(57)【要約】【課題】造形時に必要形状の造形物と造形プレートとを一体に切り出す加工基準を設けることにより、造形プレートの位置を造形物の造形位置に正確に合わせる必要がなく、しかも加工基準を造形物と一緒に焼結造形できて造形時間を短縮できる方法を提供すること。【解決手段】造形プレート１上に金属粉末層２ａの焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層３が一体化された三次元形状を有する造形物４を製造する方法であって、必要形状の造形物４と造形プレート１とを一体に切り出す際の加工基準となる基準形状部５を造形物４と同時に焼結造形し、造形終了後に造形プレート１を必要形状にカットして必要形状の造形物４と造形プレート１とを一体に切り出す。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形プレート上に供給された金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結させることによって硬化層を形成し、この硬化層の上に更に金属粉末層を被覆して金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して下の硬化層と一体となった上の硬化層を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層が一体化された三次元形状を有する造形物を製造し、造形終了後に造形プレートを必要形状にカットして必要形状の造形物と造形プレートとを一体に切り出す三次元形状造形物の製造方法であって、上記必要形状の造形物と造形プレートとを一体に切り出す際の加工基準となる基準形状部を造形物と同時に焼結造形することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
【請求項２】
上記基準形状部を、造形物とは別の位置に焼結造形することを特徴とする請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法。
【請求項３】
上記基準形状部を複数に分散させて配置することを特徴とする請求項２記載の三次元形状造形物の製造方法。
【請求項４】
上記基準形状部を、造形物と一体に形成することを特徴とする請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法。
【請求項５】
造形プレート上に供給された金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結させることによって硬化層を形成し、この硬化層の上に更に金属粉末層を被覆して金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して下の硬化層と一体となった上の硬化層を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層が一体化された三次元形状を有する造形物を製造する造形工程を備え、造形途中で硬化層表面を所望形状に除去する表面除去工程が挿入され、造形終了後に造形プレートを必要形状にカットして必要形状の造形物と造形プレートとを一体に切り出す三次元形状造形物の製造方法であって、上記造形途中で硬化層の表面除去加工を行なう表面除去機構に、必要形状の切り出し基準加工或いは造形プレートへの加工基準となるマーキングのいずれかを行なう機能を持たせたことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
【請求項６】
造形プレート上に供給された金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結させることによって硬化層を形成し、この硬化層の上に更に金属粉末層を被覆して金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して下の硬化層と一体となった上の硬化層を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層が一体化された三次元形状を有する造形物を製造する造形工程を備え、造形終了後に造形プレートを必要形状にカットして必要形状の造形物と造形プレートとを一体に切り出す三次元形状造形物の製造方法であって、硬化層を形成するための光ビームの照射機構を用いて上記造形プレート上に加工基準となるマーキングを行ない、造形終了後にマーキングに沿って切削装置で造形プレートを必要形状にカットすることを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
【請求項７】
造形装置内に固定された造形プレート上に金属粉末層を供給し、この金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結させることによって硬化層を形成し、この硬化層の上に更に金属粉末層を被覆して金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して下の硬化層と一体となった上の硬化層を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層が一体化された三次元形状を有する造形物を製造すると共に、造形途中で硬化層表面を所望形状に除去する表面除去工程を挿入する方法であって、造形を行なう前に画像処理装置により造形プレートの固定位置を計測して造形プレートと造形物の造形位置との位置ズレ量を求め、その位置ズレ量に応じて造形位置を移動させることを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
【請求項８】
造形装置内に固定された造形プレート上に金属粉末層を供給し、この金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結させることによって硬化層を形成し、この硬化層の上に更に金属粉末層を被覆して金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して下の硬化層と一体となった上の硬化層を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層が一体化された三次元形状を有する造形物を製造すると共に、造形途中で硬化層表面を所望形状に除去する表面除去工程を挿入する方法であって、造形を行なう前に画像処理装置により造形プレートの固定位置を計測して造形プレートと造形物の造形位置との位置ズレ量を求め、その位置ズレ量に応じて造形プレートの位置を移動させることを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
【請求項９】
画像処理装置により造形プレートの端面を検出して本来あるべき造形プレートの位置に対する位置ズレ量を計測し、位置ズレ量に応じて造形プレートの位置を修正することを特徴とする請求項７又は請求項８記載の三次元形状造形物の製造方法。
【請求項１０】
造形プレートに予め画像処理検出用マークをつけておき、そのマーク位置を画像処理検出することにより造形プレートの位置ズレ量を検出することを特徴とする請求項７又は請求項８記載の三次元形状造形物の製造方法。
【請求項１１】
造形プレート上に供給された金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結させることによって硬化層を形成し、この硬化層の上に更に金属粉末層を被覆して金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して下の硬化層と一体となった上の硬化層を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層が一体化された三次元形状を有する造形物を製造すると共に途中で硬化層表面を所望形状に除去する表面除去工程が挿入される三次元形状造形物の製造方法であって、造形タンクの上面において、造形途中で硬化層の表面除去加工を行なう表面除去機構の座標系原点からの距離がわかっている位置に固定基準となる位置決め構造物を設け、この位置決め構造物に合わせて造形プレートを造形タンク内に固定することを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、造形プレート上の金属粉末層を光ビームで焼結硬化させることで三次元形状を有する造形物を製造し、後加工により必要形状の造形物と造形プレートとを一体に切り出すための三次元形状造形物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成し、その硬化層を積層して三次元形状造形物を製造する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。他の従来例として金属粉末焼結部品の表面仕上げを行なう方法（例えば、特許文献２参照）や、粉末層を所定の境界内部において選択的に焼結させて、相互に焼結された複数層からなる部品を製造する方法（例えば、特許文献３参照）も知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１１５００４号公報
【特許文献２】
特開２０００−７３１０８号公報
【特許文献３】
特許第２６２０３５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来においては、図１９のように、材料タンク１３内の昇降テーブル８上に金属粉末材料２を投入し、造形タンク１０内の昇降テーブル１４に固定した造形プレート１上に平板ブレード１５を矢印Ｈに向かって移動させることにより、造形プレート１上に金属粉末材料２を供給し、光ビームＬを金属粉末層２ａの硬化させたい箇所に照射してレーザー焼結を行ない、硬化層３を形成する。その後、昇降テーブル１４を１層分の厚みＥだけ下降させて金属粉末層２ａの供給、光ビームＬの照射を行なうことで２層目の硬化層３を形成する。このような材料供給工程と光ビームＬ照射工程とを繰り返すことによって、造形プレート１上に上下複数の硬化層３が順次堆積されていき、三次元形状を有する造形物４（硬化積層物）を製造するものである。
【０００５】
ここで、造形プレート１は造形終了後に造形物４（硬化積層物）から切り離すのではなく、造形物４の一部として利用するのが一般的である。例えば図２０のように、造形プレート１’の上に一体化された造形物４を図２０に示すモールドベース１７に組み込み、金型の型部として用いるようにしている。
【０００６】
ここで、図２１（ａ）のように造形プレート１の位置と造形物４が造形される位置とが一致し、且つ造形物４の基準軸方向Ｊ（Ｊ’）と造形プレート１の基準軸Ｋ（Ｋ’）とが平行であれば、造形プレート１に対する造形位置は決定されるが、実際には、造形プレート１を固定する基準がないため、図２２のように造形物４の基準軸方向Ｊ（Ｊ’）と造形プレート１の基準軸Ｋ（Ｋ’）とがズレやすくなり、結果図２１（ｂ）に示すａ×ｂサイズの造形プレート１に造形物４がズレて造形されてしまうことがある。このため数μｍオーダーで図２１（ａ）のように造形する位置を造形プレート１に対して合わせるのは困難である。
【０００７】
そこで、本発明者らは本発明に至る過程で、図２１（ｃ）、図２３（ａ）のように必要形状よりも大きい造形プレート１上に造形物４を造形し、後加工によりワイヤカット装置などを用いて、図２１（ｄ）、図２３（ｂ）のようにワイヤカット装置などで必要形状の造形プレート１’を切り出す方法を考えた。
【０００８】
ところが、図２１（ｄ）のように造形物４自体が切り出す際の加工基準となるストレート端面１ｍ，１ｎを有している場合は、ストレート端面１ｍから距離ｇをあけ、ストレート端面１ｎから距離ｆをあけて所定寸法ｃ，ｄで切り出すことで、造形プレート１の位置に対して造形物４の基準軸方向Ｊ（Ｊ’）が決まるが、例えば図２１（ｅ）のような造形物４自体が加工基準を持たない場合は、必要形状に切り出すことができなくなるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、造形時に必要形状の造形物と造形プレートとを一体に切り出す加工基準を設けることによって、造形プレートの位置を造形物の造形位置に正確に合わせる必要がなく、しかも加工基準を造形物と一緒に焼結造形できて造形時間を短縮できるようにした三次元形状造形物の製造方法を提供することにあり、他の目的とするところは、表面除去機構を利用して切り出し基準加工を行なったり、加工基準となるマーキングができる三次元形状造形物の製造方法を提供することにあり、他の目的とするところは、画像処理を用いて造形プレート上の本来の位置に造形物を造形させることができ、しかも後加工で造形プレートを必要形状に切り出す必要がなく、加工基準を造形焼結によって形成する必要もなく、造形時間を一層短縮できる三次元形状造形物の製造方法を提供することにあり、他の目的とするところは、画像処理を用いて造形プレートの位置を認識し、位置ズレ量に応じて造形プレートの位置を修正することで、造形プレート上の本来の位置に造形させることができる三次元形状造形物の製造方法を提供することにあり、更に他の目的とするところは、造形プレートの位置決め固定を造形タンクを利用して行なうことができる三次元形状造形物の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、造形プレート１上に供給された金属粉末層２ａの所定箇所に光ビームＬを照射して焼結させることによって硬化層３を形成し、この硬化層３の上に更に金属粉末層２ａを被覆して金属粉末層２ａの所定箇所に光ビームＬを照射して下の硬化層３と一体となった上の硬化層３を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層３が一体化された三次元形状を有する造形物４を製造し、造形終了後に造形プレート１を必要形状にカットして必要形状の造形物４と造形プレート１’とを一体に切り出す三次元形状造形物の製造方法であって、上記必要形状の造形物４と造形プレート１’とを一体に切り出す際の加工基準となる基準形状部５を造形物４と同時に焼結造形することを特徴としており、このように構成することで、造形終了後に必要形状の造形物４と造形プレート１’とを一体に切り出す際に、造形物４と一緒に造形された基準形状部５を加工基準とすることができ、基準形状部５によって後加工で必要形状の切り出しが可能となり、本方法によって成形金型や部品の加工を行なうことができ、しかも造形開始前に造形プレート１の位置を造形物４の造形位置に正確に合わせる必要がないものであり、そのうえ造形物４と同時に基準形状部５を造形することで、造形時間を短縮できる。
【００１１】
また上記基準形状部５を、造形物４とは別の位置に焼結造形するのが好ましく、この場合、造形物４の形状には制約されないで、加工基準となる基準形状部５を独立して任意の形状に造形できる。
【００１２】
また上記基準形状部５を複数に分散させて配置するのが好ましく、この場合、大きな基準形状部５を焼結造形する必要がなくなる。
【００１３】
また上記基準形状部５を、造形物４と一体に形成するのが好ましく、この場合、造形物４自体が加工基準を持つようになり、余分な加工基準を造形物４とは別に別途造形する必要がなくなる。
【００１４】
また本発明は、造形途中で硬化層３の表面除去加工を行なう表面除去機構６に、必要形状の切り出し基準加工或いは造形プレート１への加工基準となるマーキングのいずれかを行なう機能を持たせたことを特徴としており、このように構成することで、加工基準となる基準形状部５を焼結造形により別途形成する必要がなくなる。さらに、造形物４の表面除去加工を行なうための表面除去機構６を利用して切り出し基準加工を行なう場合は、造形プレート１の取り外しがなく、切り出し加工を高精度で行なうことができ、一方、造形プレート１に加工基準となるマーキングをする場合は、その後で別の装置（例えばフライス、ワイヤカット等）を用いてマーキングを基に造形プレート１を精度良く切削加工可能となる。
【００１５】
また上記硬化層３を形成するための光ビームＬの照射機構を用いて造形プレート１上へ加工基準となるマーキングを行ない、造形終了後にマーキングに沿って切削装置で造形プレートを必要形状にカットすることを特徴としており、このように構成することで、マーキング専用の装置を別途設ける必要がなくなる。
【００１６】
また本発明は、造形を行なう前に画像処理装置により造形プレート１の固定位置を計測して造形プレート１と造形物４の造形位置との位置ズレ量を求め、その位置ズレ量に応じて造形位置を移動させることを特徴としており、このように構成することで、画像処理を用いて造形プレート１の位置を認識し、位置ズレ量に応じて造形される位置を移動させることで、造形プレート１上の本来の位置に造形させることができ、しかも造形プレート１の大きさは必要形状の大きさでよく、後加工で造形プレート１を必要形状に切り出す必要がなく、加工基準を造形焼結によって形成する必要もなく、そのうえ造形物４の造形位置の方を造形プレート１の固定位置に合わせて移動させることで、造形プレート１を移動できない場合に有効である。
【００１７】
また本発明は、造形を行なう前に画像処理装置により造形プレート１の固定位置を計測して造形プレート１と造形物４の造形位置との位置ズレ量を求め、その位置ズレ量に応じて造形プレート１の位置を移動させることを特徴としており、このように構成することで、画像処理を用いて造形プレート１の位置を認識し、位置ズレ量に応じて造形プレート１の位置を修正するので、造形プレート１上の本来の位置に造形させることができ、しかも造形プレート１の大きさは必要形状の大きさでよく、後加工で造形プレート１を必要形状に切り出す必要がなく、加工基準を造形焼結によって形成する必要もなくなる。
【００１８】
また上記画像処理装置により造形プレート１の端面１ａを検出して本来あるべき造形プレート１の位置に対する位置ズレ量を計測し、位置ズレ量に応じて造形プレート１の位置を修正するのが好ましく、この場合、画像処理を用いて造形プレート１の端面１ａを検出し、位置ズレ量に応じて造形プレート１の位置修正或いは造形物４の造形位置の修正を行なうことで、造形プレート１上の本来の位置に造形させることができる。
【００１９】
また上記造形プレート１に予め画像処理検出用マーク９をつけておき、そのマーク９位置を画像処理検出することにより造形プレート１の位置ズレ量を検出するのが好ましく、この場合、画像処理検出用マーク９を造形プレート１の予め決められた位置、例えば造形プレート１の四隅につけておくことにより、画像処理による位置ズレ量の検出が容易となる。
【００２０】
また本発明は、造形タンク１０の上面において、造形途中で硬化層の表面除去加工を行なう表面除去機構６の座標系原点Ｑからの距離Ｗ１，Ｗ２がわかっている位置Ｕ，Ｖに固定基準となる位置決め構造物１１を設け、この位置決め構造物１１に合わせて造形プレート１を造形タンク１０内に固定することを特徴としており、このように構成することで、造形プレート１の位置が表面除去機構６の座標系のどこの位置にあるかわかり、造形プレート１がどこにあるかがわかれば、そこを基準に造形物４の造形位置を調整して、造形プレート１に対する造形位置を設定することができる。これにより、造形プレート１の位置決めが簡単に行なえると共に、造形タンク１０を利用して固定基準となる位置決め構造物１１を設けることにより、加工基準となる造形物４を別途造形する必要がなくなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２２】
図１、図２は請求項１に対応する実施形態である。図３、図４は造形プレート１上に所望の三次元形状を有する造形物４を製造する造形工程の途中で硬化層３表面を所望形状に除去する表面除去工程が挿入される場合の説明図である。本発明では、造形終了後に造形プレート１を必要形状にカットして必要形状の造形物４と造形プレート１’とを一体に切り出すために、造形プレート１を必要形状にカットする際の加工基準となる基準形状部５を造形物４と同時に焼結造形する点に特徴を有している。
【００２３】
造形方法については従来と同様である。つまり図３に示す材料タンク１３内の昇降テーブル８上に金属粉末材料２を投入してその上面を平坦に均す。金属粉末材料２には例えば平均粒径がφ２０〜３０μｍ程度の鉄粉が用いられる。一方、造形タンク１０内の昇降テーブル１４を図４（ａ）に示す一層分の厚みＥだけ下げた位置にセットした状態で、平板ブレード１５を矢印Ｈに向かって材料タンク１３上から造形タンク１０上に移動させることにより、昇降テーブル１４上に固定した造形プレート１上に金属粉末材料２を供給し、その後、平板ブレード１５を材料タンク１３側に戻すと共に図４（ｂ）のように光ビームＬを金属粉末層２ａの硬化させたい箇所に照射してレーザー焼結を行ない、１層目の厚みＥを有する硬化層３を造形プレート１と一体に形成する。なお、光ビームＬには例えば炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等が用いられる。その後、図４（ｃ）のように昇降テーブル１４を更に１層分の厚みＥだけ下降させる。つまり、初期位置から２層分の厚みＥ’だけ降下させた状態で、再び平板ブレード１５によって硬化層３の上に金属粉末層２ａを供給し、硬化させたい箇所に光ビームＬを照射して下の硬化層３と一体化された２層目の硬化層３を形成する。このような材料供給工程と光ビームＬ照射工程とを繰り返すことによって、図３のように造形プレート１上に上下複数の硬化層３が順次堆積されていき、三次元形状を有する造形物４（硬化積層物）を製造することができる。また造形工程中に、図４（ｄ）のように表面除去機構６を用いて硬化層３の表面を所望形状に除去することで、造形物４を所望の三次元形状に仕上げることができる。
【００２４】
本発明においては、上記造形プレート１上に、図１に示すように、型部となる造形物４と同時に、加工基準となる基準形状部５を焼結造形するものである。この基準形状部５は、造形プレート１を造形物４の一部として利用するために、造形プレート１を必要形状に切り出す際の加工基準として用いられるものであり、図１に示す例では、造形物４の二方向Ａ，Ｂにおいて互いに直交する２つの細長いストレート部５ａ，５ｂからなり、各ストレート部５ａ，５ｂからそれぞれ外側に所定の設計距離Ｆ，Ｇ（図２）をあけて切り出し位置（カットライン）を設定することで、造形プレート１の必要形状が残るような必要サイズＤで切り出すことができるようにしている。なお、基準形状部５は、切り出し加工後において不要であれば造形プレート１’から除去してもよい。
【００２５】
しかして、造形終了後に必要形状の造形物４と造形プレート１’とを一体に切り出す際には、造形物４と一緒に造形された基準形状部５を加工基準とする。これにより造形物４が造形プレート１のどこに造形されるのかわからない場合や、造形物４自体が加工基準となるストレート端面を持たない場合、さらに造形工程中に切削工程を持たない場合であっても、必要形状の造形物４と造形プレート１’とを後加工で一体に切り出すことが可能となり、本方法によって成形金型や部品の加工を行なうことができ、しかも造形開始前に造形プレート１の位置を造形物４の造形位置に正確に合わせる必要がないものであり、そのうえ加工基準となるストレート部５ａ，５ｂを造形物４と同時に焼結造形することで、造形時間を短縮することができる。
【００２６】
また本例では、加工基準となる基準形状部５を、図１のように型部となる造形物４とは別の位置に焼結造形するので、型部となる造形物４の形状に制約されないで、基準形状部５を任意の形状に形成できるものである。なお基準形状部５の形状は図１には限定されず、図５（ａ）のように基準形状部５が造形物４の二方向Ａ，Ｂを囲む平面視Ｌ字状の細長いストレート部５ｃ，５ｄを有する場合、或いは図５（ｂ）のように造形物４の四方Ａ，Ｂ，Ａ’，Ｂ’を囲む平面視四角形状の細長いストレート部５ｃ〜５ｆを有する場合でもよい。図１及び図５は請求項２に対応する実施形態である。また図６のように基準形状部５を複数の小さい四角形状に分散させ、各四角形状の一辺を結ぶ線Ｍ１，Ｍ２を加工基準とする場合であってもよい。この図６は請求項３に対応する実施形態である。これらいずれの場合も必要形状の切り出しが可能となり、しかも基準形状部５は型部となる造形物４とは別の位置に焼結造形されるため、型部となる造形物４の形状とは無関係に、基準形状部５を独立して任意の形状に設定できるという利点があり、特に図６の小さな複数の四角形状とした場合は、図５（ａ）或いは（ｂ）の基準形状部５と比較して焼結造形する領域を小さくでき、造形時間が一層短縮するという利点がある。
【００２７】
本発明の他の実施形態として、図７、図８に示すように、基準形状部５を造形物４と一体に形成してもよい。図７、図８は請求項４に対応する実施形態である。図７の例では、基準形状部５は造形物４の二辺に沿って互いに直角な２つのストレート端面４ａ，４ｂからなり、２つのストレート端面４ａ，４ｂを基に切り出し位置（カットライン）を決定するものであり、これにより造形物４自体が加工基準を持つようになり、余分な加工基準を造形物４とは別に別途造形する必要がなくなり、造形時間を短縮できる。
【００２８】
また図８に示すように、造形物４の外周全周を囲むように基準形状部５を配置すると共に、基準形状部５の外周の４辺にそれぞれ加工基準となるストレート端面５ｈ〜５ｋを形成するようにしてもよい。ここでは、基準形状部５の上に型部となる造形物４が配置された形状をしており、４つのストレート端面５ｈ〜５ｋは互いに直角な位置関係にあり、このストレート端面５ｈ〜５ｋを基に切り出し位置ａ１（カットライン）を決めるようにしている。これにより、造形終了後にモールドベース１７（図２０）に必要形状の造形物４と造形プレート１’を組み込んで金型を形成する場合、造形物４を型部として、基準形状部５を金型のすりあわせ面として利用できるという利点もある。
【００２９】
本発明の更に他の実施形態として、造形装置内に造形途中で硬化層３の表面除去加工を行なう表面除去機構６（図３）を備える場合において、この表面除去機構６を用いて図９に示す必要形状の切り出し基準加工或いは図１０に示す加工基準となるマーキングのいずれかを行なうようにしてもよい。図９、図１０は請求項５に対応する実施形態である。先ず図９の例では表面除去機構６（図３）として切り出し加工できる能力を有するもの、例えば回転刃物のミーリング機構によって造形プレート１を加工基準線ａ２に沿ってカットする。この場合の加工基準線ａ２のデータは表面除去機構６の駆動部に予めプログラミングされているものとする。これにより、前記実施形態のように加工基準となる基準形状部５を焼結造形により別途形成する必要がなくなるため、造形時間を短縮できるものであり、しかも、表面除去機構６を利用して造形プレート１を必要形状に切り出すので、造形プレート１の取り外しがなく、切り出し加工を高精度で行なえるものとなり、そのうえ既設の表面除去機構６を利用することで、切り出し加工のための専用の機構を別途設ける必要もなく、造形装置の構造を簡略化することができるという利点がある。これに対し、表面除去機構６が切り出し加工するだけの能力を持たない切削加工用スピンドル等の場合においては、図１０（ａ）に示すように、造形プレート１上に切削加工用スピンドルにて加工基準線７（例えばケガキ線７ａ）をマーキングし、その後、別の装置（例えばフライス加工装置、ワイヤカット装置等）で加工基準線７を基に造形プレート１を切削加工してもよい。なお加工基準線７としてはケガキ線７ａ以外に例えば十字マーク、円などの各種基準マークであってもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、造形物４を囲む複数位置に基準穴７ｂを穴明け加工してもよい。さらに他例として、硬化層３を形成するための光ビームＬを照射する機構（図示せず）を用いて図１１に示す加工基準線７（ケガキ線、十字マーク等）を加工するようにしてもよい。なお光ビームＬには赤外線レーザ、例えば炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等が用いられる。いずれの場合も、マーキング専用の装置を別途設ける必要がなく、造形装置の簡易化を図ることができる。
【００３０】
前記実施形態では、造形プレート１上に加工基準となる造形焼結或いはマーキングを行なう場合を説明したが、画像処理によって造形プレート１に対する造形位置の位置決めを行なう方法であってもよい。
【００３１】
図１３〜図１８は画像処理装置を造形プレート１と造形物４の造形位置とを位置決めする場合を示す。図１３は請求項７に対応し、図１４は請求項８に対応し、図１５は請求項９に対応し、図１６は請求項１０に対応し、図１７、図１８は請求項１１に対応する実施形態である。
【００３２】
まず、図１３は、画像処理装置を用いて造形プレート１の固定位置を計測し、造形プレート１と造形物４の造形位置との位置ズレ量を求め、その位置ズレ量に応じて造形させる位置を移動させる場合の一例を示している。ちなみに、図１２のように造形プレート１の固定位置と造形物４が造形位置とが既に合致している場合はよいが、実際には造形プレート１が昇降テーブル１４（図３）上に固定されるときに固定基準位置がないため、どこに固定されるのわからない。そのため、造形プレート１上のどこに造形物４が造形されるのかがわからない。そこで本例では、画像処理によって図１３（ａ）に示す造形装置内の実際の造形プレート１の固定位置を計測する。例えば撮像カメラで造形プレート１の位置を捉えて画像処理により位置を認識する。そして、設計上の造形プレート１Ａに対する平行位置ズレ量（Δｘ，Δｙ）と回転角度（Δθ）とを求め、この計測結果に応じて造形プレート１の位置をｘ，ｙ，θ方向に移動させて、図１３（ｂ）のように造形物４の造形位置を実際の造形プレート１に合致させる。しかして、画像処理にて造形プレート１の位置を認識し、位置ズレ量に応じて造形位置を決定するので、たとえ造形プレート１が傾いていても、造形プレート１上の本来の位置に造形させることができる。また本例では、造形プレート１の大きさは必要形状の大きさでよく、従って、大きめの造形プレート１に造形した後に必要形状に切り出すための後加工が不要となるため、作業の手間を大幅に削減でき、そのうえ加工基準を造形焼結によって別途形成する必要もないため、造形時間を一層短縮できるものである。そのうえ、造形位置の方を造形プレート１に合わせて移動させるので、造形プレート１を移動できない場合に有効となる。
【００３３】
図１４は、画像処理装置により造形プレート１の固定位置を計測し、造形物４の造形位置との位置ズレ量を求め、位置ズレ量に応じて造形プレート１の位置を移動させる場合の一例を示している。図１４（ａ）において、画像処理によって実際の造形プレート１の固定位置を計測して、設計上の造形プレート１Ａに対する平行位置ズレ量（Δｘ，Δｙ）と回転角度（Δθ）とを求め、計測結果に基いて図１４（ｂ）のように造形プレート１の方を移動させる。これにより、前記図１３の実施形態と同様な作用効果が得られるうえに、造形プレート１の方を造形位置に合わせて移動させるので、造形位置を移動できないときに有効である。
【００３４】
次に、上記画像処理によって造形プレート１の位置ズレ量を求める場合の具体例を説明する。図１５は、画像処理装置により実際の造形プレート１の端面１ａを検出し、本来あるべき造形プレート１の位置に対する位置ズレ量を計測する場合の一例を示している。図１５（ａ）は造形プレート１の一辺に対して最低２箇所で画像処理を行ない、端面位置を計測する場合を示す。端面位置は濃淡処理で求める。図１５（ｂ）、（ｃ）は検出ラインを境界とする明暗レベルを示している。本例では、造形プレート１の一辺において距離Ｌ１をあけた２箇所の計測座標Ｓ１（ｘ１，ｙ１）、Ｓ２（ｘ２，ｙ２）と、これと隣接する他辺において距離Ｌ２をあけた２箇所の計測座標Ｓ３（ｘ３，ｙ３）、Ｓ４（ｘ４，ｙ４）において、それぞれ端面位置を計測している。そして、図１５（ｂ）のように画像処理領域Ｓ１〜Ｓ４においてカメラで検出した検出点Ｐ１，Ｐ２とＰ３，Ｐ４とを結ぶ直線を延長し、延長線Ｎ１，Ｎ２の交点を造形プレート１の端面座標とし、この座標値と本来あるべき造形プレート１の位置との差から平行位置ズレ量（Δｘ，Δｙ）を求め、同様にして、延長線Ｎ１，Ｎ２の傾き角度と本来あるべき造形プレート１の角度の差から回転角度（Δθ）を求め、これら平行位置ズレ量（Δｘ，Δｙ）と回転角度（Δθ）とで造形プレート１の位置修正を行なう。しかして、画像処理装置により実際の造形プレート１の端面１ａを検出し、本来あるべき造形プレート１の位置に対する位置ズレ量を計測し、位置ズレ量に応じて造形プレート１の位置修正或いは造形物４の造形位置の修正を行なうことで、前記図１３の実施形態と同様な作用効果が得られるうえに、造形プレート１上の本来の位置に造形させることができるものである。
【００３５】
また他例として、図１６に示すように、造形プレート１の四隅を画像処理領域Ｓとし、各画像処理領域Ｓに画像処理検出用マーク９をつけておき、そのマーク９位置を画像処理にて検出することにより位置ズレ量を検出するようにしてもよい。画像処理検出用マーク９として例えば、小穴、十字マーク等、任意であり、これを造形プレート１の予め決められた位置、例えば造形プレート１の四隅につけておくことにより、画像処理による位置ズレ量の検出が容易となる。
【００３６】
更に他の例として、図１７に示すように、造形タンク１０の上面において、造形途中で硬化層の表面除去加工を行なう表面除去機構６（図３）の座標系原点からの距離がわかっている位置に固定基準となる位置決め構造物１１を設け、この位置決め構造物１１に合わせて造形プレート１を造形タンク１０内に固定するようにしてもよい。この位置決め構造物１１は、図１７（ａ）に示すストレート形状、或いは図１７（ｂ）に示すピン形状のいずれでもよい。いずれの場合も、位置決め構造物１１は、表面除去機構６の座標系原点Ｑからの距離Ｗ１，Ｗ２がわかっている位置Ｕ，Ｖにそれぞれ設けられ、この位置決め構造物１１に合わせて造形プレート１を固定することによって、造形プレート１の位置が表面除去機構６の座標系のどこの位置にあるかわかり、造形プレート１がどこにあるかがわかれば、そこを基準に造形物４の造形位置を調整して、造形プレート１に対する造形位置を設定することができる。従って、造形プレート１の位置決めが簡単に行なえると共に、加工基準となる造形物４を別途造形する必要がなくなり、造形時間を短縮できる。また位置決め構造物１１として、図１７（ｂ）に示す位置決めピンを用いる場合において、造形装置内に設けられる表面除去機構６を用いて位置決めピンを立てる位置の加工をすれば、位置決めピンを取り付ける際の位置合わせ調整を簡単に行なうことができるようになる。さらに図１８に示すように、造形プレート１が小さい場合は、寸法のわかっている平行ブロック５０を位置決め構造物１１と造形プレート１との間に入れ、平行ブロック５０の端面５０ａに位置決め構造物１１を位置決めする。これにより寸法がわかっている平行ブロック５０を介して、造形プレート１がどこにあるかがわかるようになり、造形プレート１が小さい場合でもその造形プレート１に対する造形位置を容易に設定できるものである。
【００３７】
【発明の効果】
上述のように請求項１記載の発明にあっては、造形プレート上に供給された金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結させることによって硬化層を形成し、この硬化層の上に更に金属粉末層を被覆して金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して下の硬化層と一体となった上の硬化層を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層が一体化された三次元形状を有する造形物を製造し、造形終了後に造形プレートを必要形状にカットして必要形状の造形物と造形プレートとを一体に切り出す三次元形状造形物の製造方法であって、上記必要形状の造形物と造形プレートとを一体に切り出す際の加工基準となる基準形状部を造形物と同時に焼結造形するので、造形終了後に必要形状の造形物と造形プレートとを一体に切り出す際に、造形物と一緒に造形された基準形状部を加工基準とすることができ、従って、造形物が造形プレートのどこに造形されるのかわからない場合や、造形物自体が加工基準となるストレート端面を持たない場合、さらに造形工程中に切削工程を持たない場合であっても、必要形状の造形物と造形プレートとを後加工で一体に切り出すことが可能となり、本方法によって成形金型や部品の加工を行なうことができ、しかも造形開始前に造形プレートの位置を造形物の造形位置に正確に合わせる必要がないものであり、そのうえ加工基準となる基準形状部を造形物と一緒に焼結造形することで、造形時間を短縮できるものである。
【００３８】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、上記基準形状部を、造形物とは別の位置に焼結造形するので、造形物の形状には制約されないで、加工基準となる基準形状部を独立して任意の形状に造形できるものである。
【００３９】
また請求項３記載の発明は、請求項２記載の効果に加えて、上記基準形状部を複数に分散させて配置するので、大きな基準形状部を焼結造形する必要がないため、造形時間を短縮できる。
【００４０】
また請求項４記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、上記基準形状部を、造形物と一体に形成するので、造形物自体が加工基準を持つようになり、余分な加工基準を造形物とは別に別途造形する必要がなくなり、造形時間を短縮できる。
【００４１】
また請求項５記載の発明は、造形プレート上に供給された金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結させることによって硬化層を形成し、この硬化層の上に更に金属粉末層を被覆して金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して下の硬化層と一体となった上の硬化層を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層が一体化された三次元形状を有する造形物を製造する造形工程を備え、造形途中で硬化層表面を所望形状に除去する表面除去工程が挿入され、造形終了後に造形プレートを必要形状にカットして必要形状の造形物と造形プレートとを一体に切り出す三次元形状造形物の製造方法であって、上記造形途中で硬化層の表面除去加工を行なう表面除去機構に、必要形状の切り出し基準加工或いは造形プレートへの加工基準となるマーキングのいずれかを行なう機能を持たせたので、加工基準となる基準形状部を焼結造形により別途形成する必要がなくなるため、造形時間を短縮できる。さらに、造形物の表面除去加工を行なうための表面除去機構を利用して切り出し基準加工を行なう場合は、造形プレートの取り外しがなく、切り出し加工を高精度で行なうことができ、一方、造形プレートにマーキングをする場合は、その後で別の装置（例えばフライス、ワイヤカット等）を用いてマーキングを基に造形プレートを精度良く切削加工可能となる。
【００４２】
また請求項６記載の発明は、上記硬化層を形成するための光ビームの照射機構を用いて造形プレート上へ加工基準となるマーキングを行ない、造形終了後に切削装置でマーキングに沿って造形プレートを必要形状にカットするので、マーキング専用の装置を別途設ける必要がなく、造形装置の構造を簡略化することができる。
【００４３】
また請求項７記載の発明は、造形装置内に固定された造形プレート上に金属粉末層を供給し、この金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結させることによって硬化層を形成し、この硬化層の上に更に金属粉末層を被覆して金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して下の硬化層と一体となった上の硬化層を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層が一体化された三次元形状を有する造形物を製造すると共に、造形途中で硬化層表面を所望形状に除去する表面除去工程を挿入する方法であって、造形を行なう前に画像処理装置により造形プレートの固定位置を計測して造形プレートと造形物の造形位置との位置ズレ量を求め、その位置ズレ量に応じて造形位置を移動させるので、画像処理を用いて造形プレートの位置を認識し、位置ズレ量に応じて造形される位置を移動させることで、造形プレート上の本来の位置に造形させることができ、しかも造形プレートの大きさは必要形状の大きさでよく、後加工で造形プレートを必要形状に切り出す必要がなく、加工基準を造形焼結によって形成する必要もないため、造形時間を一層短縮できると共に、造形位置の方を造形プレートの固定位置に合わせて移動させることで、造形プレートを移動できない場合に有効である。
【００４４】
また請求項８記載の発明は、造形装置内に固定された造形プレート上に金属粉末層を供給し、この金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結させることによって硬化層を形成し、この硬化層の上に更に金属粉末層を被覆して金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して下の硬化層と一体となった上の硬化層を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層が一体化された三次元形状を有する造形物を製造すると共に、造形途中で硬化層表面を所望形状に除去する表面除去工程を挿入する方法であって、造形を行なう前に画像処理装置により造形プレートの固定位置を計測して造形プレートと造形物の造形位置との位置ズレ量を求め、その位置ズレ量に応じて造形プレートの位置を移動させるので、画像処理を用いて造形プレートの位置を認識し、位置ズレ量に応じて造形プレートの位置を修正するので、造形プレート上の本来の位置に造形させることができ、しかも造形プレートの大きさは必要形状の大きさでよく、後加工で造形プレートを必要形状に切り出す必要がなく、加工基準を造形焼結によって形成する必要もないため、造形時間を一層短縮できる。
【００４５】
また請求項９記載の発明は、請求項７又は請求項８記載の効果に加えて、画像処理装置により造形プレートの端面を検出して本来あるべき造形プレートの位置に対する位置ズレ量を計測し、位置ズレ量に応じて造形プレートの位置を修正するので、画像処理を用いて造形プレートの端面を検出し、位置ズレ量に応じて造形プレートの位置修正或いは造形物の造形位置の修正を行なうことで、造形プレート上の本来の位置に造形させることができる。
【００４６】
また請求項１０記載の発明は、請求項７又は請求項８記載の効果に加えて、造形プレートに予め画像処理検出用マークをつけておき、そのマーク位置を画像処理検出することにより造形プレートの位置ズレ量を検出するので、画像処理検出用マークを造形プレートの予め決められた位置、例えば造形プレートの四隅につけておくことにより、画像処理による位置ズレ量の検出が容易となる。
【００４７】
また請求項１１記載の発明は、造形プレート上に供給された金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結させることによって硬化層を形成し、この硬化層の上に更に金属粉末層を被覆して金属粉末層の所定箇所に光ビームを照射して下の硬化層と一体となった上の硬化層を形成し、上記焼結と積層とを繰り返すことにより上下複数の硬化層が一体化された三次元形状を有する造形物を製造すると共に途中で硬化層表面を所望形状に除去する表面除去工程が挿入される三次元形状造形物の製造方法であって、造形タンクの上面において、造形途中で硬化層の表面除去加工を行なう表面除去機構の座標系原点からの距離がわかっている位置に固定基準となる位置決め構造物を設け、この位置決め構造物に合わせて造形プレートを造形タンク内に固定するので、造形プレートの位置が表面除去機構の座標系のどこの位置にあるかわかり、造形プレートがどこにあるかがわかれば、そこを基準に造形物の造形位置を調整して、造形プレートに対する造形位置を設定することができる。これにより、造形プレートの位置決めが簡単に行なえると共に、造形タンクを利用して固定基準となる位置決め構造物を設けることにより、加工基準となる造形物を別途造形する必要がなく、造形時間を一層短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態の一例を示す平面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【図２】同上の基準形状部を加工基準として必要形状を切り出す場合の説明図である。
【図３】同上の造形装置の概略断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は同上の造形工程の説明図である。
【図５】（ａ）は同上の基準形状部の他例の説明図、（ｂ）は更に他例の説明図である。
【図６】同上の基準形状部の更に他例の説明図である。
【図７】同上の基準形状部を造形物と一体形成した場合の一例の平面断面図である。
【図８】（ａ）は同上の基準形状部を造形物と一体形成した場合の他例の平面断面図、（ｂ）は側面断面図である。
【図９】同上の表面除去機構を用いて必要形状を切り出し基準加工する場合の説明図である。
【図１０】（ａ）は同上の表面除去機構を用いてケガキ線をマーキングする場合の説明図、（ｂ）は加工基準穴を形成する場合の説明図である。
【図１１】同上のマーキングをレーザ照射により行なう場合の説明図である。
【図１２】同上の造形プレートの固定位置と造形物の造形位置とのズレがない場合の説明図である。
【図１３】（ａ）は同上の造形プレートの固定位置と造形物の造形位置とにズレがある場合の説明図、（ｂ）は造形位置を移動させてズレを修正した後の説明図である。
【図１４】（ａ）は同上の造形プレートの固定位置と造形物の造形位置とにズレがある場合の説明図、（ｂ）は造形プレートを移動させてズレを修正した後の説明図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は同上の造形プレートの固定位置と造形物の造形位置とのズレを画像処理によって検出する場合の説明図、（ｃ）は検出ラインの明暗レベルの説明図である。
【図１６】（ａ）は同上の造形プレートに画像処理検出用マークを設けた場合の説明図、（ｂ）は（ａ）の画像処理領域内の画像処理検出用マークの中心位置を検出する場合の説明図である。
【図１７】（ａ）は同上の造形タンクにおける表面除去機構の座標系に対する所定位置に位置決め構造物を設けた場合の一例の説明図、（ｂ）は他例の説明図である。
【図１８】同上の位置決め構造物の他例の説明図である。
【図１９】従来の三次元形状造形物の製造方法を説明する断面図である。
【図２０】従来の造形物及び造形プレートの必要形状の部分を型部としてモールドベースに組み込んだ状態を説明する断面図である。
【図２１】（ａ）は従来の造形プレートの位置と造形物の造形される位置とが正規の位置関係にある場合の平面図、（ｂ）は位置関係がズレている場合の平面図、（ｃ）は大きい造形プレート上に造形物を造形した場合の平面図、（ｄ）は（ｃ）の造形プレートを必要形状に切り出す場合を説明する平面図、（ｅ）は造形物に切り出しの加工基準がない場合の一例を説明する平面図である。
【図２２】従来の造形物が造形される位置と造形プレートの位置との関係を説明する平面図である。
【図２３】（ａ）は必要形状を切り出す前の断面図、（ｂ）は切り出し後の断面図である。
【符号の説明】
１，１’  造形プレート
１ａ  端面
２ａ  金属粉末層
３  硬化層
４  造形物
５  基準形状部
６  表面除去機構
９  画像処理検出用マーク
１０  造形タンク
１１  位置決め構造物
Ｌ  光ビーム
Ｑ  座標系原点
Ｗ１、Ｗ２  座標系原点からの距離
Ｕ，Ｖ  位置決め構造物の位置
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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