特開 2024-72511 積層造形方法および積層造形装置

(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】P2024072511

(43)【公開日】2024-05-28

(54)【発明の名称】積層造形方法および積層造形装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/366 20210101AFI20240521BHJP

   B23K 26/34 20140101ALI20240521BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20240521BHJP

   B23K 26/067 20060101ALI20240521BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240521BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240521BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20240521BHJP

   B22F 12/44 20210101ALI20240521BHJP

   B22F 10/38 20210101ALN20240521BHJP

【ＦＩ】

B22F10/366

B23K26/34

B23K26/21 Z

B23K26/067

B33Y10/00

B33Y30/00

B22F10/28

B22F12/44

B22F10/38

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022183363

(22)【出願日】2022-11-16

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】512209689

【氏名又は名称】ＳＯＬＩＺＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】茅原 崇

(72)【発明者】

【氏名】西耒路 正彦

【テーマコード（参考）】

4E168

4K018

【Ｆターム（参考）】

4E168BA35

4E168BA81

4E168CB04

4E168CB13

4E168DA02

4E168DA32

4E168DA37

4E168DA42

4E168EA05

4E168EA07

4E168EA11

4E168EA15

4E168EA17

4K018AA03

4K018AA14

4K018AA33

4K018BA02

4K018BA08

4K018BA17

4K018BA20

(57)【要約】

【課題】例えば、溶融池におけるキーホールの発生を抑制し、ひいては当該キーホールの発生に起因した不都合な事象が生じるのを抑制することが可能となるような、改善された新規な積層造形方法および積層造形装置を得る。
【解決手段】積層造形方法は、例えば、表面が略平坦な金属の粉末の層を形成する第一工程と、第一工程で形成された表面にレーザ光のビームを照射しながら走査することにより粉末を部分的に溶融した後に固化する第二工程と、を交互に繰り返す積層造形方法であって、第二工程において、レーザ光をビームシェイパに通すことにより表面上に離散的に配置された複数のスポットを形成し、粉末の表面における走査方向と直交する方向におけるビームの幅は、１００＋１５０√２［μｍ］以下である。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面が略平坦な金属の粉末の層を形成する第一工程と、
前記第一工程で形成された前記表面にレーザ光のビームを照射しながら走査することにより前記粉末を部分的に溶融した後に固化する第二工程と、
を交互に繰り返す積層造形方法であって、
前記第二工程において、
前記レーザ光をビームシェイパに通すことにより前記表面上に離散的に配置された複数のスポットを形成し、
前記粉末の表面における走査方向と直交する方向における前記ビームの幅は、１００＋１５０√２［μｍ］以下である、積層造形方法。

【請求項2】

全ての前記スポットの形状は、略円形である、請求項１に記載の積層造形方法。

【請求項3】

全ての前記スポットの直径は、２０［μｍ］以上１００［μｍ］以下である、請求項１に記載の積層造形方法。

【請求項4】

互いに隣接する前記スポットの中心間の距離は、１５０√２［μｍ］以下である、請求項１に記載の積層造形方法。

【請求項5】

互いに隣接する前記スポットの中心間の距離は、５０√２［μｍ］以下である、請求項４に記載の積層造形方法。

【請求項6】

前記レーザ光のパワーは、１５０［Ｗ］以上４５０［Ｗ］以下である、請求項１に記載の積層造形方法。

【請求項7】

前記レーザ光のパワーは、２００［Ｗ］以上３００［Ｗ］以下である、請求項６に記載の積層造形方法。

【請求項8】

前記レーザ光の前記表面上での走査速度は、２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以上２２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以下である、請求項１または６に記載の積層造形方法。

【請求項9】

前記レーザ光の前記表面上での走査速度は、２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以上７５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以下である、請求項８に記載の積層造形方法。

【請求項10】

前記複数のスポットは、第一パワーで照射される少なくとも一つの第一スポットと、前記ビームの中心から前記第一スポットより遠くに位置しそれぞれ第二パワーで照射される複数の第二スポットと、を含み、
前記第一スポットのそれぞれのパワーは、前記第二スポットのそれぞれのパワーより小さい、請求項１に記載の積層造形方法。

【請求項11】

前記第二スポットのそれぞれのパワーに対する、前記第一スポットのそれぞれのパワーは、０．５以下である、請求項１０に記載の積層造形方法。

【請求項12】

前記第一スポットおよび前記第二スポットの合計数は、７以上である、請求項１０または１１に記載の積層造形方法。

【請求項13】

前記第一スポットおよび前記第二スポットの合計数は、９以上である、請求項１２に記載の積層造形方法。

【請求項14】

前記ビームシェイパは、回折光学素子である、請求項１に記載の積層造形方法。

【請求項15】

表面が略平坦な金属の粉末の層を形成する第一工程と、前記第一工程で形成された前記表面にレーザ光のビームを照射しながら走査することにより前記粉末を部分的に溶融した後に固化する第二工程と、を交互に繰り返し行う積層造形装置であって、
レーザ装置と、
前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記粉末の表面に照射しながら走査する光学ヘッドと、
を備え、
前記光学ヘッドは、前記表面上に前記レーザ光の離散的に配置された複数のスポットが形成されるよう当該レーザ光を分岐するビームシェイパを有し、
前記粉末の表面における走査方向と直交する方向における前記ビームの幅は、１００＋１５０√２［μｍ］以下である、積層造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層造形方法および積層造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金属粉末の層にレーザ光を照射し、当該照射した部位を溶融して固化するパウダーベッド方式による積層造形方法および積層造形装置として、特許文献１に開示された方法および装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－００４３９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明者らの鋭意研究により、この種の積層造形方法および積層造形装置では、レーザ光の照射によって溶融池に過度に深いキーホールが形成されると、例えば、スパッタが周囲に飛散して不本意な形状に造形されたり、造形部位に凹凸が生じたり、溶融後の固化部分にボイドが残存して所要の剛性や強度を確保し難くなったり、厚さの造形精度が低下して所要の形状が得られ難くなったり、造形済みの下層がより大きく溶融するような無駄なエネルギが投入されてしまったり、といった問題が生じる虞があることが判明した。

【0005】

そこで、本発明の課題の一つは、例えば、溶融池におけるキーホールの発生を抑制し、ひいては当該キーホールの発生に起因した不都合な事象が生じるのを抑制することが可能となるような、改善された新規な積層造形方法および積層造形装置を得ること、である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の積層造形方法は、例えば、表面が略平坦な金属の粉末の層を形成する第一工程と、前記第一工程で形成された前記表面にレーザ光のビームを照射しながら走査することにより前記粉末を部分的に溶融した後に固化する第二工程と、を交互に繰り返す積層造形方法であって、前記第二工程において、前記レーザ光をビームシェイパに通すことにより前記表面上に離散的に配置された複数のスポットを形成し、前記粉末の表面における走査方向と直交する方向における前記ビームの幅は、１００＋１５０√２［μｍ］以下である。

【0007】

前記積層造形方法では、全ての前記スポットの形状は、略円形であってもよい。

【0008】

前記積層造形方法では、全ての前記スポットの直径は、２０［μｍ］以上１００［μｍ］以下であってもよい。

【0009】

前記積層造形方法では、互いに隣接する前記スポットの中心間の距離は、１５０√２［μｍ］以下であってもよい。

【0010】

前記積層造形方法では、互いに隣接する前記スポットの中心間の距離は、５０√２［μｍ］以下であってもよい。

【0011】

前記積層造形方法では、前記レーザ光のパワーは、１５０［Ｗ］以上４５０［Ｗ］以下であってもよい。

【0012】

前記積層造形方法では、前記レーザ光のパワーは、２００［Ｗ］以上３００［Ｗ］以下であってもよい。

【0013】

前記積層造形方法では、前記レーザ光の前記表面上での走査速度は、２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以上２２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以下であってもよい。

【0014】

前記積層造形方法では、前記レーザ光の前記表面上での走査速度は、２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以上７５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以下であってもよい。

【0015】

前記積層造形方法では、前記複数のスポットは、第一パワーで照射される少なくとも一つの第一スポットと、前記ビームの中心から前記第一スポットより遠くに位置しそれぞれ第二パワーで照射される複数の第二スポットと、を含み、前記第一スポットのそれぞれのパワーは、前記第二スポットのそれぞれのパワーより小さくてもよい。

【0016】

前記積層造形方法では、前記第二スポットのそれぞれのパワーに対する、前記第一スポットのそれぞれのパワーは、０．５以下であってもよい。

【0017】

前記積層造形方法では、前記第一スポットおよび前記第二スポットの合計数は、７以上であってもよい。

【0018】

前記積層造形方法では、前記第一スポットおよび前記第二スポットの合計数は、９以上であってもよい。

【0019】

前記積層造形方法では、前記ビームシェイパは、回折光学素子であってもよい。

【0020】

また、本発明の積層造形装置は、例えば、表面が略平坦な金属の粉末の層を形成する第一工程と、前記第一工程で形成された前記表面にレーザ光のビームを照射しながら走査することにより前記粉末を部分的に溶融した後に固化する第二工程と、を交互に繰り返し行う積層造形装置であって、レーザ装置と、前記レーザ装置から出力されたレーザ光を前記粉末の表面に照射しながら走査する光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドは、前記表面上に前記レーザ光の離散的に配置された複数のスポットが形成されるよう当該レーザ光を分岐するビームシェイパを有し、前記粉末の表面における走査方向と直交する方向における前記ビームの幅は、１００＋１５０√２［μｍ］以下である。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、例えば、改善された新規な積層造形方法および積層造形装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、実施形態の積層造形装置の例示的な概略構成図である。

【図2】図２は、実施形態の積層造形装置に含まれるレーザ光照射装置の例示的な概略構成図である。

【図3】図３は、実施形態のレーザ光照射装置に含まれる回折光学素子の原理の概念を示す例示的な説明図である。

【図4】図４は、図１の積層造形装置の、造形ステージに造形物の原料となる金属粉を供給する工程での作動を示す説明図である。

【図5】図５は、図１の積層造形装置の、造形物の１層分を造形する工程での作動を示す説明図である。

【図6】図６は、実施形態の積層造形装置において金属粉の表面上に形成されるスポットパターンの一例を示す模式的な平面図である。

【図7】図７は、実施形態の積層造形装置において金属粉の表面上に形成されるスポットパターンの一例を示す模式的な平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

【0024】

各図において、Ｘ方向を矢印Ｘで表し、Ｙ方向を矢印Ｙで表し、Ｚ方向を矢印Ｚで表している。Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、互いに交差するとともに直交している。Ｚ方向は、積層方向とも称されうる。また、各図において、Ｘ方向およびＹ方向は、水平方向であり、Ｚ方向は、鉛直上方である。

【0025】

また、本明細書において、序数は、工程や、パワー、スポット等を区別するために便宜上付与されており、優先度や順番を示すものではない。

【0026】

図１は、実施形態の積層造形装置１００の概略構成図である。積層造形装置１００は、粉末床溶融結合方式のうちの一つであるレーザ溶融法によって金属粉Ｐを積層造形することにより、金属の造形物（積層造形物）を作る。

【0027】

金属粉Ｐは、造形物の原材料である。金属粉Ｐは、例えば、ステンレス鋼、銅や、銅合金のような銅系材料、アルミニウムや、アルミニウム合金のようなアルミニウム系材料のような金属材料で作られている。

【0028】

図１に示されるように、積層造形装置１００は、材料バケット１１０と、造形ステージ１２０と、回収ボックス１３０と、コータ１４０と、レーザ光照射装置２００と、を備えている。

【0029】

材料バケット１１０は、処理前の金属粉Ｐを収容する収容室１１１を形成している。材料バケット１１０は、収容室１１１内でＺ方向およびＺ方向の反対方向に移動可能なエレベータ１１２を備えている。エレベータ１１２は、金属粉Ｐを上方へ移動することができる。

【0030】

造形ステージ１２０は、金属粉Ｐが敷き詰められたパウダーベッドＰｂおよび造形物（不図示）を収容する収容室１２１を形成している。パウダーベッドＰｂの上端である表面Ｐａにおいて、金属粉Ｐがレーザ光Ｌの照射によって選択的に溶融されるとともに硬化され、造形物の１層分、すなわち溶融凝固した金属体が造形される。

【0031】

造形ステージ１２０は、収容室１２１内でＺ方向およびＺ方向の反対方向に移動可能なエレベータ１２２を備えている。エレベータ１２２上には、サポートベース１２３が載置されている。サポートベース１２３は、パウダーベッドＰｂおよび造形物を支持している。サポートベース１２３のＺ方向の頂面１２３ａは、Ｚ方向と交差して広がっている。エレベータ１２２は、サポートベース１２３とともにパウダーベッドＰｂおよび造形途中の造形物を、下方へ移動することができる。また、エレベータ１２２は、造形物の造形完了後、サポートベース１２３とともに当該造形物およびその周囲の金属粉Ｐを、上方へ移動することができる。

【0032】

回収ボックス１３０は、材料バケット１１０や造形ステージ１２０において余った金属粉Ｐを回収する収容室１３１を形成している。収容室１３１で回収された金属粉Ｐは、適宜、選別処理や浄化処理を経た後、材料バケット１１０の収容室１１１へ戻されてもよい。

【0033】

コータ１４０は、材料バケット１１０および造形ステージ１２０のＺ方向の端面、すなわち上端に沿ってＸ方向に移動することにより、金属粉Ｐを当該Ｘ方向に移送することができる。コータ１４０は、例えば、Ｙ方向に延びた下縁を有した、所謂へらである。コータ１４０は、Ｘ方向に移動することにより、収容室１１１および収容室１２１上で、金属粉Ｐを略水平に摺り切ることができる。

【0034】

図２は、レーザ光照射装置２００の概略構成図である。図２に示されるように、レーザ光照射装置２００は、レーザ装置２１０と、光学ヘッド２２０と、光ファイバ２３０と、移動機構２４０と、コントローラ２５０と、を備えている。

【0035】

レーザ装置２１０は、光源としてレーザ発振器を備えており、一例としては、数ｋＷのパワーのレーザ光を出力できるよう構成されている。レーザ装置２１０が出力するレーザ光の波長は、例えば、８００［ｎｍ］以上かつ１２００［ｎｍ］以下であるが、これには限定されない。また、レーザ装置２１０は、連続発振レーザを、例えば、１０［ＭＨｚ］以下の周波数で断続的に出力することができる。

【0036】

光ファイバ２３０は、レーザ装置２１０と光学ヘッド２２０とを光学的に接続し、レーザ装置２１０から出力されたレーザ光を光学ヘッド２２０に導く。レーザ装置２１０が、シングルモードレーザ光を出力する場合、光ファイバ２３０は、シングルモードレーザ光を伝送するよう構成される。この場合、シングルモードレーザ光のＭ２ビーム品質は、１．２以下に設定される。また、レーザ装置２１０がマルチモードレーザ光を出力する場合、光ファイバ２３０はマルチモードレーザ光を伝送するよう、構成される。

【0037】

光学ヘッド２２０は、レーザ装置２１０から入力されたレーザ光をパウダーベッドＰｂの表面Ｐａへ照射するための光学装置である。光学ヘッド２２０は、コリメートレンズ２２１と、集光レンズ２２２と、ミラー２２４と、ＤＯＥ２２５（diffractive optical element、回折光学素子）と、ガルバノスキャナ２２６と、を有している。光学ヘッド２２０内において、レーザ光は、コリメートレンズ２２１、ＤＯＥ２２５、ミラー２２４、ガルバノスキャナ２２６、および集光レンズ２２２を、この順に経由する。コリメートレンズ２２１、集光レンズ２２２、ミラー２２４、ＤＯＥ２２５、およびガルバノスキャナ２２６は、光学部品とも称されうる。

【0038】

コリメートレンズ２２１は、入力されたレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、平行光になる。

【0039】

図３は、ＤＯＥ２２５の原理の概念を示す説明図である。図３に示されるように、ＤＯＥ２２５は、例えば、周期の異なる複数の回折格子２２５ａが重ね合わせられた構成を備えている。ＤＯＥ２２５は、平行光を、各回折格子２２５ａの影響を受けた方向に曲げたり、重ね合わせたりすることにより、レーザ光を複数のビームに分岐する。光学ヘッド２２０から、当該分岐された複数のビームを含むレーザ光ＬがパウダーベッドＰｂの表面Ｐａ上に照射されることにより、当該表面Ｐａ上には、各ビームに対応したスポットが形成される。すなわち、ＤＯＥ２２５は、表面Ｐａ上に形成されるスポットの数や、相対的な配置、各スポットの形状等のスペックを定めている。また、光学ヘッド２２０においてＤＯＥ２２５を交換することにより、表面Ｐａ上に、種々のスペックのスポットを形成することができる。また、光学ヘッド２２０は、ＤＯＥ２２５を光軸回りに回動可能に支持し、当該回動角度を変更可能に構成されてもよい。この場合、表面Ｐａ上で、スポットのパターンを回転させることが可能となる。

【0040】

ミラー２２４（図２参照）は、ＤＯＥ２２５からの光をガルバノスキャナ２２６に向けて反射する。なお、ミラー２２４は、光学ヘッド２２０内の光学部品のレイアウトに応じて省略することができるし、他の二つの光学部品の間に設けられてもよい。

【0041】

ガルバノスキャナ２２６は、複数のミラー２２６ａ，２２６ｂを有しており、当該複数のミラー２２６ａ，２２６ｂの角度を制御することで、光学ヘッド２２０からのレーザ光Ｌの出射方向を切り替え、これにより、パウダーベッドＰｂの表面Ｐａ上でレーザ光Ｌの照射位置を変更することができる。すなわち、ガルバノスキャナ２２６は、パウダーベッドＰｂの表面Ｐａ上で、レーザ光Ｌのビームを走査することができる。ミラー２２６ａ，２２６ｂの角度は、それぞれ、例えばコントローラ２５０によって制御された不図示のモータによって変更される。

【0042】

集光レンズ２２２は、ガルバノスキャナ２２６から到来した平行光としてのレーザ光を集光し、レーザ光Ｌ（出力光）として、パウダーベッドＰｂの表面Ｐａへ照射する。集光レンズ２２２、すなわち光学ヘッド２２０からのレーザ光Ｌの照射方向は、略Ｚ方向の反対方向である。光学ヘッド２２０は、例えば、スポットの直径が２０［μｍ］以上かつ１００［μｍ］以下となるようにレーザ光Ｌを集光することができる。

【0043】

また、本実施形態では、光学ヘッド２２０は、パウダーベッドＰｂとの相対位置を変更可能に構成されている。移動機構２４０は、光学ヘッド２２０を、Ｚ方向と交差する方向、言い換えると表面Ｐａに沿う方向に、移動することができる。また、不図示の搬送機構によって、パウダーベッドＰｂが、Ｚ方向と交差する方向に搬送されてもよい。本実施形態では、表面Ｐａ上でのレーザ光Ｌの走査は、ガルバノスキャナ２２６の作動、光学ヘッド２２０の移動、およびパウダーベッドＰｂの移動のうちの少なくとも一つによって、実現される。

【0044】

コントローラ２５０は、レーザ装置２１０、ガルバノスキャナ２２６、および移動機構２４０の作動を制御する。

【0045】

図４は、積層造形装置１００の、造形ステージ１２０に金属粉Ｐを供給する工程Ｓ１での作動を示す説明図である。工程Ｓ１において、まず、材料バケット１１０のエレベータ１１２は上昇する。当該エレベータ１１２の上昇により、金属粉Ｐは、収容室１１１の開口端より上に盛り上がる。他方、造形ステージ１２０のエレベータ１２２は下降する。当該エレベータ１２２の下降により、収容室１２１の上端には、Ｚ方向と交差して広がった薄い空間（不図示）が形成される。

【0046】

この状態で、コータ１４０は、図１に示される位置Ｐ０から、図４に示される位置Ｐ１および位置Ｐ２を経て、収容室１３１に臨む位置（不図示）まで、Ｘ方向に移動する。これにより、材料バケット１１０の収容室１１１上に盛り上がった金属粉Ｐの一部が、造形ステージ１２０の収容室１２１の上部に形成された薄い空間内に収容される。また、この際、コータ１４０によって上端が擦り切られることにより、パウダーベッドＰｂの略平坦な表面Ｐａが形成される。さらに、コータ１４０は、造形ステージ１２０上で擦り切った余った金属粉Ｐを、収容室１３１内に移動する。工程Ｓ１は、第一工程の一例であり、材料供給工程とも称される。

【0047】

図５は、積層造形装置１００の、造形物の一層を造形する工程Ｓ２での作動を示す説明図である。工程Ｓ２において、レーザ光照射装置２００のレーザ光Ｌが表面Ｐａへ照射される。金属粉Ｐは、レーザ光Ｌが照射された部位Ｐｉにおいて、すなわち部分的に溶融され、当該部位Ｐｉにおいて金属粉Ｐ同士が結合し、その後固化して、造形物（導体層）の一部となる。レーザ光Ｌのビームは、表面Ｐａ上で走査され、これにより、造形物の１層分が得られる。造形物の１層分の厚さｔは、工程Ｓ１におけるエレベータ１２２の下降したストロークによって定まる。厚さｔは、例えば、２０［μｍ］以上２００［μｍ］以下であり、好適には、４０［μｍ］である。工程Ｓ２は、第二工程の一例であり、造形工程とも称される。

【0048】

積層造形装置１００は、図４の工程Ｓ１と、図５の工程Ｓ２とを繰り返すことにより、造形物を作る、すなわち積層造形することができる。

【0049】

発明者らは、工程Ｓ２において、ＤＯＥ２２５を用いて表面Ｐａ上にレーザ光Ｌの適宜な形状のビームを形成するとともに、レーザ装置２１０の出力パワーや、ビームの表面Ｐａ上における走査速度を適切に設定することにより、レーザ光Ｌの照射によってパウダーベッドＰｂに形成される溶融池においてキーホールの発生を抑制し、ひいては当該キーホールの発生に起因した不都合な事象が生じるのを抑制できることを見出した。

【0050】

図６および図７は、それぞれ、パウダーベッドＰｂの表面Ｐａ上へのレーザ光ＬのビームＢ（Ｂ１，Ｂ２）の照射によって当該表面Ｐａ上に形成される複数のスポットｓ１，ｓ２のパターンを例示する平面図である。図６および図７の例ともに、ビームＢには、それぞれ、離散的に配置された複数のスポットｓ１，ｓ２が含まれている。スポットｓ１，ｓ２は、それぞれ略円形である。

【0051】

スポットｓ１のパワーと、スポットｓ２のパワーとは、互いに異なっている。また、スポットｓ１は、スポットｓ２よりもビームＢの中心Ｃ（重心）に近く、言い換えると、スポットｓ２は、スポットｓ１よりもビームＢの中心Ｃから遠い。複数のスポットｓ２は、スポットｓ１の周りを取り囲むように配置されている。なお、スポットｓ１の数は、図６の例のように１であってもよいし、図７の例のように２以上であってもよい。また、図６および図７の例では、スポットｓ１，ｓ２は、格子点状に配置されているが、これには限定されず、例えば、一つ以上のスポットｓ１の周囲に複数のスポットｓ２が環状にかつ離散的に配置されてもよい。スポットｓ１は、第一スポットの一例であり、スポットｓ２は、第二スポットの一例である。

【0052】

発明者らは、実験的な研究により、所要の条件を満たすとともにより高品質かつ高効率な造形を実行するという観点から、以下の（１）～（７）のような好適な条件を見出した。

【0053】

（１）スポットｓ１，ｓ２のパワーの比
スポットｓ１のパワーが大きいほど、中心Ｃに近い位置でパワーのピークが生じ、溶融池のキーホールが深くなり、ひいては、スパッタやボイド（ブローホール）が生じ易くなることが判明した。このような観点から、スポットｓ１のそれぞれのパワーは、スポットｓ２のそれぞれのパワーより小さいのが好ましいことが判明した。実験的な研究から、スポットｓ２のパワーに対するスポットｓ１のパワーの比は、０．５以下であるのがより好ましいことが判明した。

【0054】

（２）スポットｓ１，ｓ２の合計数
スポットｓ１，ｓ２の合計数が少ないほど、パワーが局所的に大きくなり易く、スパッタやボイド（ブローホール）が生じ易くなることが判明した。このような観点から、スポットｓ１，ｓ２の合計数は、７以上であるのが好ましく、９以上であるのがより好ましいことが判明した。

【0055】

（３）スポットｓ１，ｓ２の大きさおよび間隔
スポットｓ１，ｓ２の大きさが小さ過ぎたり、隣接するスポットｓ１，ｓ２間の間隔が遠すぎたりすると、表面Ｐａ上でパワーにむら、言い換えると場所によるばらつきが、大きくなる。この場合、離散的な複数のスポットｓ１，ｓ２の形成による溶融池の安定化という効果が得られにくくなり、スパッタやボイド（ブローホール）が生じ易くなることが判明した。また、逆に、スポットｓ１，ｓ２の大きさが大きすぎると、隣接するスポットｓ１，ｓ２間で重なり合う領域が大きくなり、中心Ｃに近い位置でパワーのピークが生じてしまうことが判明した。このような観点から、スポットｓ１，ｓ２の直径は、２０［μｍ］以上１００［μｍ］以下であるのが好ましいことが判明した。また、互いに隣接するスポットｓ１，ｓ２の中心間の距離Ｉｓは、１５０√２［μｍ］以下であるのが好ましく、５０√２［μｍ］以下であるのがより好ましいことが判明した。なお、スポットｓ１，ｓ２の直径は、ピークパワーの１／ｅ^２以上のパワーとなる領域（以下、有効領域と称する）の直径とする。図６，７では、スポットｓ１の有効領域が実線で描かれ、スポットｓ２の有効領域が破線で描かれている。

【0056】

（４）ビームＢの幅Ｗの最大値
ビームＢ（Ｂ１，Ｂ２）の走査において、表面ＰａにおけるビームＢの幅Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）は、走査方向ＳＤ（ＳＤ１，ＳＤ２）と直交する方向（以下、直交方向と称する）におけるビームＢの幅であり、当該直交方向において最も離れた二つのスポットｓ２の有効領域の、当該直交方向において最も離れた端部間の幅である。ビームＢの幅Ｗが、大きすぎるとパワー（密度）不足となり、所要の溶融状態が得られ難くなることが判明した。このような観点から、ビームＢの幅Ｗの最大値は、１００＋１５０√２［μｍ］以下であるのが好ましいことが判明した。なお、図６，７には、走査方向ＳＤの典型例として走査方向ＳＤ１，ＳＤ２を示すとともに、当該走査方向ＳＤ１，ＳＤ２に対応した幅Ｗ１，Ｗ２を示しているが、走査方向は種々に（紙面上で中心Ｃからの径方向における任意の方向に）設定可能であり、これらの例には限定されない。なお、図６，７の例では、いずれも走査方向ＳＤ１に対する直交方向おける幅Ｗ１が幅Ｗの最大値となり、走査方向ＳＤ２に対する直交方向おける幅Ｗ２が幅Ｗの最小値となる。また、走査方向ＳＤ１と走査方向ＳＤ２との角度差は、図６の例では４５°であり、図７の例では２６．６°であるが、これには限定されない。

【0057】

（５）走査方向ＳＤに対する直交方向において最も離れた二つのスポットｓ２間の間隔Ｉ
ビームＢの走査方向ＳＤに対する直交方向において最も離れた二つのスポットｓ２間の間隔Ｉ（Ｉ１，Ｉ２）は、上述した（３）および（４）と同様の観点から、１５０［μｍ］以下であるのが好ましく、１００［μｍ］以下であるのがより好ましいことが判明した。なお、図６，７には、間隔Ｉとして、走査方向ＳＤ１，ＳＤ２に対応した間隔Ｉ１，Ｉ２を例示している。

【0058】

（６）ビームＢのパワー
ビームＢ（Ｂ１，Ｂ２）のパワーが大きすぎると、キーホールが生じ易くなり、逆にパワーが小さすぎると、所要の造形形状が得られ難くなることが判明した。このような観点から、ビームＢ（レーザ光Ｌ）のパワー、言い換えると全スポットｓ１，ｓ２の合計のパワーは、１５０［Ｗ］以上４５０［Ｗ］以下であるのが好ましく、２００［Ｗ］以上３００［Ｗ］以下であるのがより好ましいことが判明した。

【0059】

（７）ビームＢの走査速度
ビームＢ（Ｂ１，Ｂ２）の表面Ｐａ上での走査速度が低すぎると、キーホールが生じ易くなり、逆に走査速度が高すぎると、所要の造形形状が得られ難くなることが判明した。このような観点から、ビームＢ（レーザ光Ｌ）の表面Ｐａ上での走査速度は、２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以上２２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以下であるのが好ましく、２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以上７５０［ｍｍ／ｓｅｃ］以下であるのがより好ましいことが判明した。

【0060】

以上説明したように、本実施形態のように、工程Ｓ２において、ＤＯＥ１２５によって表面Ｐａ上にレーザ光Ｌの離散的な複数のスポットｓ１，ｓ２を形成し、当該スポットｓ１，ｓ２を含むビームＢを適切な条件で表面Ｐａ上で照射しながら走査することにより、パウダーベッドＰｂに形成される溶融池においてキーホールの発生を抑制し、ひいては当該キーホールの発生に起因した不都合な事象が生じるのを抑制することができる。

【0061】

以上、本発明の実施形態が例示されたが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各構成や、形状、等のスペック（構造や、種類、方向、型式、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

【符号の説明】

【0062】

１００…積層造形装置
１１０…材料バケット
１１１…収容室
１１２…エレベータ
１２０…造形ステージ
１２１…収容室
１２２…エレベータ
１２３…サポートベース
１２３ａ…頂面
１３０…回収ボックス
１３１…収容室
１４０…コータ
２００…レーザ光照射装置
２１０…レーザ装置
２２０…光学ヘッド
２２１…コリメートレンズ
２２２…集光レンズ
２２４…ミラー
２２５…ＤＯＥ（ビームシェイパ）
２２５ａ…回折格子
２２６…ガルバノスキャナ
２２６ａ…ミラー
２２６ｂ…ミラー
２３０…光ファイバ
２４０…移動機構
２５０…コントローラ
Ｂ…ビーム
Ｃ…中心
Ｉ…間隔
Ｉ１…間隔
Ｉ２…間隔
Ｉｓ…距離
Ｌ…レーザ光
Ｐ…金属粉（粉末）
Ｐ０…位置
Ｐ１…位置
Ｐ２…位置
Ｐａ…表面
Ｐｂ…パウダーベッド
Ｐｉ…部位
ｓ１…スポット
ｓ２…スポット
Ｓ１…工程（第一工程）
Ｓ２…工程（第二工程）
ＳＤ１，ＳＤ２…走査方向
ｔ…厚さ
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２…幅
Ｘ…方向
Ｙ…方向
Ｚ…方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】