JP2018103635A - 積層造形方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】より精度の高い積層造形方法を提供する。【解決手段】一つの実施の形態に係る積層造形方法は、粉末状の材料の複数の層を形成すること、造形物の三次元形状を含むデータに基づき、前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、前記造形物の一部を形成すること、前記造形物の一部の形状を検出すること、検出された前記造形物の一部の形状と、前記三次元形状と、複数のサンプルの形状と、予め形成された前記複数のサンプルの形状から算出された誤差予測情報と、を利用して、形成される前記造形物の予測形状を算出すること、前記予測形状と前記三次元形状とを比較し、前記予測形状と前記三次元形状との比較結果に基づく、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状の変更と、前記データの修正と、の少なくとも一方を行うか判断すること、を有する。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、積層造形方法に関する。
積層造形装置は、例えば、粉末状の材料の層を形成し、各層の材料の一部を結合させることで積層造形を行う。このような積層造形装置は、例えば、CADのデータや三次元スキャンした物体のデータのような、三次元形状のデータに基づいて積層造形を行う。
積層造形装置は三次元形状のデータに基づいて積層造形を行うが、当該三次元形状のデータと積層造形された造形物との間で形状誤差が生じることがある。当該形状誤差は、例えば、積層造形が完了した後に判明する。
本発明が解決する課題の一例は、より精度の高い積層造形を行うことができる積層造形方法を提供することである。
一つの実施の形態に係る積層造形方法は、積み重ねられた粉末状の材料の複数の層を形成することと、造形物の三次元形状を含むデータに基づき、前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、前記造形物の一部を形成することと、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出することと、検出された前記造形物の一部の形状と、前記三次元形状と、複数のサンプルの形状と、予め形成された前記複数のサンプルの形状から算出された誤差予測情報と、を利用して、形成される前記造形物の予測形状を算出することと、前記予測形状と前記三次元形状とを比較し、前記予測形状と前記三次元形状との比較結果に基づく、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状の変更と、前記データの修正と、の少なくとも一方を行うか判断することと、を有する。
以下に、第1の実施の形態について、図1乃至図15を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直下方を下方向、鉛直上方を上方向と定義する。また、実施形態に係る構成要素や、当該要素の説明について、複数の表現を併記することがある。当該構成要素及び説明について、記載されていない他の表現がされることは妨げられない。さらに、複数の表現が記載されない構成要素及び説明について、他の表現がされることは妨げられない。
図1は、第1の実施の形態に係る三次元プリンタ10を概略的に示す断面図である。三次元プリンタ10は、積層造形装置の一例である。三次元プリンタ10は、粉末状の材料11による層12の形成と、層12を形成する材料11の固化と、を繰り返すことで、三次元形状の造形物13を造形する。図1は、一つの層12を二点鎖線で区切って示す。造形物13は、例えば、ベースプレート14の上に造形され、造形完了後にベースプレート14から切り離される。
図1に示すように、三次元プリンタ10は、処理槽21と、造形槽22と、材料槽23と、供給装置24と、光学装置25と、測定装置26と、制御部27とを有する。材料槽23及び供給装置24は、積層形成部の一例である。光学装置25は、結合形成部及び加工部の一例である。測定装置26は、検出部の一例である。
処理槽21は、例えば、筐体とも称され得る。造形槽22は、例えば、台、造形領域、又は塗布領域とも称され得る。光学装置25は、例えば、形成部又は固化部とも称され得る。測定装置26は、例えば、測定部又は検知部とも称され得る。
処理槽21は、例えば、密封可能な箱状に形成される。処理槽21は、処理室21aを有する。処理室21aには、造形槽22、材料槽23、供給装置24、光学装置25、及び測定装置26が収容される。なお、造形槽22、材料槽23、供給装置24、光学装置25、及び測定装置26は、処理室21aの外にあっても良い。
処理槽21の処理室21aに、供給口31と、排出口32とが設けられる。例えば、処理槽21の外部に設けられたガス供給装置が、窒素及びアルゴンのような不活性ガスを、供給口31から処理室21aに供給する。例えば、処理槽21の外部に設けられたガス排出装置が、排出口32から処理室21aの上記不活性ガスを排出する。
造形槽22に、粉末状の材料11の複数の層12が順次形成される。複数の層12は、造形槽22で積み重ねられる。各層12に、造形物13の一部である造形部分13aが形成されることで、造形槽22に造形物13が造形される。造形槽22は、載置台35と、周壁36と、昇降機37とを有する。
図面に示されるように、本明細書において、X軸、Y軸及びZ軸が定義される。X軸とY軸とZ軸とは、互いに直交する。X軸は、造形槽22の幅に沿う。Y軸は、造形槽22の奥行き(長さ)に沿う。Z軸は、造形槽22の高さに沿う。
載置台35は、例えば、正方形の板材である。なお、載置台35の形状はこれに限らず、矩形のような他の四角形(四辺形)、多角形、円、及び幾何学形状のような他の形状を呈する部材であっても良い。載置台35は、上面35aと、四つの端面35bとを有する。上面35aは、四角形の略平坦な面である。端面35bは、上面35aとそれぞれ直交する面である。
載置台35の上面35aに、ベースプレート14が載置される。ベースプレート14は、例えば、造形物13と同じ材料によって作られた板材である。なお、ベースプレート14はこれに限られない。
ベースプレート14は、略平坦な造形面14aを有する。造形面14aは、材料11が供給され、材料11の層12が形成される供給領域Rを形成し得る。なお、供給領域Rは、ベースプレート14の造形面14aに限らず、例えば、載置台35の上面35aによって形成されても良い。また、供給領域Rに材料11の層12が形成されると、当該層12が次の供給領域Rを形成する。このように、供給領域Rは、載置台35及びベースプレート14の上に順次形成される。
周壁36は、Z軸に沿う方向に延びるとともに、載置台35を囲む四角形の筒状に形成される。載置台35の四つの端面35bは、周壁36の内面にそれぞれ接する。周壁36は、四角形の枠状に形成され、開放された上端36aを有する。
昇降機37は、例えば、油圧昇降機である。昇降機37は、周壁36の内部で載置台35をZ軸に沿う方向に移動可能である。載置台35が最も上方に移動した場合、載置台35の上面35aと、周壁36の上端36aとは、略同一平面を形成する。
供給領域Rは、周壁36の上端36aから、例えば50μm下方に配置される。供給領域Rに材料11の層12が形成され、当該層12が次の供給領域Rを形成すると、昇降機37は載置台35を50μm降下させる。これにより、供給領域Rと周壁36の上端36aとの間の距離は、50μmに保たれる。なお、供給領域Rと周壁36の上端36aとの間の距離は、これに限られず、例えば任意に変更され得る。
材料槽23は、造形槽22に隣接して配置される。材料槽23は、材料11を収容する。材料槽23が収容可能な材料11の量は、造形槽22に供給可能な材料11の量と大よそ同じか、より多い。材料槽23は、支持台41と、周壁42と、昇降機43とを有する。
支持台41は、例えば、正方形の板材である。支持台41の形状及び大きさは、造形槽22の載置台35の形状及び大きさと大よそ等しい。なお、支持台41の形状及び大きさはこれに限られない。支持台41は、材料槽23に収容された材料11を支持する。
周壁42は、Z軸に沿う方向に延びるとともに、支持台41を囲む四角形の筒状に形成される。材料槽23の周壁42は、造形槽22の周壁36と一体に形成される。周壁42は、四角形の枠状に形成され、支持台41を囲むとともに、開放された上端42aを有する。支持台42の上端42aは、造形槽22の周壁36の上端36aに連続する。
昇降機43は、例えば、油圧昇降機である。昇降機43は、周壁42の内部で支持台41をZ軸に沿う方向に移動可能である。昇降機43が支持台41を上昇させると、支持台41に支持される材料11の一部が、周壁42の上端42aより上に押し上げられる。
供給装置24は、ローラ45を有する。ローラ45は、材料槽23の上に配置され、Y軸に沿う方向に延びる。ローラ45のY軸に沿う方向における長さは、載置台35のY軸に沿う方向における長さと大よそ等しいか、より長い。ローラ45は、X軸に沿って、材料槽23の上から造形槽22の上へ移動可能である。
材料槽23の材料11の一部が、周壁42の上端42aより上に押し上げられると、ローラ45は当該材料11を造形槽22に向かって押す。これにより、ローラ45は、材料槽23の材料11を造形槽22の供給領域Rに供給し、供給領域Rに材料11の層12を形成する。
ローラ45は、材料11を供給領域Rに供給しながら、層12の表面12aを均す。これにより、層12が形成されると、層12の表面12aが略平坦になる。層12の表面12aは、造形槽22の周壁36の上端36aと略同一平面を形成する。このため、一つの層12の厚さは、50μmとなる。なお、一つの層12の厚さはこれに限られない。
供給装置24は、ローラ45に限らず、他の装置によって供給領域Rに材料11の層12を形成しても良い。例えば、供給装置24は、ローラ45の代わりにスキージングブレードによって材料11を押し、層12の表面12aを均しても良い。また、供給装置24は、例えば、材料11を吐出するヘッドや、材料11を噴射するノズルによって材料11の層12を形成しても良い。
光学装置25は、発振素子を有しレーザ光Lを出射する光源、レーザ光Lを平行光に変換する変換レンズ、レーザ光Lを収束させる収束レンズ、及び、レーザ光Lの照射位置を移動させるガルバノミラーのような、種々の部品を有する。図1は、レーザ光Lを二点鎖線で示す。レーザ光Lは、エネルギー線の一例であり、材料11を溶融又は焼結可能である。なお、エネルギー線はレーザ光Lのように材料11を溶融又は焼結できるものであれば良く、電子ビームや、マイクロ波から紫外線領域の電磁波などであっても良い。光学装置25は、レーザ光Lのパワー密度を変更可能である。
光学装置25は、造形槽22よりも上方に位置する。なお、光学装置25は他の場所に配置されても良い。光学装置25は、前記光源が出射したレーザ光Lを、前記変換レンズによって平行光に変換する。光学装置25は、傾斜角度を変更可能な前記ガルバノミラーにレーザ光Lを反射させ、前記収束レンズによってレーザ光Lを収束させることで、レーザ光Lを層12の表面12aの所望の位置に照射する。
光学装置25は、レーザ光Lを層12に照射することにより、層12の材料11を溶融又は結合する。これにより、光学装置25は、層12の表面12aを形成する層12の、レーザ光Lが照射された部分を結合させ、造形物13の一部である造形部分13aを形成する。
なお、三次元プリンタ10は、光学装置25に限らず、他の装置によって層12を結合させ、造形部分13aを形成しても良い。例えば、三次元プリンタ10は、層12に接着剤のような凝固剤を塗布することで、層12の当該凝固剤が塗布された部分を結合させても良い。
図2は、造形槽22及び測定装置26を示す斜視図である。測定装置26は、層12に形成された造形部分13aの形状を測定する。図1及び図2に示すように、測定装置26は、ガイド51と、X線源52と、二つの第1の検出器53と、第2の検出器54と、図1に示す移動部55とを有する。
図2に矢印で示すように、移動部55は、ガイド51、X線源52、二つの第1の検出器53、及び第2の検出器54を、XY方向に一体的に移動させる。なお、移動部55は、ガイド51、X線源52、二つの第1の検出器53、及び第2の検出器54をZ方向にさらに移動させても良い。X線源52、第1の検出器53、及び第2の検出器54は、移動部55により移動させられながら、表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12の全域を、X線によりスキャンする。
ガイド51は、造形槽22の上方に配置される。ガイド51は、例えば、造形槽22に形成された層12の表面12aの一点を中心とする円弧状に形成される。なお、ガイド51の形状はこれに限られない。
X線源52は、ガイド51に移動可能に取り付けられる。X線源52は、造形槽22に形成された層12の表面12aに、X線ビームBを照射する。X線ビームBは、X線の一例である。X線源52は、X線ビームBのエネルギーと強度とを変更可能である。
X線源52は、ガイド51に沿って移動し、ガイド51上の複数の位置からX線ビームBを出射可能である。すなわち、X線源52は、層12の表面12aに、複数の角度でX線ビームBを照射可能である。
第1の検出器53は、例えば、X線を検出可能な半導体検出器である。なお、第1の検出器53はこれに限らず、X線を検出可能な他の種類の検出器であっても良い。第1の検出器53は、造形槽22に形成された層12の表面12aに向く。第1の検出器53は、造形槽22に形成された層12の表面12aから離間して配置される。
図3は、第1の検出器53がX線ビームBによって造形部分13aの形状を検出する測定装置26及び造形槽22を示す断面図である。図3に示すように、X線源52が、造形槽22に形成された層12の表面12aに対して略直角にX線ビームBを照射する。X線ビームBは、層12の表面12aや、表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12によって複数のX線Sとして散乱及び回折される。
第1の検出器53は、散乱されたX線Sを検出する。固体によって散乱されたX線Sのエネルギー及び強度と、粉体によって散乱されたX線Sのエネルギー及び強度とは異なる。このため、第1の検出器53は、散乱されたX線Sを検出することで、表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12に形成された、固体である造形部分13aの形状を検出できる。第1の検出器53が検出する層12の数は、X線源52が出射するX線ビームBのエネルギーが強くなるに従って多くなる。
第1の検出器53は、移動部55によってX線ビームBを出射するX線源52と一体的にXY方向に移動させられながら、各照射ポイントから散乱されるX線Sを検出することによって造形部分13aの形状を検出する。すなわち、X線源52及び第1の検出器53は、層12をスキャンしながら、移動部55によってXY方向に移動させられる。
図4は、第1の検出器53によって検出された層12の画像の一例を示す図である。さらに、図4は、各照射ポイントPを、概略的に二点鎖線で区切って示す。なお、図4は、説明のために、照射ポイントPを誇張した大きさで示す。図4に示すように、第1の検出器53は、矢印で示すように順次、各照射ポイントPにX線ビームBを照射して当該照射ポイントPから散乱されたX線Sを検出し、層12を全面スキャンすることで、例えば画像として造形部分13aの形状を検出する。当該画像は、表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12を、真上から観察したような画像である。上述のように、固体と粉体とにおいて散乱されるX線Sのエネルギー及び強度はそれぞれ異なるため、層12における造形部分13aが形成された部分と、粉末状の材料11が残った部分とは識別可能である。なお、第1の検出器53による検出結果はこれに限られない。
第1の検出器53が検出した造形部分13aに、欠陥Dが生じる場合がある。欠陥Dは、造形部分13aに形成された穴や空洞である。欠陥Dは、造形部分13aの表面から視認可能なことも、造形部分13aの内部に形成されることもある。
X線Sは、層12の表面12aのみならず、表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12の内部で散乱される。第1の検出器53は、層12の内部で散乱されたX線Sを検出することで、造形部分13aの内部に生じた欠陥Dを検出可能である。X線源52が出射するX線ビームBのエネルギーが大きくなるに従って、第1の検出器53は、層12の表面12aからより離れた欠陥Dを検出可能になる。第1の検出器53は、例えば幅が数μm〜数mmの欠陥Dを検出可能である。
図5は、第2の検出器54がX線ビームBによって造形部分13aの形状を検出する測定装置26及び造形槽22を示す断面図である。第2の検出器54は、回折されたX線Sの強度を検出可能な計数管である。なお、第2の検出器54はこれに限らず、回折されたX線Sの強度を検出可能な他の検出器であっても良い。
第2の検出器54は、ガイド51に移動可能に取り付けられる。第2の検出器54は、ガイド51に沿って移動し、ガイド51上の複数の位置に配置可能である。第2の検出器54は、X線源52が向く層12の表面12aの一点に向きながら、ガイド51に沿って移動する。なお、第2の検出器54はこれに限られない。
第2の検出器54にX線ビームBが照射されるポイントで回折されるX線Sを検出させるため、X線源52は、造形槽22に形成された層12の表面12aに所定の角度θで入射するよう、X線ビームBを出射する。回折されるX線Sは、照射ポイントで散乱されるX線Sのうち、ブラッグの条件(強め合う条件:λ=2dsinθ、λ:波長、d:格子間隔)に合致したX線Sである。角度θは、0°より大きく且つ90°より小さい。なお、X線源52がX線ビームBを出射するより適切な角度θは、材料11の成分のような種々の条件によって変わる。
第2の検出器54は、ガイド51上の複数の位置で、層12によって回折されたX線Sを検出する。第2の検出器54は、回折されたX線Sの回折角度毎の強度を検出する。
移動部55がX線源52及び第2の検出器54を移動させることで、第2の検出器54は、層12のX−Y平面上の各座標における、回折されたX線Sの回折角度毎の強度を検出する。
図6は、第2の検出器54による検出結果の一例を示すグラフである。第2の検出器54は、層12のX−Y平面上の座標毎に、例えば図6に示すようなグラフとして造形部分13aの形状を検出する。図6は、造形部分13aの欠陥Dを含まない部分にX線ビームBを照射した場合の検出結果G1を実線で示すとともに、造形部分13aの欠陥Dを内包する部分にX線ビームBを照射した場合の検出結果G2を破線で示す。
図6に示すように、検出結果G1,G2は、ともに角度θ(ブラッグのX線回折角度)において最大となるよう分布する。しかし、欠陥Dが存在する場合、当該欠陥DにおいてX線Sが回折される角度にばらつきが生じる。このため、検出結果G2は、解析結果G1よりもなだらかで強度の小さな分布を示す。このように、造形部分13aの欠陥Dを内包する部分は、造形部分13aの他の部分と、回折されたX線Sの回折角度毎の強度の分布が異なる。
第2の検出器54は、回折したX線Sの回折角度毎の強度の検出結果により、造形部分13aの形状を検出可能である。すなわち、第2の検出器54は、複数の層12の表面12aと、複数の層12の表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12によって回折されたX線Sと、の角度に基づき、複数の層12の表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12に形成された、造形部分13aを検出する。さらに、第2の検出器54は、層12のX−Y平面上の各座標における検出結果を得ることで、造形部分13aの欠陥Dが生じた位置を検出可能である。第2の検出器54は、例えば数μm〜数mmの欠陥Dを検出可能である。
以上のように、測定装置26は、X線ビームBによって、複数の層12の表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12に形成された、造形物13の一部である造形部分13aの形状を検出する。測定装置26は、上述の方法に限らず、例えば、表面12aと平行に出射したX線ビームBを層12の側面に照射しても良いし、層12を透過したX線Sによって造形部分13aの形状を検出しても良い。また、測定装置26は、X線ビームBに限らず、例えば、γ線、中性子線、電子線、及びイオンビームのようなエネルギー線を層12に照射することで、造形部分13aの形状を検出しても良い。
図1に示す制御部27は、造形槽22、材料槽23、供給装置24、光学装置25、及び測定装置26に、電気的に接続される。制御部27は、例えば、CPU61、ROM62、RAM63、及びストレージ64のような種々の電子部品を有する。ストレージ64は、HDDやSSDのような情報を記憶、変更、削除可能な装置である。
図7は、制御部27の構成を機能的に示すブロック図である。制御部27は、例えば、CPU61がROM62又はストレージ64に格納されたプログラムを読み出し実行することで、図7に示す各部を実現する。図7に示すように、制御部27は、記憶部101と、積層制御部102と、結合制御部103と、検出制御部104と、予測部105と、評価部106と、加工制御部107と、モデル算出部108とを備える。
記憶部101は、CADデータ111、複数の層データ112、複数の検出結果113、サンプル形状データベース(以下、サンプル形状DBと称する)114、及び仕上り誤差モデルデータベース(以下、仕上り誤差モデルDBと称する)115を含む、種々の情報を記憶する。記憶部101は、RAM63やストレージ64に設けられる。CADデータ111及び層データ112は、造形物の形状の情報の一例である。サンプル形状DB114は、複数のサンプルの形状の情報の一例である。仕上り誤差モデルDB115は、誤差予測情報の一例である。
積層制御部102は、造形槽22、材料槽23、及び供給装置24を制御し、供給領域Rに材料11の層12を形成させる。結合制御部103は、光学装置25を制御し、材料11の層12の少なくとも一部を結合させ、当該層12に造形部分13aを形成させる。結合制御部103は、造形物13のCADデータ111から生成された複数の層データ112に基づき、光学装置25に造形部分13aを形成させる。
検出制御部104は、測定装置26を制御し、形成された造形部分13aの形状を検出させる。検出制御部104は、複数の層12の造形部分13aの形状の検出結果113を、記憶部101に記憶させる。
予測部105は、検出された造形部分13aの形状に基づき、最終的に造形される造形物13の形状を予測する。予測部105は、仕上り誤差モデルDB115を利用して、最終的に造形される造形物13の形状を予測する。仕上り誤差モデルDB115については後述する。
評価部106は、検出された造形部分13aの形状の検出結果113と、予測部105が算出した造形物13の形状の予測結果とを評価する。加工制御部107は、評価部106の評価結果に基づき、例えば、光学装置25を制御し、形成された造形部分13aや層12を加工させる。
モデル算出部108は、仕上り誤差モデルDB115を算出する。モデル算出部108は、三次元プリンタ10が造形物13を積層造形する前に、仕上り誤差モデルDB115を算出する。
図8は、誤差モデルDB115を作成する手順の一例を示すフローチャートである。以下、図8を参照し、三次元プリンタ10が仕上り誤差モデルDB115を作成する手順の一例について説明する。
仕上り誤差モデルDB115は、例えば、三次元プリンタ10が予め積層造形した複数のサンプルについての、当該サンプルの三次元形状のデータからの残差情報である。すなわち、三次元プリンタ10は、予め複数のサンプルを積層造形し、当該積層造形されたサンプルの形状を測定し、サンプルの三次元形状のデータとサンプルの形状の測定結果とから、仕上り誤差モデルDB115を作成する。
三次元プリンタ10は、例えば、初回起動時に複数のサンプルを積層造形し、仕上り誤差モデルDB115を作成する。なお、三次元プリンタ10はこれに限らず、例えば、メンテナンスを受けた後の起動時に仕上り誤差モデルDB115を作成しても良い。また、三次元プリンタ10は、予め記憶部101に仕上り誤差モデルDB115が記憶されるとともに、初回起動時に複数のサンプルを積層造形し、仕上り誤差モデルDB115を修正しても良い。
まず、結合制御部103が、記憶部101のサンプル形状DB114から、一つのサンプルの三次元形状のデータを取得する(S101)。サンプル形状DB114は、直方体、円柱、角柱、円錐、及び角錐のような、種々の形状を有するサンプルの三次元形状のデータを有する。
次に、積層制御部102が、材料槽23及び供給装置24に、材料11の層12を形成させる。結合制御部103が、サンプルの三次元形状のデータに基づいて、光学装置25に造形部分13aを形成させる。積層制御部102及び結合制御部103が、層12の形成と造形部分13aの形成を繰り返すことで、サンプルの造形物13を形成する(S102)。サンプルの造形物13は、結合制御部103が取得したサンプルの三次元形状のデータに基づいた形状を有する。
次に、例えば積層制御部102が、サンプルの造形物13を、残った粉末状の材料11の中から取り出させる(S103)。例えば、積層制御部102は、昇降機37に載置台35を上昇させる。これにより、サンプルの造形物13を覆う材料11が零れ落ち、サンプルの造形物13が取り出される。なお、サンプルの造形物13の取り出し方法はこれに限られない。例えば、アームが粉末状の材料11の中からサンプルの造形物13を取り出しても良い。
例えば、加工制御部107は、光学装置25にレーザ光Lを出射させ、取り出されたサンプルの造形物13を、当該レーザ光Lによってベースプレート14から切り離す。サンプルの造形物13は、これに限らず、例えばフライス加工のような他の方法によってベースプレート14から切り離されても良い。
次に、検出制御部104が、測定装置26にサンプルの造形物13の形状を測定させる(S104)。なお、検出制御部104は、サンプルの造形物13の造形部分13aの形状を順次測定しても良い。この場合、検出制御部104は、順次得られた複数の検出結果113を組み合わせ、サンプルの造形物13の形状を取得する。
次に、モデル算出部108が、積層造形されたサンプルについての仕上り誤差モデルを算出し、仕上り誤差モデルDB115に記録する(S105)。例えば、モデル算出部108は、サンプルの造形物13の形状の検出結果と、当該サンプルの三次元形状のデータとを比較する。これにより、モデル算出部108は、サンプルの三次元形状のデータからの残差情報を算出し、仕上り誤差モデルとして仕上り誤差モデルDB115に記録する。このように、仕上り誤差モデルDB115は、光学装置25により予め形成されたサンプルの造形物13の形状から算出される。
次に、モデル算出部108は、全てのサンプルの仕上り誤差モデルを算出したか否かを判断する(S106)。仕上り誤差モデルが未算出のサンプルが残っている場合(S106:No)、結合制御部103は、次のサンプルの三次元形状のデータを記憶部101のサンプル形状DB114から取得する(S101)。全てのサンプルの仕上り誤差モデルが算出された場合(S106:Yes)、仕上り誤差モデルDB115の作成が終了する。
図9は、造形物13を積層造形する手順の一例を示すフローチャートである。以下、三次元プリンタ10が粉末状の材料11から造形物13を積層造形する手順の一例について説明する。なお、三次元プリンタ10が造形物13を積層造形する方法は、以下に説明されるものに限らない。
まず、三次元プリンタ10の制御部27に、例えば外部のパーソナルコンピュータから、造形物13のCADデータ111が入力される(S201)。記憶部101に、入力されたCADデータ111が記憶される。CADデータ111は、造形物13の三次元形状のデータと、造形物13の寸法公差のデータとを含む。
図10は、表面形状モデル120の算出方法を概略的に示す図である。次に、予測部105は、CADデータ111から、表面形状モデル120を算出する(S202)。表面形状モデル120は、予測部105が、最終的に造形される造形物13の形状を予測するために用いられる情報である。最初に算出される表面形状モデル120は、造形物13のCADデータ111の三次元形状と近似する形状を有する。
まず、予測部105は、記憶部101のサンプル形状DB114から、種々のサンプルの三次元形状のデータを取得する。例えば、予測部105は、円柱形状125のデータと、円錐形状126のデータとを、サンプル形状DB114から取得する。サンプル形状DB114は、円柱形状125及び円錐形状126に限らず、種々の三次元形状のデータを有する。円柱形状125の表面は、例えば、式f(x,y,z)によって表される。円錐形状126の表面は、例えば、式g(x,y,z)によって表される。
予測部105は、取得した円柱形状125のデータから、第1の表面形状131のデータと、第2の表面形状132のデータとを算出する。予測部105は、円柱形状125のデータに、縮小、拡大、及び切り出しのような加工を行うことで、第1の表面形状131のデータと第2の表面形状132のデータとを算出する。
第1の表面形状131は、例えば、円柱形状125の式f(x,y,z)に係数A1を乗じた式A1・f(x,y,z)によって表される。第2の表面形状132は、例えば、円柱形状125の式f(x,y,z)に係数B1を乗じた式B1・f(x,y,z)によって表される。なお、第1の表面形状131及び第2の表面形状132はこれに限られない。
同様に、予測部105は、取得した円錐形状126のデータから、第3の表面形状133のデータを算出する。予測部105は、円錐形状126のデータに、縮小、拡大、及び切り出しのような加工を行うことで、第3の表面形状133のデータを算出する。
第3の表面形状133は、例えば、円錐形状126の式g(x,y,z)に係数C1を乗じた式C1・g(x,y,z)によって表される。なお、第3の表面形状133はこれに限られない。
予測部105は、第1の表面形状131、第2の表面形状132、及び第3の表面形状133を結合させることで、表面形状モデル120を算出する。表面形状モデル120の表面形状は、例えば、式Y(x,y,z)=A1・f(x,y,z)+B1・f(x,y,z)+C1・g(x,y,z)によって表される。なお、表面形状モデル120はこれに限られない。
以上のように、予測部105は、種々のサンプルの表面形状を繋ぎ合わせ、表面形状モデル120を算出する。予測部105は、表面形状モデル120を記憶部101に記憶させる。
次に、図9に示すように、結合制御部103は、CADデータ111の三次元形状を、複数の層に分割する(スライス)。結合制御部103は、スライスされた三次元形状を、例えば複数の点や直方体(ピクセル)の集まりに変換する(ラスタライズ、ピクセル化)。このように、結合制御部103は、取得した造形物13のCADデータ111から、複数の二次元形状の層のデータを生成する(S203)。結合制御部103は、生成されたデータを記憶部101に記録する。
次に、結合制御部103は、上記複数の二次元形状の層のデータから、複数の層12のデータである層データ112を生成する(S204)。層データ112は、上記複数の二次元形状の層のデータと同様に、複数のピクセルの集まりである。層データ112は、材料11が結合される部分と、材料11が粉末状のまま残される部分と、の情報をそれぞれ含む。結合制御部103は、生成された層データ112を記憶部101に記録する。
次に、積層制御部102は、材料槽23及び供給装置24を制御し、造形槽22の供給領域Rに材料11の層12を形成させる(S205)。ベースプレート14が供給領域Rを形成する場合、層12は、ベースプレート14の供給領域Rに形成される。層12が供給領域Rを形成する場合、積層制御部102によって新たに形成される層12は、供給領域Rを形成する層12に積み重ねられる。
次に、結合制御部103は、光学装置25を制御し、材料11の層12の少なくとも一部を結合させ、造形部分13aを形成させる(S206)。さらに、例えば造形部分13aの表面が、ミーリングによって整形されても良い。
結合制御部103は、層データ112に基づいて光学装置25に造形部分13aを形成させるが、層データ112における造形部分13aの形状と、光学装置25が形成した造形部分13aとの間に形状誤差が生じる場合がある。
次に、検出制御部104は、測定装置26を制御し、複数の層12の表面12aを形成する層12に形成された造形部分13aの形状を検出させる(S207)。検出制御部104は、測定装置26の第1の検出器53と第2の検出器54とによって、造形部分13aの検出結果113を取得する。検出制御部104は、検出結果113を記憶部101に記憶させる。
なお、検出制御部104は、表面12aを形成する層12を含む、複数の層12に形成された造形部分13aの形状を検出しても良い。この場合、例えば、検出制御部104は、所定の数の層12に造形部分13aが形成されたか否かを判断する。所定の数の層12に造形部分13aが形成されたと判断した場合、検出制御部104は、測定装置26に、複数の層12に形成された造形部分13aの形状を検出させる。
次に、予測部105は、表面形状モデル120の再フィッティングを行う(S208)。予測部105は、記憶部101から検出結果113を取得し、当該検出結果113に基づいて表面形状モデル120を修正する。
図11は、複数の検出結果113によって得られる検出形状140を概略的に示す斜視図である。図11に示すように、予測部105は、複数の検出結果113を、層12の厚さ毎に重ねる。重ねられた検出結果113の造形部分13aを示す部分は、既に造形された造形部分13aに近似する検出形状140を形成する。すなわち、予測部105は、二次元形状を示す複数の検出結果113から、三次元形状である検出形状140を算出する。
予測部105は、記憶部101に記憶された表面形状モデル120を、算出された検出形状140に応じて修正する。例えば、予測部105は、表面形状モデル120を示す式の各係数を変更する。修正された表面形状モデル120の表面形状は、例えば、式Y(x,y,z)=A2・f(x,y,z)+B2・f(x,y,z)+C2・g(x,y,z)によって表される。なお、表面形状モデル120はこれに限られない。
次に、予測部105は、最終的に造形される造形物13の形状を予測する(S209)。図12は、予測部105が算出した、最終的に造形される造形物13の予測モデル145の一例を概略的に示す側面図である。予測モデル145は、形成される造形物の予測形状の一例である。図12は、表面形状モデル120を破線で示し、予測モデル145を二点鎖線で示す。
予測部105は、検出形状140に基づいて修正された表面形状モデル120から、予測モデル145を算出する。すなわち、予測部105は、測定装置26が検出した造形部分13aの形状に基づき、予測モデル145を算出する。
上述のように、表面形状モデル120は、サンプルである円柱形状125及び円錐形状126から形成された、第1の表面形状131、第2の表面形状132、及び第3の表面形状133によって形成される。予測部105は、表面形状モデル120に利用されたサンプルである円柱形状125及び円錐形状126に対応する仕上り誤差モデルを、仕上り誤差モデルDB115から取得する。
予測部105は、円柱形状125及び円錐形状126に対応する仕上り誤差モデルから、第1の表面形状131、第2の表面形状132、及び第3の表面形状133に係る仕上り誤差モデルを算出する。当該第1乃至第3の表面形状131〜133に係る仕上り誤差モデルを組み合わせることで、予測部105は、予測モデル145を算出する。予測部105は、算出した予測モデル145を記憶部101に記憶させる。
以上のように、予測部105は、測定装置26が検出した造形部分13aの形状である検出結果113と、CADデータ111と、サンプル形状DB114と、仕上り誤差モデルDB115と、を利用して、予測モデル145を算出する。なお、予測部105はこれに限らず、他の方法で予測モデル145を算出しても良い。例えば、予測部105は、複数の検出結果113から、造形部分13aの形状誤差の傾向を算出し、当該形状誤差の傾向を利用して予測モデル145を算出しても良い。
次に、評価部106は、予測モデル145が許容範囲内にあるか否かを判断する(S210)。評価部106は、造形物13の形状誤差許容範囲147を設定する。形状誤差許容範囲147は、閾値の一例である。図12は、形状誤差許容範囲147を、一点鎖線で模式的に示す。
形状誤差許容範囲147は、例えば、CADデータ111に含まれる、造形物13の寸法公差のデータである。なお、形状誤差許容範囲147はこれに限られない。例えば、評価部106は、CADデータ111の造形物13の三次元形状から±1mmの範囲を形状誤差許容範囲147として設定しても良い。
評価部106は、予測モデル145のデータを記憶部101から取得する。評価部106は、予測モデル145と、CADデータ111の三次元形状のデータとを比較する。評価部106は、予測モデル145が、形状誤差許容範囲147によって規定される形状の範囲を超えたか否かを判断する。
評価部106は、予測モデル145の各座標が形状誤差許容範囲147によって規定される形状の範囲内にあるか否かを判断する。図13は、検出形状140及び予測モデル145の残差の一例を示すグラフである。図13において、縦軸は、造形部分13aのCADデータ111からの残差を示す。横軸は、形成された層の番号を示す。
図13のグラフは、既に造形された造形部分13a(検出形状140)の、CADデータ111からの残差を実線で示し、予測モデル145のCADデータ111からの残差を二点鎖線で示す。CADデータ111を中心に、形状誤差許容範囲147が設定される。
図13に示すように、予測モデル145が形状誤差許容範囲147を超えると、評価部106は、予測モデル145が、形状誤差許容範囲147によって規定される形状の範囲外にあると判断する(S210:No)。予測モデル145が形状誤差許容範囲147の内側に収まっている場合、評価部106は、予測モデル145が、形状誤差許容範囲147によって規定される形状の範囲内にあると判断する(S210:Yes)。
評価部106が予測モデル145の各座標において上記判断を行うと、判断結果の数が多くなる。このため、評価部106は、予測モデル145の各座標において上記判断を行う代わりに、多変量SPCを用いて、予測モデル145が許容範囲内にあるか否かを判断しても良い。
図14は、検出形状140及び予測モデル145のT2統計量の一例を示すグラフである。図15は、検出形状140及び予測モデル145のQ統計量の一例を示すグラフである。図14及び図15に示すように、予測モデル145のT2統計量及びQ統計量の少なくとも一方が形状誤差許容範囲147を超えると、評価部106は、予測モデル145が、形状誤差許容範囲147によって規定される形状の範囲外にあると判断する(S210:No)。予測モデル145のT2統計量及びQ統計量の少なくとも一方が形状誤差許容範囲147の内側に収まっている場合、評価部106は、予測モデル145が、形状誤差許容範囲147によって規定される形状の範囲内にあると判断する(S210:Yes)。
評価部106は、多変量SPCを用いて上記判断を行うことで、判断結果の数を二つに抑制できる。予測モデル145のT2統計量及びQ統計量の少なくとも一方が形状誤差許容範囲147を超えた場合、ドリルダウン解析により、予測モデル145の形状誤差許容範囲147を超えた部分が判別され得る。
図9に示すように、評価部106は、予測モデル145が、形状誤差許容範囲147によって規定される形状の範囲外にあると判断すると(S210:No)、以降の積層造形を停止するとともに、アラームを発する(S211)。言い換えると、評価部106は、予測モデル145と、CADデータ111との比較結果が形状誤差許容範囲147を超えた場合、光学装置25による造形部分13aの形成を停止させる。
積層造形が停止されると、例えば、三次元プリンタ10のユーザは、当該アラームに応じて、より精度の高い造形物13が得られるよう、三次元プリンタ10の設定を変更できる。また、加工制御部107は、光学装置25のレーザ光Lによって造形部分13aの一部を蒸発させたり、フライス加工によって造形部分13aの一部を切削したりすることで、造形部分13aの形状を修正しても良い。さらに、三次元プリンタ10は、少なくとも一つの層12を削り、積層造形をやり直しても良い。
評価部106は、予測モデル145が、形状誤差許容範囲147によって規定される形状の範囲内にあると判断すると(S210:Yes)、造形部分13aのリペアが必要か否かを判断する(S212)。
例えば、評価部106は、予測モデル145とCADデータ111との形状誤差が所定の閾値を越えた場合(S212:Yes)、造形部分13aにリペアが必要と判断する。この場合、加工制御部107は、造形部分13aをリペアする(S213)。加工制御部107は、例えば、算出された当該形状誤差に基づき、造形部分13aの形状を修正する。
例えば、加工制御部107は、光学装置25を制御し、光学装置25のレーザ光Lによって、造形部分13aの一部を削らせる。また、加工制御部107は、光学装置25のレーザ光Lによって、層12の粉末状の材料11の一部を結合させ、造形部分13aに新たな部分を付与しても良い。このように、加工制御部107は、検出結果113に基づく予測モデル145と、CADデータ111との比較結果を利用して、光学装置25に造形部分13aの形状を変更させる。
さらに、加工制御部107は、許容範囲を超える欠陥Dが造形部分13aに生じた場合、造形部分13aをリペアする。例えば、加工制御部107は、光学装置25を制御し、光学装置25のレーザ光Lによって造形部分13aの欠陥Dが生じた部分を再度溶融させ、欠陥Dを除去する。
次に、評価部106は、層データ112のような種々のデータの修正が必要か否かを判断する(S214)。評価部106は、造形部分13aのリペアが不要であると判断した場合も(S212:No)、データの修正が必要か否かを判断する(S214)。
例えば、評価部106は、予測モデル145とCADデータ111との形状誤差が所定の閾値を越えた場合(S214:Yes)、データの修正が必要と判断する。この場合、評価部106は、例えば、造形部分13aが形成された層12より上層の層データ112を修正する(S215)。
評価部106は、例えば、層データ112と検出結果113との形状誤差に基づき、上層の層データ112の、造形部分13aが形成される部分をずらす。結合制御部103は、次の層12の一部を、修正された層データ112に基づいて結合し、造形部分13aを形成する。なお、データの修正はこれに限られない。
次に、積層制御部102は、全ての層12の形成が完了したか否かを判断する(S216)。積層制御部102は、データの修正が不要であると判断した場合も(S214:No)、全ての層12の形成が完了したか否かを判断する(S216)。
全ての層12の形成が完了していないと判断した場合(S216:No)、積層制御部102は、材料槽23及び供給装置24に、材料11の層12を再度形成させる(S205)。三次元プリンタ10は、層12の形成、造形部分13aの形成、及び造形部分13aの評価(S205〜S216)を繰り返すことで、造形物13を造形する。全ての層12の形成が完了した場合(S216:Yes)、三次元プリンタ10は、造形物13の積層造形を終了する。
造形された造形物13は、粉末状の材料11から取り出され、ベースプレート14から切り離される。三次元プリンタ10のユーザは、処理槽21の処理室21aから、造形物13を取り出すことができる。
以上のように、測定装置26は、層12に形成された造形部分13aの形状を検出する。複数の検出結果113から、造形物13の形状誤差がどの工程で発生したかが特定され得る。三次元プリンタ10のユーザは、検出結果113から、より精度の高い積層造形が可能なように、種々のデータを修正できる。また、制御部27が、より精度の高い積層造形が可能なように自動的に種々のデータを修正しても良い。
例えば、評価部106は、光学装置25が造形部分13aを形成する度に形状誤差が生じる場合、光学装置25の設定データを変更しても良い。また、評価部106は、積層造形が進行するとともに下層の造形部分13aの形状が変化する場合、当該形状変化の影響に基づいて層データ112を修正しても良い。
また、造形物13がベースプレート14から切り離されることによる応力開放によって、造形物13に形状誤差が生じる場合がある。この場合、結合制御部103が、当該応力開放による変形を考慮してCADデータ111から層データ112を生成しても良い。
以上のように、制御部27は、測定装置26が検出した造形部分13aの形状と、CADデータ111との比較を行う。制御部27は、当該比較結果を利用して、光学装置25に造形部分13aを形成させる。制御部27は、上述の方法に限らず、例えば、造形部分13aの形状と、層データ112とが相違する度に、造形部分13aをリペアしても良い。
第1の実施の形態に係る三次元プリンタ10において、測定装置26は、複数の層12の表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12に形成された、造形部分13aの形状を検出する。複数の層12の表面12aを形成する層12は、光学装置25により少なくとも部分的に結合されるため、周壁36や、粉末状の材料11によって覆われずに露出される。このため、測定装置26は、複数の層12の表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12に形成された、造形部分13aの形状を、容易に検出できる。造形部分13aの形状の検出結果113を利用できるため、三次元プリンタ10は、より精度の高い積層造形を行うことができる。
制御部27は、測定装置26が検出した造形部分13aの形状と、CADデータ111とを少なくとも間接的に比較する。測定装置26が検出した造形部分13aの形状と、CADデータ111と、の比較結果を利用できるため、三次元プリンタ10は、より精度の高い積層造形を行うことができる。
制御部27は、測定装置26が検出した造形部分13aの形状と、CADデータ111と、の少なくとも間接的な比較結果を利用して、光学装置25に複数の層12の表面12aを形成する層12の少なくとも一部を結合させる。すなわち、比較結果をフィードバックして、光学装置25に層12の少なくとも一部を結合させる。これにより、光学装置25による造形部分13aの形成の誤差が次の層12の結合時に修正されるため、三次元プリンタ10は、より精度の高い積層造形を行うことができる。
制御部27は、測定装置26が検出した造形部分13aの形状と、CADデータ111と、の少なくとも間接的な比較結果を利用して、光学装置25に複数の層12の表面12aを形成する層12に形成された造形部分13aの形状を変更させる。これにより、光学装置25による造形部分13aの形成の誤差が結合の直後に修正されるため、三次元プリンタ10は、より精度の高い積層造形を行うことができる。
制御部27は、測定装置26が検出した造形部分13aの形状に基づき、形成される造形物13の予測モデル145を算出し、当該予測モデル145と、CADデータ111とを少なくとも間接的に比較する。すなわち、制御部27は、光学装置25による造形部分13aの形成に誤差が生じる可能性を予め検出できる。予測モデル145と、CADデータ111と、の少なくとも間接的な比較結果を利用できるため、三次元プリンタ10は、より精度の高い積層造形を行うことができる。
制御部27は、測定装置26が検出した造形部分13aの形状と、CADデータ111と、サンプル形状DB114と、仕上がり誤差モデルDB115と、を利用して、予測モデル145を算出する。これにより、制御部27は、光学装置25による造形部分13aの形成の誤差が反映された予測モデル145を算出でき、三次元プリンタ10は、より精度の高い積層造形を行うことができる。
制御部27は、予測モデル145と、CADデータ111と、の少なくとも間接的な比較結果が形状誤差許容範囲147を超えた場合、光学装置25による造形部分13aの造形を停止させる。これにより、精度の低い造形物13が積層造形されることが抑制され、三次元プリンタ10は、より精度の高い積層造形を行うことができる。
測定装置26は、複数の層12の表面12aを形成する層12にX線ビームBを照射し、当該X線ビームBによって、複数の層12の表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12に形成された、造形部分13aの形状を検出する。これにより、測定装置26は、エネルギーが小さいX線ビームBによって、複数の層12の表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12に形成された、造形部分13aの形状を検出できる。さらに、測定装置26は、造形部分13aの内部に生じた欠陥Dを検出可能となる。
測定装置26は、複数の層12の表面12aと、複数の層12の表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12によって回折されたX線Sと、の角度に基づき、複数の層12の表面12aを形成する層12を含む少なくとも一つの層12に形成された、造形部分13aの形状を検出する。回折されたX線Sの強度は所定の角度θで最大となるよう分布するが、造形部分13aの内部に欠陥Dが存在する場合、回折されたX線Sの強度の分布がよりなだらかになる。これにより、測定装置26は、造形部分13aの内部に生じた欠陥Dをより明確に検出可能となる。
以下に、第2の実施の形態について、図16を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。
図16は、第2の実施の形態に係る測定装置26及び造形槽22を示す断面図である。図16に示すように、第2の実施形態の測定装置26は、移動部81と、光学機器82とを有する。
移動部81は、造形槽22の上方に配置される。移動部81は、光学機器82を、層12の表面12aに対して略垂直な中心軸周りに回転可能である。なお、移動部81はこれに限られない。
光学機器82は、例えば、レーザスキャナである。なお、光学機器82はこれに限らず、例えば、3Dカメラのような立体形状を検出可能な他の光学機器であっても良い。光学機器82は、複数の層12の表面12aを形成する層12に形成された、造形部分13aの立体形状を検出する。
なお、光学機器82は、CCDカメラのような単眼の他の光学機器であっても良い。このような単眼の光学機器82は、複数の層12の表面12aを撮影することで、層12に形成された造形部分13aの形状を検出する。
第2の実施形態の三次元プリンタ10において、測定装置26は、複数の層12の表面12aを形成する層12に形成された、造形部分13aの形状を検出する光学機器82を有する。これにより、測定装置26は、X線防護材等を用いることなく、造形部分13aの形状を検出できる。
光学機器82は、複数の層12の表面12aを形成する層12に形成された、造形部分13aの立体形状を検出する。これにより、例えば造形部分13aの表面高さが検出され、当該表面高さに基づいて造形部分13aの形状を修正できる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、検出部は、複数の層の表面を形成する層を含む少なくとも一つの層に形成された、造形物の一部の形状を検出する。これにより、積層造形装置は、より精度の高い積層造形を行うことができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、上記実施形態に含まれる技術的思想の例を付記する。
[1]
積み重ねられた粉末状の材料の複数の層を形成するよう構成された積層形成部と、
前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、造形物の一部を形成するよう構成された結合形成部と、
前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された検出部と、
を具備する積層造形装置。
[2]
前記造形物の形状の情報が記憶されるよう構成された記憶部と、
前記造形物の形状の情報に基づき、前記結合形成部に前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させるよう構成された制御部と、
をさらに具備し、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報とを比較するよう構成された、
[1]の積層造形装置。
[3]
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報と、の比較結果を利用して、前記結合形成部に前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させるよう構成された、[2]の積層造形装置。
[4]
前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状を変更するよう構成された加工部をさらに具備し、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報と、の比較結果を利用して、前記加工部に前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状を変更させるよう構成された、
[2]の積層造形装置。
[5]
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状に基づき、形成される前記造形物の予測形状を算出し、当該予測形状と、前記造形物の形状の情報とを比較するよう構成された、[2]の積層造形装置。
[6]
前記記憶部は、複数のサンプルの形状の情報と、前記結合形成部により予め形成された前記複数のサンプルの形状から算出された誤差予測情報と、が記憶されるよう構成され、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報と、前記複数のサンプルの形状の情報と、前記誤差予測情報と、を利用して、前記予測形状を算出するよう構成された、
[5]の積層造形装置。
[7]
前記記憶部に閾値が記憶されるよう構成され、
前記制御部は、前記予測形状と、前記造形物の形状の情報と、の比較結果が前記閾値の範囲を超えた場合、前記結合形成部を停止させるよう構成された、
[6]の積層造形装置。
[8]
前記検出部は、前記複数の層の表面にX線を照射し、当該X線によって、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された、[1]の積層造形装置。
[9]
前記検出部は、前記複数の層の表面と、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層によって回折された前記X線と、の間の角度に基づき、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された、[8]の積層造形装置。
[10]
前記検出部は、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された光学機器を有する、[1]の積層造形装置。
[11]
前記光学機器は、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された、前記造形物の一部の立体形状を検出するよう構成された、[10]の積層造形装置。
[12]
粉末状の材料の複数の層を形成し、当該複数の層を積み重ねることと、
前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、造形物の一部を形成することと、
前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出することと、
を有する積層造形方法。
以下に、上記実施形態に含まれる技術的思想の例を付記する。
[1]
積み重ねられた粉末状の材料の複数の層を形成するよう構成された積層形成部と、
前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、造形物の一部を形成するよう構成された結合形成部と、
前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された検出部と、
を具備する積層造形装置。
[2]
前記造形物の形状の情報が記憶されるよう構成された記憶部と、
前記造形物の形状の情報に基づき、前記結合形成部に前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させるよう構成された制御部と、
をさらに具備し、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報とを比較するよう構成された、
[1]の積層造形装置。
[3]
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報と、の比較結果を利用して、前記結合形成部に前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させるよう構成された、[2]の積層造形装置。
[4]
前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状を変更するよう構成された加工部をさらに具備し、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報と、の比較結果を利用して、前記加工部に前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状を変更させるよう構成された、
[2]の積層造形装置。
[5]
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状に基づき、形成される前記造形物の予測形状を算出し、当該予測形状と、前記造形物の形状の情報とを比較するよう構成された、[2]の積層造形装置。
[6]
前記記憶部は、複数のサンプルの形状の情報と、前記結合形成部により予め形成された前記複数のサンプルの形状から算出された誤差予測情報と、が記憶されるよう構成され、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報と、前記複数のサンプルの形状の情報と、前記誤差予測情報と、を利用して、前記予測形状を算出するよう構成された、
[5]の積層造形装置。
[7]
前記記憶部に閾値が記憶されるよう構成され、
前記制御部は、前記予測形状と、前記造形物の形状の情報と、の比較結果が前記閾値の範囲を超えた場合、前記結合形成部を停止させるよう構成された、
[6]の積層造形装置。
[8]
前記検出部は、前記複数の層の表面にX線を照射し、当該X線によって、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された、[1]の積層造形装置。
[9]
前記検出部は、前記複数の層の表面と、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層によって回折された前記X線と、の間の角度に基づき、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された、[8]の積層造形装置。
[10]
前記検出部は、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された光学機器を有する、[1]の積層造形装置。
[11]
前記光学機器は、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された、前記造形物の一部の立体形状を検出するよう構成された、[10]の積層造形装置。
[12]
粉末状の材料の複数の層を形成し、当該複数の層を積み重ねることと、
前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、造形物の一部を形成することと、
前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出することと、
を有する積層造形方法。
Claims (3)
- 積み重ねられた粉末状の材料の複数の層を形成することと、
造形物の三次元形状を含むデータに基づき、前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、前記造形物の一部を形成することと、
前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出することと、
検出された前記造形物の一部の形状と、前記三次元形状と、複数のサンプルの形状と、予め形成された前記複数のサンプルの形状から算出された誤差予測情報と、を利用して、形成される前記造形物の予測形状を算出することと、
前記予測形状と前記三次元形状とを比較し、前記予測形状と前記三次元形状との比較結果に基づく、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状の変更と、前記データの修正と、の少なくとも一方を行うか判断することと、
を有する積層造形方法。 - 前記予測形状と、前記三次元形状と、の比較結果が閾値の範囲を超えた場合、前記造形物の一部の形成を停止すること、
をさらに有する請求項1の積層造形方法。 - 前記予測形状と、前記三次元形状と、の比較結果に基づき、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状を変更させること、
をさらに有する請求項1又は請求項2の積層造形方法。
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