特許 7416246 加工システム及び光学装置

(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】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】加工システム及び光学装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/342 20140101AFI20240110BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

B23K26/342

B33Y30/00

【請求項の数】 38

(21)【出願番号】P 2022532925

(86)(22)【出願日】2020-07-01

(86)【国際出願番号】 JP2020025862

(87)【国際公開番号】W WO2022003870

(87)【国際公開日】2022-01-06

【審査請求日】2022-12-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100104765

【弁理士】

【氏名又は名称】江上 達夫

(72)【発明者】

【氏名】倉見 俊光

(72)【発明者】

【氏名】上野 和樹

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１１６９４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２７９４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０９５５６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５１５６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５４－１５６８９６（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／３４２

Ｂ３３Ｙ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形物を形成する加工システムであって、
エネルギービームを第１照射位置に集光する第１光学系と、
前記第１照射位置に造形材料を供給可能な材料供給装置と
を有し、
前記材料供給装置により供給された前記造形材料に、前記第１光学系からの前記エネルギービームを照射することにより前記造形物を形成可能であり、
前記第１光学系からの前記エネルギービームを第２光学系により前記造形物の表面に照射して前記造形物を加工する
加工システム。

【請求項2】

前記第２光学系は、前記エネルギービームを前記第１光学系の光軸に交差する交差方向に偏向させる偏向部材を含み、
前記第１光学系を含む第１収容部材と、
前記第２光学系を含む第２収容部材と
を更に有し、
前記第２収容部材は、前記第１収容部材に対して脱着可能であり、
前記第１光学系の光軸と交わる方向の前記第２収容部材の最大幅は、前記第１光学系の光軸と交わる方向の前記第１収容部材の最大幅よりも短い
請求項１に記載の加工システム。

【請求項3】

前記造形物の表面は、前記第２光学系の光軸を挟み込む又は取り囲むように前記光軸側を向いた筒状の内壁面を含み、
前記造形物の表面に前記エネルギービームが照射される期間の少なくとも一部において、前記第２光学系により前記エネルギービームが集光される第２照射位置に前記内壁面の少なくとも一部が配置される
請求項１又は２に記載の加工システム。

【請求項4】

前記第２光学系に気体を供給する気体供給装置と、
前記第２光学系を収容空間に収容する第２収容部材と
を更に備え、
前記気体供給装置は、前記収容空間に気体を供給することで、前記第２光学系に気体を供給する
請求項１から３のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項5】

前記第２光学系は、複数の光学部材を含み、
前記収容空間に面する前記第２収容部材の内壁には、前記複数の光学部材が並ぶ方向に沿って延びる溝が形成されており、
前記第２収容部材に供給された気体は、前記溝を介して流れる
請求項４に記載の加工システム。

【請求項6】

前記第２光学系は結像光学系を含む
請求項１から５のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項7】

前記結像光学系は、前記第１光学系により前記第１照射位置に形成された前記エネルギービームの像を、第２照射位置に形成する
請求項６に記載の加工システム。

【請求項8】

前記第２光学系により前記エネルギービームが集光される前記第２照射位置は、前記第１照射位置から前記第１光学系の光軸に交差する交差方向に沿って離れている
請求項７に記載の加工システム。

【請求項9】

前記第２光学系は、前記エネルギービームを前記第１光学系の光軸に交差する交差方向に偏向させる偏向部材を含む
請求項１から８のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項10】

前記第１光学系を含む第１収容部材と、
前記第２光学系を含む第２収容部材と
を更に有し、
前記第２収容部材は、前記第１収容部材に対して脱着可能である
請求項１から９のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項11】

前記第１光学系の光軸と交わる方向の前記第２収容部材の最大幅は、前記第１光学系の光軸と交わる方向の前記第１収容部材の最大幅よりも短い
請求項１０に記載の加工システム。

【請求項12】

前記第２収容部材は、前記第１収容部材の取付部に対して脱着可能な第１部材と、前記第２光学系を保持する第２部材とで構成される
請求項２、１０又は１１に記載の加工システム。

【請求項13】

前記取付部には、前記造形材料を遮蔽するためのカバー部材が取り付け可能である
請求項１２に記載の加工システム。

【請求項14】

前記第２収容部材が前記第１収容部材に取り付けられていない場合には、前記材料供給装置により供給された前記造形材料に、前記第１光学系からの前記エネルギービームを照射することにより前記造形物を形成する加工が可能であり、
前記第２収容部材が前記第１収容部材に取り付けられている場合には、前記第１光学系からの前記エネルギービームを前記第２光学系により前記造形物の表面に照射して、前記造形物の表面を滑らかにするための加工が可能である
請求項２及び１０から１３のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項15】

前記第２光学系は、前記造形物の表面に対して前記エネルギービームが斜入射するように、前記エネルギービームを前記造形物の表面に照射する
請求項１から１４のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項16】

前記第２光学系と前記造形物との相対的な位置関係を変更する位置変更装置を更に備える
請求項１から１５のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項17】

前記位置変更装置は、前記第１光学系と前記造形物との相対的な位置関係を維持したまま、前記第２光学系と前記造形物との相対的な位置関係を変更する
請求項１６に記載の加工システム。

【請求項18】

前記第２光学系は、前記第１光学系に対して移動可能となるように前記第１光学系に取り付けられている
請求項１６又は１７に記載の加工システム。

【請求項19】

前記位置変更装置は、第１位置変更装置であり、
前記第１光学系と前記造形物との相対的な位置関係を変更する第２位置変更装置を更に備える
請求項１６から１８のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項20】

前記第２位置変更装置は、前記第１光学系と前記第２光学系との相対的な位置関係を維持したまま、前記第１光学系と前記造形物との相対的な位置関係を変更する
請求項１９に記載の加工システム。

【請求項21】

前記造形物の表面は、前記第２光学系の光軸を挟み込む又は取り囲むように前記光軸側を向いた筒状の内壁面を含み、
前記造形物の表面に前記エネルギービームが照射される期間の少なくとも一部において、前記第２光学系の少なくとも一部が前記内壁面の少なくとも一部によって取り囲まれる
請求項１から２０のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項22】

前記第２光学系は、前記第１光学系からの前記エネルギービームを平行ビームに変換する第３光学系と、前記第３光学系からの前記エネルギービームを第２照射位置に照射する第４光学系とを含む
請求項１から２１のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項23】

前記第３光学系は、前記第２光学系の光軸に沿った方向において間の距離を変更可能な少なくとも二つの光学部材を含む
請求項２２に記載の加工システム。

【請求項24】

前記第２照射位置は、前記第１照射位置から前記第１光学系の光軸に交差する交差方向に沿って離れており、
前記第４光学系は、前記第３光学系からの前記エネルギービームを前記交差方向に沿って偏向することで、前記第３光学系からの前記エネルギービームを前記第２照射位置に照射する偏向部材を含む
請求項２２又は２３に記載の加工システム。

【請求項25】

前記第２光学系に気体を供給する気体供給装置を更に備える
請求項１から２４のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項26】

前記第２光学系を収容空間に収容する第２収容部材を更に備え、
前記気体供給装置は、前記収容空間に気体を供給することで、前記第２光学系に気体を供給する
請求項２５に記載の加工システム。

【請求項27】

前記第２光学系は、複数の光学部材を含み、
前記収容空間に面する前記第２収容部材の内壁には、前記複数の光学部材が並ぶ方向に沿って延びる溝が形成されており、
前記第２収容部材に供給された気体は、前記溝を介して流れる
請求項２６に記載の加工システム。

【請求項28】

前記溝には、隣り合う二つの光学部材の間において前記溝を介して流れる気体を遮る障壁部材が形成されている
請求項５又は２７に記載の加工システム。

【請求項29】

前記気体供給装置は、前記第１光学系を収容する第１収容部材に取り付けられたカバー部材の内部空間に前記気体を供給可能であり、
前記カバー部材には、前記内部空間に供給された前記気体が前記内部空間から流出する流出口が形成されており、
前記材料供給装置は、材料供給口から前記第１照射位置に前記造形材料を供給し、
前記カバー部材は、前記流出口が前記材料供給口から所定距離以下の範囲に位置するように配置される
請求項４及び２６から２８のいずれか一項に記載の加工システム。

【請求項30】

エネルギービームを物体に照射する第１光学系と、
前記第１光学系を収容する第１収容部材と
前記第１光学系からの前記エネルギービームの照射位置に造形材料を供給する材料供給装置と、
第１収容部材に取り付け可能な、前記第１光学系からの前記エネルギービームを集光する第２光学系を収容する第２収容部材と
を備える加工システム。

【請求項31】

エネルギービームを物体に照射する第１光学系と、
前記第１光学系を収容する第１収容部材と
前記第１光学系からの前記エネルギービームの照射位置に造形材料を供給する材料供給装置と
を備え、
前記第１収容部材には、前記第１光学系からの前記エネルギービームを集光する第２光学系を収容する第２収容部材を前記第１収容部材に取り付けるための取付部が形成されている
加工システム。

【請求項32】

エネルギービームを第１照射位置に集光する第１光学系と、前記第１照射位置に造形材料を供給可能な材料供給装置と備え、前記材料供給装置により前記造形材料を供給して、前記第１光学系からの前記エネルギービームにより、造形物を形成する加工システムに取り付け可能な光学装置であって、
前記第１光学系からの前記エネルギービームを前記造形物の表面に照射して前記造形物を加工するための第２光学系を有する
光学装置。

【請求項33】

エネルギービームを物体に照射する第１光学系と、前記第１光学系を収容する第１収容部材と、前記第１光学系からの前記エネルギービームの照射位置に造形材料を供給する材料供給装置とを備える加工システムに取り付け可能な光学装置であって、
前記第１収容部材に取り付け可能な、前記第１光学系からのエネルギービームを集光する第２光学系を収容する第２収容部材を有する
光学装置。

【請求項34】

造形物を形成する加工方法であって、
第１光学系を用いて、エネルギービームを第１照射位置に集光することと、
材料供給装置を用いて、前記第１照射位置に造形材料を供給することと
を含み、
前記材料供給装置により供給された前記造形材料に、前記第１光学系からの前記エネルギービームを照射することにより前記造形物を形成可能であり、
前記加工方法は更に、前記第１光学系からの前記エネルギービームを第２光学系により前記造形物の表面に照射して前記造形物を加工することを含む
加工方法。

【請求項35】

第１収容部材に収容された第１光学系を用いて、エネルギービームを物体に照射することと、
材料供給装置を用いて、前記第１光学系からの前記エネルギービームの照射位置に造形材料を供給することと、
第２収容部材に収容された第２光学系を用いて、前記第１光学系からの前記エネルギービームを集光することと
を含み、
前記第２収容部材は、前記第１収容部材に取り付け可能である
加工方法。

【請求項36】

第１収容部材に収容された第１光学系を用いて、エネルギービームを物体に照射することと、
材料供給装置を用いて、前記第１光学系からの前記エネルギービームの照射位置に造形材料を供給することと、
第２収容部材に収容された第２光学系を用いて、前記第１光学系からの前記エネルギービームを集光することと
を含み、
前記第１収容部材には、前記第２収容部材を前記第１収容部材に取り付けるための取付部が形成されている
加工方法。

【請求項37】

加工システムに取り付け可能な光学装置を用いた加工方法であって、
前記加工方法は、
第１光学系を用いて、エネルギービームを第１照射位置に集光することと、
材料供給装置を用いて、前記第１照射位置に造形材料を供給することと
を含み、
前記加工方法は、前記材料供給装置により前記造形材料を供給して、前記第１光学系からの前記エネルギービームにより、造形物を形成し、
前記加工方法は、前記光学装置が有する第２光学系を用いて、前記第１光学系からの前記エネルギービームを前記造形物の表面に照射して前記造形物を加工することを更に含む
加工方法。

【請求項38】

加工システムに取り付け可能な光学装置を用いた加工方法であって、
第１収容部材に収容された第１光学系を用いて、エネルギービームを物体に照射することと、
材料供給装置を用いて、前記第１光学系からの前記エネルギービームの照射位置に造形材料を供給することと、
前記光学装置が有し且つ前記第１収容部材に取り付け可能な第２収容部材に収容された第２光学系を用いて、前記第１光学系からのエネルギービームを集光することと
を含む加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、造形物を形成可能な加工システム及び加工システムに用いられる光学装置の技術分野に関する。

【背景技術】

【0002】

造形物を形成可能な加工システムの一例が、特許文献１に記載されている。このような加工システムが有する技術的課題の一つとして、造形物を適切に形成することがあげられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００１４９０９号明細書

【発明の概要】

【0004】

第１の態様によれば、造形物を形成する加工システムであって、エネルギービームを第１照射位置に集光する第１光学系と、前記第１照射位置に造形材料を供給可能な材料供給装置とを有し、前記材料供給装置により供給された前記造形材料に、前記第１光学系からの前記エネルギービームを照射することにより前記造形物を形成可能であり、前記第１光学系からの前記エネルギービームを第２光学系により前記造形物の表面に照射して前記造形物を加工する加工システムが提供される。

【0005】

第２の態様によれば、エネルギービームを物体に照射する第１光学系と、前記第１光学系を収容する第１収容部材と、前記第１光学系からの前記エネルギービームの照射位置に造形材料を供給する材料供給装置と、第１収容部材に取り付け可能な、前記第１光学系からのエネルギービームを集光する第２光学系を収容する第２収容部材とを備える加工システムが提供される。

【0006】

第３の態様によれば、エネルギービームを物体に照射する第１光学系と、前記第１光学系を収容する第１収容部材と、前記第１光学系からの前記エネルギービームの照射位置に造形材料を供給する材料供給装置とを備え、前記第１収容部材には、前記第１光学系からのエネルギービームを集光する第２光学系を収容する第２収容部材を前記第１収容部材に取り付けるための取付部が形成されている加工システムが提供される。

【0007】

第４の態様によれば、エネルギービームを物体に照射する第１光学系と、前記第１光学系を収容する第１収容部材とを備え、前記第１収容部材には、前記第１光学系からのエネルギービームを集光する第２光学系を収容する第２収容部材を前記第１収容部材に取り付けるための取付部が形成されている加工システムが提供される。

【0008】

第５の態様によれば、エネルギービームを第１照射位置に集光する第１光学系と、前記第１照射位置に造形材料を供給可能な材料供給装置と備え、前記材料供給装置により前記造形材料を供給して、前記第１光学系からの前記エネルギービームにより、造形物を形成する加工システムに取り付け可能な光学装置であって、前記第１光学系からの前記エネルギービームを前記造形物の表面に照射して前記造形物を加工するための第２光学系を有する光学装置が提供される。

【0009】

第６の態様によれば、エネルギービームを物体に照射する第１光学系と、前記第１光学系を収容する第１収容部材と、前記第１光学系からの前記エネルギービームの照射位置に造形材料を供給する材料供給装置とを備える加工システムに取り付け可能な光学装置であって、前記第１収容部材に取り付け可能な、前記第１光学系からのエネルギービームを集光する第２光学系を収容する第２収容部材を有する光学装置が提供される。

【0010】

第７の態様によれば、造形物を形成する加工システムであって、エネルギービームを第１照射位置に集光する第１光学系と、前記第１照射位置に造形材料を供給可能な材料供給装置とを備え、前記材料供給装置により供給された前記造形材料に、前記第１光学系からのエネルギービームを照射することにより前記造形物を形成可能な第１加工装置と、エネルギービームを第２光学系により前記造形物の表面に照射して前記造形物を加工する第２加工装置とを有する加工システムが提供される。

【0011】

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本実施形態の加工システムの構造を示す断面図である。

【図2】図２は、本実施形態の加工システムのシステム構成を示すシステム構成図である。

【図3】図３は、本実施形態の加工ヘッドの構造を示す断面図である。

【図4】図４（ａ）から図４（ｅ）のそれぞれは、ワーク上のある領域に加工光を照射し且つ造形材料を供給した場合の様子を示す断面図である。

【図5】図５（ａ）から図５（ｃ）のそれぞれは、３次元構造物を形成する過程を示す断面図である。

【図6】図６（ａ）から図６（ｃ）のそれぞれは、溶融動作（平滑化動作）が行われている過程での加工対象面の状態を示す断面図である。

【図7】図７（ａ）から図７（ｂ）のそれぞれは、集光面と加工対象面との相対的な位置関係を示す断面図である。

【図8】図８は、第１のヘッド装置の構造を示す断面図である。

【図9】図９は、第１のヘッド装置における加工光の光路及びパージガスの流路を示す断面図である。

【図10】図１０は、第２のヘッド装置の構造を示す断面図である。

【図11】図１１は、第１のヘッド装置における加工光の光路を示す

【図12】図１２は、第２のヘッド装置におけるパージガスの流路を示す

【図13】図１３は、パージガスの供給経路が形成された筒状部材の一例を示す透過斜視図である。

【図14】図１４は、パージガスの供給経路が形成された筒状部材の一例を示す断面図である。

【図15】図１５は、筒状の形状を有する３次元構造物を加工するための加工光を射出する第２のヘッド装置を、３次元構造物と共に示す断面図である。

【図16】図１６は、筒状の空隙が形成された３次元構造物を示す透過斜視図である。

【図17】図１７は、筒状の空隙が形成された３次元構造物の内壁面に照射される加工光を示す断面図である。

【図18】図１８は、筒状の空隙が形成された３次元構造物の内壁面に照射される加工光を示す断面図である。

【図19】図１９は、第２のヘッド装置の変形例の構造を示す断面図である。

【図20】図２０は、第２のヘッド装置の変形例における加工光の光路を示す断面図である

【図21】図２１は、第２のヘッド装置の変形例における加工光の光路を示す断面図である

【図22】図２２は、加工システムの変形例の構造を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しながら、本発明の加工システムの一実施形態である加工システムＳＹＳについて説明する。本実施形態の加工システムＳＹＳは、付加加工を行うことで、「造形物」の一具体例である３次元構造物ＳＴを形成可能な加工システムである。加工システムＳＹＳは、例えば、レーザ肉盛溶接法（ＬＭＤ：Ｌａｓｅｒ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に基づく付加加工を行うことで３次元構造物ＳＴを形成可能である。尚、レーザ肉盛溶接法（ＬＭＤ）は、ダイレクト・メタル・デポジション、ダイレクト・エナジー・デポジション、レーザクラッディング、レーザ・エンジニアード・ネット・シェイピング、ダイレクト・ライト・ファブリケーション、レーザ・コンソリデーション、シェイプ・デポジション・マニュファクチャリング、ワイヤ－フィード・レーザ・デポジション、ガス・スルー・ワイヤ、レーザ・パウダー・フージョン、レーザ・メタル・フォーミング、セレクティブ・レーザ・パウダー・リメルティング、レーザ・ダイレクト・キャスティング、レーザ・パウダー・デポジション、レーザ・アディティブ・マニュファクチャリング、レーザ・ラピッド・フォーミングと称してもよい。

【0014】

以下の説明では、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸から定義されるＸＹＺ直交座標系を用いて、加工システムＳＹＳを構成する各種構成要素の位置関係について説明する。尚、以下の説明では、説明の便宜上、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれが水平方向（つまり、水平面内の所定方向）であり、Ｚ軸方向が鉛直方向（つまり、水平面に直交する方向であり、実質的には上下方向或いは重力方向）であるものとする。また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの回転方向（言い換えれば、傾斜方向）を、それぞれ、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向と称する。ここで、Ｚ軸方向を重力方向としてもよい。また、ＸＹ平面を水平方向としてもよい。

【0015】

（１）加工システムＳＹＳの構造
初めに、図１及び図２を参照しながら、本実施形態の加工システムＳＹＳの構造について説明する。図１は、本実施形態の加工システムＳＹＳの構造の一例を示す断面図である。図２は、本実施形態の加工システムＳＹＳのシステム構成の一例を示すシステム構成図である。

【0016】

加工システムＳＹＳは、３次元構造物（つまり、３次元方向のいずれの方向においても大きさを持つ３次元の物体であり、立体物、言い換えると、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向において大きさを持つ物体）ＳＴを形成するための造形動作を行うことが可能である。加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴを形成するための基礎（つまり、母材）となるワークＷ上に、３次元構造物ＳＴを形成可能である。加工システムＳＹＳは、ワークＷに付加加工を行うことで、３次元構造物ＳＴを形成可能である。ワークＷが後述するステージ３１である場合には、加工システムＳＹＳは、ステージ３１上に、３次元構造物ＳＴを形成可能である。ワークＷがステージ３１に載置されている（或いは、ステージ３１に載置されている）既存構造物である場合には、加工システムＳＹＳは、既存構造物上に、３次元構造物ＳＴを形成可能であってもよい。この場合、加工システムＳＹＳは、既存構造物と一体化された３次元構造物ＳＴを形成してもよい。既存構造物と一体化された３次元構造物ＳＴを形成する動作は、既存構造物に新たな構造物を付加する動作と等価とみなせる。尚、既存構造物は例えば欠損箇所がある要修理品であってもよい。加工システムＳＹＳは、要修理品の欠損箇所を埋めるように、要修理品に３次元構造物ＳＴを形成してもよい。或いは、加工システムＳＹＳは、既存構造物と分離可能な３次元構造物ＳＴを形成してもよい。尚、図１は、ワークＷが、ステージ３１によって保持されている既存構造物である例を示している。また、以下でも、ワークＷがステージ３１によって保持されている既存構造物である例を用いて説明を進める。

【0017】

上述したように、加工システムＳＹＳは、レーザ肉盛溶接法により３次元構造物ＳＴを形成可能である。つまり、加工システムＳＹＳは、積層造形技術を用いて物体を形成する３Ｄプリンタであるとも言える。尚、積層造形技術は、ラピッドプロトタイピング（Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）、ラピッドマニュファクチャリング（Ｒａｐｉｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）、又は、アディティブマニュファクチャリング（Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）とも称されてもよい。

【0018】

加工システムＳＹＳは、造形材料Ｍを加工光ＥＬで加工して３次元構造物ＳＴを形成する。造形材料Ｍは、所定強度以上の加工光ＥＬの照射によって溶融可能な材料である。このような造形材料Ｍとして、例えば、金属性の材料及び樹脂性の材料の少なくとも一方が使用可能である。但し、造形材料Ｍとして、金属性の材料及び樹脂性の材料とは異なるその他の材料が用いられてもよい。造形材料Ｍは、粉状の又は粒状の材料である。つまり、造形材料Ｍは、粉粒体である。但し、造形材料Ｍは、粉粒体でなくてもよい。例えば、造形材料Ｍとして、ワイヤ状の造形材料及びガス状の造形材料の少なくとも一方が用いられてもよい。

【0019】

本実施形態では更に、加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴを形成するための造形動作に加えて又は代えて、造形動作によって（つまり、付加加工によって）形成された３次元構造物ＳＴを加工するための加工動作を行うことが可能である。例えば、加工システムＳＹＳは、造形動作を行うために用いる加工光ＥＬを、造形動作によって形成された３次元構造物ＳＴに対して照射することで、３次元構造物ＳＴを加工してもよい。

【0020】

３次元構造物ＳＴを形成するための造形動作及び３次元構造物ＳＴを加工するための加工動作の少なくとも一方を行うために、加工システムＳＹＳは、図１及び図２に示すように、材料供給源１と、加工ユニット２と、ステージユニット３と、光源４と、気体供給装置５と、筐体６と、制御装置７とを備える。加工ユニット２とステージユニット３とのそれぞれの少なくとも一部は、筐体６の内部のチャンバ空間６３ＩＮ内に収容されている。

【0021】

材料供給源１は、加工ユニット２に造形材料Ｍを供給する。材料供給源１は、３次元構造物ＳＴを形成するために単位時間あたりに必要とする分量の造形材料Ｍが加工ユニット２に供給されるように、当該必要な分量に応じた所望量の造形材料Ｍを供給する。

【0022】

加工ユニット２は、材料供給源１から供給される造形材料Ｍを加工して３次元構造物ＳＴを形成する。３次元構造物ＳＴを形成するために、加工ユニット２は、加工ヘッド２１と、ヘッド駆動系２２とを備える。更に、加工ヘッド２１は、照射光学系２１１と、材料ノズル（つまり造形材料Ｍを供給する供給系）２１２と、戻り光検出器２１３と、鏡筒２１４と、ヘッド筐体２１５とを備えている。尚、以下の加工ヘッド２１の説明においては、図１及び図２に加えて、加工ヘッド２１の構造を示す断面図である図３も適宜参照する。加工ヘッド２１と、ヘッド駆動系２２とは、チャンバ空間６３ＩＮ内に収容されている。但し、加工ヘッド２１及び／又はヘッド駆動系２２の少なくとも一部が、筐体６の外部の空間である外部空間６４ＯＵＴに配置されていてもよい。尚、外部空間６４ＯＵＴは、加工システムＳＹＳのオペレータが立ち入り可能な空間であってもよい。

【0023】

照射光学系２１１は、加工光ＥＬを射出するための光学系である。具体的には、照射光学系２１１は、加工光ＥＬを発する光源４と、光ファイバ及びライトパイプ等の少なくとも一つを含む光伝送部材４１を介して光学的に接続されている。照射光学系２１１は、光伝送部材４１を介して光源４から伝搬してくる加工光ＥＬを射出する。照射光学系２１１は、照射光学系２１１から下方（つまり、－Ｚ側）に向けて加工光ＥＬを照射する。このため、照射光学系２１１の光軸ＡＸは、Ｚ軸に沿った軸であってもよい。照射光学系２１１の下方には、ステージ３１が配置されている。ステージ３１にワークＷが載置されている場合には、照射光学系２１１は、物体であるワークＷに加工光ＥＬを照射する。具体的には、照射光学系２１１は、加工光ＥＬが照射される（典型的には、集光される）領域としてワークＷ上に又はワークＷの近傍に設定される目標照射領域ＥＡに加工光ＥＬを照射可能である。つまり、照射光学系２１１は、目標照射領域ＥＡが設定された位置に加工光ＥＬを照射する。更に、照射光学系２１１の状態は、制御装置７の制御下で、目標照射領域ＥＡに加工光ＥＬを照射する状態と、目標照射領域ＥＡに加工光ＥＬを照射しない状態との間で切替可能である。尚、照射光学系２１１から射出される加工光ＥＬの方向は真下（つまり、－Ｚ軸方向と一致）には限定されず、例えば、Ｚ軸に対して所定の角度だけ傾いた方向であってもよい。

【0024】

照射光学系２１１は、ワークＷに向けて射出した加工光ＥＬを、光軸ＡＸに交差する集光面２１１ＦＰに集光してもよい。このため、照射光学系２１１は、集光光学系と称されてもよい。集光面２１１ＦＰは、典型的には、ワークＷ上に又はワークＷの近傍に設定される。このため、ワークＷ上に又はワークＷの近傍に設定される上述した目標照射領域ＥＡは、集光面２１１ＦＰに設定されてもよい。つまり、目標照射領域ＥＡと集光面２１１ＦＰとは、少なくとも部分的に重複していてもよい。この場合、照射光学系２１１は、集光面２１１ＦＰが設定される位置に加工光ＥＬを照射しているとみなしてもよい。尚、このような集光面２１１ＦＰは、典型的には、照射光学系２１１の後側焦点位置に設定される。

【0025】

照射光学系２１１は、鏡筒２１４の内部空間２１４１に収容される。つまり、鏡筒２１４は、照射光学系２１１のその内部空間２１４１内に含んでいる。このため、鏡筒２１４は、収容部材と称されてもよい。鏡筒２１４は、内部空間２１４１に収容されている照射光学系２１１を保持してもよい。鏡筒２１４には、照射光学系２１１から射出される加工光ＥＬが射出可能な開口である射出口２１４２が形成されている。このため、照射光学系２１１は、射出口２１４２を介して、鏡筒２１４の内部から鏡筒２１４の外部に向けて加工光ＥＬを射出する。

【0026】

鏡筒２１４は更に、ヘッド筐体２１５に収容されている。この場合、照射光学系２１１は、ヘッド筐体２１５に収容されているとみなしてもよい。このため、ヘッド筐体２１５もまた、収容部材と称されてもよい。鏡筒２１４は、少なくとも射出口２１４２がヘッド筐体２１５の外部に露出するように配置されている。その結果、鏡筒２１４がヘッド筐体２１５に収容されていたとしても、照射光学系２１１は、射出口２１４２を介して鏡筒２１４の外部（更には、ヘッド筐体２１５の外部）に向けて加工光ＥＬを射出することができる。尚、ヘッド筐体２１５と鏡筒２１４とが一体化されていてもよい。或いは、加工ヘッド２１は、ヘッド筐体２１５を備えていなくてもよい。この場合、鏡筒２１４がヘッド筐体２１５として用いられてもよい。

【0027】

鏡筒２１４には、後に詳述するヘッド装置２３（例えば、図８及び図１０等参照）が脱着可能である。つまり、鏡筒２１４には、外付けのヘッド装置２３を取り付け可能であり、且つ、鏡筒２１４に取り付けられたヘッド装置２３は、鏡筒２１４から取り外し可能である。鏡筒２１４が加工システムＳＹＳを構成しているため、ヘッド装置２３は、加工システムＳＹＳに対して脱着可能であるとみなしてもよい。但し、ヘッド装置２３は、鏡筒２１４に固定されていてもよい。つまり、ヘッド装置２３は、鏡筒２１４から取り外し可能でなくてもよい。

【0028】

鏡筒２１４には、鏡筒２１４に対してヘッド装置２３を取り付けるために利用可能な取付部２１４３が形成されている。取付部２１４３は、例えば、ヘッド装置２３の少なくとも一部が嵌め合わせられる部材を含んでいてもよい。一例として、図３に示すように、取付部２１４３は、周囲から突き出た（図３に示す例では、下方に向かって突き出た）突出部材を含んでいてもよい。図３に示す例では、突出部材は、射出口２１４２を取り囲むように形成されている。或いは、取付部２１４３は、ヘッド装置２３を鏡筒２１４に取り付けるための力をヘッド装置２３に付与可能な部材を含んでいてもよい。例えば、取付部２１４３は、負圧を利用してヘッド装置２３を吸引可能な真空チャック及び静電力を利用してヘッド装置２３を吸引可能な静電チャックの少なくとも一方を含んでいてもよい。或いは、鏡筒２１４に加えて又は代えて、ヘッド筐体２１５が、ヘッド筐体２１５に対して脱着可能なヘッド装置２３を取り付けるための取付部２１４３を備えている。以下では、説明の便宜上、鏡筒２１４が、ヘッド装置２３の少なくとも一部が嵌め合わせられる取付部２１４３を備える例（つまり、図３に示す例）について説明を進める。

【0029】

ヘッド筐体２１５には更に、材料ノズル２１２が取り付けられている。図１及び図３に示す例では、ヘッド筐体２１５には、二つの材料ノズル２１２が取り付けられている。しかしながら、ヘッド筐体２１５には、一つの材料ノズル２１２が取り付けられていてもよいし、三つ以上の材料ノズル２１２が取り付けられていてもよい。尚、上述したように加工ヘッド２１がヘッド筐体２１５を備えていない場合には、材料ノズル２１２は、鏡筒２１４（或いは、その他の任意の支持部材）に取り付けられていてもよい。

【0030】

材料ノズル２１２には、開口である材料供給口２１２１が形成されている。材料ノズル２１２は、材料供給口２１２１から造形材料Ｍを供給する（例えば、射出する、噴射する、噴出する、又は、吹き付ける）。材料ノズル２１２は、供給管１１及び混合装置１２を介して造形材料Ｍの供給源である材料供給源１と物理的に接続されている。材料ノズル２１２は、供給管１１及び混合装置１２を介して材料供給源１から供給される造形材料Ｍを供給する。材料ノズル２１２は、供給管１１を介して材料供給源１から供給される造形材料Ｍを圧送してもよい。即ち、材料供給源１からの造形材料Ｍと搬送用の気体（つまり、圧送ガスであり、例えば、窒素及びアルゴン等の少なくとも一つを含む不活性ガス）とは、混合装置１２で混合された後に供給管１１を介して材料ノズル２１２に圧送されてもよい。その結果、材料ノズル２１２は、搬送用の気体と共に造形材料Ｍを供給する。搬送用の気体として、例えば、気体供給装置５から供給されるパージガスが用いられる。但し、搬送用の気体として、気体供給装置５とは異なる気体供給装置から供給される気体が用いられてもよい。尚、図１及び図３において材料ノズル２１２は、チューブ状に描かれているが、材料ノズル２１２の形状は、この形状に限定されない。材料ノズル２１２は、材料ノズル２１２から下方（つまり、－Ｚ側）に向けて造形材料Ｍを供給する。材料ノズル２１２の下方には、ステージ３１が配置されている。ステージ３１にワークＷが搭載されている場合には、材料ノズル２１２は、ワークＷ又はワークＷの近傍に向けて造形材料Ｍを供給する。尚、材料ノズル２１２から供給される造形材料Ｍの進行方向はＺ軸方向に対して所定の角度（一例として鋭角）だけ傾いた方向であるが、－Ｚ側（つまり、真下）であってもよい。また、ヘッド筐体２１４に複数の材料ノズル２１２が取り付けられる場合、照射光学系２１１の光軸ＡＸに沿った方向における複数の材料供給口２１２１のそれぞれと集光面２１１ＦＰとの距離は同じであってもよい。

【0031】

本実施形態では、材料ノズル２１２は、照射光学系２１１が加工光ＥＬを照射する位置（つまり、目標照射領域ＥＡ）に向けて造形材料Ｍを供給するように、照射光学系２１１に対して位置合わせされている。つまり、材料ノズル２１２が造形材料Ｍを供給する領域としてワークＷ上に又はワークＷの近傍に設定される目標供給領域ＭＡと目標照射領域ＥＡとが一致する（或いは、少なくとも部分的に重複する）ように、材料ノズル２１２と照射光学系２１１とが位置合わせされている。尚、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬによって形成される後述の溶融池ＭＰ（図４参照）に材料ノズル２１２が造形材料Ｍを供給するように、材料ノズル２１２と照射光学系２１１とが位置合わせされていてもよい。尚、材料ノズル２１２は、溶融池ＭＰに材料を供給しなくてもよい。例えば、加工システムＳＹＳは、材料ノズル２１２からの造形材料ＭがワークＷに到達する前に当該造形材料Ｍを照射光学系２１１によって溶融させ、溶融した造形材料ＭをワークＷに付着させてもよい。

【0032】

戻り光検出器２１３は、加工光ＥＬが照射されたワークＷからの戻り光を検出可能である。戻り光は、ワークＷからの加工光ＥＬの反射光を含んでいてもよい。戻り光は、ワークＷからの加工光ＥＬの散乱光を含んでいてもよい。戻り光は、ワークＷからの加工光ＥＬの透過光を含んでいてもよい。戻り光検出器２１３による加工光ＥＬの検出結果は、戻り光検出器２１３から制御装置７に出力される。戻り光検出器２１３による加工光ＥＬの検出結果の用途は、後に詳述する。但し、加工ヘッド２１は、戻り光検出器２１３を備えていなくてもよい。

【0033】

ヘッド駆動系２２は、加工ヘッド２１を移動させる。ヘッド駆動系２２は、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向の少なくとも一つに沿って加工ヘッド２１を移動させる。ヘッド駆動系２２が加工ヘッド２１を移動させると、加工ヘッド２１とステージ３１との相対位置が変わる。更に、ステージ３１にワークＷが載置されている場合には、加工ヘッド２１とワークＷとの相対位置が変わる。更に、ステージ３１に載置されたワークＷに３次元構造物ＳＴが形成されている場合には、加工ヘッド２１と３次元構造物ＳＴとの相対位置が変わる。このため、ヘッド駆動系２２は、加工ヘッド２１と、ステージ３１、ワークＷ及び３次元構造物ＳＴのそれぞれとの相対的な位置関係を変更するための位置変更装置として機能してもよい。また、加工ヘッド２１が照射光学系２１１を備えているがゆえに、加工ヘッド２１の移動に伴って照射光学系２１１が移動する。このため、ヘッド駆動系２２は、照射光学系２１１と、ステージ３１、ワークＷ及び３次元構造物ＳＴのそれぞれとの相対的な位置関係を変更するための位置変更装置として機能してもよい。また、上述したように、加工ヘッド２１の鏡筒２１４にヘッド装置２３が取り付けられている場合には、加工ヘッド２１の移動に伴ってヘッド装置２３が移動する。このため、ヘッド駆動系２２は、ヘッド装置２３と、ステージ３１、ワークＷ及び３次元構造物ＳＴのそれぞれとの相対的な位置関係を変更するための位置変更装置として機能してもよい。

【0034】

ステージユニット３は、ステージ３１を備えている。ステージ３１は、チャンバ空間６３ＩＮに収容される。ステージ３１には、ワークＷが載置可能である。ステージ３１は、ステージ３１に載置されたワークＷを保持可能であってもよい。この場合、ステージ３１は、ワークＷを保持するために、機械的なチャック、静電チャック及び真空吸着チャック等の少なくとも一つを備えていてもよい。或いは、ステージ３１は、ステージ３１に載置されたワークＷを保持可能でなくてもよい。この場合、ワークＷは、クランプレスでステージ３１に載置されていてもよい。ステージ３１がチャンバ空間６３ＩＮに収容されるため、ステージ３１が支持するワークＷもまた、チャンバ空間６３ＩＮに収容される。更に、ステージ３１は、ワークＷが保持されている場合には、保持したワークＷをリリース可能である。上述した照射光学系２１１は、ステージ３１にワークＷが載置されている期間の少なくとも一部において加工光ＥＬを照射する。更に、上述した材料ノズル２１２は、ステージ３１にワークＷが載置されている期間の少なくとも一部において造形材料Ｍを供給する。

【0035】

ステージ駆動系３２は、ステージ３１を移動させる。ステージ駆動系３２は、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向の少なくとも一つに沿ってステージ３１を移動させる。ステージ駆動系３２がステージ３１を移動させると、加工ヘッド２１とステージ３１との相対位置が変わる。このため、ステージ駆動系３２は、上述したヘッド駆動系２２と同様に、加工ヘッド２１と、ステージ３１、ワークＷ及び３次元構造物ＳＴのそれぞれとの相対的な位置関係を変更するための位置変更装置として機能してもよい。ステージ駆動系３２は、上述したヘッド駆動系２２と同様に、ヘッド装置２３と、ステージ３１、ワークＷ及び３次元構造物ＳＴのそれぞれとの相対的な位置関係を変更するための位置変更装置として機能してもよい。

【0036】

光源４は、例えば、赤外光、可視光及び紫外光のうちの少なくとも一つを、加工光ＥＬとして射出する。但し、加工光ＥＬとして、その他の種類の光が用いられてもよい。加工光ＥＬは、複数のパルス光（つまり、複数のパルスビーム）を含んでいてもよい。加工光ＥＬは、連続光（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）を含んでいてもよい。加工光ＥＬは、レーザ光であってもよい。この場合、光源４は、レーザ光源（例えば、レーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の半導体レーザを含んでいてもよい。レーザ光源は、ファイバ・レーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ及びエキシマレーザ等のうちの少なくとも一つを含んでいてもよい。但し、加工光ＥＬは、レーザ光でなくてもよい。光源４は、任意の光源（例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）及び放電ランプ等の少なくとも一つ）を含んでいてもよい。

【0037】

気体供給装置５は、チャンバ空間６３ＩＮをパージするためのパージガスの供給源である。パージガスは、不活性ガスを含む。不活性ガスの一例として、窒素ガス及びアルゴンガスの少なくとも一方があげられる。気体供給装置５は、筐体６の隔壁部材６１に形成された供給口６２及び気体供給装置５と供給口６２とを接続する供給管５１を介して、チャンバ空間６３ＩＮに接続されている。気体供給装置５は、供給管５１及び供給口６２を介して、チャンバ空間６３ＩＮにパージガスを供給する。その結果、チャンバ空間６３ＩＮは、パージガスによってパージされた空間となる。チャンバ空間６３ＩＮに供給されたパージガスは、隔壁部材６１に形成された不図示の排出口から排出されてもよい。尚、気体供給装置５は、不活性ガスが格納されたボンベであってもよい。不活性ガスが窒素ガスである場合には、気体供給装置５は、大気を原料として窒素ガスを発生する窒素ガス発生装置であってもよい。

【0038】

気体供給装置５からのパージガスは、図３に示すように、鏡筒２１４の内部空間２１４１に供給されてもよい。内部空間２１４１に照射光学系２１１が収容されているため、気体供給装置５は、照射光学系２１１にパージガスを供給してもよい。照射光学系２１１に供給されたパージガスは、照射光学系２１１を冷却するために用いられてもよい。照射光学系２１１に供給されたパージガスは、照射光学系２１１に不要物質が付着するのを防止するために用いられてもよい。不要物質は、例えば、ワークＷに対する加工光ＥＬの照射によって発生するヒュームを含んでいてもよい。不要物質は、例えば、材料ノズル２１２から供給される造形材料Ｍの少なくとも一部（特に、３次元構造物ＳＴの形成に用いられなかった造形材料Ｍ）を含んでいてもよい。照射光学系２１１に供給されたパージガスは、図３に示すように、鏡筒２１４の射出口２１４２を介して、鏡筒２１４の内部から鏡筒２１４の外部に向けて流出してもよい。

【0039】

上述したように、材料ノズル２１２がパージガスと共に造形材料Ｍを供給する場合には、気体供給装置５は、チャンバ空間６３ＩＮに加えて材料供給源１からの造形材料Ｍが供給される混合装置１２にパージガスを供給してもよい。具体的には、気体供給装置５は、気体供給装置５と混合装置１２とを接続する供給管５２を介して混合装置１２と接続されていてもよい。その結果、気体供給装置５は、供給管５２を介して、混合装置１２にパージガスを供給する。この場合、材料供給源１からの造形材料Ｍは、供給管５２を介して気体供給装置５から供給されたパージガスによって、供給管１１内を通って材料ノズル２１２に向けて供給（具体的には、圧送）されてもよい。つまり、気体供給装置５は、供給管５２、混合装置１２及び供給管１１を介して、材料ノズル２１２に接続されていてもよい。その場合、材料ノズル２１２は、材料供給口２１２１から、造形材料Ｍを圧送するためのパージガスと共に造形材料Ｍを供給することになる。

【0040】

筐体６は、筐体６の内部空間であるチャンバ空間６３ＩＮに少なくとも加工ユニット２及びステージユニット３のそれぞれの少なくとも一部を収容する収容装置である。筐体６は、チャンバ空間６３ＩＮを規定する隔壁部材６１を含む。隔壁部材６１は、チャンバ空間６３ＩＮと、筐体６の外部空間６４ＯＵＴとを隔てる部材である。隔壁部材６１は、その内壁面６１１を介してチャンバ空間６３ＩＮに面し、その外壁面６１２を介して外部空間６４ＯＵＴに面する。この場合、隔壁部材６１によって囲まれた空間（より具体的には、隔壁部材６１の内壁面６１１によって囲まれた空間）が、チャンバ空間６３ＩＮとなる。尚、隔壁部材６１には、開閉可能な扉が設けられていてもよい。この扉は、ワークＷをステージ３１に載置する際に開かれてもよい。扉は、ステージ３１からワークＷ及び／又は３次元構造物ＳＴを取り出す際に開かれてもよい。扉は、造形動作及び加工動作の夫々が行われている期間中には閉じられていてもよい。なお、筐体６の外部空間６４ＯＵＴからチャンバ空間６３ＩＮを視認するための観察窓（不図示）が、隔壁部材６１に形成されていてもよい。

【0041】

制御装置７は、加工システムＳＹＳの動作を制御する。制御装置７は、例えば、演算装置と、記憶装置とを備えていてもよい。演算装置は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）の少なくとも一方を含んでいてもよい。記憶装置は、例えば、メモリを含んでいてもよい。制御装置７は、演算装置がコンピュータプログラムを実行することで、加工システムＳＹＳの動作を制御する装置として機能する。このコンピュータプログラムは、制御装置７が行うべき後述する動作を演算装置に行わせる（つまり、実行させる）ためのコンピュータプログラムである。つまり、このコンピュータプログラムは、加工システムＳＹＳに後述する動作を行わせるように制御装置７を機能させるためのコンピュータプログラムである。演算装置が実行するコンピュータプログラムは、制御装置７が備える記憶装置（つまり、記録媒体）に記録されていてもよいし、制御装置７に内蔵された又は制御装置７に外付け可能な任意の記憶媒体（例えば、ハードディスクや半導体メモリ）に記録されていてもよい。或いは、演算装置は、実行するべきコンピュータプログラムを、ネットワークインタフェースを介して、制御装置７の外部の装置からダウンロードしてもよい。

【0042】

例えば、制御装置７は、照射光学系２１１による加工光ＥＬの射出態様を制御してもよい。射出態様は、例えば、加工光ＥＬの強度及び加工光ＥＬの射出タイミングの少なくとも一方を含んでいてもよい。加工光ＥＬが複数のパルス光を含む場合には、射出態様は、例えば、パルス光の発光時間、パルス光の発光周期、及び、パルス光の発光時間の長さとパルス光の発光周期との比（いわゆる、デューティ比）の少なくとも一つを含んでいてもよい。更に、制御装置７は、ヘッド駆動系２２による加工ヘッド２１の移動態様を制御してもよい。制御装置７は、ステージ駆動系３２によるステージ３１の移動態様を制御してもよい。移動態様は、例えば、移動量、移動速度、移動方向及び移動タイミング（移動時期）の少なくとも一つを含んでいてもよい。更に、制御装置７は、材料ノズル２１２による造形材料Ｍの供給態様を制御してもよい。供給態様は、例えば、供給量（特に、単位時間当たりの供給量）及び供給タイミング（供給時期）の少なくとも一方を含んでいてもよい。

【0043】

制御装置７は、加工システムＳＹＳの内部に設けられていなくてもよい。例えば、制御装置７は、加工システムＳＹＳ外にサーバ等として設けられていてもよい。この場合、制御装置７と加工システムＳＹＳとは、有線及び／又は無線のネットワーク（或いは、データバス及び／又は通信回線）で接続されていてもよい。有線のネットワークとして、例えばＩＥＥＥ１３９４、ＲＳ－２３２ｘ、ＲＳ－４２２、ＲＳ－４２３、ＲＳ－４８５及びＵＳＢの少なくとも一つに代表されるシリアルバス方式のインタフェースを用いるネットワークが用いられてもよい。有線のネットワークとして、パラレルバス方式のインタフェースを用いるネットワークが用いられてもよい。有線のネットワークとして、１０ＢＡＳＥ－Ｔ、１００ＢＡＳＥ－ＴＸ及び１０００ＢＡＳＥ－Ｔの少なくとも一つに代表されるイーサネット（登録商標）に準拠したインタフェースを用いるネットワークが用いられてもよい。無線のネットワークとして、電波を用いたネットワークが用いられてもよい。電波を用いたネットワークの一例として、ＩＥＥＥ８０２．１ｘに準拠したネットワーク（例えば、無線ＬＡＮ及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の少なくとも一方）があげられる。無線のネットワークとして、赤外線を用いたネットワークが用いられてもよい。無線のネットワークとして、光通信を用いたネットワークが用いられてもよい。この場合、制御装置７と加工システムＳＹＳとはネットワークを介して各種の情報の送受信が可能となるように構成されていてもよい。また、制御装置７は、ネットワークを介して加工システムＳＹＳにコマンドや制御パラメータ等の情報を送信可能であってもよい。加工システムＳＹＳは、制御装置７からのコマンドや制御パラメータ等の情報を、上記ネットワークを介して受信する受信装置を備えていてもよい。加工システムＳＹＳは、制御装置７に対してコマンドや制御パラメータ等の情報を、上記ネットワークを介して送信する送信装置（つまり、制御装置７に対して情報を出力する出力装置）を備えていてもよい。或いは、制御装置７が行う処理のうちの一部を行う第１制御装置が加工システムＳＹＳの内部に設けられている一方で、制御装置７が行う処理のうちの他の一部を行う第２制御装置が加工システムＳＹＳの外部に設けられていてもよい。

【0044】

尚、制御装置７が実行するコンピュータプログラムを記録する記録媒体としては、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷやフレキシブルディスク、ＭＯ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＡＭ、ＤＶＤ－Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ－ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ及びＢｌｕ－ｒａｙ（登録商標）等の光ディスク、磁気テープ等の磁気媒体、光磁気ディスク、ＵＳＢメモリ等の半導体メモリ、及び、その他プログラムを格納可能な任意の媒体の少なくとも一つが用いられてもよい。記録媒体には、コンピュータプログラムを記録可能な機器（例えば、コンピュータプログラムがソフトウェア及びファームウェア等の少なくとも一方の形態で実行可能な状態に実装された汎用機器又は専用機器）が含まれていてもよい。更に、コンピュータプログラムに含まれる各処理や機能は、制御装置７（つまり、コンピュータ）がコンピュータプログラムを実行することで制御装置７内に実現される論理的な処理ブロックによって実現されてもよいし、制御装置７が備える所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウェアによって実現されてもよいし、論理的な処理ブロックとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウェアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。

【0045】

（２）加工システムＳＹＳの動作
続いて、加工システムＳＹＳの動作について説明する。上述したように、加工システムＳＹＳは、ワークＷに対して付加加工を行うことで３次元構造物ＳＴを形成するための造形動作を行う。更に、加工システムＳＹＳは、形成動作によって形成された３次元構造物ＳＴを加工するための加工動作を行う。このため、以下では、造形動作と、加工動作とについて順に説明する。

【0046】

（２－１）造形動作
初めに、造形動作について説明する。上述したように、加工システムＳＹＳは、レーザ肉盛溶接法により３次元構造物ＳＴを形成する。このため、加工システムＳＹＳは、レーザ肉盛溶接法に準拠した既存の造形動作を行うことで、３次元構造物ＳＴを形成してもよい。以下、レーザ肉盛溶接法を用いて３次元構造物ＳＴを形成する造形動作の一例について簡単に説明する。

【0047】

加工システムＳＹＳは、形成するべき３次元構造物ＳＴの３次元モデルデータ（例えば、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データ）等に基づいて、ワークＷ上に３次元構造物ＳＴを形成する。３次元モデルデータとして、加工システムＳＹＳ内に設けられた不図示の計測装置及び加工システムＳＹＳとは別に設けられた３次元形状計測機の少なくとも一方で計測された立体物の計測データが用いられてもよい。加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴを形成するために、例えば、Ｚ軸方向に沿って並ぶ複数の層状の部分構造物（以下、“構造層”と称する）ＳＬを順に形成していく。例えば、加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴのモデルをＺ軸方向に沿って輪切りにすることで得られる複数の層のデータに基づいて複数の構造層ＳＬを１層ずつ順に形成していく。その結果、複数の構造層ＳＬが積層された積層構造体である３次元構造物ＳＴが形成される。以下、複数の構造層ＳＬを１層ずつ順に形成していくことで３次元構造物ＳＴを形成する動作の流れについて説明する。

【0048】

まず、各構造層ＳＬを形成する動作について図４（ａ）から図４（ｅ）を参照して説明する。加工システムＳＹＳは、制御装置７の制御下で、ワークＷの表面又は形成済みの構造層ＳＬの表面に相当する造形面ＭＳ上の所望領域に目標照射領域ＥＡが設定されるように、加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方を移動させる。その後、加工システムＳＹＳは、目標照射領域ＥＡに対して照射光学系２１１から加工光ＥＬを照射する。この際、Ｚ軸方向において加工光ＥＬが集光される集光面２１１ＦＰは、造形面ＭＳに一致していてもよい。或いは、Ｚ軸方向において集光面２１１ＦＰは、造形面ＭＳから外れていてもよい。その結果、図４（ａ）に示すように、加工光ＥＬが照射された造形面ＭＳ上に溶融池（つまり、加工光ＥＬによって溶融した金属等のプール）ＭＰが形成される。更に、加工システムＳＹＳは、制御装置７の制御下で、材料ノズル２１２から造形材料Ｍを供給する。ここで、上述したように造形材料Ｍが供給される目標供給領域ＭＡが目標照射領域ＥＡと一致しているため、目標供給領域ＭＡは、溶融池ＭＰが形成された領域の少なくとも一部を含む。このため、加工システムＳＹＳは、図４（ｂ）に示すように、溶融池ＭＰに対して、材料ノズル２１２から造形材料Ｍを供給する。その結果、溶融池ＭＰに供給された造形材料Ｍが溶融する。その後、加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方の移動に伴って溶融池ＭＰに加工光ＥＬが照射されなくなると、溶融池ＭＰにおいて溶融した造形材料Ｍは、冷却されて固化（つまり、凝固）する。その結果、図４（ｃ）に示すように、固化した造形材料Ｍが造形面ＭＳ上に堆積される。つまり、固化した造形材料Ｍの堆積物による造形物が形成される。

【0049】

加工システムＳＹＳは、このような加工光ＥＬの照射による溶融池ＭＰの形成、溶融池ＭＰへの造形材料Ｍの供給、供給された造形材料Ｍの溶融及び溶融した造形材料Ｍの固化を含む一連の造形処理を、図４（ｄ）に示すように、造形面ＭＳに対して加工ヘッド２１をＸＹ平面に沿って移動させながら繰り返す。この際、加工システムＳＹＳは、造形面ＭＳ上において造形物を形成したい領域に加工光ＥＬを照射する一方で、造形面ＭＳ上において造形物を形成したくない領域に加工光ＥＬを照射しない。つまり、加工システムＳＹＳは、造形面ＭＳ上を所定の移動軌跡に沿って目標照射領域ＥＡを移動させながら、造形物を形成したい領域の分布の態様に応じたタイミングで加工光ＥＬを造形面ＭＳに照射する。その結果、溶融池ＭＰもまた、目標照射領域ＥＡの移動軌跡に応じた移動軌跡に沿って造形面ＭＳ上を移動することになる。具体的には、溶融池ＭＰは、造形面ＭＳ上において、目標照射領域ＥＡの移動軌跡に沿った領域のうち加工光が照射された部分に順次形成される。その結果、図４（ｅ）に示すように、造形面ＭＳ上に、溶融した後に固化した造形材料Ｍによる造形物の集合体に相当する構造層ＳＬが形成される。つまり、溶融池ＭＰの移動軌跡に応じたパターンで造形面ＭＳ上に形成された造形物の集合体に相当する構造層ＳＬ（つまり、平面視において、溶融池ＭＰの移動軌跡に応じた形状を有する構造層ＳＬ）が形成される。尚、造形物を形成したくない領域に目標照射領域ＥＡが設定されている場合、加工システムＳＹＳは、加工光ＥＬを目標照射領域ＥＡに照射するとともに、造形材料Ｍの供給を停止してもよい。また、造形物を形成したくない領域に目標照射領域ＥＡが設定されている場合に、加工システムＳＹＳは、造形材料Ｍを目標照射領域ＥＡに供給するとともに、溶融池ＭＰができない強度の加工光ＥＬを目標照射領域ＥＡに照射してもよい。

【0050】

加工システムＳＹＳは、このような構造層ＳＬを形成するための動作を、制御装置７の制御下で、３次元モデルデータに基づいて繰り返し行う。具体的には、まず、制御装置７は、３次元モデルデータを積層ピッチでスライス処理してスライスデータを作成する。尚、加工システムＳＹＳの特性に応じてこのスライスデータを一部修正したデータが用いられてもよい。加工システムＳＹＳは、ワークＷの表面ＷＳに相当する造形面ＭＳ上に１層目の構造層ＳＬ＃１を形成するための動作を、構造層ＳＬ＃１に対応する３次元モデルデータ（つまり、構造層ＳＬ＃１に対応するスライスデータ）に基づいて行う。その結果、造形面ＭＳ上には、図５（ａ）に示すように、構造層ＳＬ＃１が形成される。その後、加工システムＳＹＳは、構造層ＳＬ＃１の表面（つまり、上面）を新たな造形面ＭＳに設定した上で、当該新たな造形面ＭＳ上に２層目の構造層ＳＬ＃２を形成する。構造層ＳＬ＃２を形成するために、制御装置７は、まず、ステージ３１に対して加工ヘッド２１がＺ軸に沿って移動するように、ヘッド駆動系２２及びステージ駆動系３２の少なくとも一方を制御する。具体的には、制御装置７は、ヘッド駆動系２２及びステージ駆動系３２の少なくとも一方を制御して、目標照射領域ＥＡ及び目標供給領域ＭＡ（更には、必要に応じて集光面２１１ＦＰ）が構造層ＳＬ＃１の表面（つまり、新たな造形面ＭＳ）に設定されるように、＋Ｚ側に向かって加工ヘッド２１を移動させる及び／又は－Ｚ側に向かってステージ３１を移動させる。その後、加工システムＳＹＳは、制御装置７の制御下で、構造層ＳＬ＃１を形成する動作と同様の動作で、構造層ＳＬ＃２に対応するスライスデータに基づいて、構造層ＳＬ＃１上に構造層ＳＬ＃２を形成する。その結果、図５（ｂ）に示すように、構造層ＳＬ＃２が形成される。以降、同様の動作が、ワークＷ上に形成するべき３次元構造物ＳＴを構成する全ての構造層ＳＬが形成されるまで繰り返される。その結果、図５（ｃ）に示すように、複数の構造層ＳＬが積層された積層構造物によって、３次元構造物ＳＴが形成される。尚、図５（ａ）から図５（ｃ）は、筒状の３次元構造物ＳＴが形成される例を示している。

【0051】

このように、加工システムＳＹＳは、材料ノズル２１２により供給された造形材料Ｍに、照射光学系２１１からの加工光ＥＬを照射することにより３次元構造物ＳＴを形成可能である。つまり、加工システムＳＹＳは、材料ノズル２１２と照射光学系２１１とを用いて３次元構造物ＳＴを形成するための付加加工を行う。このため、材料ノズル２１２と照射光学系２１１とは、３次元構造物ＳＴを形成するための付加加工を行う加工装置として機能しているとみなしてもよい。材料ノズル２１２と照射光学系２１１とは、３次元構造物ＳＴを形成するための造形動作を行う造形装置として機能しているとみなしてもよい。

【0052】

（２－２）加工動作
続いて、上述した造形動作によって形成された３次元構造物ＳＴを加工するための加工動作について説明する。

【0053】

加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部に加工光ＥＬを照射することで、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部を加工する加工動作を行ってもよい。例えば、加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部に加工光ＥＬを照射することで、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部を除去する加工動作を行ってもよい。この場合、加工動作は、除去加工動作と称されてもよい。例えば、加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部に加工光ＥＬを照射することで、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部にマークを形成する加工動作を行ってもよい。この場合、加工動作は、マーキング動作と称されてもよい。例えば、加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部に加工光ＥＬを照射することで、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部を溶融する加工動作を行ってもよい。この場合、加工動作は、溶融動作（或いは、リメルト動作）と称されてもよい。以下では、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部を溶融する加工動作（つまり、溶融動作）について詳細に説明する。

【0054】

加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部である加工対象面ＰＳ（後述する図６等参照）を滑らかにするために、溶融動作を行ってもよい。この場合、加工動作（つまり、溶融動作）は、平滑化動作と称されてもよい。尚、本実施形態では、「加工対象面ＰＳを滑らかにする平滑化動作」は、「平滑化動作を行う前と比較して、加工対象面ＰＳの表面を滑らかにする、加工対象面ＰＳの平坦度を上げる（つまり、平坦にする）、及び／又は、加工対象面ＰＳの表面粗さを細かくする（つまり、小さくする）動作」を含んでいてもよい。

【0055】

具体的には、上述したように、本実施形態では、粉状の又は粒状の造形材料Ｍを溶融した後に固化させることで３次元構造物ＳＴが形成される。このため、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部には、溶融しなかった造形材料Ｍが付着している可能性がある。更には、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部には、意図しなかった形状で再固化してしまった造形材料Ｍが付着している可能性がある。この場合、溶融しなかった造形材料Ｍ及び意図しなかった形状で固化してしまった造形材料Ｍの少なくとも一方が付着している面は、加工対象面ＰＳに設定されてもよい。

【0056】

例えば、上述したように、本実施形態では、各構造層ＳＬが形成される期間中において、加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方が、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれに沿って（つまり、ＸＹ平面に沿って）移動する。この場合、加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方の移動態様によっては、ＸＹ平面に沿った構造層ＳＬの表面（ひいては、３次元構造層ＳＴの表面）の少なくとも一部に、加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方の移動パターン（典型的には、移動のピッチ）に応じた規則的な又は不規則な凹凸が現れる可能性がある。また、上述したように、本実施形態では、複数の構造層ＳＬが積層されることで３次元構造物ＳＴが形成される。この場合、３次元構造物ＳＴの表面（特に、積層方向に沿った又は傾斜した面である、構造層ＳＬの積層方向に交差する方向を向いた面）には、複数の構造層ＳＬの積層のピッチに応じた規則的な又は不規則な凹凸が現れる可能性がある。この場合、規則的な又は不規則な凹凸が現れる面は、加工対象面ＰＳに設定されてもよい。

【0057】

ここで、図６（ａ）から図６（ｃ）を参照しながら、加工対象面ＰＳの少なくとも一部を溶融させる溶融動作（平滑化動作）を行うことで、加工対象面ＰＳが平滑化される技術的理由について説明する。図６（ａ）から図６（ｃ）のそれぞれは、溶融動作（平滑化動作）が行われている過程での加工対象面ＰＳの状態を示す断面図である。尚、図６（ａ）から図６（ｃ）の説明においては、３次元構造物ＳＴは、造形時の姿勢とは異なる姿勢で配置されている。

【0058】

溶融動作を行うために、加工システムＳＹＳは、制御装置７の制御下で、図６（ａ）に示すように、加工対象面ＰＳに目標照射領域ＥＡを設定する。この際、加工光ＥＬが集光される集光面２１１ＦＰは、加工対象面ＰＳに一致していてもよい。或いは、集光面２１１ＦＰは、加工対象面ＰＳから外れていてもよい。その後、加工システムＳＹＳは、目標照射領域ＥＡに対して照射光学系２１１から加工光ＥＬを照射する。一方で、加工システムＳＹＳは、加工対象面ＰＳに対して材料ノズル２１２から造形材料Ｍを供給しなくてもよい。尚、図６（ａ）は、加工対象面ＰＳが、規則的な又は不規則な凹凸が現れる面である例を示している。目標照射領域ＥＡに光ＥＬが照射されると、図６（ｂ）に示すように、加工対象面ＰＳ内の固体状の造形材料Ｍが、加工光ＥＬによって溶融する。凹凸を形成するように固化していた造形材料Ｍが溶融すると、溶融した造形材料Ｍの自重及び表面張力の少なくとも一方の作用により、溶融した造形材料Ｍの表面（つまり、界面）が平面に近づく又は平面になる。つまり、溶融した造形材料Ｍの表面（つまり、界面）の滑らかさが向上する。その後、加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方の移動に伴って溶融した造形材料Ｍに加工光ＥＬが照射されなくなると、溶融した造形材料Ｍは、冷却されて再度固化（つまり、凝固）する。その結果、図６（ｃ）に示すように、滑らかになった（或いは、平坦度が向上した、及び／又は、表面粗さが細かくなった）表面を有するように再固化した造形材料Ｍが、加工対象面ＰＳを構成することになる。このように、平滑化動作によって加工対象面ＰＳ（つまり、３次元構造物ＳＴの表面）が平滑化される。

【0059】

制御装置７は、このような加工光ＥＬの照射による造形材料Ｍの溶融及び溶融した造形材料Ｍの固化を含む一連の平滑化処理を、加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方を移動させながら繰り返し行う。つまり、制御装置７は、一連の平滑化処理を、加工ヘッド２１とステージ３１が支持する３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係を変更しながら繰り返し行う。具体的には、加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴの形状及び位置（つまり、ワークＷ上での位置）の少なくとも一方に関する情報に基づいて、３次元構造物ＳＴの表面のうちの所望の面部分を加工対象面ＰＳに設定し、設定した加工対象面ＰＳに加工光ＥＬが照射されるように、加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方を移動してもよい。尚、加工システムＳＹＳは、造形動作を行なった後に平滑化動作を行うがゆえに、平滑化動作の対象である３次元構造物ＳＴの形状及び位置の少なくとも一方に関する情報は、通常、加工システムＳＹＳにとって既知の情報である。但し、加工システムＳＹＳは、造形動作によって３次元構造物ＳＴが計測された後に、計測装置を用いて３次元構造物ＳＴの位置及び形状の少なくとも一方を計測し、計測装置の計測結果に基づいて、加工対象面ＰＳに加工光ＥＬが照射されるように、加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方を移動してもよい。

【0060】

３次元構造物ＳＴの表面は、曲面を含んでいる場合がある。この場合、加工ヘッド２１と３次元構造物ＳＴの相対的な位置関係が変わると、加工光ＥＬが集光される集光面２１１ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係（特に、加工光ＥＬの進行方向に沿った位置関係であり、図６（ａ）から図６（ｃ）に示す例では、Ｚ軸方向に沿った位置関係）が変わる可能性がある。例えば、図７（ａ）は、＋Ｚ側に向かって突き出る曲面である加工対象面ＰＳの第１部分ｐ１に集光面２１１ＦＰが一致する状態で加工対象面ＰＳの第１部分ｐ１に照射される加工光ＥＬを示している。この場合、加工対象面ＰＳの第１部分ｐ１には、当該第１部分ｐ１に集光された加工光ＥＬが照射される。一方で、７（ａ）に示す状態において、加工ヘッド２１がＸＹ平面に沿った方向（例えば、Ｙ軸方向）に沿って移動すると、図７（ｂ）に示すように、加工光ＥＬは、Ｚ軸方向において集光面２１１ＦＰから外れた加工対象面ＰＳの第２部分ｐ２に照射される。この場合、第２部分ｐ２には、当該第２部分ｐ２に集光されていない加工光ＥＬが照射される。つまり、第２部分ｐ２には、デフォーカス状態にある加工光ＥＬが照射される。このため、加工光ＥＬの進行方向における集光面２１１ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係が変わると、加工対象面ＰＳにおける加工光ＥＬのフルエンスが変わる可能性がある。加工対象面ＰＳにおける加工光ＥＬのフルエンスが変わると、加工対象面ＰＳの溶融量が変わる可能性がある。その結果、加工対象面ＰＳが適切に平滑化されない可能性がある。そこで、加工システムＳＹＳは、制御装置７の制御下で、加工対象面ＰＳが適切に平滑化されるように、集光面２１１ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係を制御してもよい。例えば、集光面２１１ＦＰの位置（つまり、加工光ＥＬのフォーカス位置）を制御可能な集光制御光学部材を照射光学系２１１が備えている場合には、加工システムＳＹＳは、制御装置７の制御下で、集光面２１１ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係が維持されるように、集光制御光学部材を制御してもよい。例えば、加工システムＳＹＳは、制御装置７の制御下で、集光面２１１ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係が維持されるように、加工ヘッド２１及び３次元構造物ＳＴを支持するステージ３１の少なくとも一方を移動させてもよい。尚、上述したように、３次元構造物ＳＴの形状及び位置の少なくとも一方に関する情報が加工システムＳＹＳにとって既知の情報であるため、加工システムＳＹＳは、当該情報に基づいて、集光面２１１ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係が維持されるように、集光面２１１ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係を制御してもよい。

【0061】

上述したように、平滑化動作が行われる場合には、材料ノズル２１２から造形材料Ｍが供給されない。このため、加工光ＥＬを射出する照射光学系２１１と、加工光ＥＬが照射される加工対象面ＰＳとの間には、加工光ＥＬの少なくとも一部を遮光する可能性がある造形材料Ｍは存在しない。この場合、加工光ＥＬが照射された加工対象面ＰＳによって加工光ＥＬが反射された場合には、加工光ＥＬの反射光は、一定の強度を維持したまま照射光学系２１１に戻ってくる可能性がある。その結果、照射光学系２１１に戻ってきた加工光ＥＬの反射光によって、照射光学系２１１が損傷してしまう可能性がある。特に、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに垂直入射する場合に、加工光ＥＬの反射光は、一定の強度を維持したまま照射光学系２１１に戻ってくる可能性が高くなる。そこで、加工システムＳＹＳは、制御装置７の制御下で、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して斜入射するように、加工ヘッド２１と３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係を変更してもよい。具体的には、加工システムＳＹＳは、制御装置７の制御下で、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して斜入射するように、加工ヘッド２１及び３次元構造物ＳＴを支持するステージ３１の少なくとも一方を移動、典型的には回転移動させてもよい。

【0062】

加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して斜入射するように加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方を移動させる場合には、制御装置７は、戻り光検出器２１３による加工光ＥＬの検出結果に基づいて、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して斜入射しているか否かを判定してもよい。具体的には、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して斜入射している場合には、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して垂直入射している場合と比較して、戻り光の強度が低くなると想定される。このため、制御装置７は、戻り光の強度が所定の第１強度閾値よりも低い場合には、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して斜入射していると判定してもよい。一方で、制御装置７は、戻り光の強度が所定の第１強度閾値（或いは、第１強度よりも高い所定の第２強度閾値）よりも高い場合には、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して垂直入射していると判定してもよい。加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して垂直入射していると判定された場合には、制御装置７は、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して斜入射するように加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方を移動させてもよい。

【0063】

加工システムＳＹＳは、平滑化動作を行う場合における加工対象面ＰＳでの加工光ＥＬのエネルギ量（具体的には、単位時間あたりに加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに与えるエネルギ量）、造形動作を行う場合における加工対象面ＰＳでの加工光ＥＬのエネルギ量よりも小さくなるように、加工光ＥＬのフルエンスを制御してもよい。加工光ＥＬのエネルギ量が小さくなるほど、造形材料Ｍの溶融量（例えば、単位時間当たりの溶融量）が少なくなる。このため、加工システムＳＹＳは、加工光ＥＬのエネルギ量を制御することで、必要以上の分量の造形材料Ｍを溶融させることなく、平滑化動作を行うことができる。つまり、加工システムＳＹＳは、加工対象面ＰＳを平滑化するために必要な分量の造形材料Ｍを溶融させることで、平滑化動作を完了することができる。その結果、必要以上の分量の造形材料Ｍが溶融してしまう場合と比較して、平滑化動作が行われた加工対象面ＰＳがより滑らかになる可能性や、３次元構造物ＳＴの寸法精度が悪化しなくなる可能性がある。

【0064】

加工システムＳＹＳは、光源４及び／又は照射光学系２１１に設けられた光量調整部材（不図示）を制御することで、加工光ＥＬのエネルギ量を制御してもよい。加工システムＳＹＳは、集光面２１１ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係を制御することで、加工光ＥＬのエネルギ量を制御してもよい。なぜならば、集光面２１１ＦＰと加工対象面ＰＳとが離れるほど、加工光ＥＬのエネルギ量が小さくなるからである。加工システムＳＹＳは、加工対象面ＰＳを加工光ＥＬが走査する速度を制御することで、加工光ＥＬのエネルギ量を制御してもよい。なぜならば、加工対象面ＰＳを加工光ＥＬが走査する速度が速くなるほど、加工光ＥＬのエネルギ量が小さくなるからである。

【0065】

加工システムＳＹＳは、加工対象面ＰＳの同じ部分に複数回加工光ＥＬを照射してもよい。具体的には、加工システムＳＹＳは、加工対象面ＰＳの一の部分に加工光ＥＬを照射することで当該一の部分の造形材料Ｍを溶融させ、当該一の部分で溶融した造形材料Ｍが固化した後に当該一の部分に再度加工光ＥＬを照射してもよい。つまり、加工システムＳＹＳは、加工対象面ＰＳを徐々に平滑化してもよい。その結果、加工対象面ＰＳが一度に平滑化される場合と比較して、平滑化動作が行われた加工対象面ＰＳがより滑らかになる可能性がある。

【0066】

尚、加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴの表面の少なくとも一部を平滑化する目的とは異なる目的で、溶融動作を行ってもよい。例えば、加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴを他の物体と接続する（典型的には、一体化させる）ために、溶融動作を行ってもよい。溶融物を用いて二つの物体を接続する動作の一例として、溶接動作があげられる。このため、加工システムＳＹＳは、３次元構造物ＳＴと他の物体とを溶接するために、溶融動作を行ってもよい。この場合、溶融動作は、溶接動作と称されてもよい。具体的には、上述したように、３次元構造物ＳＴ（或いは、他の物体）に加工光ＥＬが照射されると、３次元構造物ＳＴを構成していた造形材料Ｍ（或いは、他の物体を構成していた材料）が溶融する。加工システムＳＹＳは、当該溶融した造形材料Ｍ（或いは、溶融した任意の材料）を溶加材として用いることで、３次元構造物ＳＴを他の物体と接続してもよい。

【0067】

尚、加工システムＳＹＳが溶融動作を行うときには、加工光ＥＬの照射位置を取り囲む雰囲気を不活性ガスの雰囲気としてもよい。この場合、溶融箇所の酸化を低減させることができる。

【0068】

（３）ヘッド装置２３の構造
続いて、加工ヘッド２１（特に、鏡筒２１４）に対して脱着可能なヘッド装置２３について説明する。本実施形態では、加工ヘッド２１には、第１のヘッド装置２３＃１及び第２のヘッド装置２３＃２のうちの少なくとも一つを取り付けることが可能である。このため、以下では、第１のヘッド装置２３＃１及び第２のヘッド装置２３＃２の構造について順に説明する。

【0069】

（３－１）第１のヘッド装置２３＃１の構造
初めに、図８を参照しながら、第１のヘッド装置２３＃１について説明する。図８は、第１のヘッド装置２３＃１の構造を示す断面図である。

【0070】

図８に示すように、第１のヘッド装置２３＃１は、筒状部材２３１１＃１を備えている。筒状部材２３１１＃１は、内部に内部空間２３１２＃１が形成された筒状の部材である。図８に示す例では、筒状部材２３１１＃１は、長手方向（図８に示す例では、Ｚ軸方向）に沿って延びる筒状の部材である。筒状部材２３１１＃１の短手方向（つまり、長手方向に交差する方向であって、図８に示す例では、例えば、ＸＹ平面に沿った方向）に沿った軸を含む筒状部材２３１１＃１の断面の形状は、円形であるが、その他の形状（例えば、楕円形又は多角形）であってもよい。内部空間２３１２＃１は、筒状部材２３１１＃１によって取り囲まれた空間である。このため、図８に示す例では、内部空間２３１２＃１は、筒状部材２３１１＃１の長手方向（図８に示す例では、Ｚ軸方向）に沿って延びる空間となる。

【0071】

筒状部材２３１１＃１は、鏡筒２１４に対して脱着可能である。このため、筒状部材２３１１＃１には、上述した鏡筒２１４の取付部２１４３に取り付け可能な取付部２３１３＃１が形成されている。図８に示す例では、筒状部材２３１１＃１の長手方向に沿った一方の端部に、取付部２３１３＃１が形成されている。取付部２３１３＃１は、例えば、鏡筒２１４の取付部２１４３が嵌め合わせられる部材を含んでいてもよい。一例として、図８に示すように、取付部２３１３＃１は、周囲から突き出た（図８に示す例では、上方に向かって突き出た）突出部材を含んでいてもよい。或いは、取付部２３１３＃１は、筒状部材２３１１＃１を鏡筒２１４に取り付けるための力を鏡筒２１４に付与可能な部材を含んでいてもよい。例えば、取付部２３１３＃１は、負圧を利用して鏡筒２１４を吸引可能な真空チャック及び静電力を利用して鏡筒２１４を吸引可能な静電チャックの少なくとも一方を含んでいてもよい。但し、第１のヘッド装置２３＃１（特に、筒状部材２３１１＃１）を取付部２１４３に取り付けるための力を第１のヘッド装置２３＃１に付与可能な取付部２１４３が鏡筒２１４に形成されている場合には、筒状部材２３１１＃１には、取付部２３１３＃１が形成されていなくてもよい。逆に、筒状部材２３１１＃１を鏡筒２１４に取り付けるための力を鏡筒２１４に付与可能な取付部２３１３＃１が筒状部材２３１１＃１に形成されている場合には、鏡筒２１４には、取付部２１４３が形成されていなくてもよい。以下では、説明の便宜上、鏡筒２１４の少なくとも一部が嵌め合わせられる取付部２３１３＃１が筒状部材２３１１＃１に形成されている例について説明を進める。

【0072】

筒状部材２３１１＃１の長手方向に沿った一方の端部には、開口２３１４＃１が形成されている。つまり、筒状部材２３１１＃１の取付部２３１３＃１には、開口２３１４＃１が形成されている。開口２３１４＃１は、筒状部材２３１１＃１の長手方向に交差する。筒状部材２３１１＃１の長手方向に沿った他方の端部（つまり、一方の端部とは反対側の端部）には、開口２３１５＃１が形成されている。開口２３１５＃１は、筒状部材２３１１＃１の長手方向に交差する。開口２３１４＃１及び２３１５＃１のそれぞれは、内部空間２３１２＃１と筒状部材２３１１＃１の外部の空間とを接続する。

【0073】

第１のヘッド装置２３＃１は、鏡筒２１４の射出口２１４２と第１のヘッド装置２３＃１の開口２３１４＃１とが接続されるように、取付部２１４３及び２３１３＃１を介して鏡筒２１４に取り付けられる。つまり、第１のヘッド装置２３＃１は、射出口２１４２及び開口２３１４＃１を介して鏡筒２１４の内部空間２１４１と第１のヘッド装置２３＃１の内部空間２３１２＃１とが接続されるように、取付部２１４３及び２３１３＃１を介して鏡筒２１４に取り付けられる。尚、鏡筒２１４に取り付けられた第１のヘッド装置２３＃１が図９に示されている。

【0074】

上述したように、鏡筒２１４の射出口２１４２からは、加工光ＥＬが射出される。このため、第１のヘッド装置２３＃１における加工光の光路を示す断面図である図９に示すように、射出口２１４２から射出された加工光ＥＬは、開口２３１４＃１を介して、第１のヘッド装置２３＃１の内部空間２３１２＃１に入射する。このため、開口２３１４＃１は、入射口と称されてもよい。内部空間２３１２＃１に入射した加工光ＥＬは、内部空間２３１２＃１を通過して開口２３１５＃１に到達する。このため、開口２３１４＃１及び２３１５＃１の夫々は、鏡筒２１４から射出された加工光ＥＬ（つまり、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬ）が開口２３１４＃１及び２３１５＃１の双方を通過可能となるように、適切な位置に形成されていてもよい。例えば、開口２３１４＃１及び２３１５＃１のそれぞれは、照射光学系２１１の光軸ＡＸ上に形成されていてもよい。開口２３１５＃１に到達した加工光ＥＬは、開口２３１５＃１を介して内部空間２３１２＃１から第１のヘッド装置２３＃１の外部へと射出される。このため、開口２３１５＃１は、射出口と称されてもよい。

【0075】

上述したように、鏡筒２１４の射出口２１４２からは、加工光ＥＬに加えて又は代えて、気体供給装置５から供給されるパージガスが流出する。このため、第１のヘッド装置２３＃１におけるパージガスの流路を示す断面図である図９に示すように、射出口２１４２から流出したパージガスは、開口２３１４＃１を介して、第１のヘッド装置２３＃１の内部空間２３１２＃１に流入する。このため、開口２３１４＃１は、流入口と称されてもよい。この場合、気体供給装置５は、第１のヘッド装置２３＃１の内部空間２３１２＃１にパージガスを供給しているとみなしてもよい。内部空間２３１２＃１に流入したパージガスは、内部空間２３１２＃１を通過して開口２３１５＃１に到達する。開口２３１５＃１に到達したパージガスは、開口２３１５＃１を介して内部空間２３１２＃１から第１ヘッド装置２３＃１の外部へと流出する。このため、開口２３１５＃１は、流出口と称されてもよい。

【0076】

第１のヘッド装置２３＃１は、例えば、加工システムＳＹＳが３次元構造物ＳＴを形成するための造形動作を行っている期間の少なくとも一部において、鏡筒２１４に取り付けられてもよい。この場合、加工システムＳＹＳは、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬを、第１のヘッド装置２３＃１を介してワークＷに照射可能である。具体的には、図９に示すように、加工システムＳＹＳは、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬを、第１のヘッド装置２３＃１の開口２３１５＃１から、材料ノズル２１２がワークＷに供給する造形材料Ｍ（或いは、溶融池ＭＰ）に向けて射出する。その結果、加工システムＳＹＳは、第１のヘッド装置２３＃１が鏡筒２１４に取り付けられている場合であっても、３次元構造物ＳＴを適切に形成することができる。

【0077】

第１のヘッド装置２３＃１が鏡筒２１４に取り付けられている場合には、第１のヘッド装置２３＃１が鏡筒２１４に取り付けられていない場合と比較して、上述した不要物質（例えば、ヒューム及び不要な造形材料Ｍの少なくとも一方）が照射光学系２１１に付着する可能性がより一層低くなる。なぜならば、第１のヘッド装置２３＃１の筒状部材２３１１＃１が不要物質を遮蔽するカバー部材として機能可能であるからである。更には、第１のヘッド装置２３＃１の開口２３１５＃１からパージガスが流出しているため、開口２３１５＃１を介して不要物質が第１のヘッド装置２３＃１の内部空間２３１２＃１に侵入する可能性も低い。この意味においても、第１のヘッド装置２３＃１の内部空間２３１２＃１を介して不要物質が照射光学系２１１に到達する可能性が低くなる。

【0078】

加工システムＳＹＳが造形動作を行っている期間の少なくとも一部において第１のヘッド装置２３＃１が鏡筒２１４に取り付けられる場合には、図９に示すように、第１のヘッド装置２３＃１は、第１のヘッド装置２３＃１の開口２３１５＃１が材料ノズル２１２の材料供給口２１２１の近傍に配置されるように、鏡筒２１４に取り付けられてもよい。言い換えれば、第１のヘッド装置２３＃１は、第１のヘッド装置２３＃１の開口２３１５＃１が材料ノズル２１２の材料供給口２１２１の近傍に配置される状態を実現可能な形状及びサイズを有していてもよい。尚、「開口２３１５＃１が材料供給口２１２１の近傍に配置される」状態は、「開口２３１５＃１が材料供給口２１２１から所定距離以下の範囲に位置する」状態を意味していてもよい。この場合、開口２３１５＃１から流出したパージガスの少なくとも一部は、材料供給口２１２１の周辺でパージガスの流れを形成する。典型的には、開口２３１５＃１から流出したパージガスの少なくとも一部は、材料供給口２１２１に吹き付けられる。その結果、開口２３１５＃１から流出したパージガスが材料供給口２１２１の周辺でパージガスの流れを形成しない場合と比較して、ヒューム等の不要物質が材料供給口２１２１（更には、材料ノズル２１２）に付着する可能性が低くなる。そして、開口２３１５＃１から流出したパージガスの少なくとも一部は、目標照射領域ＥＡに吹き付けられる。その結果、目標照射領域ＥＡの周囲の雰囲気の酸素濃度が低減する可能性が高くなる。

【0079】

尚、第１のヘッド装置２３＃１は、加工システムＳＹＳが３次元構造物ＳＴを加工するための加工動作を行っている期間の少なくとも一部において、鏡筒２１４に取り付けられてもよい。つまり、加工システムＳＹＳは、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬを、第１のヘッド装置２３＃１を介して３次元構造物ＳＴの表面（特に、加工対象面ＰＳ）に照射してもよい。その結果、加工システムＳＹＳは、第１のヘッド装置２３＃１が鏡筒２１４に取り付けられている場合であっても、３次元構造物ＳＴを適切に加工することができる。特に、第１のヘッド装置２３＃１が鏡筒２１４に取り付けられている場合には、加工システムＳＹＳは、照射光学系２１１の光軸ＡＸに沿って加工光ＥＬを射出する。このため、加工システムＳＹＳは、光軸ＡＸに交差する加工対象面ＰＳを加工することができる。

【0080】

（３－２）第２のヘッド装置２３＃２の構造
続いて、図１０を参照しながら、第２のヘッド装置２３＃２について説明する。図１０は、第２のヘッド装置２３＃２の構造を示す断面図である。

【0081】

図１０に示すように、第２のヘッド装置２３＃２は、筒状部材２３１１＃２を備えている。筒状部材２３１１＃２は、内部に内部空間２３１２＃２が形成された筒状の部材である。図１０に示す例では、筒状部材２３１１＃２は、長手方向（図１０に示す例では、Ｚ軸方向）に沿って延びる筒状の部材である。筒状部材２３１１＃２の短手方向（つまり、長手方向に交差する方向であって、図１０に示す例では、例えば、ＸＹ平面に沿った方向）に沿った軸を含む筒状部材２３１１＃２の断面の形状は、円形であるが、その他の形状（例えば、楕円形又は多角形）であってもよい。内部空間２３１２＃２は、筒状部材２３１１＃２によって取り囲まれた空間である。このため、図１０に示す例では、内部空間２３１２＃２は、筒状部材２３１１＃２の長手方向（図１０に示す例では、Ｚ軸方向）に沿って延びる空間となる。

【0082】

筒状部材２３１１＃２は、鏡筒２１４に対して脱着可能である。このため、筒状部材２３１１＃２には、上述した鏡筒２１４の取付部２１４３に取り付け可能な取付部２３１３＃２が形成されている。図１０に示す例では、筒状部材２３１１＃２の長手方向に沿った一方の端部に、取付部２３１３＃２が形成されている。尚、第２のヘッド装置２３＃２の取付部２３１３＃２は、上述した第１のヘッド装置２３＃１の取付部２３１３＃１と同一の特徴を有していてもよい。このため、取付部２３１３＃２の説明については省略する。

【0083】

筒状部材２３１１＃２の長手方向に沿った一方の端部には、開口２３１４＃２が形成されている。つまり、筒状部材２３１１＃２の取付部２３１３＃２には、開口２３１４＃２が形成されている。開口２３１４＃２は、筒状部材２３１１＃２の長手方向に交差する。筒状部材２３１１＃２の長手方向に沿った他方の端部（つまり、一方の端部とは反対側の端部）には、開口２３１５＃２が形成されている。開口２３１５＃２は、筒状部材２３１＃２の長手方向に交差する。開口２３１４＃２及び２３１５＃２のそれぞれは、内部空間２３１２＃２と筒状部材２３１１＃２の外部の空間とを接続する。

【0084】

筒状部材２３１１＃２は、鏡筒２１４の射出口２１４２と筒状部材２３１１＃２の開口２３１４＃２とが接続されるように、取付部２１４３及び２３１３＃２を介して鏡筒２１４に取り付けられる。つまり、筒状部材２３１１＃２は、射出口２１４２及び開口２３１４＃２を介して鏡筒２１４の内部空間２１４１と筒状部材２３１１＃２の内部空間２３１２＃２とが接続されるように、取付部２１４３及び２３１３＃２を介して鏡筒２１４に取り付けられる。尚、鏡筒２１４に取り付けられた筒状部材２３１１＃２が図１１及び図１２に示されている。

【0085】

尚、上述した第１のヘッド装置２３＃１の筒状部材２３１１＃１が、第２のヘッド装置２３＃２の筒状部材２３１１＃２として用いられてもよい。

【0086】

第２のヘッド装置２３＃２は更に、筒状部材２３２１＃２を備えている。筒状部材２３２１＃２は、筒状部材２３１１＃２とは別個の部材である。しかしながら、筒状部材２３２１＃２は、筒状部材２３１１＃２と一体化されていてもよい。筒状部材２３２１＃２は、内部に内部空間２３２２＃２が形成された筒状の部材である。図１０に示す例では、筒状部材２３２１＃２は、筒状部材２３１１＃２と同様に、長手方向（図１０に示す例では、Ｚ軸方向）に沿って延びる筒状の部材である。筒状部材２３２１＃２の短手方向（つまり、長手方向に交差する方向であって、図１０に示す例では、例えば、ＸＹ平面に沿った方向）に沿った軸を含む筒状部材２３２１＃２の断面の形状は、円形であるが、その他の形状（例えば、楕円形又は多角形）であってもよい。内部空間２３２２＃２は、筒状部材２３２１＃２によって取り囲まれた空間である。このため、図１０に示す例では、内部空間２３２２＃２は、筒状部材２３２１＃２の長手方向（図１０に示す例では、Ｚ軸方向）に沿って延びる空間となる。

【0087】

筒状部材２３２１＃２の長手方向に沿った一方の端部には、開口２３２３＃２が形成されている。開口２３２３＃２は、筒状部材２３２１＃２の長手方向に交差する。筒状部材２３２１＃２は、筒状部材２３２１＃２の開口２３２３＃２と筒状部材２３１１＃２の開口２３１５＃２とを介して、筒状部材２３２１＃２の内部空間２３２２＃２と筒状部材２３１１＃２の内部空間２３１２＃２とが接続されるように、筒状部材２３１１＃２に取り付けられる。具体的には、筒状部材２３１１＃２及び２３２１＃２は、筒状の部材である。この場合、筒状部材２３１１＃２及び２３２１＃２の一方が、筒状部材２３１１＃２及び２３２１＃２の他方に挿入されるように、筒状部材２３２１＃２が筒状部材２３１１＃２に取り付けられていてもよい。図１０に示す例では、筒状部材２３１１＃２の他方の端部（つまり、－Ｚ側の端部）が、筒状部材２３２１＃２の開口２３２３＃２を介して筒状部材２３２１＃２の内部空間２３２２＃２に挿入されるように、筒状部材２３２１＃２が筒状部材２３１１＃２に取り付けられている。このため、図１０に示す例では、筒状部材２３２１＃２の開口２３２３＃２のサイズは、筒状部材２３１１＃２の開口２３１５＃２のサイズよりも大きくなる。筒状部材２３１１＃２が筒状部材２３２１＃２の内部空間２３２２＃２に挿入される場合、筒状部材２３１１＃２及び２３２１＃２は、筒状部材２３１１＃２及び２３２１＃２の長手方向（つまり、Ｚ軸方向であり、照射光学系２１１の光軸ＡＸに沿った方向）に沿って並ぶ。

【0088】

筒状部材２３２１＃２は、筒状部材２３１１＃２に対して移動可能となるように筒状部材２３１１＃２に取り付けられる。より具体的には、筒状部材２３２１＃２は、筒状部材２３２１＃２の長手方向に沿った軸（つまり、Ｚ軸であり、照射光学系２１１の光軸ＡＸに沿った軸）廻りに回転可能となるように、（つまり、回転移動可能となるように）筒状部材２３１１＃２に取り付けられる。例えば、筒状部材２３２１＃２は、筒状部材２３１１＃２に対して筒状部材２３２１＃２を移動させることが可能な駆動系２３３＃２を介して、筒状部材２３１１＃２に取り付けられていてもよい。駆動系２３３＃２は、筒状部材２３２１＃２の長手方向に沿った軸廻りに筒状部材２３２１＃２を回転させることが可能な任意の駆動系である。駆動系２３３＃２は、例えば、中空モータを含んでいてもよい。

【0089】

上述したように、鏡筒２１４の射出口２１４２からは、加工光ＥＬが射出される。このため、第２のヘッド装置２３＃２における加工光ＥＬの光路を示す図１１に示すように、射出口２１４２から射出された加工光ＥＬは、開口２３１４＃２を介して、筒状部材２３１１＃２の内部空間２３１２＃２に入射する。このため、開口２３１４＃２は、入射口と称されてもよい。内部空間２３１２＃２に入射した加工光ＥＬは、内部空間２３１２＃２を通過して開口２３１５＃２に到達する。このため、開口２３１４＃２及び２３１５＃２のそれぞれは、鏡筒２１４から射出された加工光ＥＬ（つまり、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬ）が開口２３１４＃２及び２３１５＃２の双方を通過可能となるように、適切な位置に形成されていてもよい。例えば、開口２３１４＃２及び２３１５＃２のそれぞれは、照射光学系２１１の光軸ＡＸ上に形成されていてもよい。開口２３１５＃２に到達した加工光ＥＬは、開口２３１５＃２及び開口２３１５＃２に接続されている開口２３２３＃２を介して、筒状部材２３２１＃２の内部空間２３２２＃２に入射する。

【0090】

再び図１０において、第２のヘッド装置２３＃２は、照射光学系２３４＃２を更に備える。照射光学系２３４＃２は、内部空間２３１２＃２及び２３２２＃２の少なくとも一方における加工光ＥＬの光路上に配置される。照射光学系２３４＃２が内部空間２３１２＃２に配置されている場合、筒状部材２３１１＃２は、内部空間２３１２＃２に配置されている照射光学系２３４＃２を保持してもよい。照射光学系２３４＃２が内部空間２３２２＃２に配置されている場合、筒状部材２３２１＃２は、内部空間２３２２＃２に配置されている照射光学系２３４＃２を保持してもよい。筒状部材２３１１＃２及び２３２１＃２の少なくとも一方は、照射光学系２３４＃２を収容する（つまり、照射光学系２３４＃２を含む）収容部材として機能してもよい。また、第２のヘッド装置２３＃２は、照射光学系２３４＃２を備えているがゆえに、光学装置と称されてもよい。尚、以下の説明では、照射光学系２３４＃２が内部空間２３２２＃２に配置される例について説明する。

【0091】

図１１に示すように、照射光学系２３４＃２には、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬが入射する。照射光学系２３４＃２は、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬを、照射光学系２１１が加工光ＥＬを集光する集光面２１１ＦＰとは異なる位置に設定される集光面２３４ＦＰに集光する。つまり、照射光学系２３４＃２は、照射光学系２１１が加工光ＥＬを集光する位置とは異なる位置に加工光ＥＬを集光する。

【0092】

集光面２１１ＦＰとは異なる集光面２３４ＦＰに加工光ＥＬを集光するために、照射光学系２３４＃２は、集光光学系２３４１＃２を備える。集光光学系２３４１＃２は、集光光学系２３４１＃２に入射する加工光ＥＬを、集光面２３４ＦＰに集光する。集光光学系２３４１＃２は、照射光学系２１１が集光面２１１ＦＰに形成した像を、集光面２３４ＦＰに形成する。このため、集光光学系２３４１＃２は、結像光学系と称されてもよい。この場合、集光面２３４ＦＰは、集光面２１１ＦＰと光学的に共役になる。つまり、集光光学系２３４１＃２は、集光面２１１ＦＰと光学的に共役な集光面２３４ＦＰに加工光ＥＬを集光する。尚、集光光学系２３４１＃２の光軸は、照射光学系２１１の光軸ＡＸと一致しているが、異なっていてもよい。

【0093】

集光面２３４ＦＰは、集光面２１１ＦＰから、光軸ＡＸに交差する交差方向（図１１に示す例では、ＸＹ平面に沿った方向）に沿って離れている。つまり、照射光学系２３４＃２は、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬを、集光面２１１ＦＰから光軸ＡＸに交差する交差方向に沿って離れた位置に設定される集光面２３４ＦＰに集光する。集光面２１１ＦＰが光軸ＡＸに交差する光学面であるため、集光面２３４ＦＰは、光軸ＡＸから、光軸ＡＸに交差する交差方向（図１１に示す例では、ＸＹ平面に沿った方向）に沿って離れている。つまり、照射光学系２３４＃２は、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬを、光軸ＡＸから光軸ＡＸに交差する交差方向に沿って離れた位置に設定される集光面２３４ＦＰに集光する。集光面２１１ＦＰから光軸ＡＸに交差する交差方向に沿って離れた集光面２３４ＦＰに加工光ＥＬを集光するために、照射光学系２３４＃４は、偏向光学系２３４２＃２を更に備える。偏向光学系２３４２＃２は、集光光学系２３４１＃２から射出される加工光ＥＬを、光軸ＡＸに交差する交差方向に向けて偏向する。つまり、偏向光学系２３４２＃２は、加工光ＥＬの進行方向が光軸ＡＸに沿った方向から光軸ＡＸに交差する交差方向へと変わるように、加工光ＥＬを偏向する。例えば、偏向光学系２３４２＃２は、集光光学系２３４１＃２から射出される加工光ＥＬを、光軸ＡＸに交差する交差方向に向けて反射することで、加工光ＥＬを偏向してもよい。

【0094】

偏向光学系２３４２＃２を収容する筒状部材２３２１＃２には、偏向光学系２３４２＃２が偏向した加工光ＥＬが通過可能な開口２３２４＃２が形成されている。このため、偏向光学系２３４２＃２が偏向した加工光ＥＬは、開口２３２４＃２を介して、内部空間２３２２＃２から筒状部材２３２１＃２の外部（つまり、第２のヘッド装置２３＃２の外部）へと射出される。このため、開口２３２４＃２は、射出口と称されてもよい。開口２３２４＃２から射出された加工光ＥＬは、集光面２３４ＦＰに集光される。このため、集光面２３４ＦＰは、第２のヘッド装置２３＃２の外部に設定される。

【0095】

但し、集光面２３４ＦＰは、集光面２１１ＦＰから、照射光学系２１１の光軸ＡＸに交差する交差方向に沿って離れていなくてもよい。集光面２３４ＦＰと集光面２１１ＦＰとは、光軸ＡＸに沿って並んでいてもよい。この場合、照射光学系２３４＃２は、偏向光学系２３４２＃２を備えていなくてもよい。

【0096】

上述したように筒状部材２３２１＃１は、駆動系２３３＃２によって光軸ＡＸ廻りに回転可能である。このため、筒状部材２３２１＃２の回転に伴い、筒状部材２３２１＃２が保持する照射光学系２３４＃２もまた、光軸ＡＸ廻りに回転する。照射光学系２３４＃２が光軸ＡＸ廻りに回転すると、偏向光学系２３４２＃２が光軸ＡＸ廻りに回転する。その結果、偏向光学系２３４２＃２による加工光ＥＬの偏向方向が、光軸ＡＸ廻りに変更される。つまり、偏向光学系２３４２＃２からの加工光ＥＬの射出方向（つまり、偏向光学系２３４２＃２から射出された加工光ＥＬの進行方向）が、光軸ＡＸ廻りに変更される。照射光学系２３４＃２が光軸ＡＸ廻りに回転すると、加工光ＥＬを射出する開口２３２４＃２（射出口）も光軸ＡＸ廻りに回転する。その結果、開口２３２４＃２からの加工光ＥＬの射出方向も光軸ＡＸ廻りに変更される。

【0097】

上述したように、鏡筒２１４の射出口２１４２からは、加工光ＥＬに加えて又は代えて、気体供給装置５から供給されるパージガスが流出する。このため、第２のヘッド装置２３＃２におけるパージガスの流路を示す図１２に示すように、射出口２１４２から流出したパージガスは、開口２３１４＃２を介して、筒状部材２３１１＃２の内部空間２３１２＃２に流入する。このため、開口２３１４＃２は、流入口と称されてもよい。内部空間２３１２＃２に流入した加工光ＥＬは、内部空間２３１２＃２を通過して開口２３１５＃２に到達する。開口２３１５＃２に到達したパージガスは、開口２３１５＃２及び２３２３＃２を介して、筒状部材２３２１＃２の内部空間２３２２＃２に流入する。この場合、気体供給装置５は、第２のヘッド装置２３＃２の内部空間２３１２＃２及び２３２２＃２にパージガスを供給しているとみなしてもよい。内部空間２３２２＃２に流入したパージガスは、内部空間２３２２＃２を通過して開口２３２４＃２に到達する。開口２３２４＃２に到達したパージガスは、開口２３２４＃２を介して内部空間２３２２＃２から第２のヘッド装置２３＃２の外部へと流出する。このため、開口２３２４＃２は、流出口と称されてもよい。

【0098】

内部空間２３２２＃２には、照射光学系２３４＃２が配置されている。この場合、気体供給装置５は、照射光学系２３４＃２にパージガスを供給しているとみなしてもよい。つまり、気体供給装置５は、内部空間２３２２＃２にパージガスを供給することで、照射光学系２３４＃２にパージガスを供給しているとみなしてもよい。照射光学系２３４＃２に供給されたパージガスは、照射光学系２３４＃２を冷却するために用いられてもよい。照射光学系２３４＃２に供給されたパージガスは、照射光学系２３４＃２に不要物質が付着するのを防止するために用いられてもよい。

【0099】

但し、上述したように筒状部材２３２１＃２が照射光学系２３４＃２を保持している場合には、筒状部材２３２１＃２は、照射光学系２３４＃２を構成する光学部材と筒状部材２３２１＃２とが密着するように照射光学系２３４＃２を保持する可能性がある。この場合には、筒状部材２３２１＃２の内部空間２３２２＃２に流入したパージガスは、内部空間２３２２＃２において局所的に滞留してしまう可能性がある。その結果、照射光学系２３４＃２が適切に冷却されない可能性がある。具体的には、照射光学系２３４＃２が複数の光学部材を備えている場合には、内部空間２３２２＃２に流入したパージガスは、複数の光学部材のうち開口２３２３＃２に最も近い一の光学部材に供給される。一方で、一の光学部材が筒状部材２３２１＃２に密着している場合には、一の光学部材に供給されたパージガスの流れは、一の光学部材によって遮られる。その結果、複数の光学部材のうち一の光学部材以外の他の光学部材には、パージガスが供給されなくなる。

【0100】

そこで、筒状部材２３２１＃２には、照射光学系２３４＃２が備える複数の光学部材のそれぞれにパージガスを供給するための供給経路が形成されていてもよい。例えば、パージガスの供給経路が形成された筒状部材２３２１＃２の一例を示す透過斜視図である図１３及びパージガスの供給経路が形成された筒状部材２３２１＃２の一例を示す断面図である図１４に示すように、筒状部材２３２１＃２の内壁面（つまり、内部空間２３２２＃２に面する面）には、パージガスを供給するための供給経路として機能可能な溝２３２５＃２が形成されていてもよい。溝２３２５＃２は、照射光学系２３４＃２が備える複数の光学部材２３４３＃２が並ぶ方向（図１３及び図１４に示す例では、Ｚ軸方向）に沿って延びる。この場合、パージガスは、溝２３２５＃２を介して照射光学系２３４＃２が備える複数の光学部材２３４３＃２に順に供給される。尚、光学部材２３４３＃２は、集光光学系２３４１＃２を構成する光学部材を含んでいてもよいし、偏向光学系２３４２＃２を構成する光学部材を含んでいてもよい。

【0101】

溝２３２５＃２には、溝２３２５＃２を流れるパージガスを遮る少なくとも一つの障壁部材２３２６＃２が形成されていてもよい。障壁部材２３２６＃２は、溝２３２５＃２のうち隣り合う二つの光学部材２３４３＃２の間に位置する部分に形成されていてもよい。障壁部材２３２６＃２が形成される場合には、溝２３２５＃２を流れるパージガスは、障壁部材２３２６＃２によって溝２３２５＃２から離れる方向に向かって流出する。その結果、パージガスが溝２３２５＃２を流れ続ける（つまり、パージガスが溝２３２５＃２から離れる方向に向かって流出しない）場合と比較して、各光学部材２３４３＃２のうちのパージガスに触れる部分が多くなる。その結果、各光学部材２３４３＃２がより適切に冷却される。

【0102】

第２のヘッド装置２３＃２は、例えば、加工システムＳＹＳが３次元構造物ＳＴを加工するための加工動作を行っている期間の少なくとも一部において、鏡筒２１４に取り付けられてもよい。この場合、加工システムＳＹＳは、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬを、第２のヘッド装置２３＃２を介して（つまり、第２のヘッド装置２３＃２によって）３次元構造物ＳＴに照射可能である。その結果、加工システムＳＹＳは、第２のヘッド装置２３＃２が鏡筒２１４に取り付けられている場合であっても、３次元構造物ＳＴを適切に加工することができる。この場合、第２のヘッド装置２３＃２は、３次元構造物ＳＴを加工するために用いられるがゆえに、加工装置と称されてもよい。

【0103】

本実施形態では特に、偏向光学系２３４２＃２によって、光軸ＡＸに交差する方向に向かって加工光ＥＬが偏向される。このため、加工システムＳＹＳは、第２のヘッド装置２３＃２から射出された加工光ＥＬを、光軸ＡＸに沿った加工対象面ＰＳ（例えば、Ｚ軸に沿った加工対象面ＰＳ）に照射することができる。その結果、加工システムＳＹＳは、偏向光学系２３４２＃２を備えていない場合には加工光ＥＬを照射することが難しい加工対象面ＰＳに対して、加工光ＥＬを照射することができる。このため、加工システムＳＹＳは、偏向光学系２３４２＃２を備えていない場合には加工することが難しい３次元構造物ＳＴを加工することができる。

【0104】

例えば、図１５は、筒状の形状を有する３次元構造物ＳＴを加工するための加工光ＥＬを射出する第２のヘッド装置２３＃２の断面を、３次元構造物ＳＴの断面と共に示している。この場合、３次元構造物ＳＴには、筒の中心の空間に相当する空隙ＳＴｐが形成されている。この空隙ＳＴｐに面する３次元構造物ＳＴの表面は、光軸ＡＸに交差する底面ＳＴｂのみならず、光軸ＡＸに沿った内壁面ＳＴｓを含んでいる。加工システムＳＹＳは、第２のヘッド装置２３＃２を用いることで、内壁面ＳＴｓに加工光ＥＬを照射することができる。具体的には、加工システムＳＹＳは、内壁面ＳＴｓに目標照射領域ＥＡが設定される（つまり、集光面２３４ＦＰの位置に内壁面ＳＴｓが配置される）ように、３次元構造物ＳＴと第２のヘッド装置２３＃２との相対的な位置関係を制御する。加工システムＳＹＳは、第２のヘッド装置２３＃２が取り付けられた加工ヘッド２１及び３次元構造物ＳＴが載置されたステージ３１の少なくとも一方を移動させることで、３次元構造物ＳＴと第２のヘッド装置２３＃２との相対的な位置関係を制御してもよい。加工システムＳＹＳは、駆動系２３３＃２を用いて第２のヘッド装置２３＃２を移動させることで、３次元構造物ＳＴと第２のヘッド装置２３＃２との相対的な位置関係を制御してもよい。その結果、加工システムＳＹＳは、内壁面ＳＴｓに加工光ＥＬを照射することができる。このため、加工システムＳＹＳは、第２のヘッド装置２３＃２を用いることで、内壁面ＳＴｓを適切に加工することができる。尚、第２のヘッド装置２３＃２が鏡筒２１４から取り外されれば、加工システムＳＹＳは、底面ＳＴｂに加工光ＥＬを照射することができる。その結果、加工システムＳＹＳは、底面ＳＴｂも適切に加工することができる。

【0105】

加工システムＳＹＳが内壁面ＳＴｓを加工する場合には、加工光ＥＬを射出する第２のヘッド装置２３＃２の少なくとも一部は、内壁面ＳＴｓに面する空隙ＳＴｐに挿入されてもよい。このため、第２のヘッド装置２３＃２のサイズ（具体的には、光軸ＡＸに交差する方向における幅）は、第２のヘッド装置２３＃２が空隙ＳＴｐに挿入可能となる程度のサイズに設定されていてもよい。一方で、第２のヘッド装置２３＃２が取り付けられている鏡筒２１４は、空隙ＳＴｐに挿入されなくてもよい。このため、鏡筒２１４の最大幅（具体的には、光軸ＡＸに交差する方向における幅の最大値）は、第２のヘッド装置２３＃２の最大幅よりも長くてもよい。言い換えれば、第２のヘッド装置２３＃２の最大幅は、鏡筒２１４の最大幅よりも短くてもよい。

【0106】

図１５に示す例では、内壁面ＳＴｓは、筒状の面である。このため、空隙ＳＴｐに第２のヘッド装置２３＃２の少なくとも一部が挿入されている場合には、内壁面ＳＴｓは、照射光学系２１１の光軸ＡＸ（つまり、集光光学系２３４１＃２の光軸）を挟み込む又は取り囲むように光軸ＡＸ側を向いた面となる。また、第２のヘッド装置２３＃２の少なくとも一部（特に、照射光学系２３４＃２の少なくとも一部）は、内壁面ＳＴｓによって挟まれる又は取り囲まれる。従って、空隙ＳＴｐに第２のヘッド装置２３＃２の少なくとも一部が挿入されている場合には、照射光学系２３４＃２は、光軸ＡＸ及び照射光学系２３４＃２の少なくとも一部を挟む又は取り囲む内壁面ＳＴｓに加工光ＥＬを照射することになる。

【0107】

第２のヘッド装置２３＃２からは、一方向に向かって加工光ＥＬが射出される。一方で、上述したように、内壁面ＳＴｓは、第２のヘッド装置２３＃２の少なくとも一部を挟む又は取り囲む面である。このため、加工システムＳＹＳは、第２のヘッド装置２３＃２から一方向に向かって加工光ＥＬを射出するだけでは、内壁面ＳＴｓの一部にしか加工光ＥＬを照射することができない。このため、加工システムＳＹＳは、駆動系２３３＃２を制御して照射光学系２３４＃２（特に、偏向光学系２３４２＃２）を移動させる（具体的には、回転させる）ことで、内壁面ＳＴｓ上での加工光ＥＬの照射位置を変更してもよい。具体的には、上述したように、駆動系２３３＃２は、光軸ＡＸ廻りに筒状部材２３２１＃２を回転させる。その結果、筒状部材２３２１＃２の回転に合わせて、筒状部材２３２１＃２が保持する照射光学系２３４＃２（特に、偏向光学系２３４２＃２）もまた、光軸ＡＸ廻りに回転する。このため、筒状の空隙ＳＴｐが形成された３次元構造物ＳＴを示す透過斜視図である図１６に示すように、加工システムＳＹＳは、加工光ＥＬの照射位置を、光軸ＡＸを取り囲む輪帯状の領域ＲＡ内において変更することができる。その結果、筒状の空隙ＳＴｐが形成された３次元構造物ＳＴの内壁面ＳＴｓに照射される加工光ＥＬを示す断面図である図１７に示すように、加工システムＳＹＳは、輪帯状の領域ＲＡを加工光ＥＬで走査するように、輪帯状の領域ＲＡに加工光ＥＬを照射することができる。更に、加工システムＳＹＳは、加工ヘッド２１及びステージ３１の少なくとも一方を光軸ＡＸに沿った方向に移動させることで、内壁面ＳＴｓ上において、輪帯状の領域ＲＡを光軸ＡＸに沿った方向（図１６及び図１７に示す例では、Ｚ軸方向）に移動させることができる。その結果、加工システムＳＹＳは、内壁面ＳＴｓのうち加工するべき部分（つまり、加工対象面ＰＳ）を適切に加工することができる。尚、照射光学系２３４＃２が回転する（つまり、移動する）と、照射光学系２３４＃２と３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係が変わる。このため、照射光学系２３４＃２を回転可能な駆動系２３３＃２は、照射光学系２３４＃２と３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係を変更可能な位置変更装置として機能してもよい。

【0108】

加工システムＳＹＳは、ヘッド駆動系２２及びステージ駆動系３２を用いて加工ヘッド２１及びステージ３１を移動させることなく、駆動系２３３＃２を用いて照射光学系２３４＃２を移動（この場合、回転）させてもよい。具体的には、加工システムＳＹＳは、加工ヘッド２１が備える照射光学系２１１とステージ３１に載置されている３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係を維持したまま、照射光学系２３４＃２と３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係を変更してもよい。例えば、空隙ＳＴｐの幅（図１６及びが比較的小さい場合には、加工システムＳＹＳは、照射光学系２３４＃２を回転させれば、内壁面ＳＴｓ上の加工対象面ＰＳの全体に加工光ＥＬを照射できる可能性が高い。このため、空隙ＳＴｐの幅が比較的小さい場合には、加工システムＳＹＳは、加工ヘッド２１及びステージ３１を移動させることなく照射光学系２３４＃２を回転させることで、３次元構造物ＳＴを加工してもよい。

【0109】

或いは、加工システムＳＹＳは、ヘッド駆動系２２及びステージ駆動系３２を用いて加工ヘッド２１及びステージ３１を移動させ、且つ、駆動系２３３＃２を用いて照射光学系２３４＃２を移動（この場合、回転）させてもよい。つまり、加工システムＳＹＳは、照射光学系２１１と３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係を変更し、且つ、照射光学系２３４＃２と３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係を変更してもよい。例えば、空隙ＳＴｐの幅が比較的大きい場合には、加工システムＳＹＳは、照射光学系２３４＃２を回転させるだけでは、内壁面ＳＴｓ上の加工対象面ＰＳの全体に加工光ＥＬを照射できない可能性がある。このため、空隙ＳＴｐの幅が比較的大きい場合には、加工システムＳＹＳは、加工ヘッド２１及びステージ３１を移動させ且つ照射光学系２３４＃２を回転させることで、３次元構造物ＳＴを加工してもよい。例えば、筒状の空隙ＳＴｐが形成された３次元構造物ＳＴの内壁面ＳＴｓに照射される加工光ＥＬを示す断面図である図１８に示すように、加工システムＳＹＳは、第２のヘッド装置２３＃２が内壁面ＳＴｓに沿った円形の移動軌跡に沿って移動するように加工ヘッド２１を移動させ、且つ、第２のヘッド装置２３＃２が内壁面ＳＴｓに向かって加工光ＥＬを射出するように照射光学系２３４＃２を回転させてもよい。

【0110】

照射光学系２３４＃２と３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係が変わると、加工光ＥＬが集光される集光面２３４ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係（特に、加工光ＥＬの進行方向に沿った位置関係）が変わる可能性がある。その結果、集光面２１１ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係が変わる場合と同様に、加工対象面ＰＳが適切に平滑化されない可能性がある。そこで、第２のヘッド装置２３＃２が鏡筒２１４に取り付けられている場合においても、加工システムＳＹＳは、加工対象面ＰＳが適切に平滑化されるように、集光面２３４ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係を制御してもよい。つまり、加工システムＳＹＳは、加工対象面ＰＳが適切に平滑化されるように集光面２１１ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係を制御する場合と同様に、加工対象面ＰＳが適切に平滑化されるように集光面２３４ＦＰと加工対象面ＰＳとの相対的な位置関係を制御してもよい。

【0111】

加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して斜入射するように加工システムＳＹＳが加工ヘッド２１と３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係を変更してもよいことは上述したとおりである。第２のヘッド装置２３＃２が鏡筒２１４に取り付けられている場合においても、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して斜入射するように加工システムＳＹＳが加工ヘッド２１と３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係を変更してもよい。或いは、第２のヘッド装置２３＃２が鏡筒２１４に取り付けられる場合には、加工対象面ＰＳに対して斜入射する加工光ＥＬを射出可能な第２のヘッド装置２３＃２が鏡筒２１４に取り付けられてもよい。例えば、第２のヘッド装置２３＃２が鏡筒２１４に取り付けられる場合には、加工対象面ＰＳに対する加工光ＥＬの入射角度は、偏向光学系２３４２＃２に依存する。例えば、偏向光学系２３４２＃２が反射面で加工光ＥＬを反射することで加工光ＥＬを偏向する場合には、加工対象面ＰＳに対する加工光ＥＬの入射角度は、偏向光学系２３４２＃２の反射面の角度（具体的には、加工光ＥＬの進行方向に対する角度）に依存する。このため、光学特性（具体的には、偏向方向に関する光学特性であり、例えば、反射面の角度）が異なる複数の偏向光学系２３４２＃２をそれぞれ備える複数の第２のヘッド装置２３＃２を用意しておき、当該複数の第２のヘッド装置２３＃２のうち加工対象面ＰＳに対して加工光ＥＬが斜入射するように加工光ＥＬを偏向可能な一の偏向光学系２３４２＃２が、鏡筒２１４に取り付けられてもよい。その結果、加工ヘッド２１と３次元構造物ＳＴとの相対的な位置関係が変更されなくても、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して斜入射することになる。或いは、偏向光学系２３４２＃２の光学特性（例えば、反射面の角度）が変更可能である場合には、加工システムＳＹＳは、加工光ＥＬが加工対象面ＰＳに対して斜入射するように、偏向光学系２３４２＃２の光学特性を変更してもよい。

【0112】

尚、加工システムＳＹＳが加工動作の一例である溶接動作を行ってもよいことは上述したとおりである。加工システムＳＹＳは、第２のヘッド装置２３＃２が鏡筒２１４に取り付けられている場合においても、溶接動作を行ってもよい。例えば、加工システムＳＹＳは、筒状の３次元構造物ＳＴの一例である第１の配管と、筒状の３次元構造物ＳＴの一例である第２の配管とを溶接してもよい。具体的には、加工システムＳＹＳは、第１及び第２の配管の管路に第２のヘッド装置２３＃２を挿入し、第１及び第２の配管の内壁面の境界に加工光ＥＬを照射することで、第１及び第２の配管を溶接してもよい。

【0113】

また、第２のヘッド装置２３＃２は、加工システムＳＹＳが３次元構造物ＳＴを形成するための造形動作を行っている期間の少なくとも一部において、鏡筒２１４に取り付けられてもよい。つまり、加工システムＳＹＳは、照射光学系２１１から射出された加工光ＥＬを、第２のヘッド装置２３＃２を介してワークＷに照射することで、３次元構造物ＳＴに形成してもよい。その結果、加工システムＳＹＳは、第２のヘッド装置２３＃２が鏡筒２１４に取り付けられている場合であっても、３次元構造物ＳＴを適切に形成することができる。第２のヘッド装置２３＃２が鏡筒２１４に取り付けられる場合には、材料ノズル２１２が造形材料Ｍを供給する目標供給領域ＭＡは、第２のヘッド装置２３＃２が加工光ＥＬを集光する集光面２３４ＦＰ又は集光面２３４ＦＰの近傍に設定されてもよい。例えば、加工システムＳＹＳは、材料ノズル２１２を移動させることで、目標供給領域ＭＡを、第１のヘッド装置２３＃１が加工光ＥＬを集光する集光面２１１ＦＰ又は集光面２１１ＦＰの近傍から、集光面２３４ＦＰ又は集光面２３４ＦＰの近傍に変更してもよい。

【0114】

（４）第２のヘッド装置２３＃２の変形例
続いて、図１９を参照しながら、第２のヘッド装置２３＃２の変形例について説明する。図１９は、第２のヘッド装置２３ａ＃２の変形例の構造を示す断面図である。以下では、第２のヘッド装置２３＃２の変形例を“第２のヘッド装置２３ａ＃２”と称することで、上述した第２のヘッド装置２３＃２と区別する。

【0115】

図１９に示すように、第２のヘッド装置２３ａ＃２は、上述した第２のヘッド装置２３＃２と比較して、筒状部材２３２１＃２に代えて、筒状部材２３２１ａ＃２を備えているという点で異なる。更に、第２のヘッド装置２３ａ＃２は、上述した第２のヘッド装置２３＃２と比較して、照射光学系２３４＃２に代えて、照射光学系２３４ａ＃２を備えているという点で異なる。第２のヘッド装置２３ａ＃２のその他の特徴は、第２のヘッド装置２３＃２のその他の特徴と同一であってもよい。

【0116】

筒状部材２３２１ａ＃２は、筒状部材２３２１＃２と比較して、テレスコピックな構造（つまり、伸縮自在な入れ子構造）を有しているという点で異なる。つまり、筒状部材２３２１ａ＃２は、径が異なる複数の筒状部材が組み合わせられた部材である。このため、筒状部材２３２１ａ＃２は、筒状部材２３２１ａ＃２の長手方向（図１９に示す例では、Ｚ軸方向であり、光軸ＡＸに沿った方向）に沿って伸縮可能である。筒状部材２３２１ａ＃２のその他の特徴は、筒状部材２３２１＃２のその他の特徴と同一であってもよい。

【0117】

照射光学系２３４ａ＃２は、照射光学系２３４＃２と比較して、平行光学系２３４４ａ＃２を備えているという点で異なる。照射光学系２３４ａ＃２のその他の特徴は、照射光学系２３４＃２のその他の特徴と同一であってもよい。

【0118】

平行光学系２３４４ａ＃２は、不図示の照射光学系２１１から非平行光として射出される加工光ＥＬを平行光に変換可能な光学系である。例えば、図１９に示すように、平行光学系２３４４ａは、光軸ＡＸに沿って並ぶ光学部材２３４５ａ＃２及び２３４６ａ＃２を備えていてもよい。光学部材２３４５ａ＃２は、加工光ＥＬの光路を示す断面図である図２０に示すように、照射光学系２１１から非平行光として射出される加工光ＥＬを平行光に変換する。ここで、光学部材２３４５ａ＃２は、その前側焦点位置が集光面２１１ＦＰ上になるように位置決めされている。光学部材２３４６ａ＃２は、図２０に示すように、光学部材２３４５ａ＃２から平行光として射出される加工光ＥＬを非平行光に変換する。光学部材２３４６ａ＃２から非平行光として射出される加工光ＥＬは、集光光学系２３４１＃２に入射する。ここで、集光光学系２３４１＃２による集光面２３４ＦＰと光学的に共役な面に、光学部材２３４６ａ＃２の後側焦点位置が位置している。

【0119】

平行光学系２３４４ａ＃２は、光学部材２３４５ａ＃２及び２３４６ａ＃２の間の距離（具体的には、光軸ＡＸに沿った距離）を変更してもよい。光学部材２３４５ａ＃２及び２３４６ａ＃２の間の距離が変わると、加工光ＥＬが平行光として進行する光路の長さが変わる。このとき、光学部材２３４５ａ＃２の前側焦点位置が集光面２１１ＦＰに位置したままで、且つ光学部材２３４５ａ＃２の後側焦点位置が集光面２３４ＦＰと光学的に共役な面に位置したままでよい。光学部材２３４５ａ＃２の前側焦点位置が集光面２１１ＦＰに位置したままであることから、光学部材２３４５ａ＃２からの加工光は常に平行光となり、光学部材２３４５ａ＃２の後側焦点位置が集光面２３４ＦＰと光学的に共役な面に位置したままであることから、光学部材２３４５ａ＃２からの加工光は集光面２３４ＦＰと光学的に共役な面に常に集光される。

【0120】

このような第２のヘッド装置２３ａ＃２は、筒状部材２３２１ａ＃２を伸縮させ且つ筒状部材２３２１ａ＃２の伸縮に合わせて光学部材２３４５ａ＃２及び２３４６ａ＃２の間の距離を変更することで、第２のヘッド装置２３ａ＃２が加工光ＥＬを集光する集光面２３４ＦＰを、光軸ＡＸに沿って移動させることができる。例えば、図２０は、に短い（つまり、縮んだ）筒状部材２３２１ａ＃２を示しており、図２１は、長い）つまり、伸びた）筒状部材２３２１ａ＃２を示している。この場合、図２０に示すように、筒状部材２３２１ａ＃２が短い場合には、光学部材２３４５ａ＃２及び２３４６ａ＃２の間の距離が短くなる。一方で、図２１に示すように、筒状部材２３２１ａ＃２が長い場合には、光学部材２３４５ａ＃２及び２３４６ａ＃２の間の距離が長くなる。その結果、筒状部材２３２１ａ＃２が伸縮したとしても、第２のヘッド装置２３ａ＃２は、集光面２３４ＦＰに適切に加工光ＥＬを集光することができる。このとき、図２０及び図２１に示すように、筒状部材２３２１ａ＃２の伸縮に伴って集光面２３４ＦＰが光軸ＡＸに沿って移動する際に、集光面２３４ＦＰの光軸垂直方向（ＸＹ平面内の）の位置は維持される。

【0121】

（５）その他の変形例
上述した説明では、加工システムＳＹＳは、同じ照射光学系２１１から射出される加工光ＥＬを用いて、造形動作及び加工動作の双方を行っている。しかしながら、加工システムＳＹＳの変形例を示す図２２に示すように、加工システムＳＹＳは、造形動作を行うための加工光ＥＬを射出する照射光学系２１１（以降、“照射光学系２１１＃１”と称する）と、加工動作を行うための加工光ＥＬを射出する照射光学系２１１（以降、“照射光学系２１１＃２”と称する）とを別々に備えていてもよい。この場合、照射光学系２１１＃１及び２１１＃２は、別々の鏡筒２１４に収容されてもよい。照射光学系２１１＃１を収容する鏡筒２１４（以降、“鏡筒２１４＃１”と称する）には、上述した第１のヘッド装置２３＃１が取り付けられるが、第２のヘッド装置２３＃２が取り付けられてもよい。照射光学系２１１＃２を収容する鏡筒２１４（以降、“鏡筒２１４＃２”と称する）には、上述した第２のヘッド装置２３＃２が取り付けられるが、第１のヘッド装置２３＃１が取り付けられてもよい。

【0122】

上述した説明では、加工システムＳＹＳは、造形材料Ｍに加工光ＥＬを照射することで、造形材料Ｍを溶融させている。しかしながら、加工システムＳＹＳは、任意のエネルギービームを造形材料Ｍに照射することで、造形材料Ｍを溶融させてもよい。この場合、加工システムＳＹＳは、照射光学系２１１に加えて又は代えて、任意のエネルギービームを照射可能なビーム照射光学系を備えていてもよい。任意のエネルギービームの一例として、荷電粒子ビーム及び電磁波等の少なくとも一方があげられる。荷電粒子ビームの一例として、電子ビーム及びイオンビーム等の少なくとも一方があげられる。

【0123】

上述した説明では、加工システムＳＹＳは、レーザ肉盛溶接法により付加加工を行っている。しかしながら、加工システムＳＹＳは、造形材料Ｍに加工光ＥＬ（或いは、任意のエネルギビーム）を照射することで３次元構造物ＳＴを形成可能なその他の方式により造形材料Ｍから３次元構造物ＳＴを形成してもよい。或いは、加工システムＳＹＳは、造形材料Ｍに加工光ＥＬ（或いは、任意のエネルギビーム）を照射する方式とは異なる、付加加工のための任意の方式により３次元構造物ＳＴを形成してもよい。

【0124】

上述の各実施形態の構成要件の少なくとも一部は、上述の各実施形態の構成要件の少なくとも他の一部と適宜組み合わせることができる。上述の各実施形態の構成要件のうちの一部が用いられなくてもよい。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態で引用した全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

【0125】

本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う加工システム及び光学装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0126】

ＳＹＳ 加工システム
１ 材料供給源
２ 加工ユニット
２１ 加工ヘッド
２１１ 照射光学系
２１２ 材料ノズル
２１３ 戻り光検出器
２１４ 鏡筒
２１５ ヘッド筐体
２２ ヘッド駆動系
２３、２３＃１、２３＃２ ヘッド装置
２３４＃２ 照射光学系
２３４１＃２ 集光光学系
２３４２＃２ 偏向光学系
３ ステージユニット
３１ ステージ
３２ ステージ駆動系
７ 制御装置
Ｗ ワーク
Ｍ 造形材料
ＥＬ 加工光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】