金属层叠造型装置的制作方法

本发明涉及一种金属层叠造型装置。

背景技术

例如，如专利文献1所公开的那样，已知有应用了fdm法(fuseddeposisionmodeling：熔融沉积造型)的三维层叠造型装置。应用了fdm法的三维层叠造型装置为，利用造型头内的加热器使线状的热塑性树脂熔融，对该熔融的热塑性树脂进行注射控制，并且通过造型台的升降来进行层叠造型。

另外，已知有应用了粉末造型法的三维层叠造型装置。应用了粉末造型法的三维层叠造型装置为，通过复涂单元在造型台上涂敷一层量的粉末，之后，利用打印头单元对于所涂覆的粉末面进行粘合剂(结合剂)的涂敷，而形成一层量的造型物。

另外，本申请人认为，作为与本发明相关的文献，包含上述文献在内，存在以下记载的文献。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2015/141782号

专利文献2：国际公开第2015/151831号

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，在制作具有复杂构造的金属造型物的情况下，至今为止使用如下的铸件制造方法：利用砂子来制作铸模，使熔解后的金属流入铸模中，在冷却后将铸模打碎而仅残留金属造型物。在铸件制造方法中，需要比最终产品的大小要大的模具，在精度方面难度较高，对于1个产品需要一个模具。另外，需要使金属在完全熔化后的状态下流入铸模，在通过熔点较高的金属来制作具有复杂构造的造型物时，需要较大的热能。在上述的三维层叠造型装置中，也需要使树脂完全熔融，同样地，为了使金属完全熔化，需要较大的热能。

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于提供一种能够低成本地制作具有复杂构造的金属造型物的金属层叠造型装置。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明为一种金属层叠造型装置，具备：

基台；

具备基材注射装置的头单元；以及

使所述基台与所述头单元的相对位置在空间坐标上变化的驱动装置，

上述基材注射装置具备：

基材加热部，将固定形态的金属片即基材的内部温度加热至低于熔点且将表面温度加热至熔点；以及

基材注射部，将所述加热后的基材朝向所述基台注射。

优选为，所述头单元还具备辅材注射装置，该辅材注射装置注射与所述基材注射装置注射的基材不同材质的辅材。

优选为，所述头单元还具备对层叠于所述基台之上的层叠基材的表面进行加热的加热装置。

优选为，所述头单元还具备对层叠于所述基台之上的层叠基材的表面进行冷却的冷却装置。

发明的效果

根据本发明，能够朝向基台注射内部温度低于熔点且表面温度被加热至熔点的固定形态的金属片。基材的内部保持固体不变而仅使表面熔解，由此能够降低热能，并且能够将所注射的基材彼此焊接。因此，根据本发明，由于不使用熔炉、较大的铸模而层叠所注射的基材，因此能够低成本地制作具有复杂构造的金属造型物。

而且，如果使用辅材注射装置，则能够制作具有更复杂的内部构造的金属造型物。进而，如果使用加热装置、冷却装置，则能够通过热处理来调整层叠基材表面的金属组成(金属的晶体结构)。

附图说明

图1是用于说明实施方式1的系统的构成的概念图。

图2是用于说明实施方式1中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。

图3是表示材料的形状的例子的图。

图4是用于说明从基材注射装置11注射的基材15层叠于基台4的设想的概念图。

图5是实施方式1中的控制装置20执行的控制流程的流程图。

图6是用于说明实施方式1的系统构成的变形例的概念图。

图7是表示金属层叠造型装置1所具有的处理电路的硬件构成例的图。

图8是表示具有复杂的内部构造的金属造型物的一例的图。

图9是用于说明实施方式2中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。

图10是用于说明所注射的基材15及辅材16层叠于基台4的设想的概念图。

图11是实施方式2中的控制装置20执行的控制流程的流程图。

图12是用于说明从基材注射装置11注射的基材15层叠于基台4的设想的概念图。

图13是用于说明实施方式3中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。

图14是实施方式3中的控制装置20执行的控制流程的流程图。

图15是用于说明从基材注射装置11注射的基材15层叠于基台4的设想的概念图。

图16是用于说明实施方式4中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。

图17是实施方式4中的控制装置20执行的控制流程的流程图。

图18是用于说明从基材注射装置11注射的基材15层叠于基台4的设想的概念图。

图19是在实施方式5中制作的特征性的金属造型物的一例。

图20是用于说明实施方式5中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。

图21是实施方式5中的控制装置20执行的控制流程的流程图。

图22是用于说明实施方式6的金属层叠造型装置1的控制例的概念图。

图23是用于说明实施方式6的系统的构成的概念图。

图24是用于说明实施方式6中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。

图25是实施方式6中的控制装置20执行的控制流程的流程图。

图26是用于说明实施方式6的系统构成的变形例的概念图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对于在各图中共同的要素标注相同的附图标记而省略重复的说明。

实施方式1

<系统构成>

图1是用于说明实施方式1的系统的构成的概念图。图1所示的系统具备金属层叠造型装置1。

图1所示的金属层叠造型装置1具备材料供给装置2、头单元3、基台4、x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7、移动台8、以及控制装置20。金属层叠造型装置1是通过从头单元3朝向基台4依次注射材料并层叠材料来制作造型物的装置。

材料供给装置2向头单元3供给材料。头单元3装填所供给的材料，并朝向基台4注射。基台4是具有耐热性、绝热性的造型台。所注射出的材料与基台4的上表面碰撞而固定。

x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7以及移动台8是使基台4与头单元3的相对位置在空间坐标上变化的驱动装置。在图1所示的例子中，头单元3的位置是固定的，驱动装置使基台4的位置变化。

在本说明书中，x轴与基台4的上表面平行，y轴与基台4的上表面平行且与x轴垂直。z轴与基台4的上表面垂直。

x轴致动器5的前端部与沿y轴方向延伸的孔8a卡合。y轴致动器6的前端部与沿x轴方向延伸的孔8b卡合。因此，移动台8从x轴致动器5接受力而能够在x轴方向上移动，且从y轴致动器6接受力而在y轴方向上移动。

z轴致动器7的一端固定于基台4，另一端固定于移动台8。因此，与移动台8连结的基台4从x轴致动器5接受力而能够在x轴方向上移动，从y轴致动器6接受力而能够在y轴方向上移动，从z轴致动器7接受力而能够在z轴方向上移动。

图2是用于说明实施方式1中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。

材料供给装置2向头单元3供给材料。在实施方式1中，材料是固定形态的金属片即基材15。金属是钢(包括不锈钢)、铁、铜、铝、镍等。

图3是表示材料的形状的例子的图。材料的形状例如为(a)球体、(b)长方体、(c)在圆柱的下面部附加了圆锥的炮弹型、(d)在长方体的下面部附加了方锥的炮弹型。通过成为炮弹型，由此通过材料与基台4的碰撞而材料的前端部变形，成为接近圆柱、长方体的形状。材料的一边的长度(或直径)为1mm至几cm。

返回图2继续进行说明。头单元3具备安装部10和安装于安装部10的基材注射装置11。供给到头单元3的基材15装填于基材注射装置11。基材注射装置11具备基材加热部11a和基材注射部11b。

基材加热部11a对所装填的基材15的表面(表层)15b进行加热。基材加热部11a为了仅加热基材15的表面15b，而需要瞬间以较大能量加热表面15b。作为基材加热部11a的一例，能够使用应用了基于电磁线圈的涡电流的加热装置、基于激光光线的加热装置。另外，表面(表层)15b的厚度为材料的一边的长度(或直径)的百分之几(0.1％～10％)。

另外，基材加热部11a具备基材温度传感器31。基材温度传感器31输出与装填于基材加热部11a的基材15的表面温度相对应的温度信号。作为基材温度传感器31的一例，能够使用能够非接触地测定基材15的表面15b的温度的红外线温度计。

基材注射部11b注射所装填的基材15。基材注射部11b的注射线路朝向基台4。作为基材注射部11b的一例，能够使用利用压缩气体来注射物体的装置、通过电磁感应(洛伦兹力)对物体加速而击出的装置(轨道炮)。

控制装置20具备造型数据存储部21、位置控制部22、以及基材注射装置控制部23。控制装置20的输入部与基材温度传感器31连接，输出部与材料供给装置2、头单元3、x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7连接。

造型数据存储部21预先存储有造型数据。造型数据包含从造型开始到结束为止的n个工序数据。各工序数据按照执行顺序排列。

各工序数据至少包含装置名称、空间坐标。装置名称为基材注射装置11的工序数据还包括基材种类、基材表面的目标温度、注射速度等。基材种类根据基材15的材质、大小、形状等来决定。基材表面的目标温度是与基材种类相应的熔点。优选为，基材表面的目标温度是所注射的基材15通过与所层叠的材料的碰撞而熔敷在所层叠的材料上的温度。注射速度是基材注射装置11注射基材15的速度。

位置控制部22控制x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7，而控制头单元3与基台4的相对位置。具体而言，位置控制部22根据由工序数据确定的空间坐标，决定x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7的控制量，并输出与控制量相应的控制信号。

基材注射装置控制部23向材料供给装置2输出使其供给与由工序数据确定的基材种类相应的基材15的控制信号。另外，基材注射装置控制部23向头单元3输出向基材注射装置11装填所供给的基材15的控制信号。另外，基材注射装置控制部23向位置控制部22输出使基台4移动到目标坐标(由工序数据确定的空间坐标)的命令。

另外，基材注射装置控制部23基于从基材温度传感器31逐次输入的温度信号，对装填于基材注射装置11的基材15的表面温度进行计测，并向基材加热部11a输出加热信号，直至计测值达到由工序数据确定的基材表面的目标温度(熔点)。由此，基材加热部11a将所装填的基材15的内部15a的温度加热至低于熔点且将表面15b的温度加热至熔点。之后，基材注射装置控制部23向基材注射部11b输出基于由工序数据确定的注射速度的注射信号。由此，基材注射部11b将被加热的状态的基材15朝向基台4注射。

图4是用于说明从基材注射装置11注射的基材15层叠于基台4的设想的概念图。如图4所示，基材15以仅表面15b被加热至熔点的状态(内部15a为固体)被注射。所注射的基材15与之前注射并层叠的层叠基材15c碰撞并熔敷。

<流程图>

图5是为了实现上述动作而实施方式1中的控制装置20执行的控制流程的流程图。

在图5所示的流程中，首先，在步骤s100中，控制装置20从造型数据存储部21读入造型数据。造型数据由决定了执行顺序的多个工序数据构成。将表示工序数据的执行顺序的变量设为i，将工序数据数量设为n。

接着，在步骤s110中，控制装置20读入第i号工序数据。首先，读取成形数据的第一号工序数据。

接着，在步骤s120中，控制装置20判定由第i号工序数据确定的装置名称是否是基材注射装置11。在判定条件成立的情况下，进入步骤s130的处理。步骤s130～步骤s180是与基材注射装置控制部23相关的处理。

在步骤s130中，基材注射装置控制部23向头单元3输出使与第i号工序数据确定的基材种类相应的基材15装填于基材注射装置11的控制信号。

接着，在步骤s140中，基材注射装置控制部23向位置控制部22输出使基台4移动至目标坐标(由第i号工序数据确定的空间坐标)的命令。位置控制部22基于当前坐标与目标坐标之差计算控制量，并向x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7输出控制信号。

接着，在步骤s150中，基材注射装置控制部23向基材注射装置11输出加热信号。基材加热部11a根据加热信号对所装填的基材15的表面15b进行加热。

接着，在步骤s160中，基材注射装置控制部23基于从基材温度传感器31输入的温度信号，计测基材15的当前的表面温度。

接着，在步骤s170中，基材注射装置控制部23判定在步骤s160中计测出的计测值是否达到基材表面的目标温度。基材表面的目标温度是与基材15的种类相应的熔点，由第i号工序数据确定。

接着，在步骤s180中，基材注射装置控制部23向基材注射部11b输出基于由第i号工序数据确定的注射速度的注射信号。基材注射装置11根据注射信号注射基材15。

接着，在步骤s190中，控制装置20将变量i加1。

接着，在步骤s200中，控制装置20判定变量i是否大于工序数据数量n。在判定条件不成立的情况下，针对第i+1号工序数据从步骤s110开始继续进行处理。另一方面，在判定条件成立的情况下，对造型数据所包含的所有工序数据完成了处理，因此图5所示的控制流程结束。

另外，在步骤s120的判定条件不成立的情况下，从图5的连接点a向连接点b跳跃。控制装置20从步骤s190开始继续进行处理。

<效果>

如以上说明过的那样，根据实施方式1所涉及的金属层叠造型装置1，在执行了使基材注射装置11注射被加热后的之前的基材15的第i号工序数据之后，执行使基材注射装置11向与之前的基材15相接的位置注射接下来的基材15的第i+1号工序数据，由此能够将表面熔解了的基材15彼此良好地焊接。因此，由于不使用熔炉、较大的铸模而层叠所注射的基材15，因此能够低成本地制作具有复杂构造的金属造型物。特别是，由于仅使表面15b熔解而进行焊接，因此能够降低使用熔点较高的金属来制作金属造型物的情况下的热能。

另外，由于对内部15a保持固体不变而仅使表面15b熔解的基材15进行层叠，因此与使全部熔解的情况相比，有可能能够制作金属组成(金属的晶体结构)不同的金属构造物。

另外，通过按照每个工序数据来改变进行注射的基材15的材质，由此能够制作性质不同的多个金属层叠而成的金属造型物。例如，通过制作不同种类金属的复合材料板(厚板)并对其进行轧制，由此能够应用于新的金属板材生产。

<变形例>

另外，在上述的实施方式1的系统中，通过使基台4在x轴方向、y轴方向、z轴方向上移动，由此使基台4与头单元3的相对位置在空间坐标上变化，但驱动装置的构成并不限定于此。也可以使头单元3在x轴方向、y轴方向、z轴方向上移动。另外，也可以使头单元3在x轴方向以及y轴方向上移动，使基台4在z轴方向上移动。另外，这一点在以下的实施方式中也相同。

对上述的使头单元3在x轴方向以及y轴方向上移动、使基台4在z轴方向上移动的构成进行说明。图6是用于说明实施方式1的系统构成的变形例的概念图。图6所示的金属层叠造型装置1为，取代图1的x轴致动器5而具备x轴致动器5a，取代y轴致动器6而具备y轴致动器6a。头单元3能够从x轴致动器5a接受力而在x轴方向上移动，从y轴致动器6a接受力而在y轴方向上移动。基台4能够从z轴致动器7接受力而在z轴方向上移动。因此，能够使基台4与头单元3的相对位置在空间坐标上变化。另外，图6具备具有与图1相同功能的控制装置20(省略图示)。

<硬件构成例>

图7是表示金属层叠造型装置1所具有的处理电路的硬件构成例的图。控制装置20内的各部分表示金属层叠造型装置1所具有的功能的一部分，各功能通过处理电路来实现。例如，处理电路包括至少一个处理器51和至少一个存储器52。例如，处理电路包括至少一个专用硬件53。

在处理电路具备处理器51和存储器52的情况下，各功能通过软件、固件、或者软件与固件的组合来实现。软件和固件中的至少一个被描述为程序。软件和固件中的至少一方被存储在存储器52中。处理器51通过读出并执行存储器52中存储的程序来实现各功能。处理器51也称为cpu(centralprocessingunit)、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、dsp。例如，存储器52是ram、rom、闪存、eprom、eeprom等非易失性或易失性半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩光盘、小型光盘、dvd等。

在处理电路具备专用的硬件53的情况下，处理电路例如是单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、asic、fpga或者将这些组合而成的电路。例如，各功能分别由处理电路来实现。例如，各功能统一由处理电路来实现。

另外，关于各功能，也可以通过专用的硬件53来实现一部分，通过软件或固件来实现其他部分。

如此，处理电路通过硬件53、软件、固件、或者这些的组合来实现各功能。另外，上述硬件构造在以下的实施方式中也相同。

实施方式2

<系统构成>

接着，参照图8～图11对实施方式2进行说明。本实施方式的系统能够通过在图1以及图9所示的构成中使控制装置20执行后述的图5以及图11的流程来实现。

在上述的实施方式1中，能够层叠仅将表面15b加热至熔点的基材15而制作金属造型物。然而，要求能够制作在所层叠的基材15之间隔开间隙的复杂的内部构造的金属造型物。图8是表示具有复杂的内部构造的金属造型物的一例的图。图8所示的金属造型物的内部形成有管构造。在实施方式2的系统中，为了能够制作在内部设置有空间的金属造型物，而具备注射在之后容易除去的辅助物质(辅材)的装置。

实施方式2的系统具备与图1相同的系统。图9是用于说明实施方式2中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。在图9所示的构成中，对于与图2相同的构成标注相同的附图标记而省略或简化其说明。

材料供给装置2向头单元3供给材料。在实施方式2中，材料是基材15和辅材16。辅材16是在制作了造型物之后容易除去的辅助物质。例如，是熔点比基材15低的金属、熔点高但能够用液体洗掉的物质(粘土等)。辅材16的形状与基材15相同(图3)。

头单元3除了实施方式1中说明了的安装部10和基材注射装置11之外，还具备安装于安装部10的辅材注射装置12。供给到头单元3的基材15装填于基材注射装置11，供给到头单元3的辅材16装填于辅材注射装置12。

辅材注射装置12注射所填充的辅材16。即，辅材注射装置12注射材质与注射装置11注射的基材15不同基材的辅材16。辅材注射装置12的注射线路朝向基台4。具体而言，辅材注射装置12的注射方向与基材注射装置11的注射方向相同。作为辅材注射装置12的一个例子，能够应用利用压缩气体来注射物体的装置、通过电磁感应(洛伦兹力)对物体加速而击出的装置(轨道炮)。

控制装置20具备造型数据存储部21、位置控制部22、基材注射装置控制部23、辅材注射装置控制部24。控制装置20的输入部与基材温度传感器31连接，输出部与材料供给装置2、头单元3、x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7连接。

造型数据存储部21预先存储有造型数据。造型数据包含从造型开始到结束为止的n个工序数据。各工序数据按照执行顺序排列。

各工序数据至少包含装置名称、空间坐标。如在实施方式1中说明了的那样，装置名称为基材注射装置11的工序数据还包括基材种类、基材表面的目标温度、注射速度等。另外，装置名称为辅材注射装置12的工序数据还包括辅材种类、注射速度等。辅材种类由辅材16的材质、大小、形状等来决定。注射速度是辅材注射装置12注射辅材16的速度。

辅材注射装置控制部24向材料供给装置2输出使其供给与由工序数据确定的辅材种类相应的辅材16的控制信号。另外，辅材注射装置控制部24向头单元3输出将所供给的辅材16向辅材注射装置12装填的控制信号。另外，辅材注射装置控制部24向位置控制部22输出使基台4移动到目标坐标(由工序数据确定的空间坐标)的命令。另外，辅材注射装置控制部24向辅材注射装置12输出基于由工序数据确定的注射速度的注射信号。由此，辅材注射装置12将辅材16朝向基台4注射。

图10是用于说明所注射的基材15及辅材16层叠于基台4的设想的概念图。如图4所示，基材15在仅表面15b被加热至熔点的状态(内部15a为固体)下被注射。所注射的基材15与之前注射并层叠的层叠基材15c、层叠辅材16c碰撞并熔敷。另外，辅材16以与层叠基材15c隔开间隙的方式注射。通过反复注射基材15和辅材16，并在之后除去辅材16，由此制作隔开间隙的复杂的金属造型物。对辅材16的除去方法进行说明。在辅材16是熔点比基材15低的金属的情况下，对金属造型物进行加热，使熔点较低的金属即辅材16通过重力下落。另外，在辅材16为粘土等的情况下，通过液体清洗、基于气体的吹飞、吸引等方法来除去。如此，能够制作在内部具有空间的金属造型物。

<流程图>

图5和图11是为了实现上述动作而实施方式2中的控制装置20执行的控制流程的流程图。关于图5，省略与实施方式1共同的说明。

在实施方式2中，在图5的步骤s120的判定条件不成立的情况下(连接点a)，接着，进入图11的步骤s220的处理。

在步骤s220中，控制装置20判定由第i号工序数据确定的装置名称是否是辅材注射装置12。在判定条件成立的情况下，进入步骤s230的处理。步骤s230～步骤s250是与辅材注射装置控制部24相关的处理。

在步骤s230中，辅材注射装置控制部24向头单元3输出使其将与由第i号工序数据确定的辅材种类相应的辅材16装填于辅材注射装置12的控制信号。

接着，在步骤s240中，辅材注射装置控制部24向位置控制部22输出使基台4移动到目标坐标(由第i号工序数据确定的空间坐标)的命令。位置控制部22基于当前坐标与目标坐标之差计算控制量，并向x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7输出控制信号。

接着，在步骤s250中，辅材注射装置控制部24向辅材注射装置12输出基于由第i号工序数据确定的注射速度的注射信号。辅材注射装置12根据注射信号注射辅材16。

之后，图11所示的控制流程结束，控制装置20从图5的步骤s190继续进行处理(连接点b)。

另外，在步骤s220的判定条件不成立的情况下，从图11的连接点c向连接点b跳跃。控制装置20从图5的步骤s190继续进行处理。

<效果>

如以上说明的那样，根据实施方式2所涉及的金属层叠造型装置1，通过反复注射基材15和辅材16，并在之后除去辅材16，由此能够制作具有复杂的内部构造的金属造型物。例如，由于能够进行复杂的内部管构造的造型，因此能够应用于热交换器、发动机的部件。另外，也能够应用于金属过滤器的制作。

另外，由于基材注射装置11以及辅材注射装置12设置于一个头单元3，因此与切换单独的头单元而使其移动的情况相比，能够缩短移动时间，能够在之前注射的材料冷却之前注射接下来的材料。另外，多个装置设置于一个头单元3，头单元3的重量变重，因此将头单元3的位置固定，使基台4的位置变化。

另外，根据实施方式2的金属层叠造型装置1，当然具有在实施方式1中所述的效果。

<变形例>

然而，在上述实施方式2的系统中，辅材注射装置12也可以具备与基材注射装置11的基材加热部11a及基材注射部11b等同的构造。根据这样的构成，能够在对辅材16进行加热之后，对辅材16进行注射。另外，这一点在以下的实施方式中也相同。

实施方式3

<系统构成>

接着，参照图12～图14说明实施方式3。本实施方式的系统为，能够通过在图1以及图13所示的构成中，使控制装置20执行后述的图5、图11以及图14的流程来实现。

图12是用于说明从基材注射装置11注射的基材15层叠于基台4的设想的概念图。在向所注射的基材15焊接而形成的层叠基材15c上注射新的基材15的情况下，有时基材15与层叠基材15c的碰撞部17的表面温度不足。在该情况下，优选对层叠基材15c上的碰撞部17进行加热而使其重新熔融，然后注射接下来的基材15。

因此，在实施方式3的系统中，对基材15所打入的场所的表面进行加热，使基材15与层叠基材15c容易熔敷。

实施方式3的系统具备与图1相同的系统。图13是用于说明实施方式3中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。在图13所示的构造中，对与图2或图9共同的构成标注相同的附图标记而省略或简化其说明。

头单元3除了在实施方式1以及实施方式2中说明了的安装部10、基材注射装置11、辅材注射装置12之外，还具备安装于安装部10的加热装置13。

加热装置13对层叠于基台4之上的层叠基材15c的表面进行加热。加热装置13为了仅加热层叠基材15c的表面，而需要瞬间以较大能量来加热层叠基材15c。作为加热装置13的一例，能够使用应用了基于电磁线圈的涡电流的加热装置、基于激光光线的加热装置。

另外，头单元3具备层叠基材温度传感器32。层叠基材温度传感器32输出与层叠基材15c的表面温度相应的温度信号。作为层叠基材温度传感器32的一例，能够使用能够非接触地测定层叠基材15c的表面温度的红外线温度计。

控制装置20具备造型数据存储部21、位置控制部22、基材注射装置控制部23、辅材注射装置控制部24、加热装置控制部25。控制装置20的输入部与基材温度传感器31、层叠基材温度传感器32连接，输出部与材料供给装置2、头单元3、x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7连接。

造型数据存储部21预先存储有造型数据。造型数据包含从造型开始到结束为止的n个工序数据。各工序数据按照执行顺序排列。

各工序数据至少包含装置名称、空间坐标。如在实施方式1中说明了的那样，装置名称为基材注射装置11的工序数据还包括基材种类、基材表面的目标温度、注射速度等。如在实施方式2中说明了的那样，装置名称为辅材注射装置12的工序数据还包括辅材种类、注射速度等。另外，装置名称为加热装置13的工序数据还包括层叠基材表面的目标温度(例如，与层叠基材15c相应的熔点、与层叠基材15c相应的淬火温度、与层叠基材15c相应的退火温度)。

加热装置控制部25向位置控制部22输出使基台4移动到目标坐标(由工序数据确定的空间坐标)的命令。另外，加热装置控制部25基于从层叠基材温度传感器32逐次输入的温度信号，计测目标坐标处的层叠基材15c的表面温度，并向加热装置13输出加热信号，直至计测值达到由工序数据确定的层叠基材表面的目标温度。由此，加热装置13对目标坐标处的层叠基材15c的表面进行加热。

<流程图>

图5、图11、图14是为了实现上述动作而实施方式3中的控制装置20执行的控制流程的流程图。关于图5以及图11，省略与实施方式1以及实施方式2共同的说明。

在实施方式3中，在图5的步骤s120的判定条件不成立的情况下(连接点a)，接着，进入图11的步骤s220的处理，在图11的步骤s220的判定条件不成立的情况下(连接点c)，接着，进入图14的步骤s320的处理。

在步骤s320中，控制装置20判定由第i号工序数据确定的装置名称是否是加热装置13。在判定条件成立的情况下，进入步骤s330的处理。步骤s330～步骤s360是与加热装置控制部25相关的处理。

在步骤s330中，加热装置控制部25向位置控制部22输出使基台4移动到目标坐标(由第i号工序数据确定的空间坐标)的命令。位置控制部22基于当前坐标与目标坐标之差计算控制量，并向x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7输出控制信号。

接着，在步骤s340中，加热装置控制部25向加热装置13输出加热信号。加热装置13根据加热信号对目标坐标处的层叠基材15c的表面进行加热。

接着，在步骤s350中，加热装置控制部25基于从层叠基材温度传感器32输入的温度信号，计测目标坐标处的层叠基材15c的当前的表面温度。

接着，在步骤s360中，加热装置控制部25判定在步骤s350中计测出的计测值是否达到层叠基材表面的目标温度。层叠基材表面的目标温度由第i号工序数据确定。

之后，图14所示的控制流程结束，控制装置20从图5的步骤s190继续进行处理(连接点b)。

另外，在步骤s320的判定条件不成立的情况下，控制装置20从图5的步骤s190继续进行处理(连接点b)。

<效果>

如以上说明过的那样，根据实施方式3的金属层叠造型装置1，能够在执行了使加热装置13将目标坐标(碰撞部17)加热至熔点的第i号工序数据之后，执行使基材注射装置11向目标坐标(碰撞部17)注射基材15的第i+1号工序。即，基材注射装置11向与由加热装置13加热后的层叠基材15c的表面相接的位置注射接下来的基材。由此，基材15被打入于被再加热至熔点的碰撞部17，基材15与层叠基材15c变得容易焊接。

另外，通过在执行了使加热装置13将目标坐标加热至退火温度的第i号工序数据之后，使其自然冷却，由此能够调整金属组成(金属的晶体结构)。另外，在每1层量的造型中，通过使层叠基材15c的表面再次熔解，由此能够使表面平滑。

另外，根据实施方式3的金属层叠造型装置1，当然具有在实施方式1以及实施方式2中叙述的效果。

<变形例>

然而，上述的实施方式3的系统具备辅材注射装置12以及辅材注射装置控制部24，但也可以是不具备这些的构成。在该情况下，上述的控制流程的流程图为，在图5的步骤s120的判定条件不成立的情况下(连接点a)，进入图14的步骤s320的处理。

实施方式4

<系统构成>

接着，参照图15～图17说明实施方式4。本实施方式的系统为，能够通过在图1以及图16所示的构造中使控制装置20执行后述的图5、图11以及图17的流程来实现。

图15是用于说明从基材注射装置11注射的基材15层叠于基台4的设想的概念图。在向所注射的基材进行焊接而形成的层叠基材15c上注射熔点比层叠基材15c低的基材15的情况下，有时基材15与层叠基材15c的碰撞部17的表面温度过高(高于基材15的熔点)。在该情况下，优选对层叠基材15c上的碰撞部17进行冷却，然后注射接下来的基材15。

因此，在实施方式3的系统中，在对基材15所打入的场所的表面进行冷却之后，注射基材15。

实施方式4的系统具备与图1相同的系统。图16是用于说明实施方式4中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。在图16所示的构造中，对于与图2或图9相同的构造标注相同的附图标记而省略或简化其说明。

头单元3除了在实施方式1以及实施方式2中说明了的安装部10、基材注射装置11、辅材注射装置12之外，还具备安装于安装部10的冷却装置14。

冷却装置14对层叠于基台4之上的层叠基材15c的表面进行冷却。在层叠制造过程中暂时冷却造型物的情况下，需要进行对造型物的表面没有影响、没有残留的冷却。作为冷却装置14的一例，能够应用喷射二氧化碳、空气等气体的装置。

另外，头单元3具备层叠基材温度传感器32。层叠基材温度传感器32输出与层叠基材15c的表面温度相应的温度信号。作为层叠基材温度传感器32的一例，能够应用能够非接触地测定层叠基材15c的表面温度的红外线温度计。

控制装置20具备造型数据存储部21、位置控制部22、基材注射装置控制部23、辅材注射装置控制部24、冷却装置控制部26。控制装置20的输入部与基材温度传感器31、层叠基材温度传感器32连接，输出部与材料供给装置2、头单元3、x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7连接。

造型数据存储部21预先存储有造型数据。造型数据包含从造型开始到结束为止的n个工序数据。各工序数据按照执行顺序排列。

各工序数据至少包含装置名称、空间坐标。如在实施方式1中说明了的那样，装置名称为基材注射装置11的工序数据还包括基材种类、基材表面的目标温度、注射速度等。如在实施方式2中说明了的那样，装置名称为辅材注射装置12的工序数据还包括辅材种类、注射速度等。另外，装置名称为冷却装置14的工序数据还包括层叠基材表面的目标温度(例如，与接下来注射的基材15相应的熔点)。

冷却装置控制部26向位置控制部22输出使基台4移动到目标坐标(由工序数据确定的空间坐标)的命令。另外，冷却装置控制部26基于从层叠基材温度传感器32逐次输入的温度信号，计测目标坐标处的层叠基材15c的表面温度，并将冷却信号向冷却装置14输出，直至计测值低于由工序数据确定的层叠基材表面的目标温度。由此，冷却装置14对目标坐标处的层叠基材15c的表面进行冷却。

<流程图>

图5、图11、图17是为了实现上述动作而实施方式4中的控制装置20执行的控制流程的流程图。关于图5以及图11，省略与实施方式1以及实施方式2共同的说明。

在实施方式4中，在图5的步骤s120的判定条件不成立的情况下(连接点a)，接着，进入图11的步骤s220的处理，在图11的步骤s220的判定条件不成立的情况下(连接点c)，接着，进入图17的步骤s420的处理。

在步骤s420中，控制装置20判定由第i号工序数据确定的装置名称是否是冷却装置14。在判定条件成立的情况下，进入步骤s430的处理。步骤s430～步骤s460是与冷却装置控制部26相关的处理。

在步骤s430中，冷却装置控制部26向位置控制部22输出使基台4移动到目标坐标(由第i号工序数据确定的空间坐标)的命令。位置控制部22基于当前坐标与目标坐标之差来计算控制量，并向x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7输出控制信号。

接着，在步骤s440中，冷却装置控制部26向冷却装置14输出冷却信号。冷却装置14根据冷却信号对目标坐标处的层叠基材15c的表面进行冷却。

接着，在步骤s450中，冷却装置控制部26基于从层叠基材温度传感器32输入的温度信号，计测目标坐标处的层叠基材15c的当前的表面温度。

接着，在步骤s460中，冷却装置控制部26判定在步骤s450中计测出的计测值是否低于层叠基材表面的目标温度。层叠基材表面的目标温度由第i号工序数据确定。

之后，图17所示的控制流程结束，控制装置20从图5的步骤s190继续进行处理(连接点b)。

另外，在步骤s420的判定条件不成立的情况下，控制装置20从图5的步骤s190继续进行处理(连接点b)。

<效果>

如以上说明的那样，根据实施方式4的金属层叠造型装置1，能够在执行了使冷却装置14将目标坐标(碰撞部17)冷却至接下来注射的基材15的熔点为止的第i号工序数据之后，执行使基材注射装置11向目标坐标(碰撞部17)注射基材15的第i+1号工序。即，基材注射装置11向与由冷却装置14冷却后的层叠基材15c的表面相接的位置注射接下来的基材。由此，能够抑制打入到碰撞部17的基材15熔解到内部。

另外，通过利用冷却装置14对目标坐标处的层叠基材15c进行急冷，由此能够调整造型物的一部分的金属组成(金属的晶体结构)。

另外，根据实施方式4的金属层叠造型装置1，当然具有在实施方式1以及实施方式2中叙述的效果。

<变形例>

另外，上述实施方式4的系统具备辅材注射装置12以及辅材注射装置控制部24，但也可以是不具备这些的构成。在该情况下，上述的控制流程的流程图为，在图5的步骤s120的判定条件不成立的情况下(连接点a)，进入图17的步骤s420的处理。

实施方式5

<系统构成>

接着，参照图18～图21对实施方式5进行说明。本实施方式的系统为，通过在图1以及图20所示的构成中使控制装置20执行后述的图5、图11以及图21的流程来实现。

图18是用于说明从基材注射装置11注射的基材15层叠于基台4的设想的概念图。在实施方式3中对具备加热装置13的构成进行了说明，在实施方式4中对具备冷却装置14的构造进行了说明。在实施方式5的系统中，通过具备双方的装置，由此成为能够对层叠基材15c的表面进行加热以及冷却的构成。

图19是在实施方式5中制作的特征性的金属造型物的一例。该金属造型物具有层叠基材15c的间隙18被局部淬火的构造。实施方式5的金属层叠造型装置1也能够制作这样的金属造型物。

实施方式5的系统具备与图1相同的系统。图20是用于说明实施方式5中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。在图20所示的构成中，对与图2、图9、图13以及图16相同的构成标注相同的附图标记而省略或简化其说明。

头单元3除了在实施方式1和实施方式2中说明了的安装部10、基材注射装置11、辅材注射装置12之外，还具备安装于安装部10的加热装置13、安装于安装部10的冷却装置14。

加热装置13对层叠于基台4之上的层叠基材15c的表面进行加热。加热装置13为了仅对层叠基材15c的表面进行加热，需要瞬间以较大能量对层叠基材15c进行加热。作为加热装置13的一例，能够使用应用了基于电磁线圈的涡电流的加热装置、基于激光光线的加热装置。

冷却装置14对层叠于基台4之上的层叠基材15c的表面进行冷却。在层叠制造过程中暂时冷却造型物的情况下，需要进行对造型物的表面没有影响、残留的冷却。作为冷却装置14的一例，能够应用喷射二氧化碳、空气等气体的装置。

另外，头单元3具备层叠基材温度传感器32。层叠基材温度传感器32输出与层叠基材15c的表面温度相应的温度信号。作为层叠基材温度传感器32的一例，能够应用能够非接触地测定层叠基材15c的表面温度的红外线温度计。

控制装置20具备造型数据存储部21、位置控制部22、基材注射装置控制部23、辅材注射装置控制部24、加热装置控制部25、冷却装置控制部26。控制装置20的输入部与基材温度传感器31、层叠基材温度传感器32连接，输出部与材料供给装置2、头单元3、x轴致动器5、y轴致动器6、z轴致动器7连接。

造型数据存储部21预先存储有造型数据。造型数据包含从造型开始到结束为止的n个工序数据。各工序数据按照执行顺序排列。

各工序数据至少包含装置名称、空间坐标。如在实施方式1中说明了的那样，装置名称为基材注射装置11的工序数据还包括基材种类、基材表面的目标温度、注射速度等。如在实施方式2中说明了的那样，装置名称为辅材注射装置12的工序数据还包括辅材种类、注射速度等。另外，装置名称为加热装置13的工序数据还包括层叠基材表面的目标温度(例如，与层叠基材15c相应的熔点、与层叠基材15c相应的淬火温度、与层叠基材15c相应的退火温度)。另外，装置名称为冷却装置14的工序数据还包括层叠基材表面的目标温度(例如，与接下来注射的基材15相应的熔点)。

加热装置控制部25向位置控制部22输出使基台4移动到目标坐标(由工序数据确定的空间坐标)的命令。另外，加热装置控制部25基于从层叠基材温度传感器32逐次输入的温度信号，计测目标坐标处的层叠基材15c的表面温度，并向加热装置13输出加热信号，直至计测值达到由工序数据确定的层叠基材表面的目标温度为止。由此，加热装置13对目标坐标处的层叠基材15c的表面进行加热。

冷却装置控制部26向位置控制部22输出使基台4移动到目标坐标(由工序数据确定的空间坐标)的命令。另外，冷却装置控制部26基于从层叠基材温度传感器32逐次输入的温度信号，计测目标坐标处的层叠基材15c的表面温度，并向冷却装置14输出冷却信号，直至计测值低于由工序数据确定的层叠基材表面的目标温度为止。由此，冷却装置14对目标坐标处的层叠基材15c的表面进行冷却。

<流程图>

图5、图11、图21是为了实现上述动作而实施方式5中的控制装置20执行的控制流程的流程图。关于图5以及图11，省略与实施方式1以及实施方式2共同的说明。另外，图21是将实施方式3的图14与实施方式4的图17结合而得到的图，因此省略共同的说明。

在实施方式5中，在图5的步骤s120的判定条件不成立的情况下(连接点a)，接着，进入图11的步骤s220的处理，在图11的步骤s220的判定条件不成立的情况下(连接点c)，接着，进入图21的步骤s320的处理。在步骤s320的判定条件不成立的情况下，进入步骤s420的处理。其他处理与图14、图17相同。

<效果>

如上所述，根据实施方式5的金属层叠造型装置1，能够在执行了使加热装置13将目标坐标加热至淬火温度的第i号工序数据之后，执行使冷却装置14对相同的目标坐标进行急冷的第i+1号工序数据。由此，层叠基材15c为，在通过加热装置13将表面加热至淬火温度之后，通过冷却装置14对加热后的表面进行急冷。由此，通过按照每一层量的造型进行局部的淬火，由此能够一边对内部构造进行淬火一边进行层叠，能够提高金属造型物的强度。

另外，根据实施方式5的金属层叠造型装置1，当然具有在实施方式1至实施方式4中所述的效果。

<变形例>

另外，上述实施方式4的系统具备辅材注射装置12以及辅材注射装置控制部24，但也可以是不具备这些的构成。在该情况下，上述的控制流程的流程图为，在图5的步骤s120的判定条件不成立的情况下(连接点a)，进入图21的步骤s320的处理。

实施方式6

<系统构成>

接着，参照图22～图26说明实施方式6。本实施方式的系统通过在图23所示的构造中使控制装置20执行后述的图25的流程来实现。

图22是用于说明实施方式6的金属层叠造型装置1的控制例的概念图。在实施方式6中，不改变基材注射装置11的注射线路11c与基台4的上表面之间的角度，而使头单元3与基台4向相同方向倾斜相同角度θ。然后，通过向隔开间隙19的位置注射基材15，使落到基台4上的基材15向倾斜面的较低侧滑动。由此，对基材15与层叠基材15c的焊接进行辅助。

图23是用于说明实施方式6的系统的构成的概念图。图23所示的系统除了代替z轴致动器7而设置有z1轴致动器7a、z2轴致动器7b和z3轴致动器7c这一点、以及追加了z1轴连接器9a、z2轴连接器9b、z3轴连接器9c、头驱动器41这一点以外，与图1所示的构造相同。以下，在图23中，对于与图1所示的构成相同的构成标注相同的附图标记而省略或简化其说明。

z1轴致动器7a的一端经由z1轴连接器9a固定于基台4，另一端固定于移动台8。z2轴致动器7b的一端经由z2轴连接器9b固定于基台4，另一端固定于移动台8。z3轴致动器7c的一端经由z3轴连接器9c固定于基台4，另一端固定于移动台8。在此，连接器9a～9c是万向连接器或球窝连接器。因此，致动器7a～7c能够变更基台4的倾斜和高度。

头驱动器41安装于头单元3的上部。头驱动器41是能够在x轴方向和y轴方向上旋转的致动器，能够改变头单元3的朝向。

图24是用于说明实施方式6中的金属层叠造型装置1的头单元3以及控制装置20的框图。对于图24所示的构造中的与图2、图9、图13、图16以及图20相同的构成标注相同的附图标记而省略或简化其说明。

控制装置20具备造型数据存储部21、位置控制部22、基材注射装置控制部23、辅材注射装置控制部24、加热装置控制部25、冷却装置控制部26。控制装置20的输入部与基材温度传感器31、层叠基材温度传感器32连接，输出部与材料供给装置2、头单元3、x轴致动器5、y轴致动器6、z1轴致动器7a、z2轴致动器7b、z3轴致动器7c、头驱动器41连接。

造型数据存储部21预先存储有造型数据。造型数据包含从造型开始到结束为止的n个工序数据。各工序数据按照执行顺序排列。

各工序数据至少包括设备名称、空间坐标和倾斜信息。如在实施方式1中说明了的那样，装置名称为基材注射装置11的工序数据还包括基材种类、基材表面的目标温度、注射速度等。如在实施方式2中说明了的那样，装置名称为辅材注射装置12的工序数据还包括辅材种类、注射速度等。另外，如实施方式3中说明了的那样，装置名称为加热装置13的工序数据还包括层叠基材表面的目标温度(例如，与层叠基材15c相应的熔点、与层叠基材15c相应的淬火温度、与层叠基材15c相应的退火温度)。另外，如在实施方式4中说明了的那样，装置名称为冷却装置14的工序数据还包括层叠基材表面的目标温度(例如，与接下来注射的基材15相应的熔点)。

位置控制部22具备倾斜控制部27。倾斜控制部27控制z1轴致动器7a、z2轴致动器7b、z3轴致动器7c、头驱动器41，使头单元3和基台4向相同方向倾斜相同角度。具体而言，倾斜控制部27根据由工序数据确定的倾斜信息，决定z1轴致动器7a、z2轴致动器7b、z3轴致动器7c、头驱动器41的控制量，并输出与控制量相应的控制信号。

z1轴致动器7a、z2轴致动器7b、z3轴致动器7c、头驱动器41以及倾斜控制部27作为如下的倾斜装置发挥功能：不改变基材注射装置11的注射线路11c与基台4的上表面之间的角度，而使头单元3与基台4向相同方向倾斜相同角度θ。

<流程图>

图25是为了实现上述动作而实施方式6中的控制装置20执行的控制流程的流程图。图25所示的控制流程除了在步骤s110和步骤s120之间追加了步骤s115的处理这一点以外，与图5所示的控制流程相同。对于与图5所示的步骤相同的步骤，标注相同的附图标记而省略或简化其说明。

在步骤s115中，控制装置20向倾斜控制部27输出使其调整头单元3以及基台4的倾斜的命令。倾斜控制部27基于由第i号工序数据确定的倾斜信息，向z1轴致动器7a、z2轴致动器7b、z3轴致动器7c、头驱动器41输出控制信号。

在图25的步骤s120的判定条件不成立的情况下(连接点a)，接着，进入图11的步骤s220的处理，在图11的步骤s220的判定条件不成立的情况下(连接点c)，接着，进入图21的步骤s320的处理。在步骤s320的判定条件不成立的情况下，进入步骤s420的处理。

<效果>

如上所述，根据实施方式5的金属层叠造型装置1，能够使头单元3与基台4向相同方向倾斜相同角度。而且，能够在执行了使第一基材向倾斜面注射的第i号工序数据之后，执行对于倾斜面使第2基材向比第1基材高的位置注射的第i+1号工序数据。第二基材通过重力向倾斜面的较低一侧滑动，并与第一基材焊接。

<变形例>

然而，在上述的实施方式6的系统中，通过使基台4在x轴方向、y轴方向、z轴方向上移动，由此使基台4与头单元3的相对位置在空间坐标上变化，但驱动装置的构成并不限定于此。也可以使头单元3在x轴方向、y轴方向、z轴方向上移动。另外，也可以使头单元3在x轴方向以及y轴方向上移动，使基台4在z轴方向上移动。

对上述的使头单元3在x轴方向以及y轴方向上移动、使基台4在z轴方向上移动的构成进行说明。图26是用于说明实施方式6的系统构成的变形例的概念图。图6所示的金属层叠造型装置1取代图1的x轴致动器5而具备x轴致动器5a，取代y轴致动器6而具备y轴致动器6a。头单元3能够从x轴致动器5a接受力而在x轴方向上移动，从y轴致动器6a接受力而在y轴方向上移动。基台4能够从z1轴致动器7a、z2轴致动器7b、z3轴致动器7c接受力而在z轴方向上移动。因此，能够使基台4与头单元3的相对位置在空间坐标上变化。另外，图26具备具有与图24相同功能的控制装置20(省略图示)。

另外，上述实施方式6的系统具备辅材注射装置12、加热装置13、冷却装置14，但也可以是不具备这些的构造。即，能够应用于在实施方式1～实施方式5中叙述的所有构成。

符号的说明

1金属层叠造型装置

2材料供给装置

3头单元

4基台

5、5ax轴致动器

6、6ay轴致动器

7z轴致动器

7a、7b、7cz1轴致动器、z2轴致动器、z3轴致动器

8移动台

8a、8b孔

9a、9b、9cz1轴连接器、z2轴连接器、z3轴连接器

10安装部

11基材注射装置

11a基材加热部

11b基材注射部

11c注射线路

12辅材注射装置

13加热装置

14冷却装置

15、15a、15b基材、内部、表面(表层)

15c层叠基材

16辅材

16c层叠辅材

17碰撞部

20控制装置

21造型数据存储部

22位置控制部

23基材注射装置控制部

24辅材注射装置控制部

25加热装置控制部

26冷却装置控制部

27倾斜控制部

31基材温度传感器

32层叠基材温度传感器

41头驱动器

51处理器

52存储器

53硬件