特開 2024-67464 製造装置及び製造方法

(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】P2024067464

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】製造装置及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/362 20210101AFI20240510BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20240510BHJP

   B22F 10/38 20210101ALI20240510BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240510BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240510BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240510BHJP

   B22F 12/90 20210101ALN20240510BHJP

【ＦＩ】

B22F10/362

B22F10/28

B22F10/38

B33Y30/00

B33Y10/00

B33Y50/02

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 2022177562

(22)【出願日】2022-11-04

(71)【出願人】

【識別番号】390005175

【氏名又は名称】株式会社アドバンテスト

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黒川 正樹

【テーマコード（参考）】

4K018

【Ｆターム（参考）】

4K018AA06

4K018AA07

4K018AA33

4K018AB10

4K018BA03

4K018BA04

4K018BA17

4K018BB10

4K018DA18

4K018HA01

(57)【要約】

【解決手段】３次元造形物を製造する製造装置であって、粉末層を積層する粉末積層部と、粉末層の予熱処理において、３次元造形物の空洞に対応する空洞領域を粉末層の他の予熱対象領域よりも低いエネルギーで予熱し、又は、空洞領域を予熱しない予熱制御を行う予熱制御部と、粉末層における、３次元造形物の断面となるべき領域を溶融結合させることにより断面を形成する溶融制御部と、を備える製造装置を提供する。予熱制御部は、粉末層における３次元造形物の空洞領域を、粉末層における３次元造形物の断面となるべき予熱対象領域の予熱よりも低いエネルギーで予熱するように予熱処理を行う。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

３次元造形物を製造する製造装置であって、
粉末層を積層する粉末積層部と、
前記粉末層の予熱処理において、前記３次元造形物の空洞に対応する空洞領域を前記粉末層の他の予熱対象領域よりも低いエネルギーで予熱し、又は、前記空洞領域を予熱しない予熱制御を行う予熱制御部と、
前記粉末層における、前記３次元造形物の断面となるべき領域を溶融結合させることにより断面を形成する溶融制御部と、
を備える製造装置。

【請求項2】

前記予熱制御部は、前記粉末層における前記３次元造形物の前記空洞領域を、前記粉末層における前記３次元造形物の断面となるべき予熱対象領域の予熱よりも低いエネルギーで予熱するように予熱処理を行う
請求項１に記載の製造装置。

【請求項3】

前記予熱制御部は、前記予熱処理の条件を決定する予熱条件決定部を有し、
前記予熱条件決定部は、前記３次元造形物の空洞に対応するマスクデータを用いて、前記予熱対象領域に対する前記予熱処理の条件を決定する
請求項１に記載の製造装置。

【請求項4】

前記予熱条件決定部は、前記３次元造形物の空洞に対応する３次元のマスクデータを前記３次元造形物の３次元造形データに組み合わせたデータに基づいて、前記予熱処理の条件を決定する
請求項３に記載の製造装置。

【請求項5】

前記予熱制御部は、ビームを用いて前記粉末層の前記予熱処理を行う
請求項１に記載の製造装置。

【請求項6】

前記３次元造形物の空洞は、前記３次元造形物を貫通する貫通孔を含む
請求項１に記載の製造装置。

【請求項7】

前記予熱対象領域は、前記粉末層における前記３次元造形物の断面となるべき領域を囲む領域である
請求項１に記載の製造装置。

【請求項8】

前記予熱制御部は、前記粉末層の予熱処理において、前記空洞領域の大きさ、前記３次元造形物の前記空洞の深さ、及び前記空洞の形状の少なくとも１つに応じて、前記空洞領域の予熱のエネルギーを変更する
請求項１に記載の製造装置。

【請求項9】

３次元造形物を製造する製造方法であって、
粉末層を積層する段階と、
前記粉末層の予熱処理において、前記３次元造形物の空洞に対応する空洞領域を前記粉末層の他の予熱対象領域よりも低いエネルギーで予熱し、又は、前記空洞領域を予熱しない予熱制御を行う段階と、
前記粉末層における、前記３次元造形物の断面となるべき領域を溶融結合させることにより断面を形成する段階と、
を備える製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製造装置及び製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、「予熱ステップによって、後続の凝固ステップにおいて融解金属と粉末との間の界面に過度の温度勾配を持つことを避けるように、粉末層が均一に加熱される」と記載されている。特許文献２，３には、３次元造形物の製造方法が記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
特許文献１ 特許第５１０８８８４号
特許文献２ 米国特許第１０７９２８６１号明細書
特許文献３ 米国特許第１１０５９１００号明細書

【発明の概要】

【0003】

本発明の第１の態様においては、３次元造形物を製造する製造装置を提供する。前記製造装置は、粉末層を積層する粉末積層部と、前記粉末層の予熱処理において、前記３次元造形物の空洞に対応する空洞領域を前記粉末層の他の予熱対象領域よりも低いエネルギーで予熱し、又は、前記空洞領域を予熱しない予熱制御を行う予熱制御部と、前記粉末層における、前記３次元造形物の断面となるべき領域を溶融結合させることにより断面を形成する溶融制御部と、を備える。

【0004】

前記製造装置において、前記予熱制御部は、前記粉末層における前記３次元造形物の前記空洞領域を、前記粉末層における前記３次元造形物の断面となるべき予熱対象領域の予熱よりも低いエネルギーで予熱するように予熱処理を行ってよい。

【0005】

前記製造装置のいずれかにおいて、前記予熱制御部は、前記予熱処理の条件を決定する予熱条件決定部を有し、前記予熱条件決定部は、前記３次元造形物の空洞に対応するマスクデータを用いて、前記予熱対象領域に対する前記予熱処理の条件を決定してよい。

【0006】

前記製造装置のいずれかにおいて、前記予熱条件決定部は、前記３次元造形物の空洞に対応する３次元のマスクデータを前記３次元造形物の３次元造形データに組み合わせたデータに基づいて、前記予熱処理の条件を決定してよい。

【0007】

前記製造装置のいずれかにおいて、予熱制御部は、ビームを用いて前記粉末層の前記予熱処理を行ってよい。

【0008】

前記製造装置のいずれかにおいて、前記３次元造形物の空洞は、前記３次元造形物を貫通する貫通孔を含んでよい。

【0009】

前記製造装置のいずれかにおいて、前記予熱対象領域は、前記粉末層における前記３次元造形物の断面となるべき領域を囲む領域であってよい。

【0010】

前記製造装置のいずれかにおいて、前記予熱制御部は、前記粉末層の予熱処理において、前記空洞領域の大きさ、前記３次元造形物の前記空洞の深さ、及び前記空洞の形状の少なくとも１つに応じて、前記空洞領域に対する予熱のエネルギーを変更してよい。

【0011】

本発明の第２の態様においては、３次元造形物を製造する製造方法を提供する。前記製造方法は、粉末層を積層する段階と、前記粉末層の予熱処理において、前記３次元造形物の空洞に対応する空洞領域を前記粉末層の他の予熱対象領域よりも低いエネルギーで予熱し、又は、前記空洞領域を予熱しない予熱制御を行う段階と、前記粉末層における、前記３次元造形物の断面となるべき領域を溶融結合させることにより断面を形成する段階と、を備える。

【0012】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態による製造装置１０の模式図である。

【図2】本実施形態の製造装置１０の制御部５０を詳細に示すブロック図である。

【図3】本実施形態の製造装置１０において３次元造形物１１０を製造する方法を示す説明図である。

【図4】３次元造形物の３次元造形データを示す。

【図5】３次元造形物の空洞を示すマスクデータの例である。

【図6】マスクデータを組み込んだ３次元造形データを示す。

【図7】予熱対象領域の例を示す。

【図8】予熱対象領域の他の例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0015】

図１は、本実施形態による製造装置１０の模式図である。図１では、左右方向のＸ軸と、上下方向のＺ軸と、奥行き方向のＹ軸とが、互いに直交するように示されている。以降では、これらの３軸を用いて説明する場合がある。

【0016】

本実施形態による製造装置１０は、粉末１００を堆積して粉末層を積層し、粉末層に対して電子ビームＥＢを照射することによって粉末１００を溶融結合させ、粉末層の積層及び粉末１００の溶融を交互に繰り返すことにより３次元造形物を製造する。製造装置１０は、粉末層に対して、製造される３次元造形物の断面及び３次元造形物の空洞に応じた予熱処理を行う。ここで、粉末１００は、例えば、チタン系、クロム系、ニッケル系の合金や、ＳＵＳなどの金属材料からなる、導体の粉末材料である。粉末１００は、磁性体又は非磁性体であってよい。

【0017】

なお、溶融結合は、加熱により粉末１００が溶融され、その後互いに結合して凝固して断面構造になることをいう。また、予熱処理は、溶融結合させるための温度よりも低い温度に粉末層を加熱することをいう。製造装置１０は、予熱処理により、粉末１００同士をゆるい結合状態（仮焼結）にすることで粉末層の電気抵抗を下げ、溶融結合の際に高強度の電子ビームＥＢを照射された粉末１００がチャージアップにより飛散してしまうことを抑止する。

【0018】

製造装置１０は、カラム部２０と、造形部３０と、測定部４０と、制御部５０とを備える。造形部３０は、粉末１００からなる粉末層を積層する粉末積層部の一例である。

【0019】

カラム部２０は、造形部３０の内部に向けて電子ビームＥＢを出力する。カラム部２０は、粉末層における、製造対象の３次元造形物１１０の断面となるべき領域を電子ビームＥＢで加熱して溶融結合させることにより断面を形成する。さらに、カラム部２０は、溶融結合前に、粉末層の予熱対象領域を電子ビームＥＢで加熱することにより、予熱処理を行ってよい。カラム部２０は、電子源２１と、電子レンズ２２と、偏向器２３とを有する。

【0020】

電子源２１は、熱又は電界の作用によって電子を発生させる。電子源２１は、発生させた電子を、予め定められた加速電圧、例えば－６０ＫＶで、下方に向かって加速させ、電子ビームＥＢとして出力する。

【0021】

電子レンズ２２は、電子源２１から出力された電子ビームＥＢを、造形部３０の内部に積層された粉末層の表面で収束させる。電子レンズ２２は、例えば磁界レンズであって、レンズ軸周りに配されたコイル等を含んでよい。

【0022】

偏向器２３は、電子源２１から出力されて電子レンズ２２を通過した電子ビームＥＢを偏向して、粉末層の表面のＸ軸方向及びＹ軸方向における照射位置を調整する。偏向器２３は、例えば、電子レンズ２２のレンズ軸を挟んで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対向する２組の偏向コイルを含む。偏向器２３は、粉末層の表面の照射対象領域全体に電子ビームＥＢを走査させてもよく、また、照射対象領域内のエリア毎に電子ビームＥＢを照射させてもよい。

【0023】

造形部３０は、３次元造形物１１０を造形する。造形部３０は、カラム部２０の下部に接続され、造形部３０の内部空間はカラム部２０の内部空間と連通する。造形部３０は、粉末供給部３１と、ステージ３２と、側壁部３３と、駆動棒３４と、駆動部３５と、排気ユニット３６と、ヒータ３７とを有する。

【0024】

粉末供給部３１は、ステージ３２上の、ステージ３２及び側壁部３３によって囲まれる空間内に、粉末１００を供給して堆積させ、堆積させた粉末１００の表面を擦り切ることで、表面が平坦化された粉末層を形成する。形成された粉末層は、ステージ３２及び側壁部３３によって形状を保持される。なお、粉末供給部３１によって形成される粉末層のうち、電子ビームＥＢを照射された箇所は溶融して３次元造形物１１０の断面部分の構造を成し、その他の部分は３次元造形物１１０の周囲において粉末１００の状態で堆積される。なお、電子ビームＥＢを照射されて溶融した粉末層は、既に積層されている３次元造形物１１０が下方に隣接して存在する場合、既に積層されている３次元造形物１１０の上端面と結合して、３次元造形物１１０を上方に形成していく。

【0025】

ステージ３２は、ＸＹ平面方向に広がる面を有する。ステージ３２は、粉末供給部３１により供給された粉末１００がその上面上に積載され、粉末１００が堆積した状態である粉末層を保持する。側壁部３３は、ステージ３２の周囲に配され、ステージ３２上の粉末層の側面を保持する。

【0026】

駆動棒３４は、ステージ３２の下面に連結され、ステージ３２を支持する。駆動部３５は、駆動棒３４を支持し、駆動棒３４がＺ軸方向に上下するように駆動棒３４を駆動する。駆動部３５は、駆動棒３４を駆動することによって、ステージ３２がＺ軸方向に上下するようにステージ３２を駆動する。駆動部３５は、粉末供給部３１によってステージ３２上に形成された粉末層に電子ビームＥＢが照射されて断面構造が形成されると、Ｚ軸方向における次の断面の厚みの分、ステージ３２を下方に降下させる。

【0027】

排気ユニット３６は、電子ビームＥＢが通過する製造装置１０の内部空間を排気して、当該内部空間が予め定められた真空度となるように調整する。これにより、排気ユニット３６は、電子ビームＥＢが大気中の気体粒子と衝突することによりエネルギーを損失することを抑止する。

【0028】

ヒータ３７は、ステージ３２の下面及び側壁部３３の外周に配され、ステージ３２上に形成された粉末層を加熱する。なお、ヒータ３７による粉末層の加熱温度は、電子ビームＥＢによる加熱温度よりも低くてよい。

【0029】

測定部４０は、例えば、サーモグラフィカメラ又はパイロメータである。測定部４０は、ステージ３２上に積層された最上層の粉末層の温度分布を測定する。測定部４０は、例えば、最上層の粉末層について、予熱処理の加熱後の温度分布を測定する。測定部４０は、予熱処理又は溶融結合の加熱後、粉末層の少なくとも一部の温度分布を測定する。

【0030】

制御部５０は、製造装置１０の他の各構成に有線又は無線で接続され、各構成を制御する。制御部５０は、カラム部２０の電子源２１、電子レンズ２２、及び偏向器２３を制御することにより、電子ビームＥＢの照射時間、照射速度、及び照射位置を制御する。制御部５０は更に、造形部３０の粉末供給部３１、駆動部３５、及びヒータ３７を制御することにより、ステージ３２上での３次元造形物１１０の造形を制御する。制御部５０は更に、測定部４０を制御することにより、測定部４０から測定結果を受信し、当該測定結果に応じて、カラム部２０からの電子ビームＥＢの照射条件（例えば、電子ビームＥＢの照射する範囲、エリア毎の照射順番、照射時間、及び照射強度等の少なくとも１つ）を決定してよい。

【0031】

図２は、本実施形態の製造装置１０の制御部５０を詳細に示すブロック図である。制御部５０は、断面形状作成部２００と、測定値取得部２１０と、処理部２２０と、出力部２３０とを有する。

【0032】

断面形状作成部２００は、処理部２２０に接続される。断面形状作成部２００は、製造装置１０に入力された又は格納された３次元造形物１１０の３次元造形データから、当該３次元造形物１１０のＸＹ平面Ａにおける断面領域を示すデータを生成して、処理部２２０に出力してよい。断面形状作成部２００は、３次元造形物１１０の空洞１２０に対応する３次元のマスクデータを３次元造形物１１０の３次元造形データに組み合わせたデータから、当該３次元造形物１１０のＸＹ平面における断面領域及び３次元造形物１１０の空洞１２０に対応する空洞領域を示すデータを生成して、処理部２２０に出力してよい。断面形状作成部２００は、Ｚ方向における３次元造形データの全ての断面を電子ビームＥＢの照射前に出力してよく、又は、現在の断面を形成するための電子ビームＥＢの照射の間に次に形成する断面を出力してもよい。

【0033】

ここで、３次元造形物１１０の空洞１２０は、３次元造形物１１０において中空部分であってよく、一例として、３次元造形物１１０を貫通する貫通孔を含んでよい。さらに空洞１２０は、３次元造形物１１０の貫通しない穴、３次元造形物１１０の内部で密閉された空洞、及び３次元造形物１１０の表面の凹み（例えば溝等）の少なくとも１つを含んでよい。マスクデータは、３次元造形物１１０の空洞１２０と同じ大きさ、形状、及び位置関係（座標）の３次元データであってよい。

【0034】

測定値取得部２１０は、測定部４０及び処理部２２０に接続される。測定値取得部２１０は、各製造工程後に測定部４０で測定された測定結果を受信し、当該測定結果を示すデータを処理部２２０に出力してよい。測定値取得部２１０は、測定部４０により温度測定された粉末層の全表面又は一部表面の温度分布を示すデータを処理部２２０に出力してよい。

【0035】

処理部２２０は、出力部２３０に接続され、電子ビームＥＢの照射条件を決定するための各種処理を行う。処理部２２０は、３次元造形物１１０を製造するためにカラム部２０及び造形部３０等の製造装置の各構成を制御する制御データを出力する。処理部２２０は、溶融制御部２２２と予熱制御部２２４とを有する。

【0036】

溶融制御部２２２は、カラム部２０及び造形部３０の制御を行い、粉末層における、３次元造形物１１０の断面となるべき領域を溶融結合させることにより断面を形成する。溶融制御部２２２は、測定値取得部２１０から受け取った粉末層の温度等に応じて、粉末層おける３次元造形物１１０の断面となるべき領域のエリア毎に、溶融結合させる電子ビームＥＢの照射時間及び照射強度の少なくとも１つの溶融結合条件を決定して、当該溶融結合条件を示す制御データを出力部２３０に出力してよい。

【0037】

予熱制御部２２４は、溶融結合の前に粉末層の予熱を行うべく、カラム部２０及び造形部３０を制御する。予熱制御部２２４は、粉末層の予熱処理において、３次元造形物１１０の空洞１２０に対応する空洞領域を粉末層の他の予熱対象領域よりも低いエネルギーで予熱し、又は、空洞領域を予熱しない予熱制御を行う。予熱制御部２２４は、予熱条件決定部２２６を有する。なお、エリア（領域又は座標等）における予熱のエネルギーは、当該エリアに対する予熱の予熱温度及び予熱時間の少なくとも１つに応じて決まるエネルギー密度で示されてよい。予熱の予熱温度がより高いほどエネルギーがより高くなり、予熱時間がより長いほどエネルギーがより高くなってよい。一例として、電子ビームＥＢを用いた１つのエリア（領域又は座標等）における予熱のエネルギーは、当該エリア対する電子ビームＥＢの加速電圧等の照射強度及び照射時間の少なくとも１つに応じて決まるものであってよい。照射強度がより高いほどエネルギーがより高くなり、照射時間がより長いほどエネルギーがより高くなってよい。

【0038】

予熱条件決定部２２６は、粉末層の予熱処理において、３次元造形物１１０の空洞１２０に対応する空洞領域に応じた予熱処理の条件を決定する。予熱条件決定部２２６は、測定値取得部２１０から受け取った粉末層の温度等に応じて、粉末層おける予熱対象領域のエリア毎に、電子ビームＥＢの照射時間及び照射強度の少なくとも１つの予熱条件を決定して、当該予熱条件を示す制御データを出力部２３０に出力してよい。予熱条件決定部２２６は、３次元造形物１１０の空洞１２０に対応するマスクデータを用いて、予熱対象領域に対する予熱処理の条件を決定してよい。予熱条件決定部２２６は、３次元造形物１１０の空洞１２０に対応する３次元のマスクデータを３次元造形物１１０の３次元造形データに組み合わせたデータに基づいて、予熱処理の条件を決定してよい。

【0039】

出力部２３０は、カラム部２０及び造形部３０に有線又は無線で接続され、処理部２２０からの制御データに応じた信号を出力して、３次元造形物１１０の製造条件を制御してよい。出力部２３０は、電子ビームＥＢの照射位置及び照射時間等の照射条件を制御するために、制御データに応じた信号をカラム部２０に出力してよい。出力部２３０は、電子源２１に信号を出力して、電子ビームＥＢの照射強度を制御し、また、偏向器２３に信号を出力して、電子ビームＥＢの照射位置を制御してよい。

【0040】

図３は、本実施形態の製造装置１０において３次元造形物１１０を製造する方法を示す説明図である。ステップＳ１０において、粉末供給部３１は、粉末１００をステージ３２上に供給し、擦り切りにより平坦化することで、ステージ３２上に粉末層１０００ａを形成する。ヒータ３７は、粉末層１０００ａをプリヒーティングする。

【0041】

ステップＳ２０において、溶融制御部２２２は、断面形状作成部２００から、断面１０１０ａに対応する断面領域のデータを受け取り、測定値取得部２１０から受け取った測定結果に応じて、電子ビームＥＢの照射強度等の溶融結合条件を生成し、出力部２３０を介してカラム部２０に出力する。カラム部２０は、溶融結合条件に応じて、電子源２１から出力した電子ビームＥＢを粉末層１０００ａにおける断面領域に照射する。これにより、粉末層１０００ａのうち、電子ビームＥＢを照射された箇所は溶融結合して断面１０１０ａを形成し、その他の部分は断面１０１０ａの周囲において粉末１００の状態で残る。

【0042】

ステップＳ３０において、粉末供給部３１は、粉末１００を、形成された断面１０１０ａ上に供給し、擦り切りにより平坦化することで、断面１０１０ａ上に粉末層１０００ｂを形成する。このように粉末層１０００ｂが形成された後に、測定部４０は粉末層１０００ｂの表面温度分布を測定し、測定結果を測定値取得部２１０に出力する。

【0043】

ステップＳ４０において、予熱制御部２２４は、予熱制御を行う。予熱制御部２２４は、断面形状作成部２００から断面１０１０ｂに対応する断面領域のデータを受け取り、予熱条件を生成し、出力部２３０を介してカラム部２０に出力することにより、予熱制御を行う。

【0044】

断面形状作成部２００は、３次元造形物１１０の空洞１２０に対応する３次元のマスクデータを当該３次元造形物１１０の３次元造形データに組み込んで、組み込んだデータから、断面１０１０ｂに対応する断面領域のデータを生成してよい。このように、断面形状作成部２００は、マスクデータを３次元造形データに組み込んだデータから、断面領域のデータを生成することで、空洞領域がマスクされた断面領域のデータを生成できる。

【0045】

断面形状作成部２００は、ユーザが作成した３次元のマスクデータ又はマスクデータが組み込まれた３次元造形データを外部装置から受け取ってよい。また、断面形状作成部２００は、３次元造形物１１０の３次元造形データを外部装置から受け取り、３次元造形物１１０（又は３次元造形データ）を包含可能な立体のうち最小の包含体（一例として、六面体又は球体等）のデータから、３次元造形データを減算処理することでマスクデータを生成してもよい。この場合、最小の包含体は、一例として、複数の軸方向における３次元造形物１１０の外表面の複数の端点で外接する複数の平面で覆われる立体であってよい。最小の包含体のデータは、３次元造形データに応じて断面形状作成部２００又はユーザが作成したものであってよい。断面形状作成部２００は、生成した断面領域のデータを予熱制御部２２４に出力してよい。

【0046】

予熱制御部２２４は、断面形状作成部２００から受け取った断面１０１０ｂに対応する断面領域のデータ及び測定値取得部２１０から受け取った測定結果から、予熱条件を生成してよい。予熱制御部２２４は、粉末層における３次元造形物１１０の断面１０１０ｂとなるべき断面領域を囲む領域を予熱対象領域としてよい。この場合、予熱制御部２２４は、断面領域を含む予め定められた形状（一例として、正方形、円形等）の領域を予熱対象領域としてよい。また、予熱制御部２２４は、断面領域のエッジから一定距離離れて囲む領域（一例として、断面領域より大きく、断面領域と相似形の領域）を予熱対象領域としてよい。予熱対象領域の決定のための、予め定められた形状又は断面領域のエッジから離れる距離は、製造装置１０のユーザからの入力によって設定されてよい。なお、予熱制御部２２４は、断面領域を予熱対象領域としてもよく、また、断面領域を予熱対象領域としなくてもよい。

【0047】

予熱制御部２２４は、予熱対象領域において、粉末層（例えば、粉末層の表面近傍）における空洞領域１０２０（すなわち、マスクされた領域）に与える照射エネルギーが予め定められた第１閾値未満で、空洞領域１０２０以外の領域に与える照射エネルギーが予め定められた第２閾値（第２閾値≧第１閾値）以上になるように、電子ビームＥＢの照射条件を決定してよい。これにより、予熱制御部２２４は、空洞領域１０２０を、他の予熱対象領域（例えば断面領域等）に直接与えるエネルギーよりも低い照射エネルギーで予熱するように予熱処理を行う。また、予熱制御部２２４は、空洞領域１０２０を予熱（加熱）しないように、電子ビームＥＢの照射条件を決定してよい。予熱制御部２２４は、予熱によって、予熱対象領域の温度がステップＳ２０における溶融結合させる温度より低い温度（例えば、１００～１０００℃）になるように電子ビームＥＢの照射条件を決定してよい。

【0048】

予熱制御部２２４は、空洞領域１０２０の大きさ、３次元造形物１１０の空洞１２０の深さ、及び空洞１２０の形状の少なくとも１つに応じて、空洞領域１０２０に対する予熱のエネルギー（予熱量）を変更するように、電子ビームＥＢの照射条件を決定してよい。予熱制御部２２４は、粉末層１０００ｂにおける空洞領域１０２０の最大幅又は平均幅が小さくなるほど、空洞領域１０２０の予熱のエネルギーが小さくなるように、照射条件を決定してよい。予熱制御部２２４は、３次元造形物１１０の空洞１２０の深さが大きいほど、空洞領域１０２０の予熱のエネルギーが小さくなるように、照射条件を決定してよい。予熱制御部２２４は、３次元造形物１１０の空洞１２０の深さをマスクデータから測定してよく、又はユーザから空洞１２０の深さの入力を受け取ってよい。予熱制御部２２４は、空洞１２０の形状がＬ字形状又は細長い形状等である場合には、他の形状の空洞よりも空洞領域の予熱のエネルギーが小さくなるように、照射条件を決定してよい。予熱制御部２２４は、空洞１２０の形状をマスクデータから決定してよく、又はユーザから空洞の形状に関する入力を受け取ってよい。予熱制御部２２４は、このように電子ビームＥＢの照射条件により、予熱温度及び予熱時間等に応じた予熱のエネルギーを制御してよい。これにより、３次元造形物１１０が完成した後に粉末１００を除去することがより困難な空洞について、より予熱のエネルギーを低減でき、当該空洞から粉末１００を確実に除去することができる。

【0049】

予熱制御部２２４は、温度と照射条件の関係を規定するテーブル又は関数を用いて、測定値取得部２１０から受け取った測定結果から電子ビームＥＢの照射条件を決定してよい。予熱制御部２２４は、当該テーブル又は関数を予め格納してよい。予熱制御部２２４は、決定した予熱条件を出力部２３０を介してカラム部２０に出力する。

【0050】

カラム部２０は、出力部２３０からの予熱条件に応じて、電子ビームＥＢで粉末層１０００ｂの表面を加熱する。これにより、断面１０１０ｂの断面領域の周辺の粉末１００は所定の温度まで予熱され、一方、空洞領域１０２０の粉末１００の過度な温度上昇を抑制できる。

【0051】

ステップＳ５０において、溶融制御部２２２は、断面形状作成部２００から、断面１０１０ｂに対応する断面領域のデータを受け取り、測定値取得部２１０から受け取った予熱処理後の測定結果に応じて、電子ビームＥＢの照射強度等の溶融結合条件を生成し、出力部２３０を介してカラム部２０に出力する。カラム部２０は、溶融結合条件に応じて、電子源２１から出力した電子ビームＥＢを粉末層１０００ｂの断面領域に照射する。これにより、粉末層１０００ｂのうち、電子ビームＥＢを照射された箇所は溶融結合して断面１０１０ｂを形成し、一方、空洞１２０を含む他の部分は粉末１００の状態で残る。

【0052】

ステップＳ５０の断面１０１０ｂの形成後には、ステップＳ３０からステップＳ５０までの工程を順に繰り返すことで、全ての断面を形成して、最終的な３次元造形物１１０を製造することができる。

【0053】

本実施形態により、３次元造形物１１０の製造時に、空洞１２０に対応する領域の粉末１００に対して過剰な予熱を抑制し、３次元造形物１１０に囲まれて熱伝導等によって過剰な高温になりやすい空洞領域の仮焼結を所望の程度に弱くすることができる。これにより、製造後に当該空洞１２０内に残る粉末１００を容易に取り除くことが可能となる。また、空洞１２０のマスクデータを用いることにより、断面毎に空洞１２０に対応する空洞領域を明確に特定することができる。

【0054】

図４は、３次元造形物１１０の３次元造形データ３００を示す。３次元造形物１１０は、立方体に円筒状の貫通孔が６つ形成されている。３次元造形データ３００において、３つの貫通孔３１０は、Ｚ軸方向に並んで、Ｙ軸方向に延び、他の３つの貫通孔３２０は、Ｙ軸方向に並んで、Ｚ軸方向に延びる。延断面形状作成部２００が、このような３次元造形データ３００から断面領域のデータを作成した場合、予熱制御部２２４は、貫通孔３２０に対応する空洞領域を断面領域以外の領域と区別することが困難となる。このため、本願の予熱を行う場合には、空洞１２０に対応する空洞領域を断面毎に特定できることが好ましい。

【0055】

図５は、図４の３次元造形物１１０の空洞１２０（貫通孔）を示すマスクデータの例である。マスクデータは、貫通孔３１０、３２０の各々と同じ大きさの円柱を含み、各円柱の座標が、各貫通孔３１０、３２０と同じであるデータとなる。断面形状作成部２００は、３次元造形データ３００を同じ大きさの立方体の３次元データから減算処理することにより、図５のマスクデータを得ることができる。

【0056】

図６は、図４の３次元造形データ３００に図５の貫通孔３１０、３２０のマスクデータを組み込んだデータを示す。断面形状作成部２００が、図６のような、マスクデータを組み込んだ３次元造形データ３００から断面のデータを作成することで、予熱制御部２２４は、各断面において空洞領域を明確に特定可能であり、本願の予熱を効率的に実施できる。

【0057】

図７は、予熱対象領域の例を示す。図７は、図６のマスクデータを組み込んだ３次元造形データ３００から得られた断面のデータを用いて示す予熱対象領域の例を示す。断面形状作成部２００は、図６のマスクデータを組み込んだ３次元造形データから断面領域のデータを生成し、予熱制御部２２４は、当該断面領域のデータから予熱対象領域を決定する。図７において、予熱制御部２２４は、断面領域のエッジから距離Ｄ離れて囲む領域ａ（斜線のハッチング）、及び空洞領域を予熱対象領域として予熱を行い、断面領域に予熱を行わない。この場合、予熱制御部２２４は、空洞領域に対する予熱のエネルギーが領域ａに対する予熱のエネルギーよりも低くになるように予熱制御を行う。

【0058】

図８は、予熱対象領域の他の例を示す。図８は、図６のマスクデータを組み込んだ３次元造形データから得られた断面のデータを用いて示す予熱対象領域の他の例を示す。断面形状作成部２００は、図６のマスクデータを組み込んだ３次元造形データから断面領域のデータを生成し、予熱制御部２２４は、当該断面領域のデータから予熱対象領域を決定する。図８において、予熱制御部２２４は、断面領域のエッジから距離Ｄ離れて囲む領域ａ、及び断面領域を予熱対象領域として予熱を行い、空洞領域に予熱（加熱）を行わない。この場合、予熱制御部２２４は、領域ａ及び断面領域の温度が閾値以上になるように予熱制御を行う。

【0059】

なお、予熱制御部２２４は、図３のステップＳ４０において、断面毎に、空洞領域（マスクされた領域）を他の予熱対象領域よりも低いエネルギーで予熱するかを決定してよい。この場合、予熱制御部２２４は、断面における空洞領域の面積又は最大幅が予め定められた閾値未満である場合に、空洞領域を他の予熱対象領域よりも低いエネルギーで予熱すると決定し、空洞領域の面積又は最大幅が予め定められた閾値以上である場合に、空洞領域を他の予熱対象領域と同じ予熱条件で予熱を行うと決定してよい。予め定められた閾値は、ユーザ入力によって設定されてよい。

【0060】

また、予熱制御部２２４は、ステップＳ４０の予熱処理を、前の溶融結合のステップＳ２０と粉末層形成のステップＳ３０との間に行ってもよい。これにより、予熱処理後に積層された粉末層１０００ｂを下の粉末層１０００ａにより間接的に予熱することができる。

【0061】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0062】

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0063】

１０ 製造装置
２０ カラム部
２１ 電子源
２２ 電子レンズ
２３ 偏向器
３０ 造形部
３１ 粉末供給部
３２ ステージ
３３ 側壁部
３４ 駆動棒
３５ 駆動部
３６ 排気ユニット
３７ ヒータ
４０ 、測定部
５０ 制御部
１００ 粉末
１１０ ３次元造形物
１２０ 空洞
１１０ ３次元造形物
２００ 断面形状作成部
２１０ 測定値取得部
２２２ 溶融制御部
２２４ 予熱制御部
２２６ 予熱条件決定部
２３０ 出力部
３００ ３次元造形データ
３１０ 貫通孔
３２０ 貫通孔
１０００ａ 粉末層
１０００ｂ 粉末層
１０１０ａ 断面
１０１０ｂ 断面
１０２０ 空洞領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】