CN107584760B - 用于制造三维制造物体的三维制造方法和装置 - Google Patents

用于制造三维制造物体的三维制造方法和装置 Download PDF

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Abstract

公开了用于制造三维制造物体的三维制造方法和装置。将激光束照射到制造桌上的材料粉末上以固化材料粉末并形成固化层。将材料粉末进一步沉积在固化层上，并将激光束照射到材料粉末的一部分上以固化材料粉末。它们被重复以制造制造物体。激光束的照射输出值基于关于在沉积材料粉末之前的沉积表面的测量信息或关于由照相机获取的沉积后的材料粉末的表面状态的测量信息来确定。可替代地，上述照射输出值基于关于通过能量束的照射已经固化的固化层的数量的奇偶校验信息来确定，或者根据使在沉积的材料粉末的沉积之前固化的固化层固化时使用的照射输出值来确定。

Description

用于制造三维制造物体的三维制造方法和装置
技术领域
本发明涉及三维制造方法并且还涉及用于制造三维制造物体的装置，在三维制造方法中，将能量束照射到沉积的材料粉末的一部分上以固化材料粉末并形成固化层，并且用能量束照射和固化在形成的固化层上进一步沉积的材料粉末的一部分。
背景技术
粉末分层制造方法被已知为制造三维制造物体的一种方法。在粉末分层制造方法中，重复以下的处理以制造制造物体，该处理沉积材料粉末薄膜并且然后激光被照射到材料粉末薄膜上的预定位置上以使得熔融或烧结或烘烤材料粉末，从而形成固化层。在粉末分层制造方法中，粉末的固化状态(熔融、烧结或烘烤、扩散接合状态)根据对材料粉末的热输入量而改变，并且如果对于薄膜的粉末量发生误差，则存在制造物体的特性会改变或者形状精度会下降的可能性。
例如，关于沉积的材料粉末层的厚度，已知有由于材料粉末的重量而发生制造台的位移的现象，并且随着制造进行，粉末量升高，并且位移量增加(日本专利申请特开No.2012-241261)。在日本专利申请特开No.2012-241261中，认识到了由于薄膜的厚度在整个制造中不恒定而导致的每单位体积的粉末的热输入量之间产生差异的问题。根据上述日本专利申请特开No.2012-241261，为了使沉积的薄膜的厚度恒定并且抑制对于各层的每单位体积的粉末的热输入量之间产生的差异的影响，执行控制来沉积粉末以使得具有通过假设制造台将会由于粉末的重量而位移的量来计算的厚度。
还知道一种现象，其中由于由激光的热输入导致的热应力而产生的制造板的翘曲以及根据翘曲量敷设的粉末的厚度出现的误差导致对每单位体积的粉末的热输入量之间出现差异(日本专利申请特开No.2013-163829)。在日本专利申请特开No.2013-163829中，使用如下的配置，其中在制造板上制造被当作基础固化层的制造物体，并且制造基础固化层直到不再发生制造板和基础固化层的翘曲为止。通过这种方式，试图抑制发生归因于翘曲量的尺寸的粉末敷设的厚度的误差，从而减少对于每层的每单位体积的粉末的热输入量中产生的误差的影响。
然而，根据上述日本专利申请特开No.2012-241261和日本专利申请特开No.2013-163829中描述的常规技术，尽管可以使材料粉末层的厚度恒定，但是在薄膜的恒定厚度的情况下，没有考虑材料粉末是否如预期的那样被敷设，例如预期的均匀性。
例如，为了提高制造精度，可以想到减小材料粉末的颗粒直径或单层材料粉末的厚度。例如，可以想到将材料粉末的颗粒直径减小到10μm以下，或将单层材料粉末的厚度减小到30μm以下。然而，在这种颗粒直径的情况下或这样的大小的层厚度的情况下，有时会出现这样的现象，在沉积之前表面精度高的地方的上部，粉末不会如预期的那样敷设，并因此粉末量减少。
根据本发明人的发现，所沉积的材料粉末的均匀性受到其上沉积材料粉末的制造区域的基板的影响，即受到其上新沉积材料粉末的沉积表面的表面状态(表面精度、表面粗糙度等)的影响。上述沉积表面是例如构成其上沉积有第一层的材料粉末的制造区域的底部的制造板(基板)的表面，以及先前层的固化层(固化后)的表面。
此外，特别是在这种沉积表面的表面精度高(表面粗糙度小)的情况下，会发生这样的现象，使得当沉积下一层时，材料粉末不会整齐地(例如均匀地)敷设。此外，相反，存在这样的趋势，即通过使不能以这种方式均匀地沉积的材料粉末固化而获得的固化层的表面精度相对较低(表面粗糙度大)，并且已经观察到材料粉末被均匀地沉积在具有这种低的表面精度的固化层上的现象。
因此，即使每次可以以恒定的层厚度沉积材料粉末层，也存在实际沉积的粉末量将在其中材料粉末不能均匀沉积的材料粉末层中减少的可能性。在这种情况下，在所讨论的材料粉末层中，存在每单位体积的粉末的热输入量过大，并且制造的物体的特性将会改变且形状精度将会下降的可能性。
发明内容
根据本发明的目的是通过适当地控制对材料粉末的热输入量来抑制制造物体的特性改变和形状精度的降低。
根据本发明的一个方面，制造三维制造物体的方法包括将能量束照射到沉积在制造区域中的材料粉末的一部分上以固化材料粉末并形成固化层的处理，并且进一步包括在所形成的固化层上沉积材料粉末并将能量束照射到材料粉末的一部分上以固化材料粉末，所述方法还包括：在沉积材料粉末之前测量基板的沉积表面的表面状态，或者测量沉积在制造区域中的材料粉末的表面状态，以及基于测量结果来控制能量束的照射输出。
根据本发明的另一方面，制造三维制造物体的方法包括将能量束照射到沉积在制造区域中的材料粉末的一部分上以固化材料粉末并形成固化层的处理，并且进一步包括在所形成的固化层上沉积材料粉末并将能量束照射到材料粉末的一部分上以固化材料粉末，所述方法还包括：基于关于通过能量束的照射已经固化的固化层的数量的奇偶校验信息，或者使用在沉积材料粉末之前使得在前一次被固化的固化层固化时所使用的能量束的照射输出值，控制用于固化沉积在制造区域中的材料粉末的能量束的照射输出。
通过适当地控制对材料粉末的热量输入量，可以抑制制造物体的特性的改变和形状精度的降低。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特性将变得清楚。
附图说明
图1是示出了能够实现本发明的三维制造装置的配置示例的示意图。
图2A、图2B、图2C和图2D是顺序地示出了在图1中所示的装置中执行第一层的粉末敷设处理的方式的说明图。
图3A、图3B、图3C和图3D是顺序地示出了在图1中所示的装置中执行第二层和后续层的粉末敷设处理的方式的说明图。
图4是示出了图1中所示的装置的控制系统(控制装置)的配置示例的框图。
图5是示出了图1中所示的装置中的三维制造控制程序的流程的流程图。
图6是示出了图1中所示的装置中的材料粉末层的沉积状态与激光照射输出之间的关系的图表。
图7是示出了将与通过表面状态测量装置测量的表面状态对应的各种特性量与图1中所示的装置的激光照射输出进行相关的示例的图。
具体实施方式
现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。
在下文中，参考附图中所示的实施例描述用于实现本发明的模式。注意，下面描述的实施例仅仅是示例性实施例，并且例如，本领域技术人员可以在不脱离本发明的要点的范围内适当地改变详细配置。此外，本实施例中描述的数值值是用于参考的目的，并且不限制本发明。
<实施例1>
图1示出了能够实现本发明的三维制造装置的配置的示例。在下文中，借助于图1中所示的装置，连同描述本发明的用于制造三维制造物体的制造装置的一个实施例，还详细描述了根据本发明的制造三维制造物体的方法，特别是用于控制使得所沉积的每层的材料粉末固化的能量束的照射输出的技术。
图1中所示的制造装置的主要部分由主框架1支撑。供给台2、制造台3、粉末敷设单元4、制造激光单元5、材料粉末回收单元6和照相机7被安装在主框架1上。
供给台2被布置于设置在制造桌102中的开口部分(开口的截面形状是任意的)的内部，使得供给台2可以通过未示出的驱动单元驱动而沿垂直方向上升和下降。材料粉末8被装载在供给台2的上部。供给台2可以将材料粉末8向上推对应于供给台2的升高量的量以到达制造桌102上方的位置。
制造区域101主要包括设置在制造桌102中的开口部分(开口的截面形状是任意的)，以及制造台3，其被布置成使制造台3可以通过设置在其中的未示出的驱动单元驱动以在垂直方向上上升和下降。
制造板9被安装在制造台3上。制造物体10每次在制造板9上制造一层。例如，当制造第一层时，通过制造台3，制造板9被控制到如下的位置，在该位置处，制造板9已经从制造桌102的上表面降低了与预期材料粉末层的厚度相对应的量。
在图1中所示的装置中，粉末敷设单元4被布置为材料粉末沉积装置。在如上所述地使制造板9下降之后，粉末敷设单元4被驱动以将材料粉末8沉积在制造区域101上。
粉末敷设单元4例如包括粉末敷设单元移动轴11、旋转辊12和刮板13。粉末敷设单元移动轴11是用于使旋转辊12和刮板13在水平方向上移动的驱动机构。旋转辊12和刮板13可以例如通过粉末敷设单元移动轴11移动到布置有供给台2和制造台3的制造区域101的上部的任意位置。
刮板13具有驱动轴，该驱动轴能够控制图1中的刮板13右侧的前端部的摆动位置。可以通过未示出的驱动源使刮板13的前端部向下摆动到前端部比旋转辊12的下表面低的位置，此外，根据需要，可以使其向上摆动到旋转辊12的下表面之上。
在本实施例中，激光束14被用作用于固化单个材料粉末层的能量束。在这种情况下，制造激光单元5对应于照射用于使材料粉末层固化的能量束的能量束照射装置。照射激光束14的制造激光单元5包括扫描装置，该扫描装置包括激光束源、准直器、电流扫描仪等以及f-θ透镜等。在制造形成制造物体10的一部分的单个层期间，沉积在制造区域101的最上部的材料粉末层通过制造激光单元5根据与制造物体10的形状相对应的扫描图案来扫描。此时，材料粉末层中通过激光束14经受辐射加热的特定部位被固化成与制造物体10的相关截面对应的形状。
照相机7例如包括数字相机等。在本实施例中，照相机7用作包括图像捕获区域中的所有制造区域101在内的表面状态测量装置，并且测量其后要沉积材料粉末的沉积表面或已经沉积的材料粉末的表面状态。
照相机7可以在沉积材料粉末之前拍摄沉积表面(基板)，即，设置在制造区域101中的、其上要沉积第一材料粉末层的制造板9的表面，或者在制造进行的阶段，可以拍摄在制造物体10的最上部固化的第n个固化层的表面。照相机7还可以拍摄沉积的材料粉末的表面，也就是说，沉积在制造板9的表面上的第一材料粉末层的表面，或者在制造进行的阶段，可以拍摄沉积在制造物体10的上部的第n+1个材料粉末层(固化前)的表面。
在本实施例中，利用通过照相机7拍摄的、在沉积材料粉末之前的上述沉积表面(基板)的图像或已经沉积的材料粉末的表面的图像，控制激光束14的用于固化其后要沉积的材料粉末或已沉积的材料粉末的照射输出。
在本实施例的制造装置中，制造桌102、粉末敷设单元4和照相机7被布置在由与主框架1分开的构件支撑的制造室15的内部。另一方面，制造激光单元5被设置在制造室15的外侧的上部。制造激光单元5的激光束14通过设置在制造室15的上部的激光透射窗16来照射。激光透射窗16由诸如玻璃或树脂之类的透光材料制成，并且根据需要涂布有具有根据激光束14的波长等确定的光学性质的抗反射涂层。
制造室15包括例如真空室，并且被配置成能够通过未示出的减压路径和气体供给路径来调整制造室15内部的真空度或者更换其中的大气。
可以用于控制图1中所示的制造装置的控制装置600(控制系统)的配置示例在图4中示出。图4中所示的控制系统包括包含通用微处理器等在内的CPU 601、ROM 602、RAM 603以及接口604、605和606等。根据需要，除了上述部件之外，还可以在控制装置600中布置具有例如诸如SSD或HDD之类的盘装置的外部存储装置或网络接口。
ROM 602存储使CPU 601执行例如图1中的制造装置的基本控制和本实施例的制造控制的控制程序和控制数据。注意，为了能够之后更新存储在ROM 602中的访问控制程序和控制数据，用于该目的的存储区域可以由诸如E(E)PROM之类的存储设备提供。RAM 603包括DRAM元件等，并且用作CPU 601执行各种控制和处理的工作区域。与稍后描述的制造控制过程相关的功能通过CPU 601执行本实施例的控制程序(例如，图5)来实现。注意，在设置诸如SSD或HDD之类的外部存储装置的情况下，可以例如以文件格式存储上述控制程序或控制数据。还可以使用诸如SSD或HDD之类的外部存储装置来提供用于补充RAM 603上的主存储区域的虚拟存储区域。
注意，外部存储装置不限于SSD或HDD，并且可以包括诸如可拆卸的各种光盘之类的记录介质，或可拆卸SSD或HDD盘装置，或可拆卸闪存。例如，这样的各种可拆卸计算机可读记录介质可用于在ROM 602(E(E)PROM区域)上安装和更新形成本发明一部分的访问控制程序。在这种情况下，各种可拆卸计算机可读记录介质存储形成本发明一部分的控制程序，并且相关记录介质本身也形成本发明的一部分。
CPU 601执行存储在ROM 602(或未示出的外部存储装置)中的制造控制程序以及与制造控制相关的控制程序、固件、访问控制程序等。通过这种方式，例如，实现了图4中所示的(控制装置600的)每个功能块(或控制步骤)。
在图4中，接口604、605和606被设置在控制装置600中。接口604、605和606可以根据各种系统由串行或并行接口或由网络接口等构成。在这些接口中，例如，接口604用于从外部装置接收三维制造数据(数据格式是可选的，例如3D CAD或3D CG数据)。
在照相机7被设置在图1的制造装置中的情况下，CPU 601使用接口605来获取特别是由照相机7捕获的固化前的沉积材料粉末的表面的图像。此外，接口606用于通过CPU 601来控制制造装置(3D打印机)的构成元件。在图4中，制造台3、制造激光单元5和材料粉末供给/回收系统40被示出为制造装置(3D打印机)的连接到接口606的构成元件。材料粉末供给/回收系统40对应于例如图1中的供给台2、粉末敷设单元4和材料粉末回收单元6等。
具体地，由接口606控制的受控元件包括例如用于粉末敷设单元移动轴11和旋转辊12等的旋转驱动系统，以及用于供给台2、制造台3和刮板13等的上升/下降(和摆动)驱动系统。此外，由接口606控制的受控元件还包括诸如制造激光单元5的电流扫描仪之类的扫描驱动系统和确定激光束源的照射输出的驱动电源系统。
在本实施例中，材料粉末8的材料可以是任意的金属材料或树脂材料等，并且虽然没有特别限制本发明，但是在本实施例中，材料粉末8的材料是颗粒直径约为3μm的SUS 316的细颗粒。此外，在本实施例中，在制造区域101中沉积为一层以形成制造物体10的一部分的材料粉末8例如是以约30μm的层厚度沉积的粉末。
制造板9对应于制造制造物体10的第一层的基础部分，并且例如与材料粉末8的材料相同(或具有相似成分)的材料被采用作为制造板9的材料。为了均匀地沉积制造物体10的第一层的材料粉末，并且执行良好的制造，作为制造板9的(上)表面的性质，表面性能太好(表面精度高)(诸如抛光镜面的情况)是不希望的。
在本实施例中，关于材料(SUS 316)、材料粉末8的颗粒直径(3μm)以及沉积时的层厚度(30μm)的上述条件，为了良好地沉积第一层，作为第一层的沉积表面的制造板9的表面精度(即表面粗糙度)可以在下面描述的范围内。根据本发明人的发现，在上述条件下，用于良好地沉积(即，具有均匀性(稍后描述的“U”))材料粉末8的第一层的制造板9的表面粗糙度是例如在
Figure GDA0002276767590000091
的范围内。不用说，希望良好地沉积第一层，在这种情况下，制造(或处理)制造板9，使得其上表面的表面粗糙度在该范围内(比较粗糙)。然而，根据本实施例的激光照射输出控制，即使制造板9的上表面的Ra值小于0.7，并因此表面精度更好，因为不是不可能以良好的物理性质值来固化第一层，因此也可以为制造板9采用这种表面精度规格。
注意，在下文中，可以均匀地(稍后描述的“U”)沉积材料粉末8的沉积表面的表面粗糙度(例如，Ra＝0.7至3.0μm)的范围可以使用字符“Raw”来指代。
相反，在沉积表面的Ra值小于0.7(至0)且表面精度高的表面性质的情况下，如上所述，沉积在其上的材料粉末的沉积状态的均匀性(稍后描述的“U”)降低。对于在具有上述范围的表面粗糙度(Raw：
Figure GDA0002276767590000092
Figure GDA0002276767590000093
)的制造板9上沉积并固化的第一层的固化层，存在如下的高的可能性：固化层(下一层的沉积表面)的表面的Ra值将具有小于0.7(至0)的高表面精度的表面性质。不用说，当通过激光照射使材料粉末固化时，表面(下一层的沉积表面)的均匀性(稍后描述的“U”)降低，并且其表面粗糙度进入的沉积表面表面粗糙度范围(Raw：
Figure GDA0002276767590000094
Figure GDA0002276767590000095
)，相反地，这可以良好地沉积材料粉末。
如上所述，在使用上述条件的材料(SUS 316)、材料粉末8的颗粒直径(3μm)和沉积时的层厚度(30μm)的制造控制中，对于每个第二层获得以高均匀度(U)沉积材料粉末的条件。因此，由于当制造所讨论的层时表面精度增加太多，当沉积下一层时，难以以高均匀度(U)沉积材料粉末，因此，当相关的下一层固化时，表面精度降低，并且获得沉积表面(相反地，其提供良好的沉积条件)。根据本发明人的发现，在上述制造条件的情况下，材料粉末的沉积状态的高的均匀度和低的均匀度(U)对于各层交替重复。本实施例的制造控制基于这一发现。
接下来，描述图1中的制造装置的操作的概要。这里，将描述与这种常规3D打印机中的操作相同的基本部分。首先，材料粉末8被装载到供给台2上，并且制造板9被放置在制造台3上。
此后，根据需要，通过未示出的减压路径和气体供给路径来调整制造室15内的真空度或调整大气。例如，制造室15被密封，并且内部经受真空更换。此时，在真空更换之后，可以根据需要执行惰性气体更换，例如N2更换、H2更换或Ar更换。此外，在更换真空和相关的气体环境之后，考虑到材料粉末8的性质突然改变的可能性，也可以将氧浓度控制为低于临界氧浓度。在更换真空或相关的气体环境之后，通过粉末敷设单元4将用于形成制造物体10的第一层的材料粉末8的层沉积到制造板9的上部。注意，上述制造室15内的真空度的调整或大气的调整可以例如通过图4中所示的控制装置600(CPU 601)来控制，或者可以由单独提供的另一控制系统来控制。
现在将使用图2A至图2D来描述沉积材料粉末8的第一层的处理。在本实施例中，例如，假设使用颗粒直径为约3μm的材料SUS 316的细颗粒作为材料粉末。
图2A示出了刚好在从供给台2中取出一定量的材料粉末8之前的状态。控制装置600的CPU 601控制供给台2的上升/下降驱动单元(未示出)，以将供给台2升高一定量。沉积在制造区域101的制造板9上的材料粉末8的量(体积)由供给台2的升高量和供给台2的上表面的面积定义。
在本实施例中，供给台2例如是每边为140mm的正方形形状。用于一层的量的材料粉末8通过例如将供给台2升高100μm来供给。在供给台2升高之后，在通过未示出的驱动单元将刮板13的前端部降低到辊12的下端以下的状态下，刮板13的前端部被移动到供给台2之上。通过这种方式，一定量的材料粉末8可以通过刮板13移动到制造台3一侧。
在通过刮板13将材料粉末8移动到制造台3一侧之前，控制装置600的CPU 601使得制造台3通过未示出的上升/下降驱动单元下降一定量以形成沉积材料粉末8的空间。在本实施例中，制造台3和制造板9例如具有一边为140mm的正方形，并且在该阶段，制造台3下降的量被控制为大约70μm。
图2A和图2B示出了仅一定量的材料粉末8被从供给台2移动到制造台3一侧的方式。此时，控制装置600的CPU 601使得粉末敷设单元4的刮板13和旋转辊12通过未示出的驱动单元同步移动。在图2A和图2B中所示的粉末敷设单元4的向外行程中，制造台3的上部被控制为如下的状态，在该状态中，可以利用辊12、通过采用特别是刮板13的尖端升高到旋转辊12的下端以上的摆动姿势来敷设粉末。此外，当将粉末敷设单元4移动到图2A和图2B中所示的状态时，当旋转辊12例如如图2B中的箭头所示的那样在制造台3的上部移动时，辊12的下端部旋转驱动，以沿与行进方向相同的方向旋转。通过这种方式，在制造区域101(台3的上部)中，材料粉末8被平坦化的同时被沉积。
注意，如果制造板9的表面粗糙度太粗糙，则粗糙度的形状将被转移到薄膜的表面，而如果表面粗糙度太好，则材料粉末8将不会整齐地敷设。对于本实施例的条件，如果要在其上敷设材料粉末8的制造板9的表面粗糙度在Ra 0.7至3.0μm的范围内，则已经确定可以整齐地执行粉末敷设。注意，制造板9的表面粗糙度可以根据所使用的材料粉末8的种类和要制造的薄膜的厚度而改变。
图2C示出了在敷设材料粉末8之后的制造台3的上部的状态，即制造板9的上部的状态。在这种状态下，材料粉末8在制造板9的上部敷设到与制造台3下降的量对应的厚度。在本实施例中，在制造板9的上部敷设厚度为70μm(其为制造台3下降的量)的薄膜。接下来，执行用于提高材料粉末8的薄膜的密度的压缩处理。首先，制造台3升高一定量，该量比在敷设材料粉末8时制造台3下降的量小。在本实施例中，制造台3升高40μm。
然后，控制装置600的CPU 601使得旋转辊12从例如与上述方向相反的方向移动到制造台3的上部。在旋转辊12在制造台3的上部移动期间，例如，使得旋转辊12的下端部沿与图2C中的箭头所示的行进方向相同的方向旋转，从而压缩材料粉末8。
图2D示出了在制造台3的上部的材料粉末8的压缩已经结束并且辊12已经返回到其初始位置的状态。在这种状态下，由于被压缩了与制造台3在压缩处理时上升的量相对应的量，因此敷设在制造板9的上部的材料粉末8的密度已经从其中与制造台3的下降量对应的量的粉末被敷设到制造板9的上部的状态改善了。
在本实施例中，将被敷设至70μm厚的材料粉末层压缩40μm以形成厚度为30μm的材料粉末层。可以通过执行该压缩处理以控制材料粉末8的薄膜的密度来适当地调整要制造的制造物体10(图1)的物理性质。然而，上述压缩处理不一定要执行，并且在制造物体10的物理性质值不需要以高密度敷设材料粉末8的情况下，可以通过不执行用于压缩处理的升高制造台3的操作来省略压缩处理。在这种情况下，关于本实施例的控制条件，省略了在压缩处理时使制造台3升高40μm的处理，而是可以通过将制造台3在粉末敷设操作之前下降的量从70μm改变到30μm来沉积具有相同厚度的材料粉末层。
通过执行上述操作，材料粉末8的第一层可以沉积在制造台3的上部，即制造板9的上部。
现在将描述在图1中所示的制造板9的上部沉积材料粉末8的层之后执行的激光照射(固化)处理。控制装置600的CPU 601使激光束14通过制造激光单元5照射到如上所述地沉积的材料粉末层上的预定位置上，从而熔融或烧结或烘烤材料粉末8以使材料粉末8成为固化层并形成制造物体10。不用说，激光束14相对于材料粉末层的照射范围被控制到相当于与正在制造的制造物体10的相关截面对应的形状。
重复执行上述粉末敷设处理和激光束照射处理以执行制造，直到制造物体10成为预定形状为止。在粉末敷设期间，不能装载在制造台3的上部的材料粉末8被倒入材料粉末回收单元6中并累积在材料粉末回收单元6中。
当粉末敷设处理和激光束照射处理被重复直到制造物体10的最终层且达到制造物体10的预期形状时，制造台3被升高并且执行附着在制造物体10的周围的材料粉末8(未固化的)的清洁。由于在真空中不能执行材料粉末8的抽吸，因此在真空环境的情况下，在用其中氧气浓度被调整为小于临界氧气浓度(在临界氧气浓度处，发生材料粉末8的性质的突然改变)的气体环境更换真空环境之后，执行该清洁处理。虽然这种清洁处理通常由工人手动执行，但清洁处理也可以由单独提供的机器人装置等执行，并且其形式并不特别限制本发明。在清洁(未固化的)材料粉末8的清洁处理之后，制造室15内的真空环境或相关气体环境被大气环境替代，并且将被制造的物体10取出。因此，可以制造三维制造物体(制造物体10)。
现在将使用图3A至图3D进一步详细描述在特别是粉末的颗粒直径为10μm以下并且单个层的薄膜的厚度为30μm以下以增强制造精度的情况下，对于第二层和后续层的粉末敷设期间容易产生的现象。
图3A示出了在刚好从供给台2中取出一定量的材料粉末8以用于第二层之前的状态。与第一层类似，对于第二层，控制装置600的CPU 601也将供给台2升高一定量，以使得供给与供给台的升高量和接收面积对应的量的材料粉末8。然后，在刮板13的前端部已经下降到辊12的下端以下的状态下，控制装置600的CPU601使刮板13的前端部在供给台2之上移动。通过该操作，只有一定量的材料粉末8被刮板13移动到制造台3一侧。图3B示出了仅仅一定量的材料粉末8被从供给台2移动到制造台3一侧以用于第二层的状态。类似于第一层，对于第二层，制造台3也降低一定量以形成敷设材料粉末8的空间。通过将刮板13的尖端升高到辊12的下端之上，进入了粉末可以用辊12敷设在制造台3的上部之上的状态。
控制装置600的CPU 601使得辊12在制造台3的上部之上移动，并且在辊12的这种移动期间，如图3B中的箭头所示，辊12的下端部旋转以在与行进方向相同的方向上旋转，从而沉积材料粉末8。在这种情况下，虽然对于第一层，材料粉末8沉积在安装于制造台3的上部的制造板9的表面上，但是对于第二层，材料粉末8被沉积在用于第一层的敷设的材料粉末8上和通过激光照射被制造的制造物体10的表面上。
图3C示出了在材料粉末8被敷设在通过激光照射制造的制造物体10的表面上以及制造台3的上部的制造物体10的周围的被沉积为第一层的(未固化的)材料粉末上的状态。
因此，将新材料粉末8敷设在前一层沉积的(未固化)材料粉末8的上部上没有特别的困难。然而，由于表面粗糙度对于由第一层制造的制造物体10的上部太良好，因此可能发生材料粉末8不整齐地敷设的现象。
在如上所述地将材料粉末8供给到制造台3的上部上之后，例如，执行压缩处理，其以类似于第一层的方式提高材料粉末8的薄膜的密度。首先，控制装置600的CPU 601使制造台3升高小于制造台3在敷设材料粉末8时下降的量的量。然后，控制装置600的CPU 601使辊12从与粉末敷设时的方向相反的方向在制造台3的上部之上移动。当辊12在制造台3的上部之上移动时，辊12的下端部在与图3C中的箭头所示的行进方向相同的方向上旋转，从而压缩材料粉末8。
图3D示出了辊12已经完成了在制造台3的上部的材料粉末8的压缩，并且已经返回到其初始位置的状态。因此，如图3D中所示，其中在由第一层制造的制造物体10的上部上没有整齐地(均匀地)敷设材料粉末8的状态在结束压缩处理之后有时会残留。
因此，结果，沉积的材料粉末8的量有时在由第一层制造的制造物体10的上部上减小。在这种情况下，在激光照射处理中，如果使用与制造第一层时相同的激光束14的照射输出(照射强度)，则大的每单位体积热量将被施加到第二层的材料粉末8，并且在该区域存在制造物体10的物理性质将会改变的可能性。
在这种情况下，如果使得处于其中粉末没有整齐地(均匀地)沉积的状态的材料粉末层经受辐射加热和固化，则将执行其中材料粉末层的表面的粗糙度处于粗糙状态的制造。因此，将可以把材料粉末8整齐地敷设在其中材料粉末8没有整齐地敷设的薄膜的制造面上。也就是说，对于制造物体10的上部的每个第二层出现材料粉末8没有整齐地敷设的层，因此交替重复形成整齐地敷设的层和形成没有整齐地敷设的层。
也就是说，如上所述，在材料粉末具有特别细的颗粒并且沉积的材料粉末层薄的情况下，在交替的层处将发生良好地(例如具有优异的均匀性)沉积的材料粉末层。例如，如果制造板9的表面性质适于沉积材料粉末，则可以良好地(均匀地)沉积作为第一层的材料粉末层，相反地，第二层将是缺乏均匀性的材料粉末层。此外，第三层将再次成为良好地(均匀地)沉积的材料粉末层。此后，以交替的方式对于每个奇数层将形成良好地(均匀地)沉积的材料粉末层，并且对于每个偶数层将形成缺乏均匀性的材料粉末层。此外，在制造板9的上面的表面性质不适于沉积材料粉末的情况下，诸如当制造板9的上面经历镜面涂饰时，对于奇数层和偶数层形成的材料粉末层的上述沉积特性(沉积结果或表面状态)将与上述沉积特性相反。
此外，采用激光束14的相同的照射输出(照射强度)来固化良好地(均匀地)沉积的材料粉末层以及沉积状态不良好的(均匀的)并且其中总沉积量较小的材料粉末层是不合适的。在这种情况下，在没有良好地(均匀地)沉积的并且其中总沉积量较小的材料粉末层中将执行过度的辐射加热，并且制造物体10的物理性质值将在形成固化层的位置处改变。
因此，在本实施例中，控制装置600控制制造激光单元5，以分别获得适合于交替发生的良好地(均匀地)沉积的材料粉末层以及沉积状态不良好(均匀)并且其中总沉积量较小的材料粉末层的照射输出(照射强度)。
例如，图6示出了在特别是材料粉末具有细的颗粒并且所沉积的材料粉末层薄的状态下，从最下层依次沉积(固化)的材料粉末层N中的每层的均匀性U(或沉积粉末量)的改变。此外，在图6中，参考字符“Lp”指代由制造激光单元5照射的适合于每个材料粉末层n的均匀性U(或粉末量)的激光束14的照射输出(照射强度)。在这种情况下，对于其中均匀性U良好(沉积足够的粉末量)的材料粉末层(图6中的N＝1，3，5...)的固化，施加与规定值相对应的照射输出值(大)。另一方面，对于缺乏均匀性U(其具有较少量的沉积粉末)的材料粉末层(图6中的N＝2，4，6...)的固化，施加相对于规定值减小的照射输出值(小)。通过该控制，可以制造制造物体10，其在整个制造物体上具有均匀的物理性质值。
更具体地，在本实施例中，执行以下制造控制。
(1)使用表面状态测量装置(例如，照相机7)来测量沉积材料粉末的沉积表面(制造板9的表面或已经固化的制造物体10的表面)的表面状态。然后根据测量的表面状态来控制要被施加以固化沉积在相关沉积表面上的材料粉末的能量束(激光束)的照射输出。
(2)可替代地，使用表面状态测量装置(例如，照相机7)来测量已经沉积的材料粉末的表面状态。然后根据所测量的表面状态来控制被施加以固化所讨论的材料粉末的能量束(激光束)的照射输出。
(3)该控制利用材料粉末层的沉积物的良好性(均匀性)交替改变的事实。例如，基于相对于已经沉积的层的数量或者已经通过照射能量束而被固化的固化层的数量的奇偶校验信息来控制固化材料粉末层的能量束(激光束)的照射输出。例如，如果直到该时间点的固化层的数量为0(偶数)，即当固化作为良好地沉积在制造板9上的第一层的材料粉末层时，则使用规定的能量束(激光束)的照射输出。另一方面，当直到该时间点的固化层的总数为1(奇数)时沉积的材料粉末层的情况下，即被沉积在从第一材料粉末层固化的第一固化层上，并且没有良好地(均匀地)沉积，并且其中总沉积量较小，则照射输出被设置为相对于规定值减小(小)的值。
(4)可替代地，为了利用材料粉末层的沉积物的良好性(均匀性)交替改变的事实，准备了能量束(激光束)的规定照射输出值(大)和相对于规定照射输出值减小的照射输出值(小)，并且这些照射输出值被交替地施加。例如，当固化所沉积的各个材料粉末层时，分别以照射输出值(大)、照射输出值(小)、照射输出(大)...的顺序施加能量束(激光束)的照射输出值。在这种情况下，例如，可以根据用于刚好前一材料粉末层的固化的照射输出值(小或大)来选择在相关材料粉末层的固化期间使用的照射输出值(大或小)。在这种情况下，例如，只要预先规定了用于沉积在制造板9上的第一材料粉末层的固化的照射输出值(“大”和“小”中的任何一个)，就可以在之后适当地选择用于形成第二层和后续层的固化层的各自的照射输出值(小或大)。
接下来，将依次描述根据上述制造控制(1)至(4)的具体配置示例。
可以捕获制造台3的上部的图像的照相机7被布置在图1中所示的制造装置(制造三维制造物体的装置)中。照相机7可用于上述制造控制(1)或(2)。相机7可以用作表面状态测量装置，用于在沉积材料粉末之前测量沉积表面(制造板9的表面或固化的制造物体10的表面)，或者已经沉积了材料粉末8的表面状态。
例如，控制装置600的CPU 601可以分析由照相机7拍摄的图像，并且在已经拍摄了沉积表面的情况下，可以确定沉积表面的表面状态是否为使得可以以良好的均匀性(U)来沉积材料粉末的状态(沉积表面的表面状态具有相对低的均匀性(U)的状态)。此外，在已经沉积的材料粉末8的表面被拍摄的情况下，控制装置600的CPU 601可以确定材料粉末8是否以良好的均匀性(U)被沉积。
例如，在粉末敷设处理(和压缩处理)之前，控制装置600的CPU 601使照相机7捕获其上要沉积材料粉末的沉积表面(制造板9的表面或已经固化的制造物体10的表面)的图像。此外，在粉末敷设处理(和压缩处理)之后，控制装置600的CPU 601使照相机7捕获已经沉积(并压缩)的材料粉末层的图像。
此外，在已经拍摄了沉积表面的情况下，如果状态是其中材料粉末可以以良好的均匀性(U)沉积的状态，则规定照射输出值(大或规定值)被采用作为用于固化要沉积在相关沉积表面上的材料粉末层的激光束的照射输出。相反，如果沉积表面的表面状态是具有较高均匀性(U)的状态，则沉积在其上的材料粉末的沉积状态将是具有较低均匀性(U)的状态。在这种情况下，相对于规定照射输出值减小的照射输出值(小)被采用用于沉积在其上的材料粉末的固化。
另一方面，在拍摄已经沉积的材料粉末8的表面的情况下，对于具有良好的表面状态的材料粉末层，规定照射输出值(大或规定值)被采用作为用于固化相关材料粉末层的激光束的照射输出。相反，对于表面状态不良好的材料粉末层，采用相对于规定照射输出值减小的照射输出值(小)。
通过使控制装置600的CPU 601执行这种照射输出控制处理，当照射激光束14以使得熔融或烧结或烘烤材料粉末8时，施加到材料粉末8的热输入量可以被控制为与敷设的粉末的状态相一致的热量。通过这种方式，可以制造具有良好的质量的制造物体10，其中制造物体10的物理性质值如预期的那样，特别是各制造层的物理性质值是均匀的。
注意，作为表面状态测量装置的照相机7可以由非接触式位移计或形状测量仪器来代替，或者通过可以测量表面粗糙度的诸如激光显微镜或白光干涉仪之类的测量仪器代替。此外，诸如照相机7之类的表面状态测量装置不需要固定地布置在如图1中例示的位置处(在主框架1上)。例如，可以采用其中被配置成可以通过未示出的机器人臂或移动单元(诸如XY台)来移动的表面状态测量装置在扫描制造台3的上部的同时执行测量的表面状态测量形式。可替代地，移动表面状态测量装置的这种移动单元可以利用移动粉末敷设单元4的驱动轴来配置。
另一方面，在上述制造控制(3)中，利用了关于材料粉末层的沉积的良好性(均匀性)交替改变的事实。例如，固化材料粉末层的能量束(激光束)的照射输出是基于关于已经沉积的材料粉末层的数量或者通过照射能量束已经固化的固化层的数量的奇偶校验信息来控制的。
如上所述，存在如下的可能性：材料粉末8可以被整齐地(均匀地)沉积在被处理成具有合适的表面粗糙度的制造板9的上部上，以及材料粉末8将不会在例如制造物体10的上部上的其后的下一层上整齐地(均匀地)沉积等。也就是说，存在整齐地(均匀地)敷设的材料粉末层和不整齐地(均匀地)敷设的材料粉末层交替重复的趋势。因此，例如，可以想到在制造控制(3)中利用相于通过能量束的照射已经固化(或沉积)的固化层的数量(n)的奇偶校验信息。
例如，控制装置600的CPU 601使用设置在RAM 603或寄存器中的计数器等来计数从制造板9起制造的层数，并且可以识别该数量。如果计数器是例如对已经固化的固化层的数量(n：整数值)进行计数的部件，则可以利用n的数值值的奇偶校验信息。注意，在此使用的“通过能量束的照射已经固化(或沉积)的固化层的数量(n)”的描述对应于图6中通过从N的值减去1而获得的值。
例如，诸如CPU 601之类的计算单元可以通过确定当所讨论的整数除以2时是否存在余数来确定整数(自然数)是偶数还是奇数。这种确定函数可以例如通过诸如mod2(n)之类的符号来描述。例如，在mod2(n)＝0的情况下，n为偶数，在mod2(n)＝1的情况下，n为奇数。
在这种情况下，如果制造板9的(上表面的)表面状态适合于沉积材料粉末，则在刚好沉积第一层的材料粉末之后，已经固化(或沉积)的固化层的数量(n)为n＝0，并且上述确定函数的输出为mod2(n)＝0。因此，考虑到如上所述交替发生的材料粉末层的表面状态，对于确定函数为mod2(n)＝0的具有良好的表面状态的材料粉末层的固化所使用的激光束的照射输出，采用规定照射输出值(大)。此外，对于确定函数为mod2(n)＝1的表面状态不良好(沉积量小)的材料粉末层，采用相对于规定输出值减小的照射输出值(小)。
因此，制造控制(3)利用交替发生良好的(均匀的)或不良好的(不均匀的)材料粉末层的表面状态(或沉积粉末的量)的特性。此外，当照射激光束14以固化材料粉末8时的热输入量(辐射热量)可以被控制为适合于材料粉末层的沉积状态(或沉积量)的热量。
因此，通过制造控制(3)，也可以将施加到材料粉末8的热量输入量控制为与敷设粉末的状态相一致的热量。因此，根据上述制造控制(3)，也可以制造具有良好的质量的制造物体10，该制造物体具有预期的制造物体10的物理性质值，特别是对于各制造层具有均匀的物理性质值。
注意，可以实现上述制造控制(3)，只要至少制造板9的(上表面的)表面状态或直接在制造板9上沉积为第一层的材料粉末层的沉积状态可以被识别即可。也就是说，例如，可以通过利用固化直到相关时间点的固化层(或沉积层)的数量(n)的奇偶校验信息(mod2(n)的值是1还是0)来交替地选择用于相关材料粉末层的固化的激光束的照射输出(“大”或“小”)。因此，即使在不布置作为表面状态测量装置的诸如照相机7之类的单元的制造装置中，也可以容易且廉价地实现上述制造控制(3)。
此外，上述制造控制(4)还利用了相对于沉积材料粉末层的良好性(均匀性)交替改变的事实。在制造控制(4)中，执行控制以交替地使用规定照射输出值(大)和相对于其减小的照射输出值(小)。例如，当决定用于控制制造激光单元5的照射输出值时，控制装置600的CPU 601可以根据用于前一材料粉末层的固化的照射输出值(“大”或“小”)来选择要用于当前材料粉末层的照射输出值(“小”或“大”)。
制造控制(4)也是以交替方式施加要从制造激光单元5输出的激光束14的大和小的照射输出值的控制。因此，关于制造控制(4)，也可以实现该控制，只要至少可以识别制造板9的(上表面的)表面状态或直接在制造板9上沉积为第一层的材料粉末层的沉积状态(或者要施加于该层的照射输出值)即可。
此外，同样根据上述制造控制(4)，也可以将施加到材料粉末8的热量输入量控制为与敷设粉末的状态相一致的热量。因此，根据上述制造控制(4)，可以制造具有良好的质量的制造物体10，其中该制造物体具有制造物体10的预期的物理性质值，特别是对于各制造层具有均匀的物理性质值。
图5示出了使用图1中所示的制造装置来制造三维制造物体的整个处理的控制过程的示例，其考虑了由控制装置600的CPU 601执行的上述制造控制(1)至(4)。图5中所示的控制过程对应于制造3D制造物体的方法或对应于制造3D制造物体的制造装置(图1)的控制方法，并且可以作为CPU 601的控制程序预先存储在例如ROM 602上(或未示出的外部存储装置上)。
在图5的步骤S10中，控制装置600的CPU 601将上述计数器(n)初始化为0，该计数器(n)例如对直到当前时间点固化的固化层(沉积的层)的数量(n：整数值)进行计数。注意，在不使用诸如照相机7之类的单元作为表面状态测量装置的情况下，计数器(n)不是必需的，并且在这种情况下，可以省略步骤S10。
接下来，在步骤S20中，预先准备的用于制造物体的三维模型数据(3D CAD、3D CG数据等)从外部装置通过接口604输入到CPU 601(被CPU 601接收)。
接下来，在步骤S30中，输入的三维模型数据被分解成具有水平截面的层叠数据，以及进一步的，对应于各层的层数据，即生成用于每个制造层的扫描轨迹的数据。此外，在步骤S30中，根据需要，基于相关制造层的轨迹数据，CPU 601将数据转换为激光扫描系统(例如电流扫描仪)的驱动数据。注意，制造激光单元5的扫描系统不限于上述配置。例如，扫描系统不限于诸如电流扫描仪之类的摆动扫描系统，并且可以想到根据需要使用诸如多面镜之类的旋转扫描系统。此外，虽然在本实施例中假设激光束(L)为能量束，但是在使用诸如电子束之类的另一能量束用于材料粉末8的辐射加热的情况下，其发射源以及扫描系统可以由本领域技术人员适当地改变。
接下来，在步骤S40中，CPU 601通过照相机7进行拍摄，且如上述图2A至图2D(或者图3A至图3D)中所述地那样沉积(和压缩)材料粉末层，并且执行处理。在上述制造控制(1)的情况下，在沉积材料粉末之前使照相机7捕获沉积表面(制造板9的表面或者已经固化的制造物体10的表面)的图像。此外，在制造控制(2)的情况下，使得照相机7拍摄已经沉积在上述沉积表面上的材料粉末8的表面。
然后，CPU 601基于通过接口605从照相机7获取的测量信息来获取与沉积的材料粉末层的表面状态相关的信息(测量信息获取处理)。注意，通过接口605从照相机7获取测量信息的这个测量信息获取处理可以包括在下面描述的步骤S50中。
在步骤S50中，CPU 601使用上述制造控制(1)至(4)中描述的方法中的任何一种来确定要提供给制造激光单元5以用于沉积材料粉末层的固化的照射输出值LPn(“大”或“小”)(照射输出控制处理)。
在这种情况下，在图5的步骤S50的框架内描述对应于确定照射输出值LPn(“大”或“小”)的上述制造控制(1)至(4)的伪函数表达式。初始表达式LPn＝f(U)对应于上述制造控制(1)或(2)，并且对应于根据由表面状态测量装置(照相机7)获取的测量表面的表面状态(例如均匀性(U))来选择照射输出值LPn(“大”或“小”)的控制(测量信息获取处理、)。
注意，在本步骤S50中的根据与由表面状态测量装置(照相机7)获取的拍摄表面的表面状态(例如，均匀性(U))相关的信息来确定照射输出值LPn(“大”或“小”)的控制的示例在后面的单独的段落中被更详细地描述。
此外，第二表达式LPn＝g(mod2(n))对应于上述制造控制(2)，并且例如对应于基于关于被固化直到当前时间点的固化(沉积)层的数量(n：整数值)的奇偶校验信息来选择照射输出值LPn(“大”或“小”)的控制。
此外，第三表达式LPn＝h(LPn-1)对应于上述制造控制(4)，并且对应于根据用于前一材料粉末层的固化的照射输出值(“大”或“小”)来选择要对于当前材料粉末层使用的照射输出值LPn(“小”或“大”)的控制。
接下来，在步骤S60中，CPU 601使用在步骤S50中通过上述制造控制(1)至(4)中的任何一个确定的照射输出值(“大”或“小”)来驱动制造激光单元5(照射输出控制处理)。通过这种方式，相关的材料粉末层经受熔融或烧结或烘烤并被固化。在步骤S70中，制造台3只下降用于沉积(和压缩)下一材料粉末层所需的量。
在步骤S80中，确定是否(是或否)完成了直到制造物体10的最后一层的制造。如果这里确定直到最后一层的制造尚未完成，(如果需要)，则在步骤S90中，计数器(n)增加1，并且操作返回到步骤S30以重复上述处理。
例如，通过图5中所示的控制过程，可以控制图1中所示的制造装置以实现本发明的制造3D制造物体的方法，或者可以实现与制造3D制造物体的制造装置的控制方法对应的制造控制。此外，根据上述配置，通过与上述制造控制(1)至(4)对应的确定能量束的照射输出值(“大”或“小”)的处理，可以制造具有良好的质量的制造物体10，其中该制造物体具有制造物体10的预期的物理性质值，特别是对于各制造层具有均匀的物理性质值。
<制造控制(1)和(2)中的照射输出控制(图5中的S50)>
图7示出了应当选择的制造激光单元5的照射输出值Lp(大：Lph或小：Lpl)相对于关于由表面状态测量装置(照相机7)获取的拍摄表面的表面状态(例如，均匀性(U))的信息的关系。
在图7中，纵轴被分配给将能量束照射到材料粉末上的制造激光单元5的照射输出值Lp(大：Lph或小：Lpl)，并且横轴被分配给与拍摄表面的表面状态相关的信息(例如其均匀性(U)的标度)。此外，为了方便起见，分别用参考符合B和M指代的线性函数式直线(实际上存在线为高阶曲线的可能性)分别示出了由表面状态测量装置(照相机7)获取的拍摄表面的表面状态的均匀性(U)和要选择的照射输出值Lp之间的关系。
这里，特别地，直线B表示在上述制造控制(1)中被拍摄的材料粉末的沉积表面的表面状态的均匀性(U)与选择的照射输出值Lp之间的关系。此外，直线M表示在上述制造控制(2)中被拍摄的材料粉末的上面的表面状态的均匀性(U)与选择的照射输出值Lp之间的关系。
虽然在迄今为止的说明书中已经提到了关于用于材料粉末的沉积表面或材料粉末的上面的表面状态的上位概念“均匀性(U)”，但是实际上(例如，当在程序中实现时)，“均匀性(U)”可以与表面粗糙度(Ra值)相关联。例如，在图7中，在沉积表面的情况下，示出了其中在沉积表面上可以沉积具有良好的“均匀性(U)”的材料粉末的表面粗糙度(Ra值)的上述范围Raw(3.0μm至0.7μm)。
图7中的直线B表示上述制造控制(1)中采用的表面状态与照射输出值之间的关系。也就是说，与图7中的B表示的情况相同，当拍摄的材料粉末的沉积表面的表面状态的均匀性(U)相对较低时，CPU601使用照射输出值(大：Lph)来固化其后要沉积的材料粉末。表面状态的均匀性(U)相对较低的这种情况对应于其中可以在材料粉末的沉积表面上以良好的“均匀性(U)”沉积材料粉末的Raw范围。另一方面，在拍摄的材料粉末的沉积表面的表面粗糙度超过图7右侧的Raw范围，并因此表面粗糙度小且表面精度高的情况下，CPU 601采用照射输出值(小：Lpl)以用于固化要沉积的材料粉末。
另一方面，图7中的直线M表示要在上述制造控制(2)中采用的表面状态与照射输出值之间的关系。也就是说，如果拍摄的材料粉末的上面的表面粗糙度在上述Raw范围之内，则与图7中的直线B的情况那样，这指示沉积的材料粉末的表面状态的均匀性(U)相对较低。在这种情况下，可以确定沉积的材料粉末包括其中材料粉末相对稀疏的区域，结果沉积的材料粉末的沉积量小。因此，存在如下的可能性，即如果使用照射输出值(大：Lph)，则放射线热量将会过多，并会产生物理性质的不期望的改变。因此，如果拍摄的材料粉末的上表面的表面粗糙度在上述Raw范围内，则CPU 601采用照射输出值(小：Lpl)来固化拍摄的材料粉末。另一方面，在拍摄的材料粉末的上表面的表面粗糙度超过图7右侧的Raw范围，并因此表面粗糙度小且表面精度高的情况下，沉积的材料粉末的表面状态的均匀性(U)高，并且沉积状态是良好的。在这种情况下，由于沉积的材料粉末的沉积量如预期那样足够，因此CPU601使用照射输出值(大：Lph)来固化沉积的材料粉末。
因此，与拍摄的测量表面的表面状态的均匀性(U)相关的照射输出值和物理性质量(例如表面粗糙度)之间的大小关系在制造控制(1)和(2)之间是相反的。然而，这些控制的目的是相同的，并且采用大(Lph)作为将以足够的沉积量被均匀地沉积(已经沉积)的材料粉末层的固化的照射输出值，而相反地，采用小(Lpl)作为缺乏均匀性并且沉积量不足的材料粉末层的固化的照射输出值。注意，在制造控制(1)和(2)中，结果，奇偶校验(交替)性质起作用，使得当在以良好的均匀性(U)沉积和固化(固化的)材料粉末层之后沉积下一层时，沉积特性(均匀性和沉积量)由于表面精度的高度而降低。因此，作为实际控制结果，以与制造控制(3)和(4)的情况基本相同的交替层图案来执行关于能量束的照射输出值的控制结果。
注意，如果使用诸如白光干涉仪或激光显微镜之类的装置代替相机7作为表面状态测量装置，由于这些装置能够输出表面粗糙度的值，因此可以执行利用上述表面粗糙度和照射输出值之间的相关性的控制。
另一方面，当使用照相机7(诸如公用数字照相机)作为表面状态测量装置时，存在可以将另一测量量用作与拍摄的测量表面的表面状态的均匀性(U)相关的物理量。例如，在图7的横轴上相对于U在括号中描述的参考字符“D”和“F”表示拍摄图像的(分布信息的)“浓度”(D)和“空间频率”(F)的值。不用说，这些值可以被认为是对应于测量表面的粒度或表面精度或表面粗糙度等的表面状态的均匀性(U)的尺度。
因此，从照相机7拍摄的图像中，CPU 601获取图像的“浓度(浓度平均值或浓度分布)”(D)和“空间频率”(F)的值。此外，预先准备将浓度(浓度平均值或浓度分布)(D)和“空间频率”(F)的值与诸如图7中的B和M表示的具有波形的照射输出值相关联的数据表，并且可以通过参考数据表来确定照射输出值。可以基于通过实验预先获得的测量结果来创建这样的数据表。也就是，关于程序实现，可以执行直接基于由摄像机7拍摄的图像获取的图像的“浓度(浓度平均值或浓度分布)”(D)和“空间频率”(F)的值来确定照射输出值的制造控制。在这种情况下，使用不具有输出表面粗糙度等的特定功能的照相机7(诸如普通数字相机)，制造激光单元5的照射输出值Lp可以简单且廉价地确定并通过高速处理来确定。
注意，CPU 601可以基于通过照相机7获得的拍摄信息的值(例如“浓度(浓度平均值或浓度分布)”(D)和“空间频率”(F)的值)来计算诸如沉积的材料粉末的量(每单位面积)(图7中的V)或表面粗糙度(图7中的R)之类特性量。此外，CPU 601可以通过使用基于图像分析计算的、作为表面状态的均匀性(U)的标度的表面粗糙度(图7中的R)或沉积的材料粉末的量(单位面积)(图7中的V)来确定制造激光单元5的照射输出值Lp。在这种情况下，也可以通过利用与上述数据表相似的数据表的表计算方法来确定照射输出值。注意，依赖于所采用的照相机7的规格或CPU 601使用的图像处理库的规格，可以利用关于“亮度(亮度平均值或亮度分布)”的信息来代替上述“浓度(浓度平均值或浓度分布)”(D)。
如果具有如图7所示的连续性的照射输出值与表面状态的均匀性(U)之间的关系被预先准备作为数据表，则CPU 601可以选择与照相机7获得的拍摄图像中的特定部位相对应的能量束的照射区域的照射输出值。在这种情况下，预先在CPU61中准备转换数据，诸如通过将用于扫描制造激光单元5的激光束14的坐标系和照相机7的拍摄帧中的坐标系相关联的均匀变换矩阵。此外，根据在照相机7的拍摄帧中的特定位置处的均匀性(U)(或上述浓度、亮度、空间频率等)，CPU 601选择对应于特定位置的激光束14的扫描坐标系中的点处的照射的照射输出值。通过执行这种控制，对于单个材料粉末层中的每个特定部位，可以根据均匀性(U)(或上述浓度、亮度、空间频率等)来选择适当的照射输出值。注意，在这种情况下，在照相机7的拍摄帧中的特定位置处的均匀性(U)(或上述浓度、亮度、空间频率等)的评估可以仅针对要根据层数据(图5中的S30)通过激光束14来扫描的部位执行。因此，存在减少CPU 601的计算负荷的可能性。
在上述配置中，根据使用表面状态测量装置来在沉积材料粉末之前获取关于沉积表面的表面状态的测量信息的配置，可以确定适于将要被沉积在沉积表面上的材料粉末的沉积状态的、要照射到所讨论的材料粉末之上的能量束的照射输出值。此外，根据通过表面状态测量装置获取沉积的材料粉末的表面状态的测量信息的配置，可以根据所获取的表面状态来识别材料粉末的沉积状态。然后可以确定适于材料粉末的沉积状态的用于固化所讨论的材料粉末的能量束的照射输出值。
此外，利用关于已经通过能量束的照射固化的固化层的数量的奇偶校验信息的配置是利用如下特性的配置，即具有良好的(均匀的)沉积状态的材料粉末层和具有不良好的(不均匀的)沉积状态的材料粉末层交替发生。在这种情况下，可以通过利用关于已经通过能量束的照射而固化的固化层的数量的奇偶校验信息来确定适合于所讨论的材料粉末的沉积状态的、用于固化材料粉末的能量束的照射输出值。例如，将设置在制造区域的底部的制造板的表面状态作为控制的基点，可以利用上述奇偶校验信息来确定适合于所讨论的材料粉末的沉积状态的、用于固化材料粉末的能量束的照射输出值。
此外，使用当使得在所讨论的材料粉末的沉积之前在前一次固化的固化层固化时使用的能量束的照射输出值的配置利用如下的特性，即具有良好的(均匀的)沉积状态的材料粉末层和具有不良好的(不均匀的)沉积状态的材料粉末层交替发生。例如，例如，将设置在制造区域的底部的制造板的表面状态作为控制的基点，使用当使得在相关的材料粉末的沉积之前在前一次固化的固化层固化时使用的照射输出值来确定用于固化所讨论的材料粉末的能量束的照射输出值。通过这种方式，可以确定用于固化适于材料粉末的沉积状态的相关材料粉末的能量束的照射输出值。
通过用上述制造控制中的任何一个来确定用于固化沉积的材料粉末的能量束的照射输出值，可以将固化所讨论的材料粉末时的热输入量控制为适于材料粉末的沉积状态的辐射热量。通过这种方式，可以制造具有良好的质量的制造物体，其中抑制了制造物体的特性改变和形状精度的降低，并且其具有预期的制造物体的物理性质值，并且特别地对于每个制造层具有均匀的物理性质值。
<其他实施例>
本发明的一个或多个实施例也可以由读出并执行在存储介质(其也可被更完整地称作‘非瞬时计算机可读存储介质’)上记录的计算机可执行指令(例如，一个或多个程序)以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能和/或包括用于执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能的一个或多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机来实现，以及通过由系统或装置的计算机例如通过读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能并且/或者控制一个或多个电路以执行上述实施例中的一个或多个实施例的功能来执行的方法来实现。计算机可以包括一个或多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))并且可以包括用来读出并执行计算机可执行指令的单独计算机或单独处理器的网络。计算机可执行指令可以例如从网络或者存储介质被提供给计算机。存储介质可以包括例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储装置、光盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多用途盘(DVD)或者蓝光盘(BD)TM)、闪存装置、存储卡等中的一个或多个。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最广泛的解释，以便包含所有这些修改以及等同的结构和功能。

Claims (18)

1.一种制造三维制造物体的方法，其特征在于，所述方法包括将能量束照射到沉积在制造区域中的材料粉末的一部分上以固化材料粉末并形成固化层、并且进一步在所形成的固化层上沉积材料粉末并将能量束照射到材料粉末的一部分上以固化材料粉末的处理，所述方法还包括：
在进一步沉积材料粉末之前测量固化层的表面状态并且获得关于表面粗糙度的信息，以及
基于关于表面粗糙度的信息来控制用于固化材料粉末的能量束到沉积在固化层上的材料粉末上的照射输出。
2.根据权利要求1所述的制造三维制造物体的方法，其中，使用图像捕获装置来进行表面状态的测量，所述图像捕获装置捕获包含所述制造区域在内的图像捕获区域的图像。
3.根据权利要求2所述的制造三维制造物体的方法，其中，通过基于由所述图像捕获装置捕获的图像来获取关于表面粗糙度的信息。
4.根据权利要求2所述的制造三维制造物体的方法，其中，基于由所述图像捕获装置捕获的图像的浓度或亮度的平均值或分布信息来获取关于表面粗糙度的信息。
5.根据权利要求2所述的制造三维制造物体的方法，其中，基于由所述图像捕获装置捕获的图像的空间频率来获取关于表面粗糙度的信息。
6.根据权利要求1所述的制造三维制造物体的方法，其中，所述能量束是激光束。
7.一种制造三维制造物体的方法，其特征在于，所述方法包括将能量束照射到沉积在制造区域中的材料粉末的一部分上以固化材料粉末并形成固化层、并且进一步在所形成的固化层上沉积材料粉末并将能量束照射到材料粉末的一部分上以固化材料粉末的处理，所述方法还包括：
基于关于通过能量束的照射已经固化的固化层的数量的奇偶校验信息，或者
使用在沉积材料粉末之前使得在前一次被固化的固化层固化时所使用的能量束的照射输出值，
控制用于固化沉积在制造区域中的材料粉末的能量束的照射输出。
8.根据权利要求7所述的制造三维制造物体的方法，其中，所述能量束是激光束。
9.一种非临时性的计算机可读记录介质，其存储控制程序以用于使三维制造装置执行根据权利要求1所述的制造三维制造物体的方法。
10.一种非临时性的计算机可读记录介质，其存储控制程序以用于使三维制造装置执行根据权利要求7所述的制造三维制造物体的方法。
11.一种三维制造装置，其特征在于，执行用于制造三维制造物体的方法，所述装置包括：能量束照射单元，照射能量束；材料粉末沉积单元，被配置成在制造区域中沉积材料粉末；表面状态测量单元；以及控制单元，
其中，所述控制单元从由所述表面状态测量单元测量的表面状态获得关于表面粗糙度的信息，并且基于关于表面粗糙度的信息控制从所述能量束照射单元到由材料粉末沉积单元沉积的材料粉末的用于固化材料粉末的能量束的照射输出。
12.一种制造三维制造物体的方法，其特征在于，所述方法包括将能量束照射到沉积在制造区域中的材料粉末的一部分上以固化材料粉末并形成固化层、并且进一步在所形成的固化层上沉积材料粉末并将能量束照射到材料粉末的一部分上以固化材料粉末的处理，所述方法还包括：
测量在固化层上的制造区域中沉积的进一步沉积的材料粉末的表面状态并获得关于表面粗糙度的信息，以及
基于关于表面粗糙度的信息来控制用于固化材料粉末的能量束到沉积在制造区域中的材料粉末上的照射输出。
13.根据权利要求12所述的制造三维制造物体的方法，其中，获得在测量区域中沉积的材料粉末的特定部位处的关于表面粗糙度的信息，并且根据特定部位的关于表面粗糙度的信息来控制被照射以用于固化特定部位的能量束的照射输出。
14.根据权利要求12所述的制造三维制造物体的方法，其中，使用图像捕获装置来进行表面状态的测量，所述图像捕获装置捕获包含所述制造区域在内的图像捕获区域的图像。
15.根据权利要求14所述的制造三维制造物体的方法，其中，通过基于由所述图像捕获装置捕获的图像来获取关于表面粗糙度的信息。
16.根据权利要求14所述的制造三维制造物体的方法，其中，基于由所述图像捕获装置捕获的图像的浓度或亮度的平均值或分布信息来获取关于表面粗糙度的信息。
17.根据权利要求14所述的制造三维制造物体的方法，其中，基于由所述图像捕获装置捕获的图像的空间频率来获取关于表面粗糙度的信息。
18.一种非临时性的计算机可读记录介质，其存储控制程序以用于使三维制造装置执行根据权利要求12所述的制造三维制造物体的方法。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019096421A1 (en) * 2017-11-20 2019-05-23 SLM Solutions Group AG Apparatus and method for producing a three-dimensional work piece
CN108145966A (zh) * 2018-01-26 2018-06-12 中国科学院金属研究所 一种激光送粉3d打印系统用铺粉装置
JP2019142015A (ja) * 2018-02-16 2019-08-29 株式会社日立製作所 付加製造装置
US10620103B2 (en) * 2018-05-15 2020-04-14 Honeywell International Inc. Devices and methods for evaluating the spreadability of powders utilized in additive manufacturing
FR3081375B1 (fr) * 2018-05-25 2021-12-24 Addup Methode de preparation de la surface superieure d'un plateau de fabrication additive par depot de lit de poudre
EP3581297A1 (de) * 2018-06-12 2019-12-18 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum bestimmen von bauvorschriften für ein additives fertigungsverfahren, verfahren zum erstellen einer datenbank mit korrekturmassnahmen für die prozessführung eines additiven fertigungsverfahrens, speicherformat für bauanweisungen und computer-programmprodukt
JP7216362B2 (ja) * 2018-07-17 2023-02-01 株式会社フジミインコーポレーテッド 三次元造形方法、三次元造形装置およびこれに用いる基材
KR102144713B1 (ko) * 2018-08-06 2020-08-18 한국생산기술연구원 광 조사 패턴 제어 가능한 3d 프린팅 장치 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법
US11511351B2 (en) * 2018-08-10 2022-11-29 Canon Kabushiki Kaisha Additive manufacturing apparatus and method for manufacturing three-dimensionally shaped object
KR102214404B1 (ko) * 2018-10-24 2021-02-09 한국철도기술연구원 3d 프린팅에 이용되는 파우더 적층 장치 및 이를 이용한 3d 프린팅 방법
JP7321624B2 (ja) * 2018-12-25 2023-08-07 エルジー・ケム・リミテッド 成形装置及び成形体の製造方法
JP7254600B2 (ja) * 2019-04-16 2023-04-10 株式会社日立製作所 付加製造装置、および、付加製造方法
JP6869626B2 (ja) 2019-06-07 2021-05-12 株式会社ソディック 積層造形装置
JP7468858B2 (ja) * 2020-01-28 2024-04-16 株式会社ナノシーズ 粉末層の形成方法および形成装置
WO2021234973A1 (ja) * 2020-05-22 2021-11-25 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 積層造形における造形品質評価方法、積層造形システム、情報処理装置およびそのプログラム
WO2022054144A1 (ja) * 2020-09-08 2022-03-17 技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構 積層造形におけるパウダーベッド評価方法、積層造形システム、情報処理装置およびその制御方法と制御プログラム
JP7407680B2 (ja) * 2020-09-16 2024-01-04 日本電子株式会社 三次元構造体の製造方法および三次元構造体の製造装置
US11964437B1 (en) * 2021-03-30 2024-04-23 Mark Lamoncha Additive manufacturing by solvent melding of build material

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5061062B2 (ja) * 2008-08-08 2012-10-31 パナソニック株式会社 三次元形状造形物の製造方法
JP5895172B2 (ja) * 2012-02-09 2016-03-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 三次元形状造形物の製造方法
JP6283554B2 (ja) * 2014-03-31 2018-02-21 日本電子株式会社 三次元積層造形装置
US10065373B2 (en) * 2014-10-09 2018-09-04 Autodesk, Inc. Multi-material three dimensional models
CN104999180B (zh) * 2015-07-13 2016-11-30 武汉大学 基于纳秒-皮秒-飞秒激光复合的陶瓷微结构3d打印方法

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