特許 7494824 積層造形装置および積層造形方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-27

(45)【発行日】2024-06-04

(54)【発明の名称】積層造形装置および積層造形方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/85 20210101AFI20240528BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240528BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240528BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240528BHJP

   B22F 10/366 20210101ALI20240528BHJP

   B22F 12/90 20210101ALI20240528BHJP

   B22F 12/48 20210101ALI20240528BHJP

   B22F 10/25 20210101ALI20240528BHJP

【ＦＩ】

B22F10/85

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

B22F10/366

B22F12/90

B22F12/48

B22F10/25

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021160636

(22)【出願日】2021-09-30

(65)【公開番号】P2023050507

(43)【公開日】2023-04-11

【審査請求日】2023-02-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100157277

【弁理士】

【氏名又は名称】板倉 幸恵

(74)【代理人】

【識別番号】100182718

【弁理士】

【氏名又は名称】木崎 誠司

(72)【発明者】

【氏名】前嶋 貴士

(72)【発明者】

【氏名】角田 貫一

【審査官】岡田 隆介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０６９６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２７５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１９－５２６４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２１／０５４１２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０９５４５４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／１０３８４９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １０／００

Ｂ２２Ｆ １２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層造形装置であって、
造形物が配置されるステージと、
前記造形物を造形するための原料の粉末を供給するノズルと、
前記ノズルから供給された前記原料の粉末に対してレーザ光を照射して、前記造形物を造形する照射部と、
前記積層造形装置を制御する制御部と、
を備え、
前記ステージと前記照射部とのいずれかは、移動することにより、互いの相対位置を変化させることが可能であり、
前記制御部は、
前記相対位置を変化させることにより前記原料の粉末を前記ステージ上に積層して前記造形物を造形し、
前記ステージ上の前記造形物の画像を用いて、前記造形物において溶融している溶融部と、造形開始時からの経過時間に応じて決定される基準位置との鉛直方向に沿った誤差を算出し、
算出された前記誤差を用いて、前記相対位置を変化させるための移動速度を変化させる、積層造形装置。

【請求項2】

請求項１に記載の積層造形装置であって、
前記制御部は、
前記造形物の画像から、前記溶融部における頂点の鉛直方向に平行な高さを特定し、
前記基準位置から、特定された前記高さまでの差を前記誤差として算出し、
前記誤差に応じて、鉛直方向に沿って前記相対位置を変化させるための移動速度を変化させる、積層造形装置。

【請求項3】

請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記制御部は、
前記誤差がゼロよりも大きい場合には、鉛直方向に沿う前記相対位置間の距離が広がる方向に速度を加速させ、
前記誤差がゼロよりも小さい場合には、鉛直方向に沿う前記相対位置間の距離が狭まる方向に速度を減速させる、積層造形装置。

【請求項4】

請求項２または請求項３に記載の積層造形装置であって、
前記制御部は、
前記造形物の画像から、前記溶融部の水平方向に平行な幅を特定し、
特定された前記幅と前記高さとを用いて前記溶融部の形状を楕円半球として定義した場合の体積を算出し、
算出された前記楕円半球の体積と、予め設定された前記楕円半球の体積との比較に応じて、前記照射部が照射する前記レーザ光の出力強度を変化させる、積層造形装置。

【請求項5】

請求項４に記載の積層造形装置であって、
前記制御部は、
予め設定された前記楕円半球の体積として、造形物の設計値における前記基準位置の水平方向の幅を直径とし、かつ、前記直径の半分を高さとする楕円半球の体積を算出し、
予め設定された前記楕円半球の体積に、許容精度を乗じた下限の体積と上限の体積とを算出し、
算出された前記溶融部の前記楕円半球の体積が前記上限の体積よりも大きい場合には、前記照射部が照射する前記レーザ光の出力強度を減少させ、
算出された前記溶融部の前記楕円半球の体積が前記下限の体積よりも小さい場合には、前記照射部が照射する前記レーザ光の出力強度を増加させる、積層造形装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の積層造形装置であって、
前記制御部は、
前記造形物の画像から、前記溶融部の水平方向に平行な幅を特定し、
造形物の造形開始から特定された前記幅が設計値の直径に達するまで、前記誤差の大きさにかかわらず、鉛直方向に沿って前記相対位置を変化させるための移動速度を初期値から変更しない、積層造形装置。

【請求項7】

請求項６に記載の積層造形装置であって、
前記制御部は、特定された前記幅が前記設計値の直径を超えた後に、所定時間、前記移動速度が変化しているにもかかわらず、特定された前記幅が前記設計値の直径を下回らない場合に、前記造形物の造形を中止する、積層造形装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の積層造形装置であって、
前記制御部は、
前記造形物の画像から、前記溶融部の水平方向に平行な幅と、前記溶融部における頂点の鉛直方向に平行な高さとを特定し、
特定された前記幅と前記高さとを用いて前記溶融部の形状を楕円半球として定義した場合の体積を算出し、
前記造形物の造形を開始してから所定の時間、算出された前記溶融部の前記楕円半球の体積が予め設定された体積を上回らない場合には、前記造形物の造形を中止する、積層造形装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の積層造形装置であって、さらに、
前記造形物における前記溶融部の画像を取得する画像取得部を備える、積層造形装置。

【請求項10】

積層造形方法であって、情報処理装置が、
ステージ上に配置される造形物の画像を取得する画像取得工程と、
ノズルから供給された原料の粉末に対して、照射部からレーザ光を照射して前記ステージ上に前記造形物を造形する造形工程と、
前記造形物の画像を用いて、前記造形物において溶融している溶融部の頂点と、造形開始時からの経過時間に応じて決定される基準位置との鉛直方向に沿った誤差を算出する演算工程と、
位置制御工程と、
を備え、
前記ステージと前記照射部とのいずれかは、移動することにより、互いの相対位置を変化させることが可能であり、
前記造形工程は、前記相対位置を変化させることにより前記原料の粉末を前記ステージ上に積層して前記造形物を造形し、
前記位置制御工程は、算出された前記誤差を用いて、前記相対位置を変化させるための移動速度を変化させる、積層造形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層造形装置および積層造形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

金属の粉末材料を融解して造形物を形成する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された付加加工装置では、溶解した金属粉末とワークとが固まることにより、ワーク上に金属の層が形成される。この装置では、形成された層の厚さが測定されて、測定値と、所定の指令値との差に基づいて、次に形成される層の指令値が制御される。

【0003】

特許文献２に記載された積層造形装置は、積層造形と機械加工との両機能を備えたハイブリッド機である。この装置は、サーモビューアによる上部からのモニタリングにより、金属粉末が固まらずに溶融している溶融部の面積形状を把握できる。非特許文献１には、積層造形物を切削するための切削パスを決定して再生する制御データの生成方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２１－３１７０４号公報

【文献】特許第６６２６７８８号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】二井谷 春彦、外５名、"デポジション方式３次元金属積層造形装置の開発"、[online]、２０１８年、三菱重工技報vol.55 No.3 (2018) インダストリー＆社会基盤特集、[令和３年９月１日検索]、インターネット＜https://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/553/553090.pdf＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載された技術は、積層された層の厚さを測定して、狙いの精度にするための積層数を補正する技術である。当該技術を用いることにより、造形物の形状を所望の形状に近づけることができる。しかしながら、この技術は、造形後に加工することにより、寸法精度を担保することが前提である。そのため、造形物の形状が複雑な場合、および、造形後の加工が困難な場合に、特許文献１の技術を用いても精度の高い造形物を造形することは難しい。

【0007】

特許文献２および非特許文献１に記載された技術は、積層造形後に機械加工によって精度を担保している。特許文献２では、サーモビューアが溶融部を面として把握しているが、溶融部自体は厚さを有する３次元形状である。そのため、特許文献２に記載された技術では、溶融部の形状についての情報が不足している。すなわち、造形のための制御を行うために十分な情報が得られていないおそれがある。非特許文献１に記載された技術は、主に切削加工についてであり、積層造形時の寸法そのものを積極的に制御することについては考慮されていない。

【0008】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、積層造形後の造形物に対する加工を抑制した上で、造形物の形状精度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。積層造形装置であって、造形物が配置されるステージと、前記造形物を造形するための原料の粉末を供給するノズルと、前記ノズルから供給された前記原料の粉末に対してレーザ光を照射して、前記造形物を造形する照射部と、前記積層造形装置を制御する制御部と、を備え、前記ステージと前記照射部とのいずれかは、移動することにより、互いの相対位置を変化させることが可能であり、前記制御部は、前記相対位置を変化させることにより前記原料の粉末を前記ステージ上に積層して前記造形物を造形し、前記ステージ上の前記造形物の画像を用いて、前記造形物において溶融している溶融部と、造形開始時からの経過時間に応じて決定される基準位置との鉛直方向に沿った誤差を算出し、算出された前記誤差を用いて、前記相対位置を変化させるための移動速度を変化させる、積層造形装置。そのほか、本発明は、以下の形態としても実現可能である。

【0010】

（１）本発明の一形態によれば、積層造形装置が提供される。この積層造形装置は、造形物が配置されるステージと、前記造形物を造形するための原料を供給する供給部と、供給された前記原料に対してレーザ光を照射して、前記造形物を造形する照射部と、前記積層造形装置を制御する制御部と、を備え、前記ステージと前記照射部とのいずれかは、移動することにより、互いの相対位置を変化させることが可能であり、前記制御部は、前記相対位置を変化させることにより前記原料を前記ステージ上に積層して前記造形物を造形し、前記ステージ上の前記造形物の画像を用いて、前記造形物において溶融している溶融部と、予め設定された基準位置との誤差を算出し、算出された前記誤差を用いて、前記相対位置を変化させるための移動速度を変化させる。

【0011】

この構成によれば、相対位置間の距離が徐々に大きくなるにつれて、ステージ上に原料が積層された造形物が造形される。さらに、造形物の画像を用いて算出される誤差を用いて、互いの相対位置を変化させるためのステージと照射部との移動速度が適宜変化する。移動速度が変化することより、移動速度が一定のまま造形物が造形される場合と比較して、造形中の造形物が設計値に近づくように造形される。この結果、三次元的な造形物の形状精度が向上し、安定的に連続造形が行われる。特に、脆くて加工ができない材質の造形物、および、硬くて造形後の加工が難しい材質の造形物の寸法精度が向上する。また、本構成によれば、造形後の三次元形状が複雑な造形物への追加工が不要になる、又は、追加工が低減する。すなわち、本構成を用いれば、積層造形後の造形物に対する加工を抑制した上で、造形物の形状精度が向上する。

【0012】

（２）上記態様の積層造形装置において、前記制御部は、前記造形物の画像から、前記溶融部における頂点の鉛直方向に平行な高さを特定し、前記基準位置から、特定された前記高さまでの差を前記誤差として算出し、前記誤差に応じて、鉛直方向に沿って前記相対位置を変化させるための移動速度を変化させてもよい。
この構成によれば、レーザ光の出力強度と粉末材料の供給量とが変化しない状態で、誤差に応じて鉛直方向に沿って相対位置を変化させるための移動速度が変化する。これにより、単位時間当たりに造形物に新たに積層される頂点までの材料の高さが変化する。そのため、本構成によれば、算出された誤差に応じて造形物の形状精度をさらに向上させることができる。

【0013】

（３）上記態様の積層造形装置において、前記制御部は、前記誤差がゼロよりも大きい場合には、鉛直方向に沿う前記相対位置間の距離が広がる方向に速度を加速させ、前記誤差がゼロよりも小さい場合には、鉛直方向に沿う前記相対位置間の距離が狭まる方向に速度を減速させてもよい。
この構成によれば、誤差がゼロよりも大きい状態は、基準位置よりも造形が余分に進んでいる状態である。逆に、誤差がゼロよりも小さい状態は、基準位置よりも造形が進んでいない状態である。いずれの状態でも、相対位置の距離が増減する速度が制御されることにより、ある時刻における溶融部の高さを基準位置に近づけることができる。

【0014】

（４）上記態様の積層造形装置において、前記制御部は、前記造形物の画像から、前記溶融部の水平方向に平行な幅を特定し、特定された前記幅と前記高さとを用いて前記溶融部の形状を楕円半球として定義した場合の体積を算出し、算出された前記楕円半球の体積と、予め設定された前記楕円半球の体積との比較に応じて、前記照射部が照射する前記レーザ光の出力強度を変化させてもよい。
この構成によれば、レーザ光の出力強度が変化すると、造形物の溶融部に新たに積層さ
れる材料の積層量が変化する。本構成では、溶融部の体積としてみなす楕円半球の体積に応じて、溶融部にさらに積層される積層量が制御される。これにより、造形物の形状精度をさらに向上させることができる。

【0015】

（５）上記態様の積層造形装置において、前記制御部は、予め設定された前記楕円半球の体積として、造形物の設計値における前記基準位置の水平方向の幅を直径とし、かつ、前記直径の半分を高さとする楕円半球の体積を算出し、予め設定された前記楕円半球の体積に、許容精度を乗じた下限の体積と上限の体積とを算出し、算出された前記溶融部の前記楕円半球の体積が前記上限の体積よりも大きい場合には、前記照射部が照射する前記レーザ光の出力強度を減少させ、算出された前記溶融部の前記楕円半球の体積が前記下限の体積よりも小さい場合には、前記照射部が照射する前記レーザ光の出力強度を増加させてもよい。
この構成によれば、造形物の楕円半球の体積が予め設定された楕円半球の上限の体積よりも大きい状態は、溶融部が設計値よりも材料が余分に積層されている状態である。一方で、造形物の楕円半球の体積が予め設定された楕円半球の下限の体積よりも小さい状態は、溶融部が設計値よりも材料が積層されずに不足している状態である。溶融部に積層される材料が多い又は少ない状態の場合に、レーザ光の出力強度が調整されることにより、溶融部の形状を設計値に近づけることができる。この結果、造形物の形状精度をさらに向上させることができる。

【0016】

（６）上記態様の積層造形装置において、前記制御部は、前記造形物の画像から、前記溶融部の水平方向に平行な幅を特定し、造形物の造形開始から特定された前記幅が設計値の直径に達するまで、前記誤差の大きさにかかわらず、鉛直方向に沿って前記相対位置を変化させるための移動速度を初期値から変更しなくてもよい。
本構成によれば、造形開始時の造形物の形状は不安定であるため、造形開始から溶融部の幅が設計値の直径に達するまで、移動速度が一定の下、造形物の造形が行われる。これにより、誤差による微調整の影響に応じて造形される造形物の形状が不安定になることを抑制できる。

【0017】

（７）上記態様の積層造形装置において、前記制御部は、特定された前記幅が前記設計値の直径を超えた後に、所定時間、前記移動速度が変化しているにもかかわらず、特定された前記幅が前記設計値の直径を下回らない場合に、前記造形物の造形を中止してもよい。
造形開始後に溶融部の幅が予め設定された値に達した後、所定時間、補正が行われたにもかかわらず溶融部の幅が設計値の直径を下回らない場合、溶融部の幅が増大し続けるおそれがある。この場合に、本構成によれば、造形物の造形が中止されることにより、目標の形状と異なる造形物の造形を抑制できる。

【0018】

（８）上記態様の積層造形装置において、前記制御部は、前記造形物の画像から、前記溶融部の水平方向に平行な幅と、前記溶融部における頂点の鉛直方向に平行な高さとを特定し、特定された前記幅と前記高さとを用いて前記溶融部の形状を楕円半球として定義した場合の体積を算出し、前記造形物の造形を開始してから所定の時間、算出された前記溶融部の前記楕円半球の体積が予め設定された体積を上回らない場合には、前記造形物の造形を中止してもよい。
造形開始時の造形物の形状は不安定である。そのため、所定の時間が経過しても、溶融部の楕円半球の体積が予め設定された体積に到達しない場合、溶融部がさらに小さくなるおそれがある。この場合に、本構成によれば、造形物の造形が中止されることにより、目標の形状と異なる造形物の造形を抑制できる。

【0019】

（９）上記態様の積層造形装置において、さらに、前記造形物における前記溶融部の画像を取得する画像取得部を備えていてもよい。
この構成によれば、他の装置から溶融部の画像を取得せずに画像取得から移動速度の制御までを一貫して行うことができる。

【0020】

（１０）本発明の他の一態様によれば、積層造形方法が提供される。この積層造形方法では、情報処理装置が、ステージ上に配置される造形物の画像を取得する画像取得工程と、供給部から供給された原料に対して、照射部からレーザ光を照射して前記ステージ上に前記造形物を造形する造形工程と、前記造形物の画像を用いて、前記造形物において溶融している前記溶融部の頂点と、予め設定された基準位置との誤差を算出する演算工程と、位置制御工程と、を備え、前記ステージと前記照射部とのいずれかは、移動することにより、互いの相対位置を変化させることが可能であり、前記造形工程は、前記相対位置を変化させることにより前記原料を前記ステージ上に積層して前記造形物を造形し、前記位置制御工程は、算出された前記誤差を用いて、前記相対位置を変化させるための移動速度を変化させる。

【0021】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、積層造形装置、３Ｄプリンタ、レーザ造形装置、およびこれらの装置を備えるシステム、積層造形方法、およびレーザ加工方法、これら装置や方法を実行するためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態としての積層造形装置の概略図である。

【図2】基準位置についての説明図である。

【図3】造形物の溶融部についての説明図である。

【図4】各パラメータの一例についての説明図である。

【図5】ステージの下降速度の変化についての説明図である。

【図6】溶融部の楕円半球の体積の時系列変化のグラフである。

【図7】造形途中の実施例の造形物の概略側面図である。

【図8】造形途中の比較例の造形物の概略側面図である。

【図9】本実施形態の積層造形方法のフローチャートである。

【図10】本実施形態の積層造形方法のフローチャートである。

【図11】変形例の積層造形方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0023】

＜実施形態＞
１．積層造形装置の構成：
図１は、本発明の実施形態としての積層造形装置１００の概略図である。本実施形態の積層造形装置１００は、金属の原料粉末をレーザ光により溶融し、溶融した原料粉末をステージ３０上に積層させる。積層された原料粉末は、降温すると固まって、造形物ＯＢを構成する。積層造形装置１００は、レーザ光ＬＳを照射するレーザヘッド１０に対してステージ３０を三次元的に動かすことにより、溶融した原料粉末を積層させて所定の形状の造形物ＯＢを造形する。本実施形態では、造形中の造形物ＯＢが撮影されて、撮影画像から特定される造形物ＯＢの各種寸法を用いて、レーザヘッド１０とステージ３０との距離の移動速度が制御されることにより、所定の造形物ＯＢが造形される。

【0024】

図１には、積層造形装置１００が備える構成の概略ブロック図が示されている。図１に示されるように、積層造形装置１００は、金属の原料粉末を供給するノズル（供給部）２０と、レーザ光ＬＳを照射するレーザヘッド（照射部）１０と、ノズル２０およびレーザヘッド１０に対して位置を変更可能なステージ３０と、ステージ３０上で形成される造形物ＯＢの画像を取得するカメラ（画像取得部）４０と、各部を制御するＰＣ（Personal C
omputer）５０と、を備えている。

【0025】

ノズル２０から供給される原料粉末は、造形物ＯＢを造形するための原料である。ノズル２０から供給される金属の原料粉末の量は、ＰＣ５０により制御される。レーザヘッド１０は、ノズル２０から供給された原料粉末に対してレーザ光ＬＳを照射することにより、造形物ＯＢを造形する。レーザヘッド１０から照射されるレーザ光ＬＳの強度は、ＰＣ５０により制御される。

【0026】

本実施形態では、ステージ３０の位置が変更可能な一方、レーザヘッド１０とノズル２０との位置は固定されている。換言すると、ステージ３０は、移動することによりノズル２０およびレーザヘッド１０に対する相対位置を変化させることができる。レーザヘッド１０とステージ３０との距離が変化することにより、ステージ上に積層した原料により造形物ＯＢが形成される。ステージ３０の移動量および移動速度は、ＰＣ５０により制御される。カメラ４０は、造形物ＯＢのうちの先端の溶融部ＭＰを撮影する。溶融部ＭＰとは、ノズル２０から供給された原料粉末が固まっておらず溶融した状態の部分である。本実施形態では、溶融部ＭＰは、撮影された造形物ＯＢの反射率等の色や、固まっていない先端部の動き等を用いて特定される。本実施形態のカメラ４０の分解能は、０．１ｍｍである。

【0027】

図１に示されるように、ＰＣ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５１と、記
憶部６０と、各種入力を受け付ける入力部７０と、画像および音声を出力する出力部８０と、を備えている。記憶部６０は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive
）などで構成されている。記憶部６０は、造形物ＯＢを形成するために必要な造形物ＯＢの三次元のＣＡＤ（computer-aided design）データを記憶している。本実施形態の入力
部７０は、キーボードとマウスとで構成されている。入力部７０が受け付けた入力に応じて、ＣＰＵ５１が制御される。出力部８０は、ＣＰＵ５１からの制御信号に応じて各種画像を表示するモニタと、音声を出力するスピーカとを有している。

【0028】

ＣＰＵ５１は、図示されていないＲＯＭ（Read Only Memory）に格納されているプログラムをＲＡＭ（Random Access Memory）に展開することにより、各種プログラムの機能を実行する。ＣＰＵ５１は、レーザヘッド１０が照射するレーザ光ＬＳを制御する照射制御部５２と、ノズル２０から供給される原料粉末の量を制御する供給制御部５３と、ステージ３０の位置を変化させる移動制御部５５と、記憶部６０から造形物ＯＢのＣＡＤデータを取得する形状取得部５７と、演算部５６として機能する。なお、本実施形態の照射制御部５２と、移動制御部５５と、演算部５６とは、制御部に相当する。

【0029】

形状取得部５７は、入力部７０が受け付けた入力に応じて、記憶部６０に記憶されている造形物ＯＢの元となるＣＡＤデータを取得する。演算部５６は、形状取得部５７により取得された造形物ＯＢの造形時における照射制御部５２と供給制御部５３と移動制御部５５とが行う初期の制御量を決定する。また、演算部５６は、カメラ４０から取得した撮影画像を用いて、造形物ＯＢの造形時の各制御量を変化させる（補正する）。具体的には、演算部５６は、造形物ＯＢの撮影画像を用いて、造形物ＯＢにおいて溶融している溶融部ＭＰの頂点ＴＰと、予め設定された基準位置との誤差Ｌ（ｔ）を算出する。演算部５６は、算出した誤差Ｌ（ｔ）を用いて、各制御量を補正する。なお、補正時に用いられる後述の精度等のパラメータは、入力部７０を介して受け付けられる。補正される制御量には、移動制御部５５によるステージ３０の移動量および移動速度が含まれる。溶融部ＭＰの頂点ＴＰの詳細については後述する。

【0030】

図２は、基準位置についての説明図である。図２には、演算部５６により事前に算出される、基準位置を含む時刻ｔにおける各パラメータの一例が示されている。本実施形態で
造形される造形物ＯＢは、断面の直径Ｄｓｔａが１ｍｍの円を有するコイルなどの棒状部材である。図２には、造形開始から経過した時間である時刻ｔによって変化する高さの基準位置Ｚ０（ｔ）と、造形物ＯＢの断面の直径Ｄｓｔａと、製造中に許容される精度範囲と、理想形状の楕円の半球（楕円半球）の体積Ｖｈｓｔａと、精度上限の場合の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕと、精度下限の場合の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌと、が示されている。図２に示される各パラメータは、ＣＡＤデータに基づく設計値として予め算出可能な数値である。本実施形態の許容精度範囲は、－２０％～＋２０％に設定されている。許容精度範囲の上限値および下限値は、入力部７０を介して入力される。

【0031】

楕円半球の体積Ｖｈｓｔａは、造形物ＯＢの水平方向の断面積と、水平方向の半径の半分の高さと、を備える楕円半球の体積である。そのため、図２に示される設計値の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａは、下記式（１）のように表される。

【数1】

【0032】

精度上限の場合の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕは、楕円の各長さが＋２０％の場合の体積である。一方で、精度下限の場合の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌは、楕円の各長さが－２０％の場合の体積である。造形前に設定される楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕとＶｈｓｔａ＿ｌとのそれぞれは、下記式（２），（３）のように表される。

【0033】

【数2】

【数3】

【0034】

図３は、時刻ｔにおける造形物ＯＢの溶融部ＭＰについての説明図である。図３には、カメラ４０により撮影された時刻ｔの造形物ＯＢの先端の概略側面図が示されている。なお、図３に示される溶融部ＭＰには、ハッチングが施されている。

【0035】

演算部５６は、特定した溶融部ＭＰのうち、最も鉛直下方の位置を時刻ｔの高さ位置Ｚ（ｔ）として特定する。また、演算部５６は、溶融部ＭＰのうち、最も鉛直上方の位置を溶融部ＭＰの頂点ＴＰとして特定する。演算部５６は、鉛直方向において、溶融部ＭＰの頂点ＴＰから基準位置Ｚ０（ｔ）を差し引いた値を、時刻ｔにおける高さの誤差Ｌ（ｔ）として算出する。移動制御部５５は、演算部５６により算出された誤差Ｌ（ｔ）を用いて、ステージ３０の下降速度Ｖｓを変化させる。演算部５６は、さらに、溶融部ＭＰの幅として時刻ｔにおける位置Ｚ（ｔ）を通る水平方向の幅Ｄｈｓ（ｔ）を特定する。演算部５６は、さらに、位置Ｚ（ｔ）から頂点ＴＰまでの高さＨｈｏ（ｔ）を算出する。

【0036】

図４は、時刻ｔにおける各パラメータの一例についての説明図である。図４には、時刻ｔにおける誤差Ｌ（ｔ）、幅Ｄｈｓ（ｔ）、高さＨｈｏ（ｔ）、および溶融部ＭＰの楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）の具体的な数値の一例が示されている。演算部５６は、楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）を、下記式（４）を用いて算出する。

【0037】

【数4】

【0038】

演算部５６は、時刻ｔにおける誤差Ｌ（ｔ）の正負に応じて、ステージ３０の鉛直方向に沿う移動速度（下降速度Ｖｓ）を変化させる。具体的には、本実施形態の演算部５６は、所定時刻Δｔが経過する毎に、誤差Ｌ（ｔ）を算出する。演算部５６は、誤差Ｌ（ｔ）がゼロではない場合には、２Δｔ経過後の誤差Ｌ（ｔ＋２Δｔ）がゼロになるようにステージ３０の下降速度Ｖｓを加減速する。加減速後の下降速度をＶｃと定義すると、下記関係式（５）が成立する。

【数5】

【0039】

図５は、ステージ３０の下降速度Ｖｓの変化についての説明図である。図５には、ステージ３０の下降速度Ｖｓの時間経過に伴う変化直線Ｌ１が示されている。破線Ｌ２は、時刻ｔの時点で算出された下降速度Ｖｃの時系列変化である。破線Ｌ３は、時刻（ｔ＋Δｔ）の時点で算出された下降速度Ｖｃの時系列変化である。破線Ｌ４は、時刻（ｔ＋２Δｔ）の時点で算出された下降速度Ｖｃの時系列変化である。例えば、図４に示されるように誤差Ｌ（ｔ）が＋０．３５（ｍｍ）であり、かつ、Δｔが０．５（秒）である場合には、移動制御部５５は、演算部５６の算出結果を用いて、時刻（ｔ＋２Δｔ）が経過した後に目標の下降速度Ｖｃとなるように、ステージ３０の下降速度Ｖｓを大きくする。換言すると、移動制御部５５は、誤差Ｌ（ｔ）がゼロよりも大きい場合には、レーザヘッド１０に対するステージ３０の鉛直方向に沿う距離が広がる方向に速度を加速させる。一方で、移動制御部５５は、誤差Ｌ（ｔ）がゼロよりも小さい場合には、レーザヘッド１０に対するステージ３０の鉛直方向に沿う距離が狭まる方向に速度を減速させる（下降速度Ｖｓを小さくする）。なお、本実施形態では、水平方向に沿うステージ３０の移動速度は、造形物ＯＢのＣＡＤデータにより決定されており、溶融部ＭＰの形状にかかわらず補正されない。

【0040】

照射制御部５２は、演算部５６により算出された時刻ｔにおける幅Ｄｈｓ（ｔ）と楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）とに応じて、レーザヘッド１０から照射されるレーザ光ＬＳの出力強度を調整する。造形開始時のレーザ光ＬＳの出力強度は、造形物ＯＢのＣＡＤデータに応じて決定される。本実施形態では、照射制御部５２は、時刻ｔにおける楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）が精度上限の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕよりも大きい場合に、レーザ光ＬＳの出力強度を低下させる。一方で、照射制御部５２は、時刻ｔにおける楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）が精度下限の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌよりも小さい場合に、レーザ光ＬＳの出力強度を上昇させる。

【0041】

図６は、溶融部ＭＰの楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）の時系列変化のグラフである。図６には、溶融部ＭＰの楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）と上下限の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕ，Ｖｈｓｔａ＿ｌとの比較に応じて、レーザ光ＬＳの出力強度が制御された場合の体積Ｖｈｏ（ｔ）の時系列変化である曲線Ｃ１（実線）が示されている。また、図６には、溶融部ＭＰの楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）に関わらず一定の出力強度のレーザ光ＬＳが照射された比較例の楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）の時系列変化が曲線Ｃ２（破線）で示されている。図６に示されるように、実施例の溶融部ＭＰの楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）は、精度下限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌから精度上限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕまでの範囲に収まっている。一方で、比較例の溶融部ＭＰの楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）は、精度上限の体積Ｖｈ
ｓｔａ＿ｕを超えて時間が経過する毎に大きくなっている。すなわち、比較例の造形物ＯＢの形状は、記憶部６０に記憶された目標の形状から大きく異なっている。

【0042】

図７は、造形途中の実施例の造形物ＯＢの概略側面図である。図８は、造形途中の比較例の造形物ＯＢの概略側面図である。図７，８に示される造形物ＯＢのうち、溶融部ＭＰにはハッチングが施されている。図７に示される実施例の造形物ＯＢは、造形開始直後を除いて、高さ方向の位置にかかわらず一定の大きさの断面を有している。一方で、図８に示される比較例の造形物ＯＢの溶融部ＭＰの体積は、実施例よりも非常に大きくなっている。

【0043】

なお、本実施形態では、演算部５６は、造形物ＯＢの造形開始から溶融部ＭＰの幅Ｄｈｓ（ｔ）が予め設定された値に達するまで、幅Ｄｈｓ（ｔ）や楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）の値にかかわらず、ステージ３０の下降速度Ｖｓとレーザ光ＬＳの出力強度を初期値から変更しない。本実施形態では、予め設定された値として、直径Ｄｓｔａ（図２）が設定されている。

【0044】

さらに、本実施形態の演算部５６は、上述した所定時刻Δｔが経過する毎のステージ３０の下降速度Ｖｓとレーザ光ＬＳの出力強度との制御に加え、造形開始から下記２つの条件を満たした場合には、造形物ＯＢの造形を中止するように各部を制御する。
・条件１．造形開始から閾値時間Ｔ１が経過しても溶融部ＭＰの体積Ｖｈｏ（ｔ）が下限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌに到達しない場合
・条件２．溶融部ＭＰの幅Ｄｈｓ（ｔ）が直径Ｄｓｔａを超えた後に、所定回数（例えば、１０Δｔ）の下降速度Ｖｓおよびレーザ光ＬＳの出力強度が補正されているにもかかわらず、幅Ｄｈｓ（ｔ＋１０Δｔ）が直径Ｄｓｔａを下回らない場合

【0045】

２．積層造形フロー：
図９および図１０は、本実施形態の積層造形方法のフローチャートである。図９に示される積層造形フローでは、初めに、形状取得部５７が、入力部７０が受け付けた入力に応じて、記憶部６０から１つの造形物ＯＢのＣＡＤデータを取得する（ステップＳ１）。演算部５６は、入力部７０を介して、造形時に許容する精度範囲と、補正を行う一定間隔の所定時刻Δｔと、レーザ光ＬＳの出力強度を制御するための閾値時間Ｔ１と、を取得する（ステップＳ２）。

【0046】

演算部５６は、取得した許容精度範囲と造形物ＯＢのＣＡＤデータとを用いて、造形開始時の各部の制御量を算出する（ステップＳ３）。演算部５６は、造形物ＯＢのＣＡＤデータを用いて、ステージ３０の水平方向および鉛直方向の移動量および移動速度と、レーザ光ＬＳの出力強度とを決定する。また、演算部５６は、造形物ＯＢのＣＡＤデータと許容精度範囲とを用いて、図３に示される基準位置を含む各種パラメータを算出する。

【0047】

照射制御部５２と供給制御部５３と移動制御部５５とは、演算部５６により算出された制御量を用いて造形物ＯＢの造形を開始し、カメラ４０は、造形物ＯＢの撮影を開始する（ステップＳ４）。演算部５６は、造形物ＯＢの造形開始から閾値時間Ｔ１が経過したか否かを判定する（ステップＳ５）。閾値時間Ｔ１が経過していない場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、演算部５６は、閾値時間Ｔ１が経過するのを待機する。

【0048】

閾値時間Ｔ１が経過した場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、演算部５６は、溶融部ＭＰの体積Ｖｈｏ（ｔ）が下限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌに到達したか否かを判定する（ステップＳ６）。溶融部ＭＰの体積Ｖｈｏ（ｔ）が下限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌに到達していない場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、上記の条件１が満たされるため、図１０に示されるように、積層造形フローが終了する。

【0049】

溶融部ＭＰの体積Ｖｈｏ（ｔ）が下限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌに到達した場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、演算部５６は、図４に示される溶融部ＭＰの幅Ｄｈｓ（ｔ）が直径Ｄｓｔａに達したか否かを判定する（ステップＳ７）。幅Ｄｈｓ（ｔ）が直径Ｄｓｔａに達していない場合には（ステップＳ７：ＮＯ）、積層造形フローが終了する。

【0050】

溶融部ＭＰの幅Ｄｈｓ（ｔ）が直径Ｄｓｔａに達している場合には（ステップＳ７：ＹＥＳ）、演算部５６は、時刻ｔにおける基準位置Ｚ（ｔ）と、カメラ４０により撮影された造形物ＯＢの溶融部ＭＰの頂点ＴＰとの誤差Ｌ（ｔ）を算出する（ステップＳ８）。演算部５６は、撮影された造形物ＯＢの画像から、溶融部ＭＰと、溶融部ＭＰの頂点ＴＰとを特定する。演算部５６は、特定した溶融部ＭＰおよび頂点ＴＰから、溶融部ＭＰの幅Ｄｈｓ（ｔ）を特定する。演算部５６は、溶融部ＭＰの高さ位置Ｚ（ｔ）から頂点ＴＰまでの高さＨｈｏ（ｔ）を算出する。演算部５６は、幅Ｄｈｓ（ｔ）と高さＨｈｏ（ｔ）とを用いて、誤差Ｌ（ｔ）と楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）とを算出する。

【0051】

演算部５６は、算出した誤差Ｌ（ｔ）がゼロであるか否かを判定する（ステップＳ９）。誤差Ｌ（ｔ）がゼロである場合には（ステップＳ９：ＹＥＳ）、レーザ光ＬＳの出力強度が変化せずに、図１０のステップＳ１１の処理が行われる。誤差Ｌ（ｔ）がゼロでない場合には（ステップＳ９：ＮＯ）、移動制御部５５は、ステージ３０の下降速度Ｖｓを変化させる（ステップＳ１０）。移動制御部５５は、ステージ３０の下降速度Ｖｓを上記式（５）から算出される下降速度Ｖｃになるように上昇または減少させる。

【0052】

演算部５６は、算出した楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）と精度上下限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕ，Ｖｈｓｔａ＿ｌとの比較を行う（ステップＳ１１）。楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）が下限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌから上限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕまでの精度範囲内であるか否かを判定する。体積Ｖｈｏ（ｔ）が精度範囲内である場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１５の処理が行われる。

【0053】

体積Ｖｈｏ（ｔ）が精度範囲外である場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、照射制御部５２は、レーザ光ＬＳの出力強度を変化させる（ステップＳ１３）。本実施形態では、照射制御部５２は、体積Ｖｈｏ（ｔ）が精度上限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕよりも大きい場合には、レーザ光ＬＳの出力強度を増加させる。一方で、照射制御部５２は、体積Ｖｈｏ（ｔ）が精度下限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌよりも小さい場合には、レーザ光ＬＳの出力強度を減少させる。

【0054】

レーザ光ＬＳの出力強度の変化後に、演算部５６は、出力強度を変化させる条件を満たしたまま所定回数の所定時刻Δｔが経過したか否かを判定する（ステップＳ１４）。所定回数の所定時刻Δｔが経過していると判定された場合には（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、積層造形フローが終了する。所定回数の所定時刻Δｔが経過していないと判定された場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、演算部５６は、造形物ＯＢの造形が完了したか否かを判定する（ステップＳ１５）。造形物ＯＢの造形が完了していないと判定された場合には（ステップＳ１５：ＮＯ）、演算部５６は、所定時刻Δｔが経過したか否かを判定する（ステップＳ１６）。所定時刻Δｔが経過していない場合には（ステップＳ１６：ＮＯ）、演算部５６は、所定時刻Δｔが経過するのを待機する。所定時刻Δｔが経過した場合には（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、図９のステップＳ８以降の処理が繰り返される。ステップＳ１３の処理において、造形物ＯＢの造形が完了した場合には（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、積層造形フローが終了する。

【0055】

３．効果
以上説明したように、本実施形態の積層造形装置１００では、ステージ３０は、移動す
ることによりノズル２０およびレーザヘッド１０に対する相対位置を変化させることができる。演算部５６は、造形物ＯＢの撮影画像を用いて、造形物ＯＢにおいて溶融している溶融部ＭＰの頂点ＴＰと、予め設定された基準位置との誤差Ｌ（ｔ）を算出する。演算部５６は、算出した誤差Ｌ（ｔ）を用いて、各制御量を補正する。そのため、本実施形態の積層造形装置１００では、レーザヘッド１０とステージ３０との距離が大きくなるにつれて、ステージ３０上に原料が積層された造形物ＯＢが積層される。さらに、撮影画像から算出される誤差Ｌ（ｔ）を用いてステージ３０の下降速度Ｖｓ等の制御量が適宜補正される。この補正により、移動速度が一定のまま造形物ＯＢが造形される場合と比較して、造形中の造形物ＯＢが目標となる設計値の形状に近づくように造形される。この結果、三次元的な造形物ＯＢの形状精度が向上し、安定的に連続造形が行われる。特に、脆くて加工ができない材質の造形物ＯＢ、および、硬くて造形後の加工が難しい材質の造形物ＯＢの寸法精度が向上する。また、本実施形態の積層造形装置１００を用いれば、造形後の三次元形状が複雑な造形物ＯＢへの追加工が不要になる、又は、追加工が低減する。すなわち、積層造形後の造形物ＯＢに対する加工を抑制した上で、造形物ＯＢの形状精度が向上する。

【0056】

また、本実施形態の演算部５６は、鉛直方向において、溶融部ＭＰの頂点ＴＰから基準位置Ｚ０（ｔ）を差し引いた値を、時刻ｔにおける高さの誤差Ｌ（ｔ）として算出する。移動制御部５５は、演算部５６により算出された誤差Ｌ（ｔ）を用いて、ステージ３０の鉛直方向に沿う下降速度Ｖｓを変化させる。レーザ光ＬＳの出力強度と粉末材料の供給量とが変化しない状態で、誤差に応じてステージ３０の下降速度Ｖｓが変化する。これにより、単位時間当たりに造形物ＯＢに新たに積層される材料の高さが変化する。そのため、本実施形態の積層造形装置１００では、算出された誤差Ｌ（ｔ）に応じて造形物ＯＢの形状精度をさらに向上させることができる。

【0057】

また、本実施形態の移動制御部５５は、誤差Ｌ（ｔ）がゼロよりも大きい場合には、レーザヘッド１０に対するステージ３０の鉛直方向に沿う距離が広がる方向に速度を加速させる。一方で、移動制御部５５は、誤差Ｌ（ｔ）がゼロよりも小さい場合には、レーザヘッド１０に対するステージ３０の鉛直方向に沿う距離が狭まる方向に速度を減速させる。誤差Ｌ（ｔ）がゼロよりも大きい状態は、基準位置Ｚ０（ｔ）よりも造形が余分に進んでいる状態である。逆に、誤差Ｌ（ｔ）がゼロよりも小さい状態は、基準位置Ｚ０（ｔ）よりも造形が進んでいない状態である。いずれの状態でも、ステージ３０の下降速度Ｖｓを増加させる又は減少させることにより、時刻ｔにおける位置Ｚ（ｔ）を基準位置Ｚ０（ｔ）に近づけることができる。

【0058】

また、本実施形態の演算部５６は、さらに、溶融部ＭＰの幅として時刻ｔにおける位置Ｚ（ｔ）を通る水平方向の幅Ｄｈｓ（ｔ）を特定する。演算部５６は、位置Ｚ（ｔ）から頂点ＴＰまでの高さＨｈｏ（ｔ）と、を算出する。演算部５６は、楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）を、上記式（４）を用いて算出する。照射制御部５２は、演算部５６により算出された時刻ｔにおける幅Ｄｈｓ（ｔ）と楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）とに応じて、レーザ光ＬＳの出力強度を調整する。レーザ光ＬＳの出力強度が変化すると、造形物ＯＢの溶融部ＭＰに積層される材料の積層量が変化する。本実施形態の積層造形装置１００では、溶融部ＭＰの体積としてみなす楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）に応じて、溶融部ＭＰにさらに積層される積層量が制御される。これにより、造形物ＯＢの形状精度をさらに向上させることができる。

【0059】

また、本実施形態の照射制御部５２は、時刻ｔにおける楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）が精度上限の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕよりも大きい場合に、レーザ光ＬＳの出力強度を低下させる。また、照射制御部５２は、時刻ｔにおける楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）が精度下限の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌよりも小さい場合に、レーザ光ＬＳの出力強度
を上昇させる。体積Ｖｈｏ（ｔ）が体積Ｖｈｓｔａ＿ｕよりも大きい状態は、溶融部ＭＰが設計値よりも材料が余分に積層されている状態である。一方で、体積Ｖｈｏ（ｔ）が体積Ｖｈｓｔａ＿ｌよりも小さい状態は、溶融部ＭＰが設計値よりも材料が積層されずに不足している状態である。溶融部ＭＰに積層される材料が多い又は少ない状態の場合に、レーザ光ＬＳの出力強度が調整されることにより、溶融部ＭＰの形状を設計値に近づけることができる。この結果、造形物ＯＢの形状精度をさらに向上させることができる。

【0060】

また、本実施形態の演算部５６は、造形物ＯＢの造形開始から溶融部ＭＰの幅Ｄｈｓ（ｔ）が予め設定された設計値としての直径Ｄｓｔａに達するまで、幅Ｄｈｓ（ｔ）や楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）の値にかかわらず、ステージ３０の下降速度Ｖｓとレーザ光ＬＳの出力強度を初期値から変更しない。本実施形態では、造形開始時の造形物ＯＢの形状は不安定であるため、造形開始から溶融部ＭＰの幅Ｄｈｓ（ｔ）が直径Ｄｓｔａに達するまで一定の下降速度Ｖｓの下、造形物ＯＢの造形が行われる。これにより、誤差Ｌ（ｔ）による微調整の影響に応じて造形される造形物ＯＢの形状が不安定になることを抑制できる。

【0061】

また、本実施形態の演算部５６は、溶融部ＭＰの幅Ｄｈｓ（ｔ）が直径Ｄｓｔａを超えた後に、所定回数（例えば、１０Δｔ）の下降速度Ｖｓおよびレーザ光ＬＳの出力強度が補正されているにもかかわらず、幅Ｄｈｓ（ｔ＋１０Δｔ）が直径Ｄｓｔａを下回らない場合、造形物ＯＢの造形を中止させる（上記条件２）。造形開始後に幅Ｄｈｓ（ｔ）が直径Ｄｓｔａに達した後、所定回数の補正が行われたにもかかわらず幅Ｄｈｓ（ｔ＋１０Δｔ）が直径Ｄｓｔａを下回らない場合、幅Ｄｈｓ（ｔ）が増大し続けるおそれがある。この場合に、造形物ＯＢの造形が中止されることにより、目標の形状と異なる造形物ＯＢの造形を抑制できる。

【0062】

また、本実施形態の演算部５６は、造形開始から閾値時間Ｔ２が経過しても溶融部ＭＰの体積Ｖｈｏ（ｔ）が下限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌに到達しない場合、造形物ＯＢの造形を中止させる（上記条件１）。本実施形態では、造形開始時の造形物ＯＢの形状は不安定である。そのため、閾値時間Ｔ２が経過しても、体積Ｖｈｏ（ｔ）が下限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌを到達しない場合、溶融部ＭＰがさらに小さくなるおそれがある。この場合に、造形物ＯＢの造形が中止されることにより、目標の形状と異なる造形物ＯＢの造形を抑制できる。

【0063】

また、本実施形態のカメラ４０は、溶融部ＭＰの撮影画像を取得する。そのため、本実施形態の積層造形装置１００は、他の装置から溶融部ＭＰの画像を取得せずに画像取得からステージ３０の下降速度Ｖｓの制御までを一貫して行うことができる。

【0064】

＜上記実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

【0065】

［変形例１］
上記実施形態では、積層造形装置１００の一例について説明したが、積層造形装置１００が備える構成等については変形可能である。例えば、他の実施形態の積層造形装置は、カメラ４０を備えていなくてもよい。この場合の積層造形装置は、他の装置が撮影した造形物ＯＢの溶融部ＭＰの画像を用いて、ステージ３０等を制御してもよい。また、溶融部ＭＰを撮影するカメラ４０は、サーモグラフィであってもよい。サーモグラフィは、造形物ＯＢのうち予め設定された温度以上の部分を溶融部ＭＰとして特定してもよい。溶融部ＭＰを撮影する画像取得部は、溶融部ＭＰを特定できる範囲で周知の装置を採用できる。カメラ４０の分解能は、０．１ｍｍ以下が好ましいが、溶融部ＭＰを特定できる範囲で０
．１ｍｍを超えていてもよい。

【0066】

ノズル２０から供給される原料粉末は、金属製であってもよいし、その他の材質で構成されていてもよい。原料粉末に応じて、レーザ光ＬＳの出力強度等が制御されてもよい。原料粉末とレーザ光ＬＳとの組み合わせについては、周知の組み合わせを適用できる。上記実施形態では、レーザヘッド１０とノズル２０とに対してステージ３０が三次元的に移動することにより、レーザヘッド１０とノズル２０とステージ３０との相対位置が変化したが、相対位置を変化させる方法は、変形可能である。例えば、レーザヘッド１０と、ノズル２０と、ステージ３０とのいずれもが移動可能に構成されていてもよい。レーザヘッド１０に対するノズル２０の位置は、例えば、造形される造形物ＯＢの形状に応じて変化してもよい。

【0067】

上記実施形態では、形状取得部５７が記憶部６０から造形物ＯＢの元となるＣＡＤデータを取得したが、造形物ＯＢの形状についてのデータの取得方法は変形可能である。例えば、ＰＣ５０は、記憶部６０を備えておらず、無線通信により他の記憶装置等から造形する造形物ＯＢのデータを取得してもよい。

【0068】

上記実施形態では、所定時刻Δｔや精度の上下限について具体的な一例を挙げたが、これらの数値については、変形可能である。例えば、ユーザが入力部７０を介して、自由な数字を入力してもよい。また、造形物ＯＢの形状データに対して、所定時刻Δｔおよび精度に関連付けられた所定の数値が存在してもよい。

【0069】

上記実施形態の溶融部ＭＰは、造形物ＯＢの反射率や造形物ＯＢの先端部の動き等を用いて特定されたが、溶融部ＭＰの特定方法については変形可能である。例えば、固まっていない溶融部ＭＰは、液体特有の揺らぎを生じさせる。そのため、演算部５６は、時系列に沿った造形物ＯＢの撮影画像を用いて揺らぎを特定し、揺らぎが生じている部分を溶融部ＭＰとして特定してもよい。この場合に、演算部５６は、人工知能を用いた機械学習により生成された学習モデルを用いて、揺らぎの部分と溶融部ＭＰとを特定してもよい。

【0070】

上記実施形態の演算部５６は、誤差Ｌ（ｔ）を用いてステージ３０の下降速度Ｖｓを制御したが、制御するパラメータについては変形可能である。例えば、誤差Ｌ（ｔ）は、基準位置から溶融部ＭＰの頂点ＴＰまでの高さ方向の差の代わりに、基準位置から溶融部ＭＰの位置Ｚ（ｔ）までの高さ方向の差であってもよい。また、誤差Ｌ（ｔ）として、溶融部ＭＰの別の位置と基準位置との差が用いられてもよい。演算部５６は、ステージ３０の下降加速度を制御してもよいし、下降速度Ｖｓに合わせて水平方向に沿う速度や加速度を制御してもよい。

【0071】

上記実施形態では、造形物ＯＢの溶融部ＭＰの幅Ｄｈｓ（ｔ）が特定され、幅Ｄｈｓ（ｔ）を用いた制御が行われたが、幅Ｄｈｓ（ｔ）が特定されずに誤差Ｌ（ｔ）のみで各制御が行われてもよい。上記実施形態では、上限および下限の許容精度から、基準となる上限の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕと下限の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕとのそれぞれが算出されたが、体積Ｖｈｓｔａ＿ｕ，Ｖｈｓｔａ＿ｌの数値そのものが入力されてもよい。また、演算部５６は、溶融部ＭＰのうちの最大径を幅Ｄｈｓ（ｔ）として特定してもよい。幅Ｄｈｓ（ｔ）の特定に、機械学習により生成された学習モデルが用いられてもよい。

【0072】

［変形例２］
図１１は、変形例の積層造形方法のフローチャートである。図１１に示される変形例の積層造形フローでは、ステップＳ２１からステップＳ２４までの各処理は、上記実施形態の積層造形フロー（図９）におけるステップＳ１からステップＳ４までの各処理と同じで
ある。そのため、変形例では、ステップＳ２５以降の処理について説明する。

【0073】

造形物ＯＢの造形開始およびカメラ４０の撮影開始が行われると（ステップＳ２４）、演算部５６は、造形開始から所定時刻Δｔが経過したか否かを判定する（ステップＳ２５）。所定時刻Δｔが経過していない場合には（ステップＳ２５：ＮＯ）、演算部５６は、所定時刻Δｔが経過するのを待機する。所定時刻Δｔが経過した場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、演算部５６は、誤差Ｌ（ｔ）を算出する（ステップＳ２６）。

【0074】

算出された誤差Ｌ（ｔ）がゼロではない場合には（ステップＳ２７：ＮＯ）、移動制御部５５は、演算部５６の算出結果を用いて、ステージ３０の下降速度Ｖｓを変化させる（ステップＳ２８）。下降速度Ｖｓの変化後またはステップＳ２７の処理において誤差Ｌ（ｔ）がゼロであった場合には（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、演算部５６は、造形物ＯＢの造形が完了したか否かを判定する（ステップＳ２９）。造形が完了していない場合には（ステップＳ２９：ＮＯ）、ステップＳ２５以降の処理が繰り返される。造形が完了した場合には（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、積層造形フローが終了する。なお、ステップＳ２４の処理は、画像取得工程に相当する。ステップＳ２５からステップＳ２９までの処理は、造形工程に相当する。ステップＳ２６の処理は、演算工程に相当する。ステップＳ２８の処理は、位置制御工程に相当する。

【0075】

上記実施形態の積層造形フローと異なり、図１１に示される変形例の積層造形フローのように、造形開始後に溶融部ＭＰの幅Ｄｈｓ（ｔ）が直径Ｄｓｔａに達したか否かの判定が行われなくてもよい。また、上記実施形態の図９，１０におけるステップＳ９からステップＳ１１まで処理であるレーザ光ＬＳの出力強度が制御されなくてもよく、その後のステップＳ１２の閾値時間Ｔ１を用いた判定が行われなくてもよい。一方で、ステップＳ９からステップＳ１１までの処理におけるレーザ光ＬＳの出力制御が行われ、その後のステップＳ１１の閾値時間Ｔ１を用いた判定が行われなくてもよい。

【0076】

上記実施形態のステップＳ９からステップＳ１１までの処理では、照射制御部５２は、幅Ｄｈｓ（ｔ）と直径Ｄｓｔａとの比較結果、および、体積Ｖｈｏ（ｔ）と上下限の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕ，Ｖｈｓｔａ＿ｌとの比較結果に応じて、レーザ光ＬＳの出力強度を制御したが、幅Ｄｈｓ（ｔ）と直径Ｄｓｔａとの比較結果に応じて制御してもよい。具体的には、照射制御部５２は、時刻ｔにおける楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）が精度上限の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｕよりも大きい場合に、レーザ光ＬＳの出力強度を低下させる。一方で、照射制御部５２は、時刻ｔにおける楕円半球の体積Ｖｈｏ（ｔ）が精度下限の楕円半球の体積Ｖｈｓｔａ＿ｌよりも小さい場合に、レーザ光ＬＳの出力強度を上昇させてもよい。

【0077】

上記実施形態において、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。

【0078】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0079】

１０…レーザヘッド（照射部）
２０…ノズル（供給部）
３０…ステージ
４０…カメラ（画像取得部）
５１…ＣＰＵ
５２…照射制御部（制御部）
５５…移動制御部（制御部）
５６…演算部（制御部）
５７…形状取得部
６０…記憶部
７０…入力部
８０…出力部
１００…積層造形装置
Ｃ１，Ｃ２…曲線
Ｄｈｓ（ｔ）…時刻ｔにおける溶融部の幅
Ｄｓｔａ…直径
Ｌ（ｔ）…時刻ｔにおける誤差
Ｌ１…変化直線
Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…破線
ＬＳ…レーザ光
ＭＰ…溶融部
ＴＰ…溶融部の頂点
ＯＢ…造形物
Ｔ１…閾値時間
Δｔ…所定時刻
Ｖｓ，Ｖｃ…下降速度（移動速度）
Ｖｈｏ（ｔ）…時刻ｔにおける楕円半球の体積
Ｖｈｓｔａ…楕円半球の体積
Ｖｈｓｔａ＿ｕ…楕円半球の上限の体積
Ｖｈｓｔａ＿ｌ…楕円半球の下限の体積
Ｚ０（ｔ）…基準位置
Ｚ（ｔ）…時刻ｔにおける溶融部の高さ位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】