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层叠造型装置的造型方法和层叠造型装置

阅读：34发布：2024-02-26

专利汇可以提供层叠造型装置的造型方法和层叠造型装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供层叠造型装置的造型方法和层叠造型装置。层叠造型装置的造型方法在通过造型光束的照射使金属粉末熔融后，使其固化而对造型物进行层叠造型，具备：第一工序(S10)，在基板 (27)上的照射范围(Ar1)内准备在上表面具备了沿着规定的轴线凹设的凹部(43)的造型物的第一层(15A)；第二工序(S20)，向凹部(43)供给金属粉末；和第三工序(S30)，在第二工序(S20)的处理后，相对于供给至凹部(43)的金属粉末，照射造型光束(L1)并使其熔融。，下面是层叠造型装置的造型方法和层叠造型装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种层叠造型装置的造型方法，使用在通过造型光束的照射使金属粉末熔融后，使其固化而进行层叠造型来制造出造型物的层叠造型装置，
所述层叠造型装置具备：
金属粉末供给装置，将所述金属粉末向所述造型光束的照射范围内供给；和造型光束照射装置，相对于供给至所述照射范围内的所述金属粉末的规定的位置，在隔绝了外部空气的状态下照射所述造型光束，
所述造型方法包括：
第一工序，在基板上的所述照射范围内准备在上表面具备了沿着规定的轴线延伸凹设的凹部的所述造型物的第一层；
第二工序，向所述凹部供给所述金属粉末；和
第三工序，在所述第二工序后，相对于供给至所述凹部的所述金属粉末照射所述造型光束并使其熔融。
2.根据权利要求1所述的层叠造型装置的造型方法，其中，
在所述第一工序中，为了准备所述第一层，而具备：
第一供给工序，向所述基板上的所述照射范围内供给所述金属粉末；
第一激光照射工序，在相对于供给至所述照射范围内的所述金属粉末照射所述造型光束而使所述金属粉末熔融后，使其固化，形成沿所述规定的轴线方向呈线状延伸且与所述规定的轴线交叉的剖面成为凸状的第一条形突起；和
第二激光照射工序，在相对于供给至所述照射范围内的所述金属粉末中的配置于所述第一条形突起的附近的所述金属粉末照射所述造型光束而使所述金属粉末熔融后，使其固化，形成第二条形突起，该第二条形突起在与所述第一条形突起具有了规定的距离的状态下沿所述规定的轴线方向呈线状延伸且与所述规定的轴线交叉的剖面成为凸状，并且使所述凹部在与所述第一条形突起之间的空间成立。
3.根据权利要求2所述的层叠造型装置的造型方法，其中，
在所述第三工序后，执行在所述造型物的上方准备所述第一层的所述第一工序，在所述第三工序后被执行的所述第一工序之后，依次反复执行所述第二工序和所述第三工序。
4.根据权利要求3所述的层叠造型装置的造型方法，其中，
在反复进行从所述第一工序至所述第三工序的处理的情况下，在上次的处理中形成的所述凹部的延伸方向与在所述上次的处理的下一处理中形成的所述凹部的延伸方向不同。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的层叠造型装置的造型方法，其中，在所述第二工序中，向所述凹部供给的所述金属粉末被供给为成为所述凹部的深度以上的高度。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的层叠造型装置的造型方法，其中，所述造型光束是近红外波长的激光，
所述金属粉末是铜粉末或者铝粉末。
7.根据权利要求2～4中任一项所述的层叠造型装置的造型方法，其中，在所述第一激光照射工序和第二激光照射工序中照射所述造型光束之前，相对于供给至所述照射范围内的所述金属粉末进行预热。
8.根据权利要求7所述的层叠造型装置的造型方法，其中，
所述预热通过设置于与被照射所述造型光束的一侧相反一侧的加热器进行。
9.根据权利要求7所述的层叠造型装置的造型方法，其中，
所述预热通过将使输出降低至所述金属粉末不熔融的程度的所述造型光束向所述金属粉末照射而进行。
10.根据权利要求1所述的层叠造型装置的造型方法，其中，
在所述第一工序中在所述基板上准备的所述造型物的所述第一层通过机械加工在所述基板的表面上凹设有所述凹部。
11.一种层叠造型装置，在通过造型光束的照射使金属粉末熔融后，使其固化，而进行层叠造型来制造出造型物，具备：
金属粉末供给装置，将所述金属粉末向所述造型光束的照射范围内供给；
造型光束照射装置，相对于供给至所述照射范围内的所述金属粉末的规定的位置，在隔绝了外部空气的状态下照射所述造型光束；和
控制装置，控制所述金属粉末供给装置和所述造型光束照射装置，
所述控制装置具备：
金属粉末供给控制部，相对于在基板上的所述照射范围内准备的在上表面具备了沿着规定的轴线凹设的凹部的所述造型物的第一层的所述凹部，以控制所述金属粉末供给装置的方式向所述凹部供给所述金属粉末；和
造型光束照射控制部，在所述金属粉末供给控制部中向所述凹部供给了所述金属粉末后，以控制所述造型光束照射装置的方式向供给至所述凹部的所述金属粉末照射所述造型光束并使其熔融。

说明书全文

层叠造型装置的造型方法和层叠造型装置

技术领域

[0001] 本发明涉及层叠造型装置的造型方法和层叠造型装置。

背景技术

[0002] 近年来，如日本特开2003－129862号公报所示，通过激光的照射使粉末状的金属烧结，或者熔融固化，逐层呈层状层叠而制造立体的造型物的金属增材制造(Additive Manufactuaring，AM)的开发盛行。金属AM中使用的金属有马氏体时效钢、不锈钢、钛钢、铜和铝等，尤其，相对于铜、铝的需求高。

[0003] 然而，铜和铝通常对在金属AM中经常使用的近红外波长的激光的吸收率较低。因此，被照射近红外波长的激光的铜、铝的温度上升较慢，到熔融为止很耗费时间，在成为基体的部件难以形成熔透部。另外，铜和铝例如与铁等相比，热传导率均较高。因此，对于铜和铝而言，即使熔融，若停止激光的照射，则熔融部的热也向周围的铜或者铝迅速地传递，从而熔融部的温度会大幅降低。而且，温度降低，由此熔融部的表面张力增高。如上所述，在熔点附近，存在因伴随着温度降低而增大的表面张力，熔融状态的铜和铝成为不连续的球(ball)状并固化的情况。

[0004] 另外，即使能够形成良好地固化的条形突起部，为了形成新的条形突起部，若为了与通过以往的方法良好地固化的条形突起部大幅重复而照射激光，则也向已经形成的条形突起部传递热。此时，已经形成的条形突起部由于不具有良好的熔透部，所以存在再次熔融，之后因表面张力呈不连续的球状固化的担忧。因此，造型物的密度降低，从而无法获得所希望的物理特性。

发明内容

[0005] 本发明的目的之一在于，提供一种即便是任意的材料也能够制造密度高且具备良好的物理特性的层叠造型物的层叠造型装置的制造方法和层叠造型装置。

[0006] 使用了作为发明的一个方式的层叠造型装置的造型方法是在通过造型光束的照射使金属粉末熔融后，使其固化而进行层叠造型来制造出造型物的造型方法。上述层叠造型装置具备：金属粉末供给装置，将上述金属粉末向上述造型光束的照射范围内供给；和造型光束照射装置，相对于供给至上述照射范围内的上述金属粉末的规定的位置在隔绝了外部空气的状态下照射上述造型光束。

[0007] 上述造型方法具备：

[0008] 第一工序，在基板上的上述照射范围内，准备在上表面具备了沿着规定的轴线凹设的凹部的上述造型物的第一层；

[0009] 第二工序，向上述凹部供给上述金属粉末；和

[0010] 第三工序，在上述第二工序后，相对于供给至上述凹部的上述金属粉末照射上述造型光束，使其熔融。

[0011] 这样，在第一工序中，准备在上表面凹设有凹部的造型物的第一层。然后，在第二工序中，向凹部供给金属粉末，在第三工序中，向凹部的金属粉末照射造型光束使其熔融。即，被照射造型光束的凹部的金属粉末在凹部内熔融，存积在凹部内。因此，之后，由于是高热传导率，所以即使存积在凹部内的熔融金属的温度向外部传递并大幅降低而使表面张力增加，熔融金属也难以成为球状，在固化后，能够获得高密度的状态。
附图说明

[0012] 根据以下参照附图对实施例进行的详细说明可了解本发明的上述以及更多的特点和优点，在附图中，对相同的元素标注相同的附图标记。

[0013] 图1是第一实施方式的层叠造型装置的简图。

[0014] 图2是表示每种金属材料的近红外激光的波长与吸收率的关系的图表。

[0015] 图3是图1的金属粉末供给装置的俯视图。

[0016] 图4是对激光头的结构进行说明的图。

[0017] 图5是对照射路径H进行说明的图。

[0018] 图6是第一实施方式的层叠造型方法的流程图1。

[0019] 图7是条形突起的立体图。

[0020] 图8是从Q方向观察图7的图。

[0021] 图9是对条形突起的形状进行说明的图。

[0022] 图10是向第一层供给薄膜层15b的状态的图。

[0023] 图11是在图10的状态下，表示向凹部照射近红外激光后的状态的图。

[0024] 图12是使照射路径H旋转90度的状态的说明图。

[0025] 图13是第一实施方式的变形例2的层叠造型物的层叠状态图。

[0026] 图14是第一实施方式的变形例3的层叠造型物的层叠状态图。

[0027] 图15是第二实施方式的层叠造型方法的流程图2。

[0028] 图16是在第二实施方式中，表示在基板的表面形成有凹部的状态的图。

[0029] 图17是第三实施方式的层叠造型装置的简图。

具体实施方式

[0030] 首先，对本发明的第一实施方式的层叠造型装置100(参照图1)的概要进行说明。层叠造型装置100是通过造型光束的照射，使供给至照射范围内的金属粉末逐层熔融后，使其固化而进行层叠造型来制造出造型物的装置。

[0031] 在本实施方式中，作为造型光束，采用廉价的近红外波长的激光来进行说明。以下，将近红外波长的激光称为近红外激光L1。但是，不限定于该方式。近红外激光L1只不过是一个例子，作为造型光束，不局限于近红外波长的激光(近红外激光L1)，也可以采用CO2 激光器(远红外激光)、半导体激光器。

[0032] 在本实施方式中，作为成为造型物的原材料的金属粉末，在能够采用的各种金属材料中，应用在市场中需求较高的铜粉末(Cu)作为一个例子。此外，在本实施方式中，铜粉末(Cu)以构成造型物的最下层部(基体部)的平面状向铜制的基板27的上表面供给。铜是对常温时的近红外激光L1的吸收率在规定的值以下的低吸收率材料。

[0033] 此时，规定的值以下例如是指30％以下的值，如图2所示，铜对近红外激光L1的吸收率约为10％(换句话说，30％以下)。因此，若通过以往的层叠造型的方法，向上述的铜粉末(金属粉末)照射近红外激光L1并使其熔融，则与近红外激光L1的吸收率较低的情况相应，铜粉末的温度在到达熔点前，耗费较长的时间。另外，此时，基板27(参照图1)也是铜制，对近红外激光L1的吸收率较低，并且热容量较大。因此，即使相对于供给至基板27的上表面的铜粉末照射近红外激光L1，基板27也不会与铜粉末相同地升温并容易熔融。

[0034] 另外，铜例如是与铁的热传导率(约80W/m·K)相比具有较高的热传导率(约400W/m·K)，并且熔点(约1080℃)也比较高的金属。由此，在通过以往的层叠造型的方法使近红外激光L1向铜粉末(金属粉末)进行了照射的情况下，若在铜粉末的温度到达至熔点且铜粉末已熔融后停止近红外激光L1的照射，则已熔融的铜的热经由接触的基板27等非熔融部向外部流出。因此，已熔融的铜被维持熔融状态(液体状态)且在短时间内温度降低规定量。此外，此时，如上所述，在基板27未形成熔透部，因此已熔融的铜与基板27不完全连接。

[0035] 另外，此时，公知熔点附近的液体状态的金属的表面张力γ具有越是熔点温度较高的材料越增大的趋势(参考文献：参照日本金属学会会报，第14卷第8号，小原嗣郎著“复合材料的界面与金属的润湿性”的图4)。因此，在熔融状态(液体状态)下的铜产生与较高的熔点对应的比较大的表面张力γ。因此，被维持熔融状态(液体状态)的铜存在在温度降低规定量后，因自身具有的较大的表面张力γ(省略图示)而成为不连续且椭圆的球状，之后被固化的担忧。

[0036] 另外，即使熔融状态(液体状态)下的铜不成为球状地被固化，也形成新的固化部，因此若通过以往的方法与良好地固化的固化部大幅重复地照射激光，则也向已经形成的固化部传递热。此时，已经形成的固化部由于不具有良好的熔透部，因此存在被传递热而再次熔融，之后，因表面张力γ而呈不连续的球(ball)状被固化的担忧。

[0037] 这样，铜难以被维持熔融状态(液体状态)的形态进行固化。换言之，难以形成被维持熔融状态(液体状态)的形态而形成的连续的线性的固化部。因此，高密度的层叠造型物的制造变得困难。因此，发明人反复实验、研究后，完成一种层叠造型方法和层叠造型装置，即便在将具有上述的特性的铜粉末(金属粉末)使用为层叠造型物的材料的情况下，也能够在熔融后冷却并已固化的状态下，不获得不连续且椭圆的球状，而获得线性且连续地形成的固化部(条形突起：bead)，进而能够形成高密度的层叠造型物，对此以下进行说明。

[0038] 首先，对本发明的层叠造型装置100进行说明。图1是本发明的第一实施方式的层叠造型装置100的简图。层叠造型装置100具备：腔室10、金属粉末供给装置20、造型光束照射装置30、和控制装置45。控制装置45具备金属粉末供给控制部25、造型光束照射控制部49、和造型部70。

[0039] 腔室10是以大体长方体形状形成的壳体，且是能够将外部空气与内部空气进行隔绝的容器。腔室10具备能够将内部的空气例如置换成氦气、氮气、氩气等惰性气体的装置(未图示)。此外，腔室10也可以不将内部置换成惰性气体，而形成能够吸引内部的空气并减压至接近真空的结构。

[0040] 金属粉末供给装置20设置于腔室10的内部。金属粉末供给装置20被控制装置45的金属粉末供给控制部25控制，将成为层叠造型物的原材料的金属粉末15向近红外激光L1(相当于造型光束)的照射范围Ar1(参照图3)内供给。金属粉末15如上所述，是铜的粉末。

[0041] 如图1、图3所示，金属粉末供给装置20具备造型用容器21与粉末收纳容器22。如图1所示，在造型用容器21内设置有造型物升降台23。在造型物升降台23上配置有铜制的基板
27。然后，金属粉末供给装置20向基板27上的照射范围Ar1内，供给成为后述的造型物的第一层15A的基础的金属粉末15(Cu)的薄膜层15a。然后，造型光束照射控制部49相对于薄膜层15a，基于预先设定的照射图案照射近红外激光L1，而形成(准备)第一层15A。

[0042] 此外，对在照射范围Ar1内的薄膜层15a的供给方法、和针对形成第一层15A用的薄膜层15a的近红外激光L1的照射图案等之后详细叙述，因此这里仅简单叙述。另外，在基板27的下方，即被照射近红外激光L1(造型光束)的一侧的相反一侧设置有加热器28。加热器
28与控制装置45连接，通过控制装置45的控制，在形成第一层15A以前，经由基板27，对薄膜层15a进行加热(预热)。薄膜层15a例如被加热器28加热至约400℃。加热器28也可以是任意的形式。

[0043] 另外，虽未图示，但加热器28也可以配置于被照射近红外激光L1的一侧而对薄膜层15a进行加热。另外，也可以不设置加热器28，向与造型物的形成无关的薄膜层15a的各部分照射近红外激光L1而对薄膜层15a整体进行加热。此时，近红外激光L1的照射输出只要形成薄膜层15a的铜粉末不熔融的程度的较低的输出即可。

[0044] 若在照射范围Ar1内形成有第一层15A，则金属粉末供给装置20被控制装置45的金属粉末供给控制部25控制，造型物升降台23向下方移动。然后，金属粉末供给装置20动作，向第一层15A(第一次)上以后述的规定的厚度h供给金属粉末15(Cu)的薄膜层15b。之后，再次通过近红外激光L1向薄膜层15b的照射使薄膜层15b的一部分熔融，固化而形成第二层15B。此外，对在照射范围Ar1内的薄膜层15b的供给方法、和针对形成第二层15B用的薄膜层
15b的近红外激光L1的照射图案等之后详细地叙述，因此这里仅简单叙述。

[0045] 若形成第二层15B，则金属粉末供给装置20被金属粉末供给控制部25控制，造型物升降台23向下方移动规定量。然后，与上述相同，向造型物升降台23上的第二层15B上供给金属粉末15(薄膜层15a)。之后，再次将近红外激光L1照射在薄膜层15a上，由此薄膜层15a的规定的位置熔融，固化而再次形成第一层15A(第二次)。但是，此时，在第一层15A(第一次)与第一层15A(第二次)中，被配置的方向错开任意的角度而不同，对此之后详细地进行说明。之后，再次在第一层15A(第二次)的上方形成第二层15B。通过这样的作业的反复，层叠有向上方延伸的所希望的层叠造型物。

[0046] 对于粉末收纳容器22而言，在供料台24上收容金属粉末15，供料台24向上方移动，由此金属粉末15向上方突出并被供给规定量。此外，在造型物升降台23、供料台24分别安装有支承轴23a、24a。支承轴23a、24a与被控制装置45控制的驱动装置(省略图示)连接，通过驱动装置的动作而上下移动。

[0047] 另外，在金属粉末供给装置20设置有遍布造型用容器21和粉末收纳容器22的开口的整个区域移动的重涂覆器26。重涂覆器26从图1、图2的右向左移动。由此，通过供料台24的上升而被供给的金属粉末15被搬运至造型物升降台23上，在造型物升降台23上形成有薄膜层15a、15b。此时，薄膜层15a、15b的厚度由造型物升降台23的下降量决定。在本实施方式中，薄膜层15a、15b的厚度与第一层15A和第二层15B对应地分别设定。详细后述。

[0048] 造型光束照射装置30是相对于被金属粉末供给装置20供给至腔室10内的照射范围Ar1内(参照图1、图2)的金属粉末15的薄膜层15a、15b的表面的规定的位置，在隔绝了外部空气的状态下照射近红外激光L1的装置。造型光束照射装置30被控制装置45的造型光束照射控制部49控制。如图1所示，造型光束照射装置30具备激光振荡器31和激光头32。另外，激光振荡器31具备将从激光振荡器31振荡的近红外激光L1传送至激光头32的光纤35。

[0049] 激光振荡器31以波长成为预先设定的规定的红外波长的方式进行振荡而生成作为连续波CW的激光的近红外激光L1。具体而言，作为近红外激光L1，能够采用HoYAG(波长：约1.5μm)、YVO(钒酸钇，波长：约1.06μm)、Yb(镱，波长：约1.09μm)等。由此，能够廉价地制作激光振荡器31，并且在运用时消耗能量也较小而廉价。

[0050] 如图1所示，激光头32从腔室10内的薄膜层15a的表面隔开规定的距离地配置。如图4所示，激光头32具备：准直透镜33、反射镜34、Galvano 扫描仪36、和fθ透镜38。准直透镜33、反射镜34、Galvano扫描仪36、和fθ透镜38配置于激光头32的壳体内。准直透镜33对从光纤35照射出的近红外激光L1进行准直而变换成平行光。

[0051] 反射镜34以被准直的近红外激光L1入射Galvano扫描仪36的方式变换近红外激光L1的行进方向。在本实施方式中，反射镜34使近红外激光L1的行进方向变换90度。

[0052] Galvano扫描仪36变更近红外激光L1的行进方向，使近红外激光L1经由fθ透镜38，向薄膜层15a、15b的表面的规定的位置照射。换句话说，激光头32通过Galvano扫描仪36，能够自如地变更从激光振荡器31被振荡出的近红外激光L1的照射角度。

[0053] Galvano扫描仪36例如使用包含能够在正交的2个方向上进行摆动运动的一对可动反射镜(未图示)的公知的扫描仪。fθ透镜38是使从Galvano扫描仪36入射的平行的近红外激光L1聚光的透镜。另外，从激光头32照射出的近红外激光L1通过设置于腔室10的上表面的透明的玻璃或者树脂向腔室10内照射。此外，如上所述，使用的近红外激光L1是YAG激光器发出的激光。

[0054] 造型部70经由造型光束照射控制部49控制造型光束照射装置30的动作。在薄膜层15a中，造型部70使造型光束照射装置30动作，沿着设定于供给至照射范围Ar1内的薄膜层
15a的表面的照射路径H(参照图5)照射近红外激光L1(造型光束)。照射路径H之后详述。

[0055] 接下来，基于图6的流程图1对本发明的层叠造型方法进行说明。造型方法是使用层叠造型装置100，在通过近红外激光L1的照射使薄膜层15a、15b的一部分熔融后，使其固化层叠而形成造型物的方法。造型方法具备第一工序S10、第二工序S20、和第三工序S30。

[0056] 第一工序S10是在基板27上的照射范围Ar1内(参照图3)，准备在上表面具备了沿着后述的照射路径H(规定的轴线)凹设的凹部43的造型物的第一层15A的工序。

[0057] 第二工序S20是向凹部43供给铜粉末(金属粉末)的工序。第三工序S30是在第二工序S20的实施后，对供给至凹部43的铜粉末15(金属粉末)照射近红外激光L1(造型光束)并使其熔融和固化的工序。另外，第一工序S10具备：第一供给工序S11、第一激光照射工序S12、和第二激光照射工序S13。在下述流程图内对各工序S11、S12、S13详细地进行说明。

[0058] 首先，对准备阶段进行说明。首先，向粉末收纳容器22内投入金属粉末15。接下来，通过省略图示的气体置换装置将层叠造型装置100的腔室10内的空气例如置换成氮气。

[0059] 然后，在预先工序S1中，在造型物升降台23上载置基板27。此时，如图1所示，以基板27的上表面从造型用容器21的上表面向下方偏移与第一层15A的厚度对应的量的方式，通过金属粉末供给控制部25(控制装置45)控制造型物升降台23的高度。如上所述，基板27是由铜(Cu)形成的板部件。另外，基板27是在基板27上形成有造型物(层叠造型物)后，通过机械加工被切去的基部件。

[0060] 而且，在基板27与造型物升降台23的上表面之间设置有加热器28。加热器28被控制装置45控制，而对基板27进行加热。由此，基板27的上表面被维持为约400℃。

[0061] 接下来，在第一供给工序S11(第一工序S10)中，向基板27上的照射范围Ar1内供给铜粉末(金属粉末)。因此，首先，金属粉末供给控制部25使金属粉末供给装置20动作，使载置了金属粉末15的供料台24上升，从粉末收纳容器22的上表面突出规定量(省略图示)。

[0062] 然后，使重涂覆器26从图1的右向左移动，如图1所示，从粉末收纳容器22向造型用容器21供给铜粉末15(金属粉末)，在基板27上形成厚度α的铜粉末的薄膜层15a。然后，薄膜层15a经由基板27被加热器28例如加热至约400℃。

[0063] 在第一激光照射工序S12(第一工序S10)中，造型部70控制造型光束照射装置30，使近红外激光L1(造型光束)如图5所示，沿着在供给至基板27上的照射范围Ar1内的薄膜层15a的表面设定的照射路径H的H1照射。

[0064] 由此，在对薄膜层15a的铜粉末进行加热而使其熔融后，使其固化，形成沿规定的轴线方向呈线状延伸，且与规定的轴线交叉的剖面成为凸状的第一条形突起41(图7、图8的左侧)。此外，此时，第一条形突起41被加热器28加热至约400℃，由此能够更加稳定地形成。后述的第二条形突起42也相同。此时，在形成有第一条形突起41以外的部分残留有铜粉末
15。

[0065] 另外，如图5所示，上述的照射路径H分别由平行的照射路径H1、H2··Hn构成。照射路径H1、H2··Hn分别相当于规定的轴线。另外，在本实施方式中，为了便于说明，Hn作为H3进行说明。另外，在本实施方式中，向薄膜层15a的表面照射的近红外激光L1的点径φd(省略图示)例如形成φ80μm～φ100μm左右。但是，这始终为一个例子，点径φd只要任意地设定即可。

[0066] 如上所述，第一条形突起41形成为沿规定的轴线方向呈线状延伸且与规定的轴线交叉的剖面成为凸状(参照图8)。这样，在现有技术中，通常，朝向下方形成为凸状的条形突起(固化部分)，在本发明中，朝向上方形成为凸状(凸状)。该点与现有技术很不同。

[0067] 接下来，在第二激光照射工序S13(第一工序S10)中，造型部70控制造型光束照射装置30，使近红外激光L1(造型光束)沿着图5所示的薄膜层15a上的照射路径H2(即，与上次照射的照射路径H(H1)邻接的照射路径H(H2))照射。由此，在对照射路径H2上的铜粉末15进行加热而使其熔融后，使其固化，在与第一条形突起41具有规定的距离的状态下形成上述的第二条形突起42(参照图7、图8的中央的条形突起42(41))。第二条形突起42(41)的沿照射路径H2的延伸方向(规定的轴线方向)呈线状延伸且与照射路径H2(规定的轴线)交叉的剖面呈现凸状。

[0068] 中央的第二条形突起42的剖面形状形成与上述的第一条形突起41的剖面形状相同的形状。而且，在第一条形突起41与第二条形突起42之间的空间形成凹部43(使其成立)(此外，在以下的说明中，为了便于说明，将首先形成的凹部设为凹部43a)。此时，第一条形突起41与第二条形突起42优选配置为如图9所示具有在根部接触的程度的距离。但是，该方式不局限于此，如图9的双点划线所示，在将第一条形突起41和第二条形突起42的各根部的宽度设为T1、T1时，第一条形突起41与第二条形突起42也可以重复T1/2来配置。另外，第一条形突起41与第二条形突起42也可以在根部不接触而分离地配置(省略图示)。

[0069] 另外，第一条形突起41和第二条形突起42的凸状(Convex)的剖面形状(参照图9)优选接触角θ为90°以下。这里，接触角θ是第一条形突起41(第二条形突起42)与基板27接触的点D处的相对于第一条形突起41(第二条形突起42)的表面的切线L2、与第一条形突起41(第二条形突起42)和基板27之间的边界L3所成的角度。接触角θ为90°以下，由此容易稳定地形成第一条形突起41和第二条形突起42，并且容易向在第一条形突起41与第二条形突起42之间形成的凹部43(43a、43b)高密度地填充铜粉末15(金属粉末)。

[0070] 接下来，在确认工序S14中，确认在薄膜层15a预定形成的条形突起是否已全部形成。如上所述，在本实施方式中，照射路径H是H1、H2、H3。因此，在照射路径H3中，仍未形成条形突起。因此，根据“否”，返回第二激光照射工序S13。然后，在第二激光照射工序S13中，使近红外激光L1(造型光束)沿着薄膜层15a上的照射路径H3照射，形成第二条形突起42。

[0071] 此外，在确认工序S14之后，在形成新的条形突起时，将上次形成的第二条形突起42兼用为第一条形突起41，将新形成的条形突起设为第二条形突起42。由此，在第二条形突起42与第一条形突起41(第二条形突起42)之间形成第二个凹部43b(凹部43)，完成第一层
15A。然后，若相对于全部的造型路径形成条形突起，则根据“是”，向第二工序S20移动。

[0072] 在第二工序S20中，向位于照射范围Ar1内的第一层15A的凹部43a、43b供给铜粉末(金属粉末)。因此，金属粉末供给控制部25使金属粉末供给装置20动作(上升)，使载置了金属粉末15的供料台24上升规定量，并从粉末收纳容器22的上表面突出(省略图示)。

[0073] 然后，使复原成初始位置的重涂覆器26从图1的右向左移动，从粉末收纳容器22向造型用容器21供给金属粉末15，在基板27上的第一层15A上形成粉末的薄膜层15b。此时，第一层15A具备的第一条形突起41和第二条形突起42的顶点A1、A2、A3的位置，即凹部43a、43b的上端的位置位于比粉末收纳容器22的上表面稍靠下方。

[0074] 因此，薄膜层15b成为图10所示的状态。换句话说，以薄膜层15b的高度h比凹部43a、43b的深度β稍大的方式供给金属粉末15(h＞β)。但是，薄膜层15b的高度h也可以与凹部43a、43b的深度β相同(h＝β)。薄膜层15b经由基板27和第一层15A被加热器28加热至约
400℃。

[0075] 在第三激光照射工序S31(第三工序S30)中，造型部70控制造型光束照射装置30使近红外激光L1(造型光束)沿着薄膜层15b上的凹部43(43a)照射。由此，在对凹部43a内的铜粉末进行加热使其熔融后，使其固化。此时，供给至凹部43a内的铜粉末被供给为高于凹部43a的深度β。但是，通过使铜粉末熔融，而填充铜粉末间的间隙，表观上的容积减少，而成为凹部43a被熔融了的铜充满的填满状态(参照图11)。

[0076] 另外，被熔融的铜在固化前，存积于凹部43a内。因此，在固化时，即使因表面张力γ而要变形为球状，但变形也被凹部43a的内壁限制。因此，已固化的铜不会成为不连续且椭圆的球状。由此，第一条形突起41和第二条形突起42及凹部43a内的铜成为一体。

[0077] 接下来，在确认工序S32(第三工序S30)中，确认向薄膜层15b的预定的凹部43的照射是否已全部结束。如上所述，在本实施方式中，向凹部43a与凹部43b进行照射。但是，凹部43b仍未被照射。因此，根据“否”，返回第三激光照射工序S31。

[0078] 然后，使近红外激光L1沿着薄膜层15b上的凹部43b照射，在对凹部43a内的铜粉末加热而使其熔融后，使其固化。由此，形成第一层15A和第二层15B，从而第一条形突起41和第二条形突起42与凹部43a内的铜和凹部43b内的铜被一体化(参照图11)。之后，在确认工序S32中，根据“是”，向最终确认工序S41移动。

[0079] 在最终确认工序S41中，确认预定的第一层15A和第二层15B的形成是否已结束。通常，之后，在上方形成多个由第一层15A和第二层15B构成的组装层，但为了便于说明，在本实施方式中，仅后一层形成组装层，以此来进行说明。因此，在最终确认工序S41中，根据“否”，返回第一供给工序S11(第一工序S10)。

[0080] 而且，之后，在从第一供给工序S11(第一工序S10)至确认工序S32(第三工序S30)依次进行了处理后，在最终确认工序S41中，根据“是”，结束程序。

[0081] 此外，在如上述那样反复进行多次从第一工序S10至第三工序S30的处理的情况下，沿规定的轴线方向延伸的凹部43(43a、43b)中的在上次的处理中形成的凹部43(43a、43b)的延伸方向与在上次的处理的下一处理中形成的凹部43(43a、43b)的延伸方向配置为错开90°的不同的方向。

[0082] 换言之，在第一工序S10中形成的第一条形突起41和第二条形突起42延伸的方向每当使第一条形突起41和第二条形突起42层叠多次，便错开90°的方向配置(在图12中，参照由实线表示的照射路径H(H1～H3))。但是，不局限于上述方式，错开的方向也可以不是90°，而是任意的角度。另外，任意的角度也可以形成每一次都不同的角度。由此，层叠造型物(造型物)的强度相应地提高。

[0083] 此外，如上所述，每当使第一条形突起41和第二条形突起42层叠便变更延伸方向90°或者任意的角度的处理在流程图内未说明。但是，作为实际的对应方法，例如，在第一工序S10前设置计数器，每当通过计数器便使计数器加一。然后，只要以在计数器的数值为奇数时，将第一条形突起41和第二条形突起42的延伸方向设为0度，在偶数时设为90度(或者任意的角度)的方式进行控制即可。但是，这始终是一个例子，当然也可以进行任意地控制。

[0084] 这样，在本实施方式中，在第三工序S30的处理后，执行在造型物的上方再次准备(形成)第一层15A的第一工序S10。然后，在第三工序S30的处理后被执行的第一工序S10之后，依次反复执行第二工序S20和第三工序S30，直至造型物完成。

[0085] 根据上述第一实施方式的造型方法，具备：第一工序S10，在基板27上的照射范围Ar1内形成(准备)在上表面具备了沿着规定的轴线凹设的凹部43a(43)的造型物的第一层15A；第二工序S20，向凹部43a(43)供给铜粉末(金属粉末)；和第三工序S30，在第二工序S20的处理后，对供给至凹部43a(43)的铜粉末(金属粉末)照射近红外激光L1(造型光束)并使其熔融。

[0086] 这样，在第三工序S30中，被照射近红外激光L1的凹部43a、43b的铜粉末(金属粉末)在凹部43a、43b内熔融，而存积于凹部43a、43b内。因此，之后，由于为高热传导率，所以存积于凹部43a、43b内的熔融铜(熔融金属)的温度被传递至外部而大幅降低，从而即使表面张力γ增加，熔融铜(熔融金属)也难以成为球(ball)状，能够在固化后获得高密度的造型物。

[0087] 另外，根据上述第一实施方式的造型方法，在第一工序S10中，为了形成(准备)第一层15A，而具备：第一供给工序S11，向基板27上的照射范围Ar1内供给铜粉末(金属粉末)；第一激光照射工序S12，在对供给至照射范围Ar1内的铜粉末照射近红外激光L1(造型光束)而使铜粉末熔融后，使其固化，形成沿照射路径H1方向(规定的轴线方向)呈线状延伸且与照射路径H1(规定的轴线)交叉的剖面成为凸状的第一条形突起41；和第二激光照射工序S13，在对供给至照射范围Ar1内的铜粉末(金属粉末)中的配置于第一条形突起41的附近的铜粉末照射近红外激光L1而使铜粉末熔融后，使其固化，形成第二条形突起42，该第二条形突起42在与第一条形突起41具有规定的距离的状态下沿照射路径H2、H3方向(规定的轴线方向)呈线状延伸且与照射路径H2、H3(规定的轴线)交叉的剖面成为凸状，并且在其与第一条形突起41之间的空间内使凹部43a、43b(43)成立。

[0088] 这样，能够通过利用红外激光L1的照射形成的第一条形突起41和第二条形突起42使凹部43a、43b(43)成立，因此与利用其他工序形成凹部的情况相比，能够简易且低成本地实施。

[0089] 另外，根据上述第一实施方式的造型方法，在第三工序S30的处理后，执行在造型物的上方准备第一层15A的第一工序S10，在第三工序S30的处理后被执行的第一工序S10之后，依次反复执行第二工序S20和第三工序S30。由此，能够制造高密度的层叠造型物。

[0090] 另外，根据上述第一实施方式的造型方法，在反复进行从第一工序S10至第三工序S30的处理的情况下，在上次的处理中形成的凹部43a、43b(43)的延伸方向与在上次的处理的下一处理中形成的凹部43a、43b(43)的延伸方向不同。由此，能够形成取向具有各向异性的造型物，从而强度提高。

[0091] 另外，根据上述第一实施方式的造型方法，在第二工序S20中，供给至凹部43a、43b(43)的铜粉末(金属粉末)被供给为成为凹部43a、43b(43)的深度β以上的高度h。由此，若使铜粉末熔融，则已熔融的铜填充于铜粉末间的间隙，从而能够良好地充满凹部43a、43b(43)的空间。因此，也能够使第二层15B的表面与第一层15A一并形成为平面状。

[0092] 另外，根据上述第一实施方式的造型方法，造型光束是近红外波长的激光，金属粉末是铜粉末。铜是在常温状态下对近红外波长的激光(近红外激光L1)的吸收率非常低的材料。在是近红外波长的激光(近红外激光L1)的吸收率非常低的材料的情况下，通过以往的方法，难以在成为基体的部件制作熔透部，从而在固化时，容易因表面张力成为球状。但是，根据上述第一实施方式的制造方法，即便是上述那样的材料，也能够简易且良好地进行层叠造型。

[0093] 另外，根据上述第一实施方式的造型方法，在第一激光照射工序S12(S10)和第二激光照射工序S13(S10)中，在照射近红外激光L1(造型光束)之前，对供给至照射范围Ar1内的铜粉末(金属粉末)，进行基于加热器28的预热。由此，在第一工序S10中，能够通过近红外激光L1的照射，在形成第一条形突起41和第二条形突起42时，更加稳定地形成。

[0094] 在上述第一实施方式中，作为金属粉末应用了铜粉末，但不限定于该方式，作为变形例1(省略图示)，金属粉末也可以是铝粉末。铝粉末也与铜粉末相同，常温下的对近红外激光L1的吸收率较低，并且热传导率比较高，因此能够期待与铜粉末相同的效果。

[0095] 另外，在第一实施方式中，在反复进行多次从第一工序S10至第三工序S30的处理的情况下，在上次的处理中形成的凹部43(43a、43b)的延伸方向与在上次的处理的下一处理中形成的凹部43(43a、43b)的延伸方向配置为不同的方向(例如90°)。但是，不限定于该方式，作为变形例2、3，在上次的处理中形成的凹部43(43a、43b)的延伸方向与在上次的处理的下一处理中形成的凹部43(43a、43b)的延伸方向也可以相同。

[0096] 如图13所示，在变形例2中，在第一层的第一条形突起41和第二条形突起42上，层叠第二层的第一条形突起41和第二条形突起42，而形成造型物。此时，第一层(下方)和第二层(上方)均如上所述，在形成第一条形突起41和第二条形突起42后，在第二工序S20中，向凹部43a、43b(43)供给铜粉末15。然后，在第三工序S30中，在向凹部43a、43b(43)的铜粉末15照射近红外激光L1而使其熔融后，使其固化形成各层。

[0097] 另外，如图14所示，在变形例3中，在第一层的第一条形突起41与第二条形突起42之间，换句话说在第一层的凹部43a、43b的上方层叠第二层的第一条形突起41和第二条形突起42，而形成造型物。在变形例3的情况下，在第二工序S20中，向凹部43a、43b(43)供给铜粉末15。而且，之后，在第三工序S30中，在向凹部43a、43b(43)的铜粉末15照射近红外激光L1而使其熔融后，使其固化，同时进行第一层向凹部43a、43b(43)的填充与第二层的第一条形突起41和第二条形突起42的形成。

[0098] 这样，能够同时实施向凹部43a、43b(43)的填充与第一条形突起41和第二条形突起42的形成，因此制造工时能够大幅度减少。此外，在变形例3中，在层叠的最上层，与第一实施方式相同，在第二工序S20中，向凹部43a、43b(43)供给铜粉末15。然后，只要形成为在第三工序S30中，在向凹部43a、43b(43)的铜粉末15照射近红外激光L1而使其熔融后，使其固化，从而上表面与凹部43a、43b(43)的上端成为共面即可。

[0099] 另外，在第一实施方式中，薄膜层15a、15b被设置于基板27与造型物升降台23的上表面之间的加热器28进行了预热。然而，不限定于该方式，作为变形例4(省略图示)，预热也可以分别通过将近红外激光L1(造型光束)向各薄膜层15a、15b具备的金属粉末中的与造型物的形成无关的部分照射对其加热而进行。此时，近红外激光L1的照射输出只要降低至金属粉末不熔融的程度以下即可。由此，也能够期待相应的效果。

[0100] 接下来，基于图15的流程图2对第二实施方式的造型方法进行说明。相对于第一实施方式，在第二实施方式中，仅造型方法的第一工序S10不同。因此，仅对不同的部分进行说明，省略对相同的部分的说明。在第一实施方式中，在第一工序S10中，通过近红外激光L1(造型光束)的照射，将第一条形突起41与第二条形突起42平行且具有规定的距离地形成。而且，通过第一条形突起41与第二条形突起42之间的空间使凹部43a、43b(43)成立。由此，准备(形成)了第一层15A。

[0101] 然而，如图15所示，在第二实施方式的第一工序S110中，通过作业人员将预先在其他工序中形成的第一层115A载置在造型物升降台23的上表面上来进行准备。具体而言，如图16所示，在基板27的表面上通过通常的机械加工形成(凹设)与在第一实施方式中已说明的凹部43a、43b(43)相同形状的凹部143a、143b(143)，并载置于造型物升降台23的上表面。

[0102] 然后，以凹部143a、143b(143)朝向上方的方式将在下表面具备加热器28的基板27载置于造型物升降台23的上表面。换句话说，第一层115A在基板27上与基板27形成为一体，而被准备。但是，在反复处理第一工序S110、第二工序S20、和第三工序S30的情况下，优选从第二顺序起，通过与第一实施方式的第一工序10相同的工序(S11～S14)形成凹部143a、143b(143)。

[0103] 另外，也可以不在上述的第一实施方式、第二实施方式中使用的层叠造型装置100应用本发明，而在作为第三实施方式不具有腔室且在大气中使铜粉末进行层叠而造型制造出造型物的层叠造型装置200(参照图17)应用本发明。层叠造型装置200是所谓被称为LMD(激光金属沉积)的公知的层叠造型装置。

[0104] 层叠造型装置200在出射激光的激光头232的外周侧一体地具备与金属粉末供给装置20对应的金属粉末供给装置220。然后，层叠造型装置200通过金属粉末供给装置220将铜粉末15(金属粉末)从激光头232的外周部向照射范围Ar1内喷射，之后，使近红外激光L1(造型光束)向照射范围Ar1内的铜粉末15(金属粉末)照射。

[0105] 此时，与近红外激光L1的照射同时，从激光头232的内周侧朝向照射范围Ar1内喷射屏蔽气体SG(氮气等)，防止铜粉末15被熔融时的氧化。由此，能够在基板上的照射范围Ar1内准备具有与在第一实施方式中准备(形成)的第一层15A(参照图7、图8)相同的凹部43a、43b(43)的第一层(省略图示)(第一工序)。

[0106] 之后，实施对凹部43a、43b(43)从激光头232的外周部向照射范围Ar1内喷射并供给铜粉末15(金属粉末)的第二工序、和在第二工序后对供给至凹部43a、43b(43)的金属粉末进行近红外激光L1(造型光束)的照射和喷射屏蔽气体SG使金属粉末熔融的第三工序。通过这样的第三实施方式的层叠造型装置200，也能够获得与上述第一实施方式相同的效果。

[0107] 此外，根据上述第一实施方式的层叠造型装置100、第二实施方式的层叠造型装置200，能够与在上述实施方式的制造方法中制造出的造型物相同，稳定地制造高密度的造型物。

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