特許 7020491 三次元積層造形物製造装置及び三次元積層造形物製造方法

(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】

(24)【登録日】2022-02-07

(45)【発行日】2022-02-16

(54)【発明の名称】三次元積層造形物製造装置及び三次元積層造形物製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/41 20210101AFI20220208BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20220208BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20220208BHJP

   B29C 64/386 20170101ALI20220208BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20220208BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220208BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220208BHJP

   B22F 12/60 20210101ALI20220208BHJP

   B22F 12/90 20210101ALI20220208BHJP

【ＦＩ】

B22F12/41

B29C64/153

B29C64/268

B29C64/386

B33Y50/02

B33Y10/00

B33Y30/00

B22F12/60

B22F12/90

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019547017

(86)(22)【出願日】2018-10-04

(86)【国際出願番号】 JP2018037237

(87)【国際公開番号】W WO2019070034

(87)【国際公開日】2019-04-11

【審査請求日】2020-02-03

(31)【優先権主張番号】P 2017196149

(32)【優先日】2017-10-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】清水 六

【審査官】河口 展明

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１４３１３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１６３４０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０２０４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３０８１５３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１５９２６６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１６－５３３４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２８２０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－３３４４９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０２８３２４７５（ＥＰ，Ａ２）

【文献】欧州特許出願公開第０３０９５５３９（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ ３／１６；３／１０５；１０／００－１２／９０

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ２９Ｃ ６７／００－６７／０８

Ｂ２９Ｃ ６７／２４－６９／０２

Ｂ２９Ｃ ７３／００－７３／３４

Ｂ２９Ｄ １／００－２９／１０；３３／００；９９／００

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

層状に配置された導電体粉末に対してビームを照射するビーム照射部と、
前記導電体粉末が硬化して形成された三次元積層造形物の表層部を探傷するプローブと、
前記ビームのエネルギを制御するエネルギ制御部と、を備え、
前記プローブは、当該プローブの走査方向と交差する方向に延在していると共に複数の検査コイルを含み、
前記複数の検査コイルは、前記走査方向に並んで配置されている複数の列を構成し、
前記複数の列の各々は、前記走査方向に交差する方向に並ぶ複数の前記検査コイルを含んでおり、
前記複数の検査コイルの各々は、磁界を発生させる励磁コイルと、前記励磁コイルの内側に配置されていると共に磁界の変化を検出する複数の検出コイルとを含んでおり、
前記エネルギ制御部は、前記プローブによる探傷結果に応じて設定された補修領域にビームを照射する際に、前記ビームによるエネルギを増加させる三次元積層造形物製造装置。

【請求項2】

前記導電体粉末を均す粉末塗布機構をさらに備え、
前記プローブは、前記粉末塗布機構に取り付けられており、前記粉末塗布機構と共に移動する、請求項１に記載の三次元積層造形物製造装置。

【請求項3】

前記ビーム照射部は、
前記ビームである電子線を照射する電子銃と、
前記電子銃に加速電圧を供給する加速電源と、
前記電子銃の照射口の前方領域に磁場を形成するコイル部と、を備え、
前記エネルギ制御部は、
前記加速電圧を制御する加速電圧制御部と、
前記コイル部を制御するコイル制御部と、を含む請求項１又は２に記載の三次元積層造形物製造装置。

【請求項4】

前記加速電圧制御部は、前記補修領域に対して前記電子線を照射する際に、前記加速電圧を増加させる請求項３に記載の三次元積層造形物製造装置。

【請求項5】

前記コイル制御部は、前記補修領域に対して前記電子線を照射する際に、前記電子線の走査速度を低下させる請求項３又は４に記載の三次元積層造形物製造装置。

【請求項6】

層状に配置された導電体粉末に対してビームを照射して、前記導電体粉末を溶融し硬化させ、三次元積層造形物を製造する三次元積層造形物製造方法であって、
保持部に保持された第１層の前記導電体粉末に前記ビームを照射して、前記第１層の前記導電体粉末を溶融させる溶融工程と、
前記第１層の導電体粉末が溶融されて硬化した後の前記三次元積層造形物の表層部をプローブで探傷する非破壊検査工程と、
前記三次元積層造形物の上に第２層の前記導電体粉末を積層する積層工程と、
前記非破壊検査工程による探傷結果に応じて設定された領域を補修する補修工程と、を含み、
前記プローブは、当該プローブの走査方向と交差する方向に延在し、前記走査方向に並んで配置されている複数の列を構成し、かつ、各々が、磁界を発生させる励磁コイルと、前記励磁コイルの内側に配置されていると共に磁界の変化を検出する複数の検出コイルとを含んでいる複数の検査コイルを含み、
前記複数の列の各々は、前記走査方向に交差する方向に並ぶ複数の前記検査コイルを含んでおり、
前記補修工程では、前記第２層の前記導電体粉末に前記ビームを照射する際に、前記ビームによるエネルギを増加させて、前記領域を補修する三次元積層造形物製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、三次元積層造形物製造装置及び三次元積層造形物製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、作業テーブル上に原料である粉末を層状に配置して、この粉末層の選択した部分にエネルギを付与して順次溶融し、三次元製品を製造する装置がある（例えば特許文献１参照）。このような三次元製品を製造する装置では、一つの粉末層について、部分的に溶融させ、溶融した粉末が硬化した後に、その上に別の粉末層を形成し、さらに選択した部分を溶融し硬化させて、これを繰り返して三次元製品を製造する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２００３－５３１０３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来、欠陥を有する三次元製品は、製品として利用されず不良品として廃棄されている。上記の特許文献１では、欠陥を有する三次元製品について、どのように対処するかについて記載されていない。本開示は、表層部の欠陥を検出し、検出された欠陥を補修することが可能な三次元積層造形物製造装置及び三次元積層造形物製造方法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】

【0005】

本開示の三次元積層造形物製造装置は、層状に配置された導電体粉末に対してビームを照射するビーム照射部と、導電体粉末が硬化して形成された三次元積層造形物の表層部を探傷する非破壊検査部と、ビームのエネルギを制御するエネルギ制御部と、を備える。エネルギ制御部は、非破壊検査部による探傷結果に応じて設定された補修領域にビームを照射する際に、ビームによるエネルギを増加させる。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、表層部の欠陥を検出し、検出された欠陥を補修することが可能な三次元積層造形物製造装置及び三次元積層造形物製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、一実施形態の三次元積層造形物製造装置を示す構成図である。

【図2】図２は、内部欠陥が検出された三次元積層造形物を示す断面図である。

【図3】図３は、図１に示す三次元積層造形物製造装置のブロック構成図である。

【図4】図４は、図３中のプローブにおける検査コイルの配置を上方から示す図である。

【図5】図５は、一実施形態の三次元積層造形物製造方法の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示の三次元積層造形物製造装置は、層状に配置された導電体粉末に対してビームを照射するビーム照射部と、導電体粉末が硬化して形成された三次元積層造形物の表層部を探傷する非破壊検査部と、ビームのエネルギを制御するエネルギ制御部と、を備える。エネルギ制御部は、非破壊検査部による探傷結果に応じて設定された補修領域にビームを照射する際に、ビームによるエネルギを増加させる。

【0009】

この三次元積層造形物製造装置は、非破壊検査部を備えているので、この非破壊検査部によって三次元積層造形物の表層部の欠陥を検出することができる。三次元積層造形物製造装置は、エネルギ制御部を備えているので、非破壊検査部によって検出された欠陥を含む補修領域にビームを照射する際に、ビームによるエネルギを増加させることができる。これにより、三次元積層造形物製造装置は、次回の導電体粉末の層にビームを照射しながら、その下層に存在する欠陥に対してビームのエネルギを付与することができる。三次元積層造形物製造装置は、欠陥を補修することができる。

【0010】

ビーム照射部は、ビームである電子線を照射する電子銃と、電子銃に加速電圧を供給する加速電源と、電子銃の照射口の前方領域に磁場を形成するコイル部と、を備えていてもよい。エネルギ制御部は、加速電圧を制御する加速電圧制御部と、コイル部を制御するコイル制御部と、を含んでもよい。これにより、電子銃から導電体粉末に対して電子線を照射することで、導電体粉末を溶融して、硬化させて三次元積層造形物を製造することができる。加速電圧制御部は、補修領域に対して電子線を照射する際に、加速電圧を増加させることができる。これにより、電子線によるエネルギを増加させて、次回の導電体粉末の層に電子線を照射しながら、その下層に存在する欠陥に対して電子線のエネルギを付与することができる。その結果、三次元積層造形物製造装置は、欠陥を溶融して補修することができる。

【0011】

コイル制御部は、補修領域に対して電子線を照射する際に、電子線の走査速度を低下させてもよい。これにより、電子線が照射された領域に付与されるエネルギを増加させることができるので、次回の導電体粉末の層に電子線を照射しながら、その下層に存在する欠陥に対してビームのエネルギを付与することができる。三次元積層造形物製造装置は、欠陥を溶融して補修することができる。

【0012】

本開示の三次元積層造形物製造方法は、層状に配置された導電体粉末に対してビームを照射して、導電体粉末を溶融し硬化させ、三次元積層造形物を製造する三次元積層造形物製造方法であって、保持部に保持された第１層の導電体粉末にビームを照射して、第１層の導電体粉末を溶融させる溶融工程と、第１層の導電体粉末が溶融されて硬化した後の三次元積層造形物の表層部を探傷する非破壊検査工程と、三次元積層造形物の上に第２層の導電体粉末を積層する積層工程と、非破壊検査工程による探傷結果に応じて設定された領域を補修する補修工程と、を含む。補修工程では、第２層の導電体粉末にビームを照射する際に、ビームによるエネルギを増加させて、領域を補修する。

【0013】

この三次元積層造形製造方法では、非破壊検査工程を行うことによって三次元積層造形物の表層部の欠陥を検出することができる。この三次元積層造形物製造方法の補修工程では、三次元積層造形物の上に積層された第２層の導電体粉末にビームを照射する際に、ビームによるエネルギを増加させることができるので、検出された欠陥を含む領域を補修することができる。これにより、第１層に含まれる欠陥を補修しながら、第２層の導電体粉末を溶融させて、三次元積層造形物を製造することができる。

【0014】

以下、本開示の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0015】

図１に示される三次元積層造形物製造装置（以下「製造装置」という）１は、いわゆる３Ｄプリンタであり、層状に配置した金属粉末（導電体粉末）２に部分的にエネルギを付与して、金属粉末２を溶融又は焼結させることができる。製造装置１は、溶融又は焼結を複数回繰り返して三次元部品（三次元積層造形物）３を製造する。三次元部品３は、例えば機械部品などであり、その他の構造物であってもよい。金属粉末としては例えばチタン系金属粉末、インコネル（登録商標）粉末、アルミニウム粉末等が挙げられる。導電体粉末は、金属粉末に限定されず、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）など、炭素繊維と樹脂を含む粉末でもよく、その他の導電性を有する粉末でもよい。

【0016】

製造装置１は、真空チャンバ４、作業テーブル（保持部）５、昇降装置６、粉末供給装置７、電子線照射装置（ビーム照射部）８、非破壊検査装置９及びコントローラ３１を備える。真空チャンバ４は、内部を真空（低圧）状態とする容器であり、図示しない真空ポンプが接続されている。図２に示される作業テーブル５は、例えば板状を成し、三次元部品３の原料である金属粉末２が配置される保持部である。作業テーブル５上の金属粉末２は例えば層状に複数回に分けて配置される。作業テーブル５は、平面視において、例えば矩形状を成している。作業テーブル５の形状は、矩形に限定されず、円形でもよく、その他の形状でもよい。作業テーブル５は、真空チャンバ４内において、例えば底部で下方に窪む凹部に配置されている。作業テーブル５は、Ｚ方向（上下方向）に移動可能であり、金属粉末２の層数に応じて順次降下する。作業テーブル５の外周には、作業テーブル５の移動を案内するガイド部１０が設けられている。ガイド部１０は、作業テーブル５の外形に対応するように角筒状（作業テーブルが円形の場合は円筒状）を成している。ガイド部１０及び作業テーブル５は、金属粉末２及び造形された三次元部品３を収容する収容部を形成する。作業テーブル５はガイド部１０の内側でＺ方向に移動可能である。例えばガイド部１０は、真空チャンバ４の一部を構成している。

【0017】

昇降装置６は、作業テーブル５を昇降させる。昇降装置６は、例えばラックアンドピニオン方式の駆動機構を含み、作業テーブル５をＺ方向に移動させる。昇降装置６は、作業テーブル５の底面に連結されて下方に伸びる棒状の上下方向部材（ラック）と、この上下方向部材を駆動するための駆動源と、を含む。駆動源としては、例えば電動モータを用いることができる。電動モータの出力軸にはピニオンが設けられ、上下方向部材の側面にはピニオンと噛み合う歯形が設けられている。電動モータが駆動され、ピニオンが回転して動力が伝達されて、上下方向部材が上下方向に移動する。電動モータの回転を停止することで、上下方向部材が位置決めされて、作業テーブル５のＺ方向の位置が決まり、その位置が保持される。上下方向位置調整機構は、ラックアンドピニオン方式の駆動機構に限定されない。上下方向位置調整機構は、例えば、ボールねじ、シリンダなどその他の駆動機構を備えるものでもよい。

【0018】

図１に示す粉末供給装置７は、金属粉末２を貯留する貯留部である原料タンク１１と、金属粉末２を均す粉末塗布機構１２とを備える。原料タンク１１及び粉末塗布機構１２は、真空チャンバ４内に配置されている。原料タンク１１は、Ｚ方向において作業テーブル５より上方に配置されている。原料タンク１１は、例えば、Ｚ方向と交差するＹ方向において、作業テーブル５の両側に配置されている。原料タンク１１の下方には、張出板１３が設けられている。張出板１３はガイド部１０の上端部から側方に延びている。張出板１３は、作業テーブル５の周囲において、Ｚ方向に交差する平面を形成している。原料タンク１１に貯留されている金属粉末２は、原料タンク１１から流出して張出板１３上に堆積する。

【0019】

粉末塗布機構１２は、作業テーブル５及び張出板１３の上方で、Ｙ方向に移動可能である。粉末塗布機構１２は、張出板１３上に堆積する金属粉末２を作業テーブル５上に掻き寄せると共に、作業テーブル５上の金属粉末２の積層物の最上層の表面（上面）２ａを均す。粉末塗布機構１２の下端部は、金属粉末２の積層物の表面２ａに当接して高さを均一にする。粉末塗布機構１２は、例えば板状を成し、Ｘ方向に所定の幅を有する。Ｘ方向は、Ｚ方向及びＹ方向に交差する方向である。粉末塗布機構１２のＸ方向の長さは、例えば作業テーブル５のＸ方向の全長に対応している。製造装置１は、粉末塗布機構１２に替えて、ローラー部、棒状部材、刷毛部などを備える構成でもよい。

【0020】

電子線照射装置８は、電子銃１４、加速電源１５及びコイル部１６を備える。電子銃１４は、カソード１４ａ、アノード１４ｂ及びフィラメント１４ｃを含む。これらのカソード１４ａ、アノード１４ｂ及びフィラメント１４ｃは、加速電源１５に電気的に接続されている。加速電源１５の負極は接地されている。加速電圧は、例えば－６０ｋｖである。加速電圧は、カソード１４ａとアノード１４ｂとの間の電位差である。カソード１４ａは、フィラメント１４ｃによって加熱される。加熱されたカソード１４ａから電子が放出される。電子は、カソード１４ａ及びアノード１４ｂ間の電位差に応じて加速される。電子ビーム（電子線）Ｂは、電子銃１４の照射口１４ｄを通じて、真空チャンバ４内に照射される。

【0021】

コイル部１６は、電子銃１４の照射口１４ｄの前方領域に磁場を形成する。前方領域とは、電子ビームＢの照射方向における前方の領域である。コイル部１６は、収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９を備える。収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９は、電子ビームＢの照射方向において、例えば電子銃１４側からこの順番で配置されている。収差コイル１７は、電子銃１４から出射される電子ビームＢの周囲に設置され、電子ビームＢを収束させる。フォーカスコイル１８は、電子銃１４から出射される電子ビームＢの周囲に設置され、電子ビームＢのフォーカス位置のずれを補正する。偏向コイル１９は、電子銃１４から出射される電子ビームＢの周囲に設置され、電子ビームＢの照射位置を調整する。偏向コイル１９は、電磁的なビーム偏向を行うため、機械的なビーム偏向と比べて、電子ビームＢの照射時における走査速度を高速にすることができる。電子銃１４及びコイル部１６は、真空チャンバ４の上部に配置されている。電子銃１４から出射された電子ビームＢは、コイル部１６によって収束されて焦点位置が補正される。電子ビームＢは、走査速度が制御され、金属粉末２の照射位置に到達する。

【0022】

図２に示される非破壊検査装置９は、三次元部品３の表層部３ａを探傷するプローブ（非破壊検査部）９ａを備える。プローブ９ａは、粉末塗布機構１２に取り付けられている。プローブ９ａは、粉末塗布機構１２と共にＹ方向に移動可能である。プローブ９ａは、粉末塗布機構１２とは別に移動可能な構成でもよい。プローブ９ａの底面は、粉末塗布機構１２の下端より上方に配置されている。プローブ９ａの底面と金属粉末２の積層物の表面２ａとの間には隙間が形成されている。プローブ９ａは、金属粉末２及び三次元部品３に対して接触していない。プローブ９ａは、プローブ９ａの走査方向であるＹ方向と交差するＸ方向に延在している。プローブ９ａは、図４に示されるように、Ｘ方向に並んで配置された複数の検査コイル２０を含む。プローブ９ａは、Ｘ方向に並ぶ複数個の検査コイル２０の列を含む。この検査コイル２０の複数の列は、Ｙ方向に並んで配置されている。プローブ９ａの検査コイル２０は、例えば箱形を成す筐体内に収容されている。図示の例では、プローブ９ａは粉末塗布機構１２の移動方向において前側に配置されている。プローブ９ａは粉末塗布機構１２の移動方向において後側に配置されていてもよい。粉末塗布機構１２によって金属粉末２を均した後に、プローブ９ａが金属粉末２の上を通過しながら探傷してもよい。

【0023】

図４に示される検査コイル２０は、励磁コイル２１と、一対の検出コイル２２と、を備える。励磁コイル２１は、交流電流が供給されて磁界を発生させる。これにより、励磁コイル２１は、三次元部品３の表層部３ａに渦電流を発生させることができる。励磁コイル２１は、例えばＺ方向に延在する軸線周りに形成されている。一対の検出コイル２２は、励磁コイル２１の内側に配置されている。検出コイル２２は、例えばＺ方向に延在する軸線周りに形成されている。検出コイル２２の内側にはフェライトコア（鉄心）が配置されている。フェライトコアは、例えば棒状を成しＺ方向に延在している。フェライトコアは、円柱状でもよく、角柱状でもよい。一対の検出コイル２２は、表層部３ａの渦電流による磁界の変化を検出する。表層部３ａは、三次元部品３の表面及び表面近傍の内部の部分を含んでもよい。表層部３ａは、例えば表面から深さ１ｍｍまでの領域を含んでもよい。表層部３ａは、例えば深さ２ｍｍまでの領域を含むものでもよく、その他の深さまでの領域を含むものでもよい。プローブ９ａは、三次元部品３の表層部３ａとして、金属粉末２の複数層分（例えば５層分）の深さまで、同時に探傷可能である。

【0024】

表層部３ａに欠陥Ｃがある場合には、渦電流の流れに変化が生じこれにより磁界が変化する。検出コイル２２により磁界の変化を検出することで、欠陥Ｃの有無を検出することができる。一対の検出コイル２２のうち一方が磁界の変化を検出し、他方が磁界の変化を検出しない場合がある。このような場合には、一対の検出コイル２２によって検出された信号の差分を算出することで、磁界の変化を精度良く検出することができる。このように複数の検出コイル２２で検出された信号の差分を算出することで、プローブ９ａが欠陥Ｃの上を通過したときに信号の差分が最も大きくなる。そのため、電気的ノイズを抑えることができ精度良く欠陥Ｃを検出することができる。検出コイル２２によって検出される欠陥Ｃとしては、例えば溶け込み不良、割れ、融着、ポロシティ（空隙）などがある。

【0025】

図１及び図３に示されるコントローラ３１は、製造装置１の装置全体の制御を司る制御部である。コントローラ３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータである。コントローラ３１は、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などを含む。コントローラ３１は、演算部３２、加速電圧制御部（エネルギ制御部）３３、コイル制御部（エネルギ制御部）３４及び記憶部３５を含む。コントローラ３１は、加速電源１５、収差コイル１７、フォーカスコイル１８、偏向コイル１９、粉末塗布機構１２、プローブ９ａ、昇降装置６、表示部４１及び操作部４２と電気的に接続されている。

【0026】

製造装置１は、電子ビームＢのエネルギを制御するエネルギ制御部を備えている。コントローラ３１は、エネルギ制御部として、加速電圧制御部３３及び、コイル制御部３４を含んでもよい。

【0027】

演算部３２は、プローブ９ａで検出された信号について演算を行う。演算部３２は例えば一対の検出コイル２２で検出された信号の差分を算出することができる。演算部３２は、例えば、欠陥Ｃの有無、欠陥Ｃの位置（Ｘ方向の位置、Ｙ方向の位置）、欠陥Ｃの深さ（Ｚ方向の位置）を算出することができる。演算部３２は、算出された検査結果（探傷結果）を表示部４１に出力する。演算部３２は、算出された検査結果を記憶部３５に記憶する。

【0028】

加速電圧制御部３３は、加速電源１５によって印加される加速電圧を制御する。加速電圧制御部３３は、検出された欠陥Ｃの位置及び深さに応じて、加速電圧を通常時より増加させる。通常時の加速電圧とは、欠陥Ｃを補修する必要がないときの加速電圧である。通常時の加速電圧は、例えば１層分の金属粉末２を溶融させることが可能な電子ビームＢを照射するために必要な加速電圧である。加速電圧制御部３３は、加速電圧を増加させて、電子ビームＢによる電子の速度を上昇させる。加速電圧制御部３３は、三次元部品３上に堆積する金属粉末２を溶融させる際に、電子ビームＢが欠陥Ｃに照射されるタイミングに合わせて、加速電圧を増加させる制御を行う。加速電圧制御部３３は、加速電圧を増加させた後に、電子ビームＢが欠陥Ｃから外れた位置に照射されるときに、加速電圧を低下させて通常時の値に戻す制御を行う。

【0029】

コイル制御部３４は、収差コイル１７を制御して、電子ビームＢを収束させる。コイル制御部３４は、フォーカスコイル１８を制御して、電子ビームＢのフォーカス位置を制御する。コイル制御部３４は、偏向コイル１９を制御して、電子ビームＢの照射位置を制御する。例えば、通常時と比較して加速電圧を増加させた場合には、電子ビームＢの挙動が変わるので、コイル制御部３４は、収差コイル１７における制御量、フォーカスコイル１８における制御量、偏向コイル１９における制御量を補正することができる。例えば、これらの収差コイル１７における制御量、フォーカスコイル１８における制御量、及び偏向コイル１９における制御量に関するデータは、記憶部３５に記憶されている。

【0030】

表示部４１は、例えば、液晶表示装置であり、コントローラ３１から出力された検査結果等を表示することができる。表示部４１は、例えば、検出された欠陥Ｃの位置、深さ等に関する情報を表示する。表示部４１は、電子銃１４から照射される電子ビームＢに関する情報を表示することができる。表示部４１は、加速電圧、収差コイル１７の制御量、フォーカスコイル１８の制御量、及び偏向コイル１９の制御量に関するデータを表示することができる。操作部４２は、使用者が操作可能な入力手段である。使用者は、表示部４１に表示された情報を確認し、各種設定（制御量）を変更することができる。

【0031】

次に、三次元部品の製造方法（三次元積層造形物製造方法）について説明する。図５は、三次元部品の製造方法の手順を示すフローチャートである。三次元部品の製造方法は、例えば製造装置１を用いて実行される。

【0032】

まず、製造装置１では、原料タンク１１から金属粉末２を排出し、第１層の金属粉末２を作業テーブル５上に供給し、粉末塗布機構１２をＹ方向に移動させて、金属粉末２の積層物の表面２ａを均す（ステップＳ１）。次に、作業テーブル５上の金属粉末２に電子ビームＢを照射する照射工程を行う（溶融工程；ステップＳ２）。この照射工程では、加速電圧制御部３３は、加速電源１５を制御して、加速電圧を制御する。これにより、電子が加速されて電子銃１４から電子ビームＢが照射される。照射工程では、コイル制御部３４は、収差コイル１７を制御して電子ビームＢを収束させ、フォーカスコイル１８を制御して電子ビームＢのフォーカス位置を制御し、偏向コイル１９を制御して電子ビームＢの照射位置を制御し、電子ビームＢの走査速度を制御する。

【0033】

次に、コントローラ３１は、昇降装置６に指令信号を送信して、作業テーブル５を降下させる（ステップＳ３）。これにより、第１層の上に第２層の金属粉末２を積層するためのスペースが確保される。

【0034】

溶融した第１層（第ｎ層）の金属粉末２が硬化した後に、製造装置１では、第２層（第ｎ＋１層）の金属粉末２を作業テーブル５上（第ｎ層の金属粉末２の上）に供給し（積層工程）、粉末塗布機構１２をＹ方向に移動させて、第２層の金属粉末２の表面２ａを均す（ステップＳ４）。このとき、粉末塗布機構１２を移動させる際に探傷工程（非破壊検査工程；ステップＳ５）が実行される。例えば第２層（第ｎ＋１層）の金属粉末２の表面２ａを均すと共に、第１層（第ｎ層）の表層部３ａに対する探傷工程が実行される。

【0035】

探傷工程では、励磁工程及び検出工程が行われる。励磁工程では、励磁コイル２１に電流を供給して磁界を発生させて、表層部３ａに渦電流を生じさせる。検出工程では、表層部３ａにおける磁界の変化を検出する。例えば表層部３ａに欠陥Ｃ、形状不連続部などがある場合には、渦電流が迂回して変化し磁界が変化する。検出工程では、演算部３２は一対の検出コイル２２で検出された信号の差分を算出する。演算部３２は、この算出した結果に基づいて検査結果を示す画像情報を生成する。検査結果を示す画像情報は、表示部４１に出力されて表示される。表示部４１は、検査結果を示す画像情報として、欠陥Ｃの位置、大きさ、向きなどを表示してもよい。

【0036】

次に、演算部３２は、検査結果に基づいて欠陥Ｃの有無を判定する（ステップＳ６）。ここでは、演算部３２は、一対の検出コイル２２による信号の差分に基づいて、欠陥Ｃの有無を判定してもよく、使用者が表示部４１に表示された画像情報を見て欠陥Ｃの有無を判定してもよい。欠陥Ｃが検出されなかった場合には、ステップＳ８に進み、欠陥Ｃが検出された場合には、ステップＳ７に進む。

【0037】

ステップＳ７では、補修準備工程を行う。補修準備工程では、コントローラ３１は、欠陥Ｃを補修するための各種設定を行う。補修準備工程では、コントローラ３１は、例えば、欠陥Ｃを含む補修領域を設定する。補修準備工程では、コントローラ３１は、欠陥Ｃを含む補修領域に電子ビームＢを照射する際の加速電源の制御量を設定する。コントローラ３１は、例えば、加速電圧を増加させるように加速電源１５の制御量を設定する。補修準備工程では、コントローラ３１は、加速電圧を増加させた場合のコイル部１６の制御量を設定する。コントローラ３１は、例えば、電子ビームＢにおける電子の速度の増加量に応じて、収差コイル１７の制御量、フォーカスコイル１８の制御量、偏向コイル１９の制御量を設定することができる。補修準備工程では、欠陥Ｃの位置、大きさ、形状、及び電子ビームＢの過去の制御量等に基づいて、上記の制御量が設定される。これらの制御量は、使用者が設定してもよく、演算部３２が演算することで設定してもよい。設定された制御量は、記憶部３５に記憶される。なお、欠陥Ｃを含む補修領域は、欠陥Ｃのみでもよく、欠陥Ｃの周囲の領域を含むものでもよく、欠陥Ｃの一部のみを含むものでもよい。

【0038】

ステップＳ７の補修準備工程を実施した後、ステップＳ２に戻る。このステップＳ２照射工程では、電子線照射装置８は、第１層の上に積層された第２層の金属粉末２に対して、電子ビームＢを照射する。このステップＳ２では、欠陥Ｃを含む補修領域に、電子ビームＢが照射される際に、補修準備工程で設定された制御量に基づく制御が実行され、加速電圧が増加されると共にコイル部１６について制御が行われる。これにより、電子ビームＢによるエネルギが増加されて、電子ビームＢが欠陥Ｃまで到達し、欠陥Ｃが溶融される。これにより、欠陥Ｃを補修する補修工程が実施される。なお、照射工程において、第２層の金属粉末２に対して補修領域以外の領域について電子ビームＢを照射する際には、前回の第１層の金属粉末２に対して電子ビームＢを照射したときと同様に、電子ビームＢを照射する。すなわち、電子ビームＢの照射位置が移動して欠陥Ｃを含む補修位置から外れたら、加速電圧制御部３３は、加速電圧を戻す。

【0039】

このステップＳ２における照射工程を実施したら、ステップＳ３～Ｓ６を繰り返す。ステップＳ６で、欠陥なしと判定されたら、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、コントローラ３１は、三次元部品３の全層について造形が終了して、部品が完成しているか否かを判定する。例えば、設計通りの層分について造形が終了しているか否かを判定する。三次元部品の造形が終了していない場合には、ステップＳ２に戻る。このステップＳ２では、電子線照射装置８は、前回のステップＳ４において形成された金属粉末２に対して、電子ビームＢを照射して部分的にエネルギを付与して、溶融を行う。以下、製造装置１は、同様の工程を繰り返し、三次元部品３の全層について造形を行い、三次元部品３の製造を完了する。

【0040】

本実施形態の製造装置１では、非破壊検査装置９を備えているので、この非破壊検査装置９によって、三次元部品３の表層部３ａの欠陥Ｃを検出することができる。製造装置１は、加速電圧制御部３３を備えているので、非破壊検査装置９によって検出された欠陥Ｃを含む補修領域に電子ビームＢを照射する際に、電子ビームＢによるエネルギを増加させることができる。これにより、製造装置１は、第２層の金属粉末２に電子ビームＢを照射しながら、その下層の第１層に存在する欠陥Ｃに対して電子ビームＢのエネルギを付与することができる。その結果、欠陥Ｃを補修することができる。

【0041】

本開示は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。上記の実施形態では、加速電圧を増加させる制御を行うことで、電子ビームＢによるエネルギを増加させているが、ビームによるエネルギを増加させる制御は、これに限定されない。例えば、コントローラ３１は、電子ビームＢの走査速度を低下させることで、電子ビームＢの照射位置の移動速度を低下させて、導電体粉末に付与されるエネルギを増加させてもよい。すなわち、コイル制御部３４は、補修領域に対して電子ビームＢを照射する際に、電子ビームＢの走査速度を通常時よりも低下させる制御をしてもよい。コイル制御部３４は、加速電圧を増加させる制御と走査速度を低下させる制御とを同時に行ってもよい。すなわち、加速電圧を増加させながら走査速度を低下させてもよい。上記の実施形態において、製造装置１は、欠陥Ｃが検出された場合に、欠陥Ｃを含む補修領域に対して、電子ビームＢを再照射することで、欠陥Ｃを補修することもできる。

【0042】

上記の実施形態では、電子ビームＢを照射して、導電体粉末を溶融しているが、導電体粉末に照射されるビームは、電子ビームに限定されず、その他のエネルギービームでもよい。三次元積層造形物製造装置は、例えば、レーザ発信器を備え、レーザビームを照射して、導電体粉末を溶融するものでもよい。このように、レーザビームを照射する場合には、コイル制御部は、レーザビームの出力を上げる制御を行ってもよく、レーザビームの走査速度を低下させる制御を行ってもよい。これにより、補修領域にビームを照射する際に、ビームによるエネルギを増加させて、欠陥を補修することができる。

【0043】

上記の実施形態では、三次元部品３の表層部３ａを探傷する非破壊検査部として、三次元部品３に渦電流を発生させて、探傷を行う場合（渦流探傷試験）について説明しているが、非破壊検査部は、渦流探傷試験を行うものに限定されない。非破壊検査部は、例えば、放射線透過試験など、その他の非破壊検査を行うものでもよい。非破壊検査部は、カメラ（撮像部）を含んでもよく、撮像された画像に基づいて欠陥を検出して補修領域を設定してもよい。

【0044】

上記の実施形態では、粉末塗布機構をＹ方向に移動させて、粉末の積層物（粉末層）の表面２ａを均しているが、粉末塗布機構をその他のＸ－Ｙ面内の方向に移動させて、粉末層の表面２ａを均してもよい。製造装置は、円周方向に粉末塗布機構を移動させてもよい。製造装置は、平面視において、粉末塗布機構に対して作業テーブルを含む造形タンクを相対的に移動させて表面２ａを均してもよい。造形タンク（ガイド部）は、例えばＸ方向に往復運動する構成でもよく、その他の方向に移動可能な構成でもよい。造形タンクは、Ｚ方向に延在する仮想線を中心として回転移動可能な構成でもよい。例えば、製造装置は、平面視において円形の保持部（作業テーブル）を備え、Ｚ方向に延在する仮想線（保持部の中央部）を中心として保持部及び粉末層を回転移動させながら、粉末の塗布及びビーム照射を順次行う構成でもよい。

【符号の説明】

【0045】

１ 製造装置（三次元積層造形物製造装置）
２ 金属粉末（導電体粉末）
３ 三次元部品（三次元積層造形物）
３ａ 表層部
５ 作業テーブル（保持部）
８ 電子線照射装置（ビーム照射部）
９ 非破壊検査装置（非破壊検査部）
９ａ プローブ
１４ 電子銃
１５ 加速電源
１６ コイル部
３３ 加速電圧制御部（エネルギ制御部）
３４ コイル制御部（エネルギ制御部）
Ｂ 電子ビーム（電子線）
Ｃ 欠陥

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】