JP2015182419A - 三次元積層造形装置及び三次元積層造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】適切な造形条件で積層造形を行うこと。【解決手段】三次元積層造形装置５０は、積層造形部１と制御部４０と記憶部４２を備える。制御部４０は、特定の領域毎に電子ビームＢ１を制御するためのビーム制御データ６４を記憶し、かつ、溶融データベース６１から条件参照符号を参照して抽出された造形条件が格納される抽出造形条件データ６５を記憶部４２から読み出して積層造形部１に転送する。積層造形部１は、Ｚ軸ステージ３５に所定の積層厚さで敷き詰められた粉末試料３３に電子ビームＢ１をスキャンして造形物の積層造形を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、金属粉体からなる粉末試料に電子ビームを照射して積層造形を行う三次元積層造形装置及び三次元積層造形方法に関する。

ステージ上に敷き詰めた樹脂粉末からなる粉末層にレーザ光を照射して樹脂粉末を溶融させ、この樹脂粉末が凝固した層を積み重ねて立体物を造形する光造形装置が広く知られている。近年は、ステージ上に敷き詰めた粉末試料の表面の特定領域に電子ビームを照射して試料を加工及び改質することで、粉末試料が溶融、凝固した層を積み重ねる積層造形を行って立体物を造形する三次元積層造形装置が用いられている。このような三次元積層造形装置として、例えば、電子ビーム描画装置、電子ビーム加工装置、集束イオンビーム装置がある。

ここで、電子ビームにより積層造形を行う三次元積層造形装置を用いた積層造形処理の流れについて説明する。
図１０は、従来の三次元積層造形システム１１０の構成例を示す。

従来の三次元積層造形システム１１０は、三次元積層造形装置１００、ＣＡＤ（Computer Aided Design）が搭載されたＣＡＤ計算機１１１、及びデータ変換処理部１１３を備える。三次元積層造形装置１００は、積層造形部１０１、制御部１０２、表示部１０３、記憶部１０４及び入力部１０５を備える。

ＣＡＤ計算機１１１は、ユーザがＣＡＤで設計した造形物の形状を表示部１１１ａに表示し、造形物の形状を定める三次元造形データ１１２をデータ変換処理部１１３に出力する。データ変換処理部１１３は、三次元造形データ１１２を所定の積層厚さで水平方向にスライスした積層データに基づき、電子ビームＢ２のスキャン方法を規定したビーム制御データ１０６を生成し、記憶部１０４に記憶させる。

制御部１０２は、造形条件変更画面を表示部１０３に表示する。この造形条件とは、例えば、積層造形部１０１が造形する形状の輪郭部や造形しない部分（仮焼結部分）等をどのようなビーム電流値とした電子ビームＢ２で造形するかを定めるものである。ユーザは、造形条件変更画面を見ながら入力部１０５を操作して、造形条件を手動で決定し、変更することができる。造形条件の設定又は変更は、積層造形部１０１による造形を開始する前、又は造形中に行うことができる。

そして、積層造形部１０１は、決定された造形条件に従い、ビーム制御データ１０６に基づく積層造形を行う。このとき、積層造形部１０１は、電子銃１０１ａが発射した電子ビームＢ２をレンズ１０１ｂによって偏向し、Ｚ軸ステージ１０１ｃに敷き詰めた粉末試料に電子ビームＢ２をスキャンする。そして、積層造形部１０１は、電子ビームＢ２のスキャンによる粉末試料の溶融、凝固と、粉末試料の積層とを繰り返し行い、目的とする造形物を作成する。

このような三次元積層造形装置の一例として、特許文献１に開示されたものが知られている。この特許文献１には、粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成し、この硬化層を積み重ねて所望の造形物を製造する技術が開示されている。

特開２００１−１５２２０４号公報

ところで、三次元造形データ１１２は、三次元ＣＡＤで用いられる一般的なデータフォーマットで作成される。しかし、ビーム制御データ１０６は、積層造形部１０１に特有のフォーマットで作成されており、一旦作成されたビーム制御データ１０６を修正することができない。このため、積層造形部１０１がユーザの手動で決定された造形条件に従って積層造形を行っている間、ユーザは常に積層造形部１０１の近くで造形状況を観察し、管理する必要があった。例えば、６０μｍの積層厚さとした粉末試料を溶融しなければならないのに、ビーム電流値が４０μｍの積層厚さの粉末試料を溶融するときの低い値が設定されていれば、ビーム電流値を高くするようにユーザがビーム電流値を変更していた。

しかし、従来、ユーザが造形条件変更画面を通じて変更する造形条件は、ビーム制御データ１０６に従って積層造形部１０１が造形する形状とは関係なく決定されていた。このため、誤った造形条件に変更されると、造形精度が低くなり、高価な粉末試料で造形された造形物が破棄されることがあった。また、積層造形部１０１が積層造形を行っている間は、ユーザの感覚に頼らなければ、どのタイミングでどのように造形条件を変更するかを判断することができず、適切な造形条件に変更できない場合があった。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、適切な造形条件で積層造形を行うことを目的とする。

本発明は、制御部が、特定の領域毎に荷電粒子ビームを制御するためのビーム制御データ、及び溶融データベースから参照符号を参照して抽出された造形条件が格納される抽出造形条件データを積層造形部に転送する。そして、積層造形部が、特定の領域毎にビーム制御データに格納される参照符号に基づいて抽出造形条件データから読み出した造形条件に従って、ステージに所定の積層厚さで敷き詰められた試料に荷電粒子ビームをスキャンして積層造形を行う。

本発明によれば、積層造形部は、ビーム制御データに格納される参照符号に基づいて抽出造形条件データから読み出した適切な造形条件で積層造形を行うことができる。

本発明の一実施の形態例に係る三次元積層造形装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態例に係る三次元積層造形システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態例に係る溶融データベースの構成例を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例に係る造形物の立体形状と層断面形状の関係を示す斜視図である。図４Ａは、造形物の立体形状を示し、図４Ｂは、造形物の層断面形状を示す。 図４Ｂに示した１層目の層断面形状を造形するために積層造形部が電子ビームをスキャンする様子を示す説明図である。 本発明の一実施の形態例に係る積層造形装置が扱うデータの構成例を示す説明図である。図６Ａは、ビーム制御データの構成例を示し、図６Ｂは、抽出造形条件データの構成例を示す。 本発明の一実施の形態例に係る三次元積層造形システムの全体の動作例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態の変形例に係る異なる金属種で積層造形される造形物の例を示す説明図である。図８Ａは、積層方向に異なる金属種の粉末試料を用いて積層造形した造形物の例を示し、図８Ｂは、各層の面内方向に異なる金属種の粉末試料を用いて積層造形した造形物の例を示す。 本発明の一実施の形態の変形例に係るビーム制御データの例を示す説明図である。図９Ａは、図８Ａに示した造形物を積層造形するためのビーム制御データの構成例を示し、図９Ｂは、図８Ｂに示した造形物を積層造形するためのビーム制御データの構成例を示す。 従来の積層造形システムの構成例を示すブロック図である。

［１．一実施の形態例］
以下、本発明の一実施の形態例に係る三次元積層造形装置について、図１〜図７を参照して説明する。
この三次元積層造形装置では、最適な造形条件で積層造形を行うための三次元積層造形方法が実現される。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

＜１−１．三次元積層造形装置の構成＞
図１は、三次元積層造形装置５０の構成図である。
三次元積層造形装置５０は、電子ビームＢ１を利用することにより高速かつ高精度に複雑な形状の立体物（例えば、高強度な金属部品）を積層造形することが可能である。

この三次元積層造形装置５０は、積層造形部１と、各系を制御する制御部４０と、電子ビームＢ１のビーム電流値等を表示する表示部４１と、制御プログラム等を記憶する記憶部４２と、制御部４０に指示を与える入力部４３と、真空ポンプ４４とを備える。

積層造形部１は、電子銃１０と、所定のビーム径に集束された電子ビームＢ１を粉末試料３３上でスキャンする電子光学系２０、Ｚ方向に移動可能なＺ軸ステージ３５上に粉末試料３３を供給する試料供給系３０を備える。電子銃１０、電子光学系２０、試料供給系３０は、真空ポンプ４４によって真空引きされた造形チャンバー３２内に設置される。

熱電子放出型の電子銃１０は、カソード１１、ウェネルト電極１２、及びアノード１３を備えており、Ｚ軸ステージ３５に向けて電子ビームＢ１を放出する。

電子光学系２０は、レンズ２１、偏向器２２を備える。
レンズ２１は、電磁的な作用により電子銃１０から放出された電子ビームＢ１をさらに集束し、電子ビームＢ１の焦点をＺ軸ステージ３５上に結ばせる。偏向器２２は、レンズ２１を通過した電子ビームＢ１をＺ軸ステージ３５上の所定位置でスキャンさせる。

試料供給系３０は、粉末試料格納庫３１、粉末積層アーム３４を備える。
上述したように造形チャンバー３２の内部は、チタン、アルミニウム、銅等の金属粒子からなる粉末試料３３の劣化を防止するために、真空ポンプ４４により真空引きしてある。そして、Ｚ軸ステージ３５は、粉末試料３３の一層単位で鉛直方向に移動可能である。Ｚ軸ステージ３５上には、水平方向に移動可能な粉末積層アーム３４によって粉末試料３３が所定の高さ（例えば、粉末試料３３の粒径）で敷き詰められる。

ここで、積層造形部１の動作について説明する。
まず、真空ポンプ４４が造形チャンバー３２の内部を真空引きした後、粉末試料格納庫３１がＺ軸ステージ３５に粉末試料３３を供給する。そして、粉末積層アーム３４が水平方向に移動し、粉末試料３３をＺ軸ステージ３５上に均一に敷きつめる。その後、電子銃１０が電子ビームＢ１をＺ軸ステージ３５上の粉末試料３３に向けて照射する。

このとき、カソード１１は、不図示の加熱電源によって加熱されて熱電子を放出する。ウェネルト電極１２は、不図示のバイアス電源によって印加された負の電位であるバイアス電圧により、カソード１１の熱電子放出領域を制御して、熱電子を集束する。アノード１３は、不図示の加速電源によって印加された加速電圧により、カソード１１が放出した熱電子を加速する。この加速された熱電子が電子ビームＢ１として用いられる。

この電子ビームＢ１は、電子光学系２０によって所定の位置に制御され、Ｚ軸ステージ３５上の粉末試料３３を高温で溶融する。溶融された粉末試料３３は、電子ビームＢ１が通過した後、凝固する。電子ビームＢ１によってＺ軸ステージ３５上に所定の形状が造形されると、Ｚ軸ステージ３５は、粉末試料３３の一層分だけ降下する。そして、積層造形部１は、試料供給系３０による粉末試料３３の供給及び敷き詰めと、電子銃１０、電子光学系２０による粉末試料３３の溶融及び凝固を繰り返し、造形物３６を造形する。

＜１−２．三次元積層造形システムの構成＞
次に、三次元積層造形装置５０を含めた全体のシステム構成を説明する。
図２は、三次元積層造形システム６０の構成例を示す。
この三次元積層造形システム６０は、三次元積層造形装置５０の他に、ＣＡＤ計算機１１１、溶融データベース６１、補正処理部６２、データ変換処理部６３を備える。

上述した図１０に示したようにＣＡＤ計算機１１１は、表示部１１１ａにＣＡＤで設計された造形物の形状を表示し、三次元造形データ１１２を出力する。三次元造形データ１１２のフォーマットは、一般的なＣＡＤフォーマットである。

溶融データベース６１は、予め実験等によって求めた、様々な種類の金属、積層厚さの粉末試料３３を溶融し、積層造形するために最適な造形条件を格納している。この造形条件は、後述する図３に示すように条件参照番号と呼ばれる参照符号によって一意に特定することが可能である。

補正処理部６２は、ＣＡＤ計算機１１１から入力する三次元造形データ１１２に基づいて、粉末試料３３に応じた造形条件を自動的に決定し、溶融データベース６１から参照符号を参照して抽出した造形条件を格納する抽出造形条件データ６５を作成する。また、補正処理部６２は、造形シミュレーションを実施し、三次元造形データ１１２を補正する。そして、補正処理部６２は、補正後の三次元造形データ１１２に抽出造形条件データ６５を付与する。

補正処理部６２が造形シミュレーションを実施するのは以下の理由による。すなわち、ＣＡＤで設計した大きさの造形物３６を作成するために、積層造形部１が電子ビームＢ１をスキャンして粉末試料３３を積層造形しても、積層した粉末試料３３の熱や自重によって造形物３６に歪みが生じ、意図した造形物３６を作成できない場合がある。

このため、補正処理部６２は、造形シミュレーションを実施し、事前に分かっている粉末試料３３や造形物３６の温度、溶融時間、溶融状況の影響を踏まえて、積層した粉末試料３３の熱や自重による歪みの影響を三次元造形データ１１２から取り除く補正を行う。これにより、造形物３６の造形精度を維持することができる。そして、従来のように、ユーザが積層造形部１に造形条件を設定した後は、造形チャンバー３２から完成した造形物を取り出さなければ意図した通りに造形できたか分からないという事態を避けることができる。

なお、補正処理部６２は、粉末試料３３の溶融条件を計算し、電子ビームＢ１の造形条件（例えば、ビーム電流値）を導出して、抽出造形条件データ６５の造形条件を補正することもできる。

データ変換処理部６３は、補正処理部６２から入力した補正後の三次元造形データ１１２を、特定の領域毎に電子ビームＢ１を制御するためのビーム制御データ６４に変換し、このビーム制御データ６４を記憶部４２に記憶させる。このとき、抽出造形条件データ６５も記憶部４２に記憶される。

ビーム制御データ６４は、三次元造形データ１１２を所定の積層厚さでスライスしたｎ層の層断面形状を造形するために、電子ビームＢ１をどのように粉末試料３３にスキャンするかを積層造形部１に指示するために用いられる。このビーム制御データ６４のデータフォーマットは、三次元積層造形装置５０で用いられるビーム制御データフォーマットである。

ビーム制御データフォーマットは、電子ビームＢ１をスキャンする特定の領域毎に、積層造形部１が抽出造形条件データ６５から造形条件を参照するための条件参照番号と、スキャン開始位置及びスキャン終了位置を規定したものである。このビーム制御データフォーマットに格納される条件参照番号により、特定の領域（例えば、層）における造形条件が決定される。

制御部４０は、記憶部４２から一層毎に読み出したビーム制御データ６４と、まとめて読み出した抽出造形条件データ６５を積層造形部１に転送し、積層造形部１に積層造形を行わせる。なお、ユーザは、入力部４３を用いて、補正処理部６２が自動的に導出した造形条件を一部変更するような外部入力を行うことができる。また、積層造形部１が積層造形を行っている途中にも造形条件を変更することもできる。ただし、この変更処理は、補助的に行うものであり、必須ではない。

積層造形部１は、特定の領域毎にビーム制御データ６４に格納される参照符号に基づいて抽出造形条件データ６５から造形条件を読み出す。そして、積層造形部１は、読み出した造形条件に従って、Ｚ軸ステージ３５に所定の積層厚さで敷き詰められた粉末試料３３に電子ビームＢ１をスキャンし、層毎に粉末試料３３を溶融及び凝固させることにより、造形物３６の積層造形を行う。

＜１−３．溶融データベースの構成＞
次に、溶融データベース６１の構成例について説明する。
図３は、溶融データベース６１の構成例を示す。

溶融データベース６１は、条件参照番号フィールドと造形条件フィールドを備える。条件参照番号フィールドには、“０１”，“０２”，…，“１１”，…と昇順に条件参照番号が格納されている。造形条件フィールドには、条件参照番号フィールドに対応付けられた造形条件が格納されている。なお、条件参照番号と、造形条件とは、１対多の関係にある。

例えば、溶融データベース６１には、条件参照番号が“０１”であるとき、４０μｍの積層厚さとしたチタンアルミニウム合金（例えば、Ｔｉ６Ａｌ４）の粉末試料３３を加工して積層造形を行う場合の造形条件が格納される。そして、造形条件は、粉末試料３３の積層厚さ、電子ビームＢ１のビーム電流、造形部位Ａのビーム電流、造形部位Ｂのビーム電流といった造形パラメータを含んでいる。この造形条件には、さらに加速電圧、電子ビームＢ１のビーム径、スキャン速度、電子ビームＢ１のピッチ等の不図示の造形パラメータも含まれる。

同様に、条件参照番号が“０２”であるとき、６０μｍの積層厚さとしたチタンアルミニウム合金の粉末試料３３を加工して造形を行う場合の造形条件が溶融データベース６１に格納される。条件参照番号が“１１”であれば、粉末試料３３が銅である場合の造形条件、条件参照番号が“２１”であれば、粉末試料３３がＳＵＳ（ステンレス鋼）である場合の造形条件が溶融データベース６１に格納される。なお、条件参照番号が“０２”，“１１”，“２１”における造形条件は図示を省略する。

＜１−４．立体形状と層断面形状の関係＞
次に、三次元造形データ１１２によって表される造形物と、ビーム制御データ６４の関係について説明する。
図４は、造形物３６の立体形状と層断面形状の関係を示す。図４Ａは、造形物３６の立体形状を示し、図４Ｂは、造形物３６の層断面形状を示す。

図４Ａには、三次元造形データ１１２によって表された造形物３６の立体形状が示される。この造形物３６は、Ｘ方向に１００ｍｍ、Ｙ方向に２００ｍｍ、Ｚ方向に１６０ｍｍの直方体であることが分かる。

図４Ｂには、図４Ａに示した造形物３６の立体形状を水平方向に所定の積層厚さ（例えば、４０μｍ）でｎ層（ｎは整数）にスライスした造形物３６の層断面形状が示される。ここで、１層目の層断面形状に重ねて表示される矢印は、電子ビームＢ１を３回スキャンした場合における、各回のスキャン方向を表している。

図５は、図４Ｂに示した１層目の層断面形状を造形するために積層造形部１が電子ビームＢ１をスキャンする様子を示す。なお、図５に示す電子ビームＢ１のスキャンの様子は説明のために簡略化したものであり、実際には、層断面形状の輪郭部を先にスキャンしたり、層断面形状の輪郭内部をランダムスキャンしたりすることがある。

電子ビームＢ１の１回ごとのスキャンは、スキャン開始位置及び終了位置によって規定され、複数回のスキャンは、一定ピッチで行われる。ここでは、（Ｘ_０，Ｙ_０）をスキャン開始位置とし、（Ｘ_１，Ｙ_１）をスキャン終了位置とする。この場合、積層造形部１は、（Ｘ_０，Ｙ_０）＝（０，０）から（Ｘ_１，Ｙ_１）＝（１００，１００）に向けて電子ビームＢ１の１回目のスキャンを行う。また、積層造形部１は、（Ｘ_０，Ｙ_０）＝（０，４０）から（Ｘ_１，Ｙ_１）＝（１００，１４０）に向けて電子ビームＢ１の２回目のスキャンを行う。そして、積層造形部１は、（Ｘ_０，Ｙ_０）＝（０，８０）から（Ｘ_１，Ｙ_１）＝（１００，１８０）に向けて電子ビームＢ１の３回目のスキャンを行う。

＜１−５．ビーム制御データと抽出造形条件データの構成＞
図６は、積層造形装置５０が扱うデータの構成例を示す。図６Ａは、ビーム制御データ６４の構成例を示し、図６Ｂは、抽出造形条件データ６５の構成例を示す。

図６Ａに示すビーム制御データ６４には、条件参照番号と、スキャン開始位置及びスキャン終了位置と、層の終わりを示す符号（以下の説明では、「層の終わり」と表記する。）とが、層毎に繰り返し格納される。１層目に注目すると、先頭レコードには、条件参照番号として“０１”が格納される。そして、以降のレコードには、（Ｘ_０，Ｙ_０）と（Ｘ_１，Ｙ_１）の各座標値が繰り返し格納され、末尾レコードには、「層の終わり」が格納される。条件参照番号が格納される先頭レコードから、「層の終わり」が格納される末尾レコードまでのレコード群は、積層造形部１が、１層目を条件参照番号“０１”で示される造形条件で電子ビームＢ１のスキャンを行うことを指示するものである。

２層目以降についても、先頭レコードに条件参照番号が格納され、（Ｘ_０，Ｙ_０）と（Ｘ_１，Ｙ_１）のレコードが繰り返し格納され、末尾レコードに「層の終わり」が格納される。このため、積層造形部１は、条件参照番号で示されたレコード以降のレコード群に格納される（Ｘ_０，Ｙ_０）と（Ｘ_１，Ｙ_１）のスキャンに際して、層毎に条件参照番号で示された造形条件で造形を行うことができる。

図６Ｂに示す抽出造形条件データ６５の先頭レコードには、条件参照番号として“０１”が格納される。そして、以降のレコードには、補正処理部６２が溶融データベース６１から抽出した条件参照番号“０１”に対応する造形条件が格納されている。このため、制御部４０は、ビーム制御データ６４の各層の先頭レコードに格納される条件参照番号“０１”に対応する造形条件を、抽出造形条件データ６５から素早く読み出すことができる。

＜１−６．三次元積層造形システムの動作例＞
図７は、三次元積層造形システム６０の全体の動作例を示す。

始めに、ユーザは、ＣＡＤ計算機１１１を操作して、ＣＡＤにより目的とする造形物を設計する。ＣＡＤ計算機１１１は、三次元造形データ１１２を出力する（Ｓ１）。

次に、補正処理部６２は、ＣＡＤ計算機１１１から入力した三次元造形データ１１２を用いて、造形シミュレーションを実施し、三次元造形データ１１２を補正する（Ｓ２）。また、補正処理部６２は、積層造形部１が造形しようとする粉末試料３３や電子銃１０等の特性に応じた造形条件を溶融データベース６１から抽出し、この抽出した造形条件を抽出造形条件データ６５として、補正後の三次元造形データ１１２に付加する。

次に、データ変換処理部６３は、補正処理部６２によって補正された三次元造形データ１１２を、所定の積層厚さに応じてスライスし、ビーム制御データ６４を作成する（Ｓ３）。次に、制御部４０は、記憶部４２から読み出したビーム制御データ６４を積層造形部１に送る（Ｓ４）。

なお、表示部４１の造形条件変更画面には、制御部４０がビーム制御データ６４の造形条件が表示される。ユーザは造形条件変更画面を見ながら、造形条件の修正が必要か否かを判断する（Ｓ５）。修正が必要であれば、入力部４３により手動で造形条件を修正し（Ｓ６）、この修正した造形条件を抽出造形条件データ６５に格納される造形条件に反映する。例えば、輪郭部のビーム電流値を５０ｍＡから７０ｍＡに上げるような修正が行われる。また、ユーザは、造形条件変更画面以外の画面を用いて、積層造形部１に対して、直接造形条件を変更することも可能である。これにより、積層造形部１は、造形条件が変更された抽出造形条件データ６５に基づいて、変更された造形条件で積層造形を行うことができる。

ステップＳ５又はＳ６の処理の後、制御部４０は、ビーム制御データ６４及び抽出造形条件データ６５を積層造形部１に転送する。そして、積層造形部１は、制御部４０から転送されたビーム制御データ６４及び抽出造形条件データ６５に従って、積層造形を開始する（Ｓ７）。

上述したようにビーム制御データ６４の先頭レコードには、条件参照番号が格納されるため、積層造形部１は、条件参照番号が対応する抽出造形条件データ６５を読み込み、自動的に造形条件を変更する（Ｓ８）。

積層造形部１が積層造形を開始した後は、制御部４０が積層造形部１にビーム制御データ６４を遅延なく転送する。そして、積層造形部１は、転送されたビーム制御データ６４に格納された条件参照番号に従って、自動的に造形条件を切り替え、電子ビームＢ１のスキャンを制御し、積層造形を行う（Ｓ９）。

以上説明した一実施の形態例に係る三次元積層造形システム６０では、積層造形部１は、ビーム制御データ６４に格納された条件参照番号より、抽出造形条件データ６５から造形条件を参照する。そして、積層造形部１は、抽出造型条件６６に格納された造形条件で積層造形を行うことが可能である。このため、積層造形部１は、積層造形の精度を高めることができる。

また、ビーム制御データ６４は、補正処理部６２によって事前に造形シミュレーションが実施され、適切な補正がなされた三次元造形データ１１２を変換したものである。このため、積層造形部１は、造形物３６のサイズが大きくてもユーザが意図した通りの積層造形を行うことが可能となる。

また、ユーザは、積層造形の前、又は積層造形中に表示部４１に表示された造形条件変更画面を通じて抽出造形条件データ６５の造形条件を変更することができる。また、ユーザは、積層造形部１に対して、抽出造形条件データ６５を直接変更することもできる。このため、実際の積層造形において、より適切な造形条件に修正することが容易となる。

また、溶融データベース６１に格納される様々な造形条件の作成は、三次元造形データ１１２の作成とは独立して行われる。そして、補正処理部６２は、溶融データベース６１を用いた三次元造形データ１１２に基づく積層造形の造形シミュレーションを実施することで、造形条件を精密に調整することができる。

また、従来はビーム制御データ６４に誤りがあると、ビーム制御データ６４を再作成する作業が必要となる。しかし、ユーザは、造形条件変更画面を用いて、誤りがあったビーム制御データ６４を変更することができるため、ビーム制御データ６４を再作成しなくてもよい。

［２．変形例］
＜２−１．異なる金属種の粉末試料を用いて積層造形を行う例＞
なお、上述した実施の形態例では、同じ金属種の粉末試料３３で造形物３６を積層造形する例を説明したが、異なる金属種の粉末試料３３で造形物３６を積層造形することも可能である。以下、図８と図９を参照して説明する。

図８は、異なる金属種で積層造形される造形物の例を示す。図８Ａは、積層方向に異なる金属種の粉末試料３３を用いて積層造形した造形物３６Ａの例を示し、図８Ｂは、各層の面内方向に異なる金属種の粉末試料３３を用いて積層造形した造形物３６Ｂの例を示す。
図９は、ビーム制御データ６４の構成例を示す。図９Ａは、図８Ａに示した造形物３６Ａを積層造形するためのビーム制御データ６４の構成例を示し、図９Ｂは、図８Ｂに示した造形物３６Ｂを積層造形するためのビーム制御データ６４の構成例を示す。

図８Ａでは、粉末試料３３が１〜ｎ層まで積層造形された造形物３６Ａを示している。この造形物３６Ａでは、積層方向に２つの特定の領域が設定されている。そして、Ｚ方向に０〜８０ｍｍまでの第１の特定の領域はｍ層（ｍは整数）のチタンアルミニウム合金で積層造形され、Ｚ方向に８０〜１６０ｍｍまでの第２の特定の領域はｎ−ｍ層のＳＵＳで積層造形されるものとする。

図９Ａに示すように、１〜ｍ層までの第１の特定の領域は、条件参照番号“０１”に対応する造形条件で積層造形がされるが、ｍ＋１層目の先頭レコードには、条件参照番号に“２１”が格納される。このため、ｍ＋１〜ｎ層までの第２の特定の領域は、条件参照番号“２１”に対応する造形条件で積層造形がされることとなる。

図８Ｂにおいても、粉末試料３３が１〜ｎ層まで積層造形された造形物３６Ｂを示している。この造形物３６Ｂでは、面内方向に２つの特定の領域が設定されている。このため、一層毎のＹ方向に０〜１００ｍｍまでの第１の特定の領域はチタンアルミニウム合金で積層造形され、同じ層のＹ方向に１００〜２００ｍｍまでの第２の特定の領域は銅で層断面形状が造形される。

図９Ｂに示すように、１層分のレコード群には２つの条件参照番号“０１”，“２１”が記述されている。このため、１層の中に異なる金属種の粉末試料３３が含まれていても、積層造形部１は自動的に造形条件を変えて電子ビームＢ１をスキャンし、積層造形を行うことができる。

＜２−２．他の変形例＞
なお、面内方向における特定の領域には、同一の層内における層断面形状の輪郭部と輪郭内部を含めてもよい。そして、輪郭部と輪郭内部で造形条件を異ならせることも可能である。併せて、粒径が異なる粉末試料３３を用いて積層造形することも可能である。例えば、造形物の輪郭部には粒径が小さい粉末試料３３を用い、輪郭内部には粒径が大きい粉末試料３３を用いる。このとき、輪郭部と輪郭内部に異なる造形条件を設定すれば、積層造形部１は、粒径が小さい粉末試料３３に弱い電子ビームＢ１を照射し、粒径が大きい粉末試料３３に強い電子ビームＢ１を照射することが容易となる。これにより、従来は、粉末試料の１層単位で１種類の造形条件しか定めることができなかったことと比べて、複雑な形状の造形物を積層造形することが可能となる。

また、ビーム制御データ６４に、１回のスキャン毎に異なる条件参照番号を格納すれば、積層造形部１が１回のスキャン毎に異なる造形条件で電子ビームＢ１を照射することもできる。

また、積層造形部１には、造形条件変更画面４１を通じて事前に入力された積層造形部１毎に特有の造形条件が不図示のコンディション条件データに保存されている。このコンディション条件データのデータフォーマットは、上述したビーム制御データフォーマットと同じである。このため、制御部４０は、記憶部４２から読み出したビーム制御データ６４の条件参照番号に対応する、コンディション条件データから読み出した造形条件を抽出造形条件データ６５に格納されている造形条件に置き換えて、積層造形部１に積層造形を行わせることもできる。これにより、補正処理部６２だけでは事前に予測できないような造形条件の微調整を行い、造形精度を向上することが可能となる。

また、参照符号として、ビーム制御データフォーマットと溶融データベース６１で規定される条件参照番号を示したが、数字だけでなく、英字やその他の符号を組み合わせたものを参照符号として用いてもよい。

また、荷電粒子ビームとして、負電荷の電子ビームＢ１だけでなく、正電荷の粒子ビームを用いてもよい。

また、溶融データベース６１の効率的な検索が可能であれば、溶融データベース６１を記憶部４２にリンクさせたり、制御部４０又は積層造形部１から溶融データベース６１に直接アクセスしたりする構成としてもよい。

なお、本発明は上述した実施の形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…積層造形部、４０…制御部、４１…表示部、４２…記憶部、４３…入力部、５０…三次元積層造形装置、６０…三次元積層造形システム、６１…溶融データベース、６２…補正処理部、６３…データ変換処理部、６４…ビーム制御データ、６５…抽出造形条件データ

Claims (6)

1. 特定の領域毎に荷電粒子ビームを制御するためのビーム制御データを記憶し、かつ、溶融データベースから参照符号を参照して抽出された造形条件が格納される抽出造形条件データを記憶する記憶部と、
   前記記憶部から読み出した前記ビーム制御データ及び前記抽出造形条件データを転送する制御部と、
   前記特定の領域毎に前記ビーム制御データに格納される前記参照符号に基づいて前記抽出造形条件データから読み出した前記造形条件に従って、ステージに所定の積層厚さで敷き詰められた試料に前記荷電粒子ビームをスキャンして造形物の積層造形を行う積層造形部と、を備える
   三次元積層造形装置。
2. 前記ビーム制御データには、前記抽出造形条件データから前記造形条件を参照するための参照符号と、前記荷電粒子ビームのスキャン開始位置及びスキャン終了位置とが、ビーム制御データフォーマットに従って前記特定の領域毎に格納される
   請求項１に記載の三次元積層造形装置。
3. さらに、前記造形条件を表示する表示部と、
   前記造形条件を変更する入力部と、を備え、
   前記制御部は、前記入力部により変更された前記造形条件を、前記抽出造形条件データに格納される前記造形条件に反映する
   請求項２に記載の三次元積層造形装置。
4. 前記造形物は、前記試料の積層方向又は面内方向における前記特定の領域毎に異なる種類の前記試料で積層造形され、
   前記ビーム制御データには、前記試料の積層方向又は面内方向における前記特定の領域毎に異なる前記造形条件が規定される
   請求項３に記載の三次元積層造形装置。
5. 前記面内方向における前記特定の領域には、前記造形物の層断面形状の輪郭部又は輪郭内部が含まれる
   請求項４に記載の三次元積層造形装置。
6. 制御部が、特定の領域毎に荷電粒子ビームを制御するためのビーム制御データ、及び溶融データベースから参照符号を参照して抽出された造形条件が格納される抽出造形条件データを積層造形部に転送するステップと、
   前記積層造形部が、前記特定の領域毎に前記ビーム制御データに格納される前記参照符号に基づいて前記抽出造形条件データから読み出した前記造形条件に従って、ステージに所定の積層厚さで敷き詰められた試料に前記荷電粒子ビームをスキャンして積層造形を行うステップと、を含む
   三次元積層造形方法。

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