特許 6887926 三次元構造体の製造方法および三次元構造体の製造装置

(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】6887926

(24)【登録日】2021年5月21日

(45)【発行日】2021年6月16日

(54)【発明の名称】三次元構造体の製造方法および三次元構造体の製造装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/264 20170101AFI20210603BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20210603BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20210603BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20210603BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20210603BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/264

   B29C64/153

   B33Y10/00

   B33Y30/00

   B29C64/393

【請求項の数】12

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-180897(P2017-180897)

(22)【出願日】2017年9月21日

(65)【公開番号】特開2019-55523(P2019-55523A)

(43)【公開日】2019年4月11日

【審査請求日】2020年3月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】蔦川 生璃

【審査官】 関口 貴夫

(56)【参考文献】

【文献】 特表平１０−５０７７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０２０−５３００７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１０３６３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／１４３１３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１４−５０８６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２１１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１５２２０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００、３０／００

Ｂ２２Ｆ ３／００

Ｂ２８Ｂ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉末材料層を形成する工程と、前記粉末材料層に対してエネルギー線を走査させながら照射することにより硬化層を形成する工程とを繰り返すことにより、前記硬化層を積層した三次元構造体を製造する方法であって、
前記エネルギー線の照射エネルギーを変更した複数のサンプル構造体を予め作製し、
前記サンプル構造体のそれぞれについて、前記硬化層の積層方向における各高さ位置および前記エネルギー線の各走査方向位置の欠陥解析を行い、
前記欠陥解析の結果に基づいて、前記硬化層を形成する際の前記硬化層の高さ位置毎に、前記走査方向位置においての前記粉末材料層に対する前記エネルギー線の照射エネルギーの補正値を求め、
前記硬化層を形成する工程においては、前記補正値にしたがって補正した照射エネルギーのエネルギー線を前記粉末材料層に対して照射する
三次元構造体の製造方法。

【請求項2】

前記各サンプル構造体の前記欠陥解析を行う際には、前記エネルギー線の走査方向に設定した所定の走査方向位置において、前記高さ方向の欠陥発生率を導出し、
前記補正値を求める際には、前記各サンプル構造体を作製した際の照射エネルギーを、各サンプル構造体の欠陥発生率が増加し始める高さ位置においての補正値とする
請求項１に記載の三次元構造体の製造方法。

【請求項3】

前記サンプル構造体を作製する際には、前記硬化層の形成において前記エネルギー線の直前の走査位置からの熱拡散の影響が安定する長さ領域を含む大きさの各サンプル構造体を作製し、
前記欠陥解析を行う際には、前記安定する長さ領域に設定された走査方向位置において前記高さ方向の前記欠陥発生率を導出する
請求項２に記載の三次元構造体の製造方法。

【請求項4】

前記サンプル構造体を作製する際には、前記硬化層の形成において前記エネルギー線の直前の走査位置からの熱拡散の影響が安定する長さ領域を含む大きさの各サンプル構造体を作製し、
前記欠陥解析を行う際には、前記サンプル構造体の長さ方向にわたって設定された複数の走査方向位置において前記高さ方向の前記欠陥発生率を導出し、
前記補正値を求める際には、前記設定した複数の走査方向位置毎に前記高さ位置においての補正値を求める
請求項２または３に記載の三次元構造体の製造方法。

【請求項5】

前記欠陥解析を行う際には、前記高さ方向に設定した所定の高さ位置において、前記エネルギー線の走査方向の欠陥発生率を導出し、
前記補正値を求める際には、前記サンプル構造体を作製した際の各照射エネルギーを、各サンプル構造体の欠陥発生率が収束する走査方向位置においての補正値とする
請求項１〜４の何れか１項に記載の三次元構造体の製造方法。

【請求項6】

前記サンプル構造体を作製する際には、前記硬化層の形成において下層からの熱的影響が安定する高さ領域を含む大きさの各サンプル構造体を作製し、
前記欠陥解析を行う際には、安定する高さ領域に設定された高さ位置において前記エネルギー線の走査方向の前記欠陥発生率を導出する
請求項５に記載の三次元構造体の製造方法。

【請求項7】

前記サンプル構造体を作製する際には、前記硬化層の形成において下層からの熱的影響が安定する高さ領域を含む大きさの各サンプル構造体を作製し、
前記欠陥解析を行う際には、前記サンプル構造体の高さ方向にわたって設定された複数の高さ位置において前記エネルギー線の走査方向の前記欠陥発生率を導出し、
前記補正値を求める際には、前記設定した複数の高さ位置毎に前記走査方向位置においての補正値を求める
請求項５または６に記載の三次元構造体の製造方法。

【請求項8】

前記サンプル構造体を作製する際には、前記エネルギー線の走査速度によって前記照射エネルギーを変更する
請求項１〜７の何れか１項に記載の三次元構造体の製造方法。

【請求項9】

平行に設定された隣接する走査線間で走査位置を移動させながら、前記走査線に沿った同一方向にエネルギー線をラスター走査させる三次元構造体の製造方法であって、
前記エネルギー線の走査方向の長さが異なる複数のサンプル構造体を予め作製し、
前記長さが異なるサンプル構造体のそれぞれについて、各走査方向位置の欠陥解析を行い、
前記欠陥解析の結果に基づいて、前記エネルギー線の走査が開始されてから、隣接する次の走査線に沿った前記エネルギー線の走査が開始されるまでの走査必要時間を算出し、
前記硬化層を形成する工程においては、前記エネルギー線の走査方向の長さ毎に、前記走査必要時間を満たすように、次の隣接する走査線に沿ったエネルギー線の走査を開始するまでの待機時間を設定し、
前記硬化層を形成する工程においては、前記エネルギー線の走査方向の長さ毎に、前記設定した待機時間を適用して前記エネルギー線を前記粉末材料層に対して照射する
請求項１〜８の何れか１項に記載の三次元構造体の製造方法。

【請求項10】

前記長さが異なるサンプル構造体を作製する際には、前記硬化層の形成において下層からの熱的影響が安定する高さ領域を含む大きさの各サンプル構造体を作製し、
前記欠陥解析を行う際には、前記熱的影響が安定する高さ領域に設定した所定の高さ位置において前記エネルギー線の走査方向の欠陥発生率を導出し、
前記走査必要時間を算出する際には、前記長さが異なるサンプル構造体のうち、前記エネルギー線の走査方向の欠陥発生率が収束し始める走査方向位置が最も前記エネルギー線の走査開始位置に近いサンプル構造体の作製においての、前記エネルギー線の走査開始位置から走査終了位置まのでの所要時間を前記走査必要時間として算出する
請求項９に記載の三次元構造体の製造方法。

【請求項11】

昇降自在なステージを底面として内部に粉末材料層が形成される形成槽と、前記形成槽内に形成された粉末材料層に対してエネルギー線を照射して硬化層を形成するためのエネルギー線照射部と、前記エネルギー線照射部によるエネルギー線の照射を制御する照射制御部とを備えた三次元構造体の製造装置であって、
前記照射制御部は、
前記エネルギー線の照射エネルギーを変更して作製された複数のサンプル構造体のそれぞれについて、前記硬化層の積層方向における各高さ位置および前記エネルギー線の各走査方向位置の欠陥解析を行った結果と、製造する三次元構造体の形状データとを入力するための入力部と、
前記入力部から入力された前記欠陥解析の結果に基づいて、前記硬化層を形成する際の前記硬化層の高さ位置毎に、前記走査方向位置においての前記粉末材料層に対する前記エネルギー線の照射エネルギーの補正値を求める補正データ作成部と、
前記補正データ作成部で求められた補正値を、前記硬化層の高さ位置と、前記硬化層を形成する際のエネルギー線の走査方向位置とに関連付けた補正データを記憶する補正データ記憶部と、
前記補正データ記憶部に記憶された補正データと、前記入力部から入力された三次元構造体の形状データとに基づいて、前記エネルギー線照射部によるエネルギー線の照射エネルギーを制御する入出力制御部とを備えた
三次元構造体の製造装置。

【請求項12】

前記入力部は、さらに前記エネルギー線の走査方向の長さが異なる複数のサンプル構造体のそれぞれについて各走査方向位置の欠陥解析を行った結果を入力するためのものであり、
前記照射制御部は、さらに、
前記入力部から入力された前記長さが異なる複数のサンプル構造体についての前記欠陥解析の結果に基づいて、前記エネルギー線の走査が開始されてから、隣接する次の走査線に沿った前記エネルギー線の走査が開始されるまでの走査必要時間を算出する必要時間算出部と、
前記必要時間算出部で算出した走査必要時間を記憶する必要時間記憶部とを備え、
前記入出力制御部は、前記必要時間記憶部に記憶された走査必要時間と、前記入力部から入力された三次元構造体の形状データとに基づいて、前記硬化層を形成する際の前記エネルギー線の走査方向の長さ毎に、前記走査必要時間を満たすように次の隣接する走査線に沿ったエネルギー線の走査を開始するまでの待機時間を設定して前記エネルギー線の走査を制御する
請求項１１に記載の三次元構造体の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元構造体の製造方法および三次元構造体の製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

三次元構造体の製造方法の一つとして、粉末焼結積層方式の三次元構造体の製造方法が知られている。この製造方法では、先ず一定の厚みを有する粉末材料の層を形成する。次に、形成した粉末材料の層の表面に光ビームを照射する。これにより、粉末材料の全体あるいは一部を溶融させて粉末材料同士を一体的に接合させて硬化層を形成し、また新たに形成された硬化層を下方に積層された硬化層と一体化させる。

【0003】

以上の製造方法においては、粉末材料の層の表面に光ビームを照射する際に、光ビームを水平方向に走査することで、所定のパターン形状を有する硬化層が得られる。そして、このような硬化層の形成工程を繰り返すことにより、所定のパターン形状を有する硬化層が複数層積層された三次元構造体を得ることができる（下記特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１−１５２２０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら上述した三次元構造体の製造方法では、光ビームの照射位置によって、下地や既に光ビームが照射された位置からの熱的な影響により粉末材料の焼結状態にばらつきが生じる。

【0006】

そこで本発明は、状態が均一な材料からなる三次元構造体を得ることが可能な三次元構造体の製造方法および三次元構造体の製造装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

以上の目的を達成するための本発明は、粉末材料層を形成する工程と、前記粉末材料層に対してエネルギー線を走査させながら照射することにより硬化層を形成する工程とを繰り返すことにより、前記硬化層を積層した三次元構造体を製造する方法であって、前記エネルギー線の照射エネルギーを変更した複数のサンプル構造体を予め作製し、前記サンプル構造体のそれぞれについて、前記硬化層の積層方向における各高さ位置および前記エネルギー線の各走査方向位置の欠陥解析を行い、前記欠陥解析の結果に基づいて、前記硬化層を形成する際の前記硬化層の高さ位置毎に、前記走査方向位置においての前記粉末材料層に対する前記エネルギー線の照射エネルギーの補正値を求め、前記硬化層を形成する工程においては、前記補正値にしたがって補正した照射エネルギーのエネルギー線を前記粉末材料層に対して照射する。また本発明は、この製造方法を実施するための三次元構造体の製造装置でもある。

【発明の効果】

【0008】

以上のような構成の本発明によれば、状態が均一な材料からなる三次元構造体を得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る三次元構造体の製造装置の概略構成図である。

【図2】第１のサンプル構造体の作製を説明する斜視図である。

【図3】第１のサンプル構造体の第２領域を含む領域における高さ方向（ｚ方向）の欠陥解析を説明する図である。

【図4】第１のサンプル構造体の第２領域を含む領域における高さ方向（ｚ方向）の欠陥発生率の一例を示すグラフである。

【図5】三次元構造体の第２領域の製造に際してのｚ座標とエネルギー線の補正走査速度との関係を示すグラフである。

【図6】第１のサンプル構造体の第３領域を含む領域におけるエネルギー線の走査方向（ｘ方向）の欠陥解析を説明する図である。

【図7】第１のサンプル構造体の第３領域を含む領域におけるエネルギー線の走査方向（ｘ方向）の欠陥発生率の一例を示すグラフである。

【図8】三次元構造体の第３領域の製造に際してのｘ座標とエネルギー線の補正走査速度との関係を示すグラフである。

【図9】、三次元構造体の第２領域Ａ２および第３領域Ａ３の補正データを示すグラフである。

【図10】第１のサンプル構造体の第１領域を含む領域における高さ方向（ｚ方向）の欠陥解析を説明する図である。

【図11】三次元構造体の第１領域の製造に際しての、各ｘ座標位置においてのｚ座標とエネルギー線の補正走査速度との関係を示すグラフである。

【図12】第１のサンプル構造体の第１領域を含む領域におけるエネルギー線の走査方向（ｘ方向）の欠陥解析を説明する図である。

【図13】三次元構造体の第１領域の製造に際しての、各ｚ座標位置においてのｘ座標とエネルギー線の補正走査速度との関係を示すグラフである。

【図14】三次元構造体の製造に際してのｚ座標とｘ座標とエネルギー線の補正走査速度との関係を示すグラフである。

【図15】第２のサンプル構造体の作製と、第２のサンプル構造体のエネルギー線の走査方向（ｘ方向）の欠陥解析を説明する図である。

【図16】第２のサンプル構造体のエネルギー線の走査方向（ｘ方向）の欠陥発生率の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明を適用した実施の形態を三次元構造体の製造装置、三次元構造体の製造方法の順に図面に基づいて詳細に説明する。

【0011】

≪三次元構造体の製造装置≫
図１は、実施形態に係る三次元構造体の製造装置の概略構成図である。この図に示す三次元構造体の製造装置１は、粉末溶融積層方式の製造方法を実施するためのものである。この製造装置１は、枠体１０、ステージ１１、ステージ駆動制御部１２、規制板１３、規制板制御部１４、エネルギー線照射部１５、照射制御部１６を備えている。

【0012】

＜枠体１０およびステージ１１＞
枠体１０は、筒状の構造体であり、三次元構造体の形成槽を構成する。ステージ１１は、枠体１０の側周壁に内接して設けられていて、三次元構造体の形成槽の底面を構成する。このステージ１１は、枠体１０内において昇降自在であり、形成槽の深さを可変としている。このような枠体１０とステージ１１とで構成された三次元構造体の形成槽の内部には、ベースプレート１１ａが配置されると共に、粉末材料１００が貯蔵され、また粉末材料層１００ａが形成される。

【0013】

＜ステージ駆動制御部１２＞
ステージ駆動制御部１２は、枠体１０内においてのステージ１１の昇降を制御する。ステージ駆動制御部１２によるステージ１１の昇降は、エネルギー線照射部１５からのエネルギー線Ｂの照射の合間に実施され、１回のエネルギー線の照射によって硬化させる粉末材料層１００ａの厚み分だけ、ステージ１１を段階的に下降させる。このようなステージ駆動制御部１２は、規制板制御部１４および照射制御部１６に接続されている。

【0014】

＜規制板１３および規制板制御部１４＞
規制板１３は、平板状のものであって、平板状の一辺が枠体１０の上部開口１０ａに接触する程度の高さ位置を保った状態で、枠体１０の上部開口１０ａに沿って移動自在である。規制板制御部１４は、規制板１３の駆動を制御する。規制板制御部１４による規制板１３の駆動は、ステージ駆動制御部１２によってステージ１１が段階的に降下され、ここでの図示を省略した材料供給部によって枠体１０内に粉末材料１００が供給された後に実施される。この際、規制板制御部１４による規制板１３の駆動により、上部開口１０ａの高さを超えて枠体１０内に供給された粉末材料１００を、枠体１０の上部開口１０ａと同じ高さに揃える。

【0015】

＜エネルギー線照射部１５＞
エネルギー線照射部１５は、粉末材料１００を溶融可能なレーザー光や電子ビームなどのエネルギー線Ｂの発振部であり、枠体１０内に貯蔵された粉末材料１００からなる粉末材料層１００ａに、エネルギー線Ｂを照射する。このようなエネルギー線照射部１５からのエネルギー線Ｂの照射により、粉末材料層１００ａの一部を溶融させた後に固化させた硬化層１０１を形成する。なお、粉末材料層１００ａを構成する粉末材料の溶融状態によっては、固化は焼結であってもよい。

【0016】

＜照射制御部１６＞
照射制御部１６は、エネルギー線照射部１５からのエネルギー線Ｂの照射を制御するものである。照射制御部１６によるエネルギー線照射部１５の制御は、例えば、エネルギー線Ｂの照射エネルギー、および走査経路などである。エネルギー線Ｂの照射エネルギーの制御は、走査速度、電流値（照射密度）、および照射ピッチのうちの少なくとも１つによって実施される。このような照射制御部１６は、入力部１６ａ、補正データ作成部１６ｂ、補正データ記憶部１６ｃ、必要時間算出部１６ｄ、必要時間記憶部１６ｅ、および入出力制御部１６ｆを備えている。これらの構成は次のようである。

【0017】

［入力部１６ａ］
入力部１６ａは、三次元構造体を形成するために必要な他のデータを入力するためのものである。入力部１６ａから入力されるデータは、製造装置１によって製造する三次元構造体の形状データ、以降に説明するサンプル構造体に関する欠陥解析の結果、および三次元構造体を形成するために必要な他のデータが入力される。このような入力部１６ａは、例えばタッチパネル付きの表示部、キーボード、または外部のパーソナルコンピュータとの接続インターフェースであってもよい。

【0018】

［補正データ作成部１６ｂ］
補正データ作成部１６ｂは、入力部１６ａから入力された欠陥解析の結果に基づいて、硬化層１０１を形成する際に、粉末材料層１００ａに照射するエネルギー線Ｂの照射エネルギーの補正値を求める。ここでは、硬化層１０１の高さ位置毎に、エネルギー線Ｂの走査方向の各位置においての照射エネルギーの補正値を求める。このような補正値の求め方は、以降の三次元構造体の製造方法において詳細に説明する。

【0019】

［補正データ記憶部１６ｃ］
補正データ記憶部１６ｃは、補正データ作成部１６ｂで求めた補正値を、硬化層１０１の高さ位置と、硬化層１０１を形成する際のエネルギー線Ｂの走査方向位置とに対して関連付けて、補正データとして記憶する。

【0020】

［必要時間算出部１６ｄ］
必要時間算出部１６ｄは、入力部１６ａから入力された欠陥解析の結果に基づいて、１つの走査線においてのエネルギー線Ｂの走査が開始されてから、隣接する次の走査線に沿ったエネルギー線Ｂの走査が開始されるまでの走査必要時間を算出する。このような走査必要時間の算出方法は、以降の三次元構造体の製造方法において詳細に説明する。

【0021】

［必要時間記憶部１６ｅ］
必要時間記憶部１６ｅは、必要時間算出部１６ｄで算出した走査必要時間を記憶する。

【0022】

［入出力制御部１６ｆ］
入出力制御部１６ｆは、入力部１６ａから入力された三次元構造体の形状データと、補正データ記憶部１６ｃに記憶された補正データと、必要時間記憶部１６ｅに記憶された走査必要時間とに基づいて、エネルギー線照射部１５によるエネルギー線Ｂの照射を制御する。入出力制御部１６ｆによるエネルギー線Ｂの照射の制御は、以降の三次元構造体の製造方法において詳細に説明する。

【0023】

また以上のような照射制御部１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、およびＲＡＭによって構成された計算機であって、ＣＰＵが、ＲＯＭやＲＡＭに記録されたプログラムを実行することにより、以降に説明する三次元構造体の製造方法を実施する。

【0024】

＜製造装置１の駆動＞
以上のような構成の製造装置１は、次のように駆動される。先ず、ステージ駆動制御部１２により、枠体１０内のステージ１１を所定の高さに配置する。次に、ここでの図示を省略した材料供給部によって上部開口１０ａの高さを超えて枠体１０内に供給された粉末材料１００を、規制板１３の駆動によって枠体１０の上部開口１０ａと同じ高さに揃えて粉末材料層１００ａを形成する。

【0025】

その後、粉末材料層１００ａに対し、エネルギー線照射部１５からエネルギー線Ｂを照射する。この際、粉末材料層１００ａの表面においてエネルギー線Ｂを走査させることにより、粉末材料層１００ａにおけるエネルギー線Ｂの照射部分を溶融させ、粉末材料同士を接合させた硬化層１０１を所望の形状に形成する。またこの際、照射制御部１６によって、エネルギー線照射部１５からのエネルギー線Ｂの走査経路、および照射エネルギーが制御される。照射制御部１６によるエネルギー線照射部１５の制御は、以降の三次元構造体の製造方法において詳細に説明する。

【0026】

以上のようにして所望形状の硬化層１０１を形成した後には、ステージ駆動制御部１２により、枠体１０内のステージ１１を所定の高さだけ降下させ、さらに粉末材料層１００ａの形成以降を繰り返す。これにより、複数の硬化層１０１を積層した三次元構造体を作製する。

【0027】

以上のような三次元構造体の作製においては、以下の（１）〜（３）に説明するように、エネルギー線Ｂの走査位置によって、粉末材料層１００ａを溶融させた後に固化させた硬化層１０１の状態に差が生じる。なお（３）は、粉末材料層１００ａの表面に対して、平行に設定された隣接する走査線間で走査位置を移動させながら、走査線に沿った同一方向にエネルギー線Ｂを走査させるラスター走査を想定した場合に適用される。以下、エネルギー線Ｂの照射によって得られた硬化層１０１の積層方向を、三次元構造体の高さ方向（ｚ方向）として説明を行う。

【0028】

（１）三次元構造体の高さ方向（ｚ方向）
硬化層１０１の積層が進んだ高さ位置における硬化層１０１の形成は、下層に複数層の硬化層１０１が積層されていることにより、下層に積層された硬化層１０１から安定して放熱を行うことができる。このため、下地構造の影響が小さく抑えられる。これに対し、硬化層１０１の積層数が少なく、下地構造に近い位置における硬化層１０１の形成は、下地構造からの熱的な影響を受ける。特に、下地構造が粉末材料である場合、硬化層１０１と比較した粉末材料の蓄熱効果が高いため、下地構造からの熱拡散の影響を受ける。したがって、三次元構造体の高さ方向（ｚ方向）においては、下地構造から近い範囲で下地構造からの高さに応じて粉末材料層１００ａの溶融状態が変化し易く、溶融後に固化させた硬化層１０１の状態にばらつきが生じやすい。

【0029】

（２）エネルギー線Ｂの走査方向（ｘ方向）
エネルギー線Ｂの走査方向における１本の走査線内で、ある程度走査が進んだ位置における硬化層１０１の形成は、その直前の走査位置からの熱拡散の影響を安定的に受けることができる。これに対し、走査開始位置ではその影響を受けることがない。したがって、エネルギー線Ｂの走査方向（ｘ方向）においては、１本の走査線内の走査開始位置に近い範囲で、走査開始位置からの距離に応じて粉末材料層１００ａの溶融状態が変化し易く、溶融後に固化させた硬化層１０１の状態にばらつきが生じやすい。

【0030】

（３）走査線の隣接方向（ｙ方向）
走査線の隣接方向では、１本前の走査線が短いほど、次の走査線に対してエネルギー線Ｂの走査が開始されるまでの時間が短く、１本前の走査線からの熱拡散の影響を受け易い。したがって、走査線の隣接方向（ｙ方向）においては、１本前の走査線の長さが短い場合に、１本前の走査線の長さに応じて次の走査線上の各部における粉末材料層１００ａの溶融状態が変化し易く、溶融後に固化させた硬化層１０１の状態にばらつきが生じやすい。

【0031】

≪三次元構造体の製造方法≫
次に、以上のような構成の三次元構造体の製造装置１を用いた三次元構造体の製造方法を説明する。ここで説明する製造方法は、粉末溶融積層方式においてエネルギー線Ｂをラスター走査する場合に適用される手順であって、先の（１）〜（３）の溶融状態のばらつきを抑制するために、エネルギー線Ｂの照射条件の補正する手順であり、以下のように実施する。

【0032】

＜第１のサンプル構造体Ｓ１の作製＞
先ず、三次元構造体の製造装置１を用いて、第１のサンプル構造体Ｓ１を作製する。ここで作製する第１のサンプル構造体Ｓ１は、上述した（１）、（２）のばらつきを抑制するための、エネルギー線Ｂの照射エネルギーの補正値を求めるために用いる。

【0033】

図２は、第１のサンプル構造体Ｓ１の作製を説明する斜視図である。この図に示すように、第１のサンプル構造体Ｓ１の作製は、図中の矢印で示したｘ方向をエネルギー線の走査方向としたラスター走査によって実施する。また、走査線の隣接方向をｙ方向とし、硬化層１０１が積層された三次元構造体の高さ方向をｚ方向とする。

【0034】

ここで作製する第１のサンプル構造体Ｓ１は、下地構造からの熱的な影響が及ぶことのない程度の十分な高さ（Ｌｚ）を有する。また第１のサンプル構造体Ｓ１は、１本の走査線内において直前の走査位置からの熱拡散の影響が均一に得られる程度に十分な長さ（Ｌｘ）を有する。このような第１のサンプル構造体Ｓ１は、立方体形状であってよい。なお下地構造は、一例として、図１を参照し、粉末材料１００中に、複数本の支柱１０２を設けた構成であることとする。支柱１０２は、枠体１０内のステージ１１上にベースプレート１１ａを配置し、このベースプレート１１ａ上に立設させた状態で設けられている。これらの支柱１０２は、硬化層１０１の形成に対して、熱拡散および放熱の影響を無視してよい程度の大きさおよび本数であることとする。

【0035】

またここでは、エネルギー線Ｂの照射エネルギーを変化させた複数の第１のサンプル構造体Ｓ１を作製する。エネルギー線Ｂの照射エネルギーは、エネルギー線Ｂの走査速度ｖ、電流値（照射密度）、照射ピッチのうちの何れか１つまたは複数によって変化させることができる。ここではエネルギー線の走査速度ｖを変化させた複数の第１のサンプル構造体Ｓ１を作製することする。エネルギー線の走査速度ｖとは、ｘ方向に移動させるエネルギー線Ｂの速さである。第１のサンプル構造体Ｓ１の製造における走査速度ｖは、例えば製造装置１を用いた通常の三次元構造体の作製で適用される通常の速さを含む前後に、所定間隔で設定された各速度…ｖ_-4，ｖ_-３，…ｖ_４，…であってよい。

【0036】

以上のようにして作製された第１のサンプル構造体Ｓ１のそれぞれは、先に説明した（１）、（２）のような粉末材料の溶融状態の変化に起因し、以下の４つの領域に分けられる。

【0037】

［第１領域Ａ１］
第１領域Ａ１は、下地構造位置（ｚ＝０）から近く、かつ１本の走査線内において走査開始位置（ｘ＝０）に近い範囲の領域である。このような第１領域Ａ１は、先の（１）で説明したように下地構造位置（ｚ＝０）からの高さに応じて粉末材料の溶融状態にばらつきが生じ、かつ先の（２）で説明したように走査開始位置（ｘ＝０）からの距離に応じて硬化層１０１の状態にばらつきが生じる領域である。

【0038】

［第２領域Ａ２］
第２領域Ａ２は、下地構造位置（ｚ＝０）から近いが、１本の走査線内において走査開始位置（ｘ＝０）からある程度の距離がある範囲である。このような第２領域Ａ２は、先の（１）で説明したように下地構造位置（ｚ＝０）からの高さに応じて粉末材料の溶融状態にばらつきが生じるが、１本の走査線内において直前の走査位置からの熱拡散の影響を安定して受けられる領域である。

【0039】

［第３領域Ａ３］
第３領域Ａ３は、下地構造位置（ｚ＝０）からある程度の距離があるが、１本の走査線内において走査開始位置（ｘ＝０）に近い範囲の領域である。このような第３領域Ａ３は、下地構造からの熱拡散の影響は小さく抑えられるものの、先の（２）で説明したように走査開始位置（ｘ＝０）からの距離に応じて粉末材料の溶融状態にばらつきが生じる領域である。

【0040】

［第４領域Ａ４］
第４領域Ａ４は、下地構造位置（ｚ＝０）からある程度の距離があるため下地構造から影響を受けることはない。また１本の走査線内において走査開始位置（ｘ＝０）からある程度の距離があるため直前の走査位置からの熱拡散の影響を安定して受けられる領域である。このような第４領域Ａ４は、粉末材料の溶融状態が均一な領域である。

【0041】

次に、以上のようにして作製した複数の第１のサンプル構造体Ｓ１を用い、上述した粉末材料の溶融状態のばらつきを抑制するための照射エネルギーの補正値を求める。以下においては、第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４の領域毎に補正値を求める手順を説明する。しかしながら、以下に示す第１のサンプル構造体Ｓ１を用いて補正値を求める手順は、各領域毎に実施されることに限定されず、各領域の欠陥解析をまとめて実施した後で、各領域の補正値をまとめて算出してもよい。

【0042】

＜第２領域Ａ２における補正値＞
先ず、作製した複数の第１のサンプル構造体Ｓ１を用い、三次元構造体の第２領域Ａ２を製造する場合の（１）高さ方向（ｚ方向）のばらつきを抑制するためのエネルギー線Ｂの補正値を求める手順を説明する。

【0043】

［第２領域Ａ２を含む領域のｚ方向の欠陥解析］
図３は、第１のサンプル構造体Ｓ１の第２領域Ａ２を含む領域における高さ方向（ｚ方向）の欠陥解析を説明する図である。先ず、作製した複数の第１のサンプル構造体Ｓ１の第２領域Ａ２を含む領域について、高さ方向（ｚ方向）の欠陥解析を実施する。なお、欠陥解析は、例えば第１のサンプル構造体Ｓ１内にある単位体積あたりの空孔の体積によって評価する。単位体積あたりの空孔の体積は、Ｘ線による分析に基づいて算出し、これを欠陥発生率の一例とする。これは、以降においても同様である。

【0044】

この際、第１のサンプル構造体Ｓ１において、直前の走査位置からの熱拡散の影響が安定する長さ領域に、高さ方向（ｚ方向）にわたる解析領域Ｐ２を設定する。この解析領域Ｐ２は、高さ方向（ｚ方向）にわたる領域であって、第２領域Ａ２から第４領域Ａ４にわたっている。この長さ領域は、エネルギー線の走査開始位置（ｘ＝０）から十分に距離が離れていて、走査開始位置（ｘ＝０）からの距離に応じ粉末材料の溶融状態が変化することのない領域であって、確実に第２領域Ａ２を含む領域である。そして、設定した解析領域Ｐ２についての欠陥解析を実施する。

【0045】

図４は、第１のサンプル構造体Ｓ１の第２領域Ａ２を含む領域におけるｚ方向の欠陥発生率の一例を示すグラフである。ここで、第１のサンプル構造体Ｓ１の下地構造は、図１を参照し、粉末材料１００中に複数本の支柱１０２を設けた構成であって、硬化層１０１と比較して蓄熱効果が高い。このため（１）で説明したように、下地構造から離れて硬化層１０１の積層が進むにつれて、下地構造からの熱拡散の影響が小さくなり、硬化層１０１からの放熱の影響が大きくなる。

【0046】

また図４のグラフに示すように、エネルギー線Ｂの走査速度ｖが速く照射エネルギーが小さいほど、ｚ座標が小さく下地構造（ｚ＝０）から近い位置において、下層の硬化層１０１からの放熱量の変化の影響を受け始め、粉末材料の溶融が不十分となって欠陥の発生率が増加し始める。そして、硬化層１０１がある程度の積層数を超えると、硬化層１０１から安定した放熱が行われるようになって欠陥発生率が安定化する。

【0047】

一方、エネルギー線Ｂの走査速度ｖがある程度以下に遅い場合（ｖ_０〜ｖ_-４）、エネルギー線Ｂの照射量が十分である。このため、下地構造から近い範囲であっても下層の硬化層１０１からの放熱量の変化に影響されることなく粉末材料が十分に溶融し、硬化層１０１に欠陥が発生することはない。

【0048】

このように図４に示す高さ方向の欠陥発生率として導出された解析結果は、各第１のサンプル構造体Ｓ１の解析位置情報と共に、図１に示した三次元構造体の製造装置１の入力部１６ａから入力される。

【0049】

［第２領域Ａ２の補正値の算出］
次に、図１に示した補正データ作成部１６ｂにおいて、入力部１６ａから入力された高さ方向（ｚ方向）にわたる解析領域Ｐ２の解析結果に基づいて、第２領域Ａ２の硬化層１０１の形成におけるエネルギー線Ｂの走査速度ｖの補正値を得る。この場合、各第１のサンプル構造体Ｓ１を作製した際の各走査速度ｖを、図４に示した欠陥発生率が増加し始めるｚ座標位置においての補正走査速度とする。例えば、高さ位置ｚ_４における補正走査速度を、走査速度ｖ_４とする。

【0050】

図５は、三次元構造体の第２領域Ａ２の製造に際してのｚ座標とエネルギー線Ｂの補正走査速度との関係を示すグラフである。このグラフは、各第１のサンプル構造体Ｓ１を作製した際の各走査速度ｖを、補正走査速度として欠陥の発生率が増加し始めるｚ座標位置に関連付けしたグラフであり、補正データ作成部１６ｂにおいて算出した補正値の一例である。

【0051】

また補正データ作成部１６ｂにおいては、先の図４に示した解析結果から、欠陥発生率の変動がない走査速度ｖ（ｖ_０〜ｖ_-４）のうち、最も速い速度ｖ_０を基準速度ｖ_０と定義する。

【0052】

次に、入出力制御部１６ｆは、以上のようにして補正データ作成部１６ｂにおいて算出した第２領域Ａ２の補正走査速度を、補正データ記憶部１６ｃに記憶させる。この際、入出力制御部１６ｆは、算出した補正走査速度を、硬化層の高さ位置（すなわちｚ座標）と、硬化層を形成する際のエネルギー線の走査方向位置（すなわちｘ座標）とに対して関連付けた補正データとして記憶させる。

【0053】

＜第３領域Ａ３における補正値＞
次に、作製した複数の第１のサンプル構造体Ｓ１を用い、三次元構造体の第３領域Ａ３を製造する場合の（２）走査方向（ｘ方向）のばらつきを抑制するためのエネルギー線Ｂの補正値を求める手順を説明する。

【0054】

［第３領域Ａ３を含むｘ方向の欠陥解析］
図６は、第１のサンプル構造体Ｓ１の第３領域Ａ３を含む領域におけるエネルギー線Ｂの走査方向（ｘ方向）の欠陥解析を説明する図である。先ず、作製した複数の第１のサンプル構造体Ｓ１の第３領域Ａ３を含む領域について、走査方向（ｘ方向）の欠陥解析を実施する。

【0055】

この際、第１のサンプル構造体Ｓ１において、下層からの熱的影響が安定する高さ領域に、走査方向（ｘ方向）にわたる解析領域Ｐ３を設定する。この解析領域Ｐ３は、高さ方向（ｘ方向）にわたる領域であって、第３領域Ａ３から第４領域Ａ４にわたっている。この高さ領域は、下地構造位置（ｚ＝０）から十分に距離が離れていて、下地構造位置（ｚ＝０）からの距離に応じて粉末材料の溶融状態が変化することのない高さ領域であって、確実に第３領域Ａ３を含む領域である。そして、設定した解析領域Ｐ３についての欠陥解析を実施する。

【0056】

図７は、第１のサンプル構造体Ｓ１の第３領域Ａ３を含む領域における走査方向（ｘ方向）の欠陥発生率の一例を示すグラフである。このグラフに示すように、エネルギー線Ｂの走査速度ｖが遅く照射エネルギーが大きい程、ｘ座標が小さく走査開始位置（ｘ＝０）により近い位置において、直前の走査位置からの熱拡散の影響を受け始め、粉末材料の溶融が十分となって欠陥発生率がゼロ近くの一定値（ここではゼロとする）に収束する。

【0057】

一方、エネルギー線Ｂの走査速度ｖがある程度を超えて速くなった場合（ｖ＞ｖ_０）、走査が進んだ位置では、直前の走査位置からの熱拡散の影響を受けるものの、エネルギー線Ｂも照射エネルギーが不十分となる。このため、欠陥発生率がゼロに収束することはなく、収束する場合であってもゼロよりも高い値に収束する。

【0058】

このように図７に示す走査方向の欠陥発生率として導出された解析結果は、第１のサンプル構造体Ｓ１の解析位置情報と共に、図１に示した三次元構造体の製造装置１の入力部１６ａから入力される。

【0059】

［第３領域Ａ３の補正値の算出］
次に、図１に示した補正データ作成部１６ｂにおいて、入力部１６ａから入力された走査方向（ｘ方向）にわたる解析領域Ｐ３の解析結果に基づいて、第３領域Ａ３の硬化層１０１の形成におけるエネルギー線Ｂの走査速度ｖの補正値を得る。この場合、各第１のサンプル構造体Ｓ１を作製した際の各走査速度ｖを、図７に示した欠陥発生率がゼロに収束するｘ座標位置においての補正走査速度とする。例えば、走査方向位置ｘ_４における補正走査速度を、走査速度ｖ_−４とする。

【0060】

図８は、三次元構造体の第３領域Ａ３の製造に際してのｘ座標とエネルギー線Ｂの補正走査速度との関係を示すグラフである。このグラフは、第１のサンプル構造体Ｓ１を作製した際の走査速度ｖを、補正走査速度として欠陥の発生率がゼロに収束するｘ座標位置に関連付けしたグラフであり、補正データ作成部１６ｂにおいて算出した補正値の一例である。

【0061】

また補正データ作成部１６ｂにおいては、先の図７に示した解析結果から、欠陥発生率がゼロに収束する走査速度ｖのうち、最も速い速度ｖ_０を基準速度ｖ_０と定義する。この基準速度ｖ_０は、第２領域Ａ２を含む領域の欠陥解析で定義した基準速度ｖ_０と同じ値となる。なお、第２領域Ａ２を含む領域の欠陥解析で得た基準速度ｖ_０と、第２領域Ａ２を含む領域の欠陥解析で得た基準速度Ｖ_０とが一致しない場合には、解析領域Ｐ２，Ｐ３をずらし、再度の欠陥解析を実施することが好ましい。

【0062】

次に、入出力制御部１６ｆは、以上のようにして補正データ作成部１６ｂにおいて算出した第３領域Ａ３の補正走査速度を、補正データ記憶部１６ｃに記憶させる。この際、入出力制御部１６ｆは、算出した補正走査速度を、硬化層の高さ位置（すなわちｚ座標）と、硬化層を形成する際のエネルギー線の走査方向位置（すなわちｘ座標）とに対して関連付けた補正データとして記憶させる。

【0063】

＜領域の定義＞
次に、補正データ作成部１６ｂにおいては、第１領域Ａ１の補正値を算出するために実施する欠陥解析の領域を確定するために、第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４の範囲を定義する。ここでは、先の図４に示した解析結果および図７に示した第２領域Ａ２および第３領域Ａ３の補正値を算出するための解析結果に基づいて、第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４の範囲を定義する。

【0064】

この際、先ず、図５に示した第２領域Ａ２の補正値の算出結果から、補正走査速度ｖが基準速度ｖ_０となる最も小さいｚ座標位置までの領域（ｚ≦ｚ_０）を、第２領域Ａ２を含む領域として定義する。つまり、ここで定義される第２領域Ａ２を含む領域（ｚ≦ｚ_０）は、第２領域Ａ２と共に第１領域Ａ１も含んでいる。

【0065】

また、図８に示した第３領域Ａ３の補正値の算出結果から、補正走査速度ｖが基準速度ｖ_０となる最も小さいｘ座標位置までの領域（ｘ≦ｘ_０）を、第３領域Ａ３を含む領域として定義する。つまり、ここで定義される第３領域Ａ３を含む領域（ｘ≦ｘ_０）は、第３領域Ａ３と共に第１領域Ａ１も含んでいる。

【0066】

以上の後、先に定義した第２領域Ａ２を含む領域（ｚ≦ｚ_０）のうち、第３領域Ａ３を含む領域（ｘ≦ｘ_０）を除いた領域（ｘ＞ｘ_０、ｚ≦ｚ_０）を、第２領域Ａ２と定義する。

【0067】

また先に定義した第３領域Ａ３を含む領域領域（ｘ≦ｘ_０）のうち、第２領域Ａ２を含む領域（ｚ≦ｚ_０）を除いた領域（ｘ≦ｘ_０、ｚ＞ｚ_０）を、第３領域Ａ３と定義する。

【0068】

さらに、先に定義した第２領域Ａ２を含む領域（ｚ≦ｚ_０）と第３領域Ａ３を含む領域領域（ｘ≦ｘ_０）とが重複する領域（ｘ≦ｘ_０、ｚ≦ｚ_０）を、第１領域Ａ１と定義する。

【0069】

そして、それ以外の領域（ｘ＞ｘ_０、ｚ＞ｚ_０）を、第４領域Ａ４と定義する。

【0070】

なお、以上で定義した第１領域Ａ１は、この時点において第２領域Ａ２との界面が明確ではない。しかしながら、ここで定義する第１領域Ａ１は、次に実施する欠陥解析の領域を確定するために定義する領域であるため、第１領域Ａ１を含んでいればよく、正確性が問われることはない。

【0071】

＜第１領域Ａ１における補正値＞
次に、作製した複数の第１のサンプル構造体Ｓ１を用い、三次元構造体の第１領域Ａ１を製造する場合の（１）高さ方向（ｚ方向）および（２）走査方向（ｘ方向）のばらつきを抑制するためのエネルギー線Ｂの補正値を導出する手順を説明する。

【0072】

図９は、三次元構造体の第２領域Ａ２および第３領域Ａ３の補正データを示すグラフである。このグラフは、図５のグラフと図８のグラフを合わせたグラフである。次に、以下のようにして、図９に示す第１領域Ａ１についての硬化層１０１の形成における、エネルギー線Ｂの走査方向（ｘ方向）の走査速度ｖの補正値を求める。

【0073】

［第１領域Ａ１を含むｚ方向の欠陥解析］
図１０は、第１のサンプル構造体Ｓ１の第１領域Ａ１を含む領域における高さ方向（ｚ方向）の欠陥解析を説明する図である。この図に示すように、作製した複数の第１のサンプル構造体Ｓ１の第１領域Ａ１のそれぞれにおいて、各ｘ座標位置（ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４）の高さ方向（ｚ方向）の欠陥解析を実施する。ここで選択するｘ座標位置（ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４）は、直前の走査位置からの熱拡散の影響が変化する領域であって、先に定義された第１領域Ａ１（ｘ≦ｘ_０、ｚ≦ｚ_０）を含む領域であれば特に限定されることはないが、補正する走査速度ｖの変化が大きい複数の位置とすることが好ましい。

【0074】

この際、選択した各ｘ座標位置（ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４）に、高さ方向（ｚ方向）にわたる解析領域Ｐ１ｚをそれぞれ設定する。そして、各解析領域Ｐ１ｚについての欠陥解析を、先に説明した第２領域Ａ２を含むｚ方向の欠陥解析と同様に実施する。

【0075】

そして、欠陥発生率として導出された解析結果は、各第１のサンプル構造体Ｓ１の解析位置情報と共に、図１に示した三次元構造体の製造装置１の入力部１６ａから入力される。

【0076】

［第１領域Ａ１の補正値の算出−１］
次に、図１に示した三次元構造体の製造装置１の補正データ作成部１６ｂにおいて、入力部１６ａから入力された高さ方向（ｚ方向）にわたる解析領域Ｐ１ｚの解析結果に基づいて、第１領域Ａ１の硬化層１０１の形成におけるエネルギー線Ｂの走査速度ｖの補正値を得る。この場合、先に説明した第２領域Ａ２のエネルギー補正と同様に、各第１のサンプル構造体Ｓ１を作製した際の走査速度ｖを、欠陥発生率が増加し始めるｚ座標位置においての補正走査速度とする。

【0077】

図１１は、三次元構造体の第１領域Ａ１の製造に際しての、解析領域Ｐ１ｚが設定された各ｘ座標位置（ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４）においてのｚ座標とエネルギー線の補正走査速度との関係を示すグラフである。このグラフは、各解析領域Ｐ１ｚに対応する各ｘ座標位置（ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，ｘ_４）について、第１のサンプル構造体Ｓ１を作製した際の走査速度ｖを、欠陥発生率が増加し始めるｚ座標位置に関連付けしたグラフであり、補正データ作成部１６ｂにおいて算出した補正値の一例である。

【0078】

図１１に示すように、第１領域Ａ１においては、高さ位置および走査方向位置に応じた補正走査速度が割り振られることになる。

【0079】

［第１領域Ａ１を含むｘ方向の欠陥解析］
図１２は、第１のサンプル構造体Ｓ１の第１領域Ａ１を含む領域における走査方向（ｘ方向）の欠陥解析を説明する図である。この図に示すように、作製した複数の第１のサンプル構造体Ｓ１の第１領域Ａ１のそれぞれにおいて、各ｚ座標位置（ｚ_１，ｚ_２，ｚ_３，ｚ_４）の走査方向（ｘ方向）の欠陥解析を実施する。ここで選択するｚ座標位置（ｚ_１，ｚ_２，ｚ_３，ｚ_４）は、下層からの熱的影響が変化する高さ領域であって、先に定義された第１領域Ａ１（ｘ≦ｘ_０、ｚ≦ｚ_０）を含む領域であれば特に限定されることはないが、補正する走査速度ｖの変化が大きい複数の位置とすることが好ましい。

【0080】

この際、選択した各ｚ座標位置（ｚ_１，ｚ_２，ｚ_３，ｚ_４）に、走査方向（ｘ方向）に延設する解析領域Ｐ１ｘをそれぞれ設定する。そして、各解析領域Ｐ１ｘについての欠陥解析を、先に説明した第３領域Ａ３を含むｘ方向の欠陥解析と同様に実施する。

【0081】

そして、欠陥発生率として導出された解析結果は、各第１のサンプル構造体Ｓ１の解析位置情報と共に、図１に示した三次元構造体の製造装置１の入力部１６ａから入力される。

【0082】

［第１領域Ａ１の補正値の算出−２］
次に、図１に示した三次元構造体の製造装置１の補正データ作成部１６ｂにおいて、入力部１６ａから入力された走査方向（ｘ方向）にわたる解析領域Ｐ１ｘの解析結果に基づいて、第１領域Ａ１の硬化層１０１の形成におけるエネルギー線Ｂの走査速度ｖの補正値を得る。この場合、先に説明した第３領域Ａ３のエネルギー補正と同様に、各第１のサンプル構造体Ｓ１を作製した際の走査速度ｖを、欠陥発生率がゼロ近くの一定値（ここではゼロとする）に収束するｘ座標位置においての補正走査速度とする。

【0083】

図１３は、三次元構造体の第１領域Ａ１の製造に際しての、解析領域Ｐ１ｘが設定された各ｚ座標位置（ｚ_１，ｚ_２，ｚ_３，ｚ_４）においてのｘ座標とエネルギー線の補正走査速度との関係を示すグラフである。このグラフは、各解析領域Ｐ１ｘに対応する各ｚ座標位置（ｚ_１，ｚ_２，ｚ_３，ｚ_４）について、第１のサンプル構造体Ｓ１を作製した際の走査速度ｖを、欠陥発生率がゼロに収束するｘ座標位置に関連付けしたグラフであり、補正データ作成部１６ｂにおいて算出した補正値の一例である。

【0084】

図１３に示すように、第１領域Ａ１においては、高さ位置および走査方向位置に応じた補正走査速度が割り振られることになる。

【0085】

［第１領域Ａ１の補正値の算出−３］
図１４は、三次元構造体の製造に際してのｚ座標とｘ座標とエネルギー線の補正走査速度との関係を示すグラフであって、図５、図８、図１１、および図１３のグラフを合成したグラフである。補正データ作成部１６ｂは、このグラフに示すように、第１領域Ａ１を含むｚ方向の欠陥解析によって得た補正値（図１１）と、先に定義した第１領域Ａ１を含むｘ方向の欠陥解析によって得た補正値（図１３）とを合成して第１領域Ａ１の照射エネルギーの補正値を求めてもよい。なお、図１４においては、先に定義した第１領域Ａ１における補正走査速度がカーブを描いている。しかしながら、先に定義した第１領域Ａ１における第２領域Ａ２との界面付近においては、補正走査速度が直線の領域も発生しうる。

【0086】

次に、入出力制御部１６ｆは、以上の算出−１〜算出−３のように補正データ作成部１６ｂにおいて算出した第１領域Ａ１の補正走査速度を、補正データ記憶部１６ｃに記憶させる。この際、入出力制御部１６ｆは、算出した補正走査速度を、硬化層の高さ位置（すなわちｚ座標）と、硬化層を形成する際のエネルギー線の走査方向位置（すなわちｘ座標）とに対して関連付けた補正データとして記憶させる。

【0087】

＜第２のサンプル構造体Ｓ２の作製＞
次に、三次元構造体の製造装置１を用いて、第２のサンプル構造体Ｓ２を作製する。ここで作製する第２のサンプル構造体Ｓ２は、上述した（３）のばらつきを抑制するための、走査必要時間［ｔ（Ｌ）］の算出に用いる。ここで走査必要時間［ｔ（Ｌ）］とは、エネルギー線の走査が開始されてから、隣接する次の走査線に沿った前記エネルギー線の走査が開始されるまでに必要とする時間である。

【0088】

図１５は、第２のサンプル構造体Ｓ２の作製と、第２のサンプル構造体Ｓ２のエネルギー線Ｂの走査方向（ｘ方向）の欠陥解析を説明する図である。この図に示すように、第２のサンプル構造体Ｓ２の作製は、第１のサンプル構造体Ｓ１の作製と同様のラスター走査によって実施する。この際、エネルギー線Ｂの走査速度ｖは、先に求めた補正走査速度であることとする。

【0089】

またここでは、エネルギー線Ｂの走査方向（ｘ方向）の長さ（Ｌｘ）を変化させた複数の第２のサンプル構造体Ｓ２を作製する。各第２のサンプル構造体Ｓ２の走査方向（ｘ方向）の長さ（Ｌｘ＝Ｌｘ１＞Ｌｘ２＞Ｌｘ３＞，…）は、第３領域Ａ３と第４領域Ａ４との境界を挟んだ各長さであることとする。

【0090】

また各第２のサンプル構造体Ｓ２は、下地構造の影響が及ぶことのない程度に十分な高さ（Ｌｚ）を有する。このような第２のサンプル構造体Ｓ２は、立方体形状であってよい。

【0091】

以上のようにして作製された第２のサンプル構造体Ｓ２のそれぞれは、先に説明した（１）、（２）のような粉末材料の溶融状態の変化に起因し、先に説明した領域と同様の第１領域Ａ１〜第４領域Ａ４の４つの領域に分けられる。

【0092】

＜エネルギー線の走査必要時間の算出＞
次に、以上のようにして作製した複数の第２のサンプル構造体Ｓ２に基づいて、三次元構造体を製造する場合の、（３）走査線の隣接方向（ｙ方向）のばらつきを抑制するための走査必要時間の算出を以下の手順で実施する。

【0093】

［ｘ方向の欠陥解析］
先ず、作製した複数の第２のサンプル構造体Ｓ２の各ｚ座標位置について、走査方向（ｘ方向）の欠陥解析を実施する。この際、第２のサンプル構造体Ｓ２のそれぞれにおいて、下地構造位置（ｚ＝０）から近い第１領域Ａ１および第２領域Ａ２には、複数のｚ座標位置に、走査方向（ｘ方向）にわたる解析領域Ｐ３を設定する。一方、下地構造位置（ｚ＝０）から十分に距離が離れていて、下層からの熱的影響が安定する高さ第３領域Ａ３および第４領域Ａ４には、少なくとも１つのｚ座標位置に、走査方向（ｘ方向）にわたる解析領域Ｐ３を設定する。そして、設定した各解析領域Ｐ３についての欠陥解析を実施する。

【0094】

図１６は、第２のサンプル構造体Ｓ２の各ｚ座標位置に設定した解析領域Ｐ３のうちの１つにおける走査方向（ｘ方向）の欠陥発生率の一例を示すグラフである。このグラフに示すように、走査方向（ｘ方向）の長さ（Ｌｘ）が短い程、１本前の走査線からの熱拡散の影響を受け易いため、走査開始位置（ｘ＝０）からより近い位置において、粉末材料が十分に溶融して欠陥発生率がゼロ近くの一定値（ここではゼロとする）に収束する。

【0095】

また、エネルギー線Ｂの走査方向（ｘ方向）の長さ（Ｌｘ）が有る程度長くなると（ここでは、Ｌｘ３〜Ｌｘｌ）、１本前の走査線からの熱拡散の影響がなくなり、１本の走査線の直前の走査位置からの熱拡散の影響のみとなるため、欠陥発生率がゼロに収束するｘ座標位置が一定になる。

【0096】

このように図１６に示す走査方向（ｘ方向）の欠陥発生率として導出された各ｚ座標位置についての解析結果は、第２のサンプル構造体Ｓ２の解析位置情報と共に、図１に示した三次元構造体の製造装置１の入力部１６ａから入力される。

【0097】

［走査必要時間の算出］
次に、図１に示した三次元構造体の製造装置１の必要時間算出部１６ｄにおいて、入力部１６ａから入力された第２のサンプル構造体Ｓ２の解析結果に基づいて、エネルギー線の走査必要時間の算出を行う。

【0098】

この場合、図１６に示す解析結果から、１本前の走査線からの熱拡散の影響を受けることのない長さ（Ｌｘ）の下限値の長さ（Ｌｘ３）を、ｚ座標位置毎に抽出する。１本の走査線がこの下限値の長さ（Ｌｘ３）よりも長ければ、隣接する次の走査線に対するエネルギー線Ｂの走査において、１本前の走査線からの熱拡散の影響を排除することができる。

【0099】

そこで、抽出した下限値の長さ（Ｌｘ３）の走査線の走査に要する時間を、各ｚ座標位置の走査必要時間［ｔ_Ｌ（ｚ）］として下記式（１）に基づいて算出する。

【0100】

【数1】

【0101】

次に、入出力制御部１６ｆは、以上のようにして必要時間算出部１６ｄにおいて算出した各ｚ座標位置の走査必要時間［ｔ_Ｌ（ｚ）］を、必要時間記憶部１６ｅに記憶させる。なお、この各ｚ座標位置の走査必要時間［ｔ_Ｌ（ｚ）］は、ｚ座標を横軸としたグラフにプロットし、フィッティングさせたｚ座標の関数として必要時間記憶部１６ｅに記憶させることが好ましい。

【0102】

＜硬化層の形成＞
以上の後、入出力制御部１６ｆは、補正データ記憶部１６ｃに記憶された補正データと、必要時間記憶部１６ｅに記憶された走査必要時間［ｔ_Ｌ（ｚ）］と、入力部１６ａから入力された三次元構造体の形状データとに基づいて、エネルギー線照射部１５によるエネルギー線Ｂの照射を制御して硬化層の形成を行う。

【0103】

この際、入出力制御部１６ｆは、エネルギー線Ｂの走査速度ｖを、硬化層を形成する高さ位置とエネルギー線Ｂの走査方向位置とに関連付けされた補正走査速度に補正しながら、エネルギー線照射部１５からのエネルギー線Ｂの照射を実施する。

【0104】

また、入出力制御部１６ｆは、作製する三次元構造体の走査方向（ｘ方向）の長さ（Ｌｘ）を、走査必要時間［ｔ_Ｌ（ｚ）］の算出のために抽出した下限値の長さ（Ｌｘ３）と比較する。そして、その長さ（Ｌｘ）が下限値の長さ（Ｌｘ３）よりも短い場合には、その長さの差分［（Ｌｘ３）−（Ｌｘ）］に対応する走査時間を、待機時間［ｔｄ］として算出する。そして長さ（Ｌｘ）の走査線の走査が終了した後に、隣接する次の走査線に対してエネルギー線Ｂの走査を開始するまでの間に、待機時間［ｔｄ］を設けるように走査線の移動を補正する。

【0105】

以上の実施形態で説明した三次元構造体の製造装置１および製造方法によれば、第１のサンプル構造体Ｓ１の欠陥解析によって得た補正走査速度でエネルギー線を走査させながら粉末材料層１００ａにエネルギー線を照射することにより、上記（１）、（２）の溶融状態のばらつきを抑えた三次元構造体を得ることが可能である。また第２のサンプル構造体Ｓ２の欠陥解析によって得た走査必要時間を満たすように、エネルギー線を走査させながら粉末材料層１００ａにエネルギー線を照射することにより、上記（３）の溶融状態のばらつきを抑えた三次元構造体を得ることが可能である。

【符号の説明】

【0106】

１…三次元構造体の製造装置
１０…枠体（形成槽）
１１…ステージ（形成槽）
１５…エネルギー線照射部
１６…照射制御部
１６ａ…入力部
１６ｂ…補正データ作成部
１６ｃ…補正データ記憶部
１６ｄ…必要時間算出部
１６ｅ…必要時間記憶部
１６ｆ…入出力制御部
１００ａ…粉末材料層
１０１…硬化層
Ｂ…エネルギー線
Ｓ１…第１のサンプル構造体
Ｓ２…第２のサンプル構造体（走査方向の長さが異なるサンプル構造体）
ｔ_Ｌ（ｚ）…走査必要時間
ｚ…高さ方向（積層方向）
ｘ…走査方向

【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】

【図15】

【図16】