JP2015168877A - ３次元積層造形装置及び３次元積層造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】造形物の側面部を構成する各粉末層における２次元形状の端部を揃える３次元積層造形装置及び３次元積層造形方法を提供する。【解決手段】ステージに粉末試料７からなる粉末層２２を敷き詰め、３次元構造物のデータに基づき、ビームＬを照射するに際し、第１のビームＥＢをステージ上の粉末層に照射して粉末層を溶融し、その後、第１のビームＥＢよりも高エネルギーの第２のビームＬＢを、第１のビームＥＢにより形成された粉末層の溶融端部に照射するため、光ビーム走査Ａ６５を行う。【選択図】図４

Description

本発明は、粉末試料を薄く敷いた層を一層ずつ重ねて造形する３次元積層造形装置及び３次元積層造形方法に関する。

近年、粉末試料を薄く敷いた層（以下「粉末層」と表記する）を一層ずつ重ねて造形する３次元積層造形技術が脚光を浴びており、粉末試料の材料や造形手法の違いにより多くの種類の３次元積層造形技術が開発されている（例えば特許文献１を参照）。

図７は、従来技術に係る電子ビームを用いた３次元積層造形装置の概略断面図である。図７において、３次元積層造形装置１００のステージ１０５の移動方向（鉛直方向）をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な第１の方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な第２の方向をＹ方向とする。

３次元積層造形装置１００は、真空容器１０１の上部に電子銃１０２が装着されており、真空容器１０１の内部には筒状の造形枠台１０３が設けられている。造形枠台１０３の中央部に形成されたピット１１３ｐの下方にはＺ駆動機構１０４が設けられている。粉末台であるステージ１０５の下面に接続されたＺ軸部１０５ｄが、Ｚ駆動機構１０４によりＺ方向に駆動することにより、ステージ１０５が鉛直方向に移動する機構となっている。ステージ１０５の側端部には、耐熱性及び柔軟性のあるシール部材１０６が設けられており、シール部材１０６と造形枠台１０３の内面とのすべり面で摺動性と密閉性を持たせている。真空容器１０１内の雰囲気が図示していない真空ポンプにより排気されることで、真空容器１０１内は真空に維持されている。

真空容器１０１の内部には、金属粉末１０７が充填される線状漏斗１０８が設けられている。３次元積層造形装置１００は、線状漏斗１０８を移動させて、ステージ１０５の上面に金属粉末１０７を一層ずつ敷き詰める。３次元積層造形装置１００は、３次元構造部のデータに基づいて電子銃１０２から電子ビームを出射し、ステージ１０５上に敷き詰められた金属粉末１０７に対し、造形物１１０の一断面に相当する２次元形状だけを電子ビームで溶融、凝固させる。そして、このような金属粉末１０７の敷き詰め、溶融及び凝固を繰り返し、金属粉末１０７の層を一層ずつ高さ方向（Ｚ方向）に積み重ねることにより造形物を形成する。

特開２００１−１５２２０４号公報

ところで、図８に示すように、造形物１１０の側面部（２次元形状の端部に相当）の表面は、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度の積層ステップに依存した凹凸（一点鎖線で囲われた箇所）が形成される。凹凸が大きくなると、造形物としての表面粗さが実用的ではない。図９に示すように、造形物１１０上面の粉末層では、金属粉末１０７が密集した状態であるため、隣接する金属粉末１０７間で熱が伝導しやすい。そのため、電子ビームＥＢが照射された領域１２１よりも広い領域１２２が溶融する。しかし、線状漏斗１０８内の金属粉末１０７の充填具合や金属粉末１０７同士の接触具合等により熱伝導に差が生じてしまい、それに伴い溶融する領域１２２の形状及び大きさが変化する。

このような凹凸の問題を解決する方法として、敷き詰めた金属粉末にレーザービームを照射する３次元積層造形装置では、１０層程度の溶融及び凝固した粉末層（以下「粉末溶融層」と表記する）を積層する毎にエンドミル等による機械加工又は通常のレーザー加工を施す手法も開発されている。しかし、図８の造形物１１０と逆のテーパ形状である等、下層より上層にかけて２次元形状が大きくなっていく積層造形構造の場合、２次元形状の外周部の端部を考慮して１層毎に非常に浅い加工深さで加工する必要がある。これは、時間と加工精度の点で実用的ではない。

上記の状況から、造形物の側面部を構成する各粉末溶融層における２次元形状の端部を揃えることが望まれていた。

本発明の一態様では、ステージに粉末試料からなる粉末層を敷き詰め、３次元構造物のデータに基づき、第１のビームをステージ上の粉末層に照射して粉末層を溶融する。その後、第２のビームを、第１のビームにより形成された粉末層の溶融端部に照射する。

上記構成では、粉末層の第１のビームで生じた溶融端部を含む領域に第２のビームを照射することにより、粉末層の２次元形状の外周部の溶融端部が除去される。

本発明の少なくとも一つの実施の形態によれば、造形物の側面部を構成する各粉末溶融層における２次元形状の端部を揃えることができる。

本発明の一実施の形態に係る３次元積層造形装置の構成例（電子ビームを照射している状態）を示す概略断面図である。 一実施の形態に係る３次元積層造形装置の構成例（レーザビームを照射している状態）を示す概略断面図である。 一実施の形態に係る３次元積層造形装置の制御系を示すブロック図である。 一実施の形態に係る金属粉末の積層手順（その１）を示す説明図である。図４Ａは金属粉末に電子ビームを照射した状態、図４Ｂは電子ビームによる溶融及び凝固後の状態、図４Ｃは金属粉末にレーザービームを照射した状態、図４Ｄはレーザーアブレーション後の状態を示している。 一実施の形態に係る金属粉末の積層手順（その２）を示す説明図である。図５Ｅは図４Ｄのレーザーアブレーション後に金属粉末を敷き詰めた状態、図５Ｆは電子ビームによる溶融及び凝固後の状態、図５Ｇはレーザーアブレーション後の状態、図５Ｈは複数の粉末溶融層を積み重ねた状態を示している。 一実施の形態に係る積層造形物の側面部の凹凸を示す説明図である。 従来技術に係る３次元積層造形装置を示す概略断面図である。 図７の３次元積層造形装置による積層造形物の側面部の凹凸を示す説明図である。 図７の３次元積層造形装置により造形物上面（粉末溶融層）に電子ビームを照射した状態を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

［３次元積層造形装置の構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係る３次元積層造形装置の構成例（電子ビームを照射している状態）を示す概略断面図である。
図２は、一実施の形態に係る３次元積層造形装置の構成例（レーザビームを照射している状態）を示す概略断面図である。
図１及び図２において、３次元積層造形装置５０のステージ５の移動方向（鉛直方向）をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な第１の方向をＸ方向、Ｚ方向及びＸ方向に垂直な第２の方向をＹ方向とする。

図１に示すように、３次元積層造形装置５０は、真空容器１と、該真空容器１と電気的に接続された後述する造形制御装置６０（図３参照）を有する。
真空容器１の上部には、レンズ周辺部と中心部で走査速度が一定となるように補正する機能を持つｆθレンズ１ｗ（導入窓の一例）が密封処理を施して装着されている。そのｆθレンズ１ｗの上方には、ガルバノ走査ミラー１２が配置されている。ガルバノ走査ミラー１２は、光ファイバ１３を通じてレーザー光源１４（第２のビーム照射部の一例）と接続している。レーザー光源１４からレーザーアブレーション用のレーザービームが光ファイバ１３を介してガルバノ走査ミラー１２に導入され、ガルバノ走査ミラー１２から鉛直方向にあるｆθレンズ１ｗへ導出される。そして、ｆθレンズ１ｗでフォーカスされたレーザービームは、ステージ５上面の粉末層へ向けてほぼ垂直に照射される。レーザー光源１４は、パルス幅がピコ秒以下である高エネルギーのパルス状のレーザービームを出力する。

また真空容器１の上部の他の部分には、レーザービームＬＢに干渉しない程度に離れた位置且つ傾斜させた電子銃１１（第１のビーム照射部の一例）が装着されている。この電子銃１１からステージ５上面の粉末層へ向けてほぼ垂直に電子ビームが照射される。

真空容器１の内部には、例えば有底の円筒形状又は角筒形状の造形枠台３が設けられている。造形枠台３の中央部に形成されたピット３ｐの下方にはＺ駆動機構４（駆動部の一例）が設けられている。Ｚ駆動機構４には、例えばラック＆ピニオンやボールねじ等が用いられる。粉末台であるステージ５の下面に接続されたＺ軸部５ｄが、Ｚ駆動機構４によりＺ方向に駆動することにより、ステージ５が鉛直方向に移動する機構となっている。ステージ５の側端部には、耐熱性及び柔軟性のあるシール部材６が設けられており、シール部材６と造形枠台３の内面とのすべり面で摺動性と密閉性を持たせている。真空容器１内の雰囲気が図示していない真空ポンプにより排気されることで、真空容器１内は真空に維持されている。

真空容器１の内部には、金属粉末７が充填される線状漏斗８が設けられている。線状漏斗８は、ステージ５の上方でステージ５の上面と平行な方向に移動可能に構成されている。３次元積層造形装置５０は、線状漏斗８を移動させて、ステージ５の上面に金属粉末７を一層ずつ敷き詰める。線状漏斗８の排出口は、当該線状漏斗８の移動方向（例えばＸ方向）に垂直な方向（例えばＹ方向）に延在し、金属粉末７が移動方向の中心から所定幅でステージ５に敷き詰められる。本実施の形態では、粉末供給部として線状漏斗を用いたが、ステージ５に粉末試料を敷き詰められるものであればよい。

３次元積層造形装置５０には、遮蔽部材１６を含むシャッタ機構が設けられている。金属粉末７に電子ビームを照射して金属粉末７を溶融させる際には、金属蒸気やフラッシング(溶解微粒子の飛散)が発生するため、ステージ５の上方に設けられたｆθレンズ１ｗが金属粉末７で汚染される。シャッタ機構は、ｆθレンズ１ｗをその汚れから防ぐためのものであり、遮蔽部材１６をステージ５の上方の遮蔽位置（図１の状態）及びそれ以外の位置（図２の状態）へ移動させる機能を有する。

シャッタ機構は、遮蔽部材１６と、軸部１７と、ガイド孔が穿設された軸出し用のガイド部材１８と、蛇腹状の密封部材１９とを備える。軸部１７は、密封部材１９と、真空容器１の側壁に形成された孔に嵌装されたガイド部材１８とに挿通され、その一端が遮蔽部材１６に固定されている。軸部１７が挿通された密封部材１９の一端１７ａは、軸部１７の所定位置に固定され、その他端は、ガイド部材１８の端部に固定されている。密封部材１９は、軸部１７の移動方向に応じて伸縮するものであればよく、蛇腹状に限られない。このような密封部材１９の構造により、軸部１７は、ガイド部材１８のガイド孔に摺動して、Ｘ方向（又はＹ方向）へ移動する。軸部１７の他端には、不図示の駆動手段が接続されており、駆動手段により軸部１７に接続された遮蔽部材１６がステージ５の上方の位置及びそれ以外の位置へ移動する。駆動手段には、例えばカム、エアシリンダ、ラック＆ピニオン等が用いられる。

遮蔽部材１６によって金属粉末７を遮蔽できない部分には、ｆθレンズ１ｗの汚れを抑制する位置に、カバー部材１５が設けられている。カバー部材１５は、ピット３ｐと造形枠台３の上面の一部を覆うような形状である。本実施の形態では、線状漏斗８は、カバー部材１５の内側に配置されている。カバー部材１５は、開口部１５ｃを有し、開口部１５ｃが造形枠台３の上面と対向するように配置されている。カバー部材１５は、電子銃１１から出射される電子ビームＥＢが通過する開口部１５ａと、レーザービームＬＢが通過する開口部１５ｂが形成されている。遮蔽部材１６がステージ５の上方の遮蔽位置（図１の状態）にいるときは、カバー部材１５の開口部１５ｂが閉塞され、遮蔽部材１６が遮蔽位置にない（図２の状態）ときは、カバー部材１５の開口部１５ｂが開放される。

［３次元積層造形装置の制御系］
図３は、３次元積層造形装置５０の制御系（造形制御装置６０）を示すブロック図である。
３次元積層造形装置５０は、真空容器１と電気的に接続された造形制御装置６０を有する。造形制御装置６０は、通信インターフェース（図３では「通信Ｉ／Ｆ」と表記している）２１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２４、Ｚ駆動制御部２５、漏斗駆動制御部２６、電子銃駆動制御部２７、レーザー駆動制御部２８、シャッタ駆動制御部２９を備える。

通信インターフェース２１は、図示しない通信ネットワークを介して、所定の形式に従った情報の送受信を行なうインターフェースである。例えば、通信インターフェース２１としてシリアルインターフェースが適用される。

ＲＯＭ２２は、ＣＰＵ２４が実行する造形プログラムや造形物１０のパラメータ等を記憶する不揮発性の記憶部である。ＲＡＭ２３は、データを一時的に記憶する揮発性の記憶部であり、作業領域として使用される。なお、ＲＯＭ２２に記憶される造形プログラムや造形物１０のパラメータ等のデータを、不揮発性の大容量記憶装置に記憶するようにしてもよい。

ＣＰＵ２４は、ＲＯＭ２２に記憶された造形プログラムをＲＡＭ２３に読み出し、この造形プログラムに従い、各部の処理及び動作を制御する。ＣＰＵ２４は、システムバスを介して、各部と相互にデータを送信及び／又は受信可能に接続されている。ＣＰＵ２４、ＲＯＭ２２及びＲＡＭ２３は、制御部の一例である。

Ｚ駆動制御部２５は、ＣＰＵ２４の制御の下、Ｚ駆動機構４の動作を制御する。漏斗駆動制御部２６は、ＣＰＵ２４の制御の下、線状漏斗８の動作を制御する。

電子銃駆動制御部２７は、ＣＰＵ２４の制御の下、電子銃２から出射する電子ビームの強度及び照射位置を制御する。また、レーザー駆動制御部２８は、ＣＰＵ２４の制御の下、レーザー光源１４及びガルバノ走査ミラー１２の駆動を制御することで、レーザービームの強度及び照射位置を制御する。

シャッタ駆動制御部２９は、ＣＰＵ２４の制御の下、軸部１７を駆動させる不図示の駆動部を制御することで、遮蔽部材１６の位置を切り替える。

上記のように構成される３次元積層造形装置５０は、造形物１０を造形する際に、ステージ５に敷き詰めた粉末層に対し、電子ビームＥＢと該電子ビームより高エネルギーのレーザービームＬＢとを適宜切り替えて照射する。

［３次元積層造形装置の動作］
以下、図４及び図５を参照して、３次元積層造形装置５０の動作を説明する。
図４は、金属粉末７の積層手順（その１）を示す説明図である。図４Ａは金属粉末に電子ビームを照射した状態、図４Ｂは電子ビームによる溶融及び凝固後の状態、図４Ｃは金属粉末にレーザービームを照射した状態、図４Ｄはレーザーアブレーション後の状態を示している。
図５は、金属粉末７の積層手順（その２）を示す説明図である。図５Ｅは図４Ｄのレーザーアブレーション後に金属粉末を敷き詰めた状態、図５Ｆは電子ビームによる溶融及び凝固後の状態、図５Ｇはレーザーアブレーション後の状態、図５Ｈは複数の粉末溶融層を積み重ねた状態を示している。

３次元積層造形装置５０のＣＰＵ２４が、ＲＯＭ２２から造形プログラムを読み出して実行し、造形制御装置６０内の各部を制御することにより造形物１０が形成される。

３次元積層造形装置５０では、まず電子ビームの照射により、ステージ５及びその周囲の雰囲気を余熱する。次に、ＣＰＵ２４は、Ｚ駆動制御部２５に指令を出し、Ｚ駆動機構４により、ステージ５を造形枠台３の上面よりＺ方向に所定の距離ΔＺ分下がった位置に配置する。そして、ＣＰＵ２４は、漏斗駆動制御部２６に指令を出し、線状漏斗８により、厚さΔＺ分の金属粉末７を、線状漏斗８の移動方向の中心から所定幅でステージ５に敷き詰める。

次に、ＣＰＵ２４は、ＲＯＭ２２等に予め準備された３次元構造物のデータから、３次元構造物をΔＺ間隔でスライスした２次元形状のデータを取得する。そして、２次元形状のデータに基づいて、電子銃駆動制御部２７に指令を出し、金属粉末７の粉末層の領域３１に対し電子銃２から電子ビームＥＢを出射する。このとき、図４Ａに示すように、粉末層の電子ビームＥＢが照射された領域３１に周囲に熱が伝導し、領域３１よりもよりも広い領域３２に対応する金属粉末７が溶融する。この電子ビームを照射時には、ＣＰＵ２４は、シャッタ駆動制御部２９に指令を出して遮蔽部材１６を遮蔽位置（図１）に移動させ、ｆθレンズ１ｗの汚染を防止するようにする。なお、粉末層に電子ビームＥＢを斜めから照射するため、フォーカスが大きくずれる場合には電子ビームの走査に連動してフォーカス調整を行うとよい。

１層分の粉末層が溶融及び凝固した後は、図４Ｂに示すように、粉末層の電子ビームが照射された領域（２次元形状の端部）の周囲に加工痕であるエッジ部１０ａ（溶融端部の一例）が形成される。領域３１の形状及び大きさは粉末層内の金属粉末７の状態によって変わるため、エッジ部１０ａの形状及び大きさは、領域３１ごとに不揃いである。この溶融及び凝固した粉末層（粉末溶融層）に対応する２次元形状の全周にわたって、エッジ部１０ａが形成される。

その後、ＣＰＵ２４は、シャッタ駆動制御部２９に指令を出して遮蔽部材１６を遮蔽位置から移動させ、開口部１５ｂを開放する。また、電子ビームをオフ状態、又は予熱状態にする。そして、ＣＰＵ２４は、レーザー駆動制御部２８に指令を出し、レーザー光源１４からのレーザービームＬＢを光ファイバ１３を介してガルバノ走査ミラー１２に導入し、ｆθレンズ１ｗを介してレーザービームＬＢをエッジ部１０ａに掛かるように照射する（図４Ｃ）。ガルバノ走査ミラー１２は、レーザービームＬＢを当該粉末溶融層に対応する２次元形状の全周にわたって走査する。

レーザービームＬＢの照射により、当該粉末溶融層に対応する２次元形状の全周にわたるエッジ部１０ａを含む領域にレーザーアブレーションが発生する。レーザービームＬＢが照射された粉末溶融層の２次元形状のエッジ部１０ａを含む領域は、レーザーアブレーションにより昇華する。例えば１パルスのレーザービームＬＢで、当該粉末溶融層の照射領域が昇華する。レーザーアブレーションでは、照射面の物質が原子、分子、プラズマ等の状態となって爆発的に放出され、照射面がエッチングされる。それにより、図４Ｄに示すように、エッジ部１０ａを含む領域に対応する部分に、レーザービームＬＢの径より少し大きい半球状の穴が形成され、その穴の縁の一部は造形物１０にかかっている。穴の深さはほぼΔＺに相当する。その穴の縁により２次元形状のデータで与えられる端部１０ｂが形成され、ほぼデータ通りの２次元形状が構築できる。

その後、ＣＰＵ２４は、Ｚ駆動制御部２５に指令を出し、Ｚ駆動機構４によりステージ５をΔＺ分下げる。次に、ＣＰＵ２４は、漏斗駆動制御部２６に指令を出し、ΔＺ分の金属粉末７を直前に敷き詰められた粉末層（下層）の上に敷き詰める。その際に、図５Ｅに示すように、レーザーアブレーションで昇華して形成された粉末溶融層の穴にも金属粉末７が充填される。

次に、ＣＰＵ２４は、シャッタ駆動制御部２９に指令を出して、再び遮蔽部材１６を遮蔽位置に移動させ、開口部１５ｂを遮蔽する。そして、ＣＰＵ２４は、電子銃駆動制御部２７に指令を出し、新たに敷き詰められた粉末層に相当する２次元形状に対応する領域の金属粉末７に電子ビームＥＢを照射し、金属粉末７を溶融及び凝固させる。このとき、図５Ｆに示すように、電子ビームＥＢが照射された領域（２次元形状の端部）の周囲に新たなエッジ部１０ａが形成される。

次に、ＣＰＵ２４は、シャッタ駆動制御部２９に指令を出して遮蔽部材１６を遮蔽位置から移動させ、開口部１５ｂを開放する。また、ＣＰＵ２４は、電子銃駆動制御部２７及びレーザー駆動制御部２８に指令を出し、電子ビームをオフ状態、又は予熱状態にし、レーザービームＬＢをエッジ部１０ａに掛かるように照射する。レーザービームＬＢが照射された粉末溶融層の２次元形状のエッジ部１０ａを含む領域は、レーザーアブレーションにより昇華する。それにより、図５Ｇに示すように、レーザービームＬＢの径より少し大きい半球状の穴が形成され、その穴の縁により２次元形状のデータで与えられる端部１０ｂが形成される。

このような金属粉末７の敷き詰め、電子ビームＥＢ及びレーザービームＬＢによる溶融及び凝固の工程を繰り返し、金属粉末７の層を一層ずつ高さ方向（Ｚ方向）に積み重ねることにより、複数の粉末溶融層からなる造形物１０が形成される。造形物１０は、図５Ｈに示すように、積層ステップごとに端部１０ｂが形成される。なお、レーザーアブレーションにより形成される穴がレーザービームＬＢの光軸を中心としてほぼ半円のため、図５Ｈ（図４Ｄ、図４Ｇ）に示すような、積層ステップごとに円弧状の小突起１０ｃが形成される。

図６は、造形物１０の側面部の凹凸を示す。
造形物１０は、図６に示すように、その側面部（２次元形状の外周部の端部に相当）の表面に、例えば０．１〜０．５ｍｍ程度の積層ステップに依存した凹凸（一点鎖線で囲われた箇所）を有する。この凹凸の凸部は、小突起１０ｃに相当する。しかし、現実的には尖った小突起１０ｃは他の物体と接触するなどにより丸められるため、造形物１０の側面部はほぼ平坦に造形される。

上述した実施の形態によれば、ステージに敷き詰めた金属粉末７の粉末層を電子ビームＥＢで確実に溶融した後、２次元形状の外周部に対応する、電子ビームＥＢにより生じたエッジ部１０ａを含む領域に、レーザービームＬＢを照射し、レーザーアブレーションで昇華させる。このとき、２次元形状のデータ基づいて、エッジ部１０ａの先端から少し内側に２次元形状の端部１０ｂが形成されるような位置に、レーザービームＬＢを照射する。このように、電子ビームＥＢで生じたエッジ部１０ａを含む領域にレーザービームＬＢを照射することにより、２次元形状の外周部のエッジ部１０ａが除去される。すなわち、造形物１０の側面部を構成する各粉末溶融層における２次元形状の端部を揃える仕上げが行なわれる。それゆえ、側面部の表面がほぼ平坦で精度の高い造形物１０が形成される。

［変形例］
なお、上述した一実施の形態において、粉末試料として金属粉末を用いたが、樹脂やその他の材料からなる粉末でもよい。望ましくは高融点の粉末試料であるとよい。

また、一実施の形態において、高エネルギービームとして電子ビームとレーザービームを用いた構成を例示したが、例えば電子ビームに代えてイオンビームを用いてもよい。

また、一実施の形態において、図１のｆθレンズ１ｗの位置に導入窓として透過窓レンズを配置し、透過窓レンズとガルバノ走査ミラー１２との間にｆθレンズを配置するようにしてもよい。

以上、本発明は上述した各実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、応用例を取り得ることは勿論である。
例えば、上記した実施の形態例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態例の構成の一部を他の実施の形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態例の構成に他の実施の形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態例の構成の一部について、他の構成の追加、置換、削除をすることが可能である。

１…真空容器、 ３…造形枠台、 ３ｐ…ピット、 ４…Ｚ駆動機構、 ５…ステージ（粉末台）、 ７…金属粉末、 ８…線状漏斗、１０…造形物、 １１…電子銃、 １２…ガルバノ走査ミラー、 １３…光ファイバ、 １４…レーザー光源、 １５…カバー部材、１５ａ〜１５ｃ…開口部、 ２４…ＣＰＵ、 ２５…Ｚ駆動制御部、 ２６…漏斗駆動制御部、 ２７…電子銃駆動制御部、 ２８…レーザー駆動制御部２８、 ２９…シャッタ駆動制御部、 ５０…３次元積層造形装置、 ６０…造形制御装置

Claims (7)

1. 粉末試料からなる粉末層が敷き詰められるステージと、
   第１のビームを発生する第１のビーム照射部と、
   前記第１のビームよりも高エネルギーの第２のビームを発生する第２のビーム照射部と、
   ３次元構造物のデータに基づき、前記第１のビームを前記ステージ上の粉末層に照射して該粉末層を溶融し、その後、前記第２のビームを、前記第１のビームにより形成された前記粉末層の溶融端部に照射するよう制御する制御部と、を備える
   ３次元積層造形装置。
2. 前記粉末層の溶融端部は、前記３次元構造物の前記粉末層に相当する２次元形状の外周部である
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
3. 前記第２のビームは、前記３次元構造物の前記粉末層に相当する２次元形状のデータに基づいて、前記溶融端部の先端よりも内側に前記２次元形状の端部が形成されるような位置に照射される
   請求項２に記載の３次元積層造形装置。
4. 前記第２のビーム照射部は、前記ステージに対し垂直方向に配置され、前記第２のビームを前記ステージにほぼ垂直に入射させ、
   前記第１のビーム照射部は、前記第２のビームに干渉しない位置に傾斜して配置され、前記第１のビームを前記ステージに斜めに入射させる
   請求項３に記載の３次元積層造形装置。
5. 前記ステージと、前記第１のビーム照射部とを格納する真空容器と、
   前記真空容器の上部に配置された、前記第２のビームを前記真空容器の内部に導入する導入窓と、
   前記導入窓と前記ステージとの間に配置され、前記第２のビームを遮蔽する遮蔽位置と他の位置に移動可能な遮蔽部材と、をさらに備え、
   前記制御部は、前記第１のビームを前記ステージ上の粉末層に照射するときは、前記遮蔽部材を前記遮蔽位置に移動し、前記第２のビームを前記ステージ上の粉末層に照射するときは、前記遮蔽部材を前記遮蔽位置ではない位置に移動させる
   請求項１乃至４のいずれかに記載の３次元積層造形装置。
6. 前記第１のビームは、電子ビームであり、
   前記第２のビームは、パルス状のレーザービームである
   請求項１乃至５のいずれかに記載の３次元積層造形装置。
7. ステージに粉末試料からなる粉末層を敷き詰め、
   ３次元構造物のデータに基づき、第１のビームを前記ステージ上の前記粉末層に照射して該粉末層を溶融し、
   その後、前記第１のビームよりも高エネルギーの第２のビームを、前記第１のビームにより形成された前記粉末層の溶融端部に照射する
   ３次元積層造形方法。

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