CN113182532A - 附加制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及附加制造装置。附加制造装置具备照射内侧照射光束的内侧光束照射装置、照射外侧照射光束的外侧光束照射装置以及控制装置。控制装置在外侧光束照射通过向包含硬质材料以及超硬粘合剂的材料照射内侧照射光束并使该材料熔融而形成的熔融池时，以表示熔融池中的每单位时间的温度降低的冷却速度在熔融池所含的超硬粘合剂的凝固点成为540℃/s以下的方式，控制表示外侧光束的每单位面积的输出的功率密度。根据本发明，附加制造装置能够通过简单的结构抑制破裂，而附加制造高品质的造型物。

Description

附加制造装置

技术领域

本发明涉及附加制造装置。

背景技术

公知有在附加制造中，例如存在定向能沉积(Directed Energy Deposition)方式、粉末床熔融结合(Powder Bed Fusion)方式等。定向能沉积方式通过控制光束(激光束以及电子束等)的照射和进行材料的供给的加工头的位置来进行附加制造。定向能沉积方式包含LMD(Laser Metal Deposition：激光金属沉积)、DMP(Direct Metal Printing：直接金属印刷)等。粉末床熔融结合方式通过对平坦铺满的粉末材料照射光束来进行附加制造。粉末床熔融结合方式包含SLM(Selective Laser Melting：选择性激光熔化)、EBM(Electron Beam Melting：电子束熔化)等。

例如定向能沉积方式LMD，喷射含有硬质材料的粉末材料等并且照射光束，由此能够在使粉末材料等熔融之后使其凝固。由此，LMD例如作为向基台局部地添加硬质材料的造型物的堆焊技术而被利用。

而且，例如在国际公开第2019/069701号中公开了超硬合金复合材料。现有的超硬合金复合材料具有包含碳化钨(WC)与钴(Co)的超硬合金部以及包含镍(Ni)或者钴(Co)的基材部，在超硬合金部与基材部之间具有包含超硬合金部的成分和基材部的成分的中间层。

在附加制造中，将粉末材料熔融之后使其凝固，由此制造造型物。然而，在从将含有硬质材料的粉末材料熔融的状态通过快速冷却使其凝固的状况下，由于硬质材料的韧性，有可能在造型物上产生破裂，硬质的造型物的品质降低。在该情况下，能够通过将粉末材料预热来抑制快速冷却。

然而，例如在LMD中，对各种形状的基台喷射材料粉末而局部地附加造型物，所以如SLM那样，使用基座板等附加制造装置的一部分来预热粉末材料的方法不现实。另外，在LMD中，还考虑了使用加热器等来预热粉末材料，但例如存在与加工头的干涉、控制***变得复杂等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够通过简单的结构抑制破裂并附加制造高品质的造型物的附加制造装置。

附加制造装置具备：内侧光束照射装置，其构成为照射将包含硬质材料以及超硬粘合剂的材料加热到材料的熔点以上的内侧照射光束；外侧光束照射装置，其构成为在内侧光束的外侧照射将材料加热到小于熔点的外侧照射光束；以及控制装置，其构成为对内侧光束照射装置以及外侧光束照射装置的各个，控制内侧光束以及外侧光束的照射、以及内侧光束以及外侧光束相对于基台的相对扫描，控制装置在外侧光束照射通过向上述材料照射内侧照射光束并使该材料熔融而形成的熔融池时，以表示熔融池中的每单位时间的温度降低的冷却速度在熔融池所含的超硬粘合剂的凝固点成为540℃/s以下的方式，控制表示外侧光束的每单位面积的输出的功率密度。

由此，控制装置在外侧光束照射通过照射内侧光束使含有硬质材料的材料熔融而形成的熔融池时，能够以熔融池冷却的冷却速度在熔融池所含的超硬粘合剂的凝固点成为540℃/s以下的方式，控制外侧光束的功率密度。

这样，以熔融池(造型物)的冷却速度成为540℃/s以下的方式，控制外侧光束的功率密度来进行保温处理，由此能够抑制造型物的快速冷却凝固。因此，通过简单的结构，能够防止造型物的破裂的产生，能够附加制造高品质的造型物。

附图说明

图1是表示附加制造装置的图。

图2是表示通过图1的附加制造装置附加制造造型物的基台的立体图。

图3是从中心轴向观察附加了造型物的图2的基台的图。

图4是表示向附加制造由图1的附加制造装置进行的造型物时的基台附加的造型物的初始状态的剖视图。

图5是表示在扫描从图4的状态推进了某种程度时的基台上附加制造的造型物的中途状态以及附加状态的剖视图。

图6是表示在图1的附加制造装置中在基台上附加制造造型物时的功率密度与光照射范围的关系的光束轮廓。

图7是表示预热温度与造型物的破裂的产生数的关系的图表。

图8是用于说明作为超硬粘合剂的钴(Co)的凝固点的冷却速度的图表。

图9是用于说明内侧光束的直径与外侧光束的直径的大小的图。

图10是用于说明改变外侧光束的直径相对于内侧光束的直径之比时的冷却速度的变化的图。

图11是表示第一其他例的功率密度与光照射范围的关系的光束轮廓。

图12是表示第二其他例的、外侧光束的光照射形状与光束轮廓的关系的图表。

图13是表示第三其他例的、根据外侧光束的光照射形状改变光束轮廓时的图。

图14是表示第三其他例的、根据外侧光束的光照射形状改变光束轮廓时的图。

图15是表示适用于附加制造装置的光照射装置的其它结构的图。

图16是表示适用于附加制造装置的光照射装置的其它结构的图。

具体实施方式

(1.附加制造装置的概要)

本例的附加制造装置例如采用定向能沉积方式亦即LMD方式。在本例中，附加制造装置朝向基台喷射在作为硬质材料的硬质粉末材料中混合有结合粉末材料的粉末材料并且照射光束，由此在基台上附加制造硬质的造型物。粉末材料、特别是硬质粉末材料和基台可以是不同的材料，也可以是同一种类的材料。

在本例中，对在使用碳钢(S45C)形成的基台上附加制造使用作为硬质材料的碳化钨(WC)的硬质粉末材料造型的硬质的造型物的情况进行说明。这里，结合粉末材料使用作为将碳化钨(WC)彼此结合的超硬粘合剂而起作用的钴(Co)。这里，碳化钨(WC)的熔点(凝固点)是2870℃，比作为超硬粘合剂的钴(Co)的熔点(凝固点)的1495℃高。另外，在本例中，作为超硬粘合剂使用钴(Co)。然而，超硬粘合剂并不限于钴(Co)，例如作为超硬粘合剂也可以使用镍(Ni)。

(2.附加制造装置100的结构)

如图1所示，附加制造装置100主要具备：附加材料供给装置110、光束照射装置120以及控制装置130。这里，在本例中，附加制造装置100如图2以及图3所示，例示了在具有将小径的圆筒部件B2、B2同轴地一体化在大径的圆盘部件B1的两侧面的形状的基台B上附加制造造型物FF的情况。具体地说，附加制造装置100在基台B的圆筒部件B2、B2的开放端部侧的由格子表示的周面(省略图示的轴承的支承部)B2S、B2S附加制造造型物FF。

在将造型物FF附加制造于基台B的情况下，如图1所示，附加制造装置100使马达M1旋转而使基台B绕中心轴线C旋转。另外，附加制造装置100使马达M2旋转而使基台B沿中心轴线C的方向移动。由此，能够遍及圆筒部件B2、B2的周面B2S、B2S的整体，层状地附加制造造型物FF。

附加材料供给装置110具备料斗111、阀112、气瓶113以及喷射喷嘴114。料斗111储藏混合有结合粉末材料P2的硬质粉末材料P1。在本例中，造型物FF由大量的硬质粉末材料P1和少量的结合粉末材料P2形成，所以混合在硬质粉末材料P1的结合粉末材料P2的量设为与造型物FF中的结合粉末材料P2对应的量。

阀112具备粉末导入阀112a、粉末供给阀112b以及气体导入阀112c。粉末导入阀112a经由配管111a与料斗111连接。粉末供给阀112b经由配管114a与喷射喷嘴114连接。另外，气体导入阀112c经由配管113a与气瓶113连接。

喷射喷嘴114例如通过从气瓶113供给的高压的氮气，将硬质粉末材料P1以及结合粉末材料P2向基台B的圆筒部件B2的周面B2S喷射并供给。喷射喷嘴114在本例中，虽示出了隔开180度配置两个的情况，但也可以设为具备一个或者以等角度间隔配置的三个以上的喷射喷嘴114的结构。或喷射喷嘴114也可以设为具备在光束照射装置120照射光束的照射孔周围配置的环状的喷射孔的结构。另外，喷射硬质粉末材料P1以及结合粉末材料P2的气体并不限于氮气，也可以是氩气等惰性气体。

光束照射装置120主要具备内侧光束照射装置121、以及外侧光束照射装置122。内侧光束照射装置121主要具备内侧光束照射部121a以及内侧光束光源121b。外侧光束照射装置122主要具备外侧光束照射部122a以及外侧光束光源122b。

内侧光束照射装置121相对于基台B的周面B2S，从内侧光束光源121b通过配置在内侧光束照射部121a内的省略图示的准直透镜、聚光透镜照射内侧光束LC。另外，外侧光束照射装置122相对于基台B的周面B2S，从外侧光束光源122b通过配置于外侧光束照射部122a内的省略图示的准直透镜、聚光透镜照射外侧光束LS。

这里，在本例中，内侧光束照射装置121照射成为圆形状的照射形状(内侧光照射范围CS)的内侧光束LC。另外，外侧光束照射装置122照射成为与内侧光束LC同轴且包围外周的圆环状的照射形状(外侧光照射范围SS)的外侧光束LS。内侧光束LC主要在基台B的周面B2S中将硬质粉末材料P1以及结合粉末材料P2熔融来附加制造造型物FF。外侧光束LS主要抑制在基台B的周面B2S附加制造出的造型物FF(更详细地说后述的熔融池MP)的温度降低即进行保温。另外，在本例中，作为内侧光束LC以及外侧光束LS使用激光。然而，内侧光束LC以及外侧光束LS并不限于激光，只要是电磁波，则例如也可以使用电子束。

另外，在本例中，虽照射圆形状的内侧光束LC和圆环状的外侧光束LS，但内侧光束LC以及外侧光束LS并不限于圆状。例如也可以将内侧光束LC以及外侧光束LS的各个设为四边形状，或将内侧光束LC设为圆状或者四边形状且将外侧光束LS设为四边形状或者圆状来进行组合。

控制装置130控制附加材料供给装置110的粉末供给。具体地说，控制装置130控制粉末供给阀112b以及气体导入阀112c的开闭，控制来自喷射喷嘴114的硬质粉末材料P1以及结合粉末材料P2的喷射供给。

控制装置130控制光束照射装置120即内侧光束照射装置121以及外侧光束照射装置122的光照射。另外，控制装置130控制内侧光束LC以及外侧光束LS相对于基台B的周面B2S的相对的扫描。具体地说，控制装置130控制马达M1的旋转使基台B绕中心轴线C旋转，并且控制马达M2的旋转使基台B沿中心轴线C的方向移动。由此，控制内侧光束LC以及外侧光束LS相对于基台B的周面B2S的相对的扫描。

另外，在本例中，控制装置130使基台B旋转以及移动。然而，当然也可以构成为使光束照射装置120即内侧光束照射装置121以及外侧光束照射装置122相对于基台B相对地移动。

另外，控制装置130分别控制内侧光束光源121b以及外侧光束光源122b的动作。由此，控制装置130分别独立控制内侧光束LC以及外侧光束LS的各输出条件。这里，输出条件例如可举出各个激光输出、内侧光照射范围CS以及外侧光照射范围SS的各单位面积的激光输出(W)亦即功率密度的分布形状、即光束轮廓。

(2-2.造型物FF的附加制造方法)

接下来，对造型物FF的附加制造方法进行说明。在造型物FF的附加制造方法中，作为第一阶段，利用外侧光束LS，作为造型物FF的附加制造处理中的前处理进行初始的预热处理。在基台B的周面B2S的温度低的状态下，激光照射的热能容易向基台B逃逸。由此，在第二阶段中在将造型物FF附加制造在基台B的情况下，容易成为溅射的产生等熔融的不良原因，所以在第一阶段中对基台B的周面B2S进行预热。此时，初始的预热处理中的内侧光束LC以及外侧光束LS的激光输出被控制为成为规定的温度而基台B的周面B2S不熔融。另外，在附加制造中，根据需要也可以省略第一阶段。

接下来，作为第二阶段，如图4所示，照射内侧光束LC，由此在内侧光照射范围CS中，进行将基台B的周面B2S以及硬质粉末材料P1熔融而形成熔融池MP的熔融处理。另外，在该熔融处理中，在外侧光束LS的外侧光照射范围SS的扫描方向SD的前侧的照射范围SSF，通过外侧光束LS的一部分亦即第一光束Be1进行作为熔融池MP的形成处理的前处理的预热处理。

而且，如图5所示，沿扫描内侧光束LC的扫描方向SD进行扫描(在本例中，虽基台B旋转而进行扫描，但在图5中方便起见，作为扫描内侧光束LC的情况来进行说明)从而使熔融池MP扩大，由此附加制造造型物FF。这里，造型物FF通过硬质粉末材料P1的碳化钨(WC)作为粘合剂而起作用的结合粉末材料P2的钴(Co)而被结合，局部地附加于基台B。

另外，内侧光束LC在以使熔融池MP扩大的方式使硬质粉末材料P1以及结合粉末材料P2熔融后，沿扫描方向SD依次移动。因此，在外侧光束LS的外侧光照射范围SS的扫描方向SD的后侧的照射范围SSB内，外侧光束LS的一部分亦即第二光束Be2照射熔融池MP。由此，第二光束Be2进行作为造型物FF的附加制造的后处理的保温处理。

此时，如图6所示，控制装置130进行通过外侧光束LS的功率密度的光束轮廓中的峰值LSP1使内侧光束LC的功率密度的光束轮廓中的峰值LCP1增加的控制。内侧光束LC的激光输出被控制为成为将硬质粉末材料P1以及结合粉末材料P2熔融而能够形成熔融池MP的温度。另外，外侧光束LS即第一光束Be1以及第二光束Be2的激光输出被控制为成为不使硬质粉末材料P1以及结合粉末材料P2熔融的规定的温度。

(3.外侧光束LS(第二光束Be2)的保温处理)

这里，具体地说明由第二光束Be2进行的造型物FF的保温处理。作为结合粉末材料P2的钴(Co)作为将作为硬质粉末材料P1的碳化钨(WC)结合的粘合剂而起作用。即、钴(Co)在附加制造中，在熔融池MP从熔融状态向凝固状态迁移的情况下，作为粘合剂结合碳化钨(WC)的粒子彼此。为了使钴(Co)作为粘合剂发挥作用来抑制造型物FF的破裂，需要适当地管理钴(Co)从凝固点(换言之，熔点约1500℃)冷却时的每单位时间的温度降低即冷却速度来进行保温处理。

(3-1.关于冷却速度)

发明者等反复进行各种预备的实验的结果，结合粉末材料P2的钴(Co)适当地作为粘合剂发挥作用，发现了在保温处理后抑制造型物FF的破裂的冷却速度(℃/s)。以下，具体地说明该情况。

如上所述，在含有碳化钨(WC)等硬质材料的造型物FF中，若在附加制造后快速冷却，则由于韧性低而容易产生破裂。因此，在通过LMD在基台B上附加制造造型物FF的情况下，为了防止造型物FF的快速冷却，进行保温处理是有效的。这里，发明者等进行了确认快速冷却对造型物FF的破裂的产生的影响的预备的实验。具体地说，发明者等例如以使从钴(Co)熔融的1500℃以上起的快速冷却的程度不同的方式，将包含硬质粉末材料P1以及钴(Co)的结合粉末材料P2预热(加热)到各种温度，确认有无造型物FF的破裂。其结果是，如图7所示，在预热温度(加热温度)小于600℃时，即、在从凝固点快速冷却的程度大的情况下，确认了在造型物FF上产生了破裂，在预热温度(加热温度)是600℃以上时，即、在从凝固点快速冷却的程度小的情况下，确认了在造型物FF上没有产生破裂。

这如在图8中表示造型物FF的温度的时间变化的线图那样，在没有进行含有钴(Co)的材料的预热的情况下(在图8中由虚线表示)，在加热到超过钴(Co)的凝固点即熔点之后，造型物FF的温度迅速地降低。即在没有预热的情况下，在凝固后预先赋予的热能相对小。因此，如在图8中由粗双点划线表示的那样，钴(Co)的凝固点的冷却速度(℃/s)，即、钴(Co)的凝固点的切线的斜率变大。

另一方面，在预热含有钴(Co)的材料且预热温度(加热温度)是600℃以上的情况下(在图8中由实线表示)，在加热到超过钴(Co)的凝固点即熔点之后，造型物FF的温度缓慢地降低。即在有预热的情况下，在凝固之后预先赋予的热能相对大。因此，若在图8中由粗双点划线表示的那样，钴(Co)的凝固点的冷却速度(℃/s)与没有预热的情况相比，变小。

据此，发明者等得到了通过适当地设定结合粉末材料P2的钴(Co)的凝固点的冷却速度(℃/s)，而能够抑制造型物FF的破裂这样的见解。而且，发明者等进行了用于确定钴(Co)的凝固点(约1500℃，更详细地说是1495℃)的最佳的冷却速度(℃/s)的各种实验。其结果是，发现了在以使钴(Co)的凝固点的冷却速度(℃/s)成为540℃/s以下的方式进行保温的情况下，防止了造型物FF的快速冷却，没有产生造型物FF的破裂。

基于此，控制装置130以冷却速度成为540℃/s以下的方式，设定外侧光束LS的功率密度的光束轮廓，控制外侧光束照射装置122的动作。由此，在照射外侧光束LS的外侧光照射范围SS中，是成为540℃/s以下的冷却速度，换言之，以600℃以上的状态进行保温，防止快速冷却。其结果是，能够抑制造型物FF的破裂。

(3-2.关于外侧光照射范围SS的大小)

如上所述，控制装置130设定外侧光束LS的功率密度的光束轮廓，换言之，以在外侧光照射范围SS中使钴(Co)的凝固点的冷却速度成为540℃/s以下的方式进行设定。然而，即使在这样设定冷却速度的情况下，若因冷却而凝固的熔融池MP包含在外侧光照射范围SS的时间变短，则结果是存在熔融池MP即造型物FF快速冷却的可能性。

因此，发明者等在将冷却速度设定为540℃/s以下，且适当地假设朝向扫描方向SD的光束的扫描速度的情况下，确定最佳的外侧光照射范围SS的大小。如图9所示，在本例中，照射外侧光束LS的外侧光照射范围SS相对于照射圆形的内侧光束LC的圆形的内侧光照射范围CS以同心圆状配置。这里，如图9所示，将与内侧光束LC的内侧光照射范围CS的内侧光束LC的扫描方向SD的长度相当的直径设为直径

将与外侧光束LS的外侧光照射范围SS的外侧光束LS的扫描方向SD的长度相当的直径设为直径

另外，内侧光照射范围CS以及外侧光照射范围SS各自的直径也被称为“光束点直径”。

在使内侧光束LC以及外侧光束LS一体地朝向扫描方向SD扫描的情况下，在扫描速度快时，在图9中与内侧光照射范围CS对应的熔融池MP相对地朝向与扫描方向SD相反的一侧向外侧光照射范围SS的外侧迅速地移动。因此，在这种情况下，由于熔融池MP存在于外侧光照射范围SS的内部的时间变短，所以保温时间变短。另一方面，在扫描速度慢的情况下，熔融池MP虽相对地朝向与扫描方向SD相反的一侧移动，但存在于外侧光照射范围SS的内侧的时间变长，所以保温时间变长。

这里，发明者等例如假定将扫描速度设定为在通常的附加制造中所设定的速度的情况，使外侧光照射范围SS的直径

相对于内侧光照射范围CS的直径

之比α不同。而且，发明者等在使比α不同的情况下，实验性地确认了在熔融池MP中满足冷却速度540℃/s以下的比α。其结果是，如在图10中由粗长虚线表示的那样，例如在比α的值是1.2(直径

相对于直径

相当于1.2倍)的“W”的情况下，即使使外侧光束LS的功率密度变化，也无法满足冷却速度540℃/s以下。

另外，图10所示的功率密度“A”是能够将硬质粉末材料P1以及结合粉末材料P2加热到熔点以上而使其熔融的功率密度。即、比“A”小的功率密度是仅将硬质粉末材料P1以及结合粉末材料P2加热到小于熔点而没有熔融的功率密度。

另一方面，如在图10中由实线表示的那样，例如在比α的值是1.5(直径

相对于直径

相当于1.5倍)的“X”的情况下，与“W”相比，外侧光照射范围SS的直径

变大。由此，在“X”的情况下，满足冷却速度540℃/s以下。其中，在“X”的情况下，需要增大外侧光束LS的功率密度以使其接近“A”。由此，在满足钴(Co)的凝固点的冷却速度540℃/s以下的状态下能够对熔融池MP、即造型物FF进行保温处理。因此，能够抑制造型物FF的破裂。

另外，如在图10中由单点划线表示的那样，例如在比α的值是2.0(直径

相对于直径

相当于2倍)的“Y”的情况下，与“X”的情况相比，外侧光照射范围SS的直径

进一步变大。因此，在“Y”的情况下，相对地熔融池MP(造型物FF)存在于外侧光照射范围SS的内部的时间变长。因此，在“Y”的情况下，即使外侧光束LS的功率密度变得比较小，也能够在满足冷却速度540℃/s以下的状态下对熔融池MP(造型物FF)进行保温处理。即、能够抑制造型物FF的破裂。

而且，如在图10中由双点划线表示的那样，例如在比α的值是3.0(直径

相对于直径

相当于3倍)的“Z”的情况下，与“Y”的情况相比，外侧光照射范围SS的直径

变得更大。因此，在“Z”的情况下，相对地熔融池MP(造型物FF)存在于外侧光照射范围SS的内部的时间变得更长。因此，在“Z”的情况下，即使外侧光束LS的功率密度变得更小，也能够在满足冷却速度540℃/s以下的状态下对熔融池MP(造型物FF)进行保温处理。即、能够抑制造型物FF的破裂。

基于上述见解，在本例中，在熔融池MP(造型物FF)的保温处理中，熔融池MP所含的钴(Co)的凝固点的冷却速度设为540℃/s以下。而且，在本例中，在熔融池MP(造型物FF)的保温处理中，以外侧光照射范围SS的直径

相对于内侧光照射范围CS的直径

成为1.5倍以上的方式，设定外侧光照射范围SS的大小。而且，控制装置130以满足上述条件的方式，设定外侧光束LS的功率密度的光束轮廓，进行熔融池MP(造型物FF)的保温处理。

(4.本例的效果)

根据上述的本例，控制装置130在外侧光束LS照射通过被内侧光束LC照射使硬质粉末材料P1以及结合粉末材料P2熔融而形成的熔融池MP时，能够以熔融池MP中的冷却速度(℃/s)在熔融池MP所含的钴(Co)的凝固点成为540℃/s以下的方式控制外侧光束LS的功率密度的光束轮廓。

这样，以熔融池MP(造型物FF)的冷却速度成为540℃/s以下的方式，设定外侧光束LS的光束轮廓，控制外侧光束照射装置122来进行保温处理，由此能够抑制造型物FF的快速冷却凝固。因此，能够通过简单的结构，防止造型物FF的破裂的产生，能够附加制造高品质的造型物FF。

(5.本例的第一其他例)

例如，在以层状反复附加制造造型物FF的情况下，反复照射内侧光束LC以及外侧光束LS，由此往往基台B、造型物FF的温度上升。如上所述，通过对熔融池MP(造型物FF)适当地进行保温，能够抑制造型物FF的破裂。因此，在该第一其他例中，例如基于由辐射温度计等检测出的基台B、造型物FF的温度，控制装置130根据检测出的温度，至少使外侧光束LS的功率密度的光束轮廓中的峰值LSP1降低。

即、在第一其他例中，在由于附加制造的反复，而基台B、造型物FF最终被预热(加热)的情况下，如图11所示，使外侧光束LS的功率密度的峰值LSP1降低。即使在这种情况下，也与上述的本例相同，在熔融池MP中，能够满足钴(Co)的凝固点的冷却速度540℃/s以下，能够抑制造型物FF的破裂。而且，在这种情况下，附加制造所需的能量的减少，进而能够减少附加制造所需的制造成本。

(6.本例的第二其他例)

在上述的本例中，将外侧光照射范围SS设为圆形，外侧光照射范围SS与内侧光照射范围CS成为同心圆状。代替之，在第二其他例中，例如适当地设定构成外侧光束照射装置122的省略图示的光学系，由此如图12所示，将外侧光照射范围SS的形状设为具有沿着扫描方向SD的方向的长轴的椭圆形状。而且，在第二其他例中，内侧光照射范围CS包含在外侧光照射范围SS，以在扫描方向SD上在比内侧光照射范围CS靠后侧、即在保温熔融池MP(造型物FF)的一侧，比预热基台B的一侧大的方式，相对于内侧光照射范围CS配置外侧光照射范围SS。

由此，与上述的本例相比，能够较长地确保用于保温熔融池MP(造型物FF)的时间。因此，能够减少保温处理所需的外侧光束LS的功率密度的峰值LSP1，例如能够实现附加制造中的省能量、制造成本的减少并且能够可靠地保温熔融池MP(造型物FF)。另外，在第二其他例中，虽将外侧光照射范围SS的形状设为具有沿着扫描方向SD的方向的长轴的椭圆形状，但如在图12中由长链线表示的那样，也可以将外侧光照射范围SS的形状设为具有沿着扫描方向SD的方向的长边的长方形。即使在这种情况下，也能够得到与上述的第二其他例相同的效果。

(7.本例的第三其他例)

在上述的本例中，关于第一光束Be1以及第二光束Be2的功率密度的光束轮廓，使峰值LSP1相同。例如，在精密地附加制造造型物FF的情况下，将上述比α设定为“1.5”的可能性较高，在这种情况下，如图10所示，在上述本例中第一光束Be1的功率密度也变大。另外，例如如上述的第二其他例那样，在增大在扫描方向SD上比内侧光照射范围CS靠后侧的外侧光照射范围SS的情况下，由于保温时间变长，所以优选使第二光束Be2的功率密度更小。另外，在这种情况下，更优选设为能够独立地改变光束照射装置120中的光学***、第一光束Be1以及第二光束Be2的功率密度的光束轮廓的结构。

因此，根据附加制造的状况，如图13以及图14所示，也能够使第一光束Be1的功率密度的光束轮廓的峰值LSP1、与第二光束Be2的功率密度的光束轮廓的峰值LSP2不同。由此，能够高效利用附加制造所需的能量，其结果是，能够实现附加制造的生产率的提高、省能量以及成本减少。

(8.其它)

在上述的本例中，光束照射装置120同轴地配置内侧光束照射装置121以及外侧光束照射装置122。而且，在上述的本例中，外侧光束照射装置122作为外侧光束LS照射圆环状的照射光束，由此在由内侧光束LC进行的内侧光照射范围CS的外周形成外侧光照射范围SS。

这样，代替相对于内侧光束照射装置121同轴地设置外侧光束照射装置122而以圆环状照射外侧光束LS，如图15所示，也能够构成光束照射装置120。即、光束照射装置120，作为外侧光束照射装置，也可以具备后侧光束照射装置123以及前侧光束照射装置124。另外，关于前侧光束照射装置124，能够根据需要而省略。

后侧光束照射装置123主要具备后侧光束照射部123a以及后侧光束光源123b，沿内侧光束LC的扫描方向SD向后侧照射圆形照射形状的成为后侧光照射范围BSS的后侧光束BLS。前侧光束照射装置124主要具备前侧光束照射部124a以及前侧光束光源124b，沿内侧光束LC的扫描方向SD向前侧照射圆形照射形状的成为前侧光照射范围FSS的前侧光束FLS。由此，在前侧光束FLS的前侧光照射范围FSS中作为熔融池MP的形成处理的前处理进行预热处理，在后侧光束BLS的后侧光照射范围BSS中作为熔融池MP(造型物FF)的附加处理的后处理进行保温处理。

这里，在如图15所示，构成光束照射装置120的情况下，控制装置130至少以由后侧光束照射装置123照射的后侧光照射范围BSS追随由内侧光束照射装置12照射的内侧光照射范围CS的扫描轨迹的方式，控制后侧光束照射装置123的扫描。由此，由内侧光束照射装置121形成的熔融池MP(造型物FF)存在于由后侧光束照射装置123照射的后侧光照射范围BSS内。因此，后侧光束照射装置123与上述本例相同，能够进行熔融池MP(造型物FF)的保温处理。

另外，光束照射装置120能够具备后侧光束照射装置123以及前侧光束照射装置124中的至少一方。因此，例如在具备前侧光束照射装置124的情况下，如图16所例示的那样，也能够设为使前侧光照射范围FSS与内侧光照射范围CS重叠。即、也能够设为使后侧光照射范围BSS以及前侧光照射范围FSS中的至少一方与内侧光照射范围CS重叠。这样，通过重叠两个光束，与上述本例相同，能够进行熔融池MP(造型物FF)的保温处理。

另外，在上述的本例中，在附加制造装置100中，通过附加材料供给装置110，向基台B喷射并供给由硬质粉末材料P1以及结合粉末材料P2构成的粉末材料。然而，关于针对基台B的材料供给，并不限于粉末材料，也可以由金属制的线形材料构成，例如也可通过附加材料供给装置供给金属丝等。在这种情况下，所供给的线形材料被从光束照射装置120照射的内侧光束LC熔融且被外侧光束LS保温，由此能够在基台B上附加制造造型物FF。因此，能够期待与上述本例相同的效果。

而且，在上述的本例等中，对附加制造装置100采用LMD方式的情况进行了说明。代替之，即使在附加制造装置100采用SLM方式的情况下，外侧光束照射装置也能够在熔融池(造型物)冷却时将钴(Co)的凝固点的冷却速度设为540℃/s以下来进行保温。其中，在采用SLM的情况下，通常光束的扫描速度比LMD的光束的扫描速度快。因此，优选在附加制造装置100采用SLM的情况下，例如与通常的附加制造时相比，降低内侧光束LC以及外侧光束LS的扫描速度。越降低扫描速度，则越能够进一步发挥外侧光束LS的保温效果。

Claims (16)

1.一种附加制造装置，其特征在于，具备：

内侧光束照射装置，其构成为照射将包含硬质材料以及超硬粘合剂的材料加热到上述材料的熔点以上的内侧照射光束；

外侧光束照射装置，其构成为在上述内侧光束的外侧照射将上述材料加热到小于上述熔点的外侧照射光束；以及

控制装置，其构成为对上述内侧光束照射装置以及上述外侧光束照射装置的各个，控制上述内侧光束以及上述外侧光束的照射、以及上述内侧光束以及上述外侧光束相对于基台的相对扫描，

上述控制装置在上述外侧光束照射通过向上述材料照射上述内侧照射光束并使该材料熔融而形成的熔融池时，以表示上述熔融池中的每单位时间的温度降低的冷却速度在上述熔融池所含的上述超硬粘合剂的凝固点成为540℃/s以下的方式，控制表示上述外侧光束的每单位面积的输出的功率密度。

2.根据权利要求1所述的附加制造装置，其特征在于，在上述外侧光束所扫描的方向上上述外侧光束的外侧光照射范围的长度是在上述内侧光束所扫描的方向上上述内侧光束的内侧光照射范围的长度的1.5倍以上。

3.根据权利要求1或2所述的附加制造装置，其特征在于，上述外侧光束以与圆形状的上述内侧光束同轴的圆环状进行照射。

4.根据权利要求1或2所述的附加制造装置，其特征在于，上述外侧光束以四边形状进行照射。

5.根据权利要求1或2所述的附加制造装置，其特征在于，上述外侧光束以具有沿着该外侧光束所扫描的方向的长轴的椭圆形状进行照射。

6.根据权利要求5所述的附加制造装置，其特征在于，在上述内侧光束的上述内侧光照射范围包含在上述外侧光束的上述外侧光照射范围时，上述外侧光束以上述椭圆形状进行照射，以便在上述内侧光束所扫描的方向上该外侧光照射范围的后侧比上述外侧光照射范围的前侧长。

7.根据权利要求1或2所述的附加制造装置，其特征在于，上述外侧光束以具有沿着该外侧光束所扫描的方向的长边的长方形进行照射。

8.根据权利要求7所述的附加制造装置，其特征在于，在上述内侧光束的上述内侧光照射范围包含在上述外侧光束的上述外侧光照射范围时，上述外侧光束以上述长方形进行照射，以便在上述内侧光束所扫描的方向上上述外侧光照射范围的后侧比上述外侧光照射范围的前侧长。

9.根据权利要求1～8中的任一项所述的附加制造装置，其特征在于，上述控制装置基于上述基台上的上述材料的温度，至少改变上述外侧光束的上述功率密度。

10.根据权利要求1～9中的任一项所述的附加制造装置，其特征在于，上述外侧光束将上述材料加热到小于上述材料的熔点且600℃以上。

11.根据权利要求1～10中的任一项所述的附加制造装置，其特征在于，具备附加材料供给装置，该附加材料供给装置被上述控制装置控制，向上述基台喷射并供给上述材料的粉末材料，

上述内侧光束照射装置对上述附加材料供给装置已向上述基台供给的上述粉末材料照射上述内侧照射光束而使上述粉末材料熔融，

上述外侧光束照射装置向通过向上述粉末材料照射上述内侧照射光束并使该粉末材料熔融而形成的上述熔融池照射上述外侧照射光束。

12.根据权利要求1～11中的任一项所述的附加制造装置，其特征在于，上述控制装置以追随从上述内侧光束照射装置照射出的上述内侧光束的上述扫描的轨迹的方式，控制从上述外侧光束照射装置照射出的上述外侧光束的上述扫描。

13.根据权利要求1～12中的任一项所述的附加制造装置，其特征在于，上述控制装置至少在上述内侧光束所扫描的方向上控制上述外侧光照射范围的后侧的上述外侧光束的上述功率密度。

14.根据权利要求1～13中的任一项所述的附加制造装置，其特征在于，上述硬质材料的熔点比上述超硬粘合剂的熔点高。

15.根据权利要求14所述的附加制造装置，其特征在于，上述硬质材料是碳化钨。

16.根据权利要求1～15中的任一项所述的附加制造装置，其特征在于，上述超硬粘合剂是钴。

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