JP2022129511A - 付加製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質な付加製造物を付加製造することができる付加製造装置を提供すること。【解決手段】付加製造装置１００の制御装置１３０は、温度計測装置１４０によって計測された保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲における計測温度Ｔに基づいて、溶融光ビーム及び保温光ビームの照射条件を補正する。これにより、基材Ｂの造形面Ｂ１に対する入熱量を一定範囲となるよう管理することができ、高品質な付加製造物ＦＦ（複数のビードＮ）を付加製造することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、付加製造装置に関する。

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。指向性エネルギー堆積方式は、光ビーム（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）、ＤＭＰ（Direct Metal Printing）等が含まれる。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、光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。

例えば、指向性エネルギー堆積方式のＬＭＤは、硬質材を含む粉末材料等を噴射しながら光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、造形面に対して部分的に硬質材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。

そして、例えば、特許文献１及び特許文献２には、指向性エネルギー堆積方式の付加製造装置が開示されている。従来の付加製造装置においては、供給された材料が溶融して形成された溶融池の状態を計測しながら、付加製造物を形成するようになっている。

特開２００２－４８７１８号公報 国際公開第２０１７／１６３４２９号

ところで、付加製造においては、光ビームの照射による入熱量が過多になると、溶融した材料即ち溶融池の濡れ広がりが生じ易くなる。その結果、形成される付加製造物の品質が悪化する虞がある。従って、付加製造においては、光ビームの照射による入熱量を管理することが肝要である。

本発明は、高品質な付加製造物を付加製造することができる付加製造装置を提供することを目的とする。

付加製造装置は、硬質材及び超硬バインダを含む粉末材料を供給する粉末材料供給装置と、供給された粉末材料を粉末材料の融点以上に加熱して溶融する溶融光ビームを照射する溶融光ビーム照射装置と、溶融光ビームが照射される照射範囲である溶融光照射範囲の外側にて、溶融光ビームの照射によって溶融した粉末材料が凝固して形成された付加製造物を融点未満に加熱して保温する保温光ビームを照射する保温光ビーム照射装置と、溶融光ビーム及び保温光ビームの照射、並びに、溶融光ビーム及び保温光ビームの相対的な走査について、溶融光ビーム照射装置及び保温光ビーム照射装置の各々を独立して制御する制御装置と、を備えた付加製造装置であって、保温光ビームが照射される照射範囲であって溶融光照射範囲よりも大きな保温光照射範囲を含む範囲の温度を計測する温度計測装置を備え、制御装置は、溶融光照射範囲に対して保温光照射範囲が重畳した状態で溶融光ビーム及び保温光ビームを照射するように溶融光ビーム照射装置及び保温光ビーム照射装置を制御し、温度計測装置によって計測された温度に基づいて、溶融光ビーム照射装置が照射する溶融光ビーム及び保温光ビーム照射装置が保温光ビームの照射条件を補正する。

これによれば、温度計測装置が保温光ビームの照射される保温光照射範囲を含む範囲の温度を計測し、制御装置が計測された温度に基づいて、溶融光ビーム及び保温光ビームの照射条件を補正することができる。これにより、溶融光ビーム及び保温光ビームの照射による入熱量を管理することができる。従って、付加製造装置は、高品質な付加製造物を付加製造することができる。

付加製造装置を示す図である。 図１の付加製造装置の移動装置を説明するための図である。 溶融光ビームの溶融光照射範囲と保温光ビームの保温光照射範囲とを説明するための図である。 図１の付加製造装置において造形面に付加製造物を付加製造する場合の強度と光照射範囲との関係を示すビームプロファイルである。 図１の付加製造装置による付加製造物を付加製造する際の基材に付加した付加製造物の初期状態を示す断面図である。 図５の状態から走査が進んだときの基材の造形面に付加製造した付加製造物の途中状態及び付加状態を示す断面図である。 付加製造装置制御プログラムのフローチャートである。 温度計測装置による温度の計測を説明するための図である。 図８の計測位置ＳＰにおける温度の変化を説明するための図である。 入熱量が過多の場合に形成される付加製造物を説明するための図である。 入熱量が適正の場合に形成される付加製造物を説明するための図である。 保温光ビームの強度の変更を説明するためのビームプロファイルである。 第一別例に係り、冷却装置を説明するための図である。

（１．付加製造装置の概要）
本例の付加製造装置は、例えば、指向性エネルギー堆積方式であってＬＭＤ方式を採用する。本例において、付加製造装置は、硬質材である硬質粉末材料に結合粉末材料を混合した粉末材料を基材の造形面に向けて噴射しながら光ビームを照射することにより、造形面に硬質の付加製造物を付加製造する。粉末材料、特に、硬質粉末材料と基材とは、異なる材料でも良く、同一種類の材料でも良い。更に、粉末材料は、硬質粉末材料と結合粉末材料とを固めた造粒粉末でも良い。

本例では、硬質材である炭化タングステン（ＷＣ）の硬質粉末材等を用いて造形される硬質の付加製造物を、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）を用いて形成された基材に付加製造する場合について説明する。本例においては、結合粉末材料は、炭化タングステン（ＷＣ）を結合する超硬バインダとして作用するコバルト（Ｃｏ）を用いる。ここで、炭化タングステン（ＷＣ）の融点（凝固点）は、２８７０℃であり、超硬バインダであるコバルト（Ｃｏ）の融点（凝固点）の１４９５℃よりも高い。尚、本例においては、超硬バインダとしてコバルト（Ｃｏ）を用いる。しかし、超硬バインダはコバルト（Ｃｏ）に限られず、例えば、ニッケル（Ｎｉ）を超硬バインダとして用いることも可能である。

（２．付加製造装置１００の構成）
図１に示すように、付加製造装置１００は、粉末材料供給装置１１０、光ビーム照射装置１２０及び制御装置１３０を主に備える。尚、本例の付加製造装置１００の基本的な構成及び動作については、周知のＬＭＤ型の付加製造装置と同等である。このため、付加製造装置１００の詳細な構成及び動作等の説明については省略する。

粉末材料供給装置１１０は、ホッパ１１１、バルブ１１２、ガスボンベ１１３及び噴射ノズル１１４を備える。ホッパ１１１は、結合粉末材料Ｐ２が混合された硬質粉末材料Ｐ１を貯蔵する。尚、以下の説明において、硬質粉末材料Ｐ１と結合粉末材料Ｐ２とを混合した粉末材料を「粉末材料Ｐ」と称呼する。

バルブ１１２は、粉末導入バルブ１１２ａ、粉末供給バルブ１１２ｂ及びガス導入バルブ１１２ｃを備える。粉末導入バルブ１１２ａは、配管１１１ａを介してホッパ１１１と接続される。粉末供給バルブ１１２ｂは、配管１１４ａを介して噴射ノズル１１４と接続される。ガス導入バルブ１１２ｃは、配管１１３ａを介してガスボンベ１１３と接続される。

噴射ノズル１１４及び配管１１４ａは、噴射ノズル１１４側に傾斜部分を有する筒状の容器１１５に収容される。噴射ノズル１１４は、容器１１５の傾斜部分の先端に配置される。そして、噴射ノズル１１４は、配管１１４ａを介して、例えば、ガスボンベ１１３から供給される高圧の窒素により、粉末材料Ｐを基材Ｂ、より詳しくは、付加製造物ＦＦを造形する造形面Ｂ１に向けて噴射する。尚、粉末材料Ｐを噴射するガスは、窒素に限定されるものではなく、アルゴン等の不活性ガスであっても良い。

光ビーム照射装置１２０は、溶融光ビーム照射装置１２１と、保温光ビーム照射装置１２２と、溶融光ビーム照射装置１２１及び保温光ビーム照射装置１２２の各々を独立して相対移動させる移動装置１２３と、を主に備える。ここで、図１及び図２に示すように、溶融光ビーム照射装置１２１と保温光ビーム照射装置１２２とは、移動装置１２３によって各々が照射する光ビームの照射方向（光軸）が交差する、或いは、ねじれの位置関係を有するように配置される。つまり、図３に示すように、溶融光ビーム照射装置１２１と保温光ビーム照射装置１２２とは、溶融光ビーム照射装置１２１による溶融光ビームＭＢＭの照射範囲と、保温光ビーム照射装置１２２による保温光ビームＫＢＭの照射範囲と、が重畳するように（重なるように）、配置される。

溶融光ビーム照射装置１２１は、溶融光ビーム生成部１２１ａにより生成され供給される溶融光ビームＭＢＭを基材Ｂの造形面Ｂ１に直交するように照射する溶融光ビーム照射部１２１ｂを備える。溶融光ビーム生成部１２１ａは、制御装置１３０によって制御されて、溶融光ビームＭＢＭを生成する。

溶融光ビーム照射部１２１ｂは、容器１１５の内部において、噴射ノズル１１４の近傍に配置される。具体的に、溶融光ビーム照射部１２１ｂは、噴射ノズル１１４から噴射される粉末材料Ｐの供給位置に向けて溶融光ビームＭＢＭが照射可能となるように、容器１１５の傾斜部分の先端に配置される。

溶融光ビームＭＢＭは、容器１１５の内部に配置された図示省略のコリメータレンズや集光レンズ等の光学系を通して溶融光ビームＭＢＭを照射する。そして、溶融光ビームＭＢＭは、図１に示すように、基材Ｂの造形面Ｂ１において粉末材料供給装置１１０から供給された粉末材料Ｐを溶融することにより溶融池ＭＰを形成する。尚、「加工ヘッド」は、噴射ノズル１１４、溶融光ビーム照射装置１２１及び容器１１５を含んで構成されることにより、粉末材料Ｐと溶融光ビームＭＢＭとは一体に移動する。

保温光ビーム照射装置１２２は、保温光ビーム生成部１２２ａにより生成され供給される保温光ビームＫＢＭを基材Ｂの造形面Ｂ１に照射する保温光ビーム照射部１２２ｂを備える。保温光ビーム照射装置１２２は、保温光ビームＫＢＭの照射方向（光軸）が、溶融光ビーム照射装置１２１による溶融光ビームＭＢＭの照射方向（光軸）に対して傾きを有するように配置される。保温光ビーム照射装置１２２は、造形面Ｂ１（基材Ｂ）及び造形面Ｂ１に形成された溶融池ＭＰを含む付加製造物ＦＦ（後述するビードＮ）を加熱して保温する。

保温光ビーム生成部１２２ａは、制御装置１３０によって制御されて、保温光ビームＫＢＭを生成する。保温光ビーム照射部１２２ｂは、筒状の容器１２２ｃにおいて、基材Ｂの造形面Ｂ１に対向する先端に配置される。具体的に、保温光ビーム照射部１２２ｂは、溶融光ビーム照射装置１２１から照射された溶融光ビームＭＢＭの照射範囲に重ねて保温光ビームＫＢＭが照射可能となるように、容器１２２ｃの先端に配置される。又、保温光ビーム照射部１２２ｂは、形成された溶融池ＭＰ及び溶融池ＭＰの凝固により形成されるビードＮ（付加製造物ＦＦ）に対し、溶融光ビーム照射装置１２１の走査方向にて前側及び後側、特に、少なくとも溶融池ＭＰよりも後側に向けて保温光ビームＫＢＭが照射可能となるように、容器１２２ｃの先端に配置される。

保温光ビームＫＢＭは、容器１２２ｃの内部に配置された図示省略のコリメータレンズや集光レンズ等の光学系を通して保温光ビームＫＢＭを照射する。そして、保温光ビームＫＢＭは、基材Ｂの造形面Ｂ１及び供給された未溶融の粉末材料Ｐを予熱（加熱）する。又、保温光ビームＫＢＭは、溶融光ビームＭＢＭによって形成された溶融池ＭＰ及び溶融池ＭＰの凝固により形成されたビードＮを保温する。

移動装置１２３は、図２に示すように、第一ロボットアーム１２３ａ及び第二ロボットアーム１２３ｂを主に備える。第一ロボットアーム１２３ａは、溶融光ビーム照射装置１２１（即ち、加工ヘッド）を支持する。そして、第一ロボットアーム１２３ａは、基材Ｂの造形面Ｂ１に対して、溶融光ビームＭＢＭの照射方向（即ち、溶融光ビームＭＢＭの光軸）が直交する状態で、溶融光ビーム照射装置１２１を相対変位させる。

第二ロボットアーム１２３ｂは、保温光ビーム照射装置１２２を支持する。具体的に、第二ロボットアーム１２３ｂは、溶融光ビームＭＢＭの照射方向（溶融光ビームＭＢＭの光軸）に対して保温光ビームＫＢＭの照射方向（保温光ビームＫＢＭの光軸）が傾いた姿勢、換言すれば、造形面Ｂ１に対して保温光ビーム照射装置１２２を支持する。そして、第二ロボットアーム１２３ｂは、保温光ビーム照射装置１２２を、溶融光ビーム照射装置１２１に追従させて、造形面Ｂ１（基材Ｂ）に対して相対変位させる。

ここで、本例においては、図３に示すように、溶融光ビーム照射装置１２１は、円形状の照射形状となる溶融光ビームＭＢＭを照射する。又、保温光ビーム照射装置１２２は、溶融光ビームＭＢＭの溶融光照射範囲ＭＳに重畳し且つ溶融光ビームＭＢＭの溶融光照射範囲ＭＳの外側を囲う（即ち、溶融光照射範囲ＭＳを内部に含む）楕円形状の照射形状となる保温光ビームＫＢＭを照射する。即ち、保温光ビーム照射装置１２２が保温光ビームＫＢＭを照射する保温光照射範囲ＫＳは、溶融光ビーム照射装置１２１が溶融光ビームＭＢＭを照射する溶融光照射範囲ＭＳよりも広くなる。

これにより、溶融光照射範囲ＭＳに照射される溶融光ビームＭＢＭは、主として、基材Ｂの造形面Ｂ１において粉末材料Ｐを溶融することにより、図１に示すように、複数のビードＮによる付加製造物ＦＦを付加製造する。又、保温光照射範囲ＫＳに照射される保温光ビームＫＢＭは、主として、基材Ｂの造形面Ｂ１を予熱（加熱）する。又、保温光照射範囲ＫＳに照射される保温光ビームＫＢＭは、主として、基材Ｂの造形面Ｂ１に付加製造された付加製造物ＦＦ（より詳しくは、粉末材料Ｐが溶融した溶融池ＭＰ）の温度低下を抑制するように保温する。

尚、本例においては、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭとして、レーザ光を用いる。しかしながら、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭは、レーザ光に限られず、電磁波であれば例えば電子ビームを用いることも可能である。又、本例においては、円形状の溶融光ビームＭＢＭ（即ち、溶融光照射範囲ＭＳ）に対して楕円形状の保温光ビームＫＢＭ（即ち、保温光照射範囲ＫＳ）を重畳するように照射するが、照射形状については四角形状等を用いることができ、限定されるものではない。

制御装置１３０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１３０は、粉末材料供給装置１１０の粉末供給を制御する。具体的に、制御装置１３０は、粉末供給バルブ１１２ｂ及びガス導入バルブ１１２ｃの開閉を制御することにより、噴射ノズル１１４から基材Ｂの造形面Ｂ１に向けた粉末材料Ｐの噴射供給を制御する。

制御装置１３０は、光ビーム照射装置１２０即ち溶融光ビーム照射装置１２１、保温光ビーム照射装置１２２及び移動装置１２３の動作を制御する。具体的に、制御装置１３０は、溶融光ビーム照射装置１２１の溶融光ビーム生成部１２１ａ及び保温光ビーム照射装置１２２の保温光ビーム生成部１２２ａの動作をそれぞれ制御する。これにより、制御装置１３０は、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの各々の照射条件を独立して制御する。ここで、照射条件としては、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの各々の単位面積当たりの出力を表すパワー密度の制御要素である、例えば、保温光ビームＫＢＭのビーム出力や、保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳ（スポット径）、或いは、保温光ビームＫＢＭの走査速度を挙げることができる。この場合、制御装置１３０は、制御要素であるビーム出力を変更したり、溶融光照射範囲ＭＳ及び保温光照射範囲ＫＳの大きさ（スポット径）を変更したり、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの走査速度を変更したりする。

ここで、制御装置１３０は、図４に示すように、溶融光ビームＭＢＭの強度の分布形状を表すビームプロファイルにおける強度ＭＢＰ１を、保温光ビームＫＢＭのビームプロファイルにおける強度ＫＢＰ１より増加させる制御を行う。溶融光ビームＭＢＭのビーム出力は、造形面Ｂ１（基材Ｂ）の一部と、硬質粉末材料Ｐ１及び結合粉末材料Ｐ２と、を溶融して溶融池ＭＰを形成できる温度となるように制御される。又、保温光ビームＫＢＭのビーム出力は、造形面Ｂ１（基材Ｂ）と、硬質粉末材料Ｐ１及び結合粉末材料Ｐ２と、を溶融させることがない基準温度となるように制御される。

又、制御装置１３０は、移動装置１２３の第一ロボットアーム１２３ａ及び第二ロボットアーム１２３ｂを動作させることにより、溶融光ビームＭＢＭを走査させると共に保温光ビームＫＢＭを溶融光ビームＭＢＭの軌跡に追従させる。この場合、制御装置１３０は、第二ロボットアーム１２３ｂを動作させることにより、保温光照射範囲ＫＳの大きさや保温光ビームＫＢＭの光軸の溶融光ビームＭＢＭの光軸に対する角度等を制御することができる。これにより、溶融光照射範囲ＭＳの大きさに対する保温光照射範囲ＫＳの大きさが可変となるように、制御装置１３０は、溶融光ビーム照射装置１２１に対する保温光ビーム照射装置１２２の相対的な姿勢を制御することができる。その結果、制御装置１３０は、保温光ビームＫＢＭによる基材Ｂ及び粉末材料Ｐの加熱、換言すれば、保温光ビームＫＢＭによる加熱に伴う基材Ｂ及び粉末材料Ｐの基準温度を増減させて制御することができる。

更に、制御装置１３０は、基材Ｂの造形面Ｂ１に対する溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの相対的な走査を制御する。具体的に、本例においては、制御装置１３０は、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、基材Ｂの造形面Ｂ１（即ち、周面）に対する溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの相対的な走査を制御する。

尚、本例においては、制御装置１３０が基材Ｂを回転及び移動させるようにする。しかしながら、制御装置１３０が移動装置１２３を制御することにより、溶融光ビーム照射装置１２１及び保温光ビーム照射装置１２２を基材Ｂの造形面Ｂ１に対して相対的に移動させることが可能であることは言うまでもない。

更に、制御装置１３０は、温度計測装置１４０と接続される。温度計測装置１４０は、溶融光ビーム照射装置１２１に組み付けられており、保温光照射範囲ＫＳを含む範囲、本例では保温光照射範囲ＫＳの内部にて基材Ｂの造形面Ｂ１に形成されたビードＮ（付加製造物ＦＦ）の温度を計測する。そして、温度計測装置１４０は、計測した温度を表す計測温度Ｔを制御装置１３０に出力する。ここで、温度計測装置１４０は、例えば、赤外線カメラやサーモグラフィ、放射温度計等を用いることができる。

（３．付加製造物ＦＦの付加製造方法の概略）
次に、付加製造物ＦＦ（ビードＮ）の付加製造方法について説明する。付加製造物ＦＦ（ビードＮ）の付加製造方法では、第一段階として、保温光ビームＫＢＭにより、付加製造物ＦＦ（ビードＮ）の付加製造処理における前処理である予熱処理を行う。

一般に、基材Ｂの造形面Ｂ１の温度が低い状態では、溶融光ビームＭＢＭの照射による熱エネルギーが基材Ｂに逃げ易い。これにより、第二段階において付加製造物ＦＦ（ビードＮ）を基材Ｂの造形面Ｂ１に付加製造する場合、溶融不足の発生等に伴うビードＮの成形不良が生じ易い。このため、第一段階で保温光ビームＫＢＭを用いて基材Ｂの造形面Ｂ１を予熱（加熱）する。

このとき、予熱処理における保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳは、図５に示すように、溶融光ビームＭＢＭの溶融光照射範囲ＭＳと重なり（溶融光ビームＭＢＭの光軸に交差し）且つ溶融光ビームＭＢＭの走査方向ＳＤの前側の保温光照射範囲ＫＳＦまで照射する。尚、予熱処理における保温光ビームＫＢＭのビーム出力は、基材Ｂの造形面Ｂ１及び粉末材料Ｐが溶融せずに基準温度となるように制御される。

一方、例えば、複数のビードＮが形成されることによって基材Ｂの造形面Ｂ１の温度が上昇して高い状態では、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの照射による熱エネルギー、換言すれば、入熱量が過多になり易い。これにより、第二段階において付加製造物ＦＦ（ビードＮ）を基材Ｂの造形面Ｂ１に付加製造する場合、ビードＮのビード幅が広がったり、ビード高さが変動したりするビードＮの成形不良が生じ易い。このため、第一段階で保温光ビームＫＢＭを用いた基材Ｂの造形面Ｂ１の予熱（加熱）を抑制する。

このとき、予熱処理における保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳとしては、溶融光照射範囲ＭＳと重なる（溶融光ビームＭＢＭの光軸と交差する）。ここで、保温光ビームＫＢＭの強度は、溶融光ビームＭＢＭの強度に比べて小さい。しかしながら、基材Ｂ（造形面Ｂ１）に一部及び粉末材料Ｐを溶融してビードＮ（付加製造物ＦＦ）を形成する際には、溶融光ビームＭＢＭによる入熱量と保温光ビームＫＢＭの入熱量を合計した入熱量により、基材Ｂ（造形面Ｂ１）に一部及び粉末材料Ｐが溶融される。

次に、第二段階として、図６に示すように、溶融光ビームＭＢＭを照射することにより、溶融光照射範囲ＭＳにおいて、基材Ｂの造形面Ｂ１の一部及び粉末材料Ｐを溶融して溶融池ＭＰを形成する溶融処理を行う。又、この溶融処理においては、保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳのうち、溶融光ビームＭＢＭの走査方向ＳＤにて溶融光ビームＭＢＭよりも前側の保温光照射範囲ＫＳＦにて、溶融池ＭＰの形成処理の前処理としての予熱処理を行う。

そして、図６に示すように、溶融光ビームＭＢＭの走査方向ＳＤに走査する（本例では、基材Ｂが回転することにより走査するが、図６では便宜上、溶融光ビームＭＢＭを走査するものとして説明する。）ことで溶融池ＭＰを拡大させることにより、付加製造物ＦＦ（ビードＮ）を付加製造する。ここで、本例の付加製造物ＦＦ（ビードＮ）は、硬質粉末材料Ｐ１の炭化タングステン（ＷＣ）を硬質バインダとして作用する結合粉末材料Ｐ２のコバルト（Ｃｏ）によって結合されて形成されるものである。そして、本例の付加製造物ＦＦは、基材Ｂの周方向に沿って筋状に形成される複数のビードＮによって構成される（図１を参照）。

又、溶融光ビームＭＢＭは、溶融池ＭＰを拡大させるように粉末材料Ｐを溶融させた後、走査方向ＳＤに順次移動する。このため、保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳのうち、溶融光ビームＭＢＭの走査方向ＳＤにて溶融光ビームＭＢＭよりも後側の保温光照射範囲ＫＳＢにおいて、保温光ビームＫＢＭの一部が溶融池ＭＰを照射する。これにより、保温光ビームＫＢＭは、形成された溶融池ＭＰの急冷を防止して付加製造物ＦＦの割れ等の発生を抑制するように、付加製造物ＦＦの付加製造の後処理としての保温処理を行う。

ところで、上述したように、複数のビードＮが形成されることによって基材Ｂの造形面Ｂ１の温度が高い状態では、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの照射による入熱量が過多になる場合がある。この場合、基材Ｂの造形面Ｂ１における温度を低下させて複数のビードＮを適切に形成するために、制御装置１３０は、温度計測装置１４０から取得した計測温度Ｔに基づいて溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭを照射する際の照射条件を補正し、補正した照射条件に従って溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの照射による入熱量を調整する。具体的に、制御装置１３０は、保温光ビームＫＢＭによる基材Ｂの造形面Ｂ１の加熱を低減させる一方で、溶融光ビームＭＢＭによって確実に粉末材料Ｐを溶融させるように、照射条件を補正する。

このため、制御装置１３０は、照射条件として、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの各々の単位面積当たりの出力を表すパワー密度の制御要素である、例えば、保温光ビームＫＢＭの強度（ビーム出力）を低減させたり保温光ビームＫＢＭの保温光照射範囲ＫＳ（スポット径）を小さくしたり、或いは、保温光ビームＫＢＭの走査速度を増加させたりする。又、制御装置１３０は、粉末材料Ｐを確実に溶融させるために、即ち、保温光ビームＫＢＭによる加熱が低下した状態であっても入熱量を適切に維持するために、照射条件として、溶融光ビームＭＢＭの強度（ビーム出力）を増加させる。尚、本例においては、制御装置１３０は、造形面Ｂ１の温度の上昇に伴い、保温光ビームＫＢＭの強度（ビーム出力）を低下させると共に溶融光ビームＭＢＭの強度（ビーム出力）を増加させて照射条件を補正する場合を例示する。

（４．付加製造物ＦＦの付加製造方法の詳細）
次に、付加製造物ＦＦの付加製造方法の詳細について説明する。制御装置１３０は、図７に示す付加製造装置制御プログラムの実行をステップＳ１０にて開始し、続くステップＳ１１にて、制御装置１３０は、粉末材料供給装置１１０の作動を制御する。即ち、制御装置１３０は、粉末材料供給装置１１０のバルブ１１２、具体的には、粉末供給バルブ１１２ｂ及びガス導入バルブ１１２ｃの開閉を制御し、予め設定された供給量の粉末材料Ｐを基材Ｂに供給すると、ステップＳ１２のステップ処理を実行する。

ステップＳ１２においては、制御装置１３０は、予め設定された初期の照射条件、又は、後述するように補正された照射条件に従って、光ビーム照射装置１２０の溶融光ビーム照射装置１２１及び保温光ビーム照射装置１２２を作動させる。そして、制御装置１３０は、前記ステップＳ１１にて基材Ｂに供給された粉末材料Ｐに対して溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭを照射し、基材Ｂの造形面Ｂ１にビードＮ即ち付加製造物ＦＦを付加製造する。

ステップＳ１３においては、制御装置１３０は、温度計測装置１４０によって計測されたビードＮの計測温度Ｔを取得する。ここで、本例においては、温度計測装置１４０は、図８に示すように、保温光ビームＫＢＭが照射される保温光照射範囲ＫＳの内部、より詳しくは、後側の保温光照射範囲ＫＳＢにおける計測位置ＳＰにてビードＮの温度を計測し、計測した計測温度Ｔを制御装置１３０に出力する。そして、制御装置１３０は、ステップＳ１４のステップ処理を実行する。

尚、本例において、温度計測装置１４０は、少なくとも形成されたビードＮに対応する１つの計測位置ＳＰにて計測温度Ｔを計測する。しかし、温度計測装置１４０は、複数の計測位置ＳＰにて計測温度Ｔを計測することが可能である。このため、制御装置１３０がビードＮに対応する計測温度Ｔを含め、例えば、溶融池ＭＰの計測温度Ｔや基材Ｂの造形面Ｂ１の計測温度Ｔを取得することも可能である。更に、計測温度Ｔの計測に際しては、厳密に保温光照射範囲ＫＳの内部に存在する計測位置ＳＰに限られず、保温光照射範囲ＫＳの外部であっても保温光照射範囲ＫＳの内部との相関が強い領域（例えば、保温光照射範囲ＫＳを含む範囲であって保温光照射範囲ＫＳの極近傍等）における計測位置の計測温度を計測することも可能である。

ステップＳ１４においては、制御装置１３０は、基材Ｂの造形面Ｂ１に対するビードＮ（付加製造物ＦＦ）の付加製造が完了したか否かを判定する。即ち、制御装置１３０は、基材Ｂの造形面Ｂ１に対するビードＮ（付加製造物ＦＦ）の付加製造が完了していれば、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１７のステップ処理を実行することによって付加製造装置制御プログラムの実行を終了する。一方、制御装置１３０は、基材Ｂの造形面Ｂ１に対するビードＮ（付加製造物ＦＦ）の付加製造が完了していなければ、「Ｎｏ」と判定してステップＳ１５のステップ処理を実行する。

ステップＳ１５においては、制御装置１３０は、前記ステップＳ１３にて取得した計測温度Ｔが予め設定された基準温度Ｔｂ以上であるか否かを判定する。ここで、基準温度Ｔｂは、基材Ｂの造形面Ｂ１にビードＮ（付加製造物ＦＦ）を形成する場合、溶融池ＭＰの過度の拡大によるビードＮのビード幅の広がりが小さく、且つ、形成されたビードＮの急冷に伴う割れが生じない温度として実験的に決定される温度である。

ここで、ビードＮ（付加製造物ＦＦ）を形成する場合、図８に示すように、基材Ｂの造形面Ｂ１における加工点Ｐｋに注目すると、走査方向ＳＤにおいて、加工点Ｐｋは、先ず、保温光ビームＫＢＭの前側の保温光照射範囲ＫＳＦに覆われて予熱される。続いて、加工点Ｐｋが溶融光ビームＭＢＭの溶融光照射範囲ＭＳに覆われ、溶融光ビームＭＢＭによって加工点Ｐｋ即ち基材Ｂの造形面Ｂ１の一部が溶融されると共に供給された粉末材料Ｐが溶融して溶融池ＭＰが形成される。その後、加工点Ｐｋ即ち形成された溶融池ＭＰは、保温光ビームＫＢＭの後側の保温光照射範囲ＫＳＢに覆われて保温される。

これらにより、加工点Ｐｋにおける温度は、図９に示すように、時間経過に伴って、換言すれば、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの接近に伴って変化する。即ち、付加製造の開始に伴って前側の保温光照射範囲ＫＳＦにおける保温光ビームＫＢＭの照射によって（予熱によって）温度が徐々に増大する。そして、時間経過に伴って、溶融光照射範囲ＭＳにおける溶融光ビームＭＢＭの照射によって温度が極大値（例えば、硬質材の融点）まで増大する。その後、後側の保温光照射範囲ＫＳＢにおける保温光ビームＫＢＭの照射によって（保温によって）、加工点Ｐｋにおける急冷が抑制される。

ところで、基材Ｂの造形面Ｂ１には、複数のビードＮが形成されることにより、最終的に付加製造物ＦＦが形成される。通常、複数のビードＮは、図１０及び図１１に示すように、前回の付加製造によって既に形成されたビードＮ－１に隣接するように、今回の付加製造によって新たなビードＮが形成される。この場合、今回のビードＮを形成する際には、前回のビードＮ－１の形成時に溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭによる入熱量に起因して、今回のビードＮを形成する基材Ｂの造形面Ｂ１に蓄熱が発生する。

基材Ｂの造形面Ｂ１に蓄熱が発生している場合、基材Ｂの造形面Ｂ１においては、今回のビードＮを形成するために溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭによる入熱量（熱エネルギー）に加え、蓄熱による入熱量（熱エネルギー）が加わることになる。この場合、例えば、形成されたビードＮの数が相対的に少ない状況においては、図９にて実線により示すように、計測位置ＳＰにて計測される計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ未満になる。即ち、この場合には、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭによる入熱量（熱エネルギー）に蓄熱による入熱量（熱エネルギー）が加わっても、入熱量（熱エネルギー）が過多にならない。

一方、例えば、形成されたビードＮの数が増加するにつれて基材Ｂの造形面Ｂ１における蓄熱が増大するため、図９にて破線により示すように、計測位置ＳＰにて計測される計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ以上になる。即ち、この場合には、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭによる入熱量（熱エネルギー）に蓄熱による入熱量（熱エネルギー）が加わることによって、入熱量（熱エネルギー）が過多になる。

このため、前回のビードＮ―１の形成時と同一の照射条件によって溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭを照射することを繰り返した場合、形成されたビードＮの数が少ない状況では、入熱量（熱エネルギー）が過多にならない。その結果、計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ未満である場合、図１０に示すように、形成されたビードＮは、ビード幅Ｗが安定し（換言すれば、ビード幅Ｗの広がりがなく）、且つ、溶融池ＭＰの急冷が抑制されて割れが生じない。一方、形成されたビードＮの数が増加した状況では、入熱量（熱エネルギー）が過多になる。その結果、計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ以上である場合、図１１に示すように、ビードＮの形成時における入熱量の過多に伴って溶融池ＭＰが過度に拡大する。従って、形成されたビードＮは、ビード幅Ｗが広がり易くなってビード幅Ｗが不安定になる。

そこで、制御装置１３０は、計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ以上である場合には、光ビーム照射装置１２０の照射条件を補正するために、ステップＳ１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１６のステップ処理を実行する。一方、制御装置１３０は、計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ未満である場合、光ビーム照射装置１２０の照射条件を補正する必要がないため、ステップＳ１５にて「Ｎｏ」と判定する。そして、制御装置１３０は、前記ステップＳ１２以降の各ステップ処理を実行する。

上述したように、計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ以上になる場合、溶融光ビームＭＢＭによる溶融池ＭＰの形成に加え、保温光ビームＫＢＭによる予熱処理及び保温処理によって基材Ｂの温度が高くなる。即ち、計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ以上になる場合は、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭが照射された際の入熱量（熱エネルギー）が過多になっている。そして、入熱量（熱エネルギー）が過多の状態では、ビード幅が広がる傾向を有する。

従って、制御装置１３０は、前記ステップＳ１５のステップ処理において計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ以上であると判定した場合には、ステップＳ１６にて、光ビーム照射装置１２０の照射条件を補正して調整する。以下、ステップＳ１６における照射条件の補正について、具体的に説明する。

計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ以上になる場合、上述したように、光ビーム照射装置１２０による入熱量（熱エネルギー）の過多が主な要因である。より詳しくは、溶融光ビーム照射装置１２１による溶融光ビームＭＢＭは基材Ｂの造形面Ｂ１の一部及び粉末材料Ｐを溶融する必要があるため、保温光ビーム照射装置１２２が照射する保温光ビームＫＢＭの入熱量（熱エネルギー）の過多が主な要因である。

このため、制御装置１３０は、ステップＳ１６において、照射条件が基材Ｂの造形面Ｂ１の予熱及び形成された溶融池ＭＰの保温に供する入熱量（熱エネルギー）を減少させるように補正して調整する。具体的に、制御装置１３０は、入熱量（熱エネルギー）を減少させるべく、照射条件として、保温光ビームＫＢＭの強度を低減させる。

又、制御装置１３０は、ステップＳ１６において、保温光ビームＫＢＭの強度の低下に伴って基材Ｂの造形面Ｂ１の一部及び粉末材料Ｐ即ち溶融池ＭＰの形成に要する入熱量（熱エネルギー）の低下を補うべく、保温光ビームＫＢＭの強度の低下に応じて溶融光ビームＭＢＭの強度を増加させる。この場合、制御装置１３０は、図１２に示すように、ビームプロファイルにおいて、保温光ビームＫＢＭの強度ＫＢＰ１を低減させると共に、溶融光ビームＭＢＭの強度ＭＢＰ１を増加させる。尚、溶融光ビームＭＢＭの強度の増加については、必要に応じて行うことができる。

或いは、制御装置１３０は、ステップＳ１６において、基材Ｂの造形面Ｂ１の予熱及び形成された溶融池ＭＰの保温に供する入熱量（熱エネルギー）を減少させるべく、照射条件として、移動装置１２３の第二ロボットアーム１２３ｂを作動させることにより、保温光照射範囲ＫＳ、特に、前側の保温光照射範囲ＫＳＦを小さくする。この場合、制御装置１３０は、第二ロボットアーム１２３ｂを作動させて、例えば、溶融光ビームＭＢＭの光軸に対する保温光ビームＫＢＭの光軸の傾きを小さくする（角度を小さくする）。これにより、保温光照射範囲ＫＳを小さくすることができる。

尚、この場合においても、制御装置１３０は、保温光ビームＫＢＭの後側の保温光照射範囲ＫＳＢによって溶融池ＭＰは保温される。これにより、形成された溶融池ＭＰが急冷されることが抑制され、形成されたビードＮ（付加製造物ＦＦ）における割れの発生を防止することができる。

或いは、制御装置１３０は、ステップＳ１６において、基材Ｂの造形面Ｂ１に対する溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭによる入熱量（熱エネルギー）を減少させるべく、照射条件として、移動装置１２３の第一ロボットアーム１２３ａ及び第二ロボットアーム１２３ｂを作動させることにより、基材Ｂの造形面Ｂ１に対する溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの走査速度を増加させる。これにより、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの照射による基材Ｂの造形面Ｂ１への入熱量（熱エネルギー）を相対的に減少させる、即ち、基材Ｂの造形面Ｂ１における蓄熱を相対的に減少させることができる。

制御装置１３０は、計測温度Ｔに応じて、換言すれば、基材Ｂの造形面Ｂ１に対する入熱量に応じて光ビーム照射装置１２０の照射条件を補正して調整すると、前記ステップＳ１２以降の各ステップ処理を実行する。そして、制御装置１３０は、前記ステップＳ１４に「Ｙｅｓ」と判定するまで、即ち、付加製造が完了するまで、付加製造装置制御プログラムを実行する。

以上の説明からも理解できるように、付加製造装置１００によれば、温度計測装置１４０が保温光ビームＫＢＭの照射される保温光照射範囲ＫＳの内部の温度を計測し、制御装置１３０が計測された計測温度Ｔに基づいて、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの基材Ｂの造形面Ｂ１に対する照射条件を補正することができる。即ち、制御装置１３０は、温度計測装置１４０から計測温度Ｔを取得することにより、入熱量をフィードバックして照射条件を補正することができる。これにより、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの照射による入熱量が一定範囲内で保持されるように管理することができる。従って、付加製造装置１００は、高品質な付加製造物ＦＦ即ちビードＮを付加製造することができる。

（５．第一別例）
上述した本例においては、計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ以上となった場合、保温光ビームＫＢＭの強度を低下させるように、光ビーム照射装置１２０の照射条件を補正して調整するようにした。ところで、例えば、多数のビードＮを形成することによって付加製造物ＦＦを造形する場合、基材Ｂの蓄熱が進むことによって保温光ビームＫＢＭの強度を低下させても、計測温度Ｔが早期に基準温度Ｔｂ未満まで低下し難い状況が生じる可能性がある。

そこで、第一別例においては、図１３に示すように、光ビーム照射装置１２０が冷却装置１２４を備える。冷却装置１２４は、保温光ビーム照射装置１２２に取り付けられる。そして、制御装置１３０による制御により、冷却装置１２４は、例えば、窒素（Ｎ_２）やアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスである低温の冷却風ＣＷを基材Ｂの造形面Ｂ１に向けて噴射する。尚、第一別例においては、冷却装置１２４を保温光ビーム照射装置１２２に取り付ける場合を例示する。しかし、冷却装置１２４は、溶融光ビーム照射装置１２１に取り付けたり、溶融光ビーム照射装置１２１及び保温光ビーム照射装置１２２とは独立して設けたりすることも可能である。

第一別例においても、上述した本例にて説明した付加製造物ＦＦの付加製造方法と同様に、制御装置１３０は、図７の付加製造装置制御プログラムを実行する。但し、第一別例においては、付加製造装置制御プログラムの前記ステップＳ１６のステップ処理が若干変更される。即ち、第一別例においては、制御装置１３０は、前記ステップＳ１６にて、入熱量（熱エネルギー）を減少させるべく、照射条件として、保温光ビームＫＢＭの強度を低減させると共に、冷却装置１２４を作動させて基材Ｂの造形面Ｂ１に向けて冷却風ＣＷを噴射させる。

この場合、冷却装置１２４は、保温光照射範囲ＫＳのうち、主に前側の保温光照射範囲ＫＳＦに向けて冷却風ＣＷを噴射することが望ましい。これにより、形成された溶融池ＭＰの急冷を抑制しつつ、基材Ｂの造形面Ｂ１における蓄熱を抑制することができ、計測温度Ｔを基準温度Ｔｂ未満まで冷却することができる。つまり、基材Ｂの造形面Ｂ１の蓄熱が抑制されることにより、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの基材Ｂの造形面Ｂ１に対する入熱量を相対的に低減させることができる。従って、第一別例においても、上述した本例と同様の効果が得られる。

（６．その他）
上述した本例及び第一別例においては、制御装置１３０は、計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ以上の場合に、光ビーム照射装置１２０の照射条件を補正して調整するようにした。ところで、基材Ｂの造形面Ｂ１が蓄熱した場合には、計測温度Ｔの時間変化を表す変化量Ｔ（ｔ）が小さくなる傾向を有する。そこで、制御装置１３０は、変化量Ｔ（ｔ）が予め設定された基準変化量Ｔｂ（ｔ）以下、即ち、基材Ｂの造形面Ｂ１が蓄熱して温度の低下が穏やかである場合に、光ビーム照射装置１２０の照射条件を補正することもできる。

具体的に、制御装置１３０は、上述した付加製造装置制御プログラムにおける前記ステップＳ１５において、上述したステップ処理に加えて、変化量Ｔ（ｔ）が基準変化量Ｔｂ（ｔ）以下であるか否かを判定する。そして、制御装置１３０は、計測温度Ｔが基準温度Ｔｂ以上であり、且つ、変化量Ｔ（ｔ）が基準変化量Ｔｂ（ｔ）以下の場合には、例えば、保温光ビームＫＢＭの強度を低下させる一方で溶融光ビームＭＢＭの強度を増加させたり、溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの走査速度Ｖを基準走査速度Ｖｂよりも大きくしたりする。これにより、上述した本例と同様に、基材Ｂの造形面Ｂ１に対する入熱量を低下させることができ、高品質な付加製造物ＦＦを付加製造することができる。

或いは、制御装置１３０は、冷却装置１２４を作動させて、基材Ｂの造形面Ｂ１に向けて冷却風ＣＷを噴射させる。これにより、上述した第一別例と同様に、基材Ｂの造形面Ｂ１における蓄熱を抑制することによって溶融光ビームＭＢＭ及び保温光ビームＫＢＭの基材Ｂの造形面Ｂ１に対する入熱量を相対的に低減させることができ、上述した本例と同様の効果が得られる。

又、上述した本例及び第一別例では、付加製造装置１００において、粉末材料供給装置１１０により、基材Ｂの造形面Ｂ１に対して硬質粉末材料Ｐ１及び結合粉末材料Ｐ２からなる粉末材料Ｐを噴射して供給するようにした。しかしながら、造形面Ｂ１への材料供給に関しては、粉末材料Ｐに限定されず、金属製の線形材料からなる、例えば、ワイヤ等を材料供給装置により供給することも可能である。この場合においては、供給された線形材料が光ビーム照射装置１２０から照射された溶融光ビームＭＢＭにより溶融され且つ保温光ビームＫＢＭにより保温される。そして、適切な入熱量（熱エネルギー）となるように照射条件が補正されることにより、基材Ｂの造形面Ｂ１に付加製造物ＦＦを付加製造することができる。従って、上述した本例及び第一別例と同様の効果が期待できる。

更に、上述した本例等では、付加製造装置１００がＬＭＤ方式を採用した場合を説明した。これに代えて、付加製造装置がＳＬＭ方式を採用した場合であっても、適切な入熱量（熱エネルギー）となるように光ビームの照射条件が補正されることにより、付加製造物ＦＦを付加製造することができる。但し、ＳＬＭ方式を採用した場合、通常、光ビームの走査速度はＬＭＤ方式の光ビームの走査速度よりも速い。このため、付加製造装置がＳＬＭ方式を採用した場合には、例えば、通常の付加製造時よりも溶融光ビーム及び保温光ビームの走査速度を低下させることが好ましい。走査速度を低下させるほど、適切な入熱量（熱エネルギー）となるように照射条件を容易に補正することができ、高品質な付加製造物ＦＦを付加製造することができる。

１００…付加製造装置、１１０…粉末材料供給装置、１１１…ホッパ、１１１ａ…配管、１１２…バルブ、１１２ａ…粉末導入バルブ、１１２ｂ…粉末供給バルブ、１１２ｃ…ガス導入バルブ、１１３…ガスボンベ、１１３ａ…配管、１１４…噴射ノズル、１１４ａ…配管、１１５…容器、１２０…光ビーム照射装置、１２１…溶融光ビーム照射装置、１２１ａ…溶融光ビーム生成部、１２１ｂ…溶融光ビーム照射部、１２２…保温光ビーム照射装置、１２２ａ…保温光ビーム生成部、１２２ｂ…保温光ビーム照射部、１２２ｃ…容器、１２３…移動装置、１２３ａ…第一ロボットアーム、１２３ｂ…第二ロボットアーム、１３０…制御装置、１４０…温度計測装置、Ｂ…基材、Ｂ１…造形面、Ｃ…中心軸線、ＦＦ…付加製造物、Ｎ…ビード、ＭＰ…溶融池、ＫＢＭ…保温光ビーム、ＭＢＭ…溶融光ビーム、ＭＳ…溶融光照射範囲、ＫＳ…保温光照射範囲、ＫＳＢ…後側の保温光照射範囲、ＫＳＦ…前側の保温光照射範囲、Ｍ１…モータ、Ｍ２…モータ、Ｐ…粉末材料、Ｐ１…硬質粉末材料、Ｐ２…結合粉末材料、Ｇ…画像データ、ＳＤ…走査方向、ＳＳ…外側光照射範囲、Ｗ…ビード幅、ＳＰ…計測位置、Ｔ…計測温度、Ｔｂ…基準温度、Ｖ…走査速度、Ｖｂ…基準走査速度、Ｐｋ…加工点

Claims (15)

1. 硬質材及び超硬バインダを含む粉末材料を供給する粉末材料供給装置と、
   供給された前記粉末材料を前記粉末材料の融点以上に加熱して溶融する溶融光ビームを照射する溶融光ビーム照射装置と、
   前記溶融光ビームが照射される照射範囲である溶融光照射範囲の外側にて、前記溶融光ビームの照射によって溶融した前記粉末材料が凝固して形成された付加製造物を前記融点未満に加熱して保温する保温光ビームを照射する保温光ビーム照射装置と、
   前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの照射、並びに、前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの相対的な走査について、前記溶融光ビーム照射装置及び前記保温光ビーム照射装置の各々を独立して制御する制御装置と、を備えた付加製造装置であって、
   前記保温光ビームが照射される照射範囲であって前記溶融光照射範囲よりも大きな保温光照射範囲を含む範囲の温度を計測する温度計測装置を備え、
   前記制御装置は、
   前記溶融光照射範囲に対して前記保温光照射範囲が重畳した状態で前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームを照射するように前記溶融光ビーム照射装置及び前記保温光ビーム照射装置を制御し、前記温度計測装置によって計測された前記温度に基づいて、前記溶融光ビーム照射装置が照射する前記溶融光ビーム及び前記保温光ビーム照射装置が前記保温光ビームの照射条件を補正する、付加製造装置。
2. 前記照射条件は、
   前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの各々の単位面積当たりの出力を表すパワー密度の制御要素としてのビーム出力又はスポット径である、請求項１に記載の付加製造装置。
3. 前記制御装置は、
   前記温度計測装置によって計測された前記温度が予め設定された基準温度以上である場合、前記保温光ビームの前記パワー密度を低下させると共に、前記溶融光ビームの前記パワー密度を前記保温光ビームの前記パワー密度の低下に応じて増加させるように、前記照射条件を補正する、請求項２に記載の付加製造装置。
4. 前記制御装置は、
   前記温度計測装置によって計測された前記温度が予め設定された基準温度以上であり、且つ、前記温度の時間経過に伴う変化量が所定の変化量以下である場合、前記保温光ビームの前記パワー密度を低下させると共に、前記溶融光ビームの前記パワー密度を前記保温光ビームの前記パワー密度の低下に応じて増加させるように、前記照射条件を補正する、請求項２に記載の付加製造装置。
5. 前記照射条件は、
   前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームを各々の走査する際の制御要素としての走査速度である、請求項１に記載の付加製造装置。
6. 前記制御装置は、
   前記温度計測装置によって計測された前記温度が基準温度以上である場合、前記溶融光ビーム及び前記保温光ビームの前記走査速度を基準走査速度以上まで増加させるように、前記照射条件を補正する、請求項５に記載の付加製造装置。
7. 前記制御装置は、
   前記溶融光ビームによって前記粉末材料が溶融されることによって形成された溶融池を前記保温光ビームが保温するように、前記照射条件を補正する、請求項１－６の何れか一項に記載の付加製造装置。
8. 更に、前記保温光照射範囲を冷却する冷却装置を備えた、請求項１－７の何れか一項に記載の付加製造装置。
9. 前記制御装置は、前記保温光ビームの照射方向が前記溶融光ビームの照射方向に対して傾いた状態で、前記保温光ビーム照射装置の姿勢を制御する、請求項１－８の何れか一項に記載の付加製造装置。
10. 前記溶融光ビームの照射方向は、前記付加製造物を造形する造形面に直交する方向である、請求項１－９の何れか一項に記載の付加製造装置。
11. 前記粉末材料供給装置は、前記付加製造物を造形する造形面に対し前記粉末材料を噴射して供給するものであり、前記溶融光ビーム照射装置と一体に移動可能に設けられる、請求項１－１０の何れか一項に記載の付加製造装置。
12. 前記制御装置は、前記溶融光ビーム照射装置によって照射された前記溶融光ビームの前記走査の軌跡を追従するように、前記保温光ビーム照射装置によって照射された前記保温光ビームの前記走査を制御する、請求項１－１１の何れか一項に記載の付加製造装置。
13. 前記硬質材の融点は、前記超硬バインダの融点よりも高い、請求項１－１２の何れか一項に記載の付加製造装置。
14. 前記硬質材は、炭化タングステン（ＷＣ）である、請求項１３に記載の付加製造装置。
15. 前記超硬バインダは、コバルト（Ｃｏ）又はニッケル（Ｎｉ）である、請求項１－１４の何れか一項に記載の付加製造装置。

Images