JP2020084195A - 付加製造装置、付加製造方法及び付加製造物 - Google Patents

Abstract

【課題】部位ごとに要求される機械強度を十分に確保しつつ付加製造に要する時間を短縮可能な付加製造装置、付加製造方法及び付加製造物を提供することを目的とする。【解決手段】付加製造装置１は、昇降動作可能な昇降テーブル２２を有する造形物支持装置２０と、付加製造物Ｗを造形する造形位置に金属粉末Ｐを供給する粉末供給装置３０と、造形位置に供給された金属粉末Ｐを溶融する光ビーム４０ａを照射する光ビーム照射装置４０と、を含んで構成される。そして、付加製造装置１は、付加製造物Ｗの部位ごとに要求される特性であって少なくとも目標機械強度と相関関係にある目標相対密度を表す特性データに基づき、造形位置に供給された金属粉末Ｐが溶融した後に凝固した状態における特性を付加製造物Ｗの部位ごとに変更する。【選択図】図１

Description

本発明は、付加製造装置、付加製造方法及び付加製造物に関する。

付加製造には、例えば、粉末床溶融結合（Powder Bed Fusion）方式、指向性エネルギー堆積（Directed Energy Deposition）方式等があることが知られている。粉末床溶融結合方式は、平らに敷き詰められた粉末に対して、光ビーム（レーザビーム及び電子ビーム等）を照射することで付加製造を行う。粉末床溶融結合方式には、ＳＬＭ(Selective Laser Melting)、ＥＢＭ(Electron Beam Melting)等が含まれる。指向性エネルギー堆積方式は、光ビームの照射と粉末材料の吐出を行うヘッドの位置を制御することで付加製造を行う。指向性エネルギー堆積方式には、ＬＭＤ(Laser Metal Deposition)、ＤＭＰ(Direct Metal Printing)等が含まれる。

そして、従来から、例えば、下記特許文献１に開示された付加製造装置及び付加製造方法が知られている。従来の付加製造装置及び付加製造方法は、粉末床溶融結合方式を採用しており、付加製造物の形状データに基づき予め設定された積層厚さごとに作成されたスライス像データにより薄層を成形する像形成手段と、薄層を積層位置に搬送して転写定着するための転写定着手段と、を備えている。これにより、従来の付加製造装置及び付加製造方法においては、スライス像データに基づいて成形された薄層を積層位置に搬送して転写定着することで、付加製造物を形成するようになっている。

特開２００３−７１９４０号公報

ところで、上記従来の付加製造装置及び付加製造方法においては、薄層は予め設定された積層厚さに対応して一定の層厚とされる。従って、付加製造物の積層方向の寸法が大きくなるほど、積層する薄層の数が増加するため付加製造に要する時間が増大する。そして、一定の層厚とされた薄層を積層して成形される付加製造物においては、全体が均一の機械強度を有する。しかしながら、付加製造物は、使用形態（使用環境）によっては、部位ごとに要求される機械強度が異なる場合もある。

本発明は、上記課題を解決するためのなされたものであり、その目的は、部位ごとに要求される機械強度を十分に確保しつつ付加製造に要する時間を短縮可能な付加製造装置、付加製造方法及び付加製造物を提供することにある。

本発明に係る付加製造装置は、所定の厚さで分割した分割層ごとに造形された三次元形状を有する付加製造物を支持可能な製造物支持部と、付加製造物を造形する造形位置に同種の材料粉末を供給する粉末供給部と、造形位置に供給された材料粉末を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射部と、を含んで構成された付加製造装置であって、付加製造物の部位ごとに要求される特性であって少なくとも目標機械強度と相関関係にある目標相対密度を表す特性データに基づいて、粉末供給部が造形位置に材料粉末を供給し、且つ、光ビーム照射部が造形位置に供給された材料粉末を溶融させる、ように構成される。

又、本発明に係る付加製造方法は、層状に配置された同種の材料粉末に光ビームを照射し、材料粉末を溶融した後に凝固させることによって三次元形状を有する付加製造物を製造する付加製造方法であって、付加製造物の部位ごとに要求される特性であって少なくとも目標機械強度と相関関係にある目標相対密度を表す特性データを記憶するデータ記憶工程と、データ記憶工程にて記憶した特性データに基づいて、付加製造物を造形する造形位置に材料粉末を供給する粉末供給工程と、粉末供給工程にて造形位置に供給された材料粉末を溶融させる光ビーム照射工程と、を含んで構成される。

更に、本発明に係る付加製造物は、層状に配置された材料粉末に光ビームを照射し、材料粉末を要求した後に凝固させて三次元造形された付加製造物であって、部位ごとに要求される特性であって少なくとも目標機械強度と相関関係にある目標相対密度となるように部位が造形される。

これらによれば、付加製造物に要求される目標機械強度と相関関係にある目標相対密度、即ち、特性に基づいて、材料粉末を造形位置に供給することができると共に、造形位置に供給された材料粉末を光ビームによって溶融することができる。これにより、付加製造物の部位ごとに特性を変更することができる。

従って、特性データに基づいて目標相対密度が低い部位（換言すれば、要求される機械強度が低い部位）においては、粉末供給部が造形位置に供給する材料粉末の層厚や量を大きくしたり、光ビーム照射部が造形位置に流入する光ビームの入熱量を小さくしたりすることが可能となる。その結果、目標相対密度が低い部位を造形する場合には、造形に要する時間、換言すれば、付加製造物を付加製造する時間を短縮することができる。

一方、目標相対密度が高い部位（換言すれば、要求される機械強度が高い部位）を造形する場合には、例えば、粉末供給部が造形位置に供給する材料粉末の層厚を小さくしたり、光ビーム照射部が造形位置に流入する光ビームの入熱量を大きくしたりすることができる。その結果、目標相対密度が高い部位を造形する場合には、従来と同等の時間により付加製造物を付加製造することができる。従って、目標機械強度と相関関係にある目標相対密度、即ち、特性を付加製造物の部位ごとに変更することにより、付加製造物に要求される機械強度を十分に確保しつつ、付加製造に要する時間を短縮することができる。

付加製造装置の構成を概略的に示す概略図である。 付加製造物を示す斜視図である。 図１の制御装置の構成を示すブロック図である。 相対密度と機械強度（降伏応力）との関係を示すグラフである。 付加製造物における層厚、相対密度（機械強度）及び造形速度の関係を説明するための図である。 材料粉末の層厚が大きい場合において光ビームが照射される部位の周囲の拡大図である。 材料粉末の層厚が小さい場合において光ビームが照射される部位の周囲の拡大図である。 付加製造方法を示すフローチャートである。 第一変形例に係り光ビームが照射される部位の周囲の拡大図である。 第二変形例に係り光ビームが照射される部位の周囲の拡大図である。 第三変形例に係り光ビームが照射される部位の周囲の拡大図である。

（１．付加製造装置１の構成）
付加製造装置１の構成について図面を参照しながら説明する。付加製造装置１は、粉末床溶融結合方式であってＳＬＭ方式を採用する。付加製造装置１は、図１に示すように、層状に配置された（積層された）材料粉末としての金属粉末Ｐに光ビームを照射することを繰り返すことによって、図２に示す付加製造物Ｗを付加製造する装置である。

ここで、光ビームは、例えば、レーザビーム及び電子ビームを含み、その他に金属粉末Ｐを溶融することができる種々のビームを含む。又、レーザビームには、例えば、近赤外波長のレーザ、ＣＯ_２レーザ（遠赤外レーザ）、半導体レーザ等、種々のレーザを適用でき、対象の金属粉末Ｐ（例えば、アルミ、ステンレス鋼、チタン、マルエージング鋼）に応じて適宜決定される。

金属粉末Ｐを用いて付加製造された付加製造物Ｗは、図２に示すように、小径部Ｗ１及び大径部Ｗ２を有する軸状製品であるロータ等である。ここで、本実施形態においては、付加製造物Ｗにおいて、小径部Ｗ１は大径部Ｗ２よりも高い機械強度が要求されるものとする（図８を参照）。尚、付加製造物Ｗとしては、軸状製品に限られるものではなく、種々の形態を有する製品であっても良いことは言うまでもない。

付加製造装置１は、図１に示すように、チャンバ１０、製造物支持部としての造形物支持装置２０、粉末供給部としての粉末供給装置３０、光ビーム照射装置４０、第一加熱装置５０、第二加熱装置６０及び制御装置７０を備えている。チャンバ１０は、内部の空気を、例えば、Ｈｅ（ヘリウム）や、Ｎ_２（窒素）、Ａｒ（アルゴン）等の不活性ガスに置換可能となるように構成されている。尚、チャンバ１０は、内部を不活性ガスに置換することに代えて、内部を減圧可能な構成としても良い。

造形物支持装置２０は、チャンバ１０の内部に設けられ、付加製造物Ｗを造形（付加製造）するための支持部材により構成されている。造形物支持装置２０は、造形用容器２１、昇降テーブル２２及びベース２３を備えている。造形用容器２１は、上側に開口部を有し、上下方向の軸線に平行な内壁面を有している。昇降テーブル２２は、造形用容器２１の内部にて内壁面に沿うように上下方向に移動可能に設けられる。ベース２３は、昇降テーブル２２の上面に着脱可能に載置され、ベース２３の上面が付加製造物Ｗを造形するための部位となる。即ち、ベース２３は、上面に層状に金属粉末Ｐを配置すると共に、付加製造時に付加製造物Ｗを支持する。

粉末供給装置３０は、チャンバ１０の内部であって、造形物支持装置２０に隣接して設けられている。粉末供給装置３０は、粉末収納容器３１、供給テーブル３２及びリコータ３３を備えている。粉末収納容器３１は上側に開口部を有しており、粉末収納容器３１の開口部の高さは造形用容器２１の開口部の高さと同一に設けられている。粉末収納容器３１は、上下方向の軸線に平行な内壁面を有している。供給テーブル３２は、粉末収納容器３１の内部にて内壁面に沿うように上下方向に移動可能に設けられている。そして、粉末収納容器３１内において、供給テーブル３２の上側領域に、金属粉末Ｐが収納されている。

リコータ３３は、造形用容器２１の開口部及び粉末収納容器３１の開口部の全領域に亘って、両開口部の上面に沿って往復移動可能に設けられている。リコータ３３は、左右方向にて、例えば、右側から左側に移動するときに、粉末収納容器３１の開口部から盛り出ている金属粉末Ｐを造形用容器２１に運搬する。更に、リコータ３３は、後に詳述するように降下した昇降テーブル２２と共に降下したベース２３の上面にて運搬した金属粉末Ｐを均し、ベース２３の上面にて同種の金属粉末Ｐを層状に配置する。ここで、「同種」とは、材料粉末である金属粉末Ｐの材質が同一であり、金属粉末Ｐの平均粒径等が所定の範囲内に含まれることを意味する。

光ビーム照射装置４０は、ベース２３の上面に層状に配置された同種の金属粉末Ｐの表面に、光ビーム４０ａを照射する。光ビーム４０ａは、上述したように、レーザビーム及び電子ビーム等である。光ビーム照射装置４０は、層状に配置された金属粉末Ｐに光ビーム４０ａを照射することにより、金属粉末Ｐを金属粉末Ｐの融点以上の温度に加熱する。これにより、金属粉末Ｐは溶融してその後凝固し、一体化された層からなる付加製造物Ｗが造形される。即ち、隣接する金属粉末Ｐ同士は、溶融接合によって一体化される。

又、光ビーム照射装置４０は、予め設定されたプログラムに従って、光ビーム４０ａの照射位置を移動すると共に、ビーム強度を変更することができる。光ビーム４０ａの照射位置を移動することにより、所望の形状（例えば、軸状）を有する付加製造物Ｗを造形することができる。又、光ビーム４０ａのビーム強度を変化させることにより、金属粉末Ｐの被照射部分における投入エネルギー（被照射部分に流入する入熱量）が変化し、金属粉末Ｐ同士の接合強度を変化させることができる。ここで、光ビーム４０ａは、第一加熱装置５０及び第二加熱装置６０により加熱される範囲よりも狭い範囲に対して照射可能である。

第一加熱装置５０は、チャンバ１０内において、ベース２３の上面に対向する位置に配置されている。第一加熱装置５０は、放射により金属粉末Ｐを加熱するものであり、例えば、赤外線ヒータ等を適用できる。第一加熱装置５０は、ベース２３の上に層状に配置された金属粉末Ｐの層表面を放射熱により直接加熱する。金属粉末Ｐの層表面とは、ベース２３の上面（又は、付加製造物Ｗを造形する造形位置）にて層状に配置された金属粉末Ｐにおける上側に露出した面である。

第一加熱装置５０は、金属粉末Ｐの層表面を金属粉末Ｐの融点未満の温度で加熱し続けることができる。即ち、第一加熱装置５０は、光ビーム４０ａのように、金属粉末Ｐを溶融させることはない。又、第一加熱装置５０は、光ビーム照射装置４０と同様に、加熱範囲を左右方向及び左右方向に直交する方向、即ち、これらの方向を含む水平方向に移動させることができる。

第一加熱装置５０による加熱範囲は、光ビーム４０ａの照射範囲より広い範囲に設定されており、光ビーム４０ａの照射範囲を一部に含む範囲に設定されている。即ち、第一加熱装置５０は、層表面の面方向（水平方向）及び深さ方向（上下方向）において、光ビーム４０ａが照射されている範囲の周囲を加熱する。第一加熱装置５０は、光ビーム４０ａにより溶融される直前の金属粉末Ｐ、金属粉末Ｐが溶融された後に凝固する前の間の付加製造物Ｗの部位（造形位置）、及び、光ビーム４０ａの照射範囲の周囲であって光ビーム４０ａにより照射されずに金属粉末Ｐとして残存している部位を加熱する。

本実施形態においては、第一加熱装置５０による加熱範囲は、光ビーム４０ａの照射位置に対応して移動する。但し、第一加熱装置５０は、層状に配置された金属粉末Ｐの層表面の全範囲に対して加熱するようにしても良い。この場合、第一加熱装置５０は、光ビーム４０ａの照射位置に対応して移動する必要はない。

第二加熱装置６０は、昇降テーブル２２に内蔵される。第二加熱装置６０は、金属製の金型を加熱するためのヒータである。例えば、第二加熱装置６０は、コイルヒータ、カートリッジヒータ、ノズルヒータ、面状ヒータ等、種々のヒータを適用できる。第二加熱装置６０は、昇降テーブル２２を加熱し、昇降テーブル２２を介してベース２３全体を加熱する。

そして、第二加熱装置６０は、更にベース２３を介した伝熱により、ベース２３の上面に層状に配置された金属粉末Ｐを加熱する。第二加熱装置６０は、ベース２３の上面に層状に配置された金属粉末Ｐを、金属粉末Ｐの融点未満の温度で加熱し続けることができる。即ち、第二加熱装置６０は、第一加熱装置５０と同様に、光ビーム４０ａのように金属粉末Ｐを溶融させることはない。

更に、ベース２３の上面に付加製造物Ｗの一部が造形された状態においては、第二加熱装置６０は、ベース２３及び付加製造物Ｗの一部を介して、光ビーム４０ａが照射される前の状態の金属粉末Ｐを加熱する。即ち、第二加熱装置６０による加熱範囲は、光ビーム４０ａの照射範囲より広い範囲であり、第一加熱装置５０による加熱範囲より広い範囲であって、光ビーム４０ａの照射範囲及び第一加熱装置５０による加熱範囲を一部に含む範囲に設定されている。尚、第二加熱装置６０は、昇降テーブル２２に設けられることに限られず、ベース２３に設けるようにしても良いし、造形用容器２１に設けるようにしても良い。

制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース等を主要構成部品とするマイクロコンピュータである。制御装置７０は、図３に示すように、データ記憶部７１、昇降テーブル作動制御部７２、粉末供給制御部７３、光ビーム照射制御部７４、及び、加熱制御部７５を備えている。

データ記憶部７１は、付加製造物Ｗを含む空間全体を所定の厚さで分割した分割層ごとのデータに含まれていて、分割層における形状を表す形状データと、形状データに合わせて付加製造物Ｗの部位ごとの特性を表す特性データと、を記憶している。特性データは、小径部Ｗ１及び大径部Ｗ２に要求される特性であって目標機械強度又は後述するように目標機械強度（機械強度）と相関関係にある目標相対密度（相対密度）を表すデータである。ここで、形状データ及び特性データは、例えば、図３にて詳細な図示を省略するＣＡＤ(Computer Aided Design)端末から供給されるようになっている。

尚、本実施形態においては、特性データが目標相対密度を表す相対密度データであるとして説明する。しかしながら、特性データが相対密度と相関関係にある機械強度を表す機械強度データとすることも勿論可能である。

昇降テーブル作動制御部７２は、昇降テーブル２２を昇降させる駆動装置（図示省略）の作動を制御する。昇降テーブル作動制御部７２は、粉末供給装置３０が金属粉末Ｐを供給する際において、データ記憶部７１に記憶されている相対密度データにより表される目標相対密度ρに応じて、昇降テーブル２２を降下させる降下量を決定し、決定した降下量だけ昇降テーブル２２を降下させる。

粉末供給制御部７３は、粉末供給装置３０の作動を制御するものである。具体的に、
粉末供給制御部７３は、供給テーブル３２を上下方向に移動させて粉末収納容器３１に収容された金属粉末Ｐを粉末収納容器３１の開口部から盛り出させると共に、リコータ３３を往復移動するように制御する。

光ビーム照射制御部７４は、光ビーム照射装置４０の作動を制御するものである。具体的に、光ビーム照射制御部７４は、光ビーム照射装置４０が照射する光ビーム４０ａの照射位置（照射軌跡）及びビーム強度を、データ記憶部７１に記憶されている形状データ及び相対密度データに基づいて制御する。

加熱制御部７５は、第一加熱装置５０及び第二加熱装置６０の作動を制御するものである。加熱制御部７５は、上述した第一加熱装置５０の移動や加熱の制御、及び、第二加熱装置６０の加熱の制御を行う。尚、加熱制御部７５による第一加熱装置５０及び第二加熱装置６０の作動制御の詳細については、本発明に直接関係しないため、その説明を省略する。

（２．付加製造物Ｗにおける機械強度と相対密度との相関関係）
付加製造物Ｗにおける機械強度（例えば、降伏応力等）と金属粉末Ｐが溶融して凝固した状態における相対密度（或いは、比重）との間には相関関係が成立する。即ち、図４に示すように、相対密度が高くなるほど（高相対密度になるほど）機械強度は大きくなり、相対密度が低くなるほど（低相対密度になるほど）機械強度は小さくなる相関関係が成立する。

従って、機械強度と相対密度との相関関係に鑑みれば、付加製造物Ｗにおいて、高い機械強度が要求される造形位置では相対密度を高め、低い機械強度が要求される造形位置では相対密度を低くすれば良い。このような相対密度の変更を実現するに当たり、本実施形態において、制御装置７０は、ベース２３の上面にて層状に配置（積層）される金属粉末Ｐの層厚を、造形位置に対応させて変化させる。尚、高相対密度になるほど付加製造物Ｗの重量は増加し、低相対密度になるほど付加製造物Ｗの重量は減少する相関関係も成立する。

（３．昇降テーブル作動制御部７２による金属粉末Ｐの層厚変更）
制御装置７０を構成する昇降テーブル作動制御部７２は、図５に示すように、相対密度が高い、換言すれば、機械強度が高い造形位置（具体的には小径部Ｗ１）においては金属粉末Ｐの層厚を薄くする。一方、昇降テーブル作動制御部７２は、相対密度が低い、換言すれば、機械強度が低い造形位置（具体的には大径部Ｗ２）においては金属粉末Ｐの層厚を厚くする。そして、制御装置７０は、積層方向（付加方向）に沿って必要な機械強度を有するように、換言すれば、相対密度が異なるように付加製造物Ｗを成形する。以下、層厚の変更を具体的に説明する。

（３−１．目標相対密度が基準相対密度（機械強度が基準強度）場合）
昇降テーブル作動制御部７２は、データ記憶部７１に付加製造物Ｗの形状を表す形状データ及び形状データに対応して（紐づけされて）記憶されている相対密度データに基づき、付加製造物Ｗの造形位置における目標相対密度が基準相対密度である場合には昇降テーブル２２を予め設定された基準降下量Ｌ０だけ降下させる。これにより、昇降テーブル２２の上面にて支持された（載置された）ベース２３も基準降下量Ｌ０だけ降下し、その後、リコータ３３によってベース２３の上面に層状に配置される金属粉末Ｐの層厚は基準層厚となる。ここで、基準層厚とされた造形位置における造形速度を基準速度とする。

（３−２．目標相対密度が高相対密度（機械強度が高強度）場合）
又、昇降テーブル作動制御部７２は、データ記憶部７１に記憶されている形状データ及び相対密度データに基づいて、付加製造物Ｗの造形位置（例えば、小径部Ｗ１）における目標相対密度が基準相対密度よりも大きい高相対密度である場合には昇降テーブル２２を基準降下量Ｌ０よりも小さい第一降下量Ｌ１だけ降下させる。これにより、第一降下量Ｌ１だけ降下したベース２３の上面にてリコータ３３によって層状に配置される金属粉末Ｐの層厚は基準層厚よりも薄い高相対密度用層厚になる。

又、高相対密度用層厚は、基準層厚よりも薄い。このため、例えば、付加製造物Ｗの小径部Ｗ１を造形する際に、高相対密度用層厚を積層する層数は、基準層厚を積層する場合に比べて多くなる。従って、高相対密度用層厚を積層して小径部Ｗ１を造形する際の造形速度は、基準速度よりも遅くなる。

（３−３．目標相対密度が低相対密度（機械強度が低強度）場合）
一方、昇降テーブル作動制御部７２は、データ記憶部７１に記憶されている形状データ及び相対密度データに基づいて、付加製造物Ｗの造形位置（例えば、大径部Ｗ２）における目標相対密度が基準相対密度よりも小さい低相対密度である場合には昇降テーブル２２を基準降下量Ｌ０よりも大きい第二降下量Ｌ２だけ降下させる。これにより、第二降下量Ｌ２だけ降下したベース２３の上面にてリコータ３３によって層状に配置される金属粉末Ｐの層厚は基準層厚よりも厚い低相対密度用層厚になる。

又、低相対密度用層厚は、基準層厚よりも厚い。このため、例えば、付加製造物Ｗの大径部Ｗ２を造形する際に、低相対密度用層厚を積層する層数は、基準層厚を積層する場合に比べて少なくなる。従って、低相対密度用層厚を積層して大径部Ｗ２を造形する際の造形速度は、基準速度よりも速くなる。

尚、高相対密度用層厚に光ビーム４０ａが照射されて造形された部位が多い程、付加製造物Ｗは機械強度が高くなる一方で重量が大きくなる。一方、低相対密度用層厚に光ビーム４０ａが照射されて造形された部位が多い程、付加製造物Ｗは機械強度が低くなる一方で重量が小さくなる。

（４．照射部位における積層厚さと成形部位における相対密度との関係）
次に、光ビーム４０ａが照射される部位の周囲における積層厚さと相対密度との関係について、積層厚さの異なる図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は、金属粉末Ｐが層状に配置された状態にて、光ビーム４０ａを紙面手前から紙面奥に向かって移動させる場合を示している。従って、光ビーム４０ａが照射されて、金属粉末Ｐが溶融している。金属粉末Ｐの溶融範囲Ａｒ１は、光ビーム４０ａの照射面、照射面の僅かに周囲の表面、及び、これらの深さ方向（例えば、上下方向）の範囲を含む。深さ方向の範囲は、図６に示すように、光ビーム４０ａの照射面の中心が最も深く、中心から遠ざかる程浅くなっている。

図６に示すように、層厚が厚い低相対密度用層厚の場合、光ビーム４０ａの先端側においてビーム幅が狭まり、その結果、金属粉末Ｐが溶融することによって形成される溶融範囲Ａｒ１（所謂、溶融池）の幅が狭くなる。この場合、図６にて太線により示すように、照射面において溶融池の周囲に金属粉末Ｐの半溶融範囲Ａｒ２が存在する。従って、低相対密度用層厚の場合、金属粉末Ｐが完全に溶融後凝固する溶融範囲Ａｒ１（溶融池が凝固した溶融範囲Ａｒ１）の周囲に粒状の半溶融範囲Ａｒ２が存在することによって相対密度が低くなり、その結果、機械強度が低くなる。

一方で、図７に示すように、積層厚さが薄い高相対密度用層厚の場合、光ビーム４０ａのビーム幅が広くなり、その結果、溶融範囲Ａｒ１の幅が広くなる。この場合、図７にて太線により示すように、照射面において溶融範囲Ａｒ１の周囲に存在する半溶融範囲Ａｒ２が低相対密度用層厚の場合に比べて少なくなる。従って、高相対密度用層厚の場合、金属粉末Ｐが完全に溶融後凝固する溶融範囲Ａｒ１の周囲に存在する半溶融範囲Ａｒ２が少なくなることによって相対密度が高くなり、その結果、機械強度が高くなる。

（５．付加製造方法）
次に、付加製造装置１を用いた付加製造方法について、図８に示す付加製造プログラムのフローチャートを参照して説明する。付加製造方法は、付加製造装置１の光ビーム照射装置４０から光ビーム４０ａを照射することによって層状に配置された金属粉末Ｐの各層において独立した形成断面の一部を溶融させた後、凝固させて積層して付加製造物Ｗを付加製造する方法である。尚、以下の説明においては、付加製造物Ｗがｎ層からなり、第ｎ−ｍ層（ｎ＞ｍ）、第ｎ−１層、第ｎ層を順番に造形する場合を例示する。

制御装置７０（マイクロコンピュータを構成するＣＰＵ）は、ステップＳ１０にて、付加製造プログラムの実行を開始し、続くステップＳ１１にて、データ記憶部７１から第ｎ−ｍ層に対応する付加製造物Ｗの形状データ及び特性データとして相対密度データを読み込む（データ記憶工程）。そして、制御装置７０は、相対密度データを読み込む（記憶する）と、ステップＳ１２に進む。尚、データ記憶部７１は、特性データとして相対密度データと相関関係にある機械強度データを読み込んだ場合には、図４に示すグラフ（マップ）を参照したり、或いは、計算により算出したりすることにより、機械強度データを相対密度データに変換することが可能である。

ステップＳ１２においては、制御装置７０（加熱制御部７５）は、第一加熱装置５０による加熱を開始すると共に、第二加熱装置６０による加熱を開始する。尚、第一加熱装置５０は、金属粉末Ｐが未だベース２３に供給されていない状態ではベース２３の上面を直接加熱することになり、後述するように金属粉末Ｐがベース２３に供給された状態では層状に配置された金属粉末Ｐを加熱する。ここで、第一加熱装置５０による加熱と第二加熱装置６０による加熱は、同じタイミングで開始しても良いし、異なるタイミングで開始しても良い。好ましくは、ベース２３の表面全体を加熱するためには、第二加熱装置６０による加熱を先に開始すると良い。

ステップＳ１３においては、制御装置７０（昇降テーブル作動制御部７２）は、前記ステップＳ１１にて読み込んだ相対密度データに基づき、第ｎ−ｍ層において造形する付加製造物Ｗの造形位置（即ち、小径部Ｗ１又は大径部Ｗ２）に要求される目標相対密度ρが基準相対密度ρ０よりも大きいか（高相対密度ρ１であるか）否かを判定する。尚、基準相対密度ρ０は、所定の範囲（上限値及び下限値）を有するように設定されている。

即ち、昇降テーブル作動制御部７２は、前記ステップＳ１１にて読み込んだ相対密度データによって表される目標相対密度ρが基準相対密度ρ０よりも大きい（より具体的には、基準相対密度ρ０の上限値よりも大きい）高相対密度ρ１であれば、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１４に進む。一方、昇降テーブル作動制御部７２は、目標相対密度ρが基準相対密度ρ０以下（より具体的には、基準相対密度ρ０の上限値以下）であれば、「Ｎｏ」と判定してステップＳ１５に進む。

ステップＳ１４においては、制御装置７０（昇降テーブル作動制御部７２）は、ベース２３を支持する昇降テーブル２２を、目標相対密度ρが基準相対密度ρ０よりも大きい、即ち、高相対密度ρ１に対応する高密度用層厚となるように所定降下量だけ降下させる（昇降テーブル降下工程）。具体的に、昇降テーブル作動制御部７２は、ステップＳ１４にて、ベース２３の上面に配置される金属粉末Ｐの層厚が基準層厚よりも小さな層厚である高密度用層厚となるように、図示省略の駆動装置を作動させて昇降テーブル２２を基準降下量Ｌ０よりも小さな第一降下量Ｌ１だけ降下させる。そして、制御装置７０（昇降テーブル作動制御部７２）は、昇降テーブル２２を第一降下量Ｌ１だけ降下させると、ステップＳ１８に進む。

前記ステップＳ１３の判定処理における「Ｎｏ」判定に従い、制御装置７０（昇降テーブル作動制御部７２）は、ステップＳ１５を実行する。ステップＳ１５においては、昇降テーブル作動制御部７２は、前記ステップＳ１１にて読み込んだ相対密度データにより表される第ｎ−ｍ層における目標相対密度ρが基準相対密度ρ０よりも小さいか（低相対密度ρ２であるか）否かを判定する。即ち、昇降テーブル作動制御部７２は、前記ステップＳ１１にて読み込んだ相対密度データによって表される目標相対密度ρが基準相対密度ρ０よりも小さい（より具体的には、基準相対密度ρ０の下限値よりも小さい）低相対密度ρ２であれば、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１６に進む。一方、昇降テーブル作動制御部７２は、目標相対密度ρが基準相対密度ρ０と等しければ（所定の範囲内にあれば）、「Ｎｏ」と判定してステップＳ１８に進む。

ステップＳ１６においては、制御装置７０（昇降テーブル作動制御部７２）は、昇降テーブル２２を、目標相対密度ρが基準相対密度ρ０よりも小さい、即ち、低相対密度ρ２に対応する低密度用層厚となるように所定降下量だけ降下させる（昇降テーブル降下工程）。具体的に、昇降テーブル作動制御部７２は、ステップＳ１６にて、ベース２３の上面に配置される金属粉末Ｐの層厚が基準層厚よりも大きな層厚である低密度用層厚となるように、図示省略の駆動装置を作動させて昇降テーブル２２を基準降下量Ｌ０よりも大きな第二降下量Ｌ２だけ降下させる。そして、制御装置７０（昇降テーブル作動制御部７２）は、昇降テーブル２２を第二降下量Ｌ２だけ降下させると、ステップＳ１８に進む。

制御装置７０（昇降テーブル作動制御部７２）は、前記ステップＳ１３の判定処理において「Ｎｏ」と判定し、且つ、前記ステップＳ１５の判定処理において「Ｎｏ」と判定した場合、換言すれば、目標相対密度ρが基準相対密度ρ０と等しい（所定の範囲内にある）場合には、ステップＳ１７のステップ処理を実行する。具体的に、昇降テーブル作動制御部７２は、ステップＳ１７にて、ベース２３の上面に配置される金属粉末Ｐの層厚が基準層厚となるように、図示省略の駆動装置を作動させて昇降テーブル２２を基準降下量Ｌ０だけ降下させる（昇降テーブル降下工程）。そして、制御装置７０（昇降テーブル作動制御部７２）は、昇降テーブル２２を基準降下量Ｌ０だけ降下させると、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８においては、制御装置７０（粉末供給制御部７３）は、リコータ３３を作動させる（粉末供給工程）。そして、粉末供給制御部７３は、リコータ３３の往復移動により、基準降下量Ｌ０、第一降下量Ｌ１又は第二降下量Ｌ２だけ降下した状態の昇降テーブル２２上に設けられたベース２３の上面に金属粉末Ｐを運搬すると共に均して、層状の第ｎ−ｍ層を配置する。

具体的に、粉末供給制御部７３は、粉末供給装置３０における供給テーブル３２を上昇させて、所望量の金属粉末Ｐが粉末収納容器３１の開口部から盛り出た状態とする。尚、粉末供給装置３０においては、供給テーブル３２を下方に位置させた状態で粉末収納容器３１内に金属粉末Ｐが予め収納されている。そして、粉末供給制御部７３は、リコータ３３を粉末供給装置３０側から造形物支持装置２０側に向かって移動させる。

ここで、昇降テーブル２２及びベース２３は、付加製造物Ｗにおける目標相対密度ρに従うように、基準層厚、高密度用層厚又は低密度用層厚のそれぞれに対応する基準降下量Ｌ０、第一降下量Ｌ１又は第二降下量Ｌ２だけ降下した状態となっている。従って、リコータ３３が昇降テーブル２２及びベース２３の降下量に拘わらず一定の高さによってベース２３の上面を往復移動した場合には、粉末供給装置３０内の金属粉末Ｐがベース２３に向けて運搬されると共にベース２３の上面において均される。これにより、金属粉末Ｐは、ベース２３の上面において基準層厚、高密度用層厚又は低密度用層厚で配置される。このように、粉末供給制御部７３は、金属粉末Ｐを基準層厚、高密度用層厚又は低密度用層厚となるようにベース２３の上面に層状に配置すると、ステップＳ１９に進む。

ステップＳ１９においては、制御装置７０（光ビーム照射制御部７４）は、光ビーム照射装置４０を作動させる（光ビーム照射工程）。そして、光ビーム照射制御部７４は、前記ステップＳ１１にて読み込んだ付加製造物Ｗの第ｎ−ｍ層に対応する形状データに基づき、光ビーム４０ａをベース２３の上面にて層状に配置された金属粉末Ｐに向けて照射する。即ち、光ビーム照射制御部７４は、図示省略の所定のプログラムを実行することにより、形状データに基づいて光ビーム４０ａを走査して金属粉末Ｐの融点以上の温度で金属粉末Ｐを加熱する。

これにより、形状データに基づいて走査する光ビーム４０ａが照射された金属粉末Ｐは、溶融しその後凝固する。このようにして、光ビーム４０ａが照射されて溶融、凝固した造形位置は、強固な力によって一体化される。そして、制御装置７０（光ビーム照射制御部７４）は、光ビーム照射装置４０に光ビーム４０ａを形状データに基づいて走査させると共に照射させると、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０においては、制御装置７０は、全層（例えば、第ｎ層まで）に対する成形（造形）が完了したか否かを判定する。即ち、制御装置７０は、全層に対する付加製造が完了していれば、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ２１に進む。一方、制御装置７０は、全層に対する造形が未だ完了していなければ、「Ｎｏ」と判定して再び前記ステップＳ１１に戻り、前記ステップＳ１１以降の各ステップ処理を実行する。

具体的に、上述したように、第ｎ−ｍ層の成形が完了した場合、制御装置７０はステップＳ２０にて「Ｎｏ」と判定し、第ｎ−ｍ層以降の第ｎ−１層及び第ｎ層について前記ステップＳ１１以降の各ステップ処理を実行する。そして、最終層である第ｎ層に対する造形が完了した場合には、制御装置７０はステップＳ２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ２１に進む。

ステップＳ２１においては、制御装置７０（加熱制御部７５）は、第一加熱装置５０による加熱を終了すると共に、第二加熱装置６０による加熱を終了する。そして、制御装置７０は、ステップＳ２１のステップ処理後、ステップＳ２２に進み、付加製造プログラムの実行を終了する。これにより、ベース２３の上面に、付加製造物Ｗが完成する。その後、完成した付加製造物Ｗをベース２３から取り外す（取り出す）。

（６．付加製造物Ｗについて）
ところで、付加製造装置１が付加製造プログラムで表される付加製造方法によって付加製造した付加製造物である付加製造物Ｗは、形状データ及び特性データである相対密度データに基づいて造形されるため、付加製造物Ｗの部位ごとに層厚、即ち、相対密度及び相対密度と相関関係を有する機械強度が異なる。具体的に、例えば、第ｎ−ｍ層は低密度用層厚とされることにより基準相対密度ρ０よりも小さい低相対密度ρ２となり、第ｎ層は高密度用層厚とされることにより基準相対密度ρ０よりも大きい高相対密度ρ１となり、金属粉末Ｐが光ビーム４０ａによって溶融して凝固している。

そして、高相対密度ρ１となる部位は、例えば、図２に示す軸状の付加製造物Ｗにおいて高い機械強度が必要な小径部Ｗ１を形成し、低相対密度ρ２となる部位は、付加製造物Ｗにおいて高い機械強度が要求されない大径部Ｗ２を形成する。尚、付加製造物Ｗにおいては、図５に示すように、大径部Ｗ２の一部に基準相対密度ρ０となる部位を有している。このように、付加製造物Ｗの積層方向において、高密度用層厚に対応して高相対密度ρ１となる部位、低密度用層厚に対応して低相対密度ρ２となる部位又は基準層厚に対応して基準相対密度ρ０となる部位の何れかを有するように付加製造を行うことにより、必要な機械強度を確保しつつ、軽量化を達成することができる。

又、低密度用層厚に対応して低相対密度ρ２となる部位は高密度用層厚に対応して高相対密度ρ１となる部位及び基準層厚に対応して基準相対密度ρ０となる部位よりも大きい層厚である。このため、付加製造物Ｗが低密度用層厚に対応して低相対密度ρ２となる部位を有することにより、例えば、付加製造物Ｗを全て高密度用層厚に対応して高相対密度ρ１となる部位又は基準層厚に対応して基準相対密度ρ０となる部位で造形する場合に比べて造形に要する造形時間を短縮することができる。

以上の説明からも理解できるように、上記実施形態に係る付加製造装置としての付加製造装置１は、所定の厚さで分割した分割層ごとに造形された三次元形状を有する付加製造物である付加製造物Ｗを支持可能、且つ、昇降動作可能な昇降テーブル２２を有する製造物支持部としての造形物支持装置２０と、付加製造物Ｗを造形する造形位置（例えば、小径部Ｗ１及び大径部Ｗ２）に材料粉末としての金属粉末Ｐを供給する粉末供給部としての粉末供給装置３０と、造形位置に供給された金属粉末Ｐを溶融する光ビーム４０ａを照射する光ビーム照射部としての光ビーム照射装置４０と、を含んで構成される。

そして、付加製造装置１は、付加製造物Ｗの部位ごと、即ち、小径部Ｗ１及び大径部Ｗ２に要求される特性であって少なくとも目標機械強度と相関関係にある目標相対密度ρを表す特性データに基づき、造形位置に供給された金属粉末Ｐが溶融した後に凝固した状態における特性を付加製造物Ｗの部位ごとに、具体的に、小径部Ｗ１及び大径部Ｗ２に合わせて変更することができる。

これによれば、付加製造物Ｗに要求される目標機械強度と相関関係にある目標相対密度ρ、即ち、特性を、付加製造物Ｗの小径部Ｗ１及び大径部Ｗ２とで異なるように変更することができる。

この場合、付加製造装置１は、特性データを記憶するデータ記憶部７１と、昇降テーブル２２を降下するように作動を制御する昇降テーブル作動制御部７２と、昇降テーブル２２に載置されたベース２３に金属粉末Ｐを供給すると共に層状に配置するように粉末供給装置３０の作動を制御する粉末供給制御部７３と、降下した昇降テーブル２２と共に降下した造形位置にて層状に配置された金属粉末Ｐに光ビーム４０ａを照射するように光ビーム照射装置４０の作動を制御する光ビーム照射制御部７４と、を有し、昇降テーブル作動制御部７２がデータ記憶部７１に記憶された特性データに対応して予め設定された所定降下量だけ昇降テーブル２２を降下させた状態で粉末供給制御部７３が金属粉末Ｐを供給して層状に配置させることができる。

この場合、昇降テーブル作動制御部７２は、特性データに基づいて、目標相対密度ρが基準となる基準相対密度ρ０の場合に予め設定された基準降下量Ｌ０だけ昇降テーブル２２を降下させ、目標相対密度ρが基準相対密度ρ０よりも大きい高相対密度ρ１の場合に基準降下量Ｌ０よりも小さい第一降下量Ｌ１だけ昇降テーブル２２を降下させ、目標相対密度ρが基準相対密度ρ０よりも小さい低相対密度ρ２の場合に基準降下量Ｌ０よりも大きい第二降下量Ｌ２だけ昇降テーブル２２を降下させることができる。

これらによれば、付加製造物Ｗに要求される目標機械強度と相関関係にある目標相対密度ρ、即ち、特性に基づいて、金属粉末Ｐを造形位置に供給することができると共に、造形位置に供給された金属粉末Ｐを光ビーム４０ａによって溶融することができる。これにより、付加製造物Ｗの小径部Ｗ１及び大径部Ｗ２で特性を変更することができる。

従って、特性データに基づいて目標相対密度ρが低相対密度ρ２となる大径部Ｗ２（換言すれば、要求される機械強度が低い大径部Ｗ２）においては、粉末供給装置３０が造形位置に供給する金属粉末Ｐの層厚や量を大きくすることが可能となる。その結果、目標相対密度ρが低相対密度ρ２となる大径部Ｗ２を造形する場合には、造形に要する時間、換言すれば、付加製造物Ｗを付加製造（具体的には付加製造）する時間を短縮することができる。

一方、目標相対密度ρが高相対密度ρ１となる小径部Ｗ１（換言すれば、要求される機械強度が高い小径部Ｗ１）を造形する場合には、例えば、粉末供給装置３０が造形位置に供給する金属粉末Ｐの層厚を小さくすることができる。その結果、目標相対密度ρが高相対密度ρ１となる小径部Ｗ１を造形する場合には、従来と同等の時間により付加製造物Ｗを付加製造することができる。従って、目標機械強度と相関関係にある目標相対密度ρ、即ち、特性を付加製造物Ｗの小径部Ｗ１又は大径部Ｗ２で変更することにより、付加製造物Ｗに要求される機械強度を十分に確保しつつ、付加製造に要する時間を短縮することができる。

更に、付加製造物Ｗは、高相対密度ρ１で形成された小径部Ｗ１と、低相対密度ρ２で形成された大径部Ｗ２と、を有して構成することができる。これにより、付加製造物Ｗは、必要十分な機械強度を有すると共に、例えば、高相対密度ρ１のみで小径部Ｗ１及び大径部Ｗ２を造形する場合に比べて低相対密度ρ２の大径部Ｗ２を有する分だけ軽量化を達成することができる。

（７．第一変形例）
上記実施形態においては、制御装置７０を構成する昇降テーブル作動制御部７２がデータ記憶部７１に記憶されている相対密度データ即ち高相対密度ρ１、低相対密度ρ２又は基準相対密度ρ０に応じて昇降テーブル２２を第一降下量Ｌ１、第二降下量Ｌ２又は基準降下量Ｌ０だけ降下させるようにした。これにより、ベース２３の上面に層状に配置される金属粉末Ｐの層厚が高密度用層厚、低密度用層厚又は基準層厚となり、光ビーム照射制御部７４によって光ビーム４０ａが照射された場合には、付加製造物Ｗにおいて高相対密度ρ１となる部位、低相対密度ρ２となる部位又は基準相対密度ρ０となる部位が付加製造されるようにした。

ところで、光ビーム照射制御部７４は、光ビーム照射装置４０から照射される光ビーム４０ａのビーム強度、即ち、金属粉末Ｐの被照射部における投入エネルギー（被照射部に流入する入熱量）を変更することができる。従って、昇降テーブル作動制御部７２が相対密度データに基づいて昇降テーブル２２を第一降下量Ｌ１、第二降下量Ｌ２又は基準降下量Ｌ０だけ降下させることに代えて、又は、加えて、光ビーム照射制御部７４が特性データである相対密度データに基づいて光ビーム４０ａのビーム強度を変更して付加製造物Ｗを付加製造することも可能である。

照射された光ビーム４０ａによって金属粉末Ｐが溶融して凝固する場合、金属粉末Ｐにおいては被照射部に流入する入熱量に応じて溶融池の幅即ち溶融範囲Ａｒ１の大きさが変化し、その結果、半溶融範囲Ａｒ２の大小が生じる。具体的に、基準となる基準入熱量Ｉ０よりも大きい第一入熱量Ｉ１の場合（光ビーム４０ａのビーム強度が高い場合）には、溶融範囲Ａｒ１が多くなり、照射面において半溶融範囲Ａｒ２が少なくなる。従って、第一入熱量Ｉ１の場合（光ビーム４０ａのビーム強度が強い場合）、溶融範囲Ａｒ１の周囲に存在する粒状の半溶融範囲Ａｒ２が少なくなることによって相対密度が高い高相対密度ρ１となる部分が造形され、その結果、機械強度が高くなる。

一方、基準入熱量Ｉ０よりも小さい第二入熱量Ｉ２の場合（光ビーム４０ａのビーム強度が低い場合）には、溶融範囲Ａｒ１が少なくなり、照射面において半溶融範囲Ａｒ２が多くなる。従って、第二入熱量Ｉ２の場合（光ビーム４０ａのビーム強度が低い場合）、溶融範囲Ａｒ１の周囲に存在する粒状の半溶融範囲Ａｒ２が多く存なることによって相対密度が低い低相対密度ρ２となる部分が造形され、その結果、機械強度が低くなる。

これらにより、昇降テーブル作動制御部７２は、図９に示すように、例えば、昇降テーブル２２を基準降下量Ｌ０よりも大きな第二降下量Ｌ２だけ降下させることができ、粉末供給制御部７３はベース２３の上面にて低相対密度用層厚となるように金属粉末Ｐを配置することができる。そして、光ビーム照射制御部７４は、相対密度データに基づいて基準入熱量Ｉ０、第一入熱量Ｉ１又は第二入熱量Ｉ２となるように光ビーム４０ａのビーム強度を変更することにより、高相対密度ρ１となる部位、低相対密度ρ２となる部位及び基準相対密度ρ０となる部位を有する付加製造物Ｗを付加製造することができる。

具体的に、この場合には、光ビーム照射制御部７４が相対密度データに基づいて基準相対密度ρ０となる部位を造形する場合には、光ビーム４０ａを基準入熱量Ｉ０のビーム強度となるようにして照射する。又、光ビーム照射制御部７４が相対密度データに基づいて高相対密度ρ１となる部位を造形する場合には、図９に示すように、光ビーム４０ａのビーム強度を第一入熱量Ｉ１（入熱量を大きく）にして照射する。更に、光ビーム照射制御部７４が相対密度データに基づいて低相対密度ρ２となる部位を造形する場合には、光ビーム４０ａのビーム強度を第二入熱量Ｉ２（入熱量が小さく）にして照射する。

これにより、付加製造物Ｗは基準相対密度ρ０となる部位、高相対密度ρ１となる部位及び低相対密度ρ２となる部位を有して造形される。又、層厚の厚い低相対密度用層厚を配置（積層）することができるため、付加製造物Ｗを造形する造形時間を短縮することができる。従って、上記実施形態と同様の効果が得られる。

（８．第二変形例）
上記実施形態においては、昇降テーブル作動制御部７２が目標相対密度ρに応じて、昇降テーブル２２を基準降下量Ｌ０、第一降下量Ｌ１又は第二降下量Ｌ２だけ降下させた後、金属粉末Ｐをベース２３の上面に層状に配置するようにした。又、上記第一変形例においては、光ビーム照射制御部７４が目標相対密度ρに応じて、ベース２３の上面に層状に配置（積層）された金属粉末Ｐに対して入熱量（ビーム強度）を変更して光ビーム４０ａを照射するようにした。そして、それぞれの場合においては、光ビーム４０ａが照射位置（造形位置）における金属粉末Ｐを溶融しその後凝固させることにより、基準相対密度ρ０となる部位、高相対密度ρ１となる部位及び低相対密度ρ２となる部位を有するように付加製造物Ｗを付加製造するようにした。

ところで、昇降テーブル作動制御部７２が昇降テーブル２２を、第二降下量Ｌ２よりも大きく降下させて、例えば、ベース２３の上面に低密度用層厚よりも厚い層厚（具体的には、光ビーム４０ａの照射によって溶融しない程度の層厚）を配置した場合、図１０に示すように、金属粉末Ｐの層表面のみが溶融されて金属粉末Ｐが未溶融のまま封止された層を有する付加製造物Ｗを付加製造することができる。具体的には、金属粉末Ｐの層を厚くし、且つ、光ビーム４０ａのビーム強度を第二入熱量Ｉ２より小さく金属粉末Ｐの層表面のみ溶融可能な第三入熱量Ｉ３とすることにより、内部に粒状の金属粉末Ｐが存在する極低相対密度の部位を有する付加製造物Ｗを付加製造することが可能となる。

このように、付加製造物Ｗが極低相対密度の部位を有して付加製造された場合、粒状の金属粉末Ｐは極低相対密度の部位の内部（空間）にて自在に移動することが可能となる。その結果、例えば、付加製造物Ｗに入力された振動に伴って粒状の金属粉末Ｐが動く（振動する）ことにより、付加製造物Ｗの入力された振動に伴うエネルギー（振動エネルギー）を消費して付加製造物Ｗを制振することができる。その他の効果については、上記実施形態及び上記第一変形例と同様である。

（９．第三変形例）
上記実施形態においては、昇降テーブル作動制御部７２が目標相対密度ρに応じて、昇降テーブル２２を基準降下量Ｌ０、第一降下量Ｌ１又は第二降下量Ｌ２だけ降下させた後、金属粉末Ｐをベース２３の上面に層状に配置するようにした。又、上記第一変形例においては、例えば、昇降テーブル２２を第二降下量Ｌ２だけ降下させてベース２３の上面に低相対密度用層厚となるように金属粉末Ｐを配置（積層）しておき、光ビーム４０ａのビーム強度を目標相対密度ρに応じて変更するようにした。

これらに代えて、この第三変形例の付加製造装置１においては、例えば、昇降テーブル作動制御部７２が降下させる昇降テーブル２２（ベース２３）の降下量を、例えば、第一降下量Ｌ１に固定すると共に、光ビーム照射制御部７４が照射させる光ビーム４０ａのビーム強度を一定とするようにする。そして、付加製造装置１においては、昇降テーブル作動制御部７２が昇降テーブル２２（ベース２３）を第一降下量Ｌ１だけ降下させた状態で、光ビーム照射制御部７４が目標相対密度ρに応じて機械強度の高い部位にのみに光ビーム４０ａを照射する一方で機械強度の低い部位には光ビーム４０ａを照射しない。これにより、機械強度の高い部位（造形位置）においては金属粉末Ｐが溶融した後に凝固し成形され、機械強度の低い部位（造形位置）においては金属粉末Ｐが溶融凝固することなくそのままの状態とされる。

続いて、昇降テーブル作動制御部７２が昇降テーブル２２（ベース２３）を第一降下量Ｌ１だけ更に複数回降下させた状態で、光ビーム照射制御部７４が目標相対密度ρに応じて機械強度の高い部位及び機械強度の低い部位に光ビーム４０ａを照射する。これにより、機械強度の高い部位及び機械強度の低い部位における金属粉末Ｐが溶融しその後凝固して成形される。ところで、機械強度の低い部位は、上述したように、先回まで光ビーム４０ａが照射されていないため、層厚が、図１１に示すように、例えば、高相対密度用層厚よりも大きな低相対密度用層厚（第二降下量Ｌ２）になる。従って、機械強度の低い部位においては、上述した実施形態における低相対密度ρ２を造形することができる。

これにより、この第三変形例においては、上記実施形態及び上記各変形例と同様に、付加製造物Ｗにおける金属粉末Ｐの配置方向（積層方向）に沿って基準相対密度ρ０の部位、高相対密度ρ１の部位又は低相対密度ρ２の部位を配置することが可能である。更に、この第三変形例においては、ベース２３の上面に平行な金属粉末Ｐの配置面方向（積層面方向）に沿って基準相対密度ρ０、高相対密度ρ１又は低相対密度ρ２を配置することも可能である。

即ち、この第三変形例では、複数回降下させて光ビーム４０ａを照射する金属粉末Ｐの層を一層以上飛ばすことにより、付加製造物Ｗにおいて積層方向及び積層面方向にて低相対密度ρ２即ち機械強度の低い部位を造形することができる。この場合、光ビーム照射制御部７４は、光ビーム照射装置４０に主に機械強度の高い部位に光ビーム４０ａを照射させるため、光ビーム４０ａを照射する時間を短くすることができ、その結果、造形時間を短縮することができる。その他については、上記実施形態及び上記各変形例と同様の効果が得られる。

本発明の実施にあたっては、上記実施形態及び上記各変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態及び上記各変形例においては、粉末供給装置３０が粉末収納容器３１内を昇降テーブル２２が上下方向に移動することによって盛り出た金属粉末Ｐをリコータ３３がベース２３の上面に運搬すると共に層状に均すようにした。これに代えて、付加製造装置１が、中空箱状に形成されていて金属粉末Ｐを収容し、図１にてベース２３の上面を左右方向にて左右に移動することに伴って収容した金属粉末Ｐを底部から供給するリコータを備えるように構成することも可能である。この場合、リコータは、収容した金属粉末Ｐをベース２３の上面に吐出しながら層状に均す。従って、この場合においても、上記実施形態及び上記各変形例と同様に、昇降テーブル２２（ベース２３）の降下量を変更することより、上記実施形態及び上記各変形例と同様の効果が得られる。

又、上記実施形態においては、付加製造装置１がベース２３の上面に対向する位置に配置された第一加熱装置５０を備えるように構成した。しかしながら、必要に応じて、第一加熱装置５０を省略して、付加製造装置１を構成することも可能である。

更に、上記実施形態及び各変形例においては、付加製造装置が、層状に配置（積層）された金属粉末Ｐに光ビーム４０ａを照射して付加製造物Ｗを成形する粉末床溶融結合方式のＳＬＭ方式を採用した付加製造装置１であるとした。これに代えて、付加製造装置が、指向性エネルギー堆積方式を採用、より具体的に、例えば、ＬＭＤ（Laser Metal Deposition）方式を採用した装置とすることも可能である。

ＬＭＤ方式を採用した付加製造装置においては、付加製造物の成形位置における相対密度データに基づき、相対密度が高相対密度の場合には金属粉末の量（吐出量）を少なく（上述した実施形態における高相対密度用層厚に対応）し、相対密度が低相対密度の場合には金属粉末の量（吐出量）を多く（上述した実施形態における低相対密度用層厚に対応）する。これにより、吐出された金属粉末が、例えば、同一時間だけ照射された光ビームによって溶融しその後凝固することにより、造形位置（部位）に応じて適切な機械強度を有する付加製造物を短時間に造形することができる。従って、ＬＭＤ方式を採用した付加製造装置及び付加製造方法、並びに、これら装置及び方法によって付加製造された付加製造物においても、上記実施形態及び上記各変形例を同様の効果が期待できる。

１…付加製造装置、１０…チャンバ、２０…造形物支持装置（製造物支持部）、２１…造形用容器、２２…昇降テーブル、２３…ベース、３０…粉末供給装置（粉末供給部）、３１…粉末収納容器、３２…供給テーブル、３３…リコータ、４０…光ビーム照射装置（光ビーム照射部）、４０ａ…光ビーム、５０…第一加熱装置、６０…第二加熱装置、７０…制御装置、７１…データ記憶部、７２…昇降テーブル作動制御部、７３…粉末供給制御部、７４…光ビーム照射制御部、７５…加熱制御部、Ａｒ１…溶融範囲、Ａｒ２…半溶融範囲、Ｉ０…基準入熱量、Ｉ１…第一入熱量、Ｉ２…第二入熱量、Ｉ３…第三入熱量、Ｌ０…基準降下量、Ｌ１…第一降下量、Ｌ２…第二降下量、Ｐ…金属粉末（材料粉末）、Ｗ…付加製造物、Ｗ１…小径部（造形位置）、Ｗ２…大径部（造形位置）、ρ…目標相対密度、ρ０…基準相対密度、ρ１…高相対密度、ρ２…低相対密度

Claims (14)

1. 所定の厚さで分割した分割層ごとに造形された三次元形状を有する付加製造物を支持可能な製造物支持部と、
   前記付加製造物を造形する造形位置に同種の材料粉末を供給する粉末供給部と、
   前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融する光ビームを照射する光ビーム照射部と、を含んで構成された付加製造装置であって、
   前記付加製造物の部位ごとに要求される特性であって少なくとも目標機械強度と相関関係にある目標相対密度を表す特性データに基づいて、
   前記粉末供給部が前記造形位置に前記材料粉末を供給し、且つ、前記光ビーム照射部が前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融させる、ように構成された、付加製造装置。
2. 前記粉末供給部は、
   前記特性データに基づいて、前記造形位置に前記材料粉末を層状に配置する層厚を変更する、又は、前記造形位置に前記材料粉末を供給する量を変更する、ように構成された、請求項１に記載の付加製造装置。
3. 前記光ビーム照射部は、
   前記特性データに基づいて、前記造形位置に供給された前記材料粉末の前記光ビームを照射する被照射部分に流入する入熱量を変更する、ように構成された請求項１又は請求項２に記載の付加製造装置。
4. 前記特性データを記憶するデータ記憶部と、
   前記製造物支持部に設けられて前記付加製造物を支持して昇降する昇降テーブルを降下するように作動を制御する昇降テーブル作動制御部と、
   前記昇降テーブルに載置されたベースに前記材料粉末を供給すると共に層状に配置するように前記粉末供給部の作動を制御する粉末供給制御部と、
   降下した前記昇降テーブルと共に降下した前記造形位置にて層状に配置された前記材料粉末に前記光ビームを照射するように前記光ビーム照射部の作動を制御する光ビーム照射制御部と、を有し、
   前記昇降テーブル作動制御部が前記データ記憶部に記憶された前記特性データに対応して予め設定された所定降下量だけ前記昇降テーブルを降下させた状態で前記粉末供給制御部が前記材料粉末を供給して層状に配置させる、又は／及び、前記光ビーム照射制御部が前記材料粉末の前記光ビームを照射する被照射部分に流入する入熱量であって前記データ記憶部に記憶された前記特性データに対応して予め設定された前記入熱量により層状に配置された前記材料粉末に前記光ビームを照射させる、ように構成された、請求項１に記載の付加製造装置。
5. 前記昇降テーブル作動制御部は、前記特性データに基づいて、
   前記目標相対密度が基準となる基準相対密度の場合に予め設定された基準降下量だけ前記昇降テーブルを降下させ、
   前記目標相対密度が前記基準相対密度よりも大きい高相対密度の場合に前記基準降下量よりも小さい第一降下量だけ前記昇降テーブルを降下させ、
   前記目標相対密度が前記基準相対密度よりも小さい低相対密度の場合に前記基準降下量よりも大きい第二降下量だけ前記昇降テーブルを降下させる、請求項４に記載の付加製造装置。
6. 前記昇降テーブル作動制御部は、
   前記昇降テーブルを前記第一降下量により前記昇降テーブルを降下させており、
   前記光ビーム照射制御部は、前記特性データに基づき、
   前記高相対密度となる前記造形位置に対しては、前記第一降下量により降下するごとに層状に配置された前記材料粉末に前記光ビームを照射し、
   前記低相対密度となる前記造形位置に対しては、前記第一降下量により複数回降下した場合に層状に配置された前記材料粉末に前記光ビームを照射する、請求項５に記載の付加製造装置。
7. 前記光ビーム照射制御部は、前記特性データに基づいて、
   前記目標相対密度が基準となる基準相対密度の場合に、前記入熱量が予め設定された基準入熱量により前記光ビームを前記材料粉末に照射して層状に配置された前記材料粉末を溶融し、
   前記目標相対密度が前記基準相対密度よりも大きい高相対密度の場合に、前記基準入熱量よりも大きい第一入熱量により層状に配置された前記材料粉末に照射して前記材料粉末を溶融し、
   前記目標相対密度が前記基準相対密度よりも小さい低相対密度の場合に、前記基準入熱量よりも小さい第二入熱量により層状に配置された前記材料粉末に照射して前記材料粉末を溶融する、請求項４に記載の付加製造装置。
8. 前記光ビーム照射制御部は、
   前記第二入熱量よりも小さく、且つ、層状に配置された前記材料粉末のうち層表面のみを溶融可能な第三入熱量により前記光ビームを照射する、請求項７に記載の付加製造装置。
9. 層状に配置された同種の材料粉末に光ビームを照射し、前記材料粉末を溶融した後に凝固させることによって三次元形状を有する付加製造物を製造する付加製造方法であって、
   前記付加製造物の部位ごとに要求される特性であって少なくとも目標機械強度と相関関係にある目標相対密度を表す特性データを記憶するデータ記憶工程と、
   前記データ記憶工程にて記憶した前記特性データに基づいて、前記付加製造物を造形する造形位置に前記材料粉末を供給する粉末供給工程と、
   前記粉末供給工程にて前記造形位置に供給された前記材料粉末を溶融させる光ビーム照射工程と、を含んで構成された、付加製造方法。
10. 前記粉末供給工程において、
    前記特性データに基づいて、前記造形位置に前記材料粉末を層状に配置する層厚を変更する、又は、前記造形位置に前記材料粉末を供給する量を変更する、ように構成された、請求項９に記載の付加製造方法。
11. 前記光ビーム照射工程において、
    前記特性データに基づいて、前記造形位置に供給された前記材料粉末の前記光ビームを照射する被照射部分に流入する入熱量を変更する、ように構成された請求項９又は請求項１０に記載の付加製造方法。
    
12. 前記データ記憶工程にて記憶した前記特性データに基づいて、前記付加製造物を支持可能且つ昇降動作可能な昇降テーブルを、前記目標相対密度が基準となる基準相対密度の場合に予め設定された基準降下量だけ降下させる、前記目標相対密度が前記基準相対密度よりも大きい高相対密度の場合に前記基準降下量よりも小さい第一降下量だけ降下させる、又は、前記目標相対密度が前記基準相対密度よりも小さい低相対密度の場合に前記基準降下量よりも大きい第二降下量だけ降下させる、昇降テーブル降下工程、を含み、
    前記粉末供給工程において、
    前記昇降テーブルの降下に伴って降下した前記付加製造物を造形する造形位置に前記材料粉末を供給する、ように構成された、請求項９に記載の付加製造方法。
13. 層状に配置された材料粉末に光ビームを照射し、前記材料粉末を溶融した後に凝固させて三次元造形された付加製造物であって、
    部位ごとに要求される特性であって少なくとも目標機械強度と相関関係にある目標相対密度となるように前記部位が造形された付加製造物。
14. 前記部位のうち、層状に配置された前記材料粉末のうち層表面のみが溶融された前記部位を有する、請求項１３に記載の付加製造物。

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