JP5878604B1 - 複合材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】付加製造技術によって製造された複合材であって、速やかに加工可能な状態にある複合材を得る。【解決手段】複合材は、第１の材料で構成されたベース材１１０の表面に、付加製造方式を指向性エネルギー堆積とした付加製造技術を用いて、第１の材料とは異なる種類の第２の材料を付着させる工程を備えた製造方法により製造される。当該製造方法は、除去加工を行なう工作機械の加工領域内にベース材１１０の部材を設置することにより実施される。【選択図】図７

Description

本発明は、異なる金属を含んで構成される複合材、および当該複合材の製造方法に関する。

従来、金属による肉盛りを行なうことによって複合材を製造することが知られている。 特許文献１には、このような肉盛りがなされた複合材に対する加工を行なう加工装置が開示されている。詳しくは、特許文献１には、アルミニウム系鋳造合金製のシリンダヘッドにおけるバルブシート部に銅合金粉末を溶融肉盛して形成された肉盛り部を、加工装置によって所定の形状に加工することが開示されている。

また、特許文献２には、複合材の製造方法の一例として、射出成型機用スクリューの製造方法が開示されている。詳しくは、特許文献２には、鋼性のシャフトの溝にタングステン炭化物粉末を含む合金原料粉末混合物を充填する工程と、当該合金原料粉末混合物が充填されたシャフトを加圧状態で高温加熱することにより合金原料粉末混合物を焼結させる工程とを含んだ射出成型機用スクリューの製造方法が開示されている。

また、従来、付加製造技術（Additive manufacturing）が知られている。付加製造技術とは、非特許文献１にも記載されているように、材料を付着することによって物体を３次元形状の数値表現から作成するプロセスを指す。付加製造技術は、多くの場合、層の上に層を積むことによって実現され、除去的な製造方法と対照的なものである。なお、このような付加製造技術の定義は、工業規格に関する民間規格制定機関であるＡＳＴＭインターナショナルにおけるＡＳＴＭ Ｆ２７９２−１２a（Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies）においてなされている。また、付加製造技術は、「３Ｄプリンター」とも称される。

特開平１０−３３７６１８号公報 特開昭６１−１８３４３０号公報

特許庁、"平成２５年度 特許出願技術動向調査報告書（概要） ３Ｄプリンター"、［online］、平成２６年３月、［平成２６年９月１９日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.jpo.go.jp/shiryou/pdf/gidou-houkoku/25_3dprinter.pdf）

特許文献１における肉盛りは、単に、被肉盛り部材（すなわち素材）とは異なった特性を持つ材料を素材面に付加する技術にすぎず、物体を３次元形状の数値表現から作成するプロセスを有していない。それゆえ、特許文献１における肉盛りは、付加製造技術を用いたものに該当しない。

また、除去加工を行なう工作機械としての特許文献１の加工装置は、肉盛りがなされた複合材に対する加工を行なうための装置であって、肉盛りを行なう機能を有していない。それゆえ、肉盛りは、加工装置以外の装置で実行される。したがって、肉盛りがなされた複合材に対して加工を行なう場合には、ユーザは、当該複合材を移動し、当該複合材を加工装置内の所定位置に設置しなければならない。

特許文献２の製造方法は、付加製造技術ではなく焼結によって複合材を得る構成であるため、以下のデメリットを有する。すなわち、溝の角部（隅部）においては合金原料粉末混合物の充填が不十分になりやすく、接合箇所に気泡が生じる可能性が高い。そのため、接合箇所における接合強度が低下したり、熱伝導性が低下したりするといった問題がある。

本願発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、付加製造技術によって製造された複合材であって、速やかに加工可能な状態にある複合材を得ることにある。

本発明に係る複合材は、複合材は、第１の材料で構成された第１の部材の表面に、付加製造方式を指向性エネルギー堆積とした付加製造技術を用いて、第１の材料とは異なる種類の第２の材料を付着させる工程を備えた製造方法により製造される。製造方法は、除去加工を行なう工作機械の加工領域内に第１の部材を設置することにより実施される。

好ましくは、製造方法は、付着された第２の材料で構成された第２の部材の一部を除去する工程をさらに備える。

好ましくは、製造方法は、除去後の第２の部材を覆うための第３の部材を、付加製造技術を用いて製造する工程をさらに備える。

好ましくは、製造方法は、工作機械を用いてワークを切削することにより第１の部材を製造する工程をさらに備える。

好ましくは、第２の材料を付着させる工程では、切削された箇所に対して第２の材料を付着させる。

好ましくは、製造方法は、付加製造技術により第１の部材を製造する工程をさらに備える。

好ましくは、指向性エネルギー堆積は、レーザまたは電子ビームのいずれかを利用するものである。工作機械は、加工領域内に設置された第１の部材の姿勢を変更可能である。製造方法は、第１の部材の表面における第１の領域においては、第１の領域に対するレーザまたは電子ビームの照射角度が第１の角度となるように、第１の部材の姿勢を制御する。製造方法は、第１の部材の表面における第２の領域においては、第２の領域に対するレーザまたは電子ビームの照射角度が第２の角度となるように、第１の部材の姿勢を制御する。

好ましくは、第２の材料は第１の材料よりも熱伝導性が高い。
好ましくは、第２の材料は第１の材料よりも強度が強い。

本発明の他の局面に従うと、複合材の製造方法は、第１の材料で構成された部材の表面に、付加製造方式を指向性エネルギー堆積とした付加製造技術を用いて、第１の材料とは異なる種類の第２の材料を付着させる工程を備える。工程は、除去加工を行なう工作機械の加工領域内に第１の部材を設置することにより実施される。

本発明によれば、付加製造技術によって製造された複合材であって、速やかに加工可能な状態にある複合材を得ることが可能となる。

複合材を製造するための工作機械１の外観および内部構造を説明するための概要図である。 主軸１４に付加製造装置３０が取り付けられた状態を表した図である。 主軸１４に工具ホルダ４０が取り付けられた状態を表した図である。 付加製造装置３０による付加製造技術の原理を説明するための図である。 ワーク１００に対して切削加工を行なうことによりベース材を得るための処理を説明するための図である。 ワーク１００に対する切削加工により製造されたベース材１１０の外観を表した図である。 ベース材１１０に対して付加製造技術を実施している状態を表した図である。 ベース材１１０に対して付加製造技術を実施することにより得られた中間体２００の外観を表した図である。 中間体２００に対して表面加工を施した後の中間体２００の外観を表した図である。 中間体２００に対して付加製造技術を実施している状態を表した図である。 表面加工後の中間体２００に対して付加製造技術を実施することにより得られた完成品３００の外観を表した図である。 工作機械１のハードウェア構成の概要を表した図である。 完成品３００を製造するための処理の流れを表したフローチャートである。 付加製造技術を実行する際における金属の粉体の吐出の向きを、吐出対象となる領域毎に変更する構成を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る複合材および複合材を製造するための工作機械について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

また、以下では、上記工作機械の一例として、付加製造技術（すなわち３Ｄプリンター）の機能を備えた５軸加工機を例に挙げて説明する。しかしながら、工作機械は、５軸加工機に限定されるものではない。工作機械は、付加製造技術の機能を備えた除去加工機（たとえば、４軸加工機）であればよい。さらに、以下では、付加製造技術における付加製造方式として、指向性エネルギー堆積を利用するものとする。

＜Ａ．工作機械の概要＞
図１は、複合材を製造するための工作機械１の外観および内部構造を説明するための概要図である。図１を参照して、工作機械１は、オペレーティングシステム１１と、スプラッシュガード１２と、主軸頭１３と、主軸１４と、回転装置１８と、扉１９と、テーブル装置２０とを備える。

テーブル装置２０は、回転テーブル１６と、回転テーブル１６を回転可能に支持する台座１７とを有する。テーブル装置２０は、回転装置１８に取り付けられている。詳しくは、台座１７が回転装置１８の中央部に固定されている。

オペレーティングシステム１１は、従来の操作盤の役割を果たす数値制御装置である。オペレーティングシステム１１は、ユーザが設計したプログラム等を実行することにより、工作機械１の全体の動作を制御する。たとえば、オペレーティングシステム１１は、主軸頭１３、主軸１４、回転装置１８、扉１９、テーブル装置２０、後述する付加製造装置３０の動作を制御する。なお、オペレーティングシステム１１は、周知のシステムであるので、ここでは詳しくは説明しない。

主軸頭１３は、図示しないクロスレールに取り付けられている。主軸頭１３は、矢印９０１に示す軸方向（Ｘ軸方向）および矢印９０２に示す軸方向（Ｙ軸方向）にスライド移動可能に設けられている。主軸頭１３には、主軸１４が取り付けられている。

主軸１４は、矢印９０３に示す軸方向（Ｚ軸方向）にスライド移動可能に設けられている。主軸１４は、先端に、工具が取り付けられた工具ホルダを装着するための機構を有する。

工具ホルダの例としては、付加製造技術を実行するための付加製造装置３０（図２）、工具マガジン（図示せず）に格納されている工具ホルダ（たとえば、エンドミルを備えた工具ホルダ４０（図３））が挙げられる。なお、付加製造装置３０以外の工具ホルダは、自動工具交換装置２１（図３）によって、主軸１４に取り付けられる。

工具マガジンは、扉１９に対して加工領域とは反対側（すなわち図１における扉１９の奥側）に配置されている。なお、「加工領域」とは、スプラッシュガード１２および扉１９によって仕切られる空間（工作機械１の内部側の空間）であって、主軸頭１３、主軸１４、回転装置１８、テーブル装置２０、付加製造装置３０、ワーク等が移動可能に配置される空間を指す。

主軸頭１３および主軸１４の各々には、スライド移動を可能とするための送り機構や案内機構、サーボモータなどが適宜、設けられている。工作機械１においては、主軸頭１３および主軸１４の各々のスライド移動が組み合わさることにより、工具ホルダに取り付けられた工具の位置をＸＹＺ空間において自在に変化させることができる。

回転装置１８は、Ｘ軸方向に延びる中心軸を中心に、モータ駆動により回転可能に設けられている。回転装置１８の回転とともに、テーブル装置２０が当該中心軸を中心にして、時計および半時計方向（矢印９０４の方向）に回転する。

テーブル装置２０の回転テーブル１６は、デフォルト状態である図１の状態においては、鉛直（Ｚ軸）方向に延びる中心軸を中心に、モータ駆動により回転可能に設けられている。なお、回転テーブル１６は、回転装置１８によって矢印９０４の方向に回転するため、回転テーブル１６の回転の中心軸はＹＺ平面に平行な状態を保ちながら変化する。

回転テーブル１６上には、チャックや各種の治具を用いて、ワークが保持される。固定工具を用いた切削加工時、回転テーブル１６の回転とともにワークが当該中心軸を中心にして時計および半時計方向（矢印９０５の方向）に回転する。

以上のような構成により、工作機械１は、加工領域内に設置されたワーク等の部材の姿勢を変更することが可能となる。

図２は、主軸１４に付加製造装置３０が取り付けられた状態を表した図である。図２を参照して、付加製造装置３０は、吐出部３１０と、取付部３２０と、ホース部３３０とを備える。

詳細については後述するが、吐出部３１０の先端部３１１から金属の粉体等が吐出される。取付部３２０は、付加製造装置３０を主軸１４に固定させるための部材である。ホース部３３０は、粉体等の供給路である。ホース部３３０は、粉体等が格納された装置（図示せず）から、取付部３２０を介して粉体等を吐出部３１０に供給するために設けられている。

工作機械１は、付加製造装置３０を使用しない場合には、付加製造装置３０を付加製造装置用のホルダ３９に格納する。なお、ホルダ３９は、ＸＹ平面に平行な状態を保ちながら回転可能に構成されている。つまり、ホルダ３９は、Ｚ軸に平行な軸を中心に回転する。

図３は、主軸１４に工具ホルダ４０が取り付けられた状態を表した図である。図３を参照して、オペレーティングシステム１１は、扉１９を開く制御を行ない、その後、自動工具交換装置によって工具ホルダ４０を主軸１４に取り付けさせる。なお、工具ホルダ４０の交換は、付加製造装置３０をホルダ３９に格納した状態で行なわれる。

図４は、付加製造装置３０による付加製造技術の原理を説明するための図である。図４を参照して、付加製造装置３０は、予め定められた方向（矢印の方向）に移動しつつ、吐出部３１０の先端部３１１から、レーザ光３９１と、金属の粉体３９２と、シールドおよびキャリア用のガス３９３とを吐出する。これにより、ワーク３９９の表面に溶融点３９４が形成され、その結果、金属の粉体３９２が溶着する。

具体的には、ワーク３９９の上に肉盛層３９６が形成される。肉盛層３９６の上には肉盛素材３９５が盛られる。肉盛素材３９５が冷却されると、ワーク３９９の上に加工可能な金属層が形成された状態となる。なお、レーザ光３９１の代わりに電子ビームを用いてもよい。

＜Ｂ．処理例＞
以下、工作機械１によって行われる加工処理について具体例を挙げて説明する。詳しくは、工作機械１によって行われる加工処理の一例として、切削加工および付加製造技術を実施することにより複合材を製造する処理を説明する。特に、以下では、管体を製造する製造方法を例に挙げて説明する。なお、製造される複合材の形状は、管状に限定されない。また、製造される複合材の材質は、後述する例に限定されるものではない。

（ｂ１．ベース材の生成）
図５は、ワーク１００に対して切削加工を行なうことによりベース材を得るための処理を説明するための図である。図５を参照して、工作機械１は、固定治具５０に固定された円筒形状のワーク１００の表面に所定のパターンの溝部１１１を形成するために、工具ホルダ４０を用いて切削を開始する。ワーク１００の材質（材料）としては、一例として、鋼鉄とすることができる。

なお、溝の形成は、回転テーブル１６の回転および工具ホルダ４０の移動（たとえば、Ｙ軸方向への移動）を伴って行われる。また、回転テーブル１６の回転速度、工具ホルダ４０の移動速度、工具ホルダ４０のエンドミルの回転速度等は、オペレーティングシステム１１からの指示に基づき決定される。

図６は、ワーク１００に対する切削加工により製造されたベース材１１０の外観を表した図である。図６を参照して、ベース材１１０は、表面に所定パターンの溝部１１１を有する。

（ｂ２．１回目の３次元プリンティング処理、および表面加工処理）
図７は、ベース材１１０に対して付加製造技術を実施している状態を表した図である。図７を参照して、工作機械１は、付加製造装置３０を用いて、溝部１１１に対して鋼鉄とは異なる金属の肉盛（３Ｄプリンティング）を行なう。

具体的には、工作機械１は、たとえば銅合金、アルミニウム合金、またはニッケルベースの超合金等の粉体を付加製造装置３０の先端部３１１から吐出させることにより、溝部１１１の表面に金属層１２０を形成する。より詳しくは、工作機械１は、付加製造技術によって、溝部１１１が埋まる程度の厚みを有する金属層１２０を形成する。つまり、工作機械１は、溝部１１１をベース材１１０とは異なる材質の金属で充填する。

なお、溝部１１１における溝の交差点においては、２回にわたり肉盛りが行われないように、オペレーティングシステム１１は、吐出部３１０からの粉体３９２の吐出を制限してもよい。ユーザが設計したプログラムに基づき交差が生じる位置（ベース材１１０の表面における位置）を判断することにより、当該交差が生じる位置において吐出を制限するように、オペレーティングシステム１１のプログラムを予め設計しておけばよい。

図８は、ベース材１１０に対して付加製造技術を実施することにより得られた中間体２００の外観を表した図である。図８を参照して、中間体２００は、ベース材１１０と、金属層１２０とを有する複合材となる。金属層１２０は、切削により形成された溝部１１１と同じパターンを有している。

次に、付加製造技術により付着（溶着）された第２の材料で構成された金属層１２０（第２の部材）の一部を除去する工程について説明する。図８の中間体２００が得られた後、工作機械１は、中間体２００に対して表面加工を施す。詳しくは、工作機械１は、少なくとも金属層１２０の表面に対して表面加工を施す。なお、工作機械１は、ベース材１１０に対しても、金属層１２０と同様に表面加工を施してもよい。

図９は、中間体２００に対して表面加工を施した後の中間体２００の外観を表した図である。図９を参照して、表面加工により、図８の状態に比べて、中間体２００の表面の凹凸が低減させることができる。

なお、後述するように、中間体２００の表面に対してさらに付加製造技術を実施する場合（図１０）には、中間体２００に対する表面加工を必ずしも行なわなくてもよい。

以上のように、複合材である中間体２００は、第１の材料（たとえば鋼鉄）で構成されたベース材１１０（第１の部材）の表面に、付加製造方式を指向性エネルギー堆積とした付加製造技術を用いて、第１の材料とは異なる種類の第２の材料（たとえば、銅合金、アルミニウム合金、またはニッケルベースの超合金）を付着させる工程を備えた製造方法により製造される。また、このような管体の製造方法は、除去加工を行なう工作機械１の加工領域内にベース材１１０（第１の部材）を設置することにより実施される。当該複合材は、工作機械１内の加工領域内で製造されるため、速やかに加工可能となる。

また、上記の管体の製造方法は、工作機械１を用いてワーク１００を切削することによりベース材１１０を製造する工程をさらに備える。したがって、ベース材１１０の製造と、付加製造技術とを、同じ装置内（詳しくは、工作機械１の加工領域）で実施することができる。

また、上記第２の材料をベース材１１０に付着させる工程では、切削された箇所に対して第２の材料を付着させる。したがって、ワーク１００の一部を、上記第２の材料による金属層で置き換えることが可能となる。

（ｂ３．２回目の３次元プリンティング処理）
図１０は、中間体２００に対して付加製造技術を実施している状態を表した図である。図１０を参照して、工作機械１は、付加製造装置３０を用いて、中間体２００の外周面に対して、鋼鉄の粉体を用いて肉盛（３Ｄプリンティング）を行なう。つまり、工作機械１は、中間体２００の外周面に鋼鉄の金属層１３０を形成する。なお、金属層１３０の形成は、回転テーブル１６の回転および付加製造装置３０の移動（たとえば、Ｙ軸方向への移動）を伴って行われる。

図１１は、表面加工後の中間体２００（図９）に対して付加製造技術を実施することにより得られた完成品３００の外観を表した図である。詳しくは、図１１は、当該付加製造技術の実施後に外周面の表面加工を施すことにより得られた完成品３００の外観を表している。図１１を参照して、複合材である完成品３００は、ベース材１１０と、金属層１２０と、アウターレイヤとしての金属層１３０とを有する複合材となる。

以上のように、上記の管体の製造方法は、表面加工後（除去後）の中間体２００を覆うための金属層１３０（第３の部材）を、付加製造技術を用いて製造する工程をさらに備える。当該構成によれば、ベース材１１０の表面に対して、互いに材質が異なる複数の金属層１２０，１３０を形成することが可能となる。

（ｂ４．得られた完成品の利点）
（１）ベース材１１０および金属層１３０の材質が鋼鉄であり、金属層１２０の材質が銅合金である場合の利点について説明する。

銅合金は、鋼鉄に比べて、強度は劣るが、熱伝導率が高い。したがって、金属層１２０の存在により、完成品３００は、鋼鉄のみで構成された同形状の管体に比べて、熱伝導性を高めることができる。また、金属層１２０のみが銅合金であるため、鋼鉄のみで構成された同形状の管体に比べて、強度の面でも遜色がない。

特に、金属層１２０がベース材１１０と金属層１３０との間に存在するため、ベース材１１０および金属層１３０に比べて強度に劣る金属層１２０の外部への露出が完成品３００の両端部を除きなくなる。このため、完成品３００の表面に何らかの外力が働いた場合であっても、銅合金の金属層が露出している場合に比べて、傷がつきにくい。さらに、銅合金の金属層１２０が露出していないので、露出している場合に比べて、熱の保温性に優れる。

なお、金属層１２０の材質がアルミニウム合金である場合も、金属層１２０の材質が銅合金である場合と同様な利点を有する。

（２）次に、ベース材１１０および金属層１３０の材質が鋼鉄であり、金属層１２０の材質がニッケルベースの超合金である場合の利点について説明する。

ニッケルベースの超合金は、鋼鉄に比べて、強度が高い。したがって、金属層１２０の存在により、完成品３００は、鋼鉄のみで構成された同形状の管体に比べて、強度を飛躍的に高めることができる。このように、完成品３００において、金属層１２０を補強材として機能させることができる。さらには、完成品３００は、鋼鉄のみで構成された同形状の管体に比べて、振動減衰比（つまり、材料が振動エネルギーを吸収して減衰する能力）を高めることが可能となる。なお、完成品３００の強度と鋼鉄のみで構成された同形状の管体の強度との差は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：carbon-fiber-reinforced plastic）の強度と単なるプラスチックの強度との差として例えることができる。

また、ニッケルベースの超合金は、鋼鉄に比べて、熱伝導率が低い。したがって、完成品３００に低い熱伝導率が要求されている場合には、完成品３００を、鋼鉄のみで構成された同形状の管体よりも低い熱伝導性の製品とすることができる。

また、ニッケルベースの超合金は、鋼鉄に比べて値段が高い。したがって、完成品３００は、ニッケルベースの超合金のみで構成された同形状の管体に比べて、安く製造することができる。

＜Ｃ．ハードウェア構成＞
図１２は、工作機械１のハードウェア構成の概要を表した図である。図１２を参照して、工作機械１は、オペレーティングシステム１１と、主軸頭１３と、主軸１４と、回転装置１８と、テーブル装置２０と、自動工具交換装置２１と、工具マガジン２２と、付加製造装置３０とを備える。

オペレーティングシステム１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、メモリ９２と、通信ＩＦ（InterFace）９３と、ディスプレイ９４と、操作キー９５とを有する。

ＣＰＵ９１は、メモリ９２に格納された各種プログラムを実行することにより、通信ＩＦ９３を介して、工作機械１の各部の動作を制御する。ディスプレイ９４は、工作機械１における各種の情報を工作機械１のユーザに視認可能に表示する。操作キー９５は、ユーザによる様々な入力（たとえば、加工開始の入力）を受け付ける。

オペレーティングシステム１１がユーザからの指示に応じた処理（ユーザが作成したプログラムに基づく処理）を実行することにより、たとえば、図５から図１１に基づいて説明したように、ワーク１００から複合材の完成品３００が製造される。

＜Ｄ．制御構造＞
図１３は、完成品３００を製造するための処理の流れを表したフローチャートである。図１３を参照して、ステップＳ２において、工作機械１は、ワーク１００を切削して、ベース材１１０を生成する。ステップＳ４において、工作機械１は、ベース材１１０の材料とは異なる種類の材料を、付加製造技術を用いてベース材１１０に付着させることにより、ベース材１１０の表面に金属層１２０を形成する。これにより、中間体２００が生成される。

ステップＳ６において、工作機械１は、中間体２００における金属層１２０の表面を切削する。つまり、工作機械１は、金属層１２０の一部を除去するための表面加工を行なう。なお、工作機械１は、上述したように、ステップＳ６を必ずしも実行しなくてもよい。

ステップＳ８において、工作機械１は、切削された金属層１２０を覆うための金属層１３０を、付加製造技術を用いて製造する。ステップＳ１０において、工作機械１は、金属層１３０の表面を切削する。つまり、工作機械１は、金属層１３０の一部を除去するための表面加工を行なう。これにより、完成品３００が生成される。

＜Ｅ．変形例＞
（１）上記においては、ワーク１００を工具で切削することによりベース材を生成する方法を説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、ベース材１１０を、付加製造技術により製造してもよい。つまり、ワーク（図示せず）に対して肉盛りを行なうことにより、ベース材１１０を製造してもよい。

（２）上記においては、吐出部３１０における粉体３９２の吐出口が１つである構成（図４）を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。２つ以上の吐出口を有し、たとえば吐出口毎に異なる金属の粉体を吐出可能なように、付加製造装置３０を構成してもよい。

（３）上記においては、付加製造装置３０を用いて、中間体２００の外周面に対して、ベース材１１０と同じ材質（つまり、鋼鉄）の粉体を用いて肉盛を行なうことにより、鋼鉄製の金属層１３０を作成した。しかしながら、これに限定されず、鋼鉄および金属層１２０の形成に用いた粉体の材質とは異なる材質の金属を用いて、アウター層である金属層１３０を形成してもよい。

（４）上記では、付加製造技術により形成された金属層１２０，１３０に対して、表面加工を行なう例をあげて説明したが、これに限定されるものではない。工作機械１における様々な工具を用いて、金属層１２０，１３０に様々な加工（たとえば、穴開け加工）を施してもよい。

（５）複合材の製造方法を以下のようにしてもよい。図１４は、付加製造技術を実行する際における金属の粉体の吐出の向きを、吐出対象となる領域毎に変更する構成を説明するための図である。

図１４（Ａ）は、図７と同様に、溝部１１１に対して鋼鉄とは異なる金属の肉盛（３Ｄプリンティング）をしている途中の状態を表している。図１４（Ｂ）は、ベース材１１０における表面（外周面）のうち、溝部１１１とは異なる領域１１２に対して、鋼鉄とは異なる金属の肉盛をしている途中の状態を表している。

図１４（Ａ），（Ｂ）を参照して、工作機械１は、領域１１２に対するレーザ光３９１の照射角度および金属の粉体３９２の吐出角度を、溝部１１１に対するレーザ光３９１の照射角度および金属の粉体３９２の吐出角度とは異なるように設定する。

つまり、オペレーティングシステム１１は、ベース材１１０の表面における溝部（第１の領域）においては、溝部１１１に対するレーザ光３９１の照射角度および粉体３９２の吐出角度が第１の角度となるように、ベース材１１０の姿勢を制御する。また、オペレーティングシステム１１は、ベース材１１０の表面における領域１１２（第２の領域）においては、領域１１２に対するレーザ光３９１および粉体３９２の吐出角度が第１の角度とは異なる第２の角度となるように、ベース材１１０の姿勢を制御する。

このように、工作機械１によれば、ユーザが予め設定した領域毎に、下地の金属に対する肉盛り方向（積み上げる方向）を変更することができる。それゆえ、領域毎に肉盛り方向を変更できない構成に比べて、工作機械１は複雑な形状の複合材を製造することが可能となる。

今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに制限されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 工作機械、１１ オペレーティングシステム、１２ スプラッシュガード、１３ 主軸頭、１４ 主軸、１６ 回転テーブル、１７ 台座、１８ 回転装置、１９ 扉、２０ テーブル装置、２１ 自動工具交換装置、２２ 工具マガジン、３０ 付加製造装置、３９ ホルダ、４０ 工具ホルダ、５０ 固定治具、９１ ＣＰＵ、９２ メモリ、１００，３９９ ワーク、１１０ ベース材、１１１ 溝部、１１２ 領域、１２０，１３０ 金属層、２００ 中間体、３００ 完成品、３１０ 吐出部、３１１ 先端部、３２０ 取付部、３３０ ホース部、３９１ レーザ光、３９２ 粉体、３９３ ガス、３９５ 肉盛素材、３９６ 肉盛層。

Claims (7)

1. 複合材の製造方法であって、
   除去加工を行なう工作機械の加工領域内に、第１の材料で構成された第１の部材を設置する工程と、
   前記加工領域内において、前記第１の部材の表面に、付加製造方式を指向性エネルギー堆積とした付加製造技術を用いて、前記第１の材料とは異なる種類の第２の材料を付着させる工程と、
   前記加工領域内において、前記付着された前記第２の材料で構成された第２の部材の一部を除去する工程と、
   前記加工領域内において、前記除去後の第２の部材を覆うための第３の部材を、前記付加製造技術を用いて製造する工程とを備え、
   前記第３の部材は、前記第１の材料、または前記第１の材料および前記第２の材料とは異なる第３の材料で構成されている、複合材の製造方法。
2. 前記工作機械を用いてワークを切削することにより前記第１の部材を製造する工程をさらに備える、請求項１に記載の複合材の製造方法。
3. 前記第２の材料を付着させる工程では、前記切削された箇所に対して前記第２の材料を付着させる、請求項２に記載の複合材の製造方法。
4. 前記付加製造技術により前記第１の部材を製造する工程をさらに備える、請求項１に記載の複合材の製造方法。
5. 前記指向性エネルギー堆積は、レーザまたは電子ビームのいずれかを利用するものであり、
   前記工作機械は、前記加工領域内に設置された前記第１の部材の姿勢を変更可能であり、
   前記複合材の製造方法は、
   前記第１の部材の表面における第１の領域においては、前記第１の領域に対する前記レーザまたは前記電子ビームの照射角度が第１の角度となるように、前記第１の部材の姿勢を制御する工程と、
   前記第１の部材の表面における第２の領域においては、前記第２の領域に対する前記レーザまたは前記電子ビームの照射角度が第２の角度となるように、前記第１の部材の姿勢を制御する工程とをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の複合材の製造方法。
6. 前記第２の材料は前記第１の材料よりも熱伝導性が高い、請求項１から５のいずれか１項に記載の複合材の製造方法。
7. 前記第２の材料は前記第１の材料よりも強度が強い、請求項１から５のいずれか１項に記載の複合材の製造方法。

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