(57)【要約】【課題】付加製造中の物体の形状を測定することが可能な付加製造装置を提供する。【解決手段】レーザ光源２を備え、そのレーザ光源２から照射されたレーザ光により付加製造材料の粉末Ｐを溶融結合させて造形物Ｍを製造する付加製造装置１である。付加製造装置１は、粉末Ｐが溶融結合した材料付着部ｍに計測光Ｌを照射し、その計測光Ｌの反射光Ｒを受光して材料付着部ｍの形状を測定する形状測定部３を備える。【選択図】図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高エネルギー密度熱源を備え、該高エネルギー密度熱源から照射されたビームにより付加製造材料の粉末を溶融結合させて造形物を製造する付加製造装置であって、
前記粉末が溶融結合した材料付着部に計測光を照射し、該計測光の反射光を受光して前記材料付着部の形状を測定する形状測定部を備えることを特徴とする付加製造装置。
【請求項２】
前記高エネルギー密度熱源として、レーザ光源を備え、
前記レーザ光源から照射されたレーザ光を前記粉末へ向けて反射させて走査させるとともに前記計測光を前記材料付着部に向けて反射させて走査させるスキャナミラーを備えることを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項３】
前記粉末を層状に供給する材料供給部と、
前記粉末の供給毎に前記材料付着部の形成と形状の測定を行うように前記材料供給部、前記レーザ光源、前記形状測定部および前記スキャナミラーを制御する制御部と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の付加製造装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記材料付着部の変形を検出する変形検出部を有することを特徴とする請求項３に記載の付加製造装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記変形検出部による前記材料付着部の変形の検出後に、前記材料付着部の変形を補正するように前記材料供給部、前記レーザ光源、前記形状測定部および前記スキャナミラーの少なくとも一つの制御量を調整する形状補正部を有することを特徴とする請求項４に記載の付加製造装置。
【請求項６】
前記形状補正部は、前記制御量として、前記レーザ光源の出力および前記スキャナミラーによる前記レーザ光の走査速度の少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項５に記載の付加製造装置。
【請求項７】
前記形状測定部は、前記計測光を照射する計測光源と、前記反射光を受光する受光部と、前記計測光源を移動させる移動機構とを有し、
前記制御部は、前記スキャナミラーによる前記計測光の走査位置に応じて前記移動機構を制御して前記計測光源を移動させることを特徴とする請求項３に記載の付加製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、付加製造技術が知られている。付加製造は、材料を付着することによって物体を三次元形状の数値表現から作成するプロセスであり、除去的な製造とは対照をなすものである。付加製造は、「３Ｄプリンター」や「積層造形」とも呼ばれ、多くの場合、複数の層を積層させることによって実現される。
【０００３】
付加製造技術の一例として、レーザ焼結によって３次元物体を製造する方法に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された従来の製造方法において、物体は、各層におけるその物体に対応する位置において粉末材料を層単位で固化することによって形成される。塗布された粉末層から放出されるＩＲ放射が局所的に検出され、それによってＩＲ放射画像が取得される。この方法は、塗布された粉末層の欠陥および／または幾何学的不規則性が前記ＩＲ放射画像に基づいて求められることを特徴とする（同文献、請求項１等を参照）。
【０００４】
この従来の製造方法の効果として、同文献の第００１２段落に、「本発明によれば、塗布された粉末において異なる領域が存在する場合、３つ全ての量が赤外領域内で大きく変化するという利点が用いられる。放射率及び反射率の影響の補償は生じない。赤外スペクトルにおいて異なる特性を有するそれらの領域内に存在する高いコントラストに起因して、非常に正確な層観察が可能である。」という記載がある。
【０００５】
また、同文献の第００１７段落に、「新たに塗布された粉末層におけるこれらの欠陥及び／又は不規則性は、粉末を塗布した後赤外線カメラによって、異なる温度及び／又は異なる放射率及び／又は異なる反射率に基づいて検出される。同時に、異なる層の厚さを有する領域が、層の表面特性を示す異なる色によって再現される。したがって、新たに塗布された各層を、層ごとに実際の値と目標値とを比較することによって、カラー画像の画像処理によって観察することができる。」という記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１０−５２００９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１に記載された方法および装置によれば、粉末材料の状態を赤外線カメラによって検出することが可能であるが、粉末材料が固化した後の形状、すなわち、付加製造中の物体の形状を測定することができないという課題がある。
【０００８】
本発明は、付加製造中の物体の形状を測定することが可能な付加製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の付加製造装置は、高エネルギー密度熱源を備え、該高エネルギー密度熱源から照射されたビームにより付加製造材料の粉末を溶融結合させて造形物を製造する付加製造装置であって、前記粉末が溶融結合した材料付着部に計測光を照射し、該計測光の反射光を受光して前記材料付着部の形状を測定する形状測定部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、付加製造中の物体の形状を測定することが可能な付加製造装置を提供することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本発明の実施形態１に係る付加製造装置の構成を示すブロック図。
【図１Ｂ】図１Ａに示す形状測定部の構成の一例を示すブロック図。
【図１Ｃ】図１Ａおよび図１Ｂに示す制御部の構成の一例を示すブロック図。
【図２Ａ】図１Ａに示す付加製造装置の模式的な断面図。
【図２Ｂ】図１Ａに示す付加製造装置の模式的な断面図。
【図３】図２Ａに示す付加製造部において製造中の造形物の拡大断面図。
【図４】図２Ａに示す付加製造部において製造中の造形物の拡大断面図。
【図５】図２Ａに示す付加製造部において製造中の造形物の拡大断面図。
【図６】図２Ａに示す付加製造部において製造中の造形物の拡大断面図。
【図７】図２Ａに示す付加製造部において製造中の造形物の拡大断面図。
【図８】図２Ａに示す付加製造部において製造中の造形物の拡大断面図。
【図９】図２Ａに示す付加製造部において製造中の造形物の拡大断面図。
【図１０】図２Ａに示す付加製造部において製造中の造形物の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明に係る付加製造装置の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１Ａは、本発明の実施の形態に係る付加製造装置１の概略構成を示すブロック図である。図１Ｂは、図１Ａに示す形状測定部３の構成の一例を示すブロック図である。図１Ｃは、図１Ａおよび図１Ｂに示す制御部７の構成の一例を示すブロック図である。図２Ａおよび図２Ｂは、図１Ａに示す付加製造装置１の概略構成を示す模式的な断面図である。
【００１４】
本実施形態の付加製造装置１は、たとえば、レーザ光源２や電子ビーム熱源等の高エネルギー密度熱源を備えている。付加製造装置１は、このレーザ光源２や電子ビーム熱源から照射されたレーザ光Ｂや電子ビームなどのビームにより付加製造材料の粉末Ｐを溶融結合させて造形物Ｍを製造する粉末床溶融結合方式の付加製造装置である。本実施形態の付加製造装置１は、粉末Ｐが溶融結合した材料付着部ｍに計測光Ｌを照射し、この計測光Ｌの反射光Ｒを受光して材料付着部ｍの形状を測定する形状測定部３を備えることを特徴としている。本実施形態では、高エネルギー密度熱源として、レーザ光源２を備える付加製造装置１を説明する。なお、レーザ光源２に代えて、電子ビーム熱源を備える付加製造装置によっても、本実施形態の付加製造装置１と同様の効果を得ることができる。
【００１５】
本実施形態の付加製造装置１は、たとえば、図１Ａおよび図２Ａに示すように、レーザ光源２と、形状測定部３と、スキャナミラー４と、材料供給部５と、付加製造部６と、制御部７と、を備えている。また、付加製造装置１は、たとえば、図２Ａに示すように、集光レンズ８と、ハーフミラー９と、回収部１０と、を備えている。なお、図示は省略するが、付加製造装置１は、各部を収容する真空チャンバーと、その真空チャンバーの内部を減圧する真空ポンプを備えてもよい。
【００１６】
レーザ光源２は、たとえば、数百Ｗから数ｋＷ程度の出力のレーザを発生させるレーザ光源である。レーザ光源２は、たとえば、波長が１０８０ｎｍ、出力が５００Ｗのシングルモードファイバーレーザ、すなわちエネルギー強度がガウス分布のファイバーレーザを発生させるレーザ光源である。
【００１７】
形状測定部３は、たとえば、図１Ｂに示すように、計測光源３Ａと、受光部３Ｂと、移動機構３Ｃとを備えることができる。計測光源３Ａは、たとえば、形状測定用のレーザ光である計測光Ｌを照射するレーザ光源である。受光部３Ｂは、たとえば、計測光源３Ａから照射され、測定対象によって反射された計測光Ｌの反射光Ｒを受光する受光素子である。移動機構３Ｃは、たとえば、計測光源３Ａおよび受光部３Ｂを含む形状測定部３を計測光Ｌの光軸方向に移動させ、計測光Ｌの光路長を補正する。
【００１８】
形状測定部３は、たとえば、計測光源３Ａと受光部３Ｂによる三角測距方式や、計測光Ｌの照射から反射光Ｒの受光までの時間を計測するタイムオブライト方式により、測定対象までの光路長を計測し、測定対象の２次元形状または３次元形状を測定する。なお、形状測定部３は、移動機構３Ｃを有しなくてもよい。
【００１９】
スキャナミラー４は、レーザ光Ｂを付加製造材料の粉末Ｐへ向けて反射させて走査させるとともに、計測光Ｌを材料付着部ｍに向けて反射させて走査させる。より具体的には、スキャナミラー４は、たとえば、ガルバノスキャナ４０を構成する反射ミラーである。スキャナミラー４は、たとえば、レーザ光源２から照射されたレーザ光Ｂの反射角度を変化させるように駆動され、付加製造部６に敷き詰められた粉末Ｐの所定の領域において、レーザ光Ｂの照射スポットを走査させる。
【００２０】
また、スキャナミラー４は、たとえば、形状測定部３から照射され、ハーフミラー９によって反射された計測光Ｌを、レーザ光Ｂと同軸、すなわち、レーザ光Ｂと同一の光路に反射させる。スキャナミラー４は、たとえば、計測光Ｌの反射角度を変化させるように駆動され、付加製造部６で粉末Ｐが溶融結合された材料付着部ｍの表面において、計測光Ｌの照射スポットを走査させる。また、スキャナミラー４は、付加製造部６の材料付着部ｍの表面に照射された計測光Ｌの反射光Ｒを、ハーフミラー９に向けて反射させる。
【００２１】
材料供給部５は、付加製造材料の粉末Ｐを付加製造部６に対して層状に供給するための構成である。材料供給部５は、たとえば、付加製造材料の粉末Ｐを供給するためのステージ５Ａを有し、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。材料供給部５の底壁は、材料供給用のステージ５Ａによって構成されている。材料供給部５は、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、材料供給用のステージ５Ａ上に付加製造材料の粉末Ｐが載置される。材料供給用のステージ５Ａは、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。
【００２２】
材料供給部５は、たとえば、リコーター５Ｂを備えている。リコーター５Ｂは、たとえば、適宜の移動機構により、材料供給部５および付加製造部６の開口部に沿って、おおむね水平方向に沿う移動可能に往復することができるように設けられている。リコーター５Ｂは、材料供給部５から付加製造材料の粉末Ｐを付加製造部６に供給するときに、材料供給部５の開口部の手前側の位置から、材料供給部５の開口部と付加製造部６の開口部を横断して、回収部１０の開口部に臨む位置まで移動する。
【００２３】
造形物Ｍの付加製造に用いられる付加製造材料としては、特に限定されないが、たとえば、銅、チタン合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの金属材料の粉末、ポリアミドなどの樹脂材料の粉末、セラミックスの粉末などを用いることができる。
【００２４】
付加製造部６は、たとえば、前述の材料供給部５と同様に、付加製造用のステージ６Ａを有し、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。付加製造部６の底壁は、付加製造用のステージ６Ａによって構成されている。付加製造部６は、材料供給部５と同様に、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、付加製造用のステージ６Ａ上に、材料供給部５から供給される付加製造材料の粉末Ｐと、付加製造によって製造される造形物Ｍが載置される。
【００２５】
付加製造部６の開口部と材料供給部５の開口部は、たとえば、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。付加製造用のステージ６Ａは、前述の材料供給用のステージ５Ａと同様に、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。
【００２６】
制御部７は、たとえば、図示を省略する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、メモリ等の記憶装置、入出力端子、その他の電子部品によって構成されたコンピュータユニットである。制御部７は、たとえば、記憶装置に記憶されたコンピュータプログラムに従って、付加製造装置１の各部を制御する。より具体的には、制御部７は、たとえば、付加製造材料の粉末Ｐの供給毎に材料付着部ｍの形成と形状の測定を行うように、材料供給部５、レーザ光源２、形状測定部３およびスキャナミラー４を制御する。
【００２７】
制御部７は、たとえば、図１Ｃに示すように、変形検出部７Ａを有してもよい。変形検出部７Ａは、造形物Ｍの３次元形状のデータに基づいて付加製造材料の粉末Ｐをレーザ光Ｂによって溶融結合させた材料付着部ｍの変形を検出する。より具体的には、造形物Ｍは、複数の材料付着部ｍを積層させることによって製造される。そのため、制御部７を構成する記憶装置には、たとえば、各層の材料付着部ｍの形状の目標値として、各層の材料付着部ｍの層の３次元形状のデータが保存されている。
【００２８】
変形検出部７Ａは、たとえば、記憶装置に記憶された材料付着部ｍの形状の目標値と、形状測定部３によって測定した材料付着部ｍの形状の測定値とを比較し、目標値と測定値の差分がしきい値以上の場合に、材料付着部ｍの変形を検出する。
【００２９】
制御部７は、たとえば、図１Ｃに示すように、形状補正部７Ｂを有してもよい。形状補正部７Ｂは、変形検出部７Ａによる材料付着部ｍの変形の検出後に、材料付着部ｍの変形を補正するように、材料供給部５、レーザ光源２、形状測定部３およびスキャナミラー４の少なくとも一つの制御量を調整する。より具体的には、形状補正部７Ｂは、たとえば、制御量として、レーザ光源２の出力およびスキャナミラー４によるレーザ光Ｂの走査速度を調整することができる。
【００３０】
前述のように、形状測定部３が計測光Ｌを照射する計測光源３Ａと、反射光Ｒを受光する受光部３Ｂと、計測光源３Ａを移動させる移動機構３Ｃとを有している場合、制御部７は、移動機構３Ｃを制御して計測光源３Ａを移動させてもよい。より具体的には、制御部７は、たとえば、図２Ｂに示すように、スキャナミラー４による計測光Ｌの走査位置に応じて、図１Ｂに示す移動機構３Ｃを制御して、計測光源３Ａを含む形状測定部３を計測光Ｌの光軸方向Ａ１に移動させるように構成されている。
【００３１】
集光レンズ８は、たとえば、適宜の移動機構によってレーザ光源２から照射されるレーザ光Ｂの光軸方向Ａ２に移動可能に設けられている。集光レンズ８の移動機構は、たとえば、制御部７によって制御される。制御部７は、たとえば、集光レンズ８の移動機構を制御して集光レンズ８をレーザ光Ｂの光軸方向Ａ２に移動させることで、集光レンズ８によって集光されるレーザ光Ｂのビーム径を制御する。
【００３２】
ハーフミラー９は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、レーザ光源２から照射されるレーザ光Ｂを透過させるとともに、形状測定部３から照射される計測光Ｌを反射させる。ハーフミラー９は、反射させた計測光Ｌを、レーザ光Ｂと同軸、すなわち、レーザ光Ｂと同一の光路でスキャナミラーに入射させる。また、ハーフミラー９は、付加製造部６において粉末が溶融結合された材料付着部ｍに照射された計測光Ｌの反射光Ｒを、形状測定部３に向けて反射させる。
【００３３】
回収部１０は、図２Ａに示すように、たとえば、側壁と底壁によって囲まれた凹状の部分である。図示の例において、回収部１０の底壁は、側壁の下端部に固定されているが、材料供給部５および付加製造部６と同様に、昇降可能なステージによって構成されていてもよい。回収部１０は、上部が開放されて側壁の上端に開口部を有している。回収部１０の開口部と、付加製造部６の開口部は、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。回収部１０は、たとえば、リコーター５Ｂによって材料供給部５から付加製造部６に供給された余分な粉末Ｐを収容して回収する。
【００３４】
以下、本実施形態の付加製造装置１の作用について説明する。
【００３５】
本実施形態の付加製造装置１によって造形物Ｍの付加製造を行うには、まず、制御部７によって付加製造部６の昇降機構を制御して、ステージ６Ａを側壁の上端部の開口部から所定のピッチで下降させる。そして、付加製造部６に所定量の付加製造材料の粉末Ｐを収容可能な状態にする。なお、付加製造装置１が真空チャンバーとその真空チャンバーの内部を減圧する真空ポンプとを備える場合には、まず、真空ポンプによってチャンバー内の空気を排出し、チャンバー内を大気圧よりも減圧された真空状態とし、次に、ステージ６Ａを下降させてもよい。
【００３６】
次に、制御部７によって材料供給部５の昇降機構を制御して、ステージ５Ａを所定のピッチで上昇させ、開口部よりも上方に所定量の付加製造材料の粉末Ｐを押し上げる。次に、制御部７によって材料供給部５の移動機構を制御して、材料供給部５の開口部を横断するようにリコーター５Ｂを移動させる。そして、材料供給部５の開口部の上方に押し上げられた粉末Ｐを、リコーター５Ｂによって付加製造部６に移動させる。
【００３７】
さらに、制御部７によって材料供給部５の移動機構を制御して、付加製造部６の開口部を横断するようにリコーター５Ｂを移動させる。そして、リコーター５Ｂによって粉末Ｐを付加製造部６の開口部へ導入して付加製造部６のステージ６Ａに載置するとともに、粉末Ｐを付加製造部６の開口部の高さに平坦に均して敷き詰める。これにより、材料供給部５によって粉末Ｐが付加製造部６に層状に供給される。
【００３８】
また、付加製造部６に収容されなかった余分な粉末Ｐは、リコーター５Ｂによって回収部１０の開口部へ導入され、回収部１０に収容されて回収される。その後、制御部７によって材料供給部５の移動機構を制御して、リコーター５Ｂを逆方向に移動させて元の位置に戻す。
【００３９】
次に、レーザ光源２から照射したレーザ光Ｂを、付加製造部６に配置された粉末Ｐの所定の領域に走査させ、粉末Ｐを溶融結合させる。より具体的には、制御部７によってレーザ光源２、集光レンズ８の移動機構、およびガルバノスキャナ４０を制御して、レーザ光源２から照射されたレーザ光Ｂを、付加製造部６に敷き詰められた粉末Ｐの所定の領域に走査させる。
【００４０】
このレーザ光Ｂを走査させる粉末Ｐの所定の領域は、付加製造部６で製造される造形物Ｍの断面形状に対応する領域であり、より詳細には、造形物Ｍを製造するために積層される材料付着部ｍの各層に対応する領域である。このように、付加製造部６に敷き詰められた層状の粉末Ｐの所定の領域にレーザ光Ｂを照射することで、粉末Ｐが溶融結合して、造形物Ｍの一部として、材料付着部ｍの層が形成される。
【００４１】
次に、形状測定部３から照射した計測光Ｌを、付加製造部６に新たに形成された材料付着部ｍの層の表面に走査させ、計測光Ｌの反射光Ｒを形状測定部３によって受光することで、材料付着部ｍの表面形状を測定する。より具体的には、図２Ｂに示すように、制御部７によって形状測定部３およびガルバノスキャナ４０を制御して、形状測定部３の計測光源３Ａから計測光Ｌを照射しつつ、スキャナミラー４を駆動させる。そして、ハーフミラー９で反射された計測光Ｌのスキャナミラー４による反射角度を変化させ、計測光Ｌを材料付着部ｍに照射して走査させる。
【００４２】
材料付着部ｍによって反射された計測光Ｌの反射光Ｒは、スキャナミラー４およびハーフミラー９によって反射され、形状測定部３の受光部３Ｂによって受光される。形状測定部３は、材料付着部ｍの表面上の複数の点で材料付着部ｍまでの光路長を計測し、材料付着部ｍの凹凸を含む３次元形状を測定する。
【００４３】
形状測定部３は、材料付着部ｍの形状を測定する際に、計測光Ｌの光路長を補正する。たとえば、付加製造部６の中央部と周縁部とでは、形状測定部３から材料付着部ｍまでの光路長が異なる。たとえば、付加製造部６の中央部では、スキャナミラー４によって反射された計測光Ｌは、材料付着部ｍの表面に、おおむね鉛直方向に照射される。これに対し、付加製造部６の周縁部では、スキャナミラー４によって反射された計測光Ｌは、材料付着部ｍの表面に、鉛直方向に対してより大きな角度を有して照射される。そのため、付加製造部６に対する計測光Ｌの照射位置と計測光Ｌの光路長との関係をあらかじめ記録し、計測光Ｌの照射位置に応じて光路長を補正する必要がある。
【００４４】
制御部７は、たとえば、あらかじめ記録された付加製造部６に対する計測光Ｌの照射位置と計測光Ｌの光路長との関係に基づき、演算によって形状測定部３の計測値を補正することができる。なお、図１Ｂに示すように、形状測定部３が移動機構３Ｃを有している場合には、制御部７は、移動機構３Ｃを制御して、計測光源３Ａを、計測光Ｌの光軸方向Ａ１に移動させてもよい。
【００４５】
より具体的には、制御部７は、たとえば、計測光Ｌの照射位置が付加製造部６の周縁部に近いほど、計測光源３Ａおよび受光部３Ｂを含む形状測定部３をハーフミラー９に近づけるように移動させる。また、制御部７は、たとえば、計測光Ｌの照射位置が付加製造部６の中央に近いほど、計測光源３Ａおよび受光部３Ｂを含む形状測定部３をハーフミラー９から遠ざけるように移動させる。
【００４６】
次に、制御部７は、付加製造部６の昇降機構を制御してステージ６Ａを所定のピッチで下降させる。そして、ステージ６Ａに載置された粉末Ｐと製造中の造形物Ｍの上に、所定量の付加製造材料の粉末Ｐを収容可能な状態にする。次に、制御部７は、材料供給部５の昇降機構を制御してステージ５Ａを所定のピッチで上昇させ、開口部よりも上方に所定量の付加製造材料の粉末Ｐを押し上げる。次に、制御部７は、材料供給部５の移動機構を制御して、材料供給部５の開口部を横断するようにリコーター５Ｂを移動させる。そして、材料供給部５の開口部の上方に押し上げられた粉末Ｐをリコーター５Ｂによって付加製造部６に移動させる。
【００４７】
さらに、制御部７は、材料供給部５の移動機構を制御して、付加製造部６の開口部を横断するようにリコーター５Ｂを移動させ、リコーター５Ｂによって新たな粉末Ｐを付加製造部６の開口部へ導入する。そして、付加製造部６のステージ６Ａに載置された粉末Ｐと造形物Ｍの一部である材料付着部ｍの上に、リコーター５Ｂによって新たな粉末Ｐを付加製造部６の開口部の高さに平坦に均して敷き詰める。これにより、材料供給部５によって粉末Ｐが付加製造部６に層状に供給される。
【００４８】
以下、本実施形態の付加製造装置１による付加製造中の物体の形状の測定について、図３から図１０を参照して、より詳細に説明する。図３から図１０は、図２Ａに示す付加製造部６において製造中の造形物Ｍの拡大断面図である。
【００４９】
図３は、レーザ光Ｂの照射による材料付着部ｍの形成と、計測光Ｌの照射による材料付着部ｍの形状の測定後に、材料供給部５によって粉末Ｐが付加製造部６に層状に供給された状態を示している。この状態から、前述のように、造形物Ｍの３次元形状に対応する粉末Ｐの領域に、レーザ光Ｂが照射される。これにより、粉末Ｐを溶融結合させて、図４に示すように、材料付着部ｍを形成する。ここで、粉末Ｐを溶融結合させた材料付着部ｍは、粒子間に空隙を有する溶融結合前の粉末Ｐよりも密度が高くなって体積が減少する。そして、材料付着部ｍの上面は、付加製造部６に敷き詰められた粉末Ｐの上面よりも低くなる。
【００５０】
このように、本実施形態の付加製造装置１は、レーザ光源２を備えることで、レーザ光源２から照射されたレーザ光Ｂにより付加製造材料の粉末Ｐを溶融結合させて造形物Ｍを製造することができる。さらに、本実施形態の付加製造装置１は、形状測定部３を備えている。形状測定部３は、前述のように、粉末Ｐが溶融結合した材料付着部ｍに計測光Ｌを照射し、その計測光Ｌの反射光Ｒを受光して材料付着部ｍの形状を測定する。したがって、本実施形態の付加製造装置１によれば、材料付着部ｍの２次元形状および３次元形状を含む、付加製造中の造形物Ｍの形状を測定することができる。
【００５１】
また、本実施形態の付加製造装置１は、前述のように、レーザ光Ｂを粉末Ｐへ向けて反射させて走査させるとともに、計測光Ｌを材料付着部ｍに向けて反射させて走査させるスキャナミラー４を備えている。このように、スキャナミラー４によってレーザ光Ｂおよび計測光Ｌを走査させることができるので、計測光Ｌを走査させるための別途の駆動系を設ける必要がない。したがって、低コストかつ省スペースで、材料付着部ｍの形状を測定することができる。また、たとえばガルバノスキャナ４０を構成するスキャナミラー４によって計測光Ｌを高速で走査させることができるので、短時間での形状測定が可能になる。
【００５２】
また、本実施形態の付加製造装置１において、形状測定部３は、計測光Ｌを照射する計測光源３Ａと、反射光Ｒを受光する受光部３Ｂと、計測光源３Ａを移動させる移動機構３Ｃとを有している。そして、制御部７は、スキャナミラー４による計測光Ｌの走査位置に応じて移動機構３Ｃを制御して計測光源３Ａを移動させることができる。このように、材料付着部ｍに対する計測光Ｌの照射位置に応じて、計測光源３Ａを移動させることで、計測光Ｌの照射位置によらず、計測光Ｌの光路長を一定にすることができ、演算による光路長の補正を省略することができる。
【００５３】
図５は、制御部７によって付加製造部６のステージ６Ａならびに材料供給部５のステージ５Ａおよびリコーター５Ｂを制御して、図４に示す製造中の造形物Ｍの上に粉末Ｐを層状に敷き詰めた状態を示している。この状態から、制御部７は、前述のように、レーザ光源２およびスキャナミラー４等を制御して、造形物Ｍの３次元形状に対応する粉末Ｐの領域に、再びレーザ光Ｂを照射して走査させる。これにより、粉末Ｐが溶融結合して、図６に示すように、材料付着部ｍが積層して形成される。その後、制御部７は、前述のように、形状測定部３およびスキャナミラー４等を制御して、材料付着部ｍの上面に、再び計測光Ｌを走査させ、材料付着部ｍの形状を測定する。
【００５４】
このように、本実施形態の付加製造装置１は、粉末Ｐを層状に供給する材料供給部５と、粉末Ｐの供給毎に材料付着部ｍの形成と形状の測定を行うように、材料供給部５、レーザ光源２、形状測定部３およびスキャナミラー４を制御する制御部７とを備えている。これにより、付加製造部６において積層される材料付着部ｍの各層の表面形状を、造形物Ｍの付加製造中に逐次測定することができる。
【００５５】
また、図３に示す状態から、前述のように、造形物Ｍの３次元形状に対応する粉末Ｐの領域に、レーザ光Ｂが照射されたときに、何らかの原因によって、図７に示すように、材料付着部ｍが予定された形状から変形する場合がある。この変形した状態の材料付着部ｍの上に、図８に示すように粉末Ｐが層状に供給された状態で、材料付着部ｍが変形していない場合と同様にレーザ光Ｂを照射すると、粉末Ｐの溶け込みが不十分になる可能性がある。粉末Ｐの溶け込みが不十分になると、たとえば図１０に示すように、材料付着部ｍの層間に、粉末Ｐの溶け残りなどの欠陥が発生するおそれがある。
【００５６】
ここで、本実施形態の付加製造装置１において、前述のように、制御部７が材料付着部ｍの変形を検出する変形検出部７Ａを有している場合には、図７に示すような材料付着部ｍの変形を、変形検出部７Ａによって検出することができる。なお、材料付着部ｍの変形は、図示の例のように、材料付着部ｍの上面が傾斜する場合だけでなく、材料付着部ｍの上面に凹凸が形成される場合や、材料付着部ｍの部分的または全体的な収縮などを含む。
【００５７】
さらに、本実施形態の付加製造装置１において、前述のように、制御部７が形状補正部７Ｂを有している場合には、材料付着部ｍの形状を補正し、製造中の造形物Ｍの形状を補正することができる。すなわち、形状補正部７Ｂは、変形検出部７Ａによる材料付着部ｍの変形の検出後に、材料付着部ｍの変形を補正するように、材料供給部５、レーザ光源２、形状測定部３およびスキャナミラー４の少なくとも一つの制御量を調整する。
【００５８】
すなわち、図７に示す変形した材料付着部ｍの上に、図８に示すように粉末Ｐが層状に供給されたとき、形状補正部７Ｂは、材料付着部ｍの形状に応じて、たとえば、レーザ光源２の出力を上昇させ、または、レーザ光Ｂの走査速度を低下させる。すなわち、形状補正部７Ｂは、制御量として、レーザ光源２の出力およびスキャナミラー４によるレーザ光Ｂの走査速度の少なくとも一方を調整する。これにより、レーザ光Ｂの照射による粉末Ｐの溶け込みを増加させ、図９に示すように、粉末Ｐの溶け残りが発生するのを防止し、造形物Ｍの欠陥を防止できる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、付加製造中の物体の形状を測定することが可能な付加製造装置１を提供することができる。以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１  付加製造装置、２  レーザ光源（高エネルギー密度熱源）、３  形状測定部、３Ａ  計測光源、３Ｂ  受光部、３Ｃ  移動機構、４  スキャナミラー、５  材料供給部、７  制御部、７Ａ  変形検出部、７Ｂ  形状補正部、Ｂ  レーザ光（ビーム）、Ｌ  計測光、Ｍ  造形物、ｍ  材料付着部、Ｐ  粉末、Ｒ  反射光
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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