特開 2024-60191 造形方法及びサポート部材

(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】P2024060191

(43)【公開日】2024-05-02

(54)【発明の名称】造形方法及びサポート部材

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/47 20210101AFI20240424BHJP

   B22F 10/25 20210101ALI20240424BHJP

   B23K 9/04 20060101ALI20240424BHJP

   B23K 9/032 20060101ALI20240424BHJP

   B23K 26/34 20140101ALI20240424BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20240424BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240424BHJP

   B33Y 40/00 20200101ALI20240424BHJP

【ＦＩ】

B22F10/47

B22F10/25

B23K9/04 G

B23K9/04 Z

B23K9/032 Z

B23K26/34

B23K26/21 Z

B33Y10/00

B33Y40/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022167396

(22)【出願日】2022-10-19

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】毛利 雅志

【テーマコード（参考）】

4E081

4E168

4K018

【Ｆターム（参考）】

4E081BA03

4E081BA08

4E081BA10

4E081BB03

4E081CA07

4E081CA19

4E081CA20

4E168BA35

4E168BA86

4E168BA87

4E168BA90

4K018AA06

4K018AA07

4K018AA14

4K018AA33

4K018BA03

4K018BA04

4K018BA08

4K018BA17

(57)【要約】

【課題】造形物の設計の自由度を高める。
【解決手段】造形方法は、第２造形部の下面が造形される造形予定領域に沿う造形支持面を含むサポート部材２を配置するステップＳ４と、サポート部材２の造形支持主面２２ａの上に粉末材料Ｐ及びエネルギビームＥを供給することによって第１造形部と連続する第２造形部を造形するステップＳ５と、を含む。サポート部材２は、造形支持主面２２ａを含む造形支持部２２と、第１造形部に接しない部分を含み、第１造形部に対する造形支持部２２の位置を決める脚部２１と、を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１造形部と、前記第１造形部に連続すると共に前記第１造形部が延びる方向に交差する方向に延びる第２造形部と、を有する造形物を造形するための造形方法であって、
前記第２造形部の下面が造形される造形予定領域に沿う造形支持面を含むサポート部材を配置するステップと、
前記サポート部材の前記造形支持面の上に材料及びエネルギビームを供給することによって、前記第１造形部に連続する前記第２造形部を造形するステップと、
を含み、
前記サポート部材は、
前記造形支持面を含む造形支持部と、
前記第１造形部に接しない部分を含み、前記第１造形部に対する前記造形支持部の位置を決める脚部と、を有する、造形方法。

【請求項2】

前記サポート部材を配置するステップの前に、前記第１造形部を造形するステップを更に有する、請求項１に記載の造形方法。

【請求項3】

前記第２造形部を造形するステップを実施した後の前記造形物には、前記第１造形部の内面と前記サポート部材の前記第１造形部に接しない部分とによって画成される空間に通じる穴が形成されており、
前記第２造形部を造形するステップの後に、前記穴を介して前記サポート部材を取り除くステップを更に含む、請求項２に記載の造形方法。

【請求項4】

前記造形支持面は平面である、請求項３に記載の造形方法。

【請求項5】

第１造形部と、前記第１造形部に連続すると共に前記第１造形部が延びる方向に交差する方向に延びる第２造形部と、を有する造形物を造形するための造形方法に用いるサポート部材であって、
所定の方向に延びる脚部と、
前記脚部の先端に支持された造形支持部と、を備え、
前記造形支持部は、
前記脚部が延びる前記所定の方向に直交する方向に沿って、前記脚部の先端と前記脚部の基端との間の脚部側面に対して離間する造形基準面と、
前記造形基準面に連続するように、前記脚部が延びる前記所定の方向に交差する方向に延びる造形支持面と、
前記造形基準面及び前記造形支持面が連続する部分に形成された造形角部と、を有する、サポート部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、造形方法及び当該造形方法に用いるサポート部材に関する。

【背景技術】

【0002】

中空形状の製造物を得る手法の一つとして、例えば鋳造の分野では、いわゆる中子が用いられている。特許文献１には、樹脂一体型中子の製造方法及び該樹脂一体型中子を使用する鋳型製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１６４９３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

デポジッション方式の造形方法は、例えば粉末材料を供給しながら粉末材料にエネルギを供給する。粉末材料はエネルギの供給により溶融し、その後に凝固する。

【0005】

例えば、中空形状の製造物は、いわゆるオーバーハングと呼ばれるひさし状の部分を有する。デポジッション方式の造形方法を用いてこのオーバーハングを造形しようとしたとき、溶融した粉末材料のたれ落ちが発生する可能性がある。そこで、１回のデポジッション方式の造形動作によって実現できない形状を造形するときには、複数個の造形部品に分けて造形し、その後に溶接等で一体化していた。つまり、デポジッション方式の造形方法では、造形可能な形状に所定の制限があった。

【0006】

本開示は、造形物の設計の自由度を高めることが可能な造形方法及び当該造形方法に用いるサポート部材を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係る造形方法は、第１造形部と、第１造形部に連続すると共に第１造形部が延びる方向に交差する方向に延びる第２造形部と、を有する造形物を造形するための造形方法である。造形方法は、第２造形部の下面が造形される造形予定領域に沿う造形支持面を含むサポート部材を配置するステップと、サポート部材の造形支持面の上に材料及びエネルギビームを供給することによって、第１造形部に連続する第２造形部を造形するステップと、を含む。サポート部材は、造形支持面を含む造形支持部と、第１造形部に接しない部分を含み、第１造形部に対する造形支持部の位置を決める脚部と、を有する。

【0008】

この造形方法では、サポート部材の造形支持面の上において、第１造形部と連続する第２造形部が造形される。サポート部材により、第２部分の造形中におけるたれ落ちを防止できるため、第２部分の造形が可能となる。その結果、造形物の設計の自由度を高めることができる。

【0009】

造形方法は、サポート部材を配置するステップの前に、第１造形部を造形するステップを更に有する。この場合、第１造形部の造形中にはサポート部材が配置されていない。造形を行うための装置の配置の自由度が向上するため、第１造形部の造形が容易となる。

【0010】

造形方法において、第２造形部を造形するステップを実施した後の造形物には、第１造形部の内面とサポート部材の第１造形部に接しない部分とによって画成される空間に通じる穴が形成されている。造形方法は、第２造形部を造形するステップの後に、穴を介してサポート部材を取り除くステップを更に含む。これにより、中空構造の造形物の造形が可能となる。また、造形物に要求される強度を考慮した穴の位置の設計が可能となる。

【0011】

造形方法において、造形支持面は平面である。この場合、平面の表面粗度が、造形物の第２造形部の下面に転写される。したがって、造形支持面の表面粗度を向上させることにより、第２造形部の下面の表面粗度を向上させることができる。

【0012】

本開示の別の態様に係るサポート部材は、第１造形部と、第１造形部に連続すると共に第１造形部が延びる方向に交差する方向に延びる第２造形部と、を有する造形物を造形するための造形方法に用いるサポート部材である。サポート部材は、所定の方向に延びる脚部と、脚部の先端に支持された造形支持部と、を備える。造形支持部は、脚部が延びる所定の方向に直交する方向に沿って、脚部の先端と脚部の基端との間の脚部側面に対して離間する造形基準面と、造形基準面に連続するように、脚部が延びる所定の方向に交差する方向に延びる造形支持面と、造形基準面及び造形支持面が連続する部分に形成された造形角部と、を有する。

【0013】

このサポート部材は、造形物の第１造形部と造形基準面とが接するように配置される。この状態において、造形支持面の上で造形を行うことが可能となる。造形基準面、造形支持面及び造形角部により、造形中における造形支持面からのたれ落ちを防止することができる。その結果、造形物の設計の自由度を高めることができる。

【発明の効果】

【0014】

本開示の造形方法及び当該造形方法に用いるサポート部材によれば、造形物の設計の自由度を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、造形装置の構成を示す概略図である。

【図2】図２は、サポート部材の概要及び材料供給ノズルの断面構造の一例を示す図である。

【図3】図３は、材料供給ノズルの断面構造の別の例を示す図である。

【図4】図４は、密閉容器の造形方法の一例を示すフローチャートである。

【図5】図５は、造形中における密閉容器の断面の一例を示す図である。図５の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ造形の段階に応じた密閉容器の断面の一例を示す図である。

【図6】図６は、造形中における密閉容器の断面の一例を示す図である。図６の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ造形の段階に応じた密閉容器の断面の一例を示す図である。

【図7】図７は、従来の造形方法の一例を示す図である。図７の（ａ）は、造形物を傾けずに造形する一例を示す。図７の（ｂ）は、造形物を傾けて造形する一例を示す。図７の（ｃ）は、造形物をさらに傾けて造形する別の例を示す。

【図8】図８は、密閉容器の断面の比較の一例を示す図である。図８の（ａ）は、本開示の造形方法により製造された密閉容器の断面の一例を示す図である。図８の（ｂ）は、従来の造形方法により製造された密閉容器の断面の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0017】

図１に示される造形装置１は、３Ｄ（三次元）プリンタである。造形装置１は、三次元の造形物Ｍを製造する。造形物Ｍは、例えば機械部品等であり、その他の構造物であってもよい。造形装置１は、いわゆるデポジッション方式を採用する。造形装置１は、例えば造形物Ｍの所望の部分を造形する造形予定領域に粉末材料Ｐを供給しながら粉末材料ＰにエネルギビームＥを供給する。エネルギビームＥは、例えばレーザ又は電子ビーム、アーク等である。

【0018】

粉末材料Ｐは、例えばチタン系金属粉末、インコネル粉末等のニッケル粉末又はアルミニウム粉末、ステンレス合金等の鉄鋼材料粉末等の金属粉末である。粉末材料Ｐは、金属粉末に限定されない。粉末材料Ｐは、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）等、炭素繊維と樹脂とを含む粉末であってもよい。粉末材料Ｐは、導電性を有するその他の粉末でもよい。本開示における粉末材料Ｐは、導電性を有するものには限定されない。例えばエネルギビームＥとしてレーザを用いる場合には、粉末材料Ｐは導電性を有しなくてもよい。

【0019】

粉末材料Ｐは、エネルギビームＥの供給により温度が上昇して溶融又は焼結する。粉末材料Ｐは、時間の経過により温度が低下して凝固する。本開示において、「粉末材料Ｐが凝固する」とは、融点より高い温度まで加熱されて液体となった粉末材料Ｐが凝固する態様と、融点より低い温度まで加熱されることにより焼結する態様と、を含む。

【0020】

造形物Ｍの材料は、例えばワイヤであってもよい。造形装置１は、例えば造形予定領域にワイヤ等を当てた状態で、ワイヤにエネルギビームＥを供給する。或いは、造形装置１は、例えば造形予定領域にワイヤの先端を向けた状態で、プラズマアークを発生させる。ワイヤは、プラズマアークにより溶融し、その後に凝固する。

【0021】

造形装置１は、アーム１１、材料供給ノズル１２及びポジショナ１３を備える。アーム１１は、例えば多軸ロボット又は直交ロボット等である。アーム１１は、材料供給ノズル１２を造形予定領域の上方に位置するように調節する。材料供給ノズル１２は、造形予定領域に粉末材料Ｐ及びエネルギビームＥを供給する。ポジショナ１３は、造形物Ｍを造形するための作業台である。ポジショナ１３は、造形予定領域の位置、角度及び傾きを調節する。造形装置１は、例えば図示しない制御装置から送信された制御信号等に従って各種制御を行ってもよい。

【0022】

ポジショナ１３には、例えば円板状のテーブル１３１が取り付けられている。テーブル１３１は、ポジショナの１３の上部に位置しており、材料供給ノズル１２と対向する。ポジショナ１３は、テーブル１３１の位置及び角度を変更する。例えば、ポジショナ１３は、テーブル１３１の中心を通る回転軸線周りにテーブル１３１を回転させてもよい。ポジショナ１３は、回転軸線に沿ってテーブル１３１を昇降させてもよい。ポジショナ１３は、テーブル１３１を傾けてもよい。ポジショナ１３は、回転軸線に交差する方向に沿ってテーブル１３１を移動させてもよい。テーブル１３１上には、例えば金属製のベースプレートＢ等が配置される。造形物Ｍは、造形物Ｍの基材となるベースプレートＢ等に連続して造形される。

【0023】

造形装置１は、造形物Ｍと材料供給ノズル１２との相対位置を変化させながら造形する。例えば、アーム１１は、材料供給ノズル１２の位置をポジショナ１３の上方に配置する。ポジショナ１３は、テーブル１３１の位置及び角度を変更する。これに伴い、テーブル１３１上のベースプレートＢ及びベースプレートＢ上の造形物Ｍの位置及び角度が変更される。その結果、造形物Ｍと材料供給ノズル１２との相対位置が変化する。材料供給ノズル１２は、造形予定領域に粉末材料Ｐ及びエネルギビームＥを供給する。造形予定領域には、溶融した基材及び粉末材料Ｐの溜まりである溶融池が形成される。粉末材料Ｐは時間の経過と共に凝固し、造形物Ｍが造形されていく。造形物Ｍの造形予定領域の全てにおいて、造形が完了すると造形物Ｍが製造される。

【0024】

図２は、サポート部材２の概要及び材料供給ノズル１２の断面構造の一例を示す図である。材料供給ノズル１２は、例えば管状に形成されている。材料供給ノズル１２は、一端において先細りになるノズル先端１２１を有する。ノズル先端１２１は、造形予定領域に向けられる。造形予定領域は、材料供給ノズル１２の中心軸線であるビーム軸線Ｌの延長線上に位置する。材料供給ノズル１２には、ビーム出力穴１２２及び粉末噴出穴１２３が設けられている。

【0025】

ビーム出力穴１２２は、ビーム軸線Ｌを通る穴である。ビーム出力穴１２２は、ノズル先端１２１に通じている。ビーム出力穴１２２は、ノズル先端１２１の反対側において、エネルギビーム源に通じている。エネルギビームとしてレーザを採用するとき、エネルギビーム源は、レーザ発振器及びミラー等の光学素子である。エネルギビームとして電子ビームを採用するとき、エネルギビーム源は、電子銃であってもよい。電子銃は、カソードとアノードとの間に生じる電位差に応じた電子ビームを発生させる。エネルギとして溶接を採用するとき、造形装置１はワイヤと造形物Ｍとの間にプラズマアークを発生させる。

【0026】

粉末噴出穴１２３は、ビーム軸線Ｌの周りに設けられた穴である。粉末噴出穴１２３は、ノズル先端１２１に通じている。粉末噴出穴１２３は、ノズル先端１２１の近傍において、ビーム軸線Ｌに近付くように傾斜している。粉末噴出穴１２３は、ノズル先端１２１の反対側において、原料タンク等に通じている。原料タンクは、粉末材料Ｐを貯留する。粉末噴出穴１２３は、配管等を通じて原料タンクと接続されていてもよい。

【0027】

本開示の造形方法は、少なくとも一部の工程においてサポート部材２を用いる。サポート部材２は、例えばセラミックス製の自立式の台である。サポート部材２は、例えば造形物Ｍのうち既に造形された面、又はベースプレートＢ等の上に配置される。サポート部材２は、造形物Ｍの下面Ｍ１が造形される造形予定領域に沿う造形支持主面２２ａ（造形支持面）を有する。サポート部材２は、例えば配置位置及び造形予定領域等に応じた形状を有する。サポート部材２は、例えば鋳型を用いた製造手法、又はいわゆるバインダージェット方式の３Ｄプリンタ等により製造される。

【0028】

材料供給ノズル１２は、造形支持主面２２ａの上に粉末材料Ｐ及びエネルギビームＥを供給する。例えば、材料供給ノズル１２は、ビーム出力穴１２２からノズル先端１２１の外部に向けてエネルギビームＥを出力する。材料供給ノズル１２は、粉末噴出穴１２３からノズル先端１２１の外部に向けて粉末材料Ｐを噴出する。粉末材料Ｐは、粉末噴出穴１２３の傾斜に沿って、ビーム軸線Ｌに近付くように噴出方向が調節される。噴出された粉末材料Ｐは、材料供給ノズル１２の外部においてビーム軸線Ｌ上でエネルギビームＥにより加熱される。粉末材料Ｐは、造形物Ｍを形成可能な温度に加熱される。造形支持主面２２ａの上には、基材及び粉末材料Ｐにより溶融池ＭＰが形成される。図２における基材は、既に造形された造形物Ｍの一部である。溶融池ＭＰは、時間の経過に伴い凝固し、造形物Ｍを形成する。

【0029】

造形装置１は、材料供給ノズル１２の代わりに、図３に示される材料供給ノズル１２Ａを備えてもよい。材料供給ノズル１２Ａは、粉末材料Ｐをノズル中心から供給し、エネルギビームＥをノズル中心の周辺から供給する点で材料供給ノズル１２とは異なる。以下、材料供給ノズル１２とは異なる点を主に説明する。材料供給ノズル１２Ａは、一端において先細りになるノズル先端１２１Ａを有する。材料供給ノズル１２Ａには、ビーム出力穴１２２Ａ及び粉末噴出穴１２３Ａが設けられている。

【0030】

ビーム出力穴１２２Ａは、材料供給ノズル１２Ａの中心軸線の周りに設けられた穴である。ビーム出力穴１２２Ａは、ノズル先端１２１Ａに通じている。ビーム出力穴１２２Ａは、ノズル先端１２１Ａの反対側において、エネルギビーム源に通じている。ビーム出力穴１２２Ａは、ノズル先端１２１Ａの近傍において、材料供給ノズル１２Ａの中心軸線に近付くように傾斜している。

【0031】

粉末噴出穴１２３Ａは、材料供給ノズル１２Ａの中心軸線を通る穴である。粉末噴出穴１２３Ａは、ノズル先端１２１Ａに通じている。粉末噴出穴１２３Ａは、ノズル先端１２１Ａの反対側において、原料タンク等に通じている。

【0032】

材料供給ノズル１２Ａは、造形支持主面２２ａの上に粉末材料Ｐ及びエネルギビームＥを供給する。例えば、材料供給ノズル１２Ａは、ビーム出力穴１２２Ａからノズル先端１２１Ａの外部に向けてエネルギビームＥを出力する。材料供給ノズル１２Ａは、粉末噴出穴１２３Ａからノズル先端１２１Ａの外部に向けて粉末材料Ｐを噴出する。エネルギビームＥは、ビーム出力穴１２２Ａの傾斜に沿って、材料供給ノズル１２Ａの中心軸線に近付くように出力方向が調節される。

【0033】

図４～図６を参照しながら、密閉容器Ｔの造形方法の一例を説明する。密閉容器Ｔは、造形物Ｍの一例であり、例えば蓋付きの角型容器又は丸型容器である。図４は、密閉容器Ｔの造形方法の一例を示すフローチャートである。図５及び図６は、造形中における密閉容器Ｔの断面の一例を示す図である。なお、以下の説明において、造形中における密閉容器Ｔを「中間成果物ＴＡ」と称する。密閉容器Ｔの材料としては、例えばニッケル基合金粉末が用いられる。

【0034】

造形装置１は、図５の（ａ）に示されるような中間成果物ＴＡの穴Ｈを有する底部５を造形する（ステップＳ１）。底部５は、底部上面５１及び底部下面５２を有する。底部上面５１は、中間成果物ＴＡの内側に面する。底部下面５２は、底部上面５１とは反対側の面である。穴Ｈは、底部上面５１から底部下面５２に亘り、底部５の一部の領域を貫通している。造形装置１は、例えば基材となるベースプレートＢ上で底部５を造形する。材料供給ノズル１２は、底部５が造形される造形予定領域に粉末材料Ｐ及びエネルギビームＥを供給する。材料供給ノズル１２は、穴Ｈが設けられる領域を避けて底部５を造形する。ポジショナ１３は、例えばテーブル１３１を移動又は回転させることにより、造形予定領域の位置を調節する。

【0035】

造形装置１は、図５の（ａ）に示されるような中間成果物ＴＡの側部６を造形する（ステップＳ２）。側部６は、底部５に連続し、中心軸線ＣＬに沿って壁状に延びる。側部６は、側部内面６１、側部外面６２、側部基端６３及び側部先端６４を有する。側部内面６１は、中間成果物ＴＡの内側に面する。側部外面６２は、側部内面６１とは反対側の面である。側部基端６３は、底部５に連続する端部である。側部先端６４は、側部基端６３とは反対側の端部である。造形装置１は、基材となる底部５に連続するように側部６を造形する。材料供給ノズル１２は、側部６が造形される造形予定領域に粉末材料Ｐ及びエネルギビームＥを供給する。ポジショナ１３は、例えばテーブル１３１を降下させることにより、造形予定領域の位置を調節する。

【0036】

造形装置１は、中間成果物ＴＡの造形を一時停止する（ステップＳ３）。材料供給ノズル１２は、粉末材料Ｐ及びエネルギビームＥの供給を一時停止する。続けて、造形方法において、図５の（ｂ）に示されるようなサポート部材２が中間成果物ＴＡ内に設置される（ステップＳ４）。必要に応じて、サポート部材２が中間成果物ＴＡ内に設置される前（すなわち、ステップＳ３とＳ４との間）において、中間成果物ＴＡには、機械加工等が施されてもよい。一例として、中間成果物ＴＡの底部上面５１、底部下面５２及び側部内面６１には、切削及び研磨等の加工が実施されてもよい。

【0037】

サポート部材２は、所定の方向に延びる脚部２１を備える。脚部２１は、少なくとも一つの柱状の部材である。脚部２１は、例えば中間成果物ＴＡの中心軸線ＣＬに沿って延びる。脚部２１は、側部６に対する造形支持部２２の位置を決める。脚部２１は、脚部先端部２１ａ、脚部基端面２１ｂ、及び脚部側面２１ｓを有する。脚部先端部２１ａは、脚部２１の一方の端部である。脚部基端面２１ｂは、脚部２１の他方の端部である。脚部側面２１ｓは、脚部先端部２１ａと脚部基端面２１ｂとの間に設けられた側面である。

【0038】

サポート部材２は、脚部先端部２１ａに支持された造形支持部２２を備える。造形支持部２２は、脚部２１が延びる所定の方向に直交する方向に沿って、脚部側面２１ｓに対して離間する造形基準面２２ｓを有する。造形支持部２２は、造形基準面２２ｓに連続するように、脚部２１が延びる所定の方向に交差する方向に延びる造形支持主面２２ａを有する。造形支持部２２において、造形支持主面２２ａに対して逆側の面は、造形支持裏面２２ｂである。造形支持部２２は、造形基準面２２ｓ及び造形支持主面２２ａが連続する部分に形成された造形角部２２ｅを備える。造形支持主面２２ａは平面である。ここでの「平面」とは、平らな表面に限られない。造形支持主面２２ａは、平面として、幾何公差により示された許容範囲内の曲面等を含んでもよい。

【0039】

サポート部材２の配置の一例として、脚部基端面２１ｂは、底部５の底部上面５１と接している。脚部基端面２１ｂは、穴Ｈを塞がない位置に配置されている。脚部側面２１ｓは、側部内面６１から離間している。すなわち、脚部側面２１ｓは、側部６に接しない。別の例では、脚部側面２１ｓは、側部６に接していてもよい。造形基準面２２ｓは、側部内面６１と接している。造形角部２２ｅは、側部先端６４と接している。

【0040】

造形装置１は、図５の（ｃ）に示されるような中間成果物ＴＡの蓋部７を造形する（ステップＳ５）。蓋部７は、側部６に連続すると共に側部６が延びる方向に交差する方向に延びる。より詳細には、蓋部７は、側部先端６４に連続し、側部６に対しひさし状に延びる。蓋部７は、蓋部裏面７１及び蓋部主面７２を有する。蓋部裏面７１は、造形支持主面２２ａに面する。造形装置１は、基材となる側部６の側部先端６４に連続するように、造形支持主面２２ａ上で蓋部７を造形する。造形支持主面２２ａは、蓋部７の蓋部裏面７１が造形される造形予定領域Ｋ（図５の（ｂ）参照）に沿っている。材料供給ノズル１２は、蓋部７が造形される造形予定領域Ｋに粉末材料Ｐ及びエネルギビームＥを供給する。ポジショナ１３は、例えばテーブル１３１を移動又は回転させることにより、造形予定領域Ｋの位置を調節する。このように造形された蓋部７の蓋部裏面７１には、造形支持主面２２ａの表面粗度が転写される。

【0041】

蓋部７を造形した後の中間成果物ＴＡの内部空間Ａ１は、サポート部材２により占められていない領域Ａ１１とサポート部材２が占める領域Ａ１２と、を含む。サポート部材２から見た場合には、サポート部材２は、中間成果物ＴＡの内面に接する部分と、中間成果物ＴＡの内面に接しない部分と、を有する。より詳細には、サポート部材２の造形基準面２２ｓは、側部内面６１に接する。造形支持主面２２ａも蓋部裏面７１に接する。脚部基端面２１ｂも底部上面５１に接する。逆に、サポート部材２の脚部側面２１ｓは、側部内面６１には接しない。造形支持裏面２２ｂも底部上面５１には接しない。

【0042】

その結果、中間成果物ＴＡの内部には、サポート部材２により占められていない領域Ａ１１として、底部上面５１と脚部側面２１ｓの内側と造形支持裏面２２ｂと、によって囲まれた非接触空間が形成される。穴Ｈは、このサポート部材２により占められていない領域Ａ１１に繋がっている。

【0043】

なお、サポート部材２により占められていない領域としては、側部内面６１と、底部上面５１と、脚部側面２１ｓの外側と、造形支持裏面２２ｂと、によって囲まれた非接触空間を定義してもよい。

【0044】

造形方法において、図６の（ａ）に示されるような中間成果物ＴＡに強アルカリ溶液１００が注入される（ステップＳ６）。中間成果物ＴＡは、底部５が蓋部７の上方に位置するように、逆さの向きにされる。中間成果物ＴＡには、穴Ｈを介して強アルカリ溶液１００が注入される。強アルカリ溶液１００としては、例えば炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、又は水酸化カリウムの水溶液等が挙げられる。サポート部材２は、強アルカリ溶液１００に浸漬された状態になる。

【0045】

造形方法において、サポート部材２が溶解する（ステップＳ７）。強アルカリ溶液１００に浸漬したサポート部材２は、時間の経過により溶解する。ニッケル基合金粉末を材料とする中間成果物ＴＡは、強アルカリ溶液１００に対する耐食性を有するので、溶解しない。

【0046】

サポート部材２は、造形支持部２２を除き、少なくとも一部がラティス構造であってもよい。ラティス構造は、格子が周期的に配置された立体物の構造である。ラティス構造のサポート部材２では、質量が低減されると共に、強アルカリ溶液１００に浸漬する表面積が増加する。したがって、サポート部材２の溶解に要する時間が短くなる。

【0047】

造形方法において、図６の（ｂ）に示されるような中間成果物ＴＡからサポート部材２を溶解した強アルカリ溶液１０１が排出される（ステップＳ８）。中間成果物ＴＡは、蓋部７が底部５の上方に位置するように、元の向きにされる。中間成果物ＴＡからは、穴Ｈを介して強アルカリ溶液１０１が排出される。これにより、溶解したサポート部材２が中間成果物ＴＡから取り除かれる。

【0048】

造形方法において、中間成果物ＴＡの内部の洗浄及び乾燥が実行される（ステップＳ９）。これにより、中間成果物ＴＡ内に残る強アルカリ溶液１０１が取り除かれる。

【0049】

造形装置１は、閉鎖部９を形成することによって穴Ｈを塞ぐ（ステップＳ１０）。これにより、中間成果物ＴＡの封止が完了し、密閉容器Ｔが得られる。閉鎖部９は、穴Ｈの大きさに合わせて機械加工等により別部材として作成された閉鎖部材と、穴Ｈとを溶接することによって形成されてもよい。

【0050】

以下、従来の造形方法の問題点を指摘した後に、本開示の造形方法が奏する作用効果について説明する。

【0051】

図７は、従来の造形方法の一例を示す図である。従来の造形方法は、サポート部材２が用いられない点で本開示の造形方法とは異なる。図７の（ａ）は、造形物Ｍを傾けずに造形する一例を示す。ポジショナ１３Ｃは、材料供給ノズル１２Ｃからの粉末材料Ｐの供給に応じて、造形物Ｍの造形が進むにつれて、ビーム軸線Ｌに沿ってテーブル１３１Ｃを降下させる。

【0052】

図７の（ｂ）は、造形物Ｍを傾けて造形する一例を示す。造形装置１Ｃは、ビーム軸線Ｌに対し角度θ１（θ１＞０°）だけ造形物Ｍを傾けた状態で、造形物Ｍを造形する。造形物Ｍの造形が進むにつれて、ポジショナ１３Ｃは、造形物Ｍを傾けた方向に沿ってテーブル１３１Ｃを移動させる。

【0053】

図７の（ｃ）は、造形物Ｍをさらに傾けて造形する別の例を示す。造形装置１Ｃは、ビーム軸線Ｌに対し角度θ２（θ２＞θ１）だけ傾けた状態で、造形物Ｍを造形する。造形物Ｍの造形が進むにつれて、ポジショナ１３Ｃは、造形物Ｍを傾けた方向に沿ってテーブル１３１Ｃを移動させる。角度θ２の傾きが大きいことにより、溶融池ＭＰからたれ落ちＤが発生してしまう。つまり、デポジッション方式の造形方法では、ビーム軸線Ｌに対し角度θ２だけ傾けた状態での造形を行うことができない。

【0054】

上述の造形方法によれば、図８の（ｂ）に示すような密閉容器ＴＣを製造することができる。図８の（ｂ）は、従来の造形方法により製造された密閉容器ＴＣの断面の一例を示す図である。密閉容器ＴＣは、底部５Ｃ、側部６Ｃ及び蓋部７Ｃを備える。密閉容器ＴＣにおいて、蓋部７Ｃは、側部６Ｃに交差する方向に延びている。密閉容器ＴＣの内部において、蓋部７Ｃと側部６Ｃとが、角度θ４Ｃ（θ３＜θ４Ｃ）を形成している。

【0055】

デポジッション方式による従来の造形方法では、ビーム軸線Ｌに対し傾ける角度に限界があった。そのため、従来の造形方法では、オーバーハング形状の部分を造形することが困難であった。従来の造形方法は、例えばオーバーハング部材とオーバーハング部材以外の部材とをそれぞれ別個に製造し、溶接等で両部材を一体化して造形物を製造する必要があった。このような造形物は、例えば溶接に伴う収縮、割れ又は残留応力等によって品質が低下する可能性があった。

【0056】

本開示の造形方法は、第１造形部（側部６）と、第１造形部に連続すると共に第１造形部が延びる方向に交差する方向に延びる第２造形部（蓋部７）と、を有する造形物Ｍ（密閉容器Ｔ）を造形する。造形方法は、第２造形部の下面（蓋部裏面７１）が造形される造形予定領域に沿う造形支持主面２２ａを含むサポート部材２を配置するステップＳ４と、サポート部材２の造形支持主面２２ａの上に材料（粉末材料Ｐ）及びエネルギビームＥを供給することによって、第１造形部に連続する第２造形部を造形するステップＳ５と、を含む。サポート部材２は、造形支持主面２２ａを含む造形支持部２２と、第１造形部に接しない部分を含み、第１造形部に対する造形支持部２２の位置を決める脚部２１と、を有する。

【0057】

この造形方法では、サポート部材２の造形支持主面２２ａの上において、第１造形部と連続する第２造形部が造形される。サポート部材２により、第２部分の造形中（ステップＳ２）におけるたれ落ちを防止できるため、第２部分の造形が可能となる。その結果、造形物Ｍの設計の自由度を高めることができる。

【0058】

本開示の造形方法によれば、図８の（ａ）に示すような密閉容器Ｔを造形することができる。図８の（ａ）は、本開示の造形方法により製造された密閉容器Ｔの断面の一例を示す図である。密閉容器Ｔにおいて、蓋部７は、側部６に交差する方向に延びている。蓋部７は、側部６に対しひさし状に連続している。密閉容器Ｔの内部において、蓋部７と側部６とが、角度θ３（例えば９０°＜θ３）を形成している。この角度θ３は、図８の（ｂ）に示す従来の造形方法により造形された密閉容器ＴＣの角度θ４Ｃよりも、小さい。換言すると、角度θ３は、角度θ４Ｃよりも、９０°に近い。つまり、本開示の造形方法によれば、造形可能な形状の自由度が高まっていることがわかる。

【0059】

さらに、造形方法は、サポート部材２を配置するステップＳ４の前に、第１造形部を造形するステップＳ１、Ｓ２を更に有する。この場合、第１造形部の造形中にはサポート部材２が配置されていない。造形を行うための装置（造形装置１）の配置の自由度が向上するため、第１造形部の造形が容易となる。

【0060】

造形方法において、第２造形部を造形するステップＳ５を実施した後の造形物Ｍには、第１造形部の内面とサポート部材２の第１造形部に接しない部分とによって画成される空間に通じる穴Ｈが形成されている。造形方法は、第２造形部を造形するステップＳ５の後に、穴Ｈを介してサポート部材２を取り除くステップＳ６を更に含む。これにより、中空構造の造形物Ｍの造形が可能となる。また、造形物Ｍに要求される強度を考慮して穴Ｈの位置の設計が可能となる。

【0061】

造形方法において、造形支持主面２２ａは平面である。この場合、平面の表面粗度が、造形物Ｍの第２造形部の下面に転写される。したがって、造形支持主面２２ａの表面粗度を向上させることにより、第２造形部の下面の表面粗度を向上させることができる。

【0062】

本開示のサポート部材２は、第１造形部と、第１造形部に連続すると共に第１造形部が延びる方向に交差する方向に延びる第２造形部と、を有する造形物Ｍを造形するための造形方法に用いる。サポート部材２は、所定の方向に延びる脚部２１と、脚部２１の先端に支持された造形支持部２２と、を備える。造形支持部２２は、脚部２１が延びる所定の方向に直交する方向に沿って、脚部２１の先端（脚部先端部２１ａ）と脚部２１の基端（脚部基端面２１ｂ）との間の脚部側面２１ｓに対して離間する造形基準面２２ｓと、造形基準面２２ｓに連続するように、脚部２１が延びる所定の方向に交差する方向に延びる造形支持主面２２ａと、造形基準面２２ｓ及び造形支持主面２２ａが連続する部分に形成された造形角部２２ｅと、を有する。

【0063】

このサポート部材２は、造形物Ｍの第１造形部と造形基準面２２ｓとが接するように配置される。この状態において、造形支持主面２２ａの上で造形を行うこと（ステップＳ５）が可能となる。造形基準面２２ｓ、造形支持主面２２ａ及び造形角部２２ｅにより、造形中における造形支持主面２２ａからのたれ落ちを防止することができる。その結果、造形物Ｍの設計の自由度を高めることができる。

【0064】

なお、本開示のサポート部材２は、鋳造の分野で用いられる中子とは異なる。例えば、中子は溶融した金属の侵入を防ぐことにより、中空形状の製造物の製造を可能としている。中子は、その表面全体が中空形状の製造物の内側の面に接する。これに対し、サポート部材２は、その表面全体が造形物Ｍの内側の面に接することを要しない。例えば、サポート部材２は、脚部基端面２１ｂ、造形基準面２２ｓ、造形支持主面２２ａ及び造形角部２２ｅ等が造形物Ｍの内側の面に接するが、サポート部材２のその他の部分が造形物Ｍの内側の面に接しない。別の例では、サポート部材２は、脚部基端面２１ｂ、造形基準面２２ｓ、造形支持主面２２ａ及び造形角部２２ｅ等が造形物Ｍの内側の面に接すると共に、脚部側面２１ｓが造形物Ｍの側部内面６１に接していてもよい。中間成果物ＴＡを傾けて造形する場合に、サポート部材２が側部内面６１に支持されることによりサポート部材２の位置ずれを抑制できる。

【0065】

密閉容器Ｔにおける角度θ３は、密閉容器ＴＣにおける角度θ４Ｃよりも小さく造形することができる。密閉容器Ｔの蓋部７は、密閉容器ＴＣの蓋部７Ｃよりも水平に近いと言える。蓋部裏面７１には、造形支持主面２２ａの表面粗度が転写されている。これに対し、蓋部７Ｃにおいて、密閉容器ＴＣの内側に面する蓋部裏面７１Ｃには、研磨等の加工を行うことができない。

【0066】

本開示の造形方法及びサポート部材２は、前述した実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、実施形態では、側部６が造形された後にサポート部材２が配置される例を説明したが、側部６が造形される前にサポート部材２が配置されてもよい。

【0067】

実施形態では、密閉容器Ｔ内のサポート部材２を溶解して取り除く例を説明したが、サポート部材２を取り除く手法はこれに限られない。例えば、サポート部材２は、密閉容器Ｔ内で破壊され、取り除かれてもよい。一例では、密閉容器Ｔには、サポート部材２の固有振動数に合わせた振動が加えられてもよい。サポート部材２は、密閉容器Ｔ内で共振して破壊に至る。破壊されたサポート部材２は、穴Ｈから取り除かれてもよい。

【0068】

実施形態では、密閉容器Ｔの穴Ｈが底部５の造形に伴い設けられる例を説明したが、穴Ｈを設ける手法及び位置はこれに限られない。例えば、穴Ｈを設けることなく底部５及び側部６が造形されてもよい。穴Ｈは、ドリルによって底部５又は側部６に設けられてもよい。

【0069】

実施形態では、造形物Ｍの一例として密閉容器Ｔを挙げているが、造形物Ｍの例はこれに限られない。本開示の造形方法は、オーバーハング形状の部分を有する造形物Ｍ全般に適用可能である。造形物Ｍが密閉容器Ｔではない場合、穴Ｈを設ける必要はない。

【0070】

実施形態では、造形物ＭがベースプレートＢに連続して造形される例を説明したが、造形物Ｍは他の製品等に連続して造形されてもよい。

【0071】

その他の例として、ポジショナ１３の代わりに定盤が用いられてもよい。定盤は、造形物Ｍの位置を固定する。アーム１１は、材料供給ノズル１２の位置を変更する。材料供給ノズル１２は、造形物Ｍに対して相対的に動く。

【符号の説明】

【0072】

１ 造形装置
２ サポート部材
５ 底部
６ 側部
７ 蓋部
１１ アーム
１２ 材料供給ノズル
１３ ポジショナ
２１ 脚部
２２ 造形支持部
２２ｓ 造形基準面
２２ａ 造形支持主面（造形支持面）
２２ｅ 造形角部
７１ 蓋部裏面
７２ 蓋部主面
１３１ テーブル
１２１ ノズル先端
１２２ ビーム出力穴
１２３ 粉末噴出穴
２１ａ 脚部先端部
２１ｂ 脚部基端面
２１ｓ 脚部側面
Ｂ ベースプレート
Ｅ エネルギビーム
Ｈ 穴
Ｍ 造形物
Ｐ 粉末材料
Ｔ 密閉容器
ＴＡ 中間成果物
Ｋ 造形予定領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】