JP2019155699A - 立体造形装置及び立体造形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照射窓の透過率の低下を正しく検知することができる立体造形装置を提供する。【解決手段】立体造形装置は、粉末材料を用いて粉末薄層を形成する粉末薄層形成手段１２と、前記粉末薄層の周囲を囲い、外部環境と熱的に遮断する断熱手段１４と、前記断熱手段の外部に配置され、電磁波ビームを射出するビーム発生手段１８と、前記断熱手段の一部に設けられ、前記電磁波ビームに対して透明な材質からなる透明窓１５と、前記ビーム発生手段と前記透明窓との間に配置され、前記ビーム発生手段から射出した電磁波ビームを一方向の偏光成分と当該一方向と直交方向の偏光成分とに分離する偏光分離手段２１と、前記一方向の偏光成分の電磁波ビームを前記透明窓に導き、前記透明窓を介して前記粉末薄層に選択的に照射させる選択的照射手段２４と、前記透明窓で反射した電磁波ビームから、前記一方向と直交方向の偏光成分のビーム強度を検出するビーム強度検出手段２３と、を備える。【選択図】図３−２

Description

本発明は、立体造形装置及び立体図形方法に関する。

立体造形物を形成する立体造形装置として、粉末状の金属材料やセラミックス材料、又は樹脂材料を使った薄層形成し、レーザ等の電磁波照射による選択的な溶融・固化を繰り返すことで立体造形物を形成する粉末床溶融結合装置が知られている。

粉末床溶融結合装置では、立体造形物の反り返りや歪みを防ぐために、レーザ光を照射する間、レーザ走査スペースに形成された粉末薄層の表面を、所望の温度に維持することが求められる。このため、従来の粉末床溶融結合装置では、粉末の薄層表面温度を赤外線放射温度計等で測定し、その温度測定結果に基づいて加熱手段を制御することで、温度制御を行っている。

粉末薄層の表面温度を一定に保つために、レーザ走査スペース全体を断熱チェンバで囲い、外部と熱的に遮蔽する必要がある。このため、レーザ光源及び赤外線放射温度計等は断熱チェンバの外側に配置され、粉末薄層へのレーザ光の照射及び粉末薄層の表面温度の測定は、断熱チェンバに設けられた照射窓を介して行われる。

粉末薄層の表面にレーザが照射されると、粉末の溶融とともに分解生成物等が発生してレーザ走査スペースを漂流し、一部が照射窓に付着して照射窓が汚染される。その結果、レーザ光に対する照射窓の透過率が低下し、粉末薄層の表面に照射されるレーザ光強度が低下するという問題がある。また、照射窓の透過率が低下することで放射温度計の測定にも影響を及ぼし、粉末薄層の温度が実際の温度よりも低く測定され、それが温度制御装置にフィードバックされる結果、粉末薄層の表面温度が上昇するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、照射窓の透過率の低下を正しく検知することができる立体造形層装置の提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の立体造形装置は、粉末材料を用いて粉末薄層を形成する粉末薄層形成手段と、前記粉末薄層の周囲を囲い、外部環境と熱的に遮断する断熱手段と、前記断熱手段の外部に配置され、電磁波ビームを射出するビーム発生手段と、前記断熱手段の一部に設けられ、前記電磁波ビームに対して透明な材質からなる透明窓と、前記ビーム発生手段と前記透明窓との間に配置され、前記ビーム発生手段から射出した電磁波ビームを一方向の偏光成分と当該一方向と直交方向の偏光成分とに分離する偏光分離手段と、前記一方向の偏光成分の電磁波ビームを前記透明窓に導き、前記透明窓を介して前記粉末薄層に選択的に照射させる選択的照射手段と、前記透明窓で反射した電磁波ビームから、前記一方向と直交方向の偏光成分のビーム強度を検出するビーム強度検出手段と、を備える。

本発明によれば、照射窓の透過率の低下を正しく検知することができる。

図１は、実施の形態にかかる粉末床溶融結合装置の概略構成を示す斜視図である。 図２は、実施の形態にかかる粉末床溶融結合装置のブロック図である。 図３−１は、立体造形物の製造方法を説明するための図である。 図３−２は、立体造形物の製造方法を説明するための図である。 図４−１は、立体造形物の製造方法を説明するための図である。 図４−２は、立体造形物の製造方法を説明するための図である。 図５は、実施の形態にかかる分解生成物の付着量計測方法を説明するための図である。 図６は、照射窓周辺におけるレーザ光の振る舞いを説明する模式図である。 図７は、照射窓に付着した分解生成物によって発生したＳ偏光成分の測定手順を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、立体造形装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、実施の形態にかかる粉末床溶融結合装置１（立体造形装置の一例）の概略構成を示す斜視図である。

（粉末床溶融結合装置の構成）
図1に示すように、粉末床溶融結合装置１は、供給槽１１、ヒータ１１Ｈ、ローラ１２、ヒータ１３Ｈ、断熱チェンバ１４、照射窓１５、赤外線放射温度計１６、レーザ発生装置１８、第１の偏光板２０、偏光ビームスプリッタ２１、第２の偏光板２２、第１の受光素子２３、第１の反射鏡２４、第２の反射鏡３０、ピストン１１Ｐ、及びピストン１３Ｐを有している。

供給槽１１は、造形用の粉末Ｐを収容するための容器である。粉末Ｐとしては、粉末状の金属材料、セラミックス材料、又は樹脂材料などが挙げられる。本実施の形態においては、樹脂粉末を用いる。

ヒータ１１Ｈは、供給槽１１に収容されている粉末Ｐを加熱する。ヒータ１３Ｈは、レーザ走査スペース１３に供給される粉末Ｐを加熱する。

ローラ１２は、粉末床溶融結合装置１のレーザ走査スペース１３に供給される粉末Ｐを整地して粉末Ｐの薄層を形成する粉末薄層形成手段である。粉末薄層形成手段としては、ローラ、ブレード、ブラシ、又はこれらの組合せなどを使用できる。

断熱チェンバ１４は、高温に維持されるレーザ走査スペース１３と、外部の常温環境とを熱的に遮断する断熱手段である。

照射窓１５は、断熱チェンバ１４の一部に設けられ、レーザ発生装置１８から射出されるレーザ光に対して透明な材質からなる透明窓である。レーザ光は、照射窓１５を通してレーザ走査スペース１３に導入される。

赤外線放射温度計１６は、断熱チェンバ１４の外側に配置され、照射窓１５を介して粉末Ｐ（粉末薄層）の表面温度を非接触で遠隔測定する温度測定手段である。図１に示すように、赤外線放射温度計１６を照射窓１５越しに設置することで、断熱チェンバ１４に温度計専用の窓を設けることなく、遠隔温度測定が可能である。また、非接触で遠隔温度測定が可能な温度測定手段として、最も汎用的な赤外線放射温度計１６を使用することで、安価な構成で温度測定機能を実現できる。

レーザ発生装置１８は、断熱チェンバ１４の外部に配置され、粉末薄層に電磁波ビームを照射して溶融させる。レーザ発生装置１８は、電磁波ビーム源としてＣＯ_２レーザ光源を備え、レーザ光Ｌを射出する。電磁波ビーム源としては、レーザ光源、赤外線照射源、マイクロ波発生器、又はこれらの組合せなどを使用できる。

第１の偏光板２０は、レーザ発生装置１８から射出されたレーザ光Ｌの特定の偏光成分のみを透過させる。偏光ビームスプリッタ２１は、一方向の偏光成分を透過し、該一方向と直交方向の偏光成分を反射する。すなわち、偏光ビームスプリッタ２１は、レーザ光を第１偏光成分と第２偏光成分とに分離する偏光分離手段として機能する。これら第１の偏光板２０及び偏光ビームスプリッタ２１については、後に詳述する。

第１の反射鏡２４は、偏光ビームスプリッタ２１で分離された一方向の偏光成分のレーザ光のみを反射して、レーザ走査スペース１３の所定位置へ導く。第１の反射鏡２４の反射面は、レーザ発生装置１８がレーザ光Ｌを照射している間、３Ｄ（ｔｈｒｅｅ―ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ)モデルの２次元データに基づいて、角度を変化させる。３Ｄモデルの２次元データは、３Ｄモデルを所定の間隔でスライスしたときの各断面形状データである。これにより、レーザ光の反射角度が変わることで、レーザ走査スペース１３のうち、２次元データによって指示される部分に、選択的にレーザ光Ｌが照射される。すなわち、第１の反射鏡２４は、分離された一方向の偏光成分のレーザ光のみを照射窓１５に導き、照射窓１５を介して粉末薄層に選択的に照射させる選択的照射手段として機能する。レーザ光が照射される位置の粉末Ｐは、粉末同士が互いに焼結し、または溶融して一体化し、溶融層を形成する。

ピストン１１Ｐ及びピストン１３Ｐは、溶融層の造形が完了すると、図２に示すピストン駆動部１２２によって駆動され、供給槽１１、及びレーザ走査スペース１３を、造形物の積層方向に対し上、又は下方向に移動させる。これにより、供給槽１１からレーザ走査スペース１３へ、新たな層の造形に用いられる新たな粉末Ｐを供給する。

第２の偏光板２２は、偏光ビームスプリッタ２１と受光素子２３との間に配置され、レーザ光の特定の偏光成分のみを透過させる。受光素子２３は、照射窓１５で反射したレーザ光から、粉末薄層に照射されたレーザ光の偏光成分の方向と直交方向の偏光成分のビーム強度を検出するビーム強度検出手段である。これら第２の偏光板２２及び第１の受光素子２３についても、後に詳述する。

第２の反射鏡３０は、入射するレーザ光Ｌの一部を反射し、一部を透過するハーフミラーである。第２の受光素子４０は、レーザ発生装置１８から射出され第２の反射鏡３０で反射されたレーザ光Ｌの強度を検出する、いわゆるレーザパワーセンサである。

図２は、粉末床溶融結合装置１の制御系の概略構成を示すブロック図である。粉末床溶融結合装置１は、粉末床溶融結合装置１の全体の制御を行う制御部１００を備えている。制御部１００は、コントローラ部１１０と、エンジン制御部１２０とを備えている。

コントローラ部１１０は、ＣＰＵやメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）等から構成され、エンジン制御部１２０、データ入力部２００等と接続されている。コントローラ部１１０は、予め組み込まれている制御プログラムを実行することにより、粉末床溶融結合装置１全体の制御を行う。例えば、コントローラ部１１０は、データ入力部２００を介して入力された３Ｄモデルから生成される複数の二次元データを受け付け、そのデータに従ってエンジン制御部１２０を制御し、立体造形物を形成する動作を制御する。

エンジン制御部１２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、コントローラ部１１０、各検知部材（赤外線放射温度計１６、第１の受光素子２３、第２の受光素子４０）等と接続され、予め組み込まれている制御プログラムを実行することにより、コントローラ部１１０らの指令に基づいて、造形動作を行う造形エンジン（ヒータ１１Ｈ、ローラ１２、ヒータ１３Ｈ、レーザ発生装置１８、第１の反射鏡２４、ピストン１１Ｐ、及びピストン１３Ｐ等）の制御を行う。例えば、エンジン制御部１２０は、ローラ駆動部１２１を制御して、ローラ１２の駆動を制御したり、ピストン駆動部１２２を制御して、ピストン１１Ｐ及びピストン１３Ｐの上下動を制御したり、入力されたデータに基づいて反射鏡駆動部１２３を制御して、反射鏡２４の角度を制御したりする。また、エンジン制御部１２０は、受光素子２３が検出した反射光強度に基づいて、ヒータ駆動部１２４を制御して、ヒータ１３Ｈの通電時間を制御したり、受光素子２３が検出した一方向の偏光成分のビーム強度に基づいて、レーザ発生装置１８を制御して、射出するレーザ光Ｌの強度を制御したりする。ヒータ１３Ｈの通電時間の制御及びレーザ光Ｌの強度の制御については、後に詳述する。

（立体造形物の製造方法）
次に、立体造形物の製造方法について、図３−１、図３−２、図４−１、図４−２を用いて説明する。

エンジン制御部１２０は、ヒータ１１Ｈを制御して、供給槽１１に収容された粉末Ｐを加熱する。供給槽１１の温度としては、粉末Ｐをレーザ光照射により溶融するときに、反り返りを抑制する点では、粉末Ｐの融点以下のなるべく高い温度が好ましいが、供給槽１１での粉末Ｐの溶融を防ぐ点では、粉末Ｐの融点より１１０℃以上低いことが好ましい。

エンジン制御部１２０は、ローラ１２を制御して、供給槽１１の粉末Ｐをレーザ走査スペース１３へ供給して整地させ、図３−１に示すように１層分の厚さＴの粉末薄層を形成する。レーザ走査スペース１３へ供給された粉末Ｐの表面温度は、照射窓１５を介して赤外線放射温度計１６で遠隔測定される。エンジン制御部１２０は、ヒータ１３Ｈを制御し、所望の温度まで粉末Ｐを加熱する。所望の温度としては、粉末Ｐをレーザ照射により溶融するときに反り返りを抑制する点では、なるべく高い方が好ましいが、レーザ走査スペース１３での粉末Ｐの溶融を防ぐ点では、粉末Ｐの融点より５℃以上低温であることが好ましい。

エンジン制御部１２０は、データ入力部２００から、３Ｄモデルから生成される複数の二次元データを受け付ける。エンジン制御部２００は、図３−２に示すように、複数の二次元データのうち最も底面側の二次元データに基づいて、反射鏡２４の反射面の角度を変えつつ、レーザ発生装置１８にレーザ光Ｌを射出させる。レーザの出力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択されるが、１０ワット以上１５０ワット以下が好ましい。レーザ光の照射により、粉末薄層のうち、最も底面側の二次元データによって示される画素に対応する位置の粉末Ｐが溶融する。レーザ光の照射が完了すると、溶融した樹脂は硬化して、最も底面側の二次元データが示す形状の溶融層が形成される。

溶融層の厚さＴとしては、特に限定されないが、平均値として、１０μｍ以上が好ましく、５０μｍ以上がより好ましく、１００μｍ以上が更に好ましい。また、溶融層の厚みＴとしては、特に限定されないが、平均値として、２００μｍ未満が好ましく、１５０μｍ未満がより好ましく、１２０μｍ未満が更に好ましい。

最も底面側の溶融層が形成されると、図４−１に示すように、エンジン制御部１２０は、レーザ走査スペース１３に１層分の厚さＴの造形スペースが形成されるように、レーザ走査スペース１３を厚さＴだけピストン１３Ｐを降下させる。また、エンジン制御部１２０は、新たな粉末Ｐを供給可能とするため、ピストン１１Ｐを上昇させる。続いて、図４−１に示すように、エンジン制御部１２０は、ローラ１２を駆動して、供給槽１１の粉末Ｐをレーザ走査スペース１３へ供給して整地することで、１層分の厚さＴの粉末薄層を形成する。

続いて、図４−２に示すように、エンジン制御部１２０は、複数の二次元データのうち最も底面側から２層目の二次元データに基づいて、第１の反射鏡２４の反射面の角度を変えつつ、レーザ発生装置１８にレーザ光Ｌを射出させる。これにより、粉末薄層のうち、最も底面側から２層目の二次元データによって示される画素に対応する位置の粉末Ｐが溶融する。レーザ光の照射が完了すると、溶融した樹脂は硬化して、最も底面側から２層目の二次元データが示す形状の溶融層が、最も底面側の溶融層に積層された状態で形成される。

エンジン制御部１２０は、上記の粉末Ｐの供給と、粉末薄層の形成とを繰り返すことで、溶融層を積層させる。複数の二次元データのすべてに基づく造形が完了すると、３Ｄモデルと同形状の立体造形物が得られる。

（分解生成物の付着量計測方法）
立体造形物の製造過程において、樹脂の粉末薄層が溶融すると分解生成物がレーザ走査スペース１３に飛散する場合がある。そしてその一部が照射窓１５に付着すると、照射窓１５の透過率を低下させ、１）粉末薄層の表面に到達するレーザ光強度が低下してしまったり、２）照射窓１５を介して赤外線放射温度計１６を使って計測される粉末薄層の温度が、実際の温度よりも低く測定されてしまったりする問題がある。

そこで分解生成物の付着量を測定し、付着量に応じて、レーザ出力を調整したり、温度計測値を補正したりすることで、上記の問題を解決する。以下に、図５及び図６を用いて、照射窓１５に付着する分解生成物の量を計測する方法を説明する。

図５において、レーザ発生装置１８から射出したレーザ光は、第１の偏光板２０を透過する際に、特定の偏光成分、すなわちこの場合は紙面に対して平行な電場の振動成分(以下、Ｐ偏光成分と呼ぶ)のみが透過される。なお、レーザ発生装置１８から射出されるレーザ光Ｌが直線偏光でＰ偏光成分のみであるならば、第１の偏光板２０は必ずしも必要ない。しかし、レーザ光Ｌにわずかに含まれるＰ偏光成分以外の成分を除去するためには、第１の偏光板２０を用いることがより望ましい。これにより、測定におけるＳＮ比を改善することができる。

Ｐ偏光を有するレーザ光は偏光ビームスプリッタ２１を透過し、第１の反射鏡２４で反射して、さらに照射窓１５を透過してレーザ走査スペース１３へと導入される。照射窓１５の表面に分解生成物Ｃが付着している場合は、分解生成物Ｃの薄層内部で多重反射した光の一部が光路を逆方向に伝播し、第１の反射鏡２４で反射され、偏光ビームスプリッタ２１に再び入射する。偏光ビームスプリッタ２１は、レーザ光をその偏光方向に応じて反射または透過させる機能を有する。分解生成物Ｃの薄層で多重反射して戻ったレーザ光の偏光状態は、後述する理由により、紙面に対して垂直の振動方向を有する偏光成分(以後、Ｓ偏光成分と呼ぶ)が含まれており、Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ２１で反射して第２の偏光板２２を透過し、第１の受光素子２３に入射する。これにより、反射光に含まれるＳ偏光成分のビーム強度が第１の受光素子２３で検出される。なお、第２の偏光板２２は必ずしも必要ないが、偏光ビームスプリッタ２１からの反射光にわずかに含まれるＳ偏光以外の成分を除去するためには、第２の偏光板２２を用いることがより望ましい。これにより、測定におけるＳＮ比を改善することができる。

図６は、照射窓１５周辺におけるレーザ光の振る舞いを説明する模式図である。図６のＡは、照射窓１５に付着した分解生成物Ｃを透過する光の偏光状態を示しており、Ｐ偏光で入射したレーザ光は、そのＰ偏光の状態を維持したまま、レーザ走査スペース１３へと直進する。

図６のＢは、照射窓１５の裏面で反射するレーザ光を示しており、この場合も偏光状態はＰ偏光のまま保持される。

図６のＣは、分解生成物Ｃの薄層で多重反射するレーザ光を示している。多重反射するレーザ光Ｃの経路は、図６では紙面と垂直なベクトル成分を含まないように描かれているが、実際は紙面と垂直なベクトル成分を含む経路も辿ると考えられる。このため偏光状態が変化し、Ｓ偏光成分を生じる。

このように、分解生成物Ｃの薄層で多重反射した後に、元の光路を回帰するレーザ光は、その偏光成分にわずかなＳ偏光を含む。さらにこのＳ偏光成分の強度は分解生成物Ｃの層の厚さ、すなわち付着量に応じて増加する。したがって、上述した装置構成でＳ偏光成分のビーム強度を測定すれば、照射窓１５に付着する分解生成物Ｃの付着量を推定することが可能となる。

本実施の形態においては、このようにある一方向の偏光成分(Ｐ偏光成分)のみのレーザ光を照射窓に導き、照射窓１５に付着した分解生成物によって多重反射されたレーザ光のうち、Ｐ偏光成分の方向と直交方向のＳ偏光成分を測定することにより、分解生成物の付着による照射窓１５の透過率の低下を正しく検知することができる。そして、この検知結果を利用して、後述のように、透過率の低下に応じた適切なヒータ制御及びビーム強度の設定が可能となる。

（Ｓ偏光成分の受光量計算フロー）
次に、Ｓ偏光成分の受光量計算フローについて説明する。

図７は、レーザ窓に付着した分解生成物によって発生したＳ偏光成分の測定手順を示すフローチャートである。Ｓ偏光成分を測定するタイミングとしては、例えばＮ層目のレーザ照射とＮ＋１層目のレーザ照射の間で行うようにしてもよい。あるいは、所定の時間間隔、例えば造形途中で３０分ごとに実施してもよい。

まず、制御部１００は、レーザ発生装置１８をＯＦＦ状態にし(ステップＳ１)、第１の反射鏡２４の角度を、照射窓１５に対してレーザ光が垂直入射する角度に設定する(ステップＳ２)。この状態でＳ偏光成分の受光量を測定して記憶装置に記憶させ(ステップＳ３)、その後、レーザ発生装置１８をＯＮ状態にして(ステップＳ４)、再びＳ偏光成分の受光量を測定し、記憶装置に格納させ(ステップＳ５)、レーザ発生装置１８をＯＦＦ状態にする(ステップＳ６)。

第１の受光素子２３で受光されるＳ偏光成分は微弱な強度であるため、ステップＳ３とステップＳ５で測定された測定値の差分を計算し、その差分値をＳ偏光成分の強度として算出する(ステップＳ７)。

（レーザ光強度の制御方法）
図７のステップＳ７で求めた差分値がゼロまたはそれに近い場合は、照射窓１５に付着した分解生成物が存在しないか、ごく微量しか付着していないことを意味する。したがって、この場合、エンジン制御部１２０は、造形時のレーザ出力設定値は更新せずに、そのまま造形を継続させる。

しかし、図７のＳ７で求めた差分値が非ゼロである場合は、照射窓１５に分解生成物が付着して照射窓１５の透過率が減少していることを意味する。したがって、レーザ走査スペース１３の粉末薄層に到達するレーザ光強度を一定レベルに維持するためには、レーザ出力設定値を高める必要がある。レーザ光強度を一定レベルに維持するためのレーザ出力設定値と、Ｓ偏光強度の差分値の間には一定の関係があり、Ｓ偏光強度の差分値から適切なレーザ出力設定値を求めるための変換テーブルや変換式を事前に求めておく。これにより、分解生成物の付着量に応じた適切なレーザ出力設定値を求めることができる。エンジン制御部１２０は、分解生成物の付着量に応じた適切なレーザ出力設定値を用いて、レーザ発生装置１８が射出するレーザ光Ｌの強度を制御する。

（粉末薄層の温度制御方法）
上述のように、図７のステップＳ７で求めた差分値がゼロまたはそれに近い場合は、照射窓１５に付着した分解生成物が存在しないか、ごく微量しか付着していないことを意味しているため、エンジン制御部１２０は、照射窓１５を介して遠隔測定される粉末薄層の表面温度は補正することなく、ヒータ１３Ｈの制御に用いる。

しかし、図７のステップＳ７で求めた差分値が非ゼロである場合は、照射窓１５に分解生成物が付着していることを意味しており、照射窓１５を介して遠隔測定された粉末薄層の表面温度は、実際の温度よりも低めに測定されることになる。したがって、赤外線放射温度計１６の測定値を補正する必要がある。分解生成物の付着に起因する赤外線放射温度計１６の測定誤差と、Ｓ偏光強度の差分値の間には一定の関係があり、変換テーブルや変換式を事前に求めておくことができる。これにより、分解生成物の付着量に応じた適切な温度測定値を求めることができる。エンジン制御部１２０は、適切な温度測定値に基づいて、ヒータ１３Ｈの通電時間等の制御量を制御する。

１ 粉末床溶融結合装置
１１ 供給槽
１１Ｈ、１３Ｈ ヒータ
１１Ｐ、１３Ｐ ピストン
１２ ローラ
１３ レーザ走査スペース
１４ 断熱チェンバ
１５ 照射窓（透明窓）
１６ 赤外線放射温度計１６
１８ レーザ発生装置
２０ 第１の偏光板
２１ 偏光ビームスプリッタ
２２ 第２の偏光板
２３ 第１の受光素子
２４ 第１の反射鏡
３０ 第２の反射鏡
４０ 第２の受光素子
１００ 制御部
１１０ コントローラ部
１２０ エンジン制御部

特開２０１１−２１２１８号公報 特開２００７−２２３２９３号公報 特許第４０７６０９１号公報

Claims (10)

1. 粉末材料を用いて粉末薄層を形成する粉末薄層形成手段と、
   前記粉末薄層の周囲を囲い、外部環境と熱的に遮断する断熱手段と、
   前記断熱手段の外部に配置され、電磁波ビームを射出するビーム発生手段と、
   前記断熱手段の一部に設けられ、前記電磁波ビームに対して透明な材質からなる透明窓と、
   前記ビーム発生手段と前記透明窓との間に配置され、前記ビーム発生手段から射出した電磁波ビームを一方向の偏光成分と当該一方向と直交方向の偏光成分とに分離する偏光分離手段と、
   前記一方向の偏光成分の電磁波ビームを前記透明窓に導き、前記透明窓を介して前記粉末薄層に選択的に照射させる選択的照射手段と、
   前記透明窓で反射した電磁波ビームから、前記一方向と直交方向の偏光成分のビーム強度を検出するビーム強度検出手段と、
   を備える立体造形装置。
2. 前記ビーム強度検出手段で検出されたビーム強度に基づいて、前記ビーム発生手段が射出する電磁波ビームの強度を制御するビーム強度制御手段をさらに備える請求項１に記載の立体造形装置。
3. 前記粉末薄層の温度を所定の温度に維持する温度制御手段と、
   前記ビーム強度検出手段で検出されたビーム強度に基づいて、前記温度制御手段の制御量を制御する制御手段と、
   をさらに備える請求項１又は２に記載の立体造形装置。
4. 前記ビーム発生手段と前記偏光分離手段との間に配置された第１の偏光素子をさらに備える請求項１から３のいずれか１項に記載の立体造形装置。
5. 前記偏光分離手段と前記ビーム強度検出手段との間に配置された第２の偏光素子をさらに備える請求項１から４のいずれか１項に記載の立体造形装置。
6. 前記断熱手段の外部に配置され、前記透明窓を介して前記粉末薄層の表面温度を遠隔測定する温度測定手段をさらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の立体造形装置。
7. 前記ビーム発生手段は、電磁波ビーム源としてレーザ光源を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の立体造形装置。
8. 粉末材料を用いて粉末薄層を形成する工程と、
   ビーム発生手段から射出した電磁波ビームを一方向の偏光成分と当該一方向と直交方向の偏光成分とに分離する工程と、
   前記粉末薄層の周囲を囲う断熱手段の一部に設けられ前記電磁波ビームに対して透明な材質からなる透明窓に、前記一方向の偏光成分の電磁波ビームのみを導き、前記透明窓を介して前記粉末薄層に選択的に照射させる工程と、
   前記透明窓で反射した電磁波ビームから、前記一方向と直交方向の偏光成分のビーム強度を検出する工程と、
   を含む立体造形方法。
9. 検出された前記ビーム強度に基づいて、前記ビーム発生手段が射出する電磁波ビームの強度を制御する工程をさらに含む請求項８に記載の立体造形方法。
10. 検出された前記ビーム強度に基づいて、前記末薄層の温度を制御する工程をさらに含む請求項８又は９に記載の立体造形方法。

Images