WO2019188913A1 - 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

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 Download PDF

Info

Publication number
WO2019188913A1
WO2019188913A1 PCT/JP2019/012380 JP2019012380W WO2019188913A1 WO 2019188913 A1 WO2019188913 A1 WO 2019188913A1 JP 2019012380 W JP2019012380 W JP 2019012380W WO 2019188913 A1 WO2019188913 A1 WO 2019188913A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
metal
clad
powder bed
powder
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/012380
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕幸 日下
正浩 柏木
Original Assignee
株式会社フジクラ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社フジクラ filed Critical 株式会社フジクラ
Priority to US16/979,266 priority Critical patent/US20200398340A1/en
Publication of WO2019188913A1 publication Critical patent/WO2019188913A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B23K26/342—Build-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/362—Process control of energy beam parameters for preheating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/364—Process control of energy beam parameters for post-heating, e.g. remelting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/368—Temperature or temperature gradient, e.g. temperature of the melt pool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/50—Treatment of workpieces or articles during build-up, e.g. treatments applied to fused layers during build-up
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/44—Radiation means characterised by the configuration of the radiation means
    • B22F12/45—Two or more
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/49—Scanners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/1017—Multiple heating or additional steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/03—Observing, e.g. monitoring, the workpiece
    • B23K26/034—Observing the temperature of the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/60—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2018—Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B22F12/43—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam pulsed; frequency modulated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/60—Planarisation devices; Compression devices
    • B22F12/63—Rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2202/00—Treatment under specific physical conditions
    • B22F2202/11—Use of irradiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2203/00—Controlling
    • B22F2203/11—Controlling temperature, temperature profile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to an irradiation apparatus and an irradiation method used for metal modeling. Moreover, it is related with the metal modeling apparatus provided with such an irradiation apparatus, and the metal modeling system provided with such a metal modeling apparatus. Moreover, it is related with the manufacturing method of the metal molded article containing such an irradiation method.
  • an additive manufacturing method using a powder bed as a base material includes (1) an electron beam method in which a powder bed is melted, solidified or sintered using an electron beam, and (2) a powder bed is melted, solidified or sintered using a laser beam.
  • a laser beam method see Non-Patent Document 1.
  • auxiliary heating sometimes referred to as “preheating”
  • the temperature of the powder bed may be 0.5 to 0.8 times the melting point of the metal powder.
  • the electron beam type additive manufacturing method As described above, in the electron beam type additive manufacturing method, auxiliary heating for pre-sintering the powder bed is usually performed before the main heating by electron beam irradiation. For this reason, the electron beam type additive manufacturing method has the following demerits and merits.
  • the demerit is that the auxiliary heating is performed before the main heating, so that the time required for the layered modeling of the metal model is increased.
  • the merit is that the residual stress that can occur in the finished metal model is small. This is believed to be a secondary effect of auxiliary heating of the powder bed.
  • the metal powder cannot be charged up, so the above-described smoke phenomenon cannot occur. Therefore, in the laser beam type additive manufacturing method, auxiliary heating for pre-sintering the powder bed is not usually performed before the main heating by laser beam irradiation. For this reason, the laser beam type additive manufacturing method has the following advantages and disadvantages.
  • the merit is that the auxiliary heating is not performed before the main heating, so that the time required for the layered modeling of the metal model can be kept short.
  • the demerit is that the residual stress that can be generated in the finished metal model is large.
  • the laser beam type additive manufacturing method it is required to reduce the demerit while maintaining the merit. That is, it is required to reduce the residual stress that can occur in the finished metal model while suppressing the time required for the layered modeling of the metal model.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to reduce the residual stress that can occur in the finished metal model while reducing the time required for the layered modeling of the metal model.
  • Another object of the present invention is to provide an irradiation apparatus, a metal modeling apparatus, a metal modeling system, an irradiation method, or a manufacturing method of a metal model using a laser beam type additive manufacturing method.
  • an irradiation apparatus is an irradiation apparatus used for metal modeling, and is guided by a laser beam guided by an optical fiber core and a cladding of the optical fiber.
  • An irradiation unit that irradiates at least a part of the powder bed containing the metal powder with the clad light to be waved, and the irradiation unit has a temperature of the powder bed of the melting point of the metal powder by the laser beam.
  • the temperature of the powder bed is reduced by the clad light.
  • the second heating step of heating the powder bed is performed so that the melting point is 0.5 to 0.8 times the melting point.
  • an irradiation method includes a metal powder that includes laser light guided by a core of an optical fiber and cladding light guided by a cladding of the optical fiber.
  • An irradiation step of irradiating at least a part of the powder bed, and in the irradiation step, the laser beam causes the temperature of the powder bed to be higher than 0.8 times the melting point of the metal powder.
  • the temperature of the powder bed is 0.5 to 0.8 times the melting point of the metal powder by the clad light. Then, the second heating step of heating the powder bed is performed.
  • a method of manufacturing a metal shaped article includes a laser beam guided by a core of an optical fiber and a cladding light guided by a cladding of the optical fiber.
  • An irradiation step of irradiating at least a part of the powder bed containing the metal powder is included, and in the irradiation step, the temperature of the powder bed is higher than 0.8 times the melting point of the metal powder by the laser beam.
  • the temperature of the powder bed is 0.5 times or more the melting point of the metal powder by the clad light.
  • the second heating step of heating the powder bed is performed so as to be 8 times or less.
  • an irradiation apparatus capable of suppressing residual stress that can occur in a completed metal model while reducing the time required for additive manufacturing of a metal model.
  • An irradiation method or a method for manufacturing a metal shaped article can be realized.
  • FIG. 1 It is a lineblock diagram showing the composition of the metal modeling system concerning one embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the structure of the optical fiber with which the metal shaping system shown in FIG. (A) is a block diagram which shows the structure of the irradiation apparatus with which the metal shaping system shown in FIG. 1 is provided. (B) is a top view of the powder bed used in the metal shaping system shown in FIG. It is a flowchart which shows the flow of the manufacturing method of the metal molded article which concerns on one Embodiment of this invention. It is a block diagram which shows the modification of the metal modeling system shown in FIG.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the metal modeling system 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an optical fiber 12 to be described later.
  • FIG. 3A is a configuration diagram illustrating a configuration example of an irradiation device 13 described later, and
  • FIG. 3B is a plan view of a powder bed PB described later.
  • the metal modeling system 1 is a system for layered modeling of a three-dimensional metal model MO, and as shown in FIG. 1, a modeling table 10, a laser device 11, an optical fiber 12, an irradiation device 13, A measurement unit 14 and a control unit 15 are provided.
  • a modeling table 10 a laser device 11, an optical fiber 12, an irradiation device 13, A measurement unit 14 and a control unit 15 are provided.
  • the main part of the metal shaping system 1 is referred to as a “metal shaping apparatus”.
  • the metal shaping apparatus includes at least the optical fiber 12 and the irradiation device 13, and may include a measurement unit 14 and a control unit 15.
  • the modeling table 10 is configured to hold the powder bed PB.
  • the modeling table 10 can be constituted by a recoater 10a, a roller 10b, a stage 10c, and a table body 10d equipped with these.
  • the recoater 10a is a means for supplying a metal powder.
  • the roller 10b is a means for leveling and spreading the metal powder supplied by the recoater 10a on the stage 10c.
  • the stage 10c is a means for placing the metal powder uniformly spread by the roller 10b, and is configured to be movable up and down.
  • the powder bed PB is configured to include a metal powder spread evenly on the stage 10c.
  • the metal shaped object MO is (1) a step of forming the powder bed PB on the stage 10c as described above, and (2) by irradiating the powder bed PB with the laser light LL and the clad light CL as described later, By repeating the step of modeling one fault of the metal modeling object MO and (3) the step of lowering the stage 10c by one fault, modeling is performed for each fault having a predetermined thickness.
  • the modeling table 10 should just have the function to hold
  • a configuration may be adopted in which a powder tank for storing the metal powder is provided and the bottom plate of the powder tank is raised to supply the metal powder.
  • the laser device 11 is configured to output a laser beam LL.
  • a fiber laser is used as the laser device 11.
  • the light output from the laser device 11 may include residual excitation light in addition to the laser light LL.
  • the residual pumping light refers to the pumping light remaining from the pumping light output from the fiber laser pumping light source without being used to pump the rare earth element added to the core of the fiber laser amplification optical fiber. Refers to that.
  • the fiber laser used as the laser device 11 may be a resonator type fiber laser or a MOPA (Master-Oscillator-Power Amplifier) type fiber laser. In other words, it may be a continuous oscillation fiber laser or a pulse oscillation fiber laser.
  • the laser device 11 may be a laser device other than a fiber laser. Any laser device such as a solid-state laser, a liquid laser, or a gas laser can be used as the laser device 11.
  • the optical fiber 12 has a configuration for guiding light output from the laser device 11.
  • a double clad fiber is used as the optical fiber 12. That is, as shown in FIG. 2, the optical fiber 12 includes a core 12a and a clad 12b that covers the side surface of the core 12a.
  • the clad 12b includes an inner clad 12b1 that covers the side surface of the core 12a and an outer clad 12b2 that covers the side surface of the inner clad 12b1.
  • the side surface of the core 12a is covered with the inner cladding 12b1 having a refractive index lower than that of the core 12a over the entire length of the optical fiber 12.
  • the side surface of the inner cladding 12b1 is covered with the outer cladding 12b2 having a lower refractive index than the inner cladding 12b1 over the entire length of the optical fiber 12.
  • both the core 12a and the inner cladding 12b1 function as an optical waveguide.
  • the laser beam LL output from the laser device 11 is mainly guided by the core 12 a of the optical fiber 12.
  • the residual pumping light output from the laser device 11 is mainly guided by the inner cladding 12 b 1 of the optical fiber 12.
  • the light guided by the inner cladding 12b1 of the optical fiber 12 may include leakage higher-order mode light in addition to the residual excitation light described above.
  • the leakage higher-order mode light refers to higher-order mode light leaked to the inner cladding 12b1 among the higher-order mode light of the core 12a.
  • the light guided by the inner cladding 12b1 of the optical fiber 12 is referred to as cladding light CL regardless of its origin.
  • the clad light CL may include light other than the above-described residual excitation light and leaked higher-order mode light.
  • the optical fiber 12 is not limited to a double clad fiber. Any optical fiber having two or more layers of clad, such as a triple clad fiber, can be used as the optical fiber 12.
  • the outermost clad may have a function corresponding to the outer clad of the double clad fiber, and the other clad may have a function corresponding to the inner clad of the double clad fiber.
  • the irradiation device 13 is configured to irradiate the powder bed PB with the laser light LL guided by the core 12a of the optical fiber 12 and the clad light CL guided by the inner cladding 12b1 of the optical fiber 12. .
  • a galvano-type irradiation device is used as the irradiation device 13. That is, as shown in FIG. 3A, the irradiation device 13 includes a galvano scanner 13a (an example of an “irradiation unit” in the claims) including a first galvanometer mirror 13a1 and a second galvanometer mirror 13a2, and a collector. An optical lens 13b and a housing (not shown) that accommodates these are provided.
  • the laser light LL and the clad light CL output from the optical fiber 12 are (1) reflected by the first galvanometer mirror 13a1, (2) reflected by the second galvanometer mirror 13a2, and (3) condensed by the condenser lens 13b. Then, the powder bed PB is irradiated.
  • the first galvanometer mirror 13a1 is configured to move the beam spots of the laser beam LL and the clad beam CL formed on the surface of the powder bed PB in the first direction (for example, the x-axis direction shown in the drawing). It is.
  • the second galvanometer mirror 13a2 has a second direction (for example, y illustrated) that intersects (for example, is orthogonal to) the beam spots of the laser beam LL and the clad beam CL formed on the surface of the powder bed PB. This is a configuration for moving in the axial direction.
  • the condenser lens 13b is configured to reduce the beam spot diameters of the laser light LL and the clad light CL on the surface of the powder bed PB.
  • the beam spot diameter of the laser beam LL on the surface of the powder bed PB may or may not coincide with the beam waist diameter of the laser beam LL condensed by the condenser lens 13b.
  • the beam spot diameter of the laser beam LL on the surface of the powder bed PB may be adjusted so that the energy density of the laser beam LL irradiated on the powder bed PB has a desired size.
  • the beam spot diameter of the laser light LL on the surface of the powder bed PB is larger than the beam waist diameter of the laser light LL condensed by the condenser lens 13b.
  • the beam spot of the cladding light CL on the surface of the powder bed PB includes the beam spot of the laser light LL on the surface of the powder bed PB. That is, the size of the beam spot of the clad light CL on the surface of the powder bed PB is larger than the size of the beam spot of the laser light LL on the surface of the powder bed PB.
  • the beam spots of the laser beam LL and the cladding light CL have sizes corresponding to the diameters of the core 12a and the inner cladding 12b1 of the optical fiber 12, respectively. This is because the laser light LL is emitted from the core 12a, and the clad light CL is emitted from the inner cladding 12b1 having a larger diameter than the core 12a.
  • the beam spots of the laser beam LL and the clad beam CL have sizes corresponding to the wavelengths of the laser beam LL and the clad beam CL, respectively.
  • the focal lengths of the laser light LL and the clad light CL are lengths corresponding to the wavelengths of the laser light LL and the clad light CL, respectively. Therefore, the beam spot sizes of the laser beam LL and the clad beam CL are changed by, for example, changing the diameters of the core 12a and the inner clad 12b1 of the optical fiber 12, or changing the diameters of the laser beam LL and the clad beam CL. It is possible to make adjustments.
  • the irradiation device 13 heats the powder bed PB by the laser beam LL so that the temperature T of the powder bed PB is higher than 0.8 times the melting point Tm of the metal powder (hereinafter referred to as “main heating”, patent An example of “first heating step” in the claims). Therefore, as shown in FIG. 3B, the temperature T of the powder bed PB is 0.8 Tm ⁇ T in the beam spot of the laser light LL.
  • the cladding light CL can be simultaneously irradiated in addition to the laser light LL.
  • the irradiation device 13 uses the laser beam LL so that the temperature T of the powder bed PB becomes equal to or higher than the melting point Tm of the metal powder.
  • the powder bed PB is heated.
  • the temperature T of the powder bed PB satisfies Tm ⁇ T in the beam spot of the laser beam LL.
  • the powder bed PB is scanned with the laser beam LL, the powder bed PB is melted and solidified in the locus of the beam spot of the laser beam LL.
  • each fault of metal modeling thing MO is modeled.
  • the cladding light CL can be simultaneously irradiated in addition to the laser light LL. Therefore, in the main heating described in this paragraph, (1) In addition to the mode in which the temperature T of the powder bed PB is set to be equal to or higher than the melting point Tm of the metal powder in the beam spot of the laser beam LL only by the laser LL (2 ) A mode in which the temperature T of the powder bed PB is set to be equal to or higher than the melting point Tm of the metal powder in the beam spot of the laser beam LL by the laser beam LL and the cladding beam CL is included.
  • the irradiation device 13 uses the laser beam LL so that the temperature T of the powder bed PB is 0.8 times the melting point Tm of the metal powder.
  • the powder bed PB is fully heated so as to be larger than the melting point Tm of the metal powder.
  • the temperature T of the powder bed PB is 0.8 Tm ⁇ T ⁇ Tm in the beam spot of the laser beam LL.
  • the cladding light CL can be simultaneously irradiated in addition to the laser light LL. Therefore, in the main heating described in this paragraph, (1) only by the laser LL, the temperature T of the powder bed PB is larger than 0.8 times the melting point Tm of the metal powder in the beam spot of the laser beam LL, and In addition to an aspect in which the melting point is lower than the melting point Tm of the metal powder, (2) the temperature T of the powder bed PB is set to 0. 0 of the melting point Tm of the metal powder within the beam spot of the laser beam LL by the laser beam LL and the cladding beam CL. A mode in which it is larger than 8 times and smaller than the melting point Tm of the metal powder is included.
  • the irradiation device 13 heats the powder bed PB by the clad light CL so that the temperature T of the powder bed PB becomes 0.5 to 0.8 times the melting point Tm of the metal powder (hereinafter referred to as “auxiliary”). "Heating” and an example of “second heating step” in the claims). Therefore, as shown in FIG. 3B, the temperature T of the powder bed PB is 0.5Tm ⁇ T ⁇ 0.8Tm in the beam spot of the clad light CL.
  • each of the beam spots on the locus of the laser beam LL is scanned.
  • the point receives (1) auxiliary heating by the cladding light CL, (2) main heating by the laser light LL, and (3) auxiliary heating by the cladding light CL in this order.
  • auxiliary heating with the clad light CL is performed on each point on the locus of the beam spot of the laser light LL before and after the main heating with the laser light LL.
  • the main heating with the laser beam LL and the auxiliary heating with the clad beam CL are performed in parallel.
  • the irradiation with the laser beam LL and the irradiation with the clad beam CL are performed using a single galvano scanner 13a, so that the main heating with the laser beam LL and the auxiliary heating with the cladding beam CL are spaced apart. (Temporal and / or spatial interval) is performed without a large gap. Therefore, it is not necessary to spend extra time to perform the auxiliary heating. Further, it is not necessary to provide extra equipment for performing auxiliary heating.
  • the beam spots of the laser light LL and the clad light CL are formed so that auxiliary heating by the clad light CL is performed before and after the main heating by the laser light LL. It is not limited. In other words, the laser is used so that the auxiliary heating with the clad light CL is performed only before the main heating with the laser light LL, or the auxiliary heating with the clad light CL is performed only after the main heating with the laser light LL. Beam spots of the light LL and the clad light CL may be formed. In any case, it is possible to obtain an effect of suppressing the residual stress that can be generated in the metal shaped object MO.
  • the first merit is that the lamination density of the metal shaped object MO is hardly lowered. That is, when the auxiliary heating is not performed before the main heating, the powder bed PB is rapidly heated during the main heating. For this reason, the metal liquid produced by melting the metal powder tends to have a large momentum, and as a result, the flatness of the surface of the metal solid produced by the solidification of the metal liquid tends to be impaired. Thereby, the lamination
  • the metal liquid produced by melting the metal powder is less likely to have a large momentum, and as a result, the flatness of the surface of the metal solid produced by the solidification of the metal liquid is difficult to be impaired. Thereby, the lamination density of the metal shaped object MO is hardly lowered.
  • the second merit is that the power of the laser beam irradiated during the main heating can be kept small.
  • the reason why the power of the laser beam irradiated during the main heating can be kept small is that the temperature T of the powder bed PB during the main heating is already increased to some extent by the auxiliary heating.
  • the third merit is that the dispersion of the temperature T of the powder bed PB at the time of the main heating can be suppressed small.
  • the temperature T of the powder bed PB is raised from 20 ° C. to 1000 ° C. by main heating without performing auxiliary heating.
  • the temperature rise during the main heating is about 1000 ° C.
  • the variation is ⁇ 10%
  • the temperature T of the powder bed PB during the main heating is in the range of about 900 ° C. to 1100 ° C. Will vary.
  • the variation in the temperature T of the powder bed PB during the main heating is large, there is a problem that overheating is caused at a certain place and heating is insufficient at a certain place.
  • the temperature T of the powder bed PB is raised to 600 ° C. by auxiliary heating and then the temperature T of the powder bed PB is raised from 600 ° C. to 1000 ° C. by main heating.
  • the temperature rise during the main heating is about 400 ° C.
  • the variation is ⁇ 10%
  • the temperature T of the powder bed PB during the main heating is in the range of about 960 ° C. to 1040 ° C. Will vary.
  • the variation in the temperature T of the powder bed PB during the main heating is small, it is difficult to cause a problem that overheating is caused in a certain place and underheating is caused in a certain place.
  • auxiliary heating when the auxiliary heating is performed after the main heating, it is possible to obtain a merit that the residual stress that can be generated in the metal molded object MO is further reduced.
  • auxiliary heating in addition to reducing the temperature difference between the main heated region and the surrounding region, at least a part of the solidified or sintered metal shaped object MO after the main heating is finished This is because it is possible to moderate the temperature drop of the fault.
  • the irradiation device 13 there is an effect that the residual stress that can be generated in the metal shaped object MO can be reduced while suppressing the time required for the layered modeling of the metal shaped object MO.
  • the metal modeling apparatus provided with the irradiation device 13 and the metal modeling system 1 provided with the metal modeling apparatus also have the same effect.
  • the clad 12b of the optical fiber 12 includes an inner clad 12b1 that guides the clad light CL, and an outer clad 12b2 that covers the entire side of the inner clad 12b1 over the entire length of the optical fiber 12.
  • the side surface of the inner cladding 12b1 is covered with the outer cladding 12b2 having a refractive index lower than that of the inner cladding 12b1.
  • the effect of confining the clad light CL in the inner clad 12b1 is enhanced, so that the clad light CL can be efficiently used to perform auxiliary heating of the powder bed PB.
  • the metal modeling apparatus provided with the irradiation device 13 and the metal modeling system 1 provided with such a metal modeling apparatus also have the same effect.
  • the optical fiber 12 is not provided with a cladding mode stripper for removing the cladding light CL.
  • a cladding mode stripper for removing the cladding light CL.
  • the irradiation device 13 forms the beam spot of the laser beam LL and the beam spot of the clad beam CL whose beam spot size is larger than the laser beam LL on the surface of the powder bed.
  • the condensing lens 13b is provided.
  • the metal modeling apparatus provided with the irradiation device 13 and the metal modeling system 1 provided with such a metal modeling apparatus also have the same effect.
  • the laser device 11 is a fiber laser
  • the residual excitation light may be included in the clad light CL.
  • auxiliary heating can be performed using residual excitation light that has been removed as unnecessary light until now. That is, there is an effect that auxiliary heating can be performed without separately providing a light source for auxiliary heating.
  • the metal modeling apparatus provided with the irradiation device 13 and the metal modeling system 1 provided with such a metal modeling apparatus also have the same effect.
  • leaked high-order mode light may be included in the clad light CL.
  • auxiliary heating can be performed using the leaked higher-order mode light that has been removed as unnecessary light. That is, there is an effect that auxiliary heating can be performed without separately providing a light source for auxiliary heating.
  • the metal modeling apparatus provided with the irradiation device 13 and the metal modeling system 1 provided with such a metal modeling apparatus also have the same effect.
  • the power of the leakage higher-order mode light is increased by bending or winding the optical fiber 12, or by forming or inserting a long-period fiber Bragg grating in the optical fiber 12. For this reason, in order to set the power of the clad light CL to a desired value, the optical fiber 12 is bent or wound, and / or a long-period fiber Bragg grating is formed or inserted in the optical fiber 12.
  • the configuration may be adopted.
  • the metal shaping apparatus can include the measurement unit 14 and the control unit 15.
  • the measurement unit 14 and the control unit 15 will be described.
  • a line connecting the measurement unit 14 and the control unit 15 represents a signal line for transmitting a signal representing the measurement result obtained by the measurement unit 14 to the control unit 15 and is electrically connected to each other.
  • a line connecting the control unit 15 and the laser device 11 represents a signal line for transmitting a control signal generated by the control unit 15 to the laser device 11, and is electrically or optically connected to each other.
  • At least one configuration of the irradiation device 13 and the control unit 15 may be optically and electrically connected in the same manner as described above.
  • the control unit 15 may be configured to transmit the control signal generated by the control unit 15 to at least one of the configurations of the irradiation device 13 and to control the configuration.
  • the measuring unit 14 is configured to measure the temperature T (for example, the surface temperature) of the powder bed PB.
  • T for example, the surface temperature
  • a thermo camera can be used as the measurement unit 14 for example.
  • the control unit 15 is configured to control the power of the clad light CL so that the temperature T of the powder bed PB is 0.5 Tm ⁇ T ⁇ 0.8 Tm in the beam spot of the clad light CL.
  • Tm is the melting point of the metal powder contained in the powder bed PB.
  • the control unit 15 controls the power of the clad light CL based on the temperature measured by the measurement unit 14.
  • a microcomputer can be used.
  • a method for controlling the power of the clad light CL for example, there is a method of controlling the residual pumping light by controlling the pumping light source of the fiber laser (laser device 11).
  • the control unit 15 further controls the power of the laser beam so that the temperature T of the powder bed PB is 0.8 Tm ⁇ T in the beam spot of the laser beam LL based on the temperature measured by the measurement unit 14. May be controlled.
  • the metal shaping apparatus provided with the measurement part 14 and the control part 15, and the metal shaping system 1 provided with such a metal shaping apparatus, even if various conditions change, auxiliary heating with clad light is appropriately performed. There is an effect that it is possible.
  • the various conditions mentioned here include temperature, the type of metal powder, and the particle size of the metal powder.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the manufacturing method S.
  • the manufacturing method S includes a powder bed forming step S1, a laser beam irradiation step S2 (an example of an “irradiation method” in the claims), a stage lowering step S3, and a molded article removal step S4. And.
  • the metal shaped object MO is formed for each fault.
  • the powder bed forming step S1, the laser beam irradiation step S2, and the stage lowering step S3 are repeatedly executed for the number of faults.
  • the powder bed forming step S1 is a step of forming the powder bed PB on the stage 10c of the modeling table 10.
  • the powder bed forming step S1 is realized by, for example, (1) a step of supplying metal powder using the recoater 10a and (2) a step of spreading the metal powder on the stage 10c using the roller 10b. can do.
  • the laser light irradiation step S2 irradiates the powder bed PB with the laser light LL guided by the core 12a of the optical fiber 12 together with the clad light CL guided by the inner cladding 12b1 of the optical fiber 12.
  • This is a process of modeling one fault of the modeled object MO.
  • the auxiliary heating with respect to each point of the powder bed PB may be performed before the main heating with respect to the point, or may be performed after the main heating with respect to the point.
  • region which irradiates laser beam LL and cladding light CL in laser beam irradiation process S2 is an at least one part area
  • the temperature T of the powder bed PB is determined depending on whether each fault of the metal shaped object MO is formed by melting and solidifying the metal powder or metal powder. What is necessary is just to determine according to whether it shape
  • the powder bed PB is heated by the laser beam LL so that the temperature T of the powder bed PB becomes equal to or higher than the melting point Tm of the metal powder. That's fine.
  • the laser beam LL causes the temperature T of the powder bed PB to be greater than 0.8 times the melting point Tm of the metal powder, and
  • the powder bed PB may be subjected to main heating so as to be smaller than the melting point Tm of the metal powder.
  • the stage lowering step S3 is a step of lowering the stage 10c of the modeling table 10 by one layer. This makes it possible to form a new powder bed PB on the stage 10c. By repeating the powder bed forming step S1, the laser beam irradiation step S2, and the stage lowering step S3 for the number of tomographic pieces, a metal shaped object MO is completed.
  • the molded object extraction process S4 is a process of extracting the completed metal molded object MO from the powder bed PB. Thereby, the metal shaped object MO is completed.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing the configuration of the metal modeling system 1A.
  • the metal shaping system 1A is a system in which a cladding light source 16 and a combiner 17 are added to the metal shaping system 1. Since the modeling table 10, the laser device 11, the optical fiber 12, the irradiation device 13, the measurement unit 14, and the control unit 15 are configured in the same manner as the metal modeling system 1, the description thereof is omitted here.
  • the clad light source 16 is a light source different from the laser device 11 serving as a light source of the laser light LL.
  • the clad light source 16 can be any laser device such as, for example, a solid-state laser, a liquid laser, or a gas laser.
  • the clad light source 16 is connected to an input port of a combiner 17 inserted into the optical fiber 12. Light output from the clad light source 16 is input to the inner cladding 12b1 of the optical fiber 12 through the combiner 17. Therefore, in the metal modeling system 1A, the light guided from the inner cladding 12b1 of the optical fiber 12 includes the light output from the cladding light source 16.
  • the control unit 15 controls the clad light source 16 so that the temperature T of the powder bed PB is 0.5 Tm ⁇ T ⁇ 0.8 Tm in the beam spot of the clad light CL.
  • the clad light source 16 is controlled so that the power of the light output from the clad light source 16 is increased.
  • the control unit 15 can refer to the temperature T of the powder bed PB measured by the measurement unit 14 in the same manner as the metal modeling system 1.
  • auxiliary heating is performed not only by the residual excitation light and the leaked higher-order mode light but also by the clad light source 16. It is possible to perform the auxiliary heating with higher power. Moreover, since the power of the clad light CL can be easily controlled only by adjusting the power of the clad light source 16, the temperature T of the powder bed PB during auxiliary heating can be easily controlled.
  • the metal shaping apparatus In order to minimize the residual stress that can occur in the metal model, it is desirable to adjust the temperature T of the powder bed PB during auxiliary heating to a value according to the type of the metal powder. For this reason, it is desirable that the metal shaping apparatus can freely set the power of the clad light applied to the powder bed PB for auxiliary heating.
  • the metal shaping apparatus included in the metal shaping system 1A described above meets this demand.
  • the clad that irradiates the powder bed PB for auxiliary heating by appropriately selecting the clad light source 16 or by appropriately setting the output power of the clad light source 16 This is because the power of light can be set freely.
  • the metal shaping apparatus which can respond to said request is not restricted to the metal shaping apparatus contained in 1 A of metal shaping systems.
  • the first light source that outputs the first light for example, the laser device 11 described above
  • the second light source that outputs the second light and is different from the first light source.
  • a light source for example, the above-described clad light source 16
  • a core for example, the above-described core 12a
  • guides the first light for example, the above-described laser light LL
  • a clad eg, the above-described clad 12b that guides the second light (eg, the above-described clad light CL) output from the second light source
  • the core Irradiation device for irradiating at least a part of a powder bed (for example, the above-described powder bed PB) including a metal powder with the first light guided by the first clad and the second light guided by the clad
  • the irradiation device is a metal modeling device that heats the powder bed with the clad light before or after heating the powder bed with the laser beam. I can respond. This is because, in such a metal shaping apparatus, the powder bed is irradiated for auxiliary heating by appropriately selecting the second light source or by appropriately setting the output power of the second light source. This is because the power of the clad light can be set freely.
  • the first light may be laser light for heating the powder bed PB.
  • the second light can be laser light for auxiliary heating of the powder bed PB.
  • the irradiation device 13 is configured such that the temperature T of the powder bed PB in the first region irradiated with the first light is higher than the temperature T of the powder bed PB in the second region irradiated with the second light.
  • the first light and the second light are irradiated so as to be higher.
  • auxiliary heating of the powder bed PB can be performed before or after the main heating of the powder bed PB. Therefore, there is an effect that the residual stress that can be generated in the metal shaped article MO can be reduced.
  • the main heating with the first light and the auxiliary heating with the second light are performed in parallel. Therefore, it is not necessary to spend extra time to perform the auxiliary heating.
  • the first light preferably heats the powder bed PB so that the temperature T of the powder bed PB is higher than 0.8 times the melting point Tm of the metal powder.
  • the first light is the powder bed PB so that the temperature T of the powder bed PB is higher than the melting point Tm of the metal powder. Is preferably heated.
  • the first light is such that the temperature T of the powder bed PB is higher than 0.8 times the melting point Tm of the metal powder, and It is preferable to heat the powder bed PB so as to be lower than the melting point Tm of the metal powder.
  • the second light is such that the temperature T of the powder bed PB is 0.5 to 0.8 times the melting point Tm of the metal powder. It is preferable to heat the powder bed PB.
  • the second there is a method of making the energy density of light lower than the energy density of the first light. That is, the second light is irradiated by setting each of the wavelengths of the first light and the second light so that the energy density of the second light is lower than the energy density of the first light.
  • the temperature T of the powder bed PB can be made lower than the temperature T of the powder bed PB when the first light is irradiated.
  • the above-described effects can be obtained if the wavelength of the second light is longer than the wavelength of the first light.
  • the energy density of 2nd light lower than the energy density of 1st light
  • such a metal shaping apparatus further includes “a control unit (for example, the control unit 15 described above) that controls the power of light output from the second light source”.
  • a control unit for example, the control unit 15 described above
  • such a metal shaping apparatus includes a “measurement unit that measures the temperature T of the powder bed (for example, the measurement unit 14 described above) and a control unit that controls the power of light output from the second light source.
  • the control unit 15 described above is further provided.
  • the control unit controls the second light source based on the temperature T measured by the measurement unit. " Is more desirable.
  • the clad has an inner clad that guides the clad light (for example, the inner clad 12b1 described above) and the side surface of the inner clad across the entire length of the optical fiber. It is desirable to include a covering outer cladding (for example, the outer cladding 12b2 described above). In such a metal shaping apparatus, it is desirable that “the optical fiber is not provided with a cladding mode stripper for removing the cladding light”. In addition, since the effect obtained by these structures is as having already demonstrated, the description is not repeated here.
  • An irradiation apparatus (13) is an irradiation apparatus (13) used for metal modeling, and the laser beam (LL) guided by the core (12a) of the optical fiber (12) and the above An irradiation section (13a) for irradiating at least a part of a powder bed (PB) containing metal powder with clad light (CL) guided by the clad (12b) of the optical fiber (12),
  • the irradiation unit (13a) is configured so that the laser beam (LL) causes the powder bed (PB) to have a temperature higher than 0.8 times the melting point (Tm) of the metal powder.
  • the clad light (CL) causes the temperature of the powder bed (PB) to be 0.5 of the melting point (Tm) of the metal powder. Double So that the upper 0.8 times or less, an apparatus for carrying out the second heating step for heating the powder bed (PB).
  • the clad (12b) includes the inner clad (12b1) that guides the clad light (CL) and the inner side of the optical fiber (12). It is preferable that the outer side clad (12b2) which covers the side surface of the clad (12b1) without fail is included.
  • the optical fiber (12) is not provided with a cladding mode stripper for removing the cladding light (CL).
  • An irradiation apparatus (13) includes a beam spot of the laser beam (LL) and a beam of the clad beam (CL) in which the size of the beam spot is larger than the beam spot of the laser beam (LL). It is preferable to further include a condenser lens (13b) that forms a spot on the surface of the powder bed (PB).
  • the laser light (LL) is laser light (LL) output from a fiber laser (11), and the cladding light (CL) includes the fiber It is preferable that the residual excitation light output from the laser (11) is included.
  • the clad light (CL) includes leaked high-order mode light in which high-order mode light of the core (12a) leaks into the clad (12b). Is preferable.
  • the metal shaping apparatus guides the irradiation apparatus (13) according to one aspect of the present invention, the core (12a) that guides the laser light (LL), and the cladding light (CL). It is preferable that the optical fiber (12) including the clad (12b) to be waved is provided.
  • the metal shaping apparatus is configured so that the temperature of the powder bed (PB) is 0.5 to 0.8 times the melting point (Tm) of the metal powder. It is preferable that a control unit (15) for controlling the power of
  • the metal shaping apparatus which concerns on 1 aspect of this invention is further equipped with the measurement part (14) which measures the temperature of the said powder bed (PB), and the said control part (15) is measured by the said measurement part (14). It is preferable to control the power of the clad light (CL) based on the applied temperature.
  • the metal shaping apparatus further includes a clad light source (16) different from the laser light (LL) light source, and the clad light (CL) is output from the clad light source (16). It is preferable that clad light (CL) is included.
  • a metal shaping system (1, 1A) includes a metal shaping apparatus according to an aspect of the present invention, a laser device (11) that outputs the laser light (LL), and the powder bed (PB). It is preferable that the modeling table (10) for hold
  • An irradiation method includes a laser beam (LL) guided by a core (12a) of an optical fiber (12) and a clad light guided by a clad (12b) of the optical fiber (12). (CL) and an irradiation step of irradiating at least part of the powder bed (PB) containing the metal powder, and in the irradiation step, the temperature of the powder bed (PB) by the laser beam (LL). Before and after the first heating step and the first heating step for heating the powder bed (PB) so that the melting point (Tm) of the metal powder is higher than 0.8 times the melting point (Tm). The powder bed (PB) is heated by light (CL) so that the temperature of the powder bed (PB) is 0.5 to 0.8 times the melting point (Tm) of the metal powder. A method of performing a second heating step that.
  • a method for manufacturing a metal shaped article (MO) includes a laser beam (LL) guided by a core (12a) of an optical fiber (12) and a cladding (12b) of the optical fiber (12).
  • the laser beam (LL) A first heating step for heating the powder bed (PB) such that the temperature of the powder bed (PB) is higher than 0.8 times the melting point (Tm) of the metal powder; and the first heating step. Before or after the powder, so that the temperature of the powder bed (PB) becomes 0.5 to 0.8 times the melting point (Tm) of the metal powder by the clad light (CL).
  • a second heating step of heating head to (PB) is a method of performing.
  • SYMBOLS 1 Metal modeling system 10 Modeling table 10a Recoater 10b Roller 10c Stage 10d Table main body 11 Laser apparatus (fiber laser) DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Optical fiber 12a Core 12b Clad 12b1 Inner clad 12b2 Outer clad 13 Irradiation device 13a Galvano scanner (irradiation part) 13a1 1st galvanometer mirror 13a2 2nd galvanometer mirror 13b Condensing lens 14 Measuring part 15 Control part 16 Clad light source 17 Combiner 1A Metal modeling system (modification) LL Laser beam CL Clad beam PB Powder bed MO Metal molding T Temperature of powder bed Tm Melting point of metal powder

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本加熱及び補助加熱を実施するための時間を短く抑えながら、金属造形物（ＭＯ）において生じ得る残留応力を小さく抑える。照射装置（１３）は、レーザ光（ＬＬ）によってパウダーベッド（ＰＢ）の温度（Ｔ）が金属紛体の融点（Ｔｍ）の０．８倍よりも高くなるように、上記パウダーベッド（ＰＢ）を加熱する第１の加熱工程と、上記第１の加熱工程の前又は後に、クラッド光（ＣＬ）によってパウダーベッド（ＰＢ）の温度（Ｔ）が金属紛体の融点（Ｔｍ）の０．５倍以上０．８倍以下になるように、パウダーベッド（ＰＢ）を加熱する第２の加熱工程とを実施する。

Description

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
　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紛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紛体の融点の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紛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。よって、レーザビーム方式の積層造形法では、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を短く抑えられる点である。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であって、光ファイバのコアによって導波されるレーザ光と上記光ファイバのクラッドによって導波されるクラッド光とを、金属紛体を含むパウダーベッドの少なくとも一部に照射する照射部を備えており、上記照射部は、上記レーザ光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．８倍よりも高くなるように、上記パウダーベッドを加熱する第１の加熱工程と、上記第１の加熱工程の前又は後に、上記クラッド光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記パウダーベッドを加熱する第２の加熱工程とを実施する。
　上記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、光ファイバのコアによって導波されるレーザ光と上記光ファイバのクラッドによって導波されるクラッド光とを、金属紛体を含むパウダーベッドの少なくとも一部に照射する照射工程を含んでおり、上記照射工程において、上記レーザ光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．８倍よりも高くなるように、上記パウダーベッドを加熱する第１の加熱工程と、上記第１の加熱工程の前又は後に、上記クラッド光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記パウダーベッドを加熱する第２の加熱工程とを実施する。
　上記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、光ファイバのコアによって導波されるレーザ光と上記光ファイバのクラッドによって導波されるクラッド光とを、金属紛体を含むパウダーベッドの少なくとも一部に照射する照射工程を含んでおり、上記照射工程において、上記レーザ光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．８倍よりも高くなるように、上記パウダーベッドを加熱する第１の加熱工程と、上記第１の加熱工程の前又は後に、上記クラッド光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記パウダーベッドを加熱する第２の加熱工程とを実施する。
　本発明の一態様によれば、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ができる。
本発明の一実施形態に係る金属造形システムの構成を示す構成図である。 図１に示す金属造形システムが備える光ファイバの構成を示す断面図である。 （ａ）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。（ｂ）は、図１に示す金属造形システムにおいて用いられるパウダーベッドの平面図である。 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１示す金属造形システムの変形例を示す構成図である。
　（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３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は、後述する光ファイバ１２の構成例を示す断面図である。図３の（ａ）は、後述する照射装置１３の構成例を示す構成図であり、図３の（ｂ）は、後述するパウダーベッドＰＢの平面図である。
　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、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。
　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、金属紛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紛体を、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紛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紛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、金属紛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、金属紛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ＬＬ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。このため、レーザ装置１１から出力される光には、レーザ光ＬＬの他に、残留励起光が含まれ得る。ここで、残留励起光とは、ファイバレーザの励起光源から出力される励起光のうち、ファイバレーザの増幅用光ファイバのコアに添加された希土類元素の励起に利用されずに残った励起光のことを指す。
　なお、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、又は気体レーザなど、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から出力される光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。すなわち、図２に示すように、光ファイバ１２は、コア１２ａと、コア１２ａの側面を覆うクラッド１２ｂと、を備えている。ここで、クラッド１２ｂは、コア１２ａの側面を覆う内側クラッド１２ｂ１と、内側クラッド１２ｂ１の側面を覆う外側クラッド１２ｂ２と、により構成されている。
　光ファイバ１２において、コア１２ａの側面は、光ファイバ１２の全長に亘って、コア１２ａよりも屈折率の低い内側クラッド１２ｂ１によって隈無く覆われている。また、光ファイバ１２において、内側クラッド１２ｂ１の側面は、光ファイバ１２の全長に亘って、内側クラッド１２ｂ１よりも屈折率の低い外側クラッド１２ｂ２によって隈無く覆われている。これは、クラッドモードストリッパなど、外側クラッド１２ｂ２を除去して内側クラッド１２ｂ１を露出させる構造が設けられていないためである。このため、光ファイバ１２においては、コア１２ａ及び内側クラッド１２ｂ１の両方が光導波路として機能する。レーザ装置１１から出力されるレーザ光ＬＬは、主に、光ファイバ１２のコア１２ａによって導波される。一方、レーザ装置１１から出力される残留励起光は、主に、光ファイバ１２の内側クラッド１２ｂ１によって導波される。
　なお、光ファイバ１２の内側クラッド１２ｂ１によって導波される光には、上述した残留励起光の他に、漏出高次モード光が含まれ得る。ここで、漏出高次モード光とは、コア１２ａの高次モード光のうち、内側クラッド１２ｂ１に漏出した高次モード光のことを指す。以下、光ファイバ１２の内側クラッド１２ｂ１によって導波される光のことを、その由来を問わず、クラッド光ＣＬと記載する。クラッド光ＣＬには、上述した残留励起光及び漏出高次モード光以外の光が含まれていてもよい。
　なお、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。トリプルクラッドファイバなど、２層以上のクラッドを有する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。この場合、最外層のクラッドがダブルクラッドファイバの外側クラッドに相当する機能を担ってもよく、それ以外のクラッドがダブルクラッドファイバの内側クラッドに相当する機能を担ってもよい。
　照射装置１３は、光ファイバ１２のコア１２ａによって導波されるレーザ光ＬＬと、光ファイバ１２の内側クラッド１２ｂ１によって導波されるクラッド光ＣＬと、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。すなわち、図３の（ａ）に示すように、照射装置１３は、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（特許請求の範囲における「照射部」の一例）と、集光レンズ１３ｂと、これらを収容する不図示の筐体と、を備えている。光ファイバ１２から出力されるレーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬ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。
　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ＬＬ及びクラッド光ＣＬ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ＬＬ及びクラッド光ＣＬ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ＬＬ及びクラッド光ＣＬのビームスポット径を小さくするための構成である。
　なお、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光ＬＬのビームスポット径は、集光レンズ１３ｂによって集光されたレーザ光ＬＬのビームウエスト径に一致していてもよいし、一致していなくてもよい。或いは、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光ＬＬのビームスポット径は、パウダーベッドＰＢに照射されるレーザ光ＬＬのエネルギー密度が所望の大きさになるように、調整されていてもよい。この場合、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光ＬＬのビームスポット径は、集光レンズ１３ｂによって集光されたレーザ光ＬＬのビームウエスト径よりも大きくなる。
　図３の（ｂ）に示すように、パウダーベッドＰＢの表面におけるクラッド光ＣＬのビームスポットは、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光ＬＬのビームスポットを包含している。すなわち、パウダーベッドＰＢの表面におけるクラッド光ＣＬのビームスポットのサイズは、パウダーベッドＰＢの表面におけるレーザ光ＬＬのビームスポットのサイズよりも大きくなる。なお、レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬのビームスポットは、それぞれ、光ファイバ１２のコア１２ａ及び内側クラッド１２ｂ１の径に応じた大きさになる。なぜなら、レーザ光ＬＬは、コア１２ａから出射され、クラッド光ＣＬは、コア１２ａよりも径の大きい内側クラッド１２ｂ１から出射されるからである。また、集光レンズ１３ｂに色収差がある場合、レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬのビームスポットは、それぞれ、レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬの波長に応じた大きさになる。なぜなら、レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬの焦点距離は、それぞれ、レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬの波長に応じた長さになるからである。したがって、レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬのビームスポットのサイズは、例えば、光ファイバ１２のコア１２ａ及び内側クラッド１２ｂ１の径を変更することによって、或いは、レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬの径を変更することによって、調整することが可能である。
　照射装置１３は、レーザ光ＬＬによって、パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属紛体の融点Ｔｍの０．８倍よりも高くなるように、パウダーベッドＰＢを加熱（以下、「本加熱」と記載、特許請求の範囲における「第１の加熱工程」の一例）する。したがって、図３の（ｂ）に示すように、パウダーベッドＰＢの温度Ｔは、レーザ光ＬＬのビームスポット内で０．８Ｔｍ＜Ｔとなる。なお、レーザＬＬのビームスポット内においては、レーザ光ＬＬに加えてクラッド光ＣＬも同時に照射され得る。したがって、本段落において説明した本加熱には、（１）レーザＬＬのみによって、レーザ光ＬＬのビームスポット内でパウダーベッドＰＢの温度Ｔを金属紛体の融点Ｔｍの０．８倍よりも高くする態様の他に、（２）レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬによって、レーザ光ＬＬのビームスポット内でパウダーベッドＰＢの温度Ｔを金属紛体の融点Ｔｍの０．８倍よりも高くする態様が含まれる。
　特に、金属造形物ＭＯの各断層を金属粉体の溶融・凝固によって造形する場合、照射装置１３は、レーザ光ＬＬによって、パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属紛体の融点Ｔｍ以上になるように、パウダーベッドＰＢを本加熱する。この場合、パウダーベッドＰＢの温度Ｔは、レーザ光ＬＬのビームスポット内でＴｍ≦Ｔとなる。このため、レーザ光ＬＬでパウダーベッドＰＢ上を走査すると、レーザ光ＬＬのビームスポット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。なお、レーザＬＬのビームスポット内においては、レーザ光ＬＬに加えてクラッド光ＣＬも同時に照射され得る。したがって、本段落において説明した本加熱には、（１）レーザＬＬのみによって、レーザ光ＬＬのビームスポット内でパウダーベッドＰＢの温度Ｔを金属紛体の融点Ｔｍ以上にする態様の他に、（２）レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬによって、レーザ光ＬＬのビームスポット内でパウダーベッドＰＢの温度Ｔを金属紛体の融点Ｔｍ以上にする態様が含まれる。
　一方、金属造形物ＭＯの各断層を金属粉体の焼結によって造形する場合、照射装置１３は、レーザ光ＬＬによって、パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属粉体の融点Ｔｍの０．８倍よりも大きく、かつ、金属粉体の融点Ｔｍよりも小さくなるように、パウダーベッドＰＢを本加熱する。この場合、パウダーベッドＰＢの温度Ｔは、レーザ光ＬＬのビームスポット内で０．８Ｔｍ＜Ｔ＜Ｔｍとなる。このため、レーザ光ＬＬでパウダーベッドＰＢ上を走査すると、レーザ光ＬＬのビームスポット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。なお、レーザＬＬのビームスポット内においては、レーザ光ＬＬに加えてクラッド光ＣＬも同時に照射され得る。したがって、本段落において説明した本加熱には、（１）レーザＬＬのみによって、レーザ光ＬＬのビームスポット内でパウダーベッドＰＢの温度Ｔを金属紛体の融点Ｔｍの０．８倍よりも大きく、かつ、金属紛体の融点Ｔｍよりも小さくする態様の他に、（２）レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬによって、レーザ光ＬＬのビームスポット内でパウダーベッドＰＢの温度Ｔを金属紛体の融点Ｔｍの０．８倍よりも大きく、かつ、金属紛体の融点Ｔｍよりも小さくする態様が含まれる。
　また、照射装置１３は、クラッド光ＣＬによって、パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属紛体の融点Ｔｍの０．５倍以上０．８倍以下になるように、パウダーベッドＰＢを加熱（以下、「補助加熱」と記載、特許請求の範囲における「第２の加熱工程」の一例）する。したがって、図３の（ｂ）に示すように、パウダーベッドＰＢの温度Ｔは、クラッド光ＣＬのビームスポット内で０．５Ｔｍ≦Ｔ≦０．８Ｔｍとなる。
　レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬのビームスポットが図３の（ｂ）に示すように形成されている場合、レーザ光ＬＬでパウダーベッドＰＢ上を走査すると、レーザ光ＬＬのビームスポットの軌跡上の各点は、（１）クラッド光ＣＬによる補助加熱、（２）レーザ光ＬＬによる本加熱、（３）クラッド光ＣＬによる補助加熱を、この順に受ける。換言すると、レーザ光ＬＬのビームスポットの軌跡上の各点に対して、レーザ光ＬＬによる本加熱の前及び後に、クラッド光ＣＬによる補助加熱が実施される。これにより、金属造形物ＭＯに生じ得る残留応力を、電子ビームを用いた積層造形と同程度に小さく抑えることができる。しかも、レーザ光ＬＬによる本加熱とクラッド光ＣＬによる補助加熱とは、並行して行われる。特に、本実施形態においては、レーザ光ＬＬの照射とクラッド光ＣＬの照射とが単一のガルバノスキャナ１３ａを用いて行われるので、レーザ光ＬＬによる本加熱とクラッド光ＣＬによる補助加熱とが間隔（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。
　なお、本実施形態においては、レーザ光ＬＬによる本加熱の前及び後にクラッド光ＣＬによる補助加熱が実施されるように、レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬのビームスポットを形成しているが、これに限定されない。すなわち、レーザ光ＬＬによる本加熱の前にのみクラッド光ＣＬによる補助加熱が実施されるように、或いは、レーザ光ＬＬによる本加熱の後にのみクラッド光ＣＬによる補助加熱が実施されるように、レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬのビームスポットを形成してもよい。何れの場合であっても、金属造形物ＭＯに生じ得る残留応力を小さく抑えるという効果を得ることができる。
　なお、本加熱の前に補助加熱を実施する場合には、以下のメリットが得られ得る。第１のメリットは、金属造形物ＭＯの積層密度が下がり難い点である。すなわち、本加熱の前に補助加熱を行わない場合、本加熱の際にパウダーベッドＰＢが急加熱される。このため、金属紛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、本加熱の前に補助加熱を実施する場合には、本加熱の際のパウダーベッドＰＢの温度上昇を緩やかにすることができる。このため、金属紛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のメリットは、本加熱の際に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。本加熱の際に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、本加熱を実施する際のパウダーベッドＰＢの温度Ｔが補助加熱によって既にある程度高くなっているからである。
　第３のメリットは、本加熱時のパウダーベッドＰＢの温度Ｔ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、補助加熱を行わずに本加熱によってパウダーベッドＰＢの温度Ｔを２０℃から１０００℃に上昇させる場合を考える。この場合、本加熱時の温度上昇度が約１０００℃になるので、そのばらつきが±１０％であるとすると、本加熱時のパウダーベッドＰＢの温度Ｔは、約９００℃～１１００℃の範囲内でばらつくことになる。このように、本加熱時のパウダーベッドＰＢの温度Ｔのばらつきが大きいと、ある場所では過剰加熱になり、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、補助加熱によってパウダーベッドＰＢの温度Ｔを６００℃に上昇させた後、本加熱によってパウダーベッドＰＢの温度Ｔを６００℃から１０００℃に上昇させる場合を考える。この場合、本加熱時の温度上昇度が約４００℃になるので、そのばらつきが±１０％であるとすると、本加熱時のパウダーベッドＰＢの温度Ｔは、約９６０℃～１０４０℃の範囲内でばらつくことになる。このように、本加熱時のパウダーベッドＰＢの温度Ｔのばらつきが小さいと、ある場所では過剰加熱になり、ある場所では加熱不足になるという問題が生じ難い。
　一方、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。
　以上のように、照射装置１３によれば、金属造形物ＭＯの積層造形に掛かる時間を短く抑えながら、金属造形物ＭＯにおいて生じ得る残留応力を小さく抑えることができる、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、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。
　特に、本実施形態においては、光ファイバ１２のクラッド１２ｂが、クラッド光ＣＬを導波する内側クラッド１２ｂ１と、光ファイバ１２の全長に亘って内側クラッド１２ｂ１の側面を隈無く覆う外側クラッド１２ｂ２とを備えている。すなわち、照射装置１３においては、内側クラッド１２ｂ１よりも屈折率の低い外側クラッド１２ｂ２よって内側クラッド１２ｂ１の側面が隈なく覆われている。これにより、クラッド光ＣＬを内側クラッド１２ｂ１に閉じ込める効果が高まるので、クラッド光ＣＬを効率的に利用して、パウダーベッドＰＢの補助加熱を行うことができる、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。
　また、本実施形態においては、光ファイバ１２に、クラッド光ＣＬを除去するためのクラッドモードストリッパが設けられていない。これにより、クラッド光ＣＬが除去され難くなるので、クラッド光ＣＬを効率的に利用して、パウダーベッドＰＢの補助加熱を行うことができる、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。
　また、本実施形態においては、照射装置１３が、レーザ光ＬＬのビームスポットと、ビームスポットのサイズがレーザ光ＬＬよりも大きいクラッド光ＣＬのビームスポットと、を上記パウダーベッドの表面に形成するための集光レンズ１３ｂを備えている。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ＬＬ及びクラッド光ＣＬ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ＬＬ及びクラッド光ＣＬのパワーが比較的低い場合であっても、レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬのビームスポット内でのパウダーベッドＰＢの温度Ｔを前述した条件を満たすように高めることができる。このため、レーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬのビームスポット内でのパウダーベッドＰＢの温度Ｔを前述した条件を満たすよう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。
　また、本実施形態においては、レーザ装置１１がファイバレーザであるため、残留励起光がクラッド光ＣＬに含まれている場合がある。この場合、照射装置１３によれば、これまで不要な光として除去されていた残留励起光を利用して、補助加熱を行うことができる。すなわち、補助加熱用の光源を別途設けることなく補助加熱を行うことができる、という効果を奏する。また、この場合、残留励起光を除去するために、外側クラッド１２ｂ２を除去して内側クラッド１２ｂ１を露出させたり、光ファイバ１２にクラッドモードストリッパを設けたりするなどの必要がなくなり、構成を簡易にすることができる。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。
　また、本実施形態においては、漏出高次モード光がクラッド光ＣＬに含まれている場合がある。この場合、照射装置１３によれば、これまで不要な光として除去されていた漏出高次モード光を利用して、補助加熱を行うことができる。すなわち、補助加熱用の光源を別途設けることなく補助加熱を行うことができる、という効果を奏する。また、この場合、漏出高次モード光を除去するために、外側クラッド１２ｂ２を除去して内側クラッド１２ｂ１を露出させたり、光ファイバ１２にクラッドモードストリッパを設けたりする必要がなくなり、構成を簡易にすることができる。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。
　なお、漏出高次モード光のパワーは、光ファイバ１２を曲げる又は巻くことによって、或いは、光ファイバ１２に長周期ファイバブラッググレーティングを形成又は挿入することによって、増す。このため、クラッド光ＣＬのパワーを所望の値にするために、光ファイバ１２が曲げられている又は巻かれている構成、及び／又は、光ファイバ１２に長周期ファイバブラッググレーティングが形成又は挿入されている構成を採用しても構わない。
　（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。なお、図１において、測定部１４と制御部１５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、互いに電気的又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、互いに電気的又は光学的に接続されている。また、図示していないが、照射装置１３の構成のうち少なくとも１つの構成と制御部１５とが上記と同様に光学的、電気的に接続されていてもよい。この場合、例えば、制御部１５にて生成された制御信号を照射装置１３の構成のうち少なくとも１つの構成に送信して、制御部１５が当該構成を制御する様、構成されていてもよい。
　測定部１４は、パウダーベッドＰＢの温度Ｔ（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、パウダーベッドＰＢの温度Ｔがクラッド光ＣＬのビームスポット内で０．５Ｔｍ≦Ｔ≦０．８Ｔｍとなるように、クラッド光ＣＬのパワーを制御するための構成である。前述したとおり、Ｔｍは、パウダーベッドＰＢに含まれる金属粉体の融点である。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、クラッド光ＣＬのパワーを制御する。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。また、クラッド光ＣＬのパワーを制御する方法としては、例えば、ファイバーレーザ（レーザ装置１１）の励起光源を制御することによって、残留励起光を制御する方法が挙げられる。なお、制御部１５は、更に、測定部１４によって測定される温度に基づいて、パウダーベッドＰＢの温度Ｔがレーザ光ＬＬのビームスポット内で０．８Ｔｍ＜Ｔとなるように、レーザ光のパワーを制御してもよい。
　測定部１４及び制御部１５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によれば、各種条件が変化しても、クラッド光による補助加熱を適切に行うことができる、という効果を奏する。ここで云う各種条件としては、例えば、気温、金属紛体の種類、金属紛体の粒径などが挙げられる。
　（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。
　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は、断層数分、繰り返し実行される。
　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、光ファイバ１２のコア１２ａによって導波されるレーザ光ＬＬを、光ファイバ１２の内側クラッド１２ｂ１によって導波されるクラッド光ＣＬと共に、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。レーザ光照射工程Ｓ２においては、（１）パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属紛体の融点Ｔｍの０．８倍よりも高くなるように、レーザ光ＬＬによってパウダーベッドＰＢを加熱する本加熱と、（２）パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属紛体の融点Ｔｍの０．５倍以上０．８倍以下になるように、クラッド光ＣＬによってパウダーベッドＰＢを加熱する補助加熱と、が実施される。なお、パウダーベッドＰＢの各点に対する補助加熱は、その点に対する本加熱の前に実施されてもよいし、その点に対する本加熱の後に実施されてもよい。なお、レーザ光照射工程Ｓ２においてレーザ光ＬＬ及びクラッド光ＣＬを照射する領域は、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。
　なお、レーザ光ＬＬによってパウダーベッドＰＢを加熱する際、パウダーベッドＰＢの温度Ｔを何度にするかは、金属造形物ＭＯの各断層を金属粉体の溶融・凝固によって造形するか、金属紛体の焼結によって造形するかに応じて決定すればよい。金属造形物ＭＯの各断層を金属粉体の溶融・凝固によって造形する場合、レーザ光ＬＬによって、パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属紛体の融点Ｔｍ以上になるように、パウダーベッドＰＢを本加熱すればよい。一方、金属造形物ＭＯの各断層を金属粉体の焼結によって造形する場合、レーザ光ＬＬによって、パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属粉体の融点Ｔｍの０．８倍よりも大きく、かつ、金属粉体の融点Ｔｍよりも小さくなるように、パウダーベッドＰＢを本加熱すればよい。
　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。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。
　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、及び、レーザ光照射工程Ｓ２を含む金属造形物ＭＯの製造方法Ｓによれば、金属造形物ＭＯの積層造形に掛かる時間を短く抑えながら、金属造形物ＭＯにおいて生じ得る残留応力を小さく抑えることができる、という効果を奏する。
　（金属造形システムの変形例）
　金属造形システム１の一変形例（以下、「金属造形システム１Ａ」と記載）について、図５を参照して説明する。図５は、金属造形システム１Ａの構成を示す構成図である。
　金属造形システム１Ａは、金属造形システム１に対して、クラッド光源１６と、コンバイナ１７とを追加したシステムである。造形テーブル１０、レーザ装置１１、光ファイバ１２、照射装置１３、測定部１４、及び制御部１５は、金属造形システム１と同様に構成されているので、ここではその説明を省略する。
　クラッド光源１６は、レーザ光ＬＬの光源となるレーザ装置１１とは異なる光源である。クラッド光源１６は、例えば、固体レーザ、液体レーザ、又は気体レーザなど、任意のレーザ装置であり得る。クラッド光源１６は、光ファイバ１２に挿入されたコンバイナ１７の入力ポートに接続されている。クラッド光源１６から出力される光は、このコンバイナ１７を介して光ファイバ１２の内側クラッド１２ｂ１に入力される。したがって、金属造形システム１Ａにおいては、光ファイバ１２の内側クラッド１２ｂ１を導波される光に、クラッド光源１６から出力される光が含まれる。
　制御部１５は、パウダーベッドＰＢの温度Ｔがクラッド光ＣＬのビームスポット内で０．５Ｔｍ≦Ｔ≦０．８Ｔｍとなるように、クラッド光源１６を制御する。例えば、パウダーベッドＰＢの温度Ｔがクラッド光ＣＬのビームスポット内で０．５Ｔｍよりも小さい場合には、クラッド光源１６から出力される光のパワーが大きくなるよう、クラッド光源１６を制御する。逆に、パウダーベッドＰＢの温度Ｔがクラッド光ＣＬのビームスポット内で０．８Ｔｍよりも大きい場合には、クラッド光源１６から出力される光のパワーが小さくなるよう、クラッド光源１６を制御する。この制御を実現するために、制御部１５が測定部１４によって測定されるパウダーベッドＰＢの温度Ｔを参照し得る点については、金属造形システム１と同様である。
　クラッド光源１６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１Ａによれば、残留励起光や漏出高次モード光だけでなく、クラッド光源１６によっても補助加熱を行うことができ、より高いパワーで補助加熱を行うことができる、という効果を奏する。また、クラッド光源１６のパワーを調整するだけで、クラッド光ＣＬのパワーを容易に制御することができるので、補助加熱時のパウダーベッドＰＢの温度Ｔを容易に制御することが可能になる。
　（参考）
　金属造形物において生じ得る残留応力をできるだけ小さくするためには、補助加熱時のパウダーベッドＰＢの温度Ｔを金属紛体の種類等に応じた値に調整することが望ましい。このため、金属造形装置は、補助加熱のためにパウダーベッドＰＢに照射するクラッド光のパワーを自在に設定できることが望ましい。上述した金属造形システム１Ａに含まれる金属造形装置は、この要望に応えるものである。金属造形システム１Ａに含まれる金属造形装置においては、クラッド光源１６を適宜選択することによって、或いは、クラッド光源１６の出力パワーを適宜設定することによって、補助加熱のためにパウダーベッドＰＢに照射するクラッド光のパワーを自在に設定することができるからである。
　なお、上記の要望に応えることが可能な金属造形装置は、金属造形システム１Ａに含まれる金属造形装置に限られない。例えば、「（１）第１の光を出力する第１の光源（例えば、上述したレーザ装置１１）と、（２）第２の光を出力する、上記第１の光源とは異なる第２の光源（例えば、上述したクラッド光源１６）と、（３）上記第１の光源から出力される上記第１の光（例えば、上述したレーザ光ＬＬ）を導波するコア（例えば、上述したコア１２ａ）と上記第２の光源から出力される上記第２の光（例えば、上述したクラッド光ＣＬ）を導波するクラッド（例えば、上述したクラッド１２ｂ）とを有する光ファイバと、（４）上記コアによって導波される上記第１の光と上記クラッドにより導波される上記第２の光とを、金属紛体を含むパウダーベッド（例えば、上述したパウダーベッドＰＢ）の少なくとも一部に照射する照射装置（例えば、上述した照射装置１３）と、を備え、上記照射装置は、上記レーザ光によって上記パウダーベッドを加熱する前又は後に、上記クラッド光によって上記パウダーベッドを加熱する」金属造形装置であれば、上記の要望に応えることができる。なぜなら、このような金属造形装置においては、上記第２の光源を適宜選択することによって、或いは、上記第２の光源の出力パワーを適宜設定することによって、補助加熱のためにパウダーベッドに照射するクラッド光のパワーを自在に設定することができるからである。
　ここで、第１の光は、パウダーベッドＰＢを本加熱するためのレーザ光であり得る。一方、第２の光は、パウダーベッドＰＢを補助加熱するためのレーザ光であり得る。この場合、照射装置１３は、第１の光が照射される第１の領域におけるパウダーベッドＰＢの温度Ｔが、第２の光が照射される第２の領域におけるパウダーベッドＰＢの温度Ｔよりも高くなるように、第１の光及び第２の光を照射する。これにより、パウダーベッドＰＢの本加熱の前又は後にパウダーベッドＰＢの補助加熱を実施することができる。したがって、金属造形物ＭＯにおいて生じ得る残留応力を小さく抑えることができる、という効果を奏する。しかも、第１の光による本加熱と第２の光による補助加熱とは、並行して行われる。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。
　なお、第１の光は、パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属紛体の融点Ｔｍの０．８倍よりも高くなるように、パウダーベッドＰＢを加熱することが好ましい。特に、金属造形物ＭＯの各断層を金属粉体の溶融・凝固によって造形する場合、第１の光は、パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属紛体の融点Ｔｍよりも高くなるように、パウダーベッドＰＢを加熱することが好ましい。一方、金属造形物ＭＯの各断層を金属粉体の焼結によって造形する場合、第１の光は、パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属紛体の融点Ｔｍの０．８倍よりも高く、かつ、金属紛体の融点Ｔｍよりも低くなるように、パウダーベッドＰＢを加熱することが好ましい。また、第２の光によってパウダーベッドＰＢを補助加熱させる場合、第２の光は、パウダーベッドＰＢの温度Ｔが金属紛体の融点Ｔｍの０．５倍以上０．８倍以下になるように、パウダーベッドＰＢを加熱することが好ましい。
　なお、第２の光が照射されたときのパウダーベッドＰＢの温度Ｔを第１の光が照射されたときのパウダーベッドＰＢの温度Ｔよりも低くするための方法としては、例えば、第２の光のエネルギー密度を第１の光のエネルギー密度よりも低くする方法が挙げられる。すなわち、第２の光のエネルギー密度を第１の光のエネルギー密度よりも低くするように第１の光及び第２の光の波長の各々を設定することにより、第２の光が照射されたときのパウダーベッドＰＢの温度Ｔを第１の光が照射されたときのパウダーベッドＰＢの温度Ｔよりも低くすることができる。
　なお、第２の光のエネルギー密度を第１の光のエネルギー密度よりも低くする場合、第２の光の波長が第１の光の波長よりも長ければ、上述した効果を得ることができる。ここで、第２の光のエネルギー密度を第１の光のエネルギー密度よりも低くする場合、第２の光の波長を第１の光の波長よりも長くする場合と併せて採用することが好ましい。
　また、このような金属造形装置は、「上記第２の光源から出力される光のパワーを制御する制御部（例えば、上述した制御部１５）を更に備えている」ことが望ましい。また、このような金属造形装置は、「上記パウダーベッドの温度Ｔを測定する測定部（例えば、上述した測定部１４）と、上記第２の光源から出力される光のパワーを制御する制御部（例えば、上述した制御部１５）を更に備えていることが更に望ましい。ここで、上記制御部は、上記測定部によって測定される温度Ｔに基づいて、上記第２の光源を制御する」ことが更に望ましい。また、このような金属造形装置において、「上記クラッドは、上記クラッド光を導波する内側クラッド（例えば、上述した内側クラッド１２ｂ１）と上記光ファイバの全長に亘って上記内側クラッドの側面を隈無く覆う外側クラッド（例えば、上述した外側クラッド１２ｂ２）とを含んでいる」ことが望ましい。また、このような金属造形装置において、「上記光ファイバには、上記クラッド光を除去するためのクラッドモードストリッパが設けられていない」ことが望ましい。なお、これらの構成により得られる効果については、すでに説明したとおりであるため、ここではその説明を繰り返さない。
　（まとめ）
　本発明の一態様に係る照射装置（１３）は、金属造形に用いられる照射装置（１３）であって、光ファイバ（１２）のコア（１２ａ）によって導波されるレーザ光（ＬＬ）と上記光ファイバ（１２）のクラッド（１２ｂ）によって導波されるクラッド光（ＣＬ）とを、金属紛体を含むパウダーベッド（ＰＢ）の少なくとも一部に照射する照射部（１３ａ）を備えており、上記照射部（１３ａ）は、上記レーザ光（ＬＬ）によって、上記パウダーベッド（ＰＢ）の温度が上記金属紛体の融点（Ｔｍ）の０．８倍よりも高くなるように、上記パウダーベッド（ＰＢ）を加熱する第１の加熱工程と、上記第１の加熱工程の前又は後に、上記クラッド光（ＣＬ）によって、上記パウダーベッド（ＰＢ）の温度が上記金属紛体の融点（Ｔｍ）の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記パウダーベッド（ＰＢ）を加熱する第２の加熱工程とを実施する装置である。
　本発明の一態様に係る照射装置（１３）において、上記クラッド（１２ｂ）は、上記クラッド光（ＣＬ）を導波する内側クラッド（１２ｂ１）と上記光ファイバ（１２）の全長に亘って上記内側クラッド（１２ｂ１）の側面を隈無く覆う外側クラッド（１２ｂ２）とを含んでいる、ことが好ましい。
　本発明の一態様に係る照射装置（１３）において、上記光ファイバ（１２）には、上記クラッド光（ＣＬ）を除去するためのクラッドモードストリッパが設けられていない、ことが好ましい。
　本発明の一態様に係る照射装置（１３）は、上記レーザ光（ＬＬ）のビームスポットと、ビームスポットのサイズが上記レーザ光（ＬＬ）のビームスポットよりも大きい上記クラッド光（ＣＬ）のビームスポットと、を上記パウダーベッド（ＰＢ）の表面に形成する集光レンズ（１３ｂ）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（１３）において、上記レーザ光（ＬＬ）は、ファイバレーザ（１１）から出力されるレーザ光（ＬＬ）であり、上記クラッド光（ＣＬ）には、上記ファイバレーザ（１１）から出力される残留励起光が含まれる、ことが好ましい。
　本発明の一態様に係る照射装置（１３）において、上記クラッド光（ＣＬ）には、上記コア（１２ａ）の高次モード光が上記クラッド（１２ｂ）に漏出した漏出高次モード光が含まれる、ことが好ましい。
　本発明の一態様に係る金属造形装置は、本発明の一態様に係る照射装置（１３）と、上記レーザ光（ＬＬ）を導波する上記コア（１２ａ）と上記クラッド光（ＣＬ）を導波する上記クラッド（１２ｂ）とを含む上記光ファイバ（１２）と、を備えている、ことが好ましい。
　本発明の一態様に係る金属造形装置は、上記パウダーベッド（ＰＢ）の温度が上記金属紛体の融点（Ｔｍ）の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記クラッド光（ＣＬ）のパワーを制御する制御部（１５）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、上記パウダーベッド（ＰＢ）の温度を測定する測定部（１４）を更に備えており、上記制御部（１５）は、上記測定部（１４）によって測定される温度に基づいて、上記クラッド光（ＣＬ）のパワーを制御する、ことが好ましい。
　本発明の一態様に係る金属造形装置は、上記レーザ光（ＬＬ）の光源とは異なるクラッド光源（１６）を更に備え、上記クラッド光（ＣＬ）には、上記クラッド光源（１６）から出力されるクラッド光（ＣＬ）が含まれる、ことが好ましい。
　本発明の一態様に係る金属造形システム（１、１Ａ）は、本発明の一態様に係る金属造形装置と、上記レーザ光（ＬＬ）を出力するレーザ装置（１１）と、上記パウダーベッド（ＰＢ）を保持するための造形テーブル（１０）と、を含んでいる、ことが好ましい。
　本発明の一態様に係る照射方法は、光ファイバ（１２）のコア（１２ａ）によって導波されるレーザ光（ＬＬ）と上記光ファイバ（１２）のクラッド（１２ｂ）によって導波されるクラッド光（ＣＬ）とを、金属紛体を含むパウダーベッド（ＰＢ）の少なくとも一部に照射する照射工程を含んでおり、上記照射工程において、上記レーザ光（ＬＬ）によって、上記パウダーベッド（ＰＢ）の温度が上記金属紛体の融点（Ｔｍ）の０．８倍よりも高くなるように、上記パウダーベッド（ＰＢ）を加熱する第１の加熱工程と、上記第１の加熱工程の前又は後に、上記クラッド光（ＣＬ）によって、上記パウダーベッド（ＰＢ）の温度が上記金属紛体の融点（Ｔｍ）の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記パウダーベッド（ＰＢ）を加熱する第２の加熱工程とを実施する方法である。
　本発明の一態様に係る金属造形物（ＭＯ）の製造方法は、光ファイバ（１２）のコア（１２ａ）によって導波されるレーザ光（ＬＬ）と上記光ファイバ（１２）のクラッド（１２ｂ）によって導波されるクラッド光（ＣＬ）とを、金属紛体を含むパウダーベッド（ＰＢ）の少なくとも一部に照射する照射工程を含んでおり、上記照射工程において、上記レーザ光（ＬＬ）によって、上記パウダーベッド（ＰＢ）の温度が上記金属紛体の融点（Ｔｍ）の０．８倍よりも高くなるように、上記パウダーベッド（ＰＢ）を加熱する第１の加熱工程と、上記第１の加熱工程の前又は後に、上記クラッド光（ＣＬ）によって、上記パウダーベッド（ＰＢ）の温度が上記金属紛体の融点（Ｔｍ）の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記パウダーベッド（ＰＢ）を加熱する第２の加熱工程とを実施する方法である。
　（付記事項）
　本発明は、上述した各実施形態に限定されるものでなく、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
　１０ａ　　　　　　　　リコータ
　１０ｂ　　　　　　　　ローラ
　１０ｃ　　　　　　　　ステージ
　１０ｄ　　　　　　　　テーブル本体
　１１　　　　　　　レーザ装置（ファイバレーザ）
　１２　　　　　　　光ファイバ
　１２ａ　　　　　　　　コア
　１２ｂ　　　　　　　　クラッド
　１２ｂ１　　　　　　　　　内側クラッド
　１２ｂ２　　　　　　　　　外側クラッド
　１３　　　　　　　照射装置
　１３ａ　　　　　　　　ガルバノスキャナ（照射部）
　１３ａ１　　　　　　　　　第１ガルバノミラー
　１３ａ２　　　　　　　　　第２ガルバノミラー
　１３ｂ　　　　　　　　集光レンズ
　１４　　　　　　　測定部
　１５　　　　　　　制御部
　１６　　　　　　　クラッド光源
　１７　　　　　　　コンバイナ
　１Ａ　　　　　金属造形システム（変形例）
　ＬＬ　　　　　レーザ光
　ＣＬ　　　　　クラッド光
　ＰＢ　　　　　パウダーベッド
　ＭＯ　　　　　金属造形物
　Ｔ　　　　　　パウダーベッドの温度
　Ｔｍ　　　　　金属紛体の融点

Claims (13)

  1. 　金属造形に用いられる照射装置において、
    　光ファイバのコアによって導波されるレーザ光と上記光ファイバのクラッドによって導波されるクラッド光とを、金属紛体を含むパウダーベッドの少なくとも一部に照射する照射部を備えており、
    　上記照射部は、上記レーザ光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．８倍よりも高くなるように、上記パウダーベッドを加熱する第１の加熱工程と、上記第１の加熱工程の前又は後に、上記クラッド光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記パウダーベッドを加熱する第２の加熱工程とを実施する、
    ことを特徴とする照射装置。
  2. 　上記クラッドは、上記クラッド光を導波する内側クラッドと上記光ファイバの全長に亘って上記内側クラッドの側面を隈無く覆う外側クラッドとを含んでいる、
    ことを特徴とする請求項１に記載の照射装置。
  3. 　上記光ファイバには、上記クラッド光を除去するためのクラッドモードストリッパが設けられていない、
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載の照射装置。
  4. 　上記レーザ光のビームスポットと、ビームスポットのサイズが上記レーザ光のビームスポットよりも大きい上記クラッド光のビームスポットと、を上記パウダーベッドの表面に形成する集光レンズを更に備えている、
    ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の照射装置。
  5. 　上記レーザ光は、ファイバレーザから出力されるレーザ光であり、
    　上記クラッド光には、上記ファイバレーザから出力される残留励起光が含まれる、
    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. 　上記クラッド光には、上記コアの高次モード光が上記クラッドに漏出した漏出高次モード光が含まれる、
    ことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の照射装置。
  7. 　請求項１～６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上記コアと上記クラッド光を導波する上記クラッドとを含む上記光ファイバと、を備えている、
    ことを特徴とする金属造形装置。
  8. 　上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記クラッド光のパワー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７に記載の金属造形装置。
  9. 　上記パウダーベッドの温度を測定する測定部を更に備えており、
    　上記制御部は、上記測定部によって測定される温度に基づいて、上記クラッド光のパワーを制御する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の金属造形装置。
  10. 　上記レーザ光の光源とは異なるクラッド光源を更に備え、
    　上記クラッド光には、上記クラッド光源から出力されるクラッド光が含まれる、
    ことを特徴とする請求項７～９の何れか１項に記載の金属造形装置。
  11. 　請求項７～１０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。
  12. 　光ファイバのコアによって導波されるレーザ光と上記光ファイバのクラッドによって導波されるクラッド光とを、金属紛体を含むパウダーベッドの少なくとも一部に照射する照射工程を含んでおり、
    　上記照射工程において、上記レーザ光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．８倍よりも高くなるように、上記パウダーベッドを加熱する第１の加熱工程と、上記第１の加熱工程の前又は後に、上記クラッド光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記パウダーベッドを加熱する第２の加熱工程とを実施する、
    ことを特徴とする照射方法。
  13. 　光ファイバのコアによって導波されるレーザ光と上記光ファイバのクラッドによって導波されるクラッド光とを、金属紛体を含むパウダーベッドの少なくとも一部に照射する照射工程を含んでおり、
    　上記照射工程において、上記レーザ光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．８倍よりも高くなるように、上記パウダーベッドを加熱する第１の加熱工程と、上記第１の加熱工程の前又は後に、上記クラッド光によって、上記パウダーベッドの温度が上記金属紛体の融点の０．５倍以上０．８倍以下になるように、上記パウダーベッドを加熱する第２の加熱工程とを実施する、
    ことを特徴とする金属造形物の製造方法。
PCT/JP2019/012380 2018-03-30 2019-03-25 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 WO2019188913A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/979,266 US20200398340A1 (en) 2018-03-30 2019-03-25 Irradiation device, metal shaping device, metal shaping system, irradiation method, and method for manufacturing metal shaped object

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-069698 2018-03-30
JP2018069698A JP6534470B1 (ja) 2018-03-30 2018-03-30 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

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019188913A1 true WO2019188913A1 (ja) 2019-10-03

Family

ID=67023726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/012380 WO2019188913A1 (ja) 2018-03-30 2019-03-25 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

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20200398340A1 (ja)
JP (1) JP6534470B1 (ja)
WO (1) WO2019188913A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210341420A1 (en) * 2020-04-30 2021-11-04 Promega Corporation Laser illumination techniques for capillary electrophoresis

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7414639B2 (ja) * 2020-05-22 2024-01-16 三菱電機株式会社 三次元造形装置および三次元造形体の製造方法
JP2021188070A (ja) 2020-05-27 2021-12-13 三菱重工業株式会社 積層造形方法及び積層造形装置
US20230001639A1 (en) * 2021-06-30 2023-01-05 General Electric Company Additive manufacturing using solid state optical deflectors

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002264096A (ja) * 2001-03-09 2002-09-18 Hiroyuki Noguchi 光造形用微細光源および光照射装置
JP2003340924A (ja) * 2002-05-23 2003-12-02 Fuji Photo Film Co Ltd 積層造形装置
WO2016135906A1 (ja) * 2015-02-25 2016-09-01 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 光加工ヘッド、光加工装置および光加工方法
US20180088358A1 (en) * 2016-09-29 2018-03-29 Nlight, Inc. Adjustable beam characteristics

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5393482A (en) * 1993-10-20 1995-02-28 United Technologies Corporation Method for performing multiple beam laser sintering employing focussed and defocussed laser beams
DE102011119319A1 (de) * 2011-11-24 2013-05-29 Slm Solutions Gmbh Optische Bestrahlungsvorrichtung für eine Anlage zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken durch Bestrahlen von Pulverschichten eines Rohstoffpulvers mit Laserstrahlung
DE102014203711A1 (de) * 2014-02-28 2015-09-03 MTU Aero Engines AG Erzeugung von Druckeigenspannungen bei generativer Fertigung
DE102015103127A1 (de) * 2015-03-04 2016-09-08 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Bestrahlungssystem für eine Vorrichtung zur generativen Fertigung
JP6551275B2 (ja) * 2016-03-18 2019-07-31 株式会社豊田中央研究所 レーザ加工装置、三次元造形装置、及びレーザ加工方法
JP6600278B2 (ja) * 2016-06-07 2019-10-30 三菱重工業株式会社 選択型ビーム積層造形装置及び選択型ビーム積層造形方法
US10668537B2 (en) * 2016-09-29 2020-06-02 Nlight, Inc. Systems for and methods of temperature control in additive manufacturing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002264096A (ja) * 2001-03-09 2002-09-18 Hiroyuki Noguchi 光造形用微細光源および光照射装置
JP2003340924A (ja) * 2002-05-23 2003-12-02 Fuji Photo Film Co Ltd 積層造形装置
WO2016135906A1 (ja) * 2015-02-25 2016-09-01 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 光加工ヘッド、光加工装置および光加工方法
US20180088358A1 (en) * 2016-09-29 2018-03-29 Nlight, Inc. Adjustable beam characteristics

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210341420A1 (en) * 2020-04-30 2021-11-04 Promega Corporation Laser illumination techniques for capillary electrophoresis
US12019046B2 (en) * 2020-04-30 2024-06-25 Promega Corporation Laser illumination techniques for capillary electrophoresis

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019178407A (ja) 2019-10-17
JP6534470B1 (ja) 2019-06-26
US20200398340A1 (en) 2020-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019188913A1 (ja) 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
US20220404648A1 (en) Methods of and systems for processing using adjustable beam characteristics
WO2019188914A1 (ja) 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
JP7075274B2 (ja) 三次元プリンティングのための装置、システムおよび方法
JP6986095B2 (ja) 中空コアフォトニック結晶ファイバ及びこれを製造する方法
CN110073557B (zh) 串联泵浦光纤放大器
US20120082410A1 (en) Hybrid Waveguide Device in Powerful Laser Systems
JP6271523B2 (ja) バーベル光ファイバおよびその製作方法
WO2019189623A1 (ja) 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
WO2018186920A2 (en) Tandem pumped fiber laser or fiber amplifier
US20060010920A1 (en) Method for forming high-density multicore phase-locked fiber laser array
WO2018066470A1 (ja) 光ファイバ及びファイバレーザ
US20180217412A1 (en) Multi-wavelength fiber laser
JP2014017457A (ja) 希土類元素添加ファイバ、及びそれを用いたファイバレーザ並びにファイバ型増幅器
WO2019189461A1 (ja) 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
CA2936069A1 (en) Method for the fabrication of optical waveguide devices in photonic crystal fibers and in waveguides with hollow structures
JP2004284025A (ja) 積層造形法および積層造形装置
CN111556977A (zh) 光学器件和光学器件的制造方法
CN111725694B (zh) 能同时抑制光纤激光器中自相位调制和四波混频的方法
JP4390665B2 (ja) 光ファイバグレーティング作製装置
CA3107452A1 (en) Photobleaching of fiber bragg gratings written through the fiber coating
CN111069778A (zh) 光纤中微结构的产生方法及系统
KR20170006734A (ko) 마이크로 세라믹 칩 히터를 적용한 3차원 프린터

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19774376

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19774376

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1