JP6749362B2 - 照射装置、金属造形装置、金属造形システム、照射方法、及び金属造形物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属造形に用いられる照射装置及び照射方法に関する。また、そのような照射装置を備えた金属造形装置、及び、そのような金属造形装置を備えた金属造形システムに関する。また、そのような照射方法を含む金属造形物の製造方法に関する。

立体的な金属造形物を製造するための方法として、パウダーベッドを母材とする積層造形法が知られている。このような積層造形法には、（１）電子ビームを用いてパウダーベッドを溶融・凝固又は焼結させる電子ビーム方式と、（２）レーザビームを用いてパウダーベッドを溶融・凝固又は焼結させるレーザビーム方式と、がある（非特許文献１参照）。

電子ビーム方式の積層造形法では、電子ビームの照射による本加熱の前に、パウダーベッドを仮焼結させるための補助加熱（「予備加熱」と呼ばれることもある）を行う必要がある。仮焼結していないパウダーベッドに電子ビームを照射すると、パウダーベッドを構成する金属粉体が煙状に舞い上がるスモーク現象が生じ易く、正常な溶融池を形成することが困難だからである。なお、補助加熱においては、パウダーベッドの温度を金属粉体の融点の０．５倍以上０．８倍以下にすればよいことが知られている。

千葉晶彦著、"電子ビーム積層造形技術による金属組織の特徴"、計測と制御、第５４巻、第６号、２０１５年６月号、ｐ３９９−４００

上述したように、電子ビーム方式の積層造形法では、通常、電子ビームの照射による本加熱の前に、パウダーベッドを仮焼結させるための補助加熱が行われる。このため、電子ビーム方式の積層造形法には、以下のデメリットとメリットとがある。デメリットは、本加熱の前に補助加熱を行うため、金属造形物の積層造形に掛かる時間が長くなる点である。一方、メリットは、できあがった金属造形物において生じ得る残留応力が小さい点である。これは、パウダーベッドを補助加熱することの副次的効果であると考えられている。

これに対して、レーザビーム方式の積層造形法では、電子ビーム方式の積層造形法とは異なり金属粉体のチャージアップが起こり得ないことから上述したスモーク現象が起こり得ないため、通常、レーザビームの照射による本加熱の前に、パウダーベッドを仮焼結させるための補助加熱が行われない。このため、レーザビーム方式の積層造形法には、以下のメリットとデメリットとがある。メリットは、本加熱の前に補助加熱を行わないため、金属造形物の積層造形に掛かる時間が短くなる点である。一方、デメリットは、できあがった金属造形物において生じ得る残留応力が大きい点である。

したがって、レーザビーム方式の積層造形法においては、そのメリットを保ったまま、そのデメリットを低減することが求められる。すなわち、金属造形物の積層造形に掛かる時間を短く抑えながら、できあがった金属造形物において生じ得る残留応力を小さく抑えることが求められる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、金属造形物の積層造形に掛かる時間を短く抑えながら、できあがった金属造形物において生じ得る残留応力を小さく抑えることが可能な、レーザビーム方式の積層造形法を用いた照射装置、金属造形装置、金属造形システム、照射方法、又は金属造形物の製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る照射装置は、金属造形に用いられる照射装置において、金属粉体を含むパウダーベッドにレーザ光を照射する照射部を備え、上記照射部は、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が第１の値となるフォーカス状態と、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が上記第１の値よりも大きい第２の値となるデフォーカス状態とに可変可能である。

本発明の一態様に係る照射装置において、上記照射部が上記フォーカス状態を取るとき、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光の照射される領域の温度は、上記金属粉体の融点以上であり、上記照射部が上記デフォーカス状態を取るとき、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光の照射される領域の温度は、上記金属粉体の融点の０．５倍以上０．８倍以下である、ことが好ましい。

本発明の一態様に係る照射装置において、上記照射部は、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する照射点の位置を保ったまま、上記フォーカス状態から上記デフォーカス状態へと遷移するか、又は、上記デフォーカス状態から上記フォーカス状態へと遷移する、ことが好ましい。

本発明の一態様に係る照射装置において、上記照射部は、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する照射点の位置を保ったまま、上記デフォーカス状態から上記フォーカス状態へと遷移した後、上記フォーカス状態から上記デフォーカス状態へと遷移する、ように構成されていてもよい。

本発明の一態様に係る照射装置において、上記照射部は、少なくとも、（１）上記フォーカス状態及び上記デフォーカス状態の一方の状態を保ったまま、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する位置を移動する処理と、（２）上記フォーカス状態及び上記デフォーカス状態の他方の状態を保ったまま、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する位置を移動する処理とを、この順に実行する、ことが好ましい。

本発明の一態様に係る照射装置において、上記照射部は、少なくとも、（１）上記デフォーカス状態を保ったまま、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する位置を移動する処理と、（２）上記フォーカス状態を保ったまま、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する位置を移動する処理と、（３）上記デフォーカス状態を保ったまま、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する位置を移動させる処理とを、この順に実行する、ように構成されていてもよい。

本発明の一態様に係る照射装置は、上記レーザ光の光路の途中に挿入された第１の集光レンズであって、その位置を移動させることによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える第１の集光レンズを更に備えている、ことが好ましい。

本発明の一態様に係る照射装置は、上記第１の集光レンズが設けられている位置とは異なる位置に設けられた第２の集光レンズであって、上記光路に挿入されるか又は上記光路から取り外されるかによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える第２の集光レンズを更に備えている、ことが好ましい。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に掛かる照射部は、金属粉体を含むパウダーベッドにレーザ光を照射する照射部において、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が第１の値になるフォーカス状態と、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が上記第１の値よりも大きい第２の値になるデフォーカス状態とに可変可能である。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る金属造形装置は、上述した本発明の何れか一態様に掛かる照射装置と、上記レーザ光を導波する光ファイバと、を備えている。

本発明の一態様に係る金属造形装置は、上記照射部がデフォーカス状態を取るとき、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光の照射される領域の温度が、上記金属粉体の融点の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記照射部を制御する制御部を更に備えている、ことが好ましい。

本発明の一態様に係る金属造形装置は、上述した本発明の何れか一態様に掛かる照射装置と、上記レーザ光を導波する光ファイバと、上記第１の集光レンズの上記位置を制御することによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える制御部を更に備えている、ことが好ましい。

本発明の一態様に係る金属造形装置は、上述した本発明の何れか一態様に掛かる照射装置と、上記レーザ光を導波する光ファイバと、上記第２の集光レンズを、上記光路に挿入するか、上記光路から取り外すかのいずれかを制御することによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える制御部を更に備えている、ことが好ましい。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る金属造形システムは、本発明の一態様に掛かる金属造形装置と、上記レーザ光を出力するレーザ装置と、上記パウダーベッドを保持するための造形テーブルと、を含んでいる。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る照射方法は、金属粉体を含むパウダーベッドにレーザ光を照射する照射工程を含む。上記照射工程において、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が第１の値となるフォーカス状態と、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が上記第１の値よりも大きい第２の値となるデフォーカス状態との両方の状態を取る。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る金属造形物の製造方法は、金属粉体を含むパウダーベッドにレーザ光を照射する照射工程を含む。上記照射工程において、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が第１の値となるフォーカス状態と、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が上記第１の値よりも大きい第２の値となるデフォーカス状態との両方の状態を取る。

本発明の一態様によれば、レーザビーム方式の積層造形法を採用しながらも、金属造形物において生じ得る残留応力を小さく抑えることが可能な照射装置、金属造形装置、金属造形システム、照射方法、又は金属造形物の製造方法を実現することにある。

本発明の一実施形態に掛かる金属造形システムの構成を示す構成図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図１に示す金属造形システムが備える照射装置の構成を示す構成図である。（ａ）は、フォーカス状態である照射装置を示し、（ｂ）は、デフォーカス状態である照射装置を示す。（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ、フォーカス状態及びデフォーカス状態である照射装置から照射されたレーザ光のビームスポットを示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図２に示す照射装置の変形例の構成を示す構成図である。 本発明の一実施形態に係る金属造形物の製造方法の流れを示すフローチャートである。 図４に示した金属造形物の製造方法に含まれるレーザ光照射工程の流れを示すフローチャートである。 （ａ）は、図５に示したレーザ光照射工程においてレーザ光を照射する領域を示す平面図である。（ｂ）は、照射点Ｐ_ｉについてデフォーカス状態でレーザ光を照射した状態を示す平面図である。（ｃ）は、照射点Ｐ_ｉ＋１についてデフォーカス状態でレーザ光を照射した状態を示す平面図である。（ｄ）は、照射点Ｐ_ｉ＋１についてフォーカス状態でレーザ光を照射した状態を示す平面図である。（ｅ）は、照射点Ｐ_ｉ＋１についてデフォーカス状態でレーザ光を照射した状態を示す平面図である。 図５に示したレーザ光照射工程の変形例の流れを示すフローチャートである。 （ａ）は、図７に示したレーザ光照射工程においてレーザ光を照射する領域を示す平面図である。（ｂ）は、デフォーカス状態で、所定の領域内においてレーザ光を走査している状態を示す平面図である。（ｃ）は、フォーカス状態で、所定の領域内においてレーザ光を走査している状態を示す平面図である。（ｄ）は、デフォーカス状態で、所定の領域内においてレーザ光を走査している状態を示す平面図である。

（金属造形システムの構成）
本発明の一実施形態に係る金属造形システム１について、図１〜図２を参照して説明する。図１は、金属造形システム１の構成を示す構成図である。図２の（ａ）及び（ｂ）は、後述する照射装置１３の構成を示す構成図である。図２の（ａ）は、フォーカス状態である照射装置１３を示し、図２の（ｂ）は、デフォーカス状態である照射装置１３を示す。図２の（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ、フォーカス状態及びデフォーカス状態である照射装置１３から照射されたレーザ光ＬのビームスポットＢＳ１，ＢＳ２を示す平面図である。

金属造形システム１は、立体的な金属造形物ＭＯを積層造形するためのシステムであり、図１に示すように、造形テーブル１０と、レーザ装置１１と、光ファイバ１２と、ガルバノスキャナ１３ａを含む照射装置１３と、測定部１４と、制御部１５と、を備えている。なお、本明細書においては、金属造形システム１の要部のことを、「金属造形装置」と呼ぶ。金属造形装置は、少なくとも光ファイバ１２及び照射装置１３を含み、測定部１４及び制御部１５を含み得る。なお、図１において、制御部１５とレーザ装置１１とを結ぶ線は、制御部１５にて生成された制御信号をレーザ装置１１に送信するための信号線を表し、互いに電気的または光学的に接続されている。また、図１において、制御部１５と照射装置１３とを結ぶ線は、制御部１５にて生成された制御信号を照射装置１３に送信するための信号線を表し、互いに電気的または光学的に接続されている。また、図１において、制御部１５と測定部１４とを結ぶ線は、測定部１４にて得られた測定結果を表す信号を制御部１５に送信するための信号線を表し、互いに電気的または光学的に接続されている。

本節では、造形テーブル１０、レーザ装置１１、光ファイバ１２、及び照射装置１３について説明した後、これらの構成が奏する効果について説明する。なお、測定部１４及び制御部１５については、次節で説明する。

造形テーブル１０は、パウダーベッドＰＢを保持するための構成である。造形テーブル１０は、例えば図１に示すように、リコータ１０ａと、ローラ１０ｂと、ステージ１０ｃと、これらが装備されたテーブル本体１０ｄと、により構成することができる。リコータ１０ａは、金属粉体を供給するための手段である。ローラ１０ｂは、リコータ１０ａによって供給される金属粉体を、ステージ１０ｃ上に均し広げるための手段である。ステージ１０ｃは、ローラ１０ｂによって均し広げられた金属粉体を載置するための手段であり、昇降可能に構成されている。パウダーベッドＰＢは、ステージ１０ｃ上に均し広げられた金属粉体を含んで構成されている。金属造形物ＭＯは、（１）前述したようにステージ１０ｃ上にパウダーベッドＰＢを形成する工程と、（２）後述するようにレーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬをパウダーベッドＰＢに照射することによって、金属造形物ＭＯの一断層を造形する工程と、（３）ステージ１０ｃを一断層分降下させる工程と、を繰り返すことによって、所定の厚みを有する断層毎に造形される。

なお、造形テーブル１０は、パウダーベッドＰＢを保持する機能を有していればよく、その構成は、前述したものに限定されない。例えば、リコータ１０ａの代わりに、金属粉体を収容する紛体槽を備え、この紛体槽の底板を上昇させることによって、金属粉体を供給する構成を採用してもよい。

レーザ装置１１は、レーザ光Ｌを出力するための構成である。本実施形態においては、レーザ装置１１として、ファイバレーザを用いている。レーザ装置１１として利用するファイバレーザは、共振器型のファイバレーザであってもよいし、ＭＯＰＡ（Master Oscillator - Power Amplifier）型のファイバレーザであってもよい。別の言い方をすれば、連続発振型のファイバレーザであってもよいし、パルス発振型のファイバレーザであってもよい。また、レーザ装置１１は、ファイバレーザ以外のレーザ装置であってもよい。固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなど、任意のレーザ装置を、レーザ装置１１として利用することができる。

光ファイバ１２は、レーザ装置１１から出力されるレーザ光Ｌを導波するための構成である。本実施形態においては、光ファイバ１２として、ダブルクラッドファイバを用いている。ただし、光ファイバ１２は、ダブルクラッドファイバに限定されない。シングルクラッドファイバ、トリプルクラッドなど、任意の光ファイバを、光ファイバ１２として利用することができる。

照射装置１３は、光ファイバ１２によって導波されるレーザ光Ｌを、パウダーベッドＰＢに照射するための構成である。本実施形態においては、照射装置１３として、ガルバノ型の照射装置を用いている。照射装置１３の構成について、図２を参照して説明する。

照射装置１３は、図２に示すように、第１ガルバノミラー１３ａ１及び第２ガルバノミラー１３ａ２を含むガルバノスキャナ１３ａと、集光レンズ１３ｂと、を備えている。光ファイバ１２から出力されるレーザ光Ｌは、（１）第１ガルバノミラー１３ａ１によって反射され、（２）第２ガルバノミラー１３ａ２によって反射され、（３）集光レンズ１３ｂによって集光された後、パウダーベッドＰＢに照射される。なお、集光レンズ１３は、請求の範囲に記載の第１の集光レンズの一例である。

ここで、第１ガルバノミラー１３ａ１は、パウダーベッドＰＢの表面に形成されるレーザ光Ｌのビームスポットを、第１の方向（例えば、図示したｘ軸方向）に移動するための構成である。第２ガルバノミラー１３ａ２は、パウダーベッドＰＢの表面に形成されるレーザ光Ｌのビームスポットを、第１の方向と交わる（例えば、直交する）第２の方向（例えば、図示したｙ軸方向）に移動するための構成である。

集光レンズ１３ｂは、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光Ｌのビームスポット径を制御するための構成である。集光レンズ１３ｂは、第１の方向及び第２の方向の何れとも交わる（例えば直交する）第３の方向（例えば、図示したｚ軸方向）に、その位置ｚを移動可能なように構成されている。本実施形態に係る照射装置１３は、集光レンズ１３ｂを更に備えている。このため、照射装置１３によれば、パウダーベッドＰＢに照射されるレーザ光Ｌのパワー密度を高めることができる。したがってレーザ光Ｌのパワーが比較的低い場合であっても、レーザ光Ｌのビームスポット内でのパウダーベッドＰＢの温度を十分に高めることができる。このため、レーザ光Ｌのビームスポット内でのパウダーベッドＰＢの温度を十分に高めるために要する消費電力を削減することができる、という効果を奏する。照射装置１３を備えた金属造形装置、及び、そのような金属造形装置を備えた金属造形システム１によっても、同様の効果を奏する。

本実施形態では、図２の（ａ）に示すように、集光レンズ１３ｂの位置ｚをｚ＝ｚ１に制御した場合と、図２の（ｂ）に示すように、位置ｚをｚ＝ｚ１よりもｚ軸負方向側に位置するｚ＝ｚ２に制御した場合とを例に用いて、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光Ｌのビームスポットのビームスポット径について説明する。以下では、位置ｚをｚ＝ｚ１に制御した場合に得られる、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光ＬのビームスポットをビームスポットＢＳ１と称し（図２の（ｃ）参照）、位置ｚをｚ＝ｚ２に制御した場合に得られる、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光ＬのビームスポットをビームスポットＢＳ２と称する（図２の（ｄ）参照）。図２の（ｄ）に示すように、ビームスポットＢＳ２のビームスポット径Ｄ２は、ビームスポットＢＳ１のビームスポット径Ｄ１よりも大きい。このように、照射装置１３は、集光レンズ１３ｂの位置ｚをｚ軸方向に移動することによって、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光Ｌのビームスポット径を制御することができる。すなわち、集光レンズ１３ｂの位置ｚを移動させることによって、フォーカス状態とデフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替えることができる。なお、ビームスポットＢＳ１，ＢＳ２は、請求の範囲に記載の、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌの照射される領域の一例であり、ビームスポット径Ｄ１，Ｄ２は、請求の範囲に記載の第１の値及び第２の値の一例である。また、上述した説明では、一例として、位置ｚをｚ＝ｚ１もしくはｚ２に制御した場合を説明したが、これらの位置に限定されない。すなわち、フォーカス状態のビームスポット径がデフォーカス状態のビームスポット径よりも小さい値であれば、フォーカス状態のビームスポット径もしくはデフォーカス状態のビームスポット径のいずれか一方を予め定めた上で、他方のビームスポット径がビームスポット径Ｄ１，Ｄ２とは異なる値になる様、位置ｚをｚ＝ｚ１もしくはｚ２以外の値に制御してもよい。

なお、照射装置１３がパウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光Ｌのビームスポット径を制御する方法は、上述した集光レンズ１３ｂの位置ｚを移動することに限定されるものではない。例えば、ガルバノスキャナ１３ａに対する集光レンズ１３ｂの相対的な位置を変化させない状態のまま、照射装置１３自体をｚ軸方向に移動することでも、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光Ｌのビームスポット径を制御することができる。

レーザ光のパワーは、ビームスポット径を変化させた場合であっても変化しないため、ビームスポット径を小さくすればするほど、そのビームスポットにおけるレーザ光のエネルギー密度は、高まる。図２の（ｄ）に示したビームスポットＢＳ２のビームスポット径Ｄ２は、図２の（ｃ）に示したビームスポットＢＳ１のビームスポット径Ｄ１よりも大きい。したがって、ビームスポットＢＳ２におけるエネルギー密度は、ビームスポットＢＳ１におけるエネルギー密度よりも低い。以下では、図２の（ｃ）に示した状態をフォーカス状態と称し、図２の（ｄ）に示した状態をデフォーカス状態と称する。フォーカス状態におけるビームスポット径Ｄ１は、照射装置１３がレーザ光Ｌを照射する前に予め定められていてもよいし、照射装置１３がレーザ光Ｌを照射したとき、あるいは、レーザ光Ｌを照射した後に定めてもよい。いずれにしても、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光Ｌのビームスポット径がビームスポット径Ｄ１になっているレーザ光のことをフォーカス状態のレーザ光Ｌと称する。上記ビームスポット径がビームスポット径Ｄ１になっているフォーカス状態に対して、上記ビームスポット径がビームスポット径Ｄ１よりも大きいビームスポット径Ｄ２になっているレーザ光のことをデフォーカス状態のレーザ光Ｌと称する。また、図２の（ｃ）に示した状態のレーザ光を用いて金属粉体を加熱することを本加熱と呼び、図２の（ｄ）に示した状態のレーザ光を用いて金属粉体を加熱することを補助加熱と呼ぶ。

ビームスポットＢＳ１，ＢＳ２におけるエネルギー密度を高めれば高めるほど、より高いエネルギーが一点に集中するため、パウダーベッドＰＢ表面におけるビームスポットＢＳ１，ＢＳ２の温度Ｔ１，Ｔ２は、高まる。エネルギー密度は、単位面積当たりに照射するレーザ光のエネルギーを表すものである。したがって、エネルギー密度を高めれば高めるほど、単位面積当たりのエネルギー注入量が多くなり、レーザ光を照射された領域の温度は、高まる。したがって、図２の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、Ｄ１＜Ｄ２の条件が満たされている場合、パウダーベッドＰＢ表面において、温度Ｔ１１は、ビームスポットＢＳ２の温度Ｔ２を上回る。

ビームスポットＢＳ１におけるエネルギー密度を最も高めたい場合には、照射装置１３は、ビームスポット径Ｄ１が最も小さくなるように位置ｚを定めればよい。この場合、ビームスポット径Ｄ１は、集光レンズ１３ｂによって集光された第１のレーザ光ＬＡのビームウエスト径におよそ一致する。

例えば、ビームスポット径Ｄ１が最も小さくなるように位置ｚを定めた場合、レーザ装置１１が出力するレーザ光Ｌのパワーによっては、ビームスポットＢＳ１におけるエネルギー密度が高くなりすぎることがある。照射装置１３は、フォーカス状態において、温度Ｔ１が所望の温度となるように、位置ｚを適宜定めることができる。また、照射装置１３は、デフォーカス状態において、温度Ｔ２が所望の温度となるように、Ｄ１＜Ｄ２の条件を満たす範囲内であれば、位置ｚを適宜設定することができる。ビームスポット径Ｄ１，Ｄ２の一例としては、Ｄ１＝２０μｍ及びＤ２＝２００μｍが挙げられる。この場合、ビームスポット径Ｄ２は、ビームスポット径Ｄ１の１０倍である。

このように構成された照射装置１３は、レーザ光Ｌのビームスポット径Ｄ１が小さく、本加熱に好適なフォーカス状態、すなわち、エネルギー密度が高いフォーカス状態と、レーザ光Ｌのビームスポット径Ｄ２が大きく、補助加熱に好適なデフォーカス状態、すなわち、エネルギー密度が低いデフォーカス状態とを可変させることができる。換言すれば、照射装置１３は、本加熱に好適な状態と、補助加熱に好適な状態とを可変させることができる。本加熱と補助加熱とを切り替えながら併用することによって、本加熱された領域とその周辺の領域との温度差を小さくすることができる。その結果、本加熱が終了した後の凝固した又は焼結した金属造形物ＭＯの少なくとも一部の断層の温度低下を緩やかにすることができる。したがって、照射装置１３を備えた金属造形システム１は、金属造形物ＭＯにおける残留応力を小さく（例えば、電子ビームを使った金属造形装置と同程度に）抑えることができる。
また、照射装置１３は、上述したように、１つのレーザ装置を用いて本加熱と補助加熱とを切り替えることができる。したがって、照射装置１３は、本加熱用のレーザ装置と補助加熱用のレーザ装置とを別個に用いることなく、簡易な構成を用いて本加熱と補助加熱とを実施することができる。また、特に、本実施形態においては、フォーカス状態とデフォーカス状態とを単一のガルバノスキャナ１３ａで実現できるので、両者の状態を、間隔（時間的及び／又は空間的な間隔）を大きく空けずに行われる。したがって、補助加熱を行うために余計に時間を掛ける必要がない。また、補助加熱を行うために余計な設備を設ける必要もない。

照射装置１３は、（１）フォーカス状態を取るとき、パウダーベッドＰＢの表面において温度Ｔ１が上記金属粉体の融点Ｔｍ以上となるように、位置ｚを制御し（２）デフォーカス状態を取るとき、パウダーベッドＰＢの表面において温度Ｔ２は、融点Ｔｍの０．５倍以上０．８倍以下となるように、位置ｚを制御することが好ましい。

なお、照射装置１３は、フォーカス状態を取るとき、パウダーベッドＰＢの表面において温度Ｔ１が融点Ｔｍの０．８倍を上回り、且つ、融点Ｔｍよりも低くなるように、位置ｚを制御してもよい。

本加熱により温度Ｔ１が融点Ｔｍ以上となるように、位置ｚを制御した場合には、ビームスポットＢＳ１の軌跡においてパウダーベッドＰＢが溶融・凝固する。これにより、金属造形物ＭＯの各断層が造形される。一方、本加熱により温度Ｔ１が融点Ｔｍの０．８倍を上回り、且つ、融点Ｔｍよりも低くなるように、位置ｚを制御した場合には、ビームスポットＢＳ１の軌跡においてパウダーベッドＰＢが焼結する。これにより、金属造形物ＭＯの各断層が造形される。また、上記の手段によれば、補助加熱により、本加熱用のレーザ光Ｌを照射する前又は後の温度Ｔ２を上昇させることができる。したがって、ビームスポットＢＳ１における温度Ｔ１と、ビームスポットＢＳ１の近傍領域における温度との差を小さくすることができるため、照射装置１３、照射装置１３を備えた金属造形装置、及び金属造形システム１の各々は、金属造形物ＭＯにおける残留応力をより確実に小さく抑えることができる。

この位置ｚの制御は、後述する制御部１５により実現することもできる。すなわち、照射装置１３を備えた金属造形装置及び金属造形システム１は、照射装置１３がデフォーカス状態を取るとき、パウダーベッドＰＢの表面においてビームスポットＢＳ２の温度が融点Ｔｍの０．５倍以上０．８倍以下となるように、位置ｚを制御する制御部１５を更に備えていることが好ましい。

補助加熱中に、パワー一定の状態でレーザ光ＬをパウダーベッドＰＢの表面に照射している場合であっても、温度Ｔ２が変動する可能性がある。そこで、金属造形装置及び金属造形システム１が後述する制御部１５を備えていることによって、補助加熱中に、なんらかの理由により温度Ｔ２が変動し得る場合であっても、温度Ｔ２をより適切な温度に保つことができる。したがって、金属造形装置及び金属造形システム１は、温度Ｔ２が変動し得る場合であっても、金属造形物における残留応力を、更に小さく抑えることができる。

なお、照射装置１３がフォーカス状態をとるとき、パウダーベッドＰＢの表面において温度Ｔ１が、融点Ｔｍの０．８倍を上回るように、又は、融点Ｔｍ以上となるように、制御部１５が集光レンズ１３ｂの位置ｚを制御することが好ましい。

本加熱中のビームスポットＢＳ１の温度Ｔ１が、融点Ｔｍの０．８倍を上回り、且つ、融点Ｔｍを下回ることによって、パウダーベッドＰＢの表面における金属粉体は、溶融はしないものの焼結することによって一定の強度を有するようになる。したがって、金属造形システム１は、焼結された金属粉体により構成された金属造形物ＭＯを得ることもできる。

（照射装置の変形例）
図２の（ａ）及び（ｂ）に示した照射装置１３の変形例である照射装置１３Ａについて、図３の（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図３の（ａ）及び（ｂ）は、照射装置１３Ａの構成を示す構成図である。図３の（ａ）は、フォーカス状態である照射装置１３Ａを示し、図３の（ｂ）は、デフォーカス状態である照射装置１３Ａを示している。

照射装置１３Ａは、照射装置１３と同様に、第１ガルバノミラー１３ａ１及び第２ガルバノミラー１３ａ２を含むガルバノスキャナ１３Ａａと、集光レンズ１３ｂとを備えている（図３の（ａ）及び（ｂ）参照）。そのうえで、照射装置１３Ａが備えているガルバノスキャナ１３Ａａは、更に、集光レンズ１３Ａａ３を更に備えている。第１ガルバノミラー１３ａ１、第２ガルバノミラー１３ａ２、及び集光レンズ１３ｂは、照射装置１３と同じ構成であるため、その説明を省略する。本変形例では、請求の範囲に記載の第２の集光レンズの一例である集光レンズ１３Ａａ３について説明する。

集光レンズ１３Ａａ３は、集光レンズ１３ｂと併せて、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光Ｌのビームスポット径を制御するための構成である。本変形例において、集光レンズ１３Ａａ３は、光ファイバ１２と、第１ガルバノミラー１３ａ１との間に設けられており、第３の方向（例えば、図示したｚ軸方向）に、その位置ｚを移動可能なように構成されている。したがって、照射装置１３Ａは、集光レンズ１３Ａａ３を、レーザ光Ｌの光路の途中に挿入したり、当該光路から取り外したりすることができる。別の言い方をすれば、金属造形装置及び金属造形システム１においては、制御部１５が集光レンズ１３Ａａ３の位置を制御することによって、集光レンズ１３Ａａ３を、レーザ光Ｌの光路の途中に挿入したり、当該光路から 取り外したりすることができる。なお、制御部１５は、集光レンズ１３Ａａ３と集光レンズ１３ｂとが両方設けられた状態で集光レンズ１３ｂを動かすように構成されていてもよい。この場合、制御部１５は、集光レンズ１３ｂをＸ軸方向やＹ軸方向などに移動させることによって、レーザ光Ｌの光路から集光レンズ１３ｂを取り外したり、当該光路に集光レンズ１３を挿入したりするように構成されていてもよい。

なお、本実施形態では、集光レンズ１３Ａａ３をｚ軸方向に移動させることによって、集光レンズ１３Ａａ３を上記光路から取り外す構成を採用している。しかし、集光レンズ１３Ａａ３を上記光路から取り外すときに集光レンズ１３Ａａ３を移動させる方向は、集光レンズ１３Ａａ３をレーザ光Ｌの光路から取り外すことができる方向であれば何れの方向であってもよい。この方向の他の例としては、Ｘ軸方向などが挙げられる。

また、レーザ光Ｌの光路のうち、集光レンズ１３Ａａ３が設けられる位置は、光ファイバ１２と、第１ガルバノミラー１３ａ１との間に限定されるものではない。集光レンズ１３Ａａ３を配置するスペースさえあれば、集光レンズ１３Ａａ３は、レーザ光Ｌの光路のうち任意の位置に設けることができる。また、光ファイバ１２に近い側を光路の上流側として、パウダーベッドＰＢに近い側を光路の下流側として、集光レンズ１３ｂと集光レンズ１３Ａａ３との位置関係は、図３に示すように集光レンズ１３ｂが集光レンズ１３Ａａ３より下流側に位置してもよいし、集光レンズ１３ｂが集光レンズ１３Ａａ３より上流側に位置してもよい。

照射装置１３Ａは、フォーカス状態を取るために、図３の（ａ）に示すように、上記光路から集光レンズ１３Ａａ３から取り外された状態で、集光レンズ１３ｂの位置ｚをｚ＝ｚ１となるように制御する。この場合のレーザ光Ｌのビームスポット径Ｄ１は、図２の（ａ）に示した状態と同じである。

照射装置１３Ａは、デフォーカス状態を取るために、図３の（ｂ）に示すように、位置ｚをｚ＝ｚ１から変更することなく、集光レンズ１３Ａａ３を上記光路の途中に備えている。ここで、集光レンズ１３Ａａ３は、レーザ光Ｌの光路の途中へ挿入したり、当該光路から取り外したりすることが可能な状態で照射装置１３に設けられている。これによれば、集光レンズ１３Ａａ３を上記光路の途中へ挿入していない状態と比較して、レーザ光Ｌの光路の拡がり角が変化し、その結果として、位置ｚをｚ＝ｚ２に変化させた場合と同様に、ビームスポット径Ｄ２をビームスポットＤ１よりも大きくすることができる。この場合のレーザ光Ｌのビームスポット径Ｄ２は、図２の（ｂ）に示した状態と同じである。したがって、照射装置１３Ａは、集光レンズ１３Ａａ３をレーザ光Ｌの光路に挿入したり、当該光路から取り外したりすることによって、フォーカス状態とデフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替えることができる。

なお、本実施形態において、照射装置１３Ａは、（１）集光レンズ１３Ａａ３をレーザ光Ｌの光路から取り外した状態でフォーカス状態となり、集光レンズ１３Ａａ３をレーザ光Ｌの光路に挿入した状態でデフォーカス状態となる構成を採用している。しかし、照射装置１３Ａは、（２）集光レンズ１３Ａａ３をレーザ光Ｌの光路から取り外した状態でデフォーカス状態となり、集光レンズ１３Ａａ３をレーザ光Ｌの光路に挿入した状態でフォーカス状態となる構成を採用することもできる。なお、フォーカス状態におけるビームスポットＢＳ１の精度を高めるという観点では、上述した（２）の構成よりも、上述した（１）の構成の方が好ましい。なぜなら、レンズを精度よく、且つ、素早く挿入したり取り外したりするための移動機構の実装が不要となり、比較的簡易な構成で実現できるためである。

照射装置１３Ａは、照射装置１３と同様に、フォーカス状態において、温度Ｔ１が所望の温度Ｔとなるように、位置ｚを適宜定めることができる。また、照射装置１３においては、デフォーカス状態である場合に温度Ｔ２が所望の温度となるように、Ｄ１＜Ｄ２の条件を満たす範囲内であれば、集光レンズ１３Ａａ３の焦点距離を適宜設定することができる。

このように構成された照射装置１３Ａは、照射装置１３と同様の効果を奏する。

（測定部及び制御部）
前述したように金属造形装置は、測定部１４及び制御部１５を含み得る。本節では、測定部１４及び制御部１５について説明する。

測定部１４は、パウダーベッドＰＢの温度（例えば、表面温度）を測定するための構成である。測定部１４としては、例えば、サーモカメラを用いることができる。制御部１５は、照射装置１３又は照射装置１３Ａを制御するための構成である。本実施形態では、照射装置１３を例にして説明する。制御部１５としては、例えば、マイコンを用いることができる。本実施形態において、制御部１５は、測定部１４によって測定される温度に基づいて、照射装置１３を制御する。

例えば、図２に示した照射装置１３の場合であれば、制御部１５は、集光レンズ１３ｂの位置ｚを制御することによって、フォーカス状態（図２の（ａ）に示した状態）とデフォーカス状態（図２の（ｂ）に示した状態）とのいずれかの状態に切り替える。また、図３に示した照射装置１３Ａの場合であれば、制御部１５は、集光レンズ１３Ａａ３をレーザ光Ｌの光路に挿入するか、該光路から取り外すかの何れかを制御することによって、フォーカス状態（図３の（ａ）に示した状態）とデフォーカス状態（図３の（ｂ）に示した状態）とのいずれかの状態に切り替える。

制御部１５が行う処理の例を以下に説明する。制御部１５は、（１）照射装置１３がフォーカス状態を取るとき、パウダーベッドＰＢの表面において温度Ｔ１が融点Ｔｍ以上となり、（２）照射装置１３がデフォーカス状態を取るとき、パウダーベッドＰＢの表面において温度Ｔ２は、融点Ｔｍの０．５倍以上０．８倍以下となるように、集光レンズ１３ｂの位置ｚを制御する。この構成によれば、金属造形装置及び金属造形システム１は、金属粉体を溶融・凝固させることによって、金属造形物ＭＯの各断層を造形することができる。そのうえで、金属造形物ＭＯにおける残留応力を、上述したように、より小さく抑えることができる。

なお、金属粉体を焼結させることによって金属造形物ＭＯの各断層を造形する場合、制御部１５は、（１）照射装置１３がフォーカス状態を取るとき、パウダーベッドＰＢの表面において温度Ｔ１が融点Ｔｍの０．８倍を上回り、且つ、融点Ｔｍを下回り、（２）照射装置１３がデフォーカス状態を取るとき、パウダーベッドＰＢの表面において温度Ｔ２が融点Ｔｍの０．５倍以上０．８倍以下となるように、集光レンズ１３ｂの位置ｚを制御する。この場合にも、金属造形装置及び金属造形システム１は、金属造形物ＭＯにおける残留応力を、より小さく抑えることができる。

また、制御部１５は、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する照射点の位置を保ったまま、フォーカス状態からデフォーカス状態へと遷移するか、又は、デフォーカス状態からフォーカス状態へと遷移するように、位置ｚを制御してもよい。

また、制御部１５は、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する照射点の位置を保ったまま、デフォーカス状態からフォーカス状態へと遷移した後、フォーカス状態からデフォーカス状態へと遷移するように、位置ｚを制御してもよい。

また、制御部１５は、少なくとも、（１）フォーカス状態及びデフォーカス状態の一方の状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する位置を移動する（すなわち走査する）処理と、（２）フォーカス状態及びデフォーカス状態の一方の状態から他方の状態へ遷移させる処理と、（３）フォーカス状態及びデフォーカス状態の他方の状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する位置を移動する（すなわち走査する）処理とを、この順に実行するように、照射装置１３を制御してもよい。

また、制御部１５は、少なくとも、（１）デフォーカス状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する位置を移動する（すなわち走査する）処理と、（２）デフォーカス状態からフォーカス状態へ遷移させる処理と、（３）フォーカス状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する位置を移動する（すなわち走査する）処理と、（４）フォーカス状態からデフォーカス状態へ遷移させる処理と、（５）デフォーカス状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する位置を移動させる（すなわち走査する）処理とを、この順に実行するように、照射装置１３を制御してもよい。

上述したこれらの各処理と、各処理によって得られる効果については、次節で説明する。

（金属造形物の製造方法）
金属造形システム１を用いた金属造形物ＭＯの製造方法Ｓについて、図４〜図６を参照して説明する。図４は、製造方法Ｓの流れを示すフローチャートである。図５は、製造方法Ｓに含まれるレーザ光照射工程Ｓ２の流れを示すフローチャートである。図６の（ａ）は、レーザ光照射工程Ｓ２においてレーザ光Ｌを照射する領域ＲＰを示す平面図である。図６の（ｂ）は、照射点Ｐ_ｉについてデフォーカス状態でレーザ光Ｌを照射した状態を示す平面図である。図６の（ｃ）は、照射点Ｐ_ｉ＋１についてデフォーカス状態でレーザ光Ｌを照射した状態を示す平面図である。図６の（ｄ）は、照射点Ｐ_ｉ＋１についてフォーカス状態でレーザ光Ｌを照射した状態を示す平面図である。図６の（ｅ）は、照射点Ｐ_ｉ＋１についてデフォーカス状態でレーザ光Ｌを照射した状態を示す平面図である。

製造方法Ｓは、図４に示すように、パウダーベッド形成工程Ｓ１と、レーザ光照射工程Ｓ２（特許請求の範囲における「照射方法」の一例）と、ステージ降下工程Ｓ３と、造形物取出工程Ｓ４と、を含んでいる。金属造形物ＭＯは、前述したように、断層毎に造形される。パウダーベッド形成工程Ｓ１、レーザ光照射工程Ｓ２、及びステージ降下工程Ｓ３を、断層数分、繰り返し実行される。このように、パウダーベッド形成工程Ｓ１、レーザ光照射工程Ｓ２、及びステージ降下工程Ｓ３を断層数分繰り返すことによって、金属造形物ＭＯができあがる。

パウダーベッド形成工程Ｓ１は、造形テーブル１０のステージ１０ｃ上にパウダーベッドＰＢを形成する工程である。パウダーベッド形成工程Ｓ１は、例えば、（１）リコータ１０ａを用いて金属粉体を供給する工程と、（２）ローラ１０ｂを用いて金属粉体をステージ１０ｃ上に均し広げる工程と、により実現することができる。

レーザ光照射工程Ｓ２は、レーザ光ＬをパウダーベッドＰＢに照射することによって、金属造形物ＭＯの一断層を造形する工程である。なお、レーザ光照射工程Ｓ２においてレーザ光Ｌを照射する領域ＲＰは、パウダーベッドＰＢの少なくとも一部の領域であり、金属造形物ＭＯの断層形状に応じて決定される。レーザ光照射工程Ｓ２については、造形物取出工程Ｓ４の後に節を設けて詳しく説明する。

ステージ降下工程Ｓ３は、一段層分、造形テーブル１０のステージ１０ｃを降下させる工程である。これにより、ステージ１０ｃ上に新たなパウダーベッドＰＢを形成することが可能になる。

造形物取出工程Ｓ４は、できあがった金属造形物ＭＯをパウダーベッドＰＢの中から取り出す工程である。これにより、金属造形物ＭＯが完成する。

（レーザ光照射工程Ｓ２）
本実施形態では、図６の（ａ）に示すように、直線状の領域ＲＰに対してレーザ光Ｌを照射する場合を例にして、レーザ光照射工程Ｓ２を説明する。なお、以下においては、金属粉体を溶融・凝固することによって金属造形物ＭＯを造形する場合を例にしてレーザ光照射工程Ｓ２を説明するが、金属粉体を焼結することによって金属造形物ＭＯを造形する場合にもレーザ光照射工程Ｓ２を適用可能である。

レーザ光照射工程Ｓ２において、制御部１５は、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する照射点の位置を保ったまま、フォーカス状態からデフォーカス状態へと遷移するか、又は、デフォーカス状態からフォーカス状態へと遷移するように、照射装置１３を制御する。すなわち、制御部１５は、（１）レーザ光Ｌを照射する照射点の位置を保ったまま、フォーカス状態からデフォーカス状態へと照射装置１３を遷移させてもよいし、（２）レーザ光Lを照射する照射点の位置を保ったまま、デフォーカス状態へと照射装置１３を遷移させてもよい。

この手段によれば、フォーカス状態における本加熱の直前又は直後にデフォーカス状態における補助加熱を行うことができる。したがって、レーザ光照射工程Ｓ２において、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する照射点の位置を保ったまま、フォーカス状態からデフォーカス状態へと遷移するか、又は、デフォーカス状態からフォーカス状態へと遷移するように、照射装置１３を制御することによって、残留応力を更に小さく抑えた金属造形物ＭＯを得ることができる。また、このような制御部１５を備えた金属造形システム１は、得られた金属造形物における残留応力を更に小さく抑えることができる。

また、レーザ光照射工程Ｓ２において、制御部１５は、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する照射点の位置を保ったまま、デフォーカス状態からフォーカス状態へと遷移した後に、フォーカス状態から上記デフォーカス状態へと照射装置１３を遷移させることが好ましい。

この手段によれば、フォーカス状態における本加熱の直前及び直後にデフォーカス状態における補助加熱を行うことができる。したがって、レーザ光照射工程Ｓ２において、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する照射点の位置を保ったまま、デフォーカス状態からフォーカス状態へと遷移した後に、フォーカス状態から上記デフォーカス状態へと照射装置１３を遷移させることによって、残留応力をより一層小さく抑えた金属造形物を得ることができる。また、このような制御部１５を備えた金属造形システム１は、得られた金属造形物における残留応力をより一層抑えることができる。

このようなレーザ光照射工程Ｓ２について、以下、具体例を用いて説明する。

制御部１５は、レーザ光を照射すべき領域ＲＰを外部から取得すると、領域ＲＰ内においてレーザ光Ｌを照射すべき複数の照射点を決定する。図６の（ａ）では、領域ＲＰが直線状であるため、制御部１５は、直線状に配列された照射点Ｐ_ｉ（ｉは１以上Ｎ以下の整数であり、Ｎは任意の整数）を決定する。なお、図６の（ａ）には、照射点Ｐ_ｉのうち照射点Ｐ_ｉ−２〜Ｐ_ｉ＋４を例示している。なお、本実施形態では領域ＲＰは、制御部１５が外部から取得するものとしている。しかし、領域ＲＰは、予め定められた領域であってもよい。また、本実施形態では、領域ＲＰ内に含まれる複数の照射点を制御部１５が決定している。しかし、領域ＲＰが予め定められている場合には、複数の照射点もその位置を予め定められていてもよい。

隣接する照射点Ｐ_ｉ同士の間隔（例えばＰ_ｉとＰ_ｉ＋１との中心間距離）は、ビームスポット径Ｄ１に応じて適宜定めることができる。照射点Ｐ_ｉ同士の間隔を狭く設定すれば、
複数の照射点（言い換えれば金属粉体が溶融する点）を高い密度で設けることができるので、より高品質な（表面が滑らかな）金属造形物ＭＯを得ることができる。一方、照射点Ｐ_ｉ同士の間隔を広く設定すれば、複数の照射点の数を少なくできるので、より短時間で金属造形物ＭＯを得ることができる。品質と金属造形物ＭＯの造形に要する時間との何れを重視するかに応じて、照射点Ｐ_ｉ同士の間隔は、適宜調整することができる。例えば、図６の（ｄ）に示した状態において、照射点Ｐ_ｉ同士の間隔は、ビームスポット径Ｄ１の２／３になるように定められている。照射点Ｐ_ｉ同士の間隔の更なる例としては、ビームスポット径Ｄ１の１／３が挙げられる。また、金属造形物ＭＯの造形に要する時間を短縮した場合には、照射点Ｐ_ｉ同士の間隔をビームスポット径Ｄ１と同程度に設定することが好ましい。照射点Ｐ_ｉ同士の間隔をビームスポット径Ｄ１と同程度に設定することにより、照射点Ｐｉの数を低減することができるので、金属造形物ＭＯの造形に要する時間を短縮することができる。そのうえで、隣接する照射点Ｐ_ｉの各々に着目した場合に、ビームスポットＢＳ１同士が外接し得るため、領域ＲＰ内を確実に本加熱することができるという効果と、ビームスポットＢＳ１同士が重なりにくくなる為、温度ムラが生じにくいとの効果とを奏する。

レーザ光照射工程Ｓ２は、図５に示すように、照射位置制御工程Ｓ２１と、第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２と、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３と、第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４と、を含んでいる。これらの照射位置制御工程Ｓ２１、第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３、及び、第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４の各々は、照射点数分繰り返される繰り返し工程である。本実施形態では、図６の（ａ）に示した照射点Ｐ_ｉ−２〜Ｐ_ｉ＋４のうち、照射点Ｐ_ｉ＋１に対して実施する照射位置制御工程Ｓ２１、第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３、及び、第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４を例にして、レーザ光照射工程Ｓ２について説明する。すなわち、図６の（ａ）に示した照射点Ｐ_ｉ−２〜Ｐ_ｉ＋４のうち、照射点Ｐ_ｉ−２〜Ｐ_ｉの近傍には、金属造形物ＭＯが形成されており、照射点Ｐ_ｉに対して、ビームスポット径がビームスポット径Ｄ２であるレーザ光Ｌを照射している状態（図６の（ｂ）参照）から、上述した繰り返し工程に含まれる各工程について説明する。

照射位置制御工程Ｓ２１は、レーザ光Ｌを照射する照射点の位置を、図６の（ａ）に示すように定めた各照射点Ｐ_ｉ−２〜Ｐ_ｉ＋４のうち、繰り返し工程を実施済である照射点（本実施形態では照射点Ｐ_ｉ）から、次に繰り返し工程を実施する照射点（本実施形態では照射点Ｐ_ｉ＋１）に移動する工程である。

図６の（ｂ）は、照射点Ｐ_ｉについてデフォーカス状態でレーザ光Ｌを照射した状態、すなわち、第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４を実施した後の状態を示している。照射位置制御工程Ｓ２１は、パウダーヘッドＰＢの表面において、デフォーカス状態を保ったまま、レーザ光Ｌを照射する照射点の位置を照射点Ｐ_ｉから照射点Ｐ_ｉの次の照射点である照射点Ｐ_ｉ＋１へ移動させる。照射位置制御工程Ｓ２１を実施することによって、パウダーベッドＰＢの表面に照射されているレーザ光Ｌは、図６の（ｂ）に示した状態から、図６の（ｃ）に示した状態へ遷移する。

なお、２つ目の照射点Ｐ_２以降の照射点Ｐ_ｉに対して照射位置制御工程Ｓ２１を実施する場合には、その前の照射点Ｐ_ｉ−１に対する第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４を実施した後であるため、照射装置１３の状態は、デフォーカス状態になっている。この場合、レーザ光照射工程Ｓ２は、照射点Ｐ_ｉに対して照射位置制御工程Ｓ２１を実施する前に、照射装置１３の状態を改めて遷移させる工程を含まないことが好ましい。

一方、１つ目の照射点Ｐ_１に対して照射位置制御工程Ｓ２１を実施する場合には、照射装置１３の状態として、（１）デフォーカス状態、（２）フォーカス状態、（３）レーザ光Ｌが出射されていない状態が想定される。（１）の場合、レーザ光照射工程Ｓ２は、照射点Ｐ_ｉに対して照射位置制御工程Ｓ２１を実施する前に、照射装置１３の状態を改めて遷移させる工程を含まないことが好ましい。一方、（２）及び（３）の場合、レーザ光照射工程Ｓ２は、照射点Ｐ_ｉに対して照射位置制御工程Ｓ２１を実施する前に、照射装置１３の状態をフォーカス状態又はデフォーカス状態及びフォーカス状態の何れでもない状態からデフォーカス状態に遷移させる工程を含むことが好ましい。

第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２は、照射装置１３から出射されたレーザ光Ｌを、パウダーベッドＰＢの表面におけるビームスポットがビームスポットＢＳ２となるように照射する工程であり、補助加熱を実施する工程の一態様である。第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２を実施している間、パウダーベッドＰＢの表面に照射されているレーザ光Ｌは、図６の（ｃ）に示した状態のままである。

フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３は、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する照射点の位置を保ったまま、デフォーカス状態からフォーカス状態へと遷移させることによって、照射装置１３から出射されたレーザ光Ｌを、パウダーベッドＰＢの表面におけるビームスポットがビームスポットＢＳ１となるように照射する工程である。フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３は、本加熱を実施する工程の一態様である。図６の（ｄ）に示すように、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施することによって、照射点Ｐ_ｉ＋１の近傍において金属粉体が溶融され、その後、溶融した金属粉体が凝固する。フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施することによって、パウダーベッドＰＢの表面に照射されているレーザ光Ｌは、図６の（ｃ）に示した状態から図６の（ｄ）に示した状態へ遷移する。

第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４は、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する照射点の位置を保ったまま、フォーカス状態からデフォーカス状態へと遷移させることによって、照射装置１３が生成したレーザ光Ｌを、パウダーベッドＰＢの表面におけるビームスポットが、ビームスポットＢＳ２となるように照射する工程である。第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４は、補助加熱を実施する工程の一態様である。第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４を実施することにより、レーザ光のパウダーベッドＰＢの表面におけるビームスポットの形状は、図６の（ｄ）に示した状態から図６の（ｅ）に示した状態に遷移する。

以上のように、レーザ光照射工程Ｓ２において、第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４を実施することによって、本加熱を実施した直後に補助加熱を実施することができる。したがって、第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４を含まない場合と比較して、本加熱後の金属粉体における温度降下の速度を緩やかにすることができる。したがって、得られた金属造形物ＭＯにおける残留応力を小さく抑えることができる。ここで、本加熱の後に補助加熱を実施する場合には、金属造形物ＭＯに生じ得る残留応力を更に小さく抑えるというメリットが得られ得る。補助加熱を行うことによって、本加熱された領域とその周辺の領域との温度差を小さくすることに加えて、本加熱が終了した後の凝固した又は焼結した金属造形物ＭＯの少なくとも一部の断層の温度低下を緩やかにすることが可能になるからである。

また、レーザ光照射工程Ｓ２において、第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２を実施することによって、本加熱を実施する直前に補助加熱を実施することができる。すなわち、パウダーベッドＰＢの表面における金属粉体を加熱することができる。したがって、第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２を含まない場合と比較して、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施する前に金属粉体の温度を予め上昇させておくことができ、ビームスポットＢＳ１の温度Ｔ１と、ビームスポットＢＳ１の近傍領域の温度との温度差を減少させることができるため、得られた金属造形物ＭＯにおける残留応力を更に小さく抑えることができる。

また、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施する前に第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２を実施することには、以下の副次的なメリットが得られ得る。

第１の副次的なメリットは、金属造形物ＭＯの積層密度が下がり難い点である。第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２を省略した場合、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施するときに、パウダーベッドＰＢが急加熱される。このため、金属粉体が溶融することにより生じる金属液体が大きな運動量を持ち易く、その結果、金属液体が凝固することにより生じる金属固体の表面の平坦性が損なわれ易い。これにより、金属造形物ＭＯの積層密度が下がり易くなる。これに対して、第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２を実施した場合、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施するときにパウダーベッドＰＢにおいて生じる温度上昇を緩やかにすることができる。このため、金属粉体が溶融することにより生じる金属液体が大きな運動量を持ち難くなり、その結果、金属液体が凝固することにより生じる金属固体の表面の平坦性が損なわれ難い。これにより、金属造形物ＭＯの積層密度が下がり難くなる。

第２の副次的なメリットは、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３において照射するレーザ光のパワーを小さく抑えることができる点である。フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３において照射するレーザ光のパワーを小さく抑えることができるのは、第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２を実施したことによりパウダーベッドＰＢの温度が既にある程度高くなっているからである。

第３の副次的なメリットは、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施するときのパウダーベッドＰＢの温度の場所毎のばらつきを小さく抑えることができる点である。例えば、第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２を行わずにフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施することによって、パウダーベッドＰＢの温度を２０℃から１０００℃に上昇させる場合を考える。この場合、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施することによる温度上昇度が約１０００℃になるので、そのばらつきが±１０％であるとすると、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施するときのパウダーベッドＰＢの温度は、約９００℃〜１１００℃の範囲内でばらつくことになる。このように、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施するときのパウダーベッドＰＢの温度のばらつきが大きいと、ある場所では加熱過剰になり、ある場所では加熱不足になるという問題が生じ易い。一方、第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２によってパウダーベッドＰＢの温度を６００℃に上昇させた後、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３によってパウダーベッドＰＢの温度を６００℃から１０００℃に上昇させる場合を考える。この場合、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施することによる温度上昇度が約４００℃になるので、そのばらつきが±１０％であるとすると、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施するときのパウダーベッドＰＢの温度は、約９６０℃〜１０４０℃の範囲内でばらつくことになる。このように、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施するときのパウダーベッドＰＢの温度のばらつきが小さいと、ある場所では加熱過剰になり、ある場所では加熱不足になるという問題が生じ難い。

なお、本実施形態のレーザ光照射工程Ｓ２は、第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２と、フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３と、第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４とを含んでいる。しかし、レーザ光照射工程Ｓ２においては、第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２及び第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４の何れか１つを省略することもできる。

レーザ光照射工程Ｓ２において第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２を省略した場合、照射点Ｐ_ｉにおける第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４を実施したあとに、照射位置制御工程Ｓ２１は、照射装置１３の状態をデフォーカス状態からフォーカス状態に遷移させながら、パウダーヘッドＰＢの表面において、レーザ光Ｌの照射位置を照射点Ｐ_ｉから照射点Ｐ_ｉの次の照射点である照射点Ｐ_ｉ＋１へ移動させる。その結果、図６の（ｃ）に示した状態を経ることなく、図６の（ｄ）に示した状態へ遷移する。フォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３は、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する照射点の位置を保ったまま、照射装置１３から出射されたレーザ光Ｌを、パウダーベッドＰＢの表面におけるビームスポットがビームスポットＢＳ１となるように照射する。

レーザ光照射工程Ｓ２において第２のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２４を省略した場合、照射点Ｐ_ｉにおけるフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２３を実施したあとに、照射位置制御工程Ｓ２１は、照射装置１３の状態をフォーカス状態からデフォーカス状態に遷移させながら、パウダーヘッドＰＢの表面において、レーザ光Ｌを照射する照射点の位置を照射点Ｐ_ｉから照射点Ｐ_ｉの次の照射点である照射点Ｐ_ｉ＋１へ移動させる。その結果、照射点Ｐ_ｉの近傍におけるビームスポットがビームスポットＢＳ１となるように、レーザ光ＬをパウダーベッドＰＢに照射した状態（図６には不図示）から、図６の（ａ）に示した状態を経ることなく、図６の（ｃ）に示した状態へ遷移する。第１のデフォーカスレーザ光照射工程Ｓ２２は、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する照射点の位置を保ったまま、照射装置１３から出射されたレーザ光Ｌを、パウダーベッドＰＢの表面におけるビームスポットがビームスポットＢＳ２となるように照射する。

（レーザ光照射工程の変形例）
図５及び図６を参照して説明したレーザ光照射工程Ｓ２の変形例であるレーザ光照射工程Ｓ２Ａについて、図７及び図８を参照して説明する。図７は、レーザ光照射工程Ｓ２Ａの流れを示すフローチャートである。図８の（ａ）は、レーザ光照射工程Ｓ２Ａにおいてレーザ光を照射する領域ＲＰを示す平面図である。図８の（ｂ）は、デフォーカス状態で、パウダーベッドＰＢの所定の領域内においてレーザ光を走査している状態を示す平面図である。図８の（ｃ）は、フォーカス状態で、領域ＲＰ内においてレーザ光を走査している状態を示す平面図である。図８の（ｄ）は、デフォーカス状態で、パウダーベッドＰＢの所定の領域内においてレーザ光を走査している状態を示す平面図である。なお、以下においては、金属粉体を溶融・凝固することによって金属造形物ＭＯを造形する場合を例にしてレーザ光照射工程Ｓ２Ａを説明するが、金属粉体を焼結することによって金属造形物ＭＯを造形する場合にもレーザ光照射工程Ｓ２Ａを適用可能である。

レーザ光照射工程Ｓ２Ａにおいて、制御部１５は、少なくとも、（１）フォーカス状態及びデフォーカス状態の一方の状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する位置を移動する（すなわち走査する）処理と、（２）フォーカス状態及びデフォーカス状態の一方の状態から他方の状態へ遷移させる処理と、（３）フォーカス状態及びデフォーカス状態の他方の状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する位置を移動する（すなわち走査する）処理とを、この順に実行するように照射装置１３を制御する。本実施形態において、制御部１５は、（１）フォーカス状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを走査する処理と、（２）フォーカス状態からデフォーカス状態へ遷移させる処理と、（３）デフォーカス状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを走査する処理とを、この順に実行するように照射装置１３を制御する。

この手段によれば、本加熱の前又は後に補助加熱を行うことができるので、金属造形物ＭＯにおける残留応力を更に小さく抑えることができる。

また、レーザ光照射工程Ｓ２Ａにおいて、制御部１５は、少なくとも、（１）デフォーカス状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを走査する処理と、（２）デフォーカス状態からフォーカス状態へ遷移させる処理と、（３）フォーカス状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを走査する処理と、（４）フォーカス状態からデフォーカス状態へ遷移させる処理と、（５）デフォーカス状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを照射する位置を移動させる処理とを、この順に実行するように照射装置１３を制御することが好ましい。

この手段によれば、本加熱の前又は後に補助加熱を行うことができるので、金属造形物における残留応力をより一層小さく抑えることができる。

なお、レーザ光照射工程Ｓ２Ａと図５及び図６を参照して説明したレーザ光照射工程Ｓ２と比較した場合、レーザ光照射工程Ｓ２Ａは、造形作業を高速化することができるという効果を奏する。これは、後述するように、補助加熱を行う、第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａ及び第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａの各々において、レーザ光Ｌを走査する走査線同士の間隔を広く設定した場合であっても、大きなビームスポット径Ｄ２に起因して、十分な補助加熱を実施可能なためである。

このようなレーザ光照射工程Ｓ２Ａについて、以下、具体例を用いて説明する。

制御部１５は、レーザ光を照射すべき領域ＲＰを取得すると、領域ＲＰ内においてレーザ光Ｌを照射すべき複数の照射点を決定する。図８の（ａ）には、パウダーベッドＰＢの少なくとも一部の領域に設けられた領域ＲＰであって、クランク形状の領域ＲＰを示している。

図８の（ａ）に示された正方形の領域に対して、制御部１５は、マトリクス状に配置された複数の照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ−３）}〜Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ＋３）}を決定する。ここで、ｉは１以上Ｎ以下の整数であり、Ｎは任意の整数であり、ｊは１以上Ｍ以下の整数であり、Ｍは任意の整数である。なお、図８の（ａ）〜（ｄ）の各図には、マトリクス状に配置された複数の照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ−３）}〜Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ＋３）}のうち、上記正方形の領域の４角に位置する照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ−３）}，Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ−３）}，Ｐ_{（ｉ−３，ｊ＋３）}，Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ＋３）}、クランク形状の領域ＲＰの両端部に位置する照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ−２）}，Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ＋１）}、及び領域ＲＰに含まれる２つの屈曲点に位置する照射点Ｐ_{（ｉ，ｊ−２）}，Ｐ_{（ｉ，ｊ＋１）}の符号を示し、それ以外の照射点の符号を省略して示していない。これは、図８の（ａ）〜（ｄ）が煩雑になり見にくくなることを避けるためである。

本変形例においては、制御部１５は、領域ＲＰに対応する複数の照射点として、照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ−２）}〜Ｐ_{（ｉ，ｊ−２）}と、照射点Ｐ_{（ｉ，ｊ−１）}〜Ｐ_{（ｉ，ｊ＋１）}と、照射点Ｐ_{（ｉ＋１，ｊ＋１）}〜Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ＋１）}とを決定する。

なお、本実施形態では領域ＲＰは、制御部１５が外部から取得するものとしている。しかし、領域ＲＰは、予め定められた領域であってもよい。また、本実施形態では、領域ＲＰ内に含まれる複数の照射点を制御部１５が決定している。しかし、領域ＲＰが予め定められている場合には、複数の照射点もその位置を予め定められていてもよい。

隣接する照射点Ｐ_ｉ同士の間隔（例えばＰ_{（ｉ，ｊ）}と_{（ｉ＋１，ｊ）}との中心間距離）は、レーザ光照射工程Ｓ２の場合と同様に定めることができる。したがって、ここでは、その説明を省略する。

レーザ光照射工程Ｓ２Ａは、図７に示すように、第１の状態切り替え工程Ｓ２１Ａと、第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａと、第２の状態切り替え工程Ｓ２３Ａと、フォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａと、第３の状態切り替え工程Ｓ２５Ａと、第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａと、を含んでいる。

第１の状態切り替え工程Ｓ２１Ａは、照射装置１３の状態をフォーカス状態からデフォーカス状態に切り替える（換言すれば遷移させる）工程である。第１の状態切り替え工程Ｓ２１Ａにおいて、制御部１５は、照射装置１３の状態をフォーカス状態からデフォーカス状態に切り替える。なお、第１の状態切り替え工程Ｓ２１Ａを実施するときに、照射装置１３の状態がデフォーカス状態である場合には、制御部１５は、照射装置１３の状態を変更することなく、照射装置の状態をデフォーカス状態のままとする。

第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａは、図８の（ｂ）に示すように、デフォーカス状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを走査する工程である。第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａの実施中、制御部１５は、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光ＬのビームスポットがビームスポットＢＳ２となるように、照射装置１３を制御する。上述したように、デフォーカス状態である照射装置１３が照射するレーザ光ＬのビームスポットＢＳ２のビームスポット径Ｄ２は（図２の（ｄ）参照）、ビームスポット径Ｄ１（図２の（ｃ）参照）よりも大きい。したがって、レーザ光Ｌを走査する走査線（図８においては、（１）照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ−３）}と照射点Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ−３）}とを結ぶ直線により表される第１の走査線、（２）照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ）}と照射点Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ）}とを結ぶ直線により表される第２の走査線、（３）照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ＋３）}と照射点Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ＋３）}とを結ぶ直線により表される第３の走査線）同士の間隔を広くすることによって、照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ−３）}〜Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ＋３）}のすべてにレーザ光Ｌを照射しない場合であっても、図８の（ｂ）に示した正方形の領域全体にレーザ光Ｌを照射することができる。

なお、第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａに要する時間をできるだけ短縮しようとする場合、上述した走査線同士の間隔をより広く設定することが考えられる。しかし、この走査線同士の間隔を広げすぎた場合、図８の（ａ）に示された正方形の領域の全域に対してレーザ光を照射することができなくなる。すなわち、パウダーベッドＰＢの一部の領域に補助加熱をされていない領域が生じることになる。図８の（ａ）に示された正方形の領域の全域に対してレーザ光を照射するためには、走査線同士の間隔がビームスポット径Ｄ２以下であることが好ましい。

ただし、パウダーベッドＰＢの一部の領域に補助加熱をされていない領域が生じる場合であっても、パウダーベッドＰＢの大部分にはレーザ光Ｌを照射することができるため、第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａを省略した場合と比較すれば、金属造形物ＭＯにおける残留応力を小さくすることができる。

第２の状態切り替え工程Ｓ２３Ａは、照射装置１３の状態をデフォーカス状態からフォーカス状態に切り替える（換言すれば遷移させる）工程である。第２の状態切り替え工程Ｓ２３Ａにおいて、制御部１５は、照射装置１３の状態をデフォーカス状態からフォーカス状態に切り替える。

フォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａは、図８の（ｃ）に示すように、照射装置１３の状態をフォーカス状態に保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを走査する工程である。フォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａにおいて、制御部１５は、領域ＲＰに対応する複数の照射点である照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ−２）}〜Ｐ_{（ｉ，ｊ−２）}、照射点Ｐ_{（ｉ，ｊ−１）}〜Ｐ_{（ｉ，ｊ＋１）}、及び照射点Ｐ_{（ｉ＋１，ｊ＋１）}〜Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ＋１）}の順番で、レーザ光Ｌを走査するように、照射装置１３を制御する。図８の（ｃ）は、フォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａのうち、照射点Ｐ_{（ｉ，ｊ）}にレーザ光Ｌを照射している状態を示している。フォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａを実施することによって、レーザ光Ｌを照射された各照射点（図８の（ｃ）においては照射点Ｐ_{（ｉ，ｊ）}）の近傍において金属粉体が溶融され、その後、溶融した金属粉体が凝固する。

第３の状態切り替え工程Ｓ２５Ａは、照射装置１３の状態をフォーカス状態からデフォーカス状態に切り替える（換言すれば遷移させる）工程である。第３の状態切り替え工程Ｓ２５Ａにおいて、制御部１５は、照射装置１３の状態をフォーカス状態からデフォーカス状態に切り替える。

第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａは、図８の（ｄ）に示すように、フォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａのあとに、デフォーカス状態を保ったまま、パウダーベッドＰＢの表面においてレーザ光Ｌを走査する工程である。本実施形態では、第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａにおいて採用する走査線同士の間隔を、第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａにおいて採用する走査線同士の間隔と同じにしている。すなわち、本実施形態では、レーザ光を、（１）上述した第１の走査線上を照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ−３）}から照射点Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ−３）}に向かって走査し、（２）照射点Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ−３）}から照射点Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ）}に向かって走査し、（３）上述した第２の走査線上を照射点Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ）}から照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ）}に向かって走査し、（４）照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ）}から照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ＋３）}に向かって走査し、（５）上述した第３の走査線上を照射点Ｐ_{（ｉ−３，ｊ＋３）}から照射点Ｐ_{（ｉ＋３，ｊ＋３）}に向かって走査する。なお、第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａにおいて採用する走査線同士の間隔は、第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａにおいて採用する走査線同士の間隔と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

レーザ光照射工程Ｓ２Ａは、第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａを実施する前に、フォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａを実施した後のパウダーベッドＰＢの表面温度に応じて、第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａの実施を省略するか省略しないか判定する工程を更に含んでいてもよい。パウダーベッドＰＢの表面温度は、上述した測定部１４を用いて測定することができる。この工程は、（１）フォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａを実施した後のパウダーベッドＰＢの表面温度が所定の温度以上である場合には、第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａの実施を省略すると判定し、（２）フォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａを実施した後のパウダーベッドＰＢの表面温度が所定の温度を下回る場合には、第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａの実施を省略しないと判定する。（１）の場合には、第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａの実施を省略した場合であっても、金属造形物ＭＯにおける残留応力が許容できる範囲内に収まると考えられるためである。なお、特に図示しないが、上述した、第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａの実施を省略するか省略しないか判定する判定部が金属造形装置、金属造形システムに設けられていてもよい。また、当該判定は制御部１５が実行しても良い。

また、レーザ光照射工程Ｓ２Ａは、上述した領域ＲＰ（以下、第１の領域ＲＰ１とする）に対するフォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａを実施した後に、第１の領域ＲＰ１とは別の領域である第２の領域ＲＰ２であって、図８の（ａ）に示された正方形の領域内に含まれる第２の領域ＲＰ２に対してレーザ光Ｌを照射する場合に、第１の領域ＲＰ１に対する第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａと、第２の領域ＲＰ２に対する第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａとの実施を省略したうえで、第２の領域ＲＰ２に対するフォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａを実施するように定められていてもよい。第１の領域ＲＰ１に対するフォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａが完了した時点において、図８の（ａ）に示された正方形の領域内の表面温度は、第１の領域ＲＰ１に対する第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａ及びフォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａにおいて照射されたレーザ光によって、所定の温度以上に上昇していると推測されるためである。なお、第１の領域ＲＰ１に対するフォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａが完了した時点においてレーザ光照射工程Ｓ２Ａが図８の（ａ）に示された正方形の領域内の表面温度を測定する工程を更に含むことによって、第１の領域ＲＰ１に対する第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａと、第２の領域ＲＰ２に対する第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａとの実施を省略するか否かをより精度よく判定することができる。なお、特に図示しないが、上述した、第１の領域ＲＰ１に対する第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａと、第２の領域ＲＰ２に対する第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａとの実施を省略するか省略しないか判定する判定部が金属造形装置、金属造形システムに設けられていてもよい。また、当該判定は制御部１５が実行しても良い。

なお、本実施形態のレーザ光照射工程Ｓ２Ａは、第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａと、フォーカスレーザ走査工程Ｓ２４Ａと、第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａとを含んでいる。しかし、レーザ光照射工程Ｓ２Ａにおいては、第１のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２２Ａ及び第２のデフォーカスレーザ走査工程Ｓ２６Ａの何れか１つを省略することもできる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 金属造形システム
１０ 造形テーブル
１１ レーザ装置（ファイバレーザ）
１２ 光ファイバ
１３，１３Ａ 照射装置
１３ａ，１３Ａａ ガルバノスキャナ（照射部）
１３ｂ 集光レンズ（第１の集光レンズ）
１３Ａａ３ 集光レンズ（第２の集光レンズ）
１４ 測定部
１５ 制御部
Ｌ レーザ光

Claims (14)

1. 金属造形に用いられる照射装置において、
   金属粉体を含むパウダーベッドにレーザ光を照射する照射部を備え、
   上記照射部は、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が第１の値となるフォーカス状態と、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が上記第１の値よりも大きい第２の値となるデフォーカス状態とに可変可能であり、
   上記レーザ光の光路の途中に挿入された第１の集光レンズであって、その位置を移動させることによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える第１の集光レンズと、
   上記第１の集光レンズが設けられている位置とは異なる位置に設けられた第２の集光レンズであって、上記光路に挿入されるか又は上記光路から取り外されるかによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える第２の集光レンズと、を更に備えている、
   ことを特徴とする照射装置。
2. 上記照射部が上記フォーカス状態を取るとき、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光の照射される領域の温度は、上記金属粉体の融点以上であり、
   上記照射部が上記デフォーカス状態を取るとき、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光の照射される領域の温度は、上記金属粉体の融点の０．５倍以上０．８倍以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の照射装置。
3. 上記照射部は、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する照射点の位置を保ったまま、上記フォーカス状態から上記デフォーカス状態へと遷移するか、又は、上記デフォーカス状態から上記フォーカス状態へと遷移する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の照射装置。
4. 上記照射部は、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する照射点の位置を保ったまま、上記デフォーカス状態から上記フォーカス状態へと遷移した後、上記フォーカス状態から上記デフォーカス状態へと遷移する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の照射装置。
5. 上記照射部は、少なくとも、（１）上記フォーカス状態及び上記デフォーカス状態の一方の状態を保ったまま、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する位置を移動する処理と、（２）上記フォーカス状態及び上記デフォーカス状態の他方の状態を保ったまま、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する位置を移動する処理とを、この順に実行する、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の照射装置。
6. 上記照射部は、少なくとも、（１）上記デフォーカス状態を保ったまま、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する位置を移動する処理と、（２）上記フォーカス状態を保ったまま、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する位置を移動する処理と、（３）上記デフォーカス状態を保ったまま、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光を照射する位置を移動させる処理とを、この順に実行する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の照射装置。
7. 金属粉体を含むパウダーベッドにレーザ光を照射する照射部において、
   上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が第１の値になるフォーカス状態と、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が上記第１の値よりも大きい第２の値になるデフォーカス状態とに可変可能であり、
   上記レーザ光の光路の途中に挿入された第１の集光レンズであって、その位置を移動させることによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える第１の集光レンズと、
   上記第１の集光レンズが設けられている位置とは異なる位置に設けられた第２の集光レンズであって、上記光路に挿入されるか又は上記光路から取り外されるかによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える第２の集光レンズと、を更に備えている、
   ことを特徴とする照射装置。
8. 請求項１〜７の何れか１項に記載の照射装置と、
   上記レーザ光を導波する光ファイバと、を備えている、
   ことを特徴とする金属造形装置。
9. 上記照射部が上記デフォーカス状態を取るとき、上記パウダーベッドの表面において上記レーザ光の照射される領域の温度が、上記金属粉体の融点の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記照射部を制御する制御部を更に備えている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の金属造形装置。
10. 請求項１に記載の照射装置と、
    上記レーザ光を導波する光ファイバと、
    上記第１の集光レンズの上記位置を制御することによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える制御部を更に備えている、
    ことを特徴とする金属造形装置。
11. 請求項１に記載の照射装置と、
    上記レーザ光を導波する光ファイバと、
    上記第２の集光レンズを、上記光路に挿入するか、上記光路から取り外すかのいずれかを制御することによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える制御部を更に備えている、
    ことを特徴とする金属造形装置。
12. 請求項８〜１１の何れか１項に記載の金属造形装置と、
    上記レーザ光を出力するレーザ装置と、
    上記パウダーベッドを保持するための造形テーブルと、を含んでいる、
    ことを特徴とする金属造形システム。
13. 金属粉体を含むパウダーベッドにレーザ光を照射する照射工程を含み、
    上記照射工程において、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が第１の値となるフォーカス状態と、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が上記第１の値よりも大きい第２の値となるデフォーカス状態との両方の状態を取り、
    上記レーザ光の光路の途中に挿入された第１の集光レンズの位置を移動させることによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替え、
    上記第１の集光レンズが設けられている位置とは異なる位置に設けられた第２の集光レンズを、上記光路に挿入するか又は上記光路から取り外すかによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える、
    ことを特徴とする照射方法。
14. 金属粉体を含むパウダーベッドにレーザ光を照射する照射工程を含み、
    上記照射工程において、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が第１の値となるフォーカス状態と、上記パウダーベッドの表面における上記レーザ光のビームスポット径が上記第１の値よりも大きい第２の値となるデフォーカス状態との両方の状態を取り、
    上記レーザ光の光路の途中に挿入された第１の集光レンズの位置を移動させることによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替え、
    上記第１の集光レンズが設けられている位置とは異なる位置に設けられた第２の集光レンズを、上記光路に挿入するか又は上記光路から取り外すかによって、上記フォーカス状態と上記デフォーカス状態とのいずれかの状態に切り替える、
    ことを特徴とする金属造形物の製造方法。

Images