(57)【要約】【課題】粉末床溶融結合法による三次元造形では、造形過程で造形物の内部に意図しない空隙が形成される場合がある。造形物の内部に空隙が存在した場合には、造形物の強度が低下して壊れやすくなる。内部の空隙を検知する方法として、レーザービームを照射して弾性波を発生させて検出する方法があるが、十分な感度が得られなかったり、検出位置の分解能や精度が低いという問題があった。【解決手段】Ｘ線発生器（１４１）から造形物にＸ線を照射し、Ｘ線検出器（１４３）で透過量を検出する。透過量検出値と、造形物の密度情報と、放射線に対する造形物の吸収係数情報と、造形物の設計厚み情報とを用いて、堆積された造形物の実質的な厚みが設計厚みよりも小さな領域が存在するかを検出する。検出した場合には、造形物の表面形状を照明装置（１５１）と撮像装置（１５２）を用いて測定し、空隙が造形物の内部にあるか表面にあるかを判定する。空隙が内部にある場合には、空隙に溶融材料を充填して修復する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末層を形成する処理と、前記粉末層にエネルギービームを照射して溶融させた後に冷却して固化物を形成する固化物形成処理と、を繰返して固化物を順次堆積して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法において、
前記固化物形成処理の後、形成した前記固化物に放射線を照射し、透過量を透過量検出値として検出する透過量検出処理と、
検出した前記透過量検出値と、前記固化物の密度情報と、前記放射線に対する前記固化物の吸収係数情報と、前記固化物形成処理の後における前記固化物の設計厚み情報と、を用いて、堆積された固化物の厚みが設計厚みよりも小さな領域を空隙存在領域として検出する空隙存在領域検出処理と、
検出された前記空隙存在領域に対応する前記固化物の表面形状を計測し、計測された表面形状と前記固化物の設計形状情報とを比較し、空隙が前記固化物の内部に位置するか表面に位置するかを判定する空隙位置判定処理と、
前記空隙が前記固化物の内部に位置すると判定した場合には、前記空隙に溶融した材料を充填する修復処理を行う、
ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。
【請求項２】
前記空隙存在領域検出処理は、
前記透過量検出値と、前記固化物の密度情報と、前記放射線に対する前記固化物の吸収係数情報とを用いて、前記固化物の厚さを固化物厚みとして算出する処理と、
算出した前記固化物厚みと、前記固化物形成処理の後における前記固化物の設計厚みとを比較し、前記固化物厚みが前記設計厚みよりも小さくなる領域を空隙存在領域として検出する処理と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載した三次元造形物の製造方法。
【請求項３】
前記空隙存在領域検出処理は、
前記固化物形成処理の後の前記固化物の設計形状情報と、前記固化物の密度情報と、前記放射線に対する前記固化物の吸収係数情報とを用いて、前記固化物を透過する放射線量を透過量計算値として計算する処理と、
前記透過量検出値と前記透過量計算値とを比較し、前記透過量検出値が前記透過量計算値よりも大きくなる領域を空隙存在領域として検出する処理と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載した三次元造形物の製造方法。
【請求項４】
前記修復処理は、前記空隙存在領域の上部からエネルギービームを照射して前記空隙の上部の固化物を溶融させて前記空隙に充填する処理である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載した三次元造形物の製造方法。
【請求項５】
前記修復処理は、前記空隙の上部の固化物を除去して前記空隙を露出させ、露出した前記空隙を原料粉末で覆った後にエネルギービームを照射し、前記原料粉末を溶融させて前記空隙に充填する処理である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載した三次元造形物の製造方法。
【請求項６】
前記放射線は、Ｘ線である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載した三次元造形物の製造方法。
【請求項７】
空隙位置判定処理において、光切断法により前記固化物の表面形状を計測する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載した三次元造形物の製造方法。
【請求項８】
前記固化物形成処理を連続して３回繰り返す間に、前記透過量検出処理を少なくとも１回行う、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載した三次元造形物の製造方法。
【請求項９】
粉末層形成部と、エネルギービーム照射部と、放射線照射部と、放射線検出部と、表面形状計測部と、制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記粉末層形成部と前記エネルギービーム照射部を動作させて固化物を堆積させる固化物形成処理と、
前記固化物形成処理の後、堆積した前記固化物に前記放射線照射部から放射線を照射させ、透過する放射線を前記放射線検出部により透過量検出値として検出する透過量検出処理と、
検出した前記透過量検出値と、前記固化物の密度情報と、前記放射線に対する前記固化物の吸収係数情報と、前記固化物を形成する処理の後における前記固化物の設計厚み情報と、を用いて、堆積された固化物の厚みが設計厚みよりも小さな領域を空隙存在領域として検出する空隙存在領域検出処理と、
検出された前記空隙存在領域に対応する前記固化物の表面形状を前記表面形状計測部に計測させ、計測された表面形状と前記固化物の設計形状情報とを比較し、空隙が前記固化物の内部に位置するか表面に位置するかを判定する処理と、
前記空隙が前記固化物の内部に位置すると判定した場合には、前記空隙に溶融した材料を充填する修復処理と、を実行する、
ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項１０】
前記空隙存在領域検出処理は、
前記透過量検出値と、前記固化物の密度情報と、前記放射線に対する前記固化物の吸収係数情報とを用いて、前記固化物の厚さを固化物厚みとして算出する処理と、
算出した前記固化物厚みと、前記固化物形成処理の後における前記固化物の設計厚みとを比較し、前記固化物厚みが前記設計厚みよりも小さくなる領域を空隙存在領域として検出する処理と、を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載した三次元造形装置。
【請求項１１】
前記空隙存在領域検出処理は、
前記固化物形成処理の後の前記固化物の設計形状情報と、前記固化物の密度情報と、前記放射線に対する前記固化物の吸収係数情報とを用いて、堆積した前記固化物を透過する放射線を透過量計算値として計算する処理と、
前記透過量検出値と前記透過量計算値とを比較し、前記透過量検出値が前記透過量計算値よりも大きくなる領域を空隙存在領域として検出する処理と、を含む、
ことを特徴とする請求項９に記載した三次元造形装置。
【請求項１２】
前記修復処理は、前記エネルギービーム照射部を動作させて前記空隙存在領域の上部からエネルギービームを照射して前記空隙の上部の固化物を溶融させて前記空隙に充填する処理である、
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載した三次元造形装置。
【請求項１３】
前記三次元造形装置は、さらに固化物除去部を備え、
前記修復処理は、前記制御部が、前記固化物除去部を動作させて前記空隙の上部の固化物を除去して前記空隙を露出させ、前記粉末層形成部を動作させて露出した前記空隙を原料粉末で覆った後に、前記エネルギービーム照射部を動作させてエネルギービームを照射し、前記原料粉末を溶融させて前記空隙に充填する処理である、
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載した三次元造形装置。
【請求項１４】
前記放射線照射部はＸ線発生装置であり、前記放射線検出部はＸ線検出器である、
ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載した三次元造形装置。
【請求項１５】
前記三次元造形装置は、さらに光源と光検出器を備え、
空隙位置判定処理は、前記制御部が前記光源と前記光検出器を動作させて光切断法により前記固化物の表面形状を計測する処理である、
ことを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載した三次元造形装置。
【請求項１６】
前記制御部は、
前記固化物形成処理を連続して３回繰り返す間に、前記透過量検出処理を少なくとも１回行う、
ことを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか１項に記載した三次元造形装置。
【請求項１７】
前記制御部に、請求項９乃至１６のいずれか１項に記載した処理を実行させるプログラム。
【請求項１８】
請求項１７に記載したプログラムを記録したコンピュータにより読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギービームを用いて三次元造形物を製造する三次元造形装置及び三次元造形方法に関する。特に、製造中に三次元造形物の内部に意図せずに形成された空隙を検出して、これを修復する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、いわゆる３Ｄプリンタの開発が盛んに行われており、さまざまな方式が試みられている。例えば、熱溶融積層造形法、光硬化性樹脂を用いた光造形法、粉末床溶融結合法、等のさまざまな方式が知られている。中でも、エネルギービームを用いて加熱工程を行う粉末床溶融結合法により三次元造形物を製造する三次元造形装置の開発が盛んである。
【０００３】
粉末床溶融結合法では、粉末の充填不足や溶融時の液の流動不足、あるいは溶融時に液に生じた気泡等に起因して、造形物の内部に意図しない空隙が発生してしまう場合がある。造形物の内部に空隙が存在した場合、造形物に力が加わるとこれを起点として亀裂が進展し破断に至ることもあり、造形物が壊れやすくなる。
【０００４】
特許文献１に記載された積層造形装置では、造形物の内部の空洞を検知するために、造形中に造形物にレーザービームを照射することで造形物の表面の一部を蒸発させ、この衝撃によって造形物の内部を伝播する弾性波を発生させている。この弾性波を検出して解析することにより造形物の内部の空洞を検出し、必要に応じて空洞の修復加工を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−６００６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の装置では、弾性波を検出することで造形物の内部の空洞を検出しているが、十分な感度が得られなかったり、検出位置の分解能や精度が低いという問題があった。というのも、この装置では、エネルギービームを照射して原料粉末を溶融させて造形物を製造しているため、もともと造形物が高温状態となっている。そこにレーザービームを追加的に照射して造形物の表面の一部を蒸発させて弾性波を発生させて検出しようとしても、高温では弾性波の減衰が大きくなるため弾性波信号がノイズに埋もれやすくなり、弾性波の検出精度を高くすることが困難であった。そのため、造形物の内部に発生した空洞を高い精度で検出できない場合があった。
そこで、造形中に高温状態になっていたとしても、造形物の内部に生じた空洞等の空隙を高い精度で検出可能な三次元造形装置及び三次元造形方法が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、粉末層を形成する処理と、前記粉末層にエネルギービームを照射して溶融させた後に冷却して固化物を形成する固化物形成処理と、を繰返して固化物を順次堆積して三次元造形物を製造する三次元造形物の製造方法において、前記固化物形成処理の後、形成した前記固化物に放射線を照射し、透過量を透過量検出値として検出する透過量検出処理と、検出した前記透過量検出値と、前記固化物の密度情報と、前記放射線に対する前記固化物の吸収係数情報と、前記固化物形成処理の後における前記固化物の設計厚み情報と、を用いて、堆積された固化物の厚みが設計厚みよりも小さな領域を空隙存在領域として検出する空隙存在領域検出処理と、検出された前記空隙存在領域に対応する前記固化物の表面形状を計測し、計測された表面形状と前記固化物の設計形状情報とを比較し、空隙が前記固化物の内部に位置するか表面に位置するかを判定する空隙位置判定処理と、前記空隙が前記固化物の内部に位置すると判定した場合には、前記空隙に溶融した材料を充填する修復処理を行う、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法である。
【０００８】
また、本発明は、粉末層形成部と、エネルギービーム照射部と、放射線照射部と、放射線検出部と、表面形状計測部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記粉末層形成部と前記エネルギービーム照射部を動作させて固化物を堆積させる固化物形成処理と、前記固化物形成処理の後、堆積した前記固化物に前記放射線照射部から放射線を照射させ、透過する放射線を前記放射線検出部により透過量検出値として検出する透過量検出処理と、検出した前記透過量検出値と、前記固化物の密度情報と、前記放射線に対する前記固化物の吸収係数情報と、前記固化物を形成する処理の後における前記固化物の設計厚み情報と、を用いて、堆積された固化物の厚みが設計厚みよりも小さな領域を空隙存在領域として検出する空隙存在領域検出処理と、検出された前記空隙存在領域に対応する前記固化物の表面形状を前記表面形状計測部に計測させ、計測された表面形状と前記固化物の設計形状情報とを比較し、空隙が前記固化物の内部に位置するか表面に位置するかを判定する処理と、前記空隙が前記固化物の内部に位置すると判定した場合には、前記空隙に溶融した材料を充填する修復処理と、を実行する、ことを特徴とする三次元造形装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、造形中に高温状態になっていたとしても、造形物の内部に生じた空洞等の空隙を高い精度で検出し、空隙を修復可能な三次元造形装置及び三次元造形方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一の実施形態の三次元造形装置の構成の説明図である。
【図２】第一の実施形態の三次元造形装置の制御系のブロック図である。
【図３】第一の実施形態の三次元造形物の製造プロセスのフローチャートである。
【図４】三次元造形物の検査工程のフローチャートである。
【図５】第一の実施形態のＸ線透過検査のデータ処理の説明図である。
【図６】第一の実施形態の三次元造形データのデータ処理の説明図である。
【図７】第一の実施形態の三次元造形データＢ´´ｎ（ｋ）の説明図である。
【図８】第一の実施形態の想定厚さデータＢＺｎ（ｋ）の説明図である。
【図９】第一の実施形態のＡＺｎ（ｋ）、ＢＺｎ（ｋ）、Ｃｎ（ｋ）の説明図である。
【図１０】第一の実施形態のｋ層分の検査の説明図である。
【図１１】第一の実施形態のｋ層分の検査の別の例の説明図である。
【図１２】第一の実施形態のｋ層分の検査の別の例の説明図である。
【図１３】第一の実施形態のｋ層分の検査の別の例の説明図である。
【図１４】第一の実施形態の検査工程の直後から次の層のレーザー加熱工程までの説明図である。
【図１５】実施例１の修復工程におけるレーザービームの走査軌跡の平面図である。
【図１６】第二の実施形態の三次元造形装置の構成の説明図である。
【図１７】第二の実施形態の三次元造形装置の制御系のブロック図である。
【図１８】第二の実施形態の三次元造形物の製造プロセスのフローチャートである。
【図１９】第二の実施形態の三次元造形物の内部の空隙の修復の説明図である。
【図２０】第二の実施形態の三次元造形物の非固化部形成工程の説明図である。
【図２１】第二の実施形態の三次元造形物の最終層の内部の空隙の修復の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態である三次元造形装置および三次元造形物の製造方法について説明する。
尚、以下の説明においては、三次元造形物の設計形状に照らせば原料粉末が溶融固化した固化物が存在すべきなのに実際には存在していない空間を、空隙と呼ぶ。空隙は、粉末の充填不足や溶融時の液の流動不足、溶融時に液中に生じた気泡、各層が固化する時の反りや歪、等の様々な原因によって生じ得るものである。空隙の典型的な形状は、液中に生じた気泡を反映した球状の空洞であるが、これには限られず、例えば三次元造形物の外面に生じた凹部や、内部に生じた亀裂状の隙間である場合もあり得る。
実施形態の三次元造形は粉末床溶融結合方式であり、粉末層を形成する処理と、粉末層の所望の領域にエネルギービームを照射して溶融させた後に冷却して固化物を形成する固化物形成処理とを繰返して、固化物を順次堆積して三次元造形物を製造する。
【００１２】
実施形態では、任意の回数の固化物形成処理を行った後に、形成した固化物に放射線を照射し、透過量を検出する。そして、検出した透過量検出値と、固化物の密度情報と、固化物の放射線吸収係数情報と、任意の回数の固化物形成処理後における固化物の設計厚み情報とを用いて、堆積された固化物の厚みが設計厚みよりも小さな領域、即ち空隙存在領域がないかを検出する。尚、ここで言う堆積された固化物の厚みとは、固化物の外形を基準とした厚さと等しいとは限らず、堆積されている材料の実質的な厚みをさす。例えば、固化物の内部に、外形からは見えない空隙がある場合には、空隙分を差し引いた長さである。空隙存在領域は、本来意図した固化物よりも密度が低い低密度領域であると言換えることもでき、以下の説明中で低密度領域と呼ぶこともある。
空隙存在領域を検出する空隙存在領域検出処理としては、例えば、下記に記載した第１の検出処理か第２の検出処理のいずれかを実行すればよい。
【００１３】
第１の検出処理とは、検出された透過量と、固化物の密度情報と、放射線に対する固化物の吸収係数情報とを用いて、固化物の厚さを固化物厚みとして算出し、算出した固化物厚みと、固化物形成処理の後の固化物の設計厚みとを比較する。そして、固化物厚みが設計厚みよりも小さくなる領域を空隙存在領域として検出する処理である。
【００１４】
第２の検出処理とは、固化物形成処理の後の固化物の設計形状情報と、固化物の密度情報と、放射線に対する固化物の吸収係数情報とを用いて、設計通りに固化物が形成された場合に透過する放射線量を透過量計算値として計算する。そして、実際に検出した透過量と透過量計算値とを比較し、検出した透過値が透過量計算値よりも大きくなる領域があった場合に空隙存在領域として検出する処理である。
【００１５】
そして、空隙存在領域が検知された場合には、空隙が固化物の内部に位置するか表面に位置するかを判定する空隙位置判定処理を行う。具体的には、固化物の表面形状を計測し、計測された表面形状と固化物の設計形状情報とを比較する。計測された表面形状と設計形状が等しい場合には空隙は固化物の内部に位置すると判定し、計測された表面形状が設計形状よりも窪んでいる場合には、空隙は固化物の表面に位置すると判定する。
【００１６】
空隙が固化物の内部に位置すると判定した場合には、空隙に溶融した原料を充填して修復する修復処理を行うが、例えば下記に記載した第１の修復処理か第２の修復処理のいずれかを実行すればよい。
【００１７】
第１の修復処理とは、空隙が検出された領域の上部から、例えばレーザービームのようなエネルギービームを照射して空隙上部の固化物を溶融させて空隙を充填する処理である。空隙を充填した結果、固化物の表面に凹部が形成され得るが、その後の固化物形成処理で粉末層を形成する際に凹部は原料粉末で充填され、溶融固化されて平坦になるので問題ない。
【００１８】
第２の修復処理とは、まず、固化物除去部としてのリューター、ドリル、超音波切削工具等を用いて空隙が検出された領域の上部の固化物を除去して空隙を露出させる。そして、露出した空隙を原料粉末で覆った後にエネルギービームを照射して原料粉末を溶融させて空隙に充填する処理である。
空隙を露出させた後、空隙を充填するためだけに原料粉末の被覆とエネルギービームの照射を行ってもよいが、次の上層を形成する為の固化物形成処理で粉末層を形成する際に、露出した空隙にも原料粉末を充填してもよい。固化物を物理的に除去するため、空隙を露出させた際には固化物表面に凹部が形成されるが、粉末層を形成する際に凹部は原料粉末で充填され、溶融固化されて平坦になるので問題ない。
【００１９】
空隙が固化物の表面に位置すると判定した場合には、上層の固化物形成処理を継続して行う。この場合には、固化物の表面に存在する凹部は、上層の固化物形成処理で粉末層を形成する際に原料粉末で充填され、溶融固化されて平坦になるので、造形物の形状に問題は生じない。
【００２０】
本発明の実施形態によれば、造形物が高温状態になっていたとしても、造形物の内部に生じた空隙を造形物の外部表面に生じた空隙と区別して高い精度で検出することが可能であり、造形物内部の空隙を適宜修復することができる。
以下、実施形態についてさらに詳しく説明する。
【００２１】
［第一の実施形態］
図１は、第一の実施形態の三次元造形装置の概略構成を示す構成図である。図２は、同実施形態の三次元造形装置の制御系のブロック図である。
【００２２】
（三次元造形装置）
図１に示す三次元造形装置１００は、粉末床溶融結合方式のいわゆる３Ｄプリンタである。容器１０１は、ステンレスで形成され、密閉可能である。容器１０１には、圧力計１６０が接続されている。
排気機構１６２は、例えばドライポンプで構成され、容器１０１内を排気して酸素分圧を低減させることができる。排気機構１６２は、容器１０１との接続部に開口量を調整可能な開口調整弁を有する。ガス供給機構１６１は、例えば窒素ガスを容器１０１内に供給可能である。三次元造形装置１００では、ガス供給機構１６１によって容器１０１に気体を供給しつつ圧力計１６０の出力に応じて開口調整弁を調整することで、容器１０１内を所望の雰囲気と圧力（真空度）とに維持することができる。
容器１０１内には、造形容器１１０が配置されている。造形容器１１０は、ステージ１１１の上に、Ｘ線検出器１４３を配置している。Ｘ線検出器１４３の上には、原料粉末１２０の層１２１が積層される基板である積層基材１１３が設けられている。昇降機構１１２は、層１２１の厚みに対応させた任意のピッチでステージ１１１を段階的に下降させることが可能である。
【００２３】
粉末層形成部としての層形成機構１２３は、造形容器１１０に原料粉末１２０の層１２１を形成可能である。層形成機構１２３は、原料粉末１２０を収容した移動部１２４が造形容器１１０の上面に沿って矢印Ｒ１方向に移動することに伴って原料粉末１２０の層１２１を形成する。層形成機構１２３は、積層基材１１３上又は層１２１上に原料粉末１２０の層１２１を形成して積層する。層形成機構１２３は、不図示のスキージやローラなどにより、数μｍ〜数１０μｍの粒径の金属粉末の原料粉末１２０を、上面が平坦で厚みが１０μｍ〜１００μｍ程度の層として被覆することができる。本実施形態では、層形成機構１２３により、例えば粒径が２０μｍのＳＵＳ３１６原料粉末を用いて、厚さ５０μｍの層１２１を形成可能である。
【００２４】
エネルギービーム照射部としての走査加熱機構１３０は、層形成手段としての層形成機構１２３により形成された層１２１を、レーザービーム１３６により加熱する。走査加熱機構１３０は、光源１３１が出力するレーザービーム１３６を、走査ミラー１３２ｍ、１３３ｍで二軸に走査して、原料粉末層を加熱する。走査は、造形しようとする三次元造形物の各層の形状に応じて各層毎に行われる。走査加熱機構は、走査ミラー１３２ｍ、１３３ｍを制御してレーザービーム１３６の走査速度を変化させ、光源１３１を制御してレーザービーム１３６の出力を変化させる。層１２１は、レーザービーム１３６によって加熱され、ほぼ瞬時に溶融した後冷却され、下層の固化層と一体になって固化する。これにより、造形容器１１０に形成された層１２１の所望の造形領域が固化層１２１Ｈに変化する。
光源１３１としては、例えば、波長１０７０ｎｍ、出力５００Ｗのレーザー光源が好適であり、ＹＡＧレーザー発振器や半導体ファイバーレーザーが用いられ得る。光学系１３４は、レーザービームを集光させるレンズを含み、レーザービームのビームスポットを層１２１の高さに形成する。透過窓１３５は、レーザービーム１３６を容器１０１内に透過させる。
【００２５】
本実施形態では、造形途中の高温状態の造形物でも空隙の有無を検査可能にするため、放射線照射部と放射線検出部を用いて放射線透過検査を行う。検査装置を小型にするために、放射線としてはＸ線を用いるのが望ましく、図２に示すように、本実施形態の三次元造形装置はＸ線検査機構１４０を備えている。Ｘ線検査機構１４０は、Ｘ線発生器１４１と、Ｘ線検出器１４３とＸ線データ処理装置１４４を有している。Ｘ線発生器１４１はＸ線を発生させ、発生したＸ線をベリリウム窓１４２を介して被検査物（製品造形物１２２と原料粉末１２０と積層基材１１３）に照射する。Ｘ線検出器１４３は、被検査物（製品造形物１２２と原料粉末１２０と積層基材１１３）を透過したＸ線を透過量検出値として検出する。なお、Ｘ線検出器は、高感度であることが望ましいため、例えばＣｄＴｅ半導体検出器を搭載したＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）が好適に用いられる。Ｘ線検出器１４３は、Ｘ線検出結果をＸ線データ処理装置１４４へ送信する。Ｘ線データ処理装置１４４は、処理結果を制御部２００へ送信する。
【００２６】
Ｘ線検査機構１４０のＸ線発生器１４１とＸ線検出器１４３は、検出すべき造形物内部の空隙のサイズに対して十分な検出感度が得られるように、動作パラメータが設定される。
また、積層を重ねるにしたがって固化層の厚みが増大すると、Ｘ線の透過強度は弱くなるので、固化層の厚みが大きいほど、Ｘ線の発生強度とＸ線検出器の露光時間のいずれか又は両方を増大させるのが好適である。Ｘ線検査機構１４０は、被検査物である製品造形物１２２と原料粉末１２０と積層基材１１３の積層基材に対しての垂直方向の距離と、被検査物の材質と、積層基材に対して垂直方向の空隙の検出最小距離に応じて、Ｘ線検査の露光時間を設定する。
【００２７】
本実施形態では、空隙が検出された際に、空隙が造形物の内部にあるか表面にあるかを判定するため、表面形状計測部を用いて固化物の表面形状を計測する。すなわち、造形中に、固化層１２１Ｈのうち、Ｘ線透過検査で低密度と判定された領域の表面の形状を計測する。表面形状計測方法としては、光切断法や干渉法やプローブ接触法がある。非接触で計測可能なことと計測装置が小型になることから、表面形状計測方法としては光切断法を採用するのが望ましい。そこで、本実施形態の表面形状計測機構１５０は、照明装置１５１と、光検出器としての撮像装置１５２と画像処理装置１５３を有している。表面形状計測機構は、光切断法で計測対象（固化層１２１Ｈのうち、Ｘ線検査で低密度と判定された領域）の表面の形状を計測する。照明装置１５１は、計測対象の表面にスリット光を照射する。照明装置の光源としては、レーザーや白色ＬＥＤを用いることができる。撮像装置１５２は、スリット光を含む画像を撮像し、撮像結果を画像処理装置１５３へ送信する。なお、照明装置１５１と撮像装置１５２は不図示の移動機構によって、移動可能である。画像処理装置１５３は、スリット光の位置に応じて表面の形状を測定する。画像処理装置１５３は、測定した表面の形状を制御部２００へ送信する。
【００２８】
制御部２００は、図２のブロック図に示す三次元造形装置の各部を制御したり、外部のコンピュータと連係することが可能なコンピュータで、内部にはＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２、ＲＯＭ２０３、Ｉ／Ｏポート等を備えている。制御部２００は、ＲＯＭ２０３に記録された三次元造形プロセスの制御プログラム、データ、原料粉末１２０及び積層基材１１３の材質、設定する積層基材に対して垂直方向の空隙の検出最小距離等の情報を読出し、ＲＡＭ２０２に保存する。尚、これらのプログラムやデータは、ＲＯＭ２０３ではなく、ＨＤ等の他のコンピュータ読み取り可能な記録媒体からロードしてもよい。そして、保存した情報を用いてＣＰＵ２０１が演算と制御を実行することにより、三次元造形のプロセスコントローラとして機能する。制御部は、外部コンピュータ２１０で作成された処理プログラムを実行して三次元造形装置１００を制御する。
【００２９】
三次元造形を実行する際には、制御部２００は、層形成機構１２３により層１２１を形成させ、層１２１を、加熱手段の一例である走査加熱機構１３０により加熱させる。そして、Ｘ線発生器１４１からＸ線を発生させ、被検査物（製品造形物１２２と原料粉末１２０と積層基材１１３）を透過したＸ線をＸ線検出器１４３で検出させる。そして、Ｘ線検出結果をＸ線データ処理装置１４４へ送信させる。制御部２００はＸ線データ処理装置１４４にＸ線透過データを演算処理させることにより、厚さデータを算出させる。そして、厚さデータを制御部２００に送信させる。制御部２００は、製品造形物の三次元造形物の設計形状データから、想定厚さデータを算出する。制御部２００は、厚さデータと想定厚さデータを演算処理することで、製品造形物の低密度領域の有無を判定する。制御部２００は、表面形状計測機構１５０より計測対象（固化層１２１Ｈのうち、Ｘ線検査で低密度と判定された領域）の形状を計測させ、結果を画像処理装置１５３へ送信させる。そして、制御部２００は、画像処理装置１５３に表面形状の画像処理をさせ、結果を制御部２００へ送信させる。制御部２００は厚さデータと表面形状の計測結果より、製品造形物の内部の空隙の有無を判定する。制御部２００は、内部に空隙があると判定された領域に光源１３１からレーザービームを照射させる。
【００３０】
（三次元造形物の製造プロセス）
次に、本実施形態の三次元造形の製造プロセスについて、詳しく説明する。
図３は、本実施形態の三次元造形物の製造プロセスのフローチャートである。
【００３１】
ユーザーが操作部２０４を通じてプロセス開始を指令すると、制御部２００は、準備工程（Ｓ１）を実行する。準備工程では、図１に示すように、排気機構１６２を作動させて容器１０１内を排気する。そして、容器１０１内の圧力が数百Ｐａに達すると、ガス供給機構１６１による気体供給を開始して、容器１０１内の圧力及び雰囲気を設定する。また、昇降機構１１２を作動させてステージ１１１を下降させることにより、積層基材１１３上に最初の層１２１の形成余地を確保する。
【００３２】
準備工程が終わると、制御部２００は、層形成前検査工程（Ｓ２）を実行する。層形成前検査工程では、制御部はＸ線検査機構１４０を作動させ、Ｘ線発生器１４１からＸ線を照射し、積層基材１１３を透過させ、透過したＸ線をＸ線検出器１４３に検出させる。このＸ線検出結果Ａ０を、Ｘ線データ処理装置１４４に保存させる。
【００３３】
層形成前検査工程が終わると、制御部２００は、層形成工程（Ｓ３）を実行する。層形成工程では、図１に示すように、制御部が層形成機構１２３を作動させて、積層基材１１３上又は既に形成された層１２１上に原料粉末１２０の層１２１を形成する。ここで、積層基材１１３から数えてｎ番目に形成した層を第ｎ層とする。ｎは１以上の自然数である。
【００３４】
層形成工程が終わると、制御部２００は、レーザー加熱工程（Ｓ４）を実行する。レーザー加熱工程では、制御部がレーザービーム１３６を制御して、層１２１上の造形領域を溶融させる。レーザー加熱工程は、窒素ガスを導入した減圧、もしくは大気圧雰囲気中で実行される。レーザービーム１３６の移動経路に位置する原料粉末１２０は溶融した後に固化するため、層１２１の表面は固化部と非固化部とに分かれる。
【００３５】
レーザー加熱工程が終わると、制御部２００は、検査工程（Ｓ５）を実行する。図４は、三次元造形物の空隙を検査する検査工程のフローチャートである。また、図５は、Ｘ線透過検査のデータ処理の説明図である。
検査工程のＸ線透過検査（Ｓ５１）では、制御部２００がＸ線検査機構１４０を作動させ、Ｘ線発生器１４１からＸ線を照射し、被検査物（製品造形物１２２と原料粉末１２０と積層基材１１３）を透過させる。制御部２００は、透過したＸ線をＸ線検出器１４３より検出させる。このとき、第ｎ層のＸ線検出結果をＡｎとする。このＸ線検出結果ＡｎをＸ線データ処理装置１４４に保存する。
【００３６】
次に、Ｘ線データ処理装置１４４は、保存された第ｎ層のＸ線検出結果Ａｎと、保存された第ｎ−ｋ層のＸ線透過検査によるＸ線検出結果Ａｎ−ｋを呼び出し、演算処理を実行する（Ｓ５２）。ｋはｋ≦ｎを満たす１と２と３のいずれかである。ｋ＝ｎの場合のＸ線検出結果は、層形成前検査工程で検出したＸ線検出結果Ａ０となる。
演算処理は、Ｘ線検出器１４３で検出した各画素での透過Ｘ線強度から、下記の数式１のように演算することで各画素でのｋ層分の厚さを求める。
【００３７】
[数１]
ｌｎ（Ｉｎ（ｉ）／Ｉｎ−ｋ（ｉ））＝−μρＺｋ（ｉ）
【００３８】
ここで、Ｉｎ（ｉ）は画素ｉでのｎ層分の透過Ｘ線強度、Ｉｎ−ｋ（ｉ）は画素ｉでのｎ−ｋ層分の透過Ｘ線強度である。また、μは画素ｉでの透過する物質の質量吸収係数［ｃｍ２／ｇ］、ρは画素ｉでの透過する物質の密度［ｇ／ｃｍ３］、Ｚｋ（ｉ）は画素ｉでのｋ層分の厚さ［ｃｍ］である。なお、ｎ＝ｋの場合の画素ｉの透過Ｘ線強度はＩ０（ｉ）となり、これは層形成前検査工程で検出した、積層基材のみを透過した透過Ｘ線強度である。
数式１をＸ線検出器１４３の全ての画素で演算することで、第ｎ層から積層基材１１３側へｋ層分の厚さデータＡＺｎ（ｋ）を算出し、制御部２００のＲＡＭ２０２に保存する。なお、第Ｐ層から積層基材１１３側へＱ層分の厚さデータをＡＺＰ（Ｑ）とする。
【００３９】
制御部２００は、並行して三次元造形データの演算処理を実行する（Ｓ５３）。三次元造形データのデータ処理の説明図を、図６と図７と図８に示す。三次元造形データのデータ処理において、第ｎ層の三次元造形データをＢｎとする。制御部２００は、図６に示すように、ＲＡＭ２０２から第ｎ層の三次元造形データＢｎと第ｎ−ｋ層の三次元造形データＢｎ−ｋを呼び出し、演算処理（Ｂｎ−Ｂｎ−ｋ）を実行する。そして演算処理結果から、第ｎ層から積層基材１１３側へｋ層分の三次元造形データＢ´ｎ（ｋ）を算出する。ｋ＝ｎの場合は、三次元造形データの演算処理はせず、Ｂ´ｎ（ｋ）＝Ｂｎとする。なお、第Ｐ層から積層基材１１３側へＱ層分の三次元造形データをＢ´Ｐ（Ｑ）とする。
【００４０】
次に、図７に示すように、制御部は三次元造形データＢ´ｎ（ｋ）において、三次元造形データ上の製品造形物３００以外の空間に、三次元造形データ上の原料粉末データ３０１を補正する補正処理を実行する（Ｓ５４）。得られたデータをＢ´´ｎ（ｋ）とする。なお、第Ｐ層から積層基材１１３側へＱ層分に関して、原料粉末データ３０１の補正を実行した三次元造形データをＢ´´Ｐ（Ｑ）とする。
その次に、制御部２００は、Ｂ´´ｎ（ｋ）から、造形物と原料粉末のＸ線透過量を考慮した想定Ｘ線透過データを算出する（Ｓ５５）。得られた想定Ｘ線透過データをＢ´´´ｎ（ｋ）とする。なお、第Ｐ層から積層基材１１３側へＱ層分の想定Ｘ線透過データをＢ´´´Ｐ（Ｑ）とする。
【００４１】
そして、図８に示すように、制御部は想定Ｘ線透過データＢ´´´ｎ（ｋ）から、ｋ層分の想定厚さデータを算出する（Ｓ５６）。得られたｋ層分の想定厚さデータをＢＺｎ（ｋ）とする。制御部は、ＢＺｎ（ｋ）を制御部のＲＡＭ２０２に保存する。なお、第Ｐ層から積層基材１１３側へＱ層分の想定厚さデータをＢＺＰ（Ｑ）とする。
【００４２】
次に、制御部２００は、図９（Ａ）に示すような第ｎ層から積層基材側へｋ層分の厚さデータＡＺｎ（ｋ）と、図９（Ｂ）に示すような第ｎ層から積層基材側へｋ層分の想定厚さデータＢＺｎ（ｋ）をＲＡＭから呼び出す。そして、演算処理（ＡＺｎ（ｋ）−ＢＺｎ（ｋ））を実行する（Ｓ５７）。演算処理で得られたデータをＣｎ（ｋ）とし、図９（Ｃ）にこれを示す。制御部２００は、Ｃｎ（ｋ）をＲＡＭに保存する。なお、第Ｐ層から積層基材１１３側へＱ層分の厚さデータＡＺＰ（Ｑ）と想定厚さデータＢＺＰ（Ｑ）の演算処理データをＣＰ（Ｑ）とする。
【００４３】
制御部２００は、Ｃｎ（ｋ）から、グラフの上の低密度領域１１０１の有無を判定する（Ｓ５８）。Ｃｎ（ｋ）の全てが０以上の場合は、制御部２００は造形物に低密度領域が無い（Ｓ５８のＮｏ）、と判定する。制御部は検査工程を終了し、内部の空隙を検出しなかった（Ｓ６のＮｏ）と判定する。
Ｃｎ（ｋ）のうち０より小さい部分がある場合は、制御部は造形物に低密度領域がある（Ｓ５８のＹｅｓ）、と判定する。そして、ｔ個の低密度領域に関して、それぞれの低密度領域をＤ（ｓ）と設定する。なお、ｓ＝１、２、・・・、ｔ−１、ｔであり、ｔは１以上の自然数である。
【００４４】
次に、制御部２００は、表面形状計測を実行する（Ｓ５９）。表面形状計測では、制御部は表面形状計測機構１５０を作動させる。そして、造形物の低密度領域Ｄ（ｓ）とその周辺の表面へ、照明装置１５１からスリット光を照射する。撮像装置１５２は、スリット光が照射された造形物の低密度領域Ｄ（ｓ）とその周辺の画像を撮像し、撮像結果を画像処理装置１５３へ送信する。画像処理装置１５３は、撮影されたスリット光の位置に応じて表面の形状を測定し、測定した表面の形状を制御部のＲＡＭ２０２へ保存する。
【００４５】
また、制御部２００は、第ｎ層から積層基材側へｋ層分の厚さデータＡＺｎ（ｋ）から、低密度領域Ｄ（ｓ）の積層基材に対して垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）を求める（Ｓ６０）。尚、Ｅ（ｓ）を算出する時、三次元造形データを参照することで、低密度領域Ｄ（ｓ）に原料粉末データが含まれるかどうかを判断する。もし、低密度領域Ｄ（ｓ）に原料粉末データが含まれる場合は、Ｅ（ｓ）の算出において、原料粉末に起因する積層基材に対して垂直方向の距離Ｅ（ｐ）は含めない。
制御部は、（Ｓ５９）で求めた表面形状計測結果から、低密度でない領域の表面に対する低密度領域Ｄ（ｓ）の最大深さＦ（ｓ）を求める（Ｓ６１）。
そして、制御部は、低密度領域Ｄ（ｓ）に関して、Ｅ（ｓ）とＦ（ｓ）を比較する（Ｓ６２）。
【００４６】
Ｅ（ｓ）≦Ｆ（ｓ）の場合は、低密度領域Ｄ（ｓ）は、造形物の表面に凹部が存在し、窪んでいたためＸ線透過量が大きくなっていたと制御部は判断する。これについて、図１０（Ａ）乃至図１０（Ｄ）を参照しながら説明する。
図１０（Ａ）は、表面形状計測を行ったｋ層分の製品造形物１２２の模式的断面図で、表面が窪んでおり、またｋ層内には原料粉末１２０が含まれている状態を示している。これに対応する三次元造形データＢ´´ｎ（ｋ）すなわち本来意図する造形形状の断面を模式的に示したのが、図１０（Ｂ）であり、表面は窪んでいないことがわかる。これらをもとに、演算処理して得たＣｎ（ｋ）が図１０（Ｃ）のグラフであり、グラフには低密度領域１１０１が存在する。そこで、図１０（Ｄ）に示されるＡＺｎ（ｋ）から、低密度領域Ｄ（ｓ）の積層基材に対して垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）を求めた。なお、図１０（Ｂ）の三次元造形データＢ´´ｎ（ｋ）のｋ層内には、原料粉末データ３０１が含まれているため、Ｅ（ｓ）を算出する時は、原料粉末に起因する積層基材に対して垂直方向の距離Ｅ（ｐ）は含めなかった。また、製品造形物の表面形状計測より、Ｆ（ｓ）（図１０（Ａ）に示される）を求めた。
【００４７】
これらの結果から、この例では、Ｅ（ｓ）＝Ｆ（ｓ）となり、制御部は製品造形物の表面に凹部が存在し窪んでいると判断した。尚、図１０（Ｄ）のＥ（ｓ）の算出において、Ｅ（ｐ）を除去する処理を実施しない場合は、Ｅ（ｓ）＞Ｆ（ｓ）となり、造形物に内部の空隙があると誤った判断をしてしまうので、注意を要する。
【００４８】
次に、図１１（Ａ）乃至図１１（Ｄ）を参照しながら、原料粉末が含まれていない別の例を説明する。
図１１（Ａ）は、表面形状計測した製品造形物１２２の模式的断面図で、表面の窪みはｋ層を超えている。このｋ層分の三次元造形データＢ´´ｎ（ｋ）すなわち本来意図する造形形状の断面を模式的に示したのが図１１（Ｂ）であり、表面は窪んでいないことがわかる。これらをもとに、演算処理して得たＣｎ（ｋ）が図１１（Ｃ）のグラフであり、グラフには低密度領域１１０１が存在する。そこで、図１１（Ｄ）に示されるＡＺｎ（ｋ）から、低密度領域Ｄ（ｓ）の積層基材に対して垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）を求めた。また、製品造形物の表面形状計測より、Ｆ（ｓ）（図１１（Ａ）に示される）を求めた。これらの結果から、Ｅ（ｓ）＜Ｆ（ｓ）となり、制御部は製品造形物の表面にｋ層を超えた窪みが存在していると判断した。
そして、ｔ個の低密度領域の全てがＥ（ｓ）≦Ｆ（ｓ）の場合（Ｓ６２のＹｅｓ）は、制御部２００は検査工程を終了し、造形物の内部に空隙を検出しなかった（Ｓ６のＮｏ）と判定する。
【００４９】
一方で、Ｅ（ｓ）＞Ｆ（ｓ）の場合は、低密度領域Ｄ（ｓ）は、造形物の内部に空隙があり、このためＸ線透過量が大きくなっていたと判断される。図１２（Ａ）乃至図１２（Ｄ）を参照しながら、造形物の内部に空隙が存在する場合の例について説明する。
図１２（Ａ）は、表面形状計測したｋ層分の製品造形物１２２の模式的断面図で、内部に空隙１００１が存在する場合を示しており、表面は窪んでいない。この三次元造形データＢ´´ｎ（ｋ）すなわち本来意図する造形形状の断面を模式的に示したのが図１２（Ｂ）であり、内部には空隙は存在していない。これらを演算処理して得たＣｎ（ｋ）が図１２（Ｃ）のグラフであり、グラフには低密度領域１１０１が存在する。そこで、図１２（Ｄ）に示されるＡＺｎ（ｋ）から、低密度領域Ｄ（ｓ）の積層基材に対して垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）を求めた。また、製品造形物の表面形状計測より、表面は窪んでいないためＦ（ｓ）＝０となった（図１２（Ａ）に示される）。これらの結果から、Ｅ（ｓ）＞Ｆ（ｓ）となり、制御部は製品造形物の内部に空隙が存在していると判断した。
【００５０】
次に、図１３（Ａ）乃至図１３（Ｄ）を参照しながら、製品造形物の下に原料粉末が存在し、しかも製品造形物の中に空隙が含まれている別の例を説明する。
図１３（Ａ）は、表面形状計測したｋ層分の製品造形物１２２の模式的断面図で、内部に空隙１００１が存在し、表面が窪んでいる。またｋ層内には、原料粉末１２０が含まれている。この三次元造形データＢ´´ｎ（ｋ）すなわち本来意図する造形形状の断面を模式的に示したのが図１３（Ｂ）であり、内部に空隙は存在していない。これらを演算処理して得たＣｎ（ｋ）が図１３（Ｃ）のグラフであり、グラフには低密度領域１１０１が存在する。そこで、図１３（Ｄ）に示されるＡＺｎ（ｋ）から、低密度領域Ｄ（ｓ）の積層基材に対して垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）を求めた。なお、図１３（Ｂ）の三次元造形データＢ´´ｎ（ｋ）のｋ層内には、原料粉末データ３０１が含まれている。そのため、Ｅ（ｓ）を算出する時は、原料粉末に起因する積層基材に対して垂直方向の距離Ｅ（ｐ）は含めなかった。また、製品造形物の表面形状計測より、Ｆ（ｓ）（図１３（Ａ）に示される）を求めた。これらの結果から、Ｅ（ｓ）＞Ｆ（ｓ）となり、制御部は製品造形物の内部に空隙が存在していると判断した。
【００５１】
図３に戻り、例えばｔ個の低密度領域が存在したときに、そのうち一つでもＥ（ｓ）＞Ｆ（ｓ）となっていた場合（Ｓ６２のＮｏ）には、制御部は、造形物の内部において空隙を検出した（Ｓ６のＹｅｓ）と判定する。
次に、造形物の内部において空隙を検出した場合には、制御部は修復工程（Ｓ７）を実行する。
【００５２】
本実施形態では、修復工程（Ｓ７）において、制御部２００がレーザービーム１３６の照射を制御して、内部に空隙が検出された領域上部の固化物を加熱して溶融して空隙を充填し、その後冷却して固化させる。すなわち、レーザービームのビームスポットを固化層１２１Ｈの表面から内部の空隙までの間にある固化部に形成し、固化部を溶融する。この溶融によって生成された溶融液が空隙に流動する。次に、当該領域へのレーザービームの照射を停止することにより空隙内の溶融液の温度が下がり固化することによって、空隙が埋まる。
【００５３】
ところで、既に原料粉末１２０が溶融固化された固化層１２１Ｈは、未溶融の原料粉末１２０よりも熱伝導度が高く、レーザービームの照射時に温度が上昇し難い。よって、固化層１２１Ｈを溶融させる場合には、未溶融の原料粉末１２０を溶融させるよりも、エネルギー密度の大きなレーザービームを照射することが望ましい。
【００５４】
ここでエネルギー密度とは、積層１層分の単位体積当たりに投入されるエネルギー、とする。エネルギー密度は下記の数式２で表される。
[数２]
Ｅ＝Ｐ／（ｖｓｔ）
ここで、Ｅはエネルギー密度［Ｊ／ｍｍ３］、Ｐはレーザービームの出力［Ｗ］、ｖはレーザービームの走査速度［ｍｍ／ｓ］、ｓはレーザービームのスキャンピッチ［ｍｍ］、ｔは１層の積層厚さ［ｍｍ］である。
【００５５】
ただし、レーザービームのエネルギー密度が過大だと、固化層１２１Ｈの溶融と溶融液の飛散あるいは蒸発が激しくなる。これにより、製品造形物の表面の凹凸が粗くなったり、大きな凸部が形成されることがある。表面に大きな凹凸や大きな凸部が形成されてしまうと、次の層形成工程（Ｓ３）において、不図示のスキージやローラなどの動作に干渉し、原料粉末１２０の層１２１を正常に形成できなくなることがある。そこで、固化層１２１Ｈの溶融のためのレーザービームのエネルギー密度は、未溶融の原料粉末１２０を溶融するときのエネルギー密度の１００％より大きく、２００％より小さいことが好ましい。より好ましくは１１０％〜１５０％、さらに好ましくは１２０％〜１４０％、最も好ましくは１３０％である。
制御部は、修復工程が終わると再び検査工程（Ｓ５）を実行する。
制御部２００は、内部の空隙を検出しなかったと判定したら（Ｓ６のＮｏ）、製品造形物の成形に必要な積層回数に達したかを判定する（Ｓ８）。
【００５６】
製品造形物の成形に必要な積層回数に達していない場合には（Ｓ８のＮｏ）、制御部は下降工程（Ｓ９）を実行する。下降工程では、図１に示すように、昇降機構１１２を作動させてステージ１１１を下降させることにより、レーザー加熱工程が実行された層１２１上に次の層１２１の形成余地を形成する。
【００５７】
そして、制御部２００は、製品造形物の成形に必要な積層回数に達するまで、層形成工程（Ｓ３）、レーザー加熱工程（Ｓ４）、検査工程（Ｓ５）、下降工程（Ｓ９）を繰り返す。制御部は、必要な積層回数に達すると（Ｓ８のＹｅｓ）、取出工程（Ｓ１０）を実行する。取出工程では、ガス供給機構１６１及び排気機構１６２を停止し、容器１０１内に外気を供給し、製品造形物１２２の冷却を待ち、表示部２０５を通じてユーザーに製品造形物の取り出しを許可する。
【００５８】
本実施形態では、内部に空隙が検出された場合に、上述したように、修復工程（Ｓ７）において、内部に空隙が発生した領域の上部をレーザーで加熱して溶融固化することで、内部の空隙を埋める。その後の再度の検査工程（Ｓ５）で内部に空隙が検出された場合には、修復が不十分であるため再度の修復工程を行う。再度の検査工程（Ｓ５）で内部に空隙が検出されなければ、空隙が充填されたものと制御部は判断し、下降工程（Ｓ９）、次の層の層形成工程（Ｓ３）、レーザー加熱工程（Ｓ４）を行う。図１４に、このフローを模式的に示すが、図示のように修復工程により内部の空隙１００１を充填すると、造形物の上面には凹部が形成されるが、凹部は次の層の形成工程で粉末層により被覆され上面が平坦化されるため、造形物の形状は担保される。
次に、第１の実施形態の具体的な例として、実施例１〜実施例３を説明する。
【００５９】
［実施例１］
実施例１では、積層基材１１３は厚さ５ｍｍの炭素鋼を用い、原料粉末はＳＵＳ３１６を用い、厚さ５０μｍの層１２１を形成した。レーザービーム１３６のビームスポットの直径が、層１２１の表面位置において約８０μｍとなるように、光学系１３４を調整した。レーザービームの平均走査速度を２００ｍｍ／ｓｅｃとし、レーザービーム出力を２２５Ｗとし、レーザービームのスキャンピッチを５０μｍとした。Ｘ線発生器１４１はターゲットがタングステンで、管電圧が１１０ｋＶの装置を用いた。Ｘ線検出器１４３は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）半導体検出器を搭載したＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）を用い、ダイナミックレンジが１６ｂｉｔで、画素サイズが１２５μｍ×１２５μｍの装置を用いた。表面形状計測機構１５０は、高さ方向の分解能が１μｍ、幅方向の分解能が１３μｍの装置を用いた。Ｘ線検査機構は、積層基材に対して垂直方向の空隙の検出最小距離を５０μｍに設定した。
【００６０】
制御部は、１層毎にＸ線透過検査を行い、ｋ＝２として２層分のＸ線透過データを得るよう設定した。第５７層の造形時、製品造形物１２２と原料粉末１２０の積層基材１１３に対して垂直方向の厚さは２．８５μｍであり、この時のＸ線検査時間は３６秒に設定された。そして、制御部はＸ線透過検査を行い、２層分のＸ線透過データを得た。そして、制御部は２層分の三次元造形データを算出した。これらのデータを演算処理することで、造形物に低密度領域があると判定された。そこで、造形物の低密度領域の表面形状検査を実施した。表面形状から算出された低密度領域の最大深さＦ（ｓ）は１７μｍだった。また、Ｘ線検出結果から求まる２層分の厚さデータによって算出された低密度領域の積層基材に対しての垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）は、８０μｍだった。これらの結果より、造形物の内部の空隙を検出したと判定された。そこで、制御部は、修復工程を実行した。
【００６１】
図１５は、実施例１の修復工程におけるレーザービームの走査軌跡の平面図である。図１５に示すように、修復工程では、内部の空隙を検出した領域５０１の重心５０２にレーザービーム１３６を照射した。レーザービームのビームスポット５０３の直径は、層１２１の表面位置において約８０μｍである。次に、この重心５０２を中心点とするアルキメデスの螺旋状の走査軌跡５０４に沿って、矢印Ｒ２方向にレーザービームを走査した。アルキメデスの螺旋は下記の極座標式で表される。
【００６２】
[数３]
ｒ＝ａθ
【００６３】
ここで、ｒは中心点からの距離であり、θは角度、ａは実数である。アルキメデスの螺旋状の走査軌跡５０４の最大半径は、内部の空隙を検出した領域５０１の最大距離１７７μｍの１．２倍にした。ここで領域５０１の最大距離とは、内部の空隙を検出した領域の外周の２点を結び、かつ重心を通る最大の長さである。そして、アルキメデスの螺旋の走査軌跡５０４は、０≦θ≦２πでは、θ＝２πのときにｒがスキャンピッチと同じ５０μｍになるようにした。２π＜θでは、スキャンピッチは５０μｍにした。レーザービームのエネルギー密度が未溶融の原料粉末１２０を溶融するときのエネルギー密度の１３０％になるように、レーザービームの出力を２９３Ｗとした。
【００６４】
修復工程後、再び検査工程を実施した。Ｘ線を照射し、ｋ＝２として２層分のＸ線透過データを得た。制御部は２層分の三次元造形データ算出した。これらのデータを演算処理することで、造形物に低密度領域があると判定された。そこで、造形物の低密度領域の表面形状検査を実施した。表面形状から算出された低密度領域の最大深さＦ（ｓ）は５５μｍだった。また、Ｘ線検出結果から求まる、２層分の厚さデータによって算出された低密度領域の積層基材に対しての垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）は５５μｍだった。これらの結果より、造形物の内部の空隙は検出されなかったと判定された。
【００６５】
［実施例２］
実施例２では、積層基材１１３は厚さ５ｍｍの炭素鋼を用い、原料粉末はＳＵＳ３１６を用い、厚さ７０μｍの層１２１を形成した。レーザービーム１３６のビームスポットの直径が、層１２１の表面位置において約８０μｍとなるように光学系１３４を調整した。レーザービームの平均走査速度を１８０ｍｍ／ｓｅｃとし、レーザービーム出力を２００Ｗとし、レーザービームのスキャンピッチを５０μｍとした。Ｘ線発生器１４１とＸ線検出器１４３、表面形状計測機構１５０は、実施例１と同じものを用いた。Ｘ線検査機構は、積層基材に対して垂直方向の空隙の検出最小距離を５０μｍに設定した。
第１層の造形時、製品造形物１２２と原料粉末１２０の積層基材１１３に対して垂直方向の厚さは７０μｍであり、この時のＸ線検査時間は８秒に設定された。
【００６６】
制御部は、第１層を形成した時点でＸ線透過検査を行い、ｋ＝１として１層分のＸ線透過データを得た。そして、制御部は、１層分の三次元造形データ算出した。これらのデータを演算処理することで、制御部は、造形物に低密度領域があると判定した。そこで、造形物の低密度領域の表面形状検査を実施した。表面形状から算出された低密度領域の最大深さＦ（ｓ）は１２μｍであった。また、Ｘ線検出結果から求まる１層分の厚さデータによって算出された低密度領域の積層基材に対しての垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）は、５８μｍだった。これらの結果より、制御部は、造形物の内部の空隙を検出したと判定した。そこで、制御部は、修復工程を実行した。
【００６７】
修復工程では、内部の空隙を検出した領域の重心位置にレーザービームを照射した。次に、この部分を中心とするアルキメデスの螺旋状の走査軌跡に沿って、レーザービームを走査した。修復工程では、レーザービーム１３６エネルギー密度が未溶融の原料粉末１２０を溶融するときのエネルギー密度の１３０％になるように、レーザービームの走査速度を１３８ｍｍ／ｓｅｃとした。
修復工程後、制御部は、再び検査工程を実施した。検査工程を実施した結果、造形物の内部に空隙は検出されなかったと判定した。
【００６８】
［実施例３］
実施例３では、積層基材１１３は厚さ５ｍｍのチタンを用い、原料粉末はＳＵＳ３１６を用い、厚さ５０μｍの層１２１を形成した。レーザービーム１３６のビームスポットの直径が層１２１の表面位置において約８０μｍとなるように光学系１３４を調整した。レーザービームの平均走査速度を２１５ｍｍ／ｓｅｃとし、レーザービーム出力を２３０Ｗとし、レーザービームのスキャンピッチを５０μｍとした。Ｘ線発生器１４１は実施例１と同じものを用いた。Ｘ線検出器１４３は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）半導体検出器を搭載したＦＰＤ（フラットパネルディテクタ）を用い、ダイナミックレンジが１６ｂｉｔで、画素サイズが５０μｍ×５０μｍの装置を用いた。表面形状計測機構１５０は、実施例１と同じものを用いた。Ｘ線検査機構は、積層基材に対して垂直方向の空隙の検出最小距離を５０μｍに設定した。
【００６９】
制御部は１層毎に検査を行い、ｋ＝３として３層分のＸ線透過データを得るよう設定した。第１２９層の造形時、製品造形物１２２と原料粉末１２０の積層基材１１３に対して垂直方向の厚さは６．４５ｍｍであり、この時のＸ線検査時間は４１秒に設定された。そして、制御部はＸ線透過検査を行い、３層分のＸ線透過データを得た。そして、制御部は３層分の三次元造形データ算出した。これらのデータを演算処理することで、造形物に低密度領域があると判定した。そこで、造形物の低密度領域の表面形状検査を実施した。表面形状から算出された低密度領域の最大深さＦ（ｓ）は１５μｍだった。また、Ｘ線検出結果から求まる３層分の厚さデータによって算出された低密度領域の積層基材に対しての垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）は、９０μｍだった。これらの結果より、制御部は、造形物の内部に空隙を検出したと判定した。そこで、修復工程を実行した。
【００７０】
修復工程では、内部の空隙を検出した領域の重心にレーザービーム１３６を照射した。レーザービームのビームスポットの直径は、層１２１の表面位置において約８０μｍである。次に、この重心を中心点とするアルキメデスの螺旋状の走査軌跡に沿って、レーザービームを走査した。アルキメデスの螺旋状の走査軌跡の最大半径は、内部の空隙を検出した領域５０１の最大距離７１μｍの１．２倍にした。修復工程では、レーザービームのエネルギー密度が未溶融の原料粉末１２０を溶融するときのエネルギー密度の１３０％になるように、レーザービームのスキャンピッチを３８μｍとした。そこで、アルキメデスの螺旋の走査軌跡は、０≦θ≦２πでは、θ＝２πのときにｒがスキャンピッチと同じ３８μｍになるようにした。２π＜θでは、スキャンピッチは３８μｍにした。
【００７１】
修復工程後、再び検査工程を実施した。検査工程の結果、表面形状から算出された低密度領域の最大深さＦ（ｓ）は２２μｍだった。低密度領域の積層基材に対しての垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）は５５μｍだった。これらの結果より、造形物の内部の空隙を検出したと判定した。そこで、再び修復工程を実行した。再度の修復工程のレーザービームの条件は、直前の修復工程と同様とした。修復工程後、再び検査工程を実施した結果、造形物の内部の空隙は検出されなかったと判定した。
【００７２】
［第二の実施形態］
次に、第二の実施形態について説明する。第一の実施形態では、造形物の内部に空隙が検出された場合に、検出した領域の上部にレーザービームを照射して空隙の上部の固化物を溶融させて空隙に充填したが、本実施形態は修復方法が異なる。
図１６は、第二の実施形態の三次元造形装置の構成の説明図であり、図１７は同実施形態の三次元造形装置の制御系のブロック図、図１８は同実施形態の三次元造形方法のフローチャートである。
【００７３】
図１６に示す本実施形態の三次元造形装置は、図１に示した第一の実施形態の三次元造形装置とは、機械工具１７１を備えている点が異なる。
また、第一の実施形態では、修復工程（Ｓ７）において、制御部２００がレーザービーム１３６を制御して、内部に空隙が発生した領域の上部を溶融固化した。これに対して本実施形態では、開口部形成工程（Ｓ１１０）において、制御部２００が機械工具機構１７０を作動させ、機械工具１７１を制御する。機械工具は、内部の空隙が発生した領域の固化層１２１Ｈの表面から内部の空隙までの間にある固化部を除去する。この除去によって開口部を形成し、内部にあった空隙を表面に露出させる。その後、次の層の層形成工程（Ｓ１０３）において開口部内に原料粉末１２０を充填し、レーザー加熱工程（Ｓ１０４）で開口部内の原料粉末も含めて溶融し、その後固化させることが異なる。
【００７４】
図１８を参照して、本実施形態の三次元造形方法のフローを説明する。制御部２００は、ユーザーが操作部２０４を通じてプロセス開始を指令すると、第一の実施形態と同様に、準備工程（Ｓ１０１）、層形成前検査工程（Ｓ１０２）を実行する。次に、制御部は、第１層目の層形成工程（Ｓ１０３）、レーザー加熱工程（Ｓ１０４）を実行する。
【００７５】
制御部２００は、レーザー加熱工程が終わると、１つ前の層の形成において開口部形成工程を実施したかどうか（Ｓ１０５）を判定する。第１層目の層形成では、１つ前の層の形成において開口部層形成工程は実施しなかった（Ｓ１０５のＮｏ）ため、制御部は検査工程（Ｓ１０８）を実行する。
検査工程は、第一の実施形態と同様に、図４に示されるフローチャートに従って、Ｘ線透過検査とＸ線検出結果の演算処理と三次元造形データの演算処理、および表面形状計測と表面形状計測結果の演算処理を行い、内部の空隙の有無を判定する（Ｓ１０９）。
【００７６】
内部の空隙を検出した場合（Ｓ１０９のＹｅｓ）には、制御部は開口部形成工程（Ｓ１１０）を実行する。開口部形成工程（Ｓ１１０）では、制御部が機械工具機構１７０を作動させ、機械工具１７１を制御する。そして、機械工具１７１が内部の空隙が発生した領域に開口部を形成し、空隙を表面に露出させる。なお、次の層の層形成工程において、開口部の中に原料粉末１２０が充填されやすくするために、空隙の周囲も機械工具で傾斜状に切削する。制御部はこの層で開口部形成工程を実施したことを、制御部のＲＡＭ２０２に保存する（Ｓ１１１）。開口部形成工程後、再び検査工程（Ｓ１０８）を行い、内部の空隙の有無を判定する（Ｓ１０９）。
【００７７】
内部の空隙を検出しなかった場合（Ｓ１０９のＮｏ）には、制御部２００は、製品造形物の成形に必要な積層回数に達したかを判定する（Ｓ１１２）。
製品造形物の成形に必要な積層回数に達していない場合（Ｓ１１２のＮｏ）は、制御部２００は第一の実施形態と同様に、下降工程（Ｓ１１３）を実行する。
下降工程（Ｓ１１３）を実行した後、制御部は、層形成工程（Ｓ１０３）を実施する。この時、１つ前の層で開口部形成工程（Ｓ１１０）を実施した場合、開口部を含む既に形成された層１２１上に原料粉末１２０の層１２１が形成される。そして、次のレーザー加熱工程（Ｓ１０４）では、開口部の真上の原料粉末１２０へレーザービーム１３６を照射することで、開口部も溶融固化させる。
【００７８】
本実施形態の修復プロセスを、図１９に示す。同図に示すように、検査工程（Ｓ１０８）で検出した内部の空隙１００１は、開口部形成工程（Ｓ１１０）において機械工具１７１を用いて空隙が表面に露出するように開口部１２０１を形成する。その後、検査工程（Ｓ１０８）で内部の空隙を検出しなければ、下降工程（Ｓ１１３）、次の層の層形成工程（Ｓ１０３）、レーザー加熱工程（Ｓ１０４）を行う。レーザー加熱工程では、開口部１２０１の真上の原料粉末１２０にレーザービーム１３６を照射することで、開口部も溶融固化させる。
【００７９】
ところで、第２層以上の層形成では、１つ前の層の形成において開口部形成工程（Ｓ１１０）を実施した場合がある。そこで、レーザー加熱工程（Ｓ１０４）の次に、制御部は、ＲＡＭ２０２から、１つ前の層での開口部形成工程の実施の有無の情報を呼び出し、１つ前の層の形成において開口部形成工程を実施したかどうかを判定する（Ｓ１０５）。
実施していなかった場合（Ｓ１０５のＮｏ）には、検査工程（Ｓ１０８）を実行する。
【００８０】
実施していた場合（Ｓ１０５のＹｅｓ）には、開口部形成工程で形成した開口部の真上が固化部かどうかを、三次元造形データと比較して判定する（Ｓ１０６）。この判定を行う理由は、修復時のレーザー加熱工程では、開口部形成工程で形成した開口部の真上も溶融固化させてしまうが、その領域が本来は非固化部に設定している部分である可能性もあり、確認が必要だからである。
【００８１】
開口部形成工程で切削した領域の真上が、三次元造形データでは固化部の場合（Ｓ１０６のＹｅｓ）には、検査工程（Ｓ１０８）を実行する。
開口部形成工程で形成した開口部の真上が、三次元造形データでは固化部でない場合（Ｓ１０６のＮｏ）は、非固化部形成工程（Ｓ１０７）を実行する。非固化部形成工程では、制御部が機械工具機構１７０を作動させ、機械工具１７１を制御する。そして、本来は非固化部に設定されている領域に形成されている余分な固化部を、機械工具１７１で切削し、非固化部を形成する。非固化部形成工程を終えたら、検査工程（Ｓ１０８）を実行する。
【００８２】
この非固化部形成工程について、図２０（Ａ）乃至図２０（Ｄ）を参照しながら、さらに説明する。ある層において開口部形成工程を実施した後、次の層に層形成工程、レーザー加熱工程を実施した状態を示しているのが図２０（Ａ）である。開口部であった部分の真上は溶融固化されている。この部分の三次元造形データ（図２０（Ｂ））を参照すると、開口部の真上の層の一部は非固化部に設定されている。そのため、次に非固化部形成工程を実行する。本来は非固化部に設定されているが固化物が形成されてしまっている部分を機械工具１７１で切削し、非固化部を形成する（図２０（Ｃ））。その後、検査工程を実行する（図２０（Ｄ））。
【００８３】
図１８に戻り、制御部２００は、製品造形物の成形に必要な積層回数に達するまで、層形成工程（Ｓ１０３）、レーザー加熱工程（Ｓ１０４）、検査工程（Ｓ１０８）、下降工程（Ｓ１１３）を繰り返す。
最終層の層形成を終えると、制御部２００は、製品造形物の成形に必要な積層回数に達したと判定する（Ｓ１１２のＹｅｓ）。
制御部は、ＲＡＭ２０２から、最終層での開口部形成工程の実施の有無を呼び出し、最終層で開口部形成工程を実施したかどうかを判定する（Ｓ１１４）。最終層で開口部形成工程を実施しなかった場合（Ｓ１１４のＮｏ）は、制御部は第一の実施形態と同様に取出工程（Ｓ１１５）を実行する。
【００８４】
最終層で開口部形成工程を実施した場合（Ｓ１１４のＹｅｓ）には、図２１に示すように、以下の工程を実行する。制御部は最終層後の下降工程（Ｓ１１６）を実行する。最終層後の下降工程では、制御部が昇降機構１１２を作動させてステージ１１１を下降させることにより、レーザー加熱工程が実行された層１２１上に次の層１２１の形成余地を形成する。
最終層後の下降工程を終えたら、制御部は最終層後の層形成工程（Ｓ１１７）を実行する。最終層後の層形成工程では、制御部が層形成機構１２３を作動させて既に形成された層１２１上に原料粉末１２０の層１２１を形成する。
【００８５】
最終層後の層形成工程を終えたら、制御部は部分レーザー加熱工程（Ｓ１１８）を実行する。部分レーザー加熱工程では、制御部がレーザービーム１３６を制御して、開口部の真上の原料粉末１２０の層１２１を溶融固化させる。
部分レーザー加熱工程を終えたら、制御部は切削工程（Ｓ１１９）を実行する。切削工程では、制御部が機械工具機構１７０を作動させ、機械工具１７１を制御する。部分レーザー加熱工程では、本来は非固化部に設定している部分も溶融固化し、固化部となってしまう。そのため、切削工程では、本来は非固化部に設定された固化部を、機械工具１７１で切削し、非固化部を形成する。
切削工程を終えたら、制御部はＲＡＭ２０２に保存された「最終層の開口部形成工程の実施」の情報を消去する（Ｓ１２０）。その後、制御部は再び検査工程（Ｓ１０８）を実行する。
次に、第２の実施形態の具体的な例として、実施例４および実施例５を説明する。
【００８６】
［実施例４］
実施例４では、積層基材１１３は厚さ５ｍｍの炭素鋼を用い、原料粉末はＳＵＳ３１６を用いた。Ｘ線発生器１４１とＸ線検出器１４３、表面形状計測機構１５０は、実施例１と同じものを用いた。Ｘ線検査機構は、積層基材に対して垂直方向の空隙の検出最小距離を５０μｍに設定した。制御部は１層毎に検査を行い、ｋ＝２として２層分のＸ線透過データを得るように設定した。
第３２層の造形時、製品造形物１２２と原料粉末１２０の積層基材１１３に対して垂直方向の厚さは１．６ｍｍであり、この時のＸ線検査時間は１９秒に設定された。そして、制御部はＸ線透過検査を行い、２層分のＸ線透過データを得た。
ｋ＝２として検査を実施した結果、表面形状から算出された低密度領域の最大深さＦ（ｓ）は１２μｍだった。Ｘ線検出結果から求まる、低密度領域の積層基材に対しての垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）は６０μｍだった。これらの結果より、造形物の内部の空隙を検出したと判定した。そこで、開口部形成工程を実行した。
【００８７】
開口部形成工程では、機械工具として直径０．５ｍｍのリューターを用いた。このリューターで、内部の空隙が発生した領域に開口部を形成し、空隙を表面に露出させた。なお、次の層の層形成工程において、開口部の中に原料粉末１２０が充填されやすくするために、空隙の周囲もリューターで傾斜状に切削した。制御部はこの層で開口部形成工程を実施したという情報を、制御部のＲＡＭに保存した。
【００８８】
リューターで切削後、再び検査工程を実施した。ｋ＝２として検査を実施した結果、表面形状から算出された低密度領域の最大深さＦ（ｓ）は７４μｍだった。Ｘ線検出結果から求まる、低密度領域の積層基材に対しての垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）は７４μｍだった。これらの結果より、造形物の内部の空隙は検出しなかったと判定した。
【００８９】
この層で積層終了ではなかったので、制御部は下降工程を実行した後、層形成工程を実行した。層形成工程で、リューターで切削した領域を含む既に形成された層１２１上に原料粉末１２０の層１２１が形成された。
層形成工程が終わると、制御部はレーザー加熱工程を実行した。レーザー加熱工程では、レーザービーム１３６の移動経路に位置する原料粉末１２０が溶融固化して、層１２１の表面が固化部と非固化部とに分かれた。なお、リューターで切削した領域も溶融固化された。レーザー加熱工程を終えたら、制御部は１つ前の層形成において、開口部形成工程を実施したかどうかを判定した。１つ前の層形成において、開口部形成工程を実施したため、次に制御部は、開口部形成工程で切削した領域の真上の層が固化部か否かを判定した。
【００９０】
三次元造形データでは開口部形成工程で切削した領域の真上の層は非固化部のため、制御部は非固化部形成工程を実施した。制御部は、本来は非固化部に設定されている固化部をリューターで切削することで、非固化部を形成した。
次に、制御部は検査工程を実行した。ｋ＝３として検査を実施した結果、非固化部形成工程において、リューターで切削した部分に低密度領域があると判定した。そこで、制御部は、造形物の低密度領域の表面形状検査を実施した。表面形状から算出された低密度領域の最大深さＦ（ｓ）は５４μｍだった。Ｘ線検出結果から求まる低密度領域の積層基材に対しての垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）は、５４μｍだった。これらの結果より、造形物の内部の空隙は検出しなかったと判定した。
【００９１】
［実施例５］
実施例５では、積層基材１１３は厚さ５ｍｍのチタンを用い、原料粉末はアルミニウム合金のＡｌＳｉ１０Ｍｇを用いた。Ｘ線発生器１４１とＸ線検出器１４３、表面形状計測機構１５０は、実施例１と同じものを用いた。Ｘ線検査機構は、積層基材に対して垂直方向の空隙の検出最小距離を５０μｍに設定した。制御部は１層毎に検査を行うように設定した。
最終層として設定した第４８７層の造形時、製品造形物１２２と原料粉末１２０の積層基材１１３に対して垂直方向の厚さは２４．３５ｍｍであり、この時のＸ線検査時間は４８秒に設定された。
【００９２】
最終層のレーザー加熱工程を実施し、次に検査工程を実施した。制御部はＸ線透過検査を行い、ｋ＝２として検査を実施した結果、表面形状から算出された低密度領域の最大深さＦ（ｓ）は２０μｍだった。Ｘ線検出結果から求まる、低密度領域の積層基材に対しての垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）は７０μｍだった。これらの結果より、造形物の内部の空隙を検出したと判定した。
そこで、開口部形成工程を実行した。開口部形成工程では、直径０．５ｍｍのリューターで、内部の空隙が発生した領域に開口部を形成し、空隙を表面に露出させ、空隙の周囲もリューターで傾斜状に切削した。制御部は、この層において開口部形成工程を実施したという情報を、制御部のＲＡＭに保存した。
【００９３】
開口部形成工程後、再び検査工程を実施した。ｋ＝２として検査を実施した結果、表面形状から算出された低密度領域の最大深さＦ（ｓ）は８４μｍだった。Ｘ線検出結果から求まる低密度領域の積層基材に対しての垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）は、８４μｍだった。これらの結果より、造形物の内部の空隙を検出しなかったと判定した。
【００９４】
この層で積層終了のため、制御部は積層終了と判定した。そして、制御部はＲＡＭから最終層での開口部形成工程の実施の有無を呼び出しした。最終層となる層で開口部形成工程を実施したとの情報を受けて、制御部は最終層後の下降工程を実行した。
最終層後の下降工程を終えたら、制御部は最終層後の層形成工程を実行した。最終層後の層形成工程で、リューターで切削した領域を含む既に形成された層１２１上に原料粉末１２０の層１２１が形成された。
【００９５】
最終層後の層形成工程を終えたら、制御部は、部分レーザー加熱工程を実行した。部分レーザー加熱工程では、最終層で切削した領域に位置する原料粉末１２０へレーザービーム１３６を照射し、この原料粉末を溶融固化させた。そして、制御部は切削工程を実行し、部分レーザー加熱工程において溶融固化させた領域を、リューターで最終層の表面に達するまで切削した。
次に、制御部は、最終層の開口部形成工程の実施の情報を、ＲＡＭから消去した。その後、制御部は再び検査工程を実行した。ｋ＝３として検査を実施した結果、製品造形物に低密度領域は無いと判定した。
その後、制御部は積層終了と判定した。その次に、制御部は最終層では開口部形成工程を実施しなかったと判定した。そこで、制御部は取出工程を実行した。
【００９６】
［その他の実施形態］
本発明の三次元造形装置及び三次元造形方法は、上述した第一の実施形態および第二の実施形態に限定されるものではない。また、第一の実施形態および第二の実施形態における具体的な各部構成、部品形態、及び実寸法は、上述した実施例には限定されない。構成の一部又は全部を等価な部材に置き換えた別の実施の形態でも実施可能である。
【００９７】
例えば、エネルギービームのレーザービーム１３６のビームスポットサイズ、レーザービームの走査速度、レーザービーム出力、レーザービーム照射位置、レーザービームのスキャンピッチ、造形容器、原料粉末の層形成機構は、所望の仕様に変更可能である。原料粉末１２０は、ステンレス粒子には限らない。チタン、鉄鋼、アルミニウム、マグネシウム、シリコン、炭化金属、窒化金属、酸化金属、セラミック粒子等を自由に選択可能である。原料粉末は２種類以上の原料を混合したものを用いてもよい。容器１０１に導入されるガスも任意に変更可能である。例えば、水素ガスを窒素ガス、アルゴンガスなどと混合した混合ガスを導入し、還元雰囲気化で造形すること可能である。原料粉末が溶融する温度よりも低い温度に加熱して、原料粉末を焼結させて三次元造形を行ってもよい。また、積層基材１１３の材質はステンレス、チタン、鉄鋼、アルミニウム、マグネシウム、シリコン、炭化金属、窒化金属、酸化金属、セラミック等を自由に選択可能である。
【００９８】
第一の実施形態および第二の実施形態では、１層の造形毎に検査工程を実施した。しかし、検査工程は複数の層の造形毎に実施することで、プロセス時間の短縮を図ってもよい。ただし、検査精度を担保するためには、固化物形成処理を連続して３回繰り返す間に、Ｘ線の透過量検出処理を少なくとも１回行うのが望ましい。
【００９９】
第一の実施形態では、修復工程におけるレーザービームの走査軌跡として、中心から輪郭へ向かうアルキメデスの螺旋を採用した。しかし、中心から輪郭へ向かうアルキメデスの螺旋以外のレーザービーム走査軌跡を採用してもよい。例えば、放物螺旋、ベルヌーイ螺旋、多角形状の渦巻き、ラスター走査等を採用してもよい。
【０１００】
第一の実施形態および第二の実施形態では、Ｘ線発生器１４１はターゲットがタングステンで管電圧が１１０ｋＶの装置を用いた。しかし、ターゲットおよび管電圧はこれに限らない。ターゲットはモリブデン、銅、ロジウム等を自由に選択可能である。造形中に、被検査物（製品造形物１２２と原料粉末１２０と積層基材１１３）の積層基材に対して垂直方向の距離すなわち厚さに応じて管電圧を変更してもよい。
【０１０１】
第一の実施形態および第二の実施形態では、Ｘ線発生器１４１とＸ線検出器１４３はそれぞれ１個ずつ設けた。しかし、Ｘ線発生器およびＸ線検出器を複数個設けてもよい。また、第一の実施形態および第二の実施形態では、Ｘ線発生器とＸ線検出器は固定させた。しかし、Ｘ線発生器およびＸ線検出器を移動させて相対的に走査してもよい。また、Ｘ線発生器とＸ線検出器は造形容器１１０の側面に設置してもよい。
【０１０２】
第一の実施形態および第二の実施形態では、積層基材に対して垂直方向の空隙の検出最小距離を５０μｍに設定した。しかし、積層基材に対して垂直方向の空隙の検出最小距離はこれに限らない。積層基材に対して垂直方向の空隙の検出最小距離は、ｋ層分の範囲まで自由に選択可能である。
【０１０３】
第一の実施形態および第二の実施形態では、製品造形物の低密度領域を検出した後、低密度領域が検出された部分の表面形状を計測した。しかし、製品造形物の低密度領域を抽出する処理の結果を待たずに、Ｘ線透過検査をした後に表面形状計測を全面に実施してもよい。この場合の内部の空隙の検出は次のように行う。造形物のＸ線透過検査から、第ｎ層から積層基材側へｋ層分の厚さデータＡＺｎ（ｋ）を算出する。そして、ＡＺｎ（ｋ）から積層基材に対して垂直方向の最大距離Ｅ（ｓ）を求める。なお、三次元造形データを参照することで、ｋ層内に原料粉末データが含まれる場合は、Ｅ（ｓ）の算出において、原料粉末に起因する積層基材に対して垂直方向の距離Ｅ（ｐ）は含めない。次に、表面形状計測で造形物全体の表面の形状を測定し、表面形状結果を得る。その次に、造形物全体について、同位置でのＥ（ｓ）と表面の最大深さＦ（ｓ）を比較することで、内部の空隙を検出する。
第一の実施形態および第二の実施形態では、低密度領域の判定の閾値は、Ｃｎ（ｋ）が０未満とした。しかし、この閾値は、適宜別の値を設定してもよい。
【０１０４】
第一の実施形態および第二の実施形態では、内部の空隙を検出するための判定基準は、Ｅ（ｓ）≦Ｆ（ｓ）とした。しかし、この判定基準は、適宜別の基準を設定してもよい。
【０１０５】
第二の実施形態では、修復工程において機械工具１７１としてリューターを用いた。しかし、機械工具はリューターには限られず、例えばドリルや超音波切削工具等を使用してもよい。また、複数の機械工具を使用してもよい。例えば、先端直径の異なるリューターを使用してもよい。また、リューターと超音波切削工具のように、複数の工具を組み合わせて使用してもよい。
【０１０６】
第一の実施形態および第二の実施形態では、エネルギービームとして波長１０７０ｎｍの半導体レーザーのレーザービームを用いた。しかし、エネルギービームは、他の波長、他の発振源のレーザービーム、あるいは電子ビームに置き換えてもよい。ただし、電子ビームを用いる場合、図１に示す容器１０１の内部は、電子ビームを走査して照射するのに十分な真空度まで真空引きして低圧力状態にする必要がある。
【符号の説明】
【０１０７】
１００・・・三次元造形装置／１０１・・・容器／１１０・・・造形容器／１１１・・・ステージ／１１２・・・昇降装置／１１３・・・積層基材／１２０・・・原料粉末／１２１・・・層／１２１Ｈ・・・固化層／１２３・・・層形成機構／１２４・・・移動部／１３０・・・走査加熱機構／１３１・・・光源／１３６・・・レーザービーム／１４１・・・Ｘ線発生器／１４３・・・Ｘ線検出器／１５１・・・照明装置／１５２・・・撮像装置／１７１・・・機械工具／１００１・・・空隙
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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