(57)【要約】【課題】粉末床へのエネルギー線の照射によって三次元造形物を製造するに際し、粉末床における粉末材料の分布の均一性を評価することができる粉末床評価方法を提供する。【解決手段】粉末材料を層状に敷き詰めて粉末床の構成層を形成する粉末供給工程と、構成層の表面にエネルギー線をスキャンしながら照射して、照射を受けた部位の粉末材料を固化させる造形工程と、を交互に繰り返し、三次元造形物を製造するに際し、粉末供給工程と造形工程の間に、構成層の表面を撮影して画像を取得する撮影工程と、撮影工程で取得した画像に基づき、構成層における粉末材料の分布が不均一な箇所を検出した評価データを取得する評価工程と、を行う粉末床評価方法とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料を層状に敷き詰めて粉末床の構成層を形成する粉末供給工程と、前記構成層の表面にエネルギー線をスキャンしながら照射して、照射を受けた部位の前記粉末材料を固化させる造形工程と、を交互に繰り返し、三次元造形物を製造するに際し、
前記粉末供給工程と前記造形工程の間に、前記構成層の表面を撮影して画像を取得する撮影工程と、
前記撮影工程で取得した前記画像に基づき、前記構成層における粉末材料の分布が不均一な箇所を検出した評価データを取得する評価工程と、を行うことを特徴とする粉末床評価方法。
【請求項２】
複数回の粉末供給工程に対応する撮影工程のそれぞれにおいて得られた前記画像に基づき、前記評価工程において、前記評価データを、前記粉末床における前記粉末材料の分布を三次元で示すデータとして取得することを特徴とする請求項１に記載の粉末床評価方法。
【請求項３】
前記造形工程において前記エネルギー線を照射する位置を示す照射データを、前記評価工程で得られた前記評価データに重畳して、前記粉末床における前記粉末材料の分布を、前記三次元造形物における位置に対応づけることを特徴とする請求項１または２に記載の粉末床評価方法。
【請求項４】
前記評価工程において、前記三次元造形物における空隙の分布と、前記粉末床における前記粉末材料の分布とを対応づけることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の粉末床評価方法。
【請求項５】
前記評価工程において、前記撮影工程で得られた前記画像に対して、フィルタリング処理による前記粉末材料の分布に関する情報の抽出と、二値化による前記粉末材料の分布が不均一な箇所の識別と、をこの順に行うことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の粉末床評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末床評価方法に関し、さらに詳しくは、粉末床にレーザービーム等のエネルギー線を照射し、三次元造形物を製造するに際し、粉末床における粉末材料の分布の均一性を評価するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
三次元造形物を製造する新しい技術として、付加製造技術（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ＡＭ）の発展が近年著しい。付加製造技術の一種として、粉末材料のエネルギー線照射による固化を利用した積層造形法がある。粉末材料を用いた積層造形法としては、選択的レーザー溶融法（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｍｅｌｔｉｎｇ；ＳＬＭ）、選択的レーザー焼結法（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ；ＳＬＳ）、電子線溶融法（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ  Ｍｅｌｔｉｎｇ；ＥＢＭ）等の方法を挙げることができる。これらの方法においては、樹脂、セラミックス、金属、あるいはそれらの複合材料等よりなる粉末材料を、ベースとなる基材上に供給して粉末床を形成し、三次元設計データをもとに、粉末床の所定の位置に、レーザービーム、電子線等のエネルギー線を照射する。すると、照射を受けた部位の粉末材料が、溶融と再凝固、または焼結によって固化し、造形体が形成される。粉末床への粉末材料の供給とエネルギー線照射による造形を繰り返し、造形体を層状に順次形成していくことで、三次元造形物が得られる。
【０００３】
得られた三次元造形物において、粉末床への材料供給とエネルギー線の照射を層状に行った際の各層の表面に対応する位置に、空隙等、構成材料の分布が不均一な構造が生じる場合がある。そのような不均一構造の生成は、極力抑制することが望ましい。例えば、特許文献１においては、金属粉末層の表面に対して垂直に静磁場を作用させて、溶融プール表面における表面張力に起因するマランゴニ対流を抑制することにより、デポジット表面リップル欠陥等の発生原因を無くすことを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２５４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
粉末床へのエネルギー線の照射による三次元造形物の製造において、三次元造形物の内部に、構成材料の分布が不均一な構造が生じる原因としては、特許文献１に記載されるようなエネルギー線の照射時に発生する現象だけでなく、さまざまな要素が存在しうる。その中で、エネルギー線照射前の粉末床の状態も、得られる三次元造形物の状態に大きな影響を与えうる。粉末床の状態によって三次元造形物の状態に影響が生じるのを抑制するための対策を取る前提として、粉末床の状態を評価すること、さらに、粉末床の状態と、得られる三次元造形物の状態との間の相関性を調査することが、重要となる。例えば、粉末床の表面における粉末材料の分布が不均一であれば、その不均一性が、三次元造形物内における構成材料の分布の不均一性として反映される可能性がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、粉末床へのエネルギー線の照射によって三次元造形物を製造するに際し、粉末床における粉末材料の分布の均一性を評価することができる粉末床評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る粉末床評価方法は、粉末材料を層状に敷き詰めて粉末床の構成層を形成する粉末供給工程と、前記構成層の表面にエネルギー線をスキャンしながら照射して、照射を受けた部位の前記粉末材料を固化させる造形工程と、を交互に繰り返し、三次元造形物を製造するに際し、前記粉末供給工程と前記造形工程の間に、前記構成層の表面を撮影して画像を取得する撮影工程と、前記撮影工程で取得した前記画像に基づき、前記構成層における粉末材料の分布が不均一な箇所を検出した評価データを取得する評価工程と、を行うものである。
【０００８】
ここで、複数回の粉末供給工程に対応する撮影工程のそれぞれにおいて得られた前記画像に基づき、前記評価工程において、前記評価データを、前記粉末床における前記粉末材料の分布を三次元で示すデータとして取得するとよい。
【０００９】
また、前記造形工程において前記エネルギー線を照射する位置を示す照射データを、前記評価工程で得られた前記評価データに重畳して、前記粉末床における前記粉末材料の分布を、前記三次元造形物における位置に対応づけるとよい。
【００１０】
そして、前記評価工程において、前記三次元造形物における空隙の分布と、前記粉末床における前記粉末材料の分布とを対応づけるとよい。
【００１１】
そして、前記評価工程において、前記撮影工程で得られた前記画像に対して、フィルタリング処理による前記粉末材料の分布に関する情報の抽出と、二値化による前記粉末材料の分布が不均一な箇所の識別と、をこの順に行うとよい。
【発明の効果】
【００１２】
上記発明にかかる粉末床の評価方法においては、形成途中の三次元造形物を内包する粉末床の表面に粉末材料を敷き詰め、新たに粉末床の構成層を形成した際に、その構成層の表面を撮影し、得られた画像に基づいて、粉末材料の分布が不均一な箇所を検出する。これにより、三次元造形物の形状や粉末材料の供給条件等に起因して、構成層において、粉末材料の分布状態が不均一になっていれば、その不均一な分布を定量的に検出することができる。そして、得られた情報をもとに、製造される三次元造形物に対して、構成材料の分布の均一性の程度を推測することや、粉末床形成をはじめとする積層造形の各工程にかかる条件の検証や改良を行うことが可能となる。
【００１３】
ここで、複数回の粉末供給工程に対応する撮影工程のそれぞれにおいて得られた画像に基づき、評価工程において、評価データを、粉末床における粉末材料の分布を三次元で示すデータとして取得する場合には、層状に順次造形を行い、造形物を三次元で形成するのと対応させて、粉末床における粉末材料の分布状態に関する検証や解釈を行いやすい。
【００１４】
また、造形工程においてエネルギー線を照射する位置を示す照射データを、評価工程で得られた評価データに重畳して、粉末床における粉末材料の分布を、三次元造形物における位置に対応づける場合には、粉末床において粉末材料の分布が不均一な部位があった場合に、その部位を、三次元造形物における具体的な位置に対応させることができる。その結果、三次元造形物において構成材料の分布が不均一となっている位置を高精度に推定することや、粉末床において粉末材料の分布に不均一性を生じる原因が、粉末床に内包されて下層に存在する既に形成された三次元造形物の形状にあるかどうか等、粉末床の不均一性と三次元造形物の形状との相関性を正確に検証することが可能となる。
【００１５】
そして、評価工程において、三次元造形物における空隙の分布と、粉末床における粉末材料の分布とを対応づける場合には、粉末床における粉末材料の分布の不均一性を原因とする三次元造形物中の空隙の存在を推定することや、粉末床における粉末材料の分布の不均一性と三次元造形物中の空隙との相関性について検証することが可能となる。
【００１６】
そして、評価工程において、撮影工程で得られた画像に対して、フィルタリング処理による粉末材料の分布に関する情報の抽出と、二値化による粉末材料の分布が不均一な箇所の識別と、をこの順に行う場合には、粉末床における粉末材料の不均一分布を、高精度に、また簡便に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる粉末床評価方法を適用する積層造形装置の一例を説明する図である。
【図２】粉末床の表面を撮影した撮影像の例であり、（ａ）は良好な表面、（ｂ）は三次元造形物の露出が見られる表面、（ｃ）は三次元造形物の露出と粉末床の陥没が見られる表面を示している。
【図３】三次元分布像および断面像の作成を説明する図であり、（ａ）は複数の撮影像を積層した状態、（ｂ）は三次元像、（ｃ）は表面付近の断面像を示している。
【図４】断面像における定量解析を説明する図であり、（ａ）は未処理の画像、（ｂ）はフィルタリング後の画像、（ｃ）は二値化後の画像、（ｄ）はムラの分布の三次元表示である。
【図５】実施例で作製される試料造形物の設計形状を示す図であり、（ａ）はブロック形状の試料造形物、（ｂ）は梁形状の試料造形物を示している。
【図６】実施例の各粉末材料を用いた場合について、粉末材料の分布のムラを示す積層画像と、得られた三次元造形物の断面写真の比較を示す図である。
【図７】粉末床におけるムラ率と三次元造形物における空隙率の関係を示す図である。
【図８】試料造形物の設計形状の変形例を示す図であり、（ａ）はブロック形状の試料造形物、（ｂ）は梁形状の試料造形物を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の一実施形態にかかる粉末床評価方法について詳細に説明する。本発明の一実施形態にかかる粉末床評価装置は、粉末材料を敷き詰めた粉末床に、レーザービーム、電子線等のエネルギー線を所定の二次元パターンで照射して、造形層（層状の造形体）を形成する工程を順次繰り返すことによって三次元造形物を作成する積層造形装置において、粉末床における粉末材料の分布状態を評価するものである。
【００１９】
［積層造形装置］
まず、本発明の一実施形態にかかる粉末床評価方法が適用される積層造形装置１の一例について簡単に説明する。
【００２０】
図１に、積層造形装置１の概略を示す。積層造形装置１は、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）によって、粉末材料に対する積層造形を行うものである。積層造形装置１は、粉末床容器１０と、粉末供給装置２０と、レーザー照射装置３０と、カメラ４０と、制御装置５０と、を有している。積層造形装置１においては、粉末供給装置２０を用いて粉末床容器１０に粉末床Ｂを形成し、レーザー照射装置３０を用いて粉末床Ｂの表面にレーザービームを照射することで、三次元造形物Ｐを製造する。
【００２１】
粉末床容器１０は、基材１１と、側壁１２を有しており、基材１１と側壁１２に包囲された空間の内部に、粉末材料を収容し、粉末床Ｂを保持することができる。粉末床容器１０の底面となる基材１１は、駆動装置（不図示）によって上下方向の運動Ｍ１を駆動される。
【００２２】
粉末供給装置２０は、タンク２１と、粉末供給路２２と、ブレード２３とを有している。粉末供給路２２とブレード２３は、共通の保持部２４に一体に保持されており、駆動装置（不図示）によって、水平面における保持部２４の面内運動Ｍ２が駆動される。タンク２１は、粉末材料を貯留し、その粉末材料を、所定の供給速度で、粉末供給路２２に供給することができる。粉末供給路２２は、下端に開口を有しており、タンク２１から供給された粉末材料を、重力によって、開口から粉末床容器１０へと吐出することができる。ブレード２３は、ゴム等、弾性を有する材料よりなり、先端にエッジを有する板状の部材であり、粉末床Ｂの表面にエッジを接触させた状態で滑らせるように水平面内で運動させることで、粉末床Ｂの表面を平滑化することができる（スキージング）。
【００２３】
粉末供給装置２０を用いて粉末床容器１０に粉末材料を供給する際、粉末供給路２２が前方、ブレード２３が後方となるように、粉末供給装置２０の面内運動Ｍ２を駆動しながら、粉末供給路２２の開口から粉末材料を吐出する。これにより、粉末供給路２２から吐出された粉末材料の層が、吐出直後に、ブレード２３によるスキージングを受ける。
【００２４】
レーザー照射装置３０は、レーザーユニット３１と、ガルバノスキャナ３２と、を有している。レーザーユニット３１は、レーザー発振により、レーザービームを発生させる。レーザービームの波長およびエネルギー密度は、使用する粉末材料を溶融させることができるように、選択すればよい。また、ビーム径は、製造すべき三次元造形物Ｐに要求される空間精度に応じて設定すればよい。
【００２５】
ガルバノスキャナ３２は、ミラー等の光学部品の組み合わせよりなり、レーザーユニット３１から出射されたレーザービームを、粉末床容器１０に形成された粉末床Ｂの表面の所定の位置に照射することができる。ガルバノスキャナ３２においては、各光学部品のアラインメント（角度や配置等）を調整することで、粉末床Ｂの表面におけるレーザービームの照射位置を二次元的にスキャンすることができる。ガルバノスキャナ３２には、コンピュータ等よりなる制御手段５０から、製造すべき三次元造形物Ｐの設計形状に応じて、レーザービームを照射すべき位置を設定した設計データ、例えば三次元ＣＡＤデータが入力され、その設計データに応じて、レーザービームのスキャンが行われる。
【００２６】
カメラ４０は、粉末床容器１０の上方に取り付けられ、粉末床Ｂの表面の画像撮影を行うことができる。カメラ４０は、粉末床Ｂの表面における粉末の分布を反映した画像を得られるものであればよく、定点での撮影で、粉末床Ｂの全域の表面を１視野内に得られるものであることが好ましい。カメラ４０は、得られた撮影像を、制御装置５０へと出力する。なお、この種の積層造形装置１においては、造形中に、装置の構成部材や粉末床における不具合や異常を監視することや、造形が正常に進行しているかを確認すること等を目的として、粉末床Ｂの表面を撮影するカメラが備えられることも多く、ここでは、そのような備え付けのカメラをそのまま用いてもよい。また、カメラ４０による粉末床Ｂの撮影を補助するために、フラッシュ装置等、粉末床Ｂの表面に光を照射する照明装置を適宜設けてもよい。
【００２７】
次に、上記で説明した積層造形装置１を用いて三次元造形物Ｐを製造する方法について説明する。製造に先立ち、粉末供給装置２０のタンク２１に、三次元造形物Ｐの原料となる粉末材料を準備しておく。粉末材料としては、金属、セラミックス、サーメット等よりなるものを用いることができる。好ましくは、金属よりなるものを用いるとよい。粉末材料の具体的な成分組成は、製造すべき三次元造形物Ｐの材質に応じて選択すればよい。また、粉末の粒径は、三次元造形物Ｐにおいて要求される空間精度や粉末床Ｂの形成しやすさ等を勘案して適宜選択すればよいが、一般的にＳＬＭにおいて使用される材料粉末の平均粒径は、１５〜６０μｍ程度である。
【００２８】
三次元造形物Ｐの製造は、層状に順次行う。つまり、粉末床Ｂにおいて、薄い層状に粉末材料を充填した構成層Ｂ１を作成し、その構成層Ｂ１の表面にレーザービームを照射して、層状の固化物である造形層を形成するという工程を繰り返す。そのような造形層を順次積層することで、三次元形状を有する三次元造形物Ｐを完成させることができる。
【００２９】
具体的には、最初に、粉末供給工程において、粉末床容器１０の基材１１の上に、粉末床Ｂの構成層Ｂ１を形成する。この際、粉末供給装置２０の粉末供給路２２から粉末材料を吐出するともに、粉末材料が吐出された部位の表面をブレード２３でスキージングし、粉末材料を層状に敷き詰める。
【００３０】
構成層Ｂ１の形成が完了すると、カメラ４０で、構成層Ｂ１の表面を撮影して画像を取得する撮影工程を実行する。取得した画像は、制御装置５０に送られる。
【００３１】
そして、形成した構成層Ｂ１の表面に、レーザー照射装置３０からレーザービームを照射して、造形工程を実行する。この際、制御装置５０から入力される設計データに基づき、所定の二次元パターンでレーザービームをスキャンしながら、照射を行う。ここで使用される設計データは、製造すべき三次元造形物Ｐの形状を、構成層Ｂ１の１層ずつに対応する薄層構造に分割したものよりなる三次元ＣＡＤデータ等である。粉末床Ｂの構成層Ｂ１の面内のレーザービームの照射を受けた部位において、金属等、粉末材料を構成する物質が、レーザービームによって加熱されて溶融する。その部位におけるレーザービームの照射が終わると、照射を受けていた部位は冷却され、一旦溶融した物質がその場所で固化（再凝固）する。これにより、１層分の構成層Ｂ１に対応する造形層が形成される。形成された造形層は、構成層Ｂ１の面内において、設計データに従ってレーザービームをスキャンした二次元パターンに対応する形状を有している。
【００３２】
以上により、三次元造形物Ｐを構成する１層の造形層の形成が完了する。この状態においては、形成された造形層が、粉末材料に包囲されて、粉末床Ｂの中に内包されている。
【００３３】
次に、再度、粉末供給工程を実行する。この際まず、粉末床容器１０の基材１１の運動Ｍ１を駆動し、粉末床Ｂ全体の位置を下方に下げる。そして、粉末材料の吐出とブレード２３によるスキージングを行い、新しい構成層Ｂ１を形成する。この時、新しい構成層Ｂ１は、先に形成された造形層を内包した既存の粉末床Ｂの表面の上に積層されることになる。新しい構成層Ｂ１を形成する前に、基材１１を下方に移動させる距離は、新しい構成層Ｂ１を形成する前後で、粉末床Ｂの表面の高さ位置が変化しないように設定すればよい。形成する構成層Ｂ１の厚さが毎回同じであるならば、その構成層Ｂ１の厚さと等しい距離だけ、基材１１を下方に移動させればよい。構成層Ｂ１の厚さは、材料粉末の平均粒径以上に設定することが好ましく、ＳＬＭ法においては、一般的には、２０〜２００μｍ程度とされる。
【００３４】
新しい構成層Ｂ１が完成すると、再度、撮影工程を実行し、構成層Ｂ１の表面の撮影と、撮影で得られた画像の制御装置５０への転送を行う。上記のように、基材１１の移動により、構成層Ｂ１の表面の高さ位置が、前回の撮影工程の際と同じになっているので、同じ撮影条件で、実質的に同じ品質の撮影像を得ることができる。
【００３５】
そして、再度、構成層Ｂ１の表面にレーザービームを照射して、造形工程を実行する。この際、レーザービームのスキャンは、三次元造形物Ｐの形状を薄層構造に分割したものよりなる設計データのうち、先の造形工程で形成した層の上の層に対応するデータに基づいて行われる。この際、設計データにおいて、１つ下の層の形状と新しく形成される層の形状が連続したものであれば、今回のレーザー照射による粉末材料の溶融と再凝固は、既に形成され、粉末床Ｂに内包されている三次元造形物Ｐを構成する表面の直上で起こり、その既存の三次元造形物Ｐに接合された状態で、新しい造形層が形成される。上記のように、基材１１の移動により、構成層Ｂ１の表面の高さ位置が、前回の造形工程の際と同じになっているので、レーザー照射を同じ条件で行えば、粉末材料の溶融と再凝固が実質的に同様に進行する。
【００３６】
このように、粉末供給工程→撮影工程→造形工程→基材１１の下方への移動→粉末供給工程→…と、各工程を何度も繰り返して、造形層を１層ずつ順に形成し、積層していくことで、立体形状を有する三次元造形物Ｐが製造できる。ここで、各造形層の形成に対応して撮影工程を実施しており、各粉末供給工程で形成した粉末床Ｂの構成層Ｂ１の表面を撮影した撮影像が得られている。本積層造形装置１においては、それらの撮影像に対して、次に説明する粉末床評価方法を実行し、三次元造形物Ｐの製造に用いられる粉末床Ｂにおける粉末材料の分布状態を評価する。
【００３７】
ここで説明した積層造形装置１は、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）によって積層造形を行うものであるが、選択的レーザー焼結法（ＳＬＳ）および電子線溶融法（ＥＢＭ）等、粉末材料を原料とした他の積層造形法を用いる場合にも、それぞれの装置において、粉末床Ｂの表面を撮影できるカメラ４０を設ければ、下記で説明する粉末床評価方法を同様に適用することができる。なお、ＳＬＳの場合は、粉末材料として、樹脂材料よりなるものが主に用いられ、平均粒径が２０〜８０μｍ程度、粉末床Ｂの構成層Ｂ１の厚さが６０〜１８０μｍ程度とされる。また、ＥＢＭの場合は、粉末材料として、金属よりなるものが主に用いられ、平均粒径が４５〜１１０μｍ程度、粉末床Ｂの構成層Ｂ１の厚さが５０〜２００μｍ程度とされる。また、ここで説明した積層造形装置１においては、粉末床Ｂへの粉末材料の供給を、粉末床Ｂの上方から行い、ブレード２３によって粉末床Ｂの表面の平滑化を行っているが、基材１１を押し上げるようにして粉末床Ｂの下方から粉末材料の供給を行う形態や、ローラーによって粉末床Ｂの表面の平滑化を行う形態においても、それぞれの装置に、粉末床Ｂの表面を撮影できるカメラ４０を設ければ、下記で説明する粉末床評価方法を同様に適用することができる。
【００３８】
また、製造すべき三次元造形物Ｐの形状を規定する設計データには、最終的に製造したい三次元造形物Ｐに加え、三次元造形物Ｐの製造を補助するための構造を適宜加えてもよい。例えば、図５（ａ）および図５（ｂ）は、後の実施例で採用している設計形状を示しているが、それぞれブロック形状および梁形状の三次元造形物Ｐの底部から下方に延出して、歯型形状のサポートｐ１が設けられている。サポートｐ１は、造形中における三次元造形物Ｐの変形を防止するのに寄与する。また、三次元造形物Ｐにおける欠陥の発生も、サポートｐ１によって抑制することができる。サポートｐ１は、造形工程において、設計データに基づいて、三次元造形物Ｐと一体に造形される。複数回の造形工程を全て完了した後、適宜サポートｐ１を除去することで、最終的に所望される形状の三次元造形物Ｐを得ることができる。さらに、図８（ａ），（ｂ）に、変形例として、サポートｐ１に加えて、各サポートｐ１の間を連結する薄板状のメッシュ部ｐ２を設けた形態を示す。メッシュ部ｐ２を設けることで、サポートｐ１の除去を行いやすくなる。
【００３９】
［粉末床評価方法］
次に、本発明の一実施形態にかかる粉末床評価方法について説明する。本粉末床評価方法は、上記で説明した積層造形装置１を用いて粉末供給工程、撮影工程、造形工程を順に繰り返して三次元造形物Ｐを製造するに際し、粉末供給工程において粉末床Ｂの構成層Ｂ１を形成するたびに、撮影工程においてその構成層Ｂ１の表面をカメラ４０で撮影して取得した撮影像に基づいて、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布状態を評価するものである。カメラ４０で取得された撮影像は、制御装置５０に送られ、その撮影像に対して、制御装置５０にて、評価工程が実施される。
【００４０】
（粉末床表面における粉末材料の分布の不均一性）
上記積層造形装置１においては、粉末材料の供給とレーザー照射による造形を層状に行っており、既に途中まで形成された三次元造形物Ｐを内包する粉末床Ｂの表面に、新しい構成層Ｂ１を積層している。そのため、粉末床Ｂに内包された三次元造形物Ｐが、新しく形成される構成層Ｂ１の状態に影響を与える場合がある。
【００４１】
例えば、既に途中まで形成され、粉末床Ｂに内包されている三次元造形物Ｐが上方まで突出している部位等において、次の粉末供給工程で、他の部位に比べて十分に粉末材料が分布されない可能性がある。極端な場合には、その三次元造形物Ｐの上面が、次に形成される構成層Ｂ１の表面に露出した露出部Ｄ１が形成される場合がある。あるいは、突出した三次元造形物Ｐの部位の上に粉末材料が積層され、その部位だけ粉末材料の層が厚く形成される場合もありうる。反対に、粉末床Ｂに内包されている三次元造形部の上面が低くなっている部位においては、次の粉末供給工程で、他の部位と同様に粉末材料を供給したとしても、その部位だけ構成層Ｂ１の表面が下方に窪んだ陥没部（エグレ）Ｄ２が形成される場合がある。ブレード２３でのスキージングを経ても、露出部Ｄ１や陥没部Ｄ２のような粉末材料の不均一分布を完全に解消できないことも多い。さらには、スキージング時に、ブレード２３によって構成層Ｂ１の表面に筋状の不均一分布を形成してしまうことや、既に形成された三次元造形物Ｐにブレード２３が引っ掛かること等により、スキージングを経て粉末材料の分布の不均一性が増長される場合もある。
【００４２】
（評価データの構築）
粉末床Ｂの構成層Ｂ１に、露出部Ｄ１や陥没部Ｄ２のような粉末材料の不均一分布が存在すると、撮影工程でカメラ４０にて取得される撮影像に、そのような不均一分布が反映される。図２に、撮影像の例を示す。ここでは、粉末材料として金属粉末を用いている。図２（ａ）の画像においては、露出部Ｄ１や陥没部Ｄ２等の不均一分布が実質的に存在せず、ブレード２３でのスキージングを経て、粉末材料が、高い均一性をもって、粉末床Ｂの面内全体に分布している。図２（ｂ）の画像においては、破線で囲んだ部分に、画像の辺に対して傾斜を有する長細い領域の内部に、明るい部位と暗い部位が縞をなしたような構造が、多数見られている。これらの構造は、既に途中まで形成されている三次元造形物Ｐの上面にあたる金属面が露出した露出部Ｄ１に対応している。図２（ｃ）の画像においては、符号Ａで示した領域に、点状の明るい部位として観察される露出部Ｄ１と、符号Ｂで示した領域に、暗くなった部位として観察される陥没部Ｄ２と、が確認される。このように、カメラ４０で取得される撮影像を用いれば、粉末床Ｂの構成層Ｂ１における粉末材料の分布の均一性を評価することができる。
【００４３】
本粉末床評価方法においては、図２のような構成層Ｂ１の撮影像をもとに、粉末床Ｂにおいて、粉末材料の分布が不均一な箇所を検出した評価データを構築する。以下に、評価データの構築法の一例について説明する。
【００４４】
（１）三次元分布像の作成
図２に示されるような各構成層Ｂ１の表面を撮影した二次元の撮影像に基づいて、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布を三次元で示す三次元分布像を得ることができる。図３に、三次元分布像の作成の一例を示す。
【００４５】
三次元分布像を得るためには、複数回の粉末供給工程に対応する撮影工程のそれぞれにおいて、各構成層Ｂ１に対して得られた二次元の撮影像を、構成層Ｂ１の積層順に対応させて、順次積層し、積層画像を得る。積層画像の例を、図３（ａ）に示す。図中、スキージングの方向を矢印で示している。粉末床Ｂにおける粉末材料の分布を高精度に分析する観点からは、全ての構成層Ｂ１に対応する撮影像を用いて積層画像を構成することが好ましいが、データ容量に制約がある場合等には、複数枚ごとに１枚の撮影像を抽出して用いる間引きや、複数枚ごとに画像を平均して用いる平均化を経て、積層画像を構成してもよい。
【００４６】
図３（ｂ）に、上記で得られた積層画像を三次元的に表示して得られる三次元分布像を示す。これは、積層造形装置１において、順次積層した各構成層Ｂ１の集合として形成された実際の粉末床Ｂにおける粉末材料の分布状態に対応するものである。図３（ｂ）では、表面に、細長い領域の内部に凹凸を有する構造が多数見られている。この三次元分布像を得た実際の粉末床Ｂの表面においては、粉末材料および表面に露出した三次元造形物Ｐの面によって、凹凸を有する構造が形成されており、三次元分布像において、そのような表面状態が再現されている。なお、ここで得られる三次元分布は、レーザー照射による造形工程を挟みながら構成層Ｂ１を多層に積層して最終的に得られた粉末床Ｂにおける粉末材料の分布を示しているのではなく、各構成層Ｂ１を形成した時点での、その構成層Ｂ１における粉末材料の分布を、集積したものである。両分布が一致する場合もあるが、一般的に一致する訳ではない。
【００４７】
得られた三次元分布像に対して、任意の位置で切断した断面像を作成することで、粉末床Ｂの断面における粉末材料の分布を解析することができる。図３（ｂ）の三次元分布像において、端部に断面を表示しているが、図３（ｃ）に、その端部の表面近傍の部位を拡大した拡大断面像を示す。図３（ｃ）の断面像によると、材料粉末の三次元分布の表面において凹凸状の不均一構造が見られる部位では、下方においても、周囲よりも明るい部位と暗い部位が混在した不均一構造が柱状に延びている。つまり、粉末材料の分布が不均一となった構造が、柱状に存在していることが分かる。これは、柱状体として形成されている三次元造形物Ｐの影響によるものであると解釈される。
【００４８】
（２）粉末材料の不均一分布の定量評価
次に、得られた三次元分布像に対して解析を行い、粉末床Ｂにおける粉末材料の不均一分布を定量的に評価する方法について説明する。上記で得られた二次元あるいは三次元の像に対して、目視によって、粉末材料の分布に不均一性が存在することを認識することはできるが、その不均一性を定量的に解析することで、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布状態を一層明確に分析することができる。
【００４９】
図４（ａ）に、上記と同様にして得られた三次元分布像に対して作成した断面像を示す。図４（ａ）においては、カメラ４０で撮影した撮影像の積層と三次元化、断面の切り出し以外に、画像に対する処理や操作を行っておらず、未処理の断面像となっている。なお、図４（ａ）の画像は、後の実施例で、粉末Ａを原料として梁形状試料を形成する際の粉末床に対して得られたものである。
【００５０】
カメラ４０で撮影した状態のままの撮影像には、陰影や粉末床Ｂの表面での光の反射、撮影時のノイズ等、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布状態に由来しない、非本質的な要素が重畳されている。そのような要素は、三次元分布像や断面像にも引き継がれる。このような非本質的要素が画像中に存在していることで、粉末材料の分布を定量的に解析するにあたり、妨げとなる可能性がある。そこで、そのような非本質的要素を、画像から除去し、粉末材料の分布に由来する本質的な情報を画像から抽出する処理を行うことが好ましい。そのような処理は、例えば、画像のフィルタリング処理によって行うことができる。フィルタリング処理とは、所定のアルゴリズムに従って画像データを処理することで、画像中の所定の構造を除去または抽出する操作である。画像中の陰影や反射、ノイズ等を除去するフィルタリング法は公知であり、ここではそれらを適用することができる。また、粉末床Ｂの各構成層Ｂ１において、三次元造形物Ｐの既に形成された部位の金属面が露出している場合に、そのような金属面に由来する画像中の構造を粉末材料に由来する構造と区別することも、フィルタリング処理によって行いうる。
【００５１】
図４（ａ）の未処理画像に対してフィルタリング処理を行い、粉末材料の分布に由来する本質的な情報を抽出したものを、図４（ｂ）に示す。ここでは、図４（ａ）の未処理画像に比べ、画像全体のコントラストが鮮明になっている。画像中において、明るく撮影されている部位ほど、粉末材料の分布密度が高くなっている。
【００５２】
次に、粉末床Ｂにおいて、粉末材料が不均一に分布している箇所を特定し、抽出する処理を行う。そのためには、画像に対して、二値化処理を適用することができる。二値化処理においては、粉末材料の分布が不均一になっているとみなす信号強度の閾値を設定し、画像中の各データ点に対して、信号強度がその閾値以上（あるいは閾値超）となっているか、閾値未満（あるいは閾値以下）となっているかを弁別し、それぞれの状態を示す２水準のデータ（例えば０と１）に置き換える。これにより、各データ点において、粉末材料の不均一分布が生じているかいないかを判定することができる。信号強度が閾値以上（あるいは閾値超）となっている場合を不均一分布が発生しているとみなすのか、閾値未満（あるいは閾値以下）となっている場合を不均一分布が発生しているとみなすのかは、発生しうる不均一分布の種類、例えば、他の部位よりも粉末材料の密度が低い部位が発生しやすいのか、逆に密度の高い部位が発生しやすいのかや、粉末材料の種類、カメラ４０での撮影条件等に依存するので、適宜選択すればよい。
【００５３】
図４（ｂ）の画像に対して二値化を行った結果を、図４（ｃ）に示す。ここでは、暗く表示されている領域において、明るく表示されている領域よりも粉末材料の分布密度が低くなっている。明るく表示されている領域と暗く表示されている領域が入り混じっていることから、粉末床Ｂにおいて、粉末材料の不均一分布（ムラ）が生じているとみなすことができる。このように、二値化処理を経て、粉末床Ｂの中で粉末材料の分布が不均一になっている箇所を識別することができる。
【００５４】
上記のように断面像に対して得た粉末材料のムラの分布を、三次元表示することもできる。粉末床Ｂの各位置に対応する断面で、同様に、フィルタリング処理と二値化処理を行ったうえで、得られた断面像を配列し、三次元的に表示することで、ムラの分布を三次元的に可視化することができる。図４（ｄ）に、そのようにして得たムラの三次元分布の例を示す。ここでは、濃いグレーで表示した領域が、粉末材料の密度が他の部位よりも低くなっていることを示している。粉末床Ｂ全体に、そのような領域が分布していることが分かる。
【００５５】
さらに、フィルタリングと二値化を経て得られた二次元像（図４（ｃ））あるいは三次元像（図４（ｄ））において、ムラの存在率を定量的に見積もることができる。二値化を経てムラが存在すると判定された部位が、画像中で粉末床Ｂ全体に占める面積、あるいは体積の割合を算出すればよい。例えば、図４（ｃ）の二次次元像において、暗く表示されている他の領域より粉末材料の密度が低い領域が占める面積は、２４．９％である。
【００５６】
ここでは、カメラ４０で得られた撮影像から三次元分布像を作成し、さらに断面像としたうえで、その断面像に対して、画像処理によるムラの定量化を行う形態について説明したが、そのような画像処理は、カメラ４０で得られた二次元の撮影像に対して行ってもよい。この場合には、先に処理を経た画像に対して、積層、三次元化、断面像作成を行えばよい。あるいは、カメラ４０で得られた二次元画像に基づいて形成した三次元分布像に対して、三次元のまま、画像処理を行ってもよい。
【００５７】
（粉末床における粉末材料の分布と三次元造形物の形状との対応）
上記のようにして、三次元造形物Ｐを形成するための原材料としての粉末床Ｂにおける粉末材料の分布の均一性を評価したうえで、さらにそれを、製造される三次元造形物Ｐの形状と対応付けることができる。
【００５８】
上記のように、層ごとの造形工程において、レーザービームを照射する位置は、製造すべき三次元造形物Ｐの形状を示す三次元ＣＡＤ等の設計データに基づいて行われる。よって、その設計データを、上記で得られた粉末材料の分布と重畳することで、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布を、製造される三次元造形物Ｐにおける位置に対応付けることができる。つまり、粉末床Ｂにおいて粉末材料の分布にムラが存在している部位が、三次元造形物Ｐ全体のうち、どのような部位を構成する材料となるのかを、対応付けることができる。
【００５９】
粉末床Ｂにおいて、粉末材料の分布密度が低くなったムラの部位は、レーザー照射を受けて三次元造形物Ｐを構成する際に、構成材料の密度が低くなった、あるいは構成材料が欠損した空隙を構成する蓋然性が高い。このことを利用して、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布を、三次元造形物Ｐにおける空隙の分布に対応付けることができる。具体的には、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布と、レーザービームの照射位置を示す設計データを重畳し、粉末床Ｂにおける粉末材料の密度が低い部位が、三次元造形物Ｂにおいて空隙が形成される部位になるとみなすことで、三次元造形物Ｐにおいて、空隙が形成されている位置、またそのような空隙が三次元造形物Ｐに占める割合を、推定することができる。
【００６０】
上記のように、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布のムラと、製造される三次元造形物Ｐにおける構成材料の密度には相関があり、そのことは、後の実施例でも示される。しかし、粉末床Ｂを構成する粉末材料が一旦溶融して再凝固し、三次元造形物Ｐの構成材料となるので、粉末床Ｂにおけるムラの割合（ムラ率）がそのまま、三次元造形物Ｐにおいて、構成材料が充填されていない空隙の割合（空隙率）となる訳ではない。また、三次元造形物Ｐにおける空隙の形成には、三次元造形物Ｐにおける残留応力も影響するため、空隙形成の程度は、三次元造形物Ｐの具体的形状にも依存する。しかし、同一または類似の形状を有する三次元造形物Ｐを、様々な分布状態を有する粉末床Ｂを用いて形成する事前の試験等により、粉末床Ｂにおけるムラ率と三次元造形物Ｐにおける空隙率の相関性を定量的に見積もっておけば、粉末床Ｂにおけるムラ率から、三次元造形物Ｐにおける空隙率を定量的に推定することも可能となる。なお、ムラ率との対応付けに用いる三次元造形物Ｐにおける空隙率は、三次元造形物Ｐに対する断面写真の解析、密度の測定等によって見積もることができる。
【００６１】
（粉末床の評価によって得られる情報の利用）
以上のように、粉末床Ｂを構成する構成層Ｂ１の表面を撮影した撮影像に基づいて、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布を解析することで、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布の均一性を評価することができる。特に、粉末床Ｂにおいて、粉末材料の分布が不均一になった箇所を検出し、さらにその不均一性を定量的に評価することができる。積層造形の原料となる粉末床Ｂにおいて粉末材料の分布にムラが存在すれば、そのムラは、粉末床Ｂにレーザー照射を行って得られる三次元造形物Ｐにおいて、構成材料のムラとして引き継がれる蓋然性が高い。従って、評価によって得られた粉末床Ｂにおける粉末材料の分布に関する情報を基に、製造される三次元造形物Ｐにおける構成材料の分布の均一性を推定することができる。製造された三次元造形物Ｐの内部において、構成材料の密度分布を調べようとすれば、その三次元造形物Ｐを切断して観察するか、分析装置を用いた非破壊分析等を行う必要があるが、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布状態から、三次元造形物Ｐにおける構成材料の密度分布を推定できることで、そのような分析を行わなくて済むようになる。また、順次構成層Ｂ１を形成し、レーザー照射を行って三次元造形物Ｐを層状に作製しながら、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布をリアルタイムで解析し、ムラが多いことが分かった場合には、それ以上造形を続けても高品質な三次元造形物Ｐは得られないと判断し、造形を中止する、というように、積層造形の工程の監視のために、粉末床Ｂにおけるムラの評価を利用することも可能である。
【００６２】
また、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布のムラを検出し、定量的に評価することで、粉末床Ｂの形成にかかる条件を検証し、そのようなムラを与える原因を分析することや、その分析結果に基づいて、粉末床形成等にかかる条件を改良し、粉末床Ｂにおけるムラの低減を図ることができる。粉末床Ｂにおいて粉末材料の分布にムラが生じる原因としては、粉末材料の特性（粒径や粒子形状、表面処理等）、粉末材料の供給速度、ブレード２３の構成（材料や形状）、スキージング時のブレード２３の移動速度、各構成層Ｂ１の厚さ等を挙げることができる。例えば、これらのうちいずれかのパラメータを変化させて、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布ムラを比較することで、どのようなパラメータが分布の不均一性を与える原因となっているのかを推定し、そのパラメータを調整することで、粉末材料の分布ムラを低減することができる。また、上記のように、粉末床Ｂの構成層Ｂ１における露出部Ｄ１や陥没部Ｄ２の形成に、三次元造形物Ｐの既に形成されている下層の部位の形状が影響することも多いが、可能であれば、三次元造形物Ｐの設計形状を変更することでも、粉末材料の分布ムラを低減できる可能性がある。
【００６３】
一方、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布の均一性は高いにもかかわらず、得られる三次元造形物Ｐにおいて、空隙率が高くなってしまう場合もある。このような場合には、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布以外の要因が、三次元造形物Ｐにおいて空隙を発生させていると推定することができる。その種の要因としては、粉末材料を構成する金属等の材料の物性や、レーザービームの照射条件を挙げることができる。このような場合には、用いる粉末材料の種類やレーザービームの照射条件（波長やエネルギー密度）の変更を検討すればよい。
【００６４】
粉末床Ｂにおいて、各構成層Ｂ１の撮影像に基づいて粉末材料の分布が不均一になったムラを検出するための具体的な解析方法としては、どのようなものを用いてもよいが、フィルタリング処理によって粉末材料の分布を示す本質的な画像情報を抽出したうえで、二値化処理によってムラを識別するという方法を用いることで、粉末床Ｂにおけるムラの存在を、高精度かつ簡便に検出することができる。また、粉末床Ｂにおけるムラ率を定量化しやすい。粉末床Ｂの構成層Ｂ１のそれぞれに対して表面の撮影を行っていることから、処理すべき撮影像の量が膨大になる場合もあるが、フィルタリング処理と二値化処理によって自動的にムラを識別すれば、撮影像のデータ処理を一括して効率的に実行することができる。また、粉末床Ｂを構成する粉末材料の種類や、カメラ４０での撮影条件が変化しても、フィルタリング処理に用いるパラメータや、二値化時の閾値を調整することで、同じ方法で、ムラの定量的検出を行うことができる。
【００６５】
粉末床Ｂにおける粉末材料の分布の評価は、粉末床Ｂの各構成層Ｂ１に対して得られる二次元の撮影像に対して行うこともできるが、そのような二次元画像を積層して得られる三次元情報に対して評価を行うことで、三次元造形物Ｐが、造形層を積層して三次元的に形成されるのと対応させて、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布の評価や、得られる三次元造形物Ｐに対するその影響の検証および解釈を行いやすくなる。さらに、レーザー照射に用いる設計データと粉末床Ｂにおける粉末材料の三次元分布像を重畳し、三次元造形物Ｐの形状と粉末床Ｂにおける粉末材料の分布と対応させることで、原料としての粉末材料の分布ムラに起因して、三次元造形物Ｐの構成材料の分布が不均一になっている箇所を、正確に推定することができる。また、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布と、三次元造形物Ｐの形状との相関性を正確に検証することができ、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布ムラの改善および三次元造形物Ｐにおける構成材料の均一性の向上につなげることが可能となる。特に、粉末床Ｂにおけるムラ率と三次元造形物Ｐにおける空隙率を定量的に対応づけることで、粉末床Ｂのムラに起因した三次元造形物Ｐにおける空隙の存在位置およびその割合を定量的に推定すること、粉末床Ｂにおける粉末材料の分布と三次元造形物Ｐにおける空隙の相関性を検討すること、また、検討結果に基づいて、積層造形にかかる各工程の条件の改良を行うことが可能となる。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。
【００６７】
［試験方法］
（試料造形物の作製）
ＳＬＭ法を用いて、金属粉末を原料として、試料造形物の作製を行った。試料造形物の作製には、ＳＬＭ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社製  金属３Ｄプリンター（ＳＬＭ２８０ＨＬ）を用いた。
【００６８】
材料粉末としては、以下の４種類の金属粉末を準備した。
・粉末Ａ：Ｆｅ基合金のガス噴霧粉（平均粒径：４５μｍ）
・粉末Ｂ：Ｆｅ基合金の高圧水噴霧粉（平均粒径：４５μｍ）
・粉末Ｃ：粉末Ａに、０．０５％のナノシリカを混合したもの
・粉末Ｄ：Ｎｉ基合金粉末（平均粒径：４５μｍ）
【００６９】
試料造形物を作製する際のレーザー照射に用いた三次元ＣＡＤデータに基づいて、試料造形物の形状を図５に示す。各材料粉末を用いて、図５（ａ）のブロック形状試料と、図５（ｂ）の梁形状試料の２種の試料造形物を作成した。それぞれの試料には、底部にサポート（ｐ１）を設けてある。
【００７０】
試料造形物の作製に際し、粉末床において順次積層する各構成層の厚さは、５０μｍとした。また、造形時に照射したレーザービームのエネルギー密度を、図６中に示している。
【００７１】
（粉末床のムラの評価）
試料造形物の作製中に粉末床の各構成層に対して取得した撮影像を積層して三次元分布像とし、図５のような設計データと対応させて、図５中のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面に対応する位置の断面像を作成した。そして、断面像に対して、フィルタリング処理を行った。図６中、「積層画像」の欄に、処理後の画像を示す。画像中に破線で示した断面に対応する領域の中で、データ点の明るさの均一性が高いほど、粉末床における粉末材料の分布の均一性が高いことを示している。例えば粉末Ａの梁形状試料のように、領域内に、明るい部位と暗い部位が筋状に入り混じっているのは、粉末材料の分布が不均一で、ムラが多く存在していることを示している。さらに、二値化処理を施した後、画像中で暗く見えている領域の面積を見積もり、断面全体の面積に対する割合として、ムラ率を算出した。
得られたムラ率の値は、図６中の「積層画像」の欄に合わせて示している。
【００７２】
（試料造形物中の空隙の評価）
実際に作製した各試料造形物に対して、図５中のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面に対応する位置で切断を行い、断面を得た。図６中、「断面」の欄に、それら断面を撮影した写真を示す。写真において、断面内に穴のように暗く観察されている領域が、空隙である。そのような空隙の総面積を写真から見積もり、断面全体の面積に占める割合として、空隙率を算出した。得られた空隙率の値は、図６中の「断面」の欄に合わせて示している。
【００７３】
［結果と考察］
（粉末床のムラ率と試料造形物の空隙率の相関）
図６に、各金属粉末を用いて各形状の試料造形物を作製した場合について、粉末床における粉末材料の分布を示す断面像（積層画像）と、実際に作製された試料造形物の断面写真（断面）の対比を示す。いずれも、図５中のＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面に対応するものである。
【００７４】
図６を見ると、粉末Ｄのエネルギー密度２５．０Ｊ／ｍｍ３の場合を除いて、粉末床の積層画像において明暗の混在の程度が大きく、粉末床における粉末材料の分布ムラが大きい場合ほど、試料造形物の断面写真において、穴状の空隙が多く分布している傾向が見て取れる。この傾向を確認するために、各画像から算出したムラ率と空隙率の値をプロットしたものを、図７に示す。
【００７５】
図７によると、粉末床におけるムラ率と、試料造形物の断面における空隙率の間に、正の相関があるのが確認できる。図中には、データ点を線形近似した結果を、併せて破線で示しているが、ある程度良い近似が成り立っており、粉末床におけるムラ率と、試料造形物の断面における空隙率の間には、線形の関係があると言える。このように、粉末床における粉末材料のムラと、その粉末床を原料として得られる試料造形物において形成される空隙の間に、線形の関係が見られるということは、試料造形物における空隙の主要な発生要因が、原料としての粉末床における粉末材料の不均一分布であることを示している。
【００７６】
一方、粉末Ｄを用いてブロック形状試料を作製した場合に着目すると、粉末床における粉末材料の分布の均一性はほぼ同じであるにもかかわらず、造形に用いるレーザービームのエネルギー密度が低い場合に、空隙率が大きくなっている。このことは、少なくとも粉末Ｄを原料とする場合について、作製される試料造形物における空隙の形成は、粉末床における粉末材料の分布ムラだけによるのではなく、レーザー照射の条件にもよることが分かる。例えば、粉末材料を構成する合金の材料物性自体に起因する、レーザー照射時の溶融および再凝固の挙動が、照射するレーザーのエネルギー密度に依存し、その依存性が空隙の形成にも関係していると解釈できる。
【００７７】
（試料形状と空隙率、ムラ率の関係）
図６を見ると、粉末Ｄを原料として用いる場合を除いて、ブロック形状試料よりも、梁形状試料において、粉末床のムラ率および試料造形物中の空隙率が大きくなる傾向が見られている。つまり、ブロック形状試料を作製する際よりも、梁形状試料を作製する際において、粉末床の各構成層における粉末材料のムラが大きく、その結果としてレーザー照射によって得られる試料造形物において空隙率が大きくなっている。これは、梁形状試料の方が、ブロック形状試料よりも、レーザー照射による熱変形を受けやすいためであると解釈される。積層造形において、形成途中の試料造形物の上に粉末材料を敷き詰めて新しい構成層を形成するに際し、その形成途中の試料造形物が熱変形を受けていることにより、その上に形成される構成層において粉末材料が均一に分布しにくくなるものと考えらえる。
【００７８】
粉末Ｄを用いた場合については、ブロック形状試料と梁形状試料で、粉末床のムラ率および試料造形物の空隙率がほとんど変わっていない。このことは、粉末Ｄについては、粉末床における粉末材料の分布および試料造形物における空隙の形成において、粉末Ｄに特有の材料物性（合金材料自体の物性）や粉末特性（粉末の形状やサイズに関する特性）が、試料形状よりも大きな影響を与えることを意味している。上記の粉末材料のムラ率と試料造形物の空隙率の相関に関する考察も、材料物性の寄与の大きさを示唆している。
【００７９】
以上、本発明の実施形態および実施例について説明した。本発明は、これらの実施形態および実施例に特に限定されることなく、種々の改変を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１        積層造形装置
１０      粉末床容器
１１      基材
２０      粉末供給装置
２２      粉末供給路
２３      ブレード
３０      レーザー照射装置
３１      レーザーユニット
３２      ガルバノスキャナ
４０      カメラ
５０      制御装置
Ｂ        粉末床
Ｂ１      構成層
Ｄ１      露出部
Ｄ２      陥没部
Ｐ        三次元造形物
【図１】
2018193586.tif 000003
【図２】
2018193586.tif 000004
【図３】
2018193586.tif 000005
【図４】
2018193586.tif 000006
【図５】
2018193586.tif 000007
【図６】
2018193586.tif 000008
【図７】
2018193586.tif 000009
【図８】
2018193586.tif 000010