特許 7220615 管理システム及び管理方法

(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】2023-02-02

(45)【発行日】2023-02-10

(54)【発明の名称】管理システム及び管理方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/386 20170101AFI20230203BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20230203BHJP

【ＦＩ】

B29C64/386

B33Y50/00

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019078143

(22)【出願日】2019-04-16

(65)【公開番号】P2020175549

(43)【公開日】2020-10-29

【審査請求日】2022-04-04

(73)【特許権者】

【識別番号】315017775

【氏名又は名称】日本電産マシンツール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100138689

【弁理士】

【氏名又は名称】梶原 慶

(74)【代理人】

【識別番号】100188673

【弁理士】

【氏名又は名称】成田 友紀

(74)【代理人】

【識別番号】100179833

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 将尚

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(73)【特許権者】

【識別番号】514227988

【氏名又は名称】技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100141139

【弁理士】

【氏名又は名称】及川 周

(74)【代理人】

【識別番号】100188673

【弁理士】

【氏名又は名称】成田 友紀

(74)【代理人】

【識別番号】100179833

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 将尚

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤田 善仁

(72)【発明者】

【氏名】二井谷 春彦

【審査官】▲高▼村 憲司

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－３４０９２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０２７２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００１５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１２－５１０３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１６０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１１０８３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０８９８３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００ － ６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００ － ９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ビームを照射して材料を供給することにより積層体を造形する三次元積層装置の前記材料を管理する管理システムであって、
前記積層体の形状データを取得する形状データ取得部と、
前記形状データに基づき、前記三次元積層装置で前記積層体を造形するための造形条件である設定造形条件を設定する造形条件設定部と、
前記設定造形条件に基づき、前記設定造形条件で前記積層体を造形する造形シミュレーションを実行する造形シミュレーション実行部と、
前記造形シミュレーションの実行結果に基づき、前記三次元積層装置で前記積層体を造形するために必要な前記材料の量である必要材料量を取得する必要材料量取得部と、
前記必要材料量に基づく情報を外部に出力する出力制御部と、
を有する、
管理システム。

【請求項2】

前記積層体は、溶融した前記材料が固化することで造形される、請求項１に記載の管理システム。

【請求項3】

前記造形シミュレーション実行部は、前記造形シミュレーションとして、前記材料を噴射して前記光ビームを照射するデポジション方式で前記積層体を造形するシミュレーションを実行する、請求項２に記載の管理システム。

【請求項4】

前記造形条件設定部は、前記設定造形条件として、少なくとも、前記材料の供給速度と、前記光ビームの出力と、前記積層体が造形される基台部に対する、前記材料を噴射して前記光ビームを照射する積層ヘッドの送り速度と、を設定する、請求項３に記載の管理システム。

【請求項5】

前記必要材料量取得部は、前記材料の噴射を開始するタイミングから前記積層体の造形を開始するタイミングまでの間に噴射される前記材料の量と、前記材料を噴射して前記光ビームを照射する積層ヘッドへの、前記材料の供給を停止するタイミングより後に、前記積層ヘッドから噴射される前記材料の量と、前記材料を噴射しているが前記光ビームを照射していない期間における前記材料の量とを、前記必要材料量に含める、請求項３又は請求項４に記載の管理システム。

【請求項6】

前記造形条件設定部は、前記三次元積層装置が前記設定造形条件で前記積層体を造形した際の、前記積層体の品質データに基づき、前記設定造形条件を更新する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の管理システム。

【請求項7】

前記形状データ取得部、前記造形条件設定部、前記造形シミュレーション実行部、前記必要材料量取得部、及び前記出力制御部は、製造管理システムに設けられ、
前記出力制御部は、前記必要材料量に基づき、前記製造管理システムとは異なる材料管理システムに、前記材料を発注する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の管理システム。

【請求項8】

前記材料を管理する材料管理システムから、前記積層体の造形に用いた前記材料の特性を示す材料データを取得し、前記三次元積層装置が造形した前記積層体の品質データを取得するデータ取得部と、
前記材料データと前記品質データとを照合し、前記積層体の造形に用いた前記材料が適切なものであるかを判断する照合部と、をさらに有する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の管理システム。

【請求項9】

光ビームを照射して材料を供給することにより積層体を造形する三次元積層装置の前記材料を管理する管理方法であって、
形状データ取得部が、前記積層体の形状データを取得する形状データ取得ステップと、
造形条件設定部が、前記形状データに基づき、前記三次元積層装置で前記積層体を造形するための造形条件である設定造形条件を設定する造形条件設定ステップと、
造形シミュレーション実行部が、前記形状データと前記設定造形条件とに基づき、前記設定造形条件で前記積層体を造形する造形シミュレーションを実行する造形シミュレーション実行ステップと、
必要材料量取得部が、前記造形シミュレーションの実行結果に基づき、前記三次元積層装置で前記積層体を造形するために必要な前記材料の量である必要材料量を算出する必要材料量算出ステップと、
出力制御部が、前記必要材料量に基づく情報を外部に出力する出力ステップと、
を有する、
管理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元積層装置に用いる材料の管理システム及び管理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、積層体を造形する三次元積層装置が実用化されている。三次元積層装置は、粉末などを材料として積層体を造形するため、造形に必要な量の材料を準備する必要がある。通常、造形に必要な材料量は、例えば、製造する積層体の体積から見積もられる。また、例えば特許文献１には、３Ｄプリンタで使用する粉末材料の在庫残量に基づき、粉末の発注を行う旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－１７７６２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、三次元積層装置の運用においては、その造形プロセス上、投入する材料の全てが積層体になることはあり得ない。すなわち、三次元積層装置の運用においては、造形プロセス中に使用はするが積層体の完成品を構成しない材料も必要となる。従って、造形する積層体の体積だけでは、造形に必要な材料量を正確に見積もることができないおそれがある。例えば、作業者が積層体の完成品に含まれない材料量を推定して見積もることもできるが、熟練でない作業者が見積もりを誤る場合や、複雑な工程で造形される積層体などであれば、見積もり自体が困難となる場合もある。また、特許文献１のように在庫の残量を管理しても、これから造形する積層体の材料の必要量を正確に見積もることができない。従って、造形に必要な材料量を正確に見積もることが求められる。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するものであり、三次元積層装置で造形する際に必要な材料量を正確に見積もることができる管理システム及び管理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】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る管理システムは、光ビームを照射して材料を供給することにより積層体を造形する三次元積層装置の前記材料を管理する管理システムであって、前記積層体の形状データを取得する形状データ取得部と前記形状データに基づき、前記三次元積層装置で前記積層体を造形するための造形条件を設定する造形条件設定部と、前記設定造形条件に基づき、前記設定造形条件で前記積層体を造形する造形シミュレーションを実行する造形シミュレーション実行部と、前記造形シミュレーションの実行結果に基づき、前記三次元積層装置で前記積層体を造形するために必要な前記材料の量である必要材料量を取得する必要材料量取得部と、前記必要材料量に基づく情報を外部に出力する出力制御部と、を有する。

【0007】

この管理システムは、歩留りも考慮して必要材料量を算出することが可能となり、三次元積層装置で造形する際に必要な材料量を正確に見積もることができる。

【0008】

前記積層体は、溶融した前記材料が固化することで造形される。管理システムは、積層体の完成品を構成しないが投入される材料の量、すなわち歩留りも考慮して必要な粉末の量を算出することが可能となり、三次元積層装置で造形する際に必要な材料の量を正確に見積もることができる。取得する形状データは、目標とする積層体の理想形状、もしくは造形した積層体を接触式、もしくは非接触式の計測装置で測定した実際の形状、もしくは実際の積層造形中に光ビームで溶融したプールの寸法を計測した結果から得られる推定形状が考えられる。

【0009】

前記造形シミュレーション実行部は、前記造形シミュレーションとして、前記材料を噴射して前記光ビームを照射するデポジション方式で前記積層体を造形するシミュレーションを実行する。管理システムは、造形シミュレーションを実行することで、積層体の完成品を構成しないが使用される材料の量を精度良く見積もることが可能となり、必要材料量を正確に見積もることができる。

【0010】

前記造形条件設定部は、前記設定造形条件として、前記材料の材質と、前記材料の粒度分布と、前記材料の供給速度と、前記材料が噴射される際の収束径と、前記光ビームの出力と、前記光ビームの波長と、前記光ビームの強度分布（ビームプロファイル）と、前記光ビームの基台部における集光径と、前記積層体が造形される基台部に対する、前記材料を噴射して前記光ビームを照射する積層ヘッドの送り速度と、前記材料を噴射するノズルの種類と、を設定する。ノズルの種類は、単一もしくは複数の円形、もしくは異形の噴出ポートからなるノズルから選択ができる。設定造形条件をこのように設定することで、精度良く歩留りを算出して、必要な材料量を正確に見積もることができる。

【0011】

前記必要材料量取得部は、前記材料の噴射を開始するタイミングから前記積層体の造形を開始するタイミングまでの間に噴射される前記材料の量と、前記材料を噴射して前記光ビームを照射する積層ヘッドへの、前記材料の供給を停止するタイミングより後に、前記積層ヘッドから噴射される前記材料の量とを、前記必要材料量に含める。必要材料量にこれらの量も含めることで、精度良く歩留りを算出して、必要な材料量を正確に見積もることができる。

【0012】

前記造形条件設定部は、前記三次元積層装置が前記設定造形条件で前記積層体を造形した際の、前記積層体の品質データに基づき、前記設定造形条件を更新する。管理システムは、実際の製造結果に基づき設定造形条件を更新することで、設定造形条件を適切に設定することができる。

【0013】

前記形状データ取得部、前記造形条件設定部、前記造形シミュレーション実行部、前記必要材料量取得部、及び前記出力制御部は、製造管理システムに設けられ、前記出力制御部は、前記必要材料量に基づき、前記製造管理システムとは異なる材料管理システムに、前記材料を発注する。この管理システムは、このように製造管理システムから材料管理システムに材料を発注するシステムを構築することで、物流を適切に行うことができる。

【0014】

前記材料を管理する材料管理システムから、前記積層体の造形に用いた前記材料の特性を示す材料データを取得し、前記三次元積層装置が造形した前記積層体の品質データを取得するデータ取得部と、前記材料データと前記品質データとを照合し、前記積層体の造形に用いた前記材料が適切なものであるかを判断する照合部と、をさらに有する。この管理システムは、材料データと品質データとを照合することで、材料を適切に管理することができる。本システムでは、材料データを取得し、前記三次元積層装置が造形した前記積層体の品質データを取得するデータ取得部と、前記材料データと前記品質データとを照合した結果、複数の材料を混合した材料である場合はそれぞれの材料の含有比率を変更、調整することもできる。

【0015】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る管理方法は、光ビームを照射して材料を供給することにより積層体を造形する三次元積層装置の前記材料を管理する管理方法であって、形状データ取得部が、前記積層体の形状データを取得する形状データ取得ステップと、造形条件設定部が、前記形状データに基づき、前記三次元積層装置で前記積層体を造形するための造形条件である設定造形条件を設定する造形条件設定ステップと、造形シミュレーション実行部が、前記形状データと前記設定造形条件とに基づき、前記設定造形条件で前記積層体を造形する造形シミュレーションを実行する造形シミュレーション実行ステップと、必要材料量取得部が、前記造形シミュレーションの実行結果に基づき、前記三次元積層装置で前記積層体を造形するために必要な前記材料の量である必要材料量を算出する必要材料量算出ステップと、出力制御部が、前記必要材料量に基づく情報を外部に出力する出力ステップと、を有する。この管理方法によると、歩留りも考慮して必要材料量を算出することが可能となり、三次元積層装置で造形する際に必要な材料量を適切に見積もることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、三次元積層装置で造形する際に必要な材料量を正確に見積もることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本実施形態の管理システムの模式的なブロック図である。

【図2】図２は、本実施形態の三次元積層装置の模式図である。

【図3】図３は、本実施形態に係る積層ヘッドの模式図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る三次元積層装置の制御装置の模式的なブロック図である。

【図5】図５は、製造管理システムの模式的なブロック図である。

【図6】図６は、製造管理システムの処理を説明するフローチャートである。

【図7】図７は、材料管理システムの模式的なブロック図である。

【図8】図８は、プロセス管理システムの模式的なブロック図である。

【図9】図９は、プロセス管理システムの処理を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

【0019】

（管理システムの全体構成）
図１は、本実施形態の管理システムの模式的なブロック図である。図１に示すように、管理システム１は、製造管理システム１０と、三次元積層装置１２と、材料管理システム１４と、プロセス管理システム１６とを有する。製造管理システム１０は、三次元積層装置１２の造形条件などを管理するシステムである。製造管理システム１０は、設定造形条件Ｄａ１と、必要材料量Ｄａ２と、発注データＤａ３とを設定して、自身が有する記憶部に記憶する。設定造形条件Ｄａ１は、三次元積層装置１２が積層体の造形を行うための条件であり、必要材料量Ｄａ２は、三次元積層装置１２が単位数の積層体を造形するために必要な材料の量であり、発注データＤａ３とは、三次元積層装置１２による積層体の造形に用いる材料の発注に関する情報であるが、詳しくは後述する。

【0020】

三次元積層装置１２は、製造管理システム１０から設定造形条件Ｄａ１を取得して、設定造形条件Ｄａ１で積層体の造形を行う。三次元積層装置１２は、プロセスデータＤｂ１と品質データＤｂ２とを取得して、自身が有する記憶部に記憶する。プロセスデータＤｂ１は、積層体を造形している際の各種データであり、品質データＤｂ２は、製造した積層体の品質を示すデータであるが、詳しくは後述する。

【0021】

材料管理システム１４は、三次元積層装置１２による積層体の造形に用いる材料を管理するシステムである。材料管理システム１４は、製造管理システム１０から発注データＤａ３を取得して、発注データＤａ３に基づき、配送する材料の準備処理を行う。また、材料管理システム１４は、配送する材料の特性を示すデータである材料データＤｃを取得して、自身が有する記憶部に記憶する。

【0022】

プロセス管理システム１６は、三次元積層装置１２による積層体の造形プロセスなどに関するデータを蓄積するシステムである。プロセス管理システム１６は、三次元積層装置１２からプロセスデータＤｂ１を取得して、プロセスデータＤｂ１を記憶する。また、プロセス管理システム１６は、材料管理システム１４から材料データＤｃを取得し、三次元積層装置１２から品質データＤｂ２を取得して、材料データＤｃと品質データＤｂ２との照合を行う。プロセス管理システム１６は、プロセスデータＤｂ１や、材料データＤｃと品質データＤｂ２との照合結果などを、プロセスモニタリングデータＤｄとして記憶する。

【0023】

製造管理システム１０と、三次元積層装置１２と、材料管理システム１４と、プロセス管理システム１６とは、本実施形態では、それぞれ別のシステム（装置）である。また、製造管理システム１０と、三次元積層装置１２と、材料管理システム１４と、プロセス管理システム１６とを管理する主体（例えば個人や組織や会社など）は、互いに異なる。本実施形態では、製造管理システム１０は、三次元積層装置１２を開発、製造、販売などをした主体（装置メーカー）に管理され、三次元積層装置１２は、積層体を製造する主体（製造メーカー）に管理され、材料管理システム１４は、材料を販売する主体に管理され、プロセス管理システム１６は、プロセスモニタリングデータを管理する主体（材料メーカー）に管理される。ただし、例えば、製造管理システム１０と三次元積層装置１２と材料管理システム１４とプロセス管理システム１６との少なくとも２つは、同じ主体に管理されてもよい。また、製造管理システム１０と、三次元積層装置１２と、材料管理システム１４と、プロセス管理システム１６との少なくとも２つは、一体のシステム（装置）であってもよい。

【0024】

（三次元積層装置）
最初に、三次元積層装置１２について説明する。図２は、本実施形態の三次元積層装置の模式図である。ここで、本実施形態では、水平面内の一方向を方向Ｘ、水平面内において方向Ｘと直交する方向を方向Ｙ、方向Ｘ及び方向Ｙのそれぞれと直交する方向、すなわち鉛直方向を、方向Ｚとする。また、方向Ｙに沿う方向のうち一方の方向を、方向Ｙ１とし、方向Ｙに沿う方向のうち他方の方向、すなわち方向Ｙ１の反対方向を、方向Ｙ２とする。本実施形態においては、三次元積層装置１２の方向Ｙ２側が、三次元積層装置１２の正面側であり、三次元積層装置１２の方向Ｙ１側が、三次元積層装置１２の背面側である。三次元積層装置１２の正面側とは、例えば、作業者が積層体を造形するために三次元積層装置１２を操作する側である。また、方向Ｚに沿う方向のうち一方の方向を、方向Ｚ１とし、方向Ｚに沿う方向のうち他方の方向、すなわち方向Ｚ１の反対方向を、方向Ｚ２とする。本実施形態では、方向Ｚ１が鉛直方向上方に向かう方向であり、方向Ｚ２が鉛直方向下方に向かう方向である。図２は、本実施形態に係る三次元積層装置１２を方向Ｙから見た模式図である。なお、本実施形態に係る三次元積層装置１２は、粉末Ｐを材料として、粉末Ｐに光ビームＬを照射して粉末Ｐを溶融及び固化させることで、積層体を造形する。ただし、三次元積層装置１２は、材料として粉末Ｐを用いることに限られず、例えば、ワイヤー状の材料（例えばワイヤ状の金属材料）や、液体（例えば液相の金属バインダ）などを材料としてもよい。以降においては、用いる材料を粉末Ｐとして記載しているが、粉末Ｐを、粉末Ｐ以外の材料に置き換えてもよい。

【0025】

図２に示すように、三次元積層装置１２は、三次元積層室Ｒ内に、台部２０と、基台移動部２２と、基台部２４と、台部２６と、積層ヘッド２８と、ヘッド移動部３０と、管３２Ａ、３２Ｂと、機械加工部３３と、プロセス検出部３４とを備える。また、三次元積層装置１２は、光源部３６と、粉末供給部３７と、制御装置３８とを備える。本実施形態では、光源部３６と、粉末供給部３７と、制御装置３８とは、三次元積層室Ｒの外部に設けられる。

【0026】

三次元積層装置１２は、基台部２４に、三次元形状物である積層体Ａを造形する装置である。基台部２４は、積層体Ａが造形される土台となる部材である。本実施形態の基台部２４は、板状の部材である。なお、基台部２４は、これに限定されない。基台部２４は、積層体Ａとは別体として積層体Ａの土台となる部材であるが、積層体Ａと結合されて積層体Ａの一部となる部材であってもよい。

【0027】

台部２０は、基台移動部２２や基台部２４などを支持する台である。基台移動部２２は、台部２０上に設けられ、基台部２４を支持する。基台移動部２２は、制御装置３８の制御により、基台部２４を移動させる機構である。基台移動部２２は、第１移動部２２Ａと、第２移動部２２Ｂと、回転部２２Ｃとを有する。第１移動部２２Ａは、水平方向に沿った（鉛直方向に直交する）第１方向に基台部２４を移動させる機構である。本実施形態では、第１移動部２２Ａは、基台部２４を方向Ｙに沿って移動させる。さらに言えば、本実施形態においては、第１移動部２２Ａ上に、第２移動部２２Ｂ、回転部２２Ｃ、及び基台部２４が配置され、第１移動部２２Ａは、第２移動部２２Ｂ、回転部２２Ｃ、及び基台部２４を、方向Ｙに沿って移動させる。

【0028】

第２移動部２２Ｂは、水平方向に沿った（鉛直方向に直交する）第２方向に基台部２４を移動させる機構であり、第２方向は、第１方向に直交する方向である。本実施形態では、第２移動部２２Ｂは、基台部２４を方向Ｘに沿って移動させる。さらに言えば、本実施形態においては、第２移動部２２Ｂ上に、回転部２２Ｃ及び基台部２４が配置され、第２移動部２２Ｂは、回転部２２Ｃ及び基台部２４を方向Ｘに沿って移動させる。なお、本実施形態では、第１移動部２２Ａと第２移動部２２Ｂは、上部に載せた基台部２４を移動させるスライダであるが、スライダ以外の機構であってもよい。

【0029】

回転部２２Ｃは、基台部２４が配置される回転テーブルである。回転部２２Ｃは、少なくとも１つの回転軸を中心として回転することで、上部に配置されている基台部２４を回転させる。本実施形態では、回転部２２Ｃは、互いに直交する３つの回転軸を回転中心として基台部２４を回転させる。

【0030】

このように、基台移動部２２は、第１移動部２２Ａと第２移動部２２Ｂとにより、基台部２４を方向Ｘ及び方向Ｙに沿って移動させる。さらに、基台移動部２２は、回転部２２Ｃにより、基台部２４を３つの回転軸を回転中心として回転させる。すなわち、基台移動部２２は、基台部２４を、２つの軸に沿って移動させ３つの回転軸を中心に回転させる、５軸の移動機構である。ただし、基台移動部２２は、５軸の移動機構に限られず、例えば、基台部２４を方向Ｘ及び方向Ｙに沿って移動させる２軸の移動機構であってもよい。

【0031】

台部２６は、三次元積層室Ｒ内に設けられる台座であり、本実施形態ではヘッド移動部３０が設けられている。

【0032】

積層ヘッド２８は、基台部２４の方向Ｚ１側、すなわち基台部２４の鉛直方向上方側に設けられる。積層ヘッド２８は、光ビーム照射口４２Ｂから、基台部２４に向けて光ビームＬを照射し、粉末噴射口４４Ｂから、基台部２４に向けて粉末Ｐを噴射することで、基台部２４上で積層体を形成する。すなわち、本実施形態に係る三次元積層装置１２は、積層ヘッド２８を備えるデポジション方式の三次元積層装置である。

【0033】

図３は、本実施形態に係る積層ヘッドの模式図である。図３に示すように、積層ヘッド２８は、内管４２と外管４４とを有する。外管４４は、管状の部材であり、先端、すなわち方向Ｚ２に向かって径が小さくなっている。内管４２も、管状の部材であり、先端、すなわち方向Ｚ２に向かって径が小さくなっている。内管４２は、外管４４の内部に挿入されているため、内管４２と外管４４とで、二重管を構成している。積層ヘッド２８は、内管４２の内周面側の空間が、光ビームＬが通過するビーム経路４２Ａとなる。また、積層ヘッド２８は、内管４２の外周面と外管４４の内周面との間の空間が、粉末Ｐが通過する粉末流路４４Ａとなる。すなわち、粉末流路４４Ａは、ビーム経路４２Ａの周囲を囲う形状の流路となる。本実施形態では、粉末流路４４Ａは、ビーム経路４２Ａの外周に同心円状に配置される。

【0034】

積層ヘッド２８は、方向Ｚ２側の端部４０Ａに、光ビーム照射口４２Ｂが開口している。また、積層ヘッド２８は、方向Ｚ１側の端部４０Ｂ、すなわち端部４０Ａとは反対側の端部に、ファイバー接続口４８が設けられる。ファイバー接続口４８は、端部４０Ｂに設けられた開口である。光ビーム照射口４２Ｂとファイバー接続口４８とは、ビーム経路４２Ａを介して連通している。すなわち、光ビーム照射口４２Ｂは、ビーム経路４２Ａの方向Ｚ２側の開口であり、ファイバー接続口４８は、ビーム経路４２Ａの方向Ｚ１側の開口である。また、積層ヘッド２８は、ビーム経路４２Ａの光ビーム照射口４２Ｂとファイバー接続口４８との間の位置に、光学素子４６が設けられる。光学素子４６は、例えば、光ビームＬをコリメートするコリメートレンズと、コリメートした光ビームＬを集光する集光レンズと、を備える。ただし、光学素子４６の構成はこれに限られず任意である。

【0035】

ファイバー接続口４８には、ファイバーである管３２Ａが接続される。管３２Ａは、光ビームＬの光源となる光源部３６に接続されるファイバーであり、端部がファイバー接続口４８に接続される。管３２Ａは、光源部３６からの光ビームＬが入射され、入射した光ビームＬをファイバー接続口４８に接続される端部まで導き、端部から積層ヘッド２８のビーム経路４２Ａ内に光ビームＬを出射する。ビーム経路４２Ａ内に出射された光ビームＬは、ビーム経路４２Ａ内を方向Ｚ２に向けて進行し、光学素子４６を通って、光ビーム照射口４２Ｂから積層ヘッド２８の外部に出射される。光ビーム照射口４２Ｂから出射された光ビームＬは、方向Ｚ２に向けて進み、基台部２４に向けて照射される。

【0036】

また、積層ヘッド２８は、方向Ｚ２側の端部４０Ａに、粉末噴射口４４Ｂが開口している。粉末噴射口４４Ｂは、光ビーム照射口４２Ｂを囲うように開口する。また、積層ヘッド２８は、方向Ｚ１側の端部４０Ｂに、管接続口４９が設けられる。管接続口４９は、端部４０Ｂに設けられた開口である。粉末噴射口４４Ｂと管接続口４９とは、粉末流路４４Ａを介して連通している。すなわち、粉末噴射口４４Ｂは、粉末流路４４Ａの方向Ｚ２側の開口であり、管接続口４９は、粉末流路４４Ａの方向Ｚ１側の開口である。

【0037】

管接続口４９には、管３２Ｂが接続される。管３２Ｂは、粉末Ｐが貯留されるタンクである粉末供給部３７に接続される管であり、端部が管接続口４９に接続される。管３２Ｂは、粉末供給部３７からの粉末Ｐを管接続口４９に接続される端部まで導き、端部から積層ヘッド２８の粉末流路４４Ａ内に粉末Ｐを供給する。粉末流路４４Ａ内に供給された粉末Ｐは、粉末流路４４Ａ内を方向Ｚ２に向けて流れ、粉末噴射口４４Ｂから積層ヘッド２８の外部に噴射される。粉末噴射口４４Ｂから噴射された粉末Ｐは、方向Ｚ２に向けて進み、基台部２４に向けて噴射される。

【0038】

ここで、光ビームＬは、所定の収束径をもって基台部２４に向かって照射される。図３の例では、光ビームＬは、基台部２４上の基材Ｍに、収束径、すなわち光ビームの収束位置が重なるように、照射される。基材Ｍは、積層体の母材となる部材であるが、三次元積層装置１２によって造形されている最中の積層体であってもよい。基材Ｍは、光ビームＬによって溶融され、基材Ｍが溶融した溶融プールを形成する。また、粉末Ｐは、所定の収束径をもって、基台部２４に向かって噴射される。粉末Ｐは、溶融プールに向けて、すなわち収束位置が溶融プールと重なるように噴射される。従って、粉末噴射口４４Ｂから噴射された粉末Ｐは、溶融プール内で溶融される。そして、基台部２４は、積層ヘッド２８に対して移動するため、光ビームＬが照射される位置が変化する。従って、光ビームＬが照射されて溶融プールを形成していた箇所は、光ビームＬが照射されなくなることで冷却されて固化して、ビードＢを形成する。このビードＢを三次元状に積層することで、積層体Ａが造形される。

【0039】

なお、本実施形態における光ビームＬは、レーザ光であるが、レーザ光に限られず、例えば電子ビームなどであってもよい。また、本実施形態における粉末Ｐは、金属粉末であるが、粉末であれば、金属粉末に限られない。また、上述のように、粉末Ｐ以外を材料に用いてもよい。

【0040】

なお、図２及び図３の例では、光ビームＬを伝送する管３２Ａと、粉末Ｐを供給する管３２Ｂとが、積層ヘッド２８に接続されているが、それ以外の管が積層ヘッド２８に接続されていてもよい。例えば、積層ヘッド２８に気体を供給する管や、積層ヘッド２８に冷却水を供給する管などが、積層ヘッド２８に接続されていてもよい。なお、積層ヘッド２８に接続される管により供給される気体としては、粉末流路４４Ａに供給されて粉末Ｐを流すためのエアや、粉末Ｐ及び光ビームＬが供給される箇所の外周を覆うように供給される不活性ガスなどが挙げられる。

【0041】

図２に戻り、ヘッド移動部３０は、積層ヘッド２８を方向Ｚに沿って移動させる。本実施形態では、ヘッド移動部３０は、台部２６に取付けられている。ヘッド移動部３０は、積層ヘッド２８を、方向Ｚに沿って移動させる。本実施形態では、ヘッド移動部３０は、積層ヘッド２８を移動させるスライダであるが、スライダ以外の機構であってもよい。また、ヘッド移動部３０は、台部２６に取付けられることに限られず、取付け位置は任意である。

【0042】

機械加工部３３は、積層体Ａを機械加工する。図２に示すように、機械加工部３３は、基台部２４の方向Ｚ２に設けられており、例えば先端の工具が積層体Ａに接触することで、積層体Ａに対し、切削などの機械加工を行う。

【0043】

プロセス検出部３４は、積層体Ａを造形している際のプロセスデータＤｂ１を検出するセンサである。本実施形態では、プロセス検出部３４は、溶融プールなど、造形中の積層体Ａを観察するセンサである。

【0044】

図４は、本実施形態に係る三次元積層装置の制御装置の模式的なブロック図である。制御装置３８は、三次元積層装置１２を制御する装置、ここではコンピュータである。図４は、本実施形態に係る制御装置のブロック図である。図４に示すように、制御装置３８は、入力部５０と、出力部５２と、記憶部５４と、通信部５６と、制御部５８とを有する。入力部５０は、ユーザの操作を受け付ける入力装置である。出力部５２は、制御部５８の制御内容などを表示する表示装置である。記憶部５４は、制御部５８の演算内容やプログラムの情報などを記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような主記憶装置と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つ含む。記憶部５４は、制御部５８が取得したプロセスデータＤｂ１と品質データＤｂ２とを記憶する。通信部５６は、外部の装置と通信する機構、すなわち通信インターフェイスである。通信部５６は、例えばＷｉ－Ｆｉ（登録商標）モジュールやアンテナなどである。制御部５８は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

【0045】

制御部５８は、造形制御部６０と、プロセスデータ取得部６２と、品質データ取得部６４とを有する。造形制御部６０と、プロセスデータ取得部６２と、品質データ取得部６４とは、制御部５８が記憶部５４に記憶されたソフトウェア（プログラム）を読み出すことで実現されて、後述する処理を実行する。なお、制御装置３８は、制御部５８による後述の処理を実行する１つの装置であるが、後述の処理を複数の装置で受け持つものであってもよい。言い換えれば、制御装置３８は、複数の装置で構成されていてもよい。

【0046】

造形制御部６０は、積層体Ａの造形を制御する。造形制御部６０は、これから造形する積層体Ａの造形条件である設定造形条件Ｄａ１を、製造管理システム１０から取得する。造形条件は、積層体Ａを造形するための三次元積層装置１２の動作条件、すなわちレシピである。設定造形条件は、製造管理システム１０によって設定されるものであるが、詳細は後述する。造形制御部６０は、設定造形条件Ｄａ１に基づき、基台移動部２２を制御して基台部２４を移動させ、積層ヘッド２８などを制御して積層ヘッド２８から光ビームＬを照射させつつ粉末Ｐを噴射させて、積層体Ａを造形する。さらに言えば、造形制御部６０は、基台部２４を移動させながら、積層ヘッド２８から光ビームＬを照射させて粉末Ｐを噴射させることにより、ビードＢを造形する。造形制御部６０は、１つのビードＢの造形が終わったら、次のビードＢを造形することを続ける。例えば、造形制御部６０は、同一面上に、１つ又は複数のビードＢを造形することで、造形体を造形する。そして、造形制御部６０は、造形体の上にさらに造形体を造形することで、造形体同士を積層して、積層体Ａを造形する。すなわち、積層体Ａは、造形体を積層したものであるといえる。また、造形制御部６０は、設定造形条件Ｄａ１に基づき、積層体Ａを機械加工する。また、造形制御部６０は、ヘッド移動部３０を制御して積層ヘッド２８を方向Ｚに移動させたり、光源部３６を制御して光ビームＬの出力を制御したり、粉末供給部３７を制御して粉末Ｐの種類や流量などを制御したり、キャリアガスや冷却水の供給を制御したりするなど、積層体Ａの造形のための各種制御を実行する。

【0047】

プロセスデータ取得部６２は、三次元積層装置１２のプロセスデータＤｂ１を取得する。プロセスデータＤｂ１とは、積層体Ａの造形中における、三次元積層装置１２及び積層体Ａの状態を示すデータである。プロセスデータＤｂ１は、例えば、光ビームＬの出力、送り速度、粉末Ｐの供給量、溶融プールの温度分布、機械座標などである。送り速度とは、基台部２４に対する積層ヘッド２８の相対速度を指し、本実施形態では、積層ヘッド２８が粉末Ｐを噴射して光ビームＬを照射させている際の、基台部２４の積層ヘッド２８に対する移動速度を指す。また、粉末Ｐの供給量とは、積層ヘッド２８から噴射される粉末Ｐの噴射量であり、溶融プールの温度分布とは、積層体Ａを造形時に生成される溶融プールの温度分布である。また、機械座標は、積層ヘッド２８が粉末Ｐや光ビームＬを供給している位置（粉末Ｐ、光ビームＬの収束位置）の座標である。プロセスデータ取得部６２は、積層体Ａの造形中にプロセス検出部３４などのセンサに検出されたデータを、プロセスデータＤｂ１として取得する。例えば、溶融プールの温度分布は、プロセス検出部３４が撮像した溶融プールの画像に基づき算出される。ただし、プロセスデータＤｂ１は、センサに検出されることに限られず、例えば、造形制御部６０が積層体Ａの造形時に設定した値（例えば光ビームの出力など）を、プロセスデータ取得部６２が取得してもよい。

【0048】

品質データ取得部６４は、三次元積層装置１２によって製造された積層体Ａの品質を示す品質データＤｂ２を取得する。本実施形態では、品質データＤｂ２は、造形途中の積層体Ａではなく、造形が完了した積層体Ａの品質を示すデータであることが好ましい。例えば、三次元積層装置１２とは別の装置が積層体Ａの品質を検査して、品質データ取得部６４は、その検査結果を、積層体Ａの品質データＤｂ２として取得する。ただし、三次元積層装置１２が積層体Ａの品質を検査してもよい。品質データＤｂ２としては、例えば、積層体Ａの強度、積層体Ａの表面粗さ、積層体Ａの密度などが挙げられる。

【0049】

プロセスデータ取得部６２が取得したプロセスデータＤｂ１と、品質データ取得部６４が取得した品質データＤｂ２とは、制御装置３８の記憶部５４に記憶される。また、プロセスデータ取得部６２と品質データ取得部６４とは、プロセスデータＤｂ１と品質データＤｂ２とを、通信部５６を介してプロセス管理システム１６に送信する。

【0050】

（製造管理システム）
次に、製造管理システム１０について説明する。図５は、製造管理システムの模式的なブロック図である。製造管理システム１０は、三次元積層装置１２が積層体Ａを造形するための造形条件などを管理する装置、ここではコンピュータである。図５に示すように、製造管理システム１０は、入力部７０と、出力部７２と、記憶部７４と、通信部７６と、制御部７８とを有する。入力部７０は、ユーザの操作を受け付ける入力装置である。出力部７２は、制御部７８の制御内容などを表示する表示装置である。記憶部７４は、制御部７８の演算内容やプログラムの情報などを記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような主記憶装置と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つ含む。記憶部７４は、制御部７８が取得した設定造形条件Ｄａ１と必要材料量Ｄａ２と発注データＤａ３とを記憶する。通信部７６は、外部の装置と通信する機構、すなわち通信インターフェイスである。通信部７６は、例えばＷｉ－Ｆｉ（登録商標）モジュールやアンテナなどである。制御部７８は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

【0051】

制御部７８は、形状データ取得部８０と、造形条件設定部８２と、造形シミュレーション実行部８４と、必要材料量取得部８６と発注データ生成部８７と、出力制御部８８とを有する。形状データ取得部８０と、造形条件設定部８２と、造形シミュレーション実行部８４と、必要材料量取得部８６と発注データ生成部８７と、出力制御部８８は、制御部７８が記憶部７４に記憶されたソフトウェア（プログラム）を読み出すことで実現されて、後述する処理を実行する。なお、製造管理システム１０は、制御部７８による後述の処理を実行する１つの装置であるが、後述の処理を複数の装置で受け持つものであってもよい。言い換えれば、製造管理システム１０は、複数の装置で構成されていてもよい。

【0052】

形状データ取得部８０は、三次元積層装置１２がこれから造形する積層体Ａの形状データを取得する。形状データとは、製造しようとする積層体Ａの形状を示すデータであり、例えば三次元ＣＡＤモデルのデータなどである。形状データ取得部８０は、通信部７６を介して外部装置から形状データを取得してもよいし、記憶部７４に記憶されている形状データを読み出してもよい。形状データ取得部８０が取得する形状データとしては、目標とする積層体の理想形状、もしくは造形した積層体を接触式、もしくは非接触式の計測装置で測定した実際の形状、もしくは実際の積層造形中に光ビームで溶融した溶融プールの寸法を計測した結果から得られる推定形状などが考えられる。

【0053】

造形条件設定部８２は、形状データに基づき、三次元積層装置１２による積層体Ａの造形条件、すなわち設定造形条件Ｄａ１を設定する。造形条件設定部８２は、積層体Ａが形状データで示された形状となるように、積層体Ａを造形するための造形条件を設定して、その造形条件を、設定造形条件Ｄａ１とする。すなわち、造形条件設定部８２は、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）によって造形条件を設定するものである。造形条件設定部８２は、設定造形条件Ｄａ１として、粉末Ｐ（材料）の材質、粉末Ｐ（材料）の粒度分布、粉末Ｐ（材料）の供給速度、粉末Ｐ（材料）の基台部２４における収束径、光ビームＬの出力、光ビームＬの波長、光ビームＬの強度分布（ビームプロファイル）、光ビームＬの基台部２４における集光径（収束径）、光ビームＬと粉末Ｐ（材料）との収束位置、積層パス、機械加工パス、送り速度、粉末Ｐのキャリアガスの流量、粉末Ｐ（材料）を噴射するノズルの種類などを設定する。造形条件設定部８２は、設定造形条件Ｄａ１として、以上挙げた全てを設定してよいし、以上挙げた少なくとも１つを設定してもよい。例えば、造形条件設定部８２は、設定造形条件Ｄａ１として、少なくとも、材料（粉末Ｐ）の供給速度と、光ビームＬの出力と、積層ヘッド２８の送り速度と、を設定してよい。積層パスとは、ビードＢをどのような方向に沿って形成し、ビードＢをどのように積層するかなどの、ビードＢの経路を指す。すなわち、積層パスとは、積層ヘッド２８が粉末Ｐを噴射して光ビームＬを照射させている際の、基台部２４の積層ヘッド２８に対する移動経路を指す。機械加工パスとは、積層体Ａをどのように機械加工するかの経路を指し、機械加工部３３で積層体Ａを機械加工している際の、基台部２４の機械加工部３３に対する移動経路を指す。また、積層パス及び機械加工パスは、どの部分からどのようにビードＢを形成したり機械加工を行ったりするかの順番も含む。また、収束位置とは、光ビームＬ及び粉末Ｐが収束する位置である。粉末Ｐを噴射するノズルとは、積層ヘッド２８の粉末Ｐが噴射される粉末噴射口４４Ｂを構成するノズルである。ノズルの種類は、単一もしくは複数の円形、もしくは異形の噴出ポートからなるノズルなどから、選択ができる。

【0054】

なお、造形条件設定部８２は、１つの積層体Ａに対し複数種類の粉末Ｐの材質を設定してよい。この場合、造形条件設定部８２は、積層パス毎に粉末Ｐの材質を設定する（例えば、造形体の３層目までは１つ目の材質とし、４層目以降は２つ目の材料など）。このようにすることで、積層体Ａを、箇所に応じて材質が異なる傾斜材料とすることができる。なお、粉末Ｐの材質は、造形条件設定部８２が形状データに基づき設定することに限られず、どのような積層体Ａを製造するかの要求などに応じて設定されてもよい。

【0055】

また、造形条件設定部８２は、設定造形条件Ｄａ１として、積層ヘッド２８が粉末Ｐの噴射を開始するタイミングから、積層体Ａの造形（ビードＢの生成）を開始するタイミングまでの間の、第１ラグ時間を設定してもよい。三次元積層装置１２は、粉末Ｐの噴射を開始したタイミングでは、粉末Ｐの噴射量が安定しない場合がある。従って、造形条件設定部８２は、粉末Ｐの噴射を開始するタイミングから、第１ラグ時間をだけ経過した後に、すなわち噴射量が安定した後に、積層体Ａの造形（ビードＢの生成）を開始するように、設定造形条件Ｄａ１を設定する。また、造形条件設定部８２は、設定造形条件Ｄａ１として、粉末Ｐの材質を変更して噴射させるタイミングから、材質を変更した粉末Ｐを用いて積層体Ａの造形（ビードＢの生成）を開始するタイミングまでの間の、第２ラグ時間を設定してもよい。造形の途中で粉末Ｐの材質を変更した場合、材質変更直後においては、変更前の粉末と変更後の材料とが混ざるおそれがある。従って、造形条件設定部８２は、材質を変更した粉末Ｐの噴射を開始するタイミングから、第２ラグ時間をだけ経過した後に、変更後の材質の粉末Ｐを用いた積層体Ａの造形（ビードＢの生成）を開始するように、設定造形条件Ｄａ１を設定する。また、造形条件設定部８２は、設定造形条件Ｄａ１として、粉末Ｐを安定的に噴射しているが光ビームＬを照射していない時間を、第３ラグ時間として設定してもよい。三次元積層装置１２は、粉末Ｐの噴射から所定時間が経過して粉末Ｐの噴射が安定している時間帯でも、光ビームＬを照射せずに積層体の造形をしない場合がある。例えば、直線パスで往復しながら積層する場合、積層高さを均一にするため（送りの加減速による速度変化の影響を無くすため）、光ビームＬの照射を一旦止め、意図的にオーバランさせてから反転動作するという方法を取る場合がある。この際、粉末吐出安定までの時間のロスを避けるため、粉末Ｐの噴射を続ける場合がある。造形条件設定部８２は、このような場合を第３ラグ時間として設定する。造形条件設定部８２は、粉末Ｐの噴射中に光ビームＬの照射を停止したタイミングから、第３ラグ時間をだけ経過した後に、光ビームＬの照射を再開して積層体Ａの造形（ビードＢの生成）を再開するように、設定造形条件Ｄａ１を設定する。

【0056】

造形条件設定部８２は、以上のように設定した設定造形条件Ｄａ１を、通信部７６を介して三次元積層装置１２の制御装置３８に送信する。造形条件設定部８２は、設定造形条件Ｄａ１に、制御装置３８が読み込めるコードを付加して、制御装置３８に送信する。なお、三次元積層装置１２は、この設定造形条件Ｄａ１で積層体Ａの造形を実施し、その積層体Ａの品質データＤｂ２を取得する場合がある。この場合、造形条件設定部８２は、三次元積層装置１２から品質データＤｂ２を取得し、その品質データＤｂ２に基づき、設定造形条件Ｄａ１を設定し直してもよい。すなわち、造形条件設定部８２は、三次元積層装置１２が実際に造形した場合のデータをフィードバックデータとして、設定造形条件Ｄａ１を更新してもよい。

【0057】

造形シミュレーション実行部８４は、設定造形条件Ｄａ１に基づき、設定造形条件Ｄａ１で積層体Ａを造形する造形シミュレーションを実行する。すなわち、造形シミュレーション実行部８４は、設定造形条件Ｄａ１を用いて、三次元積層装置１２により積層体Ａを造形するシミュレーションを実行して、形状データに示された形状となる仮想の積層体Ａを造形する。言い換えれば、造形シミュレーション実行部８４は、三次元積層装置１２により積層体Ａを造形するシミュレーションモデルを読み出し、そのシミュレーションモデルに、設定造形条件Ｄａ１をインプットデータとして入力して、造形シミュレーションを実行する。そして、造形シミュレーション実行部８４は、造形シミュレーションのアウトプットデータとして、形状データに示された形状となる仮想の積層体Ａを生成する。さらに、造形シミュレーション実行部８４は、アウトプットデータとして、設定造形条件Ｄａ１で積層体Ａを造形する場合に必要な材料の量を算出する。ここでの材料とは、積層ヘッド２８が噴射する粉末Ｐを指し、設定造形条件Ｄａ１で積層体Ａを造形する場合に必要な材料の量とは、積層ヘッド２８に供給する粉末Ｐの量を指す。ただし、ここでの材料は、粉末Ｐに限られず、例えば液体などであってもよく、必要な材料の量は、積層体Ａを造形する場合に必要な液体の量であってもよい。アウトプットデータとしては、積層体Ａを造形するのに必要な製造時間を含んでいてもよい。なお、三次元積層装置１２は、粉末Ｐを噴射して光ビームＬを照射するデポジション方式である。従って、造形シミュレーション実行部８４が実行する造形シミュレーションも、デポジション方式で積層体Ａを造形するシミュレーションである。

【0058】

必要材料量取得部８６は、造形シミュレーション実行部８４による造形シミュレーションの実行結果に基づき、三次元積層装置１２で積層体Ａを造形するために必要な必要材料量を取得する。上述のように、造形シミュレーション実行部８４は、設定造形条件Ｄａ１をインプットデータとして造形シミュレーションを行った場合に、設定造形条件Ｄａ１で積層体Ａを造形する場合に必要な材料の量を、アウトプットデータとしている。必要材料量取得部８６は、造形シミュレーション実行部８４が算出した、設定造形条件Ｄａ１で積層体Ａを造形する場合に必要な材料の量、ここでは粉末Ｐの量を、必要材料量として取得する。三次元積層装置１２においては、その造形プロセスの都合上、積層ヘッド２８に供給される粉末Ｐの全てを、積層体Ａを構成するものとして用いることはできない。すなわち、積層ヘッド２８に供給される粉末Ｐの一部は、実際には積層体Ａを構成する材料とはならない。造形シミュレーション実行部８４は、造形シミュレーションにより、積層体Ａを構成するものとして用いられる粉末Ｐの量と、三次元積層装置１２に投入されるが積層体Ａを構成しない粉末Ｐの量とを合計した、粉末Ｐの投入量を、必要材料量として算出する。

【0059】

造形シミュレーション実行部８４が算出する積層体Ａを構成するものとして用いられない粉末Ｐは、シミュレーションにおいて積層ヘッド２８に供給されたが、積層体Ａを構成しない粉末Ｐを指す。積層体Ａを構成するものとして用いられない粉末Ｐは、例えば、基台部２４に噴射されたが、溶融せずに積層体Ａを形成しなかった粉末が含まれる。また、積層体Ａを構成するものとして用いられない粉末Ｐは、粉末Ｐの噴射を開始するタイミングから積層体Ａの造形を開始するタイミングまでの間（第１ラグ時間）に噴射される粉末Ｐが含まれる。また、積層体Ａを構成するものとして用いられない粉末Ｐは、粉末Ｐの材質を変更して噴射させるタイミングから、材質を変更した粉末Ｐを用いて積層体Ａの造形を開始するタイミングまでの間（第２ラグ時間）に噴射される粉末Ｐが含まれる。また、積層体Ａを構成するものとして用いられない粉末Ｐは、粉末Ｐの噴射中に光ビームＬの照射を停止したタイミングから光ビームＬの照射を再開するタイミングまでの間（第３ラグ時間）に噴射される粉末Ｐが含まれる。また、積層体Ａを構成するものとして用いられない粉末Ｐは、積層ヘッド２８への粉末Ｐの供給を停止するタイミングより後に、積層ヘッド２８から噴射される粉末Ｐが含まれる。積層ヘッド２８は、粉末供給部３７からの粉末Ｐの供給が停止した後も、内部に粉末Ｐが残留するため、これが噴射される場合がある。積層ヘッド２８への粉末Ｐの供給を停止するタイミングより後に積層ヘッド２８から噴射される粉末Ｐとは、この内部に残留した粉末Ｐを指す。

【0060】

発注データ生成部８７は、必要材料量取得部８６が取得した必要材料量Ｄａ２に基づき、材料（ここでは粉末Ｐ）を発注するための発注データＤａ３を生成する。発注データ生成部８７は、三次元積層装置１２を管理する主体が保有している粉末Ｐの在庫の情報、すなわち造形に用いる粉末Ｐの保有量を、取得する。発注データ生成部８７は、三次元積層装置１２またはその管理主体から粉末Ｐの在庫の情報を取得してよい。発注データ生成部８７は、粉末Ｐの在庫の情報と、必要材料量取得部８６が取得した必要材料量Ｄａ２とを比較して、粉末Ｐを発注する必要があるか判断し、必要があると判断した場合に、発注データＤａ３を生成する。発注データＤａ３は、発注する粉末Ｐの量と、発注する粉末Ｐの特性とを含む。粉末Ｐの特性とは、粉末Ｐの材質や、粉末Ｐの粒径や、粉末Ｐの真球度などである。発注データ生成部８７は、例えば、積層体Ａの製造計画や製造時間に関する情報を取得し、その製造計画や製造時間と必要材料量と粉末Ｐの在庫の情報とに基づき、発注する粉末Ｐの量を算出してよい。

【0061】

出力制御部８８は、必要材料量に基づく情報を、外部に出力する。本実施形態では、出力制御部８８は、必要材料量に基づく情報として、発注データＤａ３を、通信部７６を介して材料管理システム１４に送信する。出力制御部８８は、発注データＤａ３を材料管理システム１４に送信することで、粉末Ｐを発注する。出力制御部８８は、必要材料量に基づき、材料管理システム１４に、材料（ここでは粉末Ｐ）を発注するといえる。

【0062】

製造管理システム１０は、以上の構成となっている。次に、製造管理システム１０による処理工程について説明する。図６は、製造管理システムの処理を説明するフローチャートである。図６に示すように、製造管理システム１０は、造形条件設定部８２により、設定造形条件Ｄａ１を設定し、（ステップＳ２０）、造形シミュレーション実行部８４により、設定造形条件Ｄａ１で造形シミュレーションを実行する（ステップＳ２２）。造形シミュレーション実行部８４は、造形シミュレーションを実行して、設定造形条件Ｄａ１で積層体Ａを造形する場合の必要材料量Ｄａ２、ここでは設定造形条件Ｄａ１で積層体Ａを造形する場合に必要な粉末Ｐの量を、算出する。製造管理システム１０は、必要材料量取得部８６により、造形シミュレーション実行部８４が算出した必要材料量Ｄａ２を取得し（ステップＳ２４）、発注データ生成部８７により、必要材料量Ｄａ２に基づき、材料の発注、ここでは粉末Ｐの発注が必要かを判断する（ステップＳ２６）。粉末Ｐの発注が必要である場合（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）、製造管理システム１０は、発注データ生成部８７により、粉末Ｐの発注量を示す発注データＤａ３を生成し、出力制御部８８により、発注データＤａ３を材料管理システム１４に送信することで、粉末Ｐを発注する（ステップＳ２８）。粉末Ｐの発注が必要でない場合は、粉末Ｐを発注せず、本処理を終了する。

【0063】

ここで、三次元積層装置１２は、粉末Ｐ等の材料を用いて積層体Ａの造形を行う。従って、三次元積層装置１２で積層体Ａを造形する場合には、粉末Ｐ等の材料の必要量を把握して、必要量の材料を在庫として保持しておくことが求められる。しかし、三次元積層装置１２においては、その造形プロセス上、使用する粉末Ｐの全てを積層体Ａに用いることはできない。従って、製造する積層体Ａの形状データだけでは、造形に必要な材料量を正確に見積もることができないおそれがある。それに対し、本実施形態に係る製造管理システム１０は、積層体Ａを造形するための設定造形条件を設定し、その設定造形条件下で造形シミュレーションを実行することで、必要材料量を算出している。造形シミュレーションは、設定造形条件下での積層体Ａの造形を再現するシミュレーションであるため、製造管理システム１０は、積層体Ａとして用いられる粉末Ｐの量に加え、積層体Ａとして用いられないが使用される粉末Ｐの量も算出することができる。従って、積層体Ａとして用いられないが使用される粉末Ｐの量、すなわち歩留りも考慮して必要材料量を算出することが可能となり、造形に必要な材料量を正確に見積もることが可能となる。特に、デポジション方式の三次元積層装置や、金属粉末を用いた三次元積層装置は、ベッド方式の三次元積層装置や、樹脂粉末などを用いた三次元積層装置に比べ、積層体Ａとして用いられないが使用される粉末Ｐの量が多くなったり、積層体Ａの形状や造形条件に応じて、積層体Ａとして用いられないが使用される粉末Ｐの量の変動が大きくなったりする傾向にある。従って、デポジション方式の三次元積層装置や、金属粉末を用いた三次元積層装置を用いる場合、必要材料量を見積もることが特に困難となる。そのような場合でも、製造管理システム１０は、造形シミュレーションを実行することで、積層体Ａとして用いられないが使用される粉末Ｐの量を正確に見積もることが可能となり、必要材料量を適切に見積もることができる。また、三次元積層装置は、適切に積層体Ａを造形できる造形条件のレンジが小さく、また、造形条件の種類が多い。従って、例えば、必要材料量を見積もるために三次元積層装置１２で実際に積層体Ａを造形するには、造形条件の設定のための負荷が大きくなる。それに対し、本実施形態においては、製造管理システム１０によって造形条件を設定し、その造形条件でシミュレーションを実施している。従って、必要材料量を見積もるための負荷が大きくなることも抑制できる。

【0064】

（材料管理システム）
次に、材料管理システム１４について説明する。図７は、材料管理システムの模式的なブロック図である。材料管理システム１４は、三次元積層装置１２が積層体Ａを造形するための材料を管理する装置、ここではコンピュータである。図７に示すように、材料管理システム１４は、入力部９０と、出力部９２と、記憶部９４と、通信部９６と、制御部９８とを有する。入力部９０は、ユーザの操作を受け付ける入力装置である。出力部９２は、制御部９８の制御内容などを表示する表示装置である。記憶部９４は、制御部９８の演算内容やプログラムの情報などを記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような主記憶装置と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つ含む。記憶部９４は、制御部９８が取得した材料データＤｃを記憶する。通信部９６は、外部の装置と通信する機構、すなわち通信インターフェイスである。通信部９６は、例えばＷｉ－Ｆｉ（登録商標）モジュールやアンテナなどである。制御部９８は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

【0065】

制御部９８は、受注管理部１００と材料データ取得部１０２とを有する。受注管理部１００と材料データ取得部１０２とは、制御部９８が記憶部９４に記憶されたソフトウェア（プログラム）を読み出すことで実現されて、後述する処理を実行する。なお、材料管理システム１４は、制御部９８による後述の処理を実行する１つの装置であるが、後述の処理を複数の装置で受け持つものであってもよい。言い換えれば、材料管理システム１４は、複数の装置で構成されていてもよい。

【0066】

受注管理部１００は、製造管理システム１０からの発注データＤａ３に基づき、材料、ここでは粉末Ｐの受注を管理する。受注管理部１００は、製造管理システム１０から送信された発注データＤａ３を取得し、発注データＤａ３に示された内容に基づき、粉末Ｐを準備し、準備した粉末Ｐを三次元積層装置１２の管理主体に発送する処理を実行する。すなわち、受注管理部１００は、発注データＤａ３に示された特性の粉末Ｐを、発注データＤａ３に示された量だけ準備する処理と、三次元積層装置１２の管理主体に発送する処理とを実行する。また、受注管理部１００は、三次元積層装置１２の管理主体に関する情報、粉末Ｐの受注日、受注量、発送日、単価、納期などの情報を管理してもよい。

【0067】

材料データ取得部１０２は、三次元積層装置１２の管理主体に発送する粉末Ｐのデータを、材料データＤｃとして取得する。材料データ取得部１０２は、取得した材料データＤｃを、プロセス管理システム１６に送信する。材料データＤｃは、三次元積層装置１２の管理主体に発送する粉末Ｐの特性を示すデータである。材料データＤｃとしては、例えば、粉末Ｐの材質、粉末Ｐの粒径、粉末Ｐの真球度などである。粉末Ｐの材質としては、粉末Ｐの材料組成、すなわち成分比率などが挙げられる。材料データ取得部１０２は、発送する粉末Ｐの特性の測定結果を、材料データＤｃとして取得する。また、材料データＤｃとして、粉末Ｐの製造国、製造工場、製造ライン、製造年月日、製造バッチ番号、製造ロット番号などに関する情報を含めてもよい。

【0068】

（プロセス管理システム）
次に、プロセス管理システム１６について説明する。プロセス管理システム１６は、三次元積層装置１２による積層体Ａの造形プロセスなどに関するプロセスモニタリングデータＤｄを蓄積するシステムである。図８は、プロセス管理システムの模式的なブロック図である。図８に示すように、プロセス管理システム１６は、入力部１１０と、出力部１１２と、記憶部１１４と、通信部１１６と、制御部１１８とを有する。入力部１１０は、ユーザの操作を受け付ける入力装置である。出力部１１２は、制御部１１８の制御内容などを表示する表示装置である。記憶部１１４は、制御部１１８の演算内容やプログラムの情報などを記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような主記憶装置と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つ含む。記憶部１１４は、制御部１１８が取得したプロセスモニタリングデータＤｄを記憶する。通信部１１６は、外部の装置と通信する機構、すなわち通信インターフェイスである。通信部１１６は、例えばＷｉ－Ｆｉ（登録商標）モジュールやアンテナなどである。制御部１１８は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

【0069】

制御部１１８は、データ取得部１２０と照合部１２２とを有する。データ取得部１２０と照合部１２２とは、制御部１１８が記憶部１１４に記憶されたソフトウェア（プログラム）を読み出すことで実現されて、後述する処理を実行する。なお、プロセス管理システム１６は、制御部１１８による後述の処理を実行する１つの装置であるが、後述の処理を複数の装置で受け持つものであってもよい。言い換えれば、プロセス管理システム１６は、複数の装置で構成されていてもよい。

【0070】

データ取得部１２０は、三次元積層装置１２から、プロセスデータＤｂ１と品質データＤｂ２とを取得する。また、データ取得部１２０は、材料管理システム１４から、材料データＤｃを取得する。データ取得部１２０は、取得したプロセスデータＤｂ１と品質データＤｂ２と材料データＤｃとを、プロセスモニタリングデータＤｄとして記憶部１１４に記憶させる。

【0071】

照合部１２２は、品質データＤｂ２と材料データＤｃとの照合を行う。照合部１２２は、品質データＤｂ２と材料データＤｃとを照合して、積層体Ａの造形に用いた粉末Ｐが適切なものであるかを判断し、その判断結果をプロセスモニタリングデータＤｄとして記憶部１１４に記憶させる。ここで、材料データＤｃは、三次元積層装置１２の管理主体に配送した粉末Ｐの特性データであり、品質データＤｂ２は、三次元積層装置１２が造形した積層体Ａの品質データである。すなわち、品質データＤｂ２は、材料データＤｃに示された特性を有する粉末Ｐを用いて造形された積層体Ａの品質を示すデータである。従って、材料データＤｃと品質データＤｂ２とは、互いに関連したデータであるといえる。照合部１２２は、品質データＤｂ２と材料データＤｃとを照合して、材料データＤｃと品質データＤｂ２とを紐付けて、粉末Ｐが適切なものかを判断する。例えば、照合部１２２は、品質データＤｂ２における品質が所定値より低い場合に、その品質データＤｂ２に紐付いた材料データＤｃの粉末Ｐを、適切なものでないと判断する。また、照合部１２２は、品質データＤｂ２における品質が所定値以上の場合に、その品質データＤｂ２に紐付いた材料データＤｃの粉末Ｐを、適切なものであると判断する。照合部１２２は、粉末Ｐが適切なものかの判断結果を、プロセスモニタリングデータＤｄとして記憶部１１４に記憶させる。

【0072】

また、照合部１２２は、品質データＤｂ２と材料データＤｃとを照合して、材料データＤｃで示された粉末Ｐの特性と、品質データＤｂ２で示された積層体Ａの品質とを紐付ける。そして、照合部１２２は、粉末Ｐの特性ごとに、すなわち粉末Ｐの材質や、粉末Ｐの粒径や、粉末Ｐの真球度ごとに、積層体Ａの品質の度合いを紐付ける。そして、照合部１２２は、その紐付けたデータを、プロセスモニタリングデータＤｄとして記憶部１１４に記憶させる。このように品質データＤｂ２と材料データＤｃとを照合したデータをプロセスモニタリングデータＤｄとすることで、粉末Ｐの特性が積層体Ａの品質に与える影響を認識することができ、それを製造管理システム１０や材料管理システム１４などに伝えることで、粉末Ｐの品質を適切に管理して、積層体Ａの品質を向上させることができる。すなわち、照合部１２２が、積層体Ａの造形に用いられる粉末Ｐの品質と、当該粉末Ｐにより造形された積層体Ａの品質とを照合し両者の紐付けを行うことにより材料のトレーサビリティを確保し、品質の安定化を図ることができる。

【0073】

プロセス管理システム１６は、以上の構成となっている。次に、プロセス管理システム１６による処理工程について説明する。図９は、プロセス管理システムの処理を説明するフローチャートである。図９に示すように、プロセス管理システム１６は、データ取得部１２０により、品質データＤｂ２と材料データＤｃとを取得し（ステップＳ３０）、照合部１２２により、品質データＤｂ２と材料データＤｃとを照合して（ステップＳ３２）、粉末Ｐが適切なものかを判断する（ステップＳ３４）。プロセス管理システム１６は、粉末Ｐが適切なものかの判断結果を、プロセスモニタリングデータＤｄとして記憶部１１４に記憶させる（ステップＳ３６）。

【0074】

以上説明したように、本実施形態に係る管理システム１は、光ビームＬを照射して材料を供給することにより積層体Ａを造形する三次元積層装置１２の材料を管理するシステムである。管理システム１は、形状データ取得部８０と、造形条件設定部８２と、造形シミュレーション実行部８４と、必要材料量取得部８６と、出力制御部８８とを有する。形状データ取得部８０は、積層体Ａの形状データを取得する。造形条件設定部８２は、形状データに基づき、三次元積層装置１２で積層体Ａを造形するための設定造形条件Ｄａ１を設定する。造形シミュレーション実行部８４は、設定造形条件Ｄａ１に基づき、設定造形条件Ｄａ１で積層体Ａを造形する造形シミュレーションを実行する。必要材料量取得部８６は、造形シミュレーションの実行結果に基づき、三次元積層装置１２で積層体Ａを造形するための必要材料量を算出する。出力制御部８８は、必要材料量に基づく情報を外部に出力する。

【0075】

管理システム１は、積層体Ａを造形するための条件である設定造形条件を設定し、その設定造形条件下で造形シミュレーションを実行することで、必要材料量を算出している。従って、管理システム１は、積層体Ａの完成品を構成する材料量に加え、積層体Ａの完成品を構成しないが使用される材料量も算出することができる。従って、管理システム１は、歩留りも考慮して必要材料量を算出することが可能となり、三次元積層装置１２で造形する際に必要な材料量を正確に見積もることができる。

【0076】

また、積層体Ａは、溶融した材料が固化することで造形される。管理システム１は、積層体Ａとして用いられないが使用される材料の量、すなわち歩留りも考慮して必要な粉末Ｐの量を算出することが可能となり、三次元積層装置１２で造形する際に必要な材料の量を正確に見積もることができる。

【0077】

また、造形シミュレーション実行部８４は、造形シミュレーションとして、材料を噴射して光ビームＬを照射するデポジション方式で積層体Ａを造形するシミュレーションを実行する。デポジション方式の三次元積層装置は、積層体Ａの完成品を構成しないが使用される材料の量が多くなったり、積層体Ａの形状や造形条件に応じて、積層体Ａの完成品を構成しないが使用される材料の量の変動が大きくなったりする傾向にあり、必要材料量を見積もることが特に困難となる。そのような場合でも、管理システム１は、造形シミュレーションを実行することで、積層体Ａの完成品を構成しないが使用される材料の量を精度良く見積もることが可能となり、必要材料量を正確に見積もることができる。

【0078】

また、造形条件設定部８２は、設定造形条件Ｄａ１として、少なくとも、材料の供給速度と、光ビームＬの出力と、積層ヘッド２８の送り速度と、を設定する。設定造形条件Ｄａ１をこのように設定することで、設定造形条件Ｄａ１を用いて造形シミュレーションを行った場合に、積層体Ａの完成品を構成しないが使用される材料の量、すなわち歩留りを精度良く算出して、必要な材料量を正確に見積もることができる。

【0079】

また、必要材料量取得部８６は、材料の噴射を開始するタイミングから積層体Ａの造形を開始するタイミングまでの間（第１ラグ時間）に噴射される材料の量と、積層ヘッド２８への材料の供給を停止するタイミングより後に積層ヘッド２８から噴射される粉末Ｐの量と、材料を噴射しているが光ビームＬを照射していない期間（第３ラグ時間）における材料の量とを、必要材料量に含める。必要材料量にこれらの量も含めることで、積層体Ａの完成品を構成しないが使用される粉末Ｐの量、すなわち歩留りを精度良く算出して、必要な材料量を正確に見積もることができる。

【0080】

また、造形条件設定部８２は、三次元積層装置１２が設定造形条件Ｄａ１で積層体Ａを造形した際の、積層体Ａの品質データＤｂ２に基づき、設定造形条件Ｄａ１を更新する。管理システム１は、実際の製造結果に基づき設定造形条件Ｄａ１を更新することで、設定造形条件Ｄａ１を適切に設定することができる。

【0081】

また、形状データ取得部８０、造形条件設定部８２、造形シミュレーション実行部８４、必要材料量取得部８６、及び出力制御部８８は、製造管理システム１０に設けられる。そして、出力制御部８８は、必要材料量に基づき、製造管理システム１０とは異なるシステムである材料管理システム１４に、材料を発注する。この管理システム１は、このように製造管理システム１０から材料管理システム１４に材料を発注するシステムを構築することで、物流を適切に行うことができる。

【0082】

また、管理システム１は、データ取得部１２０と、照合部１２２とを有する。データ取得部１２０は、材料管理システム１４から、積層体Ａの造形に用いた材料の特性を示す材料データＤｃを取得し、三次元積層装置１２が造形した積層体Ａの品質データＤｂ２を取得する。照合部１２２は、材料データＤｃと品質データＤｂ２とを照合し、積層体Ａの造形に用いた材料が適切なものであるかを判断する。この管理システム１は、材料データＤｃと品質データＤｂ２とを照合することで、材料を適切に管理することができる。また、管理システム１では、材料データＤｃと品質データＤｂ２とを照合した結果、複数の材料を混合した材料である場合は、それぞれの材料の含有比率を変更、調整することもできる。

【0083】

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0084】

１ 管理システム
１０ 製造管理システム
１２ 三次元積層装置
１４ 材料管理システム
１６ プロセス管理システム
８０ 形状データ取得部
８２ 造形条件設定部
８４ 造形シミュレーション実行部
８６ 必要材料量取得部
８７ 発注データ生成部
８８ 出力制御部
Ａ 積層体
Ｄａ１ 設定造形条件
Ｄａ２ 必要材料量
Ｄａ３ 発注データ
Ｄｂ１ プロセスデータ
Ｄｂ２ 品質データ
Ｄｃ 材料データ
Ｄｄ プロセスモニタリングデータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】