CN106132670A - 三维层叠装置及三维层叠方法 - Google Patents

Abstract

三维层叠装置(1)在基台部(100)上层叠成形层而形成三维形状物，三维层叠装置(1)具有：粉末供给部，供给粉末材料；光照射部，向粉末材料照射光束，使照射了光束的粉末材料的至少一部分烧结或熔融固化而形成成形层；机械加工部(13)，具备工具(22)，并利用工具(22)对成形层进行机械加工；及作为控制装置(20)的控制部，控制粉末供给部、光照射部及机械加工部(13)中的至少一个的动作。

Description

三维层叠装置及三维层叠方法

技术领域

本发明涉及通过层叠来制造三维形状物的三维层叠装置及三维层叠方法。

背景技术

作为制造三维形状物的技术，已知有通过向金属粉末材料照射光束来制造三维形状物的层叠造形技术。例如，在专利文献1中记载有制造三维形状造形物的方法，该三维形状造形物通过向由金属粉末材料形成的粉末层照射光束来形成烧结层，并将其反复而将多个烧结层层叠作为一体来得到。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-124200号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在制造三维形状物的层叠造形技术中，要求高精度地制造三维形状物的技术。

本发明的目的在于提供一种高精度地制造三维形状物的三维层叠装置。

用于解决课题的方案

为了解决上述的课题，实现目的，本发明的三维层叠装置在基台部层叠成形层而形成三维形状物，其中，所述三维层叠装置具有：粉末供给部，供给粉末材料；光照射部，向所述粉末材料照射光束，使照射了所述光束的所述粉末材料的至少一部分烧结或熔融固化而形成所述成形层；机械加工部，具备工具，并利用所述工具对所述成形层进行机械加工；及控制部，控制所述粉末供给部、所述光照射部及所述机械加工部中的至少一个的动作。

该三维层叠装置能够向粉末材料照射光束而形成成形层，并对该成形层适当施加机械加工。因此，该三维层叠装置能够高精度地制造三维形状物。

在所述三维层叠装置中，优选的是，所述粉末供给部朝向所述基台部喷射所述粉末材料，所述光照射部向从所述粉末供给部朝向所述基台部移动的所述粉末材料照射光束，使所述粉末材料熔融，使熔融的所述粉末材料在所述基台部上固化。该三维层叠装置喷射粉末材料，通过向喷射了的粉末材料照射光束来形成成形层。因此，该三维层叠装置能够高精度地制造三维形状物。

所述三维层叠装置优选的是，所述粉末供给部具备喷射所述粉末材料的喷嘴，所述三维层叠装置具备喷嘴更换部，该喷嘴更换部通过拆装所述粉末供给部的所述喷嘴而对装配于所述粉末供给部的喷嘴进行更换。该三维层叠装置能够更换喷射粉末材料的喷嘴，因此能够更适当地进行成形层的形成。

所述三维层叠装置优选的是，具有对所述机械加工部的所述工具的前端位置进行计测的机械加工部计测部，所述控制部根据由所述机械加工部计测部计测到的所述工具的前端位置来控制所述机械加工部的动作。该三维层叠装置根据机械加工部的前端位置的测定结果来控制机械加工部的动作，因此能够更适当地制造三维形状物。

所述三维层叠装置优选的是，具有计测所述喷射的粉末材料的收敛位置及收敛径中的至少一方的粉末供给部计测部。该三维层叠装置计测喷射了的粉末材料的收敛位置和收敛径，因此能够更适当地制造三维形状物。

在所述三维层叠装置中，优选的是，所述控制部根据由所述粉末供给部计测部计测到的粉末材料的收敛位置及收敛径中的至少一方来控制所述粉末供给部及所述光照射部中的至少一个的动作。该三维层叠装置基于喷射了的粉末材料的收敛位置及收敛径中的至少一方的计测结果，来控制粉末供给部及光照射部中的至少一个的动作。因此，该三维层叠装置能够更适当地制造三维形状物。

所述三维层叠装置优选的是，特征在于，具有对所述机械加工部的所述工具的前端位置进行计测的机械加工部计测部、及对所述粉末材料的收敛位置及收敛径中的至少一方进行计测的粉末供给部计测部，所述机械加工部计测部与所述粉末供给部计测部是共用的装置。该三维层叠装置将机械加工部计测部与粉末供给部计测部设为共用的装置，因此能抑制三维层叠装置的尺寸的增大。

所述三维层叠装置优选的是，具有工具更换部，该工具更换部通过拆装所述机械加工部的工具而对装配于所述机械加工部的所述工具进行更换。该三维层叠装置能够更换机械加工部的工具，因此能够更适当地进行三维形状物的切削加工。

在所述三维层叠装置中，优选的是，所述控制部在利用所述光照射部形成了所述成形层之后，利用所述机械加工部对所述成形层的表面进行机械加工，在机械加工后的所述成形层的表面利用所述光照射部进一步形成成形层。该三维层叠装置在进行了机械加工之后，能够进一步层叠成形层，因此能够更适当地进行成形层的形成。

所述三维层叠装置优选的是，具有对所述成形层的表面形状进行计测的形状计测部，所述控制部根据所述形状计测部对所述成形层的表面形状的计测结果，来控制所述粉末供给部、所述光照射部及所述机械加工部中的至少一个的动作。该三维层叠装置根据成形层的表面形状的测定结果，能够控制三维形状物的制造过程，因此能够更适当地进行三维形状物的制造。

所述三维层叠装置优选的是，具有粉末导入部，该粉末导入部具备积存向所述粉末供给部供给的所述粉末材料的积存部和对积存于所述积存部的所述粉末材料进行识别的识别部，将利用所述识别部识别到的所述积存部的所述粉末材料向所述粉末供给部导入，所述控制部根据所述识别部的所述粉末材料的识别结果，来控制从所述粉末导入部向所述粉末供给部的所述粉末材料的导入。该三维层叠装置根据粉末材料的识别结果来控制向粉末供给部的粉末材料的导入，因此能够抑制例如基于不适当的粉末材料的三维形状物的制造，能够抑制三维形状物的品质的下降。

在所述三维层叠装置中，优选的是，所述控制部根据所述粉末导入部对所述粉末材料的识别结果，还控制所述粉末供给部及所述光照射部中的至少一方的动作。该三维层叠装置能够根据粉末材料的识别结果控制三维形状物的制造过程，因此能够更适当地进行三维形状物的制造。

所述三维层叠装置优选的是，具有：三维层叠室，内置所述粉末供给部、所述光照射部及所述机械加工部；及基台移动部，使所述基台部从所述三维层叠室的外部向所述三维层叠室的内部移动。该三维层叠装置具有基台移动部，因此即使例如作业者未进入三维层叠室的内部，也能够使基台部向三维层叠室的内部移动。

为了解决上述的课题，实现目的，本发明的三维层叠方法在基台部层叠使粉末材料烧结或熔融固化而形成的成形层来形成三维形状物，其中，所述三维层叠方法具有：层叠步骤，将粉末材料朝向基台部喷射，并通过向所述粉末材料照射光束而使所述粉末材料熔融，通过使所述熔融的粉末材料在所述基台部上固化而在所述基台部上形成成形层，并将该成形层层叠；及机械加工步骤，对形成了的所述成形层的表面进行机械加工。根据该三维层叠方法，向粉末材料照射光束而形成成形层，对该成形层适当地施加机械加工。因此，根据该三维层叠方法，能够高精度地制造三维形状物。

在所述三维层叠方法中，优选的是，所述机械加工步骤计测进行所述机械加工的机械加工部的工具的前端位置，基于所述工具的前端位置的计测结果来决定所述成形层的机械加工的加工条件。根据该三维层叠方法，由于根据机械加工部的前端位置的测定结果来决定成形层的机械加工的加工条件，因此能够更适当地制造三维形状物。

在所述三维层叠方法中，优选的是，所述机械加工步骤计测所述成形层的表面形状，基于所述成形层的表面形状的计测结果来决定所述成形层的机械加工的加工条件。该三维层叠方法能够根据成形层的表面形状的测定结果决定机械加工的加工条件，因此能够更适当地进行三维形状物的制造。

在所述三维层叠方法中，优选的是，所述机械加工步骤计测进行所述机械加工的机械加工部的位置及所述成形层的表面形状，基于所述成形层的表面形状及所述机械加工部的位置的计测结果来决定所述成形层的机械加工的加工条件。根据该三维层叠方法，基于成形层的表面形状及机械加工部的位置的计测结果来决定成形层的切削加工的加工条件，因此能够更适当地进行成形层的形成。

在所述三维层叠方法中，优选的是，所述层叠步骤识别朝向所述基台部喷射的所述粉末材料，根据所述粉末材料的识别结果来决定向喷射所述粉末材料的粉末供给部的粉末材料的导入条件。根据该三维层叠方法，根据粉末材料的识别结果来决定向粉末供给部的所述粉末材料的导入条件，因此能够抑制例如基于不适当的粉末材料的三维形状物的制造，能够抑制三维形状物的品质的下降。

在所述三维层叠方法中，优选的是，所述层叠步骤根据所述粉末材料的识别结果，还决定所述粉末材料的喷射条件或所述光束的照射条件中的至少一方。根据该三维层叠方法，由于能够根据粉末材料的识别结果控制三维形状物的制造条件，因此能够更适当地进行三维形状物的制造。

发明效果

根据本发明，能够高精度地制造三维形状物。

附图说明

图1是表示本实施方式的三维层叠装置的示意图。

图2是表示层叠头的前端部的一例的剖视图。

图3是表示控制装置的结构的示意图。

图4是表示装置计测部的一例的示意图。

图5是表示工具更换部的一例的示意图。

图6是表示喷嘴更换部的一例的示意图。

图7A是表示粉末导入部的一例的示意图。

图7B是表示粉末导入部的一例的示意图。

图8是表示粉末回收部的一例的示意图。

图9是表示本实施方式的三维层叠装置的三维形状物的制造方法的说明图。

图10A是表示本实施方式的三维层叠装置的三维形状物的制造方法的说明图。

图10B是表示本实施方式的三维层叠装置的三维形状物的制造方法的说明图。

图10C是表示本实施方式的三维层叠装置的三维形状物的制造方法的说明图。

图11是表示本实施方式的三维层叠装置的三维形状物的制造工序的流程图。

图12是表示变更本实施方式的三维层叠装置的成形层的形成条件的工序的一例的流程图。

图13是表示决定本实施方式的三维层叠装置的成形层的加工条件的工序的一例的流程图。

图14是表示更换本实施方式的三维层叠装置的机械加工部的前端部的工序的一例的流程图。

图15是表示更换本实施方式的三维层叠装置的层叠头的前端部的工序的一例的流程图。

图16是表示本实施方式的三维层叠装置的粉末的识别工序的一例的流程图。

图17是表示变更本实施方式的三维层叠装置的成形层的形成条件的工序的一例的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的优选的实施方式。需要说明的是，没有通过该实施方式来限定本发明，而且，存在多个实施方式的情况下，也包括将各实施例组合而构成的情况。

图1是表示本实施方式的三维层叠装置1的示意图。在此，在本实施方式中，将水平面内的一方向设为X轴方向，将在水平面内与X轴方向正交的方向设为Y轴方向，将与X轴方向及Y轴方向分别正交的方向(即铅垂方向)设为Z轴方向。

图1所示的三维层叠装置1是在基台部100制造三维形状物的装置。基台部100是形成三维形状物的成为基座的构件，由三维层叠装置1搬运到规定的位置，在表面形成三维形成物。本实施方式的基台部100是板状的构件。需要说明的是，基台部100没有限定于此。基台部100可以使用成为三维形状物的基座的构件，也可以使用附加三维形状物的构件。通过在规定的位置形成三维形成物而将成为零件、产品的构件使用作为基台部100。

三维层叠装置1具有三维层叠室2、预备室3、层叠头收纳室4、机械加工部收纳室5、床身10、工作台部11、层叠头12、机械加工部13、控制装置20、形状计测部30、加热头31、装置计测部32、工具更换部33、喷嘴更换部34、粉末导入部35、基台移动部36、空气排出部37、气体导入部38、粉末回收部39。

三维层叠室2是将连接的配管等的除了设计的连通部分以外从外部进行密封的壳体(腔室)。需要说明的是，设计的连通部分设有对密闭状态与开放状态进行切换的阀等，根据需要，能够使三维层叠室2为密闭状态。三维层叠室2在内部配置有床身10、工作台部11、层叠头12、机械加工部13的一部分、加热头31的一部分、装置计测部32、工具更换部33、喷嘴更换部34。

预备室3与三维层叠室2相邻设置。预备室3将连接的配管等的除了设计的连通部分以外从外部进行密封。预备室3成为将外部与三维层叠室2连接的减压室。在预备室3内设有基台移动部36。在此，预备室3在三维层叠室2的连接部设有例如具有气密性的门6。而且，预备室3通过具有气密性的门7而与外部连接。而且，在预备室3设有从预备室3排出空气的空气排出部25。预备室3通过打开门7而能够从外部将所需的构件向内部搬入。而且，预备室3通过打开门6而与三维层叠室2之间能够进行构件的搬入、搬出。

层叠头收纳室4设置在三维层叠室2的Z轴方向上侧的面上。层叠头收纳室4由Z轴滑动部4a支承为相对于三维层叠室2能够沿Z轴方向(箭头102的方向)移动的状态。层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面通过波纹管18而与三维层叠室2相连。波纹管18将层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面与三维层叠室2相连，并将层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面作为三维层叠室2的一部分。而且，三维层叠室2在由波纹管18包围的区域形成开口。由层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面和波纹管18包围的空间与三维层叠室2相连，且与三维层叠室2一起被密闭。层叠头收纳室4对层叠头12、形状计测部30、加热头31进行支承。而且，层叠头收纳室4中，层叠头12的包含喷嘴23的一部分和加热头31的包含前端部24的一部分从Z轴方向下侧的面朝向三维层叠室2突出。

层叠头收纳室4利用Z轴滑动部4a而沿Z轴方向移动，由此使保持的层叠头12、形状计测部30、加热头31沿Z轴方向移动。而且，层叠头收纳室4经由波纹管18而与三维层叠室2连接，由此波纹管18对应于Z轴方向的移动而变形，能够维持三维层叠室2与层叠头收纳室4之间的密闭状态。

机械加工部收纳室5设置在三维层叠室2的Z轴方向上侧的面上。而且，机械加工部收纳室5与层叠头收纳室4相邻配置。机械加工部收纳室5由Z轴滑动部5a支承为相对于三维层叠室2能够沿Z轴方向(箭头104的方向)移动的状态。机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面利用波纹管19而与三维层叠室2相连。波纹管19将机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面与三维层叠室2相连，并将机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面作为三维层叠室2的一部分。而且，三维层叠室2在由波纹管19包围的区域形成开口。由机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面和波纹管19包围的空间与三维层叠室2相连，且与三维层叠室2一起被密闭。机械加工部收纳室5对机械加工部13进行支承。而且，机械加工部收纳室5中，机械加工部13的包含工具22的一部分从Z轴方向下侧的面朝向三维层叠室2突出。

机械加工部收纳室5通过Z轴滑动部5a而沿Z轴方向移动，由此使保持的机械加工部13沿Z轴方向移动。而且，机械加工部收纳室5经由波纹管19而与三维层叠室2连接，由此波纹管19对应于Z轴方向的移动而变形，能够维持三维层叠室2与机械加工部收纳室5之间的密闭状态。

床身10设置在三维层叠室2内的Z轴方向的底部。床身10对工作台部11进行支承。床身10配置有各种配线或配管或驱动机构。

工作台部11配置在床身10的上表面，对基台部100进行支承。工作台部11具有Y轴滑动部15、X轴滑动部16、旋转工作台部17。工作台部11安装有基台部100并使基台部100在床身10上移动。

Y轴滑动部15使X轴滑动部16相对于床身10沿Y轴方向(箭头106的方向)移动。X轴滑动部16固定在成为Y轴滑动部15的运转部的构件上，使旋转工作台部17相对于Y轴滑动部15沿X轴方向(箭头108的方向)移动。旋转工作台部17固定在成为X轴滑动部16的运转部的构件上，对基台部100进行支承。旋转工作台部17是例如倾斜圆台，具有固定台17a、旋转工作台17b、倾斜工作台17c、旋转工作台17d。固定台17a固定在成为X轴滑动部16的运转部的构件上。旋转工作台17b支承于固定台17a，以与Z轴方向平行的旋转轴110为旋转轴而进行旋转。倾斜工作台17c支承于旋转工作台17b，以旋转轴112为轴而转动，该旋转轴112与旋转工作台17b的被支承的面正交。旋转工作台17d支承于倾斜工作台17c，以旋转轴114为轴而旋转，该旋转轴114与倾斜工作台17c的被支承的面正交。旋转工作台17d将基台部100固定。这样，旋转工作台部17以旋转轴110、112、114为轴而使各部旋转，由此能够使基台部100绕着正交的3个轴旋转。工作台部11通过Y轴滑动部15及X轴滑动部16，使固定于旋转工作台部17的基台部100沿Y轴方向及X轴方向移动。而且，工作台部11利用旋转工作台部17而以旋转轴110、112、114为轴使各部旋转，由此使基台部100绕着正交的3个轴旋转。工作台部11还可以使基台部100沿Z轴方向移动。

层叠头12朝向基台部100喷射粉末材料，进而通过向喷射的粉末材料照射激光而使粉末熔融，使熔融的粉末在基台部100上固化而形成成形层。向层叠头12导入的粉末是成为三维形状物的原料的材料的粉末。在本实施方式中，粉末可以使用例如铁、铜、铝或钛等的金属材料等。需要说明的是，作为粉末，也可以使用陶瓷等金属材料以外的材料。层叠头12设置在与床身10的Z轴方向的上侧的面相面对的位置，与工作台部11面对。层叠头12在Z轴方向的下部设置喷嘴23。层叠头12在主体46上装配喷嘴23。

图2是表示层叠头12的喷嘴23的一例的剖视图。如图2所示，喷嘴23是双层管，具有外管41和插入到外管41的内部的内管42。外管41是管状的构件，朝向前端(Z轴方向下侧)而直径减小。内管42插入到外管41的内部。内管42也是管状的构件，为朝向前端(Z轴方向下侧)而直径减小的形状。喷嘴23的外管41的内周与内管42的外周之间成为粉末材料(粉末)P通过的粉末流路43。内管42的内周面侧成为激光通过的激光路径44。在此，装配喷嘴23的主体46与喷嘴23同样是双层管，粉末流路43和激光路径44也同样地形成。层叠头12以包围激光路径44的周围的方式配置粉末流路43。在本实施方式中，粉末流路43成为喷射粉末的粉末喷射部。层叠头12使从粉末导入部35导入的粉末P在粉末流路43中流动，从外管41与内管42之间的端部的开口即喷嘴喷射口部45喷射。

层叠头12将粉末P以在规定的收敛位置具有规定的收敛径的方式喷射。在此，收敛径是指喷射的粉末P的轨迹的直径成为最小的情况的粉末P的轨迹的直径。如上所述，喷嘴23朝向前端而直径减小，因此层叠头12将粉末P以向放射方向内侧收敛的方式喷射。即，层叠头12以使粉末P的轨迹成为规定的收敛径的方式喷射粉末P。而且，收敛位置是喷射的粉末P的轨迹收敛的位置。

另外，层叠头12具有光源47、光纤48、聚光部49。光源47输出激光。光纤48将从光源47输出的激光向激光路径44引导。聚光部49配置在激光路径44上，配置在从光纤48输出的激光的光路上。聚光部49对从光纤48输出的激光L进行聚光。由聚光部49聚光的激光L从内管42的端部输出。层叠头12将聚光部49配置于主体46，但是也可以将聚光部46的一部分或全部配置于喷嘴23。在喷嘴23配置聚光部46的一部分或全部的情况下，通过更换喷嘴23能够使焦点位置成为不同的位置。

层叠头12从粉末流路43喷射粉末P，从激光路径44输出激光L。从层叠头12喷射的粉末P向从层叠头12输出的激光L照射的区域侵入，由激光L加热。被照射激光L的粉末P熔融之后，到达基台部100上。以熔融的状态到达基台部100上的粉末P被冷却而固化。由此，在基台部100上形成成形层。

在此，本实施方式的层叠头12也可以没有将从光源47输出的激光L利用光纤48进行引导的光纤。而且，聚光部49可以设置于主体46，也可以设置于喷嘴23，还可以设置于这两方。本实施方式的层叠头12为了能够有效地加工而同轴地设置喷射粉末P的粉末流路43和照射激光L的激光路径44，但是没有限定于此。层叠头12也可以使喷射粉末P的机构与照射激光L的机构为分体。本实施方式的层叠头12向粉体材料照射激光，但是只要能够使粉体材料熔化或烧结即可，也可以照射激光以外的光束。

机械加工部13例如对成形层等进行机械加工。如图1所示，机械加工部13设置在与床身10的Z轴方向的上侧的面相面对的位置，与工作台部11面对。机械加工部13在Z轴方向的下部装配工具22。需要说明的是，机械加工部13只要在比床身10靠Z轴方向上侧处设置在基于工作台部11的基台部100的可移动范围即可，配置位置并不局限于本实施方式的位置。

图3是表示控制装置20的结构的示意图。控制装置20与三维层叠装置1的各部电连接，控制三维层叠装置1的各部的动作。控制装置20设置在三维层叠室2或预备室3的外部。如图3所示，控制装置20具有输入部51、控制部52、存储部53、输出部54、通信部55。输入部51、控制部52、存储部53、输出部54、通信部55这各部被电连接。

输入部51例如是操作面板。作业者向输入部51输入信息或指令等。控制部52例如是CPU(Central Processing Unit)及存储器。控制部52向三维层叠装置1的各部输出对三维层叠装置1的各部的动作进行控制的指令。而且，向控制部52输入来自三维层叠装置1的各部的信息等。存储部53例如是RAM(Random Access Memory)或ROM(Read Only Memory)等存储装置。在存储部53存储有通过利用控制部52执行而控制各部的动作的三维层叠装置1的运转程序、或三维层叠装置1的信息、或三维形状物的设计信息等。输出部54例如是显示器。输出部54例如显示来自三维层叠装置1的各部的信息等。通信部55例如与互联网或LAN(Local Area Network：局域网)等那样的通信线路进行通信，与通信线路之间交接信息。需要说明的是，控制装置20只要至少具有控制部52及存储部53即可。控制装置20若具有控制部52及存储部53，则能够向三维层叠装置1的各部输出指令。

形状计测部30固定于层叠头收纳室4。形状计测部30与层叠头12相邻配置。形状计测部30计测形成在基台部100上的成形层的表面形状。形状计测部30可以使用例如3D扫描器或计测相对距离的装置。形状计测部30例如使激光在基台部100上的成形层的表面扫描(扫描)，根据其反射光来算出成形层的表面的位置信息，由此计测成形层的表面形状。而且，在本实施方式中，形状计测部30安装于层叠头收纳室4，但是只要能够计测形成在基台部100上的成形层的表面形状即可，也可以安装在其他的位置。

加热头31对基台部100上的成形层或熔融的粉末P等进行加热。加热头31固定于层叠头收纳室4。加热头31与层叠头12相邻配置。加热头31例如照射激光、红外光或电磁波，对成形层或熔融的粉末P进行加热。通过利用加热头31对成形层或熔融的粉末P进行加热，能够控制成形层或熔融的粉末P的温度。由此，能够抑制成形层或熔融的粉末P的急剧的温度下降，或者形成粉末P容易熔融的气氛(高的温度环境)。需要说明的是，加热头31例如可以还设置计测成形层表面的温度的温度传感器，基于温度传感器的计测结果来控制加热。

装置计测部32作为机械加工部计测部而计测机械加工部13的工具22的前端56的位置。图4是表示装置计测部32的一例的示意图。如图4所示，装置计测部32具有光源部57和摄像部58。装置计测部32使机械加工部13的工具22的前端56位于光源部57与摄像部58之间。光源部57例如是LED。摄像部58是例如CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)相机。装置计测部32在光源部57与摄像部58之间配置有工具22的前端56的状态下，从光源部57朝向摄像部58照射光，利用摄像部58取得图像。由此，能够取得被工具22的前端56遮挡了光的图像。装置计测部32对通过摄像部58取得的图像进行解析，具体而言，通过检测光入射的位置与光未入射的位置的交界，能够取得前端56的形状、位置。控制装置20基于取得的工具22的前端56的位置和机械加工部13的位置(机械加工部收纳室5的位置)，来检测装配于机械加工部13的工具22的前端的准确的位置。需要说明的是，装置计测部32只要能计测机械加工部13的前端56的位置即可，并不局限于该结构，例如也可以通过激光进行计测。

装置计测部32还作为粉末供给部计测部来测定从层叠头12喷射的粉末P的收敛位置和收敛径。装置计测部32在使层叠头12位于在光源部57与摄像部58之间使粉末P收敛的状态下，从光源部57朝向摄像部58照射光，利用摄像部58取得图像。因此，装置计测部32能够取得由喷射的粉末P遮挡了光的图像。装置计测部32对利用摄像部58取得的图像进行解析，取得粉末P的收敛位置及收敛径。具体而言，装置计测部32将光被遮挡而亮度低的部位作为喷射粉末P的区域，从取得的图像中计测粉末P的喷射区域的最小径及最小径的位置，由此取得粉末P的收敛位置及收敛径。需要说明的是，装置计测部32也可以仅取得粉末P的收敛位置或收敛径中的任一方。

工具更换部33配置在三维层叠室2的内部。工具更换部33对装配于机械加工部13的工具22进行更换。图5是表示工具更换部33的一例的示意图。如图5所示，工具更换部33具有轴部61、圆板部62、多个保持部63、移动部66。

轴部61是轴状的构件，例如以轴向为中心而旋转。圆板部62是圆板状的构件。圆板部62在中心具有开口部67。而且，圆板部62在外缘将多个螺纹孔部68沿周向以规定的间隔设置。圆板部62将开口部67固定于轴部61。圆板部62伴随着轴部61的旋转而旋转。

保持部63在圆板部62的外周沿圆板部62的周向设置多个。保持部63具有螺纹孔部69。保持部63通过螺纹孔部69与圆板部62的螺纹孔部68重叠并利用螺栓64进行紧固从而固定于圆板部62。保持部63的固定方法没有限定于此。保持部63具有把持部65。把持部65向圆板部62的放射方向外侧突出。把持部65为例如具有两叉的突起的形状，在2个突起之间能够把持机械加工部13的工具22。工具更换部33将大小或执行的加工不同的多个种类的工具22保持于保持部63。

移动部66安装于轴部61。移动部66通过使轴部61沿X轴方向及Y轴方向移动，由此使保持工具22的保持部63沿X轴方向及Y轴方向移动。移动部66通过使轴部61移动，而使圆板部62的保持部63保持的工具22从与机械加工部13面对的位置向不会阻碍加工动作的位置移动。

工具更换部33利用移动部66使圆板部62向与机械加工部13面对的位置移动。然后，工具更换部33使轴部61旋转，使未把持工具22的把持部65移动到与机械加工部13面对的位置。然后，利用移动部66使把持部65移动，使把持部65与装配于机械加工部13的工具22接触，利用把持部65把持工具22。在此状态下，利用机械加工部13执行将工具22拆卸的处理。然后，使对装配于机械加工部13的另一工具22进行把持的把持部65移动到与机械加工部13面对的位置，向机械加工部13安装另一工具22。

这样，工具更换部33通过拆装机械加工部13的工具22而能够更换机械加工部的工具22。需要说明的是，工具更换部33只要能够更换机械加工部的工具22即可，并不局限于此结构。

喷嘴更换部34配置在三维层叠室2的内部。喷嘴更换部34对装配于层叠头12的喷嘴23进行更换。图6是表示喷嘴更换部34的一例的示意图。如图6所示，喷嘴更换部34具有轴部71、圆板部72、多个保持部73、移动部76。喷嘴更换部34除了取代机械加工部13的工具22而更换层叠头12的喷嘴23以外，是与工具更换部33相同的结构。更详细而言，喷嘴更换部34的轴部71、圆板部72、保持部73、螺栓74、把持部75、移动部76、开口部77、螺纹孔部78及螺纹孔部79分别相当于工具更换部33的轴部61、圆板部62、保持部63、螺栓64、把持部65、移动部66、开口部67、螺纹孔部68及螺纹孔部69。因此，喷嘴更换部34的说明省略。

粉末导入部35向层叠头12导入成为三维形状物的原料的粉末材料。图7A及图7B分别是表示粉末导入部的一例的示意图。如图7A所示，在本实施方式中，粉末P以封入到盒83内的状态进行管理。即，粉末例如按照材料的各种类封入到盒83内而出库。在盒83设有材料显示部84。材料显示部84是例如表示材料的种类等的粉末的信息的显示。材料显示部84没有限定为通过目视能够确认的信息，也可以是IC芯片、二维码或标记等通过读取器进行读取而能够取得信息的显示。材料显示部84只要能够表示粉末的材料的种类即可，并不局限于此。材料显示部84除了表示粉末的材料的种类以外，还能够表示例如粉末的粒度、重量、纯度或氧化物覆膜等的在三维形状物制造上所需的粉末的信息。而且，材料显示部84也可以包含表示粉末是否为正规品的信息。

粉末导入部35具有作为积存部的粉末收纳部81及作为识别部的粉末识别部82。粉末收纳部81是例如箱状的构件，在内部收纳有盒83。粉末收纳部81连接有用于搬出粉末的搬运空气供给部、将粉末向层叠头12搬运的搬运路径。粉末收纳部81在收纳有盒83的情况下，将积存于盒83的粉末向层叠头12导入。粉末识别部82检测到在粉末收纳部81收纳有盒83的情况后，读取盒83的材料显示部84，并读取积存于盒83的粉末的信息。粉末导入部35通过利用粉末识别部82取得粉末的信息，能够向层叠头12供给已知的粉末。

在此，粉末导入部35也可以将未以封入到盒83内的状态管理的粉末向层叠头12供给。图7B表示粉末未封入到盒内的情况的粉末导入部35A。粉末导入部35A具有粉末收纳部81A、粉末识别部82A、将粉末收容部81A与粉末识别部82A相连的粉末引导管89。粉末收纳部81A是例如箱状的构件，在内部收纳粉末P。粉末识别部82A对经由粉末引导管89供给的粉末进行分析，计测粉末的材料的种类、粒度、重量、纯度或氧化物覆膜等的在三维形状物制造上所需的粉末的信息。作为粉末识别部82A，可以使用通过分光分析来识别粉末的材料的分光分析装置、通过粒度分析来计测粉末的粒度的粒度分析装置、计测粉末的重量的重量计等。粉末识别部82A根据例如计测的粉末的材料的种类、粒度及重量等，来计测粉末的纯度。而且，粉末识别部82A例如通过导电率来计测粉末的氧化物覆膜。粉末导入部35A也通过利用粉末识别部82A取得粉末的信息，从而能够向层叠头12供给已知的粉末。

基台移动部36配置于预备室3。基台移动部36使基台部100a从预备室3内向三维层叠室2内移动，使三维层叠室2内的基台部100向预备室3内移动。基台移动部36安装有从外部向预备室3内搬入的基台部100a。基台移动部36将安装的基台部100a从预备室3向三维层叠室2内搬入。更详细而言，基台移动部36使安装于基台移动部36的基台部100a向三维层叠室2内移动，安装于旋转工作台部17。基台移动部36例如通过机械臂或正交轴搬运装置而使基台部100移动。

空气排出部37例如是真空泵，将三维层叠室2内的空气排出。气体导入部38向三维层叠室2内导入规定成分的气体，例如氩、氮等惰性气体。三维层叠装置1利用空气排出部37排出三维层叠室2的空气，利用气体导入部38向三维层叠室2导入气体。由此，三维层叠装置1能够使三维层叠室2内形成为所希望的气体气氛。在此，在本实施方式中，气体导入部38设置在比空气排出部37靠Z轴方向下方处。三维层叠装置1通过将气体导入部38设置在比空气排出部37靠Z轴方向下方处，从而在使用比重比空气中的氧等气体高的氩作为导入的气体的情况下，能够适当地使三维层叠室2内充满氩气。需要说明的是，在使导入的气体是比空气轻的气体的情况下，只要使配管的配置相反即可。

粉末回收部39回收从层叠头12的喷嘴喷射口部45喷射的粉末P且未形成成形层的粉末P。粉末回收部39吸引三维层叠室2内的气体，对气体中包含的粉末P进行回收。从层叠头12喷射的粉末P由激光L熔融固化，形成成形层。然而，存在粉末P的一部分例如未被照射激光L而仍残留在三维层叠室2内的情况。而且，利用机械加工部13切削而从成形层排出的切屑粉残留于三维层叠室2。粉末回收部39对残留于三维层叠室2的粉末P或切屑粉进行回收。粉末回收部39也可以具备刷等机械性地回收粉末的机构。

图8是表示粉末回收部39的一例的示意图。如图8所示，粉末回收部39具有导入部85、旋风分离器部86、气体排出部87、粉末排出部88。导入部85例如是管状的构件，一方的端部连接于例如三维层叠室2内。旋风分离器部86例如是中空的圆锥台形状的构件，例如朝向铅垂方向下方而直径减小。导入部85的另一方的端部沿着旋风分离器部86的外周的切线方向而与旋风分离器部86连接。气体排出部87是管状的构件，一方的端部与旋风分离器部86的铅垂方向上方的端部连接。粉末排出部88是管状的构件，一方的端部与旋风分离器部86的铅垂方向下方的端部连接。

在气体排出部87的另一方的端部连接有例如吸引气体的泵。因此，气体排出部87从旋风分离器部86吸引气体，使旋风分离器部86成为负压。由于旋风分离器部86成为负压，因此导入部85从三维层叠室2吸引气体。导入部85将未形成成形层的粉末P与三维层叠室2内的气体一起吸引。导入部85沿着旋风分离器部86的外周的切线方向而与旋风分离器部86连接。因此，由导入部85吸引的气体及粉末P沿着旋风分离器部86的内周回旋。粉末P的比重比气体高，因此向旋风分离器部86的内周的放射方向外侧被离心分离。粉末P因自重而朝向延伸方向下方的粉末排出部88，从粉末排出部88排出。而且，气体由气体排出部87排出。

粉末回收部39对这样未形成成形层的粉末P进行回收。而且，本实施方式的粉末回收部39将粉末P按照各比重分开回收。例如比重低的粉末由于自重小，因此不朝向粉末排出部88而由气体排出部87吸引。因此，粉末回收部39能够按照各比重而分别回收粉末P。需要说明的是，粉末回收部39只要能够回收未形成成形层的粉末P即可，并不局限于这样的结构。

接下来，说明三维层叠装置1的三维形状物的制造方法。图9是表示本实施方式的三维层叠装置1的三维形状物的制造方法的示意图。而且，通过控制装置20控制各部的动作而能够执行图9所示的制造方法。在本实施方式中，说明在底座91上制造三维形状物的情况。底座91例如是金属制的板状构件，但是只要在上部制造三维形状物即可，形状及材料任意。底座91安装在基台部100上。基台部100与底座91一起固定于工作台部11的旋转工作台部17。需要说明的是，也可以将底座91设为基台部100。

控制装置20如步骤S1所示，通过工作台部11，以将基台部100上的底座91配置在层叠头12的Z轴方向下方的方式使基台部100移动。

接下来，如步骤S2所示，控制装置20从粉末导入部35向层叠头12导入粉末，从层叠头12将粉末P与气体一起喷射，并照射激光L。粉末P以规定的收敛径朝向基台部100上的底座91喷射。激光L在层叠头12与底座91之间，以规定的点径向粉末P照射。在此，相对于粉末P的收敛径的Z轴方向上的位置的激光L的点径的Z轴方向上的位置及粉末P的收敛径的Z轴方向上的位置的点径例如通过移动聚光部49的位置能够控制。

控制装置20利用层叠头12照射激光L并喷射粉末P，由此如步骤S3所示，粉末P因激光L的照射而熔融。熔融的粉末P作为熔融体A，朝向基台部100上的底座91而向Z轴方向下方落下。

向Z轴方向下方落下的熔融体A到达基台部100上的底座91的规定的位置。底座91上的熔融体A在底座91上的规定的位置，例如通过放冷而被冷却。被冷却的熔融体A如步骤S4所示在底座91上作为固化体B而固化。

控制装置20利用工作台部11而在基台部100上向规定的位置移动，并按照步骤S2至步骤S4所示的次序利用层叠头12在基台部100上形成固化体B。通过反复上述的次序，如步骤S5所示，固化体B在底座91上形成具有规定的形状的成形层92。

控制装置20如步骤S6所示，以使形成于底座91的成形层92配置在机械加工部13的Z轴方向下方的方式，利用工作台部11使基台部100的底座91移动。此外，控制装置20利用机械加工部13对成形层92进行机械加工。控制装置20选择是否实施机械加工部13的机械加工，在不需要的情况下也可以不执行。因此，步骤S6所示的机械加工按照控制装置20的指令而存在不实施的情况。

接下来，如步骤S7所示，控制装置20利用工作台部11使基台部100的底座91移动，以将形成于底座91的成形层92配置在层叠头12的Z轴方向下方。并且，反复步骤S2至步骤S6所示的次序，在成形层92的上方依次层叠成形层93，来制造三维形状物。

对以上进行总结的话，本实施方式的三维层叠装置1如下所述地制造三维形状物。层叠头12的粉末喷射部43将粉末P朝向基台部100上的底座91喷射。而且，层叠头12的内管42在层叠头12与底座91之间，向粉末P照射激光L。被照射激光L的粉末P熔融，在基台部100上的底座91上固化，形成成形层92。三维层叠装置1在成形层92上依次层叠成形层93，通过机械加工部13向成形层92、93适当施加机械加工，来制造三维形状物。

在本实施方式中，三维形状物在底座91上制造，但是三维形状物也可以不在底座91上制造。三维形状物例如也可以在基台部100上直接制造。而且，三维层叠装置1也可以通过在已存的造形物上层叠成形层而进行所谓堆焊。

在本实施方式中，机械加工部13例如对成形层92的表面进行机械加工，但也可以进行除此以外的机械加工。图10A至图10C分别是表示本实施方式的三维层叠装置1的三维形状物的制造方法的示意图。图10A至图10C表示三维层叠装置1制造图10C所示的构件99的次序。

构件99具有圆板部95、轴部97、圆锥台部98。而且，构件99在圆板部95形成有螺纹孔部96。如图10C所示，圆板部95是圆板状的构件。轴部97是直径比圆板部95小的轴状的构件，从圆板部95的一方的面的中央部延伸。螺纹孔部96设置在比圆板部95的轴部97靠外侧处。圆锥台部98设置在轴部97的前端，随着朝向与圆板部95相反的方向而外径增大。圆锥台部98的长径例如是与圆板部95的外径相同的大小。即，螺纹孔部96位于比圆锥台部98的长径靠内侧处。

接下来，说明三维层叠装置1的构件99的制造次序。三维层叠装置1如图10A所示，通过层叠头12的成形层的层叠而形成圆板部95及轴部97。三维层叠装置1在制造了圆板部95及轴部97之后，如图10B所示，利用机械加工部13形成螺纹孔部96。三维层叠装置1在形成了螺纹孔部96之后，通过基于层叠头12的成形层的层叠，在轴部97上形成圆锥台部98。这样来制造构件99。

在此，圆锥台部98的长径部分位于比螺纹孔部96靠外侧处。换言之，螺纹孔部96由圆锥台部98覆盖上部。因此，例如通过机械加工制造构件99的情况下，无法使螺纹孔部96的加工工具从圆锥台部98的上部朝向圆板部95移动。然而，三维层叠装置1在制造圆锥台部98之前，形成螺纹孔部96。这种情况下，螺纹孔部96的上部未被覆盖。因此，三维层叠装置1使机械加工部13从Z轴方向上部沿Z轴方向移动，由此能够加工螺纹孔部96。这样，机械加工部13通过调整成形层的形成和机械加工的时间，能够使机械加工容易。

接下来，说明本实施方式的三维层叠装置1的三维形状物的制造的详细工序。图11是表示本实施方式的三维层叠装置1的三维形状物的制造工序的流程图。控制装置20例如读出存储在存储部53内的三维形状物的设计信息。

接下来，控制装置20通过空气排出部37排出三维层叠室2内的空气(步骤S11)。在此，三维层叠室2将门6关闭，与预备室3分离。而且，三维层叠室2的其他的与外部气体连通的部分也关闭且密封。控制装置20例如利用空气排出部37排出空气，由此三维层叠室2内的氧浓度成为100ppm以下，优选成为10ppm以下。控制装置20通过使三维层叠室2内的氧浓度成为100ppm以下而能够成为非活性状态，通过形成为10ppm以下而能够更可靠地成为非活性状态。

接下来，将具有底座91的基台部100向预备室3内的基台移动部36安装(步骤S12)。需要说明的是，三维层叠装置1也可以比步骤S11的处理先进行步骤S12的处理。

控制装置20安装了预备室3内的基台移动部36之后，将预备室3的门7关闭，通过空气排出部25排出预备室3内的空气(步骤S13)。控制装置20利用空气排出部25排出空气，由此使预备室3内的氧浓度下降。预备室3内的氧浓度优选成为例如与三维层叠室2内相同的氧浓度。

控制装置20在预备室3的空气的排出完成之后，将三维层叠室2的门6打开，利用基台移动部36向三维层叠室2内的旋转工作台部17安装基台部100(步骤S14)。基台部100固定于旋转工作台部17。控制装置20在将基台部100安装于旋转工作台部17之后，使基台移动部36返回预备室3内，将门6关闭。

控制装置20在将基台部100安设于旋转工作台部17之后，利用气体导入部38向三维层叠室2内导入气体(步骤S15)。在本实施方式中，气体导入部38导入的气体是氮或氩等的惰性气体。气体导入部38导入惰性气体，以使三维层叠室2内的残留氧浓度成为100ppm以下。

另外，三维层叠装置1根据粉末材料的种类，也可以省略步骤S11、步骤S13、步骤S15。例如在即使由于粉末材料的氧化而三维形状物的品质等也不会成为问题的情况下，也可以省略这些步骤，使三维层叠室2及预备室3为大气气氛。而且，步骤S13及步骤S15在步骤S16以后也可以继续进行。即，空气排出部37也可以在制造三维形状物期间，从三维层叠室2适当排出空气。而且，气体导入部38也可以在制造三维形状物期间向三维层叠室2内适当导入惰性气体。

控制装置20在惰性气体向三维层叠室2的导入完成之后，判断对于基台部100上的底座91是否进行机械加工(步骤S16)。例如，控制装置20使形状计测部30计测底座91的表面形状。控制装置20基于形状计测部30的计测结果，判断对于底座91是否进行机械加工。控制装置20例如在底座91的表面粗糙度大于规定的值的情况下，判断为进行底座91的机械加工。但是，是否需要基于控制装置20的底座91的机械加工的判断并不局限于此，也可以不根据形状计测部30的计测结果。控制装置20例如可以预先在存储部53内存储底座91的信息，根据底座91的信息和三维形状物的设计信息来判断是否需要底座91的加工。而且，控制装置20也可以设为始终对底座91进行加工的设定。

控制装置20在判断为需要底座91的机械加工的情况下(步骤S16为“是”)，利用机械加工部13以规定的条件进行底座91的机械加工(步骤S17)。控制装置20例如基于形状计测部30的底座91的形状计测结果或底座91的信息、三维形状物的设计信息等，来决定底座91的机械加工的条件。

控制装置20在判断为不需要底座91的加工的情况下(步骤S16为“否”)，或者以规定的条件进行了底座91的机械加工的情况下，例如基于从存储部53读出的三维形状物的设计信息，来决定成形层的形成条件(步骤S18)。成形层的形成条件是指例如成形层的各层的形状、粉末P的种类、粉末P的喷射速度、粉末P的喷射压力、激光L的照射条件、粉末P的收敛径与激光L的点径与成形层表面的位置关系、在气体中熔融的粉末P的尺寸、温度、形成中的成形层表面上形成的熔融池的尺寸、冷却速度、或工作台部11的基台部100的移动速度等、在形成成形层上所需的条件。

控制装置20在决定了成形层的形成条件之后，利用层叠头12，将粉末P朝向基台部100上的底座91喷射，开始激光L的照射(步骤S19)。控制装置20喷射粉末P并照射激光L，由此利用激光L使粉末P熔融，能够使熔融的粉末P固化，从而在底座91上形成固化体B。

控制装置20喷射粉末P并照射激光L，利用工作台部11使基台部100移动，由此在底座91上形成成形层92(步骤S20)。控制装置20也可以利用加热头31对成形层92进行加热或者对固化体B附着之前的部分进行加热。

控制装置20在形成了成形层92之后，判断成形层92是否需要机械加工(步骤S21)。控制装置20例如使形状计测部30计测成形层92的表面形状。控制装置20基于形状计测部30的计测结果，判断是否需要成形层92的机械加工。例如，控制装置20在成形层92的表面粗糙度大于规定的值的情况下，判断为进行成形层92的机械加工。但是，是否需要成形层92的机械加工的判断的基准并不局限于此。控制装置20例如也可以根据三维形状物的设计信息和成形层的形成条件来判断是否需要成形层92的机械加工。例如，控制装置20也可以在根据成形层的形成条件而算出的成形层92的表面粗糙度比基于三维形状物的设计信息的所需的表面粗糙度大的情况下，判断为成形层92需要机械加工。

控制装置20在判断为不需要成形层92的机械加工的情况下(步骤S21为“否”)，进入步骤S24。控制装置20在判断为需要成形层92的机械加工的情况下(步骤S21为“是”)，决定成形层92的机械加工的加工条件(步骤S22)。例如，控制装置20基于形状计测部30的计测结果或三维形状物的设计信息、成形层92的形成条件等，来决定加工条件。控制装置20在决定了成形层加工条件之后，利用机械加工部13基于决定了的加工条件对成形层92进行机械加工(步骤S23)。

控制装置20在进行了成形层92的机械加工的情况下，或者判断为不需要成形层92的机械加工的情况下，判断是否需要在成形层92上进一步层叠成形层93(步骤S24)。控制装置20例如基于从存储部53读出的三维形状物的设计信息，判断是否需要在成形层92上进一步层叠成形层93。

控制装置20在判断为需要成形层93的层叠的情况下(步骤S24为“是”)，返回步骤S18，在成形层92上层叠成形层93。控制装置20在判断为不需要成形层93的层叠的情况下(步骤S24为“否”)，三维形状物的制造完成。

三维层叠装置1这样制造三维形状物。本实施方式的三维层叠装置1利用层叠头12喷射粉末P，并向粉末P照射激光L，由此制造三维形状物。并且，三维层叠装置1利用机械加工部13能够对成形层92适当地施加机械加工。因此，三维层叠装置1能够高精度地制造三维形状物。

另外，基台移动部36使基台部100向三维层叠室2的内部移动。三维层叠室2的内部有时被排出空气。例如即使作业者未进入三维层叠室2的内部，基台移动部36也能够使基台部100向三维层叠室2的内部移动。

此外，三维层叠装置1具有形状计测部30，由此能够施加对成形层的形成条件进行变更的工序。图12是表示变更本实施方式的三维层叠装置1的成形层的形成条件的工序的一例的流程图。首先，控制装置20利用形状计测部30计测成形层92的形状(步骤S31)。控制装置20也可以一边在层叠头12上形成成形层，一边使形状计测部30测定成形层92的形状。形状计测部30能够计测层叠头12要形成固化体B的部位的形状和在该部位形成的固化体B的形状这双方的形状。即，形状计测部30能够计测成形层92的形成前后的表面形状。

控制装置20在计测了成形层的形状之后，基于形状计测部30的测定结果，判断是否需要成形层的形成条件的变更(步骤S32)。控制装置20例如基于层叠头12要形成固化体B的部位的表面形状的计测结果，判断是否变更该部位与层叠头12之间的距离。例如，在层叠头12要形成固化体B的部位的表面形状与其他的部位的表面形状不同的情况下，控制装置20以使形成成形层的部位与层叠头12之间的距离一定的方式变更层叠头12的位置。而且，例如，控制装置20基于所形成的固化体B的形状的计测结果，判断是否变更例如粉末P的喷射条件或激光L的照射条件等。例如，在所形成的固化体B的形状与三维形状物的设计信息相比不适当的情况下，控制装置20将粉末P的喷射条件或激光L的照射条件等变更为适当的条件。

控制装置20在判断为需要成形层的形成条件的变更的情况下(步骤S32为“是”)，对成形层的形成条件进行变更(步骤S33)。

控制装置20在变更了成形层的形成条件的情况或者判断为不需要成形层的形成条件的变更的情况下(步骤S32为“否”)，利用层叠头12进行粉末P的喷射和激光L的照射，并通过利用工作台部11使基台部100移动来形成成形层(步骤S34)。这样，基于形状计测部30的对成形层的形成条件进行变更的工序结束。

控制装置20根据形状计测部30对成形层的表面形状的计测结果，变更及决定成形层的形成条件，控制层叠头12的动作。因此，三维层叠装置1如上所述能够使形成成形层的部位与层叠头12之间的距离一定等，更适当地进行成形层的形成。此外，三维层叠装置1能够一边利用层叠头12形成成形层，一边利用形状计测部30计测成形层92的形状。因此，三维层叠装置1能够使成形层的形成条件更加适当，能够更高精度地制造三维形状物。

此外，三维层叠装置1通过利用装置计测部32计测机械加工部13的前端56的位置，能够施加决定机械加工的加工条件的工序。图13是表示决定本实施方式的三维层叠装置1的成形层的加工条件的工序的一例的流程图。

控制装置20利用形状计测部30计测成形层92的形状(步骤S41)。控制装置20基于形状计测部30的测定结果，判断成形层92是否需要机械加工(步骤S42)。

控制装置20在判断为需要成形层92的机械加工的情况下(步骤S42为“是”)，利用装置计测部32计测机械加工部13的工具22的前端56的位置(步骤S43)。

控制装置20根据由形状计测部30计测到的成形层92的形状和由装置计测部32计测到的机械加工部13的前端56的位置的测定结果，来决定成形层92的加工条件(步骤S44)。需要说明的是，控制装置20也可以基于由形状计测部30计测到的成形层92的形状和由装置计测部32计测到的机械加工部13的前端56的位置的测定结果中的任一个，来决定成形层92的加工条件。控制装置20基于由形状计测部30计测到的成形层92的形状，来决定利用机械加工部13进行加工的量。控制装置20通过决定加工量，来决定机械加工部13的Z轴方向的移动的轨迹和基于工作台部11的基台部100的移动的轨迹。

接下来，控制装置20在决定了加工条件之后，利用机械加工部13对成形层92进行机械加工(步骤S45)，结束本工序。而且，控制装置20在判断为不需要成形层92的机械加工的情况下(步骤S42为“否”)，也结束本工序。

这样，控制装置20根据由形状计测部30计测到的成形层92的表面形状的计测结果和由装置计测部32计测到的机械加工部13的前端56的计测结果，决定成形层的切削条件，控制机械加工部13的动作。因此，三维层叠装置1能够适当地算出成形层92的机械加工的加工条件，能够适当地进行成形层92的机械加工。

另外，装置计测部32通过摄像来计测机械加工部13的工具22的前端56的位置。因此，装置计测部32能够一边使机械加工部13工作，一边计测前端的位置，而且，也能够包括由热膨胀引起的机械加工部13的工具22的前端56的位置变化在内地计测前端56的位置。例如，在机械加工部13的工具22的前端56的位置的计测结果的误差大于成形层92所需的机械加工量的情况下，即便进行成形层92的机械加工，也存在成形层92未被进行机械加工或者机械加工的加工量变得过大的可能性。然而，本实施方式的三维层叠装置1利用装置计测部32能够抑制机械加工部13的前端56的位置的测定误差，因此能够更适当地进行成形层92的机械加工。

例如，控制装置20即便在以使成形层92的Z轴方向上的厚度成为0.2mm的方式控制层叠头12的情况下，实际形成的成形层92的Z轴方向上的厚度最大有时也会具有0.2mm的误差，例如成为0.1mm以上且0.3mm以下的厚度。而且，工具22的前端56的位置因热膨胀而变化，由热膨胀引起的工具22的前端56的位置变化的误差例如有时最大成为0.1mm。因此，例如，在不使用形状计测部30及装置计测部32进行在成形层92的表面产生的形成不良部的除去加工的情况下，控制装置20需要考虑成形层92的厚度与工具22的位置变化的最大误差，作出指示，以0.3mm以上的加工量对机械加工部13进行除去加工。在此，在成形层92的厚度为0.2mm的情况下，加工量为0.3mm以上，因此包括正常部位在内的成形层92全部被除去，此外，可能加工直至成形层92的下方的成形层为止。然而，在使用形状计测部30及装置计测部32进行成形层92的表面的除去加工的情况下，形状计测部30及装置计测部32能够计测成形层92的实际的厚度及由热膨胀引起的工具22的位置变化。因此，控制装置20不需要考虑成形层92的厚度与工具22的位置变化的最大误差，能够使机械加工部13仅对于产生了形成不良的成形层92的表面适当地进行除去加工。

此外，三维层叠装置1具有工具更换部33，由此能够施加对机械加工部13的工具22进行更换的工序。图14是表示对本实施方式的三维层叠装置1的机械加工部13的工具22进行更换的工序的一例的流程图。控制装置20决定成形层92的机械加工的加工条件(步骤S51)。步骤S51中的加工条件的决定例如通过与图13的步骤S44中的加工条件的决定同样的方法进行。

控制装置20在决定了加工条件之后，基于决定的成形层92的加工条件，判断是否更换机械加工部13的工具22(步骤S52)。例如，控制装置20在判断为需要更高精度地进行成形层92的加工的情况下，控制装置20判断为需要将机械加工部13的工具22更换为具有更小的刀刃的工具。而且，例如在对加工内容进行变更的情况下，控制装置20判断为需要更换机械加工部13的工具22。例如，在利用机械加工部13加工了成形层92的表面之后，对成形层92进行螺纹孔等的加工的情况下，控制装置20判断为需要将机械加工部13的工具22从表面加工用的工具更换为螺纹孔加工用的工具。但是，判断是否更换机械加工部13的工具22的条件并不局限于此。

控制装置20在判断为更换机械加工部13的工具22的情况下(步骤S52为“是”)，利用工具更换部33更换机械加工部13的工具22(步骤S53)。

控制装置20在更换了机械加工部13的工具22之后，通过更换了工具的机械加工部13进行成形层92的机械加工(步骤S54)，结束本工序。而且，控制装置20在判断为不需要更换机械加工部13的工具22的情况下(步骤S52为“否”)，通过未更换工具的机械加工部13进行成形层92的机械加工(步骤S54)，本工序结束。

这样，工具更换部33能够基于决定了的成形层92的加工条件来更换机械加工部13的工具22。因此，本实施方式的三维层叠装置1能够更适当或更容易地进行成形层92的机械加工。

此外，三维层叠装置1具有喷嘴更换部34，由此能够施加对层叠头12的喷嘴23进行更换的工序。图15是表示对本实施方式的三维层叠装置1的层叠头12的喷嘴23进行更换的工序的一例的流程图。首先，控制装置20决定成形层92的形成条件(步骤S61)。步骤S61中的加工条件的决定例如通过与图11的步骤S18中的成形层92的形成条件的决定同样的方法进行。

控制装置20在决定了形成条件之后，基于决定了的成形层92的形成条件，判断是否更换层叠头12的喷嘴23(步骤S62)。控制装置20例如在决定了的成形层92的形成条件是提高成形层92的形成精度的条件的情况下，判断为需要将机械加工部13的工具22更换为发出点径更小的激光L的工具或者使粉末P的喷射的收敛径更小的工具等。但是，判断是否更换层叠头12的喷嘴23的条件并不局限于此。

控制装置20在判断为更换层叠头12的喷嘴23的情况下(步骤S62为“是”)，利用喷嘴更换部34更换层叠头12的喷嘴23(步骤S63)。

控制装置20在更换了层叠头12的喷嘴23之后，通过更换了喷嘴23的层叠头12，进行粉末P的喷射和激光L的照射(步骤S64)，进行成形层的形成(步骤S65)，结束本工序。控制装置20在判断为不需要更换层叠头12的喷嘴23的情况下(步骤S62为“否”)，通过未更换喷嘴的层叠头12进行粉末P的喷射和激光L的照射(步骤S64)，进行成形层的形成(步骤S65)，结束本工序。

这样，三维层叠装置1能够基于由喷嘴更换部34决定了的成形层92的形成条件来更换层叠头12的喷嘴23。因此，本实施方式的三维层叠装置1能够更适当或更容易地进行成形层92的形成。

此外，三维层叠装置1具有粉末导入部35，由此能够施加对于向层叠头12导入的粉末进行识别的工序。图16是表示本实施方式的三维层叠装置1的粉末的识别工序的一例的流程图。控制装置20检测在粉末导入部35安设有粉末的情况(步骤S71)，例如，检测在粉末收纳部81收纳有放入了粉末的盒83的情况。

控制装置20在安设了粉末之后，通过粉末导入部35的粉末识别部82识别粉末(步骤S72)。控制装置20例如通过粉末导入部35的粉末识别部82读取盒83的材料显示部84，检测例如粉末的种类、粒度、重量、纯度或氧化物覆膜等的在三维形状物制造上所需的粉末的信息。控制装置20也可以通过粉末导入部35A的粉末识别部82A来识别粉末导入部35A内的粉末。

控制装置20在识别了粉末之后，基于粉末的识别结果，判断粉末导入部35内的粉末是否为适当的粉末(步骤S73)。控制装置20基于例如三维形状物的设计信息，判断粉末导入部35内的粉末是否为适当的粉末。例如，粉末导入部35内的粉末是为了制造由它们制造的三维形状物而不适当的材质的情况下，控制装置20判断为粉末导入部35内的粉末不适当。

控制装置20在判断为粉末是适当的粉末的情况下(步骤S73为“是”)，利用粉末导入部35将粉末向层叠头12导入(步骤S74)。

接下来，控制装置20基于在步骤S72中识别的粉末的信息，决定成形层92的形成条件(步骤S75)，结束本工序。在此，层叠头12存在例如将不同的粉末混合喷射的情况。这种情况下，控制装置20也基于将不同的粉末混合喷射的指令内容，来决定成形层92的形成条件。在此，成形层92的形成条件是与图11的步骤S18同样的条件，例如是成形层的各层的形状、粉末的种类、粉末P的喷射速度、粉末P的喷射压力、激光L的照射条件、熔融体A的温度、固化体B的冷却温度、或基于工作台部11的基台部100的移动速度等、在形成成形层上所需的条件。

控制装置20在判断为粉末是不适当的粉末(步骤S73为“否”)的情况下(“否”)，经由通信部55将粉末不适当的内容的信息或者不适当的粉末的信息向外部的数据服务器等传递(步骤S76)，结束本处理。这种情况下，控制装置20未作出从粉末导入部35向层叠头12导入粉末的指令，本工序结束。即，三维层叠装置1在判断为粉末不是适当的粉末的情况下，停止向层叠头12的粉末的供给。

这样，控制装置20根据粉末导入部35对粉末的识别结果，来控制从粉末导入部35向层叠头12的粉末的导入。在粉末不是适当的粉末的情况下，所制造的三维形状物的品质可能会下降。而且，在向不适当的粉末照射激光L的情况下，存在起火等安全性下降的可能性。粉末导入部35仅在粉末是适当的粉末的情况下向层叠头12导入粉末。因此，本实施方式的三维层叠装置1能够抑制三维形状物的品质的下降，或者能够抑制安全性的下降。

另外，在判断为粉末不是适当的粉末的情况下，控制装置20能够将粉末不适当的内容的信息或者不适当的粉末的信息向外部的数据服务器等传递。通过在外部的数据服务器蓄积这些信息，能够使三维层叠装置1使用的粉末更加适当。因此，本实施方式的三维层叠装置1能够提高三维形状物的品质。

另外，控制装置20根据粉末导入部35对粉末的识别结果，决定成形层92的形成条件，控制层叠头12的动作。因此，本实施方式的三维层叠装置1能够更适当地形成成形层92。

此外，三维层叠装置1通过利用装置计测部32计测粉末P的收敛位置及收敛径，能够施加对成形层的形成条件进行变更的工序。图17是表示对本实施方式的三维层叠装置1的成形层的形成条件进行变更的工序的一例的流程图。首先，控制装置20通过装置计测部32计测从层叠头12喷射的粉末P的收敛径及收敛位置(步骤S81)。

控制装置20在计测了粉末P的收敛径及收敛位置之后，基于装置计测部32的计测结果，判断是否需要成形层的形成条件的变更(步骤S82)。控制装置20基于粉末P的收敛径及收敛位置的计测结果，判断是否变更例如粉末P的喷射条件或激光L的照射条件等。例如，在粉末P的收敛径及收敛位置与三维形状物的设计信息相比不适当的情况下，控制装置20将粉末P的喷射条件或激光L的照射条件等变更为适当的条件。例如，控制装置20在计测到的粉末P的收敛径相对于要求的成形层92的形成精度而过大的情况下，判断为减小粉末P的收敛径。而且，例如，控制装置20在计测到的粉末P的收敛位置距基台部100过近的情况下，判断为变更粉末P的收敛位置。

控制装置20在判断为需要成形层的形成条件的变更的情况下(步骤S82为“是”)，对成形层的形成条件进行变更(步骤S83)。例如，控制装置20通过增大粉末P的喷射速度来减小粉末P的收敛径。而且，例如，控制装置20例如使层叠头12沿Z轴方向移动，由此调整粉末P的收敛位置。

控制装置20在变更了成形层的形成条件的情况或者判断为不需要成形层的形成条件的变更的情况下(步骤S82为“否”)，一边利用层叠头12进行粉末P的喷射和激光L的照射，一边利用工作台部11使基台部100移动，由此形成成形层(步骤S84)。这样，对基于形状计测部30的成形层的形成条件进行变更的工序结束。

在此，三维层叠装置1根据所喷射的粉末P的收敛位置及收敛径而形成的成形层92的精度变化。例如，三维层叠装置1在粉末P的收敛径小的情况下，熔融体A的直径也减小，形成致密的成形层92。而且，例如，三维层叠装置1根据粉末P的喷射位置和激光L的点径的位置而使熔融体A的直径变化。如上所述，三维层叠装置1根据装置计测部32对粉末P的收敛位置及收敛径的计测结果，控制装置20变更及决定成形层的形成条件，控制层叠头12的动作。因此，三维层叠装置1能够使成形层的形成条件更加适当，能够更高精度地制造三维形状物。

另外，在本实施方式中，装置计测部32计测机械加工部13的前端56的位置和利用层叠头12喷射的粉末P的收敛位置及收敛径这两方。即，三维层叠装置1将对机械加工部13的前端56的位置进行计测的装置和对粉末P的收敛位置及收敛径进行计测的装置共用。因此，三维层叠装置1能够抑制其尺寸的增大。但是，三维层叠装置1也可以分体地具有对机械加工部13的前端56的位置进行计测的装置和对利用层叠头12喷射的粉末P的收敛位置及收敛径进行计测的装置。

以上，说明了本发明的实施方式，但是没有通过这些实施方式的内容来限定这些实施方式。而且，前述的构成要素包括本领域技术人员能够容易想到的要素、实质上相同的要素、所谓均等的范围的要素。此外，前述的构成要素可以适当组合。此外，在不脱离前述的实施方式等的主旨的范围内能够进行构成要素的各种省略、置换或变更。例如，本实施方式的三维层叠装置1并不局限于利用层叠头12喷射粉末P而向粉末P照射激光L的结构。三维层叠装置1只要通过供给粉末P并向粉末P照射激光L而形成成形层，并向成形层适当地施加机械加工即可。例如，三维层叠装置1也可以利用粉末供给部形成粉末层，向粉末层的一部分照射激光L而使粉末烧结，由此形成成形层。而且，例如，三维层叠装置也可以将控制装置20通过互联网等通信线路而与外部的设备连接，基于从外部的设备输入的指示，变更、设定加工条件例如成形层的形成条件。即，三维层叠装置也可以使用通信线路进行通信，能够根据外部的设备来变更加工条件。

标号说明

1 三维层叠装置

2 三维层叠室

3 预备室

4 层叠头收纳室

4a、5a Z轴滑动部

5 机械加工部收纳室

6、7 门

10 床身

11 工作台部

12 层叠头

13 机械加工部

15 Y轴滑动部

16 X轴滑动部

17 旋转工作台部

18、19 波纹管

20 控制装置

22 工具

23 喷嘴

24 前端部

25 空气排出部

30 形状计测部

31 加热头

32 装置计测部

33 工具更换部

34 喷嘴更换部

35、35A 粉末导入部

36 基台移动部

37 空气排出部

38 气体导入部

39 粉末回收部

41 外管

42 内管

43 粉末流路

44 激光路径

46 主体

47 光源

48 光纤

49 聚光部

51 输入部

52 控制部

53 存储部

54 输出部

55 通信部

56 前端

57 光源部

58 摄像部

61、71 轴部

62、72 圆板部

63、73 保持部

64、74 螺栓

65、75 把持部

66、76 移动部

67、77 开口部

68、69、78、79 孔部

81、81A 粉末收纳部

82、82A 粉末识别部

83 盒

84 材料显示部

85 导入部

86 旋风分离器部

87 气体排出部

88 粉末排出部

91 底座

92、93 成形层

95 圆板部

96 孔部

97 轴部

98 圆锥台部

99 构件

100 基台部

102、104、106、108 箭头

A 熔融体

B 固化体

L 激光

P 粉末

Claims (19)

1.一种三维层叠装置，在基台部层叠成形层而形成三维形状物，其中，

所述三维层叠装置具有：

粉末供给部，供给粉末材料；

光照射部，向所述粉末材料照射光束，使照射了所述光束的所述粉末材料的至少一部分烧结或熔融固化而形成所述成形层；

机械加工部，具备工具，并利用所述工具对所述成形层进行机械加工；及

控制部，控制所述粉末供给部、所述光照射部及所述机械加工部中的至少一个的动作。

2.根据权利要求1所述的三维层叠装置，其中，

所述粉末供给部朝向所述基台部喷射所述粉末材料，

所述光照射部向从所述粉末供给部朝向所述基台部移动的所述粉末材料照射光束，使所述粉末材料熔融，使熔融的所述粉末材料在所述基台部上固化。

3.根据权利要求2所述的三维层叠装置，其中，

所述粉末供给部具备喷射所述粉末材料的喷嘴，

所述三维层叠装置具备喷嘴更换部，该喷嘴更换部通过拆装所述粉末供给部的所述喷嘴而对装配于所述粉末供给部的喷嘴进行更换。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有对所述机械加工部的所述工具的前端位置进行计测的机械加工部计测部，

所述控制部根据由所述机械加工部计测部计测到的所述工具的前端位置来控制所述机械加工部的动作。

5.根据权利要求2或权利要求3所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有计测所述喷射的粉末材料的收敛位置及收敛径中的至少一方的粉末供给部计测部。

6.根据权利要求5所述的三维层叠装置，其中，

所述控制部根据由所述粉末供给部计测部计测到的粉末材料的收敛位置及收敛径中的至少一方来控制所述粉末供给部及所述光照射部中的至少一个的动作。

7.根据权利要求2所述的三维层叠装置，其特征在于，

所述三维层叠装置具有对所述机械加工部的所述工具的前端位置进行计测的机械加工部计测部、及对所述粉末材料的收敛位置及收敛径中的至少一方进行计测的粉末供给部计测部，所述机械加工部计测部与所述粉末供给部计测部是共用的装置。

8.根据权利要求1或权利要求2所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有工具更换部，该工具更换部通过拆装所述机械加工部的工具而对装配于所述机械加工部的所述工具进行更换。

9.根据权利要求1或权利要求2所述的三维层叠装置，其中，

所述控制部在利用所述光照射部形成了所述成形层之后，利用所述机械加工部对所述成形层的表面进行机械加工，在机械加工后的所述成形层的表面利用所述光照射部进一步形成成形层。

10.根据权利要求1或权利要求2所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有对所述成形层的表面形状进行计测的形状计测部，

所述控制部根据所述形状计测部对所述成形层的表面形状的计测结果，来控制所述粉末供给部、所述光照射部及所述机械加工部中的至少一个的动作。

11.根据权利要求1或权利要求2所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有粉末导入部，该粉末导入部具备积存向所述粉末供给部供给的所述粉末材料的积存部和对积存于所述积存部的所述粉末材料进行识别的识别部，将利用所述识别部识别到的所述积存部的所述粉末材料向所述粉末供给部导入，

所述控制部根据所述识别部的所述粉末材料的识别结果，来控制从所述粉末导入部向所述粉末供给部的所述粉末材料的导入。

12.根据权利要求11所述的三维层叠装置，其中，

所述控制部根据所述粉末导入部对所述粉末材料的识别结果，还控制所述粉末供给部及所述光照射部中的至少一方的动作。

13.根据权利要求1～权利要求12中任一项所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有：

三维层叠室，内置所述粉末供给部、所述光照射部及所述机械加工部；及

基台移动部，使所述基台部从所述三维层叠室的外部向所述三维层叠室的内部移动。

14.一种三维层叠方法，在基台部层叠使粉末材料烧结或熔融固化而形成的成形层来形成三维形状物，其中，

所述三维层叠方法具有：

层叠步骤，将粉末材料朝向基台部喷射，并通过向所述粉末材料照射光束而使所述粉末材料熔融，通过使所述熔融的粉末材料在所述基台部上固化而在所述基台部上形成成形层，并将该成形层层叠；及

机械加工步骤，对形成了的所述成形层的表面进行机械加工。

15.根据权利要求14所述的三维层叠方法，其中，

所述机械加工步骤计测进行所述机械加工的机械加工部的工具的前端位置，基于所述工具的前端位置的计测结果来决定所述成形层的机械加工的加工条件。

16.根据权利要求14所述的三维层叠方法，其中，

所述机械加工步骤计测所述成形层的表面形状，基于所述成形层的表面形状的计测结果来决定所述成形层的机械加工的加工条件。

17.根据权利要求14所述的三维层叠方法，其中，

所述机械加工步骤计测进行所述机械加工的机械加工部的位置及所述成形层的表面形状，基于所述成形层的表面形状及所述机械加工部的位置的计测结果来决定所述成形层的机械加工的加工条件。

18.根据权利要求14所述的三维层叠方法，其中，

所述层叠步骤识别朝向所述基台部喷射的所述粉末材料，根据所述粉末材料的识别结果来决定向喷射所述粉末材料的粉末供给部的粉末材料的导入条件。

19.根据权利要求18所述的三维层叠方法，其中，

所述层叠步骤根据所述粉末材料的识别结果，还决定所述粉末材料的喷射条件或所述光束的照射条件中的至少一方。