特許 6203704 積層造形装置の管理システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6203704

(24)【登録日】2017年9月8日

(45)【発行日】2017年9月27日

(54)【発明の名称】積層造形装置の管理システム

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/16 20060101AFI20170914BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20170914BHJP

   B29C 64/386 20170101ALI20170914BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20170914BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20170914BHJP

【ＦＩ】

   B22F3/16

   B29C64/153

   B29C64/386

   B22F3/105

   B33Y50/00

【請求項の数】4

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-256546(P2014-256546)

(22)【出願日】2014年12月18日

(65)【公開番号】特開2016-117919(P2016-117919A)

(43)【公開日】2016年6月30日

【審査請求日】2016年6月28日

(73)【特許権者】

【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】元矢 享嘉

【審査官】 池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２０４８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５３２５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０６７０１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−００９５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１８７４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２５４５４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ ３／００−３／２４

Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０

Ｂ３３Ｙ ５０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所望の三次元形状を有する造形物モデルを所定単位高で水平面で分割してなる各分割層に対応する材料粉体層を形成し、前記造形物モデルの各分割層の輪郭形状で囲まれた照射領域にレーザ光を照射して前記照射領域内の前記材料粉体層の材料粉体を選択的に焼結して焼結層を形成する焼結工程と、
１又は複数の焼結工程の度に前記焼結層に対して切削加工を行う切削工程と含む複数の単位工程からなる積層造形工程を実行することによって造形物を生成する積層造形装置の管理システムであって、
前記積層造形装置に関連する保守項目のそれぞれについて保守作業が必要になるまでに残時間を記憶する保守管理データベースを備え、
前記保守作業からなる事象に関連付けて、その事象の発生予定の単位工程に対応した造形高さの部分造形物モデルを表示させるように構成された造形物モデル表示部を備える、積層造形装置の管理システム。

【請求項2】

前記造形物モデル表示部は、任意の造形高さの部分造形物モデルを表示可能に構成され、且つ表示させる部分造形物モデルがユーザーの操作によって選択可能に構成されている、請求項１に記載の管理システム。

【請求項3】

１又は複数の前記事象を表す識別子をユーザーが選択できるように表示させる事象管理部をさらに備え、
前記造形物モデル表示部は、ユーザーが前記事象のうちの特定のものを選択すると、その事象に関連付けられた単位工程に対応した造形高さの部分造形物モデルを表示させるように構成される、請求項１又は請求項２に記載の管理システム。

【請求項4】

前記事象管理部は、前記保守作業を行う造形高さを変更可能に構成される、請求項３に記載の管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、積層造形装置の管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザ光による金属の積層造形においては、上下方向に移動可能な造形テーブル上に非常に薄い材料粉体層を形成し、この材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して照射位置の材料粉体を焼結させる工程を繰り返すことによって、所望の造形物を形成する。

【0003】

レーザ光は、レーザ光を照射すべき領域に全体に渡ってレーザ光が照射されるように設けられた走査経路に沿って走査されながら材料粉体層に照射される（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−１７３１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

金属の材料粉末を用いた積層造形は、通常、１度の造形開始指令で最終形状まで作成できるため、自動連続稼働時間が長い。１造形で１週間程度かかる物もある。自動連続稼働時間が比較的長い造形の場合、積層造形の途中で積層造形装置を一時停止状態にして、保守作業を実施することがある。積層造形途中で積層造形装置を一時停止させることは、造形物の形状によってはリスクを伴うので、保守作業の行う時点までに部分的に形成された造形物の形状を確認しておきたい場合がある。また、積層造形中にアラームが発生した場合には、そのアラームの発生が造形物の品質に悪影響を与えていないことを確認するために、造形物のどの部位を形成しているときにアラームが発生したかを知りたい場合がある。従来技術では、造形物のどの部位を形成するときに保守作業が発生するのか、あるいは造形物のどの部位を形成しているときにアラームが発生したかを直感的に把握することが難しい。

【0006】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、造形物のどの部位を形成するときに保守作業が発生するのか、または造形物のどの部位を形成しているときにアラームが発生したかを直感的に把握することを可能にする、積層造形装置の管理システムを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によれば、所望の三次元形状を有する造形物モデルを所定単位高で水平面で分割してなる各分割層に対応する材料粉体層を形成し、前記造形物モデルの各分割層の輪郭形状で囲まれた照射領域にレーザ光を照射して前記照射領域内の前記材料粉体層の材料粉体を選択的に焼結して焼結層を形成する焼結工程と、１又は複数の焼結工程の度に前記焼結層に対して切削加工を行う切削工程と含む複数の単位工程からなる積層造形工程を実行することによって造形物を生成する積層造形装置の管理システムであって、前記積層造形装置に関連する保守項目のそれぞれについて保守作業が必要になるまでに残時間を記憶する保守管理データベースと、前記積層造形工程中に発生したアラームをその発生タイミングと関連付けてアラーム履歴として記憶するアラーム履歴データベースの少なくとも一方を備え、前記保守作業と前記アラーム履歴と少なくとも一方からなる事象に関連付けて、その事象の発生予定又は発生済みの単位工程に対応した造形高さの部分造形物モデルを表示させるように構成された造形物モデル表示部を備える、積層造形装置の管理システムが提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、造形物モデル表示部が、保守作業とアラーム履歴と少なくとも一方からなる事象に関連付けて、その事象の発生予定又は発生済みの単位工程に対応した造形高さの部分造形物モデルを表示させるように構成されているので、保守作業又はアラーム履歴と部分造形物モデルが関連付けられる。このため、本発明によれば、造形物のどの部位を形成するときに保守作業が発生するのか、または造形物のどの部位を形成しているときにアラームが発生したかを直感的に把握することを可能になる。

【0009】

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記造形物モデル表示部は、任意の造形高さの部分造形物モデルを表示可能に構成され、且つ表示させる部分造形物モデルがユーザーの操作によって選択可能に構成されている。
好ましくは、１又は複数の前記事象を表す識別子をユーザーが選択できるように表示させる事象管理部をさらに備え、前記造形物モデル表示部は、ユーザーが前記事象のうちの特定のものを選択すると、その事象に関連付けられた単位工程に対応した造形高さの部分造形物モデルを表示させるように構成される。
好ましくは、前記事象管理部は、前記保守作業を行う造形高さを変更可能に構成される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の管理システム６に含まれる制御装置６１が制御対象とする積層造形装置２の概略構成図である。

【図2】粉体層形成装置３及びレーザ光照射部１３の斜視図である。

【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の別の角度から見た斜視図である。

【図5】管理システム２の構成図である。

【図6】（ａ）は所望形状の造形物４７の斜視図、（ｂ）は、（ａ）の造形物のモデルの斜視図、（ｃ）は、（ｂ）のモデルを所定単位高で水平面で分割した状態を示す斜視図である。

【図7】焼結層５０を積層させて得られる造形物４７の斜視図である。

【図8】積層造形工程の流れを示すフローチャートである。

【図9】制御装置６１の動作を示すフローチャートである。

【図10】図１の積層造形装置２を用いた積層造形方法の説明図である。

【図11】図１の積層造形装置２を用いた積層造形方法の説明図である。

【図12】（ａ）〜（ｄ）は、所定の造形高さの部分造形物モデル４８ｐを示す。

【図13】（ａ）〜（ｄ）は、積層造形の開始直後の表示状態であり、必要な保守作業を表す矢印８３がスライダー８１に沿って表示されている。

【図14】（ａ）〜（ｃ）は、積層造形の終了後の表示状態であり、保守作業を行った時点を表す矢印８３と、アラームの発生を表す矢印８４がスライダー８１に沿って表示されている。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を用い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。

【0012】

本発明は、図５に示す、積層造形装置２の管理システム６に関する。この管理システム６は、積層造形装置２の制御装置６１と、ＣＡＭ装置６６と、ＣＡＤ装置６８を含んでいる。
最初に、制御装置６１が制御対象とする積層造形装置２の一実施形態について説明し、その後、管理システム６の一実施形態について説明する。

【0013】

図１〜図２に示すように、積層造形装置２は、所要の造形領域Ｒを覆い且つ所定濃度の不活性ガスで充満されるチャンバ１と、造形領域Ｒ上に形成される材料粉体層８の所定箇所にレーザ光Ｌを照射して照射位置の材料粉体を焼結させるレーザ光照射部１３を備える。

【0014】

図１に示すように、本発明の一実施形態の積層造形装置２は、所要の造形領域Ｒを覆い且つ所定濃度の不活性ガスで充満されるチャンバ１と、チャンバ１内で移動しながら造形領域Ｒ上に材料粉体を供給し且つ平坦化して材料粉体層８を形成するリコータヘッド１１と、材料粉体層８の所定箇所にレーザ光Ｌを照射して照射位置の材料粉体を焼結させて焼結層を形成するレーザ光照射部１３を備える。

【0015】

チャンバ１内には、粉体層形成装置３が設けられる。粉体層形成装置３は、造形領域Ｒを有するベース４と、ベース４上に配置され且つ水平１軸方向（矢印Ｂ方向）に移動可能に構成されたリコータヘッド１１と、リコータヘッド１１の移動方向に沿って造形領域Ｒの両側に設けられた細長部材９ｒ，９ｌとを備える。造形領域Ｒには、駆動機構３１によって駆動されて上下方向（図１の矢印Ａ方向）に移動可能な造形テーブル５が設けられる。積層造形装置２の使用時には、造形テーブル５上に造形プレート７が配置され、造形テーブル５上に材料粉体層８が形成される。

【0016】

造形テーブル５を取り囲むように粉体保持壁２６が設けられており、粉体保持壁２６と造形テーブル５によって囲まれる粉体保持空間に未焼結の材料粉体が保持される。粉体保持壁２６の下側には、粉体保持空間内の材料粉体を排出可能な粉体排出部２７が設けられ、積層造形の完了後に、造形テーブル５を降下させることによって、未焼結の材料粉体が粉体排出部２７から排出され、排出された材料粉体は、シューターガイド２８によってシューターに案内され、シューターを通じてバケット（共に図示せず）に収容される。

【0017】

リコータヘッド１１は、図２〜図５に示すように、材料収容部１１ａと、材料収容部１１ａの上面に設けられた上面開口部１１ｂと、材料収容部１１ａの底面に設けられ且つ材料収容部１１ａ内の材料粉体を排出する材料排出口１１ｃとを備える。材料排出口１１ｃは、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｃ方向）に延びるスリット状の細長い形状を有する。リコータヘッド１１の両側面には材料排出口１１ｃから排出された材料粉体を平坦化して材料粉体層８を形成するスキージングブレード１１ｆｂ，１１ｒｂが設けられる。また、リコータヘッド１１の両側面には、材料粉体の焼結時に発生するヒュームを吸引するヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓが設けられる。ヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓは、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｃ方向）に沿って設けられる。材料粉体は、例えば、金属粉（例：鉄粉）であり、例えば平均粒径２０μｍの球形である。

【0018】

細長部材９ｒ，９ｌにはそれぞれリコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に沿って開口部が設けられる。これらの開口部の一方が不活性ガス供給口として利用され、他方が不活性ガス排出口として利用されることによって、造形領域Ｒ上に矢印Ｃ方向の不活性ガスの流れができるので、造形領域Ｒで発生したヒュームがこの不活性ガスの流れに沿って容易に排出される。なお、本明細書において、「不活性ガス」とは、材料粉体と実質的に反応しないガスであり、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどが例示される。

【0019】

チャンバ１の上方にはレーザ光照射部１３が設けられる。図２に示すように、レーザ光照射部１３は、レーザ光Ｌを出力するレーザ光源４２と、レーザ光源４２から出力されたレーザ光Ｌを二次元走査する一対のガルバノスキャナ４３ａ，４３ｂと、レーザ光Ｌを集光する集光レンズ４４とを備える。ガルバノスキャナ（Ｘ軸スキャナ）４３ａは、レーザ光Ｌを矢印Ｂ方向（Ｘ軸方向）に走査し、ガルバノスキャナ（Ｙ軸スキャナ）４３ｂは、レーザ光Ｌを矢印Ｃ方向（Ｙ軸方向）に走査する。スキャナ４３ａ，４３ｂは、それぞれ、回転角度制御信号の大きさに応じて回転角度が制御されるので、スキャナ４３ａ，４３ｂに入力する回転角度制御信号の大きさを変化させることによって所望の位置にレーザ光Ｌの照射位置を移動させることが可能になっている。集光レンズ４４の例は、fθレンズである。

【0020】

集光レンズ４４を通過したレーザ光Ｌは、チャンバ１に設けられたウィンドウ１ａを透過して造形領域Ｒに形成された材料粉体層８に照射される。レーザ光Ｌは、材料粉体を焼結可能なものであればその種類は限定されず、例えば、ＣＯ_２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザなどである。ウィンドウ１ａは、レーザ光Ｌを透過可能な材料で形成される。例えば、レーザ光Ｌがファイバーレーザ又はＹＡＧレーザの場合、ウィンドウ１ａは石英ガラスで構成可能である。

【0021】

チャンバ１の上面には、ウィンドウ１ａを覆うようにヒューム付着防止部１７が設けられる。付着防止部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を通じて清浄空間１７ｆに充満される。そして、清浄空間１７ｆに充満された清浄な不活性ガスは、開口部１７ｂを通じて付着防止部１７の下方に向かって噴出される。

【0022】

チャンバ１内には、エンドミルなどの回転切削工具を装着して回転させることができるように構成されたスピンドルヘッド（不図示）が三次元移動可能に配置されている。この回転切削工具を用いて、所定数の焼結層が形成される度に、焼結層に対して切削加工を行われる。また、リコータヘッド１１が焼結層の隆起部に衝突したときにも、隆起部を除去するために焼結層に対して切削工程が行われる。

【0023】

次に、チャンバ１への不活性ガス供給系統と、チャンバ１からのヒューム排出系統について説明する。

【0024】

チャンバ１への不活性ガス供給系統には、不活性ガス供給装置１５と、ヒュームコレクタ１９が接続されている。不活性ガス供給装置１５は、不活性ガスを供給する機能を有し、例えば、不活性ガスのガスボンベである。ヒュームコレクタ１９は、その上流側及び下流側にダクトボックス２１，２３を有する。チャンバ１から排出されたガス（ヒュームを含む不活性ガス）は、ダクトボックス２１を通じてヒュームコレクタ１９に送られ、ヒュームコレクタ１９においてヒュームが除去された不活性ガスがダクトボックス２３を通じてチャンバ１へ送られる。このような構成により、不活性ガスの再利用が可能になっている。

【0025】

不活性ガス供給系統は、図１に示すように、チャンバ１の上部供給口１ｂと、付着防止部１７の不活性ガス供給空間１７ｄと、細長部材９ｌにそれぞれ接続される。上部供給口１ｂを通じてチャンバ１の造形空間１ｄ内に不活性ガスが充填される。細長部材９ｌ内に供給された不活性ガスが開口部を通じて造形領域Ｒ上に排出される。

【0026】

本実施形態では、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが上部供給口１ｂに送られ、不活性ガス供給装置１５からの不活性ガスが不活性ガス供給空間１７ｄ及び細長部材９ｌに送られるように構成されている。ヒュームコレクタ１９からの不活性ガス中には除去しきれなかったヒュームが残留するおそれがあるが、本実施形態の構成では、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが特に高い清純度が要求される空間（清浄空間１７ｆ及び造形領域Ｒ近傍の空間）に供給されないので、残留ヒュームの影響を最小限にすることができる。

【0027】

チャンバ１からのヒューム排出系統は、図１に示すように、チャンバ１の上部排出口１ｃと、リコータヘッド１１のヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓ、及び細長部材９ｒにそれぞれ接続される。上部排出口１ｃを通じてチャンバ１の造形空間１ｄ内の、ヒュームを含む不活性ガスが排出されることによって、造形空間１ｄ内に上部供給口１ｂから上部排出口１ｃに向かう不活性ガスの流れが形成される。リコータヘッド１１のヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓは、リコータヘッド１１が造形領域Ｒ上を通過する際に造形領域Ｒで発生したヒュームを吸引することができる。また、細長部材９ｒの開口部を通じてヒュームを含む不活性ガスがチャンバ１外に排出される。ヒューム排出系統は、ダクトボックス２１を通じてヒュームコレクタ１９に接続されており、ヒュームコレクタ１９においてヒュームが取り除かれた後の不活性ガスが再利用される。

【0028】

次に、上記の積層造形装置２を用いた粉末焼結積層造形方法について説明する。この積層造形は、積層造形装置２が図５に示す制御装置６１の制御下で動作して実行される。

【0029】

図５に示すように、制御装置６１は、演算装置６２と、記憶装置６３と、表示装置６４と、保守管理データベース６５と、アラーム履歴データベース６７とを備える。演算装置６２は、記憶装置６３に記憶されたプログラムを読みだして実行することによって後述する推定実行時間取得部７１と、予定時刻算出部７２と、事象管理部７３と、造形物モデル表示部７４の機能及びその他積層造形に関係する各種機能を実現する。保守管理データベース６５には、表１に例示されるように、積層造形装置２に関連する保守項目のそれぞれについて保守作業が必要になるまでに残時間が記憶されている。なお、表１の各保守項目の残時間は、各保守項目に関連した積層造形装置２の動作に連動して減少する。具体的には、「フィルタ交換」の残時間は、不活性ガス供給装置１５の動作時間に連動して減少し、「グリス追加」の残時間は、切削加工を行っている時間に連動して減少し、ヒュームコレクタ清掃は、ヒュームコレクタ１９の動作時間に連動して減少する。アラーム履歴データベース６７には、積層造形工程中に発生したアラームがその発生タイミングと関連付けられてアラーム履歴として記憶される。例えば、５層目の焼結工程を行っている際にチャンバ１内の不活性ガス濃度が閾値未満になった場合には、その事象が「５層目の焼結工程」という発生タイミングに関連付けられて記憶される。

【表1】

【0030】

制御装置６１は、別途設けたコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）装置６６において生成された造形データを受信し、この造形データに基づいて積層造形の制御を行う。また、制御装置６１は、別途設けたコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）装置６８において生成された形状データを受信して、その形状データに基づいて、所望の三次元形状を有する造形物モデル又はその一部（部分造形物モデル）を表示装置６４に表示させる。形状データは、造形物モデル又はその一部の表示に利用可能なデータであればよく、２次元データであっても３次元データであってもよいが、３次元データが好ましい。３次元データの形式は、特に限定されないが、例えば、ＳＴＬ形式である。なお、ＣＡＭ装置６６とＣＡＤ装置６８の両方の機能を１台の装置で実現してもよい。

【0031】

ここで、図６（ａ）に示す三次元形状を有する造形物４７を積層造形によって生成する場合を例に挙げて、ＣＡＭ装置６６での造形データの生成及びこの造形データに基づく制御について説明する。なお、図６（ａ）に示す造形物４７は、説明の便宜上、簡略化した形状にしている。

【0032】

まず、ＣＡＭ装置６６において、所望の三次元形状を有する造形物４７をコンピュータ上でモデル化した造形物モデル４８を作成し、このモデル４８を所定単位高で水平面で分割して分割層４９ａ，４９ｂ，・・・４９ｆを形成する。ＣＡＭ装置６６は、分割層４９ａ，４９ｂ，・・・４９ｆのそれぞれの輪郭形状で囲まれた領域の全体に渡ってレーザ光Ｌが照射されるように走査経路を設定する。積層造形装置２では、図７〜図１１に示すように、ＣＡＭ装置６６で設定された走査経路に沿ってレーザ光Ｌを材料粉体層８に対して照射することによって材料粉体を選択的に焼結させて、分割層４９ａ，４９ｂ，・・・４９ｆに対応した形状を有する焼結層５０ａ，５０ｂ，・・・５０ｆを形成すると共にこれらの層を互いに融合させる焼結工程が行われる。

【0033】

ここで、焼結工程について、より詳細に説明する。
まず、造形テーブル５上に造形プレート７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。この状態で材料収容部１１ａ内に材料粉体が充填されているリコータヘッド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って、造形テーブル５上に１層目の材料粉体層８を形成する。
次に、材料粉体層８中の所定部位にレーザ光Ｌを照射することによって材料粉体層８のレーザ光照射部位を焼結させることによって、図１０に示すように、１層目の焼結層５０ａを得る。
次に、造形テーブル５の高さを材料粉体層８の１層分下げ、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って、焼結層５０ａを覆うように造形テーブル５上に２層目の材料粉体層８を形成する。
次に、上記と同様の方法に従って、材料粉体層８中の所定部位にレーザ光Ｌを照射することによって材料粉体層８のレーザ光照射部位を焼結させることによって、図１１に示すように、２層目の焼結層５０ｂを得る。
以上の工程を繰り返すことによって、３層目の焼結層５０ｃ、４層目の焼結層５０ｄ、５層目以降の焼結層が形成される。隣接する焼結層は、互いに強く固着される。

【0034】

なお、ここでは、説明の便宜上、分割層４９及び焼結層５０の数を６つにしたが、分割層４９及び焼結層５０の実際の層数は、（造形物４７の高さ／分割層４９の厚さ）によって算出され、例えば造形物４７の高さが１０ｃｍで、分割層４９の厚さが５０μｍである場合、層数は、２０００となる。各焼結工程に要する時間は、造形物４７の形状にもよるが、１〜６０分程度である。

【0035】

ところで、造形物４７の表面精度を高める等の目的で、複数層の焼結層５０を形成する度に、焼結層５０に対して、スピンドルヘッドに装着された回転切削工具によって切削加工を行う切削工程が実施される。ＣＡＭ装置６６では、この切削加工のための回転切削工具の種類や走査経路も設定される。

【0036】

このように、造形物４７の積層造形工程では、図８に示すように、ｍ（ｍは２以上の整数）層の焼結層５０を形成するための焼結工程と、すでに形成された焼結層５０に対して切削加工を行う切削工程が繰り返される。以下、焼結工程と切削工程を「単位工程」と総称する。また、隣接する切削工程の間のｍ回の焼結工程を焼結工程ブロックと称する。なお、図８では、各焼結工程ブロック毎に行う切削工程が１回であるように示されているが、２回以上の切削工程を行うことがある。

【0037】

ＣＡＭ装置６６から積層造形装置２の制御装置６１に送られる造形データには、焼結工程を行うために必要なレーザ光Ｌの走査経路及び走査速度の情報や、切削工程を行うために必要な回転切削工具の走査経路及び走査速度の情報が含まれる。

【0038】

次に、図９のフローチャートを用いて、制御装置６１の動作について説明する。
まず、ステップＳ１では、推定実行時間取得部７１が造形データに基づいて各単位工程の推定実行時間を取得する。推定実行時間は、造形データに含まれるレーザ光Ｌ又は回転切削工具の走査経路及び走査速度から算出可能であるので、推定実行時間取得部７１は、走査経路及び走査速度から各単位工程の推定実行時間を算出することによって、各単位工程の推定実行時間を取得することができる。また、別の方法として、ＣＡＭ装置６６が走査経路及び走査速度から各単位工程の推定実行時間を算出し、この推定実行時間が造形データに含められている場合には、推定実行時間取得部７１は、単に、造形データ中から各単位工程の推定実行時間を抽出することによって、各単位工程の推定実行時間を取得することができる。推定実行時間取得部７１は、取得した各単位工程の推定実行時間を記憶装置６３に記憶させる。さらに、推定実行時間取得部７１は、表２の工程テーブルに示すように、各単位工程の推定実行時間を表示装置６４に表示させる。なお、説明の便宜上、各焼結工程ブロックに含まれる焼結工程の数を３にしているが、この数は、これよりも多くてもよい。また、推定実行時間は、分まで表示しているが、秒まで表示してもよい。

【0039】

【表2】

【0040】

次に、ステップＳ２では、事象管理部７３は、保守管理データベース６５から各保守項目について保守作業が必要になるまでの残時間を取得する。
次に、ステップＳ３では、事象管理部７３は、取得した残時間に基づいて、必要な保守作業を何れかの単位工程に関連付けて表示する。本実施形態の例では、５層目焼結工程を行っている間に、ヒュームコレクタ１９の使用時間が、「ヒュームコレクタ清掃」の残時間である７２分に到達する見込みであるので、表３の工程テーブルに示すように、「ヒュームコレクタ清掃」を５層目焼結工程に関連付けて表示している。

【0041】

【表3】

【0042】

次に、ステップＳ４では、積層造形が開始される。具体的には、積層造形の開始ボタンを押すと、チャンバ１内が不活性ガスで充填され、チャンバ１内の酸素濃度が所定値（例：３％）以下に低減されると、１層目焼結工程が開始される。１層目焼結工程の開始時刻が記憶され、工程テーブルに表示される。

【0043】

次に、ステップＳ５では、予定時刻算出部７２が各単位工程の開始予定時刻を算出する。各単位工程の開始予定時刻は、表４の工程テーブルに示すように、１層目焼結工程の開始時刻に対して、直前の単位工程までの推定実行時間の合計を足し合わせることによって算出することができる。具体的には例えば６層目焼結工程の開始予定時刻は、１層目焼結工程の開始時刻に対して、１層目焼結工程〜５層目焼結工程及び１回目切削工程のそれぞれの推定実行時間の合計を足し合わせることによって算出できる。なお、表４において、開始時刻は括弧なしで表記し、開始予定時刻は括弧で囲んで表記している。

【0044】

また、積層造形の開始ボタンを押してから１層目焼結工程が開始されるまでの時間が決まっている場合には、積層造形の開始ボタンを押した時刻を基準に各単位工程の開始予定時刻を算出してもよい。本実施形態では、一の単位工程が終了した直後に次の単位工程が開始されることが想定されているので、一の単位工程の終了予定時刻は、次の単位工程の開始予定時刻と同一であるが、一の単位工程と次の単位工程の間にインターバルがある場合には、各単位工程の終了予定時刻を算出したり、開始予定時刻と終了予定時刻の両方を算出したりするようにしてもよい。また、表４では、開始時刻及び開始予定時刻が日時で表示されているが、日付が不要な場合は、時刻のみを表示してもよい。

【0045】

【表4】

【0046】

次に、実行中の単位工程が終了するまで、ステップＳ６〜ステップＳ７が繰り返される。ステップＳ６では、積層造形の開始時刻（積層造形の開始ボタンが押された時刻であってもよく、１層目焼結工程の開始時刻であってもよい。）からの累積時間が記録され、表示装置６４に表示される。ステップＳ１５では、単位工程の実行中にアラームが発生したかどうかが判断され、発生していない場合（ステップＳ１５のＮ）はそのままステップＳ７に進み、発生した場合（ステップＳ１５のＹ）は、ステップＳ１６に進み、発生したアラームをその発生タイミングと関連付けてアラーム履歴として記憶するアラーム履歴データベース６７に記録する。アラームの種類としては、例えば、窒素濃度低下や回転切削工具破損が挙げられる。アラームの種類と関連付けられる発生タイミングを記録する方法としては、そのアラームが発生したときの時刻やアラームが発生したときに実行中の単位工程の工程名が挙げられる。ステップＳ７では、実行中の単位工程が終了したかどうかの判断が行われる。終了していない場合（ステップＳ７のＮ）は、ステップＳ６に戻る。終了している場合（ステップＳ７のＹ）には、ステップＳ８に進む。

【0047】

ステップＳ８では、全ての単位工程が終了したかどうかが判断される。終了している場合（ステップＳ８のＹ）は、積層造形処理を完了し、終了していない場合（ステップＳ８のＮ）は、ステップＳ９に進む。

【0048】

ステップＳ９では、次の単位工程に関連付けられている保守作業が存在しているかどうかが事象管理部７３によって判断される。存在している場合（ステップＳ９のＹ）は、ステップＳ１０に進み、存在していない場合（ステップＳ９のＮ）は、ステップＳ１１に進む。１層目焼結工程の終了後の場合は、２層目焼結工程に関連付けられている保守作業が存在していないので、ステップＳ１１に進む。

【0049】

ステップＳ１１では、次の単位工程が開始される。１層目焼結工程の終了後の場合は、２層目焼結工程が開始される。このときの開始時刻が記憶され、工程テーブルに表示される。

【0050】

ステップＳ１２では、各単位工程の開始予定時刻の再算出が必要かどうかが判断される。再算出は、各単位工程の実行後に行ってもよく、複数の単位工程の実行後に行ってもよい。また、再算出は、各焼結工程ブロックが完了する度に行ってもよく、各切削工程が完了する度に行ってもよい。また、別の観点では、ステップＳ１１で開始した単位工程の実際の開始時刻とその開始予定時刻の差が所定の閾値を超えている場合に、再算出を行うようにしてもよい。さらに別の観点では、各単位工程の開始時刻に影響を与える事象が発生したときに、その事象の発生をトリガーとして再算出を行うようにしてもよい。例えば、焼結工程において、リコータヘッド１１が障害に衝突して材料粉末層８の形成工程にやり直しが発生したときに再算出を行うようにしてもよい。リコータヘッド１１が障害（具体的には焼結層５０の隆起部）に衝突した後には、臨時の切削工程において焼結層５０の表面を削ることによって障害を除去した後に、材料粉末層８の形成工程のやり直しが発生するが、このようなやり直しが発生した場合は、これ以降の単位工程の開始時刻が開始予定時刻から大幅にずれてしまう。このため、リコータヘッド１１が障害に衝突した場合に再算出を行うことによって、再算出の頻度を高めることなく、各単位工程の開始予定時刻の予測精度を向上させることができる。ステップＳ１２で再算出が必要であると判断された場合（ステップＳ１２のＹ）、ステップＳ１３に進み、不要であると判断された場合（ステップＳ１２のＮ）、ステップＳ６に進む。

【0051】

ステップＳ１３では、各単位工程の開始予定時刻の再算出が予定時刻算出部７２によって行われる。再算出は、表５の工程テーブルに示すように、最も直近に開始された単位工程の開始時刻に対して、直前の単位工程までの推定実行時間の合計を足し合わせることによって算出することができる。具体的には例えば、最も直近に開始された単位工程が３層目焼結工程である場合は、６層目焼結工程の開始予定時刻は、３層目焼結工程の開始時刻に対して、３層目焼結工程〜５層目焼結工程及び1回目切削工程のそれぞれの推定実行時間の合計を足し合わせることによって算出できる。

【0052】

【表5】

【0053】

次に、ステップＳ６及びＳ７に戻り、次の単位工程が終了するまで、ステップＳ６〜ステップＳ７が繰り返され、各単位工程の終了後は、ステップＳ８以降が実行される。

【0054】

本実施形態の例では、５層目焼結工程に「ヒュームコレクタ清掃」が関連付けられているので、４層目焼結工程の終了後には、ステップＳ９での判断がＹとなり、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、次の単位工程の実行を自動停止させるかどうかが事象管理部７３によって判断される。各保守項目について、ユーザーが自動停止の要否を設定することが可能に構成されており、その設定内容が、記憶装置６３に記憶される。事象管理部７３によっては、記憶された設定情報に基づいて自動停止の要否を判断する。自動停止が不要である場合（ステップＳ１０のＮ）は、ステップＳ１１に進み、自動停止が必要な場合（ステップＳ１０のＹ）はステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、単位工程の実行が一時停止され、実行の再開の指示があるまで待機する（ステップＳ１４のＮ）。指示があると（ステップＳ１４のＹ）ステップＳ１１に進んで、次の単位工程が実行される。このように本実施形態では、単位工程の終了後に、次の単位工程が開始される前の段階で、単位工程の実行が一時停止されるので、単位工程の実行途中で一時停止されることがなく、不良造形を回避することができる。

【0055】

以上の通り、制御装置６１の制御下で積層造形工程に含まれる各単位工程が実施され、造形物４７が形成される。なお、積層造形の完了後は、粉体排出部２７を通じて未焼結の材料粉体を排出することによって、造形物４７を取り出すことができる。

【0056】

ところで、上記実施形態では、事象管理部７３は、保守管理データベースに記憶された残時間に基づいて保守作業を行うタイミングを決めているが、この場合、保守作業を行うオペレータが不在のタイミングで保守作業が発生して積層造形が一時停止されたり、保守作業が行われなかったりするという不都合が生じてしまう。一方、保守作業を行うタイミングは、多少前後させることが許容される場合がある。そこで、このような不都合を解消するために、表６の工程テーブルに示すように、保守作業の表示を別の単位工程に移動させることが可能なように、事象管理部７３が構成されることが好ましい。表６の例では、ヒュームコレクタ清掃の表示を５層目焼結工程から１回目切削工程に移動させている。このような移動が行われた場合、ステップＳ９での判断が移動後の表示内容に基づいて行われるので、３層目焼結工程終了後にステップＳ９の判断がＹとなる。また、焼結工程ブロックの実行途中で処理を中断して保守作業を行うと、造形物４７の品質に影響が出やすいので、切削工程の開始前又は切削工程の終了後に保守作業が行われるように、保守作業の表示を上記焼結工程ブロックの直前又は直後の切削工程又はその切削工程の直後の単位工程に自動的に移動させる設定が可能なように事象管理部７３が構成されることが好ましい。

【0057】

【表6】

【0058】

ところで、制御装置６１は、図１２〜図１４に示すように、任意の造形高さの部分造形物モデル４８ｐを生成して表示装置６４に表示させる造形物モデル表示部７４を備えている。部分造形物モデル４８ｐは、ＣＡＤ装置６８から受け取った形状データに基づいて生成されるものである。ユーザーは、スライダー８１のゲージ８２の位置を変更することによって、所望の造形高さの部分造形物モデル４８ｐを表示させることができる。ユーザーは、ゲージ８２を操作する代わりに別の手段によって部分造形物モデル４８ｐの造形高さを指定することができる。例えば、造形高さを数値で入力することによって部分造形物モデル４８ｐの造形高さを指定してもよい。造形高さは、造形物４７の全体の高さに対する割合で指定してもよく、造形高さに対応した単位工程で指定してもよい。例えば、１５６層目焼結工程後の造形高さの部分造形物モデル４８ｐを表示させたいときは、「１５６層目焼結工程」と指定することができる。また、造形高さは、その造形高さに対応した単位工程の開始予定時刻や、その造形高さまでの各単位工程の推定実行時間を積算して得られる累積推定実行時間で指定してもよい。このような指定方法によれば、午後４：３７の時点での部分造形物モデル４８ｐや、積層造形の開始から３時間１４分経過後の部分造形物モデル４８ｐを表示させることが可能になる。

【0059】

部分造形物モデル４８ｐは、積層造形の開始前、積層造形中、積層造形終了後の何れの時点においても表示可能である。図１２は、積層造形中に部分造形物モデル４８ｐを表示させた例であり、部分造形物モデル４８ｐと共に開始予定時刻が表示されている。各単位工程の開始予定時刻は、積層造形の開始前には決定されていないので、積層造形開始前に部分造形物モデル４８ｐを表示させる場合は、開始予定時刻は表示させない。この場合、開始予定時刻の代わりに、累積推定実行時間を表示させてもよい。

【0060】

積層造形中に部分造形物モデル４８ｐを表示させる場合は、部分造形物モデル４８ｐに対応した造形高さまで積層造形がすでに完了している場合は、その造形高さまでの各単位工程の開始時刻がすでに確定しているので、その造形高さに対応した単位工程の開始時刻を部分造形物モデル４８ｐと共に表示する。一方、部分造形物モデル４８ｐに対応した造形高さまで積層造形がまだ完了していない場合は、図１２のように開始予定時刻を表示する。

【0061】

積層造形終了後には全ての単位工程について開始時刻が確定しているので、図１４に示すように、何れの造形高さの部分造形物モデル４８ｐについても、その造形高さに対応した単位工程の開始時刻を部分造形物モデル４８ｐと共に表示する。

【0062】

また、事象管理部７３は、図１３〜図１４に示すように、保守作業及びアラーム履歴を表す識別子をユーザーが選択できるように表示装置６４に表示させることができる。本実施形態では、識別子は、矢印であるが、別の図形又は文字であってもよい。

【0063】

図１３（ａ）〜（ｄ）は、積層造形の開始直後の表示状態であり、必要な保守作業を表す矢印８３がスライダー８１に沿って表示されている。図１３（ａ）の表示状態のときに矢印８３を選択すると、図１３（ｂ）に示すように、ゲージ８２が矢印８３の位置にまで移動して、移動後のゲージ８２の位置に対応した造形高さの部分造形物モデル４８ｐが表示される。図１３（ｂ）には、必要な保守作業が「ヒュームコレクタ清掃」であると表示されている。このように、必要な保守作業を示す矢印８３を選択することによって、その保守作業に関連付けられた単位工程に対応した造形高さの部分造形物モデル４８ｐが表示されるようになっている。このような構成によれば、保守作業を行う時点での部分造形物（造形物の一部）の形状を直感的に把握することができるので、その時点で積層造形を一時停止しても大丈夫かどうかの判断を効率的に行うことができる。また、図１３（ｂ）の状態で、「保守位置変更」の項目を「する」に変更すると、図１３（ｃ）に示すように、矢印８３を任意の位置に移動することができるようになる。そして、任意の位置に移動させた後に、矢印８３を選択すると、図１３（ｄ）に示すように、ゲージ８２が矢印８３の位置にまで移動して、移動後のゲージ８２の位置に対応した造形高さの部分造形物モデル４８ｐが表示される。このような構成によれば、積層造形を一時停止させても問題がない造形高さを選択した上で、積層造形を一時停止させて保守作業を行うことができるので、積層造形の不良の発生を抑制することができる。

【0064】

図１４（ａ）〜（ｃ）は、積層造形の終了後の表示状態であり、保守作業を行った時点を表す矢印８３と、アラームの発生を表す矢印８４がスライダー８１に沿って表示されている。図１４（ａ）の表示状態のときに矢印８４を選択すると、図１４（ｂ）に示すように、ゲージ８２が矢印８４の位置にまで移動して、移動後のゲージ８２の位置に対応した造形高さの部分造形物モデル４８ｐが表示される。図１４（ｂ）には、発生したアラームが「窒素濃度低下」であると表示されている。このように、アラームの発生を示す矢印８４を選択することによって、そのアラームに関連付けられた単位工程に対応した造形高さの部分造形物モデルが表示されるようになっている。このような構成によれば、造形物４７のどの位置でアラームが発生したのかを直感的に把握することができるので、造形物４７の検査を効率的に行うことができる。また、図１４（ａ）又は（ｂ）の表示状態のときに矢印８３を選択すると、図１４（ｃ）に示すように、ゲージ８２が矢印８３の位置にまで移動して、移動後のゲージ８２の位置に対応した造形高さの部分造形物モデル４８ｐが表示される。図１３（ｃ）には、実行した保守作業が「ヒュームコレクタ清掃」であると表示されている。このような構成によれば、造形物４７のどの位置で保守作業が発生したのかを容易に把握することができるので、造形物４７の検査を効率的に行うことができる。

【0065】

本発明は、以下の態様でも実施可能である。
・上記実施形態では、制御装置６１において、図１２〜図１４に示すように、部分造形物モデル４８ｐの表示を行ったが、部分造形物モデル４８ｐの表示を行う装置として、制御装置６１以外の装置（以下、「表示管理装置」と称する。）を用いてもよい。表示管理装置としては、ＣＡＭ装置６６又はＣＡＤ装置６８を利用してもよく、これ以外の装置を利用してもよい。そして、この表示管理装置において上述した造形物モデル表示部、事象管理部などの機能を実現させることができる。また、保守管理データベース６５及びアラーム履歴データベース６７を外部アクセス可能な状態に構成しておくことによって、表示管理装置は、これらのデータベース６７から必要なデータを適宜抽出し、保守作業及びアラーム履歴に関連付けて、保守作業及びアラーム履歴に関連付けられた単位工程に対応した造形高さの部分造形物モデルを表示させることが可能になる。

【符号の説明】

【0066】

１：チャンバ、３：粉体層形成装置、５：造形テーブル、８：材料粉体層、１１：リコータヘッド、１３：レーザ光照射部、１７：ヒューム付着防止部、２６：粉体保持壁、２７：粉体排出部、２８：シューターガイド、３１：駆動機構、４２：レーザ光源、４３ａ，４３ｂ：ガルバノスキャナ、４４：集光レンズ、４５：照射領域、４７：造形物、４８：造形物モデル、４９：分割層、５０：焼結層、Ｌ：レーザ光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】