JP2021042415A - 金属付加製造装置及び金属付加製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高出力のレーザ光を使用する際、既に形成されている他の部位に対して大きな熱影響を与えることなく金属粉末の粉末層に対してレーザ光を照射し製造物を短時間で造形可能な金属付加製造装置及び金属付加製造方法を提供する。【解決手段】金属付加製造装置１００は、金属粉末供給装置２０と、造形光ビーム照射装置３０と、制御装置４５と、を備える。制御装置４５は、外壁部８１を形成する第一照射部４９ａと、中塗り部８２を形成する第二照射部４９ｂとを備え、第二照射部４９ｂは第二造形光ビームＬ２を照射する際に外壁部８１の外側面８５に、第二造形光ビームの熱の影響によって溶融部が生じないよう照射条件であるスポット径ΦＡ２、第二出力Ｗ２、走査速度Ｖ２、走査ピッチＰ２、及び粉末層１５ａの積層厚さの少なくとも一つの条件に基づいて外壁部の壁厚を設定する壁厚設定部４８を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、金属付加製造装置及び金属付加製造方法に関する。

近年、金属粉末を一層ずつベッド上に敷き詰め、敷き詰めた金属粉末の表面の所望の位置にレーザ光を照射し、照射した金属粉末を焼結又は溶融させて固化させ一層ずつ層状に積層して立体的な金属付加製造物を製造する、例えば特許文献１に示すような、ＳＬＭ（selective laser melting）式の金属ＡＭ（Additive Manufacturing）の開発が盛んに行なわれている。

しかしながら、通常、市販されているＳＬＭ式の金属ＡＭ製造装置では、一種類の出力（例えば、４００Ｗ）のレーザ光のみを金属粉末の表面に照射し、金属粉末を焼結又は溶融し固化して製造物を製造する設定のものが多い。この場合、レーザ光は、低出力であるため、照射された金属粉末の溶融速度は遅い。これにより、製造物の製造にかかる時間が長くなり、延いては高コスト化の要因となる。

このような課題に対応するため、金属ＡＭ製造装置の各メーカーでは、主となるレーザ光の出力（４００Ｗ）より高い出力を有する、従となる高出力（例えば、１０００Ｗ）のレーザ光をオプションで準備し、主となる低出力（４００Ｗ）のレーザ光と組み合わせてユーザーが自由に使用できるように設定しているものもある。

特開２０１８−１１９１８０号公報

しかしながら、高出力のレーザ光を照射する際の照射条件等は、販売元から公表されていない場合が多い。このため、オプションである高出力のレーザ光を使用する場合、ユーザーが自らの知見に基づき照射条件を設定する必要がある。ところが、高出力レーザ光ゆえに、既に形成された部分に必要以上の熱を付与してしまい、製造物の品質を劣化させてしまう等、製造時間の短縮化の効果を得ながら安定して使用することが困難な状況にある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、高出力のレーザ光を使用する際、既に形成されている他の部位に対して大きな熱影響を与えることなく金属粉末の粉末層に対してレーザ光を照射し製造物を短時間で造形可能な金属付加製造装置及び金属付加製造方法を提供することを目的とする。

（１．金属付加製造装置）
本発明に係る金属付加製造装置は、造形光ビームの照射によって金属粉末を溶融させた後、固化させることにより金属付加製造物を製造する粉末床溶融式の金属付加製造装置である。金属付加製造装置は、前記造形光ビームの照射範囲に前記金属粉末の粉末層を一層ずつ供給する金属粉末供給装置と、前記照射範囲に供給された前記粉末層の表面に前記造形光ビームを照射し前記金属付加製造物の輪郭となる外壁部を形成し、かつ前記外壁部の内側に位置する前記粉末層の表面に前記造形光ビームを照射して中塗り部を形成する造形光ビーム照射装置と、前記金属粉末供給装置の作動を制御する金属粉末供給制御部及び前記造形光ビーム照射装置の作動を制御する造形光ビーム照射制御部を備える制御装置とを備える。

前記造形光ビーム照射制御部は、前記照射範囲に供給された前記粉末層の表面に前記造形光ビームのうち第一出力の第一造形光ビームを照射して前記外壁部を形成する第一照射部と、前記外壁部の形成後、前記造形光ビームのうち前記第一出力より大きな第二出力の第二造形光ビームを照射して前記外壁部の内側に前記中塗り部を形成する第二照射部と、を備えるとともに、前記第二照射部が前記第二造形光ビームを照射する場合に前記外壁部の前記中塗り部側とは反対側の外側面に、前記第二造形光ビームの照射による熱の影響によって溶融部が生じないよう前記第二造形光ビームの照射条件であるスポット径、前記第二出力、走査速度、走査ピッチ、及び前記照射範囲に供給される前記粉末層の積層厚さの少なくとも一つの条件に基づいて前記外壁部の壁厚を設定する壁厚設定部を備える。

このように、金属付加製造物を製造する際、金属付加製造物の外壁部は、第一出力の第一造形光ビームを粉末層に照射して形成する。そして、外壁部の壁厚が、外壁部の内側において中塗り部を形成するため第一出力より大きな出力である第二出力で第二造形光ビームを粉末層に照射する際に、第二造形光ビームの照射による熱の影響によって外壁部の外側面に溶融部が生じないよう設定される。詳細には、壁厚は中塗り部を形成する際の第二造形光ビームの複数の照射条件、及び照射範囲に供給された粉末層の積層厚さの少なくとも一つの条件に基づいて設定される。

これにより、外壁部及び外壁部の外側面は溶融することなく品質が維持される。また、中塗り部は、第一出力Ｗ１より大きな第二出力で照射され形成されるので、第一出力Ｗ１で照射され形成される場合と比較して短時間で形成できる。

（２．金属付加製造方法）
本発明に係る金属付加製造方法は、前記造形光ビームの照射によって前記金属粉末を溶融させた後、固化させることにより前記金属付加製造物を製造する上記金属付加製造装置の金属付加製造方法である。

前記金属付加製造方法は、前記第二造形光ビームを前記粉末層の前記表面に照射して前記中塗り部を形成する場合において前記外壁部の前記中塗り部側とは反対側の前記外側面に、前記第二造形光ビームの照射による熱の影響によって前記溶融部が生じないよう前記第二造形光ビームの照射条件である前記スポット径、前記第二出力、前記走査速度、前記走査ピッチ、及び前記照射範囲に供給される前記粉末層の前記積層厚さの少なくとも一つの条件に基づいて前記外壁部の壁厚を設定する壁厚設定工程と、前記造形光ビームの前記照射範囲に前記金属粉末の前記粉末層を一層ずつ供給する金属粉末供給工程と、前記壁厚設定工程によって設定された前記壁厚となるよう前記照射範囲に供給された前記粉末層の前記表面に前記第一造形光ビームを照射して前記外壁部を形成する第一照射工程と、前記外壁部の形成後、前記第二出力の前記第二造形光ビームを照射して前記外壁部の内側に前記中塗り部を形成する第二照射工程とを備える。このような、金属付加製造方法によって、上述の金属付加製造装置で製造される金属付加製造物が備える効果と同様の効果を備えた金属付加製造物が製造できる。

第一実施形態に係る金属付加製造装置の概要図である。 図１における金属粉末供給装置の上面図である。 レーザヘッドの構成を説明する図である。 図２を使用して造形光ビームの照射パターンを説明する図である。 中塗り部を説明する図である。 図５のVI-VI矢視断面図である。 実験結果を示す三種の製造物の写真である。 第一実施形態に係る金属付加製造方法のフローチャートである。

（１．概要）
まず、本発明の第一実施形態に係る金属付加製造装置１００（図１参照）の概要について説明する。金属付加製造装置１００は、造形光ビームの照射によって、照射範囲に供給された金属粉末の粉末層を少なくとも一層ずつ又は複数層ずつ溶融させたのち固化させて金属付加製造物を付加製造（積層造形）する粉末床溶融式の装置、即ちＳＬＭ（selective laser melting）式の金属付加製造装置である。

本実施形態では、造形光ビームとして、安価な近赤外波長のレーザ光を採用するものとして説明する。以降、本実施形態においては、二種類の近赤外波長のレーザ光を第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２と称す。ここで、二種類の第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２は、出力が異なるレーザ光である。詳細については、後に述べる。なお、上記態様には限らない。第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２は、あくまで一例であり、造形光ビームとしては、近赤外波長のレーザ光に限らず、ＣＯ２レーザ（遠赤外レーザ光）や半導体レーザや電子ビームを採用してもよい。

また、本実施形態において、造形物の原材料となる金属粉末としては、ＳＫＤ６１（ＪＩＳ Ｇ ４４０４）、アルミ、ＳＵＳ、チタン、マルエージングなどがある。なお、ＳＫＤ６１は、Ｈ１３（ＡＩＳＩ/ＳＡＥ規格）と同等の材料である。また、本実施形態では、第一層目は、造形物の最下層部（ベース部）を構成する平面状のベースプレート２７の上面に供給されるものとする。

（２．金属付加製造装置）
本発明に係る金属付加製造装置１００について説明する。図１は、本発明に係る第一実施形態の金属付加製造装置１００の概要図である。金属付加製造装置１００は、チャンバ１０と、金属粉末供給装置２０と、造形光ビーム照射装置３０と、制御装置４５と、を備える。制御装置４５は、金属粉末供給制御部２５と、造形光ビーム照射制御部４９（第一照射部４９ａ、第二照射部４９ｂ、及び第三照射部４９ｃ）と、造形光ビーム判定部４６と、格納部４７と、壁厚設定部４８と、造形部７０と、を備える。

チャンバ１０は、概ね直方体形状で形成された筐体であり、外気と内気との遮断が可能な容器である。チャンバ１０は、内部の空気を、例えばＨｅ（ヘリウム）、Ｎ₂（窒素）やＡｒ（アルゴン）などの不活性ガスに置換可能な装置を備える（不図示）。なお、チャンバ１０は、内部を不活性ガスに置換するのではなく、真空近傍まで内部の空気を吸引し減圧可能な構成としてもよい。

金属粉末供給装置２０は、チャンバ１０の内部に設けられる。金属粉末供給装置２０は、制御装置４５の金属粉末供給制御部２５によって作動が制御される。金属粉末供給装置２０は、金属付加製造物の原材料となる金属粉末１５を第一レーザ光Ｌ１（第一造形光ビームに相当）及び第二レーザ光Ｌ２（第二造形光ビームに相当）の照射範囲Ａｒ１（図１、図２参照）に供給する。金属粉末１５は、粒径の上下限が例えば１０μｍ〜４５μｍ、中央値が２５μｍ程度の粒子で構成された金属粉末である。本実施形態においては、金属粉末１５は、上述したようにＳＫＤ６１（ＪＩＳ）である。

図１、図２に示すように、金属粉末供給装置２０は、造形用容器２１と、粉末収納容器２２とを備える。図１に示すように、造形用容器２１内には、造形物昇降テーブル２３が設けられる。造形物昇降テーブル２３上には、ベースプレート２７が載置される。なお、図１においては、薄膜層１５ａが一層分敷き詰められている状態を示している。

粉末収納容器２２は、フィードテーブル２４上に金属粉末１５が収容され、フィードテーブル２４が上方に移動されることにより、金属粉末１５が所定量、上方に突出し供給される。造形物昇降テーブル２３，フィードテーブル２４には、それぞれ支持軸２３ａ、２４ａが取り付けられる。支持軸２３ａ，２４ａは、金属粉末供給制御部２５に制御される駆動装置（図略）に接続され、駆動装置の作動によって上下に移動される。

また、金属粉末供給装置２０には、造形用容器２１、及び粉末収納容器２２の開口の全領域にわたって移動するリコータ２６が設けられる。リコータ２６は、図１、図２の右から左に向かって移動される。これにより、フィードテーブル２４の上昇により供給された金属粉末１５が造形物昇降テーブル２３上に運搬され、造形物昇降テーブル２３上に薄膜層１５ａ（本発明に係る粉末層に相当する）が一層ずつ形成される。このとき、薄膜層１５ａの積層厚さｈ１は、造形物昇降テーブル２３の下降量で決まる。

造形光ビーム照射装置３０は、制御装置４５の造形光ビーム照射制御部４９によって作動が制御される。造形光ビーム照射装置３０は、チャンバ１０内の照射範囲Ａｒ１（図１，図２参照）に供給された金属粉末１５の薄膜層１５ａの表面の所望位置に対し、外気が遮断された状態で第一レーザ光Ｌ１又は第二レーザ光Ｌ２を、以下に説明する所定の照射パターンＨ１，Ｈ２，Ｈ３で照射する装置である。所定の照射パターンＨ１，Ｈ２，Ｈ３は、造形部７０が記憶している。

図４に示す照射パターンＨ１は、金属付加製造物の外壁部８１を形成するための照射パターンであり、平面視が概ね矩形形状を呈する。図示は省略するが、照射パターンＨ１では、図６の外壁部８１の断面図に示す所望の壁厚α１を得るため、必要な回数だけ、先回行った照射の外側又は内側において繰り返し矩形形状の走査によって照射がされる。

また、照射パターンＨ２は、図５に示す外壁部８１の内側の中塗り部８２（又は９２）のうちの中央部８３（又は９３）を形成するための照射パターンである。照射パターンＨ２は、図４において、矢印で示すように中央部８３（又は９３）を塗り潰すよう直線経路を往復又は一方方向に複数回走査する。

なお、照射パターンＨ２は、図４に示した態様に限らず、新たな薄膜層１５ａが供給され、第一レーザ光Ｌ１又は第二レーザ光Ｌ２によって中央部８３（又は９３）が新たに形成される際には、例えば、外壁部８１の重心を中心として、任意の角度（例えば３３ｄｅｇ）ずつ回転させながら中央部８３（又は９３）を積層し形成することが好ましい。これによって、各層毎に第一レーザ光Ｌ１又は第二レーザ光Ｌ２の走査方向が異なることになる。このため、各層毎に異方性が生じ各層の間でのずれに対する強度を向上させることができる。但し、回転させずに積層してもよい。これによっても、本願発明における高出力である第二レーザ光Ｌ２の使用により、製造時間の短縮を図る、という効果は十分得られる。照射パターンＨ３（図４中、破線参照）は、図５に示す中塗り部８２のうちの境界部８４（又は９４）を形成するための照射パターンである。照射パターンＨ３は、外壁部８１と中央部８３との間の隙間に沿って一回、若しくは複数回走査する。

図１、図３に示すように、造形光ビーム照射装置３０は、第一レーザ発振器３１ａ及び第一レーザヘッド３２ａと、第二レーザ発振器３１ｂ及び第二レーザヘッド３２ｂとを備える。また、第一レーザ発振器３１ａは、第一レーザ発振器３１ａで発振されたレーザ光を第一レーザヘッド３２ａに伝送する第一光ファイバ３５ａを備える。また、第二レーザ発振器３１ｂは、第二レーザ発振器３１ｂで発振されたレーザ光を第二レーザヘッド３２ｂに伝送する第二光ファイバ３５ｂを備える。

第一、第二レーザ発振器３１ａ、３１ｂは、波長が予め設定された所定の赤外波長となるよう発振させて連続波ＣＷのレーザ光である第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２を生成する。このとき、低出力の第一レーザ光Ｌ１は、第一レーザ発振器３１ａの調整によって、出力が１００Ｗ〜４００Ｗの範囲で調整可能である。また、高出力の第二レーザ光Ｌ２は、第二レーザ発振器３１ｂの調整によって、出力が６００Ｗ〜１０００Ｗの範囲で調整可能である。なお、上記態様に限らず、第一レーザ光Ｌ１及び第二レーザ光Ｌ２は、パルス発振レーザであってもよい。

具体的には、第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２として、ＨｏＹＡＧ（波長：約１．５μｍ），ＹＶＯ（イットリウム・バナデイト、波長：約１．０６μｍ），Ｙｂ（イッテルビウム、波長：約１．０９μｍ）などが採用可能である。これにより、第一、第二レーザ発振器３１ａ、３１ｂを安価に製作できるとともに、運用時においても消費エネルギーは小さく安価である。

図１に示すように、第一、第二レーザヘッド３２ａ、３２ｂは、チャンバ１０内の薄膜層１５ａの表面から所定の距離を隔てて配置される。図３に示すように、第一、第二レーザヘッド３２ａ、３２ｂは、それぞれコリメートレンズ３３、ミラー３４、ガルバノスキャナ３６、及びｆθレンズ３８を備える。各コリメートレンズ３３、ミラー３４、ガルバノスキャナ３６、及びｆθレンズ３８は、第一、第二レーザヘッド３２ａ、３２ｂの各筐体内に配置される。各コリメートレンズ３３は、第一、第二光ファイバ３５ａ、３５ｂから照射された第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２をコリメートして平行光に変換する。

各ミラー３４は、コリメートされた第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２が、各ガルバノスキャナ３６に入射するよう第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２の進行方向を変換する。本実施形態において、各ミラー３４は、第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２の進行方向を９０度変換する。

各ガルバノスキャナ３６は、第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２の進行方向を変更し、第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２を、各ｆθレンズ３８を介して、薄膜層１５ａの表面の所定の位置に照射する。つまり、第一、第二レーザヘッド３２ａ、３２ｂは、各ガルバノスキャナ３６によって、第一、第二レーザ発振器３１ａ、３１ｂから発振された第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２の照射角度を自在に変更可能である。

各ガルバノスキャナ３６には、例えば、直交する２方向に首ふり運動の可能な一対の可動ミラー（図示しない）を含む周知のスキャナが用いられる。各ｆθレンズ３８は、ガルバノスキャナ３６から入射された平行な第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２を集光するレンズである。また、第一、第二レーザヘッド３２ａ、３２ｂから照射された第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２は、チャンバ１０の上面に設けられる透明なガラス又は樹脂を通してチャンバ１０内に照射される。なお、上記において、使用する第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２は、ＹＡＧレーザによるものである。

（２−１．制御装置４５）
上述したように制御装置４５は、金属粉末供給制御部２５と、造形光ビーム照射制御部４９が備える第一照射部４９ａ、第二照射部４９ｂ、及び第三照射部４９ｃと、造形光ビーム判定部４６と、格納部４７と、壁厚設定部４８と、造形部７０と、を備える。

金属粉末供給制御部２５は、造形部７０と通信可能に設けられ、造形部７０の制御によって金属粉末供給装置２０の作動を制御する。造形光ビーム照射制御部４９は、造形部７０と通信可能に設けられ、造形部７０の制御によって造形光ビーム照射装置３０の作動を制御する。

詳細には、造形部７０は、造形光ビーム照射制御部４９の第一照射部４９ａを制御して造形光ビーム照射装置３０の第一レーザ発振器３１ａ及び第一レーザヘッド３２ａを作動させる。そして、照射範囲Ａｒ１に供給された一層分の薄膜層１５ａの表面の所定の位置に、低出力である第一出力Ｗ１の第一レーザ光Ｌ１（造形光ビーム）を、予め設定した照射パターンＨ１に従って照射する。

これにより、図４、図５、図６に示すように、薄膜層１５ａ一層分の外壁部８１が形成される。換言すると、第一照射部４９ａが薄膜層１５ａの表面に第一レーザ光Ｌ１を照射し外壁部８１を形成する場合、金属粉末供給装置２０が照射範囲Ａｒ１に薄膜層１５ａ（粉末層）を一層分供給する毎に、第一レーザ光Ｌ１を照射し一層分の薄膜層１５ａを溶融させた後に固化させて外壁部８１が形成される。なお、外壁部８１の壁厚α１（図６参照）は、外壁部８１が形成されるタイミングより以前に壁厚設定部４８で設定され格納部４７に記憶されている。詳細については後に述べる。

外壁部８１を形成するための、外壁部８１の延在方向に沿った第一レーザ光Ｌ１の走査回数は、壁厚設定部４８で設定された外壁部８１の壁厚α１と、第一レーザ光Ｌ１のスポット径とに基づき決定される。つまり、外壁部８１を形成するための第一レーザ光Ｌ１の走査回数は、設定された外壁部８１の壁厚αを、第一レーザ光Ｌ１の一回の走査で形成される壁厚α１で除すことにより求められる。

本実施形態では、外壁部８１を形成する第一レーザ光Ｌ１の照射条件は下記のとおりである。
（照射条件）
スポット径ΦＡ１：Φ０．０８ｍｍ〜Φ０．２ｍｍの範囲内で設定、
第一出力Ｗ１（図略）：１００Ｗ〜４００Ｗの範囲内で設定（第一レーザ発振器３１ａ の最大定格出力は４００Ｗ）、
走査速度Ｖ１（図略、ｍｍ／ｓ）：スポット径ΦＡ１及び第一出力Ｗ１に基づき設定、
走査ピッチＰ１（図略、ｍｍ）：スポット径ΦＡ１及び第一出力Ｗ１に基づき設定、
上記照射条件で第一レーザ光Ｌ１を照射し外壁部８１を形成すると、外壁部８１の外側面８５の形状精度を良好なものとすることができる。また、照射範囲に供給され、第一レーザ光Ｌ１が照射される薄膜層１５ａ（粉末層）の一層分の積層厚さｈ１は、例えば、約２５μｍ程度とする。これらのデータは、格納部４７に格納される。

また、造形部７０は、外壁部８１が形成された状態において、造形光ビーム照射制御部４９の第二照射部４９ｂ又は第三照射部４９ｃの一方を制御して、中塗り部８２又は中塗り部９２を形成する。第二照射部４９ｂ又は第三照射部４９ｃの何れによって、中塗り部８２又は中塗り部９２を形成するのかは、以下に説明する造形光ビーム判定部４６が判定する。

図１に示すように、造形光ビーム判定部４６は、造形部７０と通信可能に設けられる。上述したように、造形光ビーム判定部４６は、第一照射部４９ａによって外壁部８１が形成された後に、造形光ビーム照射装置３０が中塗り部８２（又は中塗り部９２）を形成する際、第二照射部４９ｂ又は第三照射部４９ｃの何れによって中塗り部８２（又は中塗り部９２）を形成するかの判定を行なう判定部である。造形光ビーム判定部４６は、金属付加製造物の形状に基づいて第二照射部４９ｂ又は第三照射部４９ｃの何れによって中塗り部８２（又は中塗り部９２）を形成するかの判定を行なう。

つまり、造形光ビーム判定部４６は、一例として、中塗り部８２を高出力である第二出力の第二レーザ光Ｌ２の照射によって形成した場合と、中塗り部９２を低出力である第一出力Ｗ１の第一レーザ光Ｌ１の照射によって形成した場合とを比較し、製造時間に大きな違いが生じないと判定したとき第一レーザ光Ｌ１の照射によって中塗り部９２を形成すると判定してもよい。

また、別の判定例として、造形光ビーム判定部４６は、中塗り部８２の大きさ（面積）が非常に小さく、このため外壁部８１に熱の影響を与えずに、高出力の第二レーザ光Ｌ２を外壁部８１の内側に照射することが困難であると判定した場合、第一レーザ光Ｌ１の照射によって中塗り部９２を形成すると判定してもよい。

但し、これらはあくまで判定の一例であって、造形光ビーム判定部４６が判定をどのように行なうかは任意に設定すればよい。造形光ビーム判定部４６における判定は、機械学習されたＡＩによって行ってもよいし、作業者が判定を判断し、判断結果を造形光ビーム判定部４６に直接入力するようにしてもよい。また、造形光ビーム判定部４６は備えず、第二レーザ光Ｌ２の照射のみによって、常に中塗り部８２を形成するようにしてもよい。

（２−２．中塗り部８２及び中塗り部９２の説明）
ここで中塗り部８２（又は中塗り部９２）について説明しておく。上述したように、中塗り部８２（又は中塗り部９２）は、中央部８３（又は中央部９３）と、境界部８４（又は境界部９４）とを備える（図５、図６参照）。中央部８３（又は中央部９３）は、外壁部８１から所定量離間した位置に形成される領域である。中央部８３（又は中央部９３）の形状は、外壁部８１の内側面の形状と概ね相似形であり、内側面より若干、小さな形状で形成される。

このため、外壁部８１の内側面と中央部８３（又は中央部９３）の外周面との間には微少な隙間を有する。なお、ここで隙間とは、中央部８３（又は中央部９３）の外側と外壁部８１の内側面との間の全ての範囲に亘って完全に離間し形成されている隙間に限らない。中央部８３（又は中央部９３）の形成過程において、中央部８３（又は中央部９３）の外側と外壁部８１の内側面とが断続的に接続された場合においても、接続されていない微少な空隙部分は隙間とする。

境界部８４（又は境界部９４）は、外壁部８１と中央部８３（又は中央部９３）との間の隙間に形成される。境界部８４（又は境界部９４）を第二レーザ光Ｌ２（又は第一レーザ光Ｌ１）の照射によって形成する際、第二レーザ光Ｌ２（又は第一レーザ光Ｌ１）は、中央部８３（又は中央部９３）の外側と外壁部８１の内側面との間の境界部８４（又は境界部９４）に沿って照射される。

このように、中央部８３（又は中央部９３）は境界部８４（又は境界部９４）が形成されていない状態で形成され、境界部８４（又は境界部９４）は、中央部８３（又は中央部９３）が形成された状態で形成される。また、境界部８４（又は境界部９４）は、中央部８３（又は中央部９３）の外側と外壁部８１の内側面との間の境界部８４（又は境界部９４）に沿って、図４に示すように、照射パターンＨ３に従い、一回、若しくは複数回走査されて形成される。このようにして、中央部８３（又は中央部９３）及び境界部８４（又は境界部９４）が形成されて中塗り部８２（又は中塗り部９２）が形成される。

造形光ビーム判定部４６が、高出力の第二レーザ光Ｌ２の照射によって中塗り部８２を形成すると判定した場合には、外壁部８１が薄膜層１５ａの二層（複数層）分、連続して形成された後に、照射範囲Ａｒ１に供給された二層分の薄膜層１５ａの表面の所定の位置に、高出力である第二出力の第二レーザ光Ｌ２を照射する。

つまり、第二照射部４９ｂが薄膜層１５ａの表面に第二レーザ光Ｌ２を照射して中塗り部８２を形成する場合、金属粉末供給装置２０が照射範囲Ａｒ１に、二層（複数層）分の薄膜層１５ａを供給する毎に第二レーザ光Ｌ２を予め設定された照射パターンＨ２に従って照射する。図４に示すように、このとき、照射パターンＨ２は、外壁部８１の内側において、相互に平行となるよう複数本、第二レーザ光Ｌ２を往復又は一方向に走査させる照射パターンである（図４では往復で記載）。これにより、二層（複数層）分の薄膜層１５ａを同時に溶融させた後に、固化させて中塗り部８２のうちの中央部８３を形成する。このように、二層（複数層）分の薄膜層１５ａの厚さの中塗り部８２を一度に溶融させて形成するので、製造時間の短縮が図れる。

本実施形態において、中塗り部８２の中央部８３を第二レーザ光Ｌ２で照射し形成する場合の第二レーザ光Ｌ２の照射条件は下記のとおりである。
（照射条件）
スポット径ΦＡ２：Φ０．２ｍｍ〜Φ０．３ｍｍの範囲内で設定、
第二出力Ｗ２（図略）：６００Ｗ〜１０００Ｗの範囲内で設定（第二レーザ発振器３１ ｂの最大定格出力は１０００Ｗ）、
走査速度Ｖ２（図略）：２００〜３００ｍｍ/ｓの範囲内で設定、
走査ピッチＰ２（図略、ｍｍ）：スポット径ΦＡ２及び第二出力Ｗ２に基づき設定。

また、中塗り部８２の境界部８４を形成する第二レーザ光Ｌ２の照射条件は下記のとおりである。
（照射条件）
スポット径ΦＡ２：Φ０．２ｍｍ〜Φ０．３ｍｍの範囲内で設定、
第二出力Ｗ２（図略）：６００Ｗ〜１０００Ｗの範囲内で設定（第二レーザ発振器３１ ｂの最大定格出力は１０００Ｗ）、
走査速度Ｖ２（図略、ｍｍ／ｓ)：スポット径ΦＡ２及び第二出力Ｗ２に基づき設定。

また、造形光ビーム判定部４６が、低出力の第一レーザ光Ｌ１の照射によって中塗り部９２を形成すると判定した場合、薄膜層１５ａの一層分だけ外壁部８１が形成された後に、中塗り部９２を形成する。つまり、照射範囲Ａｒ１において、外壁部８１内側に供給された一層分の薄膜層１５ａの表面に、第一出力Ｗ１（低出力）の第一レーザ光Ｌ１を、予め設定された照射パターンＨ２に従って照射する。このときも、中塗り部９２は、上記で説明した第二レーザ光Ｌ２の照射によって中塗り部８２を形成する場合と同様に、中央部９３と境界部９４とを備える。これにより、薄膜層１５ａ一層分の薄膜層１５ａを溶融させた後に固化させて中塗り部９２のうちの中央部９３を形成する。

中央部９３は、第三照射部４９ｃが制御する第一レーザ光Ｌ１の照射によって、上記で説明した第二レーザ光Ｌ２により中央部９３が形成される場合と同様のプロセスで形成される。境界部９４についても同様のプロセスで形成される。なお、このとき、第三照射部４９ｃにより中塗り部９２（中央部９３及び境界部９４）を形成する方法は従来と同様の形成方法である。

上述したように、格納部４７には、第二レーザ光Ｌ２の各照射条件、及び薄膜層１５ａ（粉末層）の積層厚さｈ１の各データ（パラメータ）と対応して予め取得された外壁部８１の外側面８５に溶融部を生じさせない壁厚αの壁厚データが格納される。このとき、壁厚αは、どのようにして求めてもよい。例えば、壁厚αは実験により求めてもよい、また、壁厚αは、ＣＡＥ解析等による演算により求めてもよい。

図１に示すように、壁厚設定部４８は、造形部７０及び格納部４７と通信可能に設けられる。壁厚設定部４８は、格納部４７に格納された各データと壁厚データとの関係性を示す条件マップ（図略）に基づいて壁厚αを設定する。即ち、壁厚設定部４８は、第二照射部４９ｂが、第二出力（高出力）の第二レーザ光Ｌ２を照射し、中塗り部８２（中央部８３及び境界部８４）を形成する際に、外壁部８１の中塗り部８２側とは反対側の外側面８５に第二レーザ光Ｌ２の照射による熱の影響によって溶融部が生じないよう外壁部８１の壁厚αを設定する。

具体的には、壁厚設定部４８は、第二レーザ光Ｌ２の照射条件であるスポット径ΦＡ２、第二出力Ｗ２、走査速度Ｖ２、走査ピッチＰ２、及び照射範囲に供給される薄膜層１５ａ（粉末層）の積層厚さｈ１の少なくとも一つの条件に基づいて外壁部８１の壁厚αを設定する。本実施形態では、スポット径ΦＡ２、第二出力Ｗ２、走査速度Ｖ２、走査ピッチＰ２、及び照射範囲に供給される薄膜層１５ａ（粉末層）の積層厚さｈ１と、外壁部８１の外側面８５に溶融部を生じさせない外壁部８１の壁厚αとの関係を求めるために実験を行なった

具体的には、スポット径ΦＡ２、第二出力Ｗ２、走査速度Ｖ２、走査ピッチＰ２、及び薄膜層１５ａ（粉末層）の積層厚さｈ１を上述した値とし、壁厚αを０．６ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍの三種類とした条件で立方体を付加造形で製造する実験を行なった。図７に示す写真は、実験において摸式的に製造した製造物であり、壁厚αが０．６ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍの立方体製造物である。各立方体製造物においては、側面Ｓが外壁部８１の外側面８５に相当する。

実験結果より、壁厚αが０．６ｍｍの時には、側面Ｓに若干の溶融部が生じ、固化した際には表面に凹凸が生じた。しかし、壁厚αが１．０ｍｍ及び２．０ｍｍの時には、側面Ｓには溶融部は生じず、側面Ｓ表面に凹凸は生じていない。従って、スポット径ΦＡ２、第二出力Ｗ２、走査速度Ｖ２、走査ピッチＰ２、及び薄膜層１５ａ（粉末層）の積層厚さｈ１が上述の条件の下では、壁厚αが１．０ｍｍ以上であれば、溶融部は生じないことが分かった。他の条件についても同様に実験を行ない、データを取得する。

そして、この実験結果は格納部４７に格納される。これにより、第二レーザ光Ｌ２の照射により中塗り部８２を形成する際、例えば、スポット径ΦＡ２、第二出力Ｗ２、走査速度Ｖ２、走査ピッチＰ２、及び薄膜層１５ａ（粉末層）の積層厚さｈ１が分かれば、外壁部８１の外側面８５に溶融部を生じさせない外壁部８１の壁厚αが分かる。これにより、第一出力Ｗ１の第一レーザ光Ｌ１（造形光ビーム）を、予め設定した照射パターンＨ１に従って照射し、外壁部８１の外側面８５を溶融させる虞のない最適な壁厚αによって外壁部８１を形成することができる。

なお、上記においては、壁厚αを設定する際の参照条件として、全ての照射条件（スポット径ΦＡ２、第二出力Ｗ２、走査速度Ｖ２、走査ピッチＰ２）、及び薄膜層１５ａ（粉末層）の積層厚さｈ１と、外壁部８１の壁厚αとの間の相関関係（データ）を取得した。しかし、この態様には限らず、全ての条件を用いずに、所定の複数の条件の組み合わせに基づき、壁厚αを設定してもよい。さらに、何れか一つの条件のみに基づいて壁厚αを設定してもよい。これらによっても相応の効果を得ることはできる。

（２−３．作動）
次に、本発明に係る金属付加製造方法について、図８のフローチャートに基づき説明する。金属付加製造方法は、金属付加製造装置１００を用い、第一、第二レーザ光Ｌ１、２（造形光ビーム）の照射によって、各層の薄膜層１５ａの一部を溶融させた後、固化させて積層し金属付加製造物を形成する方法である。

なお、金属付加製造装置１００では、中塗り部８２（９２）を形成する際、通常は、製造時間短縮のために出力の大きな第二レーザ光Ｌ２の照射によって形成する。しかし、製造する金属付加製造物の形状によっては、出力の小さな第二レーザ光Ｌ２の照射によって中塗り部９２形成する場合もある。以下では、このような態様も含めた方法として説明する。

金属付加製造方法は、壁厚設定工程Ｓ１０と、金属粉末供給工程Ｓ２０と、第一照射工程Ｓ３０と、造形光ビーム判定工程Ｓ４０と、粉末層積層回数確認工程Ｓ５０と、第二照射工程（中央部）Ｓ６０と、第二照射工程（境界部）Ｓ７０と、第三照射工程（中央部）Ｓ８０と、第三照射工程（境界部）Ｓ９０と、積層完了判定工程Ｓ１００と、を備える。

まず、壁厚設定工程Ｓ１０（壁厚設定部４８）では、外壁部８１の壁厚αを設定する。壁厚設定工程Ｓ１０では、外壁部８１の中塗り部８２側とは反対側の外側面８５に、第二レーザ光Ｌ２の照射による熱の影響によって溶融部（溶融池）が生じないよう第二レーザ光Ｌ２の照射条件であるスポット径ΦＡ２、第二出力Ｗ２、走査速度Ｖ２、及び照射範囲Ａｒ１に供給される粉末層の積層厚さｈ１に基づいて外壁部８１の壁厚α１を設定する。

具体的には、壁厚設定工程Ｓ１０では、上記で説明したように、事前に取得され格納部４７に格納された第二レーザ光Ｌ２の各種照射条件データと壁厚データとの関係性を示す条件マップ（図略）に、第二レーザ光Ｌ２の実際の照射条件データを当てはめ最適な壁厚αを設定する。

次に、金属粉末供給工程Ｓ２０（金属粉末供給制御部２５）では、金属粉末供給制御部２５が、金属粉末供給装置２０を制御する。そして、図２に示すように、金属粉末１５の薄膜層１５ａを第一、第二レーザ光Ｌ１、Ｌ２の照射範囲Ａｒ１に一層ずつ供給する。このとき、薄膜層１５ａ一層分の積層厚さｈ１の中央値は、例えば、２５μm程度である。

第一照射工程Ｓ３０（第一照射部４９ａ）では、外壁部８１の壁厚αが壁厚設定工程Ｓ１０によって設定された壁厚α１となるよう、照射範囲Ａｒ１に供給された薄膜層１５ａの表面に第一レーザ光Ｌ１を予め設定した照射パターンＨ１に従って照射し外壁部８１を形成する。このとき、本実施形態における条件の下では、外壁部８１の壁厚α１は、例えば１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ程度が好ましい。また、壁厚α１は、第二レーザ光Ｌ２を照射して中塗り部８２を形成するときの第二レーザ光Ｌ２のスポット半径ΦＡ２／２の７倍以上であることが好ましい。また、第一レーザ光Ｌ１の照射条件は、上述のとおりである。

造形光ビーム判定工程Ｓ４０（造形光ビーム判定部４６）は、第一照射工程Ｓ３０によって外壁部８１が壁厚α１で形成された後に、造形光ビーム照射装置３０が、第二照射部４９ｂ又は第三照射部４９ｃの何れによって中塗り部８２（又は中塗り部９２）を形成するかの判定を行なう。このとき、判定の基準については上述したとおりであり、任意に設定すればよい。

造形光ビーム判定工程Ｓ４０（造形光ビーム判定部４６）において、中塗り部８２は、第二照射部４９ｂの制御により形成すると判定された場合には、粉末層積層回数確認工程Ｓ５０に移動し、金属粉末供給工程Ｓ２０及び第一照射工程Ｓ３０の連続した処理が予め設定された回数（ｎ回、本実施形態では二回）だけ行われたか否かを確認する。設定されたｎ回（本実施形態では二回）に達していなければ、金属粉末供給工程Ｓ２０に戻って二回目のＳ２０〜Ｓ４０の処理を行なう。

また、連続した処理が設定されたｎ回（二回）に達した場合には、第二照射工程（中央部）Ｓ６０に移動する。そして、薄膜層１５ａがｎ層分（二層分）、積層された状態で、第二照射部４９ｂの制御により、第二レーザ光Ｌ２が照射パターンＨ２で照射される。このとき、第二レーザ光Ｌ２は、上述したように、外壁部８１の内側の所定の範囲内を往復動又は一方向に移動しながら照射され、中塗り部８２の中央部８３を塗り潰して形成する。このとき、外壁部８１と中央部８３との間には、上述した隙間を有する。

次に、第二照射工程（境界部）Ｓ７０に移動する。そして、中央部８３と外壁部８１との間の隙間を埋めるため、第二照射部４９ｂの制御により、第二レーザ光Ｌ２が照射パターンＨ３（概ね矩形）で一回、若しくは複数回照射され、中塗り部８２の境界部８４を形成する。そして、積層完了判定工程Ｓ１００に移動し、全ての工程が終了し製造の対象物である金属付加製造物が完成したか否かが判定される。

積層完了判定工程Ｓ１００において、金属付加製造物が完成したと判定した場合、プログラムを終了する。しかし、積層完了判定工程Ｓ１００において、金属付加製造物は、未完成であると判定した場合、金属粉末供給工程Ｓ２０に戻り、積層完了判定工程Ｓ１００にて製造が完成したと判定されるまで、金属粉末供給工程Ｓ２０〜第二照射工程（境界部）Ｓ７０を繰り返し処理する。

また、造形光ビーム判定工程Ｓ４０（造形光ビーム判定部４６）において、中塗り部９２は、第三照射部４９ｃにより形成すると判定された場合には、第三照射工程（中央部）Ｓ８０に移動する。そして、第三照射工程（中央部）Ｓ８０において、薄膜層１５ａが一層分、積層された状態で、第三照射部４９ｃの制御により第一レーザ光Ｌ１を照射パターンＨ２で照射し、中塗り部９２の中央部９３を形成する。

その後、第三照射工程（境界部）Ｓ９０に移動し、中央部９３と外壁部８１との間の隙間部を埋めるため、第三照射部４９ｃの制御により第一レーザ光Ｌ１を照射パターンＨ３（矩形）で照射し、中塗り部９２の境界部９４を形成する。そして、積層完了判定工程Ｓ１００に移動し、全ての工程が終了し、製造の対象物である金属付加製造物が完成したか否かを判定する。

積層完了判定工程Ｓ１００において、金属付加製造物の製造が完成したと判定された場合、プログラムを終了する。しかし、積層完了判定工程Ｓ１００において、金属付加製造物は、未完成であると判定した場合、金属粉末供給工程Ｓ２０に戻り、積層完了判定工程Ｓ１００にて完了したと判定されるまで、金属粉末供給工程Ｓ２０〜第三照射工程（境界部）Ｓ９０を繰り返し処理する。

（２−４.第一実施形態による効果）
上記第一実施形態によれば、粉末床溶融式（ＳＬＭ式）の金属付加製造装置１００であって、金属付加製造装置１００は、金属粉末供給装置２０と、造形光ビーム照射装置３０と、金属粉末供給装置２０の作動を制御する金属粉末供給制御部２５及び造形光ビーム照射装置３０の作動を制御する造形光ビーム照射制御部４９を備える制御装置４５と、を備える。

造形光ビーム照射制御部４９は、照射範囲Ａｒ１に供給された粉末層（薄膜層１５ａ）の表面に造形光ビームのうち第一出力Ｗ１の第一レーザ光Ｌ１（第一造形光ビーム）を照射して外壁部８１を形成する第一照射部４９ａと、外壁部８１の形成後、造形光ビームのうち第一出力Ｗ１より大きな第二出力Ｗ２の第二レーザ光Ｌ２（第二造形光ビーム）を照射して外壁部８１の内側に中塗り部８２を形成する第二照射部４９ｂとを備える。

また、制御装置４５は、第二照射部４９ｂが第二レーザ光Ｌ２を照射する際に外壁部８１の中塗り部８２側とは反対側の外側面８５に、第二レーザ光Ｌ２（第二造形光ビーム）の照射による熱の影響によって溶融部が生じないよう第二レーザ光Ｌ２の照射条件であるスポット径ΦＡ２、第二出力Ｗ２、走査速度Ｖ２、走査ピッチＰ２、及び照射範囲Ａｒ１に供給される薄膜層１５ａ（粉末層）の積層厚さの少なくとも一つの条件に基づいて外壁部の壁厚を設定する壁厚設定部４８を備える。

このように、金属付加製造物を製造する際、金属付加製造物の外壁部８１は、第一出力Ｗ１の第一造形光ビームを薄膜層１５ａに照射して形成する。そして、外壁部８１の壁厚αが、外壁部８１の内側において中塗り部８２を形成するため第一出力Ｗ１より大きな出力である第二出力Ｗ２で第二レーザ光Ｌ２を薄膜層１５ａに照射する際に、第二レーザ光Ｌ２の照射による熱の影響によって外壁部８１の外側面８５に溶融部が生じないよう設定される。詳細には、壁厚αは中塗り部８２を形成する際の第二レーザ光Ｌ２の複数の照射条件、及び照射範囲Ａｒ１に供給された薄膜層１５ａ（粉末層）の積層厚さの少なくとも一つの条件に基づいて設定される。

これにより、外壁部８１及び外壁部８１の外側面８５は溶融されることなく品質が維持される。また、中塗り部８２は、第一出力Ｗ１より大きな第二出力Ｗ２で照射され形成されるので、第一出力Ｗ１で照射され形成される場合と比較して短時間で形成できる。

また、上記第一実施形態によれば、制御装置４５は、さらに、造形光ビーム照射制御部４９が、外壁部８１の形成後、第一レーザ光Ｌ１（第一造形光ビーム）を照射して外壁部８１の内側に中塗り部９２を形成する第三照射部４９ｃを備える。また、制御装置４５は、第一照射部４９ａによって外壁部８１が形成された後に、造形光ビーム照射装置３０が中塗り部８２、９２を形成する場合に、第二照射部４９ｂ又は第三照射部４９ｃの何れによって中塗り部８２（又は９２）を形成するかの判定を行なう造形光ビーム判定部４６を備える。造形光ビーム判定部４６は、金属付加製造物の形状に基づいて第二照射部４９ｂ又は前記第三照射部４９ｃの何れによって中塗り部８２（又は中塗り部９２）を形成するかの判定を行なう。

このような構成により、金属付加製造装置１００は、高出力の第二レーザ光Ｌ２（第二造形光ビーム）だけでなく、従来のような低出力の第一レーザ光Ｌ１（第一造形光ビーム）が選択できる。このため、金属付加製造物の形状に応じて、中塗り部９２（又は中塗り部８２）を形成することができ、効率的である。

また、上記第一実施形態によれば、制御装置４５は、さらに格納部４７を備える。格納部４７には、第二レーザ光Ｌ２（第二造形光ビーム）の照射条件、及び薄膜層１５ａ（粉末層）の積層厚さの各データと対応して予め取得された外壁部８１の外側面８５に溶融部を生じさせない壁厚αの壁厚データが格納される。そして、壁厚設定部４８は、格納部４７に格納された各データと壁厚データとの関係性を示す条件マップに基づいて外壁部８１の壁厚αを設定する。このように、壁厚設定部４８では、予め格納部４７に記憶された条件マップに基づいて、外壁部８１の壁厚αが設定できるので、制御部の処理の負荷を低減できる。

また、上記第一実施形態によれば、第一照射部４９ａが薄膜層１５ａ（粉末層）の表面に、第一レーザ光Ｌ１（第一造形光ビーム）を照射して外壁部８１を形成する場合、金属粉末供給装置２０が照射範囲Ａｒ１に薄膜層１５ａ（粉末層）を一層分供給する毎に第一レーザ光Ｌ１を照射して一層分の薄膜層１５ａを溶融させた後に固化させて外壁部８１を形成する。

そして、第二照射部４９ｂが薄膜層１５ａの表面に第二レーザ光Ｌ２を照射し中塗り部８２を形成する場合、金属粉末供給装置２０が照射範囲Ａｒ１に薄膜層１５ａが複数層（二層）分供給される毎に第二レーザ光Ｌ２を照射して複数層分の薄膜層１５ａを同時に溶融させた後に固化させて中塗り部８２を形成する。このように、第二レーザ光Ｌ２を照射し中塗り部８２を形成する場合には、一度に複数層分の薄膜層１５ａに第二レーザ光Ｌ２を照射して溶融させ固化させることができるので、製造時間の短縮が図れる。

また、上記第一実施形態によれば、中塗り部８２は、外壁部８１から所定量離間した位置に形成される中央部８３、９３と、外壁部８１と中央部８３、９３との間の隙間に形成される境界部８４、９４とを備える。中央部８３、９３は境界部８４、９４が形成されていない状態で形成され、境界部９４、９４は中央部８３、９３が形成された状態で形成される。このように、形成時において、連続して複数回の第二レーザ光Ｌ２の照射が行われるため温度が上昇しやすい中央部８３、９３が、外壁部８１との間に隙間を有することにより、外壁部８１の温度上昇を抑制する。そして、隙間では、一回、若しくは複数回の第二レーザ光Ｌ２の照射によって境界部８４、９４が形成される。このため、外壁部８１の温度上昇は抑制され、外側面８５に溶融部が生じることを抑制する。

また、上記第一実施形態によれば、外壁部８１を形成するため、第一照射部４９ａの制御により薄膜層１５ａ（粉末層）の表面に照射される第一レーザ光Ｌ１（第一造形光ビーム）の照射条件は、第一出力Ｗ１が、１００Ｗ〜４００Ｗの範囲内で設定され、スポット径ΦＡ１が、Φ０．０８ｍｍ〜Φ０．２ｍｍの範囲内で設定される。これにより、輪郭が整った形状精度の高い外壁部８１が形成できる。

また、外壁部８１の形成後、中塗り部８２を形成するため、第二照射部４９ｂの制御により外壁部８１の内側の薄膜層１５ａ（粉末層）の表面に照射される第二レーザ光Ｌ２（第二造形光ビーム）の照射条件は、第二出力Ｗ２が、６００Ｗ〜１０００Ｗの範囲内で設定され、スポット径ΦＡ２が、Φ０．２ｍｍ〜Φ０．３ｍｍの範囲内で設定される。このように、第一出力Ｗ１に対して大出力であるとともにスポット径ΦＡ２も大きく、且つ走査速度Ｖ２も早いので、薄膜層１５ａが二層以上であっても中塗り部８２を迅速に溶融させた後、固化させることができ、金属付加製造物の製造時間を効果的に短縮できる。

また、上記第一実施形態によれば、金属粉末は、ＳＫＤ材（ＪＩＳ）である。これにより、強度が高い金属付加製造物が製造できる。

造形光ビームの照射によって金属粉末を溶融させた後、固化させることにより金属付加製造物を製造する金属付加製造装置１００の金属付加製造方法である。金属付加製造方法は、第二レーザ光Ｌ２（第二造形光ビーム）を薄膜層１５ａ（粉末層）の表面に照射して中塗り部８２を形成する場合において外壁部８１の中塗り部８２側とは反対側の外側面８５に、第二レーザ光Ｌ２の照射による熱の影響によって溶融部が生じないよう第二レーザ光Ｌ２の照射条件であるスポット径ΦＡ２、第二出力Ｗ２、走査速度Ｖ２、走査ピッチＰ２、及び照射範囲Ａｒ１に供給される薄膜層１５ａの積層厚さの少なくとも一つの条件に基づいて外壁部８１の壁厚αを設定する壁厚設定工程Ｓ１０と、第一レーザ光Ｌ１、第二レーザ光Ｌ２の照射範囲Ａｒ１に金属粉末の薄膜層１５ａを一層ずつ供給する金属粉末供給工程Ｓ２０と、壁厚設定工程Ｓ１０によって設定された壁厚αとなるよう照射範囲Ａｒ１に供給された薄膜層１５ａの表面に第一レーザ光Ｌ１（第一造形光ビーム）を照射して外壁部８１を形成する第一照射工程Ｓ３０と、外壁部８１の形成後、第二出力Ｗ２の第二レーザ光Ｌ２を照射して外壁部８１の内側に中塗り部８２を形成する第二照射工程（中央部）Ｓ６０及び第二照射工程（境界部）Ｓ７０と、を備える。これにより、金属付加製造装置１００で製造した金属付加製造物と同様の効果を備える金属付加製造物が製造できる。

（３．その他）
なお、上記第一実施形態においては、第二照射部４９ｂが薄膜層１５ａの表面に第二レーザ光Ｌ２を照射して中塗り部８２を形成する際、金属粉末供給装置２０が照射範囲Ａｒ１に、二層分の薄膜層１５ａを供給する毎に第二レーザ光Ｌ２を予め設定された照射パターンＨ２に従って照射すると説明した。しかしこの態様には限らない。中塗り部８２を形成する際、金属粉末供給装置２０が照射範囲Ａｒ１に、三層分以上の薄膜層１５ａを供給する毎に第二レーザ光Ｌ２を予め設定された照射パターンＨ２に従って照射しても良い。

１５；金属粉末、 １５ａ；薄膜層（粉末層）、 ２０；金属粉末供給装置、 ２５；金属粉末供給制御部、 ３０；造形光ビーム照射装置、 ４５；制御装置、 ４６；造形光ビーム判定部、 ４７；格納部、 ４８；壁厚設定部、 ４９；造形光ビーム照射制御部、 ４９ａ；第一照射部、 ４９ｂ；第二照射部、 ４９ｃ；第三照射部、 ７０；造形部、 ８１；外壁部、 ８２、９２；中塗り部、 ８３、９３；中央部、 ８４、９４；境界部、 ８５；外側面、 １００；金属付加製造装置、 Ａｒ１；照射範囲、 Ｌ１；第一レーザ光、 Ｌ２；第二レーザ光、 Ｓ１０；壁厚設定工程、 Ｓ２０；金属粉末供給工程、 Ｓ３０；第一照射工程、 Ｓ４０；造形光ビーム判定工程、 Ｓ５０；粉末層積層回数確認工程、 Ｓ６０；第二照射工程（中央部）、 Ｓ７０；第二照射工程（境界部）、 Ｓ８０；第三照射工程（中央部）、 Ｓ９０；第三照射工程（境界部）、 Ｓ１００；積層完了判定工程、 α、α１；壁厚。

Claims (9)

1. 造形光ビームの照射によって金属粉末を溶融させた後、固化させることにより金属付加製造物を製造する粉末床溶融式の金属付加製造装置であって、
   前記造形光ビームの照射範囲に前記金属粉末の粉末層を一層ずつ供給する金属粉末供給装置と、
   前記照射範囲に供給された前記粉末層の表面に前記造形光ビームを照射し前記金属付加製造物の輪郭となる外壁部を形成し、かつ前記外壁部の内側に位置する前記粉末層の表面に前記造形光ビームを照射して中塗り部を形成する造形光ビーム照射装置と、
   前記金属粉末供給装置の作動を制御する金属粉末供給制御部及び前記造形光ビーム照射装置の作動を制御する造形光ビーム照射制御部を備える制御装置と、を備え、
   前記造形光ビーム照射制御部は、
   前記照射範囲に供給された前記粉末層の表面に前記造形光ビームのうち第一出力の第一造形光ビームを照射して前記外壁部を形成する第一照射部と、
   前記外壁部の形成後、前記造形光ビームのうち前記第一出力より大きな第二出力の第二造形光ビームを照射して前記外壁部の内側に前記中塗り部を形成する第二照射部と、を備え、
   前記第二照射部が前記第二造形光ビームを照射する際に前記外壁部の前記中塗り部側とは反対側の外側面に、前記第二造形光ビームの照射による熱の影響によって溶融部が生じないよう前記第二造形光ビームの照射条件であるスポット径、前記第二出力、走査速度、走査ピッチ、及び前記照射範囲に供給される前記粉末層の積層厚さの少なくとも一つの条件に基づいて前記外壁部の壁厚を設定する壁厚設定部を備える、金属付加製造装置。
2. 前記制御装置は、さらに、
   前記造形光ビーム照射制御部が、前記外壁部の形成後、前記第一造形光ビームを照射して前記外壁部の内側に前記中塗り部を形成する第三照射部を備えるとともに、
   前記第一照射部によって前記外壁部が形成された後に前記造形光ビーム照射装置が前記中塗り部を形成する場合に、前記第二照射部又は前記第三照射部の何れによって前記中塗り部を形成するかの判定を行なう造形光ビーム判定部を備える、請求項１に記載の金属付加製造装置。
3. 前記造形光ビーム判定部は、
   前記金属付加製造物の形状に基づいて前記第二照射部又は前記第三照射部の何れによって前記中塗り部を形成するかの判定を行なう、請求項２に記載の金属付加製造装置。
4. 前記制御装置は、さらに格納部を備え、
   前記格納部には、前記第二造形光ビームの前記照射条件、及び前記粉末層の前記積層厚さの各データと対応して予め取得された前記外壁部の前記外側面に前記溶融部を生じさせない前記壁厚の壁厚データが格納され、
   前記壁厚設定部は、前記格納部に格納された前記各データと前記壁厚データとの関係性を示す条件マップに基づいて前記壁厚を設定する、請求項１−３の何れか１項に記載の金属付加製造装置。
5. 前記第一照射部が前記粉末層の表面に前記第一造形光ビームを照射して前記外壁部を形成する場合、前記金属粉末供給装置が前記照射範囲に前記粉末層を一層分供給する毎に前記第一造形光ビームを照射して前記一層分の前記粉末層を溶融させた後に固化させて前記外壁部を形成し、
   前記第二照射部が前記粉末層の表面に前記第二造形光ビームを照射し前記中塗り部を形成する場合、前記金属粉末供給装置が前記照射範囲に前記粉末層が複数層分供給される毎に前記第二造形光ビームを照射して前記複数層分の前記粉末層を同時に溶融させた後に固化させて前記中塗り部を形成する、請求項１−４の何れか１項に記載の金属付加製造装置。
6. 前記中塗り部は、
   前記外壁部から所定量離間した位置に形成される中央部と、
   前記外壁部と前記中央部との間の隙間に形成される境界部とを備え、
   前記中央部は前記境界部が形成されていない状態で形成され、前記境界部は前記中央部が形成された状態で形成される、請求項１−５の何れか１項に記載の金属付加製造装置。
7. 前記外壁部を形成するため、前記第一照射部の制御により前記粉末層の表面に照射される前記第一造形光ビームの照射条件は、
   前記第一出力が、１００Ｗ〜４００Ｗの範囲内で設定され、
   スポット径が、Φ０．０８ｍｍ〜Φ０．２ｍｍの範囲内で設定され、
   前記中塗り部を形成するため、前記第二照射部の制御により前記外壁部の内側の前記粉末層の表面に照射される前記第二造形光ビームの前記照射条件は、
   前記第二出力が、６００Ｗ〜１０００Ｗの範囲内で設定され、
   前記スポット径が、Φ０．２ｍｍ〜Φ０．３ｍｍの範囲内で設定される、請求項１−６の何れか１項に記載の金属付加製造装置。
8. 前記金属粉末は、ＳＫＤ材（ＪＩＳ）である、請求項１−７の何れか１項に記載の金属付加製造装置。
9. 前記造形光ビームの照射によって前記金属粉末を溶融させた後、固化させることにより前記金属付加製造物を製造する請求項１−８の何れか１項に記載の金属付加製造装置の金属付加製造方法であって、
   前記第二造形光ビームを前記粉末層の前記表面に照射して前記中塗り部を形成する場合において前記外壁部の前記中塗り部側とは反対側の前記外側面に、前記第二造形光ビームの照射による熱の影響によって前記溶融部が生じないよう前記第二造形光ビームの前記照射条件である前記スポット径、前記第二出力、前記走査速度、前記走査ピッチ、及び前記照射範囲に供給される前記粉末層の前記積層厚さの少なくとも一つの条件に基づいて前記外壁部の前記壁厚を設定する壁厚設定工程と、
   前記造形光ビームの前記照射範囲に前記金属粉末の前記粉末層を一層ずつ供給する金属粉末供給工程と、
   前記壁厚設定工程によって設定された前記壁厚となるよう前記照射範囲に供給された前記粉末層の前記表面に前記第一造形光ビームを照射して前記外壁部を形成する第一照射工程と、
   前記外壁部の形成後、前記第二出力の前記第二造形光ビームを照射して前記外壁部の内側に前記中塗り部を形成する第二照射工程と、を備える、金属付加製造方法。

Images