JP2020084218A - 三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】造形物の造形が効率良く行える三次元造形装置を提供する。【解決手段】テーブル１３の上に粉末材料Ａを供給し、その粉末材料Ａに対し電子ビームを照射して三次元の造形物Ｏを造形する三次元造形装置であって、上下方向の回転軸線Ｃを中心にテーブル１３を回転させる回転ユニット３１と、造形物Ｏの水平断面のスライスデータＤ１を取得し、回転軸線Ｃを中心としてスライスデータＤ１を周方向に分割した複数の分割データＤ２を取得し、分割データＤ２ごとに電子ビームの照射位置を設定する制御部４と、電子ビームを出射し、照射位置に従って電子ビームを粉末材料Ａに照射させるビーム源６３とを備えて構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元の物体を造形する三次元造形装置に関する。

従来、三次元造形装置として、例えば、特許第４６３９０８７号公報に記載されるように、テーブルに敷き均された粉末材料に対しエネルギビームを照射し、粉末材料を加熱し凝固させて、三次元の物体を造形する装置が知られている。この装置は、エネルギビームを照射すべき領域を格子状に複数の領域として分割して造形を行うことにより、造形物の内部応力の低減を図ろうとするものである。

特許第４６３９０８７号公報

このような三次元造形装置にあっては、複数に分割した領域ごとにエネルギビームを照射する必要があり、ビーム照射の設定及び制御が複雑となる。すなわち、複数に分割された領域ごとにビーム照射の軌道を設定し、異なる位置の領域へビーム照射を行って造形を行う必要がある。このため、造形物の造形を効率良く行うことが難しい。

そこで、効率良く造形物の造形が行える三次元造形装置の開発が望まれている。

本開示の一態様に係る三次元造形装置は、テーブルの上に粉末材料を供給し、その粉末材料に対しエネルギビームを照射して三次元の造形物を造形する三次元造形装置において、上下方向の回転軸線を中心にテーブルを回転させる回転駆動部と、造形物の水平断面のスライスデータを取得し、回転軸線を中心としてスライスデータを周方向に分割した複数の分割データを取得し、分割データごとにエネルギビームの照射位置を設定する設定部と、エネルギビームを出射し、照射位置に従ってエネルギビームを粉末材料に照射させるビーム出射部と、を備えて構成されている。この三次元造形装置によれば、テーブルの回転軸線を中心として造形物のスライスデータを周方向に分割した複数の分割データを取得し、その分割データごとに設定された照射位置に従ってエネルギビームを粉末材料に照射させて造形が行われる。このため、テーブルを回転させることで分割データに対応する領域を同じ位置へ順次移動させてくることができる。従って、その位置に対しエネルギビームを照射することで造形物の造形が行え、効率良く造形を行うことができる。

また、本開示の一態様に係る三次元造形装置において、粉末材料をテーブル上に供給する供給部と、テーブル上に供給された粉末材料に対し予備加熱を行う加熱部とをさらに備え、供給部、加熱部及びビーム出射部は、テーブルの上方においてテーブルの回転方向に沿って配置されていてもよい。この場合、供給部、加熱部及びビーム出射部がテーブルの回転方向に沿って配置されることにより、供給部による粉末材料の供給、加熱部による粉末材料の予備加熱及びビーム出射部によるエネルギビームの照射が異なる領域で行うことができる。このため、粉末材料の供給、粉末材料の予備加熱及びエネルギビームの照射を並行して行うことができる。従って、造形物の造形を効率良く行うことができ、造形物の造形時間の短縮化を図ることができる。

本開示によれば、造形物の造形が効率良く行える三次元造形装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る三次元造形装置の構成概要図である。 図１の三次元造形装置の処理部の説明図である。 図１の三次元造形装置における分割データ及び軌道データの生成の説明図である。 図１の三次元造形装置における分割データの分割角度の説明図である。 図１の三次元造形装置における軌道データの生成の説明図である。 図１の三次元造形装置の動作を示すフローチャートである。 図１の三次元造形装置の変形例の説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る三次元造形装置の構成概要図である。三次元造形装置１は、粉末材料Ａから三次元の造形物Ｏを製造するいわゆる３Ｄプリンタである。例えば、三次元造形装置１は、粉末材料Ａにエネルギビームを照射して粉末材料Ａを溶融又は焼結させて三次元の造形物Ｏを造形する。本実施形態の三次元造形装置１は、敷き均した粉末材料Ａに対し電子ビームＢを照射して造形を行うパウダーベッド方式に適用したものである。粉末材料Ａは、金属の粉末であり、例えばチタン系金属粉末、インコネル粉末、アルミニウム粉末等である。また、粉末材料Ａは、金属粉末に限定されず、例えば樹脂粉末、ＣＦＲＰ（Carbon FiberReinforced Plastics）などの炭素繊維と樹脂とを含む粉末であってもよい。また、粉末材料Ａは、導電性を有するその他の粉末でもよい。なお、本発明における粉末材料は、導電性を有するものには限定されない。例えばエネルギビームとしてレーザを用いる場合には、粉末材料は導電性を有しなくてもよい。

三次元造形装置１は、駆動部３、制御部４、処理部６およびハウジング８を備えている。
駆動部３は、造形に要する種々の動作を実現する。例えば、駆動部３は、テーブル１３を回転及び昇降させる。駆動部３は、回転ユニット３１および昇降ユニット３２を有する。回転ユニット３１は、上下方向の回転軸線を中心にテーブル１３を回転させる回転駆動部として機能する。例えば、回転ユニット３１の上端はテーブル１３に連結され、回転ユニット３１の下端には駆動源（例えばモータ）が取り付けられている。昇降ユニット３２は、テーブル１３を造形タンク１４に対して相対的に昇降させる直線駆動部として機能する。この昇降は、回転ユニット３１の回転軸線に沿っている。なお、駆動部３は、テーブル１３を回転及び昇降させることができる機構であればよく、上述した機構に限定されない。

処理部６は、粉末材料Ａを処理して造形物Ｏを得る。粉末材料Ａの処理は、例えば粉末材料Ａの供給処理、粉末材料Ａの予熱処理（予備加熱処理）および粉末材料Ａの造形処理を含む。ハウジング８は、複数のコラム７によって支持されている。ハウジング８は、造形空間Ｓを形成するチャンバとして機能する。造形空間Ｓは、粉末材料Ａを収容し、処理部６による粉末材料Ａの処理を行うための減圧可能な気密空間である。

造形空間Ｓには、テーブル１３と造形タンク１４とが配置されている。テーブル１３は、造形処理が行われる処理台である。テーブル１３は、例えば円板状のものが用いられ、造形物Ｏの原料である粉末材料Ａが配置される。テーブル１３は、その中心軸線がハウジング８の中心軸線と重複するように配置されている。テーブル１３には、駆動部３が接続されている。従って、テーブル１３は、駆動部３によって、回転と、回転軸線に沿った直線移動と、を行う。

図２は、造形処理に用いられる主要な部品を示している。処理部６は、テーブル１３に対し対面するように配置されている。例えば、処理部６は、テーブル１３の上方に配置され、テーブル１３の造形面（主面又は上面）１３ａに対面している。処理部６は、例えば、処理ユニットして、フィーダ６１、ヒータ６２及びビーム源６３を備えている。フィーダ６１は、粉末材料Ａの供給処理を行う。ヒータ６２は、粉末材料Ａの予熱処理を行う。ビーム源６３は、粉末材料Ａの造形処理を行う。

フィーダ６１は、テーブル１３上に粉末材料Ａを供給する供給部として機能する。例えば、フィーダ６１は、図示しない原料タンクと均し部とを有する。原料タンクは、粉末材料Ａを貯留すると共にテーブル１３上に粉末材料Ａを供給する。均し部は、テーブル１３上の粉末材料Ａの表面を均す。なお、三次元造形装置１は、均し部に替えて、ローラー部、棒状部材、刷毛部などを有してもよい。

ヒータ６２は、テーブル１３上に供給された粉末材料Ａの予備加熱を行う加熱部として機能し、ビーム照射される前に粉末材料Ａの予備加熱を行う。例えば、ヒータ６２は、テーブル１３の上方に配置され、放射熱によって粉末材料Ａの温度を上昇させる。ヒータ６２として、他の方式により加熱するものであってもよく、例えば赤外線ヒータを用いてもよい。

ビーム源６３は、電子ビームを出射し、その電子ビームを粉末材料Ａに照射するビーム出射部として機能する。例えば、ビーム源６３として、電子銃が用いられる。ビーム源６３は、カソードとアノードとの間に生じる電位差に応じた電子ビームを発生させ、電界調整により電子ビームを収束させ所望の位置に照射させる。

フィーダ６１、ヒータ６２及びビーム源６３は、テーブル１３の回転方向に沿って配置されている。すなわち、フィーダ６１、ヒータ６２及びビーム源６３は、テーブル１３の上方においてテーブル１３の回転方向に沿って設けられている。以下の説明において、「上流」及び「下流」とは、テーブル１３の回転方向を基準とする。例えば、回転軸線Ｃを原点としたＸＹ座標系を規定したとき、フィーダ６１は第二象限の正のＹ軸に沿って配置され、ヒータ６２は第二象限及び第三象限の領域に配置され、ビーム源６３は第一象限及び第四象限の領域に配置される。

このように、造形処理を行うフィーダ６１、ヒータ６２及びビーム源６３をテーブル１３の回転方向に沿って配置し、テーブル１３を回転させて造形を行うことにより、テーブル１３上への粉末材料Ａの供給、粉末材料Ａの予備加熱およびビーム照射による造形の各処理を並行して行うことができる。つまり、フィーダ６１の位置で粉末材料Ａの供給が行われ、ヒータ６２の位置で粉末材料Ａの予備加熱が行われ、ビーム源６３の位置でビーム照射が行われて、造形物Ｏが造形される。このため、粉末材料Ａの供給、粉末材料Ａの予備加熱及びビーム照射を順次行う場合と比べて、造形物Ｏの造形を効率良く行え、造形物Ｏの造形時間を短くすることができる。特に、大型の造形物Ｏを造形する場合に有効である。

図１において、制御部４は、三次元造形装置１の装置全体の制御を行う電子制御ユニットであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを含んで構成される。制御部４は、テーブル１３の昇降制御および回転制御、フィーダ６１の作動制御、ヒータ６２の作動制御、ビーム源６３の作動制御などを行う。また、制御部４は、造形物Ｏの水平断面のスライスデータを取得し、回転軸線Ｃを中心としてスライスデータを周方向に分割した複数の分割データを取得し、この分割データごとに電子ビームの照射位置を設定する設定部として機能する。

制御部４は、回転ユニット３１と電気的に接続され、回転ユニット３１に対し制御信号を出力し、回転ユニット３１の動作を通じてテーブル１３の回転制御を行う。例えば、制御部４は、回転ユニット３１を作動させて、回転軸線Ｃを中心にテーブル１３を回転させる。回転軸線Ｃは、上下方向に向けて設定され、例えば鉛直方向に向けて設定される。また、回転軸線Ｃは、テーブル１３を貫通する位置に設定される。これにより、回転ユニット３１の作動により、テーブル１３は回転軸線Ｃを中心に自転する。

具体的に説明すると、制御部４は、反時計方向に一定の回転速度をもってテーブル１３を回転させる。この回転速度は、例えば予備加熱及び造形における粉末材料Ａなどの温度上昇速度に応じて決定すればよい。つまり、予備加熱前の粉末材料Ａの温度を予備加熱後に所定の温度まで上昇させるために要するエネルギ量を取得し、そのエネルギ量を粉末材料Ａに与えるために要する所要時間を決定する。そして、その所要時間および予熱領域３４を通過する際に通過する軌跡の長さに応じて、テーブル１３の回転速度が決定される。

制御部４は、昇降ユニット３２と電気的に接続され、昇降ユニット３２に対し制御信号を出力し、昇降ユニット３２の動作を通じてテーブル１３の昇降制御を行う。例えば、制御部４は、昇降ユニット３２を作動させて、テーブル１３を昇降させる。具体的には、制御部４は、造形の初期においてテーブル１３を造形タンク１４の上部の位置に配置させ、造形物Ｏの造形が進むに連れてテーブル１３を降下させる。テーブル１３の降下速度は、例えばテーブル１３の回転速度に応じて決定される。

制御部４は、フィーダ６１と電気的に接続され、フィーダ６１に対し制御信号を出力し、粉末材料Ａの供給制御を行う。例えば、制御部４は、フィーダ６１を作動させて、テーブル１３上に粉末材料Ａを供給させ、その粉末材料Ａを敷き均させる。

制御部４は、ヒータ６２と電気的に接続され、ヒータ６２に対し制御信号を出力し、粉末材料Ａの予熱制御を行う。例えば、制御部４は、ヒータ６２を作動させて、テーブル１３上に粉末材料Ａを加熱させ、粉末材料Ａの予備加熱を実行させる。粉末材料Ａの加熱量は、粉末材料Ａの材質や種類、テーブル１３の回転速度などに応じて設定すればよい。

制御部４は、ビーム源６３と電気的に接続され、ビーム源６３に対し制御信号を出力し、ビームの出射制御を行う。例えば、制御部４は、ビーム源６３を作動させて、電子ビームを出射させ、粉末材料Ａの所定の位置に電子ビームを照射させる。電子ビームを照射させる位置は造形物Ｏを造形すべき領域であり、予め設定される照射位置に従って電子ビームが照射される。

制御部４は、電子ビームの照射位置を設定する設定部として機能する。すなわち、制御部４は、造形物Ｏの水平断面のスライスデータＤ１を取得し、回転軸線Ｃを中心としてスライスデータＤ１を周方向に分割した複数の分割データＤ２を取得し、分割データＤ２ごとに電子ビームの照射位置を設定する。具体的には、図３の（ａ）に示すように、造形物Ｏの三次元ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データに基づいて、造形物ＯのスライスデータＤ１が生成される。スライスデータＤ１は例えば造形すべき造形物Ｏの水平断面のデータであり、造形物Ｏの上下の位置に応じて複数のスライスデータＤ１が生成される。そして、図３の（ｂ）に示すように、スライスデータＤ１に基づいて分割データＤ２が生成される。分割データＤ２は、一つのスライスデータＤ１を複数に分割したデータであり、スライスデータＤ１よりデータ量の小さいデータである。分割データＤ２は、テーブル１３の回転軸線Ｃを中心としてスライスデータＤ１を周方向に分割して生成される。つまり、分割データＤ２は、扇状の領域に対するデータとして生成される。分割データＤ２の分割角度は、例えば一定の角度とされる。この場合、分割データＤ２の分割角度は、例えば、造形エリアの半分の角度より小さい角度とされる。図４に示すように、造形エリアＦは、電子ビームの照射可能な領域である。例えば、造形エリアＦのテーブル１３上の角度θ_Ｆが６０度である場合、分割データＤ２の分割角度θは３０度より小さい角度で設定される。このように分割角度θを設定することにより、テーブル１３の回転により分割データＤ２の領域が回転移動する際、分割データＤ２の領域が造形エリアＦを通過中に分割データＤ２の領域に対し造形処理を完了することができる。言い換えれば、分割データＤ２の領域の造形処理が完了する前に分割データＤ２の領域が造形エリアＦを通過してしまうことを抑制することができる。また、次に造形エリアＦに進入する分割データＤ２を連続して造形処理することも可能となる。

このようにテーブル１３の回転軸線Ｃを中心とし周方向に分割して分割データＤ２を生成することにより、テーブル１３の回転によりビーム源６３の下方に移動してくる粉末材料Ａに対し分割データＤ２を用いて順次造形することができ、効率良く造形が行える。また、スライスデータＤ１を分割してデータ量の小さい分割データＤ２とすることにより、造形物Ｏを造形する際にデータ量の小さいデータを用いて造形処理が行え、処理負担の軽減が図れる。特に、大型の造形物Ｏを造形する場合に円滑に造形が行える。

そして、図３の（ｃ）、（ｄ）に示すように、複数の分割データＤ２が制御部４に記憶され、複数の分割データＤ２ごとに電子ビームの照射位置が設定されて記憶される。例えば、照射位置は、分割データＤ２ごとに設定される軌道データＴ１に沿って所定の間隔で配置される照射点として設定される。図３の（ｄ）に示すように、軌道データＴ１は、一定の方向に沿って並んだ軌道のデータである。電子ビームの照射位置は、電子ビームを照射するための目標位置である。照射位置の設定は、現実の照射位置に対応して設定してもよいし、電子ビームの照射制御の指令位置として設定してもよい。図５は、軌道データＴ１に沿って照射点として設定される照射位置を示している。図５の例においては、照射位置のデータは、軌道データＴ１と点データ群により構成されている。つまり、図５において、軌道データＴ１上に照射点（黒点）が所定の間隔で設定され、この照射点が電子ビームの照射位置として設定される。軌道データＴ１及び軌道データＴ１上の照射点は、分割データＤ２の領域上の照射位置を示している。なお、分割データＤ２に対する照射位置の設定は、このようなものに限定されるものではない。すなわち、分割データＤ２に対する照射位置の設定は、軌道データＴ１及び点データ群を設定するものに限られず、分割データＤ２に対し電子ビームを所望の位置に照射できれば、その他の設定態様であってもよい。例えば、照射位置の設定として、一つの軌道データＴ１に対し一つの照射点を設定してもよい。また、照射位置の設定として、軌道データＴ１の設定のみを行い、軌道データＴ１に沿って電子ビームを走査して照射を行うものであってもよい。

また、造形物Ｏを造形するための軌道データとしては、テーブル１３の回転に応じて座標変換した軌道データＴ２を設定してもよい。すなわち、分割データＤ２に対応する領域は、テーブル１３の回転により移動するため、分割データＤ２に設定された位置に電子ビームを照射するため、テーブル１３の回転速度に応じて座標変換を行って軌道データＴ２を生成して記憶してもよい。このとき、回転軸線Ｃを中心としてスライスデータＤ１を周方向に分割した分割データＤ２を用いることにより、軌道データＴ２の計算又は設定が容易となる。なお、この軌道データＴ２の生成及び記憶は、造形前に予め行ってもよいし、造形中に行ってもよい。造形中に軌道データＴ２の生成を行う場合には、造形時において造形の中断を生じたときでも造形の再開が円滑に行えるというメリットがある。

以上のように、制御部４は、造形物Ｏの分割データＤ２及び軌道データＴ２に基づいて電子ビームが粉末材料Ａに対し照射される位置を決定し、その位置に応じて電子ビームが照射されるようにビーム源６３に制御信号を出力する。

次に、本実施形態に係る三次元造形装置１の動作について説明する。

まず、図１において、テーブル１３が上方へ移動させられ造形タンク１４の上部の位置に配置される。すなわち、制御部４から昇降ユニット３２に制御信号が出力され、昇降ユニット３２の作動によりテーブル１３が上方へ移動し造形タンク１４の上部の位置に配置される。

そして、図２において、回転軸線Ｃを中心にテーブル１３が回転させられる。すなわち、制御部４から回転ユニット３１に制御信号が出力され、回転ユニット３１の作動によりテーブル１３が回転軸線Ｃを中心に回転する。

そして、フィーダ６１によりテーブル１３上に粉末材料Ａが供給される。すなわち、制御部４からフィーダ６１に制御信号が出力されてフィーダ６１が作動し、フィーダ６１によりテーブル１３上に粉末材料Ａが供給されて敷き均される。

また、ヒータ６２により粉末材料Ａの予備加熱が行われる。すなわち、制御部４からヒータ６２に制御信号が出力されてヒータ６２が作動し、テーブル１３の回転によってヒータ６２の下方に移動してくる粉末材料Ａが加熱される。

また、ビーム源６３により粉末材料Ａに電子ビームが照射され、造形物Ｏの造形が行われる。すなわち、制御部４からビーム源６３に制御信号が出力されビーム源６３が作動し、テーブル１３の回転によってビーム源６３の下方に粉末材料Ａに対し電子ビームが照射される。これにより、粉末材料Ａが溶融又は焼結し、造形物Ｏが造形されていく。

また、テーブル１３は、造形物Ｏの造形が進むに連れて降下される。すなわち、制御部４から昇降ユニット３２に制御信号が出力され、昇降ユニット３２の作動によりテーブル１３が回転軸線Ｃに沿って降下する。このテーブル１３の降下は、テーブル１３の回転と同期させてもよいが、完全には同期させなくてもよい。

電子ビームの照射位置は、造形物Ｏの分割データＤ２ごとに設定される。例えば、電子ビームの照射位置は、造形物Ｏの分割データＤ２ごとに設定される軌道データＴ２に従って決定される。分割データＤ２は、図３の（ｃ）に示すように、造形物Ｏの水平断面のスライスデータＤ１を周方向に分割したデータであり、扇状の領域に対する造形物Ｏの断面部分のデータである。そして、この分割データＤ２ごとに軌道データＴ１が設定されている。軌道データＴ１は、分割データＤ２における電子ビームの照射位置の軌跡を示すデータである。例えば、軌道データＴ１は、直線状のデータを同一方向に横並びにして複数設定される。ここで、分割データＤ２の領域はテーブル１３の回転に伴って移動していく。このため、図５に示すように、分割データＤ２の軌道データＴ１に沿って電子ビームを照射するためには、テーブル１３の回転に応じて軌道データＴ１を補正する必要がある。その補正を行ったデータが軌道データＴ２である。軌道データＴ２は、例えば湾曲した軌跡となる。分割データＤ２には、軌道データＴ１に応じた数の軌道データＴ２が設定される。この軌道データＴ２に沿って電子ビームの照射位置が設定される。

図６は、三次元造形装置１における造形動作を示すフローチャートである。図６の一連の制御処理は、例えば制御部４によって行われる。

まず、図６のステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」と示す。以下のステップについても同様とする。）に示すように、データの読み込み処理が行われる。この読み込み処理は、予め設定されている造形に関するデータを読み込む処理である。造形に関するデータとしては、造形物Ｏの分割データＤ２、軌道データＴ１などが該当する。

そして、Ｓ１２に処理が移行し、軌道生成処理が行われる。軌道生成処理は、軌道データＴ２を生成する処理である。この軌道生成処理では、分割データＤ２、軌道データＴ１、テーブル１３の回転速度に基づいて軌道データＴ２の生成が行われる。このとき、電子ビームの走査速度、ビーム電流、ビームフォーカスなどを加味して軌道データＴ２の生成が行われてもよい。

そして、Ｓ１４に処理が移行し、照射位置の設定処理が行われる。この設定処理は、電子ビームの照射位置を設定する処理である。例えば、図５の黒丸で示されるように、軌道データＴ２に沿って電子ビームの照射位置が複数設定される。

そして、Ｓ１６に処理が移行し、造形処理が行われる。造形処理は、Ｓ１４にて設定された照射位置に対し電子ビームを照射する処理である。すなわち、制御部４からビーム源６３に制御信号が出力されて、ビーム源６３から電子ビームが出射され、設定された照射位置に電子ビームが照射される。これにより、分割データＤ２ごとに造形物Ｏが造形されていく。この造形処理は、回転するテーブル１３上の粉末材料Ａに対し電子ビームを照射して行われ、分割データＤ２ごとに電子ビームを照射して行われる。このとき、例えば、図４に示すように、テーブル１３が予め定めた開始位置Ｐに回転移動してきたときに、分割データＤ２における造形が開始されてもよい。この開始位置Ｐは、ビーム源６３の設置位置に対応する固定の位置である。すなわち、開始位置Ｐは、回転しない位置であって、分割データＤ２全体が造形エリアＦに入った位置に設定される。分割データＤ２は、テーブル１３の任意の回転位置に対して設定されていてもよいし、テーブル１３の回転位置に対応して設定されていてもよい。分割データＤ２がテーブル１３の回転位置に対応して設定されている場合には、分割データＤ２に対応するテーブル１３の回転位置が開始位置Ｐに移動してきたときに、その分割データＤ２における造形を開始すればよい。このように造形処理を行うことにより、各分割データＤ２が同じ開始位置Ｐで造形されることとなり、また分割データＤ２ごとの造形の開始位置をテーブル１３の回転角度と同期させることができ、造形処理が精度良く行うことができる。テーブル１３の回転位置は、エンコーダなどの角度検出センサにより検出すればよい。なお、分割データＤ２の一部が造形エリアＦに入ったときに、その分割データＤ２の造形を開始してもよい。すなわち、分割データＤ２のうち造形エリアＦに入っている領域に電子ビームを照射し、造形エリアに入ってくる領域に対して順次電子ビームを照射することにより分割データＤ２の全体について造形を行うことができる。

そして、Ｓ１８に処理が移行し、制御処理の終了条件が成立したか否かが判定される。制御処理の終了条件が成立した場合とは、例えば、造形物Ｏの造形が終了した場合である。つまり、全ての分割データＤ２に対し造形処理が完了し、造形物Ｏの造形が完了した場合である。一方、制御処理の終了条件が成立していない場合とは、例えば、造形物Ｏの造形が完了していない場合である。

Ｓ１８において制御処理の終了条件が成立していないと判定された場合、Ｓ１２に処理が戻る。一方、Ｓ１８において制御処理の終了条件が成立したと判定された場合、図６の一連の制御処理が終了する。

このように図６のＳ１０〜Ｓ１８の処理が行われることにより、造形物Ｏが徐々に積層されて形成され、最終的に所望の造形物Ｏが造形される。

以上説明したように、本実施形態に係る三次元造形装置１によれば、テーブル１３の回転軸線Ｃを中心として造形物ＯのスライスデータＤ１を周方向に分割した複数の分割データＤ２を取得し、その分割データＤ２ごとに設定された照射位置に従って電子ビームを粉末材料Ａに照射させて造形が行われる。このため、テーブル１３を回転させることで分割データＤ２に対応する領域を同じ位置へ順次移動させてくることができる。従って、その位置に対し電子ビームを照射することで造形物Ｏの造形が行え、効率良く造形を行うことができる。

例えば、仮に、スライスデータＤ１を格子状に分割した場合、テーブル１３を回転させてしまうと、分割した領域の所望の位置に電子ビームを照射することは難しく、複雑な制御となる。これに対し、本実施形態に係る三次元造形装置１では、造形物ＯのスライスデータＤ１を周方向に分割した複数の分割データＤ２を用い、テーブル１３を回転させて造形を行うことにより、電子ビームの照射位置を大きく移動させることなく電子ビームを粉末材料Ａに照射させて効率良く造形物Ｏを造形することができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１によれば、造形物ＯのスライスデータＤ１を周方向に分割した分割データＤ２を用いて造形を行うことにより、電子ビームの照射位置の設定が容易となる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１において、造形物Ｏの造形のためのスライスデータＤ１を分割することにより、データ量の小さい分割データを用いて造形が行え、造形の処理の負担の軽減が図れる。このため、制御処理能力の高い制御機器を用いなくても、円滑に造形が行える。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１は、ビーム出射部としてテーブル１３の全面に電子ビームを照射できないものを用いても、造形物Ｏを造形することができる。このため、ビーム出射部として小型のものを用いることができる。

また、本実施形態に係る三次元造形装置１によれば、フィーダ６１、ヒータ６２及びビーム源６３がテーブル１３の回転方向に沿って配置されることにより、フィーダ６１による粉末材料Ａの供給、ヒータ６２による粉末材料Ａの予備加熱及びビーム源６３による電子ビームの照射が異なる領域で行うことができる。このため、粉末材料Ａの供給、粉末材料Ａの予備加熱及び電子ビームの照射を並行して行うことができる。従って、造形物Ｏの造形を効率良く行うことができ、造形物Ｏの造形時間を短縮することができる。特に、大型の造形物Ｏを造形する場合に有効である。

以上のように本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形態様を取ることができる。

例えば、上述した実施形態では、フィーダ６１、ヒータ６２及びビーム源６３をそれぞれ一つずつ備えた三次元造形装置１について説明したが、フィーダ６１、ヒータ６２及びビーム源６３をそれぞれ複数備えていてもよい。例えば、図７に示すように、フィーダ６１、ヒータ６２及びビーム源６３をそれぞれ二つずつ備えていてもよい。すなわち、テーブル１３の周方向にフィーダ６１、ヒータ６２及びビーム源６３を二セット備えていてもよい。この場合、テーブル１３の半分の一方側で粉末材料Ａの供給、粉末材料Ａの予備加熱およびビーム照射が行え、これと並行して、テーブル１３の半分の他方側でも粉末材料Ａの供給、粉末材料Ａの予備加熱およびビーム照射が行える。このため、より効率良く造形物Ｏの造形が行える。また、フィーダ６１、ヒータ６２及びビーム源６３をそれぞれ三つ以上備えて構成されていてもよい。

また、上述した実施形態では、一つのビーム源６３によってテーブル１３上の粉末材料Ａに電子ビームを照射しているが、複数のビーム源６３によってビーム照射を行ってもよい。例えば、一つの分割データＤ２に対応する領域に対し複数のビーム源６３によってビーム照射を行ってもよい。具体的には、テーブル１３の径方向の内側の領域を照射するビーム源６３と、テーブル１３の径方向の外側の領域を照射するビーム源６３とを備えてもよい。

また、上述した実施形態では、造形物Ｏの複数の分割データＤ２について、その分割角度θを一定の角度する場合について説明したが、複数の分割データＤ２において分割角度θを異なる角度に設定してもよい。この場合、隣り合う分割データＤ２と分割データＤ２の間の境界Ｄ２１の位置が分割データＤ２の上下で一致しないように設定することが容易となる。このため、分割データＤ２の上下で境界Ｄ２１の位置を周方向にずらすことにより、造形物Ｏの造形精度の低下を抑制することができる。

また、上述した実施形態では、テーブル１３の回転速度を一定にする場合について説明したが、造形物Ｏの形状などに応じてテーブル１３の回転速度を変えてもよい。例えば、造形物Ｏの形状によって断面積の大きい層や断面積の小さい層がある。また、同じ層において、断面積の大きい領域や断面積の小さい領域がある。この場合、断面積の大きい層や断面積の大きい領域を造形する時ほどテーブル１３の回転速度を遅くすることにより、造形物Ｏの造形が確実に行える。また、断面積の小さい層や断面積の小さい領域を造形する時ほどテーブル１３の回転速度を速くすることにより、造形物Ｏの造形時間の短縮化が図れる。

また、上述した実施形態では、エネルギビームとして電子ビームを用いて造形物Ｏを造形する場合について説明したが、電子ビーム以外のエネルギビームを用いて造形を行うものであってもよい。例えば、イオンビーム、レーザビーム、紫外線などを照射して造形物Ｏを造形するものであってもよい。また、パウダーベッド方式以外の方式で造形物Ｏを造形するものであってもよい。

１ 三次元造形装置
３ 駆動部
４ 制御部（設定部）
６ 処理部
７ コラム
８ ハウジング
１３ テーブル
１３ａ 造形面
１４ 造形タンク
３１ 回転ユニット（回転駆動部）
３２ 昇降ユニット
６１ フィーダ（供給部）
６２ ヒータ（加熱部）
６３ ビーム源（ビーム出射部）
Ａ 粉末材料
Ｃ 回転軸線
Ｄ１ スライスデータ
Ｄ２ 分割データ
Ｄ２１ 境界
Ｆ 造形エリア
Ｏ 造形物
Ｓ 造形空間
Ｔ１ 軌道データ
Ｔ２ 軌道データ
θ 分割角度

Claims (2)

1. テーブルの上に粉末材料を供給し、その粉末材料に対しエネルギビームを照射して三次元の造形物を造形する三次元造形装置において、
   上下方向の回転軸線を中心に前記テーブルを回転させる回転駆動部と、
   前記造形物の水平断面のスライスデータを取得し、前記回転軸線を中心として前記スライスデータを周方向に分割した複数の分割データを取得し、前記分割データごとに前記エネルギビームの照射位置を設定する設定部と、
   前記エネルギビームを出射し、前記照射位置に従って前記エネルギビームを前記粉末材料に照射させるビーム出射部と、
   を備える三次元造形装置。
2. 前記粉末材料を前記テーブル上に供給する供給部と、
   前記テーブル上に供給された前記粉末材料に対し予備加熱を行う加熱部と、をさらに備え、
   前記供給部、前記加熱部及び前記ビーム出射部は、前記テーブルの上方において前記テーブルの回転方向に沿って配置されている、
   請求項１に記載の三次元造形装置。

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