特許 7084224 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-06

(45)【発行日】2022-06-14

(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】

   B22F 10/28 20210101AFI20220607BHJP

   B22F 10/37 20210101ALI20220607BHJP

   B22F 10/38 20210101ALI20220607BHJP

   B22F 12/90 20210101ALI20220607BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220607BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220607BHJP

【ＦＩ】

B22F10/28

B22F10/37

B22F10/38

B22F12/90

B33Y10/00

B33Y30/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018116750

(22)【出願日】2018-06-20

(65)【公開番号】P2019218600

(43)【公開日】2019-12-26

【審査請求日】2021-05-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000152675

【氏名又は名称】コマツＮＴＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】前花 英一

(72)【発明者】

【氏名】野田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】厨川 常元

(72)【発明者】

【氏名】水谷 正義

【審査官】中西 哲也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１９００８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１５７６４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－０４７５２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０７５８０３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １０／００－１２／９０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形対象物の、曲面を呈する表面に向けて粉末を落下させて供給する粉末供給装置と、
前記粉末供給装置によって供給されて堆積した前記粉末の層の表面形状を計測する表面形状計測装置と、
前記表面形状計測装置によって計測された表面形状の、前記粉末の供給前後における変化に基づいて、前記粉末の層の厚さを演算する演算部と、
演算された前記粉末の層の厚さが、予め設定された一層の厚さの許容範囲内にある場合に、前記粉末供給装置によって供給されて堆積した前記粉末の層にエネルギービームを照射するエネルギービーム照射装置と、
を備えることを特徴とする３次元造形装置。

【請求項2】

前記造形対象物を移動させる移動装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の３次元造形装置。

【請求項3】

エネルギービームが照射された前記粉末の層の表面を撮影するカメラ装置と、
前記カメラ装置によって撮影された画像に基づいて造形領域を判別する画像処理部と、
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の３次元造形装置。

【請求項4】

前記粉末供給装置によって供給される前記粉末を前記造形対象物の表面上において保持する壁部を備え、
前記壁部は、前記造形対象物の表面に対して近接離反移動させられることで、前記造形対象物の表面上に配置され得るものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の３次元造形装置。

【請求項5】

前記粉末は、金属の粉末であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の３次元造形装置。

【請求項6】

造形対象物の、曲面を呈する表面に向けて粉末を落下させて供給する粉末供給工程と、
前記粉末供給工程において供給されて堆積した前記粉末の層の表面形状を計測する表面形状計測工程と、
前記表面形状計測工程において計測された表面形状の、前記粉末の供給前後における変化に基づいて、前記粉末の層の厚さを演算する演算工程と、
演算された前記粉末の層の厚さが、予め設定された一層の厚さの許容範囲内にある場合に、前記粉末供給工程において供給されて堆積した前記粉末の層にエネルギービームを照射するエネルギービーム照射工程と、
を含むことを特徴とする３次元造形方法。

【請求項7】

前記粉末供給工程において、前記造形対象物を一定速度で水平方向に移動させながら前記造形対象物の表面に向けて前記粉末を落下させることを特徴とする請求項６に記載の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次元造形装置および３次元造形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

３次元造形技術として、次の２つの手法が用いられることが多い。すなわち、一つは、粉末床溶融結合法（以下、「ＰＢＦ（Powder Bed Fusion）法」という）である（例えば、特許文献１参照）。もう一つは、指向エネルギ堆積法（以下、「ＤＥＤ（Direct Energy Deposition）法」という）である（例えば、特許文献２参照）。

【0003】

ＰＢＦ法は、粉末をローラやブレードを用いて水平に敷き詰めたのちに、プログラムされたレーザ光を走査させることで粉末が溶融・結合し、その軌跡によって目的の形状を持った造形層を作る。その後、造形層を繰り返し積層することで、立体的な複雑形状が作られる。この手法では、粉末が溶融し製品の一部として塊となった部分と、その間を埋めている未溶融の粉末とが、下層部分に充墳されたままの状態で、順に新たな粉末が積層されていく。そして、最終的な立体製品が完成されるまで、未溶融の粉末が取り除かれることはない。この充填された未溶融の粉末が、その上層の構造体となる粉末の足場となることで、梁部分と柱部分とが入り組んだ形状を有する構造（以下、「梁構造」という）を造形することができる。

【0004】

このように、ＰＢＦ法は、除去加工では実現できない中空の複雑形状を作り出すことが可能である。特に、ラティス構造やポーラス構造等の梁構造は、ＰＢＦ法によって製作可能となる。この梁構造を既存の部品の形状の一部に適用することで、例えば、高強度かつ軽量な部品の製作が期待できるなど、様々な恩恵が得られる。その他にも、梁構造の適用による様々な製品の開発に注目が集まっている。

【0005】

一方、ＤＥＤ法は、レーザ光の照射によって形成された溶融プールに、ノズルから噴射された粉末を供給することで、粉末が溶融して溶融プールの一部となり、それが凝固することで肉盛層を形成する手法である。ＤＥＤ法は、レーザ光および粉末が出射されるノズルトーチをロボットで制御することによって、任意の形状を持った部品の上に失った分の肉盛補修が可能である。また、ＤＥＤ法は、既存の部品の上に新たな形状を付与・造形することも可能である。さらに、ＤＥＤ法は、ベース部材とは別材質で構造を付与・造形することで、新たな機能を持った製品の可能性についても検討されている。

【0006】

このように、ＤＥＤ法は、既存の部品の捕修や、既存の部品の上に新たな構造を付け加えることが可能である。つまり、ＰＢＦ法は、造形体のすべてを高価な粉末でまるごと作るのに対して、ＤＥＤ法は、既存の部品に構造を付け加えるものである。このため、ＤＥＤ法は、コストの低いバルク体をベースとし、必要な部分のみを造形するため、粉末の使用量は少ない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００４－１２４２００号公報

【文献】特開２０１６－０７８２０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、ＤＥＤ法で梁構造を作ることを考えた場合に、足場となる粉末を何らかの方法で用意したとしても、粉末の噴射による噴流によって足場となるはずの下層の未溶融の粉末は吹き飛ばされてしまう。このため、ＤＥＤ法では、梁構造を作ることは困難である。

【0009】

一方、ＰＢＦ法では、造形の欠陥の発生を防止するために、造形前に粉末を目的の位置に確実に供給するとともに、供給される粉末の層の厚さのばらつきを抑える必要がある。つまり、ＰＢＦ法では、高精度の粉末の供給および配置が必要である。このために、ＰＢＦ法は、ローラやブレードによって粉末を水平に圧縮しながら敷き詰めている。しかしながら、ＰＢＦ法は、平面上に―定厚の粉末層を作り出すことは可能であるが、自由曲面を持った部品の上に―定厚の粉末層を作り出すことは困難である。

【0010】

上述したように、ＤＥＤ法では、曲面上に造形することは可能であるが、梁構造を作ることはできない。一方、ＰＢＦ法では、梁構造を作ることは可能であるが、曲面上に造形を行うことはできない。つまり、従来の３次元造形技術では、造形対象物としての既存の部品（ワーク）の曲面を呈する表面上に梁構造を造形することができない。

【0011】

本発明は、造形対象物の、曲面を呈する表面上に―定厚の粉末層を作り出して３次元の造形体を製造することを実現できる３次元造形装置および３次元造形方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記課題を解決するため、本発明に係る３次元造形装置は、造形対象物の、曲面を呈する表面に向けて粉末を落下させて供給する粉末供給装置と、前記粉末供給装置によって供給されて堆積した前記粉末の層の表面形状を計測する表面形状計測装置と、前記表面形状計測装置によって計測された表面形状の、前記粉末の供給前後における変化に基づいて、前記粉末の層の厚さを演算する演算部と、を備える。また、前記３次元造形装置は、演算された前記粉末の層の厚さが、予め設定された一層の厚さの許容範囲内にある場合に、前記粉末供給装置によって供給されて堆積した前記粉末の層にエネルギービームを照射するエネルギービーム照射装置を備える。

【0013】

本発明に係る３次元造形方法は、造形対象物の、曲面を呈する表面に向けて粉末を落下させて供給する粉末供給工程と、前記粉末供給工程において供給されて堆積した前記粉末の層の表面形状を計測する表面形状計測工程と、前記表面形状計測工程において計測された表面形状の、前記粉末の供給前後における変化に基づいて、前記粉末の層の厚さを演算する演算工程と、を含む。また、前記３次元造形方法は、演算された前記粉末の層の厚さが、予め設定された一層の厚さの許容範囲内にある場合に、前記粉末供給工程において供給されて堆積した前記粉末の層にエネルギービームを照射するエネルギービーム照射工程を含む。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、造形対象物の、曲面を呈する表面上に―定厚の粉末層を作り出して３次元の造形体を製造することを実現できる３次元造形装置および３次元造形方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る３次元造形装置の構成を示す図である。

【図2】図１に示される粉末供給装置を模式的に示す斜視図である。

【図3】図１に示される表面形状計測装置を模式的に示す斜視図である。

【図4】本実施形態に係る３次元造形方法の内容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】

【0016】

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態に係る３次元造形装置１００の構成を示す図である。
本実施形態では、３次元造形装置１００は、金属の粉末９０の層にエネルギービームとしてのレーザ光２５を照射することで３次元の造形体を作る３次元造形装置である。

【0018】

図１に示すように、３次元造形装置１００は、粉末供給装置１０と、エネルギービーム照射装置としてのレーザ光照射装置２０と、移動装置３０と、表面形状計測装置４０と、カメラ装置５０と、制御装置６０とを備える。粉末供給装置１０と移動装置３０とは、チャンバ７０内に収容されている。

【0019】

図２は、図１に示される粉末供給装置１０を模式的に示す斜視図である。
図２に示すように、粉末供給装置１０は、造形対象物としての既存の部品（完成した製品を含む）であるワーク８０の表面８１に向けて粉末９０を落下させて供給する。ここでは、ワーク８０は湾曲した板であり、ワーク８０の表面８１は、例えば円弧面等の曲面を呈している。粉末供給装置１０は、高精度粉末計量機を利用して構成することができ、供給口１１から粉末９０の正確な量を安定して連続供給することが可能である。

【0020】

金属の粉末９０としては、例えば、アルミ、鉄、ステンレス、チタン、および窒化金属等の合金が使用され得る。粉末９０は、ワーク８０の表面８１上でかたまることなくより均一に堆積するためには、ある程度流動性の良い、すなわち安息角が比較的小さいことが好ましい。ここで、安息角とは、一定高さから落下した粉末９０が崩れないで安定した山を形成する際に山の斜面が水平面に対して成す角度である。粉末９０の粒径は、１０～４５μｍが好ましい。粒径が小さすぎると粉末９０の粒子の流動性が損なわれて均一な厚さの粉末９０の層を形成しにくくなり、粒径が大きすぎると造形体の精密な形状を得にくくなるからである。

【0021】

３次元造形装置１００（図１参照）は、本実施形態では、粉末供給装置１０によって供給される粉末９０をワーク８０の表面８１上において一時的に保持する壁部７５を備えている。壁部７５は、ワーク８０の表面８１上の造形領域を含む所定領域を他の領域と区画するために、ワーク８０の表面８１上に垂直に配置される板状部材である。壁部７５は、ここでは前記所定領域を間に挟む平行な一対の板状部材であるが、これに限定されるものではなく、例えば、四角形の各辺に対応する４つの板状部材、あるいは１つの枠状部材であってもよい。

【0022】

壁部７５は、例えば基台３１に設けられた移動機構（図示せず）によってワーク８０の表面８１に対して近接離反移動させられることで、ワーク８０の表面８１上に配置され得る。ただし、これに限定されるものではなく、壁部７５は、ロボット装置によって移動させられることで、ワーク８０の表面８１上に配置されてもよい。

【0023】

なお、壁部７５は、必ずしも備えていなくてもよい。例えば、ワーク８０の表面８１が平面や、緩やかな傾斜の曲面である場合等には、粉末９０が自身の保持力によってワーク８０の表面８１上において保持され得るため、壁部７５は省略され得る。

【0024】

図３は、図１に示される表面形状計測装置４０を模式的に示す斜視図である。
図３に示すように、表面形状計測装置４０は、粉末供給装置１０によって供給されて堆積した粉末９０の層の表面形状を計測する。表面形状計測装置４０として、例えば、帯状のレーザ光を計測対象物に照射し、その反射光を受光素子で受光して、三角測距の原理で計測対象物の形状プロファイルを生成するレーザ変位計が使用され得る。

【0025】

図１に示すように、レーザ光照射装置２０は、粉末供給装置１０によって供給されて堆積した粉末９０の層にレーザ光２５を照射する。レーザ光照射装置２０は、レーザ光源２１と、ミラー（ガルバノミラー）２２，２３と、レンズ系２４とを備えている。

【0026】

レーザ光源２１は、レーザ光２５を出射する。レーザ光源２１としては、例えば、ファイバーレーザやＣＯ_２レーザ等が使用され得る。また、レーザ光２５は、パルス発振レーザであることが好ましい。パルス発振レーザの使用によって、より小さい出力で照射可能であるため、造形の母材となる造形対象物に与える熱影響を小さくでき、造形体の変形をより抑えることができる。ただし、レーザ光２５は、パルス発振レーザに限定されるものではなく、ＣＷ（連続発振）レーザであってもよい。

【0027】

レンズ系２４は、レーザ光２５を収束させる。また、ミラー２２，２３の角度を駆動手段（図示せず）によって変化させることで、レーザ光２５の照射方向を変化させる操作が行われる。つまり、ミラー２２，２３の回動によって、レーザ光２５が照射される位置が調整される。

【0028】

カメラ装置５０は、レーザ光２５が照射された後の、粉末９０の層の表面を撮影する。つまり、カメラ装置５０は、レーザ光２５が照射されて粉末９０が溶融・結合して固化された造形領域と、レーザ光２５が照射されなかった未溶融の粉末９０が存在する領域とを含む粉末９０の層の表面を撮影する。

【0029】

移動装置３０は、ワーク８０を移動させる装置である。本実施形態では、移動装置３０は、ワーク８０をセットする基台３１と、基台３１を移動させる駆動機構３２とを備えている。駆動機構３２は、基台３１の移動をガイドするガイド装置と、基台３１を移動させる駆動力を発生する駆動装置とを有している。駆動機構３２は、基台３１をＸ方向（図１における左右方向）、Ｙ方向（図１における紙面に垂直な方向）、Ｚ方向（上下方向）に移動させることができる。ただし、移動装置３０は、前記した構成に限定されるものではなく、例えば、ワーク８０を把持してその姿勢および位置を変化させるロボット装置であってもよい。

【0030】

チャンバ７０は、例えばステンレス等の金属で形成された容器である。チャンバ７０は、密閉可能に構成されており、排気機構（図示せず）によってチャンバ７０内を排気することで減圧可能とされている。また、排気機構は、加工時にレーザによって溶融した粉末から発生する金属ヒューム（金属蒸気）を排出させるための排出口を兼ねている。真空引きすることによって酸素が除去されたチャンバ７０内には、アルゴン、窒素等の不活性ガスが供給されるようになっている。また、チャンバ７０には、図示しないレーザ光２５の通過用の窓、表面形状計測用の窓、およびカメラ撮影用の窓が設けられている。

【0031】

制御装置６０は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）、およびメモリ、ハードディスク等の記憶部を備えている。記憶部には、３次元造形したい構造の３次元形状データと、加工条件データとが保存される。３次元形状データおよび加工条件データは、制御装置６０において作成されてもよいし、外部の装置で作成されて制御装置６０に入力されてもよい。制御装置６０は、加工条件データに基づいて、レーザ光源２１、ミラー２２，２３、およびレンズ系２４を制御して、レーザ光２５の出力特性、走査速度、走査間隔、および照射位置を調整する。

【0032】

また、制御装置６０は、移動装置３０を制御して、ワーク８０を移動させる。さらに、制御装置６０は、表面形状計測装置４０を制御して、粉末９０の層の表面形状を計測させるとともに、カメラ装置５０を制御して、粉末９０の層の表面を撮影させる。

【0033】

制御装置６０は、演算部６１と、画像処理部６２とを有している。演算部６１および画像処理部６２は、制御装置６０の記憶部に記憶されたプログラムをメモリ上で実行することによって実現される。演算部６１は、表面形状計測装置４０によって計測された粉末９０の層の表面形状の、粉末９０の供給前後における変化に基づいて、粉末９０の層の厚さを演算する。具体的には、粉末９０の層の表面のＺ方向（上下方向）の変位から、粉末９０の層の厚さが演算される。また、画像処理部６２は、カメラ装置５０によって撮影された、レーザ光２５が照射された粉末９０の層の表面の画像に基づいて、造形領域を判別する。具体的には、粉末９０の層の表面において、例えば未溶融の粉末９０が存在する周辺領域とは色の異なる領域が、レーザ光２５が照射されて粉末９０が溶融・結合して固化された造形領域と判別され得る。

【0034】

制御装置６０には、表示装置６３と、入力装置６４とが接続されている。表示装置６３は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等である。表示装置６３は、表面形状計測装置４０によって計測された粉末９０の層の表面形状、カメラ装置５０によって撮影された粉末９０の層の表面の画像、操作画面、警告メッセージ等の各種情報を表示する。入力装置６４は、例えばキーボードやマウス等であり、３次元形状データや加工条件データの作成または入力のためのユーザの操作の受付け、３次元造形作業の開始指示等の各種情報の入力を行う。

【0035】

図４は、本実施形態に係る３次元造形方法の内容を示すフローチャートである。
図４に示すように、まず、ワーク８０が移動装置３０の基台３１にセットされて固定される（Ｓ１）。そして、チャンバ７０内が真空引きされた後、チャンバ７０内に不活性ガスが供給される。

【0036】

続いて、表面形状計測装置４０によって、ワーク８０の表面８１の形状（表面形状）が計測される（Ｓ２）。ここで、制御装置６０は、移動装置３０を制御して、ワーク８０を一定速度で水平方向（例えば図１の表面形状計測装置４０の下方から粉末供給装置１０の下方に向けて左方向）に移動させながら、表面形状計測装置４０を制御して、ワーク８０の表面８１の形状を計測させる。

【0037】

次に、粉末供給装置１０によって、ワーク８０の例えば曲面を呈する表面８１に向けて、粉末９０が適量落下させられて供給される（Ｓ３）。ここで、制御装置６０は、移動装置３０を制御して、ワーク８０を一定速度で水平方向（図１の右方向）に移動させながら、粉末供給装置１０を制御して、ワーク８０の表面８１に向けて粉末９０を一定量落下させる。これにより、ワーク８０の表面８１上に堆積した薄い粉末９０の層が形成される。

【0038】

続いて、表面形状計測装置４０によって、ワーク８０の表面８１上に堆積した粉末９０の層の表面形状が計測される（Ｓ４）。ここで、制御装置６０は、移動装置３０を制御して、ワーク８０を一定速度で水平方向（図１の右方向）に移動させながら、表面形状計測装置４０を制御して、堆積した粉末９０の層の表面形状を計測させる。

【0039】

ステップＳ５では、制御装置６０は、粉末９０の層の表面形状の、粉末９０の供給前後における変化に基づいて、粉末９０の層の厚さを演算する。ここで、最初に形成される最下層の厚さを演算する場合には、予め計測されたワーク８０の表面８１の形状（ステップＳ２参照）からの変化に基づいて演算される。そして、制御装置６０は、演算された粉末９０の層の厚さが、予め設定された一層の厚さの許容範囲内にあるか否かを判定する。

【0040】

粉末９０の層の厚さが許容範囲内にない場合には（Ｓ５でＮｏ）、制御装置６０は、所定の警告処理を行ってから（Ｓ６）、３次元造形作業を終了させる。所定の警告処理は、例えば、粉末９０の層の厚さが許容範囲外である旨の警告メッセージが表示装置６３に表示されることによって行われる。

【0041】

粉末９０の層の厚さが許容範囲内にある場合には（Ｓ５でＹｅｓ）、レーザ光２５の照射による加熱が行われる（Ｓ７）。すなわち、制御装置６０は、移動装置３０を制御して、ワーク８０をレーザ光照射装置２０の下方に移動させた後に、レーザ光照射装置２０を制御して、粉末９０の層にレーザ光を照射させる。これにより、粉末９０が溶融・結合して固化された造形領域が形成される。

【0042】

続いて、カメラ装置５０によって、レーザ光２５が照射された後の、粉末９０の層の表面が撮影される（Ｓ８）。ここで、制御装置６０は、移動装置３０を制御して、ワーク８０を一定速度で水平方向（図１の左方向）に移動させながら、カメラ装置５０を制御して、レーザ光２５が照射された粉末９０の層の表面を撮影させる。

【0043】

ステップＳ９では、制御装置６０は、レーザ光２５が照射された粉末９０の層の表面の画像に基づいて、造形領域を判別する。そして、制御装置６０は、判別された造形領域が、予め設定された造形領域の許容範囲内にあるか否かを判定する。

【0044】

造形領域が許容範囲内にない場合には（Ｓ９でＮｏ）、制御装置６０は、所定の警告処理を行ってから（Ｓ１０）、３次元造形作業を終了させる。所定の警告処理は、例えば、造形領域が許容範囲外である旨の警告メッセージが表示装置６３に表示されることによって行われる。

【0045】

造形領域が許容範囲内にある場合には（Ｓ９でＹｅｓ）、表面形状計測装置４０によって、レーザ光２５が照射された粉末９０の層の表面形状が計測される（Ｓ１１）。ここで、制御装置６０は、移動装置３０を制御して、ワーク８０を一定速度で水平方向（図１の左方向）に移動させながら、表面形状計測装置４０を制御して、レーザ光２５が照射された粉末９０の層の表面形状を計測させる。この表面形状測定により、積層造形の高さが狙いの高さまで来たかが確認できる。また、２層目以降における粉末９０の供給前での表面形状が計測されることになる。

【0046】

ステップＳ１２では、３次元造形が最後の層まで終了したか否かが判断される。すなわち、制御装置６０は、粉末９０の層の所定領域にレーザ光２５を照射することで固化された造形領域の層を一層ずつ積層して造形する３次元造形が最後の層（最上層）まで終了したか否かを判断する。

【0047】

３次元造形が最後の層まで終了していないと判断される場合には（Ｓ１２でＮｏ）、制御装置６０は、処理をステップＳ３に戻して、次の層についての３次元造形（Ｓ３～Ｓ１２）を実施するように制御する。なお、前の層において造形に利用されなかった粉末９０は除去されることなく、その上に再度、粉末９０が適量落下により供給されて一定厚さの次の層が形成される（Ｓ３）。一方、３次元造形が最後の層まで終了したと判断される場合には（Ｓ１２でＹｅｓ）、制御装置６０は、３次元造形作業を終了させる。

【0048】

前記したように、本実施形態に係る３次元造形装置１００は、ワーク８０の、例えば曲面を呈する表面８１に向けて、粉末９０を落下させて供給する粉末供給装置１０を備えている。
このような構成では、ＰＢＦ法を使用した場合のようにローラやブレードによって粉末９０を水平に敷き詰める作業が無いため、曲面を持ったワーク８０の表面８１上に―定厚の粉末９０の層を作り出すことが可能である。しかも、ＤＥＤ法を使用した場合のように粉末９０の噴射による噴流によって足場となるはずの下層の未溶融の粉末９０が吹き飛ばされてしまうことが無いため、梁構造を作ることが可能である。
したがって本実施形態によれば、ワーク８０の、曲面を呈する表面８１上に―定厚の粉末層を作り出して３次元の造形体を製造することを実現できる。

【0049】

また、本実施形態に係る３次元造形装置１００は、ワーク８０を移動させる移動装置３０を備えている。
このような構成では、ワーク８０を一定速度で移動させながらワーク８０の表面８１に向けて粉末９０を落下させることができる。つまり、粉末供給装置１０は粉末９０の供給のために移動させられる必要がなく、固定して配置され得る。したがって、固定して配置された粉末供給装置１０が粉末９０の正確な量を安定して連続供給することで、ワーク８０の表面８１上に、より均一な厚さの粉末９０の層を形成することができる。
また、粉末供給装置１０とレーザ光照射装置２０との間でワーク８０を往復移動させることで、粉末９０の層を形成と、レーザ光２５の照射による固化された造形領域の層の形成とを交互に連続して容易に実施できる。
また、造形領域の層が順次積み重ねられるにしたがってワーク８０を下降移動させることで、粉末９０の層の上面を一定の高さに保つことができる。これにより、粉末９０の層を形成と、レーザ光２５の照射による固化された造形領域の層の形成とをより正確に実施できる。

【0050】

また、本実施形態では、表面形状計測装置４０によって計測された粉末９０の層の表面形状の変化に基づいて、粉末９０の層の厚さが演算される。したがって、粉末９０の層の厚さのばらつきをチェックすることで、造形の欠陥の発生を未然に防止することが可能となる。

【0051】

また、本実施形態では、カメラ装置５０によって撮影された画像に基づいて造形領域が判別される。したがって、判別された実際の造形領域が、予め設定された造形領域に合致しているか否かをチェックすることで、造形不良の発生を未然に防止することが可能となる。

【0052】

また、本実施形態では、粉末供給装置１０によって供給される粉末９０が壁部７５によりワーク８０の表面８１上において保持される。したがって、ワーク８０の表面８１上に粉末９０の層をより確実に形成することができる。

【0053】

また、本実施形態では、粉末９０が金属の粉末であるため、高強度な金属製品を造形することが可能である。

【0054】

以上、本発明について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、前記実施形態に記載した構成に限定されるものではない。本発明は、前記実施形態に記載した構成を適宜組み合わせ乃至選択することを含め、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。また、前記実施形態の構成の一部について、追加、削除、置換をすることができる。

【0055】

例えば、前記した実施形態では、粉末９０は、金属の粉末であるが、これに限定されるものではなく、例えばセラミック材料の粉末であってもよい。

【0056】

また、前記した実施形態では、ワーク８０の表面８１は、湾曲した板の円弧面等の曲面であるが、これに限定されるものではなく、例えば円柱の側面や、球体の表面（球面）であってもよい。

【0057】

また、前記した実施形態では、造形対象物としての既存の部品（完成した製品を含む）であるワーク８０上に造形されるが、これに限定されるものではなく、一般的な基材（プレート）等の母材上に造形されてもよい。つまり、造形対象物は、ワーク８０に限定されるものではなく、任意の母材となるものであってもよい。

【0058】

また、前記した実施形態では、粉末９０の層に照射するエネルギービームは、レーザ光２５であるが、これに限定されるものではなく、例えば電子ビームであってもよい。

【符号の説明】

【0059】

１０ 粉末供給装置
２０ レーザ光照射装置（エネルギービーム照射装置）
２５ レーザ光（エネルギービーム）
３０ 移動装置
４０ 表面形状計測装置
５０ カメラ装置
６０ 制御装置
６１ 演算部
６２ 画像処理部
７５ 壁部
８０ ワーク
８１ 表面
９０ 粉末
１００ ３次元造形装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】