(57)【要約】  本発明のレーザ加熱制御機構は、３次元造形において、簡単な操作で適切な予熱や後熱の調整をする機構である。レーザ加熱制御機構（１００）は、加熱対象物（１１０）を予熱または後熱ためのレーザ加熱制御機構（１００）であって、レーザ光を伝送して開口端面（１０１ａ）から放射する光ファイバ（１０１）と、開口端面（１０１ａ）から放射されたレーザ光を加熱対象物（１１０）上に集光するコリメート光学系（１０２）と、レーザ光が加熱対象物（１１０）上を所定のビーム径で照射するように、レーザ光の照射軸に沿った、開口端面とコリメート光学系との距離を調整する照射範囲調整機構（１０３）と、を備える。
2016151740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱対象物を予熱または後熱ためのレーザ加熱制御機構であって、  レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、  前記開口端面から放射された前記レーザ光を加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、  前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系との距離を調整する照射範囲調整機構と、  を備えるレーザ加熱制御機構。
【請求項２】
前記照射範囲調整機構は、固定された前記開口端面に対して、前記コリメート光学系の位置を調整する、請求項１に記載のレーザ加熱制御機構。
【請求項３】
前記レーザ光は、前記加熱対象物を溶融する溶融用レーザ光よりもエネルギーが低い、予熱用レーザ光または後熱用レーザ光である、請求項１または２に記載のレーザ加熱制御機構。
【請求項４】
前記コリメート光学系と前記加熱対象物との間にあって、前記レーザ光の前記加熱対象物上の集光位置を調整する集光位置調整機構、をさらに備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ加熱制御機構。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ加熱制御機構と、  前記加熱対象物を溶融するための溶融用レーザ加熱制御機構と、を有する３次元造形装置。
【請求項６】
レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、前記開口端面から放射された前記レーザ光を、加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、を備え、加熱対象物を予熱するまたは後熱するためのレーザ加熱機構におけるレーザ加熱制御方法であって、  前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系との距離を調整する照射範囲調整ステップと、  前記コリメート光学系と前記加熱対象物との間にある反射鏡によって、前記レーザ光の前記加熱対象物上の集光位置を調整する集光位置調整ステップと、  を含むレーザ加熱制御方法。
【請求項７】
レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、前記開口端面から放射された前記レーザ光を、加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、を備え、加熱対象物を予熱するまたは後熱するためのレーザ加熱機構におけるレーザ加熱制御プログラムであって、  前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系との距離を調整する照射範囲調整ステップと、  前記コリメート光学系と前記加熱対象物との間にある反射鏡によって、前記レーザ光の前記加熱対象物上の集光位置を調整する集光位置調整ステップと、  をコンピュータに実行させるレーザ加熱制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、３次元造形装置における予熱用または後熱用のレーザ加熱の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】  上記技術分野において、特許文献１には、レーザ光をコリメート用のレンズで平行光とし、その後、焦点位置調整用のレンズで集光して、光硬化性樹脂を照射して光造形を行なう技術が開示されている。また、特許文献２には、１つのレーザ光を異なる凸レンズで高エネルギーレーザー光と低エネルギーレーザーとに分割して、高エネルギーレーザー光を金属粉の溶融用に使用し、低エネルギーレーザー光を金属粉の予熱用または後熱用に使用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】特開平１０−１２８８５４号公報
【特許文献２】特開２００２−０６９５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、上記特許文献１に記載の技術を予熱や後熱に必要となるレーザ光の照射範囲の調整に適用すると、コリメート用のレンズおよび焦点位置調整用のレンズの調整が必要であり、利便性が悪い。また、特許文献２に開示の技術では、予熱、溶融および後熱の調整が一体であり、簡単な操作で適切な予熱や後熱の調整をすることができなかった。【０００５】  本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  上記目的を達成するため、本発明に係る機構は、  加熱対象物を予熱または後熱ためのレーザ加熱制御機構であって、  レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、  前記開口端面から放射された前記レーザ光を加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、  前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系との距離を調整する照射範囲調整機構と、  を備える。【０００７】  上記目的を達成するため、本発明に係る３次元造形装置は、  上記記載のレーザ加熱制御機構を有する。【０００８】  上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、  レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、前記開口端面から放射された前記レーザ光を、加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、を備え、加熱対象物を予熱するまたは後熱するためのレーザ加熱機構におけるレーザ加熱制御方法であって、  前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系との距離を調整する照射範囲調整ステップと、  前記コリメート光学系と前記加熱対象物との間にある反射鏡によって、前記レーザ光の前記加熱対象物上の集光位置を調整する集光位置調整ステップと、  を含む。【０００９】  上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、  レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、前記開口端面から放射された前記レーザ光を、加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、を備え、加熱対象物を予熱するまたは後熱するためのレーザ加熱機構におけるレーザ加熱制御プログラムであって、  前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系との距離を調整する照射範囲調整ステップと、  前記コリメート光学系と前記加熱対象物との間にある反射鏡によって、前記レーザ光の前記加熱対象物上の集光位置を調整する集光位置調整ステップと、  をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、３次元造形において、簡単な操作で適切な予熱や後熱の調整をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るレーザ加熱制御機構の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る予熱用または後熱用レーザ加熱制御機構の構成を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態に係る予熱用または後熱用レーザ加熱制御機構の原理を説明する図である。
【図３Ｂ】前提技術に係るレーザ加熱制御機構の原理を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る加熱対象物上のビーム径を説明する図である。
【図５Ａ】本発明の第２実施形態に係るレーザ加熱アッセンブリの構成を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の第２実施形態に係るレーザ加熱アッセンブリを有する３次元造形装置の構成を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第２実施形態に係る３次元造形装置を含む３次元造形システムの構成を示すブロック図である。
【図６Ｂ】本発明の第２実施形態に係るレーザ加熱制御部の構成を示すブロック図である。
【図７Ａ】本発明の第２実施形態に係るレーザ加熱制御部が使用するデータの構成を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の第２実施形態に係るレーザ加熱制御部が使用するデータの構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るレーザ加熱制御部の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３実施形態に係るレーザ加熱アッセンブリの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素は単なる例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】  ［第１実施形態］  本発明の第１実施形態としてのレーザ加熱制御機構１００について、図１を用いて説明する。レーザ加熱制御機構１００は、加熱対象物を予熱または後熱するための機構である。
【００１４】  図１に示すように、レーザ加熱制御機構１００は、光ファイバ１０１と、コリメート光学系１０２と、照射範囲調整機構１０３と、を含む。光ファイバ１０１は、レーザ光を伝送して開口端面１０１ａから放射する。コリメート光学系１０２は、開口端面１０１ａから放射されたレーザ光を加熱対象物１１０上に集光する。照射範囲調整機構１０３は、レーザ光が加熱対象物１１０上を所定のビーム径で照射するように、レーザ光の照射軸に沿った、開口端面１０１ａとコリメート光学系１０２との距離Ｄを調整する。
【００１５】  本実施形態によれば、３次元造形において、１つのコリメート光学系により加熱対象物上のレーザ光のビーム径を制御するので、簡単な操作で適切な予熱や後熱の調整をすることができる。
【００１６】  ［第２実施形態］  次に、本発明の第２実施形態に係るレーザ加熱制御機構とそれを使用する３次元造形装置について説明する。本実施形態に係るレーザ加熱制御機構は、複数レンズで構成された１つのコリメート光学系の位置を、レーザ光を伝送する光ファイバの開口端面との距離を調整するように移動することによって、予熱または後熱する加熱対象物の表面におけるビーム径を制御する。また、コリメート光学系と加熱対象物の表面との間に、固定反射鏡と可動反射鏡を設け、可動反射鏡の回転位置を調整することにより、ビーム位置を制御する。また、ビーム径が所望の径に満たない場合は、可動反射鏡によりビームを振ることで所望のビーム径を確保する。さらに、加熱対象物の材料や造形物、積層厚さ、ビーム径や走査速度などを考慮して、レーザ光の強度を制御する。
【００１７】  《予熱または後熱用レーザ加熱制御機構》  （構成）  図２は、本実施形態に係る予熱用または後熱用レーザ加熱制御機構２００の構成を示す図である。本実施形態に係る予熱用または後熱用レーザ加熱制御機構２００は、レーザ光で材料を溶融しながら３次元造形物を生成する３次元造形装置において、溶融用レーザ加熱制御機構とは別に設けた予熱または後熱用の制御機構である。なお、図２には、レーザ光発振器は図示されていないが、発振されるレーザ光は、加熱対象物を溶融する溶融用レーザ光よりもエネルギーが低い、予熱用レーザ光または後熱用レーザ光である。
【００１８】  予熱用または後熱用レーザ加熱制御機構２００は、光ファイバ２０１と、コリメート光学系２０２と、固定反射鏡２０３と、第１可動反射鏡２０４と、第２可動反射鏡２０５と、を備える。光ファイバ２０１は、レーザ光発振器から発振されたレーザ光を伝送して、開口端面からコリメート光学系２０２に放射する。コリメート光学系２０２は、光ファイバ２０１の開口端面から放射されたレーザ光をコリメートする。固定反射鏡２０３は、コリメート光学系２０２でコリメートされたレーザ光の方向を垂直方向から水平方向に反射する。第１可動反射鏡２０４および第２可動反射鏡２０５は、固定反射鏡２０３からの水平方向のレーザ光を、加熱対象物２１０の溶融位置と関連する予熱または後熱位置に向けて反射する。
【００１９】  また、予熱用または後熱用レーザ加熱制御機構２００は、レーザ光を加熱対象物２１０の予熱または後熱位置に集光するために、コリメート光学系２０２の位置と、第１可動反射鏡２０４および第２可動反射鏡２０５の角度を調整するレーザ加熱制御部２２０を備える。レーザ加熱制御部２２０は、ソフトウェアで制御されるものであっても、ハードウェアで構成されたものであっても、マイクロプログラムで制御される１チップＩＣであってもよい。レーザ加熱制御部２２０は、コリメート光学系駆動部２３０を制御してコリメート光学系２０２を移動させ、光ファイバ２０１の開口端面との距離を調整することにより、加熱対象物２１０上の予熱または後熱のレーザ光のビーム径を設定する。また、レーザ加熱制御部２２０は、第１可動反射鏡駆動部２４０を制御して第１可動反射鏡２０４を回転させ、レーザ光の加熱対象物２１０上のビーム位置を図２において左右方向に移動することにより、加熱対象物２１０上の予熱または後熱のレーザ光のビーム位置を設定する。また、レーザ加熱制御部２２０は、第２可動反射鏡駆動部２５０を制御して第２可動反射鏡２０５を回転させ、レーザ光の加熱対象物２１０上のビーム位置を図２において紙面の前奥方向に移動することにより、加熱対象物２１０上の予熱または後熱のレーザ光のビーム位置を設定する。
【００２０】  なお、図２においては、コリメート光学系２０２を３枚のレンズにより構成しているが、これに限定されない。１枚のレンズにより実現しても、他の枚数のレンズで実現してもよい。
【００２１】  （前提技術）  図３Ａを参照して、本実施形態における１つのコリメート光学系によるレーザ光のビーム径の設定を説明する前に、従来から行なわれてきたレーザ光のビーム径を設定する前提技術を説明する。
【００２２】  図３Ｂは、前提技術に係るレーザ加熱制御機構の原理を説明する図である。図３Ｂにおいては、２つの光学系によってレーザ光から所定のビーム径を設定する。２つの光学系は、光ファイバ３０１の開口端面から放射された開口数(Numerical Aperture:ＮＡ)を有するレーザ光から平行光を生成するためのコリメート光学系３０２と、平行光を集光するための集光光学系３０３と、である。
【００２３】  かかる２つの光学系によるレーザ光のスポット化においては、光ファイバ３０１の開口端面のコア径ｃと、スポット径ｄとの比は、光ファイバ３０１の開口端面からコリメート光学系３０２までの距離Ｌf1と、集光光学系３０３からスポット位置までの距離Ｌf2との比と同じである。
【００２４】  しかしながら、図３Ｂのレーザ光の集光機構においては、光ファイバ３０１の開口端面からスポット位置までの間に２つの光学系を設けるため、ある長さ以上の距離を必要とする。また、同じスポット位置でのスポット径を調整するためには、２つの光学系の変更や複雑な位置調整が必要となり、簡単な操作で適切な予熱や後熱の調整をすることができない。
【００２５】  （原理）  図３Ａは、本実施形態に係る予熱用または後熱用レーザ加熱制御機構２００の原理を説明する図である。図３Ａにおいては、１つの光学系によってレーザ光から所定のビーム径を設定する。１つの光学系は、光ファイバ２０１の開口端面から放射されたＮＡを有するレーザ光から集光する光を生成するためのコリメート光学系２０２である。
【００２６】  かかる１つの光学系によるレーザ光のスポット化においては、光ファイバ２０１の開口端面からコリメート光学系２０２までの距離Ｄを調整することによって、加熱対象物２１０上のビーム径ｄを調整することができる。すなわち、本実施形態においては、加熱対象物２１０上のビーム径ｄはスポット径の複雑な調整ではなく、集光しているレーザ光のビーム径が所定の位置に加熱対象物２１０を配置する（レーザ光の集光距離をコリメート光学系２０２の位置で変化させる）ことによって実現する。
【００２７】  （ビーム径）  図４は、本実施形態に係る加熱対象物上のビーム径を説明する図である。図４のように、レーザ光の集光位置を長くすればビーム径が拡大し、レーザ光の集光位置を短くすればビーム径が縮小する。本実施形態においては、ビーム径の短径（ビート幅）を１mm〜４mmで調整するが、これに限定されない。後述するが、ビーム径の長径方向を１０mmや２０mmに拡大する場合には、可動反射鏡２０４，２０５を細かく振ることによって実現する。
【００２８】  なお、図３Ａには、具体的な数値により、光ファイバ２０１の開口端面からコリメート光学系２０２までの距離Ｄと、加熱対象物２１０上のビーム径ｄとの関係を示している。
【００２９】  （ビーム径ｄと光ファイバ開口端面からコリメート光学系間の距離Ｄの関係式）・照射スポット（楕円）の短径近似値ｄs = (Ｌ12+Ｌ22)1/2・途中算出数値Ｌ1 = ｃ×ｍＬ2 = Ｄ×｛ｍ×(ｍ−１)｝×２×ａ／ｍ, Ｄ = ｚ−ｚ0・変数・変数ｚ …ピント調整ステージの座標値[mm]ｚ0 …ピント調整ステージの基準座標[mm]ｍ  = 4.7  …光学系倍率ａ  = 0.1  …ファイバ出射ＮＡ(1/e2)ｃ  = 0.2  …ファイバコア径
【００３０】  《レーザ加熱アッセンブリ》  図５Ａは、本実施形態に係るレーザ加熱アッセンブリ５１０の構成を示す図である。なお、図５Ａにおいて、図２と同様の構成要素には同じ参照番号を付して、説明は省略する。また、図５Ａの構成は一例であり、この構成に限定されない。
【００３１】  レーザ加熱アッセンブリ５１０は、溶融用レーザ加熱制御機構５１１と、本実施形態の予熱または後熱用レーザ加熱制御機構２００とを備える。本実施形態の予熱または後熱用レーザ加熱制御機構２００は、溶融用レーザ加熱制御機構５１１により溶融されるレーザ光のスポット位置と、加熱対象物２１０の材料や走査速度などに基づいて、ビーム径とビーム位置を設定して調整を実行する。
【００３２】  《３次元造形装置》  図５Ｂは、本実施形態に係るレーザ加熱アッセンブリ５１０を有する３次元造形装置５００の構成を示す図である。なお、図５Ａと同様の構成要素には同じ参照番号を付して、説明は省略する。
【００３３】  ３次元造形装置５００は、本実施形態の予熱または後熱用レーザ加熱制御機構２００を備えるレーザ加熱アッセンブリ５１０と、材料供給制御機構５２０としてのリコータと、積層厚さ単位で下降する造形物支持台制御機構５３０と、を有する。
【００３４】  ３次元造形物５４２は、積層厚さ単位で材料を３次元造形物となる範囲を溶融して結合することにより、造形される。図５Ｂには、積層中の３次元造形物５４１が図示されている。
【００３５】  かかる３次元積層造形において、造形速度を上げ、かつ、急激な加熱により発生する問題を防止するために予熱が行なわれる。また、加熱後の急激な冷却により発生する問題を防止するため後熱が行なわれる。
【００３６】  なお、本実施形態の予熱または後熱用レーザ加熱制御機構２００を有する３次元造形装置の構成は、図５Ｂに限定されない。
【００３７】  《３次元造形システム》  図６Ａは、本実施形態に係る３次元造形装置５００を含む３次元造形システム６００の構成を示すブロック図である。なお、図５Ａおよび図５Ｂと同様の構成要素には同じ参照番号を付して、説明は省略する。
【００３８】  ３次元造形システム６００は、本実施形態の予熱または後熱用レーザ加熱制御機構２００を有する３次元造形装置５００と、３次元造形モデルの積層造形ための積層造形データを生成する情報処理装置６１０と、を備える。
【００３９】  情報処理装置６１０は、通信制御部６１１と、積層造形データ生成部６１２と、表示部６１３と、操作部６１４と、３次元造形モデル取得部６１５と、を備える。通信制御部６１１は、３次元造形装置５００あるいは他の装置との通信を制御する。積層造形データ生成部６１２は、３次元造形モデル取得部６１５が取得した３次元造形モデルのデータから３次元造形装置５００が積層造形するための積層造形データを生成する。表示部６１３は、３次元造形モデル取得部６１５が取得した３次元造形モデルや積層造形状態などを仮想空間に生成して表示する。また、処理メニューなども表示する。操作部６１４は、ユーザによる３次元造形モデルのデータの取得や積層造形データの生成部などの指示、あるいは、使用するパラメータなどを入力する。３次元造形モデル取得部６１５は、記憶媒体から、あるいは、通信制御部６１１を介して他の装置から、３次元造形モデルのデータを取得する。
【００４０】  ３次元造形装置５００は、造形制御部６０１と、積層造形部６０２とを備える。造形制御部６０１は、情報処理装置６１０から３次元造形モデルの積層造形データを受信して、積層造形部６０２を制御して、３次元造形物を積層造形する。積層造形部６０２は、材料供給制御機構５２０と、溶融用レーザ加熱制御機構５１１と、本実施形態の予熱または後熱用レーザ加熱制御機構２００と、造形物支持台制御機構５３０と、を備える。そして、本実施形態の予熱または後熱用レーザ加熱制御機構２００は、レーザ加熱制御部２２０と、照射範囲調整機構としてのコリメート光学系２０２と、集光位置調整機構としての可動反射鏡２０４，２０５と、を有する。
【００４１】  なお、図６Ａにおいては、３次元造形モデルのデータは外部で生成されたが、情報処理装置６１０によって生成されてもよい。また、３次元造形装置５００に情報処理装置６１０が組み込まれてもよい。
【００４２】  《レーザ加熱制御部の構成》  図６Ｂは、本実施形態に係るレーザ加熱制御部２２０の構成を示すブロック図である。なお、レーザ加熱制御部２２０は、ソフトウェアで実現されるものであっても、ハードウェアで実現されるものであっても、マイクロプログラムで実行される１チップＩＣで実現されてもよい。
【００４３】  レーザ加熱制御部２２０は、レーザ光強度制御部６２１と、レーザ駆動ドライバ６２２と、コリメート光学系位置制御部６２３と、位置制御ドライバ６２４と、反射鏡角度制御部６２５と、角度制御ドライバ６２６と、角度制御ドライバ６２７と、を有する。
【００４４】  レーザ光強度制御部６２１は、レーザ発振器から発振するレーザの強度を制御する。なお、レーザの強度は、積層造形する加熱対象物の材料、積層厚さ、走査速度、および、加熱対象物上の照射面積などに基づいて、設定される。レーザ駆動ドライバ６２２は、レーザ光強度制御部６２１が設定した強度でレーザ発振器を駆動するドライバである。
【００４５】  コリメート光学系位置制御部６２３は、加熱対象物上の目標照射面積に対応するレーザ光のビーム径を生成するための、コリメート光学系の位置を制御する。レーザ光のビーム径は、溶融用レーザ加熱制御機構５１１による照射面積やビート幅、加熱対象物の材料、積層厚さ、および走査速度などに基づいて、設定される。なお、レーザ光のビーム径は、通常、溶融用レーザ加熱制御機構５１１によるビート幅より多少広く設定される。位置制御ドライバ６２４は、コリメート光学系位置制御部６２３が設定した位置にコリメート光学系２０２を移動させるドライバである。
【００４６】  反射鏡角度制御部６２５は、溶融用レーザ加熱制御機構５１１による照射位置に対応して、加熱対象物上の予熱または後熱の目標照射位置を制御する。予熱または後熱の目標照射位置は、溶融用レーザ加熱制御機構５１１による照射位置の外、積層造形する加熱対象物の材料、積層厚さ、および、走査速度などに基づいて、設定される。角度制御ドライバ６２６は、第１可動反射鏡２０４を反射鏡角度制御部６２５が設定した角度にするためのドライバである。角度制御ドライバ６２７は、第２可動反射鏡２０５を反射鏡角度制御部６２５が設定した角度にするためのドライバである。
【００４７】  なお、各制御部への矢印は、フードバック制御を行なう場合のフィードバック信号である。フードバック制御をしない場合には、必要ない。
【００４８】  また、図６Ｂにおいては、レーザ加熱制御部２２０の各制御部が外部と接続していないように図示されているが、さらに上位の制御部、例えば、造形制御部６０１が統合的な制御を行なってもよい。
【００４９】  また、上記説明では、溶融用レーザ加熱制御機構５１１による加熱対象物との垂直距離の変更については触れなかった。しかし、溶融用レーザ光の照射範囲の制御にかかる加熱対象物との垂直距離の変更をする場合には、その垂直位置変更に伴って、コリメート光学系位置制御部６２３や反射鏡角度制御部６２５は、さらに制御を必要とする。
【００５０】  （データ構成）  図７Ａは、本実施形態に係るレーザ加熱制御部２２０が使用するデータの構成を示す図である。図７Ａは、図６Ｂの各制御部が目標値を設定するために使用される目標値設定テーブル７１０である。
【００５１】  図７Ａにおいては、目標とする積層造形物７１１、積層材料７１２、積層厚さ７１３などに基づいて、溶融用レーザ光の目標値７１４と、予熱または後熱用レーザ光の目標値７１５とを記憶する。溶融用レーザ光の目標値７１４には、ビーム径、走査速度、レーザ光の強度などが含まれる。予熱または後熱用レーザ光の目標値７１５には、ビーム径、ビーム位置、レーザ光の強度などが含まれる。
【００５２】  かかる各制御部の目標値は、演算によって算出されても、あらかじめ算出してテーブルに保持しておき、読み出してもよい。
【００５３】  図７Ｂは、本実施形態に係るレーザ加熱制御部２２０が使用するデータの構成を示す図である。図７Ｂのデータは、図７Ａの各目標値を実現するパラメータを決定するために使用される。なお、図７Ｂには、本実施形態の予熱または後熱用レーザ加熱制御機構２００に関連するパラメータとして、ビーム径関連パラメータ７２０と、ビーム位置関連パラメータ７３０と、レーザ光強度関連パラメータ７４０と、を示す。
【００５４】  ビーム径関連パラメータ７２０は、目標のビーム径７２１を実現するための、ファイバ端面とコリメート光学系との距離７２２、そして、その距離７２２の設定に使用されるコリメート光学系位置パラメータ７２３を記憶する。また、コリメート光学系位置パラメータ７２３ではカバーできない範囲については、可動反射鏡による振幅パラメータ７２４を記憶する。
【００５５】  ビーム位置関連パラメータ７３０は、目標のビーム位置７３１を実現するための、第１可動反射鏡の角度パラメータ７３２と、第２可動反射鏡の角度パラメータ７３３とを記憶する。
【００５６】  レーザ光強度関連パラメータ７４０は、目標のレーザ光の強度７４１を実現するための、レーザ駆動パラメータ７４２を記憶する。
【００５７】  かかる各ドライバのパラメータは、演算によって算出されても、あらかじめ算出してテーブルに保持しておき、読み出してもよい。
【００５８】  《レーザ加熱制御部の処理手順》  図８は、本実施形態に係るレーザ加熱制御部２２０の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートで示したレーザ加熱制御プログラムは、図６Ｂのレーザ加熱制御部２２０のＣＰＵ(Central Processing Unit)がメモリを使用して実行し、図６Ｂの機能構成部を実現する。
【００５９】  レーザ加熱制御部２２０は、ステップＳ８０１において、予熱または後熱用の目標値を取得する。次に、レーザ加熱制御部２２０は、ステップＳ８０３において、取得した予熱または後熱用の目標値に基づいて、レーザ光のビーム径およびビーム位置を算出する（あるいは、読み出す）。そして、レーザ加熱制御部２２０は、ステップＳ８０５において、コリメータ光学系の位置設定処理を実行する。なお、必要であれば、可動反射鏡の振幅設定を行なってもよい。レーザ加熱制御部２２０は、ステップＳ８０７において、可動反射鏡の角度設定処理を実行する。フィードバック処理を行なわない場合は、レーザ加熱制御部２２０の設定処理を終了する。
【００６０】  フィードバック処理を行なう場合は、続いて、レーザ加熱制御部２２０は、ステップＳ８０９において、目標値に設定されたか否かを判定する。目標値に設定されてなければ、レーザ加熱制御部２２０は、ステップＳ８０５に戻って、設定処理を繰り返す。目標値に設定されていれば、レーザ加熱制御部２２０の設定処理を終了する。
【００６１】  本実施形態によれば、１つのコリメート光学系により加熱対象物上のレーザ光のビーム径を制御し、かつ、可能反射鏡でビーム位置を制御するので、簡単な操作で適切な予熱や後熱の調整をすることができる。
【００６２】  具体的には、複数レンズで構成された１つのコリメート光学系の位置を、レーザ光を伝送する光ファイバの開口端面との距離を調整するように移動することにより、予熱または後熱する加熱対象物の表面におけるビーム径を制御するので、簡単な操作で適切なビーム径を作ることができる。
【００６３】  また、コリメート光学系と加熱対象物の表面との間に、固定反射鏡と可動反射鏡を設け、可動反射鏡の回転位置を調整することにより、ビーム位置を制御するので、簡単な操作で適切なビーム位置への設定ができる。
【００６４】  また、ビーム径が所望の径に満たない場合は、可動反射鏡によりビームを振ることで所望のビーム径を確保するので、簡単な操作で多様なビーム径を作ることができる。
【００６５】  さらに、加熱対象物の材料や造形物、積層厚さ、ビーム径や走査速度などを考慮して、レーザ光の強度を制御するので、簡単な操作でより精度の高い予熱や後熱の調整をすることができる。
【００６６】  ［第３実施形態］  次に、本発明の第３実施形態に係るレーザ加熱アッセンブリについて説明する。本実施形態に係るレーザ加熱アッセンブリは、上記第２実施形態と比べると、溶融用レーザ加熱機構と予熱または後熱用レーザ加熱機構との位置関係が逆である点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００６７】  《レーザ加熱アッセンブリ》  図９は、本実施形態に係るレーザ加熱アッセンブリ９１０の構成を示す図である。なお、図５Ａと同様の構成要素には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
【００６８】  図９は、第２実施形態の図５Ａの構成と、溶融用レーザ加熱制御機構５１１と予熱または後熱用レーザ加熱制御機構２００との位置関係が逆になったのみで、他の構成要素は同様である。
【００６９】  なお、図９の位置関係に限らず、溶融用レーザ加熱機構と予熱または後熱用レーザ加熱機構との位置関係は自在に設定が可能である。
【００７０】  本実施形態によれば、溶融用レーザ加熱機構と予熱または後熱用レーザ加熱機構との位置関係を自在に変更しても、簡単な操作で適切な予熱や後熱の調整をすることができる。
【００７１】  ［他の実施形態］  以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
【００７２】  また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年9月7日(2016.9.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱対象物を予熱するまたは後熱するためのレーザ加熱制御機構であって、
レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、
前記開口端面から放射された前記レーザ光を、集光光学系を介さずに加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、
前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系の前記レーザ光の入射面との距離を調整する照射範囲調整機構と、
を備えるレーザ加熱制御機構。
【請求項２】
前記照射範囲調整機構は、固定された前記開口端面に対して、前記コリメート光学系の位置を調整する、請求項１に記載のレーザ加熱制御機構。
【請求項３】
前記レーザ光は、前記加熱対象物を溶融する溶融用レーザ光よりもエネルギーが低い、予熱用レーザ光または後熱用レーザ光である、請求項１または２に記載のレーザ加熱制御機構。
【請求項４】
前記コリメート光学系と前記加熱対象物との間にあって、前記レーザ光の前記加熱対象物上の集光位置を調整する集光位置調整機構、をさらに備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーザ加熱制御機構。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーザ加熱制御機構と、
前記加熱対象物を溶融するための溶融用レーザ加熱制御機構と、
を有する３次元造形装置。
【請求項６】
レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、前記開口端面から放射された前記レーザ光を、集光光学系を介さずに加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、を備え、加熱対象物を予熱するまたは後熱するためのレーザ加熱機構におけるレーザ加熱制御方法であって、
前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系の前記レーザ光の入射面との距離を調整する照射範囲調整ステップと、
前記コリメート光学系と前記加熱対象物との間にある反射鏡によって、前記レーザ光の前記加熱対象物上の集光位置を調整する集光位置調整ステップと、
を含むレーザ加熱制御方法。
【請求項７】
レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、前記開口端面から放射された前記レーザ光を、集光光学系を介さずに加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、を備え、加熱対象物を予熱するまたは後熱するためのレーザ加熱機構におけるレーザ加熱制御プログラムであって、
前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系の前記レーザ光の入射面との距離を調整する照射範囲調整ステップと、
前記コリメート光学系と前記加熱対象物との間にある反射鏡によって、前記レーザ光の前記加熱対象物上の集光位置を調整する集光位置調整ステップと、
をコンピュータに実行させるレーザ加熱制御プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る機構は、
加熱対象物を予熱するまたは後熱するためのレーザ加熱制御機構であって、
レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、
前記開口端面から放射された前記レーザ光を、集光光学系を介さずに加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、
前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系の前記レーザ光の入射面との距離を調整する照射範囲調整機構と、
を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元造形装置は、
上記記載のレーザ加熱制御機構と、
前記加熱対象物を溶融するための溶融用レーザ加熱制御機構と、
を有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、前記開口端面から放射された前記レーザ光を、集光光学系を介さずに加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、を備え、加熱対象物を予熱するまたは後熱するためのレーザ加熱機構におけるレーザ加熱制御方法であって、
前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系の前記レーザ光の入射面との距離を調整する照射範囲調整ステップと、
前記コリメート光学系と前記加熱対象物との間にある反射鏡によって、前記レーザ光の前記加熱対象物上の集光位置を調整する集光位置調整ステップと、
を含む。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係るプログラムは、
レーザ光を伝送して開口端面から放射する光ファイバと、前記開口端面から放射された前記レーザ光を、集光光学系を介さずに加熱対象物上に集光するコリメート光学系と、を備え、加熱対象物を予熱するまたは後熱するためのレーザ加熱機構におけるレーザ加熱制御プログラムであって、
前記レーザ光が前記加熱対象物上を所定のビーム径で照射するように、前記レーザ光の照射軸に沿った、前記開口端面と前記コリメート光学系の前記レーザ光の入射面との距離を調整する照射範囲調整ステップと、
前記コリメート光学系と前記加熱対象物との間にある反射鏡によって、前記レーザ光の前記加熱対象物上の集光位置を調整する集光位置調整ステップと、
をコンピュータに実行させる。
【国際調査報告】
2016151740.tif 000016
2016151740.tif 000017
2016151740.tif 000018
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