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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-88745(P2021-88745A)
(43)【公開日】2021年6月10日
(54)【発明の名称】積層造形装置
(51)【国際特許分類】
B22F 3/16 20060101AFI20210514BHJP
B29C 64/153 20170101ALI20210514BHJP
B29C 64/393 20170101ALI20210514BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20210514BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20210514BHJP
B22F 3/105 20060101ALI20210514BHJP
【ＦＩ】
B22F3/16
B29C64/153
B29C64/393
B33Y30/00
B33Y50/02
B22F3/105
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2019-219664(P2019-219664)
(22)【出願日】2019年12月4日
(11)【特許番号】特許第6793806号(P6793806)
(45)【特許公報発行日】2020年12月2日
(71)【出願人】
【識別番号】000132725
【氏名又は名称】株式会社ソディック
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】ＳＫ特許業務法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】河村 篤
(72)【発明者】
【氏名】柏村 健介
(72)【発明者】
【氏名】梶 俊夫
(72)【発明者】
【氏名】市川 純文
(72)【発明者】
【氏名】宮下 泰行
【テーマコード（参考）】
4F213
4K018
【Ｆターム（参考）】
4F213AR07
4F213AR12
4F213AR20
4F213WA25
4F213WB01
4F213WL02
4F213WL12
4F213WL43
4F213WL76
4K018CA44
4K018DA31
4K018DA33
4K018EA51
4K018EA60
4K018FA06
(57)【要約】
【課題】造形速度の向上と造形品質の安定化を両立した積層造形装置を提供する。【解決手段】本発明によれば、造形領域を覆うチャンバと、照射装置と、を備え、照射装置は、レーザ光源と、第１及び第２のガルバノスキャナと、照射制御装置と、を含み、第１のガルバノスキャナは、第１のＸ軸ガルバノミラーと、第１のＸ軸アクチュエータと、第１のＹ軸ガルバノミラーと、第１のＹ軸アクチュエータと、を有し、第２のガルバノスキャナは、第２のＸ軸ガルバノミラーと、第２のＸ軸アクチュエータと、第２のＹ軸ガルバノミラーと、第２のＹ軸アクチュエータと、を有し、第１及び第２のガルバノスキャナによる照射可能範囲は、それぞれ造形領域を全て含有し、第１のＸ軸ガルバノミラー及び第１のＹ軸ガルバノミラーと、第２のＸ軸ガルバノミラー及び第２のＹ軸ガルバノミラーとは、互いに面対称になるように配置される、積層造形装置が提供される。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
造形領域を覆うチャンバと、
所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる分割層毎に、前記造形領域に形成された材料層にレーザ光を照射して固化層を形成する照射装置と、を備え、
前記照射装置は、
前記レーザ光を生成する少なくとも１つのレーザ光源と、
前記レーザ光を走査する第１のガルバノスキャナと、
前記レーザ光を走査する第２のガルバノスキャナと、
前記レーザ光源、前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナを制御する照射制御装置と、を含み、
前記第１のガルバノスキャナは、
前記レーザ光をＸ軸方向に走査する第１のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第１のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第１のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に走査する第１のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第１のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第１のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第２のガルバノスキャナは、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に走査する第２のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第２のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第２のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｙ軸方向に走査する第２のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第２のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第２のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナによる前記レーザ光の照射可能範囲は、それぞれ前記造形領域を全て含有し、
前記第１のＸ軸ガルバノミラー及び前記第１のＹ軸ガルバノミラーと、前記第２のＸ軸ガルバノミラー及び前記第２のＹ軸ガルバノミラーとは、互いに面対称になるように配置される、積層造形装置。
所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる分割層毎に、前記造形領域に形成された材料層にレーザ光を照射して固化層を形成する照射装置と、を備え、
前記照射装置は、
前記レーザ光を生成する少なくとも１つのレーザ光源と、
前記レーザ光を走査する第１のガルバノスキャナと、
前記レーザ光を走査する第２のガルバノスキャナと、
前記レーザ光源、前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナを制御する照射制御装置と、を含み、
前記第１のガルバノスキャナは、
前記レーザ光をＸ軸方向に走査する第１のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第１のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第１のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に走査する第１のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第１のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第１のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第２のガルバノスキャナは、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に走査する第２のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第２のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第２のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｙ軸方向に走査する第２のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第２のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第２のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナによる前記レーザ光の照射可能範囲は、それぞれ前記造形領域を全て含有し、
前記第１のＸ軸ガルバノミラー及び前記第１のＹ軸ガルバノミラーと、前記第２のＸ軸ガルバノミラー及び前記第２のＹ軸ガルバノミラーとは、互いに面対称になるように配置される、積層造形装置。
【請求項2】
前記第１のＸ軸ガルバノミラーと前記第１のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方における前記レーザ光の第１の反射位置と、前記第２のＸ軸ガルバノミラーと前記第２のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方における前記レーザ光の第２の反射位置との距離が、１５０ｍｍ以下となるように構成される、請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項3】
前記第１の反射位置と、前記第２の反射位置との距離が、１００ｍｍ以下となるように構成される、請求項２に記載の積層造形装置。
【請求項4】
前記第１のガルバノスキャナにより前記造形領域内の所定の箇所に前記レーザ光を照射した際の入射面における鉛直方向に対する前記レーザ光の第１の入射角度と、前記第２のガルバノスキャナにより前記造形領域内の前記所定の箇所に前記レーザ光を照射した際の入射面における鉛直方向に対する前記レーザ光の第２の入射角度との差の絶対値は、７°以下となるように構成される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項5】
前記第１の入射角度と、前記第２の入射角度との差の絶対値は、３°以下となるように構成される、請求項４に記載の積層造形装置。
【請求項6】
前記照射制御装置は、所定の前記分割層における前記第１のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第１の照射面積及び前記第２のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第２の照射面積の全体の照射面積に対する割合が、それぞれ４０％以上６０％以下であるように、前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナを制御する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項7】
前記照射制御装置は、所定の前記分割層における前記第１の照射面積及び前記第２の照射面積の前記全体の照射面積に対する割合が、それぞれ４５％以上５５％以下であるように、前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナを制御する、請求項６に記載の積層造形装置。
【請求項8】
前記照射装置は、
前記レーザ光を走査する第３のガルバノスキャナと、
前記レーザ光を走査する第４のガルバノスキャナと、をさらに含み、
前記照射制御装置は、前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナをさらに制御し、
前記第３のガルバノスキャナは、
前記レーザ光をＸ軸方向に走査する第３のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第３のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第３のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に走査する第３のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第３のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第３のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第４のガルバノスキャナは、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に走査する第４のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第４のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第４のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｙ軸方向に走査する第４のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第４のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第４のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナによる前記レーザ光の照射可能範囲は、それぞれ前記造形領域を全て含有し、
前記第３のＸ軸ガルバノミラー及び前記第３のＹ軸ガルバノミラーと、前記第４のＸ軸ガルバノミラー及び前記第４のＹ軸ガルバノミラーとは、互いに面対称になるように配置される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の積層造形装置。
前記レーザ光を走査する第３のガルバノスキャナと、
前記レーザ光を走査する第４のガルバノスキャナと、をさらに含み、
前記照射制御装置は、前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナをさらに制御し、
前記第３のガルバノスキャナは、
前記レーザ光をＸ軸方向に走査する第３のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第３のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第３のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に走査する第３のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第３のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第３のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第４のガルバノスキャナは、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に走査する第４のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第４のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第４のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｙ軸方向に走査する第４のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第４のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第４のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナによる前記レーザ光の照射可能範囲は、それぞれ前記造形領域を全て含有し、
前記第３のＸ軸ガルバノミラー及び前記第３のＹ軸ガルバノミラーと、前記第４のＸ軸ガルバノミラー及び前記第４のＹ軸ガルバノミラーとは、互いに面対称になるように配置される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項9】
前記第３のＸ軸ガルバノミラーと前記第３のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方における前記レーザ光の第３の反射位置と、前記第４のＸ軸ガルバノミラーと前記第４のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方における前記レーザ光の第４の反射位置との距離が、１５０ｍｍ以下となるように構成される、請求項８に記載の積層造形装置。
【請求項10】
前記第３の反射位置と、前記第４の反射位置との距離が、１００ｍｍ以下となるように構成される、請求項９に記載の積層造形装置。
【請求項11】
前記第３のガルバノスキャナにより前記造形領域内の所定の箇所に前記レーザ光を照射した際の入射面における鉛直方向に対する前記レーザ光の第３の入射角度と、前記第４のガルバノスキャナにより前記造形領域内の前記所定の箇所に前記レーザ光を照射した際の入射面における鉛直方向に対する前記レーザ光の第４の入射角度との差の絶対値は、７°以下となるように構成される、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項12】
前記第３の入射角度と、前記第４の入射角度との差の絶対値は、３°以下となるように構成される、請求項１１に記載の積層造形装置。
【請求項13】
前記照射制御装置は、所定の前記分割層における前記第１のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第１の照射面積、前記第２のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第２の照射面積、前記第３のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第３の照射面積及び前記第４のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第４の照射面積の全体の照射面積に対する割合が、それぞれ２０％以上３０％以下であるように、前記第１のガルバノスキャナ、前記第２のガルバノスキャナ、前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナを制御する、請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項14】
前記照射制御装置は、所定の前記分割層における前記第１の照射面積、前記第２の照射面積、前記第３の照射面積及び前記第４の照射面積の前記全体の照射面積に対する割合が、それぞれ２２．５％以上２７．５％以下であるように、前記第１のガルバノスキャナ、前記第２のガルバノスキャナ、前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナを制御する、請求項１３に記載の積層造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、積層造形装置に関する。
【背景技術】
【0002】
三次元造形物の積層造形法としては種々の方式が知られている。例えば、粉末焼結積層造形法又は粉末溶融積層造形法を実施する積層造形装置は、所望の三次元造形物が形成される領域である造形領域上に材料層を形成し、材料層の所定位置にレーザ光を走査することで材料層を焼結又は溶融させ固化層を形成する。そして、積層造形装置は、材料層の形成と固化層の形成を繰り返すことによって、複数の固化層を積層して三次元造形物を生成する。
【0003】
レーザ光を所定の位置に照射するための走査手段としては、ガルバノスキャナを用いることができる。ガルバノスキャナは、レーザ光を反射させる２つのガルバノミラーと、各ガルバノミラーを所定角度に回転させるアクチュエータと、を含む。
【0004】
ここで、特許文献１に記載のように、造形領域上の複数の箇所に同時にレーザ光を照射するため、複数のガルバノスキャナが積層造形装置に搭載される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第６４０５０２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
造形速度の高速化という観点からは、造形物の形状や位置を問わず、複数のガルバノスキャナが同時に利用できることが好ましい。換言すれば、各ガルバノスキャナのレーザ光の照射可能範囲は、造形領域全体を覆っていることが望ましい。また、造形品質を安定化させるという観点からは、所定位置に照射されたレーザ光の照射スポットの形状やエネルギー密度は、走査に使用されたガルバノスキャナによらず略一定であることが望ましい。換言すれば、各ガルバノスキャナによって走査されたレーザ光の入射角度の差は、極力小さいことが望ましい。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、複数のガルバノスキャナを備えた積層造形装置であって、造形速度の向上と造形品質の安定化を両立した積層造形装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明によれば、造形領域を覆うチャンバと、所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる分割層毎に、前記造形領域に形成された材料層にレーザ光を照射して固化層を形成する照射装置と、を備え、前記照射装置は、前記レーザ光を生成する少なくとも１つのレーザ光源と、前記レーザ光を走査する第１のガルバノスキャナと、前記レーザ光を走査する第２のガルバノスキャナと、前記レーザ光源、前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナを制御する照射制御装置と、を含み、前記第１のガルバノスキャナは、前記レーザ光をＸ軸方向に走査する第１のＸ軸ガルバノミラーと、前記第１のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第１のＸ軸アクチュエータと、前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に走査する第１のＹ軸ガルバノミラーと、前記第１のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第１のＹ軸アクチュエータと、を有し、前記第２のガルバノスキャナは、前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に走査する第２のＸ軸ガルバノミラーと、前記第２のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第２のＸ軸アクチュエータと、前記レーザ光を前記Ｙ軸方向に走査する第２のＹ軸ガルバノミラーと、前記第２のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第２のＹ軸アクチュエータと、を有し、前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナによる前記レーザ光の照射可能範囲は、それぞれ前記造形領域を全て含有し、前記第１のＸ軸ガルバノミラー及び前記第１のＹ軸ガルバノミラーと、前記第２のＸ軸ガルバノミラー及び前記第２のＹ軸ガルバノミラーとは、互いに面対称になるように配置される、積層造形装置が提供される。
【発明の効果】
【0009】
本発明の積層造形装置においては、第１のガルバノスキャナ及び第２のガルバノスキャナによるレーザ光の照射可能範囲が造形領域を全て含有している一方、第１のガルバノスキャナの第１のＸ軸ガルバノミラー及び第１のＹ軸ガルバノミラーと、第２のガルバノスキャナの第２のＸ軸ガルバノミラー及び第２のＹ軸ガルバノミラーとは、互いに面対称になるように配置される。これにより、造形物の形状や位置を問わずより効率よく造形が行えるとともに、第１のガルバノスキャナ及び第２のガルバノスキャナを近接させて設けることで各ガルバノスキャナによる入射角度の差を小さくでき、造形品質を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第１実施形態に係る積層造形装置の概略構成図である。
【図3】リコータヘッド１１の斜視図である。
【図4】リコータヘッド１１の別の角度からの斜視図である。
【図5】第１実施形態に係る照射装置１３の上面図である。
【図7】照射装置１３によるレーザ光照射の態様を示す図である。
【図8】第１実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法を示す図である。
【図9】第１実施形態に係る照射装置１３及び造形領域Ｒの、上面から見た位置関係を示す概略図である。
【図10】第１実施形態に係る照射装置１３による照射領域を例示する図である。
【図12】本発明の第１実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法を示す図である。
【図13】本発明の第２実施形態に係る積層造形装置の照射装置１１３の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。
【0012】
１．積層造形装置本実施形態の積層造形装置は、所望の三次元造形物を所定の厚みで分割してなる分割層毎に、材料層８の形成と固化層の形成とを繰り返して、三次元造形物を形成する。図１に示すように、本発明の第１実施形態の積層造形装置は、チャンバ１と、材料層形成装置３と、照射装置１３とを備える。
【0013】
１．１．チャンバ１チャンバ１は、所望の三次元造形物が形成される領域である所要の造形領域Ｒを覆い、不活性ガス供給装置から所定濃度の不活性ガスが供給されるとともに、固化層の形成に発生するヒュームを含んだ不活性ガスを排出している。不活性ガス供給装置は、例えば、周囲の空気から所定濃度の不活性ガスを生成する不活性ガス発生装置、又は所定濃度の不活性ガスが貯留されたガスボンベである。好ましくは、チャンバ１から排出された不活性ガスは、ヒュームコレクタによってヒュームが除去されチャンバ１に返送される。ヒュームコレクタは、例えば、電気集塵機又はフィルタである。本明細書において不活性ガスとは、材料層８や固化層と実質的に反応しないガスであり、成形材料の種類に応じて窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等から適当なものが選択される。
【0014】
チャンバ１の上面には、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の透過窓となるチャンバウィンドウ１ａが設けられる。チャンバウィンドウ１ａは、レーザ光Ｌ１，Ｌ２を透過可能な材料で形成される。具体的に、チャンバウィンドウ１ａの材料は、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の種類に応じて、石英ガラスもしくはホウケイ酸ガラス又はゲルマニウム、シリコン、ジンクセレンもしくは臭化カリウムの結晶等から選択される。例えば、レーザ光Ｌ１，Ｌ２がファイバレーザ又はＹＡＧレーザの場合、チャンバウィンドウ１ａは石英ガラスで構成可能である。
【0015】
また、チャンバ１の上面には、チャンバウィンドウ１ａを覆うようにヒューム拡散部１７が設けられる。ヒューム拡散部１７は、円筒状の筐体１７ａと、筐体１７ａ内に配置された円筒状の拡散部材１７ｃとを備える。筐体１７ａと拡散部材１７ｃの間に不活性ガス供給空間１７ｄが設けられる。また、筐体１７ａの底面には、拡散部材１７ｃの内側に開口部１７ｂが設けられる。拡散部材１７ｃには多数の細孔１７ｅが設けられており、不活性ガス供給空間１７ｄに供給された清浄な不活性ガスは細孔１７ｅを通じて清浄室１７ｆに充満される。そして、清浄室１７ｆに充満された清浄な不活性ガスは、開口部１７ｂを通じてヒューム拡散部１７の下方に向かって噴出される。このような構成により、ヒュームのチャンバウィンドウ１ａへの付着を防止し、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射経路からヒュームを排除することができる。
【0016】
１．２．材料層形成装置３材料層形成装置３は、チャンバ１の内部に設けられる。図２に示すように、材料層形成装置３は、造形領域Ｒを有するベース４と、ベース４上に配置されるリコータヘッド１１とを備える。リコータヘッド１１は、リコータヘッド駆動機構１２によって水平１軸方向（矢印Ｂ方向）に往復移動可能に構成される。
【0017】
図３及び図４に示すように、リコータヘッド１１は、材料収容部１１ａと、材料供給口１１ｂと、材料排出口１１ｃとを備える。本実施形態においては、材料層８を形成する成形材料として、金属の材料粉体が使用される。
【0018】
材料供給口１１ｂは、材料収容部１１ａの上面に設けられ、材料供給ユニット（不図示）から材料収容部１１ａに供給される材料粉体の受け口となる。材料排出口１１ｃは、材料収容部１１ａの底面に設けられ、材料収容部１１ａ内の材料粉体を排出する。材料排出口１１ｃは、材料収容部１１ａの長手方向に延びるスリット形状を有する。リコータヘッド１１の両側面には、ブレード１１ｆｂ，１１ｒｂが設けられる。ブレード１１ｆｂ，１１ｒｂは、材料排出口１１ｃから排出される材料粉体を平坦化して、材料層８を形成する。
【0019】
図１及び図２に示すように、造形領域Ｒは、造形テーブル５の上に位置する。造形テーブル５は、造形テーブル駆動機構（不図示）によって駆動され上下方向（矢印Ｕ方向）に移動可能である。造形時には、造形テーブル５上にベースプレート６が配置され、その上に材料層８が形成される。
【0020】
１．３．照射装置１３図１に示すように、照射装置１３は、チャンバ１の上方に設けられる。図８に示すように、照射装置１３は、造形領域Ｒ上に形成される材料粉体層の所定箇所にレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射して、照射位置の材料層８を溶融又は焼結させ、固化させる。図１及び図５に示すように、照射装置１３は、第１及び第２のレーザ光源３１，４１と、第１及び第２のアパーチャ３３，４３と、第１及び第２のフォーカス制御ユニット３４，４４と、第１及び第２の調整レンズ３５，４５と、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２と、照射制御装置３０とを備える。以下において、造形領域Ｒにおける水平１軸方向をＸ軸、Ｘ軸に垂直な水平１軸方向をＹ軸とする。また、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の進路に沿って、相対的に第１及び第２のレーザ光源３１，４１に近い側を上流側、材料層８に近い側を下流側とする。
【0021】
第１及び第２のレーザ光源３１，４１は、レーザ光Ｌ１，Ｌ２を生成する。レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、材料粉体を焼結又は溶融可能であればよく、例えば、ファイバレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ等であり、本実施形態においてはファイバレーザが用いられる。後述するように、本実施形態においては、２つのレーザ光源３１，４１により生成されるレーザ光Ｌ１，Ｌ２を、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２により各々走査するが、１つのレーザ光源により生成されるレーザ光を分割し、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２により各々走査してもよい。
【0022】
図５及び図６に示すように、本実施形態に係る第１及び第２のアパーチャ３３，４３と、第１及び第２のフォーカス制御ユニット３４，４４と、第１及び第２の調整レンズ３５，４５と、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２は、底面に開口部１４ａを有する筐体１４内に一体的に配置される。開口部１４ａには、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の透過窓となる照射装置ウィンドウ１４ｂが設けられる。照射装置ウィンドウ１４ｂは、レーザ光Ｌ１，Ｌ２を透過可能な材料で形成される。具体的に、照射装置ウィンドウ１４ｂの材料は、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の種類に応じて、石英ガラスもしくはホウケイ酸ガラス又はゲルマニウム、シリコン、ジンクセレンもしくは臭化カリウムの結晶等から選択される。例えば、レーザ光Ｌ１，Ｌ２がファイバレーザ又はＹＡＧレーザの場合、照射装置ウィンドウ１４ｂは石英ガラスで構成可能である。また、筐体１４には、各ガルバノスキャナ３２，４２及びフォーカス制御ユニット３４，４４と電気的に接続される制御基板３８，４８が配置される。第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２は、第１及び第２のＸ軸ガルバノミラー３２ａ，４２ａ、第１及び第２のＸ軸アクチュエータ３２ｃ，４２ｃ、第１及び第２のＹ軸ガルバノミラー３２ｂ，４２ｂ、及び第１及び第２のＹ軸アクチュエータ３２ｄ，４２ｄを各々備える。
【0023】
第１及び第２のレーザ光源３１，４１は、筐体１４の背面に配置されるコネクタ３７，４７を介して、第１及び第２のアパーチャ３３，４３に各々接続される。第１及び第２のアパーチャ３３，４３は、第１及び第２のレーザ光源３１，４１からのレーザ光Ｌ１，Ｌ２の中心部のみを通過させる絞りとしての役割を果たし、これにより、照射するレーザ光Ｌ１，Ｌ２のエネルギー分布を安定させることができる。
【0024】
第１及び第２のフォーカス制御ユニット３４，４４は、内部に焦点制御レンズ３４ａ，４４ａを各々備える。本実施形態における焦点制御レンズ３４ａ，４４ａは、第１及び第２のレーザ光源３１，４１からのレーザ光Ｌ１，Ｌ２の各進路に沿って上流側が平面で、下流側が凸面である平凸レンズである。焦点制御レンズ３４ａ，４４ａは、フォーカス制御ユニット３４，４４に内蔵されるモータによりレーザ光Ｌ１，Ｌ２の進路に沿って前後に移動可能であり、これにより、各焦点制御レンズ３４ａ，４４ａを透過するレーザ光Ｌ１，Ｌ２のスポット径を調整することができる。レーザ光Ｌ１，Ｌ２のスポット径は、照射制御装置３０から制御基板３８，４８を介して受信する指令信号に基づいてフォーカス制御ユニット３４，４４のモータに入力される駆動電流により、制御される。
【0025】
焦点制御レンズ３４ａ，４４ａを各々透過したレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、第１及び第２の調整レンズ３５，４５により各々集光される。本実施形態における第１及び第２の調整レンズ３５，４５は、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の各進路に沿って上流側が平面で、下流側が凸面である平凸レンズである。第１及び第２の調整レンズ３５，４５は、手動で位置の調整が可能であり、装置の取り付け時等に誤差が生じ得るスポット径を微調整する役割を果たす。
【0026】
図６及び図７に示すように、第１のガルバノスキャナ３２は、第１の調整レンズ３５を透過したレーザ光Ｌ１を制御可能に２次元走査する。具体的には、レーザ光Ｌ１は、第１のＸ軸アクチュエータ３２ｃにより回転される第１のＸ軸ガルバノミラー３２ａにより反射されて造形領域ＲのＸ軸方向に走査され、第１のＹ軸アクチュエータ３２ｄにより回転される第１のＹ軸ガルバノミラー３２ｂにより反射されて造形領域ＲのＹ軸方向に走査される。第１のＸ軸ガルバノミラー３２ａ及び第１のＹ軸ガルバノミラー３２ｂの回転角度は、照射制御装置３０から制御基板３８を介して受信する指令信号に基づいて第１のＸ軸アクチュエータ３２ｃ及び第１のＹ軸アクチュエータ３２ｄに入力される駆動電流により、制御される。ここで、第１のガルバノスキャナ３２は、造形領域Ｒ上の任意の点位置を照射可能に構成される。換言すれば、第１のガルバノスキャナ３２の照射可能範囲は、造形領域Ｒの全てを含有する。
【0027】
第２のガルバノスキャナ４２は、第２の調整レンズ４５を透過したレーザ光Ｌ２を制御可能に２次元走査する。具体的には、レーザ光Ｌ２は、第２のＸ軸アクチュエータ４２ｃにより回転される第２のＸ軸ガルバノミラー４２ａにより反射されて造形領域ＲのＸ軸方向に走査され、第２のＹ軸アクチュエータ４２ｄにより回転される第２のＹ軸ガルバノミラー４２ｂにより反射されて造形領域ＲのＹ軸方向に走査される。第２のＸ軸ガルバノミラー４２ａ及び第２のＹ軸ガルバノミラー４２ｂの回転角度は、照射制御装置３０から制御基板４８を介して受信する指令信号に基づいて第２のＸ軸アクチュエータ４２ｃ及び第２のＹ軸アクチュエータ４２ｄに入力される駆動電流により、制御される。ここで、第２のガルバノスキャナ４２は、造形領域Ｒ上の任意の位置を照射可能に構成される。換言すれば、第２のガルバノスキャナ４２の照射可能範囲は、造形領域Ｒの全てを含有する。
【0028】
図６及び図７において、対称面Ｐは、調整レンズ３５，４５を通過したレーザ光Ｌ１，Ｌ２の光軸から等距離にあり、造形領域Ｒに対して垂直な面である。第１のガルバノスキャナ３２の第１のＸ軸ガルバノミラー３２ａ及び第１のＹ軸ガルバノミラー３２ｂと、第２のガルバノスキャナ４２の第２のＸ軸ガルバノミラー４２ａ及び第２のＹ軸ガルバノミラー４２ｂとは、対称面Ｐについて互いに面対称となるように配置される。
【0029】
第１のガルバノスキャナ３２と第２のガルバノスキャナ４２とは、それぞれが物理的に干渉しない範囲で、より近接して設けられることが望ましい。換言すれば、各ガルバノスキャナ３２，４２におけるレーザ光Ｌ１，Ｌ２の下流側の反射位置間の距離がより近いことが好ましい。具体的には、各ガルバノスキャナ３２，４２は、第１のガルバノスキャナ３２の第１のＸ軸ガルバノミラー３２ａ及び第１のＹ軸ガルバノミラー３２ｂのうち、下流側のガルバノミラーのレーザ光Ｌ１の第１の反射位置（本実施形態においては、第１のＸ軸ガルバノミラー３２ａにおける反射位置）と、第２のガルバノスキャナ４２第２のＸ軸ガルバノミラー４２ａ及び第２のＹ軸ガルバノミラー４２ｂのうち、下流側のガルバノミラーのレーザ光Ｌ２の第２の反射位置（本実施形態においては、第２のＸ軸ガルバノミラー４２ａにおける反射位置）との距離がレーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射時において常に１５０ｍｍ以下、特に好ましくは１００ｍｍ以下となるように、配置されることが好ましい。第１のガルバノスキャナ３２と第２のガルバノスキャナ４２とは互いに面対称になるように配置されているので、物理的な干渉を生じることなく、第１の反射位置及び第２の反射位置間の距離を１５０ｍｍ以下として第１のガルバノスキャナ３２及び第２のガルバノスキャナ４２を配置することができる。
【0030】
図７において、第１のガルバノスキャナ３２により造形領域Ｒ内の所定の箇所にレーザ光Ｌ１を照射した際の入射面における鉛直方向に対するレーザ光Ｌ１の第１の入射角度をθ１［°］、第２のガルバノスキャナ４２により造形領域Ｒ内の当該所定の箇所にレーザ光Ｌ２を照射した際の入射面における鉛直方向に対するレーザ光Ｌ２の第２の入射角度をθ２［°］とする。また、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、造形領域Ｒ内の材料層８上において照射スポットＲ１，Ｒ２を各々形成する。ここで、照射スポットとは、照射位置におけるレーザ光の形状を意味する。後述するように、照射スポットＲ１，Ｒ２の形状やエネルギー密度の差をより小さくし造形品質のばらつきを低減するためには、第１の入射角度θ１と第２の入射角度θ２の差はより小さいことが望ましい。本実施形態において、照射装置１３は、造形領域Ｒの任意の箇所において、レーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射した際の第１の入射角度θ１と第２の入射角度θ２の差の絶対値が常に７°以下、特に好ましくは３°以下となるように構成される。
【0031】
照射装置１３の水平方向の位置は、好ましくは、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２の下流側のガルバノミラーのレーザ光Ｌ１，Ｌ２の反射位置が造形領域Ｒの略中央位置の上方に位置するように構成される。
【0032】
図８に示すように、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２を通過したレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、照射装置ウィンドウ１４ｂ、チャンバウィンドウ１ａを透過して、造形領域Ｒ上に形成される材料層８の所定箇所に照射される。下流側のガルバノミラーのレーザ光Ｌ１，Ｌ２の反射位置が造形領域Ｒの略中央位置の上方に位置するように構成されているので、チャンバ１におけるレーザ光Ｌ１，Ｌ２の透過窓を、比較的小型の１つのチャンバウィンドウ１ａで構成できる。そのため、チャンバウィンドウ１ａの清掃や交換を、比較的容易に行うことができる。
【0033】
照射制御装置３０は、不図示の数値制御装置から送られたレーザ光Ｌ１，Ｌ２の走査経路に係る具体的な指令を含む造形プログラムファイルを解析してレーザ光照射データの生成を行う。さらに、照射制御装置３０は、レーザ光照射データに基づき所望の指令信号を送信し、指令信号に対応する大きさの駆動電流が、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２の各アクチュエータ３２ｃ，３２ｄ，４２ｃ，４２ｄに入力される。駆動電流により各ガルバノミラー３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂは所望の回転角を成し、これにより、造形領域Ｒ上でのレーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射位置が決定される。また、照射制御装置３０は、レーザ光源３１，４１を制御し、レーザ光Ｌ１，Ｌ２のオン／オフ及び強度等の制御も行う。
【0034】
なお、照射装置１３は、上述の形態に限定されない。例えば、第１及び第２のフォーカス制御ユニット３４，４４に代えて、ｆθレンズが設けられてもよい。また、本実施形態では第１及び第２のフォーカス制御ユニット３４，４４における焦点制御レンズ３４ａ，４４ａは集光レンズであったが、焦点制御レンズ３４ａ，４４ａとして拡散レンズが使用されてもよい。また、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２において、第１のＸ軸ガルバノミラー３２ａ及び第２のＸ軸ガルバノミラー４２ａが下流側に設けられたが、第１のＹ軸ガルバノミラー３２ｂ及び第２のＹ軸ガルバノミラー４２ｂが下流側に設けられてもよい。但し、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２の強度や種類、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２が透過する光学部材の種類、各ガルバノミラー３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂの反射率は、同一であることが望ましい。
【0035】
２．積層造形方法次に、上述の積層造形装置を用いた積層造形物の製造方法について説明する。
【0036】
まず、図１に示すように、造形テーブル５上にベースプレート６を載置した状態で造形テーブル５の高さを適切な位置に調整する。この状態で、リコータヘッド１１を図１の矢印Ｂ方向に造形領域Ｒの左側から右側に移動させることにより、図８に示すように、造形テーブル５上に１層目の材料層８が形成される。
【0037】
図９は、本実施形態に係る照射装置１３及び造形領域Ｒの、上面から見た位置関係を示す概略図である。各ガルバノミラー３２ａ，３２ｂ，４２ａ，４２ｂは、造形領域Ｒの略中央位置の上方に位置する。この状態で、材料層８の所定の照射領域Ａにレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射することによって、材料層８を固化させ、図１０に示すような１層目の固化層８０ａを得る。なお、照射領域Ａは、造形領域Ｒ内に存在する各分割層におけるレーザ光Ｌ１，Ｌ２の照射範囲をいい、各分割層における固化層の輪郭形状で規定される領域とおおよそ一致する。
【0038】
図１１は、レーザ光Ｌ１，Ｌ２により図１０の照射領域Ａ内の点Ｑを照射した際の、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の進路を示す図である。第２のガルバノスキャナ４２により点Ｑに照射されるレーザ光Ｌ２の入射面Ｔ２における第２の入射角度θ２（Ｑ）は、点Ｑにより近い位置から第１のガルバノスキャナ３２により点Ｑに照射されるレーザ光Ｌ１の入射面Ｔ１における第１の入射角度θ１（Ｑ）よりも大きくなる。従って、レーザ光Ｌ２の点Ｑにおける照射スポットＲ２（Ｑ）は、レーザ光Ｌ１の点Ｑにおける照射スポットＲ１（Ｑ）と比較して大きく、照射スポットのエネルギー密度は小さくなる。
【0039】
造形領域Ｒ内の所定位置に照射した際のレーザ光Ｌ１及びレーザ光Ｌ２の照射スポットＲ１，Ｒ２の形状やエネルギー密度の差が大きいと、レーザ光の選択により造形品質にばらつきが生じる。本実施形態においては、第１のガルバノスキャナ３２及び第２のガルバノスキャナ４２を、第１のＸ軸ガルバノミラー３２ａ及び第１のＹ軸ガルバノミラー３２ｂと、第２のＸ軸ガルバノミラー４２ａ及び第２のＹ軸ガルバノミラー４２ｂとが互いに面対称となるように構成し、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の下流側の反射位置間の距離をより小さくすることで、照射スポットＲ１，Ｒ２の形状を均一化させ、所定位置に照射した際のエネルギー密度の差の低減を図っている。
【0040】
さらに、本実施形態においては、造形領域Ｒの照射位置において、レーザ光Ｌ１，Ｌ２の第１及び第２の入射角度θ１，θ２の差の絶対値が常に７°以下、より好ましくは３°以下となるように構成されている。このような構成により、所定位置に照射した際の照射スポットＲ１，Ｒ２の形状が略均一となり、レーザ光Ｌ１，Ｌ２のエネルギー密度の差がさらに低減され、造形品質を安定化させることができる。
【0041】
また、上述のように、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２の照射可能範囲は、造形領域Ｒの全てを含有する。従って、造形物の形状や造形領域Ｒ内における造形物の位置を問わず、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２からのレーザ光Ｌ１，Ｌ２を所定の照射領域Ａ内の異なる位置に同時に照射し、造形速度の高速化を図ることができる。
【0042】
図１０の例示的な照射領域Ａにおいて、照射領域Ａは、２つの照射領域Ａ１，Ａ２に分割され、照射領域Ａ１にはレーザ光Ｌ１が、照射領域Ａ２にはレーザ光Ｌ２が照射される。照射領域Ａにおける照射面積を、全体の照射面積Ｓとし、照射領域Ａ１，Ａ２における照射面積を、それぞれ第１の照射面積Ｓ１、第２の照射面積Ｓ２とする。照射制御装置３０により、第１及び第２の照射面積Ｓ１，Ｓ２が概ね同じになるように第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２を制御することにより、効率的にレーザ光Ｌ１，Ｌ２を照射し、造形速度の高速化を図ることができる。好ましくは、照射制御装置３０は、所定の分割層における第１の照射面積Ｓ１及び第２の照射面積Ｓ２の、全体の照射面積Ｓに対する割合が、それぞれ４０％以上６０％以下、特に好ましくは、それぞれ４５％以上５５％以下であるように、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２を制御する。また、第１の照射面積Ｓ１及び第２の照射面積Ｓ２が概ね同じ面積となる分割層は、所望の三次元造形物における略全ての分割層であることが好ましい。具体的に、８割以上の分割層、特に好ましくは９割以上の分割層、さらに好ましくは全ての分割層において、第１及び第２の照射面積Ｓ１，Ｓ２が概ね同じになるように第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２が制御されることが望ましい。
【0043】
続いて、１層目の固化層８０ａを形成後、造形テーブル５の高さを材料粉体層の１層分下げる。この状態で、リコータヘッド１１を造形領域Ｒの右側から左側に移動させることにより、１層目の固化層８０ａを覆うように造形テーブル５上に２層目の材料層８が形成される。続いて、上述と同様の方法で、材料層８中の所定部位にレーザ光Ｌ１、Ｌ２を照射して固化させることにより、図１２に示すように、２層目の固化層８０ｂを得る。
【0044】
以上の工程を繰り返すことによって、３層目以降の固化層が形成される。隣接する固化層は、互いに強く固着される。
【0045】
なお、三次元造形物の造形後又は造形途中に、チャンバ１内に設けられた切削装置（不図示）により、固化層が積層されて得られた固化体の表面や不要部分に対して機械加工を施してもよい。積層造形の完了後は、未固化の材料粉体及び切削屑を排出することによって、造形物を得ることができる。
【0046】
３．他の実施形態以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、以下の態様によっても実施することができる。
【0047】
上述の第１実施形態に係る照射装置１３は、第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２からなる２台のガルバノスキャナを備える。照射装置が備えるガルバノスキャナの数は２台に限定されず、例えば、４台のガルバノスキャナを備える構成としてもよい。
【0048】
図１３は、本発明の第２実施形態に係る照射装置１１３の概略構成図であり、照射装置１１３を上面から見た際の構成部品の一部の構成を示している。当該構成において、照射装置１１３は、第１実施形態と同様の構成である第１及び第２のガルバノスキャナ３２，４２に加え、第３及び第４のガルバノスキャナ５２，６２を備える。
【0049】
第３及び第４のガルバノスキャナ５２，６２は、照射制御装置３０に制御され、レーザ光Ｌ３，Ｌ４を各々走査する。不図示の第３及び第４のレーザ光源は、筐体１１４の背面に配置されるコネクタ５７，６７を介して、第３及び第４のアパーチャ５３，６３に各々接続される。第３及び第４の光源により生成されるレーザ光Ｌ３，Ｌ４は、第３及び第４のアパーチャ５３，６３を各々通過し、第３及び第４のフォーカス制御ユニットの各焦点制御レンズ５４ａ，６４ａ、及び第３及び第４の調整レンズ５５，６５を各々通過して集光され、第３及び第４のガルバノスキャナ５２，６２へと入射する。筐体１１４には、第３のガルバノスキャナ５２及び第３のフォーカス制御ユニットと電気的に接続される制御基板と、第４のガルバノスキャナ６２及び第４のフォーカス制御ユニットと電気的に接続される制御基板とがそれぞれ配置される。これらの照射装置１１３に係る構成部品の機能及び構成は、第１実施形態における照射装置１３に係る構成部品の機能及び構成と同様であるため、その詳細な記載は省略する。また、これらの構成部品は、筐体１１４内に一体的に配置される。
【0050】
第３のガルバノスキャナ５２はレーザ光Ｌ３をＸ軸方向に走査する第３のＸ軸ガルバノミラー５２ａと、第３のＸ軸ガルバノミラー５２aを回転させる第３のＸ軸アクチュエータ５２ｃと、レーザ光Ｌ３をＹ軸方向に走査する第３のＹ軸ガルバノミラー５２ｂと、第３のＹ軸ガルバノミラー５２ｂを回転させる第３のＹ軸アクチュエータ５２ｄと、を備える。
【0051】
第４のガルバノスキャナ６２は、レーザ光Ｌ４をＸ軸方向に走査する第４のＸ軸ガルバノミラー６２ａと、第４のＸ軸ガルバノミラー６２aを回転させる第４のＸ軸アクチュエータ６２ｃと、レーザ光Ｌ４をＹ軸方向に走査する第４のＹ軸ガルバノミラー６２ｂと、第４のＹ軸ガルバノミラー６２ｂを回転させる第４のＹ軸アクチュエータ６２ｄと、を備える。
【0052】
第３及び第４のガルバノスキャナ５２，６２は、造形領域Ｒ上の任意の位置を照射可能に構成される。換言すれば、第３及び第４のガルバノスキャナ５２，６２の照射可能範囲は、造形領域Ｒの全てを含有する。
【0053】
また、第３のガルバノスキャナ５２の第３のＸ軸ガルバノミラー５２ａ及び第３のＹ軸ガルバノミラー５２ｂと、第４のガルバノスキャナ６２の第４のＸ軸ガルバノミラー６２ａ及び第４のＹ軸ガルバノミラー６２ｂとは、互いに面対称となるように配置される。さらに、好ましくは、第１、第２、第３、第４のガルバノスキャナ３２，４２，５２，６２の下流側のガルバノミラーのレーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の反射位置が造形領域Ｒの略中央位置の上方に位置するように構成される。
【0054】
第３のガルバノスキャナ５２及び第４のガルバノスキャナ６２は、これらの構造的関係が、第１のガルバノスキャナ３２と第２のガルバノスキャナ４２との構造的関係と同様となるように構成される。つまり、第３のガルバノスキャナ５２と第４のガルバノスキャナ６２とは、各ガルバノスキャナ５２，６２におけるレーザ光Ｌ３，Ｌ４の下流側の反射位置間の距離がより近いことが好ましい。具体的には、各ガルバノスキャナ５２，６２は、第３のガルバノスキャナ５２の第３のＸ軸ガルバノミラー５２ａ及び第３のＹ軸ガルバノミラー５２ｂのうち、下流側のガルバノミラーのレーザ光Ｌ３の第３の反射位置（本実施形態においては、第３のＸ軸ガルバノミラー５２ａにおける反射位置）と、第４のガルバノスキャナ６２の第４のＸ軸ガルバノミラー６２ａ及び第４のＹ軸ガルバノミラー６２ｂのうち、下流側のガルバノミラーのレーザ光Ｌ４の第４の反射位置（本実施形態においては、第４のＸ軸ガルバノミラー６２ａにおける反射位置）との距離がレーザ光Ｌ３，Ｌ４の照射時において常に１５０ｍｍ以下、特に好ましくは１００ｍｍ以下となるように、配置されることが好ましい。
【0055】
また、第３のガルバノスキャナ５２により造形領域Ｒ内の所定の箇所にレーザ光Ｌ３を照射した際の入射面における鉛直方向に対するレーザ光Ｌ３の第３の入射角度をθ３［°］、第４のガルバノスキャナ６２により造形領域Ｒ内の当該所定の箇所にレーザ光Ｌ４を照射した際の入射面における鉛直方向に対するレーザ光Ｌ４の第４の入射角度をθ４［°］とすると、照射スポットの形状やエネルギー密度の差を小さくするために、第３の入射角度θ３と第４の入射角度θ４の差はより小さいことが望ましい。本実施形態において、照射装置１１３は、造形領域Ｒの任意の箇所において、レーザ光Ｌ３，Ｌ４を照射した際の第３の入射角度θ３と第４の入射角度θ４の差の絶対値が常に７°以下、特に好ましくは３°以下となるように構成される。
【0056】
第２実施形態に係る積層造形装置を用いて積層造形物を製造する場合、例えば、材料層８の所定の照射領域Ａにレーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を照射することによって、材料層８を固化させ、固化層を得る。照射領域Ａは４つの照射領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４に分割され、照射領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４にはレーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が各々照射される。照射領域Ａにおける照射面積を、全体の照射面積Ｓとし、照射領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４における照射面積を、それぞれ第１の照射面積Ｓ１、第２の照射面積Ｓ２、第３の照射面積Ｓ３、第４の照射面積Ｓ４とする。照射制御装置３０により、第１から第４の照射面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が概ね同じになるように第１から第４のガルバノスキャナ３２，４２，５２，６２を制御することにより、効率的にレーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を照射し、造形速度のさらなる高速化を図ることができる。好ましくは、照射制御装置３０は、所定の分割層における第１から第４の照射面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の、全体の照射面積Ｓに対する割合が、それぞれ２０％以上３０％以下、特に好ましくは、それぞれ２２．５％以上２７．５％以下であるように、第１から第４のガルバノスキャナ３２，４２，５２，６２を制御する。また、第１から第４の照射面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が概ね同じ面積となる分割層は、所望の三次元造形物における略全ての分割層であることが好ましい。具体的に、８割以上の分割層、特に好ましくは９割以上の分割層、さらに好ましくは全ての分割層において、第１から第４の照射面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が概ね同じになるように第１から第４のガルバノスキャナ３２，４２，５２，６２が制御されることが望ましい。
【0057】
第２実施形態においても、上述の構成によりレーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の照射スポットの形状差とエネルギー密度の差を低減することができ、造形品質を安定化させることができる。また、４台のガルバノスキャナからのレーザ光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を照射領域の異なる位置に同時に照射することが可能であるため、造形速度の高速化をさらに図ることができる。
【符号の説明】
【0058】
１ ：チャンバ１ａ ：チャンバウィンドウ
３ ：材料層形成装置
４ ：ベース
５ ：造形テーブル
６ ：ベースプレート
８ ：材料層
１１ ：リコータヘッド
１１ａ ：材料収容部
１１ｂ ：材料供給口
１１ｃ ：材料排出口
１１ｆｂ，１１ｒｂ ：ブレード
１２ ：リコータヘッド駆動機構
１３，１１３ ：照射装置
１４，１１４ ：筐体
１４ａ ：開口部
１４ｂ ：照射装置ウィンドウ
１７ ：ヒューム拡散部
１７ａ ：筐体
１７ｂ ：開口部
１７ｃ ：拡散部材
１７ｄ ：不活性ガス供給空間
１７ｅ ：細孔
１７ｆ ：清浄室
３０ ：照射制御装置
３１ ：第１のレーザ光源
３２ ：第１のガルバノスキャナ
３２ａ ：第１のＸ軸ガルバノミラー
３２ｂ ：第１のＹ軸ガルバノミラー
３２ｃ ：第１のＸ軸アクチュエータ
３２ｄ ：第１のＹ軸アクチュエータ
３３ ：第１のアパーチャ
３４ ：第１のフォーカス制御ユニット
３４ａ ：焦点制御レンズ
３５ ：第１の調整レンズ
３７ ：コネクタ
３８ ：制御基板
４１ ：第２のレーザ光源
４２ ：第２のガルバノスキャナ
４２ａ ：第２のＸ軸ガルバノミラー
４２ｂ ：第２のＹ軸ガルバノミラー
４２ｃ ：第２のＸ軸アクチュエータ
４２ｄ ：第２のＹ軸アクチュエータ
４３ ：第２のアパーチャ
４４ ：第２のフォーカス制御ユニット
４４ａ ：焦点制御レンズ
４５ ：第２の調整レンズ
４７ ：コネクタ
４８ ：制御基板
５２ ：第３のガルバノスキャナ
５２ａ ：第３のＸ軸ガルバノミラー
５２ｂ ：第３のＹ軸ガルバノミラー
５２ｃ ：第３のＸ軸アクチュエータ
５２ｄ ：第３のＹ軸アクチュエータ
５３ ：第３のアパーチャ
５４ａ ：焦点制御レンズ
５５ ：第３の調整レンズ
５７ ：コネクタ
６２ ：第４のガルバノスキャナ
６２ａ ：第４のＸ軸ガルバノミラー
６２ｂ ：第４のＹ軸ガルバノミラー
６２ｃ ：第４のＸ軸アクチュエータ
６２ｄ ：第４のＹ軸アクチュエータ
６３ ：第４のアパーチャ
６４ａ ：焦点制御レンズ
６５ ：第４の調整レンズ
６７ ：コネクタ
８０ａ，８０ｂ ：固化層
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４ ：レーザ光
【手続補正書】
【提出日】2020年9月16日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
造形領域を覆うチャンバと、
所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる分割層毎に、前記造形領域に形成された材料層にレーザ光を照射して固化層を形成する照射装置と、を備え、
前記照射装置は、
前記レーザ光を生成する少なくとも１つのレーザ光源と、
前記レーザ光を走査する第１のガルバノスキャナと、
前記レーザ光を走査する第２のガルバノスキャナと、
前記レーザ光源、前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナを制御する照射制御装置と、を含み、
前記第１のガルバノスキャナは、
前記レーザ光をＸ軸方向に走査する第１のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第１のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第１のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に走査する第１のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第１のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第１のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第２のガルバノスキャナは、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に走査する第２のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第２のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第２のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｙ軸方向に走査する第２のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第２のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第２のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナによる前記レーザ光の照射可能範囲は、それぞれ前記造形領域を全て含有し、
前記レーザ光の進路に沿って、相対的に前記レーザ光源に近い側を上流側、前記材料層に近い側を下流側としたときに、前記第１のＸ軸ガルバノミラー及び前記第１のＹ軸ガルバノミラーと、前記第２のＸ軸ガルバノミラー及び前記第２のＹ軸ガルバノミラーとは、前記第１のＸ軸ガルバノミラーと前記第１のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方と前記第２のＸ軸ガルバノミラーと前記第２のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方との間の距離が、前記第１のＸ軸ガルバノミラーと前記第１のＹ軸ガルバノミラーのうち上流側の一方と前記第２のＸ軸ガルバノミラーと前記第２のＹ軸ガルバノミラーのうち上流側の一方との間の距離よりも小さくなるように、前記造形領域に対して垂直な面である対称面 について互いに面対称になるように配置され、
前記第１のＸ軸ガルバノミラーと前記第１のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方における前記レーザ光の第１の反射位置と、前記第２のＸ軸ガルバノミラーと前記第２のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方における前記レーザ光の第２の反射位置との距離が、１５０ｍｍ以下となるように構成される、積層造形装置。
所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる分割層毎に、前記造形領域に形成された材料層にレーザ光を照射して固化層を形成する照射装置と、を備え、
前記照射装置は、
前記レーザ光を生成する少なくとも１つのレーザ光源と、
前記レーザ光を走査する第１のガルバノスキャナと、
前記レーザ光を走査する第２のガルバノスキャナと、
前記レーザ光源、前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナを制御する照射制御装置と、を含み、
前記第１のガルバノスキャナは、
前記レーザ光をＸ軸方向に走査する第１のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第１のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第１のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に走査する第１のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第１のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第１のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第２のガルバノスキャナは、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に走査する第２のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第２のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第２のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｙ軸方向に走査する第２のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第２のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第２のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナによる前記レーザ光の照射可能範囲は、それぞれ前記造形領域を全て含有し、
前記レーザ光の進路に沿って、相対的に前記レーザ光源に近い側を上流側、前記材料層に近い側を下流側としたときに、前記第１のＸ軸ガルバノミラー及び前記第１のＹ軸ガルバノミラーと、前記第２のＸ軸ガルバノミラー及び前記第２のＹ軸ガルバノミラーとは、前記第１のＸ軸ガルバノミラーと前記第１のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方と前記第２のＸ軸ガルバノミラーと前記第２のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方との間の距離が、前記第１のＸ軸ガルバノミラーと前記第１のＹ軸ガルバノミラーのうち上流側の一方と前記第２のＸ軸ガルバノミラーと前記第２のＹ軸ガルバノミラーのうち上流側の一方との間の距離よりも小さくなるように、前記造形領域に対して垂直な面である対称面 について互いに面対称になるように配置され、
前記第１のＸ軸ガルバノミラーと前記第１のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方における前記レーザ光の第１の反射位置と、前記第２のＸ軸ガルバノミラーと前記第２のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方における前記レーザ光の第２の反射位置との距離が、１５０ｍｍ以下となるように構成される、積層造形装置。
【請求項2】
前記第１の反射位置と、前記第２の反射位置との距離が、１００ｍｍ以下となるように構成される、請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項3】
前記第１のガルバノスキャナにより前記造形領域内の所定の箇所に前記レーザ光を照射した際の入射面における鉛直方向に対する前記レーザ光の第１の入射角度と、前記第２のガルバノスキャナにより前記造形領域内の前記所定の箇所に前記レーザ光を照射した際の入射面における鉛直方向に対する前記レーザ光の第２の入射角度との差の絶対値は、７°以下となるように構成される、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項4】
前記第１の入射角度と、前記第２の入射角度との差の絶対値は、３°以下となるように構成される、請求項３に記載の積層造形装置。
【請求項5】
前記照射制御装置は、所定の前記分割層における前記第１のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第１の照射面積及び前記第２のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第２の照射面積の全体の照射面積に対する割合が、それぞれ４０％以上６０％以下であるように、前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナを制御する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項6】
前記照射制御装置は、所定の前記分割層における前記第１の照射面積及び前記第２の照射面積の前記全体の照射面積に対する割合が、それぞれ４５％以上５５％以下であるように、前記第１のガルバノスキャナ及び前記第２のガルバノスキャナを制御する、請求項５に記載の積層造形装置。
【請求項7】
前記照射装置は、
前記レーザ光を走査する第３のガルバノスキャナと、
前記レーザ光を走査する第４のガルバノスキャナと、をさらに含み、
前記照射制御装置は、前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナをさらに制御し、
前記第３のガルバノスキャナは、
前記レーザ光をＸ軸方向に走査する第３のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第３のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第３のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に走査する第３のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第３のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第３のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第４のガルバノスキャナは、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に走査する第４のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第４のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第４のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｙ軸方向に走査する第４のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第４のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第４のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナによる前記レーザ光の照射可能範囲は、それぞれ前記造形領域を全て含有し、
前記第３のＸ軸ガルバノミラー及び前記第３のＹ軸ガルバノミラーと、前記第４のＸ軸ガルバノミラー及び前記第４のＹ軸ガルバノミラーとは、互いに面対称になるように配置される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層造形装置。
前記レーザ光を走査する第３のガルバノスキャナと、
前記レーザ光を走査する第４のガルバノスキャナと、をさらに含み、
前記照射制御装置は、前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナをさらに制御し、
前記第３のガルバノスキャナは、
前記レーザ光をＸ軸方向に走査する第３のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第３のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第３のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に走査する第３のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第３のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第３のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第４のガルバノスキャナは、
前記レーザ光を前記Ｘ軸方向に走査する第４のＸ軸ガルバノミラーと、
前記第４のＸ軸ガルバノミラーを回転させる第４のＸ軸アクチュエータと、
前記レーザ光を前記Ｙ軸方向に走査する第４のＹ軸ガルバノミラーと、
前記第４のＹ軸ガルバノミラーを回転させる第４のＹ軸アクチュエータと、を有し、
前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナによる前記レーザ光の照射可能範囲は、それぞれ前記造形領域を全て含有し、
前記第３のＸ軸ガルバノミラー及び前記第３のＹ軸ガルバノミラーと、前記第４のＸ軸ガルバノミラー及び前記第４のＹ軸ガルバノミラーとは、互いに面対称になるように配置される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項8】
前記第３のＸ軸ガルバノミラーと前記第３のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方における前記レーザ光の第３の反射位置と、前記第４のＸ軸ガルバノミラーと前記第４のＹ軸ガルバノミラーのうち下流側の一方における前記レーザ光の第４の反射位置との距離が、１５０ｍｍ以下となるように構成される、請求項７に記載の積層造形装置。
【請求項9】
前記第３の反射位置と、前記第４の反射位置との距離が、１００ｍｍ以下となるように構成される、請求項８に記載の積層造形装置。
【請求項10】
前記第３のガルバノスキャナにより前記造形領域内の所定の箇所に前記レーザ光を照射した際の入射面における鉛直方向に対する前記レーザ光の第３の入射角度と、前記第４のガルバノスキャナにより前記造形領域内の前記所定の箇所に前記レーザ光を照射した際の入射面における鉛直方向に対する前記レーザ光の第４の入射角度との差の絶対値は、７°以下となるように構成される、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項11】
前記第３の入射角度と、前記第４の入射角度との差の絶対値は、３°以下となるように構成される、請求項１０に記載の積層造形装置。
【請求項12】
前記照射制御装置は、所定の前記分割層における前記第１のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第１の照射面積、前記第２のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第２の照射面積、前記第３のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第３の照射面積及び前記第４のガルバノスキャナによる前記レーザ光の第４の照射面積の全体の照射面積に対する割合が、それぞれ２０％以上３０％以下であるように、前記第１のガルバノスキャナ、前記第２のガルバノスキャナ、前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナを制御する、請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項13】
前記照射制御装置は、所定の前記分割層における前記第１の照射面積、前記第２の照射面積、前記第３の照射面積及び前記第４の照射面積の前記全体の照射面積に対する割合が、それぞれ２２．５％以上２７．５％以下であるように、前記第１のガルバノスキャナ、前記第２のガルバノスキャナ、前記第３のガルバノスキャナ及び前記第４のガルバノスキャナを制御する、請求項１２に記載の積層造形装置。