时的金属粉末30的层叠厚度(承载板2的下降量)等。
此外，也可以是，在形成塞子的步骤S3中，与造形物15的形成同时形成塞子40。即，也可以是，在形成塞子的步骤S3中，例如如图1所示，在与形成造形物15的粉末床8相同的粉末床8内形成塞子40，由此与造形物15的形成同时地形成塞子40。
(排出残留粉末的步骤S5)
排出残留粉末的步骤S5是在形成造形物的步骤S1之后，将残留于内部空间17的金属粉末(残留粉末33)从开口部20(除粉开口部23)排出至造形物15的外部的步骤。
图3B是表示在排出残留粉末的步骤S5中，将内部空间17内的残留粉末33从除粉开口部23排出至造形物15的外部的情形的图。如图3B所示，在排出残留粉末的步骤S5中，使内部空间17内的残留粉末33从除粉开口部23排出至造形物15的外部。
(装接塞子的步骤S7)
装接塞子的步骤S7是在开口部20(除粉开口部23)装接塞子40的步骤。
图3C是表示在装接塞子的步骤S7中，在除粉开口部23装接塞子40的情形的图。
图4A是表示除粉开口部23附近的图，表示在除粉开口部23装接塞子40的情形。
图4B是表示除粉开口部23附近的图，表示在除粉开口部23装接了塞子40的情形。
在装接塞子的步骤S7中，例如在除粉开口部23装接在形成塞子的步骤S3中形成的塞子40。需要说明的是，也可以是，在装接塞子的步骤S7中，在除粉开口部23不装接在上述的形成塞子的步骤S3中形成的塞子40，而装接例如通过铸造等形成的塞子40。
(将塞子焊接于造形物的步骤S9)
将塞子焊接于造形物的步骤S9是将装接于开口部20(除粉开口部23)的塞子40焊接于造形物15的步骤。
图4C是表示除粉开口部23附近的图，表示通过光束90等能量束将装接于除粉开口部23的塞子40焊接于造形物15的情形。
图3D是实施了将塞子焊接于造形物的步骤S9后的造形物15的示意性的剖视图。
图4D是表示除粉开口部23所存在的区域的附近的图，示意性地表示实施了步骤S9后的造形物15的剖面。
在将塞子焊接于造形物的步骤S9中，通过光束90等能量束，将装接于除粉开口部23的塞子40焊接于造形物15，由此将塞子40和造形物15一体化。将像这样堵塞了除粉开口部23的部分称为堵塞部分19。需要说明的是，在图3D和图4D中，以双点划线示出与除粉开口部23的内周壁相当的位置。
如上所述，根据几个实施方式的造形物的制造方法，通过将装接于除粉开口部23的塞子40焊接于造形物15，能容易地封闭与中空的内部空间17连通的除粉开口部23。
即，通过将装接于除粉开口部23的塞子40焊接于造形物15，例如与通过TIG焊接来堵塞除粉开口部23的情况相比，能使堵塞部分19的内部空间17侧的表面(内表面)19a平滑。
此外，通过将装接于除粉开口部23的塞子40焊接于造形物15，例如与通过TIG焊接来堵塞除粉开口部23的情况相比，能抑制向造形物15的热输入，能抑制因热而导致的造形物15的变形。
将塞子40的材料设为与造形物15相同的材质，例如若通过光束等能量束将装接于除粉开口部23的塞子40焊接于造形物15，则能以与造形物15相同的材料堵塞除粉开口部23。
如上所述，根据几个实施方式的造形物的制造方法，具备排出残留粉末的步骤S5，因此能使残留于内部空间17的残留粉末33从除粉开口部23排出至造形物15的外部。
如上所述，根据几个实施方式的造形物的制造方法，具备形成塞子的步骤S3，因此能通过用于造形物15的形成的金属粉末30来形成塞子40。由此，能使塞子40的材料与造形物15的材质相同。因此，在像造形物15例如为在高温环境下使用的零件的情况那样，在优选用于除粉开口部23的堵塞的材料与造形物15为相同的材料的情况下，上述的几个实施方式的造形物的制造方法是适合的。
如上所述，也可以是，在形成塞子的步骤S3中，以与造形物15的造形条件相同的条件来形成塞子40。由此，例如能将表面粗糙度、尺寸公差等品质在造形物15和塞子40中保持为同等。
假设在形成造形物的步骤S1中不在造形物15形成除粉开口部23的情况下，需要在形成造形物15后在造形物15形成除粉开口部23。在该情况下，在造形物15为耐热合金等高强度构件的情况下，在一般的切削加工中难以在造形物15形成除粉开口部23。因此，在造形物15为耐热合金等高强度构件的情况下，例如设为通过放电加工在造形物15形成除粉开口部23。
但是，在放电加工中，加工用的电极产生磨耗，因此需要适当修正加工时的电极的位置。因此，在通过放电加工而在造形物15形成除粉开口部23的情况下，认为根据放电加工的实施时期而除粉开口部23的尺寸稍微不同。因此，恐怕会产生在除粉开口部23无法装接塞子40、除粉开口部23与塞子40的间隙过大而难以将塞子40保持于除粉开口部23从而使塞子40变得容易脱落等不良。
需要说明的是，即使在通过层叠造形来形成造形物15和塞子40的情况下，例如光束的焦点恐怕也会随着时间的经过而偏移，当造形物15与塞子40的形成时刻例如以周单位、月单位而不同时，除粉开口部23的尺寸精度与塞子40的尺寸精度恐怕也无法保持为同等。
根据几个实施方式的造形物的制造方法，在形成塞子的步骤S3中，通过与造形物15的形成同时地形成塞子40，即，通过在与形成有造形物15的粉末床8相同的粉末床8内形成塞子40，例如能将表面粗糙度、尺寸公差等品质在造形物15和塞子40中保持为同等。因此，能使除粉开口部23的尺寸精度与塞子40的尺寸精度同等。由此，即使在形成除粉开口部23、塞子40后不进行用于尺寸调整的加工等，也难以产生因除粉开口部23的尺寸精度与塞子40的尺寸精度不同等而导致的无法将塞子40装接于除粉开口部23、除粉开口部23与塞子40的间隙过大而变得难以将塞子40保持于除粉开口部23从而使塞子40容易脱落等不良。
需要说明的是，除粉开口部23的尺寸和公差、塞子40的尺寸和公差需要经营者考虑设计要求值或材料、嵌合方法(后述的锥形的有无等)、三维层叠造形装置1的加工精度等而适当确定，但如果能暂时设定为适当的值，则之后重新设定各值的必要性较低。
(关于形成造形物的步骤S1的另一实施方式)
图4E是表示涉及形成造形物的步骤S1的另一实施方式的除粉开口部23附近的图。图4E是与图4A相当的图。
也可以是，在形成造形物的步骤S1中，如图4E所示，以沿造形物15的厚度方向随着朝向内侧而大小逐渐减小的方式形成开口部20(除粉开口部23)。即，也可以是，除粉开口部23的沿造形物15的厚度方向的剖面形状是所谓的锥形状。
在沿造形物15的厚度方向的除粉开口部23的剖面形状成为锥形状的情况下，塞子40也同样地，剖面形状为锥形状即可。
由此，与无论造形物15的厚度方向的位置如何除粉开口部23的大小不改变的情况相比，即使降低除粉开口部23、塞子40的尺寸精度，也不易产生在除粉开口部23装接塞子40时的障碍。
(关于形成造形物的步骤S1的又一实施方式)
图5A至图5E是表示涉及形成造形物的步骤S1中的又一实施方式的除粉开口部23附近的图。
也可以是，在形成造形物的步骤S1中，以具有凹部25和比凹部25的底面25a尺寸小且设于底面25a的开口部20(除粉开口部23)的方式形成造形物15。
发明人等进行了深入研究，其结果是，在除粉开口部23附近的造形物15的壁厚较厚的情况下，当在不设置凹部25而设置除粉开口部23的情况下试图将装接于除粉开口部23的塞子40焊接于造形物15时，造形物15中的包围塞子40的周围的部分的热容量相对于塞子40的热容量变得过大。因此，明确了在焊接时包围塞子40的周围的部分熔融之前塞子的温度恐怕会过度上升而使塞子熔化落下。
如上所述，通过在造形物15设置凹部25、在该凹部25的底面25a形成除粉开口部23，与不设置凹部25的情况相比，能使造形物15中的包围塞子40的周围的部分的热容量变小。由此，即使在除粉开口部23附近的造形物15的壁厚较厚的情况下，也能将装接于除粉开口部23的塞子40焊接于造形物15。
对如上所述形成凹部25的情况中的造形物的制造方法的各步骤进行说明。
在形成造形物的步骤S1中，例如，如图5A所示，以具有凹部25和设于底面25a的除粉开口部23的方式形成造形物15。需要说明的是，在形成造形物的步骤S1中，以从造形物15的外侧朝向内侧观察凹部25时的除粉开口部23的尺寸比底面25a的尺寸小的方式形成除粉开口部23。
也可以是，在形成塞子的步骤S3中，与上述的实施方式同样地，以与造形物15的造形条件相同的条件形成塞子40。此外，也可以是，在形成塞子的步骤S3中，与上述的实施方式同样地，在与形成有造形物15的粉末床8相同的粉末床8内形成塞子40，由此与造形物15的形成同时地形成塞子40。
在排出残留粉末的步骤S5中，与上述的实施方式同样地，将内部空间17内的残留粉末33从除粉开口部23排出至造形物15的外部。
在装接塞子的步骤S7中，如图5B所示，例如将在形成塞子的步骤S3中形成的塞子40装接于除粉开口部23。需要说明的是，也可以是，在装接塞子的步骤S7中，在除粉开口部23不装接在上述的形成塞子的步骤S3中形成的塞子40，而装接例如通过铸造等形成的塞子40。
在将塞子焊接于造形物的步骤S9中，如图5C所示，通过光束90等能量束，将装接于除粉开口部23的塞子40焊接于造形物15，由此，如图5D所示将塞子40和造形物15一体化。需要说明的是，在图5D中，以双点划线示出与除粉开口部23的内周壁相当的位置。
在形成有凹部25的情况下，在实施将塞子焊接于造形物的步骤S9后，如图5D所示，成为在造形物15中留有凹部25的状态。
因此，在形成有凹部25的情况下，可以是，几个实施方式的造形物的制造方法还具备：在将塞子焊接于造形物的步骤S9之后，利用填充物填埋凹部的步骤S11。
在通过填充物填埋凹部的步骤S11中，例如，如图5E所示，利用填充物45填充凹部25。在利用填充物填埋凹部步骤S11中，在将塞子焊接于造形物的步骤S9中除粉开口部23已经被封闭，因此成为在底面25a不存在开口部20的状态。因此，在利用填充物填埋凹部步骤S11中，例如可以通过TIG焊接来利用填充物45填充凹部25，例如也可以通过利用LMD方式的造形方法来利用填充物45填充凹部25。
由此，能使利用填充物45填充凹部25的造形物15的表面(外表面)15b平滑。
需要说明的是，填充物45的材料可以与造形物15为相同的材料，也可以与造形物15为不同的材料。
(关于除粉开口部23的尺寸与塞子40的尺寸的关系)
在几个实施方式中，可以是，除粉开口部23的最大尺寸为塞子40的最大尺寸的105％以上且110％以下。更具体而言，可以是，从与除粉开口部23相关的造形物15的厚度方向观察时的除粉开口部23的最大尺寸为从该厚度方向观察时的塞子40的最大尺寸的105％以上且110％以下。
例如，若从与除粉开口部23相关的造形物15的厚度方向观察时的除粉开口部23的形状为圆形，则可以是，除粉开口部23的直径为塞子40的直径的105％以上且110％以下。
例如，若从与除粉开口部23相关的造形物15的厚度方向观察时的除粉开口部23的形状为椭圆形，则可以是，除粉开口部23的长轴的长度为塞子40的长轴的长度的105％以上且110％以下。
例如，若从与除粉开口部23相关的造形物15的厚度方向观察时的除粉开口部23的形状为矩形，则可以是，除粉开口部23的对角线的长度为塞子40的对角线的长度的105％以上且110％以下。
即，在几个实施方式中，也可以是，在形成造形物的步骤S1中，形成具有塞子40的最大尺寸的105％以上且110％以下的最大尺寸的开口部20(除粉开口部23)。
由此，能使除粉开口部23与塞子40的间隙不变得过大，并且容易将塞子40插入除粉开口部23。
在几个实施方式中，也可以是，沿着与除粉开口部23相关的造形物15的厚度方向的除粉开口部23的尺寸与沿该厚度方向的塞子40的尺寸实质上相同。由此，能使内侧开口端23a和外侧开口端23b中的塞子40的尺寸之差实质上消失。需要说明的是，也可以是，在实施将塞子焊接于造形物的步骤S9后在造形物15的外表面15b中，在堵塞部分19比堵塞部分19的周围的部分凹陷的情况下，堵塞部分19的外侧的表面(外表面)19b增厚，与堵塞部分19的周围的部分的高度一致。
在几个实施方式中，也可以是，在将塞子焊接于造形物的步骤S9中，以作为面向内部空间17的造形物15的表面的造形物15的内表面15a和堵塞部分19的内表面19a中的因塞子40向造形物15的焊接而受到热的影响的区域(热影响区域)18(参照图4D和图5E)的平面度成为0.3mm以下的方式将塞子40焊接于造形物15。
由此，能使热影响区域18平滑。
特别是，只要内部空间17为在造形物15内形成的流体的流路，则通过使热影响区域18平滑，能抑制在流路流通的流体的压力损失。
需要说明的是，上述的平面度例如为JIS B 0621所规定的平面度。
(关于造形物15的例子)
图6是示意性地表示作为造形物15的一个例子的燃气轮机燃烧器的燃料喷嘴70的剖面的图。燃料喷嘴70具有：喷嘴主体71，具有圆筒形状。在喷嘴主体71的顶端侧(图示上侧)设有至少一个用于喷射燃料的喷射孔72。
在图6所示的例子中，喷嘴主体71具有中空构造，内部空间71a为封闭的空间。因此，当使用如图1所示的三维层叠造形装置1来形成图6所示的燃料喷嘴70时，在内部空间71a残留有残留粉末33。
因此，在图6所示的例子中，在喷嘴主体71的例如基端侧(图示下侧)设有除粉开口部23。由此，能将内部空间71a内的残留粉末33从除粉开口部23排出至外部。
需要说明的是，与上述的几个实施方式同样地，在排出残留粉末33后，在除粉开口部23装接塞子40，将塞子40焊接于喷嘴主体71即可。
图7是关于作为造形物15的另一个例子的工业用燃气轮机的动叶、静叶或者燃烧器的内筒、尾筒、分割环等高温零件80的示意性的剖视图。
在图7所示的例子中，就高温零件80而言，为了高温零件80的冷却而在内部形成有用于使冷却介质CA流通的冷却流路81。即，在图7所示的例子中，冷却流路81相当于上述的造形物15的内部空间17。
在图7所示的例子中，冷却流路81具有：流路入口81a，用于使来自外部的冷却介质CA流入冷却流路81；以及流路出口81b，用于使在冷却流路81流通的冷却介质CA排出至外部。
例如，在图7所示的高温零件80中，冷却流路81形成为蛇行流路。例如，在图7所示的高温零件80中，冷却流路81中的冷却流路81的中间部分81d远离流路入口81a和流路出口81b这两者，在流路入口81a和流路出口81b之间存在冷却流路81的弯折部81c。因此，中间部分81d中的残留粉末33难以从流路入口81a、流路出口81b排出。
因此，在图7所示的例子中，在中间部分81d的附近且与高温零件80的外表面80b较近的位置设置除粉开口部23。
即，可以是，例如在制造图7所示的高温零件80的情况下，在形成造形物的步骤S1中，以在穿过作为造形物的高温零件80的内部而从流路入口81a延伸至流路出口81b的流路即冷却流路81的中途具备开口部20(除粉开口部23)的方式形成高温零件80。
由此，能将冷却流路81内的残留粉末33从除粉开口部23排出至外部。
需要说明的是，与上述的几个实施方式同样地，在排出残留粉末33后，在除粉开口部23装接塞子40，将塞子40焊接于高温零件80即可。
由此，即使在除了流路入口81a和流路出口81b以外不允许冷却介质CA从冷却流路81泄漏的情况下，也能封闭除粉开口部23，因此能在除了流路入口81a和流路出口81b以外处防止冷却介质CA从冷却流路81泄漏。
(实施例1)
对基于上述的几个实施方式的造形物的制造方法的实施例进行说明。
实施例1是如图4E所示的除粉开口部23和塞子40具有锥形状的情况的实施例。在实施例1中形成有除粉开口部23的试验片是具有如图4E所示的板形状的试验片。
实施例1中的试验片的材质为钴基合金。
将试验片的厚度tA设为1.0mm。
将塞子40的厚度tB设为1.0mm。
除粉开口部23的内侧开口端23a中的内径WA1为2.2mmΦ，外侧开口端23b中的内径WA2为2.4mmΦ。
塞子40的小径侧的直径WB1为2.2mmΦ，大径侧的直径WB2为2.4mmΦ。
在实施例1中，在将塞子焊接于造形物的步骤S9中，将作为光束的激光束的输出设为400W，将激光束的扫描速度设为75mm/min，将激光束的光束直径设为1.0mm。
通过基于上述条件将塞子40焊接于试验片，能将热影响区域18的平面度设为0.3mm以下。
(实施例2)
在实施例2中形成有除粉开口部23的试验片是具有如图5A所示的凹部25的试验片。
实施例2中的试验片的材质为钴基合金。
将实施例2中的试验片的厚度tA设为5.0mm。
将实施例2中的形成有试验片的底面25a的部位的厚度tC，即除粉开口部23的厚度方向的尺寸设为1.0mm。
需要说明的是，实施例2中的除粉开口部23和塞子40具有如图4E所示的锥形状。
实施例2中的除粉开口部23的各部分的尺寸和塞子40的各部分的尺寸与实施例1相同。
将实施例2中的底面25a的外缘(底面25a与凹部25的锥形内周边25b的交叉部)至除粉开口部23的外侧开口端23b的距离LA设为2.0mm。
将实施例2中的锥形内周面25b的倾斜角度θA设为75度。需要说明的是，底面25a与锥形内周面25b所成角度θA’为105度。
在实施例2中，在将塞子焊接于造形物的步骤S9中，将作为光束的激光束的输出设为650W，将激光束的扫描速度设为50mm/min，将激光束的光束直径设为1.0mm。
通过基于上述条件将塞子40焊接于试验片，能将热影响区域18的平面度设为0.3mm以下。
本发明并不限定于所述的实施方式，也包括对所述的实施方式加以变形的方式和将这些方式进行适当组合的方式。
所述各实施方式中记载的内容例如理解如下。
(1)本公开的至少一个实施方式的造形物的制造方法具备：层叠金属粉末30，形成具有与中空的内部空间连通17的开口部20(除粉开口部23)的造形物15的步骤S1；在开口部20(除粉开口部23)装接塞子40的步骤S7；以及将装接于开口部20(除粉开口部23)的塞子40焊接于造形物15的步骤S9。
根据上述(1)的方法，通过将装接于除粉开口部23的塞子40焊接于造形物15，能容易地封闭与中空的内部空间17连通的除粉开口部23。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)的方法中，还具备：在形成造形物的步骤S1之后，将残留于内部空间17的金属粉末(残留粉末33)从除粉开口部23排出至造形物15的外部的步骤S5。
根据上述(2)的方法，能将残留于内部空间17的残留粉末33从除粉开口部23排出至造形物15的外部。
(3)在几个实施方式中，也可以是，在上述(1)或(2)的方法中，还具备：层叠金属粉末30而形成塞子40的步骤S3。
根据上述(3)的方法，能通过用于造形物15的形成的金属粉末30来形成塞子40，因此能使塞子40的材料与造形物15的材质相同。
(4)在几个实施方式中，也可以是，在上述(3)的方法中，在形成塞子的步骤S3中，以与造形物15的造形条件相同的条件形成塞子40。
根据上述(4)的方法，通过以与造形物15的造形条件相同的条件来形成塞子40，能将例如表面粗糙度、尺寸公差等品质在造形物15和塞子40中保持为同等。
(5)在几个实施方式中，也可以是，在上述(3)或(4)的方法中，在形成塞子的步骤S3中，与造形物15的形成同时地形成塞子40。
根据上述(5)的方法，通过与造形物15的形成同时地形成塞子40，能将例如表面粗糙度、尺寸公差等品质在造形物15和塞子40中保持为同等。
(6)在几个实施方式中，在上述(1)至(5)中的任一方法中，在形成造形物的步骤S1中，以具有凹部25和尺寸比凹部25的底面25a尺寸小且设于底面25a的开口部20(除粉开口部23)的方式形成造形物15。
根据上述(6)的方法，通过在造形物15设置凹部25、在该凹部25的底面25a形成开口部20(除粉开口部23)，与不设置凹部25的情况相比，能使造形物15中的包围塞子40的周围的部分的热容量变小。由此，即使在除粉开口部23附近的造形物15的壁厚较厚的情况下，也能将装接于除粉开口部23的塞子40焊接于造形物15。
(7)在几个实施方式中，在上述(6)的方法中，还具备：在将塞子焊接于造形物的步骤S9之后，利用填充物填埋凹部的步骤S11。
根据上述(7)的方法，能使利用填充物45填充凹部25的造形物15的表面(外表面)15b平滑。
(8)在几个实施方式中，在上述(1)至(7)中的任一方法中，在形成造形物的步骤S1中，以沿造形物15的厚度方向随着朝向内侧而大小逐渐减小的方式形成开口部20(除粉开口部23)。
根据上述(8)的方法，除粉开口部23变得具有所谓的锥形状，因此与无论造形物15的厚度方向的位置如何除粉开口部23的大小不改变的情况相比，即使降低除粉开口部23、塞子40的尺寸精度，也不易产生将塞子40装接于除粉开口部23时的障碍。
(9)在几个实施方式中，在上述(1)至(7)中的任一方法中，在形成造形物的步骤S1中，形成具有塞子40的最大尺寸的105％以上且110％以下的最大尺寸的开口部20(除粉开口部23)。
根据上述(9)的方法，能使除粉开口部23与塞子40的间隙不变得过大，并且容易将塞子40插入除粉开口部23。
(10)在几个实施方式中，在上述(1)至(9)中的任一方法中，在将塞子焊接于造形物的步骤S9中，以作为面向内部空间17的造形物15的表面的造形物15的内表面15a和堵塞部分19的内表面19a中的因塞子40向造形物15的焊接而受到热的影响的区域(热影响区域)18的平面度成为0.3mm以下的方式将塞子40焊接于造形物15。
根据上述(10)的方法，能使热影响区域18平滑。
(11)在几个实施方式中，在上述(1)至(10)中得任一方法中，在形成造形物的步骤S1中，以在穿过造形物15的内部并从流路入口81a延伸至流路出口81b的流路即冷却流路81的中途具备开口部20(除粉开口部23)的方式形成造形物15。
根据上述(11)的方法，即使在除了流路入口81a和流路出口81b以外处不允许冷却介质CA从冷却流路81泄漏的情况下，也能封闭除粉开口部23，因此能在除了流路入口81a和流路出口81b以外处防止冷却介质CA从冷却流路81泄漏。
符号说明
1 三维层叠造形装置
15 造形物
17 内部空间
20 开口部
23 除粉开口部
25 凹部
25a 底面
30 金属粉末
33 残留粉末
40 塞子
45 填充物

Claims (9)

1.一种造形物的制造方法，其具备：
层叠金属粉末，形成具有凹部和尺寸比所述凹部的底面尺寸小且设于所述底面并与中空的内部空间连通的开口部的造形物的步骤；
在形成所述造形物的步骤之后，将残留于所述内部空间的所述金属粉末从所述开口部排出至所述造形物的外部的步骤；
在所述开口部装接塞子的步骤；以及
将装接于所述开口部的所述塞子焊接于所述造形物的步骤。
2.根据权利要求1所述的造形物的制造方法，所述制造方法还具备：
层叠所述金属粉末而形成所述塞子的步骤。
3.根据权利要求2所述的造形物的制造方法，其中，
形成所述塞子的步骤以与所述造形物的造形条件相同的条件来形成所述塞子。
4.根据权利要求2或3所述的造形物的制造方法，其中，
在形成所述塞子的步骤中，与所述造形物的形成同时地形成所述塞子。
5.根据权利要求1所述的造形物的制造方法，所述制造方法还具备：
在将所述塞子焊接于所述造形物的步骤之后，利用填充物填埋所述凹部的步骤。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的造形物的制造方法，其中，
在形成所述造形物的步骤中，以沿所述造形物的厚度方向随着朝向内侧而大小逐渐减小的方式形成所述开口部。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的造形物的制造方法，其中，
在形成所述造形物的步骤中，形成具有所述塞子的最大尺寸的105％以上且110％以下的最大尺寸的所述开口部。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的造形物的制造方法，其中，
在将所述塞子焊接于所述造形物的步骤中，以面向所述内部空间的所述造形物的表面中的因所述塞子向所述造形物的焊接而受到热的影响的区域的平面度成为0.3mm以下的方式将所述塞子焊接于所述造形物。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的造形物的制造方法，其中，
在形成所述造形物的步骤中，以在穿过所述造形物的内部而从流路入口延伸至流路出口的流路的中途具备所述开口部的方式形成所述造形物。
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