CN110678282B - 三维层叠造形物制造装置、三维层叠造形物制造方法以及探伤器 - Google Patents

三维层叠造形物制造装置、三维层叠造形物制造方法以及探伤器 Download PDF

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Abstract

三维层叠造形物制造装置对导电体粉末局部地施加能量，使导电体粉末熔融或烧结并固化，从而制造三维层叠造形物。三维层叠造形物制造装置具备保持导电体粉末且保持已固化的三维层叠造形物的保持部、对被保持部保持的导电体粉末施加能量的能量施加部、相对于已固化的三维层叠造形物的表层部离开地配置并对表层部进行探伤的探头、使探头相对于表层部相对地移动的探头移动机构。探头包括在表层部上产生涡电流的励磁线圈和检测表层部中的磁场的变化的检测线圈。

Description

三维层叠造形物制造装置、三维层叠造形物制造方法以及探 伤器
技术领域
本发明涉及三维层叠造形物制造装置、三维层叠造形物制造方法以及探伤器。
背景技术
一直以来，具有在作业台上层状地配置作为原料的粉末，通过对该粉末层的已选择的部分施加能量并依次进行熔融而制造三维制品的装置(例如，参照专利文献1)。在制造这样的三维制品的装置中，关于一个粉末层，在局部地熔融且已熔融的粉末固化后，在其上形成其他粉末层，再次熔融已选择的部分并固化，重复这些工序制造三维制品。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特表2003-531034号公报
发明内容
发明所要解决的课题
可是，在现有技术中，在三维制品的制造结束之后，对该三维制品进行检查。因此，在检测出存在于三维制品的内部的缺陷的情况下，缺陷的修补并不容易。
本发明说明在三维层叠造形物的制造中能够对该三维层叠造形物进行探伤的三维层叠造形物制造装置、三维层叠造形物制造方法以及探伤器。
用于解决课题的方案
本发明的一方案的三维层叠造形物制造装置是对导电体粉末局部地施加能量使导电体粉末熔融或烧结并固化、制造三维层叠造形物的三维层叠造形物制造装置，具备保持导电体粉末且保持已固化的三维层叠造形物的保持部、对被保持部保持的导电体粉末的层叠物施加能量的能量施加部、相对于已固化的三维层叠造形物的表层部向上方离开地置并对表层部进行探伤的探头、使探头相对于表层部相对地移动的探头移动机构。探头包括在表层部中产生涡电流的励磁线圈和检测表层部中的磁场的变化的检测线圈。
发明效果
根据本发明，能够在三维层叠造形物的制造中对该三维层叠造形物进行探伤。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的三维层叠造形物制造装置的概略构成图。
图2是表示本发明的第一实施方式的探伤装置的概略构成图。
图3是从上方表示本发明的第一实施方式的探头中的多个线圈单元的配置的图。
图4是表示图3中的线圈单元的仰视图。
图5是表示由探伤装置获得的探伤结果的一例的图。
图6是表示由探伤装置获得的探伤结果的一例的图。
图7是表示三维层叠造形物制造方法的顺序的工序图。
图8是从上方表示第二实施方式的探头中的多个线圈单元的配置的图。
图9是表示第二实施方式的探头的移动路径的俯视图。
图10是表示探头的其他移动路径的俯视图。
图11是表示第三实施方式的三维层叠造形物制造装置的俯视图。
图12是表示第四实施方式的三维层叠造形物制造装置的俯视图。
图13是表示第五实施方式的三维层叠造形物制造装置的俯视图。
图14是图13所示的三维层叠造形物制造装置的剖视图。
具体实施方式
本发明的一方案的三维层叠造形物制造装置是对导电体粉末局部性地施加能量而使导电体粉末熔融或烧结而固化，制造三维层叠造形物的三维层叠造形物制造装置，具备保持导电体粉末且保持固化了的三维层叠造形物的保持部、向被保持部保持的导电体粉末施加能量的能量施加部、相对于已固化的三维层叠造形物的表层部离开地配置并对表层部进行探伤的探头、使探头相对于表层部相对地移动的探头移动机构。探头包括在表层部产生涡电流的励磁线圈、检测表层部中的磁场的变化的检测线圈。
在本发明的三维层叠造形物制造装置中，由于使探头在扫描方向上相对地移动而能够对制造中的三维层叠造形物的表层部进行探伤，因此在确认表层部没有缺陷的基础上，能进一步层叠导电体粉末而制造三维层叠造形物。例如，在表层部中检测到缺陷的情况下，在此时修补缺陷，能够在该修补之后进一步层叠导电体粉末，制造三维层叠造形物。“使探头相对于表层部相对地移动”包括“使探头移动”、及“使表层部移动”。例如，能够使保持部移动而使表层部移动。
三维层叠造形物制造装置可以是还具备使被保持部保持的导电体粉末的层叠物的上面平整的限制部、使限制部相对于导电体粉末相对地移动的限制部移动机构。“使限制部相对于导电体粉末相对地移动”包括“使限制部移动”、及“使导电体粉末移动”。例如，能够使保持部移动而使导电体粉末移动。
在几个方案中，可以是探头的底面配置于比限制部的下端靠上方的结构。由此，能可靠地使探头相对于导电体粉末非接触于地对表层部进行探伤。
在几个方案中，限制部移动机构可以是兼作探头移动机构的结构。由此，能够使用限制部移动机构使限制部以及探头移动。能够使探头的移动与限制部的移动连动。
在几个方案中，探头可以是在限制部的移动方向上配置于限制部的后侧的结构。由此，通过限制部使导电体粉末的层叠物的上面平整之后，能够使探头通过。
在几个方案中，可以是探头安装于限制部的结构。由此，由于能够与限制部一起移动探头而进行表层部的探伤，因此不需要分别进行限制部的移动、探头的移动，能够缩短包括检查工序的整体的制造时间。
本发明的一方案的三维层叠造形物制造方法是对导电体粉末局部性地施加能量使导电体粉末熔融或烧结而固化，制造三维层叠造形物的三维层叠造形物制造方法，包括对导电体粉末施加能量而使导电体粉末熔融或烧结的能量施加工序、使相对于已固化的三维层叠造形物的表层部离开地配置的探头相对地移动而对表层部进行探伤的探伤工序。探伤工序包括在表层部上产生涡电流的励磁工序和检测表层部中的磁场的变化的检测工序。
在本发明的三维层叠造形物制造方法中，由于能够在扫描方向上使探头相对地移动而对制造中的三维层叠造形物的表层部进行探伤，因此在确认表层部上没有缺陷的基础上，能进一步层叠导电体粉末而制造三维层叠造形物。例如，在表层部中检测到缺陷的情况下，在此时修补缺陷，能够在该修补之后再次层叠导电体粉末而制造三维层叠造形物。
在几个方案中，可以还包括使限制部相对于导电体粉末相对地移动并使被保持部保持的导电体粉末的上面平整的工序。在执行平整的工序时，可以执行探伤工序。在探伤工序中，可以将探头的底面配置于比限制部的下端靠上方，使探头与限制部一起相对地移动而对表层部进行探伤。由此，能相对于导电体粉末可靠地使探头非接触地对表层部进行探伤。在探伤工序中，在限制部的相对的移动方向上，可以在限制部的后侧配置探头而对表层部进行探伤。由此，在通过限制部使导电体粉末的层叠部的上面平整之后，能够使探头通过。在多次执行能量施加工序之后，可以关于多层的表层部进行探伤工序。
本发明的一方案的探伤器是对制造中的三维层叠造形物的表层部进行探伤的探伤器，具备在与作为扫描方向的第一方向正交的第二方向上延伸的探头。探头包括在第二方向上排列配置的多个线圈单元。线圈单元具备在表层部产生涡电流的励磁线圈和在励磁线圈的内侧排列配置的一对检测线圈。
在本发明的探伤器中，通过使探头在扫描方向上移动，能够在第二方向上探伤宽阔的范围，能够削减探伤时间。通过对制造中的三维层叠造形物的表层部进行探伤，在确认表层部没有缺陷的基础上，能进一步层叠导电体粉末而制造三维层叠造形物。例如，在表层部中检测到缺陷的情况下，在此时修补缺陷，能够在该修补之后再次层叠导电体粉末而制造三维层叠造形物。由此，在三维层叠造形物的制造结束之后不需要修补三维层叠造形物的内部的缺陷。
探伤器还可以具备相对于探头安装的限制部。由此，能一边使探头移动一边进行探伤地使导电体粉末的层叠物的上面平整。一对检测线圈可以配置于与第一方向重合上的位置。由此，通过计算由一对检测线圈检测的信号的差量，能够降低因干扰而产生的影响、高精度地检测缺陷。
以下，关于本发明中的适当的实施方式，参照附图详细地说明。并且，在各图中，在相同部分或相当部分上标注相同符号，省略重复的说明。
图1所示的第一实施方式的三维层叠造形物制造装置(以下，称为“制造装置”)1是所谓的3D打印机，向层状地配置的金属粉末(导电体粉末)2局部性地施加能量，使金属粉末2熔融并固化，重复该操作多次而制造三维部件(三维层叠造形物)3。
三维部件3例如是机械部件等，可以是其他的构造物。作为金属粉末例如举出钛金属粉末、铬镍铁(注册商标)粉末、铝粉末等。导电体粉末并未限于金属粉末，例如可以是CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)等含有碳纤维和树脂的粉末，也可以是其他的具有导电性的粉末。
制造装置1具备作业台(保持部)4、上下方向位置调整机构5、毛刷部(限制部)6、第一移动机构(限制部移动机构)7以及射线枪(能量施加部)8。
作业台4例如呈板状，配置有作为三维部件3的原料的金属粉末2。作业台4上的金属粉末2例如以层状分为多次而配置。将作业台4上的金属粉末2的层叠物记为粉末床25。作业台4在俯视中呈如矩形形状。作业台4能够在Z方向(上下方向)上移动，根据金属粉末2的层数而依次下降。在作业台4的外周设置有对作业台4的移动进行引导的导向部9。导向部9以与作业台4的外形对应的方式呈方筒状。方筒状的导向部9以及作业台4呈箱形并形成收纳粉末床25的收纳部。作业台4在导向部9的内侧能够在Z方向上移动。
上下方向位置调整机构5例如是齿轮齿条方式的驱动机构，是能够使作业台4在Z方向上移动的结构。上下方向位置调整机构5包括连结于作业台4的底面并向下方延伸的棒状的上下方向部件(齿条)10、用于驱动该上下方向部件10的驱动源11。
作为驱动源11能够使用例如电动电机。在电动电机的输出轴上设置齿轮，在上下方向部件10的侧面设置与齿轮啮合的齿形。电动电机驱动，齿轮旋转而传递动力，上下方向部件10在上下方向上移动。通过使电动电机的旋转停止，上下方向部件10被定位，确定作业台4的Z方向位置并保持该位置。上下方向位置调整机构5并未限于齿轮齿条方式的驱动机构，例如也可以是具备滚珠丝杠、气缸等其他驱动机构的结构。上下方向位置调整机构5能使保持部下降且在上下方向上保持保持部的位置。
毛刷部6配置于作业台4的上方，使载置于作业台4的粉末床25的最上层的表面(上面)2a平整。毛刷部6能够在与Z方向相交的Y方向(第一方向)上移动，使粉末床25的表面2a平整。毛刷部6的下端部抵接于粉末床25的表面2a而使高度均匀。毛刷部6在X方向(第二方向)上具有预定的宽度，与作业台4的X方向的全长对应。X方向是与Z方向以及Y方向相交的方向。制造装置1可以是代替毛刷部而具备滚轮部、板状部件等的其他限制部的结构。限制部只要是能够使粉末床25的表面平整的结构即可。
第一移动机构7例如是齿轮齿条方式的驱动机构，使毛刷部6在Y方向上移动。第一移动机构7包括在X方向的两侧沿Y方向延伸的一对导轨12、安装于毛刷部6的驱动源13。在本实施方式中，涂敷粉末的涂敷机构包括限制部以及第一移动机构。第一移动机构7使毛刷部6相对于粉末床25相对地移动。
作为驱动源13能够使用例如电动电机。在电动电机的输出轴上设置齿轮，在一个导轨12上设置与齿轮啮合的齿形(齿条)。一对导轨12如相对于制造装置1的机箱(框体)进行安装。在毛刷部6上设置沿另一导轨12旋转移动的从动轮。电动电机驱动而齿轮旋转，毛刷部6沿导轨12在Y方向上移动。
射线枪8从作业台4的上方对金属粉末2照射放射线而使金属粉末2熔融。射线枪8能够移动至预定的位置，根据位置照射放射线而使金属粉末2局部性地熔融。射线枪8作为能量束而照射放射线。制造装置1可以是代替射线枪8而具备其他能量施加部的结构。能量束可以是电子束等的带电粒子束，也可以是激光束。能量施加部是例如通过电子束法(EBM：Electron Beam Melting)使导电体粉末熔融的结构，能量施加部并未限于由电子束法进行的结构。能量施加部可以是由如作为能量束向导电体粉末照射激光光束而使导电体粉末熔融的激光熔融法(SLM：Selective Laser Melting)、通过向粉末照射激光光束而烧结导电体粉末的激光烧结法(SLS：selective laser sintering)等进行的结构。能量施加部也可以是通过其他方法对导电体粉末施加能量加热导电体粉末而使导电体粉末熔融或烧结并固化(固化)的结构。
制造装置1包括进行该制造装置1的控制的控制部14。控制部14控制上下方向位置调整机构5、第一移动机构7以及射线枪8。控制部14是由CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)以及RAM(Random Access Memory)等的计算机硬件、存储于ROM中的程序等的软件构成的电脑。控制部14控制上下方向位置调整机构5，控制作业台4的Z方向的位置。控制部14控制第一移动机构7，控制毛刷部6的移动。控制部14控制射线枪8，控制射线的照射位置以及照射时间等。
在此，如图2所示，制造装置1包括对三维部件3的表层部3a进行探伤的探伤装置(探伤器)15。探伤装置15具备探头16、计算部17、电源电路18以及显示部19。
探头16安装于毛刷部6，能够与毛刷部6一起在Y方向上移动。第一移动机构7兼作使探头16在Y方向上移动的探头移动机构。探头16的底面16a配置于比毛刷部6的下端6a靠上方。在探头16的底面16a与粉末床25的表面2a之间形成有间隙。探头16相对于金属粉末2以及三维部件3不接触。探头16在扫描方向上配置于毛刷部6的后侧。在图1以及图2中，扫描方向例如是从左侧向右侧的方向。并且，扫描方向并未限于该方向，可以是任何方向。
如图3所示，探头16在与作为扫描方向的Y方向相交的X方向上延伸。探头16包括在X方向上排列配置的多个线圈单元20。线圈单元20在X方向上例如配置8个。在探头16上，使排列于X方向上的多个线圈单元20为一列。多个线圈单元20沿在X方向上延伸的假想直线X1～X4而成为一列。在探头16中，在Y方向上排列而配置多列(例如，4列)。假想的直线X1～X4在Y方向上离开地配置。探头16例如具备共计32个线圈单元20。探头16的线圈单元20被收纳于如呈箱形的壳体内。
多个线圈单元20沿假想的直线T而配置。直线T相对于X方向以及Y方向倾斜地配置。多个线圈单元20沿直线T例如每四个四个配置。多个线圈单元20在X方向上配置于分别不同的位置。多个线圈单元20在从Y方向观察的情况下可以无间隙地配置。
在图3中表示在Y方向上延伸的假想直线Y1～Y4。直线Y1～Y4在X方向上离开地配置。在直线X1以及直线Y1的交点上配置线圈单元20A。在直线X2以及直线Y2的交点上配置线圈单元20B。在直线X3以及直线Y3的交点上配置线圈单元20C。在直线X4以及直线Y4的交点上配置线圈单元20D。多个线圈单元20包括线圈单元20A～20D。在直线Y1～Y4上分别配置一个线圈单元20。在探头16上，在扫描方向上，在线圈单元20的后方未配置其他的线圈单元20。直线X1～X4在Y方向上以X4、X3、X2、X1的顺序配置。直线Y1Y4在X方向上以Y4、Y3、Y2、Y1的顺序反复配置。直线X1～X4之间的间隔比直线Y1～Y4之间的间隔大。直线T之间的X方向上的间隔比直线X1～X4之间的间隔大。
如图4所示，线圈单元20具备励磁线圈21、一对检测线圈22、铁氧体磁芯(铁芯)23。励磁线圈21从电源电路18供给交流电流并产生磁场，在三维部件3的表层部3a中产生涡电流。励磁线圈21例如绕在Z方向上延伸的轴线形成。
一对检测线圈22配置于励磁线圈21的内侧。检测线圈22绕例如在Z方向上延伸的轴线形成。在检测线圈22的内侧配置铁氧体磁芯23。铁氧体磁芯23例如呈板状并在Z方向上延伸。铁氧体磁芯23既可以是圆柱状，也可以是方柱状。
一对检测线圈22从Z方向观察，在Y方向邻接地配置，以一部分在X方向上重合的方式，X方向中的位置偏离地配置。即，一对检测线圈22在从Y方向观察时，以在X方向上局部互相重合、剩余部分不重合的方式配置。一对检测线圈22检测由表层部3a的涡电流引起的磁场的变化。
在表层部3a上有缺陷的情况下，在涡电流的流动中产生变化由此而磁场变化，因此通过利用检测线圈22检测磁场的变化而能够检测缺陷的有无。在一对检测线圈22中的一个检测磁场的变化、另一个未检测到磁场变化的情况下，通过计算由这些检测的信号的差量而能够高精度地检测磁场的变化。通过计算由多个检测线圈22检测的信号的差量，在探头通过缺陷上时信号的差量最大，因此能够抑制电力的干扰而能够高精度地检测缺陷。
作为由检测线圈22检测到的缺陷会存在如溶入不良、裂纹、融着、气孔(空隙)等。
计算部17与一对检测线圈22电连接，计算由一对检测线圈22检测到的信号的差量。计算部17是由CPU、ROM以及RAM等的计算硬件、存储于ROM中的程序等的软件构成的电脑。计算部17可以是与控制部14分别构成的结构，也可以是包含于控制部14中的结构。
电源回路18向励磁线圈21供给交流电流。向励磁线圈21供给的交流电流的频率可以是例如500kHz～2MHz，也可以是其他频率。通过向励磁线圈21供给交流电流，在三维部件3的表层部3a中产生涡电流。表层部3a包括三维部件3的表面以及表面附近的内部部分，例如可以包括从表面至深度1mm的区域。表层部可以是包括例如至深度2mm的区域，也可以是包括至其他深度的区域。在探头16中，作为三维部件3的表层部3a可探伤至金属粉末2的多层(例如5层)的深度。
显示部19显示与从计算部17输出的探伤结果相关的图像信息。显示部19能够通过浓淡显示存在缺陷的位置以及不存在缺陷的位置。图5以及图6表示关于探伤结果的图像信息的一例。在图5以及图6中表示相对于在表层部设置有缺陷的试件进行探伤的结果。在图5以及图6中加深表示检测信号的差量大的区域。例如，在图5中，在X方向上75mm、Y方向上65mm的位置上存在缺陷，在图6中，在X方向上60mm、Y方向上30mm的位置上存在缺陷。即使关于形状不连续部，也由于信号的差量会变大，在图5以及图6中用加深的颜色表示。
其次，关于三维部件的制造方法(三维层叠造形物制造方法)进行说明。图7是表示三维部件的制造方法的顺序的流程图。三维部件的制造方法例如使用制造装置1执行。
在本实施方式中，首先形成第一层的粉末层。在此，向作业台4上供给第一层的金属粉末2，使毛刷部6向Y方向移动而使粉末床25的表面2a平整(步骤S1)。该步骤S1包含于涂敷金属粉末2的涂敷工序。金属粉末2例如从未图示的粉末储存罐中向作业台4上供给。
其次，进行向作业台4上的金属粉末2照射射线而熔融的熔融工序(能量施加工序)(步骤S2)。代替熔融工序，可以进行向导电体粉末局部地施加能量而烧结导电体粉末的烧结工序(能量施加工序)。例如可以在涂敷工序(步骤S1)之后、能量施加工序(步骤S2)之前，执行对金属粉末2施加能量而升温的预备加热工序。在步骤S2结束之后，使作业台4下降(步骤S3)。通过使作业台4下降，确保用于将第二层的金属粉末2层叠的空间。
其次，形成第二层(第N+1层)的粉末层。在此，在已熔融的第一层(第n层)金属粉末2固化之后，向作业台4上(第n层的金属粉末上)供给第二层(n+1层)的金属粉末2，使毛刷部6在Y方向上移动，使金属粉末2的层叠物(第n+1层)的表面2a平整(步骤S4)。该步骤S4包含于涂敷金属粉末2的涂敷工序中。此时，在使毛刷部6移动时进行探伤工序(步骤S5)。例如，使第二层(第n+1层)的金属粉末2的表面2a平整，并且执行对第一层(第n层)的表层部3a的探伤工序。
在探伤工序中，进行励磁工序以及检测工序。在探伤工序中，例如可以关于一层量的表面层3a执行。在探伤工序中，例如可以关于多层(2～4层量)的表层部3a执行。例如通过多次反复进行熔融工序(能量施加工序)、作业台下降工序以及使金属粉末平整的工序，在将包括多层的表层部3a造形之后，关于该多层的表层部3a可以统一进行探伤工序。例如，在多次执行熔融工序、作业台下降工序以及使金属粉末平整工序且最后的使金属粉末工序平整时，关于多层的表层部3a可以统一地进行探伤工序。
在励磁工序中，向励磁线圈21供给电流而产生磁场，在表层部3a中产生涡电流。在励磁工序中，对于多个励磁线圈21的每个，励磁顺序可以不同。在励磁工序中，例如，可以根据扫描方向中的励磁线圈21的位置改变励磁的顺序。在励磁工序中可以对图3所示的直线X1～X4上的线圈单元20的每一个设定励磁顺序。
在励磁工序中，例如可以以直线X1上的线圈单元20A、直线X2上的线圈单元20B、直线X3上的线圈单元20C、直线X4上的线圈单元20D的顺序对励磁线圈21励磁。对励磁线圈21励磁的顺序也可以是其他顺序。例如可以以直线X1上的线圈单元20A、直线X3上的线圈单元20C、直线X2上的线圈单元20B、直线X4上的线圈单元20D的顺序对励磁线圈21励磁。
在直线X1～X4中相互相同的直线上排列的多个线圈单元20可以同时励磁。即，例如，首先同时对直线X1上的多个线圈单元20A励磁。其次，同时对直线X2上的多个线圈单元20B励磁。其次，同时对直线X3上的多个线圈单元20C励磁。其次，同时对直线X4上的多个线圈单元20D励磁。以下，可以反复进行相同的励磁。
如果使相互在相同的直线X1～X4上邻接的线圈单元20之间的间隔(直线T之间的X方向中的间隔)为充足的距离，则即使同时对该相邻的线圈单元20励磁，也能够抑制相对于该线圈单元20彼此相互的检测的电磁型的不良影响。
在检测工序中，检测表层部3a中的磁场的变化。在检测工序中，检测因表层部3a的涡电流的变化而导致的磁场的变化。例如在表层部3a中存在缺陷、形状不连续部等的情况下，涡电流迂回地变化而使磁场变化。
在检测工序中，计算部17计算由一对检测线圈22检测的信号的差量。计算部17基于该计算出的结果生成显示检查结果的图像信息。表示检查结果的图像信息向显示部19输出并显示。在表示检查结果的图像信息中，可以表示缺陷的位置、大小、方向等。
其次，基于检查结果判断缺陷的有无(步骤S6)。这里，计算部17基于由一对检测线圈22检测的信号的差量既可以判断缺陷的有无，也可以使用者观察显示部19中显示的图像信息而判断缺陷的有无。
在未检测出缺陷的情况下，进入步骤S9，在检测到缺陷的情况下，进入步骤S7。
在步骤S7中进行修补工序。在此，例如，再次供给金属粉末而使缺陷部熔融并固化。然后，再次执行探伤工序(步骤S8)。这里的探伤工序例如与步骤S5相同，既可以对表层部3a的整面进行探伤，也可以仅对与修补的部分对应的区域进行探伤。
其次，再次返回至步骤S6，判断缺陷的有无。在确认没有缺陷之后进入步骤S9。在步骤S9中，关于三维部件3的全层判断结束制造且部件是否完成。例如，关于按照设计的层数判断制造是否结束。在三维部件的制造没有结束的情况下，返回步骤S2。在该步骤S2中，相对于在上述的步骤S4中形成的第二层(第n+1层)的金属粉末(粉末层)局部性地施加能量进行熔融。以下，反复相同的工序进行三维部件3的制造。
探伤装置15的探头16具备在与扫描方向相交的X方向上排列而配置的多个线圈单元20。在探伤装置15中，通过使探头16在扫描方向上移动，能够探伤在X方向上宽阔的范围，能够削减探伤时间。由于能够探伤制造中的三维部件3的表层部3a，因此在确认表层部3a中没有缺陷的基础上，能进一步层叠金属粉末2而制造三维部件3。在探头16中，一对检测线圈22在扫描方向上排列而配置，配置于在Y方向上重合的位置。在探伤装置15中，通过计算用一对检测线圈22检测的信号的差量，能够降低因干扰而导致的影响、高精度地检测缺陷。在表层部3中检测到缺陷的情况下，能够在修补该缺陷之后再次层叠金属粉末2而制造三维部件3。由此，不需要在三维部件3的制造结束之后进行探伤，接收该结果而修补三维部件3的内部的缺陷。
在制造装置1中，探头16的底面16a配置于比毛刷部6的下端6a靠上方。由此，探头16相对于金属粉末2非接触便能够对三维部件3的表层部3a进行探伤。由于探头16相对于金属粉末2为非接触，因此能够防止已层叠的金属粉末2的混乱而降低缺陷产生的可能性。探头16由于相对于三维部件3为非接触，因此能够降低三维部件3的损伤的可能性。
探头16由于在毛刷部6的移动方向上配置于毛刷部6的后侧，因此在通过毛刷部6使金属粉末2平整之后在金属粉末2上通过。因此，能够进一步降低探头16接触金属粉末2的可能性。
在制造装置1中，由于探头16安装于毛刷部6，因此能够通过第一移动机构7使探头16与毛刷部6一起移动。由此，不需要分别进行毛刷部6的移动、探头16的移动，能够缩短作为包括检查工序整体的制造时间。
一直以来，在涡电流探伤法(Eddy Current Testing：ECT)中，由于对金属进行反应，因此担忧由于金属粉末而使探头的灵敏度降低。可是，发明者发现几乎没有金属粉末的粒子间的电连接、在三维部件的表层部的探伤中没有堆积于其上的金属粉末的影响。
在探头16中，在扫描方向上延伸的直线Y1～Y4上，在一个线圈单元20的后方没有配置其他的线圈单元20。由此，在扫描方向上能够降低对由后方的励磁线圈21进行的励磁以及由检测线圈22进行的检测的影响。在探头16中，能抑制线圈单元20彼此带来电磁的不良影响。因此，能够在探头16上配置多个线圈单元20地对X方向上宽阔的范围进行探伤。
在励磁工序中，根据扫描方向中的线圈单元20A～20D的位置变更由励磁线圈21进行的励磁的顺序。由此，能够抑制在扫描方向上靠近的线圈单元20彼此的干涉。例如，由线圈单元20B进行的励磁以及检测难以受到由靠近的线圈单元20A产生的励磁的影响。在励磁工序中，通过在励磁顺序上下功夫，能抑制线圈单元20彼此受电磁的不良影响。因此，能够在探头16上配置多个线圈单元20地对X方向上宽阔的范围进行探伤。
在上述的第一实施方式中，使毛刷部6以及探头16相对于粉末床25移动，但是，也可以使毛刷部6以及探头16静止，使粉末床25移动。例如，可以在X方向以及Y方向上使保持粉末床25以及三维部件3的作业台4以及导向部9移动。
“相对于粉末床25使毛刷部6相对地移动”包括“在使作业台4静止的状态下使毛刷部6移动的情况”以及“在使毛刷部6静止的状态下使作业台4移动的情况”。“相对于三维部件3的表层部3a使探头16相对地移动”包括“在使作业台4静止的状态下使探头16移动的情况”、及“在使探头16静止的状态下使作业台4移动的情况”。
其次，参照图8关于第二实施方式的探头31进行说明。探头31与探头16不同的点是X方向的长度以及线圈单元20的个数不同的点。探头31与探头16相比，在X方向上短。在探头31中，在X方向上例如配置4个线圈单元20。在图8中表示相对于X方向以及Y方向倾斜地延伸的假想直线T1～T4。在直线T1～T4上分别配置4个线圈单元20A～20D。
具备探头31的探伤装置可以具备使探头31在X方向以及Y方向上移动的探头移动机构。探头移动机构包括在Y方向上延伸的第一导轨、在X方向上延伸的第二导轨。探头移动机构使第二导轨沿第一导轨移动，使探头31沿第二导轨移动。该探头移动机构可以是具备如齿轮齿条方式的驱动机构的结构。探头移动机构例如可以是具备气缸或滚珠丝杠等的其他驱动机构的结构。
图9是表示探头31的移动路径的俯视图。粉末床25模拟导轨部9的形状，在俯视中例如呈矩形形状。三维部件3存在于粉末床25中。探头31的X方向的长度比粉末床25的X方向的长度短。探头31的Y方向的长度比粉末床25的Y方向的长度短。在图9中，用箭头表示探头31的移动路径。
在探伤工序开始前，探头31配置于与粉末床25的一个角部对应的位置。在探伤工序中，探头31在X方向上移动，执行励磁工序以及检测工序。探头31以粉末床25的X方向的长度量移动。接着，探头31在Y方向上移动。例如，根据探头31的Y方向的长度使探头31移动。其次，探头31在X方向上向与前一次相反的方向移动。该移动时，执行励磁工序以及检测工序。探头31再次向Y方向移动。如此，一边使探头31移动一边执行励磁工序以及检测工序。在此，例如相对于粉末床25的全部面积，执行励磁工序以及检测工序。探头的移动路径并未限于沿直线的路径，也可以是沿圆弧而弯曲的路径。在探伤工序中，使粉末床25静止，使探头31移动。由此，使探头31相对于粉末床25相对地移动。
例如，在励磁工序中，在使探头31在X方向上(向右)移动的情况下，能够以图8所示的直线T1上的线圈单元20、直线T2上的线圈单元20、直线T3上的线圈单元20、直线T4上的线圈单元20的顺序进行由励磁线圈21进行的励磁。同样，在励磁工序中，在使探头31在X方向上向反向(向左)移动的情况下，能够以直线T4上的线圈单元20、直线T3上的线圈单元20、直线T2上的线圈单元20、直线T1上的线圈单元20的顺序进行由励磁线圈21进行的励磁。在励磁工序中，也可以以其他顺序进行励磁。
探头31的移动路径并未限于图9所示的路径。例如，可以为如下的变形例。在探伤工序的开始前，探头31配置于与粉末床25的一个角部对应的位置。在探伤工序中，探头31在Y方向上移动，执行励磁工序以及检测工序。探头31以粉末床25的Y方向的长度的量进行移动。接着，探头31在X方向上移动。例如，使探头31与探头31的X方向的长度对应地移动。其次，探头31在Y方向上向与前一次相反的方向移动。在该移动时，执行励磁工序以及检测工序。探头31再次在X方向上移动。如此，一边使探头31移动一边执行励磁工序以及检测工序。在该情况下，线圈单元20的励磁的顺序可以为与第一实施方式相同的顺序。
图10是表示探头31的其他移动路径的俯视图。在图10中，用箭头表示探头31的移动路径。三维部件3配置在粉末床25中。三维部件3的X方向的长度根据Y方向的位置并不恒定，会不同。三维部件3的Y方向的长度根据X方向的位置并不恒定，会不同。
在探伤工序中，可以根据三维部件3的形状使探头31移动。在探伤工序中，例如在粉末床25的整体上可以不使探头31移动。在探伤工序中，可以仅与三维部件3存在的部分对应地使探头31移动。作为图8所示的探头31的变形例，多个线圈单元20可以是未沿直线X1～X4配置的结构。例如，可以是具备沿相对于X方向倾斜的多个直线排列而配置的多个线圈单元20的探头。
其次，参照图11，关于第三实施方式的制造装置41进行说明。制造装置41在保持圆形的粉末床42的方面、保持粉末床42的作业台旋转的方面上与第一实施方式的制造装置1不同。在制造装置41的说明中，与上述实施方式相同的说明省略。
制造装置41具备保持圆形的粉末床42的作业台以及导向部43。导向部43呈圆筒状。作业台配置在导向部43内，能升降。三维部件以及粉末床42存在于作业台上。制造装置41包括使作业台绕中心O旋转的作业台旋转机构。作业台旋转机构能够具备例如电动电机、旋转轴、齿轮、动力传动带等。
制造装置41包括对作业台(粉末床42)上的供给区域供给金属粉末2(形成粉末层)的粉末供给部(涂敷机构)。该粉末供给部包括毛刷部6。毛刷部6从中心O向作业台的径向延伸。在制造装置41中，通过作业台旋转，粉末床42以及三维部件移动。导向部43例如与作业台一起旋转。在图11中，用箭头表示作业台的旋转方向R。作业台可以是向与旋转方向R相反的方向旋转的机构。毛刷部6的长度例如与作业台或导向部43的半径的长度对应。毛刷部例如比作业台或导向部43的直径长。
制造装置41包括能量施加部。能量施加部与第一实施方式中的能量施加部相同，例如可以是作为能量束照射电子束的射线枪(电子枪)，也可以是作为能量束照射激光束的激光照射部。能量施加部对作业台(粉末床42)上的照射区域照射能量束。照射区域相对于粉末供给部设置于旋转方向R中的下游侧。
制造装置41包括具备探头16的探伤装置44。探头16的较长方向沿作业台的径向配置。探头16在作业台的旋转方向R上配置于毛刷部6的后方。探头16的X方向的长度例如与作业台或导向部43的半径长度对应。探头16可以是如比作业台或导向部43的直径长的结构。探头16的长度既可以与毛刷部6的长度相同，也可以比毛刷部6的长度短。探头16既可以安装于毛刷部6，也可以配置于与毛刷部6离开的位置。探头16可以兼作限制部。
在制造装置41中，能够使能量施加工序、粉末供给工序(使导电体粉末的上面平整的工序)以及探伤工序按该顺序反复进行。在能量施加工序中，一边使作业台旋转一边向金属粉末2施加能量而使金属粉末2熔融或烧结。在粉末供给工序中，对作业台上的供给区域供给金属粉末2。在探伤工序中，对作业台上的三维部件的表层部进行探伤。
在这样的制造装置4中，由于作业台旋转，因此能够使毛刷部6相对于作业台上的粉末床42相对地移动。由此，能够使粉末床42的表面平整。同样，探伤装置44相对于作业台上的三维部件能够相对地移动。由此，使用探头16能够探伤三维部件。在该情况下，与作业台的旋转方向R的相反方向为扫描方向。该扫描方向并不是沿直线的方向，为沿圆弧弯曲的曲线的方向。可以是探头16兼作毛刷部6的结构。制造装置41通过使作业台旋转，使毛刷部6以及探头16相对于粉末床42相对地移动，可以使作业台静止，使毛刷部6以及探头16相对于粉末床42移动。
图12是第四实施方式的制造装置45的俯视图。制造装置45与第三实施方式的制造装置41不同的方面是代替探头16而具备探头31的方面。制造装置45包括具备探头31的探伤装置46。探头31是上述第二实施方式中记载的探头。探头31在较长方向(图示X方向)中比毛刷部6短。探头31相对于毛刷部6能在较长方向上移动。制造装置45可以包括使探头31在作业台的径向上移动的探头移动机构。探头移动机构可以具备如电动电机、液压缸、齿轮齿条、导轨、滚珠丝杠等。
例如，在作业台上配置呈圆筒形的三维部件3。探头移动机构能够使探头31在三维部件3上移动。在探伤工序中，通过使作业台旋转，能够使探头31相对于三维部件3相对地移动而进行探伤。探伤装置46可以在三维部件3的圆周方向上使探头31相对地移动而进行探伤。
图13以及图14是表示第五实施方式的制造装置51的图。制造装置51与图11所示的第三实施方式的制造装置41不同的方面是保持在中央形成有开口部的粉末床42的方面。形成于粉末床42的中央的开口部在Z方向上贯通。作业台4在俯视中呈圆环状。导向部43具备呈圆筒形的外壁43a以及内壁43b。在外壁43a与内壁43b之间的区域上配置粉末床42以及三维部件3。
制造装置51具备支撑毛刷部6以及探头16的支撑部52。支撑部52例如呈棒状，在Z方向上延伸。支撑部52以贯通粉末床42的中央的开口部的方式配置。例如，探头16的中央部侧的端部连结于支撑部52。支撑部52在俯视中例如以与内壁43b接触的方式配置。支撑部52例如既可以配置于作业台4的中心O，也可以配置于外壁43a的外侧。
在制造装置51中，能够使作业台4以及导向部43旋转移动。探伤装置44能够使用探头16对粉末床42探伤。探头16可以是兼作毛刷部的结构。在制造装置51中，代替探头16，可以是具备探头31的解耦股。探头31例如能够沿毛刷部6向粉末床42的径向移动。
本发明并未限于上述实施方式，能在不脱离本发明的宗旨的范围内进行下述的多种变形。
在上述实施方式中，关于探头安装于限制部的结构进行说明，但也可以是探头未安装于限制部的结构。探头也可以被其他部件支撑，通过使探头在扫描方向上移动的探头移动机构而能移动。探头的扫描方向既可以与限制部的移动方向相同，也可以是与限制部的移动方向相交的方向。扫描方向并未限于一个方向，可以为多个方向。例如，可以是具备扫描方向不同的多个探头的结构。
可以是在限制部的移动方向上的两侧配置探头的结构。例如，在图2中，在毛刷部6向右侧移动的情况下，能够通过设置于毛刷部6的左侧的探头16进行探伤。在毛刷部6向左侧移动的情况下，能够通过设置于毛刷部6的右侧的探头16进行探伤。
在上述实施方式中，探头安装于限制部，但探头既可以安装于限制部的前侧的也可以内置于限制部。可以是探头自身作为使导电体粉末平整的限制部而发挥功能的结构。只要探头相对于三维层叠造形物离开地配置而非接触即可。
在上述实施方式中，作业台4为矩形，但作业台4并未限于矩形的形状。制造装置1例如具备圆形的作业台以及圆形的导向部，可以包括通过这些作业台以及导向部构成的圆形的收纳部。
在步骤S1、S4中形成粉末层的结构并未限于上述实施方式。限制部可以是将供给的导电体粉末的量限制为恒定的量、并能够使层叠物的表面平整的结构。制造装置1例如具备一边向一方向移动一边供给恒定量的导电体粉末的供给部，可以是在供给部上安装探头的结构。例如，在作业台4的上方，通过一边使供给部在第一方向上移动一边供给粉末，成为与形成粉末层一并地进行由探伤器进行的探伤的结构。
探头并未限于安装于限制部的结构。探头可以是追踪限制部的移动而移动并进行探伤的结构。探头可以是与限制部的移动无关地进行移动的结构。制造装置可以是不具备限制部的结构。
本发明的制造装置以及制造方法并未限于粉床方式的结构。制造装置以及制造方法可以是粉末沉积的方式。该情况下，能够在喷射导电体粉末(材料)的材料喷射部(喷嘴)上设置探头。能够与材料喷射部一起移动探头。由此，能够从材料喷射部喷射导电体粉末，在熔融或烧结之后，通过探头进行探伤。
在粉末沉积的方式中，探头并未限于安装于材料喷射部的结构。例如，可以是分别具备使探头移动的探头移动机构、使材料喷射部移动的材料喷射部移动机构的结构。例如，可以是在从材料喷射部离开的位置上配置探头的结构。由此，即使在光束照射时材料喷射部的温度上升，也能够抑制从材料喷射部向探头的导热。其结果，能抑制探头的温度上升。探头可以是追踪材料喷射部的移动而移动并进行探伤的结构。探头例如可以是与材料喷射部的移动无关系地进行移动的结构。
在上述实施方式中，关于具备在励磁线圈21的内侧配置于重合于扫描方向的位置的一对检测线圈的探头16(探伤器)进行说明，但一对检测线圈22也可以不配置于重合于扫描方向的位置。一对检测线圈22可以配置于在与扫描方向相交的方向上重合的位置上。重合于扫描方向的位置包括以一对检测线圈22的一部分重合于扫描方向的方式配置的情况。例如，一对检测线圈22的中心位置彼此在与扫描方向相交的方向上可以不配置于相同的位置上。探伤器可以是在励磁线圈21的内侧配置三个以上的检测线圈22的结构。
在上述实施方式中，关于使用在励磁线圈21的内侧配置一对检测线圈22的探头16、31的制造装置1、41、45、51以及三位层叠造形物制造方法进行说明，但在制造装置1、41、45、51以及三位层叠造形物制造方法中，能够使用其他探头进行探伤。例如，既可以使用在励磁线圈的内侧配置一个检测线圈的探头进行探伤，也可以使用在励磁线圈的外侧配置检测线圈的探头进行探伤。
产业上的可利用性
根据本发明的几个方案，能够提供一种在三维层叠造形物的制造中能够对该三维层叠造形物进行探伤的三维层叠造形物制造装置、三维层叠造形物制造方法以及探伤器。
符号说明
1、41、45、51—制造装置(三维层叠造形物制造装置)，2—金属粉末(导电体粉末)，3—三维部件(三维层叠造形物)，3a—表层部，4—作业台(保持部)，5—上下方向位置调整机构，6—毛刷部(限制部)，7—第一移动机构(限制部移动机构、探头移动机构)，8—射线枪(能量施加部)，15—探伤装置，16、31—探头(探伤器)，16a—探头的底面，20—线圈单元，21—励磁线圈，22—检测线圈，23—铁氧体磁芯(铁芯)，25、42—粉末床(金属粉体的层叠物)，X—X方向—(第二方向)，Y—Y方向—(第一方向)，Z—Z方向—(上下方向)。

Claims (14)

1.一种三维层叠造形物制造装置，其对导电体粉末局部地施加能量，使上述导电体粉末熔融或烧结并固化，从而制造三维层叠造形物，该三维层叠造形物制造装置的特征在于，
具备：
保持上述导电体粉末且保持已固化的上述三维层叠造形物的保持部；
对被上述保持部保持的上述导电体粉末施加能量的能量施加部；
相对于已固化的上述三维层叠造形物的表层部离开地配置且对上述表层部进行探伤的探头；以及
使上述探头相对于上述表层部相对地移动的探头移动机构，
上述探头包括在上述表层部上产生涡电流的励磁线圈和在上述励磁线圈的内侧排列地配置的一对检测线圈，上述一对检测线圈在从作为扫描方向的第一方向观察时，以在与第一方向相交的第二方向上局部互相重合、剩余部分不重合的方式配置。
2.根据权利要求1所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
还具备：
使被上述保持部保持的上述导电体粉末的上面平整的限制部；以及
使上述限制部相对于上述导电体粉末相对地移动的限制部移动机构。
3.根据权利要求2所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
上述探头的底面配置于比上述限制部的下端靠上方。
4.根据权利要求2或3所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
上述限制部移动机构兼作上述探头移动机构。
5.根据权利要求3所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
上述探头在上述限制部的移动方向上配置于上述限制部的后侧。
6.根据权利要求4所述的三维层叠造形物制造装置，其特征在于，
上述探头安装于上述限制部。
7.一种三维层叠造形物制造方法，其对导电体粉末局部地施加能量，使上述导电体粉末熔融或烧结并固化，从而制造三维层叠造形物，该三维层叠造形物制造方法的特征在于，
包括：
对上述导电体粉末施加能量而使上述导电体粉末熔融或烧结的能量施加工序；以及
使相对于已固化的上述三维层叠造形物的表层部离开地配置的探头相对地移动并对上述表层部进行探伤的探伤工序，
上述探伤工序包括使用探头在上述表层部上产生涡电流的励磁工序和检测上述表层部中的磁场的变化的检测工序，
上述探头包括在上述表层部上产生涡电流的励磁线圈和在上述励磁线圈的内侧排列地配置的一对检测线圈，上述一对检测线圈在从作为扫描方向的第一方向观察时，以在与第一方向相交的第二方向上局部互相重合、剩余部分不重合的方式配置。
8.根据权利要求7所述的三维层叠造形物制造方法，其特征在于，
还包括使限制部相对于上述导电体粉末相对地移动而使被保持部保持的上述导电体粉末的上面平整的工序。
9.根据权利要求8所述的三维层叠造形物制造方法，其特征在于，
在执行上述平整的工序时，执行上述探伤工序。
10.根据权利要求9所述的三维层叠造形物制造方法，其特征在于，
在上述探伤工序中，将上述探头的底面配置于比上述限制部的下端靠上方，使上述探头与上述限制部一起相对地移动，对上述表层部进行探伤。
11.根据权利要求10所述的三维层叠造形物制造方法，其特征在于，
在上述探伤工序中，在上述限制部的相对的移动方向中，在上述限制部的后侧配置上述探头，对上述表层部进行探伤。
12.根据权利要求7～11任一项所述的三维层叠造形物制造方法，其特征在于，
在执行多次上述能量施加工序之后，对多个层的上述表层部进行上述探伤工序。
13.一种探伤器，其对制造中的三维层叠造形物的表层物进行探伤，该探伤器的特征在于，
具备在与作为扫描方向的第一方向相交的第二方向上延伸的探头，
上述探头包括在上述第二方向上排列地配置的多个线圈单元，
上述线圈单元具备在上述表层部上产生涡电流的励磁线圈和在上述励磁线圈的内侧排列地配置的一对检测线圈，上述一对检测线圈在从第一方向观察时，以在第二方向上局部互相重合、剩余部分不重合的方式配置。
14.根据权利要求13所述的探伤器，其特征在于，
还具备相对于上述探头安装的限制部。
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