JP2016203510A - ３次元構造体を含む製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スキージング部材の動きを阻害することなく、しかもベース部材を繰り返し使用可能とすることで、３次元構造体を効率良く製造する。【解決手段】３次元構造体の製造方法は、固化層ＳＬを支持する支持部材４及び／又は固化層ＳＬを支持する、製品の一部品１１を、ベース部材２に形成した凹部７に収容する工程と、支持部材４及び／又は製品の一部品１１を凹部７に収容した後に、スキージング部材３によって支持部材４上及び／又は製品の一部品１１上に粉末層ＰＬを形成する工程と、支持部材４上及び／又は製品の一部品１１上の粉末層ＰＬにレーザＬを照射して固化層ＳＬを形成する工程と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、積層造形法、特に粉末焼結造形法により３次元構造体を含む製品を製造する方法に関する。

近年、３次元構造体を高速で安価に作製できる技術として、積層造形法を適用した造形装置(いわゆる３Ｄプリンタ)が注目されている。積層造形法としては、例えば光造形法や粉末焼結造形法（粉末焼結積層法ともいう）等が挙げられる。

光造形法は、光硬化性液にレーザを照射し、この光硬化性液を所定の厚みの硬化層とし、この硬化層を積層させることによって３次元構造体を作製する手法である。この光造形法を利用して３次元構造体を製造する造形装置として、光硬化性の流動物質を収容する容器と、上下方向に延びる支持棒と、この支持棒に支持されるベースプレートと、ベースプレート上に着脱自在に配設される支持部材と、流動物質を硬化させるための光を発する光源と、光源から発せられた光を流動物質の上面近傍で収束させる光収束器とを備えたものがある（例えば特許文献１参照）。

この装置では、ベースプレートに支持部材を取り付けた状態で、これらを容器内の流動物質中に沈め、光源からの光を光収束器によって流動物質の上面に収束させ、これによって、流動物質を硬化させるとともに、硬化した部分（硬化層）を支持部材によって支持させている。

粉末焼結造形法は、金属又は樹脂からなる粉末の層（粉末層）の一部に、レーザを選択的に照射して焼結させることにより固化層を形成し、この固化層を積層させることによって３次元構造体を作製する手法である。

図６に示すように、粉末焼結造形法を利用して３次元構造体を製造する装置１００は、例えば、ベース部材１０１と、粉末を収容するタンク１０２と、タンク１０２に収容される粉末をベース部材１０１上に層状に分与するスキージング部材（スキージともいう）１０３と、ベース部材１０１に形成された粉末層に向かってレーザＬを照射するレーザ照射装置１０４とを備える。

この装置１００は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、スキージング部材１０３によってタンク１０２に収容されている粉末をベース部材１０１上に移動させ、これによってベース部材１０１上に厚みが一定な粉末層ＰＬを形成する。その後、図６（ｃ）に示すように、粉末層ＰＬの特定の部分に対してレーザ照射装置１０４からレーザＬを照射し、この部分を焼結させて固化層ＳＬとする。タンク１０２は、内部に昇降可能な底部１０５を有しており、タンク１０２に貯留される粉末の上部がスキージング部材１０３によってベース部材１０１上に移動させられると、この底部１０５を上昇させ、タンク１０２内の粉末をその開口部から盛り上げることができる（図６（ｃ）参照）。この装置１００は、その後、この固化層ＳＬの上に粉末層ＰＬを形成し、その一部にレーザ照射装置１０４によるレーザＬを照射して固化層ＳＬを形成する。装置１００は、このように固化層ＳＬを積層することによって、所定形状の３次元構造体を作製する。

特開平６−１１４９４７号公報

上記の粉末焼結造形法では、ベース部材１０１上に３次元構造体を直接形成するものであるため、造形終了後に、この３次元構造体をベース部材１０１から分離させる必要がある。この場合、３次元構造体を傷つけないようにベース部材１０１の一部を削り取ることになるが、この作業に手間がかかり、作業性を低下させていた。また、ベース部材１０１の一部を削り取ってしまうと、次回の使用のために、ベース部材の上面を研削等により平面化させなければならず、これも作業性を低下させる一因となっていた。作業効率の観点から、３次元構造体をベース部材１０１ごと装置１００から取り外すことも考えられるが、いずれにせよ、ベース部材１０１を効率良く繰り返し使用できないという問題が残存する。

その解決手段としては、例えば、上記のように光造形法において使用される支持部材をベース部材１０１に載置して、この支持部材上に３次元構造体を形成することも考えられる。しかしながら、このように支持部材をベース部材１０１上に載置してしまうと、スキージング部材１０３の動きを支持部材が阻害してしまうおそれがある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、スキージング部材の動きを阻害することなく、しかもベース部材を繰り返し使用可能とすることで、３次元構造体を効率良く製造することを課題とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、スキージング部材によってベース部材上に粉末層を形成し、前記粉末層の一部にレーザを照射して固化層を形成することにより、３次元構造体を含む製品を製造する方法であって、前記固化層を支持する支持部材及び／又は前記固化層を支持する、前記製品の一部品を、前記ベース部材に形成した凹部に収容する工程と、前記支持部材及び／又は前記製品の前記一部品を前記凹部に収容した後に、前記スキージング部材によって前記支持部材上及び／又は前記製品の前記一部品上に前記粉末層を形成する工程と、前記支持部材上及び／又は前記製品の前記一部品上の前記粉末層に前記レーザを照射して前記固化層を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、ベース部材に凹部を形成することにより、スキージング部材によって粉末層を形成する場合に、スキージング部材の動きを阻害することのないように、支持部材及び／又は製品の一部品をこの凹部に収容できる。ここで、支持部材は、固化層を形成する際にこれを支持するためのものであるが、最終製品の一部とはならず、製品の製造途中で除去される予定のものである。これに対し、製品の一部品は、固化層を形成する際にこれを支持し、造形終了後に３次元構造体と一体となり、製品完成後もその一部として残存するものである。本方法では、支持部材のみを凹部に収容してもよく、製品の一部品のみを凹部に収容してもよい。また、支持部材と製品の一部品とを組み合わせて凹部に収容することも可能である。

このように、ベース部材に形成した凹部に支持部材及び／又は製品の一部品を収容し、これらの上に固化層を積層させることにより、３次元構造体をこれらと一体に形成できる。３次元構造体の造形後は、この３次元構造体と支持部材及び／又は製品の一部品を凹部から容易に取り外すことができる。したがって、この取り外しに際してベース部材の一部を削り取る必要がない。よって、ベース部材を繰り返し使用することができる。これにより、３次元構造体を含む製品を効率良く製造できるようになる。

また、本発明に係る方法では、前記固化層を支持する前記支持部材を備え、前記支持部材を前記凹部に収容し、前記凹部と前記支持部材との間に前記粉末層に使用される粉末を導入し、導入した前記粉末にレーザを照射して固化させることにより、前記支持部材の一部を前記凹部の一部に固定し、前記支持部材上に前記粉末層を形成し、前記粉末層に前記レーザを照射して前記固化層を形成することが望ましい。

このように、この支持部材と凹部との間に導入された粉末を固化させることで、支持部材を凹部に対して強固に固定できる。スキージング部材によって粉末層を形成する場合に、支持部材にはスキージング部材及び粉末の移動による力が作用し、その位置が変わりそうになる。しかしながら、本発明では、上記のように支持部材を凹部に強固に固定するため、支持部材の位置ずれを確実に防止できる。

また、造形終了後は、支持部材を凹部に固定していた粉末の固化部分を切断することにより、支持部材を凹部から分離できる。特に、本方法では、支持部材の一部を凹部の一部に固定していることから、この一部の固定を解除（切除）するだけで、支持部材をベース部材から容易に分離させることができる。また、支持部材の一部を凹部の一部に固定していることから、分離後には、凹部には支持部材を固定することが可能な他の部分が残存しており、この部分に新たな支持部材の一部を固定することで、ベース部材を繰り返し使用できる。

本発明に係る方法では、前記固化層を支持する前記製品の前記一部品と、前記製品の前記一部品を支持する前記支持部材とを備え、前記製品の前記一部品及び前記支持部材を前記凹部に収容し、前記製品の前記一部品上及び前記支持部材上に前記粉末層を形成し、前記製品の前記一部品上の前記粉末層に前記レーザを照射して前記固化層を形成するようにしてもよい。

このように、製品の一部品を支持部材により支持させることにより、３次元構造体を造形する前におけるこの一部品の取り扱い、及び３次元構造体の造形後におけるこの３次元構造体及び製品の一部品の取り扱いが容易になる。すなわち、支持部材を操作（把持等）することにより、３次元構造体及び製品の一部品に触れることなく、これらを取り扱うことが可能になる。

また、本発明に係る方法では、前記固化層を支持する前記製品の前記一部品を備え、前記製品の前記一部品を前記凹部に圧入して固定し、前記製品の前記一部品上に前記粉末層を形成し、前記粉末層に前記レーザを照射して前記固化層を形成するようにしてもよい。

かかる構成によれば、製品の一部品は、凹部に圧入されることにより、この凹部に対して強固に固定されるため、粉末層及び固化層の形成工程を繰り返した場合であってもその位置がずれることはない。さらに、３次元構造体の造形終了後は、製品の一部品を凹部から引き抜くことにより、これを凹部から分離することが可能である。したがって、凹部に圧入されている製品の一部品を引き抜くことにより、新たな製品の一部品を凹部に圧入することができるため、ベース部材を繰り返し使用できるようになり、これによって、３次元構造体を効率良く作製することが可能になる。

本発明によれば、スキージング部材の動きを阻害することなく、しかもベース部材を繰り返し使用可能とすることで、３次元構造体を効率良く製造することが可能になる。

３次元構造体の製造装置を示す斜視図である。 ベース部材及び支持部材並びに製品の一部品を示す斜視図である。 本発明に係る３次元構造体の製造方法を説明するための断面図である。（ａ）図及び（ｂ）図は、収容工程（固定工程）を示す断面図である。（ｃ）図及び（ｅ）図は、粉末層形成工程を示す断面図である。（ｄ）図は、固化層形成工程を示す断面図である。（ｆ）図は、分離工程を示す断面図である。 支持部材をベース部材に固定した状態を示す平面図である。 本発明の他の実施形態に係る３次元構造体の製造方法（収容工程）を説明するための断面図である。（ａ）図は、支持部材をベース部材の凹部に挿入する前の状態を示す。（ｂ）図は、支持部材をベース部材の凹部に収容（圧入）した状態を示す。 （ａ）図〜（ｃ）図は、粉末焼結造形法の原理を説明するための側面断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。図１乃至図４は、本発明に係る３次元構造体の製造方法の一実施形態を示す。図１は、この製造方法に使用される、３次元構造体の製造装置（３Ｄプリンタ）の一例を示す。

この製造装置１は、ベース部材２と、このベース部材２上に金属粉末又は樹脂粉末からなる層（粉末層）ＰＬを形成するスキージング部材３と、ベース部材２上の粉末層ＰＬの一部を固化させてなる層（固化層）ＳＬを支持する支持部材４と、粉末を貯留するタンク５と、ベース部材２の上方位置に配置されるレーザ照射装置６とを備える。

この製造装置１は、タンク５に貯留されている粉末をスキージング部材３によってベース部材２上に粉末層ＰＬとして分与し、この粉末層ＰＬの一部にレーザ照射装置６からのレーザＬを照射して固化層ＳＬとし、この固化層ＳＬを積層することによって所定形状の３次元構造体を作製する。

なお、以下の説明では、この製造装置１によって製造される３次元構造体として、自動車の内燃機関に使用される排気ターボ過給機のタービンホイール（排気タービン）を例示するが、これに限定されることなく、他の各種の部品が製造され得る。

ベース部材２は、例えば金属材料により矩形の板状又はブロック状に構成され得る。このベース部材２は、支持部材４を収容する凹部７を備える。この凹部７は、図２に示すように、内径の異なる第１凹部８、第２凹部９、及び第３凹部１０を含む。

第１凹部８は、ベース部材２の上面２ａに最も近い位置に形成される。この第１凹部８は、平面視円形状に構成されている。第１凹部８は、底面８ａと、この底面８ａの縁部に立設される側壁面８ｂとを含む。

図２に示すように、第２凹部９は、第１凹部８の下側に形成されている。第２凹部９は、平面視円形状に構成されており、第１凹部８における底面８ａの中央部に位置し、第１凹部８に対して同心状に形成される。この第２凹部９の内径は、第１凹部８の内径よりも小さく設定されている。

第３凹部１０は、第２凹部９の下側に形成されている。第３凹部１０は、平面視円形状に構成されており、第２凹部９における底面９ａの中央部に位置し、この第２凹部９に対して同心状に形成される。この第３凹部１０の内径は、第２凹部９の内径よりも小さく設定されている。

スキージング部材３は、例えばブレードタイプ、ローラタイプその他の各種のタイプのものが使用され得るが、本実施形態では、ブレードタイプ（整地板）が使用される。スキージング部材３は、図示しない昇降装置によって上下方向に対して移動可能に構成される。また、このスキージング部材３は、図示しないガイド機構（ガイドレール）によって横方向（水平方向）に対して移動可能に構成される。

図２に示すように、支持部材４は、金属材料により円板状に構成されている。支持部材４の外径は、ベース部材２における第１凹部８の内径よりも小さく設定されている。したがって、支持部材４が第１凹部８に収容されると、第１凹部８の側壁面８ｂと、支持部材４の外縁４ａとの間に環状の隙間Ｓが生じ得る（図３（ａ）及び図４参照）。また、支持部材４は、ベース部材２の第１凹部８に収容された状態において、粉末層ＰＬ及び固化層ＳＬの一部を支持可能な支持面４ｂを有する。また、支持部材４は、その中央部に円形の貫通孔４ｃを有する。

支持部材４の厚みは、ベース部材２における第１凹部８の深さ以下とされ得るが、支持部材４の厚みは第１凹部８の深さと同じとされることが最も望ましい。したがって、支持部材４が第１凹部８に収容されると、支持部材４の支持面４ｂはベース部材２の上面２ａと面一となる。

支持部材４の貫通孔４ｃには、製品としてのタービンホイールの一部品であるシャフト部材１１が固定されている。シャフト部材１１は、金属材料により軸状又は円柱状に構成される。このシャフト部材１１は、ベース部材２の第２凹部９に嵌合する第１円柱部１３と、第３凹部１０に嵌合する第２円柱部１４とを備える。第１円柱部１３の外径は、第２円柱部１４の外径よりも大きく設定されているが、これに限定されず、第２円柱部１４と同径であってもよく、第２円柱部１４の外径よりも小さくてもよい。また、第１円柱部１３の外径は、支持部材４の貫通孔４ｃの径よりも若干大きく設定されている。これにより、第１円柱部１３は、この貫通孔４ｃに圧入（締り嵌め）され、シャフト部材１１は、支持部材４に一体に固定されることになる。また、第１円柱部１３は、その一部（上部）が支持部材４とともに第１凹部８に収容され、他の部分（下部）が第２凹部９に収容されることになる。また、この第１円柱部１３は、固化層ＳＬを支持する支持面１３ａを有する。この支持面１３ａは、支持部材４の支持面４ｂと面一となっている。

粉末を貯留するタンク５は、ベース部材２に隣接している。このタンク５は、昇降可能な底部を備える。この底部は、図６に示す底部１０５と同じ構造であるため、図示を省略する。タンク５は、その底部を上昇させることにより、内部の粉末をその開口部から盛り上がらせることができる。

レーザ照射装置６は、上下方向及び水平方向に移動可能に構成され得る。あるいはレーザ照射装置６は、ガルバノミラーを含み、レーザＬの照射方向（照射角度）を自在に変更し得る。レーザ照射装置６から照射されるレーザＬとしては、例えば炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等が使用され得るが、これに限定されるものではない。

以下、上記の製造装置１により実行される、３次元構造体の製造方法について図３及び図４を参照しながら説明する。

この製造方法は、支持部材４及びシャフト部材１１をベース部材２に収容する工程（以下「収容工程」という）と、収容工程後に、支持部材４上及びシャフト部材１１上に粉末層ＰＬを形成する工程（以下「粉末層形成工程」という）と、粉末層ＰＬにレーザＬを照射して固化層ＳＬを形成する工程（以下「固化層形成工程」という）と、３次元構造体（図３（ｆ）において符号３ＤＳで示す）の造形後に、支持部材４及びシャフト部材１１をベース部材２から分離させる工程（以下「分離工程」という）と、分離させた３次元構造体３ＤＳ、シャフト部材１１及び支持部材４を加工して所定の部品に仕上げる工程（以下「仕上工程」という）とを備える。

収容工程では、まず、図３（ａ）に示すように、一体とされた支持部材４及びシャフト部材１１をベース部材２の凹部７に挿入する（挿入工程）。具体的には、シャフト部材１１の第２円柱部１４を第３凹部１０に挿入し、第１円柱部１３を第２凹部９に挿入する。さらに、支持部材４を第１凹部８に収容する。これにより、シャフト部材１１及び支持部材４は全て凹部７に収容される。このとき、シャフト部材１１の支持面１３ａ及び支持部材４の支持面４ｂは、ベース部材２の上面２ａと面一となる。また、このとき、図３（ａ）及び図４に示すように、支持部材４の外縁４ａと第１凹部８の側壁面８ｂとの間に環状の隙間Ｓが形成される。

この収容工程は、支持部材４を凹部７に固定する工程（以下「固定工程」という）を含む。以下、この固定工程について説明する。固定工程では、スキージング部材３が作動し、タンク５に貯留されている粉末をベース部材２の上面２ａへと引き寄せる。これにより、支持部材４と第１凹部８との間の隙間Ｓに粉末が導入される。その後、レーザ照射装置６が作動し、図３（ｂ）に示すように、この隙間Ｓに導入された粉末の一部（クロスハッチングで示す部分）にレーザＬを照射する。図４に示すように、このレーザＬは、環状の隙間Ｓにおける所定の４箇所（クロスハッチングで示す位置）に照射される。

レーザＬの照射位置にある粉末は、その照射熱により加熱され、焼結（固化）することにより、支持部材４の外縁４ａと第１凹部８の底面８ａ及び側壁面８ｂとを連結する。すなわち、このように粉末が固化した部分１６（図３（ｂ）及び図４参照）は、支持部材４の外縁４ａと第１凹部８の底面８ａ及び側壁面８ｂとを連結することにより、支持部材４を第１凹部８に固定する（以下、この部分を「固定部」という）。これにより、支持部材４は、凹部７に対して強固に固定される。次に製造装置１は、粉末層形成工程へと移行する。

粉末層形成工程では、スキージング部材３が作動し、タンク５に貯留されている粉末をベース部材２へと引き寄せる。これにより、図３（ｃ）に示すように、ベース部材２の上面２ａ、シャフト部材１１の上面（支持面１３ａ）、及び支持部材３の上面（支持面４ｂ）に、所定厚みの粉末層ＰＬが形成される。その後、製造装置１は固化層形成工程へと移行する。

固化層形成工程では、レーザ照射装置６が作動し、粉末層ＰＬの所定の部位に選択的にレーザＬを照射する。具体的には、図３（ｄ）に示すように、レーザ照射装置６は、特にシャフト部材１１における第１円柱部１３の支持面１３ａに向かってレーザＬを照射する。レーザＬの照射熱により、第１円柱部１３における支持面１３ａ上の粉末層ＰＬが焼結し、固化層ＳＬとなる。この固化層ＳＬは、焼結によりこの支持面１３ａ上に固着する。なお、このとき支持部材４の支持面４ｂに向かってレーザＬを照射し、この支持面４ｂ上に固化層ＳＬを形成してもよい。

このように固化層ＳＬが形成されると、図３（ｅ）に示すように、この固化層ＳＬの上にさらに粉末層ＰＬが形成される（粉末層形成工程）。製造装置１は、このように粉末層形成工程と固化層形成工程とを繰り返すことにより、固化層ＳＬを積層し、図３（ｆ）に示すように、最終的に所定形状の３次元構造体３ＤＳをシャフト部材１１の第１円柱部１３上に形成する。本実施形態では、この３次元構造体３ＤＳは、タービンホイールにおけるホイール部として例示されている。

その後、分離工程により、ホイール部（３ＤＳ）はシャフト部材１１及び支持部材４とともにベース部材２から分離される。この分離工程では、図３（ｆ）に示すように、切断具１７によって固定部１６を切断することにより、第１凹部８に対する支持部材４の固定を解除し、ホイール部（３ＤＳ）、シャフト部材１１及び支持部材４を、ベース部材２の凹部７から分離させる。

このようにして分離されたホイール部（３ＤＳ）及びシャフト部材１１は、仕上工程を経ることで、所定部品、すなわちタービンホイールへと加工される。本実施形態では、支持部材４は、この仕上工程において切断具１７等によりシャフト部材１１から除去される。その後、シャフト部材１１及びホイール部（３ＤＳ）には、旋削等によって仕上加工（芯出し等）が施される。シャフト部材１１は、この加工により、ホイール部（３ＤＳ）を支持するシャフトとなる。この仕上工程を経ることで、所定寸法を有するタービンホイールが完成する。

以上説明した本実施形態に係る３次元構造体３ＤＳの製造方法によれば、ベース部材２に凹部７を形成することにより、粉末層形成工程において、支持部材４及び製品の一部品であるシャフト部材１１は、スキージング部材３の動きを阻害しないように、この凹部７に収容されることになる。また、支持部材４は、凹部７に収容された後に、固定部１６によって凹部７に対して強固に固定されるため、粉末層形成工程及び固化層形成工程を繰り返し行った場合であってもその位置がずれることはない。したがって、本方法では、３次元構造体３ＤＳを高精度で造形することが可能になる。

さらに、造形終了後は、この固定部１６を切断することにより、支持部材４を凹部７から容易に分離させることが可能である。本方法では、環状の隙間Ｓに導入された粉末の一部を焼結させて固定部１６とし、この固定部１６を介して支持部材４の一部を凹部７の一部に固定している。したがって、環状の隙間Ｓには、固定部１６が形成されていない部分が残存している。このため、造形終了後に支持部材４を凹部７から分離させた後、新たな支持部材４を凹部７に収容し、環状の隙間Ｓにおいて、位相を変えた位置に固定部１６を新たに形成することが可能である。したがって、本方法ではベース部材２を繰り返し使用できる。これにより、３次元構造体３ＤＳを効率良く製造でき、その製造コストを可及的に低減することできる。

また、本実施形態では、製品の一部品であるシャフト部材１１を支持部材４に支持させ、このシャフト部材１１に３次元構造体３ＤＳを形成している。この場合、支持部材４はシャフト部材１１の保護部材として機能する。すなわち、収容工程（固定工程）において、支持部材４を凹部７に固定する際、固定部１６によって支持部材４が第１凹部８に固定される。したがって、シャフト部材１１には異物が付着することはない。また、分離工程において、切断具１７によって固定部１６を切断するが、シャフト部材１１は、支持部材４によってその周囲を覆われているため、切断具１７による作業の際に変形・損傷することもない。このように、支持部材４によってシャフト部材１１を保護することにより、シャフト部材１１の変形・損傷等を防止することができる。また、ホイール部とシャフト部材１１を別々に用意し、ホイール部の造形後に、このホイール部にシャフト部材１１を溶接（ＥＢＷ）することにより、タービンホイールを構成することも可能であるが、本実施形態では、ホイール部の造形時にシャフト部材１１を一体に形成することにより、溶接作業の手間を省略でき、これによって製品を効率良く製造することができる。

また、固定部１６は、凹部７（第１凹部８）内に形成されるものであるため、ベース部材２の上面２ａよりも上方に突出しないように構成され得る。これにより、この固定部１６は、切断された後であっても、次回の造形の際に、粉末層形成工程や固化層形成工程を阻害することはない。これにより、ベース部材２のメンテナンス性を可及的に向上させ、３次元構造体３ＤＳの製造コストを低減することが可能になる。

図５は、本発明に係る製造方法の他の実施形態を示す。本実施形態では、上記の実施形態と同様に、収容工程（固定工程）、粉末形成工程、固化層形成工程、分離工程、及び分離工程を経て３次元構造体３ＤＳを造形するが、このうち、収容工程（固定工程）の態様が上記の実施形態とは異なる。

図５（ａ）（ｂ）は、本実施形態における収容工程を示す。上記の実施形態において、シャフト部材１１を支持部材４に固定していたが、本実施形態では、シャフト部材１１は支持部材１１に支持されていない。また、上記の実施形態において、ベース部材２の凹部７は、径の異なる第１凹部８、第２凹部９及び第３凹部１０により構成されていたが、本実施形態では、凹部７は、第１凹部８を含まず、第２凹部９及び第３凹部１０により構成されている。

本実施形態において、シャフト部材１１における第１円柱部１３の外径は、第２凹部９の内径よりも若干大きく設定されている。このため、収容工程において支持部材４を凹部７に収容すると、この第１円柱部１３は第２凹部９に圧入（締り嵌め）される。これによって、シャフト部材１１は、凹部７に対して強固に固定されることになる（固定工程）。本実施形態では、上記の実施形態と同様に、この固定工程後に、粉末層形成工程及び固化層形成工程を繰り返し行い、分離工程、仕上工程を経て、所定形状の部品（タービンホイール）を製造できる。

本実施形態によれば、粉末層形成工程において、シャフト部材１１は、スキージング部材３の動きを阻害することのないように、この凹部７に収容されることになる。また、シャフト部材１１の第１円柱部１３は、凹部７（第２凹部９）に圧入されることにより、この凹部７に対して強固に固定されるため、粉末層形成工程及び固化層形成工程を繰り返し行ったとしてもその位置がずれることはない。これにより、３次元構造体３ＤＳを高精度で造形することが可能になる。

さらに、造形終了後は、シャフト部材１１を凹部７から引き抜くことにより、このシャフト部材１１及び３次元構造体（図示せず）を凹部７から分離することが可能である。本方法では、凹部７に圧入されている支持部材４を引き抜いた後、新たなシャフト部材１１を凹部７に圧入することができる。これにより、ベース部材２を繰り返し使用することが可能になり、３次元構造体を効率良く製造できるようになる。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態において、製造装置１は、ベース部材２を固定した状態で３次元構造体３ＤＳを造形するものであったが、これに限定されない。製造装置１は、ベース部材２を昇降させる昇降装置を有していてもよい。例えば、固化層ＳＬを一層形成する度に、この固化層ＳＬの厚みの分だけベース部材２を下降させ、次の固化層ＳＬを形成するようにしてもよい。

上記図１乃至図４の実施形態では、シャフト部材１１を支持部材４に支持させて３次元構造体３ＤＳを造形する例を示し、上記図５の実施形態では、シャフト部材１１のみを直接凹部７に収容する例を示したが、これに限定されない。例えば、支持部材４は、シャフト部材１１を支持することなく、その支持面４ｂに３次元構造体３ＤＳが形成され得る。すなわち、支持部材４のみを凹部７に収容し、その支持面４ｂ上に粉末層ＰＬを形成し、この粉末層ＰＬにレーザＬを照射して固化層ＳＬを形成するようにしてもよい。この場合には、支持部材４に貫通孔４ｃを形成する必要はなく、図１乃至図４に例示したベース部材２の凹部７は、第１凹部８のみによって構成され得る。

上記図５の実施形態では、シャフト部材１１のみを凹部７に圧入することによって固定する例を示したが、これに限定されない。シャフト部材１１を支持部材４に支持させた構成であっても、この支持部材４をベース部材２の凹部７（第１凹部８）に圧入することにより固定してもよい。

また、上記図５の実施形態において、シャフト部材１１の第１円柱部１３の径を、凹部７の第２凹部９の径よりも小さく設定してもよい。これにより、支持部材４を凹部７に収容したときに、第１円柱部１３と第２凹部９との間に環状の隙間が生じ得る。この隙間に粉末を導入してその一部を固化させることで、第１円柱部１３を第２凹部９に固定してもよい。

上記の実施形態では、支持部材４は円板状に構成されていたが、これに限定されない。支持部材４は、四角形状等の多角形状、楕円形状その他の異形形状に構成されてもよい。上記の実施形態では、シャフト部材１１は、円柱状（第１円柱部１３、第２円柱部１４）に構成されていたが、これに限定されず、多角柱状の他、断面視において異形形状を有したものであってもよい。同様に、ベース部材２の形状も平面視円形状に限定されず、支持部材４の形状に応じて適宜変更可能である。このように、支持部材４、シャフト部材１１（第１円柱部１３）及び凹部７を非円形に構成すれば、上記のように、環状の隙間Ｓに固定部１６を形成することなく、また、支持部材４及びシャフト部材１１を凹部７に圧入させることなく、支持部材４及びシャフト部材１１を凹部７に対して位置決めすることが可能になる。

１ 製造装置
２ ベース部材
３ スキージング部材
４ 支持部材
７ 凹部
１１ 製品の一部品（シャフト部材）
Ｌ レーザ
ＰＬ 粉末層
ＳＬ 固化層

Claims (4)

1. スキージング部材によってベース部材上に粉末層を形成し、前記粉末層の一部にレーザを照射して固化層を形成することにより、３次元構造体を含む製品を製造する方法であって、
   前記固化層を支持する支持部材及び／又は前記固化層を支持する、前記製品の一部品を、前記ベース部材に形成した凹部に収容する工程と、
   前記支持部材及び／又は前記製品の前記一部品を前記凹部に収容した後に、前記スキージング部材によって前記支持部材上及び／又は前記製品の前記一部品上に前記粉末層を形成する工程と、
   前記支持部材上及び／又は前記製品の前記一部品上の前記粉末層に前記レーザを照射して前記固化層を形成する工程と、を備えることを特徴とする３次元構造体を含む製品の製造方法。
2. 前記固化層を支持する前記支持部材を備え、前記支持部材を前記凹部に収容し、前記凹部と前記支持部材との間に前記粉末層に使用される粉末を導入し、導入した前記粉末にレーザを照射して固化させることにより、前記支持部材の一部を前記凹部の一部に固定し、前記支持部材上に前記粉末層を形成し、前記粉末層に前記レーザを照射して前記固化層を形成する請求項１に記載の３次元構造体を含む製品の製造方法。
3. 前記固化層を支持する前記製品の前記一部品と、前記製品の前記一部品を支持する前記支持部材とを備え、前記製品の前記一部品及び前記支持部材を前記凹部に収容し、前記製品の前記一部品上及び前記支持部材上に前記粉末層を形成し、前記製品の前記一部品上の前記粉末層に前記レーザを照射して前記固化層を形成する請求項１又は２に記載の３次元構造体を含む製品の製造方法。
4. 前記固化層を支持する前記製品の前記一部品を備え、前記製品の前記一部品を前記凹部に圧入して固定し、前記製品の前記一部品上に前記粉末層を形成し、前記粉末層に前記レーザを照射して前記固化層を形成する請求項１に記載の３次元構造体を含む製品の製造方法。

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