特開 2023-182215 付加製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023182215

(43)【公開日】2023-12-26

(54)【発明の名称】付加製造装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/40 20210101AFI20231219BHJP

   B22F 10/34 20210101ALI20231219BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20231219BHJP

   B33Y 70/00 20200101ALI20231219BHJP

   B22F 10/25 20210101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

B22F12/40

B22F10/34

B33Y30/00

B33Y70/00

B22F10/25

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022095690

(22)【出願日】2022-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 眞里

(72)【発明者】

【氏名】椎葉 好一

(72)【発明者】

【氏名】田野 誠

(72)【発明者】

【氏名】加藤 浩平

【テーマコード（参考）】

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K018AA03

4K018BA02

(57)【要約】

【課題】均質な造形物を製造可能な付加製造装置を提供する。
【解決手段】粉末材料ＰＡを供給する粉末材料供給装置１０と、ビームＢＭの照射により基材Ｂの表面に造形物Ｗを形成するビーム照射装置２０と、を備え、前記ビーム照射装置２０による前記ビームＢＭの走査方向Ｄ１と交差する交差方向Ｄ２についての前記ビームＢＭの照射領域Ｓは、第一ビード６１のうち前記走査方向Ｄ１と交差する交差方向Ｄ２の一部である第一照射領域Ｓ１と、前記基材Ｂの表面のうち交差方向Ｄ２について前記第一照射領域Ｓ１に隣接する第二照射領域Ｓ２と、を備え、前記ビーム照射装置２０による前記ビームＢＭの前記交差方向Ｄ２についての前記ビームＢＭの強度分布は、前記第一照射領域Ｓ１と前記第二照射領域Ｓ２とで最大値が異なる強度に設定されている、付加製造装置１。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉末材料を供給する粉末材料供給装置と、
ビームの照射により前記粉末材料を溶融して前記ビームの走査方向に延在するビードを形成し、既に形成された第一ビードと前記第一ビードに隣接して形成される第二ビードとを結合することにより基材の表面に造形物を形成するビーム照射装置と、
を備え、
前記ビーム照射装置による前記ビームの前記走査方向と交差する交差方向についての前記ビームの照射領域は、前記第一ビードのうち前記交差方向の一部である第一照射領域と、前記基材の表面のうち前記交差方向について前記第一照射領域に隣接する第二照射領域と、を備え、
前記第一ビードの前記第一照射領域に前記ビームが照射されることにより前記第一ビードが再溶融するための再溶融条件と、前記基材の前記第二照射領域に前記ビームが照射されることにより前記基材が溶融するための溶融条件とは異なり、
前記ビーム照射装置による前記ビームの前記交差方向についての前記ビームの強度分布は、前記第一照射領域と前記第二照射領域とで最大値が異なる強度に設定されている、付加製造装置。

【請求項2】

前記粉末材料は、前記基材と異なる金属または金属化合物を主成分として含む、請求項１に記載の付加製造装置。

【請求項3】

前記粉末材料が超硬合金を主成分として含む、請求項１または２に記載の付加製造装置。

【請求項4】

層状に粉末材料を供給する粉末材料供給装置と、
ビームの照射により前記粉末材料を溶融して前記ビームの走査方向に延在するビードを形成し、既に形成された第一ビードと前記第一ビードに隣接して形成される第二ビードとを結合することにより造形物を形成するビーム照射装置と、
を備え、
前記ビーム照射装置による前記ビームの前記走査方向と交差する交差方向についての前記ビームの照射領域は、前記第一ビードのうち前記交差方向の一部である第一照射領域と、前記交差方向について前記第一照射領域に隣接し前記粉末材料が配置された第二照射領域と、を備え、
前記第一ビードの前記第一照射領域に前記ビームが照射されることにより前記第一ビードが再溶融するための再溶融条件と、前記第二照射領域に前記ビームが照射されることにより前記粉末材料が溶融するための溶融条件とは異なり、
前記ビーム照射装置による前記ビームの前記交差方向についての前記ビームの強度分布は、前記第一照射領域と前記第二照射領域とで最大値が異なる強度に設定されている、付加製造装置。

【請求項5】

前記ビードのビーム吸収率と、前記粉末材料のビーム吸収率が異なっている、請求項１または４に記載の付加製造装置。

【請求項6】

前記ビードの熱伝導率と、前記粉末材料の熱伝導率が異なっている請求項１または４に記載の付加製造装置。

【請求項7】

前記ビーム照射装置は、前記ビームを発生させるビーム源と、前記ビーム源が発生させた前記ビームについて、前記走査方向と交差する方向について最大値が異なる強度分布に調整する調整手段と、を備える請求項１または４に記載の付加製造装置。

【請求項8】

前記ビームは、複数のサブビームが組み合わされて形成され
前記調整手段は、前記複数のサブビームの光路を調整することにより、前記ビームの強度分布を前記走査方向と交差する方向について異ならせる、請求項７に記載の付加製造装置。

【請求項9】

前記調整手段は回折格子である、請求項７に記載の付加製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、付加製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

付加製造には、例えば、指向性エネルギー堆積（Directed Energy Deposition）方式、粉末床溶融結合（Powder Bed Fusion）方式等があることが知られている。

【0003】

指向性エネルギー堆積方式は、ビーム（レーザビーム及び電子ビーム等）の照射と材料の供給を行う加工ヘッドの位置を制御することで付加製造を行う。指向性エネルギー堆積方式には、ＬＭＤ（Laser Metal Deposition）等が含まれる。

【0004】

粉末床溶融結合方式は、平らに敷き詰められた粉末材料に対して、ビームを照射することで付加製造を行う。粉末床溶融結合方式には、ＳＬＭ（Selective Laser Melting）、ＥＢＭ（Electron Beam Melting）等が含まれる。

【0005】

このような技術の一例として特許文献１（特開２０２２－３２２８３号公報）および特許文献２（特開２０１９－１９６５２３号公報）に記載の付加製造装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２２－３２２８３号公報

【特許文献2】特開２０１９－１９６５２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

例えば、指向性エネルギー堆積方式のＬＭＤは、硬質材料を含む粉末材料等を噴射しながらビームを照射することにより、粉末材料等を溶融させた後に凝固させることができる。これにより、ＬＭＤは、例えば、基材に対して部分的に筋状の硬質材料の造形物、所謂、ビードを付加する肉盛技術として利用されている。複数のビードを形成して基材に肉盛加工を行う場合、先に形成されたビードの一部に新たに形成されるビードを重ねて形成し、これにより基材の表面に造形物を形成する場合がある。この場合、ビードを構成する金属種を再溶融させる条件と、基材を構成する金属種を溶融させる条件とが異なる場合が生じうる。例えば、ビードを構成する金属種と、基材を構成する金属種とが異なっていると、ビームの強度をビードが適切に再溶融可能な条件に設定した場合に、ビードは適切に再溶融できるが、基材は過剰に加熱されてしまう事態が発生するおそれがある。このような場合、先に形成されたビードと、基材に新たに重ねられたビードの品質が不均一となり、その結果、造形物の品質が低下してしまうおそれがある。

【0008】

また、粉末床溶融結合方式のＳＬＭにおいても、先に形成されたビードの一部に新たに形成されるビードを重ねて形成し、造形物を形成する場合がある。この場合、粉末材料が溶融後に固化したビードは中実な構成となっているので、中実な固体であるビードと、粉末材料とでは、ビームの吸収率、熱伝導率等が異なる可能性がある。このため、ビードを構成する金属種と、粉末材料を構成する金属種とが同一であっても、ビードを再溶融させる条件と、粉末材料を溶融させる条件とが異なる場合が生じうる。すると、ＬＭＤの場合と同様に、造形物の品質が低下するおそれがある。

【0009】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、均質な造形物を製造可能な付加製造装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様は、
粉末材料を供給する粉末材料供給装置と、
ビームの照射により前記粉末材料を溶融して前記ビームの走査方向に延在するビードを形成し、既に形成された第一ビードと前記第一ビードに隣接して形成される第二ビードとを結合することにより基材の表面に造形物を形成するビーム照射装置と、
を備え、
前記ビーム照射装置による前記ビームの前記走査方向と交差する交差方向についての前記ビームの照射領域は、前記第一ビードのうち前記交差方向の一部である第一照射領域と、前記基材の表面のうち前記交差方向について前記第一照射領域に隣接する第二照射領域と、を備え、
前記第一ビードの前記第一照射領域に前記ビームが照射されることにより前記第一ビードが再溶融するための再溶融条件と、前記基材の前記第二照射領域に前記ビームが照射されることにより前記基材が溶融するための溶融条件とは異なり、
前記ビーム照射装置による前記ビームの前記交差方向についての前記ビームの強度分布は、前記第一照射領域と前記第二照射領域とで最大値が異なる強度に設定されている、付加製造装置にある。

【0011】

また、本発明の他の態様は、
層状に粉末材料を供給する粉末材料供給装置と、
ビームの照射により前記粉末材料を溶融して前記ビームの走査方向に延在するビードを形成し、既に形成された第一ビードと前記第一ビードに隣接して形成される第二ビードとを結合することにより造形物を形成するビーム照射装置と、
を備え、
前記ビーム照射装置による前記ビームの前記走査方向と交差する交差方向についての前記ビームの照射領域は、前記第一ビードのうち前記交差方向の一部である第一照射領域と、前記交差方向について前記第一照射領域に隣接し前記粉末材料が配置された第二照射領域と、を備え、
前記第一ビードの前記第一照射領域に前記ビームが照射されることにより前記第一ビードが再溶融するための再溶融条件と、前記第二照射領域に前記ビームが照射されることにより前記粉末材料が溶融するための溶融条件とは異なり、
前記ビーム照射装置による前記ビームの前記交差方向についての前記ビームの強度分布は、前記第一照射領域と前記第二照射領域とで最大値が異なる強度に設定されている、付加製造装置にある。

【発明の効果】

【0012】

本発明の一態様においては、第一照射領域に照射されるビームの強度の最大値と、第二照射領域に照射されるビームの強度の最大値とを異ならせることにより、第一照射領域を照射するビームの強度を第一ビードの再溶融条件に適合させるとともに、第二照射領域を照射するビームの強度を基材の溶融条件に適合させることができる。これにより、第一照射領域の第一ビードを適切に再溶融させるとともに、第二照射領域の基材を適切に溶融させることができるので、基材の表面に均質な造形物を形成することができる。

【0013】

また、本発明の他の態様においては、第一照射領域に照射されるビームの強度の最大値と、第二照射領域に照射されるビームの強度の最大値とを異ならせることにより、第一照射領域を照射するビームの強度を第一ビードの再溶融条件に適合させるとともに、第二照射領域を照射するビームの強度を粉末材料の溶融条件に適合させることができる。これにより、第一照射領域の第一ビードを適切に再溶融させるとともに、第二照射領域の粉末材料を適切に溶融させることができるので、均質な造形物を形成することができる。

【0014】

以上のごとく、本発明によれば、均質な造形物を製造可能な付加製造装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態１の付加製造装置を示す図である。

【図2】実施形態１の付加製造装置によって第一ビードおよび第二ビードが付加製造される状態を説明するための図である。

【図3】図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。

【図4】実施形態１の付加製造装置によって照射されるビームの強度分布を模式的に示すグラフである。

【図5】実施形態２の付加製造装置によって照射されるビームの強度分布を模式的に示すグラフである。

【図6】実施形態３の付加製造装置を示す図である。

【図7】実施形態３の付加製造装置によって照射されるビームの照射領域を示す図である。

【図8】実施形態４の付加製造装置を示す図である。

【図9】実施形態の４付加製造装置によって照射されるビームの照射領域を示す図である。

【図10】実施形態５の付加製造装置を示す図である。

【図11】実施形態５の付加製造装置によって第一ビードおよび第二ビードが付加製造される状態を説明するための図である。

【図12】変形例（１）の付加製造装置によって照射されるビームの強度分布を模式的に示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（実施形態１）
１－１．付加製造装置の構成
実施形態１の付加製造装置１について図１を参照して説明する。本形態の付加製造装置１は、例えば、指向性エネルギー堆積方式であってＬＭＤ方式により、粉末材料ＰＡを用いて基材Ｂに造形物Ｗを付加製造する。本形態では、粉末材料ＰＡは、基材Ｂと異なる金属または金属化合物を主成分として含む。ただし、主成分とは、最も多い割合で含まれる成分を意味する。

【0017】

図１に示すように、付加製造装置１は、粉末材料供給装置１０、およびビーム照射装置２０を主に備える。本形態の付加製造装置１は、指向性エネルギー堆積方式であってＬＭＤ型の付加製造装置１が用いられる。このため、付加製造装置１についての詳細な構成及び動作等については省略する。

【0018】

粉末材料供給装置１０は、ホッパ１１、バルブ１２、ガスボンベ１３および噴射ノズル１４を備える。ホッパ１１は、粉末材料ＰＡを貯蔵する。粉末材料ＰＡは、硬質粉末材料ＰＡ１と結合粉末材料ＰＡ２とが混合された状態になっている。

【0019】

本形態においては、粉末材料ＰＡは、硬質粉末材料ＰＡ１と結合粉末材料ＰＡ２とが混合されている。硬質粉末材料ＰＡ１と結合粉末材料ＰＡ２とを混合して焼結したものは超硬合金とされており、本形態の粉末材料ＰＡは超硬合金を主成分として含む。ただし、粉末材料ＰＡは、一種類の粉末材料であってもよいし、三種類以上の粉末材料が混合されていてもよい。

【0020】

本形態においては、硬質粉末材料ＰＡ１は、金属炭化物を含む。金属炭化物としては特に限定されず、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）等から一つまたは複数の金属炭化物が任意に選択される。本形態では、硬質粉末材料ＰＡ１として炭化タングステン（ＷＣ）が用いられる。

【0021】

結合粉末材料ＰＡ２は、硬質粉末材料ＰＡ１同士を結合するバインダとして作用する。結合粉末材料ＰＡ２としては、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）等から一つまたは複数の金属が選択される。本形態ではコバルトが用いられる。

【0022】

本形態においては、基材Ｂは鉄（Ｆｅ）、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）等、任意に選択された金属種により構成される。

【0023】

本形態においては、粉末材料ＰＡを構成する金属種のビーム吸収率は、基材Ｂを構成する金属種のビーム吸収率よりも小さい。また、粉末材料ＰＡを構成する金属種の熱伝導率は、基材Ｂを構成する金属種の熱伝導率よりも大きい。

【0024】

バルブ１２は、粉末導入バルブ１２ａ、粉末供給バルブ１２ｂおよびガス導入バルブ１２ｃを備える。粉末導入バルブ１２ａは、配管１１ａを介してホッパ１１と接続される。粉末供給バルブ１２ｂは、配管１４ａを介して噴射ノズル１４と接続される。ガス導入バルブ１２ｃは、配管１３ａを介してガスボンベ１３と接続される。

【0025】

噴射ノズル１４および配管は、噴射ノズル１４側に傾斜部分を有する筒状の容器１５に収容される。噴射ノズル１４は、容器１５の傾斜部分の先端に配置され、配管１４ａを介して、例えば、ガスボンベ１３から供給される高圧の窒素により、粉末材料ＰＡを基材Ｂに向けて噴射する。尚、粉末材料ＰＡを噴射するガスは、窒素に限定されるものではなくアルゴン等の不活性ガスであっても良い。

【0026】

ビーム照射装置２０は、ビーム源２１により生成され供給されるビームＢＭを基材Ｂの所望の位置に照射する照射部を備える。ビーム源２１は、制御装置３０によって制御されて、ビームＢＭを生成する。

【0027】

照射部２２は、容器１５の内部に配置される。照射部２２は、容器１５の内部に配置された後述するコリメートレンズ４１、回折格子４２および集光レンズ４３等の光学系を通してビームＢＭを照射する。尚、「加工ヘッド」は、噴射ノズル１４、ビーム照射装置２０および容器１５を含んで構成される。

【0028】

そして、ビームＢＭは、図１に示すように、基材Ｂにおいて粉末材料供給装置１０から供給された粉末材料ＰＡを溶融させる。溶融した粉末材料ＰＡが固化することにより、基材Ｂの表面には、複数の筋状のビード６０が形成され、肉盛加工（付加製造）が行われる。

【0029】

ここで、本形態においては、ビームＢＭとしてレーザ光を用いる。但し、ビームＢＭはレーザ光に限られず、例えば、電子ビームを用いることも可能である。又、本形態においては、ビーム照射装置２０の照射部２２は、四角形状の照射形状となるビームＢＭを照射する。しかし、ビームＢＭの照射形状は四角形状に限られず、例えば、円形状、長円形状、または三角形状や五角形状等の多角形状とすることも可能である。

【0030】

詳細には図示しないが、制御装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース等を主要構成部品とするコンピュータ装置である。制御装置３０は、粉末材料供給装置１０の粉末供給を制御する。具体的に、制御装置３０は、粉末供給バルブ１２ｂおよびガス導入バルブ１２ｃの開閉を制御することにより、噴射ノズル１４から基材Ｂに向けた粉末材料ＰＡの噴射供給を制御する。

【0031】

また、制御装置３０は、ビーム照射装置２０のビーム照射を制御する。具体的に、制御装置３０は、ビーム源２１および照射部２２の作動を制御して、照射部２２から基材Ｂに向けて照射されるビームＢＭの出力、供給された粉末材料ＰＡを溶融するビームスポット径等を制御する。

【0032】

制御装置３０は、基材Ｂに対するビームＢＭの相対的な走査を制御する。具体的に、制御装置３０は、図１に示すように、モータＭ１の回転を制御して基材Ｂを中心軸線Ｃの回りに回転させると共に、モータＭ２の回転を制御して基材Ｂを中心軸線Ｃの方向に移動させる。これにより、制御装置３０は、基材Ｂに対するビームＢＭの相対的な走査を制御する。本形態において、制御装置３０は、図１にて太い矢線で示すように、基材Ｂをビーム照射装置２０に対して相対的に図１の左方向（ビーム照射装置２０を基材Ｂに対して相対的に図１の右方向）に移動させる場合を例示する。

【0033】

尚、本形態においては、制御装置３０が基材Ｂをビーム照射装置２０に対して回転および移動させるようにする。しかしながら、ビーム照射装置２０、より具体的には、噴射ノズル１４、ビーム照射装置２０および容器１５を含む加工ヘッドを基材Ｂに対して相対的に移動させるように構成することも可能である。この場合、図示しない駆動装置、例えば、ＸＹＺステージや多関節を有するロボットアーム等により、加工ヘッドは三次元空間にて自在に移動可能とされる。これにより、制御装置３０が駆動装置（ＸＹＺステージやロボットアーム等）の作動を制御することにより、噴射ノズル１４の供給位置および照射部２２の照射位置は基材Ｂに対して相対的に移動することができる。

【0034】

１－２．照射部２２の構成
続いて、照射部２２について図１～図３を参照して説明する。照射部２２は、光ファイバ（図示せず）により伝送されたビームＢＭが入射し、平行光を回折格子４２に出射するコリメートレンズ４１と、回折格子４２から出射された光を照射領域Ｓに集光する集光レンズ４３とを備える。ただし、回折格子４２は調整手段の一例である。

【0035】

光ファイバの端部はビーム源２１に接続されており、光ファイバの端部から、本形態に係るビームＢＭであるレーザ光が、コリメートレンズ４１に出射される。本形態に係るビーム源２１は、マルチモードレーザ装置であり、具体的には、イッテルビウムイオン（Ｙｂ^３＋）を添加した石英ファイバをレーザ媒体とするイッテルビウムファイバレーザを採用している。ビーム源２１のタイプは特に限定されず、ＹＡＧレーザをはじめとするその他の任意のシングルモードまたはマルチモードレーザ装置を用いることができる。

【0036】

本形態に係るコリメートレンズ４１は、光ファイバの出射端から出射されるビームＢＭを平行光にして、回折格子４２に入射させる。本形態に係る回折格子４２としては、例えば石英基板で形成され、基板上にフォトリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング技術とを用いて、凹凸パターンが加工されたものを使用することができる。凹凸パターンが形成された回折格子４２にビームＢＭを照射すると、その凹凸パターンに応じた強度分布を有する回折像を得ることができる。

【0037】

本形態においては、回折格子４２の基板表面には、走査方向Ｄ１と交差する交差方向Ｄ２について、ビームＢＭの強度分布が、後述する第一照射領域Ｓ１と第二照射領域Ｓ２とで最大値が異なるような回折像を得るための凹凸パターンが形成されている。

【0038】

例えば、光ファイバからのビームＢＭがコリメートレンズ４１に入射して、平行光にコリメートされる。これにより、ビームＢＭが回折格子４２に入射し、回折格子４２から出射された光が集光レンズ４３に入射する。そして、集光レンズ４３から、集光されたビームＢＭが照射領域Ｓに照射されるようになっている。

【0039】

本形態に係る照射部２２では、図１に示すように、コリメートレンズ４１から出射されるビームＢＭの光径が、回折格子４２の入射面と同じか、またはやや小さくなるように、コリメートレンズ４１が配置されている。このような配置により、コリメートレンズ４１から出射されるビームＢＭの強度分布が、回折格子４２によって確実に所定の強度分布となる。

【0040】

図２に示すように、このように形成された強度分布を有するビームＢＭが、集光レンズ４３により照射領域Ｓに集光され、略長方形状の照射領域が形成される。照射領域Ｓ内に、粉末材料ＰＡが供給されるようになっている。

【0041】

なお、ビームＢＭとして電子ビームが用いられる場合には、ビーム源は公知の電子銃が用いられ、調整手段としては公知の磁界コイル等が用いられる。

【0042】

図３に示すように、照射領域Ｓは、後述する第一ビード６１のうち交差方向Ｄ２の一部の領域である第一照射領域Ｓ１と、基材Ｂの表面のうち交差方向Ｄ２について第一照射領域Ｓ１に隣接する領域である第二照射領域Ｓ２と、を備える。

【0043】

交差方向Ｄ２について第一照射領域Ｓ１の範囲は特に限定されないが、第一ビード６１のうち、交差方向Ｄ２の全幅について、第二ビード６２が形成される側縁から三分の一から三分の二の領域が好ましい。第一照射領域Ｓ１の範囲が、交差方向Ｄ２について第二ビード６２が形成される側縁から三分の一よりも大きいことにより、造形物Ｗの表面の平面度が向上するので好ましい。また、第一照射領域Ｓ１の範囲が、交差方向Ｄ２について第二ビード６２が形成される側縁から三分の二よりも小さいことにより、第一ビード６１と第二ビード６２との重なり代が過度に大きくなることが抑制されるため、造形物Ｗの製造効率が向上するので好ましい。

【0044】

本形態では、第一照射領域Ｓ１は、第一ビード６１のうち、交差方向Ｄ２について第二ビード６２が形成される側縁から略二分の一の領域とされている。換言すると、第一照射領域Ｓ１は、第一ビード６１の頂点付近から、第二ビード６２が形成される側縁にわたる領域とされている。

【0045】

交差方向Ｄ２について、第二照射領域Ｓ２の幅寸法は、照射領域Ｓの幅寸法から第一照射領域Ｓ１に幅寸法を引いたものとなっている。本形態においては、第二照射領域Ｓ２の幅寸法と、第一照射領域Ｓ１の幅寸法と略同じ構成となっている。

【0046】

１－３．付加製造方法
次に、付加製造装置１による付加製造方法、具体的に、基材Ｂの表面に複数のビード６０を形成する肉盛加工について、図１～図４を参照して説明する。

【0047】

図１に示すように、モータＭ１が回転されることにより、ビーム照射装置２０と基材Ｂとが相対的に走査方向Ｄ１に移動する。ビーム照射装置２０からビームＢＭが基材Ｂの表面に照射される。これにより、基材Ｂの表面のうちビームＢＭが照射された照射領域Ｓにおいて、基材Ｂの表面が溶融する。これにより基材Ｂの表面に、基材Ｂの一部が溶融した溶融池（図示せず）が形成される。ビームＢＭの強度は、照射領域Ｓ内において略均一に設定されている。ビームＢＭの強度プロファイルは、ガウス分布形、またはトップハット形でもよい。

【0048】

噴射ノズル１４から粉末材料ＰＡが照射領域Ｓに噴射される。照射領域Ｓにおいて粉末材料ＰＡは溶融池に落下し、溶融する。これにより溶融池には、基材Ｂの成分と、粉末材料ＰＡの成分とが混ざった状態となる。

【0049】

モータＭ１が回転されることにより、ビーム照射装置２０と基材Ｂとが相対的に走査方向Ｄ１について移動する。すると、基材Ｂの表面のうちビームＢＭが照射された照射領域Ｓが、走査方向Ｄ１についてずれる。これにより、照射領域Ｓから外れることになった溶融池の温度が低下し固化する。この結果、走査方向Ｄ１に沿って延在する第一ビード６１が形成される。第一ビード６１は、基材Ｂの表面から突出して形成されている。第一ビード６１の、走査方向Ｄ１と直交する平面における断面形状は略半円形状をなしている。

【0050】

また、ビーム照射装置２０と基材Ｂとが相対的に走査方向Ｄ１について移動することにより基材Ｂの表面に新たに形成された照射領域Ｓにおいては、上記と同様に、基材Ｂの表面が溶融し、新たに溶融池が形成され、溶融池内に噴射された粉末材料ＰＡが溶融する。

【0051】

上記のように、モータＭ１が所定量回転することにより、基材Ｂの表面に、走査方向Ｄ１について所定長さの第一ビード６１が形成される。

【0052】

モータＭ２が回転されることにより、交差方向Ｄ２について基材Ｂが軸送りされる。これにより、照射領域Ｓが、交差方向Ｄ２について所定量ずれる。本形態では、照射領域Ｓは第一ビード６１の幅寸法の略二分の一だけずれる（図２参照）。

【0053】

その後、モータＭ１が回転されることにより、ビーム照射装置２０と基材Ｂとが走査方向Ｄ１について相対的に移動する。

【0054】

この状態においては、図３に示すように、ビームＢＭの照射領域Ｓは、交差方向Ｄ２について第一ビード６１の幅寸法の略二分の一の領域である第一照射領域Ｓ１と、基材Ｂの表面のうち交差方向Ｄ２について第一照射領域Ｓ１と隣接する第二照射領域Ｓ２と、を備える。

【0055】

ビーム照射装置２０と基材Ｂとが走査方向Ｄ１について相対的に移動したときに、ビーム照射装置２０から出射されるビームＢＭの強度分布が、第一照射領域Ｓ１と第二照射領域Ｓ２とで最大値が異なる強度に変更される。図４に示すように、第一照射領域Ｓ１におけるビームＢＭの強度の最大値は、第二照射領域Ｓ２におけるビームＢＭの最大値よりも大きい。

【0056】

第一照射領域Ｓ１においてビームＢＭの強度が最大値となるのは、第一ビード６１の基材Ｂからの突出高さ寸法が最大となる頂点付近に設定されている。第一ビード６１の頂点付近は、他の部分に比べて第一ビード６１が厚肉となっている。このため、第一ビード６１が再溶融するために必要な熱量は他の部分に比べて多い。第一ビード６１の基材Ｂからの突出高さ寸法が小さくなるにしたがって、第１照射領域におけるビームＢＭの強度は小さくなるように設定されている。

【0057】

第二照射領域Ｓ２においては、ビームＢＭの強度は、交差方向Ｄ２について略均一になっている。すなわち、第一ビード６１と基材Ｂの表面との境界部分から、交差方向Ｄ２について第一ビード６１と反対側の端部に至るまで、第一ビード６１の強度は交差方向Ｄ２について略均一になっている。第二照射領域Ｓ２においては、基材Ｂの表面が溶融して適切な基材溶融池７２が形成されるために必要な熱量が供給されるように、ビームＢＭの強度が設定されている。

【0058】

上記の構成により、第一照射領域Ｓ１においては第一ビード６１が適切に再溶融してビード溶融池７１が形成され、第二照射領域Ｓ２においては基材Ｂの表面が適切に溶融して基材溶融池７２が形成される。

【0059】

噴射ノズル１４から粉末材料ＰＡが照射領域Ｓに噴射される。照射領域Ｓにおいて粉末材料ＰＡはビード溶融池７１および基材溶融池７２に供給され、溶融する。ビード溶融池７１および基材溶融池７２はそれぞれ適切に形成されているので、ビード溶融池７１および基材溶融池７２に供給された粉末材料ＰＡは均一に溶融する。

【0060】

モータＭ１が回転されることにより、ビーム照射装置２０と基材Ｂとが相対的に走査方向Ｄ１について移動する。すると、基材Ｂの表面のうちビームＢＭが照射された照射領域Ｓが、走査方向Ｄ１にずれる。これにより、照射領域Ｓから外れることになったビード溶融池７１および基材溶融池７２の温度が低下し固化する。この結果、走査方向Ｄ１に沿っての延在する第二ビード６２が、交差方向Ｄ２について均一に形成される。

【0061】

第二ビード６２は、交差方向Ｄ２について第一ビード６１に隣接しているとともに、第一ビード６１と接合している。

【0062】

上記のようにモータＭ１が所定量回転することにより、基材Ｂの表面に、走査方向Ｄ１について所定長さの第二ビード６２が形成される。

【0063】

モータＭ２が回転されることにより、交差方向Ｄ２について基材Ｂが軸送りされる。これにより、照射領域Ｓが、交差方向Ｄ２について所定量ずれる。以後、上記の工程が繰り返されることにより、走査方向Ｄ１に延びるとともに交差方向Ｄ２に隣接する複数のビード６０が形成される。この結果、複数のビード６０により基材Ｂの表面に、走査方向Ｄ１および交差方向Ｄ２に均一に広がる造形物Ｗが形成される。ただし、モータＭ１の回転と、モータＭ２の回転による軸送りが同期制御される構成としてもよい。

【0064】

１－４．作用効果の説明
続いて、本形態の作用効果について説明する。本形態においては、基材Ｂを構成する材料として、例えば鉄、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）が用いられる。また、本形態においては、第一ビード６１を構成する材料として、硬質粉末材料ＰＡ１としての炭化タングステンと、結合粉末材料ＰＡ２としてのコバルトが用いられる。

【0065】

本形態において基材Ｂを構成する材料として例示される鉄の融点は１５３８℃であり、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）の融点は約１５３５℃である。一方、本形態においては粉末材料ＰＡを構成する材料として例示される炭化タングステンの融点は２８７０℃であり、コバルトの融点は１４９５℃である。

【0066】

仮に、第一照射領域Ｓ１のビームＢＭの強度と第二照射領域Ｓ２のビームＢＭの強度とを同一に設定し、且つ、基材Ｂの融点に適合するように設定すると、基材Ｂの表面には適切な基材溶融池７２が形成されると考えられる。しかし、第一ビード６１においては、コバルトは再溶融するが、炭化タングステンは、コバルトが溶融したビード溶融池７１の中で溶け残った状態になってしまうおそれがある。すると、第一ビード６１の表面に形成されたビード溶融池７１が不均一な状態になる。この結果、適切に形成された基材溶融池７２が固化するとともに、不均一に形成されたビード溶融池７１が固化することにより形成された第二ビード６２は、不均一な状態になるおそれがある。

【0067】

一方、仮に、第一照射領域Ｓ１のビームＢＭの強度と第二照射領域Ｓ２のビームＢＭの強度とを同一に設定し、且つ、第一ビード６１の融点に適合するように設定すると、第一ビード６１の表面には適切なビード溶融池７１が形成されると考えられる。しかし、基材Ｂは過度に溶融してしまい、基材Ｂの肉厚が不均一になることが懸念される。すると、強度等、基材Ｂの性能が設計値より低下するおそれがある。

【0068】

そこで、本形態においては、第一ビード６１に設定された第一照射領域Ｓ１のビームＢＭ強度の最大値は、基材Ｂに設定された第二照射領域Ｓ２のビームＢＭ強度の最大値よりも大きく設定されている。

【0069】

さらに、第一照射領域Ｓ１において、第一ビード６１の基材Ｂからの突出高さ寸法の大きさに対応して、ビームＢＭの強度が交差方向Ｄ２について小さくなるように設定されている。

【0070】

上記のように、本形態においては、第一照射領域Ｓ１に照射されるビームＢＭの強度の最大値と、第二照射領域Ｓ２に照射されるビームＢＭの強度の最大値とを異ならせることにより、第一照射領域Ｓ１を照射するビームＢＭの強度を第一ビード６１の再溶融条件に適合させるとともに、第二照射領域Ｓ２を照射するビームＢＭの強度を基材Ｂの溶融条件に適合させることができる。これにより、第一照射領域Ｓ１の第一ビード６１を適切に再溶融させるとともに、第二照射領域Ｓ２の基材Ｂを適切に溶融させることができるので、基材Ｂの表面に均質な造形物Ｗを形成することができる。

【0071】

本形態においては、ビーム照射装置２０は、ビームＢＭを発生させるビーム源２１と、ビーム源２１が発生させたビームＢＭについて、走査方向Ｄ１と交差する方向について最大値が異なる強度分布に調整する調整手段と、を備える。この調整手段により、ビーム源２１が発生させたビームＢＭの強度分布を、走査方向Ｄ１と交差する方向について最大値が異なるようにすることができる。

【0072】

本形態においては、調整手段は回折格子４２である。回折格子４２という簡易な手法により、ビームＢＭの強度分布を、走査方向Ｄ１と交差する方向について最大値が異なるようにすることができる。

【0073】

１－５．実施形態１の別形態１
本形態においては、粉末材料ＰＡのビーム吸収率が、基材Ｂのビーム吸収率と異なっていてもよく、例えば、粉末材料ＰＡのビーム吸収率が、基材Ｂのビーム吸収率よりも低いものとしてもよい。

【0074】

上記の場合、仮に、第一照射領域Ｓ１のビームＢＭの強度と第二照射領域Ｓ２のビームＢＭの強度とを同一に設定し、且つ、基材Ｂのビーム吸収率に適合するように設定すると、基材Ｂの表面には適切な基材溶融池７２が形成されると考えられる。しかし、第一ビード６１においては、粉末材料ＰＡのビーム吸収率は基材Ｂのビーム吸収率よりも低いので、ビームＢＭが十分に吸収されず、ビード溶融池７１が部分的にしか形成されない状態になるおそれがある。すると、第一ビード６１の表面に形成されたビード溶融池７１が不均一な状態になる。この結果、適切に形成された基材溶融池７２が固化するとともに、不均一に形成されたビード溶融池７１が固化することにより形成された第二ビード６２は、不均一な状態になるおそれがある。

【0075】

一方、仮に、第一照射領域Ｓ１のビームＢＭの強度と第二照射領域Ｓ２のビームＢＭの強度とを同一に設定し、且つ、第一ビード６１のビーム吸収率に適合するように設定すると、第一ビード６１の表面には適切なビード溶融池７１が形成されると考えられる。しかし、基材Ｂは過度に溶融してしまい、基材Ｂの肉厚が不均一になることが懸念される。すると、強度等、基材Ｂの性能が設計値より低下するおそれがある。

【0076】

そこで、本形態においては、第一ビード６１に設定された第一照射領域Ｓ１のビームＢＭ強度の最大値は、ビームＢＭ吸収率が大きな基材Ｂに設定された第二照射領域Ｓ２のビームＢＭ強度の最大値よりも大きく設定されている。

【0077】

１－６．実施形態１の別形態２
また、本形態においては、粉末材料ＰＡを構成する金属種の熱伝導率が、基材Ｂを構成する金属種の熱伝導率と異なっていてもよく、例えば、粉末材料ＰＡを構成する金属種の熱伝導率が、基材Ｂを構成する金属種の熱伝導率よりも大きいものとしてもよい。

【0078】

上記の場合、仮に、第一照射領域Ｓ１のビームＢＭの強度と第二照射領域Ｓ２のビームＢＭの強度とを同一に設定し、且つ、基材Ｂの熱伝導率に適合するように設定すると、基材Ｂの表面には適切な基材溶融池７２が形成されると考えられる。しかし、第一ビード６１においては、粉末材料ＰＡを構成する金属種の熱伝導率は基材Ｂを構成する金属種の熱伝導率よりも大きいため、熱が拡散して十分に温度が上昇せず、ビード溶融池７１が部分的にしか形成されない状態になるおそれがある。すると、第一ビード６１の表面に形成されたビード溶融池７１が不均一な状態になる。この結果、適切に形成された基材溶融池７２が固化するとともに、不均一に形成されたビード溶融池７１が固化することにより形成された第二ビード６２は、不均一な状態になるおそれがある。

【0079】

一方、仮に、第一照射領域Ｓ１のビームＢＭの強度と第二照射領域Ｓ２のビームＢＭの強度とを同一に設定し、且つ、第一ビード６１の熱伝導率に適合するように設定すると、第一ビード６１の表面には適切なビード溶融池７１が形成されると考えられる。しかし、基材Ｂは過度に溶融してしまい、基材Ｂの肉厚が不均一になることが懸念される。すると、強度等、基材Ｂの性能が設計値より低下するおそれがある。

【0080】

そこで、本形態においては、熱伝導率が大きな第一ビード６１に設定された第一照射領域Ｓ１のビームＢＭ強度の最大値は、熱伝導率が小さな基材Ｂに設定された第二照射領域Ｓ２のビームＢＭ強度の最大値よりも大きく設定されている。

【0081】

（実施形態２）
続いて、実施形態２について図５を参照して説明する。本形態では、図５に示すように、ビームＢＭの強度分布は、交差方向Ｄ２について、第一照射領域Ｓ１内で略均一であるとともに第二照射領域Ｓ２内で略均一である。また、第一照射領域Ｓ１におけるビームＢＭ強度の最大値は、第二照射領域Ｓ２におけるビームＢＭ強度の最大値よりも大きい。

【0082】

なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

【0083】

本形態は、例えば、第一ビード６１を再溶融させるための再溶融条件と、基材Ｂを溶融させるための溶融条件との差が、比較的に小さな場合に有効である。

【0084】

（実施形態３）
続いて、実施形態３について図６～図７を参照して説明する。図６に示すように、本形態の付加製造装置１においては、ビームＢＭは、公知の反射鏡等により、サブビームＢＭ１とサブビームＢＭ２に分岐される。サブビームＢＭ１は、分岐された後、公知の集光レンズを介して第一照射領域Ｓ１に照射される。サブビームＢＭ２は、調整手段（コリメートレンズ４１、回折格子４２および集光レンズ４３）により調整されて第二照射領域Ｓ２に照射される。

【0085】

図７に、照射領域Ｓを、基材Ｂの表面の法線方向から見た平面図を示す。サブビームＢＭ１に照射される第一照射領域Ｓ１は円形状をなしている。サブビームＢＭ２に照射される第二照射領域Ｓ２は長方形状をなしている。図７において、第一照射領域Ｓ１の右半分と、第二照射領域Ｓ２の左端部寄りの領域の一部とは、重複している。第一照射領域Ｓ１と第二照射領域Ｓ２とが重複する領域においては、ビームＢＭの強度が、他の領域に比べて大きくなっている。ただし、サブビームＢＭ１の第一照射領域Ｓ１の形状、およびサブビームＢＭ２の第二照射領域Ｓ２の形状は任意であり、例えば、第一照射領域Ｓ１が長方形状をなして第二照射領域Ｓ２が円形状をなしてもよく、また、第一照射領域Ｓ１および第二照射領域Ｓ２がともに円形状でもよいし、第一照射領域Ｓ１および第二照射領域Ｓ２がともに四角形状でもよい。

【0086】

（実施形態４）
続いて、実施形態４について図８～図９を参照して説明する。図８に示すように、本形態では、ビームＢＭは、３つのサブビームＢＭ１，ＢＭ２，ＢＭ３に分岐される。図９に示すように、各サブビームＢＭ１，ＢＭ２，ＢＭ３は、反射鏡等の公知の調整手段により、第一照射領域Ｓ１を照射する２つのサブビームＢＭ１，ＢＭ２の照射領域Ｓ１１，Ｓ１２が、走査方向Ｄ１に並ぶ配置に調整され、１つのサブビームＢＭ３の第二照射領域Ｓ２が、走査方向Ｄ１に並ぶ２つのサブビームＢＭ１，ＢＭ２について交差方向Ｄ２に並ぶ配置に調整される。２つのサブビームＢＭ１，ＢＭ２の照射領域Ｓ１１，Ｓ１２が、第一照射領域Ｓ１に相当する。これにより、走査方向Ｄ１について、第一照射領域Ｓ１におけるビームＢＭ強度の最大値が、第二照射領域Ｓ２におけるビームＢＭ強度の最大値より大きくなるように設定される。

【0087】

ただし、サブビームの個数は、２つ、または４つ以上でもよい。また、複数のビーム源２１から出射される複数のサブビームの照射領域Ｓを、反射鏡等の公知の調整手段により調整する構成としてもよい。

【0088】

本形態においては、ビームＢＭは、複数のサブビームＢＭ１，ＢＭ２，ＢＭ３が組み合わされて形成され、調整手段は、複数のサブビームＢＭ１，ＢＭ２，ＢＭ３の光路を調整することにより、ビームＢＭの強度分布を走査方向Ｄ１と交差する方向について異ならせる。複数のサブビームＢＭ１，ＢＭ２，ＢＭ３を用いることにより、ビームＢＭの強度分布を走査方向Ｄ１と交差する方向について最大値が異なるようにすることができる。

【0089】

（実施形態５）
５－１．付加製造装置１０１の構成
続いて、実施形態５に係る付加製造装置１０１について図１０を参照して説明する。本形態に係る付加製造装置１０１は、粉末床溶融結合方式であってＳＬＭ方式を採用する。本例において、付加製造装置１０１は、層状に配置された粉末材料ＰＢにビームＢＭを照射することを繰り返すことによって、造形物Ｗを成形する装置である。

【0090】

付加製造装置１０１は、図１０に示すように、チャンバ１１０、造形物支持装置１２０、粉末材料供給装置１３０、およびビーム照射装置１４０を備える。チャンバ１１０は、内部の空気を、例えばＨｅ（ヘリウム）、Ｎ_２（窒素）やＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスに置換可能となるように構成されている。なお、チャンバ１１０は、内部を不活性ガスに置換するのではなく、減圧可能な構成としてもよい。

【0091】

造形物支持装置１２０は、チャンバ１１０の内部に設けられ、造形物Ｗを造形するための支持部材により構成される。造形物支持装置１２０は、支持部材として、造形用容器１２１、昇降テーブル１２２、およびベース１２３を備える。造形用容器１２１は、上側に開口部を有し、上下方向の軸線に平行な内壁面を有する。昇降テーブル１２２は、造形用容器１２１の内部にて内壁面に沿うように上下方向に移動可能に設けられる。ベース１２３は、昇降テーブル１２２の上面に着脱可能に取り付けられ、ベース１２３の上面が造形物Ｗを成形するための部位となる。つまり、ベース１２３は、上面に層状に粉末材料を配置すると共に、成形時に造形物Ｗを支持するための部材である。

【0092】

粉末材料供給装置１３０は、チャンバ１１０の内部であって、造形物支持装置１２０に隣接して設けられる。粉末材料供給装置１３０は、粉末収納容器１３１、供給テーブル１３２、およびリコータ１３３を備える。粉末収納容器１３１は、上側に開口部を有しており、粉末収納容器１３１の開口部の高さは、造形用容器１２１の開口部の高さと同一に設けられている。粉末収納容器１３１は、上下方向の軸線に平行な内壁面を有する。供給テーブル１３２は、粉末収納容器１３１の内部にて内壁面に沿うように上下方向に移動可能に設けられる。そして、粉末収納容器１３１内において、供給テーブル１３２の上側領域に、粉末材料ＰＢが収納されている。

【0093】

リコータ１３３は、造形用容器１２１の開口部および粉末収納容器１３１の開口部の全領域に亘って、両開口部の上面に沿って往復移動可能に設けられている。リコータ１３３は、図１０の右から左に移動するときに、粉末収納容器１３１の開口部から盛り出ている粉末材料ＰＢを、造形用容器１２１側に運搬する。さらに、リコータ１３３は、運搬した粉末材料ＰＢをベース１２３の上面にて層状に配置する。

【0094】

ビーム照射装置１４０は、ベース１２３の上面に層状に配置された粉末材料ＰＢの表面に、ビームＢＭを照射する。ビームＢＭは、上述したように、レーザビームおよび電子ビーム等である。ビーム照射装置１４０は、層状に配置された粉末材料ＰＢにビームＢＭを照射することにより、粉末材料ＰＢを粉末材料ＰＢの融点以上の温度に加熱する。そうすると、粉末材料ＰＢは、溶融し、その後凝固することで、一体化された層状の造形物Ｗが成形される。つまり、隣接する粉末材料ＰＢ同士は、溶融接合によって一体化される。

【0095】

また、ビーム照射装置１４０は、予め設定されたプログラムに基づいて、ビームＢＭの照射位置を移動させることができる。ビームＢＭの照射位置を移動することにより、所望の層状の造形物Ｗを成形することができる。

【0096】

５－２．付加製造方法
次に、付加製造装置１０１を用いた積層造形方法について、図１０～図１１を参照して説明する。図１０に示すように、まず、粉末材料供給装置１３０における供給テーブル１３２を下方に位置決めした状態で、粉末収納容器１３１内に粉末材料ＰＢを収納させておく。

【0097】

続いて、粉末材料ＰＢを、ベース１２３の上面に層状に配置させる。詳細には、以下のように行われる。供給テーブル１３２を上昇させて、所望量の粉末材料ＰＢが粉末収納容器１３１の開口部から盛り出た状態とする。同時に、造形物支持装置１２０において、ベース１２３が昇降テーブル１２２の上面に取り付けられ、ベース１２３の上面が、造形用容器１２１の開口部より僅かに下方に位置するように、昇降テーブル１２２を位置決めする。さらに、リコータ１３３を粉末材料供給装置１３０側から造形物支持装置１２０側に向かって移動させる。これにより、粉末材料供給装置１３０内の粉末材料ＰＢが、ベース１２３の上面に移動し、ベース１２３の上面において同一厚みの層状に配置される。

【0098】

続いて、ビーム照射装置１４０によりビームＢＭの照射を開始する。つまり、ビームＢＭは、所定のプログラムに基づいて走査方向Ｄ１に沿って走査される。そして、ビーム照射装置１４０は、粉末材料ＰＢの融点以上の温度で粉末材料ＰＢを加熱する。ビームＢＭの強度は、照射領域Ｓ内において略均一に設定されている。ビームＢＭの強度プロファイルは、ガウス分布形、またはトップハット形でもよい。

【0099】

ビーム照射装置１４０は、粉末材料ＰＢの融点以上の温度で粉末材料ＰＢを加熱する。つまり、ビームＢＭが照射された粉末材料ＰＢは、溶融し、その後に凝固される。これにより、走査方向Ｄ１に延在する第一ビード６１が形成される。

【0100】

交差方向Ｄ２について第一ビード６１と隣接する領域においては、ビームＢＭが照射されていないので、粉末材料ＰＢは粉末状態で存在している。

【0101】

続いて、所定のプログラムに基づいて、ビーム照射装置１４０が、交差方向Ｄ２について所定量ずれる。本形態では、照射領域Ｓは第一ビード６１の幅寸法の略二分の一だけずれる。

【0102】

その後、所定のプログラムに基づいて、ビーム照射装置１４０と基材Ｂとが走査方向Ｄ１について相対的に移動する。

【0103】

この状態においては、図１１に示すように、ビームＢＭの照射領域Ｓは、交差方向Ｄ２について第一ビード６１の幅寸法の略二分の一の領域である第一照射領域Ｓ１と、基材Ｂの表面のうち交差方向Ｄ２について第一照射領域Ｓ１と隣接する第二照射領域Ｓ２と、を備える。

【0104】

ビーム照射装置１４０と基材Ｂとが走査方向Ｄ１について相対的に移動したときに、ビーム照射装置１４０から出射されるビームＢＭの強度分布が、第一照射領域Ｓ１と第二照射領域Ｓ２とで最大値が異なる強度に変更される。ビームＢＭの強度分布は実施形態１と同様なので、重複する説明を省略する。

【0105】

上記の構成により、第一照射領域Ｓ１においては第一ビード６１が適切に再溶融してビード溶融池１７１が形成され、第二照射領域Ｓ２においては粉末材料ＰＢが適切に溶融して粉末溶融池１７２が形成される。

【0106】

所定のプログラムに基づいて、ビーム照射装置１４０が走査方向Ｄ１について移動する。すると、ビームＢＭが照射された照射領域Ｓが、走査方向Ｄ１にずれる。これにより、照射領域Ｓから外れることになったビード溶融池１７１および粉末溶融池１７２の温度が低下し固化する。この結果、走査方向Ｄ１に沿ってのびる第二ビード６２が、交差方向Ｄ２について均一に形成される。

【0107】

第二ビード６２は、交差方向Ｄ２について第一ビード６１に隣接しているとともに、第一ビード６１と接合している。

【0108】

所定のプログラムに基づいて、交差方向Ｄ２について照射装置が移動される。これにより、照射領域Ｓが、交差方向Ｄ２について所定量ずれる。以後、上記の工程が繰り返されることにより、走査方向Ｄ１に延びるとともに交差方向Ｄ２に隣接する複数のビードが形成される。この結果、複数のビードにより、走査方向Ｄ１および交差方向Ｄ２に均一に広がる造形物Ｗが形成される。

【0109】

５－３．作用効果の説明
続いて、本形態の作用効果について説明する。本形態においては、第一ビード６１は粉末材料ＰＢが溶融した後に固化して形成されるので、第一ビード６１を構成する金属と、粉末材料ＰＢを構成する金属とは同一である。しかし、第一ビード６１は粉末材料ＰＢが溶融した後に固化して形成されるので、中実な構造を有する。このため、中実な第一ビード６１と、粉末材料ＰＢとでは、ビームＢＭの吸収率、ビームＢＭの反射率、熱容量等が異なる。

【0110】

本形態では、第一ビード６１のビームＢＭの吸収率が、粉末材料ＰＢのビームＢＭの吸収率よりも低い場合について説明する。このような場合、仮に、第一照射領域Ｓ１のビームＢＭの強度と第二照射領域Ｓ２のビームＢＭの強度とを同一に設定し、且つ、粉末材料ＰＢのビーム吸収率に適合するように設定すると、粉末材料ＰＢの表面には適切な溶融池が形成されると考えられる。しかし、第一ビード６１においてはレーザ光が十分に吸収されないため、溶融池が部分的にしか形成されない状態になるおそれがある。すると、第一ビード６１の表面に形成された溶融池が不均一な状態になるため、この溶融池が固化することにより形成された第二ビード６２も不均一な状態になるおそれがある。

【0111】

一方、仮に、第一照射領域Ｓ１のビームＢＭの強度と第二照射領域Ｓ２のビームＢＭの強度とを同一に設定し、且つ、第一ビード６１のビーム吸収率に適合するように設定すると、第一ビード６１の表面には適切な溶融池が形成されると考えられる。しかし、粉末材料ＰＢは過度に溶融してしまい、さらに、粉末材料ＰＢの下方に形成された造形物Ｗの肉厚が不均一になることが懸念される。すると、強度等、造形物Ｗの性能が設計値より低下するおそれがある。

【0112】

そこで、本形態においては、ビームＢＭ吸収率が小さな第一ビード６１に設定された第一照射領域Ｓ１のビームＢＭ強度の最大値は、ビームＢＭ吸収率が大きな粉末材料ＰＢに設定された第二照射領域Ｓ２のビームＢＭ強度の最大値よりも大きく設定されている。

【0113】

上記のように、本形態においては、第一照射領域Ｓ１に照射されるビームＢＭの強度の最大値と、第二照射領域Ｓ２に照射されるビームＢＭの強度の最大値とを異ならせることにより、第一照射領域Ｓ１を照射するビームＢＭの強度を第一ビード６１の再溶融条件に適合させるとともに、第二照射領域Ｓ２を照射するビームＢＭの強度を粉末材料ＰＢの溶融条件に適合させることができる。これにより、第一照射領域Ｓ１の第一ビード６１を適切に再溶融させるとともに、第二照射領域Ｓ２の粉末材料ＰＢを適切に溶融させることができるので、均質な造形物Ｗを形成することができる。

【0114】

本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

【0115】

（１）図１２に示すように、ビームＢＭの強度分布は、交差方向Ｄ２について、第一照射領域Ｓ１内で略均一であるとともに第二照射領域Ｓ２内で略均一である構成とし、第一照射領域Ｓ１におけるビームＢＭ強度の最大値が、第二照射領域Ｓ２におけるビームＢＭ強度の最大値よりも小さい構成としてもよい。本形態は、例えば、ＬＭＤ方式の付加製造装置において第一ビード６１を構成する金属種の融点が、基材Ｂを構成する金属種の融点よりも低い場合に有効である。

【0116】

（２）ＬＭＤ方式の付加製造装置において、粉末材料ＰＡが銅を主成分として含み、基材Ｂが鉄または炭素鋼を主成分として含む構成としてもよい。銅のビーム吸収率は、鉄または炭素鋼のビーム吸収率よりも低いので、第一照射領域Ｓ１におけるビームＢＭ強度の最大値を、第二照射領域Ｓ２におけるビームＢＭ強度の最大値よりも大きくすることにより、鉄または炭素鋼を主成分とする基材Ｂの表面に、銅を主成分とする均一な造形物Ｗを形成することができる。

【0117】

（３）本発明は、ＬＭＤ方式の付加製造装置において、粉末材料ＰＡの熱容量と、基材Ｂの熱容量とが異なっている場合にも好適に適用できる。また、本発明は、粉末材料ＰＡのビーム反射率と、基材Ｂのビーム反射率とが異なる場合にも好適に適用できる。

【0118】

（４）付加製造装置は、１つの回折格子４２と、複数のビーム照射装置２０を備える構成としてもよい。

【符号の説明】

【0119】

１，１０１：付加製造装置、 １０、１３０：粉末材料供給装置、 ２０、１４０：ビーム照射装置、 ６０：ビード、 ６１：第一ビード、 ６２：第二ビード、 Ｂ：基材、 ＢＭ：ビーム、 ＢＭ１，ＢＭ２，ＢＭ３：サブビーム、 Ｄ１：走査方向、 Ｄ２：交差方向、 ＰＡ，ＰＢ：粉末材料、 Ｓ：照射領域、 Ｓ１：第一照射領域、 Ｓ２：第二照射領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】