CN109641275A - 三维形状造形物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供能够得到更高精度的三维形状造形物的三维形状造形物的制造方法，在本发明的一实施方式中，提供一种三维形状造形物的制造方法，通过用(i)向粉末层的规定部位照射光束、使规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序，以及(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层、向新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层的工序，使粉末层及固化层交替地反复层叠，来制造三维形状造形物。在所述方法中，还包括在固化层的形成时监测光束所照射的被照射光斑的外观性状的步骤。

Description

三维形状造形物的制造方法
技术领域
本发明涉及三维形状造形物的制造方法。更详细地讲，本发明涉及通过向粉末层照射光束而形成固化层的三维形状造形物的制造方法。
背景技术
以往以来周知有通过将光束向粉末材料照射而制造三维形状造形物的方法(通常被称作“粉末床熔融结合法”)。该方法通过基于以下的工序(i)及(ii)将粉末层及固化层交替地反复层叠来制造三维形状造形物。
(i)向粉末层的规定部位照射光束、使该规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层的工序。
(ii)在得到的固化层之上形成新的粉末层、同样照射光束而形成进一步的固化层的工序。
按照这样的制造技术，能够在短时间中制造复杂的三维形状造形物。在作为粉末材料而使用无机质的金属粉末的情况下，能够将得到的三维形状造形物作为模具来使用。另一方面，在作为粉末材料而使用有机质的树脂粉末的情况下，能够将得到的三维形状造形物作为各种模型来使用。
以作为粉末材料而使用金属粉末、将由它得到的三维形状造形物作为模具来使用的情况为例。如图11所示，首先，使推压叶片(squeezing blade)23移动而在造形板21上形成规定厚度的粉末层22(参照图11(a))。接着，向粉末层22的规定部位照射光束L而从粉末层22形成固化层24(参照图11(b))。然后，在得到的固化层之上形成新的粉末层，再次照射光束而形成新的固化层。如果这样交替地反复实施粉末层形成和固化层形成，则固化层24层叠(参照图11(c))，最终能够得到由层叠的固化层24构成的三维形状造形物。由于作为最下层而形成的固化层24成为与造形板21结合的状态，所以三维形状造形物和造形板21形成一体化物，能够将该一体化物作为模具使用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004－277881号公报
发明内容
发明要解决的课题
这里，在固化层形成时，可能发生粉末床熔融结合法特有的现象。具体而言，在为了形成固化层而向粉末层的规定部位照射光束时，可能由于光束的照射而发生所谓的飞溅(sputter)及/或烟尘(fume)。本申请的发明者发现，该飞溅及/或烟尘的动作会根据粉末层的规定部位的粉末对光束能量的吸收量的程度而变化。具体而言，根据粉末层的规定部位处的粉末对光束能量的吸收量的程度，飞溅的数量及烟尘的量相对地变多，飞溅的尺寸相对地变大。这样相对较多的飞溅的数量及烟尘的量、以及相对较大的飞溅的尺寸可能阻碍光束照射，所以无法适当地形成希望的新的固化层，最终有可能无法得到高精度的三维形状造形物。
本发明是鉴于这样的情况而做出的。即，本发明的主要目的在于提供能够得到更高精度的三维形状造形物的三维形状造形物的制造方法。
用来解决课题的手段
为了达到上述目的，在本发明的一技术方案中，提供一种三维形状造形物的制造方法，通过以下工序i和工序ii使粉末层及固化层交替地反复层叠，来制造三维形状造形物；工序i：向粉末层的规定部位照射光束，使规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层；工序ii：在得到的固化层之上形成新的粉末层，向新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层；该三维形状造形物的制造方法还包括在固化层的形成时监测光束所照射的被照射光斑的外观性状的步骤。
发明效果
根据本发明的一技术方案，能够得到更高精度的三维形状造形物。
附图说明
图1是示意地表示对被照射光斑的外观性状进行监测的形态的剖视图(图1的(a)：烟尘/飞溅发生状态：通常时，图1的(b)：烟尘/飞溅发生状态：异常时)。
图2是示意地表示形成精度相对较高的固化部(固化层的构成要素)的形态的剖视图(图2的(a)：光束照射时，图2的(b)：粉末熔融开始，图2的(c)：烟尘/飞溅发生量小，图2的(d)：固化部形成)。
图3是示意地表示形成精度相对较低的固化部(固化层的构成要素)的形态的剖视图(图3的(a)：光束照射时，图3的(b)：粉末熔融开始，图3的(c)：烟尘/飞溅发生量大，图3的(d)：固化部形成)。
图4是示意地表示得到在被照射光斑中产生的光的颜色的数值信息的形态的剖视图。
图5是示意地表示在同一层中在中途改变固化层的形成条件的形态的剖视图(图5的(a)：光束照射能量的变更，图5的(b)：光束的扫描速度的变更，图5的(c)：光束照射的光斑径的变更)。
图6是示意地表示在不同的层间改变固化层的形成条件的形态的剖视图(图6的(a)：光束照射能量的变更，图6的(b)：光束的扫描速度的变更，图6的(c)：光束照射的光斑径的变更)。
图7是示意地表示用来形成适当的固化层的形态的剖视图(图7的(a)：附着于光透过窗上的脏污的除去，图7的(b)：粉末层厚度的变更，图7的(c)：形成于固化层上表面的隆起部的切削加工)。
图8是将照射条件1和照射条件2下的R值、G值及B值的平均灰度值进行比较的图表。
图9是将照射条件1和照射条件2下的R值、G值及B值的平均面积值进行比较的图表。
图10是将照射条件3和照射条件4下的R值、G值及B值的平均面积值进行比较的图表。
图11是示意地表示实施粉末床熔融结合法的光造形复合加工的工艺形态的剖视图(图11的(a)：粉末层形成时，图11的(b)：固化层形成时，图11的(c)：层叠中途)。
图12是示意地表示光造形复合加工机的结构的立体图。
图13是表示光造形复合加工机的一般的动作的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图更详细地说明本发明的一实施方式。附图中的各种要素的形态及尺寸只不过是例示，并不反映实际的形态及尺寸。
本说明书中的“粉末层”例如是指“由金属粉末构成的金属粉末层”。此外，“粉末层的规定部位”实质上是指制造的三维形状造形物的区域。因而，通过对存在于该规定部位的粉末照射光束，该粉末烧结或熔融固化而构成三维形状造形物。
此外，在本说明书中直接或间接说明的“上下”的方向例如基于造形板和三维形状造形物的位置关系。具体而言，以造形板为基准，将制造三维形状造形物的一侧设为“上方”，将其相反侧设为“下方”。
[粉末床熔融结合法]
首先，对作为本发明的一实施方式的制造方法的前提的粉末床熔融结合法进行说明。特别是作为例子而举出在粉末床熔融结合法中附加地进行三维形状造形物的切削处理的光造形复合加工。图11示意地表示光造形复合加工的工艺形态，图12及图13分别表示能够实施粉末床熔融结合法和切削处理的光造形复合加工机的主要结构以及动作流程图。
光造形复合加工机1如图12所示，具备粉末层形成机构2、光束照射机构3及切削机构4。
粉末层形成机构2是用来将金属粉末以规定厚度铺设而形成粉末层的机构。光束照射机构3是用来向粉末层的规定部位照射光束L的机构。切削机构4是用来将层叠的固化层的表面即三维形状造形物的表面进行切削的机构。
粉末层形成机构2如图11所示，主要具有粉末台25、推压叶片23、造形台20及造形板21而构成。粉末台25是能够在外周被壁26包围的粉末材料箱28内上下升降的台。推压叶片23是能够沿水平方向移动以将粉末台25上的粉末19向造形台20上供给而得到粉末层22的叶片。造形台20是能够在外周被壁27包围的造形箱29内上下升降的台。并且，造形板21配设在造形台20上，是作为三维形状造形物的基台的板。
光束照射机构3如图12所示，主要具有光束振荡器30及检流计反射镜31(galvanomirror)而构成。光束振荡器30是发出光束L的设备。检流计反射镜31是将发出的光束L向粉末层22扫描的机构，即光束L的扫描机构。
切削机构4如图12所示，主要具有立铣刀40及驱动机构41而构成。立铣刀40是用来将层叠的固化层的表面、即三维形状造形物的表面进行切削的切削工具。驱动机构41是使立铣刀40向希望的应切削部位移动的机构。
对光造形复合加工机1的动作详细叙述。光造形复合加工机1的动作如图13的流程图所示，由粉末层形成步骤(S1)、固化层形成步骤(S2)及切削步骤(S3)构成。粉末层形成步骤(S1)是用来形成粉末层22的步骤。在该粉末层形成步骤(S1)中，首先将造形台20降低Δt(S11)，使得造形板21的上表面与造形箱29的上端面的水平差成为Δt。接着，将粉末台25升高Δt后，如图11(a)所示那样使推压叶片23从粉末材料箱28朝向造形箱29沿水平方向移动。由此，能够使配设在粉末台25上的粉末19向造形板21上移送(S12)，进行粉末层22的形成(S13)。作为用来形成粉末层22的粉末材料，例如可以举出“平均粒径5μm～100μm左右的金属粉末”。形成了粉末层22后，向固化层形成步骤(S2)转移。固化层形成步骤(S2)是通过光束照射而形成固化层24的步骤。在该固化层形成步骤(S2)中，从光束振荡器30发出光束L(S21)，由检流计反射镜31将光束L向粉末层22上的规定部位扫描(S22)。由此，使粉末层22的规定部位的粉末烧结或熔融固化，如图11(b)所示那样形成固化层24(S23)。作为光束L，可以使用碳酸气体光束、Nd：YAG光束、纤维光束或紫外线等。
将粉末层形成步骤(S1)及固化层形成步骤(S2)交替地反复实施。由此，如图11(c)所示那样，多个固化层24层叠。
当层叠的固化层24达到规定厚度(S24)，则向切削步骤(S3)转移。切削步骤(S3)是用来将层叠的固化层24的表面、即三维形状造形物的表面切削的步骤。通过使立铣刀40(参照图11(c)及图12)驱动而开始切削步骤(S31)。例如，在立铣刀40具有3mm的有效刃长的情况下，能够沿着三维形状造形物的高度方向进行3mm的切削处理，所以如果Δt是0.05mm，则在60层的固化层24层叠的时点使立铣刀40驱动。具体而言，一边由驱动机构41使立铣刀40移动，一边将层叠的固化层24的表面进行切削处理(S32)。在这样的切削步骤(S3)的最终，判断是否得到了希望的三维形状造形物(S33)。在依然没有得到希望的三维形状造形物的情况下，向粉末层形成步骤(S1)返回。以后，将粉末层形成步骤(S1)～切削步骤(S3)反复实施而实施进一步的固化层的层叠化及切削处理，从而最终能得到希望的三维形状造形物。
[本发明的制造方法]
本发明在上述的粉末床熔融结合法中在固化层的形成形态方面具有特征。
具体而言，在本发明中，如图1所示，在固化层24的形成时，监测光束L所照射的被照射光斑50的外观性状。
本说明书中的“被照射光斑50”广义上是指包括光束L所照射的区域及其周缘区域在内的局部区域，狭义上是指光束L所照射的区域及该区域的大致上方的空间区域。本说明书中的“外观性状”是指从外部观察的规定部分的颜色、亮度及大小。本说明书中的“监测”是指将被照射光斑的外观性状从外部观察或监测。此外，本说明书中的“光束所照射的区域(相当于光束照射区域)”实质上是指光束所照射的粉末层的规定部位。
本申请的发明者发现，由于向粉末层22的规定部位照射光束L而发生的飞溅60及/或烟尘70的动作会根据粉末层22的规定部位的粉末19对光束能量的吸收量的程度而变化。更具体地讲，本申请的发明者发现，飞溅60及/或烟尘70的动作会根据粉末层22的规定部位的粉末19对光束能量的吸收量的程度而变化，并且，与之对应地，被照射光斑50的外观性状也会变化。对此详细叙述。
在飞溅60的数量相对较少、飞溅60的尺寸相对较小的情况下(参照图1的(a))，或者在没有发生飞溅的情况下，与这以外的情况(参照图1的(b))相比，被照射光斑50的外观性状会不同。即，如果飞溅60的数量相对较多、飞溅60的尺寸相对较大，则被照射光斑50的外观性状与这以外的情况相比会有不同。同样，在烟尘70的量相对较少的情况下(参照图1的(a))，或者在没有发生烟尘70的情况下，与这以外的情况(参照图1的(b))相比，被照射光斑50的外观性状会不同。即，如果烟尘70的量相对较多，则被照射光斑50的外观性状与这以外的情况相比会有不同。
所以，只要能够监测该被照射光斑50的外观性状、确认该外观性状的变化，就能够掌握飞溅60及/或烟尘70的动作变化。具体而言，在被照射光斑50的外观性状中能看到变化的情况下，能够间接地掌握发生了飞溅的变化(特别是，飞溅60的数量更多地发生、或者尺寸更大的飞溅60发生这样的现象)。同样，在被照射光斑50的外观性状中能看到变化的情况下，能够间接地掌握发生了烟尘的变化(特别是，烟尘70的量更多地发生的现象)。通过掌握该飞溅60的变化及烟尘70的变化，能够间接地掌握粉末层22的规定部位的粉末19对光束能量的吸收量的程度、粉末层22的其他部位的粉末19对光束能量的吸收量的程度不同。掌握该飞溅60的变化及烟尘70的变化意味着掌握粉末层22的规定部位处的光束照射阻碍的发生。因此，通过掌握该飞溅60的变化及烟尘70的变化，能够采取用来抑制粉末层22的规定部位处的光束照射阻碍的发生的对策。即，通过掌握该飞溅60的变化及烟尘70的变化，能够采取用来将光束L向粉末层22的规定部位适当地照射的对策。由此，能够更适当地形成希望的固化层，由此，最终能够得到更高精度的三维形状造形物。
在本发明中，如上述那样，基于作为局部性区域的被照射光斑50的外观性状的变化，能够更适当地掌握飞溅60及/或烟尘70的动作变化。该动作变化的掌握只要仅能够确认作为局部性区域的被照射光斑50的外观性状的变化就能够实现。这意味着不需要广泛的确认。即，飞溅60及/或烟尘70通常具有在光束L的照射后随着规定时间的经过而向大范围扩散的性质，在本发明中，不需要对这样扩散到大范围中的飞溅60及/或烟尘70的整体进行确认。因而，与直接确认飞溅60及/或烟尘70的动作的情况相比，本发明能够更迅速地采取光束L的适当照射的对策。
在本发明中，作为被照射光斑50的外观性状，可以监测在被照射光斑50处发生的光的颜色。
如上述那样，在飞溅60及/或烟尘70的动作根据粉末层22的规定部位的粉末19对光束能量的吸收量的程度而变化的情况下，与之对应地，被照射光斑50的外观性状也变化。特别是，本申请的发明者们发现，在飞溅60及/或烟尘70的动作根据粉末层22的规定部位的粉末19对光束能量的吸收量的程度而变化的情况下，在被照射光斑50处发生的光的颜色会变化(参照图1)。
另外，虽然不受特定的理论约束，但可以认为在被照射光斑50处发生的光的颜色自身例如是由于向粉末层22的规定部位照射光束L时产生的气体及/或向粉末层22的规定部位照射光束L而形成的熔融物80而产生的。
以下，参照附图说明形成精度更高的固化部(固化层的构成要素)的形态(参照图2)。
首先，如果向新形成的粉末层22的规定部位开始照射光束L(参照图2的(a))，则位于光束L的照射区域51的粉末19由于该光束L的照射热而熔融(参照图2的(b))。在本形态中，当继续光束L的照射，粉末层22的规定部位的粉末19能够适当地吸收光束L的能量。因此，与光束L的照射区域51内的粉末19接近的粉末以及位于光束L的照射区域51的下方的固化层24(相当于母材)由于光束L的照射热而适当地熔融，能够通过表面张力而形成大致球形的粉末19的熔融物80(参照图2的(c))。在本形态中，在能够形成熔融物80的情况下，由于粉末层22的规定部位的粉末19能适当地吸收光束L的能量，起因于光束L的照射而可能发生的飞溅60的数量及烟尘70的量相对地变少，飞溅60的尺寸相对地变小。此时，在由光束L的照射区域51及其周缘区域52构成的被照射光斑50内会产生呈规定颜色的光。接着，大致球形的熔融物80在作为母材的固化层24上浸润扩散，浸润扩散了的熔融物80冷却固化。通过以上，由于粉末层22的规定部位的粉末19适当地吸收光束能量，能够形成精度更高的固化层的构成要素即固化部24a(参照图2的(d))。因而，能够使从该固化部24a形成的新的固化层成为更高精度。
接着，对与图2所示的形态相比形成精度低的固化部(固化层的构成要素)的形态具体地进行说明(参照图3)。
首先，如果向新形成的粉末层22的规定部位开始照射光束L(参照图3的(a))，则位于光束L的照射区域51中的粉末19由于该光束L的照射热而熔融(参照图3的(b))。在本形态中，与图2所示的形态相比，当继续光束L的照射，粉末层22的规定部位的粉末19难以适当地吸收光束L的能量。因此，位于光束L的照射区域51的下方的固化层24(相当于母材)难以被光束L的照射热加热，不适当地熔融。结果，起因于此，能够通过表面张力形成的大致球形的粉末19的熔融物80’与图2的(c)所示的熔融物80相比，难以在已经形成的固化层24的区域内形成(参照图3的(c))。在本形态中，在能够形成熔融物80’的情况下，由于粉末层22的规定部位的粉末19没有将光束L的能量适当地吸收，起因于光束L的照射而可能发生的飞溅60’的数量及烟尘70’的量相对地变多，飞溅60’的尺寸相对地变大。此时，在由光束L的照射区域51及其周缘区域52构成的被照射光斑50内可能产生与图2所示的形态中的规定颜色不同颜色的光。接着，大致球形的熔融物80’在作为母材的固化层24上浸润扩散，浸润扩散了的熔融物80’冷却固化。通过以上，由于粉末层22的规定部位的粉末19没有适当地吸收光束能量，从而会形成精度相对低的固化层的构成要素即固化部24a’(参照图3的(d))。因而，会使从该固化部24a’形成的新的固化层的精度相对较低。
因为以上情况，在飞溅60、60’及/或烟尘70、70’(参照图2的(c)及图3的(c))的动作根据粉末层22的规定部位的粉末19对光束能量的吸收量的程度而变化的情况下，与之对应地在被照射光斑50中产生的光的颜色也会变化。因而，只要能够监测在该被照射光斑50处产生的光的颜色并确认该光的颜色的变化，就能够适当地掌握飞溅及/或烟尘的动作变化这一情况。由此，能够根据被照射光斑50的光的颜色变化进行与飞溅及/或烟尘的动作对应的适当的对策。
在本发明的一形态中，可以拍摄在被照射光斑处产生的光的颜色，从拍摄到的光的颜色的图像数据得到关于光的颜色的数值信息(参照图4)。
如上述那样，在飞溅及/或烟尘的动作根据粉末层的规定部位的粉末对光束能量的吸收量的程度而变化的情况下，与之对应地在被照射光斑中产生的光的颜色会变化。在本形态中，将与在该被照射光斑中产生的光的颜色有关的信息数值化。通过该数值化，能够对在被照射光斑中产生的光的颜色进行定量评价，关于该光的颜色的评价能够达到更高的精度。
例如，如图4所示，使用内置有数码相机、RGB相机、红外线相机及/或CCD相机等的拍摄机构90，拍摄在三维形状造形物的构成要素即固化层24的形成区域的附近配置的试样部件100’的被照射光斑50’内能够产生的光的颜色。在拍摄后，可以根据拍摄到的光的颜色的图像数据，经由计算机装置110得到关于该光的颜色的数值信息。另外，并不限定于此，也可以使用分光比色计等计算所拍摄的光的颜色的发光波谱，经由计算机装置110得到关于该光的颜色的数值信息。如果能够得到该数值信息，则能够根据与在被照射光斑50’内产生的光的颜色有关的数值信息的变化，更适当地掌握飞溅60及/或烟尘70的动作的变化。由此，能够根据与在试样部件100’的被照射光斑50’内产生的光的颜色有关的数值信息的变化进行预测，采取与在三维形状造形物的构成要素即已经形成的最上部的固化层24上形成新的固化层时可能发生的飞溅(未图示)及/或烟尘(未图示)的动作的变化相对应的适当的对策。
此外，在本发明的一形态中，可以根据被照射光斑的外观性状，在同一层中在中途改变固化层的形成条件(参照图5)。
在本形态中，如果在新的固化层形成中途被照射光斑的外观性状发生了变化，则例如判断为飞溅的数量及烟尘的量相对变多、飞溅的尺寸相对变大，在该层的形成中途变更形成条件。当飞溅的数量及烟尘的量相对变多、飞溅的尺寸相对变大，则无法将光束向新的粉末层的规定部位适当地照射，有可能无法适当地形成新的单一的固化层，通过在同一层中在新的单一的固化层的形成中途变更形成条件，能够将该新的单一的固化层整体适当地形成。
例如，以图5所示那样在已经形成的最新的固化层24A上形成新的粉末层22、向该新的粉末层22的规定部位照射光束L而形成新的单一的固化层24B的情况为例。在此情况下，如图5所示那样在同一层中在新的单一的固化层24B的形成中途监测被照射光斑50的外观性状、例如在被照射光斑50中产生的光的颜色，进行该外观性状是否发生变化的确认。
在该外观性状发生变化的情况下，例如可以判断为，可能飞溅的数量及烟尘的量相对变多、飞溅的尺寸相对变大。可以是，在该判断后，在同一层中在新的单一的固化层24B的形成中途适当地变更例如光束L的照射条件，以便最终整体上适当地形成新的单一的固化层24B。
虽然没有特别限定，但可以如图5的(a)所示那样，为了整体上适当地形成新的单一的固化层24B，例如在同一层中在新的单一的固化层24B的形成中途使光束L的照射能量变大。此外，并不限定于此，可以如图5的(b)那样，为了整体上适当地形成新的单一的固化层24B，例如在同一层中在新的单一的固化层24B的形成中途使光束L的扫描速度变慢。此外，并不限定于此，可以如图5的(c)那样，为了整体上适当地形成新的单一的固化层24B，例如在同一层中在新的单一的固化层24B的形成中途使光束L的光斑径变小。
在本发明的一形态中，也可以根据被照射光斑的外观性状，在不同的层间改变固化层的形成条件(参照图6)。
在本形态中，如果在第n－1层的固化层的形成阶段、被照射光斑的外观性状发生变化，则例如判断为飞溅的数量及烟尘的量相对变多、飞溅的尺寸相对变大，将用来形成第n层以后的固化层的形成条件变更。另外，在上述的形态中，在同一层中在中途强行变更新的单一的固化层的形成条件，相对于此，在本形态中，与上述形态的不同点在于，使第n层以后的固化层的形成条件与第n－1层的固化层的形成条件不同。当飞溅的数量及烟尘的量相对变多、飞溅的尺寸相对变大，则有可能无法向新的粉末层的规定部位适当地照射光束、无法适当地形成新的第n层以后的固化层，通过使新的第n层以后的固化层的形成条件与第n－1层的固化层的形成条件不同，能够适当地形成该新的第n层以后的固化层。
例如，以图6所示那样在已经形成的最新的固化层24A上形成固化层24B、在该固化层24B上进一步形成新的固化层24C的情况为例。在此情况下，如图6所示那样在固化层24B的形成中途监测被照射光斑50的外观性状、例如在被照射光斑50中产生的光的颜色，确认该外观性状是否发生变化。
在该外观性状发生变化的情况下，例如可以判断为飞溅的数量及烟尘的量相对变多、飞溅的尺寸相对变大。可以是，在该判断后，与用来形成固化层24B的光束L的照射条件相比适当地变更用来形成新的固化层24C的光束L的照射条件，以便在进行了被照射光斑50的外观性状的监测后的固化层24B上整体适当地新形成固化层24C。
虽然没有特别限定，但可以如图6的(a)所示那样，为了适当地形成新的固化层24C，与用来形成固化层24B的光束L的照射能量相比，将用来形成新的固化层24C的光束L的照射能量增大。此外，并不限定于此，也可以如图6的(b)所示那样，为了适当地形成新的固化层24C，与形成固化层24B时的光束L的扫描速度相比，使形成新的固化层24C时的光束L的扫描速度变慢。此外，并不限定于此，可以如图6的(c)所示那样，为了适当地形成新的固化层24C，与形成固化层24B时的光束L的光斑径相比，使形成新的固化层24C时的光束L的光斑径变小。
另外，并不限定于上述形态，例如为了适当地形成固化层，也可以取下述形态。
在如上述那样被照射光斑的外观性状在监测的过程中发生了变化的情况下，实质上发生了飞溅的数量及烟尘的量相对变多、飞溅的尺寸相对变大的现象。
当发生该现象，则如图7的(a)所示，在用来使光束穿过的光透过窗120上，尤其会附着由于烟尘引起的脏污130。因此，有可能由于光透过窗120的脏污130而无法经由光透过窗120向粉末层的规定部位适当地照射光束。
因此，在一形态中，可以如图7的(a)所示那样，例如使用空气喷吹器140朝向脏污130附着的光透过窗120喷吹空气150。通过该喷吹，能够将附着在光透过窗120上的脏污130适当地吹飞。由此，在光透过窗120上不附着脏污130，所以能够经由光透过窗120向粉末层的规定部位适当地照射光束，由此能够适当地形成希望的固化层。
在如上述那样被照射光斑的外观性状在监测的过程中发生了变化的情况下，实质上发生了飞溅的数量及烟尘的量相对变多、飞溅的尺寸相对变大的现象。当发生该现象，则有可能无法向新的粉末层的规定部位适当地照射光束。
因此，在一形态中，如图7的(b)所示，例如可以将利用推压叶片23在已经形成的最上部的固化层24上铺设的新的粉末层22的厚度从L1变小为L2(<L1)。如果使新的粉末层22的厚度变小，则与使该厚度变小前相比，由于厚度变小而容易向粉末层22的规定部位传递光束的照射能量。因此，能够适当地形成希望的固化层。
此外，在如上述那样被照射光斑的外观性状在监测的过程中发生了变化的情况下，实质上发生了飞溅的数量及烟尘的量相对变多、飞溅的尺寸相对变大的现象。当发生该现象，则有可能无法向新的粉末层的规定部位适当地照射光束。因此，如图7的(c)所示，在已经形成的最上部的固化层24的上表面，由于没能适当地照射光束而容易产生隆起部160。
因此，在一形态中，可以如图7的(c)所示，例如使用立铣刀40，将在已经形成的最上部的固化层24的上表面产生的隆起部160进行切削加工。如果进行切削加工，则能够使该固化层24的上表面成为平坦状。因此，能够将接着的新的粉末层22铺设在该平坦状的固化层24的上表面上，从而能够适当地形成希望的固化层。
[实施例]
以下，对本发明的一实施方式的实施例进行说明。
(实施例1)
从腔室外监测了被照射光斑的外观性状。具体而言，从腔室外用数码相机(像素数：207万像素，帧速率：29fps)拍摄了在被照射光斑上产生的光的颜色的动态图像。另外，在本实施例中，将被照射光斑区域的照射条件划分为以下2个条件。
·照射条件1(低速·高照射能量条件)
扫描速度：215mm/s，照射能量密度：99.2J/mm3
·照射条件2(高速·低照射能量条件)
扫描速度：250mm/s，照射能量密度：73.1J/mm3
在照射条件1及照射条件2各自下，将同一扫描方向上的静止图像提取了2～3张。在提取了静止图像后，将提取出的各彩色静止图像分别处理变换为RGB图像。在处理变换为RGB图像后，对于各RGB图像分别计算出阈值25以上的最大团块(blob)的灰度值。在计算出各灰度值后，根据各灰度值计算出平均灰度值。
将其结果表示在图8中。
如图8所示，如果将照射条件1和照射条件2下的R值、G值及B值的平均灰度值分别比较，则R值的平均灰度值都是约255而大致相同，G值的平均灰度值都是约220而大致相同。相对于此，照射条件1下的B值的平均灰度值是约160，照射条件2下的B值的平均灰度值是约115。即，可知照射条件2下的B值的平均灰度值为照射条件1下的B值的平均灰度值的约0.7倍。另外，在照射条件1下的B值的平均灰度值与照射条件2下的B值的平均灰度值之间有差异的情况下，即在照射条件1下的被照射光斑中产生的光的颜色与照射条件2下的被照射光斑中产生的光的颜色之间有差异的情况下，在照射条件1下的飞溅的数量、大小及烟尘的量与照射条件2下的飞溅的数量、大小及烟尘的量之间发生了差异。
根据以上可知，在使用数码相机作为拍摄机构的情况下，在因照射条件的差异从而飞溅的数量、大小及烟尘的量产生了差异的情况下，与之对应地，与在被照射光斑中产生的光的颜色有关的B值的平均灰度值产生了差异。
(实施例2)
从腔室外监测了被照射光斑的外观性状。具体而言，从腔室外用数码相机(像素数：207万像素，帧速率：29fps)拍摄了在被照射光斑上产生的光的颜色的动态图像。另外，在本实施例中，将被照射光斑区域的照射条件划分为以下2个条件。
·照射条件1(照射能量大)
扫描速度：215mm/s，照射能量密度：99.2J/mm3
·照射条件2(照射能量小)
扫描速度：250mm/s，照射能量密度：73.1J/mm3
在照射条件1及照射条件2各自下，将同一扫描方向上的静止图像提取了2～3张。在提取了静止图像后，将提取出的各彩色静止图像分别处理变换为RGB图像。在处理变换为RGB图像后，对于各RGB图像分别计算出阈值25以上的最大团块的面积值。在计算出各面积值后，根据各面积值计算出平均面积值。
将其结果表示在图9中。
如图9所示，将照射条件1和照射条件2下的R值、G值及B值的平均面积值分别比较。首先，如图9所示，照射条件1下的R值的平均面积值是约32000，相对于此，照射条件2下的R值的平均面积值是约30000。即，照射条件1下的R值的平均面积值与照射条件2下的R值的平均面积值之差没有相对较大的变化。
另一方面，如图9所示，照射条件1下的G值的平均面积值是约51000，相对于此，照射条件2下的G值的平均面积值是约63500。即，可知照射条件2下的G值的平均面积值为照射条件1下的G值的平均面积值的约1.25倍。进而，如图9所示，照射条件1下的B值的平均面积值是约20000，相对于此，照射条件2下的B值的平均面积值是约55000。即，可知照射条件2下的B值的平均面积值为照射条件1下的B值的平均面积值的约2.75倍。另外，在照射条件1下的G值及B值的平均面积值与照射条件2下的G值及B值的平均面积值之间有差异的情况下，即，在照射条件1下的被照射光斑中产生的光的大小与照射条件2下的被照射光斑中产生的光的大小之间有差异的情况下，照射条件1下的飞溅的数量、大小及烟尘的量与照射条件2下的飞溅的数量、大小及烟尘的量之间发生了差异。
根据以上可知，在使用数码相机作为拍摄机构的情况下，在因照射条件的差异从而飞溅的数量、大小及烟尘的量产生了差异的情况下，与之对应地，与被照射光斑中产生的光的大小有关的G值及B值的平均面积值产生了差异。
(实施例3)
从腔室外监测了被照射光斑的外观性状。具体而言，从腔室外用RGB相机(像素数：500万像素，帧速率：20fps，透镜焦距：75mm，F值：16)拍摄了在被照射光斑上产生的光的颜色的动态图像。另外，在本实施例中，将被照射光斑区域的照射条件划分为以下2个条件。
·照射条件3(照射能量大)
激光输出：320W，光斑径：0.3mm，扫描速度：300mm/s，照射能量密度：61.0J/mm3
·照射条件4(照射能量小)
激光输出：160W，光斑径：0.1mm，扫描速度：300mm/s，照射能量密度：61.0J/mm3
在照射条件3及照射条件4各自下，将同一扫描方向上的静止图像提取了2～3张。在提取了静止图像后，将提取出的各彩色静止图像分别处理变换为RGB图像。在处理变换为RGB图像后，对于各RGB图像分别计算出阈值25以上的最大团块的面积值。在计算出各面积值后，根据各面积值计算出平均面积值。
将其结果表示在图10中。
如图10所示，将照射条件3和照射条件4下的R值、G值及B值的平均面积值分别比较。首先，如图10所示，照射条件3下的R值的平均面积值是约28000，相对于此，照射条件4下的R值的平均面积值是约6500。即，可知照射条件4下的R值的平均面积值为照射条件3下的R值的平均面积值的约0.23倍。
此外，如图10所示，照射条件3下的G值的平均面积值是约17500，相对于此，照射条件4下的G值的平均面积值是约4000。即，可知照射条件4下的G值的平均面积值为照射条件3下的G值的平均面积值的约0.23倍。进而，如图10所示，照射条件3下的B值的平均面积值是约4000，相对于此，照射条件4下的B值的平均面积值是约900。即，可知照射条件4下的B值的平均面积值为照射条件3下的B值的平均面积值的约0.23倍。另外，在照射条件3下的G值及B值的平均面积值与照射条件4下的G值及B值的平均面积值之间有差异的情况下，即，在照射条件3下的被照射光斑中产生的光的大小与照射条件4下的被照射光斑中产生的光的大小之间有差异的情况下，在照射条件3下的飞溅的数量、大小及烟尘的量与照射条件4下的飞溅的数量、大小及烟尘的量之间产生了差异。
根据以上可知，在使用RGB相机作为拍摄机构的情况下，在因照射条件的差异从而飞溅的数量、大小及烟尘的量产生了差异的情况下，与之对应地，与被照射光斑中产生的光的大小有关的G值及B值的平均面积值产生了差异。
以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但只不过是例示了本发明的应用范围中的典型例。因而，本领域技术人员应该容易理解本发明并不限定于此而能够做出各种改变。
另外，上述那样的本发明的一实施方式包含以下的适当的形态。
第1形态：
一种三维形状造形物的制造方法，通过以下工序i和工序ii使粉末层及固化层交替地反复层叠，来制造三维形状造形物；工序i：向粉末层的规定部位照射光束，使该规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层；工序ii：在得到的固化层之上形成新的粉末层，向该新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层；该三维形状造形物的制造方法的特征在于，还包括在上述固化层的形成时监测上述光束所照射的被照射光斑的外观性状的步骤。
第2形态：
一种三维形状造形物的制造方法，在上述第1形态中，作为上述外观性状，对在上述被照射光斑中产生的光的颜色进行上述监测。
第3形态：
一种三维形状造形物的制造方法，在上述第2形态中，在上述监测中，将上述光的上述颜色进行拍摄，根据该拍摄到的该光的该颜色的图像数据，得到关于该光的该颜色的数值信息。
第4形态：
一种三维形状造形物的制造方法，在上述第1形态～第3形态的任一项中，根据上述被照射光斑的上述外观性状，在同一层中在中途改变上述固化层的形成条件。
第5形态：
一种三维形状造形物的制造方法，在上述第1形态～第3形态的任一项中，根据上述被照射光斑的上述外观性状，在不同的层间改变上述固化层的形成条件。
第6形态：
一种三维形状造形物的制造方法，在上述第1形态～第5形态的任一项中，基于上述被照射光斑的上述外观性状，掌握上述光束的照射时的飞溅及烟尘中的至少一方的动作。
产业上的可利用性
通过实施本发明的一实施方式的三维形状造形物的制造方法，能够制造各种物品。例如，在“粉末层是无机质的金属粉末层、固化层为烧结层的情况下”，能够将得到的三维形状造形物用作塑料注塑成形用模具、冲压模具、压铸模具、铸造模具、锻造模具等模具。另一方面，在“粉末层是有机质的树脂粉末层、固化层为硬化层的情况下”，能够将得到的三维形状造形物用作树脂成形品。
关联申请的相互参照
本申请基于日本专利申请第2016－172058号(申请日：2016年9月2日，发明名称：“三维形状造形物的制造方法”)主张巴黎公约的优先权，该申请所公开的全部内容通过引用包含在本说明书中。
标号说明
19 粉末
22 粉末层
24 固化层
24A 固化层
24B 固化层
24C 固化层
50 被照射光斑
50’ 被照射光斑
60 飞溅
60’ 飞溅
70 烟尘
70’ 烟尘
100 三维形状造形物
L 光束

Claims (6)

1.一种三维形状造形物的制造方法，通过以下工序i和工序ii使粉末层及固化层交替地反复层叠，来制造三维形状造形物，
工序i：向粉末层的规定部位照射光束，使该规定部位的粉末烧结或熔融固化而形成固化层；
工序ii：在得到的固化层之上形成新的粉末层，向该新的粉末层的规定部位照射光束而形成进一步的固化层；
该三维形状造形物的制造方法的特征在于，
还包括在上述固化层的形成时监测上述光束所照射的被照射光斑的外观性状的步骤。
2.如权利要求1所述的三维形状造形物的制造方法，其特征在于，
作为上述外观性状，对在上述被照射光斑中产生的光的颜色进行上述监测。
3.如权利要求2所述的三维形状造形物的制造方法，其特征在于，
在上述监测中，将上述光的上述颜色进行拍摄，根据该拍摄到的该光的该颜色的图像数据，得到关于该光的该颜色的数值信息。
4.如权利要求1所述的三维形状造形物的制造方法，其特征在于，
根据上述被照射光斑的上述外观性状，在同一层中在中途改变上述固化层的形成条件。
5.如权利要求1所述的三维形状造形物的制造方法，其特征在于，
根据上述被照射光斑的上述外观性状，在不同的层间改变上述固化层的形成条件。
6.如权利要求1所述的三维形状造形物的制造方法，其特征在于，
基于上述被照射光斑的上述外观性状，掌握上述光束的照射时的飞溅及烟尘中的至少一方的动作。
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