(57)【要約】【課題】造形時間を短くしつつ且つ造形物の表面粗さを低減する。【解決手段】三次元造形装置１は、溶融領域３Ｓに敷き均された粉末材料１０１に溶融ビーム１０３を照射し、溶融ビーム１０３の照射によって粉末材料１０１が固化した中間造形物１０２Ａを形成する溶融ビーム照射部３と、切断領域４Ｓに含まれる中間造形物１０２Ａに切断ビーム１０４を照射し、切断ビーム１０４の照射によって中間造形物１０２Ａから切り出された最終造形物１０２Ｂを得る切断ビーム照射部４と、を備える。切断ビーム１０４の電子ビーム径は、溶融ビーム１０３の電子ビーム径よりも小さい。電子ビーム径は、造形物の表面粗さに影響を及ぼす。そうすると、溶融ビーム１０３を用いて中間造形物１０２Ａを加工することにより、中間造形物１０２Ａよりも表面粗さが小さい最終造形物１０２Ｂを形成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１照射領域に敷き均された粉末材料に第１エネルギビームを照射し、前記第１エネルギビームの照射によって前記粉末材料が固化した第１造形物を得る第１ビーム照射部と、
第２照射領域に含まれる前記第１造形物に第２エネルギビームを照射し、前記第２エネルギビームの照射によって前記第１造形物から切り出された第２造形物を得る第２ビーム照射部と、を備え、
前記第２エネルギビームの電子ビーム径は、前記第１エネルギビームの電子ビーム径よりも小さい、三次元造形装置。
【請求項２】
前記粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、
前記第１ビーム照射部及び前記第２ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記回転テーブルから離間して配置され、
前記第２ビーム照射部は、前記第１ビーム照射部よりも前記軸線から遠い位置に配置される、請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、
第３照射領域に含まれる前記第１造形物に第３エネルギビームを照射する第３ビーム照射部をさらに備え、
前記第３ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記回転テーブルから離間して配置されると共に前記第１ビーム照射部よりも前記軸線から近い位置に配置され、
前記第３エネルギビームの電子ビーム径は、前記第１エネルギビームの電子ビーム径よりも小さい、請求項１又は２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに固定される固定テーブルをさらに備え、
前記第１ビーム照射部及び前記第２ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記固定テーブルから離間して配置され、
前記第２ビーム照射部は、前記第１ビーム照射部よりも前記軸線から遠い位置において、複数配置される、請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、
前記第１ビーム照射部及び前記第２ビーム照射部は、前記軸線の方向に沿って前記回転テーブルから離間して配置され、
前記第２ビーム照射部は、前記第１ビーム照射部よりも前記軸線から近い位置に配置される、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】
本発明の一形態は、三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、三次元積層造形装置について、造形精度が照射ビームの径に依存し、造形時間と精度とが相反する関係にあることを開示する。そこで、特許文献１の装置は、ビーム径のスポットサイズが変更できるレーザの照射構成を採用する。より詳細には、特許文献１の装置は、電子を加速させる高圧電源をパルス電源とし、瞬間的に造形界面に熱を与える。この手法により、粉末材料への余分な入熱を抑制し、意図しない部分における粉末材料の溶融を抑制する。なお、特許文献１の装置では、電子銃の構造は、電圧の印加態様（パルス又は直流）によって変化させない。
【０００３】
特許文献２は、複数のレーザ光源を備えた三次元造形装置を開示する。特許文献２の装置は、複数の光ビーム等を同じ粉末層の被造形領域に集中して照射することにより、高エネルギ焼結を行う。特許文献３は、積層造形方法に利用する装置を開示する。特許文献３の装置は、２つのレーザ光源を有する。そして、それぞれのレーザ光源から照射されるレーザの特性を異ならせることにより、断面要素の形成、断面要素と造形物との一体化、断面要素の表面成型を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６８２２８号公報
【特許文献２】特開２０１７−０３０２５４号公報
【特許文献３】特開２００６−４５５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１が示すように、造形時間と精度とは互いに相反する。この精度とは、例えば、造形物の表面形状である。従って、当該分野においては、造形時間を短くしつつ且つ造形物の表面粗さを低減できる三次元造形装置が望まれていた。
【０００６】
本発明は、造形時間を短くしつつ且つ造形物の表面粗さを低減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】
【０００７】
本発明の一形態は、第１照射領域に敷き均された粉末材料に第１エネルギビームを照射し、第１エネルギビームの照射によって粉末材料が固化した第１造形物を得る第１ビーム照射部と、第２照射領域に含まれる第１造形物に第２エネルギビームを照射し、第２エネルギビームの照射によって第１造形物から切り出された第２造形物を得る第２ビーム照射部と、を備え、第２エネルギビームの電子ビーム径は、第１エネルギビームの電子ビーム径よりも小さい。
【０００８】
この装置によれば、粉末材料は、第１エネルギビームが照射されることによって固化する。この粉末材料の固化によって第１造形物が形成される。エネルギビームの電子ビーム径は、造形時間に影響を及ぼす。第２エネルギビームは、第１エネルギビームよりも電子ビーム径が小さい。つまり、第１エネルギビームは、第２エネルギビームよりも電子ビーム径が大きい。その結果、第１エネルギビームを用いて粉末材料を固化させることにより、第１造形物を短時間で形成できる。そして、当該第１造形物に対して第２エネルギビームが照射されることによって、第１造形物から第２造形物が切り出される。また、エネルギビームの電子ビーム径は、造形物の表面粗さにも影響を及ぼす。そうすると、第２エネルギビームを用いて第１造形物を加工することにより、第１造形物よりも表面粗さが小さい第２造形物を形成できる。従って、第１ビーム照射部及び第２ビーム照射部によれば、造形時間を短縮化し、且つ、造形物の表面粗さを低減できる。
【０００９】
上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、第１ビーム照射部及び第２ビーム照射部は、軸線の方向に沿って回転テーブルから離間して配置され、第２ビーム照射部は、第１ビーム照射部よりも軸線から遠い位置に配置されてもよい。この構成によれば、回転テーブルによって第１造形物が回転されながら、当該第１造形物に第２エネルギビームが照射される。第２ビーム照射部は、第１ビーム照射部よりも軸線からの位置が遠い。従って、第２エネルギビームの照射によって、第１造形物の外周面を形成することができる。その結果、表面粗さが低減された外周面を有する第２造形物を得ることができる。
【００１０】
上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、第３照射領域に含まれる第１造形物に第３エネルギビームを照射する第３ビーム照射部を更に備え、第３ビーム照射部は、軸線の方向に沿って回転テーブルから離間して配置されると共に第１ビーム照射部よりも軸線から近い位置に配置され、第３エネルギビームの電子ビーム径は、第１エネルギビームの電子ビーム径よりも小さくてもよい。この構成によれば、回転テーブルによって第１造形物が回転されながら、当該第１造形物に第３エネルギビームが照射される。第３ビーム照射部は、第１ビーム照射部よりも軸線からの位置が近い。従って、第３エネルギビームの照射によって、第１造形物の内周面を形成することができる。その結果、表面粗さが低減された内周面を有する第２造形物を得ることができる。
【００１１】
上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに固定される固定テーブルをさらに備え、第１ビーム照射部及び第２ビーム照射部は、軸線の方向に沿って固定テーブルから離間して配置され、第２ビーム照射部は、第１ビーム照射部よりも軸線から遠い位置において、複数配置されてもよい。この構成によっても、造形時間を短縮化し、且つ、造形物の表面粗さを低減できる。
【００１２】
上記の三次元造形装置は、粉末材料が敷き均されると共に軸線のまわりに回転する回転テーブルをさらに備え、第１ビーム照射部及び第２ビーム照射部は、軸線の方向に沿って回転テーブルから離間して配置され、第２ビーム照射部は、第１ビーム照射部よりも軸線から近い位置に配置されてもよい。この構成によっても、造形時間を短縮化し、且つ、造形物の表面粗さを低減できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、造形時間を短くしつつ且つ造形物の表面粗さを低減できる三次元造形装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態に係る三次元造形装置の主要な構成を示す図である。
【図２】図２の（ａ）部は溶融ビーム照射部の構成を示す図であり、図２の（ｂ）部は切断ビーム照射部の構成を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る三次元造形装置の溶融領域と切断領域とを示す図である。
【図４】図４の（ａ）部は粉末材料を敷き均す様子を示す図であり、図４の（ｂ）部は溶融ビームを照射する様子を示す図であり、図４の（ｃ）部は切断ビームを照射する様子を示す図である。
【図５】図５は、変形例１に係る三次元造形装置を示す図である。
【図６】図６は、変形例２に係る三次元造形装置を示す図である。
【図７】図７の（ａ）部は変形例３に係る三次元造形装置を示す図であり、図７の（ｂ）部は変形例４に係る三次元造形装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１に示す三次元積層造形物製造装置（以下「三次元造形装置１」という）は、いわゆる３Ｄプリンタである。三次元造形装置１は、層状に配置した粉末材料１０１にエネルギを付与する。換言すると、三次元造形装置１は、粉末材料１０１の温度を上昇させる。その結果、粉末材料１０１は溶融する。そして、三次元造形装置１がエネルギの付与を停止すると、溶融した粉末材料１０１の温度が下がるので、固化する。つまり、三次元造形装置１は、エネルギの付与と停止とを複数回繰り返すことにより、最終造形物１０２Ｂ（第２造形物）を製造する。
【００１７】
なお、粉末材料１０１は、金属粉末であり、例えばチタン系金属粉末、インコネル粉末、アルミニウム粉末等である。また、粉末材料１０１は、金属粉末に限定されず、例えばＣＦＲＰ(Carbon Fiber Reinforced Plastics)など、炭素繊維と樹脂とを含む粉末であってもよい。また、粉末材料１０１は、導電性を有するその他の粉末でもよい。
【００１８】
最終造形物１０２Ｂは、例えば機械部品である。なお、最終造形物１０２Ｂは、その他の構造物であってもよい。
【００１９】
三次元造形装置１は、造形室２と、溶融ビーム照射部３（第１ビーム照射部）と、切断ビーム照射部４（第２ビーム照射部）と、を有する。
【００２０】
造形室２は、粉末材料１０１を収容し、溶融ビーム１０３（第１エネルギビーム）を受けて粉末材料１０１を溶融及び固化させる造形空間を形成する。造形室２は、テーブル６（回転テーブル）と、昇降装置７と、粉末供給装置８と、造形ポンプ９と、造形筐体１０と、を有する。
【００２１】
テーブル６は、例えば円板状を呈し、最終造形物１０２Ｂの原料である粉末材料１０１が配置される。昇降装置７は、テーブル６を昇降させる。粉末供給装置８は、粉末材料１０１を、例えば層状に複数回に分けてテーブル６の上に配置する。造形ポンプ９は、造形空間に存在するガスを排気し、造形空間の圧力を所定の値に設定する。造形筐体１０は、テーブル６、昇降装置７及び粉末供給装置８を収容する造形空間を形成する。造形筐体１０には、溶融ビーム照射部３と、切断ビーム照射部４と、造形ポンプ９と、が連結されている。
【００２２】
図２の（ａ）部に示すように、溶融ビーム照射部３は、溶融ビーム１０３（エネルギビーム）を発生させ、当該溶融ビーム１０３を造形室２に提供する。この溶融ビーム１０３は、粉末材料１０１を溶融させるものである。溶融ビーム照射部３は、筐体１２と、電子銃１３と、真空ポンプ１４と、真空ポンプ１６と、を有する。
【００２３】
筐体１２は、真空ポンプ１４、１６と協働していわゆる差動排気系を構成する。筐体１２は、電子銃室１２ａと、第１差動排気室１２ｂと、第２差動排気室１２ｃと、を形成する。電子銃室１２ａ、第１差動排気室１２ｂ及び第２差動排気室１２ｃは、オリフィス等の細孔を介して互いに連通する。従って、電子銃室１２ａ、第１差動排気室１２ｂ及び第２差動排気室１２ｃは、気密に構成されたひとつの閉鎖空間を形成する。
【００２４】
電子銃室１２ａは、電子銃１３を収容する。電子銃室１２ａには、真空ポンプ１４が接続されている。第１差動排気室１２ｂは、オリフィス等の細孔を介して、電子銃室１２ａと接続されている。また、第１差動排気室１２ｂには、真空ポンプ１６が接続されている。第２差動排気室１２ｃは、細孔を介して第１差動排気室１２ｂ及び造形室２と接続されている。第２差動排気室１２ｃには、コイルユニット１７が配置されている。
【００２５】
コイルユニット１７は、電子銃１３から照射された溶融ビーム１０３を整形する。ここで言う整形とは、溶融ビーム１０３の収束、焦点位置の調整、走査速度の制御を含む。コイルユニット１７は、例えば、電子銃１３の前方領域に磁場を形成する複数のコイルを含む。
【００２６】
電子銃１３は、電源１３ａと、カソード１３ｂと、アノード１３ｃと、フィラメント１３ｄと、を有する。電源１３ａは、カソード１３ｂ及びアノード１３ｃに電気的に接続されている。電子銃１３は、カソード１３ｂから放出された熱電子を、カソード１３ｂとアノード１３ｃとの間の電位差（加速電圧）によって加速する。加速電圧は、例えば６０ｋＶである。加速された熱電子は、溶融ビーム１０３を構成する。また、カソード１３ｂは、熱電子放射材料（例えば、六ほう化ランタン（ＬａＢ６））により構成されている。カソード１３ｂの直径は、例えば０．８ミリメートルである。なお、電子銃１３は、必要に応じて、カソード１３ｂとアノード１３ｃとの間に配置されたグリッド電極１３ｅを有してもよい。グリッド電極１３ｅは、開口を有する。溶融ビーム１０３は、当該開口を通過して粉末材料１０１に照射される。また、電子銃１３は、フィラメント１３ｄの基端部に設けられた絶縁碍子１３ｆを有する。
【００２７】
図２の（ｂ）部に示すように、切断ビーム照射部４は、切断ビーム１０４（第２エネルギビーム）を発生させ、当該切断ビーム１０４を造形室２に提供する。この切断ビーム１０４は、溶融ビーム１０３の照射によって溶融しその後固化した部分を切断するものである。従って、切断ビーム１０４は、溶融ビーム１０３と用途が異なるので、その特性も異なる。切断ビーム１０４の電子ビーム径（例えば０．１ｍｍ）は、溶融ビーム１０３の電子ビーム径（例えば０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下）よりも小さい。また、切断ビーム１０４のエネルギ密度は、溶融ビーム１０３のエネルギ密度よりも大きい。例えば、切断ビーム１０４は、高電圧加速ビームであると言える。
【００２８】
切断ビーム照射部４は、筐体１２と、電子銃１８と、真空ポンプ１４と、真空ポンプ１６と、を有する。電子銃１８は、電源１８ａと、カソード１８ｂと、アノード１８ｃと、フィラメント１８ｄと、を有する。電源１８ａは、加速電圧として、例えば８０ｋＶ以上２００ｋＶ以下の電圧を電子銃１８に提供する。つまり、電源１８ａの出力電圧の絶対値（８０ｋＶ以上２００ｋＶ以下）は、電源１３ａの出力電圧の絶対値（６０ｋＶ）よりも大きい。カソード１８ｂは、カソード１３ｂと同様に熱電子放射材料（ＬａＢ６）により構成されている。しかし、カソード１８ｂの形状はカソード１３ｂと異なっている。例えば、カソード１８ｂの直径（例えば０．５ｍｍ以下）は、カソード１３ｂの直径（０．８ｍｍ）よりも小さい。換言すると、カソード１８ｂは、カソード１３ｂよりも細い。あるいは、カソード１８ｂは、先端部に向かって先細りとなる形状を有する。換言すると、カソード１８ｂの先端部（下端部）の外径は、カソード１３ｂの先端部（下端部）の外径よりも小さい。カソード先端部の外径を小さくすることにより、ビームのスポット径を絞ることができる。
【００２９】
また、第２差動排気室１２ｃに配置されるコイルユニット１９もコイルユニット１７とは異なっている。切断ビーム１０４は、溶融ビーム１０３より強いので、コイルユニット１９もそれに応じてより強いビーム整形能力を有する。コイルユニット１９のコイルの巻数は、コイルユニット１７の巻数よりも多くしてもよい。コイルユニット１９の外径は、コイルユニット１７の外径よりも大きくしてもよい。なお、電子銃１８は、必要に応じて、カソード１８ｂとアノード１８ｃとの間に配置されたグリッド電極１８ｅを有してもよい。グリッド電極１８ｅは、開口を有する。切断ビーム１０４は、当該開口を通過して造形室２に提供される。切断ビーム照射部４におけるグリッド電極１８ｅの開口の内径は、溶融ビーム照射部３におけるグリッド電極の１３ｅ開口の内径よりも、小さくしてもよい。また、電子銃１８は、フィラメント１８ｄの基端部に設けられた絶縁碍子１８ｆを有する。切断ビーム照射部４の電子銃室１２ａの内径は、溶融ビーム照射部３の電子銃室１２ａの内径よりも、大きくしてもよい。切断ビーム照射部４における電子銃室１２ａの内側面と絶縁碍子１８ｆとの間の距離（絶縁距離）は、溶融ビーム照射部３における当該距離よりも、大きくしてもよい。切断ビーム照射部４の電子銃１８に発生する電圧が、溶融ビーム照射部３の電子銃１３に発生する電圧よりも高いため、絶縁距離を大きくすることが望ましいためである。
【００３０】
次に、図３を参照しつつ、溶融ビーム照射部３と切断ビーム照射部４の配置について説明する。図３は、溶融ビーム照射部３、切断ビーム照射部４及びテーブル６を示し、その他の構成要素の図示は省略している。
【００３１】
図３に示すように、溶融ビーム照射部３は、溶融領域３Ｓ（第１照射領域）に溶融ビーム１０３を照射する。溶融領域３Ｓは、例えば円形であり、その直径はテーブル６の半径と等しいか、テーブル６の半径よりも大きい。そして、溶融領域３Ｓは、テーブル６の軸線Ａ及び円周縁６ａを含むように設定される。なお、溶融領域３Ｓは、軸線Ａ及び円周縁６ａを厳密に含んでいなくてもよく、溶融領域３Ｓの外縁がそれらの近傍に設定される構成でもよい。
【００３２】
溶融ビーム照射部３は、このような溶融領域３Ｓを実現可能な位置に配置される。具体的には、溶融ビーム照射部３は、テーブル６の造形面６ｂから軸線Ａに沿って離間して配置されている。そして、溶融ビーム照射部３は、照射軸３Ａが軸線Ａと円周縁６ａの中間を通るように配置されている。溶融ビーム照射部３のビーム偏向角Ｋ３が照射軸３Ａに対して等角であり、最大ビーム偏向角であるときに、溶融領域３Ｓの外周縁に達する。
【００３３】
切断ビーム照射部４は、切断領域４Ｓ（第２照射領域）に切断ビーム１０４を照射する。切断領域４Ｓは、円形であり、その直径はテーブル６の半径よりも小さい。例えば、切断領域４Ｓの面積は、溶融領域３Ｓの面積よりも小さいとも言えるし、切断領域４Ｓの直径は、溶融領域３Ｓの直径よりも小さいとも言える。なお、軸線Ａのまわりにおける切断領域４Ｓの位置は、特に制限はない。図３に示すように、切断領域４Ｓは、溶融領域３Ｓと重複してもよい。また、溶融領域３Ｓに対して所定角度（例えば１８０度）だけ離間してもよい。
【００３４】
切断ビーム照射部４は、このような切断領域４Ｓを実現可能な位置に配置される。具体的には、切断ビーム照射部４は、テーブル６の造形面６ｂから軸線Ａに沿って離間して配置されている。そして、切断ビーム照射部４は、テーブル６の径方向（軸線Ａと直交する方向）において、溶融ビーム照射部３よりも円周縁６ａ側に配置されている。換言すると、軸線Ａから切断ビーム照射部４までの長さは、軸線Ａから溶融ビーム照射部３までの長さよりも長い。そして、切断ビーム照射部４も溶融ビーム照射部３と同様にコイルユニット１９によりビーム偏向角Ｋ４を所定の範囲で調整し得る。一方、切断ビーム１０４は、溶融ビーム１０３よりも強度が大きい。換言すると、切断ビーム１０４は、高電圧により加速されている。従って、切断ビーム照射部４の最大偏向角は、溶融ビーム照射部３の最大偏向角よりも小さい。
【００３５】
以下、三次元造形装置１の動作について説明する。
【００３６】
図４の（ａ）部に示すように、テーブル６の造形面６ｂ上に粉末材料１０１を敷き均す。次に、図４の（ｂ）部に示すように、溶融ビーム照射部３から溶融ビーム１０３を粉末材料１０１に照射する。溶融ビーム照射部３は、照射ラインＬに沿って溶融ビーム１０３の照射位置を往復移動させる。照射ラインＬは、テーブル６の径方向に平行としてよい。このとき、テーブル６は反時計方向に回転している。その結果、粉末材料１０１において、照射ラインＬを半径とする円柱状の領域が溶融及び固化する。粉末材料１０１の敷き均しと溶融ビーム１０３の照射とを所定の回数繰り返す。この繰り返しにより、円柱状の中間造形物１０２Ａ（第１造形物）が得られる。
【００３７】
ここで、溶融ビーム１０３は、粉末材料１０１の溶融に適した特性を有する。具体的には、溶融ビーム１０３は、中間造形物１０２Ａとなる部分の全てに照射する必要がある。この理由により、大面積である溶融領域に効率よく溶融ビーム１０３を照射するために、溶融ビーム１０３は、比較的大きい電子ビーム径（例えば直径０．５ｍｍ以上１ｍｍ以下）とされている。溶融ビーム１０３が照射されると、照射位置の近傍にも溶融ビーム１０３の影響（例えば熱）が及ぶ。その影響を予測してコントロールすることは難しい。その結果、中間造形物１０２Ａの外周面Ｃ１（図４の（ｃ）部参照）の表面粗さは比較的大きくなり易い。
【００３８】
次に、切断ビーム照射部４から切断ビーム１０４を照射する（図４の（ｃ）部参照）。例えば、切断ビーム照射部４は、照射軸線Ａ４の方向に切断ビーム１０４を照射する。そうすると、切断ビーム１０４は、表面Ｔに対して直交に入射する。その結果、表面Ｔに対して直交する外周面Ｃ２が形成される。切断ビーム１０４は、溶融ビーム１０３より電子ビーム径が小さい（例えば、１／１０以上１／５以下）である。このように細い電子ビーム径を有する切断ビーム１０４によれば、中間造形物１０２Ａの外周面Ｃ１よりも平滑な最終造形物１０２Ｂの外周面Ｃ２を形成できる。
【００３９】
実施形態で言う「平滑な」や「表面粗さの低減」などの文言は、中間造形物１０２Ａの表面と最終造形物１０２Ｂの表面との関係において成り立つ。例えば、「平滑な」とは、中間造形物１０２Ａの表面と比較して、最終造形物１０２Ｂの表面の凹凸が少ない状態をいう。また、「表面粗さの低減」とは、中間造形物１０２Ａの表面粗さよりも、最終造形物１０２Ｂの表面粗さが小さくなっていることを言う。
【００４０】
三次元造形装置１によれば、粉末材料１０１は、溶融ビーム１０３が照射されることによって溶融した後に固化する。この粉末材料１０１の固化によって中間造形物１０２Ａが形成される。そして、当該中間造形物１０２Ａに対して切断ビーム１０４が照射されることによって、中間造形物１０２Ａから最終造形物１０２Ｂが切り出される。エネルギビームの電子ビーム径は、造形時間に影響を及ぼす。切断ビーム１０４は、溶融ビーム１０３よりも電子ビーム径が小さい。つまり、溶融ビーム１０３は、切断ビーム１０４よりも電子ビーム径が大きい。その結果、溶融ビーム１０３を用いて粉末材料１０１を溶融及び固化させることにより、中間造形物１０２Ａを短時間で形成できる。また、エネルギビームの電子ビーム径は、造形物の表面粗さに影響を及ぼす。そうすると、切断ビーム１０４を用いて中間造形物１０２Ａを加工することにより、中間造形物１０２Ａよりも表面粗さが小さい最終造形物１０２Ｂを形成できる。従って、溶融ビーム照射部３及び切断ビーム照射部４によれば、造形時間を短縮化し、且つ、最終造形物１０２Ｂの表面粗さを低減できる。
【００４１】
三次元造形装置１は、粉末材料１０１が敷き均されると共に軸線Ａのまわりに回転するテーブル６をさらに備える。溶融ビーム照射部３及び切断ビーム照射部４は、軸線Ａの方向に沿ってテーブル６から離間して配置される。切断ビーム照射部４は、溶融ビーム照射部３よりも軸線Ａから遠い位置に配置される。この構成によれば、テーブル６によって中間造形物１０２Ａが回転されながら、当該中間造形物１０２Ａに切断ビーム１０４が照射される。切断ビーム照射部４は、溶融ビーム照射部３よりも軸線Ａからの位置が遠い。従って、切断ビーム１０４の照射によって、中間造形物１０２Ａの外周面Ｃ１を形成することができる。その結果、表面粗さが低減された外周面Ｃ２を有する最終造形物１０２Ｂを得ることができる。
【００４２】
本発明に係る三次元造形装置は、上記実施形態に限られない。
【００４３】
［変形例１］
図５に示すように、変形例１に係る三次元造形装置１Ａは、溶融ビーム照射部３と、切断ビーム照射部４と、切断ビーム照射部５（第３ビーム照射部）と、を備えてもよい。切断ビーム照射部５は、切断ビーム照射部４と同様の構成を備える。切断ビーム照射部５は、切断ビーム１０５（第３エネルギビーム）を切断領域５Ｓ（第３照射領域）に照射する。切断ビーム照射部５は、軸線Ａと溶融ビーム照射部３との間に配置されている。換言すると、軸線Ａから円周縁６ａに向かう方向に沿って、切断ビーム照射部５、溶融ビーム照射部３、切断ビーム照射部４の順に配置されている。また、切断ビーム照射部４の切断領域４Ｓは、切断ビーム照射部５の切断領域５Ｓと接する、或いは一部が重複していてもよい。このような三次元造形装置１Ａによれば、最終造形物１０２Ｂの外周面Ｃ２に加えて、切断ビーム照射部５によって最終造形物１０２Ｂの内周面の表面粗さも低減することができる。
【００４４】
なお、変形例１では、切断ビーム照射部５を最終造形物１０２Ｂの内周面の仕上げに用いた。たとえば、最終造形物が小径の場合には、切断ビーム照射部５を最終造形物の外周面の仕上げに用いてもよい。つまり、切断ビーム照射部４、５は、最終造形物の大きさ又は形状等に応じて、内周面の仕上げ又は外周面の仕上げのいずれにも用いてよい。
【００４５】
［変形例２］
図６に示すように、変形例２に係る三次元造形装置１Ｂは、溶融ビーム照射部３Ｂと、８個の切断ビーム照射部４Ｂと、を備えてもよい。三次元造形装置１Ｂのテーブル６Ｂ（固定テーブル）は、テーブル６のように回転しない。つまり、テーブル６Ｂは、軸線Ａのまわりに固定されている。溶融ビーム照射部３Ｂは、軸線Ａ上に配置されている。この溶融ビーム照射部３Ｂの溶融領域３ＢＳは、テーブル６Ｂの造形面６ｂの略全域を覆う。切断ビーム照射部４Ｂは、軸線Ａを中心とする仮想円上において、４５度の間隔をもって等間隔に配置されている。この配置は、互いに隣り合う切断領域４ＢＳの一部が重複するように設定される。変形例２の場合には、テーブル６Ｂが回転しないので、切断領域４ＢＳは、溶融領域３ＢＳと重複するように設定される。このような三次元造形装置１Ｂによれば、テーブル６Ｂの回転を要することなく、最終造形物１０２Ｂの表面粗さを低減することができる。
【００４６】
なお、図６の形態において、切断ビーム照射部４Ｂは、造形物の外周面側に切断ビームを照射するものであってもよいし、造形物の内周面側に切断ビームを照射するものであってもよい。また、切断ビーム照射部４Ｂは、造形物の外周面側と内周面側の両方に切断ビームを照射可能なものであってもよい。また、造形物の外周面側に切断ビームを照射する複数の切断ビーム照射部４Ｂと、造形物の内周面側に切断ビームを照射する複数の切断ビーム照射部４Ｂと、を備えてもよい。すなわち、切断ビーム照射部４Ｂによって造形物の表面粗さを低減する対象となる部位は、最終造形物の外周面側、内周面側のいずれか一方であってもよいし、両方であってもよい。
【００４７】
［変形例３、４］
実施形態において切断ビーム照射部４は、切断ビーム１０４を照射軸線Ａ４に沿って照射していた。切断ビーム１０４の照射態様は、最終造形物１０２Ｂの外周面Ｃ２の形状に応じて適宜態様を変更してよい。例えば、図７の（ａ）部に示すように、最終造形物１０２Ｂの外周面Ｃ２がテーパ状であるとする。この場合、切断ビーム照射部４Ｃの照射軸線Ａ４が粉末材料１０１の表面１０１Ｔ（或いはテーブル６の造形面６ｂ）に対して、斜めに交差するように配置してもよい（変形例３）。この構成によれば、斜めに配置した切断ビーム照射部４Ｃからその照射軸線Ａ４に沿って切断ビーム１０４を照射することにより、テーパ状の外周面Ｃ２を形成することができる。また、図７の（ｂ）部に示すように、切断ビーム照射部４の照射軸線Ａ４が粉末材料１０１の表面１０１Ｔ（或いはテーブル６の造形面６ｂ）に対して、直交するように配置してもよい（変形例４）。この構成によれば、切断ビーム照射部４からその照射軸線Ａ４に対して偏向した切断ビーム１０４ａを照射することにより、テーパ状の外周面Ｃ２を形成することができる。
【００４８】
なお、変形例３、４では、切断ビーム照射部４の照射態様に関する変形例を示した。このような照射態様の変更は、切断ビーム照射部５に適用してもよい。つまり、切断ビーム照射部５（第３ビーム照射部）の照射態様を、最終造形物１０２Ｂの内周面の形状に応じて適宜態様を変更してもよい。例えば切断ビーム照射部５の照射軸線が粉末材料１０１の表面１０１Ｔ（或いはテーブル６の造形面６ｂ）に対して、斜めに交差するように配置してもよい。
【００４９】
また、上記実施形態の三次元造形装置１は、第１ビーム照射部である溶融ビーム照射部３と、第１ビーム照射部よりも軸線Ａから遠い位置に配置された第２ビーム照射部である切断ビーム照射部４と、を備えていた。さらに、上記変形例１の三次元造形装置１Ａは、第１ビーム照射部である溶融ビーム照射部３と、第１ビーム照射部よりも軸線Ａから遠い位置に配置された第２ビーム照射部である切断ビーム照射部４と、第１ビーム照射部よりも軸線Ａから近い位置に配置された第３ビーム照射部である切断ビーム照射部５と、を備えていた。例えば、三次元造形装置は、第１ビーム照射部である溶融ビーム照射部と、第１ビーム照射部よりも軸線Ａから近い位置に配置された第２ビーム照射部である切断ビーム照射部と、を備えてもよい。換言すると三次元造形装置は、図５に示す三次元造形装置１Ａから、切断ビーム照射部４を省略した構成としてもよい。この構成を有する三次元造形装置は、最終造形物の内周面の仕上げることができる。さらに、三次元造形装置は、小径の最終造形物の外周面の仕上げることもできる。
【符号の説明】
【００５０】
１，１Ａ，１Ｂ  三次元造形装置
２  造形室
３，３Ｂ  溶融ビーム照射部（第１ビーム照射部）
３Ａ  照射軸
３Ｓ  溶融領域（第１照射領域）
４，４Ｂ，４Ｃ  切断ビーム照射部（第２ビーム照射部）
４Ｓ  切断領域（第２照射領域）
５  切断ビーム照射部（第３ビーム照射部）
５Ｓ  切断領域（第３照射領域）
６  テーブル（回転テーブル）
６Ｂ  テーブル（固定テーブル）
６ａ  円周縁
６ｂ  造形面
７  昇降装置
８  粉末供給装置
９  造形ポンプ
１０  造形筐体
１２  筐体
１２ａ  電子銃室
１２ｂ  第１差動排気室
１２ｃ  第２差動排気室
１３，１８  電子銃
１３ａ，１８ａ  電源
１３ｂ，１８ｂ  カソード
１３ｃ，１８ｃ  アノード
１３ｄ，１８ｄ  フィラメント
１４，１６  真空ポンプ
１７，１９  コイルユニット
１０１  粉末材料
１０２Ａ  中間造形物（第１造形物）
１０２Ｂ  最終造形物（第２造形物）
１０３  溶融ビーム（第１エネルギビーム）
１０４，１０４ａ  切断ビーム（第２エネルギビーム）
１０５  切断ビーム（第３エネルギビーム）
１０１Ｔ  表面
１０２Ａ  中間造形物
Ａ  軸線
Ａ４  照射軸線
Ｃ１  中間造形物の外周面
Ｃ２  最終造形物の外周面
Ｌ  照射ライン
Ｔ  表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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