CN110678281B - 三维层叠造形装置、三维层叠造形方法及三维层叠造形物 - Google Patents

三维层叠造形装置、三维层叠造形方法及三维层叠造形物 Download PDF

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Abstract

在三维层叠造形装置中，通过向在基板上铺设粉末而形成的粉床照射射束，从而选择性地固化粉床。该三维层叠造形装置构成为，通过传感器检测粉床的表面或造形面的形状或温度，并基于该检测结果，在下一层的造形完成之前对粉末铺设的不良或射束照射的不良进行修正。

Description

三维层叠造形装置、三维层叠造形方法及三维层叠造形物
技术领域
本公开涉及通过向已铺设的粉末照射光束、电子束等射束来进行层叠造形以制造三维形状物的三维层叠造形装置、由该装置实施的三维层叠造形方法、以及通过该三维层叠造形方法所能够制造的三维层叠造形物。
背景技术
已知通过向层状铺设的粉末照射光束、电子束等射束来进行层叠造形以制造三维形状物的三维层叠造形技术。在专利文献1中公开了这种技术的一例，其记载了如下内容：向由粉末形成的粉末层照射光束而形成烧结层并重复该过程，从而多个烧结层一体地层叠而制造出三维形状物。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-1900号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述专利文献1这样的三维层叠造形方法中，通过反复层叠层状的烧结层而形成大的三维形状物，因此到其完成需要较长的作业时间。特别是在使用铁、铜、铝或钛等金属粉末的情况下，实情是其作业时间有时会长达几十小时。
另外，在这种在三维层叠造形方法中，以往不存在在造形作业正进行之中检查造形缺陷的技术，因此在一系列造形作业完成后实施残次品检查来进行品质评价。因此，在通过造形作业后的检查发现了造形缺陷等异常的情况下，该三维形状物不得不作为残次品被废弃处置，白白浪费其所花费的长作业时间。这会妨碍三维层叠造形法中的生产性提高。
本发明的至少一实施方式是鉴于上述情况提到的，其目的在于提供一种能够早期检测在造形作业中产生的各种异常并实时实施修正作业以避免造形失败、实现良好的生产效率的三维层叠造形装置、由该装置实施的三维层叠造形方法、以及通过该三维层叠造形方法所能够制造的三维层叠造形物。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一实施方式的三维层叠造形装置为了解决上述课题而构成为，具备：基板；粉末铺设单元，其用于在所述基板上铺设粉末以形成粉床；射束照射单元，其用于以选择性地固化所述粉床的方式向所述粉床照射射束；以及至少一个传感器，其用于计测所述粉床上的凹凸、通过向所述粉床照射所述射束而形成的造形面上的凹凸或温度、或者所述射束照射中的所述粉床的温度，所述三维层叠造形装置构成为，在下一层的造形完成之前，基于所述至少一个传感器的检测结果，对已实施的由所述粉末铺设单元进行的所述粉末的铺设的不良、或已实施的由所述射束照射单元进行的所述射束的照射的不良进行修正。
根据上述(1)的构成，通过使用传感器的测定来监视：i)粉床上的凹凸、ii)通过向粉床照射射束而形成的造形面上的凹凸或温度、或者iii)射束照射中的粉床的温度。其结果是，在通过传感器获得异常或作为异常征兆的测定结果的情况下，在下一层的造形完成之前，对已实施的由粉末铺设单元实施进行的粉末的铺设的不良、或已实施的由射束照射单元进行的射束的照射的不良进行修正。由此，能够早期检测在造形作业中产生的各种异常并实时实施修正作业以避免造形失败。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)的构成的基础上，所述至少一个传感器包括用于检测所述粉床上的凹凸的第一形状测定传感器，所述粉末铺设单元构成为，在由所述第一形状测定传感器检测出的所述凹凸的大小为容许范围以外时，在向所述粉床照射所述射束之前，再次铺设所述粉末以使得所述粉床的所述凹凸变小。
根据上述(2)的构成，通过第一形状测定传感器来监视异常或作为异常征兆的粉床上的凹凸。并且，在通过第一形状测定传感器检测到具有容许范围以外的大小的凹凸的情况下，在向粉床照射射束之前，再次铺设粉末以减小凹凸。由此，能够早期防止随着造形作业的进行而凹凸变为严重异常。
(3)在几个实施方式中，在上述(2)的构成的基础上，所述三维层叠造形装置还具备部件更换警告部，在由所述粉末铺设单元进行的所述粉末的再次铺设之后，在由所述第一形状测定传感器检测出的所述凹凸的大小为所述容许范围以外时，该部件更换警告部发出促使进行所述粉末铺设单元的部件更换的警告。
根据上述(3)的构成，在即使再次铺设粉末而粉床上的凹凸也未改善的情况下，认为可能是粉末铺设单元的机械不良，因此进行促使进行部件更换的警告。由此能够避免在仍存在控制上无法消除的不良的状态下造形作业白白浪费时间的情况。
(4)在几个实施方式中，在上述(1)至(3)中任一构成的基础上，所述至少一个传感器包括用于检测所述造形面上的凹凸的第二形状测定传感器，所述三维层叠造形装置还具备粉末供给单元，该粉末供给单元用于向由所述第二形状测定传感器检测出的凹部选择性地供给所述粉末，所述射束照射单元构成为，向由所述粉末供给单元供给至所述凹部的所述粉末照射所述射束。
根据上述(4)的构成，通过第二形状测定传感器来监视异常或表示异常征兆的造形面上的凹凸。其结果是，在造形面上检测到凹部的情况下，通过粉末供给单元选择性(局部性)地向凹部供给粉末以填埋凹部，并向该供给的粉末照射射束使之固化。通过按照这种方式在造形作业中实时消除凹部，从而能够早期防止随着造形作业的进行而凹部变为严重异常。
(5)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中任一构成的基础上，所述至少一个传感器包括用于检测所述造形面上的凹凸的第二形状测定传感器，所述射束照射单元构成为，向由所述第二形状测定传感器检测出的凸部照射所述射束。
根据上述(5)的构成，通过第二形状测定传感器来监视异常或表示异常征兆的造形面上的凹凸。其结果是，在造形面上检测到凸部的情况下，通过向凸部照射射束使之熔融以使凸部消失。通过按照这种方式在造形作业中实时消除凸部，从而能够早期防止随着造形作业的进行而凸部变为严重异常。
(6)在几个实施方式中，在上述(1)至(5)中任一构成的基础上，所述至少一个传感器包括用于检测所述造形面上的凹凸的第二形状测定传感器，所述三维层叠造形装置还具备凸部去除单元，该凸部去除单元用于将由所述第二形状测定传感器检测出的凸部去除。
根据上述(6)的构成，通过第二形状测定传感器来监视异常或表示异常征兆的造形面上的凹凸。其结果是，在造形面上检测到凸部的情况下，凸部由凸部去除单元机械去除。通过按照这种方式机械去除凸部，从而能够避免像通过熔融去除凸部的情况那样由于凸部熔入三维形状物的主体而凸部的构成成分对主体的品质造成不良影响。
(7)在几个实施方式中，在上述(6)的构成的基础上，所述凸部去除单元包括用于去除所述凸部的切刀或鼓风枪(air blow torch)。
根据上述(7)的构成，造形面上的凸部的机械的去除也可以通过切刀或鼓风枪进行。
(8)在几个实施方式中，在上述(6)或(7)的构成的基础上，所述三维层叠造形装置还具备控制器，该控制器用于至少对所述射束照射单元及所述凸部去除单元进行控制，所述控制器构成为，基于由所述第二形状测定传感器检测出的所述凸部的形状，判断所述凸部是否是在所述射束的照射时产生的飞溅物，在所述凸部为所述飞溅物的情况下，将所述凸部去除单元控制为去除该飞溅物，在所述凸部为飞溅物以外的情况下，将所述射束照射单元控制为向所述凸部照射所述射束。
根据上述(8)的构成，判断造形面上的凸部是否是飞溅物，并基于该判断结果来区分使用两种去除方法。飞溅物在粉末由于射束而熔融时以含有较高比例的氧化物的方式而形成。因此，在判断凸部为飞溅物的情况下，通过利用凸部去除单元进行机械去除，从而能够避免凸部熔入三维形状物的主体并可靠地进行分离。另一方面，在凸部为飞溅物以外的情况下，由于不存在这样的顾虑，因此能够通过向凸部照射射束来迅速去除凸部。
(9)在几个实施方式中，在上述(8)的构成的基础上，在所述凸部的投影面积为300μm×300μm以下的情况下，判断为所述凸部为所述飞溅物。
根据上述(9)的构成，在凸部的投影面积为与典型的飞溅物的粒径对应的300μm×300μm以下的情况下，判断造形面上的凸部为飞溅物。飞溅物的产生方式有多种，但在例如从向粉床照射射束而形成的熔融池飞散并凝固的产生方式的飞溅物的情况下，设想的飞溅物粒径较大，为150μm～300μm左右。因此，能够根据凸部的投影面积是否处于该范围内来判断凸部是否为这样的飞溅物。
(10)本发明的至少一实施方式的三维层叠造形方法用于解决上述课题，在该三维层叠造形方法中，向在基板上铺设粉末而形成的粉床照射射束以选择性地固化所述粉床，从而进行造形，其中，所述三维层叠造形方法包括：计测工序，在该计测工序中，计测所述粉床上的凹凸、通过向所述粉床照射所述射束而形成的造形面上的凹凸或温度、或者所述射束的照射中的所述粉床的温度；以及修正工序，在该修正工序中，在下一层的造形完成之前，基于所述计测工序中的计测结果，对已形成的所述粉床中的所述粉末的铺设的不良、或已实施的所述射束的照射的不良进行修正。
上述(10)的方法能够通过上述(1)的三维层叠造形装置适当地实施。
(11)在几个实施方式中，在上述(10)的方法的基础上，在所述计测工序中，计测所述粉床的表面的凹凸，在所述修正工序中，在所述计测工序中所计测出的所述凹凸的大小为容许范围以外时，在向所述粉床照射所述射束之前，再次铺设所述粉末以使得所述粉床的所述凹凸变小。
上述(11)的方法能够通过上述(2)的三维层叠造形装置适当地实施。
(12)在几个实施方式中，在上述(10)或(11)的方法的基础上，在所述计测工序中，计测所述造形面上的凹凸，在所述修正工序中，选择性地向在所述计测工序中所计测出的凹部供给所述粉末，并向供给至所述凹部的所述粉末照射所述射束。
上述(12)的方法能够通过上述(4)的三维层叠造形装置适当地实施。
(13)在几个实施方式中，在上述(10)至(12)中的某一方法的基础上，在所述计测工序中，计测所述造形面上的凹凸，在所述修正工序中，向在所述计测工序中所计测出的凸部照射所述射束。
上述(13)的方法能够通过上述(5)的三维层叠造形装置适当地实施。
(14)在几个实施方式中，在上述(10)至(13)中某一方法的基础上，在所述计测工序中，计测所述造形面上的凹凸，在所述修正工序中，将在所述计测工序中所计测出的凸部去除。
上述(14)的方法能够通过上述(6)的三维层叠造形装置适当地实施。
(15)在几个实施方式中，在上述(14)的方法的基础上，在所述修正工序中，使用切刀或鼓风枪将所述凸部去除。
上述(15)的方法能够通过上述(7)的三维层叠造形装置适当地实施。
(16)在几个实施方式中，在上述(14)或(15)的方法的基础上，在所述修正工序中，基于在所述计测工序中所计测出的所述凸部的形状，判断所述凸部是否是在所述射束的照射时产生的飞溅物，在所述凸部为所述飞溅物的情况下将该飞溅物去除，在所述凸部为飞溅物以外的情况下，向所述凸部照射所述射束。
上述(16)的方法能够通过上述(8)的三维层叠造形装置适当地实施。
(17)本发明的至少一实施方式的三维层叠造形物用于解决上述课题，该三维层叠造形物通过向层状铺设的粉末照射射束来进行层叠造形从而被制造，其中，所述三维层叠造形物通过以下方式而被制造：在基板上铺设所述粉末以形成粉床，向所述粉床照射所述射束以选择性地固化所述粉床，计测所述粉床上的凹凸、通过向所述粉床照射所述射束而形成的造形面上的凹凸或温度、或者所述射束的照射中的所述粉床的温度，在下一层的造形完成之前，基于该计测的结果，对已形成的所述粉床中的所述粉末的铺设的不良、或已实施的所述射束的照射的不良进行修正。
上述(17)的三维层叠造形物通过在下一层的造形完成之前对粉末的铺设的不良或射束的照射的不良进行修正而成为高品质。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，能够提供一种能够早期检测在造形作业中产生的各种异常并实时实施修正作业以避免造形失败、实现良好的生产效率的三维层叠造形装置以及由该装置实施的三维层叠造形方法。
附图说明
图1是示出本发明的至少一实施方式的三维层叠造形装置的整体构成的示意图。
图2是示出图1的射束照射单元的内部构成的示意图。
图3是示出图1的形状测定传感器的具体构成例的示意图。
图4是功能性示出第一实施方式的控制装置的内部构成的框图。
图5是按每个工序示出由图4的控制装置实施的三维层叠造形方法的流程图。
图6是功能性示出第二实施方式的控制装置的内部构成的框图。
图7是按每个工序示出由图6的控制装置实施的三维层叠造形方法的流程图。
图8是示出图7的步骤S204的子程序的流程图。
图9是功能性示出第三实施方式的控制装置的内部构成的框图。
图10是按每个工序示出由图9的控制装置实施的三维层叠造形方法的流程图。
图11是功能性示出第四实施方式的控制装置的内部构成的框图。
图12是按每个工序示出由图11的控制装置实施的三维层叠造形方法的流程图。
图13是功能性示出第五实施方式的控制装置的内部构成的框图。
图14是按每个工序示出由图13的控制装置实施的三维层叠造形方法的流程图。
图15是功能性示出第六实施方式的控制装置的内部构成的框图。
图16是按每个工序示出由图15的控制装置实施的三维层叠造形方法的流程图。
图17是功能性示出第七实施方式的控制装置的内部构成的框图。
图18是按每个工序示出由图17的控制装置实施的三维层叠造形方法的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，实施方式中所记载的或者附图中所示出的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等不旨在将本发明的范围限定于此，而仅仅是说明例。
例如，“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或绝对的配置的表达不仅表示严格上该种配置，也表示具有公差或者以能够得到相同功能的程度的角度、距离相对位移了的状态。
另外，四边形状、圆筒形状等表示形状的表达不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，也表示在能够得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
另一方面，“包括”、“设置”、“具备”、“包含”或“具有”一构成要素这样的表达不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表达。
图1是示出本发明的至少一实施方式的三维层叠造形装置1的整体构成的示意图。
三维层叠造形装置1是用于向层状铺设的粉末照射射束以进行层叠造形来制造三维形状物的装置。三维层叠造形装置1具备作为造形三维形状物的基底的基板2。基板2以能够升降的方式配置在具有沿着铅直方向的中心轴的大致圆筒形状的缸体4的内侧。在基板2上通过如后述那样铺设粉末而形成粉床8。作为粉床8，在造形作业期间内，在各循环中每当基板2下降时在上层侧铺设粉末而新形成。
需要说明的是，在本实施方式的三维层叠造形装置1中，示出作为射束照射光束的情况，但本发明的思想也能够同样地应用于使用电子束等其他方式的射束的情况。
三维层叠造形装置1具备粉末铺设单元10，其用于在基板2上铺设粉末以形成粉床8。粉末铺设单元10通过向基板2的上表面侧供给粉末并使其表面平坦化，形成在基板2的上表面整体范围内厚度大致均匀的层状粉床8。通过从后述的射束照射单元14向在各循环中形成的粉床8照射射束而选择性地使之固化，并在下一循环中通过粉末铺设单元10再次在上层侧铺设粉末而形成新的粉床，从而不断地层状堆叠。
另外，三维层叠造形装置1具备用于向基板2上的部分区域局部地供给粉末的粉末供给单元12。粉末供给单元12具有用于喷出粉末的喷出喷嘴12a。喷出喷嘴12a朝向基板2设置，构成为能够通过利用未图示的驱动机构沿水平方向(基板2的表面)移动而向基板2上的粉床8的针点局部地供给粉末。
需要说明的是，从粉末铺设单元10及粉末供给单元12供给的粉末是作为三维形状物的原料的粉末状物质，例如能够广泛采用铁、铜、铝或钛等金属材料或陶瓷等非金属材料。另外，由粉末铺设单元10及粉末供给单元12处理的粉末可以是彼此相同的材料，也可以是对应于用途而彼此不同的材料。
三维层叠造形装置1具备用于以使粉床8选择性地固化的方式向粉床8照射射束的射束照射单元14。在此，图2是示出图1的射束照射单元14的内部构成的示意图。射束照射单元14具备作为射束而输出激光的光源18、用于将来自光源18的射束向聚光部25引导的光纤22、以及由多个光学构件构成的聚光部25。
在聚光部25中，由光纤22引导来的射束入射至准直仪24。准直仪24将射束集束为平行光。来自准直仪24的射出光经由隔离器26及针孔28入射至扩束器30。射束在由扩束器30扩径后，通过能够向任意方向摆动的检流计反射镜32而偏转，经由fθ透镜33向粉床8照射。
从射束照射单元14照射的射束在粉床8上沿其表面进行二维扫描。这样的射束的二维扫描按照与作为造形目标的三维形状物对应的图案实施，例如可以使射束照射单元14通过未图示的驱动机构沿基板2的表面移动来进行，也可以通过对检流计反射镜32的角度进行驱动控制来进行，或者通过其组合来进行。
在具有以上构成的三维层叠造形装置1中，在各循环中，通过利用粉末铺设单元10在基板2上铺设粉末而形成粉床8，并通过一边从射束照射单元14向该粉床8照射射束一边进行二维扫描，从而选择性地使粉床8所包含的粉末固化。在造形作业中，通过重复实施这样的循环而使固化了的成形层层叠，从而制造出作为目标的三维形状物。
再次返回图1，三维层叠造形装置1具备用于对造形作业中的粉床8或造形面(射束所照射的面)中的形状进行监视的形状测定传感器34。在本实施方式中，作为形状测定传感器34的一例使用基于条纹投影法的光学式扫描仪。在此，图3是示出图1的形状测定传感器34的具体构成例的示意图。形状测定传感器34具备：投影仪34a，其将多种条纹图案(条纹花纹)投影到对象物(粉床8或造形面)上；至少一个摄像装置(在本实施方式中，作为一例为两台摄像装置34b1及34b2)，其用于获取投影到对象物上的图案图像；以及分析部34c，其通过对利用以上摄像装置34b1及34b2获取的图像进行解析来分析粉床8或造形面中的形状。在分析部34c中，基于光学还原公式将由摄像装置34b1及34b2获取的二维图像针对每个像素转换至独立的三维坐标系，由此来运算粉床8或造形面中的形状。
需要说明的是，关于由形状测定传感器34实施的条纹投影法仿照公知的例子，在此不予详述。另外，分析部34c例如由计算机等电子运算装置构成，但也可以包括在后述的控制装置100中。
需要说明的是，在本实施方式中，例示了构成为能够由公用的形状测定传感器34来监视粉床8及造形面这双方的情况，但也可以构成为能够由分别单独构成的形状测定传感器(即第一形状测定传感器及第二形状测定传感器)来监视粉床8及造形面。
另外，三维层叠造形装置1具备用于监视粉床8及造形面的温度的温度测定传感器38。在本实施方式中，作为温度测定传感器38，设有用于测定粉床8及造形面中的射束的被照射部39处的局部温度的第一温度测定传感器38a、以及用于测定包含粉床8及造形面的被照射部39的二维区域(至少比被照射部宽的区域)中的温度分布的第二温度测定传感器38b。
第一温度测定传感器38a与射束照射单元14一体地构成。具体来说，如图3所示，是以基于通过射束的光轴从被照射部39引导的电磁波(向粉床8照射的射束的反射光)的强度来计测射束的被照射部39的局部温度的方式构成的辐射温度计，包括高温计40而构成。高温计40针对由配置在聚光部25中的扩束器30与检流计反射镜32之间的分色镜43提取出的反射光的部分感测热辐射，并基于史蒂芬-波兹曼定律来计测局部温度。第一温度测定传感器38a的计测结果以电信号形式向后述的控制装置100发送并用于各种处理。
这样，第一温度测定传感器38a基于从在针点(pin point)照射有射束的被照射部39引导的射束的反射光来计测局部温度，因此能够高精度测定局部温度。另外，第一温度测定传感器38a与射束照射单元14一体地构成，基于在与向粉床8照射的射束相同的路径中传播的反射波来进行温度计测，因此能够针对高速扫描的射束获得良好的追踪性。
如图2所示，第二温度测定传感器38b是对比作为上述的第一温度测定传感器38a的计测区域的被照射部39宽的检测对象区域41中的温度分布进行检测的传感器。在此，检测对象区域41是至少具有比照射射束的被照射部39宽的面积的区域，第二温度测定传感器38b构成为能够检测该区域中的二维温度分布。
这样的第二温度测定传感器38b例如由以检测对象区域41为计测范围的双色温度计(测高温相机(pyro camera))或红外线相机构成，例如以朝向粉床8上的检测对象区域41的方式设置在造形区域的天井或壁面。另外，第二温度测定传感器38b也可以被驱动为使对象区域41以追踪进行二维扫描的射束的方式移动。例如，第二温度测定传感器38b也可以以被照射部39始终位于检测对象区域41的中心的方式进行追踪控制。并且，第二温度测定传感器38b的计测结果与上述的第一温度测定传感器38a同样地以电信号形式向后述的控制装置100发送，用于各种处理。
再次返回图1，三维层叠造形装置1具备凸部去除单元42，该凸部去除单元42用于机械去除存在于向粉床8照射射束而形成的造形面上的凸部。在本实施方式中，作为凸部去除单元42，具备用于去除凸部的切割去除部42a和鼓风去除部42b。切割去除部42a构成为，通过使刃面相对于造形面平行滑动而能够将存在于造形面表面的凸部机械切除。另外，鼓风去除部42b构成为，通过利用由碳棒等构成的鼓风枪向凸部通电以产生电弧并吹送高压氧气来吹散熔融金属，从而能够将凸部机械去除。
另外，三维层叠造形装置1具备警告部44，该警告部44用于使操作者或外部设备识别异常发生。在识别对象为操作者等人的情况下，以能够通过视觉或听觉等五感进行识别的方式，例如由报告异常发生的蜂鸣器或指示器构成。另外，在识别对象为外部设备的情况下，以发送能够由外部设备识别的电信号的方式构成，外部设备也可以通过接收该电信号而自动实施规定的应对动作。
控制装置100是三维层叠造形装置1的控制单元，例如由计算机这样的电子运算装置构成。典型来说，包括能够输出各种信息的输入设备、能够存储各种信息的存储设备、能够运算各种信息的运算设备、能够输出各种信息的输出设备而构成，但以上电子运算装置的通常构成仿造公知的例子，在此省略详细说明。这样的控制装置100构成为，通过按照预先存储在存储设备中的程序动作，从而实施本发明的至少一实施方式的三维层叠造形方法。在以下的说明中，将控制装置100的内部构成以与各实施方式对应的功能模块的方式示出，并且对通过各构成实现的三维层叠造形方法的具体内容进行说明。
<第一实施方式>
参照图4及图5说明第一实施方式的三维层叠造形装置1。图4是功能性示出第一实施方式的控制装置100的内部构成的框图，图5是按每个工序示出由图4的控制装置100实施的三维层叠造形方法的流程图。
需要说明的是，在图4中，仅代表性地示出控制装置100的功能构成中的与后述的控制内容相关的构成，根据需要也可以具备其他构成。
如图4所示，控制装置100具备：用于控制粉末铺设单元10的粉末铺设单元控制部102；用于控制射束照射单元14的射束照射单元控制部104；用于基于形状测定传感器34的测定结果来进行粉床8的形状测定的形状监控部106；基于形状监控部106的监控结果判断粉床8中有无凹凸的凹凸判断部108；基于凹凸判断部108的判断结果来实施修正控制的修正控制部110；以及对警告部44进行控制的警告通知部112。
在这样的控制装置100中，通过使以上构成要素按照下述方式发挥功能，从而实施第一实施方式的三维层叠造形方法。在三维层叠造形方法中，为了构成作为造形目标的三维形状物而重复进行造形循环，但在以下的说明中，围绕第n(任意的自然数)次造形循环进行例示说明。
首先，粉末铺设单元控制部102以向基板2或已在基板上铺设的第(n-1)层粉床8上铺设粉末的方式控制粉末铺设单元10，形成第n层粉床8(步骤S101)。在此，新形成的粉床8的层厚tn为例如几十μm。
接下来，形状监控部106从形状测定传感器34获取测定结果，从而对粉床8的表面形状进行测定(步骤S102)。此时，在形状测定传感器34中，参照图3按照上述方式通过基于条纹投影法的计测来对对粉床8的表面形状进行计测以作为三维构造。由形状测定传感器34获取的测定数据以电信号形式向形状监控部106发送。
接下来，凹凸判断部108基于步骤S102的测定结果判断粉床8上是否存在凹凸(步骤S103)。与这样的凹凸有无相关的判断通过对由形状监控部106获取的粉床8的表面构造进行解析而进行。在本实施方式中，在检测出的凹凸为容许范围以外的情况下判断为有凹凸。该容许范围基于在执行了造形循环时粉床8上的凹凸是否为对于制品品质而言为能够容许程度的缺陷来进行设定。例如，在本实施方式中，将凹凸的大小(即凹部的底点与凸部的顶点的高低差)为在步骤S101中待由粉末铺设单元10形成的粉床8的厚度tn以下的范围设定为容许范围。
在判断为在粉床8上有凹凸的情况(步骤S103：是)下，修正控制部110在向粉床8照射射束前，再次铺设粉末以减小粉床8的凹凸(步骤S104)。也就是说，通过粉末铺设单元10执行第n层粉床8的铺设作业的重新处理(复涂)。这样的复涂作业由在步骤S101中铺设粉床8的粉末铺设单元10实施，但也可以准备另外的单元，另外，复涂作业例如可以在将存在凹凸的粉床8暂时去除后再次形成第n层粉床8，也可以在残留着存在凹凸的粉床8的状态下，通过从上层侧供给追加的粉末而进行第n层粉床8的修补。
若粉末的再次铺设完成，则与步骤S102同样地，形状监控部106再次测定粉床8的表面形状(步骤S105)。然后，与步骤S103同样地，凹凸判断部108基于步骤S105的测定结果再次判断粉床8上是否存在凹凸(步骤S106)。其结果是，在仍然残留有凹凸的情况(步骤S106：是)下，警告通知部112指示警告部44发出用于提醒粉末铺设单元10的部件(例如复涂用刮刀)的更换作业的警告(步骤S107)。也就是说，在即使通过该粉末的再次铺设也未消除凹凸的情况下，可能是粉末铺设单元10存在机械不良。在这样的情况下，即使重复执行再次铺设作业也很难以实现改善，因此进行促使部件更换的警告。由此，在自动控制中，通过通知操作者难以消除凹凸的状况，从而能够避免无效的作业时间增加。
需要说明的是，在本实施方式中，例示了在通过粉末的再次铺设未消除凹凸的情况下立即执行警告的情况，但也可以在执行警告前重复规定次数的复涂作业。
并且，在通过再次铺设消除了凹凸的情况(步骤S106：否)下，射束照射单元控制部104通过控制射束照射单元14，从而以与作为造形目标的三维造形物对应的扫描模式向第n层粉床8照射射束以进行造形(步骤S108)。并且，控制装置100充分地重复造形循环，判定一系列造形作业是否处理完成(步骤S109)。在造形处理未完成的情况(步骤S109：否)下，控制装置100使处理返回步骤S101并前进至第(n+1)层的造形处理(步骤S110)。
之后，在充分地重复造形循环而完成造形作业时(步骤S109：是)，根据需要对完成了的三维造形物实施无损检查，一系列造形作业结束(结束)。
如上所述，根据第一实施方式，通过形状测定传感器34来监视异常或作为异常征兆的粉床8上的凹凸。并且，在通过形状测定传感器34检测到具有容许范围以外的大小的凹凸的情况下，在向粉床8照射射束前再次铺设粉末以减小凹凸。由此，能够尽早防止因粉末的铺设不良产生的凹凸随着造形作业的进行而变为严重异常。
另外，在即使再次铺设粉末而粉床上的凹凸也未改善的情况下，由于可能是粉末铺设单元存在机械不良，因此进行促使进行部件更换的警告。由此，能够避免因保持着具有控制上无法消除的不良的状态进行造形作业而导致造形失败。
<第二实施方式>
参照图6至图8说明第二实施方式的三维层叠造形装置1。图6是功能性示出第二实施方式的控制装置100的内部构成的框图，图7是按每个工序示出由图6的控制装置100实施的三维层叠造形方法的流程图，图8是示出图7的步骤S204的子程序的流程图。
需要说明的是，在以下的说明中，对与上述实施方式对应的构成标注共通的附图标记，并适当省略重复的说明。
如图6所示，控制装置100具备：用于控制粉末铺设单元10的粉末铺设单元控制部102；用于控制射束照射单元14的射束照射单元控制部104；基于温度测定传感器(第一温度测定传感器38a及第二温度测定传感器38b)的测定结果来进行造形面的温度测定的温度监控部114；基于温度监控部114的监控结果来判断有无内部缺陷的内部缺陷判断部116；以及基于内部缺陷判断部116的判断结果来实施修正控制的修正控制部110。
在这样的控制装置100中，通过使以上构成要素按照下述方式发挥功能，从而实施第二实施方式的三维层叠造形方法。在三维层叠造形方法中，为了构成作为造形目标的三维形状物而重复执行造形循环，但在以下的说明中，围绕第n(任意的自然数)次造形循环进行例示说明。
首先，粉末铺设单元控制部102以向基板2或已在基板上铺设的第(n-1)层粉床8上铺设粉末的方式控制粉末铺设单元10，形成第n层粉床8(步骤S201)。在此，新形成的粉床8的层厚tn为例如几十μm。
接下来，射束照射单元控制部104控制射束照射单元14，从而针对在步骤S201中形成的第n层粉床8，以与作为造形目标的三维形状物对应的扫描模式照射射束以进行造形(步骤S202)。
在此，在步骤S202中，在正进行扫描、照射的期间，温度监控部114从温度测定传感器38获取测定结果，从而进行粉床8上的造形面的温度测定(步骤S203)。在此，如上所述，三维层叠造形装置1作为温度测定传感器而具有第一温度测定传感器38a和第二温度测定传感器38b。在第一温度测定传感器38a中，测定射束所照射的被照射部39中的局部温度，在第二温度测定传感器38b中，测定包含被照射部39的检测对象区域41中的温度分布。第一温度测定传感器38a和第二温度测定传感器38b的计测结果在射束在粉床8上进行扫描的期间内多次获取，并累积于控制装置100具有的存储器等存储单元(未图示)中。
接下来，内部缺陷判断部116基于步骤S203的测定结果来判断造形面是否存在内部缺陷(步骤S204)。在存在内部缺陷的位置处，由于与周围相比隔热效果显著，因此内部缺陷判断部116能够基于第一温度测定传感器38a及第二温度测定传感器38b的测定结果判断有无内部缺陷。在此，参照图8具体说明步骤S204中的内部缺陷的判定方法的一例。
首先，内部缺陷判断部116在粉床8上进行射束扫描时，累积第一温度测定传感器38a及第二温度测定传感器38b的计测值(步骤S204a)。在此，在第一温度测定传感器38a中，检测沿着射束的扫描路径正照射射束的位置(被照射部)处的局部温度。内部缺陷判断部116计算这样的局部温度的面内位置的变化量(步骤S204b)，将该变化量为规定阈值以上的位置确定为存在内部缺陷的备选位置(步骤S204c)。以在局部温度的变化量大的位置存在会影响到隔热效果的内部缺陷的可能性高的方式进行判断。也就是说，一边在造形面上进行扫描一边连续测定由射束照射引起的熔融池中的局部温度，若其下部存在缺陷，则由于隔热性的差异而与不存在缺陷的相邻位置的温度差变大。这样，由于在局部温度的变化量比周围大的位置存在内部缺陷的可能性高，因此确定为内部缺陷的备选位置。
接下来，内部缺陷判断部116基于第二温度测定传感器38b的测定结果，计算在步骤S204c中确定的备选位置处的冷却速度(步骤S204d)，判定为在冷却速度小于规定阈值的位置存在内部缺陷(步骤S204e)。这是由于，在存在内部缺陷的位置处，由于与其周围相比隔热效果显著，因此冷却速度减慢。如上所述，在存在内部缺陷的位置，由于在射束照射位置的下部存在的空洞的影响而隔热性增加，因此冷却速度也变化。因此，在存在内部缺陷的位置和其相邻位置之间进行冷却速度的比较，在存在内部缺陷的位置处，与不存在内部缺陷的位置相比，冷却速度的变化相比于周围变大。
这样，内部缺陷判断部116基于由第一温度测定传感器38a测定的局部温度和由第二温度测定传感器38b计测的冷却速度这样的两个角度，高精度判定有无内部缺陷。
需要说明的是，在本实施方式中，对按照上述方式基于两个角度进行判定的情况进行了例示，但也可以基于其中一个角度执行判定。
再次返回图7，在根据这样的判定流程判断为在造形面上存在内部缺陷的情况(步骤S204：是)下，射束照射单元控制部104使射束照射单元14向判断为存在内部缺陷的位置再次照射射束(步骤S205)。由此，存在内部缺陷的位置的造形面再熔融而内部缺陷消失。
需要说明的是，步骤S205中的射束的再次照射条件(输出、扫描速度、阴影感觉、对焦、轨迹等)例如可以基于在步骤S204中判断出的内部缺陷的状态(大小、形状、位置等)进行设定。例如，在三维造形物的轮廓部附近检测到内部缺陷的情况下，若以高输出/低速度的射束再次照射其位置，则可能使三维造形物的表面粗度恶化，因此可以以通过射束供给的单位时间的能量密度降低的方式来设定照射条件(例如可以减小射束的输出或加快射束的扫描速度)。
接着，控制装置100通过充分重复执行造形循环而判定一系列造形作业是否处理完成(步骤S206)。在造形处理未完成的情况(步骤S206：否)下，控制装置100使处理返回步骤S201，前进至第(n+1)层造形处理(步骤S207)。
之后，在充分重复执行造形循环并完成造形作业时(步骤S206：是)，则根据需要对已完成的三维形状物实施无损检查，一系列造形作业结束(结束)。
如上所述，根据第二实施方式，通过对射束照射的造形面的温度进行监控，从而在检测到异常或作为异常征兆的内部缺陷的情况下，通过射束的再次照射尽早实施修复作业。由此，能够在造形作业中实时进行修复作业，实现造形物的品质提高及生产效率改善。
<第三实施方式>
参照图9及图10说明第三实施方式的三维层叠造形装置1。图9是功能性示出第三实施方式的控制装置100的内部构成的框图，图10是按每个工序示出由图9的控制装置100实施的三维层叠造形方法的流程图。
需要说明的是，在以下的说明中，对与上述实施方式对应的构成标注共通的附图标记，并适当省略重复的说明。
如图9所示，控制装置100具备：用于控制粉末铺设单元10的粉末铺设单元控制部102；用于控制射束照射单元14的射束照射单元控制部104；基于温度测定传感器(第一温度测定传感器38a及第二温度测定传感器38b)的测定结果来进行造形面的温度测定的温度监控部114；基于温度监控部114的监控结果来计算粉床8的平均温度的平均温度计算部118；以及基于平均温度计算部118的计算结果来实施修正控制的修正控制部110。
在这样的控制装置100中，通过使以上构成要素按照下述方式发挥功能，从而实施第三实施方式的三维层叠造形方法。在三维层叠造形方法中，为了构成作为造形目标的三维形状物而重复执行造形循环，但在以下的说明中，围绕第n(任意的自然数)次造形循环进行例示说明。
首先，粉末铺设单元控制部102以向基板2或已在基板上铺设的第(n-1)层粉床8上铺设粉末的方式控制粉末铺设单元10，形成第n层粉床8(步骤S301)。在此，新形成的粉床8的层厚tn是例如几十μm。
接下来，射束照射单元控制部104通过对射束照射单元14进行控制，从而针对在步骤S301中形成的第n层粉床8，以与作为造形目标的三维形状物对应的扫描模式照射射束以进行造形(步骤S302)。
在此，在步骤S302中，在正进行扫描、照射的期间，温度监控部114与上述步骤S203同样地，从第一温度测定传感器38a及第二温度测定传感器38b中的至少一方获取测定结果，从而进行粉床8的温度测定(步骤S303)。然后，平均温度计算部118基于步骤S303的测定结果，计算照射了射束后的粉床8上的平均温度T1(步骤S304)。
接下来，粉末铺设单元控制部102按照与步骤S301相同的步骤，在上层侧铺设第(n+1)层粉床8(步骤S305)。然后，针对第(n+1)层粉床8与步骤S302同样地照射射束(步骤S306)。然后，与步骤S303同样地进行粉床8的温度测定(步骤S307)，再次计算在照射了射束后的粉床8上的平均温度T2(步骤S308)。
接下来，修正控制部110计算在步骤S304中计算出的平均温度T1与在步骤S308中计算出的平均温度T2的差量ΔT(步骤S309)，判定该差量ΔT是否大于基准值ΔTref(步骤S310)。在差量ΔT大于基准值ΔTref的情况(步骤S310：是)下，修正控制部110针对射束照射单元控制部104发出修正指示，以减小从射束照射单元14照射的射束的照射密度(步骤S311)。若按照造形循环重复执行射束的照射，则造形中的三维形状物逐渐累积热量，造形面的平均温度上升，从而层叠高度方向上的品质偏差可能增大。对此，在根据差量ΔT大于基准值ΔTref而判断为造形面中的热量累积增多了的情况下，通过按照上述方式控制使得射束的照射密度降低，从而能够抑制层叠高度方向上的品质偏差。
需要说明的是，步骤S311中的射束的照射密度降低可以是空间性降低，也可以是时间性降低。例如，可以通过使基于射束照射单元14的射束的输出水平低于标准时或使射束照射的时间间隔增加来抑制造形面的平均温度上升。这样的修正控制部110中的修正控制也可以是，在基于温度监控部的计测结果而平均温度充分降低的情况下，自动解除而返回至通常控制。
并且，控制装置100通过充分重复执行造形循环来判定一系列造形作业是否处理完成(步骤S312)。在造形处理未完成的情况(步骤S312：否)下，控制装置100使处理返回至步骤S301，并前进至下一造形处理(步骤S313)。
之后，在充分重复执行造形循环并完成造形作业时(步骤S312：是)，根据需要对已完成的三维形状物实施无损检查，一系列造形作业结束(结束)。
如上所述，根据第三实施方式，通过监控射束照射的造形面的平均温度，从而在造形面中的热量累积增加的情况下调整射束的照射密度。由此，能够抑制由热量累积引起的层叠方向上的偏差，以稳定的品质执行三维层叠造形。其结果是，能够在造形作业进行时有效削减产生造形缺陷的风险。
<第四实施方式>
参照图11及图12说明第四实施方式的三维层叠造形装置1。图11是功能性示出第四实施方式的控制装置100的内部构成的框图，图12是按每个工序示出图11的控制装置100由实施的三维层叠造形方法的流程图。
需要说明的是，在以下的说明中，对与上述实施方式对应的构成标注共通的附图标记，并适当省略重复的说明。
如图11所示，控制装置100具备：用于控制粉末铺设单元10的粉末铺设单元控制部102；用于控制射束照射单元14的射束照射单元控制部104；基于形状测定传感器34的测定结果来进行造形面的形状测定的形状监控部106；基于形状监控部106的监控结果来判断造形面中有无凹部的凹部判断部120；以及基于凹部判断部120的判断结果来实施修正控制的修正控制部110。
在这样的控制装置100中，通过使以上构成要素按照下述方式发挥功能，从而实施第四实施方式的三维层叠造形方法。在三维层叠造形方法中，为了构成作为造形目标的三维形状物而重复执行造形循环，但在以下的说明中，围绕第n(任意的自然数)次造形循环进行例示说明。
首先，粉末铺设单元控制部102以向基板2或已在基板上铺设的第(n-1)层粉床8上铺设粉末的方式控制粉末铺设单元10，形成第n层粉床8(步骤S401)。在此，新形成的粉床8的层厚tn是例如几十μm。
接下来，射束照射单元控制部104通过对射束照射单元14进行控制，从而以与作为造形目标的三维形状物对应的扫描模式向在步骤S401中形成的第n层粉床8照射射束以进行造形(步骤S402)。
接下来，形状监控部106与上述步骤S102同样地，通过从形状测定传感器34获取测定结果，从而测定造形面的形状(步骤S403)。此时，在形状测定传感器34中，通过参照图3上述方式基于条纹投影法的计测，计测造形面的表面形状作为三维构造。由形状测定传感器34获取的测定数据以电信号形式向形状监控部106发送。
接下来，凹部判断部120基于步骤S403的测定结果判断造形面上是否存在凹部(步骤S404)。这样的判断通过对由形状监控部106获取的造形面的三维构造进行解析并提取凹部来进行。在本实施方式中，在所提取的凹部的大小(即凹部的深度或宽度等)为容许范围以外的情况下，判断为存在凹部。
在此，在步骤S404中作为判断基准的容许范围基于造形循环进行时存在于造形面上的凹部是否可能对制品品质造成严重造形缺陷来设定。在本实施方式中，作为其一例，容许范围被规定为在步骤S401中由粉末铺设单元10形成的每一层粉床8的厚度tn以下的范围。
在判断为在造形面上存在凹部的情况(步骤S404：是)下，修正控制部110通过控制粉末供给单元12来选择性(局部性)地向通过形状测定传感器34检测出的凹部供给粉末(步骤S405)。由此，存在于造形面上的凹部由从粉末供给单元12选择性地供给的粉末填埋。
需要说明的是，在本实施方式中，通过利用粉末供给单元12向凹部存在的位置局部地供给粉末，但也可以通过粉末铺设单元10向包含凹部存在的位置在内的宽范围供给粉末。
接下来，修正控制部110指示射束照射单元控制部104向在步骤S405中供给的粉末照射射束(步骤S406)。由此，填埋在凹部中的粉末固化，凹部消失。这样，在造形作业的中途自动执行在造形面上出现的凹部的修复作业，从而能够早期防止随着造形作业的进行而凹部在品质上成为不良的异常。
之后，形状监控部106与步骤S403同样地，再次测定造形面的形状(步骤S407)。然后，凹部判断部120与步骤S404同样地，基于步骤S407的测定结果，再次判断造形面上是否存在凹部(步骤S408)。在其结果为仍然存在凹部的情况(步骤S408：是)下，处理返回至步骤S405，通过再次实施上述工序来执行修复。
并且，在凹部消除的情况(步骤S408：否)下，控制装置100通过充分重复执行造形循环来判定一系列造形作业是否处理完成(步骤S409)。在造形处理未完成的情况(步骤S409：否)下，控制装置100使处理返回至步骤S401并前进至第(n+1)层造形处理(步骤S410)。
之后，在充分重复执行造形循环并完成造形作业时(步骤S409：是)，根据需要对已完成的三维形状物实施无损检查，一系列造形作业结束(结束)。
如上所述，根据第四实施方式，利用形状测定传感器34监视作为表示造形失败征兆的要素之一的造形面的凹凸。其结果是，在造形面上检测到凹部的情况下，通过粉末供给单元12选择性地向凹部供给粉末并向该供给的粉末照射射束，从而执行凹部的修复。通过像这样在造形作业的中途对存在于造形面上的凹部自动进行修复，从而能够早期防止出现随着造形作业的进行而凹部在品质上成为不良的异常。
<第五实施方式>
参照图13及图14说明第五实施方式的三维层叠造形装置1。图13是功能性示出第五实施方式的控制装置100的内部构成的框图，图14是按每个工序示出图13的控制装置100由实施的三维层叠造形方法的流程图。
需要说明的是，在以下的说明中，对与上述实施方式对应的构成标注共通的附图标记，并适当省略重复的说明。
如图13所示，控制装置100具备：用于控制粉末铺设单元10的粉末铺设单元控制部102；用于控制射束照射单元14的射束照射单元控制部104；基于形状测定传感器34的测定结果来进行造形面的形状测定的形状监控部106；基于形状监控部106的监控结果来判断造形面中有无凸部的凸部判断部122；以及基于凸部判断部122的判断结果来实施修正控制的修正控制部110。
在这样的控制装置100中，通过使以上构成要素按照下述方式发挥功能，从而实施第五实施方式的三维层叠造形方法。在三维层叠造形方法中，为了构成作为造形目标的三维形状物而重复执行造形循环，但在以下的说明中，围绕第n(任意的自然数)次造形循环进行例示说明。
首先，粉末铺设单元控制部102以向基板2或已在基板上铺设的第(n-1)层粉床8上铺设粉末的方式控制粉末铺设单元10，形成第n层粉床8(步骤S501)。在此，新形成的粉床8的层厚tn是例如几十μm。
接下来，射束照射单元控制部104对射束照射单元14进行控制，针对在步骤S501中形成的第n层粉床8，以与作为造形目标的三维形状物对应的扫描模式照射射束以进行造形(步骤S502)。
接下来，形状监控部106与上述步骤S102同样地，从形状测定传感器34获取测定结果，从而测定造形面的形状(步骤S503)。此时，在形状测定传感器34中，参照图3按照上述方式通过基于条纹投影法的计测，计测造形面的表面形状作为三维构造。由形状测定传感器34获取的测定数据以电信号形式向形状监控部106发送。
接下来，凸部判断部122基于步骤S503的测定结果判断造形面上是否存在凸部(步骤S504)。这样的判断通过对由形状监控部106获取的三维构造进行解析并提取凸部来进行。在本实施方式中，在所提取的凸部的大小(即凸部的高度或宽度等)为容许范围以外的情况下，判断为存在凸部。
在此，在步骤S504中成为判断基准的容许范围基于在造形循环进行时存在于造形面上的凸部是否可能针对制品品质造成严重造形缺陷来设定。在本实施方式中，作为其一例，容许范围被规定为在步骤S501中由粉末铺设单元10形成的每一层粉床8的厚度tn以下的范围。
在判断为在造形面上存在凸部的情况(步骤S504：是)下，修正控制部110对射束照射单元控制部104进行指示，以使得由射束照射单元14选择性(局部性)地再次向由形状测定传感器34检测出的凸部照射射束(步骤S505)。由此，射束照射的部位熔融而凸部消除，因此能够早期防止随着造形作业的进行而凸部成长为造形缺陷，能够有效降低造形失败的风险。
需要说明的是，作为步骤S505中的射束的再次照射，在根据射束的输出难以以一次照射消除凸部的情况下，也可以多次进行射束的再次照射。另外，也可以在实施了步骤S505后实施确认凸部是否已消除的处理。在该情况下，在凸部未消除的情况下，也可以再次实施步骤S505或发出促使射束照射单元14的部件更换的警告。
另外，在凸部以三维形状物的轮廓部(缘部)隆起的方式形成的情况下，在步骤S505中再次照射射束时，由于通常的射束照射可能会使表面形状崩溃，因此也可以进行射束的对焦、输出、扫描速度、阴影间隔等调整。
接下来，控制装置100通过充分重复执行造形循环来判定一系列造形作业是否处理完成(步骤S506)。在造形处理未完成的情况(步骤S506：否)下，控制装置100使处理返回步骤S501，并前进至第(n+1)层造形处理(步骤S507)。
之后，在充分重复执行造形循环并完成造形作业时(步骤S506：是)，根据需要对已完成的三维形状物实施无损检查，一系列造形作业结束(结束)。
如上所述，根据第五实施方式，在利用形状测定传感器34在造形面上检测到凸部的情况下，通过向凸部照射射束以使之熔融而自动进行修复作业。这样，通过在造形作业的中途对存在于造形面上的凸部进行修复，从而能够早期防止随着造形作业的进行而凸部在品质上成为不良的异常。特别是，在这种三维层叠造形装置1中，有可能在造形作业中造形面的一部分隆起而形成凸部，成为粉末铺设单元10、粉末供给单元12发生损伤的原因，但用于防止这样的不良是有效的。
<第六实施方式>
参照图15及图16说明第六实施方式的三维层叠造形装置1。图15是功能性示出第六实施方式的控制装置100的内部构成的框图，图16是按每个工序示出图15的控制装置100由实施的三维层叠造形方法的流程图。
需要说明的是，在以下的说明中，对与上述实施方式对应的构成标注共通的附图标记，并适当省略重复的说明。
如图15所示，控制装置100具备：用于控制粉末铺设单元10的粉末铺设单元控制部102；用于控制射束照射单元14的射束照射单元控制部104；基于形状测定传感器34的测定结果来进行造形面的形状测定的形状监控部106；基于形状监控部106的监控结果来判断造形面中有无凸部的凸部判断部122；判断由凸部判断部122检测出的凸部是否是飞溅物的飞溅物判断部124；以及基于凸部判断部122及飞溅物判断部124的判断结果来实施修正控制的修正控制部110。
在这样的控制装置100中，通过使以上构成要素按照下述方式发挥功能，从而实施第六实施方式的三维层叠造形方法。在三维层叠造形方法中，为了构成作为造形目标的三维形状物而重复执行造形循环，但在以下的说明中，围绕第n(任意的自然数)次造形循环进行例示说明。
首先，粉末铺设单元控制部102以向基板2或已在基板上铺设的第(n-1)层粉床8上铺设粉末的方式控制粉末铺设单元10，形成第n层粉床8(步骤S601)。在此，新形成的粉床8的层厚tn是例如几十μm。
接下来，射束照射单元控制部104对射束照射单元14进行控制，针对在步骤S601中形成的第n层粉床8，以与作为造形目标的三维形状物对应的扫描模式照射射束以进行造形(步骤S602)。
接下来，形状监控部106与上述步骤S102同样地从形状测定传感器34获取测定结果，从而测定造形面的形状(步骤S603)。此时，在形状测定传感器34中，参照图3按照上述方式，通过基于条纹投影法的计测来计测造形面的表面形状以作为三维构造。由形状测定传感器34获取的测定数据作为以电信号形式向形状监控部106发送。
接下来，凸部判断部122基于步骤S603的测定结果判断造形面上是否存在凸部(步骤S604)。这样的判断通过对由形状监控部106获取的三维构造进行解析并提取凸部来进行。在本实施方式中，在所提取的凸部的大小(即凸部的高度或宽度等)为容许范围以外的情况下，判断为存在凸部。
在此，在步骤S604中成为判断基准的容许范围基于在进行了造形循环时在造形面上存在的凸部是否可能对制品品质造成严重造形缺陷来设定。在本实施方式中，作为其一例，容许范围被规定为在步骤S601中由粉末铺设单元10形成的每一层粉床8的厚度tn以下的范围。
在判断为在造形面上存在凸部的情况(步骤S604：是)下，飞溅物判断部124判断该凸部是否是飞溅物(步骤S605)。在该判断中，例如，也可以以在射束照射后的粉床的表面产生的凸状变形量的投影面积(凸部投影面积)是否为设想的飞溅物粒径以下为基准来进行判定。在此，作为基准的飞溅物粒径可以对应于飞溅物的产生方式来设定，例如在为从向粉床照射射束而形成的熔融池飞散并凝固的产生方式的飞溅物的情况下，设想的飞溅物粒径较大、且为150μm～300μn左右，因此在得到300μm×300μm以下的凸部投影面积的情况下能够判定为局部存在飞溅物。
在凸部为飞溅物的情况(步骤S605：是)下，修正控制部110使用凸部去除单元42(切割去除部42a及鼓风去除部42b中的至少一方)将凸部机械地去除(步骤S606)。在凸部为飞溅物的情况下，由于飞溅物中以较高比例含有粉末熔融时产生的氧化物，因此通过以不使氧化物熔于造形物的方式进行机械去除，从而能够实现良好的造形品质。
需要说明的是，关于切割去除部42a，由于切割去除后的造形面的平坦度精度良好，因此下一层的层厚偏差也减小且造形品质提高，而同时应注意的是，在切割刃由于与造形品的隆起部碰撞而损伤的情况下需要进行更换作业，且切割的破损部可能会混入造形品成为异物(污垢)。
鼓风去除部42b能够像切割去除部42a那样即使存在造形品的隆起部也仅将飞溅物去除，但可能会将位于造形品周围的除了飞溅物以外的粉末吹散，因此应留意需要高精度的定位。
另一方面，在凸部为非飞溅物的情况(步骤S605：否)下，修正控制部110与上述步骤S505同样地，对射束照射单元控制部104进行指示，以使得由射束照射单元14选择性(局部性)地向由形状测定传感器34检测出的凸部再次照射射束(步骤S607)。由此，射束照射的部位熔融，凸部消除。
接下来，控制装置100通过充分重复执行造形循环来判定一系列造形作业是否处理完成(步骤S608)。在造形处理未完成的情况(步骤S608：否)下，控制装置100使处理返回至步骤S601，并前进至第(n+1)层造形处理(步骤S609)。
之后，在充分重复执行造形循环并完成造形作业时(步骤S608：是)，根据需要对已完成的三维形状物实施无损检查，一系列造形作业结束(结束)。
如上所述，根据第六实施方式，判断造形面所产生的凸部是否是飞溅物，并基于其判断结果而区分使用两种凸部去除方法。在凸部为飞溅物的情况下，由于飞溅物含有较高比例的粉末熔融时产生的氧化物，因此该氧化物通过凸部去除单元机械地去除，以免熔入造形物。另一方面，在凸部为飞溅物以外的情况下，由于不存在这样的顾虑，因此通过向凸部照射射束来进行凸部去除。这样，能够在确保造形品质的同时有效防止造形不良。
<第七实施方式>
参照图17及图18说明第七实施方式的三维层叠造形装置1。图17是功能性示出第七实施方式的控制装置100的内部构成的框图，图18是按每个工序示出图17的控制装置100由实施的三维层叠造形方法的流程图。
需要说明的是，在以下的说明中，对与上述实施方式对应的构成标注共通的附图标记，并适当省略重复的说明。
如图17所示，控制装置100具备：用于控制粉末铺设单元10的粉末铺设单元控制部102；用于控制射束照射单元14的射束照射单元控制部104；基于形状测定传感器34的测定结果对粉床8的表面或造形面进行形状测定的形状监控部106；基于温度测定传感器(第一温度测定传感器38a及第二温度测定传感器38b)的测定结果来进行造形面的温度测定的温度监控部114；基于温度监控部114的监控结果来判断有无内部缺陷的内部缺陷判断部116；基于形状监控部106的监控结果来判断粉床8的表面或造形面中有无凹凸的凹凸判断部108；基于温度监控部114的监控结果来计算粉床8的平均温度的平均温度计算部118；判断由凹凸判断部108检测出的凸部是否是飞溅物的飞溅物判断部124；基于前述各部位的判断结果来实施修正控制的修正控制部110；以及控制警告部44的警告通知部112。
在这样的控制装置100中，通过使以上构成要素按照下述方式发挥功能，从而实施第七实施方式的三维层叠造形方法。在三维层叠造形方法中，为了构成作为造形目标的三维形状物而重复执行造形循环，但在以下的说明中，围绕第n(任意的自然数)次造形循环进行例示说明。
首先，粉末铺设单元控制部102以向基板2或已在基板上铺设的第(n-1)层粉床8上铺设粉末的方式控制粉末铺设单元10，形成第n层粉床8(步骤S701)。在此，新形成的粉床8的层厚tn是例如几十μm。
接下来，形状监控部106从形状测定传感器34获取测定结果，从而测定粉床8的表面形状，凹凸判断部基于该测定结果判断粉床8有无凹凸(步骤S702)。在粉床8有凹凸的情况(步骤S702：否)下，修正控制部110在向粉床8照射射束前再次铺设粉末以减小粉床8的凹凸(步骤S703)。由此，能够消除粉床8上的凹凸，有效削减在造形作业进行时因凹凸导致的异常发生。另外，也可以是，在即使通过再次铺设作业也未消除凹凸的情况下，修正控制部110指示警告通知部112从警告部44发出警告。
需要说明的是，步骤S702至S704中的各工序的详细内容与上述第一实施方式中的说明相同，在此省略详述。
接下来，通过射束照射单元控制部104通过对射束照射单元14进行控制，从而对所形成的第n层粉床8设定与作为造形目标的三维形状物对应的照射条件(步骤S704)，并基于该设定的照射条件照射射束以进行造形(步骤S705)。
在此，在步骤S705中，在正进行扫描、照射的期间，温度监控部114从第一温度测定传感器38a及第二温度测定传感器38b获取测定结果，且内部缺陷判断部116基于该测定结果判断有无内部缺陷(步骤S706)。在存在内部缺陷的情况(步骤S706：否)下，修正控制部110针对射束照射单元控制部104将照射单元14控制为向判断为存在该内部缺陷的位置再次照射射束(步骤S707)。由此，能够使存在内部缺陷的位置再熔融而使内部缺陷消失。
需要说明的是，步骤S706及S707中的各工序的详细内容与上述第二实施方式中的说明相同，因此在此省略详述。
接下来，平均温度计算部118基于第一温度测定传感器38a及第二温度测定传感器38b的测定结果计算平均温度，判断该平均温度是否存在异常(步骤S708)。该判断中，具体来说，如在上述第三实施方式中所说明那样，在与上一次造形循环的平均温度的差ΔT为基准值Tref以上的情况下，判断为存在异常。在平均温度存在异常的情况(步骤S708：否)下，修正控制部110对射束照射单元控制部104进行修正控制，以使得从射束照射单元14照射的射束的能量密度降低(步骤S709)。由此，在步骤S704中设定的照射条件以照射密度降低的方式变化。这样，在根据差量ΔT大于基准值ΔTref而判断为造形面中的热量累积增多的情况下，通过控制使得射束的照射密度降低，从而能够抑制层叠高度方向上的品质偏差。
需要说明的是，步骤S708及S709中的各工序的详细内容与上述第三实施方式中的说明相同，因此在此省略详述。
接下来，形状监控部106从形状测定传感器34获取测定结果，且凹凸判断部108基于形状监控部106的获取结果判断造形面是否存在凹凸(步骤S710、S712)。在造形面存在凹部的情况(步骤S710：否)下，修正控制部110对粉末供给单元12进行控制，从而选择性(局部性)地向由形状测定传感器34检测出的凹部供给粉末，并对射束照射单元控制部104进行控制，以向该供给的粉末照射射束(步骤S711)。由此，存在于造形面上的凹部由粉末填埋，并通过照射射束而固化。这样，通过在造形作业的中途消除存在于造形面上的凹部，从而能够早期防止随着造形作业的进行而凹部变为异常。
需要说明的是，步骤S710及S711中的各工序的详细内容与上述第四实施方式中的说明相同，因此在此省略详述。
另一方面，在造形面存在凸部的情况(步骤S712：否)下，修正控制部110实施下述操作中的至少一个：i)再次向凸部照射射束、ii)使用切割去除部及鼓风去除部中的至少一方机械地去除凸部、iii)由射束照射单元控制部104使射束照射单元14选择性(局部性)地再次向凸部照射射束(步骤S713)。这样通过在造形作业的中途消除存在于造形面上的凸部，从而能够早期防止随着造形作业的进行而凸部变为异常。
需要说明的是，i)与上述第五实施方式中的说明相同，ii)及iii)与上述第六实施方式中的说明相同，因此在此省略详述。
接下来，控制装置100通过充分重复执行造形循环来判定一系列造形作业是否处理完成(步骤S714)。在造形处理未完成的情况(步骤S714：否)下，控制装置100使处理返回步骤S701，并前进至第(n+1)层造形处理(步骤S715)。
之后，在充分重复执行造形循环而完成造形作业时(步骤S714：是)，根据需要对已完成的三维形状物实施无损检查，一系列造形作业结束(结束)。
如上所述，根据第七实施方式，通过将在上述第一至第六实施方式中说明的各方法组合，从而能够在造形作业中在各工序中从不同观点实时防止造形异常的发生。其结果是，与以往相比能够确保良好的品质并实现良好的生产效率。
产业上的可利用性
本发明的至少一实施方式能够用于向已铺设的粉末照射射束来进行层叠造形从而制造三维形状物的三维层叠造形装置及由该装置实施的三维层叠造形方法。
附图标记说明：
1 三维层叠造形装置
10 粉末铺设单元
12 粉末供给单元
14 射束照射单元
34 形状测定传感器
38a 第一温度测定传感器
38b 第二温度测定传感器
42 凸部去除单元
42a 切割去除部
42b 鼓风去除部
44 警告部
100 控制装置
102 粉末铺设单元控制部
104 射束照射单元控制部
106 形状监控部
108 凹凸判断部
110 修正控制部
112 警告通知部
114 温度监控部
116 内部缺陷判断部
118 平均温度计算部
120 凹部判断部
122 凸部判断部
124 飞溅物判断部

Claims (13)

1.一种三维层叠造形装置，其中，
所述三维层叠造形装置具备：
基板；
粉末铺设单元，其用于在所述基板上铺设粉末以形成粉床；
射束照射单元，其用于以选择性地固化所述粉床的方式向所述粉床照射射束；以及
至少一个传感器，其用于测定所述粉床上的凹凸、通过向所述粉床照射所述射束而形成的造形面上的凹凸，
所述三维层叠造形装置构成为，在下一层的造形完成之前，基于所述至少一个传感器的测定结果，对已实施的由所述粉末铺设单元进行的所述粉末的铺设中产生的凹凸的不良、或已实施的由所述射束照射单元进行的所述射束的照射中产生的凹凸的不良进行修正，
所述至少一个传感器包括用于测定所述粉床上的凹凸的第一形状测定传感器，
所述粉末铺设单元构成为，在由所述第一形状测定传感器测定出的所述凹凸的大小为容许范围以外时，在向所述粉床照射所述射束之前，再次铺设所述粉末以使得所述粉床的所述凹凸变小。
2.根据权利要求1所述的三维层叠造形装置，其中，
所述三维层叠造形装置还具备部件更换警告部，在由所述粉末铺设单元进行的所述粉末的再次铺设之后，在由所述第一形状测定传感器测定出的所述凹凸的大小为所述容许范围以外时，该部件更换警告部发出促使进行所述粉末铺设单元的部件更换的警告。
3.根据权利要求1所述的三维层叠造形装置，其中，
所述至少一个传感器包括用于测定所述造形面上的凹凸的第二形状测定传感器，
所述三维层叠造形装置还具备粉末供给单元，该粉末供给单元用于向由所述第二形状测定传感器测定出的凹部选择性地供给所述粉末，
所述射束照射单元构成为，向由所述粉末供给单元供给至所述凹部的所述粉末照射所述射束。
4.根据权利要求1所述的三维层叠造形装置，其中，
所述至少一个传感器包括用于测定所述造形面上的凹凸的第二形状测定传感器，
所述射束照射单元构成为，向由所述第二形状测定传感器测定出的凸部照射所述射束。
5.根据权利要求1所述的三维层叠造形装置，其中，
所述至少一个传感器包括用于测定所述造形面上的凹凸的第二形状测定传感器，
所述三维层叠造形装置还具备凸部去除单元，该凸部去除单元用于将由所述第二形状测定传感器测定出的凸部去除。
6.根据权利要求5所述的三维层叠造形装置，其中，
所述三维层叠造形装置还具备控制器，该控制器用于至少对所述射束照射单元及所述凸部去除单元进行控制，
所述控制器构成为，
基于由所述第二形状测定传感器测定出的所述凸部的形状，判断所述凸部是否是在所述射束的照射时产生的飞溅物，
在所述凸部为所述飞溅物的情况下，将所述凸部去除单元控制为去除该飞溅物，
在所述凸部为飞溅物以外的情况下，将所述射束照射单元控制为向所述凸部照射所述射束。
7.一种三维层叠造形装置，其中，
所述三维层叠造形装置具备：
基板；
粉末铺设单元，其用于在所述基板上铺设粉末以形成粉床；
射束照射单元，其用于以选择性地固化所述粉床的方式向所述粉床照射射束；以及
至少一个传感器，其用于测定所述粉床上的凹凸、通过向所述粉床照射所述射束而形成的造形面上的凹凸，
所述三维层叠造形装置构成为，在下一层的造形完成之前，基于所述至少一个传感器的测定结果，对已实施的由所述粉末铺设单元进行的所述粉末的铺设中产生的凹凸的不良、或已实施的由所述射束照射单元进行的所述射束的照射中产生的凹凸的不良进行修正，
所述至少一个传感器包括用于测定所述造形面上的凹凸的第二形状测定传感器，
所述三维层叠造形装置还具备粉末供给单元，该粉末供给单元用于向由所述第二形状测定传感器测定出的凹部选择性地供给所述粉末，
所述射束照射单元构成为，向由所述粉末供给单元供给至所述凹部的所述粉末照射所述射束。
8.一种三维层叠造形装置，其中，
所述三维层叠造形装置具备：
基板；
粉末铺设单元，其用于在所述基板上铺设粉末以形成粉床；
射束照射单元，其用于以选择性地固化所述粉床的方式向所述粉床照射射束；
至少一个传感器，其用于测定所述粉床上的凹凸、通过向所述粉床照射所述射束而形成的造形面上的凹凸；
凸部去除单元，其用于将由所述至少一个传感器测定出的所述造形面上的凸部去除；以及
控制器，其用于至少对所述射束照射单元及所述凸部去除单元进行控制，
所述三维层叠造形装置构成为，在下一层的造形完成之前，基于所述至少一个传感器的测定结果，对已实施的由所述粉末铺设单元进行的所述粉末的铺设中产生的凹凸的不良、或已实施的由所述射束照射单元进行的所述射束的照射中产生的凹凸的不良进行修正，
所述控制器构成为，
基于所述凸部的形状，判断所述凸部是否是在所述射束的照射时产生的飞溅物，
在所述凸部为所述飞溅物的情况下，将所述凸部去除单元控制为机械地去除该飞溅物，
在所述凸部为所述飞溅物以外的情况下，将所述射束照射单元控制为向所述凸部照射所述射束。
9.一种三维层叠造形装置，其中，
所述三维层叠造形装置具备：
基板；
粉末铺设单元，其用于在所述基板上铺设粉末以形成粉床；
射束照射单元，其用于以选择性地固化所述粉床的方式向所述粉床照射射束；
至少一个传感器，其用于测定通过向所述粉床照射所述射束而形成的造形面上的温度、或者所述射束照射中的所述粉床的温度；
内部缺陷判断部，其基于所述至少一个传感器的测定结果来判断有无内部缺陷；以及
修正控制部，其基于所述内部缺陷判断部的判断结果来实施修正控制，
所述至少一个传感器包括用于测定所述造形面或所述粉床中的被照射所述射束的被照射部处的局部温度的第一温度测定传感器，
所述内部缺陷判断部基于由所述第一温度测定传感器测定出的所述局部温度的所述造形面或所述粉床的面内位置的变化量为第一阈值以上的所述内部缺陷的备选位置，判断有无所述内部缺陷。
10.根据权利要求9所述的三维层叠造形装置，其中，
所述至少一个传感器包括用于测定所述造形面或所述粉床的包含所述被照射部在内的二维区域中的温度分布的第二温度测定传感器，
所述内部缺陷判断部基于所述第二温度测定传感器的测定结果计算所述备选位置处的冷却速度，并判断为在所述冷却速度小于第二阈值的位置存在所述内部缺陷。
11.一种三维层叠造形方法，在该三维层叠造形方法中，向在基板上铺设粉末而形成的粉床照射射束以选择性地固化所述粉床，从而进行造形，其中，
所述三维层叠造形方法包括：
测定工序，在该测定工序中，测定所述粉床上的凹凸、通过向所述粉床照射所述射束而形成的造形面上的凹凸；以及
修正工序，在该修正工序中，在下一层的造形完成之前，基于所述测定工序中的测定结果，对已形成的所述粉床中的所述粉末的铺设中产生的凹凸的不良、或已实施的所述射束的照射中产生的凹凸的不良进行修正，
在所述测定工序中，测定所述粉床的表面的凹凸，
在所述修正工序中，在所述测定工序中所测定出的所述凹凸的大小为容许范围以外时，在向所述粉床照射所述射束之前，再次铺设所述粉末以使得所述粉床的所述凹凸变小。
12.一种三维层叠造形方法，在该三维层叠造形方法中，向在基板上铺设粉末而形成的粉床照射射束以选择性地固化所述粉床，从而进行造形，其中，
所述三维层叠造形方法包括：
测定工序，在该测定工序中，测定所述粉床上的凹凸、通过向所述粉床照射所述射束而形成的造形面上的凹凸；以及
修正工序，在该修正工序中，在下一层的造形完成之前，基于所述测定工序中的测定结果，对已形成的所述粉床中的所述粉末的铺设中产生的凹凸的不良、或已实施的所述射束的照射中产生的凹凸的不良进行修正，
在所述测定工序中，测定所述造形面上的凹凸，
在所述修正工序中，选择性地向在所述测定工序中所测定出的凹部供给所述粉末，并向供给至所述凹部的所述粉末照射所述射束。
13.一种三维层叠造形方法，在该三维层叠造形方法中，向在基板上铺设粉末而形成的粉床照射射束以选择性地固化所述粉床，从而进行造形，其中，
所述三维层叠造形方法包括：
测定工序，在该测定工序中，测定所述粉床上的凹凸、通过向所述粉床照射所述射束而形成的造形面上的凹凸；
判断工序，在该判断工序中，基于在所述测定工序中测定出的所述造形面上的凸部的形状，判断所述凸部是否是在所述射束的照射时产生的飞溅物；以及
修正工序，在该修正工序中，在下一层的造形完成之前，基于所述测定工序中的测定结果及所述判断工序中的判断结果，对已形成的所述粉床中的所述粉末的铺设中产生的凹凸的不良、或已实施的所述射束的照射中产生的凹凸的不良进行修正，
在所述判断工序中判断为所述凸部是所述飞溅物以外的情况下，在所述修正工序中，向所述凸部照射所述射束，
在所述判断工序中判断为所述凸部是所述飞溅物的情况下，在所述修正工序中，将所述凸部机械地去除。
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11590578B2 (en) * 2017-08-08 2023-02-28 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Internal defect detection system, three-dimensional additive manufacturing device, internal defect detection method, method of manufacturing three-dimensional additive manufactured product, and three-dimensional
DE102018112129A1 (de) * 2018-05-18 2019-11-21 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur generativen Herstellung eines Bauteils, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Kraftfahrzeug
JP6869626B2 (ja) * 2019-06-07 2021-05-12 株式会社ソディック 積層造形装置
JP7363132B2 (ja) * 2019-07-03 2023-10-18 株式会社ジェイテクト 付加製造物の品質推定装置
JP6915006B2 (ja) * 2019-08-29 2021-08-04 株式会社ソディック 金属粉末積層造形方法および金属粉末積層造形装置
PL3789512T3 (pl) * 2019-09-09 2024-04-02 Sturm Maschinen- & Anlagenbau Gmbh Instalacja i sposób powlekania tarcz hamulcowych lub bębnów hamulcowych
JP7008669B2 (ja) * 2019-09-09 2022-01-25 日本電子株式会社 ３次元積層造形装置及び３次元積層造形方法
ES2955578T3 (es) * 2019-09-09 2023-12-04 Sturm Maschinen & Anlagenbau Gmbh Dispositivo de revestimiento y procedimiento de revestimiento metálico de piezas de trabajo
JP2021172863A (ja) * 2020-04-27 2021-11-01 三菱重工業株式会社 造形プロセスの監視方法、積層造形方法、造形プロセスの監視装置及び積層造形装置
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
CN111804912B (zh) * 2020-05-29 2022-08-30 上海汉邦联航激光科技有限公司 3d打印机的换刀监控系统及换刀方法
US20220048243A1 (en) * 2020-08-13 2022-02-17 Uchicago Argonne, Llc Identifying Subsurface Porocity In Situ During Laser Based Additive Manufacturing Using Thermal Imaging
US11867638B2 (en) * 2020-10-28 2024-01-09 Lawrence Livermore National Security, Llc System and method for in situ inspection of defects in additively manufactured parts using high speed melt pool pyrometry
DE102021104447A1 (de) 2021-02-24 2022-08-25 Lixil Corporation Verfahren zur Reparatur eines Oberflächenfehlers eines Werkstücks
JP2022188817A (ja) * 2021-06-10 2022-12-22 株式会社日立製作所 積層造形物の製造方法及び積層造形装置
JP2023009965A (ja) 2021-07-08 2023-01-20 株式会社アスペクト 粉末床溶融結合装置及びその運搬評価方法
KR102590754B1 (ko) * 2021-10-26 2023-10-19 삼영기계(주) 파우더 베드 방식 3d 프린팅 품질의 실시간 진단 방법, 조치 방법 및 이에 따른 3d 프린팅 장치
KR102380280B1 (ko) * 2021-12-15 2022-03-30 알앤엑스(주) 선택적 레이저 소결 방식의 3d프린팅 공정 중 출력물의 불량 실시간 검출 장치

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH596263A5 (zh) 1972-03-10 1978-03-15 Basf Ag
JPH01162584A (ja) 1987-12-18 1989-06-27 Kawasaki Steel Corp ロールの粗面化方法及びその装置
US6463349B2 (en) 2000-03-23 2002-10-08 Solidica, Inc. Ultrasonic object consolidation system and method
SE521124C2 (sv) 2000-04-27 2003-09-30 Arcam Ab Anordning samt metod för framställande av en tredimensionell produkt
JP3446733B2 (ja) * 2000-10-05 2003-09-16 松下電工株式会社 三次元形状造形物の製造方法及びその装置
TW506868B (en) 2000-10-05 2002-10-21 Matsushita Electric Works Ltd Method of and apparatus for making a three-dimensional object
JP3491627B2 (ja) 2001-06-26 2004-01-26 松下電工株式会社 三次元形状造形物の製造方法
JP2004122490A (ja) * 2002-09-30 2004-04-22 Matsushita Electric Works Ltd 三次元形状造形物の製造方法
JP2005097692A (ja) * 2003-09-25 2005-04-14 Matsushita Electric Works Ltd 三次元形状造形物の製造方法及びその装置
DE102006053121B3 (de) 2006-11-10 2007-12-27 Eos Gmbh Electro Optical Systems Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen Objektes mittels eines Beschichters für pulverförmiges Aufbaumaterial
JP5230264B2 (ja) 2007-05-23 2013-07-10 パナソニック株式会社 三次元形状造形物の製造方法
EP2878402A1 (en) 2013-12-02 2015-06-03 SLM Solutions Group AG Apparatus and method for producing three-dimensional work pieces with a radiation detection device
JP6359316B2 (ja) 2014-03-31 2018-07-18 三菱重工業株式会社 三次元積層装置及び三次元積層方法
US10336007B2 (en) * 2014-05-09 2019-07-02 United Technologies Corporation Sensor fusion for powder bed manufacturing process control
WO2016042810A1 (ja) * 2014-09-19 2016-03-24 株式会社東芝 積層造形装置及び積層造形方法
US10786948B2 (en) * 2014-11-18 2020-09-29 Sigma Labs, Inc. Multi-sensor quality inference and control for additive manufacturing processes
CN204366412U (zh) 2014-12-12 2015-06-03 华南理工大学 激光选区熔化与铣削复合加工设备
US10353376B2 (en) * 2015-01-29 2019-07-16 Arconic Inc. Systems and methods for modelling additively manufactured bodies
US20160339519A1 (en) 2015-05-19 2016-11-24 Lockheed Martin Corporation In-process monitoring of powder bed additive manufacturing
US10118345B2 (en) * 2015-06-17 2018-11-06 Xerox Corporation System and method for evaluation of a three-dimensional (3D) object during formation of the object
CN104959603A (zh) * 2015-07-15 2015-10-07 广东奥基德信机电有限公司 一种适用于金属粉末熔化增材制造的系统
US20180297115A1 (en) * 2017-04-14 2018-10-18 General Electric Company Real Time Detection of Defects during Formation of an Additively Manufactured Component

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