(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】2024-09-17
(45)【発行日】2024-09-26
(54)【発明の名称】三次元造形装置
(51)【国際特許分類】
B29C 64/393 20170101AFI20240918BHJP
B29C 64/153 20170101ALI20240918BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20240918BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20240918BHJP
B29C 64/295 20170101ALI20240918BHJP
【ＦＩ】
B29C64/393
B29C64/153
B33Y50/02
B33Y30/00
B29C64/295
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2021074891
(22)【出願日】2021-04-27
(65)【公開番号】P2022169075
(43)【公開日】2022-11-09
【審査請求日】2023-12-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100170818
【弁理士】
【氏名又は名称】小松 秀輝
(74)【代理人】
【識別番号】100140682
【弁理士】
【氏名又は名称】妙摩 貞茂
(72)【発明者】
【氏名】清水 六
【審査官】岩▲崎▼ 則昌
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－０８４２１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５２９３８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０８７８４５（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ６４／３９３
Ｂ２９Ｃ ６４／１５３
Ｂ３３Ｙ ５０／０２
Ｂ３３Ｙ ３０／００
Ｂ２９Ｃ ６４／２９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
粉末材料及び前記粉末材料により構成された造形物を支持するテーブルと、前記テーブル上に配置された前記粉末材料に対してビームを照射するビーム照射部と、
前記テーブル上に配置された前記粉末材料を予熱する電気ヒータと、
前記電気ヒータの動作状態と前記電気ヒータによって形成される磁場がビームの軌道に与える影響との関係に基づいて、前記ビーム照射部から照射される前記ビームの照射位置を制御する制御部と、を備え、
前記電気ヒータは、直流電源によって動作し、
前記制御部は、前記電気ヒータの動作状態として、前記直流電源から前記電気ヒータに印加される電流の大きさを取得し、前記電気ヒータの動作状態と前記ビーム照射部から照射される前記ビームの照射位置との対応関係を示すデータを参照して、前記ビームの照射位置を制御する、三次元造形装置。
【請求項2】
前記データは、前記電気ヒータが動作していない状態において前記ビーム照射部から照射される前記ビームの照射位置を基準位置として、前記電気ヒータが動作している状態における前記ビームの照射位置の前記基準位置からのズレ量を示すテーブルである、請求項１に記載の三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、作業テーブル上に原料である粉末を層状に配置して、この粉末層の選択した部分に電子ビームを照射して順次溶融し、三次元製品（造形物）を製造する装置がある（例えば特許文献１参照）。このような三次元製品を製造する装置では、一つの粉末層の選択した部分を溶融させ、溶融した粉末が硬化した後に、その上に形成された別の粉末層の選択した部分を溶融し硬化させる。このように、溶融（硬化）と積層とが繰り返されることによって、三次元製品が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開２０１７／０８１８１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
三次元造形装置では、予熱用の付加的な熱源を用いて、積層された粉末の予熱が行われ得る。しかしながら、熱源として電気ヒータを用いる場合、電子ビームを用いた三次元造形装置では、電気ヒータによって形成される磁場が電子ビームの軌道に影響を与え得る。この場合、電子ビームの照射位置に乱れが生じることが考えられる。本開示は、予熱中であっても電子ビームの照射位置を適切に制御できる三次元造形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の三次元造形装置は、粉末材料及び粉末材料により構成された造形物を支持するテーブルと、テーブル上に配置された粉末材料に対してビームを照射するビーム照射部と、テーブル上に配置された粉末材料を予熱する電気ヒータと、電気ヒータの動作状態と電気ヒータによって形成される磁場がビームの軌道に与える影響との関係に基づいて、ビーム照射部から照射されるビームの照射位置を制御する制御部と、を備える。
【0006】
上記の三次元造形装置では、テーブル上に配置された粉末材料にビームが照射されることにより、溶融された粉末材料によって造形物が形成される。電気ヒータによって粉末材料が予熱されている場合、ビームの軌道は、電気ヒータによって形成される磁場の影響を受ける。しかし、ビームの照射位置は、電気ヒータの動作状態と電気ヒータによって形成される磁場がビームの軌道に与える影響との関係に基づいて制御される。したがって、予熱中であってもビームの照射位置を適切に制御できる。
【0007】
一例の制御部は、電気ヒータの動作状態として、電気ヒータに印加される電流の大きさを取得してもよい。この構成では、電気ヒータに印加される電流の大きさに応じて、ビームの照射位置を制御できる。
【0008】
一例の制御部は、電気ヒータの動作状態とビーム照射部から照射されるビームの照射位置との対応関係を示すデータを参照し、ビームの照射位置を制御してもよい。この構成では、電気ヒータの動作状態に対応したビームの照射位置が参照されるため、制御部は、電気ヒータの動作状態を監視するだけで、容易に照射位置を制御することができる。
【0009】
一例のデータは、電気ヒータが動作していない状態においてビーム照射部から照射されるビームの照射位置を基準位置として、電気ヒータが動作している状態におけるビームの照射位置の基準位置からのズレ量を示すテーブルであってもよい。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、予熱中であっても電子ビームの照射位置を適切に制御できる三次元造形装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本開示の一例の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図中には、必要に応じて、水平面に沿ったＸ軸方向及びＹ軸方向と鉛直方向に沿ったＺ軸方向とを含むＸＹＺ直交座標系が示される。
【0013】
図１は、一例の三次元造形装置を示す概略構成図である。図２は、一例の三次元造形装置のフィーダ３１及び電気ヒータ３２を上方側から見た斜視図である。三次元造形装置１は、いわゆる３Ｄプリンタである。以下の説明では、三次元造形装置１を単に、「造形装置１」と称する。造形装置１は、層状に配置した粉末材料２に部分的にエネルギを付与して、粉末材料２を焼結又は溶融する。造形装置１は、粉末材料２の焼結又は溶融を繰り返して三次元の造形物３を製造する。
【0014】
造形物３は、例えば機械部品などである。なお、造形物３は、その他の構造物であってもよい。粉末材料２は、例えばチタン系金属粉末、インコネル（登録商標）粉末、アルミニウム粉末、ステンレス粉末等である。造形物３の材料である粉末は、金属粉末に限定されない。粉末は、例えばＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）など、炭素繊維と樹脂を含んでもよい。また、粉末は、その他の材料を含んでもよい。例えば、粉末は、導電性を有する導電体材料を含んでもよい。
【0015】
造形装置１は、真空チャンバ４と、作業テーブル５と、電子線照射装置（ビーム照射部）１４と、駆動装置２０と、フィーダ３１と、電気ヒータ３２と、制御装置４０と、を備える。真空チャンバ４は、複数のコラム６によって支持されている。真空チャンバ４は、内部を真空（低圧）状態とすることが可能な容器である。真空チャンバ４には、図示しない真空ポンプが接続されている。真空チャンバ４によって形成される造形空間Ｓは、粉末材料２の処理を行うための気密空間である。
【0016】
作業テーブル５は、例えば円板状を有している。作業テーブル５の上面である主面（造形面）５ａ上には、造形物３の原料である粉末材料２が配置される。作業テーブル５は、真空チャンバ４に対して回転可能に設けられている。作業テーブル５は、その回転軸線Ｃが真空チャンバ４の中心軸線と重なるように配置されてもよい。回転軸線Ｃは、上下方向、すなわち鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿っていてもよい。
【0017】
作業テーブル５は、真空チャンバ４内に収容されている。一例では、作業テーブル５は、真空チャンバ４の底部から下方に向かって延在するガイド部１０内に配置されている。ガイド部１０は、作業テーブル５の外形に対応するように円筒状を呈している。作業テーブル５は、ガイド部１０内において、Ｚ軸方向（上下方向）に移動可能である。作業テーブル５は、粉末材料２の層数に応じて順次降下する。ガイド部１０及び作業テーブル５は、粉末材料２及び造形された造形物３を収容する収容部を形成する。
【0018】
駆動装置２０は、作業テーブル５に接続されている。駆動装置２０は、造形に要する種々の動作を実現する。駆動装置２０は、例えば、回転駆動部２１と直線駆動部２２とを有している。回転駆動部２１は、回転軸線Ｃを中心として周方向に作業テーブル５を回転させる。例えば、回転駆動部２１の上端は、作業テーブル５に連結され、回転駆動部２１の下端には、例えばモータ等の駆動源が取り付けられている。直線駆動部２２は、回転駆動部２１の回転軸線Ｃに沿って、作業テーブル５をガイド部１０に対して相対的に昇降させる。したがって、作業テーブル５は、駆動装置２０によって、回転軸線Ｃ周りの回転と、回転軸線Ｃに沿った直線移動と、を行う。なお、駆動装置２０は、作業テーブル５を回転及び昇降させることができる機構であればよく、上述した機構に限定されない。
【0019】
フィーダ３１は、作業テーブル５の主面５ａ上に粉末材料２を供給する。図２に示すように、フィーダ３１は、作業テーブル５の上方において、作業テーブル５の回転軸線Ｃの位置から径方向に沿って作業テーブル５の周縁の位置まで延在している。例えば、フィーダ３１は、図示しない原料タンクと均し部とを有する。原料タンクは、粉末材料２を貯留するとともに、作業テーブル５の主面５ａ上に粉末材料２を供給する。均し部は、作業テーブル５上に供給された粉末材料２の表面を均す。なお、フィーダ３１は、均し部に代えて、ローラ部材、棒状部材、刷毛等を有してもよい。
【0020】
電気ヒータ３２は、作業テーブル５の主面５ａ上に供給された粉末材料２の予備加熱を行う。電気ヒータ３２は、電子ビームが照射される前の粉末材料２に対して予備加熱を行う。例えば、電気ヒータ３２は、作業テーブル５の上方に配置され、放射熱によって粉末材料２の温度を上昇させる。例えば、電気ヒータ３２は、直流電源によって動作する赤外線電気ヒータであってよい。電気ヒータ３２は、他の方式により加熱するものであってもよい。フィーダ３１及び電気ヒータ３２は、作業テーブル５の回転方向Ｒに沿って配置されている。そのため、フィーダ３１の位置で供給された粉末材料２は、作業テーブル５の回転に伴って、電気ヒータ３２の位置で予備加熱される。一例の電気ヒータ３２は、作業テーブル５の主面５ａの一部に対向するように配置されている。図示例では、電気ヒータ３２は、作業テーブル５の半径と同じ略半径を有する扇形状を有しており、上側から見たときに主面５ａの周方向の一部と重なっている。
【0021】
電子線照射装置１４は、電気ヒータ３２よりも回転方向Ｒの下流の位置において、予備加熱された粉末材料２に電子ビームＢを照射する。電子線照射装置１４は、エネルギビームとしての電子ビーム（電子線）Ｂを照射する電子銃等のビーム源１５を含む。図１では、出射された電子ビームＢを２点鎖線で示している。ビーム源１５から出射された電子ビームＢは、真空チャンバ４内に照射される。電子ビームＢは、粉末材料２を加熱する。つまり、電子線照射装置１４は、粉末材料２にエネルギを付与する。その結果、粉末材料２が加熱されるので、粉末材料２は溶融又は焼結する。電子線照射装置１４は、粉末材料２を固める粉末固化部である。また、電子線照射装置１４は、粉末材料２にエネルギを付与するエネルギ付与部である。
【0022】
電子線照射装置１４は、電子ビームＢの照射を制御するコイル装置１６を含んでいる。コイル装置１６は、例えば収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９を備える。例えば、フォーカスコイル１８は収差コイル１７の下側に配置されており、偏向コイル１９はフォーカスコイル１８の下側に配置されている。収差コイル１７は、ビーム源１５から出射される電子ビームＢの周囲に設置され、電子ビームＢを収束させる。フォーカスコイル１８は、ビーム源１５から出射される電子ビームＢの周囲に設置され、電子ビームＢのフォーカス位置のずれを補正する。偏向コイル１９は、ビーム源１５から出射される電子ビームＢの周囲に設置され、電子ビームＢの照射位置を調整する。偏向コイル１９は、電磁的なビーム偏向を行う。電磁的なビーム偏向によれば、電子ビームＢの照射時における走査速度が機械的なビーム偏向よりも高速になる。ビーム源１５及びコイル装置１６は、真空チャンバ４の上部に配置されている。ビーム源１５から出射された電子ビームＢは、コイル装置１６によって、収束され、焦点位置が補正され、走査速度が制御され、粉末材料２の照射位置に到達する。
【0023】
制御装置４０は、三次元造形装置１の装置全体の制御を行う。制御装置４０は、例えば、プログラムを実行するＣＰＵと、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の記憶部と、入出力部と、ドライバとを有する。制御装置４０の各機能は、ＣＰＵの制御の下で入出力部を動作させ、記憶部におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことによって実現される。制御装置４０の形態及び配置場所については特に限定されない。制御装置４０は、収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９を含む電子線照射装置１４に電気的に接続されている。また、制御装置４０は、回転駆動部２１及び直線駆動部２２を含む駆動装置２０に電気的に接続されている。さらに、制御装置４０は、フィーダ３１及び電気ヒータ３２に電気的に接続されている。なお、制御装置４０と電気ヒータ３２とは、ヒータ電源３５を介して接続されている。ヒータ電源３５は、制御装置４０からの信号を受けて、電気ヒータ３２に電力を供給する直流電源である。また、ヒータ電源３５は、電気ヒータ３２に供給されている電力の大きさを示すデータを制御装置４０に出力する。一例において、ヒータ電源３５は、電気ヒータ３２に印加される電流値を制御装置４０に出力する。
【0024】
図３は、一例の三次元造形装置の制御ユニットを説明するためのブロック図である。図３に示すように、制御装置４０は、機能部として、駆動制御部４１と、フィーダ制御部４２と、ヒータ制御部４３と、照射制御部４５と、を含む。また、制御装置４０は、データ記憶部４６を含む。
【0025】
駆動制御部４１は、回転駆動部２１に対し制御信号を出力し、回転駆動部２１の動作を通じて作業テーブル５の回転制御を行う。例えば、駆動制御部４１は、回転駆動部２１を作動させて、回転軸線Ｃを中心として作業テーブル５を回転方向Ｒに回転させる。また、駆動制御部４１は、直線駆動部２２に対し制御信号を出力し、直線駆動部２２の動作を通じて作業テーブル５の昇降制御を行う。例えば、駆動制御部４１は、造形の初期において作業テーブル５をガイド部１０の上部の位置に配置させ、造形物３の造形が進むに連れて作業テーブル５を降下させる。作業テーブル５の降下速度は、例えば作業テーブル５の回転速度に応じて決定されてもよい。
【0026】
フィーダ制御部４２は、フィーダ３１に対し制御信号を出力し、粉末材料２の供給制御を行う。例えば、フィーダ制御部４２は、フィーダ３１を作動させて、作業テーブル５の主面５ａに粉末材料２を供給する。作業テーブル５上の粉末材料２の表面層は、作業テーブル５の回転に伴って敷き均される。
【0027】
ヒータ制御部４３は、電気ヒータ３２の動作を制御し、粉末材料２の予熱制御を行う。例えば、ヒータ制御部４３は、ヒータ電源３５に対し制御信号を出力し、ヒータ電源３５から電気ヒータ３２に電力を供給させる。これにより、ヒータ制御部４３は、電気ヒータ３２を作動させて、作業テーブル５の上面の粉末材料２を加熱させ、粉末材料２の予備加熱を実行させる。粉末材料２の加熱量は、粉末材料２の種類、作業テーブル５の回転速度等に応じて設定してもよい。
【0028】
照射制御部４５は、電子線照射装置１４に対し制御信号を出力し、電子ビームＢの出射制御を行う。例えば、照射制御部４５は、ビーム源１５を作動させて、電子ビームＢを出射させる。一例の照射制御部４５は、粉末材料２の所定の位置に電子ビームＢを照射させる。電子ビームＢを照射させる位置は造形物３を造形すべき領域であり、予め設定される照射位置に従って電子ビームＢが照射される。
【0029】
電子ビームＢの照射位置は、造形物３の断面のスライスデータに基づいて設定され得る。造形物３の断面は、造形物３において回転軸線Ｃと交差（直交）する断面である。一例において、造形物３のスライスデータは、造形物３の三次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ－Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データに基づいて取得され得る。例えば、造形物３の上下の位置に応じて複数のスライスデータが取得され得る。１層分のスライスデータは、粉末材料２の１層分に対応している。
【0030】
照射制御部４５は、設定された照射位置に電子ビームＢが照射されるように、電子線照射装置１４を制御する。すなわち、照射制御部４５は、収差コイル１７を制御して、電子ビームＢを収束させる。照射制御部４５は、フォーカスコイル１８を制御して、電子ビームＢのフォーカス位置を制御する。照射制御部４５は、偏向コイル１９を制御して、電子ビームＢの照射位置（照射方向）を制御する。例えば、照射位置に対応する収差コイル１７における制御量、フォーカスコイル１８における制御量、及び偏向コイル１９における制御量に関するデータは、データ記憶部４６に記憶されていてもよい。照射制御部４５は、データ記憶部４６から取得されるデータに基づいて、任意の照射位置に電子ビームが照射されるように、収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９を制御する。
【0031】
電気ヒータ３２が動作している場合、電子線照射装置１４から照射される電子ビームＢの軌道は、電気ヒータ３２によって形成される磁場（磁界）の影響を受ける。すなわち、磁場の影響を考慮せずにコイル装置１６が制御されている場合には、電気ヒータ３２が動作しているときの照射位置は、電気ヒータ３２が動作していないときの照射位置（基準位置）から磁場に応じたズレ量だけ移動する。そこで、一例の照射制御部４５は、電気ヒータ３２の動作状態と電気ヒータ３２によって形成される磁場が電子ビームＢの軌道に与える影響との関係に基づいて、電子線照射装置１４から照射される電子ビームＢの照射位置を制御する。
【0032】
一例の照射制御部４５は、電気ヒータ３２の動作状態と電子線照射装置１４から照射される電子ビームＢの照射位置との対応関係を示すデータを参照し、電子ビームＢの照射位置を制御してもよい。例えば、このようなデータは、テーブルデータ（ルックアップテーブル）としてデータ記憶部４６に記憶されていてもよい。一例のテーブルデータは、電気ヒータ３２の動作状態ごとの、電子ビームＢの照射位置に対応する収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９の制御量のデータであってもよい。電気ヒータ３２の動作状態は、電気ヒータ３２が動作しているか動作していないかを示す情報であってもよい。また、電気ヒータ３２の動作状態は、電気ヒータ３２に印加される電流の電流値であってもよい。
【0033】
照射制御部４５は、電気ヒータ３２の動作状態と電子ビームＢの照射位置とを入力データとして、データ記憶部４６から収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９の制御量のデータを取得し得る。例えば、照射制御部４５は、ヒータ電源３５から取得されるＯＮ／ＯＦＦ情報と、スライスデータに基づいて設定される照射位置とを入力データとして、テーブルデータを参照して収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９の制御量を取得してもよい。また、照射制御部４５は、ヒータ電源３５から取得される電流値と、スライスデータに基づいて設定される照射位置とを入力データとして、テーブルデータを参照して収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９の制御量を取得してもよい。
【0034】
このようなテーブルデータは、実際に電気ヒータ３２が動作している状態で電子線照射装置１４によって電子ビームＢを照射することによって取得されてもよい。電気ヒータ３２の動作状態として電気ヒータ３２のＯＮ／ＯＦＦ情報を用いる場合には、電気ヒータ３２を動作させない状態において実際の照射位置ごとに収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９の制御量を取得したデータと、電気ヒータ３２を所定の電流値で動作させた状態において実際の照射位置ごとに収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９の制御量を取得したデータと、によってテーブルを構成してもよい。また、電気ヒータ３２の動作状態として電流値を用いる場合には、電気ヒータ３２を複数の電流値で動作させた状態で、各電流値において、照射位置ごとに収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９の制御量を取得し、取得されたパラメータ間を線形補間したデータによってテーブルを構成してもよい。
【0035】
また、テーブルデータは、電気ヒータ３２が動作している状態における電子ビームＢの照射位置の基準位置からのズレ量によって構成されてもよい。この場合、基準位置は、電気ヒータ３２が動作していない状態における電子ビームＢの照射位置であってよい。例えば、電子ビームＢの照射位置の基準位置からのズレ量は、収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９の制御量の補正量であってもよい。補正量は、同じ照射位置に電子ビームＢが照射されるときの、電気ヒータ３２が動作している状態での制御量と電気ヒータ３２が動作していないときの制御量との差分であってよい。
【0036】
三次元造形装置１の動作について説明する。まず、三次元造形装置１の制御装置４０は、直線駆動部２２を制御して、作業テーブル５を上方へ移動させる。作業テーブル５は、上方へ移動させられて、ガイド部１０の上部に配置される。また、制御装置４０は、回転駆動部２１を制御して、回転軸線Ｃを中心に作業テーブル５を回転させる。
【0037】
次に、制御装置４０は、フィーダ３１を制御して、作業テーブル５上に粉末材料２を供給する。作業テーブル５上の粉末材料２はフィーダ３１に設けられたリコータによって均される。フィーダ３１が供給した粉末材料２は、作業テーブル５の回転に伴って移動し、電気ヒータ３２の下方の領域内に進入する。電気ヒータ３２は、下方に配置された粉末材料２を予備加熱する。粉末材料２は、作業テーブル５の回転に伴って移動しながら加熱される。
【0038】
電気ヒータ３２によって予備加熱された粉末材料２は、作業テーブル５の回転に伴って、作業テーブル５の周方向において電気ヒータ３２の領域外に移動する。制御装置４０は、電子線照射装置１４を制御して、電子線照射装置１４の照射範囲内に存在する粉末材料２に対して電子ビームＢを照射させる。粉末材料２に対して電子ビームＢが順次照射されることにより、造形物３が造形されていく。
【0039】
このとき、制御装置４０は、ヒータ電源３５から入力される信号に基づいて、電子線照射装置１４による電子ビームＢの照射位置を制御する。例えば、ヒータ電源３５から電気ヒータ３２が動作状態であることを示す信号又は電流値を示す信号が入力される場合、照射制御部４５は、データ記憶部４６に記憶されたテーブルデータを参照して照射位置に対応する制御量によって収差コイル１７、フォーカスコイル１８及び偏向コイル１９を制御する。これにより、電子ビームＢは、電気ヒータ３２によって形成される磁場の影響を受けた状態で、スライスデータに対応する照射位置に照射される。
【0040】
作業テーブル５は、造形物３の造形が進むにつれて降下する。すなわち、制御装置４０は、直線駆動部２２を制御して、作業テーブル５を回転軸線Ｃに沿って降下させる。この作業テーブル５の降下は、作業テーブル５の回転と同期させてもよいが、完全には同期させなくてもよい。そして、全ての層について造形が完了すると、造形物３の造形が完了する。
【0041】
以上に説明したように、一例の三次元造形装置１は、粉末材料２を支持する作業テーブル５と、作業テーブル５上に配置された粉末材料２に対して電子ビームＢを照射する電子線照射装置１４と、作業テーブル５上に配置された粉末材料２を予熱する電気ヒータ３２と、電気ヒータ３２の動作状態と電気ヒータ３２によって形成される磁場が電子ビームＢの軌道に与える影響との関係に基づいて、電子線照射装置１４から照射される電子ビームＢの照射位置を制御する制御装置４０と、を備える。
【0042】
上記の三次元造形装置１では、作業テーブル５上に配置された粉末材料２に電子ビームＢが照射されることにより、溶融された粉末材料２によって造形物３が形成される。電気ヒータ３２によって粉末材料２が予熱されている場合、電子ビームＢの軌道は、電気ヒータ３２によって形成される磁場の影響を受け得る。三次元造形装置１、電子ビームＢの照射位置は、電気ヒータ３２の動作状態と電気ヒータ３２によって形成される磁場が電子ビームＢの軌道に与える影響との関係に基づいて制御されている。したがって、電気ヒータ３２が動作している状態であっても、電子ビームＢの照射位置を適切に制御できる。
【0043】
電気ヒータ３２によって形成された磁場は、電気ヒータ３２に印加される電流の大きさに応じて変化し得る。一例の制御装置４０は、電気ヒータ３２の動作状態として、電気ヒータ３２に印加される電流の大きさを取得してもよい。この構成では、電気ヒータ３２に印加される電流の大きさに応じて、電子ビームＢの照射位置を制御できる。
【0044】
一例の制御装置４０は、電気ヒータ３２の動作状態と電子線照射装置１４から照射される電子ビームＢの照射位置との対応関係を示すデータを参照し、電子ビームＢの照射位置を制御してもよい。この構成では、電気ヒータ３２の動作状態に対応した電子ビームＢの照射位置が参照されるため、制御装置４０は、電気ヒータ３２の動作状態を監視するだけで、容易に照射位置を制御することができる。
【0045】
データ記憶部４６に格納されるデータは、電気ヒータ３２が動作していない状態において電子線照射装置１４から照射される電子ビームＢの照射位置を基準位置として、電気ヒータ３２が動作している状態における電子ビームＢの照射位置の基準位置からのズレ量を示すテーブルデータ（以下、補正テーブルデータ）であってもよい。この構成では、電気ヒータ３２が動作していない場合には、基準位置に基づいて生成された、電子ビームＢの照射位置とコイル装置１６の制御量との関係を示すテーブルデータ（以下、基準テーブルデータ）に基づいて、電子線照射装置１４の照射位置が制御される。そして、電気ヒータ３２が動作している状態では、基準テーブルデータの制御量を補正テーブルデータによって補正したデータに基づいて、電子線照射装置１４の照射位置が制御される。
【0046】
本開示は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【0047】
例えば、電気ヒータの動作状態と電気ヒータによって形成される磁場が電子ビームの軌道に与える影響との関係が、テーブルデータとしてデータ記憶部４６に記憶されている例について説明したが、本開示の内容はこれに限定されない。電気ヒータの動作状態と電気ヒータによって形成される磁場がビームの軌道に与える影響との関係は、テーブルデータではなく演算式としてデータ記憶部４６等に記憶されていてもよい。このような演算式は、ビオ・サバールの法則等の一般的な電磁気学に基づいて構築されてもよい。また、演算式は、電子ビームを照射することによって取得されたテーブルデータに基づいて、近似式として構築されてもよい。
【0048】
また、コイル装置１６が磁場の影響に応じて電子ビームを制御する例を示したが、例えば、コイル装置１６は磁場の影響を考慮せずに電子ビームを制御してもよい。この場合、三次元造形装置は、磁場の影響による位置ずれを補正する補正専用のコイルをさらに備えてもよい。
【0049】
直流電源によって電気ヒータが動作する例を示したが、電気ヒータは交流電源によって動作してもよい。この場合、交流波形に応じて電気ヒータの磁界に揺らぎが生じ得る。電子ビームが磁界の影響を受けないように、交流波形の逆位相の成分を加えることで、コイル装置に対する制御値を補正してもよい。
【0050】
また、三次元造形装置は、複数の電気ヒータを有していてもよい。電気ヒータが複数ある場合、それぞれの電気ヒータにそれぞれ対応した制御用のテーブルデータが用意されてもよいし、複数の電気ヒータの動作状態とビームの照射位置との対応関係を示すテーブルデータが用意されてもよい。
【0051】
また、三次元造形装置は、複数のビーム源を有していてもよい。ビーム源が複数ある場合、ビーム源ごとに、電気ヒータの動作状態とビームの照射位置との対応関係を示すテーブルデータが用意されてもよい。
【符号の説明】
【0052】
１ 三次元造形装置（造形装置）
２ 粉末材料
３ 造形物
４ 真空チャンバ
５ 作業テーブル
５ａ 主面
６ コラム
１０ ガイド部
１４ 電子線照射装置（ビーム照射部）
１５ ビーム源
１６ コイル装置
１７ 収差コイル
１８ フォーカスコイル
１９ 偏向コイル
２０ 駆動装置
２１ 回転駆動部
２２ 直線駆動部
３１ フィーダ
３２ 電気ヒータ
３５ ヒータ電源
４０ 制御装置
４１ 駆動制御部
４２ フィーダ制御部
４３ ヒータ制御部
４５ 照射制御部
４６ データ記憶部
Ｂ 電子ビーム（電子線）
Ｃ 回転軸線
Ｒ 回転方向
Ｓ 造形空間
２ 粉末材料
３ 造形物
４ 真空チャンバ
５ 作業テーブル
５ａ 主面
６ コラム
１０ ガイド部
１４ 電子線照射装置（ビーム照射部）
１５ ビーム源
１６ コイル装置
１７ 収差コイル
１８ フォーカスコイル
１９ 偏向コイル
２０ 駆動装置
２１ 回転駆動部
２２ 直線駆動部
３１ フィーダ
３２ 電気ヒータ
３５ ヒータ電源
４０ 制御装置
４１ 駆動制御部
４２ フィーダ制御部
４３ ヒータ制御部
４５ 照射制御部
４６ データ記憶部
Ｂ 電子ビーム（電子線）
Ｃ 回転軸線
Ｒ 回転方向
Ｓ 造形空間
【図1】
【図2】
【図3】