(57)【要約】【課題】造形物を造形する際に欠損を検出可能な欠損検査方法を提供する。【解決手段】造形ステージ３の上に粉末層５ｂを積層する工程（ステップＳ２）と、粉末層５ｂの所定箇所を固化して固化層８３ｂを形成する工程（ステップＳ３）と、を繰り返して造形ステージ３の上に造形された造形物８３の欠損を検査する欠損検査方法であって、固化層８３ｂに検査用レーザー７を走査する工程（ステップＳ４）を備え、走査する工程（ステップＳ４）において、検査用レーザー７の反射光強度を検査用レーザー７の走査位置と共に記録し、固化層８３ｂの欠損を検出すると共に前記欠損の位置を特定する、欠損検査方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形ステージの上に粉末層を積層する工程と、前記粉末層の所定箇所を固化して固化層を形成する工程と、を繰り返して前記造形ステージの上に造形された造形物の欠損を検査する欠損検査方法であって、
前記固化層に検査用レーザーを走査する工程を備え、
前記走査する工程において、前記検査用レーザーの反射光強度を前記検査用レーザーの走査位置と共に記録し、前記固化層の欠損を検出すると共に前記欠損の位置を特定する、欠損検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠損検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、造形ステージの上に粉末層を積層する工程と、粉末層の所定箇所を固化する工程と、を繰り返して造形ステージの上に造形物を造形する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許６１７７４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている技術では、粉末層の所定箇所の一部において粉末材料が未固化状態で残留し、固化層に欠損を生じることがある。そこで、造形された造形製品にｘ線等を走査して欠損の有無を検査することがある。しかしながら、ｘ線等の走査によって欠損を走査する方法では、造形物を造形する際に、欠損を検出することができない。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、造形物を造形する際に欠損を検出可能な欠損検査方法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】
【０００６】
上記目的を達成する一態様は、造形ステージの上に粉末層を積層する工程と、前記粉末層の所定箇所を固化して固化層を形成する工程と、を繰り返して前記造形ステージの上に造形された造形物の欠損を検査する欠損検査方法であって、前記固化層に検査用レーザーを走査する工程を備え、前記走査する工程において、検査用レーザーの反射光強度を検査用レーザーの走査位置と共に記録し、前記固化層の欠損を検出すると共に前記欠損の位置を特定する。
【０００７】
本発明に係る欠損検査方法は、固化層に検査用レーザーを走査する工程を備え、走査する工程において、検査用レーザーの反射光強度を検査用レーザーの走査位置と共に記録し、固化層の欠損を検出すると共に欠損の位置を特定する。つまり、造形物を造形する際に欠損を検出することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、造形物を造形する際に欠損を検出可能な欠損検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る欠損検査装置の全体図である。
【図２】造形物の一部拡大断面図である。
【図３】本実施の形態に係る欠損検査方法を示すフローチャートである。
【図４】反射光強度の計測結果の一例を示すグラフである。
【図５】固化層の表面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１１】
まず、図１及び図２を参照して、本実施の形態に係る欠損検査方法を実施することができる装置（本実施の形態に係る欠損検査装置）の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る欠損検査装置の全体図である。図２は、造形物の一部拡大断面図である。
【００１２】
図１に示すように、欠損検査装置１は、本体部２、造形ステージ３、上下動機構３ａ、粉末供給ステージ４、上下動機構４ａ、コーター６、レーザー発振器７１、ミラー７２、及びセンサー７３を備える。なお、図１には、欠損検査装置１に加えて、粉末材料５、検査用レーザー７、及び造形物８３を図示している。また、図２に示すように、造形物８３は、複数の固化層８３ｂを備える。なお、図２には、造形物８３に加えて、本体部２、造形ステージ３、及び複数の粉末層５ｂを図示している。
【００１３】
なお、当然のことながら、図１及びその他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正方向が鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。
【００１４】
図１に示すように、本体部２は、ｘｙ平面に平行な上面を有する構造体である。本体部２には、造形空間２３と粉末供給空間２４とが形成されている。造形空間２３及び粉末供給空間２４は、それぞれｚ軸正方向側に開口部を有する。
【００１５】
造形空間２３の底は、造形ステージ３の上面である。造形ステージ３は、造形空間２３の側面に常に接触している。造形ステージ３は、ｘｙ平面に平行に配置されている。造形ステージ３は、造形空間２３内を摺動可能である。造形ステージ３には、上下動機構３ａが接続されている。造形ステージ３は、上下動機構３ａを用いて造形空間２３内において上下動することができる。
【００１６】
粉末供給空間２４の底は、粉末供給ステージ４の上面である。粉末供給ステージ４は、粉末供給空間２４の側面に常に接触している。粉末供給ステージ４は、ｘｙ平面に平行に配置されている。粉末供給ステージ４は、粉末供給空間２４内を摺動可能である。粉末供給ステージ４には、上下動機構４ａが接続されている。粉末供給ステージ４は、上下動機構４ａを用いて粉末供給空間２４内において上下動することができる。
【００１７】
粉末供給空間２４には、粉末材料５が充填されている。粉末材料５は、溶融用レーザーを用いて溶融可能である。溶融用レーザーを用いて溶融された粉末材料５は、冷却すると、固化する。粉末材料５は、例えば、金属材料やセラミック材料等の無機材料、又は、樹脂等の有機材料である。
【００１８】
図１に示すように、本体部２の上面には、コーター６が載置されている。コーター６は、ｘｙ平面に平行な方向に、本体部２の上面に沿って移動可能である。コーター６を本体部２の上面に沿って移動させると、粉末材料５をｘｙ平面に平行な方向に均すことができる。
【００１９】
造形空間２３には、コーター６を用いて粉末材料５が充填される。具体的には、まず、粉末材料５が粉末供給空間２４の開口部まで充填された状態で粉末供給ステージ４を上昇させ、充填された粉末材料５の一部を本体部２の上面よりもｚ軸正方向側に押し出す。粉末供給空間２４よりもｘ軸正方向側に配置されたコーター６を、造形空間２３よりもｘ軸負方向側に向かって移動させる。コーター６を移動させると、粉末供給空間２４から押し出された粉末材料５をｘｙ平面に平行な方向に均しつつ、造形空間２３に充填することができる。
【００２０】
コーター６を用いて造形空間２３に粉末材料５を充填する際には、造形ステージ３を所定量降下させる。造形ステージ３を所定量降下させると、造形空間２３の体積が所定量増加する。コーター６を用いて増加した体積と同量の粉末材料５を造形空間２３に充填すると、造形空間２３の開口部まで粉末材料５を充填することができる。
【００２１】
そこで、コーター６を用いて造形空間２３に粉末材料５を充填する際に粉末供給空間２４から押し出される粉末材料５の体積は、造形ステージを所定量降下させることによって増加する造形空間２３の体積以上である。造形空間２３の開口部まで充填された粉末材料５は、図２に示すように、粉末層５ｂを形成する。
【００２２】
造形空間２３内に形成された粉末層５ｂの所定の領域には、図示しない溶融用レーザーが照射される。溶融用レーザーは、レーザー発振器７１から発振され、ミラー７２において反射する。ミラー７２の配置を調節すると、溶融用レーザーの進行方向を調節し、粉末層５ｂの所定の領域全体に溶融用レーザーを照射することができる。溶融用レーザーが照射された粉末層５ｂは、溶融する。粉末層５ｂの所定の領域は、溶融用レーザーの照射によって溶融した後に冷却されて固化し、固化層８３ｂを形成する。
【００２３】
固化層８３ｂが形成された後に、造形ステージ３を所定量降下させ、次なる粉末層５ｂを造形空間２３内に形成する。そして、次なる粉末層５ｂの所定の領域に溶融用レーザーを照射し、次なる固化層８３ｂを形成する、このようにして、複数の固化層８３ｂを有する造形物８３を形成する。図１に示す二点鎖線は、製造予定の造形製品８を示す。造形物８３のｚ軸正方向側に複数の固化層８３ｂを更に形成し、造形製品８を製造する。
【００２４】
詳細を後述するが、本実施の形態に係る欠損検査方法では、レーザー発振器７１から発振される検査用レーザー７を用いて固化層８３ｂの欠損を検査する。検査用レーザー７は、溶融用レーザーの出力を１０分の１程度に抑えたレーザーである。検査用レーザー７は、用有用レーザーに比較して出力が弱いため、固化層８３ｂを溶融することなく走査可能である。また、溶融用レーザー及び検査用レーザー７は、共通のレーザー発振器７１から発振することができる。そのため、検査用レーザー７を発振するための発振器を別途用意する必要がない。
【００２５】
検査用レーザー７を固化層８３ｂに照射すると、検査用レーザー７の反射光の一部がミラー７２を通過してセンサー７３に入射する。固化層８３ｂに欠損が存在する場合、欠損部位とその他の部位とでは、反射光の強度が異なる。したがって、検査用レーザー７を用いて固化層８３ｂ全体を走査し、反射光の強度を計測することによって、固化層８３ｂにおける欠損を発見することができる。
【００２６】
次に、図３を参照して、本実施形態に係る欠損検査方法について詳しく説明する。図３は、本実施形態に係る欠損検査方法を示すフローチャートである。図３に示すように、本実施形態に係る欠損検査方法では、まず、造形ステージ３を所定開始位置まで上昇する工程（ステップＳ１）を行う。
【００２７】
ステップＳ１では、上下動機構３ａを動作させ、造形ステージ３を所定開始位置まで上昇する。所定開始位置は、造形ステージ３の上面が、本体部２の上面から、粉末層５ｂの厚み１層分ｚ軸負方向側となる位置である。造形ステージ３を所定開始位置まで上昇すると、造形空間２３の厚みは、粉末層５ｂの１層分の厚みと等しくなる。
【００２８】
次に、粉末材料５を敷き詰める工程（造形ステージ３の上に粉末層５ｂを積層する工程）（ステップＳ２）を行う。ステップＳ２は、粉末供給ステージ４を上昇する工程及びコーター６を作動する工程を備える。粉末供給ステージ４を上昇する工程では、粉末供給ステージ４を所定量上昇し、粉末層５ｂの１層分以上の体積に相当する粉末材料５を、粉末供給空間２４から本体部２の上面よりも上側に押し出す。そして、コーター６を作動する工程において、押し出された粉末材料５を、ｘｙ平面に平行な方向に均しつつ、造形空間２３に敷き詰め、粉末層５ｂを形成する。
【００２９】
次に、粉末材料５を溶融及び固化する工程（粉末層５ｂの所定箇所を固化して固化層８３ｂを形成する工程）（ステップＳ３）を行う。ステップＳ３では、溶融用レーザーを粉末層５ｂの所定の領域に照射し、粉末材料５を溶融する。溶融用レーザーの照射を終了すると、溶融していた粉末材料５は、自然冷却し、固化する。溶融後に固化した粉末材料５は、固化層８３ｂを形成する。
【００３０】
次に、検査用レーザー７を照射する工程（固化層８３ｂに検査用レーザー７を走査する工程）（ステップＳ４）を行う。ステップＳ４では、ステップＳ３において形成された固化層８３ｂの上面全体を、検査用レーザー７を用いて走査する。固化層８３ｂの上面に検査用レーザー７を照射すると、反射光の一部がミラー７２を通過し、センサー７３に入射する。
【００３１】
センサー７３に入射した反射光の強度は、図示しない記録部において記録される。記録された反射光強度の一例を図４に示す。図４に示すように所定の数値範囲を規定値とし、反射光強度が規定値外である場合、欠損ありと判定する（ステップＳ５）。図５は、固化層の表面写真である。図５に示す矢印は、欠損箇所を示す。図５に示すように欠損箇所が固化層８３ｂに存在する場合に検査用レーザー７を用いて固化層８３ｂの上面全体を走査すると、反射光強度が規定値外となる箇所が図４に示すように生じる。
【００３２】
ステップＳ５において欠損ありと判定した場合、欠損が発生している位置を、検査用レーザー７の照射位置（走査位置）の記録から特定し、記憶する（ステップＳ６）。図４に示す例では、時点ｔにおいて反射光強度が規定値外となっている。つまり、時点ｔにおいて検査用レーザー７を照射していた箇所に、欠損が発生していると特定することができる。
【００３３】
次に、ステップＳ６において検出された欠損箇所の発生率が規定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。欠損箇所の発生率が規定値以上である場合、粉末材料５を敷き詰める工程（ステップＳ８）を行う。ステップＳ８は、粉末供給ステージ４を上昇する工程及びコーター６を作動する工程を備える。粉末供給ステージ４を上昇する工程では、粉末供給ステージ４を上昇し、固化層８３ｂの欠損箇所の体積以上に相当する粉末材料５を、粉末供給空間２４から本体部２の上面よりも上側に押し出す。そして、コーター６を作動する工程において、押し出された粉末材料５を、ｘｙ平面に平行な方向に均しつつ、固化層８３ｂの欠損箇所に敷き詰める。
【００３４】
次に、欠損箇所の粉末材料５を溶融及び固化する工程（ステップＳ９）を行う。ステップＳ９では、粉末材料５が敷き詰められた固化層８３ｂの欠損箇所に溶融用レーザーを照射し、粉末材料５を溶融する。溶融用レーザーの照射を終了すると、溶融していた粉末材料５は、自然冷却し、固化層８３ｂと一体となって固化する。このように、固化層８３ｂの欠損箇所を修正することができる。ステップＳ９において固化層８３ｂの欠損箇所を修正した後に、ステップＳ３及びステップＳ４を行い、欠損箇所が修正されているか否かを判定する。
【００３５】
ステップＳ４において反射光強度が規定値内である場合、及びステップＳ７において欠損発生率が規定値以下である場合、造形ステージ３が所定停止位置以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。所定停止位置は、造形製品８の上面が、本体部２の上面よりもｚ軸負方向側となる位置である。
【００３６】
ステップＳ１０において造形ステージ３が所定停止位置よりも高い場合、造形ステージ３を１層分降下する工程（ステップＳ１１）を行う。そして、ステップＳ２〜９を行い、次なる固化層８３ｂの形成、欠損箇所の検査、及び欠損箇所の修正を行う。ステップＳ２〜１１を造形ステージ３が所定停止位置以下となるまで繰り返し行い、造形製品８を製造する。
【００３７】
本実施の形態に係る欠損検査方法では、固化層８３ｂを形成する度に欠損の発生箇所を検査する。したがって、造形物８３を造形する際に欠損を検出することができる。また、造形物８３を造形する際に発生した欠損の修正を行うことができる。
【００３８】
以上で説明した本実施の形態に係る発明により、造形物を造形する際に欠損を検出可能な欠損検査方法を提供することができる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  欠損検査装置
２  本体部
２３  造形空間
２４  粉末供給空間
３  造形ステージ
３ａ  上下動機構
４  粉末供給ステージ
４ａ  上下動機構
５  粉末材料
５ｂ  粉末層
６  コーター
７  検査用レーザー
７１  レーザー発振器
７２  ミラー
７３  センサー
８  造形製品
８３  造形物
８３ｂ  固化層
【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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