(57)【要約】【課題】スパッタ粒子に起因する三次元造形物の最終的な外表面の面粗度の低下を抑制すること【解決手段】三次元造形用の粉末原料３を含む組成物９の層１１を形成する層形成部１３と、層１１中の粉末３を溶融又は焼結させるレーザー照射部１７と、層の表面に存在する付着物２３を検出可能な検出部１９とを備え、検出部１９がレーザー照射部１７によるレーザー照射後に層１１の表面に存在する付着物２３を検出した場合、層形成１３部は、検出部により検出された付着物２３の情報に応じて、付着物が存在する領域を除いて組成物９による層１１を形成すること、付着物が存在する領域を含めて組成物９による層１１を形成すること、を切り換えるように制御される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形用の粉末原料を含む組成物の層を形成する層形成部と、
前記層中の前記粉末を溶融させるレーザー照射部と、
前記層の表面に存在する付着物を検出可能な検出部と、を備え、
前記検出部が前記レーザー照射部によるレーザー照射後に前記層の表面に存在する付着物を検出した場合、
前記層形成部は、前記検出部により検出された該付着物の情報に応じて、
前記付着物が存在する領域を除いて前記組成物による層を形成すること、
前記付着物が存在する領域を含めて前記組成物による層を形成すること、
を切り換えるように制御される、ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元造形装置において、
前記付着物の情報は、該付着物のサイズである、ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項３】
請求項２に記載の三次元造形装置において、
前記付着物が、
前記層形成部によって形成される前記層の層厚より大きいサイズの場合に前記付着物が存在する領域を除いて前記組成物による層を形成し、
前記層の層厚と同じサイズ又は小さいサイズの場合に前記付着物が存在する領域を含めて前記組成物による層を形成する、ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元造形装置において、
前記付着物が存在する領域を除いて前記組成物による層を形成した後、前記レーザー照射部によるレーザーは前記付着物と前記組成物による層の両方の領域に対して照射する、ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の三次元造形装置において、
前記付着物が存在する領域を除いて前記組成物による層を形成した後、前記レーザー照射部によるレーザーは前記付着物には照射せず、前記組成物による層の領域に対して照射する、ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の三次元造形装置において、
前記層形成部は、造形対象である三次元造形物の積層方向における外表面に対応する最終層の手前となる数層について形成される層の層厚は、前記数層より以前の層の層厚よりも小さい、ことを特徴とする三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形用の粉末原料を含む組成物の層を形成する層形成部と、前記層中の前記粉末を溶融又は焼結させるレーザー照射部と、を備える三次元造形装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の三次元造形装置の一例として特許文献１に記載の積層造形装置が挙げられる。この文献には、造形物の表面の異常焼結部に対して切削によって除去する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７７８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザー照射して層に対して溶融処理を行うとスパッタ粒子が飛散する。そのスパッタ粒子の中には溶融処理後の層の表面に付着するものがある。このスパッタ粒子は、次層のレーザー照射時にほとんどが溶融して無くなるが、大きいスパッタ粒子の中には次層の形成時に成長して更に大きくなるものがある。更に、次層のレーザー照射の際にも新たにスパッタ粒子が飛散してその表面に付着する。この繰り返しにより、三次元造形物の最終的な外表面の状態が粗くなって面粗度が低下する虞がある。  
特許文献１には、上記スパッタ粒子による上記問題について考慮した記載はない。
【０００５】
本発明の目的は、スパッタ粒子に起因する三次元造形物の最終的な外表面の面粗度の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様の三次元造形装置は、三次元造形用の粉末原料を含む組成物の層を形成する層形成部と、前記層中の前記粉末を溶融させるレーザー照射部と、前記層の表面に存在する付着物を検出可能な検出部と、を備え、前記検出部が前記レーザー照射部によるレーザー照射後に前記層の表面に存在する付着物を検出した場合、前記層形成部は、前記検出部により検出された該付着物の情報に応じて、前記付着物が存在する領域を除いて前記組成物による層を形成すること、前記付着物が存在する領域を含めて前記組成物による層を形成すること、を切り換えるように制御されることを特徴とする。  
ここで、「付着物の情報」とは付着物の位置と付着物の大小に関するサイズである。
【０００７】
本態様によれば、前記層形成部は、前記検出部により検出されたスパッタ粒子等の付着物に関する情報に応じて、「（１）前記付着物が存在する領域を除いて前記組成物による層を形成すること」、「（２）前記付着物が存在する領域を含めて前記組成物による層を形成すること」、を切り換えるように制御される。即ち、前記付着物のサイズ等の情報に応じて次の層の形成領域を変えることで、該付着物の大小の違いに対応して平坦化した層形成を行うことが可能となる。  
これにより、スパッタ粒子等の付着物があっても、前記層の表面から突出する物の存在を低減した状態で該層に対してレーザーを照射することが可能となり、以って三次元造形物の最終的な外表面の面粗度の低下を抑制することができる。
【０００８】
本発明の第２の態様の三次元造形装置は、第１の態様において、前記付着物の情報は、該付着物の位置とサイズであることを特徴とする。  
ここで「サイズ」とは、付着物の平面視におけるＸ方向及びＹ方向の長さ情報、及び前記Ｘ方向及びＹ方向と直交するＺ方向となる高さ情報で定まる大きさを意味する。  
本態様によれば、簡単な情報にて、前記（１）の「除いた」層形成と、前記（２）の「含めた」層形成と、を切り換える制御を行うことができる。
【０００９】
本発明の第３の態様の三次元造形装置は、第２の態様において、前記付着物が、前記層形成部によって形成される前記層の層厚より大きいサイズの場合に前記付着物が存在する領域を除いて前記組成物による層を形成し、前記層の層厚と同じサイズ又は小さいサイズの場合に前記付着物が存在する領域を含めて前記組成物による層を形成することを特徴とする。
【００１０】
前記付着物が、前記層形成部によって形成される前記層の層厚と同じサイズ又は小さいサイズである場合には、前記（２）の「含めた」層形成をしても該付着物による問題はほとんど生じないことが確認された。  
本態様によれば、前記付着物が、形成される前記層の層厚より大きいサイズである場合には前記（１）の「除いた」層形成を行うが、そうではないサイズの場合は前記（２）の「含めた」層形成を行うので、この場合は通常通りとなり、制御処理の負荷増加を抑制することができる。
【００１１】
本発明の第４の態様の三次元造形装置は、第１の態様から第３の態様のいずれか一つの態様において、前記付着物が存在する領域を除いて前記組成物による層を形成した後、前記レーザー照射部によるレーザーは前記付着物と前記組成物による層の両方の領域に対して照射することを特徴とする。
【００１２】
本態様によれば、前記（１）の「除いた」層形成を行った場合に、前記付着物と前記組成物による層の両方の領域に対してレーザーを照射する。これにより、両者の間に境界ができることがなく、一様な品質の三次元造形を行うことができる。
【００１３】
本発明の第５の態様の三次元造形装置は、第１の態様から第３の態様のいずれか一つの態様において、前記付着物が存在する領域を除いて前記組成物による層を形成した後、前記レーザー照射部によるレーザーは前記付着物には照射せず、前記組成物による層の領域に対して照射することを特徴とする。
【００１４】
本態様によれば、前記（１）の「除いた」層形成を行った場合に、前記付着物にはレーザーを照射せず、前記組成物による層の領域に対してレーザーを照射する。これにより、レーザー照射部のエネルギーを節約することができる。
【００１５】
本発明の第６の態様の三次元造形装置は、第１の態様から第５の態様のいずれか一つの態様において、前記層形成部は、造形対象である三次元造形物の積層方向における外表面に対応する最終層の手前となる数層について形成される層の層厚は、前記数層より以前の層の層厚よりも小さい、ことを特徴とする三次元造形装置
【００１６】
本態様によれば、造形対象である三次元造形物の最終の外表面の寸法精度や、外表面の滑らかさを容易に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１に係る三次元造形装置の概略を表す装置構成図。
【図２】同実施形態１に係る三次元造形装置の付着物に対する層形成の制御の実行を説明する概略の構成図。
【図３Ａ】同実施形態１に係る三次元造形装置で生じたスパッタ粒子の一つを模式的に表した平面図。
【図３Ｂ】同実施形態１に係る三次元造形装置で生じたスパッタ粒子の一つを模式的に表した側面図。
【図４】造形用のＳＴＬデータに基づき作成された図３Ａの層形成に対応する造形用データを模式的に表した平面図。
【図５】図４のＳＴＬデータに基づき作成された造形用データに対して、図３のスパッタ粒子のサイズの位置と面積を除く補正を行った造形用データを模式的に表した平面図。
【図６】図５の補正を加えた造形用データによって層形成を実行した状態を模式的に表した平面図。
【図７】大きなスパッタ粒子の場合において図５の補正を加えた造形用データによって層形成を実行した状態を模式的に表した平面図。
【図８】同実施形態１に係る三次元造形装置で付着物に対する層形成の制御の実行を説明するフローチャート。
【図９】従来の問題点を説明する図で、形成した第１の層に対してレーザーを照射した場合に発生するスパッタ粒子の飛散の様子を模式的に表す側断面図。
【図１０】従来の問題点を説明する図で、形成した第１の層の表面にスパッタ粒子が付着する様子を模式的に表す側断面図。
【図１１】従来の問題点を説明する図で、形成した第１の層の上面に次層となる第２の層を形成していく場合の問題点を模式的に表す側断面図。
【図１２】従来の問題点を説明する図で、層形成部で形成する層厚とスパッタ粒子の最大粒径Ｌ及び最終造形物の表面粗さＳｚとの関係を説明するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態に係る三次元造形装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の説明では、最初に図１及び図２に基づいて実施形態１に係る三次元造形装置の全体構成を説明する。次に、同実施形態１に係る三次元造形装置よって三次元造形物を製造する過程で生じたスパッタ粒子の一つについて図３Ａ及び図３Ｂに基づいて説明し、検出されたスパッタ粒子の情報に基づいて、次層の形成に際してのデータ処理について図４及び図５を含めて説明し、補正データによる層形成について図６と図７に基づいて説明し、全体の処理について図８のフローチャートにより説明する。  
続いて、従来の問題点を表す図９、図１０、図１１及び図１２との対比で本発明の実施形態１に係る三次元造形装置の効果を説明する。  
最後にこれら二つの実施形態と部分的構成を異にする他の実施形態について言及する。
【００１９】
◆◆◆実施形態１◆◆
（１）三次元造形装置の全体構成（図１、図２参照）
本実施形態の係る三次元造形装置１は、粉末３と溶媒５とバインダー７とを含む組成物９の層１１を第１の層、第２の層、…第ｎの層と順次形成して行くことで多層構造の三次元造形物を製造する装置である。ここで、粉末３は溶融固化又は焼結されて三次元造形物となる造形用材料である。溶媒５は組成物９をペースト状にするための成分である。バインダー７は後述する層形成部１３によって組成物９がステージ３１上に吐出されて形成される層１１の形状を保つための保形用成分である。
【００２０】
この三次元造形装置１は、ステージ３１上に組成物９の層１１を形成する層形成部１３と、層１１中の溶媒５を揮発させる溶媒揮発部１５と、層１１中の粉末３を溶融又は焼結させるレーザー照射部１７と、を備えることによって基本的に構成されている。  
そして、本実施形態に係る三次元造形装置１は、層１１の表面に存在する付着物２３（図２）を検出可能な検出部１９を備える。この検出部１９がレーザー照射部１７によるレーザーＥの照射後に層１１の表面に存在する付着物２３（図２）を検出した場合、層形成部１３は、検出部１９により検出された付着物２３の情報に応じて、層形成部１３が次の層１１を形成する際の条件を変えるように制御部２によって制御される。  
検出部１９は、図１のようにレーザー照射部１７部分に配置してもよいし、図２のように層形成部１３部分に配置してもよい。
【００２１】
＜粉末＞
ここで、粉末３としては、金属粉末やセラミックス粉末が一例として使用できる。金属粉末としては、各種金属や金属化合物等の粒状ないし粉末状の粒子が使用できる。  
具体的には、アルミニウム、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼等の各種金属、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコン、酸化錫、酸化マグネシウム、チタン酸カリウム等の各種金属酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム等の各種金属水酸化物、窒素珪素、窒素チタン、窒化アルミニウム等の各種金属窒化物、炭化珪素、炭化チタン、窒化アルミニウム等の各種金属窒化物、炭化珪素、炭化チタン等の各種金属炭素残渣、硫化亜鉛等の各種金属硫化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の各種金属の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム等の各種金属の硫酸塩、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム等の各種金属のケイ酸塩、リン酸カルシウム等の各種金属のリン酸塩、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸マグネシウム等の各種金属のホウ酸塩や、これらの複合化合物等、石膏（硫酸カルシウムの各水和物、硫酸カルシウムの無水物）等の粉末が使用できる。
【００２２】
＜溶媒＞
溶媒５は、例えば、蒸留水、純水、ＲＯ水等の各種水の他、メタノール、エタノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、オクタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）等のエーテル類（セロソルブ類）、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ギ酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ペンタン、ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の環式炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキシルベンゼン、ヘブチルベンゼン、オクチルベンゼン、ノニルベンゼン、デシルベンゼン、ウンデシルベンゼン、ドデシルベンゼン、トリデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン等の長鎖アルキル基及びベンゼン環を有する芳香族炭火水素類、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドンのいずれか一つを含む芳香族複素環類、アセトニトクル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等のアミド類、カルボン酸塩又はその他の各種油類等が挙げられる。
【００２３】
＜バインダー＞
バインダー７としては、前述した溶媒５に可溶であれば、限定されない。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂、合成樹脂等を用いることができる。また、例えば、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。  
また、可溶状態でなく、上述したアクリル樹脂などの樹脂の微小な粒子の状態で、前述した溶媒５中に分散させるようにしてもよい。  
因みに、本実施形態では粉末３として金属粉末であるＳＵＳ３１６Ｌ（Ｄ５０＝直径３μｍ）を使用し、溶剤５としてプロピレングリコール（ＰＧ）、バインダー７としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を一例として使用した。また、これらを混ぜてペースト状の組成物９にしたときの体積比率を一例として粉末３が３０ｖｏｌ％、溶媒５が６８ｖｏｌ％、バインダー７が２ｖｏｌ％とした。
【００２４】
＜付着物＞
付着物２３としては、図９に表すように、レーザー照射部１７で照射されるレーザーＥによる溶融時に造形用材料の粉末３にレーザーを照射したときに飛散するスパッタ粒子２３（同じ符号２３を用いる）が挙げられる。  
図１０に表すように、スパッタ粒子２３は、レーザー照射後の層１１（例えば第１の層１１Ａ）の表面に付着する。この付着状態のまま次層となる例えば第２の層１１Ｂの積層工程に移行すると、図１１に表すように、第２の層１１Ｂ内にスパッタ粒子２３が存在する状態で第２層１１Ｂが積層される。この状態でレーザーＥを照射する処理を行うと、スパッタ粒子２３は、次層（第２の層１１Ｂ）のレーザー照射時にほとんどが溶融して無くなるが、大きいスパッタ粒子２３の中には次層（第２の層１１Ｂ）の形成時にレーザー照射によって溶融しきれず凸部として成長して更に大きくなるものがある。  
更に、次層（第２の層１１Ｂ）の形成の際にも新たにスパッタ粒子が飛散してその表面に付着する。この繰り返しにより、三次元造形物の外表面に凹凸として現われ、面粗度の低下をもたらす要因となってしまう。  
図１２は、層形成部１３で形成する一層の層１１の層厚Ｔとスパッタ粒子２３の最大粒径Ｌ及び最終造形物の表面粗さＳｚとの関係を説明するグラフである。このグラフから、一層の層１１の層厚Ｔを大きくすると、出来るスパッタ粒子２３の最大粒径Ｌも大きくなり、最終造形物の表面粗さＳｚも大きくなると言える。
【００２５】
また、本実施形態では、図１に表すように、層形成部１３と溶媒揮発部１５とレーザー照射部１７は、窒素ガスＮ２の導入部２５と排気部２７とを備えた密閉された筐体２９内に収容されている。  
また、筐体２９内には組成物９の層１１を支持するステージ３１が配置されている。ステージ３１は、層形成部１３と溶媒揮発部１５とレーザー照射部１７との間を順番に移動できるよう、図示しない搬送手段によって送り方向Ｘの順方向Ｘ１と、戻し方向Ｘ２と、に自由に移動できるように構成されている。
【００２６】
＜層形成部＞
層形成部１３には、ステージ３１の送り方向Ｘと交差する走査方向Ｙと層１１の積層方向Ｚとに移動可能な描画ヘッド３５を備えるディスペンサー３３が設けられている。また、本実施形態では層形成部１３は、図１中、左端の送り方向Ｘの上流位置に配置されている。  
層形成部１３には、粉末３と溶媒５とバインダー７とを含むペースト状の組成物９が供給され、描画ヘッド３５の走査方向Ｙへの走査と、ステージ３１の送り方向Ｘへの移動と、によって所定の位置に描画ヘッド３５を移動させて、その吐出口３７からペースト状の組成物９を吐出することによって所定の描画パターンから成る層１１（例えば第１の層１１Ａ）を形成する。また、一つの層１１が形成されたら、層１１の厚さ分、積層方向Ｚに描画ヘッド３５を上昇させて次層１１（例えば第２の層１１Ｂ）の形成に移行する。
【００２７】
＜溶媒揮発部＞
溶媒揮発部１５は、溶媒５を乾燥させて揮発させる部位である。溶媒揮発部１５には、一例としてライン状ランプヒーター３９が設けられており、溶媒揮発部１５に移動してきたステージ３１上の層１１に対して、ライン状ランプヒーター３９からの熱が作用して溶媒５を揮発させる。  
本実施形態では、図１に表すように溶媒揮発部１５は、層形成部１３に隣接する送り方向Ｘの下流位置に配置されている。動作は、ライン状ランプヒーター３９の下を、ステージを一方向に送ってもよいし、往復動作を繰り返してもよい。これにより、溶媒揮発部１５はレーザー照射部１７によるレーザー照射が行われる前に層１１に作用して層１１中の溶媒５を揮発させる。  
本実施形態では、図１に表すように溶媒揮発部１５は、層形成部１３に隣接する送り方向Ｘの下流位置に配置されている。これにより、溶媒揮発部１５はレーザー照射部１７によるレーザー照射が行われる前に層１１に作用して層１１中の溶媒５を揮発させる。
【００２８】
＜レーザー照射部＞
レーザー照射部１７は、制御部２から送信される制御信号に基づいて照射されるレーザー光Ｅを層１１中の粉末３（バインダー７を含む）に作用させて、粉末３を溶融又は焼結させる部位である。レーザー照射部１７には、一例として所定出力のレーザー光Ｅを発振させるレーザー発振器４１と、レーザー発振器４１から発振されたレーザー光Ｅの光路上に設けられ、レーザー光Ｅをステージ３１上の層１１に導くガルバノミラー４３と、を備えるレーザー照射装置が設けられている。  
尚、ガルバノミラー４３は、レーザー光Ｅに対する反射角度が変更できるように構成されており、該ガルバノミラー４３の反射角度を調節することによって前記レーザー光Ｅを走査方向Ｙに自由に走査できるように構成されている。  
尚、本実施形態で使用するレーザー照射装置としては特に限定はないが、特にファイバーレーザーが金属の吸収効率が高い利点を有することから好適なレーザー照射装置として使用可能である。
【００２９】
＜検出部＞
検出部１９はレーザー照射部１７によるレーザーＥの照射後に層１１の表面に存在する付着物２３（図２）の情報を検出するものである。本実施形態では、検出部１９は、付着物の位置とサイズを検出可能な画像カメラが使われている。ここで、付着物２３の位置はステージ３１上のＸＹ方向の位置であり、付着物２３のサイズは付着物２３の大小に関する物理量である。  
本実施形態では、付着物２３の情報は、該付着物２３の前記位置とサイズである。ここで「サイズ」とは、付着物２３の平面視におけるＸ方向及びＹ方向の長さ情報、及び前記Ｘ方向及びＹ方向と直交するＺ方向となる高さ情報で定まる大きさを意味する。後述する図３Ａ及び図３Ｂに表した付着物２３は小さいサイズの一例であり、図６及び図７に表した付着物２３は異なるサイズの一例である。
【００３０】
＜制御部＞
制御部２は、検出部１９がレーザー照射部１７によるレーザーＥの照射後に層１１の表面に存在する付着物２３（図２）を検出した場合、層形成部１３が、検出部１９により検出された付着物２３の情報に応じて、  
（１）  付着物２３が存在する領域を除いて組成物９による層１１を形成すること、  
（２）  付着物２３が存在する領域を含めて組成物９による層１１を形成すること、  
を切り換えるように制御される。  
後述するように、付着物２３が、層形成部１３によって形成される一層の層厚Ｔ（図６）と同じサイズかそれより小さいサイズである場合は、そのまま付着物２３が存在する領域を含めて組成物９による層１１を形成しても次のレーザー照射の際にほとんどが埋没する状態で平坦化し、三次元造形物の最終的な外表面の状態が粗くなるという問題は生じにくいからである。
【００３１】
本実施形態では、制御部２は、付着物２３が、層形成部１３によって形成される一層の層厚Ｔより大きいサイズの場合に、層形成部１３によって前記（１）の「除いた」層形成を行い、層厚Ｔと同じサイズ又は小さいサイズの場合には、前記（２）の「含めた」層形成を行うように制御する。  
付着物２３が、層形成部１３によって形成される一層の層厚Ｔと同じサイズ又は小さいサイズである場合には、そのままで組成物９による次層を形成しても該付着物による問題はほとんど生じないことが確認された。  
本実施形態によれば、付着物２３が、形成される層１１の層厚Ｔより大きいサイズである場合には、前記（１）の「除いた」層形成を行うが、そうではないサイズの場合は（２）の「含めた」層形成を行うので、（２）の場合は通常通りとなり、制御処理の負荷増加を抑制することができる。
【００３２】
次に、制御部２が上記制御を実行するための制御システム構成を図２に基づいて説明する。  
図２に表したように、検出部１９は画像処理部４と接続され、画像処理部４は判断部６と接続され、判断部６は制御部２と接続されている。  
画像カメラである検出部１９が付着物２３の情報を検出すると、その画像情報は画像処理部４に送られる。画像処理部４は前記画像情報を付着物２３の位置とサイズの情報に変換する。続いて付着物２３の位置とサイズ（高さ、面積）の情報は判断部６に送られる。判断部６は、送られた付着物２３の位置とサイズ情報（図３Ａ、図３Ｂ）と、予め設定された基準となる位置とサイズ（図４）を基に判断して、前記（１）の「除いた」層形成と、前記（２）の「含めた」層形成とを切り換える制御を行う。
【００３３】
前記（１）の「除いた」層形成を行う場合について具体的に説明する。  
先ず、図３Ａに対応する画像情報を画像処理部４で２値化して付着物２３の「中心位置」と「大きさ」を演算してメモリー（図示せず）に記憶する。そして、図４に表した、造形用の次の層１１の吐出位置に対応するＳＴＬ（Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒｐｈｙ）データに基づき作成された造形用データ８の補正前のデータＤｉに対して、判断部６により、付着物２３が存在する領域を除いて組成物９による層１１を形成するために、付着物２３の位置情報と付着物２３の平面視におけるＸ方向及びＹ方向の長さ情報から補正を行い、補正後の造形用補正データＤｃを作る（図５）。この補正後のデータＤｃに基づいて、層形成を実行する（図６）。前記「造形用補正データＤｃ」は、造形用の次の層１１の吐出位置に対応する補正前データＤｉから付着物２３の中心位置ＸＹ座標と大きさ（例えば、平面視におけるＸ方向及びＹ方向の長さ情報から求めた面積や、平面視における投影面積）を減じる演算を行って作られる。  
図６に表したように、付着物２３の領域には組成物９は存在しないので、この状態でレーザー照射を行えば、大きいスパッタ粒子が次層の形成時に成長して更に大きくなるといった従来の問題は生じにくくなっている。
【００３４】
前記（２）の「含めた」層形成を行う場合については、前記補正なしで通常通りであるので、その説明は省略する。  
尚、制御部２は、三次元造形時に、送られる前記ＳＴＬデータに基づいて作成されたツールパスデータにより、レーザーＥをガルバノミラー４３によって所定のパターンにスキャン可能になっている。この場合、造形用データ８のデータＤｉとツールパスデータは共通のデータとして用いることもできる。
【００３５】
付着物２３を検出した後のレーザー照射の仕方について説明する。  
付着物２３が存在する領域を除いて組成物９による層１１を形成した後、レーザー照射部１７によるレーザーＥは、付着物２３と組成物９による層１１の両方の領域に対して照射する。即ち、付着物２３は再溶融させる。  
このようにすると、付着物２３と組成物９による層１１の両者の間に境界ができることがなく、一様な品質の三次元造形を行うことができる。
【００３６】
付着物２３が存在する領域を除いて組成物９による層１１を形成した後、レーザー照射部１７によるレーザーＥは付着物２３には照射せず、組成物９による層１１の領域に対して照射するようにしてもよい。  
このようにすると、レーザー照射部１７のエネルギーを節約することができる。
【００３７】
（２）三次元造形装置による三次元造形物の製造（図１〜図８参照）
本実施形態に係る三次元造形装置による造形工程を、一つの層形成工程と、溶媒揮発工程と、レーザー照射工程と、付着物が在る層に対する次の層形成工程に分けて説明する。
（Ａ）一つの層形成工程（図１参照）
層形成工程は、粉末３と溶媒５とバインダー７とを含む組成物９の層１１を形成する工程である。  
即ち、図１に表すようにステージ３１を層形成部１３の層１１の形成開始位置に位置させ、ステージ３１を送り方向Ｘに移動させ、描画ヘッド３５を走査方向Ｙに走査させながら描画ヘッド３５の吐出口３７から粉末３、溶媒５、バインダー７を含むペースト状の組成物９を吐出することによって所定の描画パターンから対応する一層の層１１を形成する。  
尚、層１１の形成に先立って、筐体２９を密閉状態にし、窒素ガスＮ２が置換できる状態にしておく。
【００３８】
（Ｂ）溶媒揮発工程（図１参照）
溶媒揮発工程は、前記形成された層１１中の溶媒５を揮発させる工程である。  
即ち、図１に表すように、ステージ３１を送り方向Ｘの下流位置に所定距離移動して溶媒揮発部１５の溶媒揮発開始位置に位置させ、ステージ３１を送り方向Ｘに移動させながらライン状ランプヒーター３９の熱をステージ３１上の層１１に当て、これにより層１１中の溶媒５を乾燥させて揮発させる。  
尚、走査方向Ｙに延びるライン状ランプヒーター３９の長さは、層１１の幅（走査方向Ｙの長さ）を賄える長さに設定されているため、本実施形態では溶媒揮発部１５の走査方向Ｙへの走査は行っていない。
【００３９】
（Ｃ）レーザー照射工程（図１参照）
レーザー照射工程は、溶媒５が揮発した層１１中の粉末３にレーザー光Ｅを照射して溶融又は焼結させる工程である。  
即ち、図１に表すように、ステージ３１を送り方向Ｘの下流位置に所定距離移動してレーザー照射部１７のレーザー光Ｅの照射開始位置に位置させ、ステージ３１を送り方向Ｘに移動させながらガルバノミラー４３を揺動させてレーザー光Ｅを走査方向Ｙに走査させながらステージ３１上の層１１に当てて層１１中の粉末３を溶融又は焼結させる。  
尚、前記レーザー照射により、図９及び図１０に表すように、レーザー照射処理後の層１１の表面には、付着物（スパッタ粒子）２３が付着した状態になる。
【００４０】
（Ｄ）付着物が在る層に対する次の層形成工程（図２、図６、図８）
図８に表したフローチャートに基づいて説明する。  
ステップ１で、層形成部１３により、ステージ３１上に、ＳＴＬデータに基づいて作成される造形用データ８に対応する位置（ＸＹ座標位置）に層１１を吐出形成する。次にステップＳ２に進む。造形用データ８としては、例えばビットマップデータなどが挙げられる。  
ステップ２で、前記層１１にレーザー照射を行い原料粉末を溶融処理する。次にステップＳ３に進む。  
ステップ３で、検出部１９により、レーザー照射後の層表面に存在する付着物（スパッタ粒子）２３の検出を行う。次にステップＳ４に進む。  
ステップＳ４で、付着物２３のサイズが層厚Ｔより大きいか否かを判断する。「Ｙｅｓ」である場合は、ステップＳ５に進む。一方、「Ｎｏ」である場合はステップＳ８に進む。  
ステップＳ５で、前記補正データ（図５）による層形成を行う。即ち、付着物２３が存在する領域を除いて組成物９による層１１を形成する（図６）。次にステップＳ６に進む。  
ステップＳ６で、図６の状態の層１１に対してレーザー照射を行う。レーザー照射により図６の付着物２３は平坦化された層１１中に埋没状態になる。しかし、直前のレーザー照射によって新たな付着物２３が発生して次の新たな層表面に付着することになるが、その説明は上記と同様になるので省略する。次にステップＳ７に進む。  
ステップＳ７で、造形終了である場合は、最終の終了に進む。造形終了でない場合はステップＳ３に戻り、同様のステップを順次繰り返す。  
説明を遡って、ステップＳ４で、「Ｎｏ」である場合の次のステップＳ８では、付着物２３が存在する領域を含めて組成物による層を形成する。即ち、通常の層形成となる前記（２）の「含めた」層形成を行う。次にステップＳ６に進む。  
以下、同様の動作を積層する層１１の数に応じて繰り返すことによって多層構造の三次元造形物が造形される。
【００４１】
図７は、図６の説明より大きなスパッタ粒子が存在した場合を表している。  
ステップＳ５で、図５に相当する補正データによる層形成が行われても、層厚Ｔは通常は一定であるので、付着物２３の層表面からの突出量は大きい。この場合は、ステップＳ６、ステップＳ７、ステップＳ３に続くステップＳ４で、再び「Ｙｅｓ」の方向に進むことになる。その後のステップでは、この大きな付着物もレーザー照射を受けて平坦化された層１１中に埋没状態になる。
【００４２】
（３）本実施形態に係る三次元造形装置の効果（図３Ａ−図８及び、図９−図１１参照）
図９から図１１に表した従来の三次元造形装置によって造形工程を進め、レーザー照射後に層１１（例えば第１の層１１Ａ）の表面にスパッタ粒子２３が付着した状態で、次層１１（例えば第２の層１１Ｂ）の形成を開始すると、図１１に表すように、第２の層１１Ｂ内にスパッタ粒子２３が存在する状態で第２層１１Ｂが積層される。この状態でレーザーを照射する処理を行うと、スパッタ粒子が成長して三次元造形物の外表面に凹凸となって現れて面粗度が低下してしまう。
【００４３】
これに対し、本実施形態では、レーザー照射後に検出部１９によって付着物２３の存在が検出された場合、前記（１）の「除いた」層形成と、前記（２）の「含めた」層形成と、を切り換えて実行されるようになっている。層厚Ｔより大きな付着物が存在した場合は、前記（１）の「除いた」層形成が行われるので、大きいスパッタ粒子が次層の形成時に成長して更に大きくなるといった従来の問題は生じにくい。  
従って、本実施形態に係る三次元造形装置によれば、レーザー照射によって出来たスパッタ粒子２３に起因する三次元造形物の最終的な外表面の面粗度の低下を低減することが可能になる。
【００４４】
［他の実施形態］
本発明に係る三次元造形装置は、以上に説明した構成を有することを基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略等を行うことも勿論可能である。  
また、前述したようにステージ３１を送り方向Ｘに移動させることによって層形成部１３、溶媒揮発部１５、レーザー照射部１７の各処理部の各処理を順番に実行させる構成に限らず、ステージ３１側を固定して層形成部１３、溶媒揮発部１５、レーザー照射部１７の３つの処理部側をステージ３１に向けて移動させたり退避させる構成にすることが可能である。また、ステージ３１側と、前記各処理部１３、１５、１７との双方を移動可能に構成することも可能である。
【００４５】
また、複数の層１１を積層する場合に必要になる積層方向Ｚへの移動手段は、前記各処理部１３、１５、１７に対して設ける他、ステージ３１側に設けたり、これらの各処理部１３、１５、１７と、ステージ３１側の双方に設けることが可能である。  
また、レーザー照射部１７でのレーザー光Ｅの照射等によって溶媒５の揮発が併せて実行できるときには、溶媒揮発部１５を三次元造形装置１の構成から省略することが可能であり、前述した溶媒揮発工程を三次元造形物の製造工程から省略することが可能である。
【００４６】
また、前記３つの処理部１３、１５、１７は、直線状に配置する他、ループ状に配置することが可能である。この場合には、ステージ３１を往復移動させることなく、一定の方向にループ状に移動させることで前記各処理部１３、１５、１７の処理を連続的に実行することが可能になる。
【００４７】
また、描画ヘッド３５は、ディスペンサー３３の他、粉末３と熱可塑性のバインダー７とを含む組成物９である場合には、熱溶融させてノズルから射出する熱溶融方式のヘッドを用いることが可能である。
【００４８】
層形成部１３は、造形対象である三次元造形物の積層方向における外表面に対応する最終層の手前となる数層については、描画ヘッド３５からの吐出によって形成される層１１の層厚は、前記数層より以前の層１１の層厚よりも小さくしてもよい。  
これにより、造形対象である三次元造形物の最終の外表面の寸法精度及び表面滑かさの精度を容易に向上することが可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
１…三次元造形装置、３…粉末、５…溶媒、７…バインダー、９…組成物、１１…層、
１３…層形成部、１５…溶媒揮発部、１７…レーザー照射部、１９…検出部、
２３…スパッタ粒子（付着物）、２５…導入部、２７…排気部、２９…筺体、
３１…ステージ、３３…ディスペンサー、３５…描画ヘッド、３７…吐出口、
３９…ライン状ランプヒーター、４１…レーザー発振器、４３…ガルバノミラー、
Ｘ…送り方向、Ｙ…走査方向、Ｚ…積層方向、Ｎ２…窒素ガス、Ｅ…レーザー光、
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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