特許 7449169 造形物製造方法

(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】2024-03-05

(45)【発行日】2024-03-13

(54)【発明の名称】造形物製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/16 20060101AFI20240306BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240306BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240306BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20240306BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20240306BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240306BHJP

   B33Y 80/00 20150101ALI20240306BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20240306BHJP

   B22F 3/10 20060101ALI20240306BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20240306BHJP

【ＦＩ】

B22F3/16

B33Y10/00

B29C64/153

B29C64/268

B29C64/393

B33Y50/02

B33Y80/00

B22F3/105

B22F3/10 101

C22C38/00 304

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020092568

(22)【出願日】2020-05-27

(65)【公開番号】P2021188077

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-01-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(72)【発明者】

【氏名】大西 春樹

(72)【発明者】

【氏名】日野 武久

【審査官】長谷部 智寿

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１２１３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２０４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９６２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５４２８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－００３０１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １／００－８／００

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／００

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／０２

Ｂ３３Ｙ ８０／００

Ｃ２２Ｃ ３８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形物を製造する造形物製造方法であって、
粉末を供給して粉末層を形成する粉末層形成工程と、
前記粉末層にエネルギービームを照射して前記粉末層が溶解した溶解層を形成する溶解層形成工程と、を備え、
前記粉末層形成工程と前記溶解層形成工程とが繰り返し実行されることにより、積層された前記溶解層で構成される前記造形物が積層造形され、
前記造形物は、製品部と、積層方向で見たときに前記製品部とは離間した造形品質確認部と、前記造形品質確認部と前記製品部とを接続する接続部と、を有し、
前記造形品質確認部は、前記積層方向に棒状に延び、
前記接続部は、前記造形品質確認部から前記積層方向に対して斜め上方に延びて前記製品部に接続される、造形物製造方法。

【請求項2】

前記造形物は、前記造形品質確認部の周辺に設けられた複数の前記製品部と、対応する前記製品部に接続される複数の前記接続部と、を有する、請求項１に記載の造形物製造方法。

【請求項3】

造形物を製造する造形物製造方法であって、
粉末を供給して粉末層を形成する粉末層形成工程と、
前記粉末層にエネルギービームを照射して前記粉末層が溶解した溶解層を形成する溶解層形成工程と、を備え、
前記粉末層形成工程と前記溶解層形成工程とが繰り返し実行されることにより、積層された前記溶解層で構成される前記造形物が積層造形され、
前記造形物は、製品部と、積層方向で見たときに前記製品部とは離間した造形品質確認部と、前記造形品質確認部と前記製品部とを接続する接続部と、を有し、
前記造形物は、前記造形品質確認部の周辺に設けられた複数の前記製品部と、対応する前記製品部に接続される複数の前記接続部と、を有する、造形物製造方法。

【請求項4】

複数の前記製品部のうちの一対の前記製品部が、前記造形品質確認部に対して対称に配置されている、請求項２または３に記載の造形物製造方法。

【請求項5】

前記製品部は、タービン部品を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の造形物製造方法。

【請求項6】

前記タービン部品は、タービンの動翼を含む、請求項５に記載の造形物製造方法。

【請求項7】

前記動翼は、動翼本体と、植込み部と、前記動翼本体と前記植込み部との間に設けられたプラットホームと、を含み、
前記接続部は、前記プラットホームに接続される、請求項６に記載の造形物製造方法。

【請求項8】

前記接続部は、前記プラットホームの外周端部における下面に接続される、請求項７に記載の造形物製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、造形物製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、粉末の供給とレーザビームや電子ビーム等のエネルギービームの照射とを繰り返し行うことにより造形物を積層造形する三次元積層造形技術の研究開発が進んでいる。この三次元積層造形技術を用いることによって、例えば蒸気タービンの動翼等のタービン部品のような複雑な三次元形状を有する製品を低コストかつ高品質に製造することを目指している。三次元積層造形技術は、パウダーベッド方式とデポジション方式とに大別される。一般的にはパウダーベッド方式の方が精度の点で良好であることから、精密形状が要求される製品には、パウダーベッド方式を採用することが好適である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－２０４２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

三次元積層造形技術を用いた製造方法では、造形時に、エネルギービームからの熱を受けた造形物が、熱応力により変形してしまうおそれがある。このため、造形物に、ステージ上から積層方向に延びて製品部に接続される支持部（サポート）を含ませて、支持部により製品部を支持することで、造形物の変形を抑制することが行われている。しかしながら、このような支持部は、造形物の変形を抑制するために高い剛性を有し、大きな質量を有している場合がある。この場合、支持部の造形に多くの粉末材料を要してしまい、支持部の造形に用いた粉末材料は再利用することができないことから、製造コストが増大してしまうおそれがある。このため、造形物の変形抑制と製造コストは、トレードオフの関係になっている。

【0005】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、製造コストの増大を抑制しつつ、造形物の変形を抑制することができる造形物製造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】

実施の形態による造形物製造方法は、造形物を製造する造形物製造方法であって、粉末を供給して粉末層を形成する粉末層形成工程と、粉末層にエネルギービームを照射して粉末層が溶解した溶解層を形成する溶解層形成工程と、を備える。粉末層形成工程と溶解層形成工程とが繰り返し実行されることにより、積層された溶解層で構成される造形物が積層造形される。造形物は、製品部と、積層方向で見たときに製品部とは離間した造形品質確認部と、造形品質確認部と製品部とを接続する接続部と、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、製造コストの増大を抑制しつつ、造形物の変形を抑制することができることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１の実施の形態における蒸気タービンを示す断面構造図である。

【図2】図２は、図１の動翼を示す側面図である。

【図3】図３は、第１の実施の形態における造形物であって、図２の動翼を含む造形物を示す側面図である。

【図4】図３の模式上面図である。

【図5】図５は、第１の実施の形態における造形物製造装置であって、図３の造形物を製造する造形物製造装置の概略構成図である。

【図6】図６は、第１の実施の形態における造形物製造方法を説明するための模式図であって、図５の造形物製造装置を用いて図３の造形物を製造する方法の一部を示す模式図である。

【図7】図７は、一般的な造形物製造方法において発生する造形物の変形を説明するための模式図である。

【図8】図８は、他の一般的な造形物製造方法において製造される造形物を説明するための模式図である。

【図9】図９は、第２の実施の形態における造形物を示す模式上面図である。

【図10】図１０は、図９の一変形例である。

【図11】図１１は、図９の一変形例である。

【図12】図１２は、実施例において製造される構造物を示す上面図および正面図である。

【図13】図１３は、第１実施例における造形物を示す上面図および正面図である。

【図14】図１４は、第２実施例における造形物を示す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による造形物製造方法について説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

【0010】

（第１の実施の形態）
まず、図１を用いて、第１の実施の形態におけるタービンの一例としての蒸気タービンについて説明する。図１は、蒸気の圧力が比較的低い低圧蒸気タービンの例を示す。

【0011】

図１に示すように、蒸気タービン１は、ケーシング２と、ケーシング２内に回転自在に設けられたタービンロータ３と、タービンロータ３に取り付けられた複数の動翼翼列４と、を備えている。動翼翼列４は、周方向に所定の間隔で配置された複数のタービン動翼１０（図２参照、以下、単に動翼１０と記す）により構成されている。一方、ケーシング２には、動翼翼列４と交互に配置された複数の静翼翼列５が取り付けられている。静翼翼列５は、周方向に所定の間隔で配置された複数の静翼（ノズル）により構成されている。各動翼翼列４は、対応する静翼翼列５と共にタービン段落を構成している。複数のタービン段落のうち最も高圧側（上流側）のタービン段落６は第１段落といい、最も低圧側（下流側）のタービン段落７は、最終段落という。

【0012】

ケーシング２には、図示しないボイラ等において生成された蒸気を作動流体としてタービン段落に供給する蒸気管８が連結されている。この蒸気管８により供給された蒸気は、第１段落６に入り、各タービン段落を通って下流側に流れて、最終段落７から抜けていくようになっている。この間、蒸気の膨張仕事を動翼１０が受けてタービンロータ３が回転する。このことにより、タービンロータ３に連結された発電機（図示せず）において発電が行われる。また、最終段落７から抜けた蒸気は、ケーシング２の外側に設けられた復水器（図示せず）に送られて復水が生成され、生成された復水は、上述したボイラに供給される。

【0013】

次に、図２を用いて、本実施の形態におけるタービン部品の一例としての動翼１０についてより詳細に説明する。

【0014】

図２に示すように、動翼１０は、動翼本体１１と、植込み部１２と、動翼本体１１と植込み部１２との間に設けられたプラットホーム１３と、を備えている。

【0015】

動翼本体１１は、蒸気流路内に配置されて蒸気から圧力を受ける羽根形状を有する部分である。動翼本体１１は、鉛直方向における一側（図２における上側）の端部に設けられた、水平方向に延びるシュラウド１４を有している。

【0016】

植込み部１２は、動翼本体１１の鉛直方向における他側（図２における下側）に設けられている。植込み部１２は、タービンロータ３のロータディスク３ａ（図１参照）に設けられた植込み溝（図示せず）に係合可能に形成されており、植込み部１２が植込み溝に係合して、動翼１０がタービンロータ３に取り付けられるように構成されている。動翼本体１１と植込み部１２とは、プラットホーム１３を介して互いに接合されて一体化されている。

【0017】

プラットホーム１３は、水平方向に延びており、動翼本体１１および植込み部１２よりも水平方向に延び出ている。プラットホーム１３は、鉛直方向における一側（図２における上側）に設けられた面（上面）１３ａと、鉛直方向における他側（図２における下側）に設けられた面（下面）１３ｂと、を有している。プラットホーム１３の中央部１３ｃにおける上面１３ａに、動翼本体１１が接合され、プラットホーム１３の中央部１３ｃにおける下面１３ｂに、植込み部１２が接合されている。

【0018】

次に、図３および図４を用いて、本実施の形態による造形物製造方法によって製造される造形物１００について説明する。本実施の形態における造形物１００は、後述する造形物製造装置２０を用いて後述する造形物製造方法により製造される。本実施の形態における造形物１００は、上述した動翼１０を含んでいる。

【0019】

図３および図４に示すように、造形物１００は、上述した動翼１０（製品部の一例）と、鉛直方向（後述する積層方向）で見たときに動翼１０とは離間した造形品質確認部９０と、造形品質確認部９０と動翼１０とを接続する接続部９１と、を有している。なお、図４においては、動翼１０の詳細な形状の図示は省略されている。

【0020】

造形品質確認部９０は、鉛直方向に棒状に延びている。造形品質確認部９０は、四角柱状であってもよい。図３および図４に示すように、造形品質確認部９０は、動翼１０の周辺に複数配置されていてもよい。図示された例においては、造形品質確認部９０は、動翼１０の水平方向（図における左右方向）における両側にそれぞれ配置されている。造形品質確認部９０は、造形物１００が造形された後に、造形物１００の造形品質の確認を行うための部分である。より具体的には、造形物１００が造形された後、造形品質確認部９０が造形物１００から切り離され、例えば引張試験が実施されることにより、造形物１００の造形品質の確認が行われる。引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１で規定される金属材料引張試験方法に準じていても良い。

【0021】

接続部９１は、造形品質確認部９０から延び出て動翼１０に接続されている。図３に示すように、接続部９１は、造形品質確認部９０から鉛直方向に対して斜め上方に延びて動翼１０に接続されていてもよい。図示された例においては、接続部９１は、動翼１０のプラットホーム１３に接続されている。より具体的には、接続部９１は、プラットホーム１３の外周端部１３ｅ（プラットホーム１３の外周縁の側に位置する部分）における下面１３ｂに接続されている。また、図３に示すように、各造形品質確認部９０から接続部９１が延び出て、各接続部９１が、動翼１０にそれぞれ接続されていてもよい。

【0022】

次に、図５を用いて、本実施の形態における造形物製造装置について説明する。本実施の形態における造形物製造装置は、後述する造形物製造方法により、上述した造形物１００を製造可能に構成されている。

【0023】

図５に示すように、造形物製造装置２０は、粉末８０（例えばアトマイズ粉末）を貯留する粉末タンク２１と、粉末８０で構成される粉末層８１（図６参照）を形成する粉末層形成機構４０と、を備えている。

【0024】

粉末層形成機構４０は、図５に示すように、粉末層８１（図６参照）が形成されるステージ４１と、ステージ４１を下降させるステージ駆動部４２と、を有している。このうちステージ４１は、造形物１００を積層造形する積層造形部４３内に収容され、積層造形部４３内をステージ駆動部４２によって昇降可能に構成されている。このステージ駆動部４２は、後述する溶解層８２（図６参照）を形成した後、新たな溶解層８２を形成するために、ステージ４１を下降させるように構成されている。

【0025】

粉末層形成機構４０は、粉末８０をステージ４１上に供給するディスペンサ４４をさらに有している。このディスペンサ４４には、粉末タンク２１から粉末８０が供給されるようになっている。ディスペンサ４４は、ステージ４１上に粉末８０を供給して粉末層８１を形成する。ディスペンサ４４は、ディスペンサ駆動部（図示せず）によってステージ４１の上方を水平方向に移動可能になっており、移動しながら粉末８０をステージ４１上に供給することができる。ディスペンサ４４は、ステージ４１上への粉末８０の供給および供給停止を切り替えることができるようになっている。ステージ４１上に形成された粉末層８１は、水平方向に移動可能な均し部材４５によって所望の厚さで平らに均らされ、ステージ４１上に所望の厚さの粉末層８１が形成され得る。なお、ステージ４１上との記載は、ステージ４１上に直接的に粉末が供給されたり、直接的に層が形成されたりする場合に限られることを意味するのではなく、ステージ４１上に予め他の層が形成されている場合に当該層上に新たに粉末が供給されたり、新たに層が形成されたりする場合をも含む概念として用いている。

【0026】

造形物製造装置２０は、レーザビーム（エネルギービームの一例）を照射するビーム照射機構５０をさらに備えている。このビーム照射機構５０は、ステージ４１上に粉末層８１が形成された場合に粉末層８１にレーザビームを照射して溶解層８２を形成する。ビーム照射機構５０は、レーザビームを発生するビーム発生装置５１と、ビーム発生装置５１により発生したレーザビームを照射する照射ヘッド５２と、を有している。このうち照射ヘッド５２は、ヘッド駆動部（図示せず）によってステージ４１の上方を水平方向に移動可能に構成されている。照射ヘッド５２は、造形物１００の３次元ＣＡＤデータに基づいて、粉末層８１に対応する高さ位置における造形物１００の断面形状に対応する領域にレーザビームを照射する。

【0027】

粉末層形成機構４０や照射ヘッド５２等は、所定の雰囲気、例えば不活性ガス若しくは真空雰囲気に調整可能なチャンバ６０内に収容されている。

【0028】

上述した粉末層形成機構４０およびビーム照射機構５０は、制御部７０によって制御されるようになっている。

【0029】

より具体的には、制御部７０が粉末層形成機構４０のステージ駆動部４２を制御することにより、ステージ４１の昇降が制御される。また、制御部７０が粉末層形成機構４０のディスペンサ４４を制御することにより、ディスペンサ４４からステージ４１への粉末の供給が制御され、ディスペンサ駆動部を制御することにより、ディスペンサ４４の移動が制御される。さらに、制御部７０がビーム発生装置５１を制御することによりレーザビームの発生が制御され、ヘッド駆動部を制御することにより照射ヘッド５２の移動が制御される。

【0030】

このようにして、ステージ４１上に粉末８０が供給されて粉末層８１が形成され、粉末層８１にレーザビームが照射されて溶解層８２が形成される。そして、形成された溶解層８２上に、上述と同様にして粉末８０が供給されて粉末層８１が形成され、粉末層８１にレーザビームが照射されて溶解層８２が形成される。このように溶解層８２が繰り返し形成されて、ステージ４１上に、積層された溶解層８２で構成される造形物１００（図６参照）が積層造形される。この造形物１００は、上述した動翼１０を含むことができる。

【0031】

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。ここでは、図６を参照して、本実施の形態による造形物製造方法により、上述した造形物製造装置２０を用いて上述した造形物１００を製造する方法について説明する。以下に説明する造形物製造装置２０の各部の動作は、制御部７０が各部を制御することにより行われる。

【0032】

まず、造形物製造装置２０の粉末タンク２１に粉末８０が貯留される。

【0033】

続いて、図６（ａ）に示すように、粉末層形成機構４０のステージ駆動部４２（図５参照）が駆動されて下降し、ステージ４１が積層造形部４３の上端縁より所定量だけ低い位置に位置付けられる。この場合のステージ４１の位置は、積層造形部４３の上端縁から、後述する粉末層８１の厚さに相当する量だけ低い位置であってもよい。

【0034】

次に、粉末８０が、粉末タンク２１からディスペンサ４４に供給される。このとき、ディスペンサ４４は、粉末タンク２１の下方に位置付けられており（図５参照）、ディスペンサ４４は、粉末タンク２１から排出された粉末８０を受け取り、粉末８０がディスペンサ４４に貯留される。ディスペンサ４４が受け取る粉末８０の量は、１つの粉末層８１を形成する量であってもよく、粉末層８１を連続的に積層する場合には、連続して積層される複数の粉末層８１を形成する合計量であってもよい。

【0035】

続いて、図６（ｂ）に示すように、ディスペンサ駆動部が駆動されてディスペンサ４４が水平方向に移動しながら、粉末８０がステージ４１上に供給される。ステージ４１上に粉末８０が供給された後、水平方向に移動する均し部材４５によってステージ４１上の粉末８０が均されて、所望の厚さの粉末層８１がステージ４１上に形成される。

【0036】

次に、図６（ｃ）に示すように、粉末層８１に、照射ヘッド５２からレーザビームが照射される。この場合、ビーム発生装置５１においてレーザビームを発生させるとともに、ヘッド駆動部が駆動されて照射ヘッド５２が水平方向に移動する。このことにより、照射ヘッド５２が水平方向に移動しながら、ビーム発生装置５１において発生したレーザビームは照射ヘッド５２に伝達されて粉末層８１に照射される。レーザビームは、造形物１００の３次元ＣＡＤデータに基づいて照射される。すなわち、当該粉末層８１に対応する高さ位置における造形物１００の断面形状が３次元ＣＡＤデータから得られ、この断面形状をレーザビームで塗り潰すようにレーザビームをスキャン（走査）させる。このようにして、粉末層８１のうち当該断面形状に相当する部分の粉末８０が溶解し、ステージ４１上に溶解層８２が形成される。

【0037】

溶解層８２が形成された後、図６（ｄ）に示すように、ステージ駆動部４２が駆動されてステージ４１が所定の下降量だけ下降する。この場合の下降量は、この後に形成される新たな第１粉末層８３の厚さに相当する量であるが、図６（ａ）に示す工程におけるステージ４１の下降量と同一であってもよい。

【0038】

ステージ４１が下降した後、ステージ４１上に上述のようにして粉末８０が再び供給されて、図６（ｅ）に示すように、ステージ４１上に既に形成された溶解層８２上に、新たな粉末層８１が形成される。その後、上述と同様にしてレーザビームが照射されて、当該新たな粉末層８１に対応する高さ位置における造形物１００の断面形状に相当する部分の粉末８０が溶解して新たな溶解層８２が形成される。この際、当該新たな粉末層８１に照射されたレーザビームにより、先に形成された溶解層８２も少なくとも部分的に溶解する。このことにより、新たな溶解層８２は、先に形成された溶解層８２と接合し、一体化される。

【0039】

上述のようにして溶解層８２を複数回繰り返して形成して積層方向に積層していくことにより、図６（ｆ）に示すような中間造形物１００’が積層造形される。この中間造形物１００’は、動翼１０の植込み部１２およびプラットホーム１３と、造形品質確認部９０’と、接続部９１とを含んでいる。

【0040】

ここで、一般的な造形物製造方法により製造される造形物１００（中間造形物１００’）は、図７に示すように、造形品質確認部９０’と動翼１０のプラットホーム１３とを接続する接続部９１を有していない。このため、レーザビームからの熱を受けた造形物１００が、造形時に熱応力により変形してしまうおそれがある。とりわけ、動翼１０のプラットホーム１３は水平方向に延びており、また、プラットホーム１３の中央部１３ｃにおける下面１３ｂに植込み部１２が接合されている。このため、図７に示すように、プラットホーム１３の外周端部１３ｅが、積層方向における上側（図７における上側）に曲がるように変形するおそれがある。この場合、動翼１０の造形品質を維持することができないおそれがある。さらには、変形量が大きい場合、次に新たな粉末層８１を形成する際に、移動するディスペンサ４４が、プラットホーム１３の変形した部分に衝突してしまうおそれがある。

【0041】

一方、他の一般的な製造方法により製造される造形物１００（中間造形物１００’）は、図８に示すように、動翼１０のプラットホーム１３を支持する支持部９２（サポート）を有している。支持部９２は、造形品質確認部９０’には接続されておらず、ステージ４１上から積層方向に延びて、プラットホーム１３の下面１３ｂに接続されている。このような支持部９２に支持されることにより、プラットホーム１３の変形を抑制している。しかしながら、このような支持部９２は、プラットホーム１３の変形を抑制することができるように高い剛性を有し、大きな質量を有している場合がある。この場合、支持部９２の造形に多くの粉末８０を要してしまい、支持部９２の造形に用いた粉末８０は再利用することができないことから、製造コストが増大してしまうおそれがある。

【0042】

これに対して本実施の形態による造形物製造方法により製造される造形物１００（中間造形物１００’）は、図６（ｆ）に示すように、造形品質確認部９０’と動翼１０とを接続する接続部９１を有している。本実施の形態においては、接続部９１が、プラットホーム１３の外周端部１３ｅにおける下面１３ｂに接続されている。このため、動翼１０のプラットホーム１３の外周端部１３ｅが積層方向における上側に曲がるように変形することを効果的に抑制することができる。このため、動翼１０の造形品質を維持することができるとともに、次に新たな粉末層８１を形成する際に、移動するディスペンサ４４が、プラットホーム１３の変形した部分に衝突することを防止することができる。また、接続部９１は、造形品質確認部９０’に接続されているため、それ自体が高い剛性および大きな質量を有することを不要にすることができる。このため、接続部９１の造形に用いる粉末８０の量を低減することができ、製造コストの増大を抑制することができる。このように造形物１００の造形品質の確認のために設けられた造形品質確認部９０を利用することで、製造コストの増大を抑制しつつ、造形物１００の変形を抑制することができる。

【0043】

その後、さらに、上述のようにして溶解層８２を複数回繰り返して形成して積層方向に積層していくことにより、図６（ｇ）に示すように、造形物１００が積層造形される。この造形物１００は、動翼１０と、造形品質確認部９０と、接続部９１とを含んでいる。このようにして、図３および図４に示すような造形物１００を得ることができる。

【0044】

次に、金属カッタ等により、造形品質確認部９０および接続部９１が切断される。すなわち、図３および図４に示す造形物１００から造形品質確認部９０および接続部９１が切り離される。このようにして、図２に示すような動翼１０を得ることができる。

【0045】

ここで、切り離された造形品質確認部９０は、造形物１００の造形品質の確認に用いられる。例えば、造形品質確認部９０に上述した引張試験が実施されることにより、造形物１００の造形品質の確認が行われる。この引張試験により、造形品質確認部９０における欠陥の有無を把握することができる。これにより、造形物１００の積層造形の過程で不具合が生じた場合には、その不具合の発生を確認することができる。

【0046】

その後、グラインダー加工などの研削、研磨加工により動翼１０の形状を整えた後、溶体化熱処理、必要に応じた表面コーティング処理、及び時効熱処理を行うことにより、動翼１０の製造が完了する。

【0047】

このように本実施の形態によれば、造形物１００が、造形品質確認部９０と動翼１０とを接続する接続部９１を有している。このことにより、造形品質確認部９０に接続された接続部９１により、動翼１０を支持することができる。このため、動翼１０の変形を抑制することができる。また、接続部９１は、造形品質確認部９０に接続されているため、それ自体が高い剛性および大きな質量を有することを不要にすることができる。このため、接続部９１の造形に用いる粉末８０の量を低減することができ、製造コストの増大を抑制することができる。このように造形物１００の造形品質の確認のために設けられた造形品質確認部９０を利用することで、製造コストの増大を抑制しつつ、造形物１００の変形を抑制することができる。

【0048】

また、本実施の形態によれば、造形品質確認部９０は、積層方向に棒状に延び、接続部９１は、造形品質確認部９０から積層方向に対して斜め上方に延びて動翼１０に接続される。このことにより、動翼１０が積層方向における上側に曲がるように変形することを効果的に抑制することができる。このため、造形時において、次に新たな粉末層８１を形成する際に、移動するディスペンサ４４が、動翼１０の変形した部分に衝突することを防止することができる。

【0049】

また、本実施の形態によれば、接続部９１は、動翼１０のプラットホーム１３に接続される。プラットホーム１３は水平方向に延びているため、他の部分に比べて大きな面積を有している。このことにより、プラットホーム１３は、動翼１０の他の部分に比べて変形し易くなっている。このため、接続部９１がプラットホーム１３に接続されることにより、このプラットホーム１３の変形を効果的に抑制することができる。

【0050】

とりわけ、本実施の形態によれば、接続部９１は、プラットホーム１３の外周端部１３ｅにおける下面１３ｂに接続される。プラットホーム１３は水平方向に延びているとともに、プラットホーム１３の中央部１３ｃにおける下面１３ｂに植込み部１２が接合されている。このことにより、プラットホーム１３の外周端部１３ｅは、積層方向における上側に曲がるように変形し易くなっている。このため、接続部９１がプラットホーム１３の外周端部１３ｅにおける下面１３ｂに接続されることにより、このプラットホーム１３の変形を効果的に抑制することができる。

【0051】

（第２の実施の形態）
次に、図９～図１１を参照して、第２の実施の形態による造形物製造方法について説明する。

【0052】

図９～図１１に示す第２の実施の形態においては、造形物が、造形品質確認部の周辺に設けられた複数の製品部と、対応する製品部に接続される複数の接続部と、を有している点が主に異なり、他の構成は、図１～図６に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図９～図１１において、図１～図６に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0053】

本実施の形態による造形物製造方法により製造される造形物１００は、図９に示すように、造形品質確認部９０の周辺に設けられた複数の動翼１０ａ、１０ｂと、対応する動翼１０ａ、１０ｂに接続される複数の接続部９１ａ、９１ｂと、を有している。なお、図９においては、各動翼１０ａ、１０ｂの詳細な形状の図示は省略されている。

【0054】

図９に示す例においては、１つの造形品質確認部９０の周辺に２つの動翼１０ａ、１０ｂが配置されている。より具体的には、１つの造形品質確認部９０の図の左右方向における両側に動翼１０ａ、１０ｂがそれぞれ配置されている。そして、造形品質確認部９０から延び出て対応する動翼１０ａ、１０ｂに接続される複数の接続部９１ａ、９１ｂが設けられている。すなわち、造形品質確認部９０から延び出て一の動翼１０ａ（図９における右側）に接続される一の接続部９１ａと、造形品質確認部９０から延び出て他の一の動翼１０ｂ（図９における左側）に接続される他の一の接続部９１ｂと、が設けられている。各接続部９１ａ、９１ｂは、上述した第１の実施の形態と同様、動翼１０のプラットホーム１３の外周端部１３ｅにおける下面１３ｂにそれぞれ接続されていてもよい。

【0055】

また、図９に示すように、各動翼１０ａ、１０ｂが、造形品質確認部９０に対して対称に配置されていてもよい。例えば、積層方向で見たとき、一の動翼１０ａと他の一の動翼１０ｂとが、造形品質確認部９０の中心点に対して点対称、あるいは当該中心点を通る直線（図の上下方向に延びる直線）に対して線対称（すなわち左右対称）に配置されていてもよい。

【0056】

このように本実施の形態によれば、造形物１００が、造形品質確認部９０の周辺に設けられた複数の動翼１０ａ、１０ｂと、対応する動翼１０ａ、１０ｂに接続される複数の接続部９１ａ、９１ｂと、を有している。このことにより、１つの造形品質確認部９０により複数の動翼１０ａ、１０ｂを支持することができる。すなわち、複数の動翼１０ａ、１０ｂを支持するための造形品質確認部９０の数を削減することができる。このため、造形品質確認部９０の造形に用いる粉末８０の量を低減することができ、製造コストの増大をより一層抑制することができる。

【0057】

また、本実施の形態によれば、各動翼１０ａ、１０ｂが、造形品質確認部９０に対して対称に配置されている。造形品質確認部９０は、接続部９１ａ、９１ｂを介して動翼１０ａ、１０ｂと接続されているため、各動翼１０ａ、１０ｂの変形を抑制する際、各動翼１０ａ、１０ｂから引っ張り力を受ける。本実施の形態によれば、各動翼１０ａ、１０ｂが、造形品質確認部９０に対して対称に配置されていることにより、造形品質確認部９０において各動翼１０ａ、１０ｂからの引っ張り力を相殺あるいは軽減することができる。このことにより、造形品質確認部９０が、各動翼１０ａ、１０ｂからの引っ張り力により、変形あるいは傾倒することを抑制することができる。このため、造形品質確認部９０の剛性を低減することができ、造形品質確認部９０の質量を低減することができる。この結果、造形品質確認部９０の造形に用いる粉末８０の量を低減することができ、製造コストの増大をより一層抑制することができる。

【0058】

なお、上述した本実施の形態においては、１つの造形品質確認部９０の周辺に２つの動翼１０ａ、１０ｂが配置されている例を示した（図９参照）。しかしながら、このことに限られることはなく、図１０に示すように、１つの造形品質確認部９０の周辺に３つの動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃが配置されていてもよい。なお、図１０においては、各動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃの詳細な形状の図示は省略されている。

【0059】

図１０に示す例においては、一の動翼１０ａが造形品質確認部９０の図における右上側に配置され、他の一の動翼１０ｂが造形品質確認部９０の図における左上側に配置され、別の他の一の動翼１０ｃが造形品質確認部９０の図における下側に配置されている。そして、造形品質確認部９０から延び出て対応する動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃに接続される複数の接続部９１ａ、９１ｂ、９１ｃが設けられている。すなわち、造形品質確認部９０から延び出て一の動翼１０ａに接続される一の接続部９１ａと、造形品質確認部９０から延び出て他の一の動翼１０ｂに接続される他の一の接続部９１ｂと、造形品質確認部９０から延び出て別の他の一の動翼１０ｃに接続される別の他の一の接続部９１ｃと、が設けられている。

【0060】

この場合も、図１０に示すように、各動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃのうちの一対の動翼が、造形品質確認部９０に対して対称に配置されていてもよい。例えば、積層方向で見たとき、３つの動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃのうちの一対の動翼１０ａ、１０ｂが、造形品質確認部９０の中心点を通る直線（図の上下方向に延びる直線）に対して線対称に配置されていてもよい。また、３つの動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃのうちの一対の動翼１０ａ、１０ｃが、造形品質確認部９０の中心点を通る直線（図の上下方向から反時計回りに傾いた直線）に対して線対称に配置されていてもよい。また、３つの動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃのうちの一対の動翼１０ｂ、１０ｃが、造形品質確認部９０の中心点を通る直線（図の上下方向から時計回りに傾いた直線）に対して線対称に配置されていてもよい。

【0061】

また、図１１に示すように、１つの造形品質確認部９０の周辺に４つの動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが配置されていてもよい。なお、図１１においては、各動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの詳細な形状の図示は省略されている。

【0062】

図１１に示す例においては、一の動翼１０ａが造形品質確認部９０の図における右側に配置され、他の一の動翼１０ｂが造形品質確認部９０の図における左側に配置されている。また、別の他の一の動翼１０ｃが造形品質確認部９０の図における上側に配置され、更に別の他の一の動翼１０ｄが造形品質確認部９０の図における下側に配置されている。そして、造形品質確認部９０から延び出て対応する動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに接続される複数の接続部９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄが設けられている。すなわち、造形品質確認部９０から延び出て一の動翼１０ａに接続される一の接続部９１ａと、造形品質確認部９０から延び出て他の一の動翼１０ｂに接続される他の一の接続部９１ｂと、が設けられている。また、造形品質確認部９０から延び出て別の他の一の動翼１０ｃに接続される別の他の一の接続部９１ｃと、造形品質確認部９０から延び出て更に別の他の一の動翼１０ｄに接続される更に別の他の一の接続部９１ｄと、が設けられている。

【0063】

この場合も、図１１に示すように、各動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのうちの一対の動翼が、造形品質確認部９０に対して対称に配置されていてもよい。例えば、積層方向で見たとき、４つの動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのうちの一対の動翼１０ａ、１０ｂが、造形品質確認部９０の中心点に対して点対称、あるいは当該中心点を通る直線（図の上下方向に延びる直線）に対して線対称に配置されていてもよい。また、４つの動翼１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄのうちの一対の動翼１０ｃ、１０ｄが、造形品質確認部９０の中心点に対して点対称、あるいは当該中心点を通る直線（図の左右方向に延びる直線）に対して線対称に配置されていてもよい。

【0064】

さらに、同様にして、１つの造形品質確認部９０の周辺に５つ以上の動翼１０が配置されていてもよい。この場合も、各動翼１０のうちの一対の動翼が、造形品質確認部９０に対して対称（点対称あるいは線対称）に配置されていてもよい。

【0065】

このような場合であっても、上述した本実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0066】

（その他の実施の形態）
上述した実施の形態においては、造形品質確認部９０が、動翼１０の周辺に１つあるいは２つ配置されている例について説明した（図４、図９～図１１参照）。しかしながら、このことに限られることはなく、動翼１０の周辺に、３つ以上の造形品質確認部９０が配置されていてもよい。そして、各造形品質確認部９０から接続部９１が延び出て、各接続部９１が動翼１０にそれぞれ接続されていてもよい。

【0067】

また、上述した実施の形態においては、造形品質確認部９０が、積層方向に棒状に延びている例について説明した（図３参照）。しかしながら、このことに限られることはなく、造形品質確認部９０が、例えば、積層方向に対して斜め上方に延びていてもよい。また、造形品質確認部９０は、棒状でなくてもよく、造形物１００の造形品質の確認ができれば、他の任意の形状を有していてもよい。

【0068】

また、上述した実施の形態においては、造形品質確認部９０に引張試験が実施されることにより、造形物１００の造形品質の確認が行われる例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、他の任意の方法により、造形物１００の造形品質の確認が行われてもよい。例えば、造形品質確認部９０の各溶解層８２の表面がカメラにより撮影され画像解析されることによって、造形物１００の造形品質の確認が行われてもよい。

【0069】

また、上述した実施の形態においては、接続部９１が、造形品質確認部９０から積層方向に対して斜め上方に延びて動翼１０に接続される例について説明した（図３参照）。しかしながら、このことに限られることはなく、接続部９１は、例えば、水平方向に延びて動翼１０に接続されてもよいし、積層方向に対して斜め下方に延びて動翼１０に接続されてもよい。この場合、接続部９１は、動翼１０のプラットホーム１３の外周端部１３ｅにおける側部に接続されてもよいし、動翼１０のプラットホーム１３の外周端部１３ｅにおける上面１３ａに接続されてもよい。このような場合であっても、造形品質確認部９０を利用して動翼１０を支持することで、製造コストの増大を抑制しつつ、造形物１００の変形を抑制することができる。

【0070】

また、上述した実施の形態においては、接続部９１が、動翼１０のプラットホーム１３に接続される例について説明した（図３参照）。しかしながら、このことに限られることはなく、接続部９１は、動翼１０の他の部分に接続されてもよい。例えば、接続部９１は、動翼１０の動翼本体１１に接続されてもよい。とりわけ、接続部９１は、動翼本体１１のシュラウド１４に接続されてもよい。シュラウド１４は水平方向に延びているため、プラットホーム１３と同様、比較的大きな面積を有しており、変形し易くなっている。このため、接続部９１がシュラウド１４に接続されることにより、シュラウド１４の変形を効果的に抑制することができる。

【0071】

また、上述した実施の形態においては、パウダーベッド方式で動翼１０を積層造形する場合について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、デポジション方式で動翼１０を積層造形するようにしてもよい。

【0072】

また、上述した実施の形態においては、エネルギービームとしてレーザビームを用いる例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、レーザビームの代わりに電子ビームを用いてもよい。この場合、照射ヘッド５２に代えて電子銃（図示せず）から照射される電子ビームを電磁コイルにより偏向させることで、電子ビームをスキャンさせてもよい。

【0073】

また、上述した実施の形態においては、タービン部品の一例としての動翼１０を積層造形する例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、動翼１０以外にもタービンロータ３（図１参照）等の他のタービン部品を積層造形してもよい。また、タービンの一例として、低圧蒸気タービンを例にとって説明したが、高圧蒸気タービンやガスタービンなど任意のタービン部品を積層造形することができる。さらには、タービン部品に限られることもなく、上述した実施の形態による造形物製造方法により、タービン以外の任意の装置等を構成する部品を含む造形物を積層造形することができる。

【0074】

以上述べた実施の形態によれば、製造コストの増大を抑制しつつ、造形物の変形を抑制することができることができる。

【0075】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【実施例】

【0076】

ここでは、上述した実施の形態による造形物製造方法により、図１２に示すような構造物１１０（製品部）を製造した。

【0077】

具体的には、図１２に示すように、一辺の長さＬ１が５ｃｍで厚みＴが１ｃｍの天板部１１１と、天板部１１１の中央に設けられた、一辺の長さＬ２が１ｃｍで高さＨが９ｃｍの脚部１１２と、を備えた構造物１１０を製造した。構造物１１０の材料としては、質量％でＣが０．１％、Ｃｒが１０％、残りが主にＦｅから成る合金組成の粉末をガスアトマイズ法で製造し、粒径４５μｍ～９０μｍに分級した粉末８０を用いた。構造物１１０は、電子ビームを熱源にした造形物製造装置２０を用いて製造した。電子ビームのビーム電流値は１５ｍＡ、ビーム走査速度は１ｍ／ｓｅｃであった。ベースプレートには、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１０ｍｍのＳＵＳ３１６製の鋼鈑を使用した。

【0078】

第１実施例としては、図１３に示すように、構造物１１０と、一辺の長さが１ｃｍで高さが１０ｃｍの造形品質確認部９０と、造形品質確認部９０と構造物１１０とを接続する接続部９１と、を有する造形物１００を積層造形した。図１３に示すように、造形品質確認部９０は、積層方向で見たときに、構造物１１０の１つの隅部の近傍に離間して配置させた。接続部９１は、造形品質確認部９０から積層方向に対して斜め上方に延びて、構造物１１０の天板部１１１の１つの隅部における下面（脚部１１２の側の面）に接続させた。このような造形物１００を積層造形した後、構造物１１０と造形品質確認部９０と接続部９１とをそれぞれ切り離した。その後、図１３に示すように、構造物１１０の天板部１１１の隅部を測定点Ａ、接続部９１の造形品質確認部９０の側の端部を測定点Ｓとして設定し、これらの位置における鉛直方向（積層方向）の変形量および水平方向の変形量をそれぞれ測定した。変形量の測定は、各測定点Ａ、Ｓの設計点からの変位量をマイクロメーターにより測定することにより行った。

【0079】

第２実施例としては、図１４に示すように、２つの構造物１１０と、１つの造形品質確認部９０と、対応する構造物１１０に接続される２つの接続部９１と、を有する造形物１００を積層造形した。ここで、構造物１１０、造形品質確認部９０および接続部９１の各構成は、第１実施例と同様であった。また、図１４に示すように、２つの構造物１１０は、造形品質確認部９０に対して対称に配置させた。このような造形物１００を積層造形した後、構造物１１０と造形品質確認部９０と接続部９１とをそれぞれ切り離した。その後、第１実施例と同様の位置に測定点Ａおよび測定点Ｓを設定し、第１実施例と同様にして、これらの位置における鉛直方向の変形量および水平方向の変形量をそれぞれ測定した。

【0080】

比較例としては、接続部９１を有していない、それぞれ独立した造形品質確認部９０と構造物１１０とから成る造形物１００を積層造形した。ここで、構造物１１０および造形品質確認部９０の各構成は、第１実施例と同様であった。積層造形時において、構造物１１０の天板部１１１の変形量が大きく、ディスペンサ４４が変形した天板部１１１に接触したが、そのまま積層造形を続行した。そして、第１実施例と同様の位置に測定点Ａを設定し、第１実施例と同様にして、当該位置における鉛直方向の変形量および水平方向の変形量を測定した。

【0081】

第１実施例、第２実施例および比較例の各変形量の結果は、以下の表１のようになった。なお、ここで、鉛直方向の変形量については、鉛直方向における上側を正値（＋）で、鉛直方向における下側を負値（－）で表している。また、水平方向の変形量については、水平方向において構造物１１０の中央（天板部１１１の中央）に向う側を正値（＋）で、その反対側（天板部１１１の中央から離れる側）を負値（－）で表している。

【0082】

【表1】

【0083】

上記表１に示されているように、第１実施例の測定点Ａにおける鉛直方向の変形量および第２実施例の測定点Ａにおける鉛直方向の変形量は、比較例の測定点Ａにおける鉛直方向の変形量よりも小さくなることが確認できた。また、第１実施例の測定点Ａにおける水平方向の変形量および第２実施例の測定点Ａにおける水平方向の変形量も、比較例の測定点Ａにおける水平方向の変形量よりも小さくなることが確認できた。このため、第１実施例および第２実施例では、構造物１１０の天板部１１１の変形を抑制できていることが確認できた。

【0084】

さらに、上記表１に示されているように、第２実施例の測定点Ａにおける水平方向の変形量は、比較例の測定点Ａにおける水平方向の変形量および第１実施例の測定点Ａにおける水平方向の変形量よりも小さくなることが確認できた。また、第２実施例の測定点Ｓにおける水平方向の変形量も、第１実施例の測定点Ｓにおける水平方向の変形量よりも小さくなることが確認できた。とりわけ、第２実施例の測定点Ｓにおける水平方向の変形量は、ほぼ０に近い数値であった。このため、第２実施例では、造形品質確認部９０において各構造物１１０からの引っ張り力を相殺あるいは軽減できていることが確認できた。

【符号の説明】

【0085】

１ 蒸気タービン
１０ 動翼
１１ 動翼本体
１２ 植込み部
１３ プラットホーム
１３ｂ 下面
１３ｅ 外周端部
８０ 粉末
８１ 粉末層
８２ 溶解層
９０ 造形品質確認部
９１ 接続部
１００ 造形物
１１０ 構造物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】