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(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】P2024079121
(43)【公開日】2024-06-11
(54)【発明の名称】付加製造装置および付加製造方法
(51)【国際特許分類】
B22F 12/40 20210101AFI20240604BHJP
B22F 1/00 20220101ALI20240604BHJP
B22F 10/25 20210101ALI20240604BHJP
B22F 1/052 20220101ALI20240604BHJP
B22F 12/55 20210101ALI20240604BHJP
B22F 10/34 20210101ALI20240604BHJP
B22F 10/366 20210101ALI20240604BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20240604BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20240604BHJP
B33Y 70/00 20200101ALI20240604BHJP
B28B 1/30 20060101ALI20240604BHJP
【ＦＩ】
B22F12/40
B22F1/00 Q
B22F1/00 M
B22F1/00 R
B22F1/00 L
B22F1/00 S
B22F10/25
B22F1/052
B22F12/55
B22F10/34
B22F10/366
B33Y30/00
B33Y10/00
B33Y70/00
B28B1/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022191857
(22)【出願日】2022-11-30
(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】椎葉 好一
(72)【発明者】
【氏名】田野 誠
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 眞里
【テーマコード（参考）】
4G052
4K018
【Ｆターム（参考）】
4G052DA03
4G052DB12
4G052DC06
4K018AB02
4K018AD05
4K018BA02
4K018BA04
4K018BA14
4K018BA20
4K018BB04
(57)【要約】
【課題】造形物の表面に縞模様が形成されることを抑制可能な付加製造装置および付加製造方法を提供する。
【解決手段】超硬粉末ＰＨを含む粉末材料Ｐを供給する粉末供給装置１０Ａ，１０Ｂと、ビームＢＭの照射により溶融池７１，７２を形成し溶融池７１，７２に粉末材料Ｐを供給することによりビームＢＭの走査方向に延在するビード６０を形成し、既に形成された第一ビード６１と第一ビード６１に隣接して形成される第二ビード６２とを結合することにより基材Ｂの表面に造形物Ｗを形成するビーム照射装置２０と、基材ＢにビームＢＭを照射することにより形成された基材側溶融池７２が固化した第一部分８１における超硬粉末ＰＨの粒径と、ビード６０の一部にビームＢＭを照射することにより形成されたビード側溶融池７１が固化した第二部分８２における超硬粉末ＰＨの粒径と、の粒径差を減少させる、粒成長差抑制手段ＰＩ，Ｅと、を備える、付加製造装置１。
【選択図】図１
【解決手段】超硬粉末ＰＨを含む粉末材料Ｐを供給する粉末供給装置１０Ａ，１０Ｂと、ビームＢＭの照射により溶融池７１，７２を形成し溶融池７１，７２に粉末材料Ｐを供給することによりビームＢＭの走査方向に延在するビード６０を形成し、既に形成された第一ビード６１と第一ビード６１に隣接して形成される第二ビード６２とを結合することにより基材Ｂの表面に造形物Ｗを形成するビーム照射装置２０と、基材ＢにビームＢＭを照射することにより形成された基材側溶融池７２が固化した第一部分８１における超硬粉末ＰＨの粒径と、ビード６０の一部にビームＢＭを照射することにより形成されたビード側溶融池７１が固化した第二部分８２における超硬粉末ＰＨの粒径と、の粒径差を減少させる、粒成長差抑制手段ＰＩ，Ｅと、を備える、付加製造装置１。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
超硬粉末を含む粉末材料を供給する粉末供給装置と、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池が固化した第一部分における前記超硬粉末の粒径と、前記ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池が固化した第二部分における前記超硬粉末の粒径と、の粒径差を減少させる、粒成長差抑制手段と、を備える、付加製造装置。
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池が固化した第一部分における前記超硬粉末の粒径と、前記ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池が固化した第二部分における前記超硬粉末の粒径と、の粒径差を減少させる、粒成長差抑制手段と、を備える、付加製造装置。
【請求項2】
前記粒成長差抑制手段は前記粉末材料に含まれる粒成長抑制剤であって、前記粒成長抑制剤は溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制する、請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項3】
前記粒成長抑制剤は、ＶＣ，ＴｉＣ，ＴａＣ，およびＣｒＣのうちから選択される少なくとも一種である、請求項２に記載の付加製造装置。
【請求項4】
前記粉末材料は、
前記ビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料に適用される前記粒成長差抑制手段と、前記基材側粉末材料に適用される前記粒成長差抑制手段と、が異なっている、請求項１に記載の付加製造装置。
前記ビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料に適用される前記粒成長差抑制手段と、前記基材側粉末材料に適用される前記粒成長差抑制手段と、が異なっている、請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項5】
前記粒成長差抑制手段は、溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制する粒成長抑制剤であり、
前記ビード側粉末材料に、前記粒成長抑制剤が含まれておらず、
前記基材側粉末材料に、前記粒成長抑制剤が含まれている、請求項４に記載の付加製造装置。
前記ビード側粉末材料に、前記粒成長抑制剤が含まれておらず、
前記基材側粉末材料に、前記粒成長抑制剤が含まれている、請求項４に記載の付加製造装置。
【請求項6】
前記粒成長差抑制手段は、前記ビード側粉末材料および前記基材側粉末材料の双方に含まれる粒成長抑制剤であって、前記粒成長抑制剤は溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制するものであり、
前記基材側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合は、前記ビード側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合よりも大きい、請求項４に記載の付加製造装置。
前記基材側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合は、前記ビード側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合よりも大きい、請求項４に記載の付加製造装置。
【請求項7】
前記粒成長差抑制手段は、前記ビード側粉末材料および前記基材側粉末材料の双方に含まれる、前記超硬粉末よりも融点の低い吸熱材料であり、
前記ビード側粉末材料に含まれる前記吸熱材料の割合は、前記基材側粉末材料に含まれる前記吸熱材料の割合よりも大きい、請求項４に記載の付加製造装置。
前記ビード側粉末材料に含まれる前記吸熱材料の割合は、前記基材側粉末材料に含まれる前記吸熱材料の割合よりも大きい、請求項４に記載の付加製造装置。
【請求項8】
前記吸熱材料がバインダである、請求項７に記載の付加製造装置。
【請求項9】
前記粉末材料は、前記超硬粉末とバインダとを含む二次粒子であって、
前記基材側粉末材料に含まれる前記超硬粉末の粒径が、前記ビード側粉末材料に含まれる前記超硬粉末の粒径よりも小さい、請求項４に記載の付加製造装置。
前記基材側粉末材料に含まれる前記超硬粉末の粒径が、前記ビード側粉末材料に含まれる前記超硬粉末の粒径よりも小さい、請求項４に記載の付加製造装置。
【請求項10】
前記バインダはＣｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｆｅ，およびＣｕのうちから選択される少なくとも一種である、請求項９に記載の付加製造装置。
【請求項11】
前記ビード側粉末材料の造形条件と、前記基材側粉末材料の造形条件と、が異なっている、請求項４に記載の付加製造装置。
【請求項12】
前記ビード側粉末材料の前記ビード側溶融池への供給量が、前記基材側粉末材料の前記基材側溶融池への供給量より、体積割合で少ない、請求項５，６，７，９のいずれか一項に記載の付加製造装置。
【請求項13】
超硬粉末を含む粉末材料を供給する粉末供給装置と、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制する粒成長抑制剤と、を備える、付加製造装置。
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制する粒成長抑制剤と、を備える、付加製造装置。
【請求項14】
前記粉末材料は、
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合は、前記基材側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合と同じである、請求項１３に記載の付加製造装置。
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合は、前記基材側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合と同じである、請求項１３に記載の付加製造装置。
【請求項15】
前記粉末材料は、
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料に、前記粒成長抑制剤が含まれておらず、前記基材側粉末材料に前記粒成長抑制剤が含まれている、請求項１３に記載の付加製造装置。
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料に、前記粒成長抑制剤が含まれておらず、前記基材側粉末材料に前記粒成長抑制剤が含まれている、請求項１３に記載の付加製造装置。
【請求項16】
前記粉末材料は、
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記基材側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合は、前記ビード側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合よりも大きい、請求項１３に記載の付加製造装置。
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記基材側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合は、前記ビード側粉末材料に含まれる前記粒成長抑制剤の割合よりも大きい、請求項１３に記載の付加製造装置。
【請求項17】
超硬粉末を含む粉末材料を供給する粉末供給装置と、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
前記粉末材料は、
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料と前記基材側粉末材料とが異なっている、付加製造装置。
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
前記粉末材料は、
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料と前記基材側粉末材料とが異なっている、付加製造装置。
【請求項18】
基材の表面に造形物を形成する付加製造方法であって、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
粒成長差抑制手段により、前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池が固化した第一部分の粒径と、前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池が固化した第二部分の粒径と、の粒径差を減少させる工程と、を備える、付加製造方法。
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
粒成長差抑制手段により、前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池が固化した第一部分の粒径と、前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池が固化した第二部分の粒径と、の粒径差を減少させる工程と、を備える、付加製造方法。
【請求項19】
基材の表面に造形物を形成する付加製造方法であって、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
前記粉末材料に、溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制する粒成長抑制剤が含まれている、付加製造方法。
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
前記粉末材料に、溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制する粒成長抑制剤が含まれている、付加製造方法。
【請求項20】
基材の表面に造形物を形成する付加製造方法であって、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
前記粉末材料は、
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料と前記基材側粉末材料とが異なっている、付加製造方法。
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
前記粉末材料は、
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料と前記基材側粉末材料とが異なっている、付加製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、付加製造装置および付加製造方法に関する。
【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。
Melting）等が含まれる。
【0005】
指向性エネルギー堆積方式のＬＭＤは、例えば超硬粉末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、部分的に耐摩耗性や強度を向上させるため、基材に対して硬質の付加製造物を付加する肉盛技術として利用されている。特許文献１には、基材に粉末材料からなる付加製造物を造形する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２１－１０９２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
図１０に示すように、複数のビード１０１を形成して基材１０２に肉盛加工を行う場合、先に形成されたビード１０１の一部に新たに形成されるビード１０１を重ねて形成し、これにより基材１０２の表面に造形物１０３を形成する場合がある。詳細に説明すると、先に形成されたビード１０１の一部を溶融してビード側溶融池を形成するとともに、基材１０２の表面を溶融して基材側溶融池を形成し、ビード側溶融池および基材側溶融池に粉末材料を供給し、溶融池を固化することで新しいビード１０１が形成される。
【0008】
先に形成されたビード１０１の一部を溶融させてビード側溶融池を形成した場合、ビード側溶融池に供給された粉末材料は、先にビードを形成する時に１回目の加熱が実施され、さらに、ビード側溶融池が形成されるときに２回目の加熱が実施される。このため、ビード側溶融池に供給された粉末材料に含まれる超硬粉末は、２回目の加熱により、粒子径が成長してしまう。
【0009】
図１１を参照して、超硬粉末１０４の粒子径が成長する過程を説明する。ただし、超硬粉末１０４の粒子径、および超硬粉末１０４の含有量については、説明の便宜のため、強調して記載してある。
【0010】
図１１の左端の図は、１回目の加熱が実施された後に粉末材料が固化した状態を示す。そもそも超硬粉末１０４が粒径分布を有することと、１回目の溶融過程において超硬粉末１０４の粒径に分布が形成されることから、１回目の加熱が実施された後の状態において、超硬粉末１０４の粒径に大小の分布が生じる。
【0011】
図１１の中央の図は、２回目の加熱により粉末材料が溶融した状態を示す。この状態において、いわゆるオストワルド成長により、超硬粉末１０４の粒子径が成長する。オストワルド成長とは、粒径が種々異なる粒子が媒質中に分散している系において、小さな粒子が収縮、消滅し、大きな粒子が成長する現象をいう。この現象は，粒子を構成する物質が媒質中へ溶解して入り，その内部を拡散で移動し，さらに別の粒子の表面上へ析出することにより生じる。図１１の中央の図において、比較的に小さな粒径の超硬粒子１０４は、超硬粒子１０４の径方向の外方を向く矢線で示すように、超硬粒子１０４を包囲する媒質１０５（バインダ等）に溶解する。一方、比較的に大きな粒径の超硬粒子１０４には、超硬粒子１０４の径方向の内方を向く矢線で示すように、媒質１０５中に溶解した超硬粒子１０４が析出する。これにより、比較的に大きな超硬粒子１０４の粒子径がさらに成長する。
【0012】
【0013】
一方、基材側溶融池に供給された粉末材料については、１回しか加熱されていない。このため、基材側溶融池に供給された粉末材料に含まれる超硬粉末の粒子径は、図１１の左端の図に示した状態になっている。
【0014】
このように、先に形成されたビード１０１の一部に新たに形成されるビード１０１を重ねて形成することにより基材１０２の表面に造形物１０３を形成する場合、造形物１０３に、超硬粉末の粒子径が比較的に大きい部分１０６（２回目加熱後の状態）と、超硬粉末の粒子径が比較的に小さい部分１０７（１回目加熱後の状態）とが形成されるおそれがある。図１０に示すように、このような粒子径の差は、造形物の表面に、超硬粉末の粒子径が比較的に大きい部分１０６と、超硬粉末の粒子径が比較的に小さい部分１０７と、が縞模様となって現れ、外観品質の悪化要因となるおそれがある。
【0015】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、造形物の表面に縞模様が形成されることを抑制可能な付加製造装置および付加製造方法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】
【0016】
本発明の第一の態様は、
超硬粉末を含む粉末材料を供給する粉末供給装置と、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池が固化した第一部分における前記超硬粉末の粒径と、前記ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池が固化した第二部分における前記超硬粉末の粒径と、の粒径差を減少させる、粒成長差抑制手段と、を備える、付加製造装置にある。
超硬粉末を含む粉末材料を供給する粉末供給装置と、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池が固化した第一部分における前記超硬粉末の粒径と、前記ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池が固化した第二部分における前記超硬粉末の粒径と、の粒径差を減少させる、粒成長差抑制手段と、を備える、付加製造装置にある。
【0017】
本発明の第二の態様は、
超硬粉末を含む粉末材料を供給する粉末供給装置と、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制する粒成長抑制剤と、を備える、付加製造装置にある。
超硬粉末を含む粉末材料を供給する粉末供給装置と、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制する粒成長抑制剤と、を備える、付加製造装置にある。
【0018】
本発明の第三の態様は、
超硬粉末を含む粉末材料を供給する粉末供給装置と、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
前記粉末材料は、
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料と前記基材側粉末材料とが異なっている、付加製造装置にある。
超硬粉末を含む粉末材料を供給する粉末供給装置と、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に前記粉末材料を供給することにより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、
前記粉末材料は、
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料と前記基材側粉末材料とが異なっている、付加製造装置にある。
【0019】
本発明の第四の態様は、
基材の表面に造形物を形成する付加製造方法であって、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
粒成長差抑制手段により、前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池が固化した第一部分の粒径と、前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池が固化した第二部分の粒径と、の粒径差を減少させる工程と、を備える、付加製造方法にある。
基材の表面に造形物を形成する付加製造方法であって、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
粒成長差抑制手段により、前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池が固化した第一部分の粒径と、前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池が固化した第二部分の粒径と、の粒径差を減少させる工程と、を備える、付加製造方法にある。
【0020】
本発明の第五の態様は、
基材の表面に造形物を形成する付加製造方法であって、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
前記粉末材料に、溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制する粒成長抑制剤が含まれている、付加製造方法にある。
基材の表面に造形物を形成する付加製造方法であって、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
前記粉末材料に、溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制する粒成長抑制剤が含まれている、付加製造方法にある。
【0021】
本発明の第六の態様は、
基材の表面に造形物を形成する付加製造方法であって、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
前記粉末材料は、
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料と前記基材側粉末材料とが異なっている、付加製造方法にある。
基材の表面に造形物を形成する付加製造方法であって、
ビームの照射により溶融池を形成し前記溶融池に超硬粉末を含む粉末材料を供給することにより前記ビームの走査方向に延在する第一ビードを形成する工程と、
前記第一ビードに隣接して第二ビードを形成するとともに、前記第一ビードと前記第二ビードとを結合する工程と、を備え、
前記粉末材料は、
前記第一ビードの一部に前記ビームを照射することにより形成されたビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、
前記基材に前記ビームを照射することにより形成された基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、を備え、
前記ビード側粉末材料と前記基材側粉末材料とが異なっている、付加製造方法にある。
【発明の効果】
【0022】
本発明の第一および第四の態様によれば、粒成長差抑制手段により、基材側溶融池が固化した第一部分における超硬粉末の粒径と、ビード側溶融池が固化した第二部分における超硬粉末の粒径と、の粒径差を減少させることができる。これにより、造形物の表面に縞模様が形成されることを抑制できる。
【0023】
本発明の第二および第五の態様によれば、粒成長抑制剤により、溶融した前記超硬粉末の粒径が増大することを抑制することができる。これにより、超硬粉末が溶融した後に粒径が成長することを抑制できるので、造形物に粒径差が生じることを抑制できる。この結果、造形物の表面に縞模様が形成されることを抑制できる。
【0024】
本発明の第三および第六の態様によれば、ビードに形成されるビード側溶融池に供給されるビード側粉末材料と、基材に形成される基材側溶融池に供給される基材側粉末材料と、が異なっている。これにより、ビード側粉末材料および基材側粉末材料が溶融したときに、ビード側粉末材料と基材側粉末材料の粒径の成長を異ならせることができる。これにより、超硬粉末が溶融した後に粒径が成長することを抑制できるので、造形物に粒径差が生じることを抑制できる。この結果、造形物の表面に縞模様が形成されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】実施形態１の付加製造装置の概要図。
【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。
【図3】実施形態１の粉末材料を示す模式的断面図。
【図7】実施形態１において、超硬粒子の粒径の成長が抑制される機構を説明するための模式図。
【図8】実施形態２の粉末材料を示す模式的断面図。
【図9】実施形態３の粉末材料を示す模式的断面図。
【図10】従来技術において、造形物に縞模様が発生する状態を示す断面図。
【図11】従来技術において、超硬粒子の粒径が成長する機構を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【0026】
（実施形態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Ｐを用いて基材Ｂに造形物Ｗを付加製造する。粉末材料Ｐは、後述するビード側溶融池７１に供給されるビード側粉末材料ＰＡと、後述する基材側溶融池７２に供給される基材側粉末材料ＰＢと、を備える。
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Ｐを用いて基材Ｂに造形物Ｗを付加製造する。粉末材料Ｐは、後述するビード側溶融池７１に供給されるビード側粉末材料ＰＡと、後述する基材側溶融池７２に供給される基材側粉末材料ＰＢと、を備える。
【0027】
図１に示すように、付加製造装置１は、第一粉末供給装置１０Ａ、第二粉末供給装置１０Ｂ、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。
【0028】
第一粉末供給装置１０Ａは、第一貯留部１１Ａ、第一フィーダ１３Ａ、容器１６内に収容される第一流路１５Ａ、第一噴射ノズル１４Ａ、並びに、第一貯留部１１Ａ、第一フィーダ１３Ａおよび第一流路１５Ａを接続する第一配管１７Ａを備える。第一貯留部１１Ａは、ビード側粉末材料ＰＡを貯留する。第一貯留部１１Ａは、第一配管１７Ａを介して第一フィーダ１３Ａにビード側粉末材料ＰＡを供給する。第一フィーダ１３Ａは、第一配管１７Ａを介してビード側粉末材料ＰＡを第一流路１５Ａに供給する。
【0029】
第一フィーダ１３Ａは、制御装置３０からの指令に基づき、第一貯留部１１Ａから供給されるビード側粉末材料ＰＡを、アルゴン等のキャリアガスと共に筒状の容器１６の内部に配置される第一流路１５Ａに、指示された供給量だけ供給する。ただし、キャリアガスは、アルゴンに限定されるものではなく、例えば窒素であっても良い。
【0030】
図１に示すように、第一流路１５Ａは、容器１６の軸線方向に延在し、且つ容器１６の内周面に沿って、容器１６内に収容される。第一流路１５Ａは、基材Ｂ側の端部に、第一噴射ノズル１４Ａを備える。第一流路１５Ａの第一噴射ノズル１４Ａから噴射されるビード側粉末材料ＰＡは、ビームＢＭが照射される照射領域のうち、ビード６０に形成されたビード側溶融池７１に噴射される。
【0031】
第二粉末供給装置１０Ｂは、第二貯留部１１Ｂ、第二フィーダ１３Ｂ、容器１６内に収容される第二流路１５Ｂ、第二噴射ノズル１４Ｂ、並びに、第二貯留部１１Ｂ、第二フィーダ１３Ｂおよび第二流路１５Ｂを接続する第二配管１７Ｂを備える。第二貯留部１１Ｂは、基材側粉末材料ＰＢを貯留する。第二貯留部１１Ｂは、第二配管１７Ｂを介して第二フィーダ１３Ｂに基材側粉末材料ＰＢを供給する。第二フィーダ１３Ｂは、第二配管１７Ｂを介して基材側粉末材料ＰＢを第二流路１５Ｂに供給する。
【0032】
第二フィーダ１３Ｂは、制御装置３０からの指令に基づき、第二貯留部１１Ｂから供給される基材側粉末材料ＰＢを、アルゴン等のキャリアガスと共に筒状の容器１６の内部に配置される第二流路１５Ｂに、指示された供給量だけ供給する。ただし、キャリアガスは、アルゴンに限定されるものではなく、例えば窒素であっても良い。
【0033】
図１に示すように、第二流路１５Ｂは、容器１６の軸線方向に延在し、且つ容器１６の内周面に沿って、容器１６内に収容される。第二流路１５Ｂは、基材Ｂ側の端部に、第二噴射ノズル１４Ｂを備える。第二流路１５Ｂの第二噴射ノズル１４Ｂから噴射される基材側粉末材料ＰＢは、ビームＢＭが照射される照射領域のうち、基材Ｂに形成された基材側溶融池７２に噴射される。
【0034】
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２２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。
【0035】
照射部２２は、容器１６の内部に配置される。照射部２２は、容器１６の内部に配置されたビーム供給路２３を通してビームＢＭを照射する。
【0036】
そして、ビード６０に形成されたビード側溶融池７１において、第一粉末供給装置１０Ａから供給されたビード側粉末材料ＰＡが溶融し、基材Ｂに形成された基材側溶融池７２において、第二粉末供給装置１０Ｂから供給された基材側粉末材料ＰＢが溶融する。溶融したビード側粉末材料ＰＡ、および基材側粉末材料ＰＢ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。
【0037】
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。
【0038】
図２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。
【0039】
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四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四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。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。
【0040】
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の幅寸法を引いたものとなっている。
【0041】
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、第一粉末供給装置１０Ａおよび第二粉末供給装置１０Ｂの粉末供給を制御する。具体的に、制御装置３０は、第一フィーダ１３Ａを制御することにより、第一噴射ノズル１４Ａから基材Ｂに向けたビード側粉末材料ＰＡの噴射供給を制御するとともに、第二フィーダ１３Ｂを制御することにより、第二噴射ノズル１４Ｂから基材Ｂに向けた基材側粉末材料ＰＢの噴射供給を制御する。
【0042】
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、供給されたビード側粉末材料ＰＡ、基材側粉末材料ＰＢを溶融するビームスポット径等を制御する。
【0043】
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にて矢線Ａ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。ただし、制御装置３０は、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構成としてもよい。
【0044】
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、第一噴射ノズル１４Ａおよび第二噴射ノズル１４Ｂの供給位置、並びに照射部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。
【0045】
２．粉末材料Ｐの構成
図３を参照して、粉末材料Ｐについて説明する。以下の記載において、ビード側粉末材料ＰＡと基材側粉末材料ＰＢとに共通の事項については、粉末材料Ｐとして、まとめて記載する。粉末材料Ｐは、超硬粉末ＰＨと、バインダＢＤと、を含む。粉末材料Ｐは、一次粒子である複数の超硬粉末ＰＨが、バインダＢＤによって結合された二次粒子である。一次粒子である超硬粉末ＰＨの粒径は、１μｍ～９μｍが好ましい。二次粒子である粉末材料Ｐの粒径は、５０μｍ～１５０μｍが好ましい。粉末材料Ｐに対するバインダＢＤの割合は、５質量％～２５質量％が好ましい。ただし、粉末材料Ｐは、一次粒子である超硬粉末ＰＨとバインダＢＤとを含む二次粒子に限定されず、超硬粉末ＰＨのみによって形成される構成としてもよい。
図３を参照して、粉末材料Ｐについて説明する。以下の記載において、ビード側粉末材料ＰＡと基材側粉末材料ＰＢとに共通の事項については、粉末材料Ｐとして、まとめて記載する。粉末材料Ｐは、超硬粉末ＰＨと、バインダＢＤと、を含む。粉末材料Ｐは、一次粒子である複数の超硬粉末ＰＨが、バインダＢＤによって結合された二次粒子である。一次粒子である超硬粉末ＰＨの粒径は、１μｍ～９μｍが好ましい。二次粒子である粉末材料Ｐの粒径は、５０μｍ～１５０μｍが好ましい。粉末材料Ｐに対するバインダＢＤの割合は、５質量％～２５質量％が好ましい。ただし、粉末材料Ｐは、一次粒子である超硬粉末ＰＨとバインダＢＤとを含む二次粒子に限定されず、超硬粉末ＰＨのみによって形成される構成としてもよい。
【0046】
超硬粉末ＰＨ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、超硬粉末ＰＨとして炭化タングステン（ＷＣ）が用いられる。
【0047】
バインダＢＤとしては、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）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。
【0048】
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。
【0049】
粉末材料Ｐは、超硬粉末ＰＨおよびバインダＢＤと異なる物質を含んでも良い。例えば、粉末材料Ｐに、溶融した超硬粉末ＰＨの粒径が増大することを抑制する粒成長抑制剤ＰＩ（粒成長差抑制手段の一例）を含んでも良い。すなわち、粉末材料Ｐは、一次粒子である超硬粉末ＰＨと、一次粒子である粒成長抑制剤ＰＩと、バインダＢＤと、を含む二次粒子とすることができる。粒成長抑制剤ＰＩは、超硬粉末ＰＨよりも融点が低く、且つ、超硬粉末ＰＨと親和性が高い材料から、適宜に選択される。粒成長抑制剤ＰＩとしては、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、炭化クロム（ＣｒＣ）等の、炭化タングステンよりも融点の低い金属炭化物から一つまたは複数の化合物が選択される。本形態では、炭化バナジウムが用いられる。ただし、粉末材料Ｐに含まれる物質は粒成長抑制剤ＰＩに限定されず、任意の物質を適宜に選択することができる。本形態では、粒成長抑制剤ＰＩとして炭化バナジウムが含まれる。
【0050】
本形態においては、ビード側粉末材料ＰＡに含まれる粒成長抑制剤ＰＩの割合と、基材側粉末材料ＰＢに含まれる粒成長抑制剤ＰＩの割合は同一である。従って、本形態において、ビード側粉末材料ＰＡと、基材側粉末材料ＰＢは同一である。ただし、同一とは、同一である場合を含むとともに、同一でない場合であっても実質的に同一と認定しうる場合も含む。
【0051】
【0052】
図２に示すように、モータＭ１が回転することにより、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。
【0053】
第二噴射ノズル１４から基材側粉末材料ＰＢが照射領域Ｓに噴射される。照射領域Ｓにおいて基材側粉末材料ＰＢは溶融池に落下し、溶融する。
【0054】
モータＭ１が回転することにより、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（図４参照）。
【0055】
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基材側粉末材料ＰＢが溶融する。これにより、超硬粉末ＰＨ、バインダＢＤ、および粒成長抑制剤ＰＩが溶融する。
【0056】
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。第一ビード６１は、基材Ｂに形成された溶融池が固化して形成されたものなので、第一ビード６１の下端部は、基材Ｂの内部に入り込んだ形状になっている（図４参照）。
【0057】
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）。
【0058】
その後、モータＭ１が回転することにより、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。
【0059】
この状態においては、図４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。
【0060】
図４に示すように、第一照射領域Ｓ１においては第一ビード６１が再溶融してビード側溶融池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側溶融池７２が形成される。
【0061】
図５に示すように、第一噴射ノズル１４Ａからビード側粉末材料ＰＡがビード側溶融池７１に供給される。また、第二噴射ノズル１４Ｂから基材側粉末材料ＰＢが基材側溶融池７２に供給される。本形態では、ビード側粉末材料ＰＡのビード側溶融池７１への供給量は、基材側粉末材料ＰＢの基材側溶融池７２への供給量より、体積割合で少ない。
【0062】
ビード側溶融池７１に供給されたビード側粉末材料ＰＡは、ビード側溶融池７１内で溶融する。また、基材側溶融池７２に供給された基材側粉末材料ＰＢは、基材側溶融池７２内で溶融する。これにより、超硬粉末ＰＨ、バインダＢＤ、および粒成長抑制剤ＰＩが溶融する。
【0063】
モータＭ１が回転することにより、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側溶融池７１および基材側溶融池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が形成される（図６参照）。
【0064】
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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
図６に示すように、第二ビード６２のうち基材側溶融池７２が固化した部分は第一部分８１とされる。第一部分８１は、基材Ｂが溶融した後に固化した部分なので、加熱、溶融および固化の工程が１回実施された状態になっている。
【0068】
一方、第二ビード６２のうちビード側溶融池７１が固化した部分は第二部分８２とされる。第二部分８２は、第一ビード６１が形成されたときに、加熱、溶融および固化の工程が１回実施され、さらに、ビード側溶融池７１が形成後に固化するときに、２回目の加熱、溶融および固化の工程が実施された状態になっている。
【0069】
図６においては、便宜上、第一部分８１と第二部分８２の境界を曲線で示したが、実際には、ビード側粉末材料ＰＡと基材側粉末材料ＰＢとが溶融後に混ざり合っているため、第二ビード６２において、ビード側粉末材料ＰＡに由来する領域と、基材側粉末材料ＰＢに由来する領域と、を明確に区別することはできない。図５および図６に示すように、第二ビード６２のうち、第一部分８１側に位置する領域は、概ねビード側粉末材料ＰＡにより形成され、第二部分８２側に位置する領域は、概ね基材側粉末材料ＰＢにより形成される。
【0070】
４．本形態の作用効果の説明
続いて、図６および図７を参照して、本形態の作用効果について説明する。ただし、超硬粉末ＰＨの粒子径、および超硬粉末ＰＨの含有量については、説明の便宜のため、強調して記載してある。
続いて、図６および図７を参照して、本形態の作用効果について説明する。ただし、超硬粉末ＰＨの粒子径、および超硬粉末ＰＨの含有量については、説明の便宜のため、強調して記載してある。
【0071】
本形態のビード側粉末材料ＰＡおよび基材側粉末材料ＰＢの双方は、粒成長抑制剤ＰＩを含む。これにより、ビード側粉末材料ＰＡ、および基材側粉末材料ＰＢが、それぞれ、ビード側溶融池７１、および基材側溶融池７２に供給されると、バインダＢＤと、粒成長抑制剤ＰＩが溶融する。すると、溶融する前の超硬粉末ＰＨの周囲は、溶融した粒成長抑制剤ＰＩによって包囲される。この結果、粒成長抑制剤ＰＩに包囲されることにより、超硬粉末がバインダＢＤ内に溶解することが抑制される。これにより、超硬粉末ＰＨの粒子径が成長することが抑制される。
【0072】
図７の左端の図は、１回目の加熱後に固化した状態の粉末材料Ｐを示す。超硬粉末ＰＨは粒度分布を有するので、超硬粉末ＰＨの粒子径は、やや不揃いである。しかし、１回目の加熱時に粉末材料Ｐが溶融した場合であっても、粒成長抑制剤ＰＩによって超硬粉末ＰＨが包囲されることにより、超硬粉末ＰＨの粒子径が成長することが抑制される。
【0073】
さらに、図７の中央の図に示すように、２回目の加熱時に溶融した場合あっても、超硬粉末ＰＨの周囲を包囲する粒成長抑制剤ＰＩによって超硬粉末ＰＨの粒子径が成長することが抑制される。この結果、図７の右端の図に示すように、２回目の加熱後、固化した状態であっても、超硬粉末ＰＨの粒子径が成長することが抑制される。つまり、図７の左端に示す１回目の加熱後の超硬粉末ＰＨの粒子径と、図７の右端に示す２回目の加熱後の超硬粉末ＰＨの粒子径との間に差異が生じることが抑制される。
【0074】
以上により、図６において、１回目の加熱後の構造を有する第一ビード６１および第一部分８１における超硬粉末ＰＨの粒子径と、２回目の加熱後の構造を有する第二部分８２における超硬粉末ＰＨの粒子径と、の間に差異が生じることが抑制されるので、造形物Ｗに縞模様が生じることを抑制できる。
【0075】
（実施形態１の変形例１）
次に、図６を参照して、実施形態１の変形例１について説明する。本変形例１においては、ビード側粉末材料ＰＡは粒成長抑制剤ＰＩを含んでいない。一方、基材側粉末材料ＰＢは粒成長抑制剤ＰＩを含む。本変形例１では、ビード側粉末材料ＰＡの造形条件と、基材側粉末材料ＰＢの造形条件と、が異なっている。
次に、図６を参照して、実施形態１の変形例１について説明する。本変形例１においては、ビード側粉末材料ＰＡは粒成長抑制剤ＰＩを含んでいない。一方、基材側粉末材料ＰＢは粒成長抑制剤ＰＩを含む。本変形例１では、ビード側粉末材料ＰＡの造形条件と、基材側粉末材料ＰＢの造形条件と、が異なっている。
【0076】
上記したように、第一ビード６１は基材側粉末材料ＰＢによって形成されている。従って、第一ビード６１にビームが照射されて溶融することにより形成されたビード側溶融池７１が固化した第二部分８２においては（図６参照）、実施形態１と同様に、粒成長抑制剤ＰＩによって超硬粉末ＰＨの粒径の成長が抑制されている。
【0077】
一方、基材Ｂにビームが照射された溶融することにより形成された基材側溶融池７２が固化した第一部分８１においては、１回目の加熱、溶融および固化の工程が実行されているだけである。しかも、基材側溶融池７２に供給される基材側粉末材料ＰＢには粒成長抑制剤ＰＩが含まれているので、１回目の加熱後における超硬粉末ＰＨの粒子径の成長が抑制される。従って、第一ビード６１の第二部分８２における超硬粉末ＰＨの粒子径の成長と、基材Ｂの第一部分８１における超硬粉末ＰＨの粒子径の成長と、の間に差が生じることが抑制される。これにより縞模様が形成されることを抑制できる。
【0078】
第二ビード６２にビームが照射されてビード側溶融池７１が形成される場合も、上記と同様である。実施形態１において記載したように、第二ビード６２のうち第一部分８１側の領域は、概ね基材側粉末材料ＰＢで形成されており、この基材側粉末材料ＰＢには粒成長抑制剤ＰＩが含まれているからである。
【0079】
（実施形態１の変形例２）
次に、実施形態１の変形例２について説明する。本変形例２においては、基材側粉末材料ＰＢに含まれる粒成長抑制剤ＰＩの割合は、ビード側粉末材料ＰＡに含まれる粒成長抑制剤ＰＩの割合よりも大きい。本変形例２では、ビード側粉末材料ＰＡの造形条件と、基材側粉末材料ＰＢの造形条件と、が異なっている。
次に、実施形態１の変形例２について説明する。本変形例２においては、基材側粉末材料ＰＢに含まれる粒成長抑制剤ＰＩの割合は、ビード側粉末材料ＰＡに含まれる粒成長抑制剤ＰＩの割合よりも大きい。本変形例２では、ビード側粉末材料ＰＡの造形条件と、基材側粉末材料ＰＢの造形条件と、が異なっている。
【0080】
本変形例２においても、基材側粉末材料ＰＢに粒成長抑制剤ＰＩが含まれているので、上記した変形例１と同様に、第一ビード６１の第二部分８２における超硬粉末ＰＨの粒子径の成長と、基材Ｂの第一部分８１における超硬粉末ＰＨの粒子径の成長と、の間に差が生じることが抑制される。これにより縞模様が形成されることを抑制できる。
【0081】
（実施形態２）
次に、図８を参照して、実施形態２について説明する。本実施形態においては、ビード側粉末材料ＰＡ、および基材側粉末材料ＰＢは、超硬粉末ＰＨよりも融点の低い吸熱材料Ｅ（粒成長差抑制手段の一例）を含む。換言すると、二次粒子であるビード側粉末材料ＰＡ、および基材側粉末材料ＰＢは、一次粒子である超硬粉末ＰＨと、吸熱材料Ｅと、を含む。
次に、図８を参照して、実施形態２について説明する。本実施形態においては、ビード側粉末材料ＰＡ、および基材側粉末材料ＰＢは、超硬粉末ＰＨよりも融点の低い吸熱材料Ｅ（粒成長差抑制手段の一例）を含む。換言すると、二次粒子であるビード側粉末材料ＰＡ、および基材側粉末材料ＰＢは、一次粒子である超硬粉末ＰＨと、吸熱材料Ｅと、を含む。
【0082】
図８（ａ）には、ビード側粉末材料ＰＡを示し、図８（ｂ）には、基材側粉末材料ＰＢを示す。本形態においては、ビード側粉末材料ＰＡに含まれる吸熱材料Ｅの割合は、基材側粉末材料ＰＢに含まれる吸熱材料Ｅの割合よりも大きい。本形態では、ビード側粉末材料ＰＡの造形条件と、基材側粉末材料ＰＢの造形条件と、が異なっている。
【0083】
また、本形態は、ビード側粉末材料ＰＡ、および基材側粉末材料ＰＢに、粒成長抑制剤が含まれていない点で、実施形態１と異なる。
【0084】
ビード側粉末材料ＰＡに含まれる吸熱材料Ｅと、基材側粉末材料ＰＢに含まれる吸熱材料Ｅとは、同じ材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
【0085】
本形態の吸熱材料Ｅは、ビード側粉末材料ＰＡ、および基材側粉末材料ＰＢに含まれるバインダＢＤである。バインダＢＤとしては実施形態１と同様の物質を用いることができる。本形態では、バインダＢＤとしてコバルトが用いられている。ただし、吸熱材料Ｅは、バインダＢＤと異なる物質であってもよい。
【0086】
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。
【0087】
本形態によれば、ビード側粉末材料ＰＡがビード側溶融池７１に供給されると、超硬粉末ＰＨよりも融点の低い吸熱材料Ｅ（コバルト）が溶融する。吸熱材料Ｅが溶融することによりビード側溶融池７１の熱が、吸熱材料Ｅにより吸収される。すると、ビード側溶融池７１において２回目の加熱、溶融が実行された場合であっても、ビード側溶融池７１に含まれる超硬粉末ＰＨは溶融しにくくなる。すると、溶融したバインダＢＤ（コバルト）内に超硬粉末ＰＨが溶融して拡散することが抑制される。これにより、ビード側溶融池７１において２回目の加熱、溶融が実行された場合であっても、超硬粉末ＰＨが、オストワルド成長によって収縮または消滅することが抑制される。
【0088】
また、溶融したバインダＢＤ内に超硬粉末ＰＨが溶融することが抑制されるので、超硬粉末ＰＨが、オストワルド成長によって粒子径が成長することも抑制される。
【0089】
この結果、ビード側溶融池７１において２回目の加熱、溶融が実行された場合であっても、第二部分８２における超硬粉末ＰＨの粒子径が成長することを抑制できる。この結果、第二部分８２の粒子径と、第一部分８１の粒子径との粒径差を減少させることができる。これにより縞模様が形成されることを抑制できる。
【0090】
（実施形態３）
次に、図９を参照して実施形態３について説明する。図９（ａ）はビード側粉末材料ＰＡを示し、図９（ｂ）は基材側粉末材料ＰＢを示す。本形態では、基材側粉末材料ＰＢに含まれる超硬粉末ＰＨＢの粒径が、ビード側粉末材料ＰＡに含まれる超硬粉末ＰＨＡの粒径よりも小さい。ビード側粉末材料ＰＡに含まれる超硬粉末ＰＨＡの粒径は、１μｍ～９μｍが好ましく、基材側粉末材料ＰＢに含まれる超硬粉末ＰＨＢの粒径は、１μｍ未満が好ましい。
次に、図９を参照して実施形態３について説明する。図９（ａ）はビード側粉末材料ＰＡを示し、図９（ｂ）は基材側粉末材料ＰＢを示す。本形態では、基材側粉末材料ＰＢに含まれる超硬粉末ＰＨＢの粒径が、ビード側粉末材料ＰＡに含まれる超硬粉末ＰＨＡの粒径よりも小さい。ビード側粉末材料ＰＡに含まれる超硬粉末ＰＨＡの粒径は、１μｍ～９μｍが好ましく、基材側粉末材料ＰＢに含まれる超硬粉末ＰＨＢの粒径は、１μｍ未満が好ましい。
【0091】
また、本形態は、ビード側粉末材料ＰＡ、および基材側粉末材料ＰＢに、粒成長抑制剤が含まれていない点で、実施形態１と異なる。
【0092】
本形態によれば、基材側溶融池７２に基材側粉末材料ＰＢが供給されることにより、第一ビード６１が形成される。次に、第一ビード６１の一部にビームが照射されたビード側溶融池７１が形成される。このとき、ビード側溶融池７１において、オストワルド成長により超硬粉末ＰＨが成長する。しかし、第一ビード６１を構成する基材側粉末材料ＰＢに含まれる超硬粉末ＰＨＢの粒径は比較的に小さいので、ビード側溶融池７１が固化するまでの時間内に、超硬粉末ＰＨＢが大きくなることを抑制することができる。これにより、ビード側溶融池７１が固化してなる第二部分８２における超硬粉末ＰＨＢの粒径が大きくなることを抑制できる。この結果、第二部分８２における超硬粉末ＰＨＢの粒径と、第一部分８１における超硬粉末ＰＨＡの粒径との粒径差を減少させることができる。これにより縞模様が形成されることを抑制できる。
【0093】
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。
【0094】
実施形態１および実施形態２においては、ビード側粉末材料ＰＡに含まれる超硬粉末ＰＨの粒径と、基材側粉末材料ＰＢに含まれる超硬粉末ＰＨの粒径とは同一としたが、これに限られず、異なる粒径としてもよい。
【0095】
実施形態２および実施形態３においては、粉末材料Ｐに、粒成長抑制剤ＰＩが含まれない構成としたが、これに限られず、粒成長抑制剤ＰＩが含まれる構成としてもよい。
【符号の説明】
【0096】
１：付加製造装置、１０Ａ：第一粉末供給装置、１０Ｂ：第二粉末供給装置、２０：ビーム照射装置、６０：ビード、６１：第一ビード、６２：第二ビード、７１：ビード側溶融池、７２：基材側溶融池、８１：第一部分、８２：第二部分、Ｂ：基材、ＢＤ：バインダ、ＢＭ：ビーム、Ｅ：吸熱材料（粒成長差抑制手段）、Ｐ：粉末材料、ＰＡ：ビード側粉末材料、ＰＢ：基材側粉末材料、ＰＨ，ＰＨＡ，ＰＨＢ：超硬粉末、ＰＩ：粒成長抑制剤（粒成長差抑制手段）、Ｗ：造形物
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】