(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料粉体の薄層を形成する薄層形成部と、
前記薄層形成部を収容する容器と、
前記容器に設けられた透過部材と、
前記透過部材を透過したレーザービームにより前記薄層の所定領域を加熱して積層させることにより三次元造形物を造形する加熱手段と、
前記加熱手段による前記所定領域の加熱に伴う前記透過部材の透過率の低下を補うように前記三次元造形物の造形に伴って前記加熱手段のレーザービーム出力の増加処理を実行する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記三次元造形物の設計データに基づいて生成された前記加熱手段のレーザービーム出力の増加スケジュールに基づいて前記増加処理を実行することを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
前記増加スケジュールは、前記三次元造形物の設計データに基づいて生成された前記所定領域の加熱条件に基づいて生成されていることを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記加熱条件は、前記原料粉体の種類と、前記レーザービームの出力と、前記レーザービームのビームスポット径と、前記レーザービームの走査速度と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記容器内を減圧する減圧部と、
前記減圧部により減圧された前記容器内に物質を供給して前記所定領域を加熱する際の雰囲気を形成する物質供給部と、を備え、
前記加熱条件は、前記雰囲気の種類と圧力とを含むことを特徴とする請求項３に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記加熱手段のレーザービーム出力により加熱される薄層を補助加熱する補助加熱手段を備え、
前記加熱条件は、前記補助加熱手段による前記薄層の補助加熱条件を含むことを特徴とする請求項４に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の三次元造形装置によって三次元造形物を造形する三次元造形方法であって、
前記制御部が、前記薄層形成部を制御して原料粉体の薄層を形成する薄層形成工程と、
前記制御部が、前記加熱手段を制御して前記所定領域を加熱して積層させる積層工程と、
前記制御部が、前記三次元造形物の造形過程に伴って前記増加処理を実行して前記加熱手段のレーザービーム出力を増加させる出力増加工程と、を有することを特徴とする三次元造形方法。
【請求項７】
請求項６に記載の三次元造形方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の三次元造形装置において前記制御部が使用する前記増加スケジュールを、前記制御部により生成する増加スケジュールの生成方法であって、
前記制御部が前記所定領域の加熱条件に基づいて前記透過部材の透過率の低下状態を推定する推定工程と、
前記制御部が前記推定工程で推定された前記透過部材の透過率の低下状態に基づいて前記増加スケジュールを生成する生成工程と、を有することを特徴とする増加スケジュールの生成方法。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の三次元造形装置において前記制御部が使用する前記増加スケジュールを、前記制御部とは異なるコンピュータにより生成する増加スケジュールの生成方法であって、
前記コンピュータが前記三次元造形物の設計データから前記所定領域の加熱条件を決定する決定工程と、
前記コンピュータが前記決定工程で決定された加熱条件に基づいて前記透過部材の透過率の低下を推定する推定工程と、
前記コンピュータが前記推定工程で推定された前記透過部材の透過率の低下に基づいて前記増加スケジュールを生成する生成工程と、を有することを特徴とする増加スケジュールの生成方法。
【請求項１１】
前記コンピュータは、前記三次元造形物の造形過程を通じた前記加熱手段の制御スケジュールの一部として前記増加スケジュールを生成することを特徴とする請求項１０に記載の増加スケジュールの生成方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の増加スケジュールの生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプログラムを記録した記録媒体。
【請求項１４】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の三次元造形装置において前記制御部が前記増加処理を行うための前記加熱手段のレーザービーム出力の増加量の生成方法であって、
前記薄層形成部により前記薄層を形成する薄層形成工程と、
前記加熱手段により前記薄層の試験領域を加熱条件の１つの組み合わせで加熱して試験回数の積層を行う積層工程と、
少なくとも前記積層工程後に前記透過部材の透過率を測定する測定工程と、
前記測定工程の測定結果に基づいて前記増加量を生成する生成工程と、を有することを特徴とする増加量の生成方法。
【請求項１５】
前記積層工程における前記試験領域は、前記三次元造形物を造形する際における前記所定領域と同一であることを特徴とする請求項１４に記載の増加量の生成方法。
【請求項１６】
前記積層工程における前記試験回数は、前記三次元造形物における積層回数よりも少ないことを特徴とする請求項１５に記載の増加量の生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内に形成された原料粉体の薄層を、透過部材を透過させたレーザービームにより加熱して積層する三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原料粉体の薄層を形成する薄層形成工程と、原料粉体の薄層をレーザービームにより加熱して積層させる加熱工程と、を繰り返して三次元造形物を形成する三次元造形装置、いわゆる３Ｄプリンタが開発されている。三次元造形装置において、減圧した容器内で加熱工程を行うことが好ましい場合、減圧した容器内で原料粉体の薄層を形成し、容器に設けた透過部材を透過したレーザービームによって容器内の薄層を加熱することが考えられる。
【０００３】
特許文献１には、減圧した容器内に配置した金属塊を、容器に設けた透過部材を透過させたレーザービームにより加熱して蒸発させる蒸着装置が示される。また、特許文献２には、レンズを透過させたレーザービームにより金属板の溶接や溶断を行うレーザー加工機が示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１７６４６２号公報
【特許文献２】特開平２−１２１７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
透過部材を透過したレーザービームにより容器内の薄層を加熱する三次元造形装置では、加熱された薄層から蒸発した物質が透過部材の内面に付着してレーザービームの透過量を減少させることが判明した。
【０００６】
そこで、特許文献１を参考にして、容器内にレーザーパワーを検知するセンサを設け、検知結果をレーザービーム出力にフィードバックして薄層の加熱状態を一定に保つように、レーザービーム出力を増加させる制御が考えられた。しかし、容器内のセンサにも加熱された薄層から蒸発した物質が付着してセンサの感度が低下するため、三次元造形装置の造形過程の最後に近付くほどレーザービームによる薄層の加熱状態が過剰になる。
【０００７】
また、特許文献２を参考にして、三次元造形物の造形過程を通じて所定の関数に従ってレーザービーム出力を増加させ続ける制御が考えられた。しかし、単純なレーザー加工装置とは異なり、三次元造形装置では、三次元造形物の形状や薄層の加熱条件が異なると、三次元造形物の造形時の透過部材の透過率の変化状態が大きく異なる。このため、三次元造形物の造形過程の最後に近付くほどレーザービームによる薄層の加熱状態が不適切になり易い。
【０００８】
本発明は、三次元造形物の造形過程の最後までレーザービームによる薄層の加熱状態が適切に保たれ易い三次元造形装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の三次元造形装置は、原料粉体の薄層を形成する薄層形成部と、前記薄層形成部を収容する容器と、前記容器に設けられた透過部材と、前記透過部材を透過したレーザービームにより前記薄層の所定領域を加熱して積層させることにより三次元造形物を造形する加熱手段と、前記加熱手段による前記所定領域の加熱に伴う前記透過部材の透過率の低下を補うように前記三次元造形物の造形に伴って前記加熱手段のレーザービーム出力の増加処理を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、前記三次元造形物の設計データに基づいて生成された前記加熱手段のレーザービーム出力の増加スケジュールに基づいて前記増加処理を実行するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、制御部が、加熱手段による固化領域の加熱に伴う透過部材の透過率の低下を補うように、三次元造形物の造形に伴って加熱手段のレーザービーム出力の増加処理を実行する。このため、三次元造形物の造形過程の最後までレーザービームによる薄層の加熱状態が適切に保たれ易い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１の三次元造形装置の構成の説明図である。
【図２】レーザーパラメータ作成制御のフローチャートである。
【図３】三次元造形物の造形プロセス制御のフローチャートである。
【図４】レーザーパワー低下率算出制御のフローチャートである。
【図５】レーザービーム出力補正制御のフローチャートである。
【図６】実施例１における三次元造形物の説明図である。
【図７】実施の形態２におけるレーザーパラメータ作成制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
＜実施の形態１＞
（三次元造形装置）
図１は実施の形態１の三次元造形装置の構成の説明図である。図１に示すように、三次元造形装置１００は、金属の原料粉体１の薄層１ａ上の固化領域１ｅをレーザービームで加熱して溶融させ、溶融した固化領域１ｅを積層して三次元造形物２を造形する粉末床溶融結合方式のいわゆる３Ｄプリンタである。三次元造形装置１００は、不活性ガス雰囲気や高真空雰囲気等の低酸素雰囲気を設定して粉末床溶融結合方式の造形を行うので、三次元造形物２の酸化が防止され、三次元造形物２の機械強度も向上する。
【００１４】
容器の一例である処理室４は、薄層形成部の一例である造形ステージ５及び供給機構７を収容する。処理室４は、幅１５００ｍｍ、奥行き１０００ｍｍ、高さ９００ｍｍの容積を有してステンレスで形成され、外気から密閉可能である。処理室４には、真空計１６が接続されている。真空計１６は、処理室４内の真空度（圧力）を検知する。
【００１５】
減圧部の一例である排気機構１３は、処理室４を減圧する。排気機構１３は、処理室４内の空気を排気して処理室４内の酸素を減少させる。排気機構１３は、ドライポンプとターボ分子ポンプを直列に接続して構成され、処理室４の到達真空度は１×１０−４Ｐａである。排気機構１３は、処理室４との接続部に開口量を調整可能な開口調整弁を有する。
【００１６】
物質供給部の一例であるガス供給機構１２は、排気機構１３により減圧された処理室４に物質を供給して固化領域１ｅをレーザービームで加熱する際の雰囲気を形成する。ガス供給機構１２は、マスフロメータ１２ａを通じて各種の反応ガスを一定流量で処理室４に供給可能である。ガス供給部１２ｂは、窒素ガス、水素ガス、炭化水素ガス、アルゴンガス等を、任意の混合割合でマスフロメータ１２ａに供給可能である。
【００１７】
三次元造形装置１００は、処理室４に取り付けられた透過部材３を透過させて処理室４の外部からレーザービームＬＢを処理室４内へ入射させて、低酸素雰囲気の処理室４内で三次元造形物２の造形を行う。処理室４は、造形テーブル１１から垂直方向に５６５ｍｍ離れた位置に、直径２９４ｍｍ、厚み２０ｍｍの円板形状の透過部材３を設置している。透過部材３の材質は、合成石英の板の両面に反射防止膜をコーティングしたもので、レーザー発振器３０のレーザービームに対する初期の透過率が９９％以上である。
【００１８】
（レーザー発振器）
加熱手段の一例であるレーザー発振器３０及び光学系３１は、処理室４に設けられた透過部材３を透過したレーザービームにより薄層１ａの固化領域１ｅを加熱して積層させる。レーザー発振器３０で発生させたレーザービームＬＢは、ファイバケーブル３２により光学系３１に導かれ、光学系３１から透過部材３を通じて造形ステージ５の薄層１ａに到達する。レーザー発振器３０は、最大出力が５００Ｗ、波長が１０７０ｎｍのＹＡＧレーザー発振器である。光学系３１は、反射ミラー、ガルバノミラー、ｆθレンズを含む。光学系３１は、ガルバノミラーを作動させて、レーザービームＬＢのビームスポットを造形ステージ５の薄層１ａ上の任意の領域へ移動させて走査することができる。
【００１９】
（造形ステージ）
処理室４は、造形テーブル１１を収容して造形テーブル１１の上方をドーム状に覆っている。造形テーブル１１は、造形ステージ５に隣接して供給ステージ６を配置している。供給ステージ６は、サーボモーター６ａ、ボールねじ６ｂ、及びリニアガイド６ｃから構成される昇降機構６ｍを有する。供給ステージ６は、造形ステージ５に供給する原料粉体を蓄積する。
【００２０】
造形ステージ５は、サーボモーター５ａ、ボールねじ５ｂ、及びリニアガイド５ｃから構成される昇降機構５ｍを有する。造形ステージ５は、原料粉体の所定領域をレーザービームＬＢにより溶融し積層して三次元造形物２を形成する場所である。造形ステージ５は、補助加熱手段の一例であるヒーターユニット９を設置されている。ヒーターユニット９は、三次元造形物２の造形時に、レーザー発振器３０のレーザービーム出力により加熱される薄層１ａを補助加熱する。
【００２１】
（供給機構）
供給機構７は、造形ステージ５に原料粉体１の薄層１ａを形成する。供給機構７は、直動機構７ｂにより供給ローラ７ａを駆動して、造形テーブル１１の上面に沿って供給ステージ６から造形ステージ５へ向かって移動させる。これにより、供給ステージ６の原料粉体が造形ステージ５へ移動する。
【００２２】
供給ローラ７ａは、供給ローラ７ａを駆動造形テーブル１１に対してカウンタ方向に回転させて、造形ステージ５の上面で原料粉体をすり切りつつ移動する。これにより、造形ステージ５に原料粉体の薄層が形成される。
【００２３】
（レーザーパラメータ作成制御）
図２はレーザーパラメータ作成制御のフローチャートである。図２に示すように、制御部２０とは異なるコンピュータ２５は、レーザーパラメータ作成制御を実行して、レーザーパラメータを含む薄層１ａの加熱条件を作成する（Ｓ１０）。レーザーパラメータは、薄層１ａの固化領域１ｅにおける各部のレーザーパワーを規定している。レーザーパラメータは、輪郭（垂直面）、内部、表面（水平面）ごとに個別に指定できる。また、レーザービームＬＢの走査経路、領域ごとの加熱順序も自由に設計可能である。
【００２４】
制御部２０は、目的とする三次元造形物の設計データ（ＣＡＤデータ）に基づいて三次元造形物の３Ｄモデルを作成する（Ｓ１１）。制御部２０は、三次元造形物の３Ｄモデルに自立性が無い場合、加工中の自立性を付与するためのサポート部材を追加して３Ｄモデルを修正する（Ｓ１２）。制御部２０は、スライサーソフトウェアにより三次元造形物の３Ｄモデルを薄層の厚みでスライスして、薄層１ａの一層分の固化領域１ｅを求める（Ｓ１３）。制御部２０は、固化領域１ｅの部分ごとに必要な加熱量を演算して、レーザーパラメータを設定し、レーザーパラメータを含む加熱条件を作成して、制御部２０のＲＡＭ２６に保存する（Ｓ１４）。加熱条件であるレーザーパラメータは、レーザービーム出力、ビームスポット径、走査速度等をレーザービームの走査経路に沿って規定している。
【００２５】
加熱条件は、原料粉体１の種類と、レーザービーム出力と、レーザービームのビームスポット径と、レーザービームの走査速度と、処理室４内の雰囲気の種類及び圧力（真空度）と、ヒーターユニット９による薄層１ａの補助加熱条件を含む。上述したレーザーパラメータ、造形材料、造形点温度等も含む。
【００２６】
（造形プロセス制御）
図３は三次元造形物の造形プロセス制御のフローチャートである。図３に示すように、三次元造形装置１００は、三次元造形方法の一例である造形プロセス制御を実行して三次元造形装置１００を制御することにより三次元造形物２を造形する（Ｓ２０）。記録媒体２２は、制御部２０とは異なるコンピュータ２５で生成された三次元造形物２の加工プログラムを記録されている。制御部２０は、読取装置２１を通じて記録媒体２２から三次元造形物２の加工スケジュールをＲＡＭ２６に読み込む。ＣＰＵ２７は、ＲＯＭ２８から読み込んだ制御プログラム、各種データ、及び三次元造形物２の加工スケジュールをＲＡＭ２６に保持して三次元造形物２の造形プロセスを制御する。
【００２７】
材料供給工程では、供給ステージ６を下降させた状態で、ユーザーが供給ステージ６の上部に原料粉体を供給することにより、供給ステージ６に材料となる原料粉体１を供給する（Ｓ２１）。その後、ユーザーは、制御部２０に対して、造形プロセス開始の指令操作を行う。環境調整工程では、制御部２０は、排気機構１３及びガス供給機構１２により処理室４内の雰囲気を調整し、ヒーターユニット９により造形ステージ５の原料粉体を所望の温度に加熱する（Ｓ２２）。制御部２０は、処理室４を、排気機構１３により真空度１×１０−２Ｐａまで排気して雰囲気中の酸素を減少させる。
【００２８】
その後、マスフロメータ１２ａを通じて炭化反応の反応ガスを処理室４内に導入して、処理室４内を、低酸素濃度かつ所定圧力の炭化反応ガス雰囲気に調整する。造形プロセスの実行中、ガス供給機構１２によって処理室４に気体物質を供給しつつ、真空計１６の出力に応じて排気機構１３の開口調整弁を調整することで、処理室４内を所望の雰囲気と真空度とに維持する。
【００２９】
薄層形成工程では、制御部２０が供給機構７を制御して、造形ステージ５の上に原料粉体１の厚みΔＺの薄層１ａを形成する（Ｓ２３）。制御部２０は、最初に、造形ステージ５の原料粉体の上面が造形テーブル１１の上面よりもΔＺ１低くなるように造形ステージ５を下降させる（ΔＺ１≧ΔＺ）。続いて、供給ステージ６の原料粉体の上面が造形テーブル１１の上面よりもΔＺ２高くなるように、供給ステージ６を上昇させる（ΔＺ２≧ΔＺ）。
【００３０】
そして、制御部２０は、通常はΔＺ２≧ΔＺ１として、供給ローラ７ａを回収容器８まで移動させる。このとき、供給ローラ７ａによりすり切られた余分な原料粉体は、回収容器８に回収して再利用される。その後、制御部２０は、造形ステージ５を原料粉体１の薄層１ａの厚みがΔＺとなるまで上昇させる。続いて、制御部２０は、供給ローラ７ａを造形テーブル１１に対してウイズ方向に回転させつつ供給ステージ６の原点位置に移動させる。原料粉体１の薄層１ａに供給ローラ７ａを押圧して圧縮することにより、薄層１ａの原料粉体の密度を高める。
【００３１】
制御部２０は、事前に設定してレジスタに保存されているレーザーパラメータを含む加熱条件データを呼び出して加熱積層工程を準備する（Ｓ２４）。後述するように、出力増加工程である条件呼出工程では、制御部２０が、レーザービーム出力の増加処理を実行して、レーザー発振器３０のレーザービーム出力を増加させる（Ｓ２４）。
【００３２】
制御部２０は、レーザー発振器３０のレーザービーム出力による加熱積層工程を開始する（Ｓ２５）。積層工程である加熱積層工程（Ｓ２５）では、制御部２０がレーザー発振器３０及び光学系３１を制御して、固化領域１ｅを加熱して積層させる。加熱積層工程では、指定されたレーザービーム出力をレーザー発振器３０から出力させて、造形テーブル１１の原料粉体の薄層１ａの固化領域１ｅを溶融又は焼結させる。
【００３３】
制御部２０は、造形が完了するまで（Ｓ２６のＮｏ）、薄層形成工程（Ｓ２３）、加熱条件データの呼び出し（Ｓ２４）、及び加熱積層工程（Ｓ２５）を繰り返して、造形テーブル１１に目的とする三次元造形物を造形する。制御部２０は、造形が完了すると（Ｓ２６のＹｅｓ）、造形品取出工程を実行する（Ｓ２７）。造形品取出工程では、三次元造形物の冷却を待って処理室４内を大気圧に戻し、三次元造形物の取り出しを許可する。
【００３４】
（透過部材の透過率低下）
図１に示すように、三次元造形物２において金属材料の所望の機能／特性を得るためには、原料粉体１の薄層１ａの固化領域１ｅの各部に過不足の無いエネルギーを供給する必要がある。そのため、薄層１ａの固化領域１ｅに照射するレーザービーム出力は厳密に管理しなければならない。
【００３５】
しかし、原料粉体１を溶融して積層する際には、レーザービームの照射点から金属蒸気や金属蒸気が凝集した微細な粒子（以下、ヒュームと呼ぶ）が発生し、ヒュームが透過部材３に付着して透過部材３のレーザービーム透過率が次第に低下する。その結果、三次元造形物２の造形過程の最初と最後とでは同じレーザービーム出力をレーザー発振器３０から出力しても、透過部材３を透過して薄層１ａの固化領域１ｅに到達する加熱エネルギーが異なってくる。三次元造形物２の造形過程の後半では、透過部材３のレーザービーム透過率が低下して、薄層１ａの固化領域１ｅに所望の加熱エネルギーを供給できなくなる。
【００３６】
そこで、レーザー発振器３０のレーザービーム出力を出力時間の累積値に比例して増加させる増加制御が提案された。しかし、薄層１ａの固化領域１ｅの加熱条件が少し違うだけで、ヒューム発生量が大きく異なるため、三次元造形物２の造形過程でレーザービーム出力を単純に増加させるだけでは正確な増加制御を行うことができない。そして、加熱条件の組み合わせは、三次元造形物ごと、更には同一の三次元造形物内においても変化する。その結果、造形された三次元造形物の部分ごとに加熱量の過不足が生じて、熱変形、溶融不良、強度不足等が発生する可能性がある。
【００３７】
そこで、実施の形態１では、レーザーパワー低下率算出制御（Ｓ３０：図４）により設定されたレーザーパワー低下率を用いて、レーザーパラメータ作成制御（Ｓ１０：図２）で設定したレーザービーム出力指示値Ｐを薄層１ａごとに補正している。これにより、薄層１ａごとに加熱条件が変化した場合でも、透過部材３のレーザービーム透過率の低下量を予測して、レーザービーム出力を適正に増加させることを可能にした。
【００３８】
（レーザーパワー低下率算出制御）
図４はレーザーパワー低下率算出制御のフローチャートである。図４に示すように、ユーザーは、レーザーパワー低下率算出制御を実行して、制御部２０が増加処理（Ｓ２４：図３）を行うために必要なレーザービーム出力の増加量を求める（Ｓ３０）。レーザーパワー低下率算出制御では、制御部２０が薄層１ａの加熱領域に対する加熱条件ごとのレーザーパワー低下率を実験により求める（Ｓ３０）。レーザーパワー低下率は、レーザービーム出力の単位時間、単位出力当たりの透過部材３の透過率の低下量を表す。
【００３９】
制御部２０は、加熱積層工程（Ｓ２５：図３）で使用される薄層１ａの固化領域１ｅの加熱条件を呼び出す（Ｓ３１）。造形前透過率測定では、ユーザーが大気圧雰囲気において造形ステージ５上にパワーメータ３３を設置し、光学系３１と透過部材３の透過率を測定する（Ｓ３２）。
【００４０】
試験造形では、上述した環境調整工程（Ｓ２２：図３）を行った後、加熱条件ｉにて一定時間ｔの試験造形を行う（Ｓ３３）。時間ｔの間、レーザービーム出力、スポット径、走査速度、ヒーター出力、雰囲気の種類と圧力、造形点温度、原料粉体は変化させずに、加熱積層工程（Ｓ２５：図３）を行う。
【００４１】
試験造形（Ｓ３３）では、薄層形成工程として、供給機構７により三次元造形物２を造形する際と等しく原料粉体１の薄層１ａを形成する。そして、積層工程として、レーザー発振器３０及び光学系３１により薄層１ａの試験領域を加熱条件の１つの組み合わせで加熱して試験回数の積層を行う。
【００４２】
造形後透過率測定（Ｓ３４）では、試験造形後、ユーザーが処理室４を大気圧雰囲気に戻し、大気圧雰囲気において造形ステージ５上にパワーメータ３３を設置し、光学系３１と透過部材３の透過率を測定する（Ｓ３４）。すなわち、造形前透過率測定（Ｓ３２）及び増加後透過率測定（Ｓ３４）では、測定工程として、少なくとも固化領域１ｅの積層工程後に透過部材３の透過率を測定する。
【００４３】
低下率算出（Ｓ３５）では、生成工程として、透過率の測定結果に基づいてレーザービーム出力の増加量を生成する。
【００４４】
ここで、造形前透過率測定（Ｓ３２）におけるレーザービーム出力の指示値をＰｉとし、測定値をＰｉ，ａとする。また、増加後透過率測定（Ｓ３４）におけるレーザービーム出力の指示値を造形前透過率測定（Ｓ３２）と同一のＰｉとし、測定値をＰｉ，ｂとする。このとき、低下率算出工程（Ｓ３５）では、単位時間、単位レーザービーム出力当たりのレーザーパワー低下率Ｊｉを次式により算出する。
Ｊｉ＝（Ｐｉ，ａ−Ｐｉ，ｂ）／（Ｐ×ｔ）    ・・・（１）
【００４５】
（レーザービーム出力補正制御）
図５はレーザービーム出力補正制御のフローチャートである。図５に示すように、制御部２０は、レーザービーム出力補正制御であるレーザーパワー補正制御を実行して、レーザービーム出力の増加スケジュールを自ら生成する（Ｓ４０）。制御部２０は、透過部材３の透過率の予測結果に基づいて補正係数Ｋを求め、レーザーパラメータ作成制御（Ｓ１０）で設定したレーザービーム出力指示値Ｐを、補正係数Ｋにより補正する。
【００４６】
レーザーパラメータ作成制御（Ｓ１０）で設定した造形点に供給すべきレーザービーム出力指示値Ｐと、補正係数Ｋと、透過部材３の透過率の低下に伴うレーザービーム出力指示値Ｐの不足を補うために必要なレーザービーム出力指示値Ｐ´と、の関係は次式のようになる。
Ｐ´＝（１／Ｋ）  ×  Ｐ              ・・・（２）
【００４７】
制御部２０は、１層目の補正係数Ｋ１は、前回の三次元造形物の最終層の薄層の造形終了後の補正係数Ｋｐを呼出して使用する（Ｓ４１）。制御部２０は、前回の造形後に透過部材３の交換／清掃を行った場合（Ｓ４２のＹｅｓ）、補正係数Ｋ１のリセットまたは修正を行う（Ｓ４７）。制御部２０は、前回の造形後に透過部材３の交換／清掃を行っていない場合（Ｓ４２のＮｏ）、レーザーパラメータをレジスタから呼出し、式（２）によりレーザービーム出力指示値Ｐ´の補正を行う（Ｓ４３）。
【００４８】
制御部２０は、推定工程として、固化領域１ｅの加熱条件に基づいて透過部材３の透過率の低下状態を予測する（Ｓ４４）。制御部２０は、レーザーパワー低下率測定で求めたｉ層目の造形において造形点に到達するレーザービーム出力の低下量を予測する（Ｓ４４）。
【００４９】
制御部２０は、生成工程として、推定した透過部材３の透過率の低下状態に基づいてレーザービーム出力の増加スケジュールを生成する（Ｓ４３〜Ｓ４６）。制御部２０は、レーザービーム出力の低下量の予測結果に基づいて補正係数Ｋｐを算出し、制御部２０のＲＡＭ２６（レジスタ）に上書きする（Ｓ４５）。制御部２０は、薄層の第１層目から最終層まで（Ｓ４６のＮｏ）、レーザービーム出力指示値Ｐ´の補正（Ｓ４３）、出力低下量の予測（Ｓ４４）、補正係数Ｋの更新（Ｓ４５）を繰り返す。
【００５０】
制御部２０は、ｉ層目のレーザーパラメータから、各レーザービーム出力でのレーザー発振時間を求める。ここで、ｉ層目における条件１〜ｎまでのレーザー発振時間をｔ１，ｉ〜ｔｎ，ｉとし、ｉ＋１層目の補正係数をＫｉ＋１とすると、補正係数Ｋｉ＋１は次式で表わされる。
Ｋｉ＋１＝Ｋｉ×（Ｊ１×ｔ１，ｉ）×（Ｊ２×ｔ２，ｉ）×・・×（Ｊｎ×ｔｎ，ｉ）・・・（３）
【００５１】
これにより、薄層の１層毎に透過部材３への金属蒸気、ヒュームの付着によるレーザービーム出力の低下量を予測し、レーザービーム出力の低下分に応じてレーザービーム出力指示値Ｐ´を増加させる。これにより、薄層上の造形点に到達するレーザービーム出力をほぼ一定に保つことができる。
【００５２】
以上説明したように、制御部２０は、レーザー発振器３０のレーザービーム出力による固化領域１ｅの加熱に伴う透過部材３の透過率の低下を補うように、三次元造形物２の造形に伴ってレーザー発振器３０のレーザービーム出力の増加処理を実行する。制御部の一例である制御部２０は、三次元造形物２の設計データに基づいて生成したレーザー発振器３０のレーザービーム出力の増加スケジュールに基づいて増加処理を実行する。そして、増加スケジュールは、三次元造形物２の設計データに基づいて生成した固化領域１ｅの加熱条件に基づいて三次元造形物２の造形開始以前に生成されている。
【００５３】
＜実施例＞
以下に、具体的な実施例を挙げて本発明をより詳細に説明する。
【００５４】
（実施例１）
図６は実施例１における三次元造形物の説明図である。実施例１では、薄層内でのレーザービーム出力を一定に保って粉末床溶融結合方式を行い、図６に示すように、各辺の長さが２０ｍｍの立方体を２５個配置した三次元造形物を造形した。実施例１の造形条件１は以下である。
【００５５】
［造形条件１］
造形点に供給すべきレーザービーム出力：  ２００Ｗ
スポット径    ：  ６０μｍ
走査速度      ：  ５００ｍｍ／ｓｅｃ
ヒーター出力  ：  ２００Ｗ
導入ガス圧力  ：  １．０×１０−１Ｐａ
導入ガス種類  ：  アルゴンガス
原料粉体      ：  ＳＵＳ６３０（粒径２０μｍ以下）
走査方法      ：  オフセットハッチ方式
走査ピッチ    ：  ５０μｍ
【００５６】
［レーザーパラメータ作成制御］
図２に示すように、レーザーパラメータ作成制御を行って、三次元造形物２の積層される薄層１ａごとにレーザーパラメータを設定した（Ｓ１０）。三次元造形物２が比較的単純な形状であるため、サポートの必要はなかった（Ｓ１２）。
【００５７】
三次元造形物２のモデルをスライサーソフトウェアで積層ピッチ５０μｍの厚みでスライスした（Ｓ１３）。スライスした薄層１ａ上に固化領域１ｅを設定してレーザーパラメータを計算した（Ｓ１４）。
【００５８】
また、レーザーパラメータの１つである走査方法は、輪郭線を走査ピッチずつ内部にずらし走査させるオフセットハッチ方式とし、走査ピッチ５０μｍとした。これらのレーザーパラメータの設定を三次元造形物の全層にわたって行い、制御部２０のレジスタに保存した。
【００５９】
［レーザーパワー低下率算出制御］
図４に示すように、レーザーパワー低下率算出制御を行った（Ｓ３０）。
【００６０】
大気圧雰囲気においてパワーメータＦＬ５００ａ−ＬＰ１（オフィールジャパン製）を用いて光学系３１および透過部材３の透過率を測定する造形前透過率測定を行った（Ｓ３２）。測定の結果、レーザービーム出力指示値Ｐ１＝２００Ｗに対し、造形点に到達したレーザービーム出力はＰ１ａ＝１８７．６Ｗであった。これは光学系３１および透過部材３の透過率が積算されるためである。
【００６１】
造形前透過率測定後、アルゴンガスの雰囲気を設定して、造形条件１にて累積発振時間が１４４００ｓｅｃになるまで試験造形を行った（Ｓ３３）。
【００６２】
実施例１では、試験造形（Ｓ３３）における各薄層１ａの試験領域１５は、三次元造形物２の各薄層１ａの固化領域１ｅと同一である。試験造形（Ｓ３３）における積層の試験回数は、三次元造形物２における実際の積層回数よりも少ない。
【００６３】
試験造形後、大気圧の雰囲気に戻して造形後透過率測定を行った（Ｓ３４）。測定の結果、造形点に到達するレーザービーム出力はＰ１ｂ＝１８７．２Ｗであった。よって式（１）より、造形条件１の単位時間当たりのレーザービーム出力の低下率Ｊ１は以下となる。
Ｊ１＝１．３８９×１０−７  （ｓｅｃ−１）
【００６４】
［レーザーパワー補正処理］
図５に示すように、レーザービーム出力を補正するレーザーパワー補正処理を行った（Ｓ４０）。１層目の薄層におけるレーザーパワー低下率算出の終了直後に行ったため、補正係数Ｋ１および必要なレーザービーム出力の指示値Ｐ１´は下記値となる。
Ｋ１  ＝  Ｐ１，ｂ／Ｐ                  ＝０．９３６０
Ｐ１´＝  Ｐ／Ｋ１                      ＝２１３．６８ Ｗ  
【００６５】
実施例１における１層目の累積発振時間はｔ１，１＝３９９．６ｓｅｃであった。よって１層目の造形によりレーザー出力が低下した分を考慮すると、補正係数はＫ２に更新され、２層目のレーザービーム出力の指示値は下記のようになる。
Ｋ２  ＝  Ｋ１×（１−ｔ１，１／Ｊ１）  ＝０．９３５９
Ｐ２´＝  Ｐ／Ｋ２                      ＝２１３．６９ Ｗ
【００６６】
同様に補正係数の更新を繰り返すと、造形物の最終層ではＫ４００＝０．９１５５ 、Ｐ４００´＝２１８．４６  Ｗとなる。この各層ごとのレーザービーム出力指示値を制御部２０内のＲＡＭ２６（レジスタ）に保存した。
【００６７】
［造形プロセス制御］
図３に示すように、造形プロセス制御を実行した（Ｓ２０）。
【００６８】
ユーザーは、材料供給工程では、供給ステージ６を下降させた状態で原料粉体を供給ステージ６に供給した（Ｓ２１）。
【００６９】
制御部２０は、環境調整工程では、処理室４内を排気機構１３により排気した後に、ガス供給機構１２により窒素ガスを導入することで処理室４内の圧力を１．０×１０−１Ｐａに制御した。また、造形ステージ５に設置された出力３００Ｗのヒーターユニット９により、造形プレート１０を２５０℃に加熱した（Ｓ２２）。
【００７０】
制御部２０は、薄層形成工程では、造形ステージ５の原料粉体上面を造形テーブル１１に対しΔＺ１＝５２μｍ低くし、供給ステージ６の粉末上面を造形テーブル１１に対しΔＺ２＝５５μｍ高くした。この状態で、ローラ７ａを１００ｍｍ／ｓｅｃの速度で供給ステージ６から造形ステージ５へ向かって移動させた。その後、原料粉体の高さがΔＺ＝５０μｍになるよう造形ステージ５を上昇させ、ローラ７ａを周速１００ｍｍ／ｓｅｃで回転させつつ、造形ステージ５上を移動させた。これにより、原料粉体の薄層をΔＺ＝５０μｍに圧縮し、５０μｍの厚みの薄層を形成することができた（Ｓ２３）。
【００７１】
制御部２０は、呼出工程では、パワーメータによるレーザービーム出力指示値を含む薄層１ａ毎の加熱条件を呼び出した（Ｓ２４）。
【００７２】
制御部２０は、加熱積層工程では、呼び出した加熱条件でレーザー発振器３０を制御してレーザービームを発生させ、薄層を走査加熱して溶融し、積層した（Ｓ２５）。
【００７３】
制御部２０は、三次元造形物の造形終了まで（Ｓ２６のＮｏ）、薄層形成工程（Ｓ２３）、呼出工程（Ｓ２４）、加熱積層工程（Ｓ２５）を繰り返して三次元造形物を造形した。
【００７４】
制御部２０は、造形品取出工程では、三次元造形物の造形終了後、処理室４を大気圧雰囲気に戻した。
【００７５】
［効果確認］
実施例１の効果確認のために、パワーメータで造形点に到達するレーザービーム出力を測定した。その結果、レーザービーム出力の補正された指示値Ｐ４００´＝２１８．４６Ｗでレーザービームを照射したところ、造形点に到達するレーザービーム出力が所望の２００Ｗと同等であった。このことから、実施例１では、透過部材３の透過率が低下しても、透過率の低下量を正確に予測して積算することができ、これにより、造形点に到達するレーザービーム出力がほぼ一定となり、安定した三次元造形物の造形を行うことができることが判明した。
【００７６】
（実施例２）
図６に示すように、実施例２の造形プロセス制御（Ｓ２０）では、複数の加熱条件を織り交ぜてレーザービーム出力制御を行うことにより、実施例１と同一の三次元造形を造形した。
【００７７】
図３の加熱積層工程において、三次元造形物の最外周から０．５ｍｍの輪郭部は、実施例１と同じ造形条件１を採用した。レーザービーム出力を低くし、レーザーのスポット径を絞り、走査速度を遅くして造形することで、造形精度を良好にし、三次元造形物の表面性を改善した。輪郭部の内側は、造形時間短縮のため、以下の造形条件２を採用した。造形条件２では、造形条件１よりもレーザービーム出力を高くし、レーザーのスポット径を広げ、走査速度を速くした。
【００７８】
［造形条件２］
造形点に供給すべきレーザービーム出力  ：  ５００Ｗ
スポット径    ：  １１０μｍ
走査速度      ：  ７００ｍｍ／ｓｅｃ
ヒーター出力  ：  ５００Ｗ
導入ガス圧力  ：  １．０×１０−１Ｐａ
導入ガス種類  ：  アルゴンガス
原料粉体      ：  ＳＵＳ６３０（粒径２０μｍ以下）
走査方法      ：  オフセットハッチ方式
走査ピッチ    ：  ５０μｍ
【００７９】
［レーザーパワー低下率算出制御］
図４に示すように、レーザーパワー低下率算出制御を行った（Ｓ３０）。その結果、造形条件２の単位時間当たりのレーザービーム出力の低下率Ｊ２は以下となった。
Ｊ２＝１．８０×１０−７（sｅｃ−１）
【００８０】
実施例２における薄層１ａの１層分の累積発振時間は造形条件１の部分がｔ１，１＝３９．０ｓｅｃ、造形条件２の部分がｔ２，１＝１２８．８ｓｅｃである。また、初期の補正係数Ｋ１は、Ｋ１＝０．９１３０であった。よって、２層目の補正係数Ｋ２は、下記のようになる。
Ｋ２  ＝Ｋ１×（１−ｔ１，１／Ｊ１）×（１−ｔ２，１／Ｊ２）
＝０．９１２９
【００８１】
同様に、補正係数の更新を繰り返すと、造形物の最終層ではＫ４００＝０．９０２６となる。これにより、造形点に供給すべきレーザービーム出力を２００Ｗとすると、必要なレーザービーム出力の指示値は２２１．５９Ｗである。また、造形点に供給すべきレーザービーム出力を５００Ｗとすると、必要なレーザービーム出力の指示値は５５３．９７Ｗである。
【００８２】
［造形プロセス制御］
図３に示すように、実施例１と同様の手順で、造形条件１と造形条件２とを織り交ぜた造形プロセス制御を実行した（Ｓ２０）。
【００８３】
［効果確認］
三次元造形物の造形終了後、処理室４を大気圧雰囲気に戻し、実施例２の効果確認のために、パワーメータで造形点に到達するレーザービーム出力を測定した。
【００８４】
その結果、レーザービーム出力指示値Ｐ４００´＝２２１．５９Ｗで照射したところ、造形点に到達するレーザービーム出力が所望の２００Ｗと同等であった。また、レーザービーム出力の指示値Ｐ４００´＝５５３．９７Ｗで照射し、造形点に到達するレーザービーム出力が所望の５００Ｗと同等であった。
【００８５】
このことから、実施の形態１では、透過部材３の透過率の低下量を予測して積算することで、複数の造形条件を用いて粉末床溶融結合方式を行った場合でも造形点に到達するレーザービーム出力はほぼ一定に確保できることが分かった。
【００８６】
（比較例１）
比較例１では、造形条件１を用いた実施例１と同様の造形をレーザービーム出力の補正なしで行った。
【００８７】
比較例１では、初期の補正係数はＫ１＝０．９０２５であった。よって、式（２）により、レーザービーム出力指示値Ｐ´は、Ｐ´＝２２１．６０Ｗである。
【００８８】
図３に示すように、実施例１と同様の手順で、造形条件１の造形プロセス制御を実行した（Ｓ２０）。
【００８９】
比較例１では、立体造形物の薄層の全層にわたってレーザービーム出力指示値Ｐ´を固定値として加熱積層工程（Ｓ２５）を行った。
【００９０】
［効果確認］
三次元造形物の造形終了後、処理室４を大気圧雰囲気に戻し、比較例１の効果確認のために、パワーメータで造形点に到達するレーザービーム出力を測定した。
【００９１】
その結果、レーザービーム出力指示値Ｐ´＝２２１．６０Ｗで照射したところ、造形点に到達するレーザービーム出力が１９５．６Ｗであった。このことからレーザービーム出力の補正を行わないと、透過部材３の透過率低下により造形点に所望のレーザービーム出力を供給できないことが分かった。
【００９２】
これにより、比較例１では、三次元造形物内で造形品質のムラが発生し、金属材料の所望の機能、特性を得られない可能性がある。これに対して、実施の形態１では、粉末床溶融結合方式の造形プロセスにおけるワークごと、さらには同一ワーク内で加熱条件が変化する場合でも、透過部材３を透過して薄層１ａに到達するレーザーパワーの低下量をかなり正確に予測できる。そして、薄層１ａに到達するレーザーパワーの低下量に応じてレーザー発振器３０のレーザービーム出力パワーを増加することにより、薄層１ａに所望のレーザーパワーを供給して、安定して高品質の三次元造形物を造形することができる。
【００９３】
（実施の形態１の効果）
実施の形態１では、レーザー発振器３０による加熱条件に応じて薄層１ａの走査加熱の累積に伴ってレーザービーム出力を増加させる割合を変化させる。このため、レーザービームによる薄層１ａの加熱条件が異なる場合でも、薄層１ａの固化領域の加熱量の過不足が抑制される。
【００９４】
実施の形態１では、三次元造形物２の造形過程を通じて、レーザービームによる固化領域１ｅの加熱に伴う透過部材３の透過率の低下を補うように、レーザー発振器３０のレーザービーム出力の増加処理を実行する。このため、固化領域１ｅの加熱条件に応じた過不足の少ないレーザー発振器３０のレーザービーム出力の設定が可能である。
【００９５】
実施の形態１では、三次元造形物２の設計データから生成したレーザー発振器３０のレーザービーム出力の増加スケジュールに基づいて増加処理を実行する。このため、三次元造形物２の造形過程でレーザービーム出力を計測する必要が無い。レーザービーム出力を計測し、計測結果をレーザー発振器３０にフィードバックする構成や制御が不用である。累積的なレーザービーム出力の計側誤差や、一時的なレーザービーム出力の計側誤差によって、レーザービーム出力が不適切に制御される心配が無い。
【００９６】
実施の形態１では、増加スケジュールを、三次元造形物２の設計データから生成した固化領域１ｅの加熱条件に基づいて生成する。加熱条件は、原料粉体１の種類と、レーザービーム出力と、レーザービームのビームスポット径と、レーザービームの走査速度と、処理室４内の雰囲気の種類及び圧力と、ヒーターユニット９による薄層１ａの補助加熱条件と、を含む。このため、固化領域１ｅごとのレーザー発振器３０のレーザービーム出力の必要な増加量を正確に見積もることができる。加熱条件の違いによる透過部材３の透過率の低下状態を正確に見積もって、レーザー発振器３０のレーザービーム出力の過不足の少ない増加量を求めることができる。
【００９７】
実施の形態１では、制御部２０は、三次元造形装置１００において使用するレーザービーム出力の増加スケジュールを自ら生成する。このため、三次元造形装置１００の個体差を考慮した透過部材３の透過率の低下状態を見積もって、レーザー発振器３０のレーザービーム出力の過不足の少ない増加量を求めることができる。
【００９８】
実施の形態１では、固化領域１ｅの加熱条件に基づいて透過部材３の透過率の低下状態を推定し、推定した透過部材３の透過率の低下状態に基づいてレーザービーム出力の増加スケジュールを生成する。このため、固化領域１ｅの加熱条件の差を考慮した透過部材３の透過率の低下状態を見積もって、レーザー発振器３０のレーザービーム出力の過不足の少ない増加量を求めることができる。
【００９９】
実施例１では、試験造形による実験結果に基づいて増加処理を行うために必要なレーザービーム出力の増加量のデータを求める。このため、複数の加熱条件の組み合わせを目的とする三次元造形物２の各薄層レベルで一致させて透過部材３の透過率の低下状態を見積もって、レーザー発振器３０のレーザービーム出力の過不足の少ない増加量を求めることができる。
【０１００】
実施例１では、供給機構７により三次元造形物２を造形する際と等しく原料粉体１の薄層１ａを形成し、薄層１ａの試験領域１５を加熱条件の１つの組み合わせで加熱して試験回数の積層を行う。このため、三次元造形物２の各薄層１ａの加熱条件とヒュームの発生状態とを、試験造形で正確に再現して、レーザービーム出力の増加スケジュールの精度を高めることができる。
【０１０１】
実施例１では、造形前透過率測定と増加後透過率測定との両方を行って透過部材３の透過率を測定する。このため、造形前透過率測定を行わない場合よりも、透過部材３の透過率の変化を正確に見積もることができる。実施例１では、試験造形における各薄層１ａの試験領域１５は、三次元造形物２の各薄層１ａの固化領域１ｅと同一である。このため、三次元造形物２の固化領域１ｅにおけるヒュームの発生状態を、試験領域１５を用いた試験造形において高精度に再現できる。実施例１では、試験造形における積層の試験回数は、三次元造形物２における実際の積層回数よりも少ない。このため、試験造形に要する時間を削減できる。
【０１０２】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、レーザービーム出力の増加処理に使用する増加スケジュールを制御部２０が生成した。これに対して、実施の形態２では、図１に示すように、レーザービーム出力の増加処理に使用する増加スケジュールを制御部２０とは異なるコンピュータ２５が生成する。三次元造形装置１００の構成及び三次元造形物２における造形制御は実施の形態１と同一であるため、重複する説明を省略する。
【０１０３】
（実施の形態２の制御）
図７は実施の形態２におけるレーザーパラメータ作成制御のフローチャートである。図７に示すように、コンピュータ２５は、レーザーパラメータ作成制御を実行して、レーザービーム出力の増加スケジュールを含めたレーザーパラメータを作成する（Ｓ５０）。
【０１０４】
コンピュータ２５は、目的とする三次元造形物２の設計データ（ＣＡＤデータ）から三次元造形物の３Ｄモデルを作成する（Ｓ５１）。コンピュータ２５は、三次元造形物の３Ｄモデルに自立性が無い場合、加工中の自立性を付与するためのサポート部材を追加して３Ｄモデルを修正する（Ｓ５２）。
【０１０５】
コンピュータ２５は、決定工程として、三次元造形物２の設計データから固化領域１ｅの加熱条件を決定する（Ｓ５３）。コンピュータ２５は、スライサーソフトウェアにより三次元造形物の３Ｄモデルを薄層の厚みでスライスして、薄層１ａの一層分の固化領域１ｅを求める。コンピュータ２５は、固化領域１ｅの部分ごとに必要な加熱量を演算して、レーザーパラメータを設定し、レーザーパラメータを含む加熱条件を作成して、制御部２０のＲＡＭ２６に保存する（Ｓ５３）。コンピュータ２５は、推定工程として、固化領域１ｅの加熱条件に基づいて透過部材３の透過率の低下状態を推定する（Ｓ５４）。
【０１０６】
コンピュータ２５は、生成工程として、推定した透過部材３の透過率の低下状態に基づいてレーザービーム出力の増加スケジュールを生成する。コンピュータ２５は、三次元造形物２の造形過程を通じたレーザー発振器３０の制御スケジュールの一部としてレーザービーム出力の増加スケジュールを生成する（Ｓ５５）。
【０１０７】
（実施の形態２の効果）
実施の形態２では、制御部２０とは異なるコンピュータ２５によってレーザービーム出力の増加スケジュールを生成する。このため、三次元造形物２の加工プログラムを取得した後、制御部２０においてレーザービーム出力の増加スケジュールを生成することなく、直ちに三次元造形物２の造形を開始できる。
【０１０８】
＜その他の実施の形態＞
本発明の三次元造形装置は、実施の形態１における具体的な各部構成、部品形態、及び実寸法には限定されない。実施の形態１、２の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。実施の形態１では、レーザービームにより薄層１ａの固化領域１ｅを溶融させる実施の形態を説明した。しかし、薄層１ａの固化領域１ｅを焼結させる実施の形態で本発明を実施してもよい。
【０１０９】
実施の形態１では、レーザービーム出力、累積発振時間、スポット径、走査速度、ヒーター出力、雰囲気の種類及び圧力、造形材料の薄層形成条件を等しく再現してレーザーパワー低下率算出制御（Ｓ３０）を実行した。実施の形態１では、試験造形を行って、加熱条件の１つの組み合わせにおける単位時間当たりのレーザービーム出力の低下率Ｊ１を求めた。そして、レーザーパワー低下率算出制御（Ｓ３０）に基づいてレーザービーム出力補正（Ｓ４０）を行った。
【０１１０】
しかし、実施の形態１のような加熱条件の１つの組み合わせを設定した試験造形を最後まで行わなくても、試験造形の途中でレーザービームスポットの造形点温度を測定して、原料粉体１の蒸発速度ａｖを見積もることができる。
【０１１１】
例えば、加工点の温度が１８００℃の鉄の場合と、加工点の温度が１０００℃のアルミニウムの場合と、を検討すると、加熱条件の数値は次のようになる。
【０１１２】
【表１】
0006648928.tif 000002
【０１１３】
一般に、真空中で物質が加熱されたとき、物質の表面の単位面積当たり蒸発する物質の質量は、Ｌａｎｇｍｕｉｒの式にあてはまり、蒸発速度ａｖは、次式により求められる。
ａｖ＝５．８５×１０−２×Ｐ×（Ｔ）×（Ｍ／Ｔ）０．５
これにより、表１の数値に基づいて蒸発速度ａｖを求めると以下のようになる。
【０１１４】
【表２】
0006648928.tif 000003
【０１１５】
原料粉体１の蒸発速度ａｖは、薄層１ａの加熱ごとの透過部材３の透過率の低下量に対応しているため、このように演算された蒸発速度ａｖに応じて単位時間当たりのレーザービーム出力の低下率Ｊ１を求めることが可能である。そして、単位時間当たりのレーザービーム出力の低下率Ｊ１に基づいて薄層１ａの加熱ごとのレーザービーム出力の割り増し率を設定することが可能である。
【０１１６】
なお、実施の形態１のような加熱条件の１つの組み合わせを設定した試験造形で加工点の温度を実測する代わりに、レーザービーム出力に基づく固化領域１ｅの加熱のコンピュータシミュレーションによって加工点の温度を求めてもよい。
【０１１７】
また、蒸発速度ａｖに基づいて透過部材３の透過率の低下量を求める際に、透過部材３に付着する物質の膜厚ｔを求めてもよい。原料粉体１の蒸発量をｍ［ｇ］は、蒸発速度ａｖに比例する。そして、空間に浮遊する蒸発源からの物質の蒸発角度分布は全方角に向かって均一である。このため、透過部材３に付着する物質の膜厚ｔは、例えば次式により求められる。
ｔ＝（ｍ／ρ）×ｃｏｓφ／４π（ｈ２＋ｌ２）０．５
これにより、表１の数値に基づいて透過部材３に付着する膜厚ｔを求めると以下のようになる。
【０１１８】
【表３】
0006648928.tif 000004
【０１１９】
したがって、加工時間ｓと膜厚ｔとから単位時間当たりの膜厚（ｔ／ｓ）を求めて、単位時間当たりのレーザービーム出力の低下率Ｊ１を演算することができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１：原料粉体、１ａ：薄層、１ｅ：固化領域、２：三次元造形物、３：透過部材、４：容器（処理室）、５：薄層形成部（造形ステージ）、６：薄層形成部（供給ステージ）、７：薄層形成部（供給機構）、９：補助加熱手段（ヒーターユニット）、
１２：物質供給部（ガス供給機構）、１３：減圧部（排気機構）、１５：試験領域、２０：制御部、２１：読取装置、２２：記録媒体、３０：加熱手段（レーザー発振器）、３１：加熱手段（光学系）、３２：加熱手段（ファイバーケーブル）、１００：三次元造形装置
【図１】
0006648928.tif 000005
【図２】
0006648928.tif 000006
【図３】
0006648928.tif 000007
【図４】
0006648928.tif 000008
【図５】
0006648928.tif 000009
【図６】
0006648928.tif 000010
【図７】
0006648928.tif 000011