CN115464151B - 叠层造形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种叠层造形方法，其应力控制层包括如下部件而构成：压缩应力赋予部，为被赋予压缩应力的区域；及非压缩应力赋予部，为与所述压缩应力赋予部不同的区域。在固化工序中，基于扫描方向与温度变化时或热处理时的膨胀量或收缩量的关系，以所述压缩应力赋予部比所述非压缩应力赋予部更膨胀、或所述非压缩应力赋予部比所述压缩应力赋予部更缩小的方式，沿着与所述非压缩应力赋予部不同的所述扫描方向以激光束或电子束对所述压缩应力赋予部进行扫描。

Description

叠层造形方法
技术领域
本发明涉及一种叠层造形方法(method of additive manufacturing)。
背景技术
作为三维造形物的叠层造形方法，已知有各种方式。例如实施粉末床熔融(powderbed fusion)成型的叠层造形装置在造形区域形成包含材料粉体的材料层，以激光束(laser beam)或电子束进行扫描，对材料层的特定位置照射激光束或电子束，由此使材料层烧结或熔融，而形成固化层。然后，叠层造形装置重复材料层及固化层的形成，并将固化层叠层，而制造所需的三维造形物。
叠层造形可用于各种三维造形物的制造。例如，内部具有形状复杂的空间的物体难以通过切削加工或放电加工进行制造，但叠层造形适于制造这种物体。
日本专利申请公开2008-221801号公报公开了一种通过叠层造形制造内部包括供冷却介质流通的流路的模具构成构件(mold component)的方法。
发明内容
[发明所要解决的问题]
存在对三维造形物进行焊接、或者压制加工或弯曲加工等冷加工的情形，此时存在三维造形物产生残留应力的情况。另外，在三维造形物的使用阶段存在施加外部应力的情形。这种残留应力或外部应力作为拉伸应力发挥作用。存在因对三维造形物局部施加拉伸应力导致发生开裂的情形。例如在三维造形物为内部包括流路的模具构成构件的情形时，冷却介质流通的压力导致沿着扩展流路的方向产生拉伸应力，而存在流路的内面或其附近发生开裂的情形。
此处，本申请人发现，固化层的膨胀量或收缩量会根据激光束或电子束的扫描方向而增减。根据扫描方向的不同，判明相变或时效硬化引起的膨胀量或收缩量、或者温度变化时的膨胀量或收缩量会产生差异。若控制膨胀量或收缩量，则能够对固化层的所需部位赋予压缩应力。
本发明是鉴于这种情况而完成，其目的在于提供一种能够抑制三维造形物的开裂的叠层造形方法。
[解决问题的技术手段]
根据本发明，提供一种叠层造形方法，其对将所述三维造形物以特定的厚度分割而成的各分割层重复进行如下工序，将多个固化层叠层，而制造所述三维造形物：材料层形成工序，在形成所需的三维造形物的区域即造形区域形成材料层；及固化工序，沿着特定的扫描方向以激光束或电子束进行扫描，对所述材料层的特定的照射区域照射所述激光束或所述电子束，而形成固化层，作为所述多个固化层中的一个以上固化层的应力控制层(stress controlled layer)包括如下部件而构成：压缩应力赋予部(compressive stressapplied part)，为被赋予压缩应力的区域；及非压缩应力赋予部(compressive stressnon-applied part)，为与所述压缩应力赋予部不同的区域，在所述固化工序中，基于所述扫描方向与温度变化时或热处理时的膨胀量或收缩量的关系，以所述压缩应力赋予部比所述非压缩应力赋予部更膨胀、或所述非压缩应力赋予部比所述压缩应力赋予部更缩小的方式，在所述压缩应力赋予部的扫描方向与所述非压缩应力赋予部的所述扫描方向不同的状态下对所述压缩应力赋予部扫描所述激光束或所述电子束。
[发明的效果]
在本发明的叠层造形方法中，以基于扫描方向与膨胀量或收缩量的关系对压缩应力赋予部赋予压缩应力的方式，在固化工序中沿着与非压缩应力赋予部不同的扫描方向对压缩应力赋予部扫描激光束或电子束。通过这种构成，即使对三维造形物的压缩应力赋予部施加拉伸应力，所述拉伸应力的至少一部分也会因压缩应力赋予部的残留应力即压缩应力而减轻，使得压缩应力赋予部不易发生开裂。
附图说明
图1是叠层造形装置100的概略结构图。
图2是材料层形成装置3的立体图。
图3是从上方观察记录头11的立体图。
图4是从下方观察记录头11的立体图。
图5是照射装置13的概略结构图。
图6是包括三维造形物71的流路51的横截面的部分截面图。
图7表示光栅扫描中的扫描线。
图8A表示针对三维造形物73的扫描图案A。
图8B表示针对三维造形物73的扫描图案B。
图8C表示针对三维造形物73的扫描图案C。
图9表示使用叠层造形装置100的三维造形物的制造方法。
图10表示使用叠层造形装置100的三维造形物的制造方法。
图11表示三维造形物75的应力控制层的结构的例子。
图12A表示形成包括流路53的横截面的固化层83时的扫描图案的例子。
图12B表示形成包括流路53的横截面的固化层83时的扫描图案的例子。
图13表示形成包括流路53的横截面的固化层83时的扫描图案的例子。
图14表示三维造形物75的应力控制层的结构的例子。
图15表示形成包括流路53的横截面的固化层83时的扫描图案的例子。
图16表示形成包括流路53的横截面的固化层83时的扫描图案的例子。
图17表示三维造形物76的应力控制层的结构的例子。
图18表示形成包括流路54的纵截面的固化层83时的扫描图案的例子。
图19是三维造形物76的截面图。
图20表示形成包括流路54的纵截面的固化层83时的扫描图案的例子。
图21表示三维造形物77的应力控制层的结构的例子。
图22表示形成包括流路55、流路57的横截面的固化层83时的扫描图案的例子。
图23表示形成包括流路55、流路57的横截面的固化层83时的扫描图案的例子。
图24表示形成包括流路53的横截面的固化层83时的扫描图案的例子。
图25表示三维造形物79的应力控制层的结构的例子。
图26表示形成包括切口部59的V字型截面的固化层83时的扫描图案的例子。
图27表示形成包括切口部59的V字型截面的固化层83时的扫描图案的例子。
[符号的说明]
1：腔室
1a：窗
3：材料层形成装置
4：基座
5：造形台
6：造形台驱动装置
11：记录头
11a：材料收容部
11b：材料供给口
11c：材料排出口
11fb、11rb：刮板
12：记录头驱动装置
13：照射装置
17：污染防止装置
17a：壳体
17b：开口部
17c：扩散构件
17d：惰性气体供给空间
17e：细孔
17f：净化室
31：光源
33：准直器
35：聚焦控制单元
37：扫描装置
37a：X轴检流计镜
37b：Y轴检流计镜
51、53、54、55、57：流路
59：切口部
59a：底部
71、73、75、76、77、79：三维造形物
71a、75a、76a、77a、79a：压缩应力赋予部
71b、75b、76b、77b、79b：非压缩应力赋予部
75c：辅助部
81：底板
82：材料层
83：固化层
100：叠层造形装置
A1～A4：区域
C1、C2：横截面的中心
d1：最短距离
D：长度方向
L：激光束
p：间距
R：造形区域
S：照射区域
t1～t4：厚度
w：特定宽度
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下所示的实施方式中所示出的各特征事项能够互相组合。另外，关于各特征事项，发明独立成立。
本实施方式的叠层造形装置(additive manufacturing apparatus)100为实施粉末床熔融成型的装置。具体而言，叠层造形装置100对以特定的厚度将所需的三维造形物分割而成的各分割层重复进行材料层82的形成与固化层83的形成，而形成三维造形物。如图1所示，叠层造形装置100包括腔室1、材料层形成装置3、及照射装置13。
腔室1覆盖形成所需的三维造形物的区域即所需的造形区域R。从惰性气体供给装置向腔室1供给特定浓度的惰性气体，从腔室1排出包含固化层的形成所产生的烟雾的惰性气体。惰性气体供给装置例如为由周围的空气生成特定浓度的惰性气体的惰性气体产生装置、或储存特定浓度的惰性气体的储气罐。优选利用烟雾收集器将从腔室1排出的惰性气体去除烟雾并返送至腔室1。烟雾收集器例如为电集尘器(electrostatic precipitator)或过滤器。在本说明书中，惰性气体是实质上不与材料层82或固化层83反应的气体，可根据材料的种类从氮气、氩气、氦气等中选择适当的气体。
在照射装置13为照射激光束L的装置时，在腔室1的上表面设置供激光束L透过的窗1a。窗1a由激光束L能够透过的材料所形成。具体而言，窗1a的材料可根据激光束L的种类从石英玻璃或硼矽酸玻璃、或者锗、硅、硒化锌或溴化钾的结晶等中选择。例如，在激光束L为光纤激光或钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet，YAG)激光的情形时，窗1a可包含石英玻璃。
以覆盖窗1a的方式在腔室1的上表面设置污染防止装置17。污染防止装置17包括圆筒状的壳体17a、及配置于壳体17a内的圆筒状的扩散构件17c。在壳体17a与扩散构件17c之间设置惰性气体供给空间17d。在壳体17a的底面，在扩散构件17c的内侧设置开口部17b。在扩散构件17c设置有大量细孔17e，向惰性气体供给空间17d供给的洁净的惰性气体通过细孔17e充满净化室17f。然后，充满净化室17f的洁净的惰性气体通过开口部17b向污染防止装置17的下方喷出。通过这种构成，能够防止烟雾附着于窗1a，而将烟雾从激光束L的照射路径排除。
材料层形成装置3设置于腔室1的内部。如图2所示，材料层形成装置3包括包含造形区域R的基座4、及配置于基座4上的记录头11。记录头11以能够通过记录头驱动装置12沿着水平方向往返移动的方式构成。
如图3及图4所示，记录头11包括材料收容部11a、材料供给口11b、及材料排出口11c。在本实施方式中，作为形成材料层82的材料，可使用金属的材料粉体。此外，只要能够用于叠层造形，为根据激光束L或电子束的扫描方向而膨胀量或收缩量产生各向异性的物质，则可作为材料使用。
材料供给口11b设置于材料收容部11a的上表面，成为从材料供给单元向材料收容部11a供给的材料粉体的接收口。材料排出口11c设置于材料收容部11a的底面，将材料收容部11a内的材料粉体排出。材料排出口11c具有沿着材料收容部11a的长度方向延伸的狭缝形状。在记录头11的两侧面设置刮板11fb、刮板11rb。刮板11fb、刮板11rb使从材料排出口11c排出的材料粉体变得平坦，而形成材料层82。此外，刮板11fb、刮板11rb例如为平板状，也可为刷状。
如图1及图2所示，造形区域R位于造形台5上，在造形区域R形成所需的三维造形物。造形台5被造形台驱动装置6所驱动，能够沿着竖直方向移动。在造形时，在造形台5上配置底板81，可在底板81上形成第一层材料层82。
如图1所示，照射装置13设置于腔室1的上方。照射装置13依照预先设定的照射条件，对形成于造形区域R内的材料层82的照射区域照射激光束L，使照射位置的材料粉体熔融或烧结而固化。照射条件包括激光束或电子束的强度、点径的大小、扫描速度、分割层的厚度等。照射区域存在于造形区域R内，与特定的分割层中由三维造形物的轮廓形状围绕的区域大致一致。如图5所示，照射装置13包括光源31、准直器33、聚焦控制单元35、及扫描装置37。
光源31生成激光束L。激光束L只要能够使材料粉体烧结或熔融，则例如为光纤激光、CO2激光、YAG激光。在本实施方式中，使用光纤激光作为激光束L。
准直器33包括准直透镜。准直器33将从光源31输出的激光束L转换为平行光。聚焦控制单元35包括焦点控制透镜、及使焦点控制透镜沿着光轴方向前后移动的马达。聚焦控制单元35通过利用准直器33对转换为平行光的激光束L的焦点位置进行调整，而对材料层82的表面中的激光束L的光束直径、即点径进行调整。
扫描装置37例如为检流计式扫描振镜，包括X轴检流计镜37a及Y轴检流计镜37b、以及使X轴检流计镜37a及Y轴检流计镜37b分别旋转所需的角度的X轴致动器及Y轴致动器。通过聚焦控制单元35的激光束L通过X轴检流计镜37a及Y轴检流计镜37b在造形区域R内的材料层82的上表面进行二维扫描。具体而言，激光束L被X轴检流计镜37a反射，沿着造形区域R的X轴方向进行扫描，并且被Y轴检流计镜37b反射，沿着造形区域R的Y轴方向进行扫描。此处，X轴方向及Y轴方向为互相正交的水平方向。
X轴检流计镜37a及Y轴检流计镜37b的旋转角度由输入X轴致动器及Y轴致动器的驱动电流分别控制，由此，能够对造形区域R内的所需的位置照射激光束L。被X轴检流计镜37a及Y轴检流计镜37b所反射的激光束L透过窗1a照射至造形区域R内的材料层82，由此，形成固化层83。此外，照射装置13不限定于上述实施方式。例如，可设置fθ透镜代替聚焦控制单元35。另外，照射装置可以照射电子束代替激光束L使材料层82固化的方式构成。具体而言，照射装置可以包括如下部件的方式构成：阴极电极，释放出电子；阳极电极，收敛电子并使其加速；螺线管，形成磁场，将电子束的方向收敛于一个方向；及收集电极，与作为被照射体的材料层82电信连接。对阴极电极与收集电极之间施加电压。
叠层造形装置100的控制装置依照项目文件，控制材料层形成装置3及照射装置13等，进行叠层造形。项目文件例如通过计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)装置来制作，经由通信线或存储介质发送至控制装置。控制装置及CAM装置是将中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、辅助存储装置、输出输入接口等硬件与软件任意组合所构成。项目文件可包括激光束L或电子束的扫描图案的指令。换言之，在本实施方式中，确定扫描图案的是CAM装置。
本发明的叠层造形方法能够应用于各种三维造形物的制造，尤其可适宜地应用于内部包括能够供冷却介质等流体流通的流路的三维造形物的制造。作为这种三维造形物的例子，可列举构成模具的至少一部分的模具构成构件。
图6为容易发生开裂的三维造形物71的一例的截面图，表示构成三维造形物71的多个固化层83中特定的一层。在这种内部设置有具有圆形截面的流路51的三维造形物71的情形时，如果流体在流路51中流通，则流体的压力导致沿着扩展流路51的方向产生拉伸应力。这种拉伸应力作为例如应力腐蚀开裂的一个原因发挥作用，而容易在流路51的内面或流路51附近发生开裂。另一方面，在预先对这种容易发生开裂的部分赋予沿着流路51的圆形截面的周缘的方向的压缩应力的情形时，即使对所述部分施加拉伸应力，其至少一部分也会因作为残留应力的压缩应力而减轻，而不易发生开裂。此外，在图6中，以白色箭头概略性地表示可对三维造形物71赋予的拉伸压力，以黑色箭头概略性地表示可减轻拉伸压力的压缩应力。
作为对容易发生开裂的部分赋予压缩应力的方法，考虑控制构成三维造形物71的固化层83的膨胀量或收缩量。通过对材料层82照射激光束L或电子束所形成的固化层83通常在其后冷却并收缩。另外，于在造形中或造形后进行热处理的情形时，存在伴随热处理而固化层83膨胀或收缩的情形。例如，于在造形中或造形后进行淬火处理作为热处理而对固化层83引起马氏体相变的情形时，固化层83膨胀。另外，马氏体相变也存在因造形后的自然冷却而发生的情况。这种马氏体相变所伴随的膨胀在使用SUS420J2之类的马氏体系不锈钢等在常温下具有马氏体组织的材料的情形时会尤其显著地发生。另外，于在造形后进行时效硬化处理作为热处理使固化层83发生时效硬化的情形时，固化层83收缩。这种时效硬化所伴随的收缩在使用SUS630或SUS631之类的析出硬化系不锈钢、或马氏体时效钢(包括相当于马氏体时效钢的钢材)等作为材料的情形时会尤其显著地发生。
在本实施方式中，通过有意对固化层83的一部分赋予压缩应力，而抑制开裂的发生。此处，构成三维造形物71的多个固化层83中，将被有意赋予压缩应力的固化层83称为应力控制层。应力控制层包括被赋予压缩应力的区域即压缩应力赋予部71a、及与压缩应力赋予部71a不同的区域即非压缩应力赋予部71b。在图6所示的特定的固化层83中，压缩应力赋予部71a为与流路51的内面邻接并围绕流路51的部分，非压缩应力赋予部71b为与压缩应力赋予部71a邻接并围绕压缩应力赋予部71a的部分。通过使压缩应力赋予部71a及非压缩应力赋予部71b的膨胀量或收缩量产生差异，而能够使压缩应力残留于压缩应力赋予部71a。具体而言，在沿着流路51的圆形截面的周缘的方向上，压缩应力赋予部71a的膨胀量大于非压缩应力赋予部71b的膨胀量、或压缩应力赋予部71a的收缩量小于非压缩应力赋予部71b的收缩量。由此，压缩应力赋予部71a相对于非压缩应力赋予部71b而相对膨胀，其结果为，压缩应力残留于压缩应力赋予部71a。
因此，通过以压缩应力赋予部71a及非压缩应力赋予部71b的膨胀量或收缩量成为上述关系的方式控制固化层83的组织特性，而能够对压缩应力赋予部71a赋予压缩应力而抑制开裂。下文对用来赋予压缩应力的扫描图案的具体例进行说明。
此处，对激光束L或电子束的光栅扫描进行说明。图7表示例示性的照射区域S。首先，照射区域S按照特定宽度w被分割成分割区域。然后，在分割区域内以特定的间距p为间隔设定扫描线。在图7中，箭头表示一个分割区域中的激光束L或电子束的扫描路径，实线部分表示照射激光束L或电子束的位置，虚线部分表示暂时停止激光束L或电子束的照射的位置。一边重复沿着扫描线的激光束L或电子束的扫描，一边朝向与扫描线正交的方向进行扫描。对各分割区域实施这种激光束L或电子束的扫描，形成固化层83。此外，这种扫描路径终究为一例，例如，为了抑制激光束L或电子束的照射时的热的影响，也可以特定的扫描线与下一扫描的扫描线不邻接的方式设定扫描路径。以下将沿着扫描线的方向称为扫描方向。另外，扫描方向可以相对于特定的水平方向的角度表示，以下只要无特别说明，则以相对于X轴方向的角度表示扫描方向。在图7中，扫描方向为90°。此外，在本说明书中，扫描方向以0°以上且180°以下的角度表示，关于超过180°的扫描方向，将其值减去180°所得的值设为其扫描方向。即，在扫描方向θ1(0°≦θ1＜180°)与扫描方向θ2(180°≦θ2＜360°)满足θ1＝θ2－180°时，视为同一扫描方向。具体而言，在本说明书中，0°、45°、90°、135°的扫描方向分别可改称为180°、225°、270°、315°的扫描方向。
另外，光栅扫描中的扫描方向可设定为各分割层不同。例如，在奇数层的分割层的扫描与偶数层的分割层的扫描中，可设定为各扫描方向相差90°。由此，相较于将扫描方向设为一个方向，能够保持三维造形物整体的均一性，而能够抑制应变进行造形。
本申请人发现，固化层83的温度变化时或热处理时的膨胀量或收缩量会根据激光束L或电子束的扫描方向而增减。图8A至图8C表示实验所使用的激光束L或电子束的扫描图案。通过扫描方向各不相同的扫描图案A、扫描图案B、扫描图案C叠层造形长方体的三维造形物73，测定温度变化或热处理所伴随的长度方向D上的膨胀量或收缩量。长度方向D为三维造形物73的俯视下的长度方向。图8A至图8C概略性地表示三维造形物73的平面图及扫描方向。此外，在造形时，长度方向D为沿着Y轴方向的方向。
在图8A所示的图案A中，沿着与长度方向D平行的方向进行扫描。此时，扫描方向为90°。在图8B所示的图案B中，沿着与长度方向D垂直的方向进行扫描。此时，扫描方向为0°。在图8C所示的图案C中，对于每层分割层，交替沿着相对于长度方向D为+45°或-45°的方向进行扫描。即，在奇数层的分割层中将扫描方向设为45°进行扫描，在偶数层的分割层中将扫描方向设为135°进行扫描。
在使用热膨胀系数依扫描方向而异的材料的情形时，关于三维造形物73的长度方向D上的线膨胀系数，根据材料的种类及照射条件，式(1)或式(2)的任一关系成立。
α90＜α45＜α0 (1)
α90＞α45＞α0 (2)
此处，α90表示根据图案A进行扫描所形成的三维造形物73的线膨胀系数[K-1]，α0表示根据图案B进行扫描所形成的三维造形物73的线膨胀系数[K-1]，α45表示根据图案C进行扫描所形成的三维造形物73的线膨胀系数[K-1]。例如，于在特定的照射条件下使用马氏体时效钢作为材料的情形时，式(2)的关系成立。另外，于在特定的照射条件下使用相当于不含钴的马氏体时效钢的钢材(所谓无钴马氏体时效钢)作为材料的情形时，式(1)的关系成立。即，在使用热膨胀系数依扫描方向而异的材料的情形时，关于三维造形物73的冷却时的收缩量，根据材料的种类或照射条件，存在与扫描方向平行的方向的收缩量小于与扫描方向垂直的方向的收缩量的情形(即关于线膨胀系数而式(1)成立的情形)、及与扫描方向平行的方向的收缩量大于与扫描方向垂直的方向的收缩量的情形(即关于线膨胀系数而式(2)成立的情形)。
另外，在使用引起马氏体相变的材料在造形中或造形后引起马氏体相变的情形时，关于三维造形物73的长度方向D上的膨胀率，根据材料的种类或热处理条件，式(3)或式(4)的任一关系成立。
M90＞M45＞M0 (3)
M90＜M45＜M0 (4)
此处，M90表示根据图案A进行扫描所形成的三维造形物73的马氏体相变所伴随的膨胀率[％]，M0表示根据图案B进行扫描所形成的三维造形物73的马氏体相变所伴随的膨胀率[％]，M45表示根据图案C进行扫描所形成的三维造形物73的马氏体相变所伴随的膨胀率[％]。即，关于三维造形物73的马氏体相变所伴随的膨胀量，根据材料的种类或热处理条件，存在与扫描方向平行的方向的膨胀量大于与扫描方向垂直的方向的膨胀量的情形(即关于膨胀率而式(3)成立的情形)、及与扫描方向平行的方向的膨胀量小于与扫描方向垂直的方向的膨胀量的情形(即关于膨胀率而式(4)成立的情形)。
另外，在使用引起时效硬化的材料在造形后进行时效硬化处理而使三维造形物73时效硬化的情形时，关于三维造形物73的长度方向D上的收缩率，根据材料的种类或热处理条件，式(5)或式(6)的任一关系成立。
H90＜H45＜H0 (5)
H90＞H45＞H0 (6)
此处，H90表示根据图案A进行扫描所形成的三维造形物73的时效硬化所伴随的收缩率[％]，H0表示根据图案B进行扫描所形成的三维造形物73的时效硬化所伴随的收缩率[％]，H45表示根据图案C进行扫描所形成的三维造形物73的时效硬化所伴随的收缩率[％]。即，关于三维造形物73的时效硬化所伴随的收缩量，根据材料的种类或热处理条件，存在与扫描方向平行的方向的收缩量小于与扫描方向垂直的方向的收缩量的情形(即关于收缩率而式(5)成立的情形)、及与扫描方向平行的方向的收缩量大于与扫描方向垂直的方向的收缩量的情形(即关于收缩率而式(6)成立的情形)。
如上所述，根据激光束L或电子束的扫描方向，固化层83的相变或时效硬化产生的膨胀量或收缩量、及不伴随组织变化的仅温度变化时的膨胀量或收缩量会产生差异。另外，扫描方向的不同产生的膨胀量或收缩量的大小关系根据材料的种类、照射条件、热处理的有无、或热处理条件而发生变化。基于这种扫描方向与膨胀量或收缩量的关系，在三维造形物中，对压缩应力赋予部与非压缩应力赋予部沿着不同的扫描方向以激光束L或电子束进行扫描，由此能够控制各部分的膨胀量或收缩量。进而，能够对三维造形物的任意部分赋予压缩应力。即使为所述所例示的材料以外，只要为膨胀量或收缩量根据扫描方向而产生差异的材料，则可应用于本发明。
此外，对于热膨胀系数依扫描方向而异且热处理引起膨胀或收缩的材料，综合考虑温度变化时的膨胀量或收缩量与热处理时的膨胀量或收缩量，对扫描方向与膨胀量或收缩量的大小关系进行判断。例如，无钴马氏体时效钢为热膨胀系数依扫描方向而异的材料，且为时效硬化引起收缩的材料。即，在实施热处理的情形时，对于热处理后的最终的膨胀量或收缩量，求出扫描方向与膨胀量或收缩量的大小关系即可。
接着，对使用上述叠层造形装置100进行的三维造形物的叠层造形方法进行说明。在本实施方式中，内部包括能够供流体流通的流路的三维造形物是通过叠层造形所制造。
本实施方式的叠层造形方法包括材料层形成工序、及固化工序。在材料层形成工序中，在造形区域R形成包含金属材料的材料层82。在固化工序中，对材料层82的特定的照射区域照射激光束L或电子束而形成固化层83。将材料层形成工序及固化工序重复实施。
首先，进行第一次材料层形成工序。如图9所示，于在造形台5上载置有底板81的状态下，将造形台5的高度调整为合适的位置。在所述状态下，使记录头11从左侧移动至右侧，由此在底板81上形成第一层材料层82。
接着，进行第一次固化工序。如图10所示，对第一层材料层82的特定的照射区域照射激光束L或电子束，使第一层材料层82固化而形成第一层固化层83。
然后，进行第二次材料层形成工序。在形成第一层固化层83后，将造形台5的高度下降一层材料层82的量。在所述状态下，通过记录头11从造形区域R的右侧移动至左侧，而以覆盖第一层固化层83的方式形成第二层材料层82。然后，进行第二次固化工序。通过与上述同样的方法，对第二层材料层82的特定的照射区域照射激光束L或电子束，使第二层材料层82固化，而形成第二层固化层83。
在获得所需的三维造形物之前，重复材料层形成工序及固化工序，将多个固化层83叠层。邻接的固化层83互相牢固地固着。
以对所述固化层83的一部分区域赋予压缩应力的方式对以所述方式形成的多个固化层83中的一层以上固化层83照射激光束L或电子束，形成为应力控制层。应力控制层包括被赋予压缩应力的区域即压缩应力赋予部、及与所述压缩应力赋予部不同的区域即非压缩应力赋予部。
在固化工序中，在所述压缩应力赋予部的扫描方向与非压缩应力赋予部的扫描方向不同的状态下，执行所述激光束或所述电子束的扫描，使得基于扫描方向与温度变化时或热处理时的膨胀量或收缩量的关系，压缩应力赋予部比非压缩应力赋予部更膨胀、或非压缩应力赋予部比压缩应力赋予部更缩小。即，在对包含膨胀量或收缩量根据扫描方向产生各向异性的材料的材料层82照射激光束L或电子束而形成固化层83时，基于事先调查到的与材料的种类、照射条件、热处理的有无、或热处理条件相应的扫描方向与不伴随组织变化的温度变化时的膨胀量或收缩量的关系、或扫描方向与伴随组织变化的热处理时的膨胀量或收缩量的关系，沿着与非压缩应力赋予部相比膨胀量增大或收缩量减小的扫描方向，以激光束L或电子束对压缩应力赋予部进行扫描，沿着与压缩应力赋予部相比膨胀量减小或收缩量增大的扫描方向以激光束L或电子束对非压缩应力赋予部进行扫描。由此，压缩应力赋予部相对于非压缩应力赋予部而相对膨胀，其结果为，压缩应力残留于压缩应力赋予部。
具体而言，基于与材料的种类、照射条件、热处理的有无、或热处理条件相应的扫描方向与固化层83的膨胀量或收缩量的关系，确定与压缩应力赋予部及非压缩应力赋予部分别对应的照射区域中的扫描方向。然后，基于包括各照射区域中的扫描方向的扫描图案，以激光束L或电子束对材料层82进行扫描。此外，扫描方向的不同引起的膨胀量或收缩量的大小关系可能根据材料的种类、照射条件、热处理的有无、或热处理条件而发生变化。因此，需要根据同一条件实施试验造形等，事先掌握膨胀量或收缩量的大小关系。
以下，对应力控制层中的扫描图案的代表性的例子进行说明。此外，以下所例示的扫描图案可根据固化层83的形状互相组合，另外，可针对各固化层83应用不同的扫描图案。
三维造形物75在内部包括流路53。图11表示三维造形物75的应力控制层中包括流路53的横截面的固化层83。此外，横截面是指与流路53的流体的流通方向垂直的方向的截面。图11中的流路53的流体的流通方向为近侧、深度方向。
在图11所示的固化层83中，与流路53的横截面邻接而围绕横截面的环状部分为压缩应力赋予部75a。其他部分、即与压缩应力赋予部75a邻接而围绕压缩应力赋予部75a的部分为非压缩应力赋予部75b。包括流路53的横截面的固化层83中的压缩应力赋予部75a的厚度t1、即从流路53的横截面的周缘至压缩应力赋予部75a的外侧的轮廓为止的距离优选为10μm以上且3000μm以下，进而优选为50μm以上且1000μm以下。若包括流路53的横截面的固化层83中的压缩应力赋予部75a的厚度t1为所述范围，则可仅对所需的部分局部赋予压缩应力，另外，能够更确实地抑制流路53的附近的开裂的发生。
图12A及图12B例示出与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形、或与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形时的图11的固化层83中的扫描图案。图12A及图12B中的粗线表示图11所示的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向，虚线表示与图11所示的固化层83邻接的上下的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向。与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形例如为使用引起马氏体相变的材料进行造形并在造形中或造形后进行淬火处理，且关于马氏体相变时的膨胀率而上述式(3)成立的情形。另外，与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量小于与扫描方向垂直的方向的固化层的收缩量的情形例如为使用热膨胀系数依扫描方向而异的材料进行造形，且关于固化层83的线膨胀系数而上述式(1)成立的情形，或为使用引起时效硬化的材料并在造形后进行时效硬化处理，且关于固化层83的时效硬化时的收缩率而上述式(5)成立的情形。
在图12A及图12B的扫描图案中，沿着与流路53的横截面的周缘平行的扫描方向以激光束L或电子束对压缩应力赋予部75a进行扫描。即，沿着围绕横截面的环状的扫描线，以激光束L或电子束对流路53的横截面的近缘部分进行扫描。对于非压缩应力赋予部75b，在图12A的扫描图案中，交替沿着45°或135°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。在图12A中，扫描方向为45°的光栅扫描以粗线表示，扫描方向为135°的光栅扫描以虚线表示。在图12B的扫描图案中，交替沿着0°或90°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。在图12B中，扫描方向为0°的光栅扫描以粗线表示，扫描方向为90°的光栅扫描以虚线表示。
此处，着眼于与流路53的横截面的周缘平行的方向(以下为圆周方向)上的膨胀或收缩。在利用图12A或图12B的扫描图案以激光束L或电子束进行扫描的情形时，马氏体相变时的压缩应力赋予部75a的圆周方向的膨胀量大于非压缩应力赋予部75b的圆周方向的膨胀量，或固化层83的冷却时或固化层83的时效硬化时的压缩应力赋予部75a的圆周方向的收缩量小于非压缩应力赋予部75b的圆周方向的收缩量。由此，压缩应力赋予部75a相对于非压缩应力赋予部75b而相对膨胀，压缩应力赋予部75a中流路53的横截面的周缘产生沿着圆周方向的压缩应力。即使伴随流体的流通对流路53的内面施加拉伸应力，拉伸应力的至少一部分也会因作为残留应力的压缩应力而减轻，变得不易发生开裂。
图13例示与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形、或与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形时的图11的固化层83中的扫描图案。图13中的粗线表示图11所示的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向，虚线表示与图11所示的固化层83邻接的上下的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向。与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形例如为使用引起马氏体相变的材料进行造形并在造形中或造形后进行淬火处理，且关于马氏体相变时的膨胀率而上述式(4)成立的情形。另外，与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形例如为使用热膨胀系数依扫描方向而异的材料进行造形且关于固化层83的线膨胀系数而上述式(2)成立的情形，或为使用引起时效硬化的材料并在造形后进行时效硬化处理且关于固化层83的时效硬化时的收缩率而上述式(6)成立的情形。
在图13的扫描图案中，沿着与流路53的横截面的周缘垂直的扫描方向以激光束L或电子束对压缩应力赋予部75a进行扫描。对于非压缩应力赋予部75b，交替沿着45°或135°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。在图13中，扫描方向为45°的光栅扫描以粗线表示，扫描方向为135°的光栅扫描以虚线表示。
此处，着眼于流路53的横截面的圆周方向上的膨胀或收缩。在利用图13的扫描图案以激光束L或电子束进行扫描的情形时，马氏体相变时的压缩应力赋予部75a的圆周方向的膨胀量大于非压缩应力赋予部75b的圆周方向的膨胀量，另外，固化层83的冷却时或固化层83的时效硬化时的压缩应力赋予部75a的圆周方向的收缩量小于非压缩应力赋予部75b的圆周方向的收缩量。由此，压缩应力赋予部75a相对于非压缩应力赋予部75b而相对膨胀，压缩应力赋予部75a中流路53的横截面的周缘产生沿着圆周方向的压缩应力。即使伴随流体的流通对流路53的内面施加拉伸应力，拉伸应力的至少一部分也会因作为残留应力的压缩应力而减轻，变得不易发生开裂。
在图14所示的应力控制层的结构的其他例中，应力控制层进而包括辅助部(lowexpansion/high shrinkage part)75c。具体而言，在包括流路53的横截面的固化层83中，在压缩应力赋予部75a与非压缩应力赋予部75b之间设置与压缩应力赋予部75a邻接而围绕压缩应力赋予部75a的环状的辅助部75c。对于辅助部75c，基于扫描方向与温度变化时或热处理时的膨胀量或收缩量的关系，以膨胀量小于非压缩应力赋予部75b、或收缩量大于非压缩应力赋予部75b的方式，以激光束L或电子束进行扫描。即，辅助部75c为与非压缩应力赋予部75b相比膨胀量相对较小或收缩量相对较大的区域。换句话说，辅助部75c是辅助应力控制的辅助区域，作为低膨胀/高收缩部而发挥作用。
图15例示与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形、或与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形时的图14的固化层83中的扫描图案。图15中的粗线表示图14所示的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向，虚线表示与图14所示的固化层83邻接的上下的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向。
在图15的扫描图案中，沿着与流路53的横截面的周缘平行的扫描方向，以激光束L或电子束对压缩应力赋予部75a进行扫描。沿着与流路53的横截面的周缘垂直的扫描方向，以激光束L或电子束对辅助部75c进行扫描。对于非压缩应力赋予部75b，交替沿着0°或90°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。在图15中，扫描方向为0°的光栅扫描以粗线表示，扫描方向为90°的光栅扫描以虚线表示。
图16例示出与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形、或与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形时的图14的固化层83中的扫描图案。图16中的粗线表示图14所示的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向，虚线表示与图14所示的固化层83邻接的上下的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向。
在图16的扫描图案中，沿着与流路53的横截面的周缘垂直的扫描方向以激光束L或电子束对压缩应力赋予部75a进行扫描。沿着与流路53的横截面的周缘平行的扫描方向以激光束L或电子束对辅助部75c进行扫描。对于非压缩应力赋予部75b，交替沿着45°或135°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。在图16中，扫描方向为45°的光栅扫描以粗线表示，扫描方向为135°的光栅扫描以虚线表示。
在图15或图16的扫描图案中，利用被认为膨胀量最大或收缩量最小的扫描图案以激光束L或电子束对压缩应力赋予部75a进行扫描，利用被认为膨胀量最小或收缩量最大的扫描图案以激光束L或电子束对辅助部75c进行扫描。因此，在利用图15或图16的扫描图案以激光束L或电子束进行扫描的情形时，压缩应力赋予部75a与邻接于压缩应力赋予部75a的部分(此处为辅助部75c)的膨胀量或收缩量的差异与图12A及图12B或图13的扫描图案的情形时相比变得更大。因此，能够对压缩应力赋予部75a赋予更大的压缩应力。此外，包括流路53的横截面的固化层83中的辅助部75c的厚度t2、即从压缩应力赋予部75a的周缘至辅助部75c的外侧的轮廓为止的距离优选为10μm以上且3000μm以下，进而优选为50μm以上且1000μm以下。若包括流路53的横截面的固化层83中的辅助部75c的厚度t2为所述范围，则能够使围绕压缩应力赋予部75a的部分的膨胀量局部地进一步降低，或使围绕压缩应力赋予部75a的部分的收缩量局部地进一步提高，而能够对压缩应力赋予部75a赋予充分的压缩应力。
三维造形物76在内部包括流路54。图17表示三维造形物76的应力控制层中包括流路54的纵截面的固化层83。此外，纵截面是指与流路54的流体的流通方向平行的方向的截面。图17中的流路54的流体的流通方向为左右方向。
在图17所示的固化层83中，与流路54的纵截面邻接的部分为压缩应力赋予部76a，其他部分、即与压缩应力赋予部76a的外侧邻接的部分为非压缩应力赋予部76b。包括流路54的纵截面的固化层83中的压缩应力赋予部76a的厚度t3、即从流路54的纵截面的周缘至压缩应力赋予部76a的外侧的轮廓为止的距离优选为10μm以上且3000μm以下，进而优选为50μm以上且1000μm以下。若包括流路54的纵截面的固化层83中的压缩应力赋予部76a的厚度t3为所述范围，则可仅对所需的部分局部赋予压缩应力，另外，能够更确实地抑制流路54附近的开裂的发生。
图18例示出与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形、或与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形时的图17的固化层83中的扫描图案。图18中的粗线表示图17所示的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向，虚线表示与图17所示的固化层83邻接的上下的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向。
在图18的扫描图案中，沿着与纵截面的周缘垂直的扫描方向以激光束或电子束对压缩应力赋予部76a进行扫描。对于非压缩应力赋予部76b，交替沿着45°或135°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。在图18中，扫描方向为45°的光栅扫描以粗线表示，扫描方向为135°的光栅扫描以虚线表示。
图19表示通过图18的扫描图案所形成并叠层而成的包括应力控制层的三维造形物76的包括流路54的横截面的截面图。图19的两箭头表示各固化层83的压缩应力赋予部76a中的激光束L的扫描方向。
此处，着眼于图19的截面图中压缩应力赋予部76a中相对于流路54位于上侧及下侧的区域A1、区域A2、及非压缩应力赋予部76b中与区域A1、区域A2邻接的区域中与流路54的横截面的周缘平行的方向上的膨胀或收缩。在压缩应力赋予部76a的区域A1、区域A2中，马氏体相变时的膨胀量大于非压缩应力赋予部76b的膨胀量，或固化层83的冷却时或固化层83的时效硬化时的收缩量小于非压缩应力赋予部76b的收缩量。由此，压缩应力赋予部76a的区域A1、区域A2相对于非压缩应力赋予部76b而相对膨胀，压缩应力赋予部76a的区域A1、区域A2产生与流路54的横截面的周缘大致平行的方向的压缩应力。
接着，着眼于图19的截面图中压缩应力赋予部76a中相对于流路54位于左侧及右侧的区域A3、区域A4、及非压缩应力赋予部76b中与区域A3、区域A4邻接的区域中与流路54的横截面的周缘垂直的方向上的膨胀或收缩。在压缩应力赋予部76a的区域A3、区域A4中，马氏体相变时的膨胀量大于非压缩应力赋予部76b的膨胀量，另外，固化层83的冷却时或固化层83的时效硬化时的收缩量小于非压缩应力赋予部76b的收缩量。由此，压缩应力赋予部76a的区域A3、区域A4相对于非压缩应力赋予部76b而相对膨胀，压缩应力赋予部76a的区域A3、区域A4中沿着与流路的横截面的周缘大致垂直的方向、即对流路54加压的方向产生压缩应力。
如上所述，在利用图18的扫描图案进行激光束L或所述电子束的扫描的情形时，在压缩应力赋予部76a的区域A1、区域A2残留与流路54的横截面的周缘大致平行的方向的压缩应力，在压缩应力赋予部76a的区域A3、区域A4残留与流路54的横截面的周缘大致垂直的方向的压缩应力。由此，即使伴随流体的流通对流路54的内面施加拉伸应力，拉伸应力的至少一部分也会因作为残留应力的压缩应力而减轻，变得不易发生开裂。
图20例示出与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形、或与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形时的图17的固化层83中的扫描图案。图20中的粗线表示图17所示的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向，虚线表示与图17所示的固化层83邻接的上下的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向。
在图20的扫描图案中，沿着与纵截面的周缘平行的扫描方向以激光束L或所述电子束对压缩应力赋予部76a进行扫描。对于非压缩应力赋予部76b，交替沿着45°或135°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。在图20中，扫描方向为45°的光栅扫描以粗线表示，扫描方向为135°的光栅扫描以虚线表示。
同样地，在利用图20的扫描图案进行激光束L或所述电子束的扫描的情形时，在压缩应力赋予部76a中相对于流路54位于上侧及下侧的区域残留与流路54的横截面的周缘大致平行的方向的压缩应力，在压缩应力赋予部76a中相对于流路54位于左侧及右侧的区域残留与流路54的横截面的周缘大致垂直的方向的压缩应力。由此，即使伴随流体的流通对流路54的内面施加拉伸应力，拉伸应力的至少一部分也会因作为残留应力的压缩应力而减轻，变得不易发生开裂。
三维造形物77在内部包括多条流路55、流路57。图21表示三维造形物77的应力控制层中包括两条流路55、流路57的横截面的固化层83。
在图21所示的固化层83中，两条流路55、流路57的横截面之间的部分为压缩应力赋予部77a，其他部分、即与压缩应力赋予部77a邻接的部分为非压缩应力赋予部77b。在本实施方式中，压缩应力赋予部77a具有大致矩形形状，例如也可以为压缩应力赋予部77a的两端沿着流路55、流路57的周缘的形状。
图22例示出与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形、或与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形时的图21的固化层83中的扫描图案。图22中的粗线表示图21所示的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向，虚线表示与图21所示的固化层83邻接的上下的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向。
在图22的扫描图案中，沿着与将两个横截面互相相连的线段、即将图21中的流路55的横截面的中心C1与流路57的横截面的中心C2相连的线段垂直的扫描方向以激光束L或电子束对压缩应力赋予部77a进行扫描。对于非压缩应力赋予部77b，交替沿着45°或135°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。在图22中，扫描方向为45°的光栅扫描以粗线表示，扫描方向为135°的光栅扫描以虚线表示。
此处，着眼于流路55、流路57的横截面的圆周方向上的膨胀或收缩。在利用图22的扫描图案以激光束L或电子束进行扫描的情形时，马氏体相变时的压缩应力赋予部77a的圆周方向的膨胀量大于非压缩应力赋予部77b的圆周方向的膨胀量，另外，固化层83的冷却时或固化层83的时效硬化时的压缩应力赋予部77a的圆周方向的收缩量小于非压缩应力赋予部77b的圆周方向的收缩量。由此，压缩应力赋予部77a相对于非压缩应力赋予部77b而相对膨胀，压缩应力赋予部77a产生与流路55、流路57的横截面的周缘大致平行的方向的压缩应力。由于在两条流路55、流路57的横截面之间的部分伴随各流路中的流体的流通产生拉伸应力，故而变得容易发生开裂。因此，通过对两条流路55、流路57的横截面之间的部分赋予压缩应力，拉伸应力的至少一部分会因作为残留应力的压缩应力而减轻，变得不易发生开裂。
图23例示出与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形、或与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形时的图21的固化层83中的扫描图案。图23中的粗线表示图21所示的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向，虚线表示与图21所示的固化层83邻接的上下的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向。
在图23的扫描图案中，沿着与将两个横截面互相相连的线段平行的扫描方向以激光束L或电子束对压缩应力赋予部77a进行扫描。对于非压缩应力赋予部77b，交替沿着45°或135°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。在图23中，扫描方向为45°的光栅扫描以粗线表示，扫描方向为135°的光栅扫描以虚线表示。
此处，着眼于流路55、流路57的横截面的圆周方向上的膨胀或收缩。在利用图23的扫描图案以激光束L或电子束进行扫描的情形时，马氏体相变时的压缩应力赋予部77a的圆周方向的膨胀量大于非压缩应力赋予部77b的圆周方向的膨胀量，另外，固化层83的冷却时或固化层83的时效硬化时的压缩应力赋予部77a的圆周方向的收缩量小于非压缩应力赋予部77b的圆周方向的收缩量。由此，压缩应力赋予部77a相对于非压缩应力赋予部77b而相对膨胀，压缩应力赋予部77a产生与流路55、流路57的横截面的周缘大致平行的方向的压缩应力。由于在两条流路55、流路57的横截面之间的部分伴随各流路中的流体的流通产生拉伸应力，故而变得容易发生开裂。因此，通过对两条流路55、流路57的横截面之间的部分赋予压缩应力，拉伸应力的至少一部分会因作为残留应力的压缩应力而减轻，变得不易发生开裂。
图22及图23的扫描图案对于两条流路55、流路57的横截面相对接近的情形而言尤为适宜。具体而言，两条流路55、流路57的横截面互相的距离、即图21中的两条流路55、流路57的横截面的周缘的最短距离d1例如为流路55、流路57的直径的3倍以下。另外，在两条流路的横截面的直径互不相同的情形时，在两条流路的横截面的距离为相对较大一方的直径的3倍以下时，视为横截面相对接近。另外，在包括三条以上相对接近的流路的横截面的固化层中，横截面的各组之间的部分成为压缩应力赋予部。
在本实施方式中，在压缩应力赋予部75a、压缩应力赋予部76a、压缩应力赋予部77a中，利用被推定膨胀量最大的扫描图案、或被推定收缩量最少的扫描图案进行激光束L或电子束的扫描。另外，在非压缩应力赋予部75b、非压缩应力赋予部76b、非压缩应力赋予部77b中，利用交替重复进行将0°设为扫描方向的光栅扫描与将90°设为扫描方向的光栅扫描的扫描图案、或交替重复进行将45°设为扫描方向的光栅扫描与将135°设为扫描方向的光栅扫描的扫描图案进行激光束L或电子束的扫描。但是，这些扫描图案终究为一例，应力控制层的各固化层83中的扫描图案只要以压缩应力赋予部相较于非压缩应力赋予部及辅助部更膨胀、或非压缩应力赋予部及辅助部相较于压缩应力赋予部更缩小的方式，沿着与非压缩应力赋予部及辅助部不同的扫描方向以激光束L或电子束对压缩应力赋予部进行扫描即可。
例如，图24表示与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形、或与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形时的图11的固化层83中的扫描图案的变形例。图24中的粗线表示图11所示的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向，虚线表示与图11所示的固化层83邻接的上下的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向。在图24的扫描图案中，对于压缩应力赋予部75a，交替沿着45°或135°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。沿着与流路53的横截面的周缘平行的扫描方向以激光束L或电子束对非压缩应力赋予部75b进行扫描。这种扫描图案也会使得压缩应力赋予部75a相对于非压缩应力赋予部75b而相对膨胀，从而在压缩应力赋予部75a中流路53的横截面的周缘产生沿着圆周方向的压缩应力。
另外，关于针对非压缩应力赋予部的光栅扫描，在本实施方式中，例示出0°及90°、以及45°及135°的扫描方向，但扫描方向也可以为其他角度。另外，在本实施方式中，针对每层分割层将扫描方向变化90°，但也可以在全部分割层中根据同一扫描方向进行光栅扫描。但对于非压缩应力赋予部而言，理想的是以上下邻接的所述分割层的扫描方向不同的方式进行光栅扫描。例如，对于非压缩应力赋予部，以上下邻接的所述分割层的扫描方向相差90°的方式进行光栅扫描。此外，对于不为应力控制层的固化层83，与非压缩应力赋予部同样，理想的也是以上下邻接的分割层的扫描方向不同的方式，例如以上下邻接的分割层的扫描方向相差90°的方式进行光栅扫描。由此，能够抑制扫描方向的偏差引起的应变的产生，而能够适宜地保持三维造形物整体的均一性。
除了以上所具体说明的内容以外，只要压缩应力赋予部相对于非压缩应力赋予部而相对膨胀，则也可以实施其他扫描图案，也可以将上文所述的多个扫描图案互相组合实施。
以上，已对本发明的适宜的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，只要记载于权利要求的范围内，则能够进行各种设计变更。例如，也可以通过以下方式实施。
在上述实施方式中，以内部包括能够供流体流通的流路的三维造形物作为对象，但本发明的叠层造形方法的应用对象并不限定于此。本发明的叠层造形方法例如也能够应用于端部包括切口部(notch)的三维造形物。
三维造形物79在端部包括V字型截面的切口部59。此处，将切口部59的最凹部设为底部59a，将从端面朝向底部59a的方向设为深度方向。在三维造形物79中，容易对切口部59的底部59a的附近施加加工时的残留应力或使用阶段中的外部应力，这种残留应力及外部应力作为拉伸应力发挥作用，由此存在发生开裂的情形。因此，通过对切口部59的底部59a的附近赋予压缩应力，能够抑制开裂。图25表示三维造形物79的应力控制层中包括切口部59的V字型截面的固化层83。
在图25所示的固化层83中，与切口部59的底部59a邻接的部分为压缩应力赋予部79a，其他部分、即与压缩应力赋予部79a邻接的部分为非压缩应力赋予部79b。压缩应力赋予部79a的切口部59的深度方向上的厚度t4例如可根据三维造形物79整体的形状、压缩应力赋予部79a与非压缩应力赋予部79b的膨胀量或收缩量的差、材料的杨氏模量等，通过计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)算出适当值。若包括切口部59的V字型截面的固化层83中的压缩应力赋予部79a的厚度t4为合适的范围内，则能够更确实地抑制切口部59的底部59a中的开裂的发生。
图26例示出与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形、或与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形时的图25的固化层83中的扫描图案。图26中的粗线表示图25所示的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向，虚线表示与图25所示的固化层83邻接的上下的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向。
沿着与切口部59的深度方向垂直的扫描方向以激光束L或电子束对压缩应力赋予部79a进行扫描。对于非压缩应力赋予部79b，交替沿着45°或135°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。在图26中，扫描方向为45°的光栅扫描以粗线表示，扫描方向为135°的光栅扫描以虚线表示。
着眼于切口部59的底部59a中的与深度方向垂直的方向(以下为垂直方向)上的膨胀或收缩。在利用图26的扫描图案以激光束或电子束进行扫描的情形时，马氏体相变时的压缩应力赋予部79a的垂直方向的膨胀量大于非压缩应力赋予部79b的垂直方向的膨胀量，或固化层83的冷却时或固化层83的时效硬化时的压缩应力赋予部79a的垂直方向的收缩量小于非压缩应力赋予部79b的垂直方向的收缩量。由此，压缩应力赋予部79a相对于非压缩应力赋予部79b而相对膨胀，压缩应力赋予部79a产生压缩应力。即使对切口部59附近施加拉伸应力，拉伸应力的至少一部分也会因作为残留应力的压缩应力而减轻，变得不易发生开裂。
图27例示出与扫描方向平行的方向的固化层83的膨胀量小于与扫描方向垂直的方向的固化层83的膨胀量的情形、或与扫描方向平行的方向的固化层83的收缩量大于与扫描方向垂直的方向的固化层83的收缩量的情形时的图25的固化层83中的扫描图案。图27中的粗线表示图25所示的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向，虚线表示与图25所示的固化层83邻接的上下的固化层83中的激光束L或电子束的扫描方向。
沿着与切口部59的深度方向平行的扫描方向以激光束L或电子束对压缩应力赋予部79a进行扫描。对于非压缩应力赋予部79b，交替沿着45°或135°的扫描方向以激光束L或电子束对每层分割层进行光栅扫描。在图27中，扫描方向为45°的光栅扫描以粗线表示，扫描方向为135°的光栅扫描以虚线表示。
着眼于切口部59的底部59a中的与深度方向垂直的方向即垂直方向上的膨胀或收缩。在利用图27的扫描图案以激光束或电子束进行扫描的情形时，马氏体相变时的压缩应力赋予部79a的垂直方向的膨胀量大于非压缩应力赋予部79b的垂直方向的膨胀量，或固化层83的冷却时或固化层83的时效硬化时的压缩应力赋予部79a的垂直方向的收缩量小于非压缩应力赋予部79b的垂直方向的收缩量。由此，压缩应力赋予部79a相对于非压缩应力赋予部79b而相对膨胀，压缩应力赋予部79a产生压缩应力。即使对切口部59附近施加拉伸应力，拉伸应力的至少一部分也会因作为残留应力的压缩应力而减轻，变得不易发生开裂。
此外，与包括流路的三维造形物中的扫描图案同样，只要为如压缩应力赋予部79a相对于非压缩应力赋予部79b而相对膨胀的扫描图案，则也可以采用其他扫描图案。
以上，已对本发明的各种实施方式进行了说明，但这些是以例子的形式进行提示，不对发明的范围进行限定。所述新颖的实施方式能够以其他各种实施方式实施，可在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。所述实施方式或其变形包括于发明的范围或要旨内，并且包括于权利要求的范围所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (11)

1.一种叠层造形方法，包括：
材料层形成工序，在形成所需的三维造形物的区域即造形区域形成材料层；及固化工序，沿着特定的扫描方向以激光束或电子束进行扫描，对所述材料层的特定的照射区域照射所述激光束或所述电子束，而形成固化层，
其中对将所述三维造形物以特定的厚度分割而成的各分割层重复进行材料层形成工序及固化工序，将多个固化层叠层，而制造所述三维造形物，
作为所述多个固化层中的一个以上固化层的应力控制层包括如下部件而构成：压缩应力赋予部，为被赋予压缩应力的区域；及非压缩应力赋予部，为与所述压缩应力赋予部不同的区域，
在所述固化工序中，基于所述扫描方向与温度变化时或热处理时的膨胀量或收缩量的关系，以所述压缩应力赋予部比所述非压缩应力赋予部更膨胀、或所述非压缩应力赋予部比所述压缩应力赋予部更缩小的方式，在所述压缩应力赋予部的扫描方向与所述非压缩应力赋予部的所述扫描方向不同的状态下对所述压缩应力赋予部扫描所述激光束或所述电子束，
与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的膨胀量大于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的膨胀量，或与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的收缩量小于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的收缩量，
所述三维造形物包括能够供流体流通的流路，
所述应力控制层的至少一层固化层包括横截面，所述横截面为与所述流路的所述流体的流通方向垂直的方向的截面，
所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述压缩应力赋予部为与所述横截面邻接并围绕所述横截面的部分，
在针对所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述固化工序中，所述激光束或所述电子束进行扫描，以使所述压缩应力赋予部的所述扫描方向平行于所述横截面的周缘。
2.根据权利要求1所述的叠层造形方法，其中
所述应力控制层的所述至少一层固化层进而包括辅助部，所述辅助部为与所述压缩应力赋予部邻接并围绕所述压缩应力赋予部的区域，
在针对所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述固化工序中，所述激光束或所述电子束进行扫描，以使所述辅助部的所述扫描方向垂直于所述横截面的周缘。
3.一种叠层造形方法，包括：
材料层形成工序，在形成所需的三维造形物的区域即造形区域形成材料层；及固化工序，沿着特定的扫描方向以激光束或电子束进行扫描，对所述材料层的特定的照射区域照射所述激光束或所述电子束，而形成固化层，
其中对将所述三维造形物以特定的厚度分割而成的各分割层重复进行材料层形成工序及固化工序，将多个固化层叠层，而制造所述三维造形物，
作为所述多个固化层中的一个以上固化层的应力控制层包括如下部件而构成：压缩应力赋予部，为被赋予压缩应力的区域；及非压缩应力赋予部，为与所述压缩应力赋予部不同的区域，
在所述固化工序中，基于所述扫描方向与温度变化时或热处理时的膨胀量或收缩量的关系，以所述压缩应力赋予部比所述非压缩应力赋予部更膨胀、或所述非压缩应力赋予部比所述压缩应力赋予部更缩小的方式，在所述压缩应力赋予部的扫描方向与所述非压缩应力赋予部的所述扫描方向不同的状态下对所述压缩应力赋予部扫描所述激光束或所述电子束，
与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的膨胀量大于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的膨胀量，或与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的收缩量小于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的收缩量，
所述三维造形物包括能够供流体流通的流路，
所述应力控制层的至少一层固化层包括多个横截面，所述横截面为与所述流路的所述流体的流通方向垂直的方向的截面，
所述横截面中至少两个横截面互相的距离为所述流路的直径的3倍以下，
所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述压缩应力赋予部为所述至少两个横截面之间的部分，
在针对所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述固化工序中，所述激光束或所述电子束进行扫描，以使所述压缩应力赋予部的所述扫描方向垂直于所述至少两个横截面互相相连的线段。
4.一种叠层造形方法，包括：
材料层形成工序，在形成所需的三维造形物的区域即造形区域形成材料层；及固化工序，沿着特定的扫描方向以激光束或电子束进行扫描，对所述材料层的特定的照射区域照射所述激光束或所述电子束，而形成固化层，
其中对将所述三维造形物以特定的厚度分割而成的各分割层重复进行材料层形成工序及固化工序，将多个固化层叠层，而制造所述三维造形物，
作为所述多个固化层中的一个以上固化层的应力控制层包括如下部件而构成：压缩应力赋予部，为被赋予压缩应力的区域；及非压缩应力赋予部，为与所述压缩应力赋予部不同的区域，
在所述固化工序中，基于所述扫描方向与温度变化时或热处理时的膨胀量或收缩量的关系，以所述压缩应力赋予部比所述非压缩应力赋予部更膨胀、或所述非压缩应力赋予部比所述压缩应力赋予部更缩小的方式，在所述压缩应力赋予部的扫描方向与所述非压缩应力赋予部的所述扫描方向不同的状态下对所述压缩应力赋予部扫描所述激光束或所述电子束，
与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的膨胀量大于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的膨胀量，或与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的收缩量小于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的收缩量，
所述三维造形物包括能够供流体流通的流路，
所述应力控制层的至少一层固化层包括纵截面，所述纵截面为与所述流路的所述流体的流通方向平行的方向的截面，
所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述压缩应力赋予部为与所述纵截面邻接的部分，
在针对所述应力控制层的至少一层固化层的所述固化工序中，所述激光束或所述电子束进行扫描，以使所述压缩应力赋予部的所述扫描方向垂直于所述纵截面的周缘。
5.一种叠层造形方法，包括：
材料层形成工序，在形成所需的三维造形物的区域即造形区域形成材料层；及固化工序，沿着特定的扫描方向以激光束或电子束进行扫描，对所述材料层的特定的照射区域照射所述激光束或所述电子束，而形成固化层，
其中对将所述三维造形物以特定的厚度分割而成的各分割层重复进行材料层形成工序及固化工序，将多个固化层叠层，而制造所述三维造形物，
作为所述多个固化层中的一个以上固化层的应力控制层包括如下部件而构成：压缩应力赋予部，为被赋予压缩应力的区域；及非压缩应力赋予部，为与所述压缩应力赋予部不同的区域，
在所述固化工序中，基于所述扫描方向与温度变化时或热处理时的膨胀量或收缩量的关系，以所述压缩应力赋予部比所述非压缩应力赋予部更膨胀、或所述非压缩应力赋予部比所述压缩应力赋予部更缩小的方式，在所述压缩应力赋予部的扫描方向与所述非压缩应力赋予部的所述扫描方向不同的状态下对所述压缩应力赋予部扫描所述激光束或所述电子束，
与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的膨胀量小于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的膨胀量，或与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的收缩量大于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的收缩量，
所述三维造形物包括能够供流体流通的流路，
所述应力控制层的至少一层固化层包括横截面，所述横截面为与所述流路的所述流体的流通方向垂直的方向的截面，
所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述压缩应力赋予部为与所述横截面邻接并围绕所述横截面的部分，
在针对所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述固化工序中，所述激光束或所述电子束进行扫描，以使所述压缩应力赋予部的所述扫描方向垂直于所述横截面的周缘垂直的所述扫描方向以所述激光束或所述电子束对所述压缩应力赋予部进行扫描。
6.根据权利要求5所述的叠层造形方法，其中
所述应力控制层的所述至少一层固化层进而包括辅助部，所述辅助部为与所述压缩应力赋予部邻接并围绕所述压缩应力赋予部的区域，
在针对所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述固化工序中，所述激光束或所述电子束进行扫描，以使所述辅助部的所述扫描方向平行于所述横截面的所述周缘。
7.一种叠层造形方法，包括：
材料层形成工序，在形成所需的三维造形物的区域即造形区域形成材料层；及固化工序，沿着特定的扫描方向以激光束或电子束进行扫描，对所述材料层的特定的照射区域照射所述激光束或所述电子束，而形成固化层，
其中对将所述三维造形物以特定的厚度分割而成的各分割层重复进行材料层形成工序及固化工序，将多个固化层叠层，而制造所述三维造形物，
作为所述多个固化层中的一个以上固化层的应力控制层包括如下部件而构成：压缩应力赋予部，为被赋予压缩应力的区域；及非压缩应力赋予部，为与所述压缩应力赋予部不同的区域，
在所述固化工序中，基于所述扫描方向与温度变化时或热处理时的膨胀量或收缩量的关系，以所述压缩应力赋予部比所述非压缩应力赋予部更膨胀、或所述非压缩应力赋予部比所述压缩应力赋予部更缩小的方式，在所述压缩应力赋予部的扫描方向与所述非压缩应力赋予部的所述扫描方向不同的状态下对所述压缩应力赋予部扫描所述激光束或所述电子束，
与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的膨胀量小于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的膨胀量，或与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的收缩量大于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的收缩量，
所述三维造形物包括能够供流体流通的流路，
所述应力控制层的至少一层固化层包括多个横截面，所述横截面为与所述流路的所述流体的流通方向垂直的方向的截面，
所述横截面中至少两个横截面互相的距离为所述流路的直径的3倍以下，
所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述压缩应力赋予部为所述至少两个横截面之间的部分，
在针对所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述固化工序中，所述激光束或所述电子束进行扫描，以使所述压缩应力赋予部的所述扫描方向平行于所述至少两个横截面互相相连的线段。
8.一种叠层造形方法，包括：
材料层形成工序，在形成所需的三维造形物的区域即造形区域形成材料层；及固化工序，沿着特定的扫描方向以激光束或电子束进行扫描，对所述材料层的特定的照射区域照射所述激光束或所述电子束，而形成固化层，
其中对将所述三维造形物以特定的厚度分割而成的各分割层重复进行材料层形成工序及固化工序，将多个固化层叠层，而制造所述三维造形物，
作为所述多个固化层中的一个以上固化层的应力控制层包括如下部件而构成：压缩应力赋予部，为被赋予压缩应力的区域；及非压缩应力赋予部，为与所述压缩应力赋予部不同的区域，
在所述固化工序中，基于所述扫描方向与温度变化时或热处理时的膨胀量或收缩量的关系，以所述压缩应力赋予部比所述非压缩应力赋予部更膨胀、或所述非压缩应力赋予部比所述压缩应力赋予部更缩小的方式，在所述压缩应力赋予部的扫描方向与所述非压缩应力赋予部的所述扫描方向不同的状态下对所述压缩应力赋予部扫描所述激光束或所述电子束，
与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的膨胀量小于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的膨胀量，或与所述扫描方向平行的方向的所述固化层的收缩量大于与所述扫描方向垂直的方向的所述固化层的收缩量，
所述三维造形物包括能够供流体流通的流路，
所述应力控制层的至少一层固化层包括纵截面，所述纵截面为与所述流路的所述流体的流通方向平行的方向的截面，
所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述压缩应力赋予部为与所述纵截面邻接的部分，
在针对所述应力控制层的所述至少一层固化层的所述固化工序中，所述激光束或所述电子束进行扫描，以使所述压缩应力赋予部的所述扫描方向平行于所述纵截面的周缘。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的叠层造形方法，其中
在针对不为所述应力控制层的固化层及所述非压缩应力赋予部的所述固化工序中，所述激光束或所述电子束进行光栅扫描，以使上下邻接的所述分割层的所述扫描方向不同。
10.根据权利要求9所述的叠层造形方法，其中
在针对不为所述应力控制层的固化层及所述非压缩应力赋予部的所述固化工序中，所述激光束或所述电子束进行光栅扫描，以使上下邻接的所述分割层的所述扫描方向相差90°。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的叠层造形方法，其中
所述三维造形物为构成模具的至少一部分的模具构成构件。
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