特開 2023-57666 積層造形方法

(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】P2023057666

(43)【公開日】2023-04-24

(54)【発明の名称】積層造形方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/04 20060101AFI20230417BHJP

   B23K 9/032 20060101ALI20230417BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20230417BHJP

【ＦＩ】

B23K9/04 G

B23K9/04 Z

B23K9/032 Z

B33Y10/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021167262

(22)【出願日】2021-10-12

(71)【出願人】

【識別番号】310010564

【氏名又は名称】三菱重工コンプレッサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】酒井 泰典

(72)【発明者】

【氏名】山内 大輔

(72)【発明者】

【氏名】林田 直也

【テーマコード（参考）】

4E081

【Ｆターム（参考）】

4E081AA10

4E081DA14

4E081DA31

(57)【要約】

【課題】溶接によって金属層を積層する際に垂れの影響を抑え、良好な品質で立体的な造形物を形成する。
【解決手段】積層造形方法は、複数の金属層が順次積層されることで成形された立体的な造形物を造形する積層造形方法であって、溶接ビードからなる金属層を積層し、積層造形部を形成する工程と、前記積層造形部において前記金属層が積層される第一方向に交差する第二方向を向く造形部側面を削って加工側面を形成する工程と、を含む単位工程が繰り返し実施され、前記加工側面を形成する工程では、前記積層造形部の前記第一方向の最上層に前記加工側面に対して前記第二方向に張り出す受け部を形成するように前記造形部側面が削られ、前記単位工程が繰り返される際には、前記積層造形部を形成する工程では、前記第一方向における前記受け部の上面に重なるように新たな前記金属層が積層される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の金属層が順次積層されることで成形された立体的な造形物を造形する積層造形方法であって、
溶接ビードからなる金属層を積層し、積層造形部を形成する工程と、
前記積層造形部において前記金属層が積層される第一方向に交差する第二方向を向く造形部側面を削って加工側面を形成する工程と、
を含む単位工程が繰り返し実施され、
前記加工側面を形成する工程では、前記積層造形部の前記第一方向の最上層に前記加工側面に対して前記第二方向に張り出す受け部を形成するように前記造形部側面が削られ、
前記単位工程が繰り返される際には、前記積層造形部を形成する工程では、前記第一方向における前記受け部の上面に重なるように新たな前記金属層が積層される積層造形方法。

【請求項2】

前記受け部の前記第一方向における厚さは、前記受け部に対する前記溶接ビードの溶け込み寸法以上である請求項１に記載の積層造形方法。

【請求項3】

前記受け部は、少なくとも前記第一方向の一部に、前記造形部側面を残して形成される請求項１又は２に記載の積層造形方法。

【請求項4】

前記積層造形部を形成する工程では、
前記第一方向における最上層を形成する前記金属層の表面に冷媒を供給して前記金属層を冷却した後、冷却された前記金属層の表面上に新たな前記金属層が積層される請求項１から３の何れか一項に記載の積層造形方法。

【請求項5】

前記造形物は、前記第一方向に延びる軸線を中心とする筒状に形成されて内部に流体が流通可能とされ、
前記加工側面を形成する工程では、前記造形物の径方向の内側を向く側面を前記加工側面によって形成し、
前記加工側面は、前記造形物の内部を流れる前記流体の流れ方向に前記造形部側面が削られることで形成されている請求項１から４の何れか一項に記載の積層造形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、積層造形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、立体的な造形物を造形する積層造形方法として、アーク溶接によって形成される溶接ビードからなる金属層を、順次積層する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－８４５５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示されたような構成においては、既に積層された金属層の厚さが小さい場合に、アーク溶接によって新たな金属層を積層することで、既に積層された金属層の端部が新たな金属層と共に溶けて垂れてしまうことがある。これは、新たな金属層を積層するために溶融状態となっている溶接材料の熱の影響によって、既に積層された金属層が溶けてしまうためである。このような現象は、金属層の端部で顕著に影響を及ぼす。その結果、金属層を積層していく過程で、金属層の端部である側面の形状が垂れによって崩れ、次の金属層を正確に積層できない場合がある。

【0005】

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、溶接によって金属層を積層する際に垂れの影響を抑え、良好な品質で立体的な造形物を形成することができる積層造形方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示に係る積層造形方法は、複数の金属層が順次積層されることで成形された立体的な造形物を造形する積層造形方法であって、溶接ビードからなる金属層を積層し、積層造形部を形成する工程と、前記積層造形部において前記金属層が積層される第一方向に交差する第二方向を向く造形部側面を削って加工側面を形成する工程と、を含む単位工程が繰り返し実施され、前記加工側面を形成する工程では、前記積層造形部の前記第一方向の最上層に前記加工側面に対して前記第二方向に張り出す受け部を形成するように前記造形部側面が削られ、前記単位工程が繰り返される際には、前記積層造形部を形成する工程では、前記第一方向における前記受け部の上面に重なるように新たな前記金属層が積層される。

【発明の効果】

【0007】

本開示の積層造形方法によれば、溶接によって金属層を積層する際に垂れの影響を抑え、良好な品質で立体的な造形物を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の実施形態に係る積層造形方法で造形される造形物の一例を示す軸線に対して平行な断面図である。

【図2】上記積層造形方法の手順を示すフローチャートである。

【図3】上記積層造形方法の積層造形部を形成する工程において、所定の高さを有した積層造形部を形成する状態を示す軸線に対して平行な半断面図である。

【図4】上記積層造形方法の加工側面を形成する工程において、積層造形部に受け部および加工側面を形成した状態を示す軸線に対して平行な半断面図である。

【図5】上記積層造形方法において、２回目以降の単位工程の積層造形部を形成する工程で、受け部上に金属層を積層し、新たな積層造形部を形成した状態を示す軸線に対して平行な半断面図である。

【図6】上記積層造形方法において、２回目以降の単位工程の積層造形部を形成する工程で、新たな積層造形部に受け部および加工側面を形成した状態を示す軸線に対して平行な半断面図である。

【図7】上記積層造形方法の最終加工を行う工程で、造形品を形成した状態を示す軸線に対して平行な半断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して、本開示による積層造形方法を実施するための形態を説明する。しかし、本開示はこの実施形態のみに限定されるものではない。

【0010】

図１に示すように、本開示の実施形態における積層造形方法Ｓ１０では、立体的な造形物１００を造形する。本実施形態の積層造形方法Ｓ１０で造形される造形物１００は、例えば、タービンや圧縮機等の回転機械を構成する部品である。より具体的には、造形される造形物１００としては、ノズルや、インペラやケーシングが挙げられる。本実施形態では、造形物１００として、軸線Ｏを中心に第一方向Ｄ１に延びる筒状のノズルを造形する。完成後のノズル（造形物１００）には、第一方向Ｄ１を流れ方向Ｆ１（図４参照）とするように、その内部に蒸気や空気等の気体である流体が作動流体として流通可能とされる。

【0011】

積層造形方法Ｓ１０では、テーブル５の支持面５ｆ上に、複数層の金属層１０１を積層し、所定形状の造形物１００を造形する。積層造形方法Ｓ１０は、溶接トーチや加工工具が取り付けられたＮＣ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ：数値制御）加工機によって実施される。一層の金属層１０１は、溶接ビード１０２によって構成されている。溶接ビード１０２は、ＮＣ加工機の溶接トーチで行うアーク溶接によって生成される。テーブル５の支持面５ｆは、第一方向Ｄ１に直交する面を形成している。本実施形態において、第一方向Ｄ１は、鉛直方向Ｄｖと一致するように設定されている。これにより、複数の金属層１０１は、支持面５ｆ上に、第一方向Ｄ１の第一側Ｄ１ａ（金属層１０１に対して支持面５ｆに近づく側）から第二側Ｄ１ｂ（金属層１０１に対して支持面５ｆから離れる側）に向かって積層される。つまり、第一方向Ｄ１は、金属層１０１が積層される方向である。なお、第一方向Ｄ１は、鉛直方向Ｄｖに対して直交していなければ、鉛直方向Ｄｖに対して傾斜する方向であっても構わない。

【0012】

本実施形態の積層造形方法Ｓ１０は、図２に示すように、積層造形部１０５を形成する工程Ｓ２０と、加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０と、積層造形部１０５の形成回数を判定する工程Ｓ４０と、最終加工を行う工程Ｓ５０と、を主に備える。

【0013】

図３に示すように、積層造形部１０５を形成する工程Ｓ２０では、第一方向Ｄ１に所定の高さＨ１を有した積層造形部１０５を形成する。積層造形部１０５は、造形物１００の一部の領域を構成している。図２に示すように、積層造形部１０５を形成する工程Ｓ２０は、金属層１０１を積層する工程Ｓ２１と、金属層１０１を冷却する工程Ｓ２２と、温度を測定する工程Ｓ２３と、温度を判定する工程Ｓ２４と、積層数を判定する工程Ｓ２５と、を含む。積層造形部１０５を形成する工程Ｓ２０は、金属層１０１を積層する工程Ｓ２１、金属層１０１を冷却する工程Ｓ２２、温度を測定する工程Ｓ２３、温度を判定する工程Ｓ２４、積層数を判定する工程Ｓ２５を、予め設定された回数、繰り返し実施する。積層造形部１０５を形成する工程Ｓ２０では、所定数の金属層１０１を第一方向Ｄ１に積層して、所定の高さＨ１を有した積層造形部１０５を形成する。所定の高さＨ１を有した積層造形部１０５は、軸線Ｏに対して平行な断面において、第一方向Ｄ１に交差する第二方向Ｄ２を向く造形部側面１０６を有している。本実施形態において、積層造形部１０５は、第一方向Ｄ１に延びる筒状に形成されている。また、本実施形態の第二方向Ｄ２は、第一方向Ｄ１と直交する方向であって、積層造形部１０５の径方向（幅方向）Ｄｒである。したがって、積層造形部１０５は、造形部側面１０６として、径方向Ｄｒ（第二方向Ｄ２）の内側Ｄｒｉを向く内側造形部側面１０６ｓと、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向く外側造形部側面１０６ｔと、を有している。つまり、内側造形部側面１０６ｓは、径方向Ｄｒにおいて、軸線Ｏを向く積層造形部１０５の内周面である。また、外側造形部側面１０６ｔは、径方向Ｄｒにおいて、軸線Ｏと反対側を向く積層造形部１０５の外周面である。

【0014】

図３に示すように、金属層１０１を積層する工程Ｓ２１では、アーク溶接によって形成される溶接ビード１０２からなる金属層１０１を積層する。金属層１０１を積層する工程Ｓ２１では、まず、テーブル５の支持面５ｆ上にアーク溶接によって溶接ビード１０２を形成する。金属層１０１を積層する工程Ｓ２１では、予め入力された造形物１００の形状データに基づいて、溶接ビード１０２が形成される。本実施形態の金属層１０１を積層する工程Ｓ２１では、第一方向Ｄ１と直交する第二方向Ｄ２に、複数パスの溶接ビード１０２がアーク溶接によって連続して形成されることで、一層の金属層１０１が構成されている。金属層１０１を積層する工程Ｓ２１では、回転アーク溶接等の高速溶接で溶接ビード１０２を形成することが好ましい。

【0015】

なお、金属層１０１は、例えば、本実施形態のように複数パスの溶接ビード１０２によって一層が構成されることに限定されるものではなく、一パスのみの溶接ビード１０２によって一層が構成されていてもよい。

【0016】

金属層１０１を冷却する工程Ｓ２２では、金属層１０１を積層する工程Ｓ２１で積層された最上層の金属層１０１の表面に冷媒を供給して金属層１０１を冷却する。最上層の金属層１０１とは、第一方向Ｄ１において最も第二側Ｄ１ｂに位置する金属層１０１である。つまり、最上層の金属層１０１とは、積層造形部１０５の頂部を形成する金属層１０１である。本実施形態の金属層１０１を冷却する工程Ｓ２２では、最上層の金属層１０１の表面に液状の冷媒が直接供給される。金属層１０１を冷却する工程Ｓ２２では、冷媒として、例えば切削油もしくはエアーが供給される。これにより、金属層１０１を積層する工程Ｓ２１が繰り返される際には、金属層１０１を冷却する工程Ｓ２２で冷却された最上層の金属層１０１の表面上に、新たな金属層１０１が積層される。

【0017】

なお、本実施形態の金属層１０１を冷却する工程Ｓ２２では、例えば、最上層の金属層１０１に、冷却以外の加工を施すようにしてもよい。例えば、金属層１０１を冷却する工程Ｓ２２では、金属層１０１を積層する工程Ｓ２１で積層された最上層の金属層１０１の表面の不純物を除去するようにしてもよい。不純物の除去は、ＮＣ加工機に加工工具として取り付けた切削工具や研磨工具により、金属層１０１の表面及び周辺に付着した不純物を削り取って除去する。ここで、不純物とは、溶接欠陥を生じさせる溶接ビード１０２の表面及びその周辺に発生した異物である。具体的には、不純物としては、スパッタや、スラグや、ヒュームが挙げられる。スパッタは、溶接ビード１０２の周辺に飛散した金属粒である。また、スラグは、母材や溶接材料から生じる金属間化合物からなる異物である。具体的なスラグとしては、例えば融点の低いガラス質が挙げられる。また、ヒュームは、溶接ビード１０２の周辺に付着する鉱物性の粉塵である。ヒュームは、母材や溶接材料に含まれる成分からなるが、各成分の比率が元の材料とは大幅に異なっている。

【0018】

温度を測定する工程Ｓ２３では、金属層１０１を積層する工程Ｓ２１で積層された最上層の金属層１０１の表面の温度を測定する。温度を測定する工程Ｓ２３では、サーモセンサーや非接触温度計を用いて、金属層１０１に触れることなく金属層１０１の表面の温度情報を取得する。取得後の温度情報は、不図示の制御装置に送られることで、モニターに表示されたり、ＮＣ加工機での加工に用いられたりする。

【0019】

温度を判定する工程Ｓ２４では、測定された金属層１０１の表面の温度が、予め定めた基準温度を下回っているか否かを判定する。ここで、基準温度とは、金属層１０１上に溶接品質の低下を生じさせずに溶接ビード１０２を新たに形成可能な温度であって、金属層１０１の表面に供給された冷媒が蒸発しているとみなせる温度である。したがって、基準温度は、例えば、１００℃程度である。温度を判定する工程Ｓ２４では、測定された温度が基準温度を下回っていると判定された場合に、積層数を判定する工程Ｓ２５に進む。また、温度を判定する工程Ｓ２４では、温度を測定する工程Ｓ２３で測定された温度が基準温度を超えていると判定された場合に、所定の時間が経過した後に再び温度を測定する工程Ｓ２３が実施される。

【0020】

積層数を判定する工程Ｓ２５では、金属層１０１が所定回数積層されたか否かを判定する。ここで、所定回数とは、所定の高さＨ１の積層造形部１０５を形成するために必要な金属層１０１の数であって、造形物１００の形状データに基づいて決定される。積層数を判定する工程Ｓ２５では、金属層１０１が所定回数積層されていないと判定した場合に、金属層１０１を積層する工程Ｓ２１に戻る。積層数を判定する工程Ｓ２５後の金属層１０１を積層する工程Ｓ２１では、温度が測定された金属層１０１上に、新たな金属層１０１が形成される。積層数を判定する工程Ｓ２５では、金属層１０１が所定回数積層されていると判定した場合に、加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０に進む。

【0021】

加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０では、所定の高さＨ１に形成された積層造形部１０５に対して、その造形部側面１０６が削られる。図４に示すように、加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０では、積層造形部１０５において、造形部側面１０６の少なくとも一部が切削され、加工側面１０３が形成される。

【0022】

加工側面１０３は、造形部側面１０６を径方向Ｄｒに凹むように所定寸法削ることで形成される。加工側面１０３は、造形部側面１０６よりも表面粗さに小さい平滑な面として形成される。加工側面１０３は、積層造形部１０５の余肉部１０５ｚを除去することで形成される。余肉部１０５ｚとは、積層造形部１０５において、造形物１００の形状よりも大きい領域に形成された部分であり、溶接時に生じる垂れを含む部分である。また、本実施形態の加工側面１０３は、製品としての側面を構成している。つまり、加工側面１０３は、軸線Ｏに対して平行な断面における造形物１００の内周面や外周面の一部である。

【0023】

本実施形態では、積層造形部１０５において、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉを向く内側造形部側面１０６ｓに、内側加工側面１０３ｓを形成する。また、本実施形態では、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向く外側造形部側面１０６ｔに、外側加工側面１０３ｔをさらに形成する。

【0024】

また、加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０では、積層造形部１０５の第一方向Ｄ１の最上層の第二側Ｄ１ｂの端部１０５ｅに、加工側面１０３に対して第二方向Ｄ２に張り出す受け部１０７が残るように加工側面１０３を形成する。端部１０５ｅは、積層造形部１０５の最上層の角部である。本実施形態では、受け部１０７は、内側加工側面１０３ｓから径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉに張り出す内側受け部１０７ｓと、外側加工側面１０３ｔから径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏに張り出す外側受け部１０７ｔと、を有している。

【0025】

第一方向Ｄ１における受け部１０７の厚さＴは、受け部１０７に対する溶接ビード１０２の溶け込み寸法以上であるのが好ましい。受け部１０７の厚さＴは、溶接ビード１０２の溶け込み寸法に対して、例えば２倍以上５倍以下であることが好ましい。溶け込み寸法は、溶接ビードが形成される際に、溶けてしまう部分の第一方向Ｄ１の長さである。本実施形態の受け部１０７は、少なくとも第一方向Ｄ１の一部に、造形部側面１０６を残して形成される。なお、受け部１０７は、造形部側面１０６を残さずに形成されてもよい。

【0026】

また、内側受け部１０７ｓは、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから内側Ｄｒｉに向かって厚さＴが漸次小さくなるよう形成されている。外側受け部１０７ｔは、径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉから外側Ｄｒｏに向かって厚さＴが漸次小さくなるよう形成されている。なお、内側受け部１０７ｓ及び外側受け部１０７ｔは、径方向Ｄｒにおける厚さＴが一定であってもよい。内側受け部１０７ｓ及び外側受け部１０７ｔは、軸線Ｏに対して平行な断面形状が、線対称に近いような同様の形状となっていることが好ましい。

【0027】

加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０では、加工側面１０３を形成する際、工具を、ＮＣ加工機により第一方向Ｄ１に移動させながら、造形部側面１０６が削られることが好ましい。つまり、加工側面１０３は、流れ方向Ｆ１に造形部側面１０６が削られることで形成されている。これにより、加工側面１０３には、第一方向Ｄ１に延びる加工痕１０９が、軸線Ｏを中心とする周方向Ｄｃに複数形成される。これにより、加工痕１０９は、完成後の造形物１００の内部を流れる流体の流れ方向Ｆ１に沿うように延びた状態になる。

【0028】

ここで、加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０の完了後、形成した加工側面１０３の形状（寸法）を測定するようにしてもよい。加工側面１０３の形状は、例えば、三次元測定器を用いて接触又は被接触で測定される。具体的には、非接触で加工側面１０３の形状を測定する場合には、例えば、レーザ光、パターン光、もしくはアークセンサが利用される。また、接触させて加工側面１０３の形状を測定する場合には、例えば、タッチセンサが利用される。加工側面１０３の形状の測定後、測定された加工側面１０３の形状が予め定めた基準から外れているか否かを判定する。ここで、予め定めた基準とは、最終的な造形物１００の形状に対して許容可能な寸法に応じて決定される。例えば、基準としては、造形物１００の形状データに一定の寸法公差を考慮した値が挙げられる。加工側面１０３の形状が基準から外れていると判断された場合には、基準から外れなくなるまで、追加工を行うようにしてもよい。

【0029】

このようにして、加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０で、内側加工側面１０３ｓ及び外側加工側面１０３ｔを形成することで、１回の単位工程Ｓ６０が完了する。図２に示すように、単位工程Ｓ６０は、積層造形部１０５を形成する工程Ｓ２０と、加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０と、を含む工程である。積層造形方法Ｓ１０では、単位工程Ｓ６０が繰り返し実行される。１回の単位工程Ｓ６０が完了したら、積層造形部１０５の形成回数を判定する工程Ｓ４０に進む。

【0030】

積層造形部１０５の形成回数を判定する工程Ｓ４０では、積層造形部１０５が所定回数形成されたか否かを判定する。ここで、所定回数とは、造形物１００を形成するために必要な積層造形部１０５の数であって、造形物１００の形状データに基づいて決定される。積層造形部１０５の形成回数を判定する工程Ｓ４０では、積層造形部１０５が所定回数形成されていないと判定した場合に、上記の単位工程Ｓ６０を繰り返す。積層造形部１０５の形成回数を判定する工程Ｓ４０では、積層造形部１０５が所定回数形成されていると判定した場合に、最終加工を行う工程Ｓ５０に進む。

【0031】

単位工程Ｓ６０を繰り返す場合、金属層１０１を形成する工程Ｓ２１に戻る。図５に示すように、単位工程Ｓ６０を繰り返される際（２回目以降の単位工程Ｓ６０が実施される際）には、積層造形部１０５を形成する工程Ｓ２０では、第一方向Ｄ１における受け部１０７の上面（最上層の表面）に重なるように新たな金属層１０１が積層される。具体的には、追加で積層造形部１０５を形成する際に新たに形成される金属層１０１は、既に形成された積層造形部１０５の最上層の金属層１０１の表面上に対して、受け部１０７に重なるように形成される。受け部１０７は、加工側面１０３に対して第二方向Ｄ２に張り出している。このため、新たに追加して形成される積層造形部１０５の金属層１０１が順次積層されていくことで、追加で形成される積層造形部１０５の余肉部１０５ｚが、受け部１０７上に形成される。受け部１０７の上面に新たな金属層１０１が積層される際には、余肉部１０５ｚを形成する部分の溶接ビード１０２の溶け込みや溶接ビード１０２自体の熱による熱エネルギーが、受け部１０７で吸収される。

【0032】

また、二回目以降の単位工程Ｓ６０における加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０では、新たに形成された積層造形部１０５に対して、その造形部側面１０６を削る。その際、図６に示すように、新たに形成された積層造形部１０５の端部１０５ｅに、第二方向Ｄ２に張り出す受け部１０７が新たに残るように加工側面１０３を形成する。また、既に形成され積層造形部１０５の受け部１０７は削られる。これにより、既に形成された積層造形部１０５の加工側面１０３（内側加工側面１０３ｓ及び外側加工側面１０３ｔ）と、新たに形成された積層造形部１０５の加工側面１０３（内側加工側面１０３ｓ及び外側加工側面１０３ｔ）とが、第一方向Ｄ１で連続するような平滑な面として形成される。

【0033】

積層造形部１０５が所定回数積層された後に実施される最終加工を行う工程Ｓ５０では、図７に示すように、最後に形成された、第一方向Ｄ１で最も第二側Ｄ１ｂに位置する積層造形部１０５の造形部側面１０６（内側造形部側面１０６ｓ及び外側造形部側面１０６ｔ）が削られ、加工側面１０３（内側加工側面１０３ｓ及び外側加工側面１０３ｔ）が形成される。このとき、最後に形成された積層造形部１０５には、受け部１０７を形成する必要が無い。これにより、既に形成された積層造形部１０５の加工側面１０３と、最後に形成された積層造形部１０５加工側面１０３とが、第一方向Ｄ１で連続した平滑な面を形成する。

【0034】

また、最終加工を行う工程Ｓ５０では、第一方向Ｄ１で最も第二側Ｄ１ｂに位置する積層造形部１０５の表面（造形物１００の上面）を削り、第一方向Ｄ１に直交する平面１０５ｆを形成するようにしてもよい。また、最終加工を行う工程Ｓ５０では造形物１００の角部に、造形物１００を他の部品に溶接するための開先部１０５ｋを形成する加工などを施すようにしてもよい。さらに、最終加工を行う工程Ｓ５０では、複数積層された積層造形部１０５の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向く外側加工側面１０３ｔの表面粗さをさらに小さくするように、所定の加工精度で外側加工側面１０３ｔに対して仕上加工を行ってもよい。最終加工を行う工程Ｓ５０が完了することで、所定寸法の造形物１００の造形が完了する。

【0035】

（作用効果）
上記構成の積層造形方法Ｓ１０では、加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０で、積層造形部１０５の最上層に受け部１０７が残るように、加工側面１０３が形成される。受け部１０７は、加工側面１０３に対して第二方向Ｄ２に張り出している。単位工程Ｓ６０が繰り返される際に、受け部１０７上に新たな金属層１０１が積層されることで、溶接ビード１０２を積層する際に、溶接ビード１０２の溶け込みや溶接ビード１０２の熱影響による熱エネルギーを、受け部１０７で吸収することができる。これにより、加工側面１０３に溶融した金属の垂れが付着して加工側面１０３の形状が崩れてしまうことを、受け部１０７によって、抑えることができる。その結果、金属の積層時に金属の垂れの影響を抑え、良好な品質で立体的な造形物１００を形成することができる。

【0036】

また、第一方向Ｄ１に金属層１０１を積層して積層造形部１０５が形成される。形成した積層造形部１０５毎に造形部側面１０６を削ることで、加工側面１０３が形成される。積層造形部１０５は、単位工程Ｓ６０が繰り返し実施されることで、第一方向Ｄ１に順次積層されていく。このとき、第一方向Ｄ１に積層造形部１０５を複数積層して最終的な造形物１００の形状に近づけた状態では、加工のための工具が造形部側面１０６にアクセス困難となる場合がある。しかしながら、本実施形態では、形成した積層造形部１０５毎に加工側面１０３が形成される。つまり、単位工程Ｓ６０毎に、積層造形部１０５の造形部側面１０６が削られるため、造形部側面１０６に工具がアクセスしにくくなることがない。その結果、最終的な完成品である造形物１００の側面の全てを意図した形状の加工側面１０３とすることができる。

【0037】

また、受け部１０７の第一方向Ｄ１における厚さＴを、受け部１０７に対する溶接ビード１０２の溶け込み寸法以上とすることで、溶接ビード１０２の溶け込みや溶接ビード１０２自体の熱による熱エネルギーを、受け部１０７で十分に吸収することができる。その結果、金属層１０１を形成時に金属が垂れて加工側面１０３に付いてしまうことを安定して抑えることができる。したがって、既に形成された加工側面１０３を意図した形状のまま維持でき、より良好な品質で立体的な造形物１００を形成することができる。

【0038】

また、受け部１０７に、造形部側面１０６を残して形成することで、第二方向Ｄ２における受け部１０７の根元から先端部までの部分で受け部１０７に一定の厚みを確保できる。その結果、受け部１０７によって、新たな金属層１０１を形成する溶接ビード１０２を安定して受けることができる。これにより、より一層有効に、金属の積層時に金属の垂れが生じることを抑えることができる。

【0039】

また、筒状である造形物１００において、単位工程Ｓ６０毎に、積層造形部１０５の内側造形部側面１０６ｓに内側加工側面１０３ｓが形成される。これにより、筒状である造形物１００であっても、工具等のアクセスに支障を生じることを抑えつつ、造形物１００の内周面の加工を良好に行うことができる。同様に、造形物１００の径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏを向く外側造形部側面１０６ｔに外側加工側面１０３ｔが形成される。これにより、内側加工側面１０３ｓとともに、筒状の造形物１００の外周面の加工を良好に行うことができる。

【0040】

また、最上層の金属層１０１の表面が冷却されている。冷却されることで、最上層の金属層１０１の温度が低下する。金属層１０１を積層する場合、温度が高くなりすぎた状態の金属層１０１上に新たな金属層１０１が積層されると溶接品質が低下する可能性が有る。ところが、最上層の金属層１０１を冷却することで、温度が高い状態の金属層１０１上に新たな金属層１０１が積層されることを防ぐことができる。さらに、単純に金属層１０１を放置して冷却させる場合に比べて、新たな金属層１０１の形成を開始するまでの溶接待ち時間を短縮することができる。

【0041】

また、温度を測定する工程Ｓ２３で最上層の金属層１０１の温度を測定することで、温度が高い金属層１０１に新たな金属層１０１が積層されることを高い精度で防ぐことができる。したがって、新たな金属層１０１の溶接品質の低下を安定して抑えることができる。これより、最終的に製造される造形物１００の強度の低下をより抑えることができる。

【0042】

また、加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０では、造形物１００に流れる流体の流れ方向に沿って、造形部側面１０６が削られる。これにより、加工側面１０３に形成される加工痕１０９は、造形物１００に流れる流体の流れ方向Ｆ１に沿って形成される。加工痕１０９を流体の流れに沿わせることで、流体が流れた際に、加工痕１０９によって渦等の乱れが生じにくくなる。これにより、加工痕１０９が、流体の流れに及ぼす影響を抑えることができる。そのため、加工痕１０９の表面状態が多少粗くても、流体の流れに損失が生じる難くなる。これにより、加工側面１０３を形成するための加工を、より簡易に短時間で行うことが可能となる。

【0043】

以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

【0044】

なお、上記実施形態では、積層造形方法Ｓ１０では、受け部１０７を、第二方向Ｄ２の両端部の造形部側面１０６に形成したが、このような構成に限られるものではない。受け部１０７は、第二方向Ｄ２のいずれか一方の造形部側面１０６のみに形成されてもよい。また、第二方向Ｄ２の両側の造形部側面１０６に受け部１０７を形成する場合には、本実施系形態のように同形状で形成する構造に限定されるものではなく、形成される位置によって受け部１０７の形状や大きさを変化させてもよい。

【0045】

また、上記実施形態では、造形物１００として、筒状のものを形成するようにしたが、これに限られない。造形物１００の形状や構成は、例えば壁状等の適宜他の構成であってもよい。

【0046】

また、上記実施形態では、単位工程Ｓ６０毎に、所定の高さＨ１の積層造形部１０５に外側加工側面１０３ｔを形成するようにしたが、これに限らない。外側加工側面１０３ｔは、造形物１００が筒状であっても、径方向Ｄｒの外側Ｄｒｏから加工を行うことによって、加工に何らの支障が生じないことがある。このような場合、所定の高さＨ１の積層造形部１０５を形成するごと（単位工程Ｓ６０ごと）に形成せず、最終加工を行う工程Ｓ５０で、外側加工側面１０３ｔを一括して形成するようにしてもよい。さらに、加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０で内側加工側面１０３ｓ及び外側加工側面１０３ｔの両方を形成する場合であっても、内側加工側面１０３ｓを形成するよりも、外側加工側面１０３ｔを形成する回数を少なくしてもよい。

【0047】

また、積層造形方法Ｓ１０の手順は、上記したものに限らず、その順序の変更、一部の工程の省略、他の工程の追加等の変更を行ってもよい。例えば、金属層１０１を冷却する工程Ｓ２２や、温度を測定する工程Ｓ２３や、温度を判定する工程Ｓ２４を実施しなくてもよい。また、積層造形部１０５を形成する工程Ｓ２０では、複数層の金属層１０１を形成することに限定されるものではない。つまり、金属層１０１を積層する工程Ｓ２１で、一層の金属層１０１のみを形成し、加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０を実施してもよい。

【0048】

＜付記＞
（１）第１の態様に係る積層造形方法Ｓ１０は、複数の金属層１０１が順次積層されることで成形された立体的な造形物１００を造形する積層造形方法Ｓ１０であって、溶接ビード１０２からなる金属層１０１を積層し、積層造形部１０５を形成する工程Ｓ２０と、前記積層造形部１０５において前記金属層１０１が積層される第一方向Ｄ１に交差する第二方向Ｄ２を向く造形部側面１０６を削って加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０と、を含む単位工程Ｓ６０が繰り返し実施され、前記加工側面１０３を形成する工程Ｓ３０では、前記積層造形部１０５の前記第一方向Ｄ１の最上層に前記加工側面１０３に対して前記第二方向Ｄ２に張り出す受け部１０７を形成するように前記造形部側面１０６が削られ、前記単位工程Ｓ６０が繰り返される際には、前記積層造形部１０５を形成する工程Ｓ２０では、前記第一方向Ｄ１における前記受け部１０７の上面に重なるように新たな前記金属層１０１が積層される。
造形物１００の例としては、タービンや圧縮機等の回転機械を構成する部品である。具体的には、ノズルや、インペラや、ケーシングが挙げられる。

【0049】

この積層造形方法Ｓ１０では、単位工程Ｓ６０が繰り返される際に、受け部１０７上に新たな金属層１０１が積層されることで、溶接ビード１０２を積層する際に、溶接ビード１０２の溶け込みや溶接ビード１０２の熱影響による熱エネルギーを、受け部１０７で吸収することができる。これにより、加工側面１０３に溶融した金属の垂れが付着して加工側面１０３の形状が崩れてしまうことを、受け部１０７によって、抑えることができる。その結果、金属の積層時に金属の垂れの影響を抑え、良好な品質で立体的な造形物１００を形成することができる。

【0050】

（２）第２の態様に係る積層造形方法Ｓ１０は、（１）の積層造形方法Ｓ１０であって、前記受け部１０７の前記第一方向Ｄ１における厚さＴは、前記受け部１０７に対する前記溶接ビード１０２の溶け込み寸法以上である。

【0051】

これにより、溶接ビード１０２の溶け込みや溶接ビード１０２自体の熱による熱エネルギーを、受け部１０７で十分に吸収することができる。その結果、金属層１０１を形成時に金属が垂れて加工側面１０３に付いてしまうことを安定して抑えることができる。したがって、既に形成された加工側面１０３を意図した形状のまま維持でき、より良好な品質で立体的な造形物１００を形成することができる。

【0052】

（３）第３の態様に係る積層造形方法Ｓ１０は、（１）又は（２）の積層造形方法Ｓ１０であって、前記受け部１０７は、少なくとも前記第一方向Ｄ１の一部に、前記造形部側面１０６を残して形成される。

【0053】

これにより、受け部１０７に一定の厚みを確保できる。その結果、受け部１０７によって、新たな金属層１０１を形成する溶接ビード１０２を安定して受けることができる。これにより、より一層有効に、金属の積層時に金属の垂れが生じることを抑えることができる。

【0054】

（４）第４の態様に係る積層造形方法Ｓ１０は、（１）から（３）の何れか一つの積層造形方法Ｓ１０であって、前記積層造形部１０５を形成する工程Ｓ２０では、前記第一方向Ｄ１における最上層を形成する前記金属層１０１の表面に冷媒を供給して前記金属層１０１を冷却した後、冷却された前記金属層１０１の表面上に新たな前記金属層１０１が積層される。

【0055】

これにより、最上層の金属層１０１の表面が冷媒で冷却されて温度が低下する。そのため、温度が高い状態の金属層１０１上に新たな金属層１０１が積層されることを防ぐことができる。さらに、単純に金属層１０１を放置して冷却させる場合に比べて、新たな金属層１０１の形成を開始するまでの溶接待ち時間を短縮することができる。

【0056】

（５）第５の態様に係る積層造形方法Ｓ１０は、（１）から（４）の何れか一つの積層造形方法Ｓ１０であって、前記造形物１００は、前記第一方向Ｄ１に延びる軸線Ｏを中心とする筒状に形成されて内部に流体が流通可能とされ、前記加工側面１０３を形成する工程では、前記造形物１００の径方向Ｄｒの内側Ｄｒｉを向く側面を前記加工側面１０３によって形成し、前記加工側面１０３は、前記造形物１００の内部を流れる前記流体の流れ方向に前記造形部側面１０６が削られることで形成されている。

【0057】

これにより、造形物１００に流れる流体の流れ方向に沿って、造形部側面１０６が削られる。その結果、加工側面１０３に形成される加工痕１０９は、造形物１００に流れる流体の流れ方向Ｆ１に沿って形成される。加工痕１０９を流体の流れに沿わせることで、流体が流れた際に、加工痕１０９によって渦等の乱れが生じにくくなる。これにより、加工痕１０９が、流体の流れに及ぼす影響を抑えることができる。そのため、加工痕１０９の表面状態が多少粗くても、流体の流れに損失が生じる難くなる。これにより、加工側面１０３を形成するための加工を、より簡易に短時間で行うことが可能となる。

【符号の説明】

【0058】

５…テーブル
５ｆ…支持面
１００…造形物
１０１…金属層
１０２…溶接ビード
１０３…加工側面
１０３ｓ…内側加工側面
１０３ｔ…外側加工側面
１０５…積層造形部
１０５ｅ…端部
１０５ｆ…平面
１０５ｋ…開先部
１０５ｚ…余肉部
１０６…造形部側面
１０６ｓ…内側造形部側面
１０６ｔ…外側造形部側面
１０７…受け部
１０７ｓ…内側受け部
１０７ｔ…外側受け部
１０９…加工痕
Ｄ１…第一方向
Ｄ１ａ…第一側
Ｄ１ｂ…第二側
Ｄ２…第二方向
Ｄｃ…周方向
Ｄｒ…径方向
Ｄｒｉ…内側
Ｄｒｏ…外側
Ｄｖ…鉛直方向
Ｆ１…流体の流れ方向
Ｈ１…積層造形部の高さ
Ｏ…軸線
Ｓ１０…積層造形方法
Ｓ２０…積層造形部を形成する工程
Ｓ２１…金属層を積層する工程
Ｓ２２…金属層を冷却する工程
Ｓ２３…温度を測定する工程
Ｓ２４…温度を判定する工程
Ｓ２５…積層数を判定する工程
Ｓ３０…加工側面を形成する工程
Ｓ４０…積層造形部の形成回数を判定する工程
Ｓ５０…最終加工を行う工程
Ｓ６０…単位工程
Ｔ…厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】