JP2017053003A

JP2017053003A - 金属部材の製造方法

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Publication number: JP2017053003A
Application number: JP2015177814A
Authority: JP
Inventors: 重美塩谷; Shigemi Shiotani; 敦村松; Atsushi Muramatsu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: CN106513673A; CN106513673B; US20170066083A1; US10232604B2; JP6358206B2

Abstract

【課題】除去用部材を捩ることにより、除去用部材と共にサポート部材を容易に分離除去することができる金属部材の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る金属部材１０の製造方法は、台座４０上に敷き詰めた金属粉末層の所定領域に光ビームを照射して、選択的に溶融・凝固させた造形層を繰り返し形成することによって、オーバーハング部１１を有する金属部材１０を、オーバーハング部１１を支持する中空状のサポート部材２０と共に造形する。除去用部材３０を、台座４０上に設ける工程と、除去用部材３０上に、サポート部材２０を一体形成する工程と、サポート部材２０上に、金属部材１０を一体形成する工程と、除去用部材３０を捩ることにより、一体形成された除去用部材３０、サポート部材２０、及び金属部材１０から、除去用部材３０とサポート部材２０を除去する工程と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属部材の製造方法に関するものであり、例えば、三次元造形装置、いわゆる３Ｄプリンタを用いた金属部材の製造方法に関する。

金属粉末や光硬化性樹脂などの原料に光ビームを照射し、三次元形状の部材を造形する三次元造形装置、いわゆる３Ｄプリンタが、脚光を浴びている。具体的には、原料層の所定領域に光ビームを照射して、選択的に溶融・凝固もしくは硬化させた造形層を繰り返し形成することによって、多数の造形層が積層一体化された三次元形状の部材を製造することができる。

このような三次元造形装置を用いてオーバーハング部を有する部材を製造する場合、製品である部材と共にオーバーハング部を支持するサポート部材を造形した後、サポート部材を分離除去する必要がある。サポート部材は、除去作業を容易にするために、中空状のハニカム構造を有している。しかしながら、サポート部材の除去作業は、手作業である場合が多く、時間を要する。そのため、サポート部材の除去作業をさらに容易にし、時間を短縮する手法が模索されている。

特許文献１には、三次元造形装置によって造形された樹脂部材におけるサポート部材の除去作業を容易にするために、サポート部材と樹脂部材との間に隙間を設けるサポート形成方法が開示されている。

特開平８−０２５４８７号公報

特許文献１に開示された方法を金属部材の造形に適用した場合、金属部材は樹脂部材に比べて重いため、サポート部材と金属部材との間の隙間により、金属部材が造形中に傾いてしまう問題が発生する虞がある。

したがって、特許文献１に開示された方法を金属部材の製造方法に適用することはできない。金属部材の製造方法におけるサポート部材の除去作業を容易にし、時間を短縮する手法の模索が依然として続いている。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、除去用部材、サポート部材及び金属部材を一体形成し、一体形成された除去用部材、サポート部材及び金属部材から、除去用部材を捩ることにより、除去用部材とサポート部材を容易に分離除去することができる金属部材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る金属部材の製造方法は、
台座上に敷き詰めた金属粉末層の所定領域に光ビームを照射して、選択的に溶融・凝固させた造形層を繰り返し形成することによって、オーバーハング部を有する金属部材を、前記オーバーハング部を支持する中空状のサポート部材と共に造形する、金属部材の製造方法であって、
前記サポート部材を除去するための除去用部材を、前記台座上に設ける工程と、
前記台座に設けられた前記除去用部材上に、前記サポート部材を一体形成する工程と、
前記除去用部材と一体形成された前記サポート部材上に、前記金属部材を一体形成する工程と、
一体形成された前記除去用部材、前記サポート部材、及び前記金属部材から、前記除去用部材を捩ることにより、前記除去用部材と前記サポート部材を除去する工程と、を備え、
前記除去用部材は、本体部が柱状の中実部材であって、
前記本体部の底面もしくは側面に形成された凹凸構造と、
前記本体部の上面から上方向に突出して形成された羽部と、を備えており、
前記サポート部材を除去する工程において、
前記凹凸構造を介して外部から前記除去用部材に付与された捩り力は、前記羽部の側面から前記サポート部材の側面に伝播する。このような構成により、除去用部材を捩ることにより、除去用部材とサポート部材を容易に分離除去することができる。

また、前記サポート部材を一体形成する工程において、前記サポート部材を、上方に延びた中空の角柱として形成し、前記サポート部材を複数個、正方ハニカム構造となるように配列して一体形成することが好ましい。このような構成とすることにより、サポート部材に、剛性を持たせ、金属部材を保持することができる。それと同時に、除去を容易にすることができる。

さらに、前記除去用部材を、前記台座上に設ける工程において、前記除去用部材を複数設け、前記サポート部材を除去する工程において、前記複数の前記除去用部材を下方から見たとき、外周に配置された前記除去用部材を前記外周に沿って順に捩ることが好ましい。このような構成とすることにより、捩り力を小さくすることができる。

前記除去用部材を、前記台座上に設ける工程の前に、前記台座上に前記サポート部材を形成する工程をさらに備え、前記除去用部材を、前記台座上に設ける工程において、前記除去用部材を、前記台座上に形成した前記サポート部材上に形成することが好ましい。このような構成により、一体形成された除去用部材、サポート部材及び金属部材を台座から切り離すことを容易にする。

また、前記除去用部材は、円柱であり、前記羽部は、前記上面の半径と同じ長さの幅、所定の高さ及び所定の厚さを有する複数枚の板状体から構成され、上方から見たときに放射状になるように、各前記板状体の一端を、前記上面の中心上に設置することが好ましい。このような構成とすることにより、サポート部材と羽部との結合力を増加させ、凹凸構造からの捩り力をサポート部材２０に伝播することができる

さらに、前記除去用部材を、前記台座上に設ける工程において、予め形成された前記除去用部材の前記本体部を、溝が形成された前記台座の前記溝に埋め込んで固定し、前記サポート部材を一体形成する工程において、前記羽部と共に前記サポート部材を一体形成することが好ましい。このような構成とすることにより、除去用部材を台座からバンドソーにより除去する作業を省くことができる。

本発明により、除去用部材を捩ることにより、除去用部材とサポート部材を容易に分離除去することができる金属部材の製造方法を提供することができる。

実施形態に係る金属部材の製造方法において、除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示する斜視図である。実施形態に係る金属部材の製造方法を例示するフローチャートである。実施形態に係る金属部材の製造方法における除去用部材を例示する図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は上面図を示し、（ｃ）は正面図を示し、（ｄ）は側面図を示す。（ａ）は、実施形態に係る金属部材の製造方法におけるサポート部材を例示する水平断面図であり、（ｂ）は、実施形態に係る金属部材の製造方法におけるサポート部材を例示する斜視図である。（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係る金属部材の製造方法において、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。比較例に係る金属部材の製造方法において、サポート部材２０及び金属部材１０を例示する斜視図である。（ａ）は、実施形態の変形例１に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。（ａ）は、実施形態の変形例２に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。（ａ）は、実施形態の変形例３に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。（ａ）は、実施形態の変形例４に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、金属部材とサポート部材との界面を例示した拡大図である。（ａ）は、実施形態の変形例５に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、実施形態の変形例５に係る除去用部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｄ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。実施形態の変形例６に係る除去用部材を例示した斜視図である。（ａ）は、実施形態の変形例７に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、実施形態の変形例７に係る除去用部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｄ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。（ａ）は、実施形態の変形例８に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、実施形態の変形例７に係る除去用部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｄ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。実施形態の変形例９に係る除去用部材を、台座から切り離した後、下方から見た図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

実施形態に係る金属部材の製造方法を説明する。本実施形態の金属部材の製造方法は、例えば、三次元造形装置（３Ｄプリンタ）において、オーバーハング部を有する形状の金属部材の製造方法である。

図１は、実施形態に係る金属部材の製造方法において、除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示する斜視図である。
図２は、実施形態に係る金属部材の製造方法を例示するフローチャートである。

図１に示すように、本実施形態では、金属部材１０の製造過程において、金属部材１０におけるオーバーハング部１１を支えるためにサポート部材２０を形成する。なお、図１では、金属部材１０におけるオーバーハング部１１のみが図示されており、金属部材１０における他の部位については省略されている。また、完成した金属部材１０を取り出す際に、サポート部材２０を除去するための除去用部材３０を形成する。本実施形態に係る金属部材１０の製造方法を、金属部材１０、サポート部材２０及び除去用部材３０の形成方法（図２のステップＳ１〜Ｓ３）、並びに、サポート部材２０及び除去用部材３０の除去方法（図２のステップＳ４）に分けて説明する。まず、金属部材１０、サポート部材２０及び除去用部材３０の形成方法を説明する。

図１に示すように、台座４０を準備する。台座４０は、例えば、板状である。台座４０の上面４１は水平である。図１において、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標系を導入する。Ｚ方向が鉛直方向であり、台座４０の上面４１と垂直な方向である。Ｘ方向、及びＹ方向が水平方向であり、台座４０の上面４１と平行な方向である。

次に、台座４０上に金属粉末を層状に敷き詰める。金属粉末は、例えば、マルエージング鋼、インコネル７１８等である。リコータを用いて金属粉末を薄く、例えば、0.04mmの厚さの層状にして緻密に敷き詰める。そして、台座４０上に敷き詰めた金属粉末層の所定領域に光ビームを照射して、選択的に溶融・凝固させた造形層を形成する。溶融・凝固した造形層には、金属部材１０、サポート部材２０及び除去用部材３０のうちの１つ以上の部材の断面形状が形成される。溶融・凝固しない部分には、未焼結の金属粉末が残留する。溶融・凝固させる部分は、STL形式の焼成用3Dデータを用いて三次元造形装置を制御する。

次に、形成された造形層及び未焼結の金属粉末上に、金属粉末を敷き詰める。そして、所定領域に光ビームを照射して造形層を形成する。このように、金属粉末の敷き詰め、及び、光ビームの照射を繰り返して造形層を積層させる。数十ミクロン単位で上方に造形層を積み上げる。所定の高さまで積み上げることにより、台座４０上に、金属部材１０またはサポート部材２０の一部とともに、除去用部材３０が形成される。このようにして、図２のステップＳ１に示すように、サポート部材２０を除去するための除去用部材３０を、台座４０上に設ける。

本実施形態では、除去用部材３０を、サポート部材２０及び金属部材１０と同じ金属粉末層から形成している。したがって、除去用部材３０と、サポート部材２０及び金属部材１０を連続的に一体形成することができる。このとき、焼成用3Dデータは、除去用部材３０のデータを含んでいる。

図３は、実施形態に係る金属部材の製造方法における除去用部材を例示する図であり、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は上面図を示し、（ｃ）は正面図を示し、（ｄ）は側面図を示す。

図１及び図３に示すように、除去用部材３０は、台座４０上に形成される。除去用部材３０を台座４０の上面４１上に形成された状態で上下関係を説明する。したがって、図３（ａ）では、除去用部材３０を下方から見た斜視図となっている。

除去用部材３０は、本体部３０ａが柱状の中実部材である。除去用部材３０の本体部３０ａは、例えば、円柱の形状である。除去用部材３０は、円柱状の本体部３０ａの上面３１の一部から上方向に突出して形成された羽部３２を備えている。羽部３２は、上面３１の半径と同じ長さの幅、所定の高さ及び所定の厚さを有する複数枚、例えば４枚の板状体３２ａから構成されている。上方から見たときに放射状、すなわち、プラス形状になるように、各板状体３２ａの一端を、上面３１の中心３１ａ上に設置している。さらに、隣り合う板状体３２ａのなす角度が90°で等しくなるように各板状体３２ａを配置している。なお、隣り合う板状体３２ａのなす角度は、等しくなくてもよい。

除去用部材３０は、本体部３０ａの底面３３に形成された凹凸構造を備えている。凹凸構造は、例えば、凹部３４である。凹部３４を下方から見た場合、凹部３４の形状は、六角形である。凹部３４の内面は、内側面３５及び天井面３６から構成されている。内側面３５は、底面３３と天井面３６との間に形成されている。内側面３５は、水平面とのなす角度が90°である。天井面３６は、水平面とのなす角度が45°以上である。凹部３４の内面が水平面から45°以上の角度を有していれば、凹部３４の内面を支えるサポート部材２０を形成する必要がない。逆に、水平面とのなす角度が45°未満で空中に張り出した部分があると、その部分をサポート部材２０で支えなければならない。

複数個の除去用部材３０を、台座４０上に底面３３を下にした状態で形成している。１つの除去用部材３０に多くのサポート部材２０が取り付けられると、除去用部材３０を捩るために必要な捩り力が大きくなる。したがって、複数個の除去用部材３０を形成し、１つの除去用部材３０に取り付けられるサポート部材２０が多くならないようにする。これにより、除去用部材３０を捩るために必要な力を小さくすることができる。

除去用部材３０を水平方向に切った断面積は、0.8〜2.5cm²程度が好ましい。除去用部材３０が相互に固着しないような位置に配置する。なお、凹部３４は、六角穴の他、マイナス穴、プラス穴、トルクス（登録商標）（星型）穴でもよい。

羽部３２は、凹凸構造を介して外部から除去用部材３０に付与された捩り力が、羽部３２の側面からサポート部材２０の側面に伝播するような形状であれば好ましい。羽部３２は、サポート部材２０との捩り力の方向に直交する接触面積が大きい形状であれば好ましい。羽部３２は、このように、羽部３２の側面からサポート部材２０の側面に捩り力が伝播するような形状であれば、板状体３２ａの他、凹凸、穴、羽形状等でもよい。

続いて、台座４０上に金属粉末を層状に敷き詰め、金属粉末層の所定領域に光ビームを照射して、選択的に溶融・凝固させた造形層を形成する。これを繰り返して造形層を積層させる。これにより、金属部材１０の一部とともに、サポート部材２０が形成される。このようにして、図２のステップＳ２に示すように、台座４０に設けられた除去用部材３０上に、サポート部材２０を一体形成する。

図４（ａ）は、実施形態に係る金属部材の製造方法におけるサポート部材を例示する水平断面図であり、（ｂ）は、実施形態に係る金属部材の製造方法におけるサポート部材を例示する斜視図である。

図１及び図４に示すように、例えば、サポート部材２０を一体形成する際には、サポート部材２０を、上方に延びた中空の角柱として形成し、サポート部材２０を複数個、正方ハニカム構造となるように配列して一体形成する。正方ハニカム構造とすることにより、サポート部材２０に、剛性を持たせ、金属部材１０を保持することができる。それと同時に、サポート部材２０を除去しやすいものとすることができる。サポート部材２０は、例えば、１辺が1mmの正方形の断面をもち、壁の厚さが0.15mmの角柱が隙間なく集合したセル構造となっている。図１においては、サポート部材２０を模式的に表している。

上方から見て、正方ハニカム構造に角柱が配列した２つの直交する方向において、5mmおきに、フラグメントという貫通溝２１が形成されている。例えば、貫通溝２１の幅は0.2mmである。貫通溝２１により、上方から見たサポート部材２０は、5mm間隔の格子状に形成されている。上方から見て、１つの格子に、４×４のサポート部材２０が配置している。貫通溝２１は、サポート部材２０の上端から下端まで連通している。貫通溝２１により、サポート部材２０を容易に除去することができるようになっている。角柱の中空内には、金属粉末が未焼成で充満したまま残留している。前述したように、除去用部材３０に結合するサポート部材２０の本数が少ない方が、除去用部材３０を捩る力が少なくて済む。しかし、その場合には、除去用部材３０の個数が多くなり、捩る回数が多くなる。除去用部材３０の１個当たりに結合するサポート部材２０の個数を適切な個数とする。

続いて、台座４０上に金属粉末を敷き詰め、金属粉末層の所定領域に光ビームを照射して、選択的に溶融・凝固させた造形層を形成する。これを繰り返して造形層を積層させる。これにより、金属部材１０が形成される。すなわち、台座４０上に敷き詰めた金属粉末層の所定領域に光ビームを照射して、選択的に溶融・凝固させた造形層を繰り返し形成することによって、オーバーハング部１１を有する金属部材１０を、オーバーハング部１１を支持する中空状のサポート部材２０と共に造形する。このようにして、図２のステップＳ３に示すように、除去用部材３０と一体形成されたサポート部材２０上に、金属部材１０を一体形成する。これにより、図１に示す構造が形成される。

次に、金属部材１０の製造方法におけるサポート部材２０及び除去用部材３０の除去方法を説明する。例えば、図１に示すＡ−Ａ‘線に沿ってバンドソー（平鋸）を配置させる。次に、バンドソーを、台座４０の上面４１に沿って移動させる。これにより、一体形成された金属部材１０、サポート部材２０及び除去用部材３０を台座４０から切り離す。

図５（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係る金属部材の製造方法において、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、台座４０から切り離した金属部材１０、サポート部材２０及び除去用部材３０を下方から見ると、除去用部材３０の底面３３には、凹部３４が現れる。なお、台座４０から切り離した後、凹部３４には金属粉が残留しているが、これを除去する。

次に、図２のステップＳ４に示すように、一体形成された除去用部材３０、サポート部材２０及び金属部材１０から、除去用部材３０を捩ることにより、除去用部材３０とサポート部材２０を除去する。除去用部材３０の凹凸構造を介して外部から除去用部材３０に付与された捩り力は、羽部３２の側面からサポート部材２０の側面に伝播する。これにより、サポート部材２０は除去される。

具体的には、除去用部材３０の底面に形成された六角形の凹部３４（凹凸構造）に、六角レンチを挿入する。そして、六角レンチを捩ることにより、除去用部材３０を捩る。そうすると、羽部３２も捩られる。これにより、サポート部材２０に捩り力が伝播する。よって、サポート部材２０が除去される。

図５（ａ）に示すように、複数の除去用部材３０を下方から見たとき、隣り合う３つの底面３３は、正三角形の３隅に配置されるように配列している。すなわち、底面３３は、Ｙ軸に沿った方向と、Ｘ軸から30°傾いた方向に配列されている。除去用部材３０を捩って除去する順序は、一筆書きで最短距離になるようにする。

図５（ｂ）に示すように、サポート部材２０を捩って除去する際には、複数の除去用部材３０を下方から見たとき、外周に配置された除去用部材３０を外周に沿って順に捩ることが好ましい。除去用部材３０を除去する捩り力は角部の方が少なくて済む。角部では、除去用部材３０の側面同士が接触する面積が少ないので、捩り力を小さくすることができる。よって、角部に配置された除去用部材３０は剥がしやすい。外周に沿って渦巻き状に除去することによって、角部に配置された除去用部材３０の出現回数を多くする。これにより、一体形成体から全ての除去用部材３０を除去する際の捩り力を小さくすることができる。それに対して、中央部に配置された除去用部材３０から除去する場合は、隣接する除去用部材３０同士及びサポート部材２０同士の結合力が大きい。よって、大きな捩り力を要する。全ての除去用部材３０を捩ることにより、金属部材１０から、除去用部材３０とサポート部材２０を除去する。このようにして、金属部材１０が製造される。

本実施形態に係る金属部材１０の製造方法によれば、除去用部材３０を捩ることにより、一体形成された除去用部材３０、サポート部材２０、及び金属部材１０から、除去用部材３０と共にサポート部材２０を除去する。ここで、除去用部材３０は、柱状の中実部材であって、本体部３０ａの底面３３もしくは側面３７に形成された凹凸構造と、本体部３０ａの上面から上方向に突出して形成された羽部３２とを備えている。そして、サポート部材２０を除去する際に、凹凸構造を介して外部から除去用部材３０に捩り力を付与し、羽部３２を介してサポート部材２０に捩り力を伝播させる。そのため、除去用部材３０を捩ることにより、除去用部材３０と共にサポート部材２０を容易に分離除去することができる。

除去用部材３０には羽部３２が設けられている。これにより、凹凸構造を介して外部から除去用部材３０に付与された捩り力は、羽部３２の側面からサポート部材２０の側面に伝播する。羽部３２は、サポート部材２０との捩り力の方向に直交する接触面積が大きくなるような形状としている。よって、除去用部材３０とサポート部材２０との間の結合力を、サポート部材２０と金属部材１０との間の結合力よりも大きくしている。このようにしていないと、除去用部材３０から伝達される力（捩り、曲げモーメント）がサポート部材２０の変形により吸収されて、金属部材１０とサポート部材２０との界面に働く力が減少してしまう。その結果、除去用部材３０とサポート部材２０との界面から剥がれてしまう。

図６は、比較例に係る金属部材の製造方法において、サポート部材２０及び金属部材１０を例示する斜視図である。
図６に示すように、比較例においては、除去用部材３０が設けられていない。したがって、比較例におけるサポート部材２０の除去方法としては、例えば以下のものを列挙することができる。すなわち、(a)サポート部材２０をウォータージェットで除去する、(b)サポート部材２０を電界研磨で除去する、(c)サポート部材２０をタガネでたたき破砕して除去する、(d)サポート部材２０をマシーニングで切削除去する。

しかしながら、比較例の(a)の方法は、加工機自体が高価なことに加えて、ランニングコストも高い。また、切断厚さに限界があり（数センチ）、細かな部品を形成することが困難である。さらに切断に長時間を要する。また、水分により金属部材に錆が発生する問題がある。比較例の(b)の方法は、電解液の廃液及びスラッジ処理で環境負荷が大きく、コストが上昇する。比較例の(c)の方法は、作業者の作業負担が増加する。また、タガネでたたくことにより、未焼結の金属粉末が飛び散る。したがって、そのような粉じんの影響を低減する処置を行う必要がある。比較例の(d)の方法は、マシーニング自体が高価である。以上のように、比較例では、容易にサポート部材２０を分離除去することができなかった。

それに対して、本実施形態では、除去用部材３０を捩ることにより、一体形成された除去用部材３０、サポート部材２０、及び金属部材１０から、除去用部材３０とサポート部材２０を除去するので、前述の効果に加えて、コストを抑えることができ、環境負荷を低減することができる。また、捩ることにより容易に除去することができ、粉じんの発生を抑えることができる。

（変形例１）
次に、変形例１を説明する。変形例１は、除去用部材３０の本体部３０ａが円柱の代わりに角柱としたものである。また、台座４０と除去用部材３０との間に、サポート部材２０が形成されている。

図７（ａ）は、実施形態の変形例１に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。

図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、除去用部材３０の本体部３０ａは、角柱、例えば四角柱の形状である。本体部３０ａの上面３１は正方形である。羽部３２は、上面３１の一辺と同じ長さの幅、所定の高さ及び所定の厚さを有する１枚の板状体３２ａから構成されている。板状体３２ａは、上面３１の中心を通り、一方向、例えば、Ｘ軸方向に沿って配置されている。除去用部材３０の本体部３０ａの底面３３には、凹部３４が形成されている。凹部３４は、実施形態と同様の構造をしている。

変形例１において、除去用部材３０の本体部３０ａは四角柱であり、Ｘ軸方向及びＹ方向にマトリックス状に配置されている。除去用部材３０は、台座４０上に形成されたサポート部材２０上に形成されている。このような構成は、以下の形成方法により形成される。すなわち、除去用部材３０を台座４０上に設ける前に、台座４０上にサポート部材２０を形成する。その後、除去用部材３０を、台座４０上に形成したサポート部材２０上に形成する。このようにして、図７（ａ）に示す構成が形成される。その後、一体形成された除去用部材３０、サポート部材２０及び金属部材１０を台座４０から切り離す。除去用部材３０と台座４０との間にサポート部材２０を形成することにより、一体形成された除去用部材３０、サポート部材２０及び金属部材１０を台座４０から容易に切り離すことができる。

（変形例２）
次に、変形例２を説明する。変形例２は、除去用部材３０の本体部３０ａの底面３３に凹部３４を形成せずに、本体部３０ａの側面３７に凹部３４を形成したものである。

図８（ａ）は、実施形態の変形例２に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。

図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、除去用部材３０の本体部３０ａは、円柱の形状である。本体部３０ａの上面３１は円である。羽部３２は、上面３１の直径と同じ長さの幅、所定の高さ及び所定の厚さを有する１枚の板状体３２ａから構成されている。板状体３２ａは、上面３１の中心を通り、一方向、例えば、Ｘ軸方向に沿って配置されている。除去用部材３０の本体部３０ａの底面３３には、凹部３４が形成されていない。除去用部材３０の凹凸構造は、本体部３０ａの側面３７に形成された凹部３４である。凹部３４の内面は、オーバーハングとならないよう、いずれの内面も水平面から45°以上の角度を有するように形成する。除去用部材３０の側面に凹部３４を形成することにより、一体形成された金属部材１０、サポート部材２０及び除去用部材３０を台座４０から切り離さずに、除去用部材３０を捩ることができる。

（変形例３）
次に、変形例３を説明する。変形例３は、除去用部材３０の羽部３２が１枚になっているものである。

図９（ａ）は、実施形態の変形例３に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。

図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、除去用部材３０の本体部３０ａは、円柱の形状である。本体部３０ａの上面３１は円である。羽部３２は、上面３１の直径と同じ長さの幅、所定の高さ及び所定の厚さを有する１枚の板状体３２ａから構成されている。板状体３２ａは、上面３１の中心を通り、一方向、例えば、Ｘ軸方向に沿って配置されている。除去用部材３０の本体部３０ａの底面３３には、凹部３４が形成されている。凹部３４は、実施形態と同様の構造をしている。除去用部材３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にマトリックス状に配置されている。

（変形例４）
次に、変形例４を説明する。変形例４は、除去用部材３０が台座４０に埋め込まれて設けられたものである。

図１０（ａ）は、実施形態の変形例４に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、金属部材とサポート部材との界面を例示した拡大図である。

図１０（ａ）に示すように、除去用部材３０を台座４０上に設ける際に、予め形成された除去用部材３０の本体部３０ａを、溝が形成された台座４０の溝に埋め込んで固定する。除去用部材３０の本体部３０ａは、四角柱の形状である。除去用部材３０の上面３１に羽部３２（図示せず）と共にサポート部材２０を一体形成する。台座４０には、上方から見て四角形の溝が形成されている。複数の除去用部材３０は、台座４０に形成された溝に、マトリックス状に配列して埋め込まれている。このような構成とすることにより、除去用部材３０を台座４０からバンドソーを用いて除去する作業を省くことができる。図１０（ｂ）に示すように、除去用部材３０の底面３３には、凹部３４が形成されている。凹部３４は、実施形態と同様の構造をしている。

さらに、変形例４では、図１０（ｃ）に示すように、サポート部材２０を一体形成する際に、サポート部材２０における金属部材１０との界面２３に、所定の間隔で複数の切欠き２２を形成する。切欠き２２を界面２３に形成することにより、サポート部材２０と金属部材１０との間の結合力を、除去用部材３０とサポート部材２０との間の結合力よりも小さくしている。よって、除去用部材３０を捩ることにより、一体形成された除去用部材３０、サポート部材２０、及び金属部材１０から、除去用部材３０とサポート部材２０をより容易に除去することができる。

（変形例５）
次に、変形例５を説明する。変形例５は、羽部が３枚で形成されたものである。
図１１（ａ）は、実施形態の変形例５に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、実施形態の変形例５に係る除去用部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｄ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。

図１１（ａ）〜（ｄ）に示すように、除去用部材３０の本体部３０ａは、円柱の形状である。羽部３２は、上面３１の半径と同じ長さの幅、所定の高さ及び所定の厚さを有する３枚の板状体３２ａから構成されている。上方から見たときに放射状になるように、各板状体３２ａの一端を、上面３１の中心３１ａ上に設置している。さらに、隣り合う板状体３２ａのなす角度が120°になるように各板状体３２ａを配置している。除去用部材３０の本体部３０ａの底面３３には、凹部３４が形成されている。凹部３４は、実施形態と同様の構造をしている。複数の除去用部材３０を下方から見たとき、除去用部材３０は、実施形態と同様の配置となっている。
なお、板状体３２ａの枚数は特に限定されない。例えば、６枚の板状体３２ａを、隣り合う板状体３２ａのなす角度が60°になるように放射状に配置してもよい。

（変形例６）
次に、変形例６を説明する。変形例６は、除去用部材３０の本体部３０ａの底面３３に凸部が形成されたものである。
図１２は、実施形態の変形例６に係る除去用部材を例示した斜視図である。

図１２に示すように、除去用部材３０の本体部３０ａは、円柱の形状である。羽部３２は、変形例５と同様の構造をしている。除去用部材３０は、本体部３０ａの底面３３に形成された凹凸構造を備えている。凹凸構造は、底面に形成された六角柱の形状の凸部３８である。凸部３８を下方から見たとき、凸部３８の形状は六角形である。凸部３８以外の底面３３は、水平面とのなす角度が45°以上となるように形成されている。本変形例では、凸部３８をスパナ等で挟んで捩り力を付与する。このような構成とすることにより、捩り力を伝播させる方法の選択肢を増やすことができる。

（変形例７）
次に、変形例７を説明する。変形例７は、上方から見たとき、除去用部材３０を金属部材１０の縁に対して斜めにずらして配列させるものである。

図１３（ａ）は、実施形態の変形例７に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、実施形態の変形例７に係る除去用部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｄ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。

図１３（ａ）〜（ｄ）に示すように、除去用部材３０の本体部３０ａは、四角柱の形状である。羽部３２は、正方形をした上面３１の一辺の半分と同じ長さの幅、所定の高さ及び所定の厚さを有する複数枚、例えば４枚の板状体３２ａから構成されている。さらに、上方から見たときに、放射状、すなわち、プラス形状になるように、各板状体３２ａの一端を、上面３１の中心３１ａ上に設置している。さらに、隣り合う板状体３２ａのなす角度が90°になるように各板状体３２ａを配置している。凹部３４は、実施形態と同様の構造をしている。複数の除去用部材３０は、マトリックス状に配列されている。しかしながら、図１３（ｄ）に示すように、下方から見たとき、除去用部材３０を金属部材１０の縁に対して斜めにずらして配列させている。

（変形例８）
次に、変形例８を説明する。変形例８は、除去用部材３０の羽部３２を、凹部の形状としたものである。
図１４（ａ）は、実施形態の変形例８に係る除去用部材、サポート部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｂ）は、除去用部材を例示した斜視図であり、（ｃ）は、実施形態の変形例８に係る除去用部材及び金属部材を例示した斜視図であり、（ｄ）は、台座から切り離した除去用部材を下方から見た図である。

図１４（ａ）〜（ｄ）に示すように、除去用部材３０の本体部３０ａは、四角柱の形状である。羽部３２は、正方形をした上面３１の一辺と同じ長さの幅、所定の高さ及び所定の厚さを有する４枚の板状体３２ａから構成されている。さらに、本体部３０ａの上面３１の縁に沿って連結した箱状のものである。羽部３２の中央部には、凹部５１が形成されている。除去用部材３０の本体部３０ａの底面には凹部３４が形成されている。凹部３４は、実施形態と同様の構造をしている。複数の除去用部材３０を下方から見たとき、除去用部材３０は、変形例１と同様の配置となっている。

（変形例９）
次に、変形例９を説明する。変形例９は、除去用部材３０の本体部３０ａの形状を六角柱としたものである。六角柱において、隣り合う側面が形成する角部にはＲ（丸み）がつけられている。

図１５は、実施形態の変形例９に係る除去用部材を、台座から切り離した後、下方から見た図である。
図１５に示すように、除去用部材３０の本体部３０ａは、六角柱の形状である。六角柱において、隣り合う側面が形成する角部にはＲ（丸み）がつけられている。本体部３０ａの底面３３には、凹部３４が形成されている。凹部３４は、下方から見て六角形となっている。凹部３４の内部は、実施形態と同様の構造をしている。複数の除去用部材３０を下方から見たとき、除去用部材３０は、千鳥状に配置されている。すなわち、本体部３０ａの６つの各側面３７ａは、隣り合う本体部３０ａの各側面３７ａと対向するように配置されている。これにより、複数の除去用部材３０を下方から見たとき、隣り合う３つの底面３３は、正三角形の３隅に配置されるように配列している。すなわち、底面３３は、Ｙ軸に沿った方向と、Ｘ軸から30°傾いた方向に配列されている。

以上、本発明にかかる金属部材の形成方法の実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

例えば、除去用部材３０の本体部３０ａの底面３３及び側面３７の両方に、凹凸構造を備えていてもよい。また、各除去用部材３０の羽部３２の形状と、凹部３４の形状とを、適宜選択して組み合わせてもよい。

１０金属部材
１１オーバーハング部
２０サポート部材
２１貫通溝
２２切欠き
２３界面
３０除去用部材
３０ａ本体部
３１上面
３２羽部
３３底面
３４凹部
３５内側面
３６天井面
３７側面
３７ａ側面
３８凸部
４０台座
４１上面
５１凹部

Claims

台座上に敷き詰めた金属粉末層の所定領域に光ビームを照射して、選択的に溶融・凝固させた造形層を繰り返し形成することによって、オーバーハング部を有する金属部材を、前記オーバーハング部を支持する中空状のサポート部材と共に造形する、金属部材の製造方法であって、
前記サポート部材を除去するための除去用部材を、前記台座上に設ける工程と、
前記台座に設けられた前記除去用部材上に、前記サポート部材を一体形成する工程と、
前記除去用部材と一体形成された前記サポート部材上に、前記金属部材を一体形成する工程と、
一体形成された前記除去用部材、前記サポート部材、及び前記金属部材から、前記除去用部材を捩ることにより、前記除去用部材と前記サポート部材を除去する工程と、を備え、
前記除去用部材は、本体部が柱状の中実部材であって、
前記本体部の底面もしくは側面に形成された凹凸構造と、
前記本体部の上面の一部から上方向に突出して形成された羽部と、を備えており、
前記サポート部材を除去する工程において、
前記凹凸構造を介して外部から前記除去用部材に付与された捩り力は、前記羽部の側面から前記サポート部材の側面に伝播する、
金属部材の製造方法。
前記サポート部材を一体形成する工程において、
前記サポート部材を、上方に延びた中空の角柱として形成し、
前記サポート部材を複数個、正方ハニカム構造となるように配列して一体形成する、
請求項１に記載の金属部材の製造方法。
前記除去用部材を、前記台座上に設ける工程において、
前記除去用部材を複数設け、
前記サポート部材を除去する工程において、
前記複数の前記除去用部材を下方から見たとき、
外周に配置された前記除去用部材を前記外周に沿って順に捩る、
請求項１または２に記載の金属部材の製造方法。
前記除去用部材を、前記台座上に設ける工程の前に、前記台座上に前記サポート部材を形成する工程をさらに備え、
前記除去用部材を、前記台座上に設ける工程において、
前記除去用部材を、前記台座上に形成した前記サポート部材上に形成する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属部材の製造方法。
前記除去用部材は、円柱であり、
前記羽部は、前記上面の半径と同じ長さの幅、所定の高さ及び所定の厚さを有する複数枚の板状体から構成され、上方から見たときに放射状になるように、各前記板状体の一端を、前記上面の中心上に設置した、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属部材の製造方法。
前記除去用部材を、前記台座上に設ける工程において、
予め形成された前記除去用部材の前記本体部を、溝が形成された前記台座の前記溝に埋め込んで固定し、
前記サポート部材を一体形成する工程において、
前記羽部と共に前記サポート部材を一体形成する、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属部材の製造方法。