特開 2024-45926 ３次元造形装置および３次元造形方法

(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】P2024045926

(43)【公開日】2024-04-03

(54)【発明の名称】３次元造形装置および３次元造形方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/264 20170101AFI20240327BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240327BHJP

   B29C 64/386 20170101ALI20240327BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240327BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240327BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240327BHJP

   B22F 10/366 20210101ALI20240327BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20240327BHJP

   B22F 12/90 20210101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

B29C64/264

B29C64/153

B29C64/386

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

B22F10/366

B22F10/28

B22F12/90

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022151022

(22)【出願日】2022-09-22

(71)【出願人】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100110847

【弁理士】

【氏名又は名称】松阪 正弘

(74)【代理人】

【識別番号】100136526

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 勉

(74)【代理人】

【識別番号】100136755

【弁理士】

【氏名又は名称】井田 正道

(72)【発明者】

【氏名】菱谷 大輔

【テーマコード（参考）】

4F213

4K018

【Ｆターム（参考）】

4F213AC04

4F213AP06

4F213AP12

4F213AR07

4F213AR13

4F213AR16

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL03

4F213WL12

4F213WL44

4F213WL85

4F213WL92

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

(57)【要約】

【課題】造形物を精度良く形成する。
【解決手段】３次元造形装置１では、制御部５が、造形物の設計データに基づいて材料保持部３および光学ヘッド２を制御することにより、ステージ３４１上に造形材料９１を供給し、供給された造形材料９１の表層である描画対象層９２上にて、マルチスポットビームを所定の走査方向に走査して、光が照射された領域の造形材料９１を溶融させてパターンを描画することを繰り返させる。上記設計データにて描画が指示されていない非描画領域は、走査方向における大きさが補正閾値以下の狭小非描画領域を含む。そして、制御部による制御によって、設計データにて描画が指示されている描画領域のうち狭小非描画領域に隣接する狭小部隣接領域に対する光の照射が抑制される。これにより、造形物を精度良く形成することができる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

３次元造形装置であって、
粉末状の造形材料を保持するステージ、および、前記ステージ上に造形材料を供給する材料供給部を有する材料保持部と、
所定の配列方向に直線状に配列された複数の光スポットにより構成されるマルチスポットビームを、前記ステージ上の造形材料上にて変調しつつ走査する光学ヘッドと、
造形物の設計データに基づいて前記材料保持部および前記光学ヘッドを制御することにより、前記ステージ上に造形材料を供給し、供給された造形材料の表層である描画対象層上にて、前記マルチスポットビームを所定の走査方向に走査して、光が照射された領域の造形材料を溶融させてパターンを描画することを繰り返させる制御部と、
を備え、
前記設計データにて描画が指示されていない非描画領域は、前記走査方向、前記走査方向に垂直かつ前記ステージに平行な幅方向、および、前記ステージに垂直な上下方向のうちの一の方向における大きさが補正閾値以下の狭小非描画領域を含み、
前記制御部による制御によって、前記設計データにて描画が指示されている描画領域のうち前記狭小非描画領域に隣接する領域に対する光の照射が抑制されることを特徴とする３次元造形装置。

【請求項2】

請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記幅方向であり、
前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が前記狭小非描画領域上に位置する際に、前記制御部による制御によって、前記狭小非描画スポット群、および、前記狭小非描画スポット群の前記配列方向の両側に隣接する２つの補正スポット群がＯＦＦとされることを特徴とする３次元造形装置。

【請求項3】

請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記複数の光スポットでは階調の調節が可能であり、
前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記幅方向であり、
前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が前記狭小非描画領域上に位置する際に、前記制御部による制御によって、
前記狭小非描画スポット群がＯＦＦとされ、
前記狭小非描画スポット群の前記配列方向の両側に隣接する２つの補正スポット群において、各補正スポット群に含まれる２つ以上の光スポットの光強度が、前記狭小非描画スポット群から前記配列方向において離れるに従って増大するように調節されることを特徴とする３次元造形装置。

【請求項4】

請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記走査方向であり、
前記制御部による制御によって、
前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域上に位置する際にＯＦＦとされ、
前記狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域の前記走査方向の両側に隣接する補正領域上に位置する際にもＯＦＦとされることを特徴とする３次元造形装置。

【請求項5】

請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記複数の光スポットでは階調の調節が可能であり、
前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記走査方向であり、
前記制御部による制御によって、
前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域上に位置する際にＯＦＦとされ、
前記狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域の前記走査方向の両側に隣接する補正領域上に位置する際に、前記狭小非描画スポット群の光強度が、前記狭小非描画領域から前記走査方向に離れるに従って増大するように調節されることを特徴とする３次元造形装置。

【請求項6】

請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記上下方向であり、
前記制御部による制御によって、
前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域を含む描画対象層において前記狭小非描画領域上に位置する際にＯＦＦとされ、
前記狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域の上側に隣接する上側描画領域を含む描画対象層において前記狭小非描画領域の上方に位置する際にもＯＦＦとされることを特徴とする３次元造形装置。

【請求項7】

請求項１に記載の３次元造形装置であって、
前記複数の光スポットでは階調の調節が可能であり、
前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記上下方向であり、
前記制御部による制御によって、
前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域を含む描画対象層において前記狭小非描画領域上に位置する際にＯＦＦとされ、
前記狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域の上側に隣接する上側描画領域を含む複数の描画対象層において前記狭小非描画領域の上方に位置する際に、前記狭小非描画スポット群の光強度が、上側に向かうに従って増大するように調節されることを特徴とする３次元造形装置。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれか１つに記載の３次元造形装置であって、
前記ステージ上の造形材料の上面における温度分布を測定する温度測定部をさらに備え、
前記補正閾値は可変であり、前記温度測定部により測定された前記非描画領域と対応する領域における温度が高温になるに従って前記補正閾値が小さくなることを特徴とする３次元造形装置。

【請求項9】

３次元造形方法であって、
ａ）粉末状の造形材料をステージ上に供給する工程と、
ｂ）所定の配列方向に直線状に配列された複数の光スポットにより構成されるマルチスポットビームを、前記ステージ上に供給された造形材料の表層である描画対象層上にて、造形物の設計データに基づいて変調しつつ所定の走査方向に走査する工程と、
ｃ）前記ａ）工程および前記ｂ）工程を繰り返す工程と、
を備え、
前記設計データにて描画が指示されていない非描画領域は、前記走査方向、前記走査方向に垂直かつ前記ステージに平行な幅方向、および、前記ステージに垂直な上下方向のうちの一の方向における大きさが補正閾値以下の狭小非描画領域を含み、
前記ｂ）工程では、前記設計データにて描画が指示されている描画領域のうち前記狭小非描画領域に隣接する領域に対する光の照射が抑制されることを特徴とする３次元造形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３次元造形に係る技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、樹脂粉末や金属粉末等の造形材料に変調されたレーザ光を照射し、造形材料を溶融し、固化させることにより３次元造形を行うＳＬＳ（Selective Laser Sintering）式の３次元造形装置が使用されている。

【0003】

例えば、粉末床方式の３次元造形装置では、構築プラットフォーム上に樹脂粉末を薄く層状に敷き詰め、当該樹脂粉末の層上においてレーザ光をガルバノミラー等で走査することにより、レーザ光の照射領域の粉末樹脂を溶融させる。そして、当該動作を繰り返し、溶融した樹脂粉末を積層して固化することにより造形物が作成される。粉末床方式の３次元造形装置では、一般的に、構築プラットフォーム上の樹脂粉末を、当該樹脂粉末の融点よりも数℃～十数℃低い所定の予熱温度まで加熱し、当該予熱温度にて維持されている樹脂粉末にレーザ光が照射される（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０２１－５０９０９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、構築プラットフォーム上の樹脂粉末の層では、レーザ光の照射領域（すなわち、描画領域）の温度は上昇し、描画領域の周囲の非描画領域へと熱拡散が生じる。また、描画領域と非描画領域との境界近傍ではレーザ光の光量は漸次変化するため、非描画領域の端部における光量は０ではない。このため、２つの描画領域に挟まれた細い非描画領域等では、描画領域からの熱拡散および描画領域の端部光量の影響により、意図に反する樹脂粉末の溶融が生じ、造形物の寸法精度が低下するおそれがある。

【0006】

また、構築プラットフォームにおいて、パターンが描画された樹脂粉末の層（以下、「既描画層」とも呼ぶ。）上に新たな樹脂粉末が供給された場合、新たな樹脂粉末の層では、既描画層の描画領域および周囲の領域の直上の温度が、所定の予熱温度よりも高くなることがある。したがって、新たな樹脂粉末の層において当該描画領域の直上にレーザ光を照射した場合、レーザ光の照射領域の周囲において、意図に反する樹脂粉末の溶融が生じるおそれがある。特に、上述のように、２つの描画領域に挟まれた細い非描画領域では、意図に反する樹脂粉末の溶融が生じる可能性が高くなる。

【0007】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、造形物を精度良く形成することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の態様１は、３次元造形装置であって、粉末状の造形材料を保持するステージ、および、前記ステージ上に造形材料を供給する材料供給部を有する材料保持部と、所定の配列方向に直線状に配列された複数の光スポットにより構成されるマルチスポットビームを、前記ステージ上の造形材料上にて変調しつつ走査する光学ヘッドと、造形物の設計データに基づいて前記材料保持部および前記光学ヘッドを制御することにより、前記ステージ上に造形材料を供給し、供給された造形材料の表層である描画対象層上にて、前記マルチスポットビームを所定の走査方向に走査して、光が照射された領域の造形材料を溶融させてパターンを描画することを繰り返させる制御部と、を備える。前記設計データにて描画が指示されていない非描画領域は、前記走査方向、前記走査方向に垂直かつ前記ステージに平行な幅方向、および、前記ステージに垂直な上下方向のうちの一の方向における大きさが補正閾値以下の狭小非描画領域を含む。前記制御部による制御によって、前記設計データにて描画が指示されている描画領域のうち前記狭小非描画領域に隣接する領域に対する光の照射が抑制される。

【0009】

本発明の態様２は、態様１の３次元造形装置であって、前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記幅方向である。前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が前記狭小非描画領域上に位置する際に、前記制御部による制御によって、前記狭小非描画スポット群、および、前記狭小非描画スポット群の前記配列方向の両側に隣接する２つの補正スポット群がＯＦＦとされる。

【0010】

本発明の態様３は、態様１の３次元造形装置であって、前記複数の光スポットでは階調の調節が可能である。前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記幅方向である。前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が前記狭小非描画領域上に位置する際に、前記制御部による制御によって、前記狭小非描画スポット群がＯＦＦとされ、前記狭小非描画スポット群の前記配列方向の両側に隣接する２つの補正スポット群において、各補正スポット群に含まれる２つ以上の光スポットの光強度が、前記狭小非描画スポット群から前記配列方向において離れるに従って増大するように調節される。

【0011】

本発明の態様４は、態様１（態様１ないし３のいずれか１つ、であってもよい。）の３次元造形装置であって、前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記走査方向である。前記制御部による制御によって、前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域上に位置する際にＯＦＦとされ、前記狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域の前記走査方向の両側に隣接する補正領域上に位置する際にもＯＦＦとされる。

【0012】

本発明の態様５は、態様１（態様１ないし３のいずれか１つ、であってもよい。）の３次元造形装置であって、前記複数の光スポットでは階調の調節が可能である。前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記走査方向である。前記制御部による制御によって、前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域上に位置する際にＯＦＦとされ、前記狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域の前記走査方向の両側に隣接する補正領域上に位置する際に、前記狭小非描画スポット群の光強度が、前記狭小非描画領域から前記走査方向に離れるに従って増大するように調節される。

【0013】

本発明の態様６は、態様１（態様１ないし５のいずれか１つ、であってもよい。）の３次元造形装置であって、前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記上下方向である。前記制御部による制御によって、前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域を含む描画対象層において前記狭小非描画領域上に位置する際にＯＦＦとされ、前記狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域の上側に隣接する上側描画領域を含む描画対象層において前記狭小非描画領域の上方に位置する際にもＯＦＦとされる。

【0014】

本発明の態様７は、態様１（態様１ないし５のいずれか１つ、であってもよい。）の３次元造形装置であって、前記複数の光スポットでは階調の調節が可能である。前記狭小非描画領域の前記一の方向は前記上下方向である。前記制御部による制御によって、前記複数の光スポットのうち前記狭小非描画領域上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域を含む描画対象層において前記狭小非描画領域上に位置する際にＯＦＦとされ、前記狭小非描画スポット群が、前記狭小非描画領域の上側に隣接する上側描画領域を含む複数の描画対象層において前記狭小非描画領域の上方に位置する際に、前記狭小非描画スポット群の光強度が、上側に向かうに従って増大するように調節される。

【0015】

本発明の態様８は、態様１ないし７のいずれか１つの３次元造形装置であって、前記ステージ上の造形材料の上面における温度分布を測定する温度測定部をさらに備える。前記補正閾値は可変である。前記温度測定部により測定された前記非描画領域と対応する領域における温度が高温になるに従って前記補正閾値が小さくなる。

【0016】

本発明の態様９は、３次元造形方法であって、ａ）粉末状の造形材料をステージ上に供給する工程と、ｂ）所定の配列方向に直線状に配列された複数の光スポットにより構成されるマルチスポットビームを、前記ステージ上に供給された造形材料の表層である描画対象層上にて、造形物の設計データに基づいて変調しつつ所定の走査方向に走査する工程と、ｃ）前記ａ）工程および前記ｂ）工程を繰り返す工程と、を備える。前記設計データにて描画が指示されていない非描画領域は、前記走査方向、前記走査方向に垂直かつ前記ステージに平行な幅方向、および、前記ステージに垂直な上下方向のうちの一の方向における大きさが補正閾値以下の狭小非描画領域を含む。前記ｂ）工程では、前記設計データにて描画が指示されている描画領域のうち前記狭小非描画領域に隣接する領域に対する光の照射が抑制される。

【発明の効果】

【0017】

本発明では、造形物を精度良く形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一の実施の形態に係る３次元造形装置の構成を示す図である。

【図2】制御部の構成を示す図である。

【図3】制御部の機能を示すブロック図である。

【図4】３次元造形装置における造形物の形成の流れを示す図である。

【図5】造形物の斜視図である。

【図6】造形物の横断面図である。

【図7】造形物の横断面図である。

【図8】比較例の３次元造形装置においてパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。

【図9】第１の補正方法を用いる３次元造形装置においてパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。

【図10】第２の補正方法を用いる３次元造形装置においてパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。

【図11】造形物の斜視図である。

【図12】造形物の横断面図である。

【図13】第３の補正方法を用いる３次元造形装置においてパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。

【図14】第４の補正方法を用いる３次元造形装置においてパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。

【図15】造形物の斜視図である。

【図16】造形物の縦断面図である。

【図17】第５の補正方法を用いる３次元造形装置においてパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。

【図18】第６の補正方法を用いる３次元造形装置においてパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１は、本発明の一の実施の形態に係る３次元造形装置１の構成を示す図である。図１に例示する３次元造形装置１は、粉末状の造形材料に変調されたレーザ光を照射することで、造形材料を溶融し、その後固化させることにより３次元造形を行うＳＬＳ（Selective Laser Sintering）式の３次元造形装置である。造形材料は、例えば、樹脂、金属、エンジニアリングプラスチックまたはセラミックス等である。当該造形材料は、複数種類の材料を含んでいてもよい。本実施の形態では、造形材料は粉末状の合成樹脂である。

【0020】

３次元造形装置１は、光学ヘッド２と、材料保持部３と、温度測定部４と、制御部５とを備える。材料保持部３は、光学ヘッド２の下方に配置され、粉末状の造形材料９１を保持する。図１では、材料保持部３を縦断面にて示し、造形材料９１に平行斜線を付す。光学ヘッド２は、材料保持部３により保持される造形材料９１上において、レーザ光を変調しつつ走査する。光学ヘッド２から造形材料９１に照射される光は、所定の配列方向に直線状に配列された複数の光スポットにより構成されるマルチスポットビームである。温度測定部４は、材料保持部３に保持される造形材料９１の温度を測定する。制御部５は、光学ヘッド２、材料保持部３および温度測定部４を制御する。

【0021】

材料保持部３は、造形部３１と、材料供給部３２とを備える。造形部３１は、第１シリンダ３３と、第１ピストン３４とを備える。第１シリンダ３３は、上下方向に延びる筒状の部材である。第１シリンダ３３の内部空間の平面視における形状は、例えば略矩形である。第１ピストン３４は、第１シリンダ３３の内部空間に収容される部材である。第１ピストン３４は、第１シリンダ３３の内部空間において、上下方向に移動可能である。第１ピストン３４は、上下方向に略垂直な略平板状のステージ３４１と、ステージ３４１を下方から支持する支柱３４２と、を備える。ステージ３４１の平面視における形状は、第１シリンダ３３の内部空間の平面視における形状と略同じである。

【0022】

造形部３１では、第１シリンダ３３の内側面とステージ３４１の上面とにより囲まれる３次元空間が、３次元造形が行われる造形空間３０となる。造形空間３０では、粉末状の造形材料９１がステージ３４１上に保持される。すなわち、３次元造形装置１は、粉末床方式の３次元造形装置である。

【0023】

造形部３１は、ステージ３４１上の造形材料９１を加熱するヒータ３５を備える。ヒータ３５は、ステージ３４１上の造形材料９１に略一様にエネルギーを付与することにより、造形材料９１を融点未満の温度まで昇温させて維持する。図１に示す例では、ヒータ３５は、第１ヒータ３５１と、第２ヒータ３５２とを備える。第１ヒータ３５１は、ステージ３４１の上部に設けられる略平板状の電熱ヒータである。第１ヒータ３５１は、例えば、ステージ３４１に内蔵され、平面視においてステージ３４１の略全面に亘って設けられる。第２ヒータ３５２は、ステージ３４１の上方に離間して配置され、ステージ３４１に向けて光を照射するハロゲンランプである。ヒータ３５の構成および配置等は、上述のものには限定されず、様々に変更されてよい。

【0024】

材料供給部３２は、第２シリンダ３５と、第２ピストン３６と、スキージ３７とを備える。第２シリンダ３５は、上下方向に延びる筒状の部材であり、第１シリンダ３３の側方に隣接して配置される。第２シリンダ３５の内部空間の平面視における形状は、例えば略矩形である。第２ピストン３６は、第２シリンダ３５の内部空間に収容される部材である。第２ピストン３６は、第２シリンダ３５の内部空間において、上下方向に移動可能である。第２ピストン３６の平面視における形状は、第２シリンダ３５の内部空間と略同じである。

【0025】

材料供給部３２では、第２シリンダ３５の内側面と第２ピストン３６の上面とにより囲まれる３次元空間が、造形部３１に供給される予定の造形材料９１が貯溜される貯溜空間となる。スキージ３７は、第２シリンダ３５の上部開口を横断して水平方向に延びる棒状（例えば、略円柱状）または板状の部材である。スキージ３７は、第２シリンダ３５の上端面に沿って水平方向に移動可能である。

【0026】

材料保持部３において、ステージ３４１上に造形材料９１が供給される際には、造形部３１の第１ピストン３４が所定距離だけ下降する。これにより、ステージ３４１上の造形材料９１の上面が、第１シリンダ３３の上端面よりも下側に位置する。一方、材料供給部３２では、第２ピストン３６が所定距離だけ上昇し、第２シリンダ３５内の造形材料９１が上方へと持ち上げられる。そして、スキージ３７が第２シリンダ３５上から第１シリンダ３３上へと移動することにより、第２シリンダ３５の上端面よりも上側に突出する造形材料９１が、造形部３１の造形空間３０内に供給される。造形空間３０内に保持された造形材料９１の上面は、第１シリンダ３３の上端面と略同じ高さに位置する。

【0027】

光学ヘッド２は、レーザ光源２１と、照明光学系２２１と、光変調器２２２と、第１投影光学系２２３と、走査部２３と、第２投影光学系２２４とを備える。レーザ光源２１は、光学装置２２へとレーザ光を出射する。レーザ光源２１は、例えば、ファイバレーザ光源である。なお、レーザ光源２１の種類は、様々に変更されてよい。また、レーザ光源２１から出射されるレーザ光の波長は、造形材料９１の種類等に合わせて適宜設定される。

【0028】

照明光学系２２１、光変調器２２２および第１投影光学系２２３は、レーザ光源２１からのレーザ光を変調ビームに変調し、走査部２３へと照射する。第２投影光学系２２４は、走査部２３からのマルチスポットビームをステージ３４１上の造形材料９１へと導く。照明光学系２２１、第１投影光学系２２３および第２投影光学系２２４はそれぞれ、レンズ等の光学素子を複数備える。

【0029】

照明光学系２２１は、例えば、レーザ光源２１からのレーザ光を、一の方向（以下、「長軸方向」と呼ぶ。）に長い略矩形状の整形ビームに整形して光変調器２２２へと導く。換言すれば、整形ビームの断面形状は、長軸方向に長く、長軸方向に垂直な短軸方向に短い略矩形である。長軸方向および短軸方向は、整形ビームの進行方向（すなわち、光軸方向）に垂直な方向である。また、整形ビームの断面形状とは、整形ビームの進行方向に対して垂直な面における整形ビームの形状である。整形ビームの断面形状は、長軸方向に延びる略直線状と捉えることもできる。

【0030】

光変調器２２２は、照明光学系２２１からの整形ビームを、変調ビームに変調して投影光学系２２３へと導く。光変調器２２２としては、例えば、ＰＬＶ（Planar Light Valve）の一種であるＬＰＬＶ（Liner Planar Light Valve）が利用される。上記変調ビームは、長軸方向に直線状に配列された複数の光スポットにより構成されるマルチスポットビームである。マルチスポットビームの各光スポットでは、階調の調節（すなわち、出射光の光強度の調節）が可能である。なお、光変調器２２２は、必ずしもＬＰＬＶである必要はなく、他の構造を有していてもよい。

【0031】

走査部２３は、第１投影光学系２２３からの変調ビーム（すなわち、マルチスポットビーム）を反射し、第２投影光学系２２４を介して材料保持部３の造形空間３０内の造形材料９１上で走査する。走査部２３は、例えば、リレーレンズ２３１と、ガルバノスキャナ２３２とを備える。ガルバノスキャナ２３２は、ガルバノミラー２３３と、ガルバノモータ（図示省略）とを備える走査機構である。走査部２３では、ガルバノモータによってガルバノミラー２３３が回転することにより、ガルバノミラー２３３により反射されるマルチスポットビームの進行方向が変更される。その結果、造形材料９１上に照射されたマルチスポットビームが、マルチスポットビームの長軸方向に対して傾斜する（例えば、長軸方向に垂直な）走査方向に走査される。

【0032】

図１に示す例では、図中の左右方向が、ステージ３４１に平行な上記走査方向である。また、図１の紙面に垂直な方向は、当該走査方向に垂直、かつ、ステージ３４１に平行な幅方向（すなわち、マルチスポットビームにおける複数の光スポットの配列方向）である。なお、走査部２３は、必ずしもガルバノスキャナを備える必要はなく、他の構造を有していてもよい。

【0033】

温度測定部４は、ステージ３４１上の造形材料９１の上面における温度分布を測定する。温度測定部４は、例えば、ステージ３４１上の造形材料９１の上面を略全面に亘って撮像可能な赤外線サーモグラフィカメラである。温度測定部４による測定結果（例えば、撮像画像）は、制御部５へと送られる。

【0034】

図２は、制御部５の構成を示す図である。制御部５は、プロセッサ５１と、メモリ５２と、入出力部５３と、バス５４とを備える通常のコンピュータである。バス５４は、プロセッサ５１、メモリ５２および入出力部５３を接続する信号回路である。メモリ５２は、各種情報を記憶する。メモリ５２は、例えば、記憶媒体５０に予め記憶されているプログラムプロダクトであるプログラム５９を読み出して記憶する。記憶媒体５０は、例えば、ＵＳＢメモリやＣＤ－ＲＯＭである。プロセッサ５１は、メモリ５２に記憶される上記プログラム５９等に従って、メモリ５２等を利用しつつ様々な処理（例えば、数値計算）を実行する。入出力部５３は、オペレータからの入力を受け付けるキーボード５５およびマウス５６、並びに、プロセッサ５１からの出力等を表示するディスプレイ５７を備える。入出力部５３は、プロセッサ５１からの出力等を送信する送信部５８も備える。

【0035】

図３は、制御部５によって上記プログラム５９が実行されることにより実現される機能を示すブロック図である。３次元造形装置１は、制御部５により実現される機能として、記憶部５０１と、補正部５０２と、描画制御部５０３とを備える。記憶部５０１は、主にメモリ５２により実現され、３次元造形装置１により形成される造形物の設計データ、および、温度測定部４により測定された造形材料９１の温度分布等を記憶する。補正部５０２および描画制御部５０３は、主にプロセッサ５１により実現される。補正部５０２は、造形物の設計データを補正する。描画制御部５０３は、材料保持部３および光学ヘッド２等を制御する。

【0036】

次に、図４を参照しつつ、３次元造形装置１における造形物の形成の流れについて説明する。３次元造形装置１では、まず、形成予定の３次元の造形物の設計データが制御部５の記憶部５０１に記憶される（ステップＳ１１）。当該設計データは、造形物を上下方向において所定の厚さ毎にスライスした横断面を示すデータ（以下、「断面データ」とも呼ぶ。）の集合である。当該断面データは、造形物を上下方向に積層される複数の層に分割した場合の１つの層に相当する部位の形状を示すデータである。

【0037】

続いて、補正部５０２により、設計データの補正が行われて描画データが生成される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において生成された描画データは、記憶部５０１に格納される。ステップＳ１２における設計データの補正の詳細については、後述する。

【0038】

次に、描画制御部５０３によって材料保持部３が制御されることにより、粉末状の造形材料９１がステージ３４１上に供給される（ステップＳ１３）。ステージ３４１上の造形材料９１は、ヒータ３５により予熱されて昇温し、造形材料９１の融点よりも低く、かつ、造形材料９１の結晶点（すなわち、結晶化温度）よりも高い温度にて維持される。例えば、造形材料９１として融点１８５℃、結晶点１５０℃の樹脂粉末が利用される場合、ステージ３４１上の造形材料９１の温度は、１５０℃よりも高く、かつ、１８５℃よりも低い温度（例えば、約１７３℃）に維持される。これにより、ステージ３４１上の造形材料９１は、溶融することなく粉末の状態で維持される。また、ステージ３４１上において溶融した造形材料９１は、固化することなく溶融した状態で維持される。

【0039】

そして、描画制御部５０３によって光学ヘッド２が制御されることにより、上述のマルチスポットビームが、ステージ３４１上に供給された造形材料９１の表層（以下、「描画対象層９２」とも呼ぶ。）において、上述の描画データを用いて変調されつつ上記走査方向に走査される（ステップＳ１４）。これにより、描画対象層９２において光が照射された領域の造形材料９１の温度が上昇して融点以上の造形温度（例えば、約２２０℃）になり、当該領域の造形材料９１が溶融して描画対象層９２にパターン（すなわち、溶融した造形材料９１により構成されるパターン）が描画される。

【0040】

なお、ステップＳ１４におけるパターンの描画は、マルチスポットビームが走査方向に１回のみ走査されるワンパス描画により行われてもよく、マルチスポットビームの走査方向への走査と幅方向（すなわち、副走査方向）へのステップ移動とが繰り返されるマルチパス描画により行われてもよい。

【0041】

描画対象層９２では、光が照射された領域において溶融した造形材料９１から、当該領域の周囲の造形材料９１へと熱が拡散する。これにより、光が照射された領域の造形材料９１の温度は低下するが、描画対象層９２の造形材料９１の温度はヒータ３５により上記結晶点よりも高温に維持されているため、当該領域において造形材料９１は溶融状態にて維持される。

【0042】

描画対象層９２に対するパターンの描画が終了すると、造形物の形成が完了したか否かが確認される（ステップＳ１５）。造形物の形成が完了していない場合は、ステップＳ１３へと戻り、ステージ３４１上においてパターンが描画された造形材料９１の層上に、新たに造形材料９１が供給されて新たな描画対象層９２が形成される（ステップＳ１３）。そして、新たな描画対象層９２上においてマルチスポットビームが走査され、溶融された造形材料９１によるパターンが描画される（ステップＳ１４）。

【0043】

上述のように、ステップＳ１４にて描画されたパターンでは、造形材料９１が溶融状態で維持されており、１回前のステップＳ１４にて描画されたパターンにおいても、造形材料９１が溶融状態で維持されている。このように、３次元造形装置１では、溶融状態の造形材料９１が積層されるため、固化した際に積層方向（すなわち、上下方向）における結合力が高い造形物が形成される。

【0044】

３次元造形装置１では、造形物の形成が完了するまで、ステップＳ１３～Ｓ１４が繰り返される。ステップＳ１３～Ｓ１４が繰り返されている間、ヒータ３５による造形材料９１の加熱は継続され、ステップＳ１３～Ｓ１４の繰り返しが終了すると、ヒータ３５による造形材料９１の加熱も終了する。これにより、上述のパターンにおいて溶融状態で維持されていた造形材料９１が結晶点以下まで降温して固化し、固化した造形材料９１により構成される３次元の造形物が形成される。

【0045】

次に、３次元造形装置１における造形物の形成と、比較例の３次元造形装置における造形物の形成とを比較しつつ、上述のステップＳ１２における設計データの補正について説明する。比較例の３次元造形装置は、３次元造形装置１と略同様の構造を有するが、造形物の形成の際に、ステップＳ１２における設計データの補正を行わない。すなわち、比較例の３次元造形装置では、ステップＳ１４において、補正されていない設計データを使用して描画対象層９２に対する描画が行われる。

【0046】

図５は、３次元造形装置１および比較例の３次元造形装置により造形される予定の造形物８１を示す斜視図である。造形物８１は略直方体状であり、造形物８１の上面には、第１溝８１１および第２溝８１２が設けられる。第１溝８１１および第２溝８１２は、上述の走査方向に平行に延びる略直線状の溝であり、造形物８１の走査方向の全長に亘って設けられる。第１溝８１１および第２溝８１２の深さは同じであり、造形物８１の高さよりも小さい。第１溝８１１の幅方向の大きさは、第２溝８１２の幅方向の大きさよりも小さい。

【0047】

図６は、図５中のＶＩ－ＶＩの位置における造形物８１の横断面８１３を示す図である。図７は、図５中のＶＩＩ－ＶＩＩの位置における造形物８１の横断面８１４を示す図である。横断面８１３，８１４にそれぞれ対応する断面データは、上述の設計データ（すなわち、補正前の設計データ）に含まれている。横断面８１３では、造形物８１に対応する矩形領域全体が、設計データにおいて描画が指示されている描画領域８１５である。図６では、描画領域８１５に平行斜線を付す。

【0048】

横断面８１４では、横断面８１３における描画領域８１５の直上の矩形領域のうち、第１溝８１１および第２溝８１２にそれぞれ対応する矩形帯状の領域は、設計データにおいて描画が指示されていない非描画領域８１６，８１７である。また、非描画領域８１６の左側の矩形領域、非描画領域８１６と非描画領域８１７との間の矩形領域、および、非描画領域８１７の右側の矩形領域はそれぞれ、設計データにおいて描画が指示されている描画領域８１５ａ，８１５ｂ，８１５ｃである。図７では、描画領域８１５ａ，８１５ｂ，８１５ｃに平行斜線を付す。

【0049】

図７に示す例では、第１溝８１１に対応する非描画領域８１６の幅方向（すなわち、図中の左右方向）における大きさは、所定の補正閾値以下である。また、第２溝８１２に対応する非描画領域８１７の幅方向における大きさは、当該補正閾値（すなわち、幅方向における補正閾値）よりも大きい。以下の説明では、非描画領域８１６を「狭小非描画領域８１６」とも呼ぶ。すなわち、図７に示す例では、非描画領域８１６，８１７は、狭小非描画領域８１６を含む。

【0050】

図８は、比較例の３次元造形装置において横断面８１４に対応するパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。図８中において（ａ）の符号を付す図（以下、図８（ａ）とも呼ぶ。）は、横断面８１４における設計データ上のパターン（すなわち、設計パターン）を示す図である。図８（ｂ）は、描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルを示すグラフである。図８（ｂ）中の横軸は幅方向を示し、縦軸は光量を示す。図８（ｃ）は、図８（ｂ）に示す光量プロファイルを有するマルチスポットビームが照射された描画対象層９２における温度分布を示す図である。図８（ｃ）中の横軸は幅方向を示し、縦軸は描画対象層９２における造形材料９１の温度を示す。図８（ｄ）は、横断面８１４における実際に描画されたパターン（すなわち、描画パターン）を示す図である。

【0051】

比較例の３次元造形装置では、上述のように、設計データに対する補正が行われないため、図８（ｂ）に示すように、設計パターンの描画領域８１５ａ，８１５ｂ，８１５ｃと同じ幅の領域が、マルチスポットビームのスポットが点灯されるＯＮ領域７１１ａ，７１１ｂ，７１１ｃとされる。また、設計パターンの非描画領域８１６，８１７と同じ幅の領域が、マルチスポットビームのスポットが消灯されるＯＦＦ領域７１２，７１３とされる。図８（ｃ）中において実線にて示すように、ＯＮ領域７１１ａ，７１１ｂ，７１１ｃでは、描画対象層９２における造形材料９１の温度は、造形材料９１の融点（例えば、１８５℃）よりも高い所定の造形温度（例えば、２２０℃）まで上昇する。

【0052】

図８（ｂ）に示すように、ＯＮ領域７１１ａにおける光量分布は、略矩形分布となる。また、ＯＮ領域７１１ａの幅方向の端部の外側では、光量はいきなり０にはならず、ＯＮ領域７１１ａから離れるに従って漸次減少する。以下の説明では、ＯＮ領域７１１ａの光スポットにおける光に起因してＯＮ領域７１１ａの幅方向の端部の外側に生じる光量を「端部光量」とも呼ぶ。ＯＮ領域７１１ｂ，７１１ｃにおいても同様である。

【0053】

幅方向の大きさが比較的大きい非描画領域８１７に対応するＯＦＦ領域７１３では、幅方向の両端部の光量は、両側に隣接するＯＮ領域７１１ｂ，７１１ｃの端部光量によって若干増大する。また、ＯＦＦ領域７１３には、ＯＮ領域７１１ｂ，７１１ｃからの熱拡散も生じる。このため、図８（ｃ）中において実線にて示すように、ＯＦＦ領域７１３における造形材料９１の温度は、予熱温度（例えば、１７３℃）よりも若干上昇する。

【0054】

一方、幅方向の大きさが小さい狭小非描画領域８１６に対応するＯＦＦ領域７１２では、図８（ｂ）に示すように、両側に隣接するＯＮ領域７１１ａ，７１１ｂの端部光量が累積するため、非描画領域８１７に対応するＯＦＦ領域７１３よりも光量が大きくなる。また、ＯＦＦ領域７１２では、ＯＮ領域７１１ａ，７１１ｂから拡散される熱も重複する。したがって、図８（ｃ）中において実線にて示すように、ＯＦＦ領域７１２における造形材料９１の温度は、ＯＦＦ領域７１３における造形材料９１の温度よりも高くなる。

【0055】

その後、時間経過に伴うＯＮ領域７１１ａ，７１１ｂ，７１１ｃからの熱拡散により、図８（ｃ）中において二点鎖線にて示すように、ＯＮ領域７１１ａ，７１１ｂ，７１１ｃにおける造形材料９１の温度は低下し、ＯＦＦ領域７１２，７１３における造形材料９１の温度は上昇する。その結果、ＯＦＦ領域７１２における造形材料９１の温度が融点（例えば、１８５℃）よりも高くなり、ＯＦＦ領域７１２において、意図に反した造形材料９１の溶融が生じるおそれがある。その結果、図８（ｄ）に示すように、実際の描画パターンにおいて、描画領域８１５ａと描画領域８１５ｂとの間で狭小非描画領域８１６が消滅するか、あるいは、狭小非描画領域８１６の幅が設計値よりも小さくなる。なお、ＯＦＦ領域７１３における造形材料９１の温度は融点まで上昇しないため、ＯＦＦ領域７１３では造形材料９１の溶融は生じない。したがって、非描画領域８１７は、描画領域８１５ｂと描画領域８１５ｃとの間に存在する。

【0056】

これに対し、本実施の形態にかかる３次元造形装置１では、上述のステップＳ１２において、補正部５０２（図３参照）による設計データの補正が行われて描画データが生成され、当該描画データに基づいて、描画対象層９２（図１参照）に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルが調節されることにより、意図に反した造形材料９１の溶融が抑制される。

【0057】

図９は、３次元造形装置１において横断面８１４に対応するパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。図９（ａ）は、横断面８１４における設計データ上のパターン（すなわち、設計パターン）を示す図であり、図８（ａ）に示すものと同じである。図９（ｂ）は、描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルを示すグラフである。図９（ｂ）中の横軸は幅方向を示し、縦軸は光量を示す。図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示す光量プロファイルを有するマルチスポットビームが照射された描画対象層９２における温度分布を示す図である。図９（ｃ）中の横軸は幅方向を示し、縦軸は描画対象層９２における造形材料９１の温度を示す。図９（ｄ）は、横断面８１４における実際に描画されたパターン（すなわち、描画パターン）を示す図である。

【0058】

３次元造形装置１では、補正部５０２による設計データの補正により、図９（ｂ）に示すように、狭小非描画領域８１６に対応するＯＦＦ領域７１５の幅方向の幅が、図８（ｂ）に示すＯＦＦ領域７１２の幅方向の幅（すなわち、設計パターンにおける狭小非描画領域８１６の幅）よりも大きくされる。具体的には、設計パターンの描画領域８１５ａに対応するＯＮ領域７１４ａとＯＦＦ領域７１５との境界が、図８（ｂ）に示すＯＮ領域７１１ａとＯＦＦ領域７１２との境界よりも左側へと移動する。また、設計パターンの描画領域８１５ｂに対応するＯＮ領域７１４ｂとＯＦＦ領域７１５との境界が、図８（ｂ）に示すＯＮ領域７１１ｂとＯＦＦ領域７１２との境界よりも右側へと移動する。

【0059】

すなわち、３次元造形装置１では、描画領域８１５ａ，８１５ｂのうち狭小非描画領域８１６に隣接する領域（以下、「狭小部隣接領域８１８」とも呼ぶ。）に対する光の照射が抑制される。換言すれば、狭小部隣接領域８１８における単位面積当たりの積算光量が、描画領域８１５ａ，８１５ｂのうち狭小部隣接領域８１８を除く領域における単位面積当たりの積算光量よりも低減される。図９（ａ）では、各狭小部隣接領域８１８を二点鎖線にて囲んで示す。

【0060】

上述の光量プロファイルの補正は、マルチスポットビームの複数の光スポットのうち、狭小非描画領域８１６上を通過する１つ以上の光スポット（以下、「狭小非描画スポット群」とも呼ぶ。）が、狭小非描画領域８１６上に位置する際にＯＦＦとされるとともに、狭小非描画スポット群の幅方向の両側に隣接する２つの光スポット群（以下、「補正スポット群」とも呼ぶ。）もＯＦＦとされることにより実現される。

【0061】

狭小非描画スポット群が２つ以上の光スポットを含む場合、当該２つ以上の光スポットは、マルチスポットビームにおける複数の光スポットの配列方向において連続して配置される。各補正スポット群は、１つまたは２つ以上の光スポットを含む。各補正スポット群が２つ以上の光スポットを含む場合、当該２つ以上の光スポットは上記配列方向において連続して配置される。各補正スポット群に含まれる光スポットの数は、造形材料９１の融点と結晶点との差が小さくなるに従って増加することが好ましい。また、各補正スポット群と狭小非描画スポット群との間には、他の光スポットは存在しない。

【0062】

３次元造形装置１では、描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルが、図９（ｂ）に示すように補正されることにより、狭小非描画領域８１６に対応するＯＦＦ領域７１５において、両側に隣接するＯＮ領域７１４ａ，７１４ｂの端部光量が累積することが抑制される。また、ＯＦＦ領域７１５において、ＯＮ領域７１４ａ，７１４ｂから拡散される熱が重複することも抑制される。

【0063】

このため、ＯＦＦ領域７１５における造形材料９１の温度は、図９（ｃ）中において実線にて示すように、予熱温度（例えば、１７３℃）よりもある程度上昇するものの、図８（ｃ）に示すＯＦＦ領域７１２程は上昇しない。また、時間経過に伴うＯＮ領域７１４ａ，７１４ｂからの熱拡散が生じた後は、二点鎖線にて示すように、ＯＦＦ領域７１５の幅方向中央部における造形材料９１の温度は融点（例えば、１８５℃）未満となり、ＯＦＦ領域７１５の幅方向両端部における造形材料９１の温度は融点以上となる。したがって、ＯＦＦ領域７１５の幅方向中央部においては、図８（ｃ）に示すＯＦＦ領域７１２とは異なり、造形材料９１の溶融は生じない。一方、ＯＦＦ領域７１５の幅方向両端部においては、意図通り造形材料９１の溶融が生じる。

【0064】

３次元造形装置１では、マルチスポットビームにおける上述の補正スポット群以外の光スポットのＯＮ／ＯＦＦ（例えば、非描画領域８１７および描画領域８１５ｃに対応するＯＦＦ領域７１６およびＯＮ領域７１４ｃにおけるＯＮ／ＯＦＦ等）は、比較例の３次元造形装置と同じである。このため、描画領域８１５ａ，８１５ｂ，８１５ｃにおける造形材料９１の溶融は設計データ通りに行われ、非描画領域８１７では、設計データどおり造形材料９１の溶融は生じない。その結果、図９（ｄ）に示すように、描画対象層９２に対するパターンの描画を、比較例の３次元造形装置に比べて精度良く行うことができる。

【0065】

３次元造形装置１では、ステップＳ１２における設計データの補正方法は、上述のもの（以下、「第１の補正方法」とも呼ぶ。）には限定されず、様々に変更されてよい。以下、第２の補正方法について説明する。

【0066】

図１０は、第２の補正方法を用いる３次元造形装置１において横断面８１４に対応するパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。図１０（ａ）は、横断面８１４における設計データ上のパターン（すなわち、設計パターン）を示す図であり、図９（ａ）に示すものと同じである。図１０（ｂ）は、第２の補正方法にて生成された描画データに基づいて描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルを示すグラフである。図１０（ｂ）中の横軸は幅方向を示し、縦軸は光量を示す。図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）に示す光量プロファイルを有するマルチスポットビームが照射された描画対象層９２における温度分布を示す図である。図１０（ｃ）中の横軸は幅方向を示し、縦軸は描画対象層９２における造形材料９１の温度を示す。図１０（ｄ）は、横断面８１４における実際に描画されたパターン（すなわち、描画パターン）を示す図である。

【0067】

第２の補正方法を用いる３次元造形装置１では、補正部５０２による設計データの補正により、図１０（ｂ）に示すように、狭小非描画領域８１６に対応するＯＦＦ領域７１８の幅方向の両側において、設計パターンの描画領域８１５ａ，８１５ｂに対応するＯＮ領域７１７ａ，７１７ｂとＯＦＦ領域７１８との境界がテーパ状とされる。具体的には、ＯＮ領域７１７ａのうちＯＦＦ領域７１８側の端部における光量が、ＯＦＦ領域７１８に近付くに従って漸次減少する。また、ＯＮ領域７１７ｂのうちＯＦＦ領域７１８側の端部における光量が、ＯＦＦ領域７１８に近付くに従って漸次減少する。ＯＦＦ領域７１８の幅（すなわち、図１０（ｂ）中において光量が０近傍にて大きく変動していない領域の幅）は、図８（ｂ）に示すＯＦＦ領域７１２の幅（すなわち、設計パターンにおける狭小非描画領域８１６の幅）と同じである。なお、ＯＦＦ領域７１８の幅は、ＯＦＦ領域７１２の幅よりも大きくてもよく、小さくてもよい。

【0068】

すなわち、第２の補正方法を用いる３次元造形装置１においても、第１の補正方法を用いる３次元造形装置１と略同様に、描画領域８１５ａ，８１５ｂのうち狭小部隣接領域８１８に対する光の照射が抑制される。換言すれば、狭小部隣接領域８１８における単位面積当たりの積算光量が、描画領域８１５ａ，８１５ｂのうち狭小部隣接領域８１８を除く領域における単位面積当たりの積算光量よりも低減される。図１０（ａ）では、各狭小部隣接領域８１８を二点鎖線にて囲んで示す。

【0069】

上述の光量プロファイルの補正は、マルチスポットビームの複数の光スポットのうち狭小非描画スポット群が、狭小非描画領域８１６上に位置する際にＯＦＦとされるとともに、狭小非描画スポット群の幅方向の両側に隣接する２つ補正スポット群において、各補正スポット群に含まれる２つ以上の光スポットの光強度が、狭小非描画スポット群から上記配列方向に離れるに従って増大するように調節されることにより実現される。

【0070】

狭小非描画スポット群が２つ以上の光スポットを含む場合、当該２つ以上の光スポットは、上記配列方向において連続して配置される。各補正スポット群は、当該配列方向において連続して配置される２つ以上の光スポットを含む。各補正スポット群では、狭小非描画スポット群から幅方向に最も離れた光スポットの光強度は、描画領域８１５ａ，８１５ｂのうち狭小部隣接領域８１８を除く領域と対応する光スポットの光強度と略同じであってもよい。各補正スポット群に含まれる光スポットの数は、造形材料９１の融点と結晶点との差が小さくなるに従って増加することが好ましい。これにより、狭小部隣接領域８１８と対応する領域における光量プロファイルの勾配が緩やかになる。また、各補正スポット群と狭小非描画スポット群との間には、他の光スポットは存在しない。

【0071】

第２の補正方法を用いる３次元造形装置１では、描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルが、図１０（ｂ）に示すように補正されることにより、狭小非描画領域８１６に対応するＯＦＦ領域７１８において、幅方向の両側に隣接するＯＮ領域７１７ａ，７１７ｂの端部光量が累積することが抑制される。また、ＯＦＦ領域７１８において、ＯＮ領域７１７ａ，７１７ｂから拡散される熱が重複することも抑制される。このため、ＯＦＦ領域７１８における造形材料９１の温度は、図１０（ｃ）中において実線にて示すように、予熱温度（例えば、１７３℃）よりもある程度上昇するものの、時間経過に伴うＯＮ領域７１７ａ，７１７ｂからの熱拡散が生じた後も、二点鎖線にて示すように造形材料９１の融点（例えば、１８５℃）までは上昇しない。したがって、ＯＦＦ領域７１８においては、図８（ｃ）に示すＯＦＦ領域７１２とは異なり、造形材料９１の溶融は生じない。また、ＯＦＦ領域７１８において造形材料９１の溶融が多少生じたとしても、図８（ｃ）に示すＯＦＦ領域７１２における造形材料９１の溶融に比べて抑制される。一方、ＯＮ領域７１７ａ，７１７ｂのＯＦＦ領域７１８に隣接する領域では、意図通り造形材料９１の溶融が生じる。

【0072】

第２の補正方法を用いる３次元造形装置１では、マルチスポットビームにおける上述の補正スポット群以外の光スポットのＯＮ／ＯＦＦ（例えば、非描画領域８１７および描画領域８１５ｃに対応するＯＦＦ領域７１９およびＯＮ領域７１７ｃにおけるＯＮ／ＯＦＦ等）は、第１の補正方法を用いる３次元造形装置１と同じである。このため、描画領域８１５ａ，８１５ｂ，８１５ｃにおける造形材料９１の溶融は設計データ通りに行われ、非描画領域８１７では、設計データどおり造形材料９１の溶融は生じない。その結果、図１０（ｄ）に示すように、描画対象層９２に対するパターンの描画を、比較例の３次元造形装置に比べて精度良く行うことができる。

【0073】

次に、ステップＳ１２において用いられる第３および第４の補正方法について説明する。図１１は、第３および第４の補正方法を用いる３次元造形装置１により造形される予定の造形物８２を示す斜視図である。造形物８２は略直方体状であり、造形物８２の上面には、溝８２１が設けられる。溝８２１は、上述の幅方向に平行に延びる略直線状の溝であり、造形物８２の幅方向の全長に亘って設けられる。溝８２１の走査方向の大きさは、図５に示す第１溝８１１の幅方向の大きさと略同じである。

【0074】

図１２は、図１１中のＸＩＩ－ＸＩＩの位置における造形物８２の横断面８２４を示す図である。横断面８２４に対応する断面データは、上述の設計データ（すなわち、補正前の設計データ）に含まれている。横断面８２４では、溝８２１に対応する矩形帯状の領域は、設計データにおいて描画が指示されていない非描画領域８２６である。図１２に示す例では、非描画領域８２６の走査方向における大きさは所定の補正閾値以下であり、以下の説明では、非描画領域８２６を「狭小非描画領域８２６」とも呼ぶ。なお、当該補正閾値（すなわち、走査方向における補正閾値）は、上述の幅方向における補正閾値と同じであってもよく、異なっていてもよい。横断面８２４では、狭小非描画領域８２６の走査方向における両側の矩形領域はそれぞれ、設計データにおいて描画が指示されている描画領域８２５ａ，８２５ｂである。図１２では、描画領域８２５ａ，８２５ｂに平行斜線を付す。

【0075】

設計データの補正を行わない比較例の３次元造形装置では、描画領域８２５ａの描画中は、上述のマルチスポットビームの全ての光スポットが点灯され、マルチスポットビームが狭小非描画領域８２６上に位置する際にのみ全ての光スポットが消灯され、描画領域８２５ｂの描画中は、全ての光スポットが再び点灯される。このため、図８に示す狭小非描画領域８１６と略同様に、狭小非描画領域８２６において意図に反した造形材料９１の溶融が生じるおそれがある。

【0076】

これに対し、第３および第４の補正方法を用いる３次元造形装置１では、補正部５０２による設計データの補正が行われて描画データが生成され、当該描画データに基づいて、描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルが調節されることにより、意図に反した造形材料９１の溶融が抑制される。

【0077】

図１３は、第３の補正方法を用いる３次元造形装置１において横断面８２４に対応するパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。図１３（ａ）は、横断面８２４における設計データ上のパターン（すなわち、設計パターン）の一部を示す図である。図１３（ｂ）は、第３の補正方法にて生成された描画データに基づいて描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルを示すグラフである。図１３（ｂ）中の縦軸は走査方向を示し、横軸は光量を示す。図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）に示す光量プロファイルを有するマルチスポットビームが照射された描画対象層９２における温度分布を示す図である。図１３（ｃ）中の縦軸は走査方向を示し、横軸は描画対象層９２における造形材料９１の温度を示す。図１３（ｄ）は、横断面８２４における実際に描画されたパターン（すなわち、描画パターン）の一部を示す図である。

【0078】

第３の補正方法を用いる３次元造形装置１では、補正部５０２による設計データの補正により、図１３（ｂ）に示すように、狭小非描画領域８２６に対応するＯＦＦ領域７２５の走査方向の幅が、図１３（ａ）に示す設計パターンにおける狭小非描画領域８２６の走査方向の幅よりも大きくされる。具体的には、設計パターンの描画領域８２５ａに対応するＯＮ領域７２４ａとＯＦＦ領域７２５との境界が、描画領域８２５ａと狭小非描画領域８２６との境界よりも図１３中における下側（すなわち、走査方向の手前側）へと移動する。また、設計パターンの描画領域８２５ｂに対応するＯＮ領域７２４ｂとＯＦＦ領域７２５との境界が、描画領域８２５ｂと狭小非描画領域８２６との境界よりも図１３中における上側（すなわち、走査方向の奥側）へと移動する。

【0079】

すなわち、第３の補正方法を用いる３次元造形装置１では、描画領域８２５ａ，８２５ｂのうち狭小非描画領域８２６に隣接する領域（以下、「補正領域８２８」とも呼ぶ。）に対する光の照射が抑制される。換言すれば、補正領域８２８における単位面積当たりの積算光量が、描画領域８２５ａ，８２５ｂのうち補正領域８２８を除く領域における単位面積当たりの積算光量よりも低減される。図１３（ａ）では、各補正領域８２８を二点鎖線にて囲んで示す。

【0080】

上述の光量プロファイルの補正は、マルチスポットビームの複数の光スポットのうち、狭小非描画領域８２６上を通過する１つ以上の光スポット（以下、「狭小非描画スポット群」とも呼ぶ。）が、狭小非描画領域８２６上に位置する際にＯＦＦとされるとともに、狭小非描画スポット群が狭小非描画領域８２６の走査方向の両側に隣接する補正領域８２８上に位置する際にもＯＦＦとされることにより実現される。

【0081】

狭小非描画スポット群が２つ以上の光スポットを含む場合、当該２つ以上の光スポットは、マルチスポットビームにおける複数の光スポットの配列方向において連続して配置される。なお、上述の例では、狭小非描画スポット群はマルチスポットビームの全ての光スポットを含む。また、狭小非描画領域８２６と各補正領域８２８とは走査方向において連続しており、狭小非描画領域８２６と各補正領域８２８との走査方向の間には、他の領域は存在しない。各補正領域８２８の走査方向の幅は、造形材料９１の融点と結晶点との差が小さくなるに従って増加することが好ましい。

【0082】

第３の補正方法を用いる３次元造形装置１では、描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルが、図１３（ｂ）に示すように補正されることにより、狭小非描画領域８２６に対応するＯＦＦ領域７２５において、走査方向の両側に隣接するＯＮ領域７２４ａ，７２４ｂの端部光量が累積することが抑制される。また、ＯＦＦ領域７２５において、ＯＮ領域７２４ａ，７２４ｂから拡散される熱が重複することも抑制される。このため、ＯＦＦ領域７２５における造形材料９１の温度は、図１３（ｃ）中において実線にて示すように、予熱温度（例えば、１７３℃）よりもある程度上昇するものの、比較例の３次元造形装置における温度上昇程は上昇しない。また、時間経過に伴うＯＮ領域７２４ａ，７２４ｂからの熱拡散が生じた後は、二点鎖線にて示すように、ＯＦＦ領域７２５の走査方向中央部における造形材料９１の温度は融点（例えば、１８５℃）未満となり、ＯＦＦ領域７２５の走査方向両端部における造形材料９１の温度は融点以上となる。したがって、ＯＦＦ領域７２５の走査方向中央部においては、比較例の３次元造形装置とは異なり、造形材料９１の溶融は生じない。一方、ＯＦＦ領域７２５の走査方向両端部においては、意図通り造形材料９１の溶融が生じる。

【0083】

第３の補正方法を用いる３次元造形装置１では、描画領域８２５ａ，８２５ｂにおける造形材料９１の溶融は設計データ通りに行われ、図１３（ｄ）に示すように、描画対象層９２に対するパターンの描画を、比較例の３次元造形装置に比べて精度良く行うことができる。

【0084】

図１４は、第４の補正方法を用いる３次元造形装置１において横断面８２４に対応するパターンを描画する際の光量プロファイル等を示す図である。図１４（ａ）は、横断面８２４における設計データ上のパターン（すなわち、設計パターン）の一部を示す図であり、図１３（ａ）に示すものと同じである。図１４（ｂ）は、第４の補正方法にて生成された描画データに基づいて描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルを示すグラフである。図１４（ｂ）中の縦軸は走査方向を示し、横軸は光量を示す。図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）に示す光量プロファイルを有するマルチスポットビームが照射された描画対象層９２における温度分布を示す図である。図１４（ｃ）中の縦軸は走査方向を示し、横軸は描画対象層９２における造形材料９１の温度を示す。図１４（ｄ）は、横断面８２４における実際に描画されたパターン（すなわち、描画パターン）の一部を示す図である。

【0085】

第４の補正方法を用いる３次元造形装置１では、補正部５０２による設計データの補正により、図１４（ｂ）に示すように、狭小非描画領域８２６に対応するＯＦＦ領域７２８の幅方向の両側において、設計パターンの描画領域８２５ａ，８２５ｂに対応するＯＮ領域７２７ａ，７２７ｂとＯＦＦ領域７２８との境界がテーパ状とされる。具体的には、ＯＮ領域７２７ａのうちＯＦＦ領域７２８側の端部における光量が、ＯＦＦ領域７２８に近付くに従って漸次減少する。また、ＯＮ領域７２７ｂのうちＯＦＦ領域７２８側の端部における光量が、ＯＦＦ領域７２８に近付くに従って漸次減少する。ＯＦＦ領域７２８の幅は、設計パターンにおける狭小非描画領域８２６の幅と同じである。なお、ＯＦＦ領域７２８の幅は、狭小非描画領域８２６の幅よりも大きくてもよく、小さくてもよい。

【0086】

すなわち、第４の補正方法を用いる３次元造形装置１においても、第３の補正方法を用いる３次元造形装置１と略同様に、描画領域８２５ａ，８２５ｂのうち補正領域８２８に対する光の照射が抑制される。換言すれば、補正領域８２８における単位面積当たりの積算光量が、描画領域８２５ａ，８２５ｂのうち補正領域８２８を除く領域における単位面積当たりの積算光量よりも低減される。図１４（ａ）では、各補正領域８２８を二点鎖線にて囲んで示す。各補正領域８２８は、マルチスポットビームの２つ以上の光スポットに対応する。補正領域８２８の当該２つ以上の光スポットのうち、狭小非描画領域８２６から走査方向において最も離れている光スポットによる単位面積当たりの積算光量は、描画領域８２５ａ，８２５ｂのうち補正領域８２８を除く領域における単位面積当たりの積算光量と略同じであってもよい。

【0087】

上述の光量プロファイルの補正は、マルチスポットビームの複数の光スポットのうち狭小非描画スポット群が、狭小非描画領域８２６上に位置する際にＯＦＦとされるとともに、補正領域８２８上に位置する際に、狭小非描画スポット群の各光スポットの光強度が、狭小非描画領域８２６から走査方向に離れるに従って増大するように調節されることにより実現される。

【0088】

狭小非描画スポット群が２つ以上の光スポットを含む場合、当該２つ以上の光スポットは、マルチスポットビームにおける複数の光スポットの配列方向において連続して配置される。なお、上述の例では、狭小非描画スポット群はマルチスポットビームの全ての光スポットを含む。また、狭小非描画領域８２６と各補正領域８２８とは走査方向において連続しており、狭小非描画領域８２６と各補正領域８２８との走査方向の間には、他の領域は存在しない。各補正領域８２８の走査方向の幅は、造形材料９１の融点と結晶点との差が小さくなるに従って増加することが好ましい。これにより、補正領域８２８における光量プロファイルの勾配が緩やかになる。

【0089】

第４の補正方法を用いる３次元造形装置１では、描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルが、図１４（ｂ）に示すように補正されることにより、狭小非描画領域８２６に対応するＯＦＦ領域７２８において、走査方向の両側に隣接するＯＮ領域７２７ａ，７２７ｂの端部光量が累積することが抑制される。また、ＯＦＦ領域７２８において、ＯＮ領域７２７ａ，７２７ｂから拡散される熱が重複することも抑制される。このため、ＯＦＦ領域７２８における造形材料９１の温度は、図１４（ｃ）中において実線にて示すように、予熱温度（例えば、１７３℃）よりもある程度上昇するものの、時間経過に伴うＯＮ領域７２７ａ，７２７ｂからの熱拡散が生じた後も、二点鎖線にて示すように造形材料９１の融点（例えば、１８５℃）までは上昇しない。したがって、ＯＦＦ領域７２８においては、比較例の３次元造形装置とは異なり、造形材料９１の溶融は生じない。また、ＯＦＦ領域７２８において造形材料９１の溶融が多少生じたとしても、比較例の３次元造形装置における造形材料９１の溶融に比べて抑制される。一方、ＯＮ領域７２７ａ，７２７ｂのＯＦＦ領域７２８に隣接する領域では、意図通り造形材料９１の溶融が生じる。

【0090】

第４の補正方法を用いる３次元造形装置１では、第３の補正方法を用いる３次元造形装置１と略同様に、描画領域８２５ａ，８２５ｂにおける造形材料９１の溶融は設計データ通りに行われ、図１４（ｄ）に示すように、描画対象層９２に対するパターンの描画を、比較例の３次元造形装置に比べて精度良く行うことができる。

【0091】

次に、ステップＳ１２において用いられる第５および第６の補正方法について説明する。図１５は、第５および第６の補正方法を用いる３次元造形装置１により造形される予定の造形物８３を示す斜視図である。造形物８３は略直方体状であり、造形物８３の左側面には、溝８３１が設けられる。溝８３１は、上述の走査方向に平行に延びる略直線状の溝であり、造形物８３の走査方向の全長に亘って設けられる。溝８３１の上下方向の大きさは、図５に示す第１溝８１１の幅方向の大きさと略同じである。溝８３１の幅方向の大きさは、溝８３１の上下方向の大きさよりも大きい。

【0092】

図１６は、図１５中のＸＶＩ－ＸＶＩの位置における造形物８３の縦断面８３４を示す図である。縦断面８３４では、溝８３１に対応する矩形帯状の領域は、設計データにおいて描画が指示されていない非描画領域８３６である。図１６に示す例では、非描画領域８３６の上下方向における大きさは所定の補正閾値以下であり、以下の説明では、非描画領域８３６を「狭小非描画領域８３６」とも呼ぶ。なお、当該補正閾値（すなわち、上下方向における補正閾値）は、上述の走査方向における補正閾値、および、幅方向における補正閾値と同じであってもよく、異なっていてもよい。縦断面８３４では、狭小非描画領域８３６の上下方向における両側の矩形領域はそれぞれ、設計データにおいて描画が指示されている描画領域８３５ａ，８３５ｂである。図１６では、描画領域８３５ａ，８３５ｂに平行斜線を付す。

【0093】

設計データの補正を行わない比較例の３次元造形装置では、上述のマルチスポットビームのうち縦断面８３４の描画に使用される光スポットは、描画領域８３５ａに対応する描画対象層９２の描画中は点灯され、狭小非描画領域８３６に対応する描画対象層９２の描画中は消灯され、描画領域８３５ｂに対応する描画対象層９２の描画中は再び点灯される。このため、描画領域８３５ｂのうち狭小非描画領域８３６の直上の領域が描画された際に、当該直上の領域から下方へと拡散する熱等により、狭小非描画領域８３６において意図に反した造形材料９１の溶融が生じるおそれがある。

【0094】

これに対し、第５および第６の補正方法を用いる３次元造形装置１では、補正部５０２による設計データの補正が行われて描画データが生成され、当該描画データに基づいて、描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルが調節されることにより、意図に反した造形材料９１の溶融が抑制される。

【0095】

図１７は、第５の補正方法を用いる３次元造形装置１において縦断面８３４に対応する描画が行われる際の光量プロファイル等を示す図である。図１７（ａ）は、縦断面８３４における設計データ上のパターン（すなわち、設計パターン）を示す図である。図１７（ｂ）は、第５の補正方法にて生成された描画データに基づいて、縦断面８３４の各描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルを示すグラフである。図１７（ｂ）中の縦軸は上下方向を示し、横軸は光量を示す。図１７（ｃ）は、縦断面８３４に対応する複数の描画対象層９２における温度分布を示す図である。図１７（ｃ）中の縦軸は上下方向を示し、横軸は各描画対象層９２における造形材料９１の温度を示す。図１７（ｄ）は、縦断面８３４における実際に描画されたパターン（すなわち、描画パターン）を示す図である。

【0096】

第５の補正方法を用いる３次元造形装置１では、補正部５０２による設計データの補正により、図１７（ｂ）に示すように、狭小非描画領域８３６に対応するＯＦＦ領域７３５の上下方向の幅が、図１７（ａ）に示す設計パターンにおける狭小非描画領域８３６の上下方向の幅よりも大きくされる。具体的には、設計パターンの描画領域８３５ｂに対応するＯＮ領域７３４ｂとＯＦＦ領域７３５との境界が、描画領域８３５ｂと狭小非描画領域８３６との境界よりも図１７中における上側（すなわち、上下方向の上側）へと移動する。なお、描画領域８３５ａに対応するＯＮ領域７３４ａとＯＦＦ領域７３５との境界は、描画領域８３５ａと狭小非描画領域８３６との境界と上下方向の同じ位置に位置する。

【0097】

すなわち、第５の補正方法を用いる３次元造形装置１では、狭小非描画領域８３６の上側に位置する描画領域８３５ｂのうち、狭小非描画領域８３６に隣接する領域（以下、「上側描画領域８３８」とも呼ぶ。）に対する光の照射が抑制される。換言すれば、上側描画領域８３８における単位面積当たりの積算光量が、描画領域８３５ｂのうち上側描画領域８３８を除く領域における単位面積当たりの積算光量よりも低減される。図１７（ａ）では、上側描画領域８３８を二点鎖線にて囲んで示す。上側描画領域８３８は、狭小非描画領域８３６を含む描画対象層９２の上側に隣接する１つの描画対象層９２のみに設けられてもよく、狭小非描画領域８３６を含む描画対象層９２の上側に隣接する複数の描画対象層９２に亘って設けられてもよい。

【0098】

上述の光量プロファイルの補正は、マルチスポットビームの複数の光スポットのうち、狭小非描画領域８３６上を通過する１つ以上の光スポット（以下、「狭小非描画スポット群」とも呼ぶ。）が、狭小非描画領域８３６を含む描画対象層９２において狭小非描画領域８３６上に位置する際にＯＦＦとされるとともに、狭小非描画スポット群が、上側描画領域８３８を含む描画対象層９２において狭小非描画領域８３６の上方に位置する際にもＯＦＦとされることにより実現される。

【0099】

狭小非描画スポット群が２つ以上の光スポットを含む場合、当該２つ以上の光スポットは、マルチスポットビームにおける複数の光スポットの配列方向において連続して配置される。なお、上述の例では、狭小非描画スポット群は、マルチスポットビームの幅方向の左端部に位置する複数の光スポットにより構成される。また、狭小非描画領域８３６と上側描画領域８３８とは上下査方向において連続しており、狭小非描画領域８３６と上側描画領域８３８との上下方向の間には、他の領域（すなわち、他の描画対象層９２）は存在しない。上側描画領域８３８を含む描画対象層９２は、１層であってもよく、上下方向に連続する複数の層であってもよい。上側描画領域８３８を含む描画対象層９２の数は、造形材料９１の融点と結晶点との差が小さくなるに従って増加することが好ましい。

【0100】

第５の補正方法を用いる３次元造形装置１では、縦断面８３４に対応する複数の描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルが、図１７（ｂ）に示すように補正されることにより、狭小非描画領域８３６に対応するＯＦＦ領域７３５に、上側描画領域８３８に対応するＯＮ領域７３４ｂから過剰に熱が伝達されることが抑制される。このため、ＯＦＦ領域７３５における造形材料９１の温度は、図１７（ｃ）中において実線にて示すように、予熱温度（例えば、１７３℃）よりもある程度上昇するものの、比較例の３次元造形装置における温度上昇程は上昇しない。また、時間経過に伴うＯＮ領域７３４ｂからの熱拡散が生じた後は、二点鎖線にて示すように、ＯＦＦ領域７３５の下部における造形材料９１の温度は融点（例えば、１８５℃）未満となり、ＯＦＦ領域７３５の上部における造形材料９１の温度は融点以上となる。したがって、ＯＦＦ領域７３５の下部においては、比較例の３次元造形装置とは異なり、造形材料９１の溶融は生じない。一方、ＯＦＦ領域７３５の上部においては、意図通り造形材料９１の溶融が生じる。

【0101】

第５の補正方法を用いる３次元造形装置１では、描画領域８３５ａ，８３５ｂにおける造形材料９１の溶融は設計データ通りに行われ、図１７（ｄ）に示すように、上下方向に積層される複数の描画対象層９２に対するパターンの描画を、比較例の３次元造形装置に比べて精度良く行うことができる。

【0102】

図１８は、第６の補正方法を用いる３次元造形装置１において縦断面８３４に対応する描画が行われる際の光量プロファイル等を示す図である。図１８（ａ）は、縦断面８３４における設計データ上のパターン（すなわち、設計パターン）を示す図である。図１８（ｂ）は、第６の補正方法にて生成された描画データに基づいて、縦断面８３４の各描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルを示すグラフである。図１８（ｂ）中の縦軸は上下方向を示し、横軸は光量を示す。図１８（ｃ）は、縦断面８３４に対応する複数の描画対象層９２における温度分布を示す図である。図１８（ｃ）中の縦軸は上下方向を示し、横軸は各描画対象層９２における造形材料９１の温度を示す。図１８（ｄ）は、縦断面８３４における実際に描画されたパターン（すなわち、描画パターン）を示す図である。

【0103】

第６の補正方法を用いる３次元造形装置１では、補正部５０２による設計データの補正により、図１８（ｂ）に示すように、狭小非描画領域８３６に対応するＯＦＦ領域７３８の上下方向の上側において、設計パターンの描画領域８３５ｂに対応するＯＮ領域７３７ｂとＯＦＦ領域７３８との境界がテーパ状とされる。具体的には、ＯＮ領域７３７ｂのうちＯＦＦ領域７３８側の端部における光量が、ＯＦＦ領域７３８に近付くに従って漸次減少する。ＯＦＦ領域７３８の幅は、図１８（ａ）に示す設計パターンにおける狭小非描画領域８３６の幅と同じである。ＯＦＦ領域７３８の幅は、狭小非描画領域８３６の幅よりも大きくてもよく、小さくてもよい。なお、描画領域８３５ａに対応するＯＮ領域７３７ａとＯＦＦ領域７３８との境界は、描画領域８３５ａと狭小非描画領域８３６との境界と上下方向の同じ位置に位置する。

【0104】

すなわち、第６の補正方法を用いる３次元造形装置１においても、第５の補正方法を用いる３次元造形装置１と略同様に、狭小非描画領域８３６の上側に位置する描画領域８３５ｂのうち、狭小非描画領域８３６に隣接する上側描画領域８３８に対する光の照射が抑制される。換言すれば、上側描画領域８３８における単位面積当たりの積算光量が、描画領域８３５ｂのうち上側描画領域８３８を除く領域における単位面積当たりの積算光量よりも低減される。図１８（ａ）では、上側描画領域８３８を二点鎖線にて囲んで示す。

【0105】

上側描画領域８３８は、狭小非描画領域８３６を含む描画対象層９２の上側に隣接する複数の描画対象層９２に亘って設けられる。上側描画領域８３８の最上段の描画対象層９２では、上側描画領域８３８における単位面積当たりの積算光量は、描画領域８３５ｂのうち上側描画領域８３８を除く領域における単位面積当たりの積算光量と略同じであってもよい。

【0106】

上述の光量プロファイルの補正は、マルチスポットビームの複数の光スポットのうち狭小非描画スポット群が、狭小非描画領域８３６を含む描画対象層９２において狭小非描画領域８３６上に位置する際にＯＦＦとされるとともに、狭小非描画スポット群が、上側描画領域８３８を含む複数の描画対象層９２において狭小非描画領域８３６の上方に位置する際に、狭小非描画スポット群の光強度が上側に向かうに従って増大するように調節されることにより実現される。

【0107】

狭小非描画スポット群が２つ以上の光スポットを含む場合、当該２つ以上の光スポットは、マルチスポットビームにおける複数の光スポットの配列方向において連続して配置される。なお、上述の例では、狭小非描画スポット群は、マルチスポットビームの幅方向の左端部に位置する複数の光スポットにより構成される。また、狭小非描画領域８３６と上側描画領域８３８とは上下査方向において連続しており、狭小非描画領域８３６と上側描画領域８３８との上下方向の間には、他の領域（すなわち、他の描画対象層９２）は存在しない。上側描画領域８３８を含む描画対象層９２の数は、造形材料９１の融点と結晶点との差が小さくなるに従って増加することが好ましい。これにより、上側描画領域８３８における光量プロファイルの勾配が緩やかになる。

【0108】

第６の補正方法を用いる３次元造形装置１では、縦断面８３４に対応する複数の描画対象層９２に照射されるマルチスポットビームの光量プロファイルが、図１８（ｂ）に示すように補正されることにより、狭小非描画領域８３６に対応するＯＦＦ領域７３８に、上側描画領域８３８に対応するＯＮ領域７３７ｂから過剰に熱が伝達されることが抑制される。このため、ＯＦＦ領域７３８における造形材料９１の温度は、図１８（ｃ）中において実線にて示すように、予熱温度（例えば、１７３℃）よりもある程度上昇するものの、時間経過に伴うＯＮ領域７３７ｂからの熱拡散が生じた後も、二点鎖線にて示すように造形材料９１の融点（例えば、１８５℃）までは上昇しない。したがって、ＯＦＦ領域７３８においては、比較例の３次元造形装置とは異なり、造形材料９１の溶融は生じない。また、ＯＦＦ領域７３８において造形材料９１の溶融が多少生じたとしても、比較例の３次元造形装置における造形材料９１の溶融に比べて抑制される。一方、ＯＮ領域７３７ｂのＯＦＦ領域７３８に隣接する領域では、意図通り造形材料９１の溶融が生じる。

【0109】

第６の補正方法を用いる３次元造形装置１では、第５の補正方法を用いる３次元造形装置１と略同様に、描画領域８３５ａ，８３５ｂにおける造形材料９１の溶融は設計データ通りに行われ、図１８（ｄ）に示すように、上下方向に積層された複数の描画対象層９２に対するパターンの描画を、比較例の３次元造形装置に比べて精度良く行うことができる。

【0110】

上述の第１ないし第６の補正方法を用いる３次元造形装置１では、補正閾値（すなわち、幅方向における補正閾値、走査方向における補正閾値、および、上下方向における補正閾値）は、温度測定部４による測定結果に基づいて変更される可変な閾値であってもよい。

【0111】

例えば、図６に示す横断面８１３対応するパターンが、図中の下側から上側に向かって（すなわち、走査方向の手前側から奥側に向かって）描画された場合、横断面８１３に対応する造形材料９１の層（すなわち、既描画層）上に供給された新たな造形材料９１の層では、下層からの熱拡散により、走査方向の奥側の温度が比較的高く、走査方向の手前側の温度が比較的低くなることがある。このような温度差が生じた場合、当該新たな造形材料９１の層に、図７に示す横断面８１４に対応するパターンを描画する場合、狭小非描画領域８１６における意図しない造形材料９１の溶融は、走査方向の奥側（すなわち、図中の上側）の方が、走査方向の手前側（すなわち、図中の下側）よりも生じやすい。

【0112】

そこで、第１および第２の補正方法を用いる３次元造形装置１では、横断面８１３に対応するパターンの描画後、かつ、横断面８１４に対応するパターンの描画前に、ステージ３４１上の造形材料９１の上面における温度分布が温度測定部４によって測定される。温度測定部４によって測定される温度分布は、例えば、横断面８１４に対応するパターンが描画される予定の描画対象層９２（すなわち、既描画層上に新たに供給された造形材料９１の層）の上面のものである。あるいは、横断面８１３に対応するパターンが描画された描画対象層９２の上面の温度分布が、温度測定部４によって測定されてもよい。

【0113】

そして、補正部５０２では、温度測定部４により測定された非描画領域８１６，８１７と対応する領域における温度に基づいて、上述の補正閾値（すなわち、幅方向における補正閾値）が変更される。当該温度は、横断面８１４に対応するパターンが描画される際に、非描画領域８１６，８１７となる予定の領域の温度であり、以下、「非描画領域温度」とも呼ぶ。補正部５０２では、非描画領域温度が高くなるに従って、補正閾値が小さくされる。これにより、非描画領域温度が低い場合、非描画領域は狭小非描画領域と判断されにくくなり、非描画領域温度が高い場合、非描画領域は狭小非描画領域と判断されやすくなる。

【0114】

例えば、上述のように、横断面８１３に対応するパターンの温度が、図中の下側で低く、図中の上側で高い場合、横断面８１４に対応するパターンにおいて、非描画領域８１６のうち図中の下側の領域は狭小非描画領域とは判断されず、非描画領域８１６のうち図中の上側の領域のみが狭小非描画領域と判断される。この場合、非描画領域８１６のうち図中の上側の領域のみに、第１または第２の補正方法による補正が行われ、非描画領域８１６のうち図中の下側の領域には、当該補正は行われない。これにより、描画対象層９２に対するパターンの描画を、さらに精度良く行うことができる。

【0115】

第３および第６の補正方法を用いる３次元造形装置１においても略同様に、温度測定部４により測定された非描画領域８２６，８３６（図１２および図１６参照）と対応する領域における温度（すなわち、非描画領域温度）が高くなるに従って、補正閾値（すなわち、走査方向における補正閾値、および、上下方向における補正閾値）が小さくされる。これにより、描画対象層９２に対するパターンの描画を、さらに精度良く行うことができる。

【0116】

第１ないし第６の補正方法を用いる３次元造形装置１では、描画領域８１５ａ，８１５ｂ，８２５ａ，８２５ｂ，８３５ｂのうち狭小非描画領域８１６，８２６，８３６に隣接する領域（すなわち、狭小部隣接領域８１８、補正領域８２８および上側描画領域８３８）に対する光の照射の抑制の程度が、温度測定部４による測定結果に基づいて（すなわち、既描画層の温度に基づいて）変更されてもよい。これにより、描画対象層９２に対するパターンの描画を、より一層精度良く行うことができる。

【0117】

例えば、第１の補正方法を用いる３次元造形装置１では、狭小非描画領域８１６に対応するＯＦＦ領域７１５の幅方向の幅が、既描画層の温度が高くなるに従って大きくされる。第２の補正方法を用いる３次元造形装置１では、ＯＮ領域７１７ａ，７１７ｂのうち狭小部隣接領域８１８と対応する領域における光量プロファイルの勾配が、既描画層の温度が高くなるに従って緩やかにされ、狭小部隣接領域８１８の幅方向の幅が広くなる。

【0118】

第３の補正方法を用いる３次元造形装置１では、狭小非描画領域８２６に対応するＯＦＦ領域７２５の走査方向の幅が、既描画層の温度が高くなるに従って大きくされる。第４の補正方法を用いる３次元造形装置１では、ＯＮ領域７２７ａ，７２７ｂのうち補正領域８２８と対応する領域における光量プロファイルの勾配が、既描画層の温度が高くなるに従って緩やかにされ、補正領域８２８の走査方向の幅が広くなる。

【0119】

第５の補正方法を用いる３次元造形装置１では、狭小非描画領域８３６に対応するＯＦＦ領域７３５の上下方向の幅が、既描画層の温度が高くなるに従って大きくされる。第６の補正方法を用いる３次元造形装置１では、ＯＮ領域７３７ｂのうち上側描画領域８３８と対応する領域における光量プロファイルの勾配が、既描画層の温度が高くなるに従って緩やかにされ、上側描画領域８３８の上下方向の幅が広くなる。

【0120】

以上に説明したように、３次元造形装置１は、材料保持部３と、光学ヘッド２と、制御部５とを備える。材料保持部３は、粉末状の造形材料９１を保持するステージ３４１と、ステージ３４１上に造形材料９１を供給する材料供給部３２と、を有する。光学ヘッド２は、所定の配列方向に直線状に配列された複数の光スポットにより構成されるマルチスポットビームを、ステージ３４１上の造形材料９１上にて変調しつつ走査する。制御部５は、造形物８１，８２，８３の設計データに基づいて材料保持部３および光学ヘッド２を制御することにより、ステージ３４１上に造形材料９１を供給し、供給された造形材料９１の表層である描画対象層９２上にて、マルチスポットビームを所定の走査方向に走査して、光が照射された領域の造形材料９１を溶融させてパターンを描画することを繰り返させる。

【0121】

上記設計データにて描画が指示されていない非描画領域８１６，８１７，８２６，８３６は、走査方向、走査方向に垂直かつステージ３４１に平行な幅方向、および、ステージ３４１に垂直な上下方向のうちの一の方向における大きさが補正閾値以下の狭小非描画領域８１６，８２６，８３６を含む。そして、制御部５による制御によって、設計データにて描画が指示されている描画領域８１５ａ，８１５ｂ，８１５ｃ，８２５ａ，８２５ｂ，８３５ａ，８３５ｂのうち狭小非描画領域８１６，８２６，８３６に隣接する領域（上記例では、狭小部隣接領域８１８、補正領域８２８、上側描画領域８３８）に対する光の照射が抑制される。

【0122】

これにより、上述のように、狭小非描画領域８１６，８２６，８３６において意図に反する造形材料９１の溶融が生じることを抑制することができる。その結果、造形物８１，８２，８３が狭小非描画領域８１６，８２６，８３６を含む場合であっても、造形物８１，８２，８３を精度良く形成することができる。

【0123】

上述のように、狭小非描画領域８１６の上記一の方向は幅方向である。好ましくは、上述の複数の光スポットのうち、狭小非描画領域８１６上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が狭小非描画領域８１６上に位置する際に、制御部５による制御によって、狭小非描画スポット群、および、狭小非描画スポット群の配列方向の両側に隣接する２つの補正スポット群がＯＦＦとされる。これにより、幅方向の幅が小さい狭小非描画領域８１６を含む造形物８１を、精度良く形成することができる。

【0124】

上述のように、狭小非描画領域８１６の上記一の方向は幅方向である。好ましくは、マルチスポットビームの複数の光スポットでは、階調の調節が可能である。また、好ましくは、当該複数の光スポットのうち狭小非描画領域８１６上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が狭小非描画領域８１６上に位置する際に、制御部５による制御によって、狭小非描画スポット群がＯＦＦとされる。さらに好ましくは、狭小非描画スポット群が狭小非描画領域８１６上に位置する際に、制御部５による制御によって、狭小非描画スポット群の配列方向の両側に隣接する２つの補正スポット群において、各補正スポット群に含まれる２つ以上の光スポットの光強度が、狭小非描画スポット群から配列方向において離れるに従って増大するように調節される。これにより、幅方向の幅が小さい狭小非描画領域８１６を含む造形物８１を、精度良く形成することができる。

【0125】

上述のように、狭小非描画領域８２６の上記一の方向は走査方向である。好ましくは、制御部５による制御によって、マルチスポットビームの複数の光スポットのうち狭小非描画領域８２６上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、狭小非描画領域８２６上に位置する際にＯＦＦとされる。また、好ましくは、制御部５による制御によって、当該狭小非描画スポット群が、狭小非描画領域８２６の走査方向の両側に隣接する補正領域８２８上に位置する際にもＯＦＦとされる。これにより、走査方向の幅が小さい狭小非描画領域８２６を含む造形物８２を、精度良く形成することができる。

【0126】

上述のように、狭小非描画領域８２６の上記一の方向は走査方向である。好ましくは、マルチスポットビームの複数の光スポットでは、階調の調節が可能である。また、好ましくは、制御部５による制御によって、複数の光スポットのうち狭小非描画領域８２６上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、狭小非描画領域８２６上に位置する際にＯＦＦとされる。さらに好ましくは、制御部５による制御によって、狭小非描画スポット群が、狭小非描画領域８２６の走査方向の両側に隣接する補正領域８２８上に位置する際に、狭小非描画スポット群の光強度が、狭小非描画領域８２６から走査方向に離れるに従って増大するように調節される。これにより、走査方向の幅が小さい狭小非描画領域８２６を含む造形物８２を、精度良く形成することができる。

【0127】

上述のように、狭小非描画領域８３６の上記一の方向は上下方向である。好ましくは、制御部５による制御によって、マルチスポットビームの複数の光スポットのうち狭小非描画領域８３６上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、狭小非描画領域８３６を含む描画対象層９２において狭小非描画領域８３６上に位置する際にＯＦＦとされる。また、好ましくは、制御部５による制御によって、狭小非描画スポット群が、狭小非描画領域８３６の上側に隣接する上側描画領域８３８を含む描画対象層９２において狭小非描画領域８３６の上方に位置する際にもＯＦＦとされる。これにより、上下方向の幅が小さい狭小非描画領域８３６を含む造形物８３を、精度良く形成することができる。

【0128】

上述のように、狭小非描画領域８３６の上記一の方向は上下方向である。好ましくは、マルチスポットビームの複数の光スポットでは、階調の調節が可能である。また、好ましくは、制御部５による制御によって、マルチスポットビームの複数の光スポットのうち狭小非描画領域８３６上を通過する１つ以上の光スポットである狭小非描画スポット群が、狭小非描画領域８３６を含む描画対象層９２において狭小非描画領域８３６上に位置する際にＯＦＦとされる。さらに好ましくは、制御部５による制御によって、狭小非描画スポット群が、狭小非描画領域８３６の上側に隣接する上側描画領域８３８を含む複数の描画対象層９２において狭小非描画領域８３６の上方に位置する際に、狭小非描画スポット群の光強度が、上側に向かうに従って増大するように調節される。これにより、上下方向の幅が小さい狭小非描画領域８３６を含む造形物８３を、精度良く形成することができる。

【0129】

上述のように、３次元造形装置１は、ステージ３４１上の造形材料９１の上面における温度分布を測定する温度測定部４をさらに備えることが好ましい。また、好ましくは、上述の補正閾値は可変であり、温度測定部４により測定された非描画領域８１６，８１７，８２６，８３６と対応する領域における温度が高温になるに従って補正閾値が小さくなる。これにより、狭小非描画領域８１６，８２６，８３６において意図に反する造形材料９１の溶融が生じることを好適に抑制することができる。その結果、造形物８１，８２，８３が狭小非描画領域８１６，８２６，８３６を含む場合であっても、造形物８１，８２，８３をさらに精度良く形成することができる。

【0130】

上述の３次元造形方法は、粉末状の造形材料９１をステージ３４１上に供給する工程（ステップＳ１３）と、所定の配列方向に直線状に配列された複数の光スポットにより構成されるマルチスポットビームを、ステージ３４１上に供給された造形材料９１の表層である描画対象層９２上にて、造形物の設計データに基づいて変調しつつ所定の走査方向に走査する工程（ステップＳ１４）と、ステップＳ１３およびステップＳ１４を繰り返す工程（ステップＳ１５）と、を備える。

【0131】

上記設計データにて描画が指示されていない非描画領域８１６，８１７，８２６，８３６は、走査方向、走査方向に垂直かつステージ３４１に平行な幅方向、および、ステージ３４１に垂直な上下方向のうちの一の方向における大きさが補正閾値以下の狭小非描画領域８１６，８２６，８３６を含む。そして、ステップＳ１４では、設計データにて描画が指示されている描画領域８１５ａ，８１５ｂ，８１５ｃ，８２５ａ，８２５ｂ，８３５ａ，８３５ｂのうち狭小非描画領域８１６，８２６，８３６に隣接する領域（上記例では、狭小部隣接領域８１８、補正領域８２８、上側描画領域８３８）に対する光の照射が抑制される。

【0132】

これにより、上述のように、狭小非描画領域８１６，８２６，８３６において意図に反する造形材料９１の溶融が生じることを抑制することができる。その結果、造形物８１，８２，８３が狭小非描画領域８１６，８２６，８３６を含む場合であっても、造形物８１，８２，８３を精度良く形成することができる。

【0133】

上述の３次元造形装置１および３次元造形方法では、様々な変更が可能である。

【0134】

例えば、上述のステップＳ１３（ステージ３４１上への造形材料９１の供給）は、ステップＳ１２（設計データの補正）と並行して行われてもよく、ステップＳ１２よりも前に行われてもよい。

【0135】

ステップＳ１２では、上述の第１ないし第６の補正方法以外の様々な方法によって設計データの補正が行われてよい。

【0136】

上述の狭小非描画領域８１６，８２６，８３６は、走査方向、幅方向および上下方向のうち２以上の方向において、それぞれの方向における大きさがそれぞれの方向における補正閾値以下であってもよい。この場合、当該２以上の方向のそれぞれについて、上述の補正が行われてもよい。

【0137】

３次元造形装置１では、温度測定部４による温度分布の測定は、必ずしも行われる必要はない。温度分布の測定を行わない場合、３次元造形装置１から温度測定部４が省略されてもよい。

【0138】

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

【符号の説明】

【0139】

１ ３次元造形装置
２ 光学ヘッド
３ 材料保持部
４ 温度測定部
５ 制御部
３２ 材料供給部
８１，８２，８３ 造形物
９１ 造形材料
９２ 描画対象層
３４１ ステージ
８１５ａ，８１５ｂ，８１５ｃ，８２５ａ，８２５ｂ，８３５ａ，８３５ｂ 描画領域
８１６，８２６，８３６ 狭小非描画領域
８１８ 狭小部隣接領域
８２８ 補正領域
８３８ 上側描画領域
Ｓ１１～Ｓ１５ ステップ

【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】

【図17】

【図18】