特許 7240992 製造装置および製造方法

(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】2023-03-08

(45)【発行日】2023-03-16

(54)【発明の名称】製造装置および製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/362 20210101AFI20230309BHJP

   B22F 12/90 20210101ALI20230309BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20230309BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20230309BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20230309BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20230309BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20230309BHJP

【ＦＩ】

B22F10/362

B22F12/90

B29C64/153

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2019152043

(22)【出願日】2019-08-22

(65)【公開番号】P2021031719

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2021-10-13

(73)【特許権者】

【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

(72)【発明者】

【氏名】西名 繁樹

(72)【発明者】

【氏名】菅谷 慎二

(72)【発明者】

【氏名】山田 章夫

【審査官】岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１２０８４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０２１－５０７１２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ ３／１６

Ｂ２２Ｆ ３／１０５

Ｂ２２Ｆ １０／００－１０／８５

Ｂ２２Ｆ １２／００－１２／９０

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１粉末層における、製造対象の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断面形成部と、
前記断面を形成した前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する粉末積層部と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、積層途中の前記第２粉末層の一部をビームで加熱する予熱処理部と
を備える製造装置。

【請求項2】

第１粉末層における、製造対象の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断面形成部と、
前記断面を形成した前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する粉末積層部と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方をビームで加熱する予熱処理部と、
前記予熱処理部が加熱した前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方の温度分布を測定する測定部と、
前記温度分布に基づいて、前記第２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するビームのエリア毎の照射条件を決定する照射条件決定部と
を備え、
前記照射条件決定部は、前記測定部が測定した前記温度分布に基づいて、前記第２粉末層の温度分布を推定する第１推定部を有し、
前記照射条件決定部は、推定した前記第２粉末層の温度分布にさらに基づいて、前記溶融結合する前記ビームのエリア毎の照射条件を決定する
製造装置。

【請求項3】

第１粉末層における、製造対象の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断面形成部と、
前記断面を形成した前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する粉末積層部と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方をビームで加熱する予熱処理部と、
前記予熱処理部が加熱した前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方の温度分布を測定する測定部と、
前記温度分布に基づいて、前記第２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するビームのエリア毎の照射条件を決定する照射条件決定部と
を備え
前記照射条件決定部は、前記断面を形成した後の前記第１粉末層の温度変化を推定する第２推定部を有し、
前記照射条件決定部は、推定した前記第１粉末層の温度変化にさらに基づいて、前記溶融結合する前記ビームのエリア毎の照射条件を決定する
製造装置。

【請求項4】

第１粉末層における、製造対象の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断面形成部と、
前記断面を形成した前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する粉末積層部と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方をビームで加熱する予熱処理部と、
前記予熱処理部が加熱した前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方の温度分布を測定する測定部と、
前記温度分布に基づいて、前記第２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するビームのエリア毎の照射条件を決定する照射条件決定部と
を備え、
前記照射条件決定部は、前記予熱処理部が加熱した後の、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方の温度変化を推定する第３推定部を有し、
前記照射条件決定部は、推定した前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方の温度変化にさらに基づいて、前記溶融結合する前記ビームのエリア毎の照射条件を決定する
製造装置。

【請求項5】

第１粉末層における、製造対象の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断面形成部と、
前記断面を形成した前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する粉末積層部と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方をビームで加熱する予熱処理部と
を備え、
前記粉末積層部は、前記断面を形成した前記第１粉末層上に前記第２粉末層の前記一部を積層した後、前記第２粉末層の残りを積層し、
前記予熱処理部は、前記粉末積層部が前記第２粉末層の前記残りを積層する前に、積層された前記第２粉末層の前記一部を加熱する
製造装置。

【請求項6】

第１粉末層における、製造対象の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断面形成部と、
前記断面を形成した前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する粉末積層部と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方をビームで加熱する予熱処理部と
を備え、
前記予熱処理部は、前記第１粉末層に形成された前記断面の領域と、前記予熱処理部により加熱する領域との境界の一部を加熱せず、該境界の残りを加熱する
製造装置。

【請求項7】

第１粉末層における、製造対象の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断面形成部と、
前記断面を形成した前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する粉末積層部と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方をビームで加熱する予熱処理部と
を備え、
前記予熱処理部は、前記第２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に囲まれた溶融結合させない領域が閾値範囲以下である場合、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方における前記溶融結合させない領域に対応する領域の少なくとも一部を加熱しない
製造装置。

【請求項8】

第１粉末層における、製造対象の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断面形成部と、
前記断面を形成した前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する粉末積層部と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方をビームで加熱する予熱処理部と
を備え、
前記断面形成部は、前記第１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、該領域のコーナー部、エッジ部、および面部の順に溶融結合させる
製造装置。

【請求項9】

第１粉末層における、製造対象の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断面形成部と、
前記断面を形成した前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する粉末積層部と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方をビームで加熱する予熱処理部と
を備え、
前記断面形成部は、前記第１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、複数のエリアについて、前記領域よりも下に形成された前記３次元造形物の断面の厚さに基づいた順番で、溶融結合させる
製造装置。

【請求項10】

前記照射条件決定部は、前記粉末積層部が前記第２粉末層を積層している間に、前記溶融結合する前記ビームのエリア毎の照射条件を決定する
請求項２から４のいずれか一項に記載の製造装置。

【請求項11】

前記予熱処理部は、前記第１粉末層の表面を直接加熱する
請求項１から１０のいずれか一項に記載の製造装置。

【請求項12】

前記予熱処理部は、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方をビームで前記加熱する第１段階目の予熱処理と、積層が完了した前記第２粉末層を加熱する第２段階目の予熱処理とを行う
請求項１から１１のいずれか一項に記載の製造装置。

【請求項13】

前記予熱処理部は、前記断面形成部が前記第１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ている間に、前記第１粉末層を加熱する
請求項１から１２のいずれか一項に記載の製造装置。

【請求項14】

３次元造形物を製造する方法であって、
第１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、
前記断面が形成された前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する段階と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、積層途中の前記第２粉末層の一部を加熱する段階と
を備える製造方法。

【請求項15】

３次元造形物を製造する方法であって、
第１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、
前記断面が形成された前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する段階と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階と、
前記加熱した前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方の温度分布を測定する段階と、
前記温度分布に基づいて、前記第２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するビームのエリア毎の照射条件を決定する段階と
を備え、
前記照射条件を決定する段階は、
前記測定した前記温度分布に基づいて、前記第２粉末層の温度分布を推定する段階と、
推定した前記第２粉末層の温度分布にさらに基づいて、前記溶融結合する前記ビームのエリア毎の照射条件を決定する段階とを有する
製造方法。

【請求項16】

３次元造形物を製造する方法であって、
第１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、
前記断面が形成された前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する段階と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階と、
前記加熱した前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方の温度分布を測定する段階と、
前記温度分布に基づいて、前記第２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するビームのエリア毎の照射条件を決定する段階と
を備え、
前記照射条件を決定する段階は、
前記断面を形成した後の前記第１粉末層の温度変化を推定する段階と、
推定した前記第１粉末層の温度変化にさらに基づいて、前記溶融結合する前記ビームのエリア毎の照射条件を決定する段階とを有する
製造方法。

【請求項17】

３次元造形物を製造する方法であって、
第１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、
前記断面が形成された前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する段階と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階と、
前記加熱した前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方の温度分布を測定する段階と、
前記温度分布に基づいて、前記第２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するビームのエリア毎の照射条件を決定する段階と
を備え、
前記照射条件を決定する段階は、
前記加熱した後の、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方の温度変化を推定する段階と、
推定した前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方の温度変化にさらに基づいて、前記溶融結合する前記ビームのエリア毎の照射条件を決定する段階とを有する
製造方法。

【請求項18】

３次元造形物を製造する方法であって、
第１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、
前記断面が形成された前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する段階と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階と
を備え、
前記第２粉末層を積層する段階は、前記断面を形成した前記第１粉末層上に前記第２粉末層の前記一部を積層した後、前記第２粉末層の残りを積層する段階を有し、
前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階は、前記第２粉末層の前記残りを積層する前に、積層された前記第２粉末層の前記一部を加熱する段階を有する
製造方法。

【請求項19】

３次元造形物を製造する方法であって、
第１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、
前記断面が形成された前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する段階と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階と
を備え、
前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階は、前記第１粉末層に形成された前記断面の領域と、前記加熱する領域との境界の一部を加熱せず、該境界の残りを加熱する
製造方法。

【請求項20】

３次元造形物を製造する方法であって、
第１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、
前記断面が形成された前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する段階と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階と
を備え、
前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階は、前記第２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に囲まれた溶融結合させない領域が閾値範囲以下である場合、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の前記少なくとも一方における前記溶融結合させない領域に対応する領域の少なくとも一部を加熱しない段階を有する
製造方法。

【請求項21】

３次元造形物を製造する方法であって、
第１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、
前記断面が形成された前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する段階と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階と
を備え、
前記断面を形成する段階は、前記第１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、該領域のコーナー部、エッジ部、および面部の順に溶融結合させる段階を有する
製造方法。

【請求項22】

３次元造形物を製造する方法であって、
第１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、
前記断面が形成された前記第１粉末層上に、第２粉末層を積層する段階と、
前記第２粉末層の積層が完了する前に、前記第１粉末層および積層途中の前記第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階と
を備え、
前記断面を形成する段階は、前記第１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、複数のエリアについて、前記領域よりも下に形成された前記３次元造形物の断面の厚さに基づいた順番で、溶融結合させる段階を有する
製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製造装置および製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属材料などからなる粉末層に対して電子ビームを照射して溶融凝固させる３次元積層造形装置において、粉末層の一部を溶融凝固させて断面層を形成し、その断面層を積み重ねることで３次元構造物を造形する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献２には、粉末層を溶融凝固させる工程の前に、当該粉末層に電子ビームを照射して温度を上げる予熱工程を行う装置が記載されている。
特許文献１ 米国特許第７４５４２６２号
特許文献２ 特許第５１０８８８４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

特許文献２に記載の予熱工程を行った場合でも、予熱工程後の粉末層の温度分布が不均一な場合があり、電子ビームを照射して断面を形成する際、当該断面を形成する領域が不均一な温度条件となるため、製造される３次元構造物の品質が低下することがある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、製造装置が提供される。製造装置は、第１粉末層における、製造対象の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断面形成部を備えてよい。製造装置は、断面を形成した第１粉末層上に、第２粉末層を積層する粉末積層部を備えてよい。製造装置は、第２粉末層の積層が完了する前に、第１粉末層および積層途中の第２粉末層の一部の少なくとも一方をビームで加熱する予熱処理部を備えてよい。

【0005】

製造装置は、予熱処理部が加熱した第１粉末層および積層途中の第２粉末層の一部の少なくとも一方の温度分布を測定する測定部を備えてよい。製造装置は、温度分布に基づいて、第２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するビームのエリア毎の照射条件を決定する照射条件決定部を備えてよい。

【0006】

照射条件決定部は、測定部が測定した温度分布に基づいて、第２粉末層の温度分布を推定する第１推定部を有してよい。照射条件決定部は、推定した第２粉末層の温度分布にさらに基づいて、溶融結合するビームのエリア毎の照射条件を決定してよい。

【0007】

照射条件決定部は、断面を形成した後の第１粉末層の温度変化を推定する第２推定部を有してよい。照射条件決定部は、推定した第１粉末層の温度変化にさらに基づいて、溶融結合するビームのエリア毎の照射条件を決定してよい。

【0008】

照射条件決定部は、予熱処理部が加熱した後の、第１粉末層および積層途中の第２粉末層の一部の少なくとも一方の温度変化を推定する第３推定部を有してよい。照射条件決定部は、推定した第１粉末層および積層途中の第２粉末層の一部の少なくとも一方の温度変化にさらに基づいて、溶融結合するビームのエリア毎の照射条件を決定してよい。

【0009】

照射条件決定部は、粉末積層部が第２粉末層を積層している間に、溶融結合するビームのエリア毎の照射条件を決定してよい。

【0010】

予熱処理部は、第１粉末層の表面を直接加熱してよい。

【0011】

粉末積層部は、断面を形成した第１粉末層上に第２粉末層の一部を積層した後、第２粉末層の残りを積層してよい。予熱処理部は、粉末積層部が第２粉末層の残りを積層する前に、積層された第２粉末層の一部を加熱してよい。

【0012】

予熱処理部は、第１粉末層に形成された断面以外の領域を加熱してよい。

【0013】

予熱処理部は、第１粉末層に形成された断面の領域と、予熱処理部により加熱する領域との境界の一部を加熱せず、該境界の残りを加熱してよい。

【0014】

予熱処理部は、第２粉末層における３次元造形物の断面となるべき領域に囲まれた溶融結合させない領域が閾値範囲以下である場合、第１粉末層および積層途中の第２粉末層の一部の少なくとも一方における溶融結合させない領域に対応する領域の少なくとも一部を加熱しなくてよい。

【0015】

予熱処理部は、積層が完了した第２粉末層を加熱してよい。

【0016】

予熱処理部は、断面形成部が第１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ている間に、第１粉末層を加熱してよい。

【0017】

断面形成部は、第１粉末層における３次元造形物の断面となるべき領域を、該領域のコーナー部、エッジ部、および面部の順に溶融結合させてよい。

【0018】

断面形成部は、第１粉末層における３次元造形物の断面となるべき領域を、複数のエリアについて、領域よりも下に形成された３次元造形物の断面の厚さに基づいた順番で、溶融結合させてよい。

【0019】

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方法が提供される。製造方法は、第１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段階を備えてよい。製造方法は、断面が形成された第１粉末層上に、第２粉末層を積層する段階を備えてよい。製造方法は、第２粉末層の積層が完了する前に、第１粉末層および積層途中の第２粉末層の一部の少なくとも一方を加熱する段階を備えてよい。

【0020】

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】

【0021】

【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】測定部４０により測定した、予熱処理の加熱後の粉末層の表面の温度分布を示す。

【図4】粉末層の温度と電子ビームＥＢの照射時間の関係を示す。

【図5】電子ビームＥＢの照射位置と照射時間との間の関係を示す。

【図6】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7】本実施形態の製造装置１０において３次元造形物１１０を製造する方法の他の例を示す説明図である。

【図8】粉末層における３次元造形物１１０の断面となるべき領域の上面図である。

【図9】粉末層における３次元造形物１１０の断面の概略斜視図である。

【図10】粉末層における予熱処理のための加熱エリアを説明するための説明図である。

【図11】粉末層における予熱処理のための加熱エリアの他の例を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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、粉末層の積層および粉末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、粉末層の積層完了前に、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、磁性体または非磁性体であってよい。

【0025】

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。

【0026】

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。また、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溶融結合させることにより断面を形成する断面形成部の一例であり、予熱処理を行う予熱処理部の一例でもある。従って、本実施形態におけるカラム部２０は、断面形成部と予熱処理部との両方の機能を有し、粉末層を溶融結合させて断面を形成する加熱と、予熱処理を行う加熱は、カラム部２０からの電子ビームＥＢを用いて行われる。

【0027】

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、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、断面が形成された粉末層および当該粉末層上に積層途中の次の粉末層の少なくとも一方を、当該次の粉末層の積層が完了する前に電子ビームＥＢで加熱することにより、予熱処理をする。当該加熱により、カラム部は、加熱された層上に形成される次の粉末層を間接的に予熱処理することができる。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。

【0028】

電子源２１は、熱また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。

【0029】

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と、コイルを取り囲んでレンズ軸に関して軸対称な間隙を有するヨークとを含む。

【0030】

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軸方向および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、上記した電子レンズ２２のレンズ軸を挟んで、Ｘ軸方向および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、粉末層の表面の対象領域全体に電子ビームＥＢを走査させてもよく、また、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。

【0031】

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。

【0032】

粉末供給部３１は、ステージ３２上の、ステージ３２および側壁部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および側壁部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を上方に増大させる。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

ヒータ３７は、ステージ３２の下面および側壁部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。

【0037】

測定部４０は、例えば、サーモグラフィカメラまた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、予熱処理の加熱後、断面が形成された粉末層および積層途中の粉末層の一部の少なくとも一方の温度分布を測定する。

【0038】

制御部５０は、製造装置１０の他の各構成に有線または無線で接続され、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、および偏向器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、およ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、およびヒータ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の照射条件を決定してよい。

【0039】

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および照射条件決定部２１０を有する。

【0040】

断面形状作成部２００は、照射条件決定部２１０に接続される。断面形状作成部２００は、製造装置１０に入力されたまたは格納された３次元造形物１１０のデータから、当該３次元造形物１１０のＸＹ平面における断面領域を示すデータを生成して、照射条件決定部２１０に出力してよい。断面形状作成部２００は、Ｚ方向における複数の断面を電子ビームＥＢの照射前に出力してよく、または、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。

【0041】

照射条件決定部２１０は、測定部４０から受信した粉末層の温度分布に基づいて、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する電子ビームＥＢのエリア毎の照射条件を決定する。さらに、照射条件決定部２１０は、予熱処理のための加熱を行う電子ビームＥＢの照射条件を決定してよい。照射条件決定部２１０は、照射位置決定部２２０、推定部２３０、処理部２４０、および出力部２５０を有する。

【0042】

照射位置決定部２２０は、処理部２４０および推定部２３０に接続され、断面形状作成部２００から、３次元造形物１１０のＸＹ平面における断面を示すデータを受け取る。照射位置決定部２２０は、受け取ったデータから、粉末層における電子ビームＥＢの照射位置、例えば座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を決定し、照射位置を示すデータを処理部２４０および推定部２３０に出力する。照射位置決定部２２０は、溶融結合する断面領域の照射位置および予熱処理の加熱を行う照射位置の少なくとも一方を決定してよい。ここで、ｉは正の整数であり、３次元造形物１１０の複数の断面のＺ軸方向のインデックスであってよい。

【0043】

推定部２３０は、測定部４０および処理部２４０に接続される。推定部２３０は、測定部４０から測定結果を受信し、当該測定結果に基づいて推定した結果を処理部２４０に出力する。推定部２３０は、測定部４０により温度測定された粉末層上に形成される次の粉末層の温度を推定してよい。また、推定部２３０は、温度測定された粉末層および当該粉末層上に形成される次の粉末層の少なくとも一方について、測定部４０による温度測定時からの温度変化を推定してよい。本実施形態において、推定部２３０は、第１推定部、第２推定部、および第３推定部の一例である。

【0044】

処理部２４０は、出力部２５０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２４０は、推定部２３０から受け取った次の粉末層の推定温度等に応じて、当該次の粉末層おけるエリア毎（例えば座標毎）に、溶融結合させる電子ビームＥＢの照射時間および照射強度の少なくとも１つを決定して、出力部２５０に出力してよい。処理部２４０は、さらに、予熱処理の加熱を行う電子ビームＥＢのエリア毎（例えば座標毎）の照射時間および照射強度の少なくとも１つを決定して、出力部２５０に出力してよい。

【0045】

出力部２５０は、カラム部２０に接続され、処理部２４０からの信号に応じた信号を出力して、電子ビームＥＢの照射位置および照射時間等を制御してよい。出力部２５０は、処理部２４０から受け取った信号に対して、デジタルアナログ変換および増幅して出力してよい。出力部２５０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。

【0046】

図３は、測定部４０により測定した、予熱処理の加熱後の粉末層の表面の温度分布を示す。図３に示すように、加熱後の粉末層は、溶融結合された断面形成部の温度等の影響で温度分布にばらつき生じている。本実施形態では、断面を形成して予熱処理の加熱を行った粉末層上に次の粉末層を形成するため、加熱した粉末層から次の粉末層に熱が伝わり、間接的に当該次の粉末層を予熱する。従って、次の粉末層に熱が広がりながら伝わる間に温度分布が平滑化され、当該次の粉末層に対する溶融結合のための電子ビームＥＢの照射条件の設定が容易になる。

【0047】

図４は、粉末層の温度と電子ビームＥＢの照射時間の関係を示す。図４のグラフにおいて、縦軸は、溶融結合させる最上層の粉末層表面の温度を示し、横軸は、電子ビームＥＢの照射時間を示す。図４に示すように、粉末層における１つのエリアの温度がＴ１である場合、電子ビームＥＢを当該エリアに時間τで照射すると粉末１００の溶融温度を超える温度Ｔ０まで上げることができる。照射条件決定部２１０は、溶融結合のための電子ビームＥＢの照射時間を図４に示すような関係を用いて決定できる。具体的には、照射条件決定部２１０は、最上層の粉末層の温度（例えば推定温度）と電子ビームの照射時間との間の関係を予め取得する。照射条件決定部２１０は、粉末層における所定のエリアについて、温度Ｔ１であれば、確実に溶融するようにマージンをとって、溶融温度を超える温度Ｔ０となるような照射時間τを予め求めた関係から決定することができる。

【0048】

図５は、電子ビームＥＢの照射位置と照射時間との間の関係を示す。図５のグラフにおいて、縦軸は、電子ビームＥＢの照射位置を示し、横軸は、電子ビームＥＢの照射時間を示す。本実施形態における照射条件決定部２１０は、一例として、推定部２３０で推定された粉末層のエリア（Ｘｎ，Ｙｎ）の推定温度がＴ１である場合、当該エリアを溶融するための照射時間τｎを、図４の関係を用いて算出する。出力部２５０は、当該照射時間τｎの間、エリア（Ｘｎ，Ｙｎ）に電子ビームＥＢが照射されるように偏向器２３に信号を出力してよい。照射条件決定部２１０は、１つの断面について複数のエリアの座標および照射時間を出力してよい。

【0049】

図６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Ｓ６００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６００ａを形成する。ヒータ３７は、粉末層６００ａをプリヒーティングする。

【0050】

ステップＳ６１０において、カラム部２０は、電子源２１から出力した電子ビームＥＢを粉末層６００ａの表面に照射する。粉末供給部３１によって形成される粉末層６００ａ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６１０ａを成し、その他の部分は断面６１０ａの周囲において粉末１００の状態で残る。

【0051】

ステップＳ６２０において、予熱処理のために、電子ビームＥＢで粉末層６００ａの表面を直接加熱する。カラム部２０は、電子源２１から出力した電子ビームＥＢを、断面６１０ａを形成した粉末層６００ａの表面に照射することで、表面近傍の粉末１００ａを加熱する。カラム部２０は、断面６１０ａが形成された領域を含む範囲（例えば、断面６１０ａが形成された領域より広い領域）または断面６１０ａが形成された領域を囲む範囲（例えば、断面６１０ａが形成された領域に沿った周辺領域）に電子ビームＥＢを照射して加熱してよい。カラム部２０は、予熱処理として、ステップＳ６１０における溶融結合させる温度より低い温度（例えば、１００～６００℃）になるように粉末層６００ａを加熱してよい。照射条件決定部２１０は、このような電子ビームＥＢの照射条件（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、および照射強度等の少なくとも１つ）を、予めまたは照射毎に決定してよい。また、照射条件決定部２１０は、予熱処理の加熱毎に、例えば照射範囲以外は同じ条件で電子ビームＥＢを照射するように決定してよい。

【0052】

測定部４０は、予熱処理の加熱後の粉末層６００ａの温度分布を測定する。測定部４０は、予熱処理の加熱を施した領域を含む粉末層６００ａの一部の範囲または粉末層６００ａ全体の温度分布を測定してよい。照射条件決定部２１０は、予熱処理の加熱に続く工程（ステップＳ６３０）において粉末供給部３１が粉末層６００ｂを積層している間に、溶融結合する電子ビームＥＢのエリア毎の照射条件を決定してよい。照射条件を決定する処理において、推定部２３０は、測定部４０の測定結果を受け取り、測定部４０が測定した温度分布に基づいて、次に積層する粉末層６００ｂの温度分布を推定する。推定部２３０は、製造前に、予熱処理の加熱後の粉末層６００ａの温度と、当該粉末層６００ａ上に積層される粉末層６００ｂの温度との関係を示す関数またはテーブルを予め求めてよい。推定部２３０は、製造中には、測定部４０からの温度分布から、当該関数又はテーブルを用いて、溶融結合の加熱直前の粉末層６００ｂの温度分布を推定してよい。

【0053】

推定部２３０は、予熱処理部２４０が加熱した後の、粉末層６００ａの温度変化を推定してよい。推定部２３０は、製造前に、予熱処理の加熱後の粉末層６００ａの温度変化（例えばエリア毎の冷却速度等）を示す関数またはテーブルを予め求めてよい。推定部２３０は、製造中には、測定部４０からの温度分布から、次の粉末層６００ｂの溶融結合までの時間に応じた温度変化を、関数またはテーブルを用いて推定し、次の粉末層６００ｂの温度の推定に用いてよい。

【0054】

また、推定部２３０は、予熱処理の加熱前、断面を形成した後の粉末層６００ａのエリア毎の温度変化を推定してよい。推定部２３０は、断面６１０ａを形成した後の粉末層６００ａについて、溶融結合させた電子ビームＥＢの照射条件、粉末１００の溶融温度、既に形成されている断面６１０ａの構造、および／または予熱処理の加熱前の粉末層６００ａの測定部４０による測定結果等を用いて温度変化を推定してよい。推定部２３０は、推定した温度変化を、次の粉末層６００ｂの温度の推定に用いてよい。

【0055】

照射条件決定部２１０は、推定部２３０からの推定結果を受け取り、推定した温度分布および温度変化の少なくとも１つに基づいて、溶融結合する電子ビームＥＢのエリア毎の照射条件を決定する。照射条件決定部２１０は、推定された温度が粉末１００が溶融温度以上の温度になるような電子ビームＥＢの照射条件を決定する。また、照射条件決定部２１０は、推定された温度変化を、次の粉末層６００ｂに対する照射条件を決定するために用いてもよい。

【0056】

照射条件決定部２１０は、溶融結合させる領域全体が平滑化された温度分布および冷却速度となるように、エリア毎の照射条件を決定してよい。照射条件決定部２１０は、例えば複数のエリアの照射する順番、照射強度、および照射時間のうちの少なくとも１つを決定してよい。

【0057】

ここで、一例として、照射条件決定部２１０は、断面層形成終了時の粉末層６００ａの温度分布ｕ（ｘ、ｙ、ｚ）と、投入熱量の時間および空間分布であるＱ（ｘ、ｙ、ｔ）から、以下の熱方程式を用いる。ここで、α（ｘ、ｙ、ｚ）は、熱伝導率／熱容量の分布を示す。

【数1】

【0058】

照射条件決定部２１０は、粉末１００の金属凝固温度ｔ_ｇ以下の冷却速度および空間温度勾配を示す以下の式を用いる。

【数2】

【0059】

照射条件決定部２１０は、エリア毎の冷却速度および空間温度勾配がより均一で小さくになるように、さらに、温度変化の速度が小さくなるように、Ｑ（ｘ、ｙ、ｔ）を決定し、照射条件を決定してよい。

【0060】

ステップＳ６３０において、粉末供給部３１は、粉末１００を断面形成された粉末層６００ａ上に供給し、擦り切りにより平坦化することで、次の粉末層６００ｂを形成する。この際、ステップＳ６２０における予熱処理において加熱した粉末層６００ａから次の粉末層６００ｂまで熱が伝わり、当該粉末層６００ｂが予熱される。

【0061】

ステップＳ６４０において、制御部５０は、照射条件決定部２１０で決定された照射条件に従ってカラム部２０を制御し、電子源２１から出力した電子ビームＥＢを粉末層６００ｂの表面に照射する。粉末供給部３１によって形成された粉末層６００ｂ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６１０ｂを成す。

【0062】

ステップＳ６４０の断面６１０ｂの形成後には、ステップＳ６２０からステップＳ６４０までの工程を順に繰り返すことで、複数の断面を形成して、最終的な３次元造形物１１０を製造することができる。

【0063】

本実施形態により、既に断面６１０ａが形成された粉末層６００ａの表面に予熱処理のための加熱を行い、その上に次の断面形成を行う対象の粉末層６００ｂを形成する。これにより、対象の粉末層６００ｂは、下の層から熱が広がりながら伝わって予熱され、温度分布が平滑化され、効率的に断面６１０ｂを形成することができる。また、予熱処理により、溶融結合のための電子ビームＥＢによる粉末層６００ｂのチャージアップおよび粉末の飛散を抑制できる。また、次の断面形成を行う対象の粉末層６００ｂを形成する前に加熱し、温度測定を行うことで、当該対象の粉末層６００ｂを形成する間に、温度測定結果から電子ビームＥＢの照射条件を決定する処理を並行に行うことができ、待機時間を減らせ、スループットを向上できる。

【0064】

図７は、本実施形態の製造装置１０において３次元造形物１１０を製造する方法の他の例を示す説明図である。図７に示す製造方法は、図６の製造方法と同様の工程を有してよく、ただし、１つの粉末層を２段階で積層し、予熱処理のための加熱を粉末層の１段階目に対して行う。

【0065】

ステップＳ７００およびＳ７１０は、図６に示すステップＳ６００およびＳ６１０と同様であってよい。

【0066】

ステップＳ７２０において、粉末供給部３１は、断面６１０ａを形成した粉末層６００ａ上に粉末１００を供給し、擦り切りにより平坦化することで、粉末層６００ｂの一部を積層する。粉末供給部３１は、最終的に積層される粉末層６００ｂより薄い厚さの層、例えば、最終的に積層される粉末層６００ｂの全体の厚さの１／３～２／３の厚さの層となるように、粉末層６００ｂの一部を積層してよい。

【0067】

ステップＳ７３０において、カラム部２０は、粉末供給部３１が粉末層６００ｂの残りを積層する前に、積層された粉末層６００ｂの一部を加熱する。カラム部２０は、図６に示すステップＳ６２０と同様に、電子ビームＥＢを、粉末層６００ｂの一部の表面に照射することにより、粉末１００ａを加熱してよい。

【0068】

測定部４０は、図６に示すステップＳ６２０と同様に、予熱処理の加熱後の粉末層６００ｂの一部の温度分布を測定してよい。照射条件決定部２１０は、図６に示すステップＳ６２０と同様に、予熱処理の加熱に続く粉末層の残りの積層工程（ステップＳ７４０）と並行に、溶融結合させる電子ビームＥＢのエリア毎の照射条件を決定する処理を行ってよい。照射条件を決定する処理において、推定部２３０は、測定部４０の測定結果を受け取り、図６に示すステップＳ６２０と同様に、粉末層の温度分布、温度変化等を推定してよい。

【0069】

推定部２３０は、予熱処理部２４０が加熱した後の、積層途中の粉末層６００ｂの一部の温度変化を推定してよい。推定部２３０は、測定部４０の測定結果から、予熱処理の加熱後の粉末層６００ｂの一部の表面における温度変化、および残りの積層の間に生じる最上層の表面における温度変化の少なくとも一方を推定してよい。推定部２３０は、製造前に、予熱処理の加熱後の積層途中の粉末層６００ｂの表面の温度変化を測定して、当該温度変化を示す関数またはテーブルを予め取得してよい。推定部２３０は、製造中には、温度測定結果から、関数またはテーブルを用いて温度変化を推定してよい。

【0070】

ステップＳ７４０において、粉末供給部３１は、既に積層されている粉末層６００ｂの一部上に粉末１００を供給し、擦り切りにより平坦化することで、粉末層６００ｂの残りを積層する。

【0071】

ステップＳ７５０において、図６に示すステップＳ６４０と同様に、制御部５０は、照射条件決定部２１０で決定された照射条件に従ってカラム部２０を制御し、電子ビームＥＢを粉末層６００ｂの表面に照射する。粉末層６００ｂ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６１０ｂを成す。

【0072】

ステップＳ７５０の断面６１０ｂ形成後には、ステップＳ７２０からステップＳ７５０までの工程を順に繰り返すことで、複数の断面を形成して、最終的な３次元造形物１１０を製造することができる。

【0073】

金属である粉末１００は、粉末状態ではかさ密度がバルクの０．５～０．６５程度であるため、図７のステップＳ７１０（またはステップＳ７５０）に示すように、溶融結合後の断面６１０の形成部分の表面高さは、粉末層６００の他の領域よりも低くなり、段差が生じる。本実施形態では、粉末層６００ｂの一部を積層して段差の無い状態で予熱処理の加熱を行うため、積層完了した粉末層６００ｂの温度分布が平滑化されやすい。

【0074】

図８は、粉末層における３次元造形物１１０の断面となるべき領域の上面図である。照射条件決定部２１０は、粉末層における３次元造形物１１０の断面となるべき領域のエリアに応じて電子ビームＥＢの照射順番を決定してよい。例えば、カラム部２０は、照射条件にしたがって、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、該領域のコーナー部、エッジ部、および面部の順に溶融結合させてよい。なお、コーナー部は、領域の１８０度未満の角の予め定められた範囲であってよく、エッジ部は、コーナー部を除く、領域の辺に沿った予め定められた範囲であってよく、面部は、領域において、コーナー部とエッジ部とを除く範囲であってよい。

【0075】

バルク金属は溶融前の粉末の状態よりも熱伝導性が高いので、面部は四方八方に熱が逃げるのに対し、エッジ部は４象限中２象限によく熱が逃げ、コーナー部（例えば角が９０度以下のコーナー部）は１象限によく熱が逃げる。従って、熱が逃げにくい部分を先に電子ビームＥＢで照射して加熱することで温度分布を容易に平滑化できる。

【0076】

図９は、粉末層における３次元造形物１１０の断面の概略斜視図である。カラム部２０は、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、複数のエリアについて、溶融結合する領域よりも下に形成された３次元造形物１１０の断面の厚さに基づいた順番で、溶融結合させてよい。例えば、カラム部２０は、溶融結合する領域よりも下に形成された３次元造形物１１０の断面の厚さが小さいほど、照射順番がより先になるように、電子ビームＥＢを照射してよい。カラム部２０は、図９に示すように、溶融結合する領域よりも下に形成された３次元造形物１１０の断面の厚さが厚いエリアと薄いエリアとで分けて、各エリアで、コーナー部、エッジ部、面部の順に電子ビームＥＢを照射してよい。照射条件決定部２１０は、３次元造形物１１０の形状に応じて、これらのような照射順番を決定してよい。

【0077】

図１０は、粉末層における予熱処理のための加熱エリアを説明するための説明図である。図１０は、例えば、ステップＳ６２０またはステップＳ７３０における上面図を示す。図１０に示すように、予熱処理のための加熱のエリアは、粉末層における３次元造形物１１０の断面となるべき領域（または既に形成された断面の領域）を囲む幅Ｄの周辺領域である。カラム部２０は、粉末層における３次元造形物１１０の断面となるべき領域に囲まれた溶融結合させない領域が閾値範囲以下（例えば、予め定められた半径Ｒの円の範囲内）である場合、当該囲まれた溶融結合させない領域に対応する領域の少なくとも一部を加熱しなくてよい。図１０では、カラム部２０は、半径Ｒの円の範囲内である当該断面に囲まれた溶融結合させない領域は、全て予熱処理の加熱を行わない。

【0078】

カラム部２０は、粉末層に形成される断面以外の領域を加熱してよく、粉末層における３次元造形物１１０の断面となるべき領域または溶融結合されて断面が既に形成されている領域を加熱しなくてよい。このような領域は、溶融結合された断面による温度で高温となっており、加熱が不要な場合がある。なお、照射条件決定部２１０は、これらの予熱処理の加熱エリアを決定し、照射条件に含めてよい。

【0079】

図１１は、粉末層における予熱処理のための加熱エリアの他の例を説明するための説明図である。図１１は、例えば、ステップＳ６２０またはステップＳ７３０における上面図を示す。カラム部２０は、粉末層に形成された断面の領域と、予熱処理により加熱する領域との境界の一部を加熱せず、該境界の残りを加熱してよい。図１１において、カラム部２０は、境界部分のうち、複数箇所の接続エリアのみを加熱する。境界部分を加熱しないことで、粉体からの３次元造形物１１０の分離が良好となる。また、境界の一部を加熱することで、予熱処理による加熱エリアと既に形成された３次元造形物１１０との間の導電性を確保して、電子ビームＥＢで溜まった電子を逃すことができる。なお、これらの予熱処理の加熱エリアは、照射条件決定部２１０により決定され、照射条件に含まれてよい。

【0080】

なお、図６または７に示す実施形態におけるステップＳ６４０またはＳ７５０の断面形成前に、カラム部２０は、２段階目の予熱処理として、電子ビームＥＢで、積層が完了した粉末層６００ｂを加熱してよい。カラム部２０は、２段階目の予熱処理を、ステップＳ６２０またはＳ７３０の１段階目の予熱処理の加熱と同様の方法で行ってよい。２段階の予熱処理によって、粉末層をより均一な温度分布とすることができる。

【0081】

また、カラム部２０は、図６または７に示す実施形態におけるステップＳ６１０またはＳ７１０において粉末層６００ａにおける３次元造形物１１０の断面６１０ａとなるべき領域を溶融結合させている間に、予熱処理として粉末層６００ａを加熱してよい。すなわち、カラム部２０は、溶融結合のための加熱と、予熱処理のための加熱を並行に行ってよい。この場合、図７に示す実施形態では、カラム部２０は、粉末層６００ｂの一部を積層した後にもステップＳ７３０において予熱処理の加熱を行い、２段階の予熱処理を行うこととなる。カラム部２０は、断面６１０ａの領域をより高温で粉末１００を溶融させるように加熱しながら、当該断面６１０ａの領域の周辺領域（予熱処理の加熱エリア）をより低温で予熱処理の加熱を行ってよい。

【0082】

また、本実施形態の製造装置１０は、２つのカラム部２０を有してよく、予熱処理の加熱と、溶融結合させるための加熱とを、それぞれ、異なるカラム部２０からの電子ビームＥＢで行ってよい。

【0083】

また、図６または７に示す実施形態におけるステップＳ６３０またはＳ７４０の粉末層形成後に、ステップＳ６４０またはＳ７５０の断面形成を行わずに、粉末層を形成して、予熱処理、および断面形成等のステップを行ってよい。

【0084】

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、多様な変更また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。その様な変更また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。

【0085】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、およ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、およ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】

【0086】

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
２００ 断面形状作成部
２１０ 照射条件決定部
２２０ 照射位置決定部
２３０ 推定部
２４０ 処理部
２５０ 出力部
６００ 粉末層
６１０ 断面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】