(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-01-11
(45)【発行日】2022-01-24
(54)【発明の名称】積層造形物の製造方法及び積層造形物
(51)【国際特許分類】
B23K 9/04 20060101AFI20220117BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20220117BHJP
B33Y 80/00 20150101ALI20220117BHJP
B23K 9/032 20060101ALI20220117BHJP
【ＦＩ】
B23K9/04 G
B33Y10/00
B33Y80/00
B23K9/04 Z
B23K9/032 Z
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2018107904
(22)【出願日】2018-06-05
(65)【公開番号】P2019209358
(43)【公開日】2019-12-12
【審査請求日】2020-11-30
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】特許業務法人栄光特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山田 岳史
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 伸志
(72)【発明者】
【氏名】山崎 雄幹
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－２１４６３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１１４１１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／１１０００１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】実開平０２－０３４２３７（ＪＰ，Ｕ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１７３６９２（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ９／０４
Ｂ３３Ｙ １０／００
Ｂ３３Ｙ ８０／００
Ｂ２３Ｋ ９／０３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第１造形体と、前記第１金属材料と異なる第２金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第２造形体とを接合して製造される積層造形物の製造方法であって、前記第１金属材料の前記溶着ビードを積層させて前記第１造形体の本体部を造形する第１造形体本体部造形工程と、
前記第１造形体の前記本体部に、前記第１金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第１突条部及び前記第２金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第２突条部を形成し、前記第１突条部と前記第２突条部とを交互に配列させた接合部を造形する接合部造形工程と、
前記接合部に、前記第２金属材料の前記溶着ビードを積層して前記第２造形体の本体部を造形する第２造形体本体部造形工程と、
を含み、
前記第１突条部の前記溶着ビードは、積層方向において、前記第２突条部の前記溶着ビード間、又は前記第２突条部の前記溶着ビードと前記第２造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、且つ、
前記第２突条部の前記溶着ビードは、前記積層方向において、前記第１突条部の前記溶着ビード間、又は前記第１突条部の前記溶着ビードと前記第１造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、
前記接合部造形工程において、前記各第１突条部と前記各第２突条部の少なくとも一方の積層方向への突出長さは、前記第１突条部と前記第２突条部との配列方向において交互に異なる、
積層造形物の製造方法。
【請求項2】
前記接合部造形工程において、前記第１突条部及び前記第２突条部の前記配列方向の幅が層ごとに異なるように、前記第１金属材料の前記溶着ビード及び前記第２金属材料の前記溶着ビードを形成する請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項3】
前記接合部造形工程において、前記第１突条部が、前記積層方向へ向かって次第に幅広となるように、前記第１金属材料の前記溶着ビード及び前記第２金属材料の前記溶着ビードを形成する請求項１又は２に記載の積層造形物の製造方法。
【請求項4】
第１金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第１造形体と、前記第１金属材料と異なる第２金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第２造形体とを接合して製造される積層造形物であって、前記第１金属材料の前記溶着ビードを積層させて造形される前記第１造形体の本体部と、
前記第１造形体の前記本体部に、前記第１金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第１突条部及び前記第２金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第２突条部を形成し、前記第１突条部と前記第２突条部とを交互に配列させて造形される接合部と、
前記接合部に、前記第２金属材料の前記溶着ビードを積層して造形される前記第２造形体の本体部と、
を含み、
前記第１突条部の前記溶着ビードは、積層方向において、前記第２突条部の前記溶着ビード間、又は前記第２突条部の前記溶着ビードと前記第２造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、且つ、
前記第２突条部の前記溶着ビードは、前記積層方向において、前記第１突条部の前記溶着ビード間、又は前記第１突条部の前記溶着ビードと前記第１造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、
前記各第１突条部と前記各第２突条部の少なくとも一方の積層方向への突出長さは、前記第１突条部と前記第２突条部との配列方向において交互に異なる、
積層造形物。
【請求項5】
前記第１突条部及び前記第２突条部は前記配列方向の幅が層ごとに異なる請求項４に記載の積層造形物。
【請求項6】
前記第１突条部が、前記積層方向へ向かって次第に幅広となる請求項４又は５に記載の積層造形物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、積層造形物の製造方法及び積層造形物に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、生産手段としての３Ｄプリンタのニーズが高まっており、特に金属材料への適用については航空機業界等で実用化に向けて研究開発が行われている。金属材料を用いた３Ｄプリンタは、レーザやアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させて造形物を造形する。
【0003】
また、ビードを積層しつつ異種金属を接合して造形物を造形する技術として、特許文献１に記載のものが知られている。この技術では、金属粉末を用いて低入熱でのビード形成を繰り返して異種金属層が順次積層された金属積層構造を形成しており、脆弱な金属間化合物が生成されるような金属の組合せを積層する場合においても、必要な強度の確保を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１７－２１４６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、特許文献１では、異種金属の第一のビードと第二のビードの幅や面積を工夫しながら積層することによって必要な強度を確保しようとしているが、機械的な接合力が十分に得られるように積層されておらず、さらなる改善の余地があった。
【0006】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであり、その目的は、異種金属同士の接合箇所における強度を高めつつ、異種金属を接合して積層造形物を造形することが可能な積層造形物の製造方法及び積層造形物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の上記目的は下記構成によって達成される。
（１） 第１金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第１造形体と、前記第１金属材料と異なる第２金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第２造形体とを接合して製造される積層造形物の製造方法であって、
前記第１金属材料の前記溶着ビードを積層させて前記第１造形体の本体部を造形する第１造形体本体部造形工程と、
前記第１造形体の前記本体部に、前記第１金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第１突条部及び前記第２金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第２突条部を形成し、前記第１突条部と前記第２突条部とを交互に配列させた接合部を造形する接合部造形工程と、
前記接合部に、前記第２金属材料の前記溶着ビードを積層して前記第２造形体の本体部を造形する第２造形体本体部造形工程と、
を含み、
前記第１突条部の前記溶着ビードは、積層方向において、前記第２突条部の前記溶着ビード間、又は前記第２突条部の前記溶着ビードと前記第２造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、且つ、
前記第２突条部の前記溶着ビードは、前記積層方向において、前記第１突条部の前記溶着ビード間、又は前記第１突条部の前記溶着ビードと前記第１造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、
前記接合部造形工程において、前記各第１突条部と前記各第２突条部の少なくとも一方の積層方向への突出長さは、前記第１突条部と前記第２突条部との配列方向において交互に異なる、
積層造形物の製造方法。
（２） 第１金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第１造形体と、前記第１金属材料と異なる第２金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第２造形体とを接合して製造される積層造形物であって、
前記第１金属材料の前記溶着ビードを積層させて造形される前記第１造形体の本体部と、
前記第１造形体の前記本体部に、前記第１金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第１突条部及び前記第２金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第２突条部を形成し、前記第１突条部と前記第２突条部とを交互に配列させて造形される接合部と、
前記接合部に、前記第２金属材料の前記溶着ビードを積層して造形される前記第２造形体の本体部と、
を含み、
前記第１突条部の前記溶着ビードは、積層方向において、前記第２突条部の前記溶着ビード間、又は前記第２突条部の前記溶着ビードと前記第２造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、且つ、
前記第２突条部の前記溶着ビードは、前記積層方向において、前記第１突条部の前記溶着ビード間、又は前記第１突条部の前記溶着ビードと前記第１造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、
前記各第１突条部と前記各第２突条部の少なくとも一方の積層方向への突出長さは、前記第１突条部と前記第２突条部との配列方向において交互に異なる、
積層造形物。
（１） 第１金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第１造形体と、前記第１金属材料と異なる第２金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第２造形体とを接合して製造される積層造形物の製造方法であって、
前記第１金属材料の前記溶着ビードを積層させて前記第１造形体の本体部を造形する第１造形体本体部造形工程と、
前記第１造形体の前記本体部に、前記第１金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第１突条部及び前記第２金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第２突条部を形成し、前記第１突条部と前記第２突条部とを交互に配列させた接合部を造形する接合部造形工程と、
前記接合部に、前記第２金属材料の前記溶着ビードを積層して前記第２造形体の本体部を造形する第２造形体本体部造形工程と、
を含み、
前記第１突条部の前記溶着ビードは、積層方向において、前記第２突条部の前記溶着ビード間、又は前記第２突条部の前記溶着ビードと前記第２造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、且つ、
前記第２突条部の前記溶着ビードは、前記積層方向において、前記第１突条部の前記溶着ビード間、又は前記第１突条部の前記溶着ビードと前記第１造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、
前記接合部造形工程において、前記各第１突条部と前記各第２突条部の少なくとも一方の積層方向への突出長さは、前記第１突条部と前記第２突条部との配列方向において交互に異なる、
積層造形物の製造方法。
（２） 第１金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第１造形体と、前記第１金属材料と異なる第２金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第２造形体とを接合して製造される積層造形物であって、
前記第１金属材料の前記溶着ビードを積層させて造形される前記第１造形体の本体部と、
前記第１造形体の前記本体部に、前記第１金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第１突条部及び前記第２金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第２突条部を形成し、前記第１突条部と前記第２突条部とを交互に配列させて造形される接合部と、
前記接合部に、前記第２金属材料の前記溶着ビードを積層して造形される前記第２造形体の本体部と、
を含み、
前記第１突条部の前記溶着ビードは、積層方向において、前記第２突条部の前記溶着ビード間、又は前記第２突条部の前記溶着ビードと前記第２造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、且つ、
前記第２突条部の前記溶着ビードは、前記積層方向において、前記第１突条部の前記溶着ビード間、又は前記第１突条部の前記溶着ビードと前記第１造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、
前記各第１突条部と前記各第２突条部の少なくとも一方の積層方向への突出長さは、前記第１突条部と前記第２突条部との配列方向において交互に異なる、
積層造形物。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、異種金属同士の接合箇所における強度を高めつつ、異種金属を接合して積層造形物を造形することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】積層造形物の製造方法に使用される製造システムの構成図である。
【図2】積層造形物の構造を模式的に示す断面図である。
【図4】積層造形物の製造手順を示し、（ａ）は、第１造形体本体部造形工程の断面図、（ｂ）は、第１造形体本体部造形工程の平面図である。
【図5】積層造形物の製造手順を示し、（ａ）は、接合部造形工程の断面図、（ｂ）は接合部造形工程の平面図である。
【図6】積層造形物の製造手順を示し、（ａ）は第２造形体本体部造形工程の断面図、（ｂ）は第２造形体本体部造形工程の平面図である。
【図7】変形例１を説明する積層造形物を模式的に示す断面図である。
【図8】変形例２を説明する積層造形物を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の積層造形物の製造方法に使用される製造システムの概略構成図である。
【0011】
本構成の製造システム１００は、積層造形装置１１と、積層造形装置１１を統括制御するコントローラ１５と、を備える。
【0012】
積層造形装置１１は、先端軸にトーチ１７を有する溶接ロボット１９と、トーチ１７に溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを供給する溶加材供給部２１とを有する。トーチ１７は、溶加材Ｍを先端から突出した状態に保持する。
【0013】
コントローラ１５は、ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１と、軌道演算部３３と、記憶部３５と、これらが接続される制御部３７と、を有する。
【0014】
溶接ロボット１９は、多関節ロボットであり、先端軸に設けたトーチ１７には、溶加材Ｍが連続供給可能に支持される。トーチ１７の位置や姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。
【0015】
トーチ１７は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給される。本構成で用いられるアーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、製作する積層造形物Ｗに応じて適宜選定される。
【0016】
例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Ｍがコンタクトチップに保持される。トーチ１７は、溶加材Ｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｍの先端からアークを発生する。溶加材Ｍは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部２１からトーチ１７に送給される。そして、トーチ１７を移動しつつ、連続送給される溶加材Ｍを溶融及び凝固させると、溶加材Ｍの溶融凝固体である線状の溶着ビード２５が形成される。
【0017】
なお、溶加材Ｍを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビームやレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。電子ビームやレーザにより加熱する場合、加熱量を更に細かく制御でき、溶着ビードの状態をより適正に維持して、積層構造物の更なる品質向上に寄与できる。
【0018】
ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１は、製作しようとする積層造形物Ｗの形状データを作成した後、複数の層に分割して各層の形状を表す層形状データを生成する。軌道演算部３３は、生成された層形状データに基づいてトーチ１７の移動軌跡を求める。記憶部３５は、生成された層形状データやトーチ１７の移動軌跡等のデータを記憶する。
【0019】
制御部３７は、記憶部３５に記憶された層形状データやトーチ１７の移動軌跡に基づく駆動プログラムを実行して、溶接ロボット１９を駆動する。つまり、溶接ロボット１９は、コントローラ１５からの指令により、軌道演算部３３で生成したトーチ１７の移動軌跡に基づき、溶加材Ｍをアークで溶融させながらトーチ１７を移動する。なお、図１においては、板状のベース２０の上面に沿ってトーチ１７を移動させて溶着ビード２５を形成して積層造形物Ｗを造形する様子を示している。
【0020】
上記構成の製造システム１００は、設定された層形状データから生成されるトーチ１７の移動軌跡に沿って、トーチ１７を溶接ロボット１９の駆動により移動させながら、溶加材Ｍを溶融させ、溶融した溶加材Ｍをベース２０上に供給する。これにより、ベース２０の上面に複数の線状の溶着ビード２５が並べられて積層された積層造形物Ｗが造形される。
【0021】
ところで、積層造形では、例えば、鉄とアルミニウムなどの異種金属を接合して積層造形物Ｗを製造することがある。このような場合、異種金属の接合箇所で脆性的な金属化合物が生成され、強度が低下するおそれがある。
【0022】
このため、本実施形態に係る製造方法では、異種金属同士の接合箇所を有する積層造形物Ｗを製造するにあたり、その接合箇所の機械的強度を高めて製造している。
【0023】
以下、図２及び図３を参照して、本実施形態で製造する積層造形物Ｗについて説明する。
図２に示すように、積層造形物Ｗは、第１金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビード２５を積層させてなる第１造形体Ｗ１と、第１金属材料と異なる第２金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビード２５を積層させてなる第２造形体Ｗ２とを接合して製造される。
なお、ここでは、第１金属材料を鋼製とし、第２金属材料をアルミニウム製（純アルミ、アルミニウム合金を含む）としているが、これに限らず、第２金属材料をチタン製としてもよい。また、第１金属材料を軟鋼とし、第２金属材料をステンレス鋼やステライト合金、コルモノイ合金などとする組合せや、第１金属材料をステンレス鋼、第２金属材料をステライト合金やコルモノイ合金とするような組合せなど、異なる種類の鋼製同士の組合せであってもよい。
図２に示すように、積層造形物Ｗは、第１金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビード２５を積層させてなる第１造形体Ｗ１と、第１金属材料と異なる第２金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビード２５を積層させてなる第２造形体Ｗ２とを接合して製造される。
なお、ここでは、第１金属材料を鋼製とし、第２金属材料をアルミニウム製（純アルミ、アルミニウム合金を含む）としているが、これに限らず、第２金属材料をチタン製としてもよい。また、第１金属材料を軟鋼とし、第２金属材料をステンレス鋼やステライト合金、コルモノイ合金などとする組合せや、第１金属材料をステンレス鋼、第２金属材料をステライト合金やコルモノイ合金とするような組合せなど、異なる種類の鋼製同士の組合せであってもよい。
【0024】
本実施形態では、第１造形体Ｗ１及び第２造形体Ｗ２は、それぞれ溶着ビード２５を同一方向に沿って形成したものを、該溶着ビード２５の伸長方向に直交する幅方向に複数配列して各層を形成し、これらの溶着ビード２５を積層させることで造形されている。なお、溶着ビード２５としては、直径４ｍｍ～５ｍｍ程度であることが好ましい。
【0025】
第１造形体Ｗ１は、ベース２０の上面に積層された板状の本体部Ｗ１ａと（図１参照）、この本体部Ｗ１ａにおける第２造形体Ｗ２との接合側に形成された突条からなる複数の第１突条部Ｗ１ｂとを有している。第１突条部Ｗ１ｂは、本体部Ｗ１ａから突出するように形成され、溶着ビード２５の伸長方向に直交する幅方向に間隔をあけて形成されている。
【0026】
第２造形体Ｗ２は、板状の本体部Ｗ２ａと、この本体部Ｗ２ａにおける第１造形体Ｗ１との接合側に形成された突条からなる複数の第２突条部Ｗ２ｂとを有している。第２突条部Ｗ２ｂは、本体部Ｗ２ａから突出するように形成され、溶着ビード２５の伸長方向に直交する幅方向に間隔をあけて形成されている。
【0027】
接合部ＷＳでは、第１造形体Ｗ１の第１突条部Ｗ１ｂは、第２造形体Ｗ２の第２突条部Ｗ２ｂ同士の間に入り込んでおり、第２造形体Ｗ２の第２突条部Ｗ２ｂは、第１造形体Ｗ１の第１突条部Ｗ１ｂ同士の間に入り込んでいる。そして、第１造形体Ｗ１と第２造形体Ｗ２とは、第１突条部Ｗ１ｂと第２突条部Ｗ２ｂとが互いに噛み合わされた部分が接合部ＷＳとされて互いに接合されている。また、第１突条部Ｗ１ｂ及び第２突条部Ｗ２ｂは配列方向の幅が層ごとに異なるように形成されている。
【0028】
即ち、図３に示すように、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５は、積層方向において、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５間に挟持され、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５は、積層方向において、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５間に挟持される。したがって、第１造形体Ｗ１の第１突条部Ｗ１ｂと第２造形体Ｗ２の第２突条部Ｗ２ｂとの境界部では、互いの溶着ビード２５がオーバーラップして積層方向に積み重なっている。
これにより、第１突条部Ｗ１ｂと第２突条部Ｗ２ｂとの境界部においてアンカー効果を持たせることができ、異種金属からなる第１造形体Ｗ１と第２造形体Ｗ２との接合強度を高めることができる。
これにより、第１突条部Ｗ１ｂと第２突条部Ｗ２ｂとの境界部においてアンカー効果を持たせることができ、異種金属からなる第１造形体Ｗ１と第２造形体Ｗ２との接合強度を高めることができる。
【0029】
【0030】
積層造形物Ｗを製造する際に、製造システム１００では、第１造形体Ｗ１の造形時には、第１造形体Ｗ１の金属材料からなる第１金属材料の溶加材Ｍ１をトーチ１７へ供給し、第２造形体Ｗ２の造形時には、溶加材供給部２１から供給する溶加材Ｍを、溶加材Ｍ１から第２造形体Ｗ２の金属材料からなる第２金属材料の溶加材Ｍ２に切り替えてトーチ１７へ供給する（図１参照）。
【0031】
（第１造形体本体部造形工程）
図４に示すように、トーチ１７へ第１造形体Ｗ１の金属材料からなる溶加材Ｍ１を供給し、トーチ１７によって同一方向に伸長する溶着ビード２５を配列方向に並べることで層を形成する。さらに、該層の上に、同様に複数の溶着ビード２５を形成することで積層し、これを繰り返すことで、第１造形体Ｗ１の本体部Ｗ１ａを造形する。なお、本実施形態では、溶着ビード２５は、下層において、配列方向に隣り合う２つの溶着ビード２５の中間位置を狙ってそれぞれ形成される。
図４に示すように、トーチ１７へ第１造形体Ｗ１の金属材料からなる溶加材Ｍ１を供給し、トーチ１７によって同一方向に伸長する溶着ビード２５を配列方向に並べることで層を形成する。さらに、該層の上に、同様に複数の溶着ビード２５を形成することで積層し、これを繰り返すことで、第１造形体Ｗ１の本体部Ｗ１ａを造形する。なお、本実施形態では、溶着ビード２５は、下層において、配列方向に隣り合う２つの溶着ビード２５の中間位置を狙ってそれぞれ形成される。
【0032】
（接合部造形工程）
次に、図５に示すように、第１造形体Ｗ１の本体部Ｗ１ａの上部に、第１造形体Ｗ１の第１突条部Ｗ１ｂとなる溶着ビード２５及び第２造形体Ｗ２の第２突条部Ｗ２ｂとなる溶着ビード２５を層ごとに形成し、さらに積層させる。そして、第１突条部Ｗ１ｂ及び第２突条部Ｗ２ｂが互いに噛み合わされた接合部ＷＳを造形する。このとき、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５は、溶加材Ｍ１をトーチ１７へ供給して形成し、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５は、溶加材Ｍ２をトーチ１７へ供給して形成する。なお、接合部ＷＳを造形する際には、この接合部ＷＳで必要となる接合強度に応じて第１突条部Ｗ１ｂ及び第２突条部Ｗ２ｂの幅寸法や突出寸法を適宜調整するのが好ましい。
特に、本実施形態では、溶着ビード２５の中心位置が、上下の層の溶着ビード２５の中心位置に対して溶着ビード２５の直径の１／２ずつずれているので、第１突条部Ｗ１ｂと第２突条部Ｗ２ｂとの境界部では、互いの溶着ビード２５がオーバーラップして積層方向に積み重なっている。
次に、図５に示すように、第１造形体Ｗ１の本体部Ｗ１ａの上部に、第１造形体Ｗ１の第１突条部Ｗ１ｂとなる溶着ビード２５及び第２造形体Ｗ２の第２突条部Ｗ２ｂとなる溶着ビード２５を層ごとに形成し、さらに積層させる。そして、第１突条部Ｗ１ｂ及び第２突条部Ｗ２ｂが互いに噛み合わされた接合部ＷＳを造形する。このとき、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５は、溶加材Ｍ１をトーチ１７へ供給して形成し、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５は、溶加材Ｍ２をトーチ１７へ供給して形成する。なお、接合部ＷＳを造形する際には、この接合部ＷＳで必要となる接合強度に応じて第１突条部Ｗ１ｂ及び第２突条部Ｗ２ｂの幅寸法や突出寸法を適宜調整するのが好ましい。
特に、本実施形態では、溶着ビード２５の中心位置が、上下の層の溶着ビード２５の中心位置に対して溶着ビード２５の直径の１／２ずつずれているので、第１突条部Ｗ１ｂと第２突条部Ｗ２ｂとの境界部では、互いの溶着ビード２５がオーバーラップして積層方向に積み重なっている。
【0033】
また、第１突条部Ｗ１ｂ及び第２突条部Ｗ２ｂの配列方向の幅を層ごとに異ならせる、即ち、配列方向の溶着ビード２５の本数を層ごとに異ならせ、各突状部Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂの形状が線対称となっているので、各突状部Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂの配列方向両側での境界部に作用するせん断力Ｆ（図３参照）が等しくなる。
【0034】
なお、本実施形態では、配列方向の幅を１層ごとに異ならせているが、本発明は、これに限らず、複数層ごとに異ならせてもよい。即ち、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５が、積層方向において、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５間に挟持され、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５が、積層方向において、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５間に挟持される構成となればよい。
【0035】
（第２造形体本体部造形工程）
そして、図６に示すように、接合部ＷＳを造形したら、トーチ１７へ第２造形体Ｗ２の金属材料からなる溶加材Ｍ２を供給し、接合部ＷＳ上にトーチ１７によって同一方向に伸長する溶着ビード２５を配列方向に並べることで層を形成する。さらに、該層の上に、同様に、複数の溶着ビード２５を形成することで積層して、これを繰り返すことで、第２造形体Ｗ２の本体部Ｗ２ａを造形する。したがって、異種金属からなる第１造形体Ｗ１と第２造形体Ｗ２とが接合部ＷＳで接合された積層造形物Ｗが製造される。
そして、図６に示すように、接合部ＷＳを造形したら、トーチ１７へ第２造形体Ｗ２の金属材料からなる溶加材Ｍ２を供給し、接合部ＷＳ上にトーチ１７によって同一方向に伸長する溶着ビード２５を配列方向に並べることで層を形成する。さらに、該層の上に、同様に、複数の溶着ビード２５を形成することで積層して、これを繰り返すことで、第２造形体Ｗ２の本体部Ｗ２ａを造形する。したがって、異種金属からなる第１造形体Ｗ１と第２造形体Ｗ２とが接合部ＷＳで接合された積層造形物Ｗが製造される。
【0036】
以上、説明したように、本実施形態に係る積層造形物Ｗの製造方法及び積層造形物Ｗによれば、異種金属からなる第１造形体Ｗ１と第２造形体Ｗ２との接合部ＷＳを、複数の第１突条部Ｗ１ｂと第２突条部Ｗ２ｂとを交互に配列させ、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５は、積層方向において、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５間で挟持され、且つ、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５は、積層方向において、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５間で挟持される。これにより、異種金属からなる第１造形体Ｗ１と第２造形体Ｗ２とが、高い強度で接合された積層造形物Ｗを製造することができる。特に、接合部ＷＳにおける第１突条部Ｗ１ｂと第２突条部Ｗ２ｂとの境界部では、互いの溶着ビード２５が入り込んで噛み込んだ状態となり、アンカー効果を持たせることができる。したがって、第１突条部Ｗ１ｂと第２突条部Ｗ２ｂとの境界部に作用するせん断力Ｆ（図３参照）に対する強度を高めることができ、第１造形体Ｗ１と第２造形体Ｗ２との接合強度を高めることができる。
【0037】
（変形例１）
図７は変形例１を説明する積層造形物の断面図である。変形例１では、接合部造形工程において、各第１突条部Ｗ１ｂの積層方向への突出長さが、配列方向において交互に異なり、同様に、各第２突条部Ｗ２ｂの積層方向への突出長さが、配列方向において交互に異なるようにして、接合部ＷＳが造形される。
図７は変形例１を説明する積層造形物の断面図である。変形例１では、接合部造形工程において、各第１突条部Ｗ１ｂの積層方向への突出長さが、配列方向において交互に異なり、同様に、各第２突条部Ｗ２ｂの積層方向への突出長さが、配列方向において交互に異なるようにして、接合部ＷＳが造形される。
【0038】
これにより、第１造形体Ｗ１の第１突条部Ｗ１ｂと第２造形体Ｗ２の本体部Ｗ２ａとの突き合わせ箇所を通るラインＬ１及び第２造形体Ｗ２の第２突条部Ｗ２ｂと第１造形体Ｗ１の本体部Ｗ１ａとの突き合わせ箇所を通るラインＬ２が直線状とならず、凹凸状となる。
【0039】
例えば、上記実施形態では、第１造形体Ｗ１の第１突条部Ｗ１ｂと第２造形体Ｗ２の本体部Ｗ２ａとの突き合わせ箇所を通るラインＬ１及び第２造形体Ｗ２の第２突条部Ｗ２ｂと第１造形体Ｗ１の本体部Ｗ１ａとの突き合わせ箇所を通るラインＬ２は直線状となる（図２参照）。
【0040】
ここで、例えば、第１造形体Ｗ１の強度が第２造形体Ｗ２の強度よりも低い場合では、ラインＬ２が破断ラインとして想定されるが、該変形例１のように、ラインＬ２を凹凸状とすることで、破断ラインが長くなり、第１造形体Ｗ１と第２造形体Ｗ２との接合部ＷＳでの破断強度を高めることができる。
【0041】
なお、この変形例１では、各第１突条部Ｗ１ｂと各第２突条部Ｗ２ｂの両方の積層方向への突出長さを、配列方向において交互に異なられせているが、強度が高い側の造形体の突状部の積層方向への突出長さのみを長くするようにしても、本変形例の効果を発揮することができる。
【0042】
（変形例２）
図８は変形例２を説明する積層造形物の断面図である。変形例２では、接合部造形工程において、第１造形体Ｗ１の第１突条部Ｗ１ｂが積層方向へ向かって次第に幅広とされ、代わりに、第２造形体Ｗ２の突条部Ｗ２ｂが積層方向へ向かって次第に幅狭となるように接合部ＷＳが造形される。
この場合、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５は、積層方向において、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５と第２造形体Ｗ２の本体部Ｗ２ａの溶着ビード２５との間で挟持され、且つ、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５は、積層方向において、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５と第１造形体Ｗ１の本体部Ｗ１ａの溶着ビード２５との間で挟持される。
図８は変形例２を説明する積層造形物の断面図である。変形例２では、接合部造形工程において、第１造形体Ｗ１の第１突条部Ｗ１ｂが積層方向へ向かって次第に幅広とされ、代わりに、第２造形体Ｗ２の突条部Ｗ２ｂが積層方向へ向かって次第に幅狭となるように接合部ＷＳが造形される。
この場合、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５は、積層方向において、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５と第２造形体Ｗ２の本体部Ｗ２ａの溶着ビード２５との間で挟持され、且つ、第２突条部Ｗ２ｂの溶着ビード２５は、積層方向において、第１突条部Ｗ１ｂの溶着ビード２５と第１造形体Ｗ１の本体部Ｗ１ａの溶着ビード２５との間で挟持される。
【0043】
したがって、この変形例２においても、接合部ＷＳにおける第１突条部Ｗ１ｂと第２突条部Ｗ２ｂとのアンカー効果をより高めることができ、第１造形体Ｗ１と第２造形体Ｗ２との接合強度が高められた積層造形物Ｗを製造することができる。
【0044】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【0045】
例えば、上記実施形態の製造システム１００では、溶加材Ｍ１及び溶加材Ｍ２を切り替えて溶加材供給部２１からトーチ１７へ供給して第１造形体Ｗ１及び第２造形体Ｗ２を造形したが、製造システム１００としては、他の構成としてもよい。例えば、溶加材Ｍ１によって溶着ビード２５を形成するトーチ１７及び溶加材Ｍ２によって溶着ビード２５を形成するトーチ１７を設け、これらの二つのトーチ１７によって溶着ビード２５を形成して第１造形体Ｗ１及び第２造形体Ｗ２を造形してもよい。
【0046】
また、上記実施形態では、第１突条部Ｗ１ｂ及び第２突条部Ｗ２ｂを直線状の複数の溶着ビード２５によって形成される構成としたが、本発明は、これに限らず、例えば、円形や矩形などの環状の溶着ビードや螺旋状の溶着ビードを中心から離れる方向に交互に配列するようにして各層を構成してもよい。この場合も、第１突条部の溶着ビードが、積層方向において、第２突条部の溶着ビード間、又は第２突条部の溶着ビードと第２造形体の本体部の溶着ビードとの間で挟持され、且つ、第２突条部の溶着ビードが、積層方向において、第１突条部の溶着ビード間、又は第１突条部の溶着ビードと第１造形体の本体部の溶着ビードとの間で挟持されることで、接合部ＷＳにおける接合強度を高めることができる。
【0047】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 第１金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第１造形体と、前記第１金属材料と異なる第２金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第２造形体とを接合して製造される積層造形物の製造方法であって、
前記第１金属材料の前記溶着ビードを積層させて前記第１造形体の本体部を造形する第１造形体本体部造形工程と、
前記第１造形体の前記本体部に、前記第１金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第１突条部及び前記第２金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第２突条部を形成し、前記第１突条部と前記第２突条部とを交互に配列させた接合部を造形する接合部造形工程と、
前記接合部に、前記第２金属材料の前記溶着ビードを積層して前記第２造形体の本体部を造形する第２造形体本体部造形工程と、
を含み、
前記第１突条部の前記溶着ビードは、積層方向において、前記第２突条部の前記溶着ビード間、又は前記第２突条部の前記溶着ビードと前記第２造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、且つ、
前記第２突条部の前記溶着ビードは、前記積層方向において、前記第１突条部の前記溶着ビード間、又は前記第１突条部の前記溶着ビードと前記第１造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持される積層造形物の製造方法。
これにより、異種金属からなる第１造形体と第２造形体とが、高い強度で接合された積層造形物を製造することができる。特に、第１突条部と第２突条部との境界部におけるせん断強度を高めることができ、第１造形体と第２造形体との接合強度を高めることができる。
（１） 第１金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第１造形体と、前記第１金属材料と異なる第２金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第２造形体とを接合して製造される積層造形物の製造方法であって、
前記第１金属材料の前記溶着ビードを積層させて前記第１造形体の本体部を造形する第１造形体本体部造形工程と、
前記第１造形体の前記本体部に、前記第１金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第１突条部及び前記第２金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第２突条部を形成し、前記第１突条部と前記第２突条部とを交互に配列させた接合部を造形する接合部造形工程と、
前記接合部に、前記第２金属材料の前記溶着ビードを積層して前記第２造形体の本体部を造形する第２造形体本体部造形工程と、
を含み、
前記第１突条部の前記溶着ビードは、積層方向において、前記第２突条部の前記溶着ビード間、又は前記第２突条部の前記溶着ビードと前記第２造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、且つ、
前記第２突条部の前記溶着ビードは、前記積層方向において、前記第１突条部の前記溶着ビード間、又は前記第１突条部の前記溶着ビードと前記第１造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持される積層造形物の製造方法。
これにより、異種金属からなる第１造形体と第２造形体とが、高い強度で接合された積層造形物を製造することができる。特に、第１突条部と第２突条部との境界部におけるせん断強度を高めることができ、第１造形体と第２造形体との接合強度を高めることができる。
【0048】
（２） 前記接合部造形工程において、前記第１突条部及び前記第２突条部が配列方向の幅が層ごとに異なるように、前記第１金属材料の前記溶着ビード及び前記第２金属材料の前記溶着ビードを形成する（１）に記載の積層造形物の製造方法。
これにより、接合部における第１突条部と第２突条部との境界部では、互いの溶着ビードが入り込んで噛み込んだ状態となり、アンカー効果を持たせることができる。
これにより、接合部における第１突条部と第２突条部との境界部では、互いの溶着ビードが入り込んで噛み込んだ状態となり、アンカー効果を持たせることができる。
【0049】
（３） 前記接合部造形工程において、前記各第１突条部と前記各第２突条部の少なくとも一方の積層方向への突出長さは、前記配列方向において交互に異なる（１）または（２）に記載の積層造形物の製造方法。
これにより、第１造形体の第１突条部と第２造形体の本体部との突き合わせ箇所を通るライン及び第２造形体の第２突条部と第１造形体の本体部との突き合わせ箇所を通るラインの少なくとも一方を凹凸状にでき、該ラインを長くして、第１造形体と第２造形体との接合部での破断強度を高めることができる。
これにより、第１造形体の第１突条部と第２造形体の本体部との突き合わせ箇所を通るライン及び第２造形体の第２突条部と第１造形体の本体部との突き合わせ箇所を通るラインの少なくとも一方を凹凸状にでき、該ラインを長くして、第１造形体と第２造形体との接合部での破断強度を高めることができる。
【0050】
（４） 前記接合部造形工程において、前記第１突条部が、前記積層方向へ向かって次第に幅広となるように、前記第１金属材料の前記溶着ビード及び前記第２金属材料の前記溶着ビードを形成する（１）～（３）のいずれか１項に記載の積層造形物の製造方法。
これにより、接合部における第１突条部と第２突条部とのアンカー効果をより高めることができ、第１造形体と第２造形体との接合強度がさらに高められた積層造形物を製造することができる。
これにより、接合部における第１突条部と第２突条部とのアンカー効果をより高めることができ、第１造形体と第２造形体との接合強度がさらに高められた積層造形物を製造することができる。
【0051】
（５） 第１金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第１造形体と、前記第１金属材料と異なる第２金属材料の溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層させてなる第２造形体とを接合して製造される積層造形物であって、
前記第１金属材料の前記溶着ビードを積層させて造形される前記第１造形体の本体部と、
前記第１造形体の前記本体部に、前記第１金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第１突条部及び前記第２金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第２突条部を形成し、前記第１突条部と前記第２突条部とを交互に配列させて造形される接合部と、
前記接合部に、前記第２金属材料の前記溶着ビードを積層して造形される前記第２造形体の本体部と、
を含み、
前記第１突条部の前記溶着ビードは、積層方向において、前記第２突条部の前記溶着ビード間、又は前記第２突条部の前記溶着ビードと前記第２造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、且つ、
前記第２突条部の前記溶着ビードは、前記積層方向において、前記第１突条部の前記溶着ビード間、又は前記第１突条部の前記溶着ビードと前記第１造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持される積層造形物。
これにより、異種金属からなる第１造形体と第２造形体とが、高い強度で接合された積層造形物を製造することができる。特に、第１突条部と第２突条部との境界部におけるせん断強度を高めることができ、第１造形体と第２造形体との接合強度を高めることができる。
前記第１金属材料の前記溶着ビードを積層させて造形される前記第１造形体の本体部と、
前記第１造形体の前記本体部に、前記第１金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第１突条部及び前記第２金属材料の前記溶着ビードからなる複数の第２突条部を形成し、前記第１突条部と前記第２突条部とを交互に配列させて造形される接合部と、
前記接合部に、前記第２金属材料の前記溶着ビードを積層して造形される前記第２造形体の本体部と、
を含み、
前記第１突条部の前記溶着ビードは、積層方向において、前記第２突条部の前記溶着ビード間、又は前記第２突条部の前記溶着ビードと前記第２造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持され、且つ、
前記第２突条部の前記溶着ビードは、前記積層方向において、前記第１突条部の前記溶着ビード間、又は前記第１突条部の前記溶着ビードと前記第１造形体の本体部の前記溶着ビードとの間で挟持される積層造形物。
これにより、異種金属からなる第１造形体と第２造形体とが、高い強度で接合された積層造形物を製造することができる。特に、第１突条部と第２突条部との境界部におけるせん断強度を高めることができ、第１造形体と第２造形体との接合強度を高めることができる。
【0052】
（６） 前記第１突条部及び前記第２突条部が配列方向の幅が層ごとに異なる（５）に記載の積層造形物。
これにより、接合部における第１突条部と第２突条部との境界部では、互いの溶着ビードが入り込んで噛み込んだ状態となり、アンカー効果を持たせることができる。
これにより、接合部における第１突条部と第２突条部との境界部では、互いの溶着ビードが入り込んで噛み込んだ状態となり、アンカー効果を持たせることができる。
【0053】
（７） 前記各第１突条部と前記各第２突条部の少なくとも一方の積層方向への突出長さは、前記配列方向において交互に異なる（５）または（６）に記載の積層造形物。
これにより、第１造形体の第１突条部と第２造形体の本体部との突き合わせ箇所を通るライン及び第２造形体の第２突条部と第１造形体の本体部との突き合わせ箇所を通るラインの少なくとも一方を凹凸状にでき、該ラインを長くして、第１造形体と第２造形体との接合部での破断強度を高めることができる。
これにより、第１造形体の第１突条部と第２造形体の本体部との突き合わせ箇所を通るライン及び第２造形体の第２突条部と第１造形体の本体部との突き合わせ箇所を通るラインの少なくとも一方を凹凸状にでき、該ラインを長くして、第１造形体と第２造形体との接合部での破断強度を高めることができる。
【0054】
（８） 前記第１突条部が、前記積層方向へ向かって次第に幅広となる（５）～（７）のいずれかに記載の積層造形物。
これにより、接合部における第１突条部と第２突条部とのアンカー効果をより高めることができ、第１造形体と第２造形体との接合強度がさらに高められた積層造形物を製造することができる。
これにより、接合部における第１突条部と第２突条部とのアンカー効果をより高めることができ、第１造形体と第２造形体との接合強度がさらに高められた積層造形物を製造することができる。
【符号の説明】
【0055】
２５ 溶着ビード
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２ 溶加材
Ｗ 積層造形物
Ｗ１ 第１造形体
Ｗ２ 第２造形体
Ｗ１ａ，Ｗ２ａ 本体部
Ｗ１ｂ 第１突条部
Ｗ２ｂ 第２突条部
ＷＳ 接合部
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２ 溶加材
Ｗ 積層造形物
Ｗ１ 第１造形体
Ｗ２ 第２造形体
Ｗ１ａ，Ｗ２ａ 本体部
Ｗ１ｂ 第１突条部
Ｗ２ｂ 第２突条部
ＷＳ 接合部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】