(57)【要約】【課題】粉末層を確実に溶融結合するための照射条件を装置自身で決定しながら、電子ビームＥＢの照射を行う三次元積層造形装置および積層造形方法を提供する。【解決手段】  電子ビームＥＢを出力し、粉末層３２の表面内方向に電子ビームＥＢを偏向させるカラム部２００と、三次元構造物３６を接地から電気的に絶縁させる絶縁部と、三次元構造物３６を経由して接地に流れる電流値を測定する電流計７３と、電流計７３が測定する電流値に基づいて粉末層３２の溶融を検出して、溶融信号を発生する溶融判断部４１０と、溶融信号を受け取って電子ビームの照射条件を決定する偏向制御部４２０と、を有する三次元積層造形装置１００が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元構造物を積層造形する三次元積層造形装置であって、
導電性材料の粉末層を供給する粉末供給部と、
電子ビームを出力し前記粉末層の表面内方向に電子ビームを偏向させる電子ビームカラムと、
前記三次元構造物と接する面に設けられ、前記三次元構造物を接地電位部材から電気的に絶縁させる絶縁部と、
前記三次元構造物と前記接地電位部材との間に接続され、前記三次元構造物を経由して前記接地電位部材に流れる電流値を測定する電流計と、
前記電流計が測定する電流値に基づいて前記粉末層の溶融を検出して、溶融信号を発生する溶融判断部と、
前記溶融信号を受け取って電子ビームの照射条件を決定する偏向制御部と、
を備えることを特徴とする三次元積層造形装置。
【請求項２】
前記偏向制御部は、前記三次元構造物の断面を区画する複数の照射範囲毎に、前記電子ビームを照射する動作を繰り返すとともに、一つの照射範囲の照射は所定時間だけ前記電子ビームを塗りつぶすように照射位置を移動させながら行うことを特徴とする請求項１に記載の三次元積層造形装置。
【請求項３】
前記溶融判断部は、前記粉末層を照射する電子ビームの電流値と、前記電流計が測定する電流値との差分が、所定の基準値以下になるときに基づいて、前記照射範囲での電子ビームの照射に対する溶融信号を発生する請求項２に記載の三次元積層造形装置。
【請求項４】
前記偏向制御部は前記溶融信号を受け取るまで、前記照射範囲での電子ビームの照射を継続することを特徴とする請求項３に記載の三次元積層造形装置。
【請求項５】
前記絶縁部は絶縁性セラミックスから形成される請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の三次元積層造形装置。
【請求項６】
導電性材料の粉末層を供給する粉末供給部と、電子ビームを出力して前記粉末層の表面内方向に電子ビームを偏向させる電子ビームカラムと、前記三次元構造物と接する面に設けられ、前記三次元構造物を接地電位部材から電気的に絶縁させる絶縁部と、前記三次元構造物と前記接地電位部材との間に接続され、前記三次元構造物を経由して前記接地電位部材に流れる電流値を測定する電流計と、前記電流計が測定する電流値に基づいて前記粉末層の溶融を検出して溶融信号を発生する溶融判断部と、前記溶融信号を受け取って電子ビームの照射条件を決定する偏向制御部と、を備える三次元積層造形装置による三次元構造物の積層造形方法であって、
前記粉末供給部により粉末層を供給するステップと、
前記電子ビームカラムにより前記粉末層に電子ビームを照射するステップと、
前記電流計により三次元構造物を経由して前記接地電位部材に流れる電流値を測定するステップと、
前記溶融判断部において、前記粉末層を照射する電子ビームの電流値と、前記電流計が測定する電流値との差分が基準値以下になるときに基づいて溶融信号を発生するステップと、
前記偏向制御部により前記溶融信号に基づき照射条件を設定するステップと、
を有することを特徴とする積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元積層造形装置および積層造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料などからなる粉末層の所定範囲に電子ビームを照射して、粉末層の一部を溶融させて下層の構造物と結合させた断面層を形成し、その断面層を積み重ねることで三次元構造物を造形する三次元積層造形装置（例えば、特許文献１，２および３）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７４５４２６２号
【特許文献２】特開２０１５−１９３８６６号公報
【特許文献３】特開２０１５−１８２４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の三次元積層造形装置では、粉末層の材料や厚さなどの粉末層の条件および加速電圧や電流値などの電子ビームの条件に基づいて、装置の使用者が電子ビームの照射条件を設定していた（特許文献１および特許文献２参照）。
【０００５】
しかし、実際の三次元積層造形では、粉末層の条件も電子ビームの条件も、あらかじめ設定した条件から変化することがある。例えば、粉末層の厚さが層によって又は粉末層の場所によって変化したり、ビーム電流値が時間的に変動したりすることがある。このため装置の使用者は、これらの変化に合わせて装置に設定する電子ビームの照射条件を設定し直す必要があった（特許文献３参照）。
【０００６】
本発明は、粉末層を確実に溶融結合するための照射条件を装置自身で決定しながら、電子ビームＥＢの照射を行う三次元積層造形装置および積層造形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】
【０００７】
以下の開示の一観点によれば、三次元構造物を積層造形する三次元積層造形装置であって、導電性材料の粉末層を供給する粉末供給部と、電子ビームを出力し前記粉末層の表面内方向に電子ビームを偏向させる電子ビームカラムと、前記三次元構造物と接する面に設けられ、前記三次元構造物を接地電位部材から電気的に絶縁させる絶縁部と、前記三次元構造物と前記接地電位部材との間に接続され、前記三次元構造物を経由して前記接地電位部材に流れる電流値を測定する電流計と、前記電流計が測定する電流値に基づいて前記粉末層の溶融を検出して、溶融信号を発生する溶融判断部と、前記溶融信号を受け取って電子ビームの照射条件を決定する偏向制御部と、を備える三次元積層造形装置が提供される。
【０００８】
また、上記の三次元積層造形装置を用いた積層造形方法であって、前記粉末供給部により粉末層を供給するステップと、前記電子ビームカラムにより前記粉末層に電子ビームを照射するステップと、前記電流計により三次元構造物を経由して前記接地電位部材に流れる電流値を測定するステップと、前記溶融判断部において、前記粉末層を照射する電子ビームの電流値と前記電流計が測定する電流値との差分が予め定めた基準値以下になるときに溶融信号を発生するステップと、前記偏向制御部により前記溶融信号に基づき照射条件を設定するステップと、を有する積層造形方法が提供される。
【０００９】
なお、上記の発明の概要は、本発明に必要な特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、三次元積層造形装置１００の構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、粉末層３２の表面３３における電子ビームＥＢの照射動作の例を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、粉末層３２が溶融する前の状態を示す図であり、図３（Ｂ）は粉末層３２が溶融されて下層の三次元構造物３６と結合した状態を示す図である。
【図４】図４は、電子ビームＥＢの照射時間Ｔｅｘｐまたは照射速度Ｖｅｘｐと、三次元構造物３６を経由して接地電位部材に流れる電流値との関係の例を示すグラフである。
【図５】図５は、制御部４００（一部）の構成例を示すブロック図である。
【図６】図６は、三次元積層造形装置１００の積層造形方法を示す動作フローの例を示す図である。
【図７】図７は、放射温度計７１で測った粉末層３２の表面温度の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る三次元積層造形装置１００の好適な実施の形態について、図１から図７までの図を参照して詳細に説明する。
【００１２】
（１）実施形態の概要
図１は、本実施形態に係る三次元積層造形装置１００の構成例を示す。三次元積層造形装置１００は、電子ビームＥＢを出力し、粉末層３２の表面内方向に電子ビームＥＢを偏向させるカラム部２００と、三次元構造物３６を接地電位部材から電気的に絶縁させる絶縁部５１と、三次元構造物３６を経由して接地電位部材に流れる電流値を測定する電流計７３と、電流計７３が測定する電流値に基づいて粉末層３２の溶融を検出して、溶融信号を発生する溶融判断部４１０と、前記溶融信号を受け取って、電子ビームの照射条件を決定する偏向制御部４２０と、を備える。
【００１３】
（２）実施形態の詳細
図１は、本実施形態に係る三次元積層造形装置１００の構成例を示す。三次元積層造形装置１００は、例えば金属材料の粉末からなる粉末層３２に電子ビームＥＢを照射し、粉末層３２の一部を溶融結合させて形成した断面層３５を積層して三次元構造物３６を造形する。
【００１４】
三次元積層造形装置１００は、カラム部２００、造形部３００、および制御部４００を備える。カラム部２００は、カラム部２００から出力される電子ビームＥＢが、造形部３００の内部に保持される粉末層３２を照射するように配置される。電子ビームＥＢは、制御部４００によって制御されて、粉末層３２の所定の範囲を照射する。
【００１５】
カラム部２００は、制御部４００によって制御される電子源１２を備える。電子源１２は、熱または電界の作用によって電子を発生する。電子源１２で発生された電子は、予め定められた加速電圧（一例として６０ＫＶ）で−Ｚ方向に加速され、電子ビームＥＢとして出力される。
【００１６】
カラム部２００は、制御部４００によって制御される電子レンズ１３を備える。電子レンズ１３は、電子ビームＥＢを粉末層３２の表面３３で収束させる。電子レンズ１３は、例えば、レンズ軸の回りに巻いたコイルとコイルを取り囲みレンズ軸に関して軸対称な間隙を有する磁性体（ヨーク）とから構成される。
【００１７】
カラム部２００は、制御部４００によって制御される偏向器１４を備える。偏向器１４は、電子ビームＥＢを偏向することにより、粉末層３２の表面内方向（ＸＹ方向）における電子ビームＥＢの照射位置を設定する。偏向器１４は、例えば、電子ビームＥＢの通過経路であるＺ軸を挟んで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対向する２組の偏向コイルを有する。
【００１８】
カラム部２００が出力する電子ビームＥＢによって照射される粉末層３２は、造形部３００が備えるステージ５２および側壁部５３によって保持される。ステージ５２および側壁部５３は、粉末供給部３４から供給される金属材料の粉末からなる粉末層３２を、ステージ５２の上面と略平行な表面３３を有するように平坦化して保持する。
【００１９】
粉末層３２は、電子ビームの照射によって溶融されると、既に積層されている三次元構造物３６の上端部と結合して断面層３５を形成する。新たに形成された断面層３５は、三次元構造物３６をＺ軸方向に延伸させる。三次元構造物３６に積層される断面層３５以外の粉末層３２は、三次元構造物３６の回りに金属材料の粉末３１のまま蓄積される。
【００２０】
三次元構造物３６とステージ５２の上面との間には、絶縁体の薄板からなる絶縁部５１が配設される。絶縁部５１は、金属材料を溶融して形成した三次元構造物３６と、ステージ５２とを電気的に絶縁させる。絶縁部５１は、例えば絶縁性セラミック材料から形成される。尚、絶縁体の薄板に代えて、ステージ５２そのものを、例えば絶縁性セラミック材料からなる絶縁部５１で形成してもよい。三次元構造物３６が、接地電位部材から電気的に絶縁されればよい。
【００２１】
絶縁部５１およびステージ５２は、ＸＹ平面内の略同じ位置に貫通孔５７を有する。貫通孔５７は、ケーブル７４を通す開孔である。ケーブル７４は、その一端が、三次元構造物３６と電気的に接触する端子に接続し、他端が、電流計７３の入力端子に接続する。これにより、電流計７３は、三次元構造物３６を経由して接地電位部材（アース）に流れるビーム電流を測定する。
【００２２】
ステージ５２は、制御部４００によって制御される駆動部５４と駆動棒５５とによってＺ軸方向（高さ方向）に移動される。ステージ５２は、Ｚ軸方向に延びた例えば円筒状部材である側壁部５３の内側面に沿ってＺ軸方向に移動される。
【００２３】
ステージ５２のＺ軸方向の高さは、粉末層３２が電子ビームで照射される時には、粉末層３２の表面３３が略同じＺ軸方向高さにあるように設定される。即ち、ステージ５２は、断面層３５が三次元構造物３６に積層された後、新たな粉末層３２が供給されるごとに、その粉末層３２のＺ軸方向の厚さ分だけ下降される。
【００２４】
また、造形部３００は、排気ユニット５６を備える。排気ユニット５６は、三次元積層造形装置１００の電子ビームの通過経路を排気する。排気ユニット５６は、カラム部２００の内部空間、および造形部３００の内側の粉末層３２の表面３３付近の空間を、所定の真空度に排気する。電子ビームは、大気中で気体分子と衝突すると、エネルギを失ってしまうからである。
【００２５】
本実施形態の三次元積層造形装置１００は、電子ビームＥＢ照射時の粉末層３２の状態をモニターするために、造形部３００に放射温度計７１および電流計７３を備える。放射温度計７１は、従来の三次元積層造形装置にも設けられているモニター手段である。
【００２６】
放射温度計７１は、粉末層３２の表面３３から放出される熱輻射を検出して粉末層３２の表面温度を測定する。すなわち、放射温度計７１は、粉末層３２の表面３３を所定の大きさの画素領域に分けて、それぞれの画素領域の温度を並列して測定する機能を有する。
【００２７】
図７は、放射温度計７１で測った粉末層３２の表面温度の変化を示すグラフである。横軸は、粉末層３２の表面３３の所定の範囲を電子ビームＥＢで照射し続けたときの照射時間を表す。縦軸は、粉末層３２の表面で最も高い温度が測定された画素領域の温度を示す。
【００２８】
粉末層３２の表面温度は、電子ビームＥＢの照射時間に応じて上昇する。所定の照射時間が経過すると粉末層３２の表面温度は融点温度を超えているため、粉末層３２の少なくとも一部は溶融している。しかし図７の測定結果から、どの照射時間に、電子ビームＥＢで照射された範囲の粉末層３２が溶融して三次元構造物３６の上端と結合したかを判断するのは困難であった。放射温度計７１で測定される粉末層３２の表面温度は、電子ビームＥＢの照射時間に応じて連続的に上昇しており、粉末層３２の状態の変化を敏感に示すものとは言えないからである。
【００２９】
本実施形態の三次元積層造形装置１００は、図１に示すように、造形部３００に電流計７３を有する。電流計７３は、粉末層３２に照射された電子ビームＥＢのうち、三次元構造物３６を経由して接地電位部材に流れるビーム電流値を測定する電流計である。電流計７３は、三次元構造物３６を経由して接地電位部材に流れるビーム電流値の測定結果を制御部４００に伝達する。
【００３０】
制御部４００が備える溶融判断部４１０は、電流計７３の測定結果をもとに粉末層３２の溶融結合を判断する。制御部４００が備える偏向制御部４２０は、溶融判断部４１０による判断結果を受けて、電子ビームＥＢの照射条件を制御する。
【００３１】
以下、三次元積層造形装置１００の電子ビームの照射動作と共に、電流計７３、溶融判断部４１０、および偏向制御部４２０の動作について説明する。
【００３２】
図２は、粉末層３２の表面３３における電子ビームの照射動作の例を示す。図中の符号ＥＢで示されている領域は、電子ビームＥＢのショット（一度に照射される領域）を示す。すなわち、図示のショットは表面３３の位置に結像された電子ビームＥＢの像のサイズに相当する。このショットの大きさ（ショットサイズ）は、粉末層３２を構成する原料粉末のサイズと同程度、または原料粉末のサイズより小さく設定される。ここで原料粉末のサイズとは、原料粉末が金属粒子の１次粒子のみで構成されている場合にはその金属粒子の粒子サイズを意味し、原料粉末が複数の金属粒子が凝集した二次粒子によって構成されている場合にはその二次粒子の粒子サイズを意味するものとする。
【００３３】
照射範囲Ａ１,Ａ２・・などは、電子ビームＥＢによって略同時に照射されて溶融される範囲を示す。即ち、本実施形態においては電子ビームＥＢを連続的に照射しながら、例えば照射範囲Ａ１を、照射時間Ｔｅｘｐの間、照射範囲Ａ１内の破線で示すように、塗りつぶすように照射して溶融させる。電子ビームＥＢは、照射範囲Ａ１を溶融させたら、次の照射範囲Ａ２に移動する。このような照射範囲毎の照射を繰り返すことで三次元積層造形装置１００は、粉末層３２の表面３３で溶融される照射範囲を、照射速度Ｖｅｘｐで広げていく。なお、照射時間Ｔｅｘｐと照射速度Ｖｅｘｐとは、反比例の関係にあり、照射時間Ｔｅｘｐまたは照射速度Ｖｅｘｐの一方を与えると他方も決まる。
【００３４】
図３は、（Ａ）粉末層３２が溶融される前、および（Ｂ）粉末層３２が完全に溶融されて下層の三次元構造物３６と結合したときの粉末層３２の状態を模式的に示す図である。図２に示す動作によって、電子ビームＥＢが照射範囲Ａ１を照射する例を示す。図２およびこれ以降の図面において、図１と同じ部材には同じ符号を付して、重複した説明を省略する。
【００３５】
粉末層３２は、完全に溶融される前には、金属材料の微粒子が粒子形状を保ちながら集積する状態にある。この状態において粉末層３２は、となりどうしの金属微粒子が粒子の表面で局所的に触れ合うことによって電流を伝達する。粉末層３２は、溶融結合されてバルク状態になった金属に比べて、低い電気伝導性を有する。ここで、バルク状態とは、表面や界面を有さない物質内部の状態を言う。
【００３６】
図３（Ａ）に示す粉末層３２の状態で電子ビームＥＢを照射すると、ビーム電流の一部は、電子ビームＥＢの照射位置付近の粉末層３２を帯電させる。また、ビーム電流の残りの一部は、照射位置を中心に粉末層３２の中を、低い電流密度で伝達される。粉末層３２は、粉末層３２の中のどの方向にも、低い電気伝導性を有する状態にあるからである。最終的にビーム電流は、粉末層３２を介して接地電位に保たれた部材（接地電位部材）である側壁部５３に流れるとともに、一部は三次元構造物３６及び電流計７３を介して接地電位部材に流れ込む。
【００３７】
一方、図３（Ｂ）に示すように、粉末層３２が完全に溶融されて下層の三次元構造物３６と結合したときには、断面層３５は、電子ビームＥＢの照射位置と三次元構造物３６との間をバルク状態の金属で結ぶ。断面層３５は、高い電気伝導性を有する電流伝達経路を、電子ビームＥＢの照射位置と三次元構造物３６との間に形成することになる。このとき、断面層３５を照射する電子ビームＥＢのビーム電流は、断面層３５の表面で反射されるもの以外のほとんどすべてが、断面層３５を通って三次元構造物３６に流れ込む。三次元構造物３６に流れ込んだビーム電流は、電流計７３を通って接地電位部材に流れる。このようにして、電流計７３は、三次元構造物３６を経由して接地電位部材に流れるビーム電流値を測定する。
【００３８】
図４は、電子ビームＥＢの照射時間と電流計７３で測定される電流値との関係の例を示すグラフである。横軸は、電子ビームＥＢがそれぞれの照射範囲の照射を開始してから経過した照射時間Ｔｅｘｐを示す。照射時間Ｔｅｘｐは照射速度Ｖｅｘｐと反比例しているため、図４の横軸が増加する方向は、電子ビームＥＢの照射速度Ｖｅｘｐを減らす方向に対応する。縦軸は、電流計７３で測定される、三次元構造物３６を経由して接地電位部材に流れるビーム電流値を表す。
【００３９】
照射時間Ｔｅｘｐを増やしていくと、三次元構造物３６を経由して接地電位部材に流れる電流値は急に変化する。これは、粉末層３２が、図３（Ａ）の状態から図３（Ｂ）の状態に移行することにより、電流伝達経路となる断面層３５が形成され、三次元構造物３６に流れ込むビーム電流が大きく変化するからである。
【００４０】
図４の縦軸のＩｂは、粉末層３２を照射する電子ビームＥＢのビーム電流値を示す。電流計７３で測定される電流値（図４の縦軸）は、照射時間Ｔｅｘｐを増やして粉末層３２が溶融し図３（Ｂ）の状態になると、電流値Ｉｂに近い値になる。粉末層３２を照射する電子ビームＥＢのほとんどすべてが、断面層３５と三次元構造物３６とを経由して接地電位部材に流れるからである。粉末層３２を照射する電流値Ｉｂと電流計７３で測定される電流値との差は、例えば、断面層３５の表面で反射されて、断面層３５から出てゆく電子による電流値である。
【００４１】
電流計７３で測定される電流値が、粉末層３２を照射する電流値Ｉｂに対して、予め決められた基準値Δの範囲内に入ると、それから一定時間δｔ後には、粉末層３２はいつも同じような溶融状態になっていると考えられる。三次元積層造形装置１００は、粉末層３２を照射する電流値Ｉｂと電流計７３で測定される電流値との差分が，基準値Δ以内になる照射時間をもとに、基準値Δと時間δｔとを適切に設定することにより、電子ビームＥＢの照射によって照射範囲の粉末層３２が完全に溶融して断面層３５となる照射時間を決定する。
【００４２】
図４において、矢印で示された照射時間（溶融信号発生と記した照射時間）は、この時点の照射時間を表す。矢印で示された照射時間には、電子ビームＥＢの照射範囲の粉末層３２は、完全に溶融されて下層の三次元構造物３６と結合した断面層３５に移行している。
【００４３】
本実施形態に係る三次元積層造形装置１００は、照射範囲Ａ１，Ａ２・・のそれぞれにおいて、電流計７３により三次元構造物３６を経由して接地電位部材に流れる電流値を測定する。三次元積層造形装置１００は、電子ビームＥＢの照射時間Ｔｅｘｐを増やしながら、三次元構造物３６を経由して接地電位部材に流れる電流値を測定して、図４の矢印で示す照射時間を検出する。または、三次元積層造形装置１００は、照射速度Ｖｅｘｐを下げながら三次元構造物３６を経由して接地電位部材に流れる電流値を測定して、図４の矢印で示す照射速度を検出してもよい。
【００４４】
図５は、制御部４００の一部である溶融判断部４１０および偏向出力部４２０の構成を示す。溶融判断部４１０は、電流計７３による電流値の測定結果を受け取る。
【００４５】
溶融判断部４１０は、電子ビームＥＢが粉末層３２の照射範囲Ａ１，Ａ２・・（図２参照）のそれぞれに対して、照射時間Ｔｅｘｐを増やしながら、三次元構造物３６を経由して接地電位部材に流れる電流計７３の電流値を受け取る。溶融判断部４１０は、粉末層３２を照射する電流値Ｉｂと電流計７３で測定される電流値との差分が、所定の基準値Δ以下になる照射時間を決定し、そこから一定の時間δｔ後に溶融信号を発生する。溶融判断部４１０は、発生した溶融信号を、偏向制御部４２０に出力する。
【００４６】
尚、溶融判断部４１０は、照射時間Ｔｅｘｐを増やしながら粉末層３２を照射する電流値Ｉｂと電流計７３で測定される電流値との差分を測定するのに代えて、照射速度Ｖｅｘｐを減らしながら電流値の差分を測定して、溶融信号を発生してもよい。
【００４７】
偏向出力部４２０は、当該溶融信号を受けて、次の照射範囲に電子ビームを偏向するための偏向データを偏向器１４に出力する。これにより本実施形態に係る三次元積層造形装置１００は、粉末層３２の照射範囲ごとに、粉末層３２の溶融結合を検出しながら、電子ビームの照射範囲を広げてゆく。
【００４８】
図６は、上記構成を有する三次元積層造形装置１００の積層造形方法を示す動作フローの例を示す。
【００４９】
三次元積層造形装置１００は、試料供給部３４から金属材料の粉末を供給する（Ｓ５１０）。三次元積層造形装置１００は、ステージ５２の上面と略平行に平坦化された粉末層３２を供給する。尚、ステップＳ５１０とステップＳ５２０は逆の順に行ってよい。
【００５０】
その後、三次元積層造形装置１００は、ステージ５２の高さを調整する（Ｓ５２０）。三次元積層造形装置１００は、新たに供給された粉末層３２の表面３３の高さが、予め決められた電子ビームの照射面の高さと一致するように、ステージ５２のＺ軸方向の高さを調整する。
【００５１】
三次元積層造形装置１００は、三次元構造物３６の造形データに基づき、偏向出力部４２０によって偏向器１４に偏向データを出力し、粉末層３２の表面３３の照射範囲を設定する（Ｓ５３０）。
【００５２】
三次元積層造形装置１００は、当該照射範囲へ電子ビームを照射しながら、電流計７３による測定を実施して、溶融判断部４１０に測定結果を出力する。溶融判断部４１０は、三次元構造物３６を経由して流れる電流値の測定結果をもとに、当該照射範囲に対する溶融信号を発生する。三次元積層造形装置１００は、溶融信号が発生されるまで、当該照射範囲への照射動作を継続する（Ｓ５４０）。
【００５３】
三次元積層造形装置１００は、ステップＳ５４０で照射する粉末層３２と同一の層内のすべての溶融動作が完了したかどうかを判断する（Ｓ５５０）。
【００５４】
三次元積層造形装置１００は、粉末層３２と同一の層内のすべての溶融動作が完了していなければ（Ｓ５５０：Ｎｏ）、偏向器１４によって電子ビームを偏向して、新しい照射範囲に対する電子ビームの照射動作を行う（Ｓ５３０〜Ｓ５４０）。粉末層３２と同一の層内のすべての溶融動作が完了していれば（Ｓ５５０：Ｙｅｓ）、三次元積層造形装置１００は、三次元構造物３６を形成する全ての断面層３５の積層を完了したか否かを判断する（Ｓ５６０）。
【００５５】
すべての積層が完了していない場合（Ｓ５６０；Ｎｏ）、三次元積層造形装置１００は、新たな粉末層３２を供給（Ｓ５１０）し、次の粉末層３２に対する積層造形動作（Ｓ５２０〜Ｓ５５０）を実施する。すべての積層が完了している場合（Ｓ５６０；Ｙｅｓ）、三次元積層造形装置１００は、三次元構造物３６に対する積層造形動作を完了する。
【００５６】
図６の動作フローの例に示す積層造形方法を実施することによって、三次元積層造形装置１００は、全ての粉末層３２の全ての照射範囲ごとに、粉末層３２の溶融結合を検出しながら断面層３５を積層する。
【００５７】
以上のように、本実施形態に係る三次元積層造形装置１００によれば粉末層３２を確実に溶融結合するための照射条件を装置自身で決定しながら、電子ビームＥＢを照射して三次元構造物の造形を行うことができる。
【００５８】
以上は、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５９】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６０】
１２…電子源、１３…電子レンズ、１４…偏向器、３１…粉末、３２…粉末層、３３…表面、３４…粉末供給部、３５…断面層、３６…三次元構造物、５１…絶縁部、５２…ステージ、５３…側壁部、５４…駆動部、５５…駆動棒、５６…排気ユニット、５７…貫通孔、７１…放射温度計、７３…電流計、７４…ケーブル、１００…三次元積層造形装置、２００…カラム部、３００…造形部、４００…制御部、４１０…溶融判断部、４２０…偏向制御部。
【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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