JP2021041568A - 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】造形物に欠陥が生じることを抑制する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】３次元積層造形装置５０は、ベースプレート１０と、ベースプレート１０を鉛直方向に移動させるＺ駆動機構５と、ベースプレート１０の上に粉末試料を供給して粉末層を積層する粉末供給部と、粉末層に照射する電子ビームを発生する電子銃２とを備える。また、Ｚ駆動機構５、粉末供給部、及び電子銃２を制御し、粉末層の最上層であるパウダーベッドに電子ビームを照射させて、造形モデルを１層分でスライスした２次元形状領域を本溶融することで３次元造形物を造形する制御部と、パウダーベッドの状態を検出する２分割検出器１６Ａ，１６Ｂとを備える。【選択図】図１

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）。

特許文献１に開示された３次元積層造形装置では、粉末試料を平坦なベースプレートの上に薄く敷き詰める。そして、薄く敷いた粉末試料からなる粉末層に対し、ビーム径を絞った、熱源としてのレーザー光又は電子ビームを造形したい部分に照射することにより、粉末試料を溶融及び凝固（固化）させる。

粉末層における固化した領域は、３次元ＣＡＤデータで表現される３次元造形物を、積層方向に垂直な面で輪切りにした時の断面に相当する。また、特許文献１に開示された３次元積層造形装置は、造形物の高さ方向にベースプレートを移動させ、粉末試料を敷き詰めて、粉末層の所定領域を溶融及び固化させる処理を繰り返す。これにより、薄い輪切り状の物体が積層された３次元構造物が造形される。

特開２０１９−７０６５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された３次元積層造形装置では、薄く敷いた粉末試料であるパウダーベッドの状態を確認せずに造形のプロセス（例えば、電子ビームの照射）に進んでいた。そのため、パウダーベッドに異常が発生しても造形のプロセスが行われてしまうことになり、造形物に欠陥が生じることがあった。

本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、造形物に欠陥が生じることを抑制する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ことを目的とする。

本発明の一態様は、ベースプレートと、ベースプレートを鉛直方向に移動させる駆動部と、ベースプレートの上に粉末試料を供給して粉末層を積層する粉末供給部と、粉末層に照射する電子ビームを発生するビーム発生部とを備える。また、駆動部、粉末供給部、及びビーム発生部を制御し、粉末層の最上層であるパウダーベッドに電子ビームを照射させて、造形モデルを１層分でスライスした２次元形状領域を本溶融することで３次元造形物を造形する制御部と、パウダーベッドの状態を検出する検出部とを備える。

本発明の一態様は、任意のタイミングでパウダーベッドが正常な状態であるかを確認するため、造形物に欠陥が生じることを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る３次元積層造形装置の２分割検出器の構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る３次元積層造形装置の制御系を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る３次元積層造形装置による３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その１）である。 本発明の第１の実施形態に係る３次元積層造形装置による３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その２）である。 本発明の第１の実施形態に係る３次元積層造形装置による３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その３）である。 本発明の第１の実施形態に係る３次元積層造形装置による３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その４）である。 本発明の第１の実施形態に係る３次元積層造形装置による３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その５）である。 本発明の第１の実施形態に係る３次元積層造形装置による３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その６）である。 本発明の第１の実施形態に係る３次元積層造形装置による３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その７）である。 本発明の第１の実施形態に係る３次元積層造形装置による３次元積層造形処理におけるパウダーベッドの確認を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る３次元積層造形装置による３次元積層造形処理におけるパウダーベッドの確認を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る３次元積層造形装置の概略構成例を示す説明図である。 本発明の第４の実施形態に係る３次元積層造形装置によるカメラの撮像領域を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る３次元積層造形装置の概略構成例を示す説明図である。 本発明の第７の実施形態に係る３次元積層造形装置によるカメラの撮像領域を示す図である。

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。

＜１．第１の実施形態＞
［３次元積層造形装置の構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る３次元積層造形装置の構成例を示す断面図である。
図１において、３次元積層造形装置５０の粉末台６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。すなわち、図１は、真空容器１のＹ方向に直交する断面を示す断面図である。

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、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は、上部に電子銃２（ビーム発生部の一例）が装着されている。真空容器１の内部には、造形ボックス３と、造形ボックス３を真空容器１に固定するための造形ボックス固定部４が設けられている。なお、造形ボックス３は、真空容器１に直接固定してもよい。

造形ボックス３は、金属粉末８が供給されるテーブル３ａと、テーブル３ａに連続する筒部３ｂを有している。テーブル３ａは、Ｘ方向の両端部が真空容器１の内壁に接触する長方形の板状に形成されており、中央に貫通孔を有している。筒部３ｂは、テーブル３ａにおける貫通孔の周縁部に沿った形状の筒部として形成されており、一端がテーブル３ａの下面に連続している。筒部３ｂは、テーブル３ａにおける貫通孔の周縁部に沿った形状の筒部として形成されており、一端がテーブル３ａの下面に連続している。すなわち、テーブル３ａの貫通孔が円形である場合の筒部３ｂは、貫通孔の径と略同一の内径に設定された円筒状に形成されている。

造形ボックス固定部４は、筒部３ｂの筒孔に連通する筒孔を有する筒状に形成されている。造形ボックス固定部４の軸方向の一端には、造形ボックス３（筒部３ｂ）が固定されており、造形ボックス固定部４の軸方向の他端は、真空容器１の底面に固定されている。造形ボックス３の筒部３ｂ及び造形ボックス固定部４は、造形物９を造形するためのスペースであるピットを形成している。

ピット内には、粉末台６と、粉末台６をＺ方向に移動させるＺ駆動機構５（駆動部の一例）が設けられている。粉末台６は、筒部３ｂの筒孔の形状に対応した輪郭の板状に形成されている。すなわち、筒部３ｂの筒孔が円形である場合の粉末台６は、円板状に形成されている。また、粉末台６の側周面には、シール部材７が取り付けられている。

シール部材７は、粉末台６と筒部３ｂの内周面との間に介在されており、粉末台６の上方（金属粉末８が敷き詰められる）と下方（Ｚ駆動機構５が配置される）を密閉する。また、シール部材７は、筒部３ｂの内周面に摺動可能に接触している。Ｚ駆動機構５としては、例えば、ラック＆ピニオンやボールねじ等を採用することができる。真空容器１内の雰囲気は図示しない真空ポンプにより排気されており、真空容器１内は真空に維持されている。

造形ボックス３の上方には、２つの粉末タンク１１と、粉末タンク１１の底部に接続された定量供給器１２と、スキージアーム１３と、スキージアーム１３に取り付けられたブレード１４が設けられている。粉末タンク１１、定量供給器１２、スキージアーム１３、及びブレード１４は、本発明に係る粉末供給部の一例を示す。

２つの粉末タンク１１は、テーブル３ａの貫通孔（ピット）を挟んで対向している。２つの粉末タンク１１には、金属粉末８が充填されている。なお、２つの粉末タンク１１には、それぞれ異なる種類の金属粉末を充填してもよい。定量供給器１２は、粉末タンク１１に充填されている金属粉末８のうちから所定量の金属粉末８を造形ボックス３のテーブル３ａ上に供給する。

スキージアーム１３は、テーブル３ａと定量供給器１２との間を、テーブル３ａに沿って移動可能に構成されており、２つの粉末タンク１１間を往復する。ブレード１４は、スキージアーム１３の下部に取り付けられている。このブレード１４は、スキージアーム１３が２つの粉末タンク１１間を往復移動することにより、テーブル３ａ上に供給された金属粉末８を均す。このとき、粉末台６上の金属粉末８は、テーブル３ａ上の金属粉末８と同じ高さに敷き詰められる。

また、粉末台６上の金属粉末８には、ベースプレート１０が配置されている。このベースプレート１０は、造形物９を積層する土台である。なお、金属粉末８は、造形時にベースプレート１０が高温になった際に、造形ボックス３や粉末台６にベースプレート１０の熱が伝わりにくくする断熱層の役割を果たしている。

また、電子銃２の下方には、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂ（検出部の一例）が配置され、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂとテーブル３ａの貫通孔（ピット）との間にマスクカバー１９が配置されている。２分割検出器１６Ａ，１６Ｂは、スキージアーム１３に干渉しない位置に固定されている。

マスクカバー１９は、上方（Ｚ方向）から見ると略矩形に形成されており、ベースプレート１０上に電子ビームが到達するように、ベースプレート１０の形状に対応した電子ビーム用開口部と、電子ビーム用開口部を囲むマスク部を有している。電子ビーム用開口部は、マスクカバー１９の中央近傍に位置している。例えば、マスクカバー１９が円形であれば、電子ビーム用開口部も円形に形成され、マスクカバー１９が矩形であれば、電子ビーム用開口部も矩形に形成される。また、マスクカバー１９は、側面から見ると平板状の形状をしている。

マスクカバー１９のマスク部は、造形ボックス３のテーブル３ａとベースプレート１０との間の領域にできる未焼結粉末で構成される未焼結領域を覆う。言い換えれば、マスクカバー１９のマスク部は、ベースプレート１０上に敷き詰められた金属粉末８（以下、パウダーベッド）における電子ビームが照射される領域の周囲を覆う。マスクカバー１９は、シールドマスクであり、未焼結領域における未焼結粉末のチャージアップを抑制でき、未焼結粉末同士の反発でそれらが飛び散るスモークの発生を防止することができる。

なお、マスクカバー１９には、電子ビーム用開口部が設けられているため、ベースプレート１０の上方に形成される仮焼結粉末で構成される仮焼結領域は、マスクカバー１９によって覆われない。

マスクカバー１９の材質は、例えば、金属などの導電性材料やステンレスなどの合金などが代表的であり、好ましくは、造形物９の材料である金属粉末と同種の材料がよい。しかし、マスクカバー１９の材質としては、シールドとしての役割を果たす材料であればこれらには限定されない。また、図示していないが、マスクカバー１９は、電気的にＧＮＤに接地されている。

マスクカバー１９には、不図示の昇降機構が取り付けられており、マスクカバー１９は、ベースプレート１０上に電子ビームを照射する場合に、待機位置（図１参照）から下降して、造形面上のシールド位置に移動する。一方、ベースプレート１０上にパウダーベッドを形成する場合は、シールド位置から上昇し、スキージアーム１３及びブレード１４と干渉しない待機位置に移動する。

なお、本実施形態では、マスクカバー１９をＺ方向に移動させる構成とした。しかし、本発明に係る３次元積層造形装置のマスクカバーとしては、例えば、Ｘ方向や、Ｙ方向へ移動させる構成であってもよい。

図２は、３次元積層造形装置５０における２分割検出器１６Ａ，１６Ｂの構成例を示す図である。
図２に示すように、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂは、電子銃２における電子ビーム放射口２ａを挟んでＸ方向で対向している。また、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂの中心間の距離は、少なくとも電子ビームを走査する領域（ベースプレート１０の領域と略同じ）の長さ以上に設定されている。

２分割検出器１６Ａ，１６Ｂには、それぞれ電流アンプ１７が接続されており、各電流アンプ１７の出力である信号Ａと信号Ｂは、造形制御装置６０（図３参照）に送信される。造形制御装置６０では、Ａ−Ｂ或いは（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の演算結果から反射電子像（輝度）信号を得る。

本実施形態では、ベースプレート１０より少し小さい領域を電子ビームで走査する。例えば、パウダーベッドから造形物９が露出していない場合と、パウダーベッドから造形物９が露出している場合とでは、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂに入射する反射電子の量に差が生じる。したがって、パウダーベッドから造形物９が露出しないタイミングにおいて、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂに入射する反射電子の量に差が生じている場合は、パウダーベッドに異常が発生したことを検出することができる。

一方、パウダーベッドから造形物９が露出しないタイミングにおいて、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂに入射する反射電子の量に差が生じない場合は、パウダーベッドが正常であることを検出することができる。

本実施形態では、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂを用いてパウダーベッドの状態を検出するようにしたが、本発明に係る検出部としては、一つの電子検出器を用いてパウダーベットの状態を検出してもよい。反射電子は、電子ビームを照射する被観察物の密度(原子番号)に依存してコントラストが付くため、より密度が大きい(原子番号が大きい)物質ほど反射電子が多く放出されて、反射電子像（輝度）が明るくなる。したがって、パウダーベッドから造形物９が露出している（バルク面がある）場合は、露出した造形物９の反射電子像（輝度）が、その他の部分よりも明るくなることで、パウダーベッドに異常が発生したことを検出することができる。

図３は、３次元積層造形装置の制御系（造形制御装置６０）のブロック図である。
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、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２、ＲＡＭ（Random Access Memory）６３、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６４、Ｚ駆動制御部６５、粉末供給駆動制御部６６、電子銃駆動制御部６７、マスクカバー駆動制御部６８を備える。

造形制御装置６０は、３次元積層造形装置５０の各駆動部との間で通信インターフェース（不図示）を介して、所定の形式に従った情報の送受信を行なう。この通信インターフェースとしては、例えば、シリアルインターフェースが適用される。

ＲＯＭ６２は、ＣＰＵ６４が実行する造形プログラムや造形物９のパラメータ等を記憶する不揮発性の記憶部である。ＲＡＭ６３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、ＲＯＭ６２に記憶される造形プログラムや造形物９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。

ＣＰＵ６４は、ＲＯＭ６２に記憶された造形プログラムをＲＡＭ６３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。ＣＰＵ６４は、システムバス６９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。ＣＰＵ６４、ＲＯＭ６２及びＲＡＭ６３は、制御部の一例である。

Ｚ駆動制御部６５は、ＣＰＵ６４の制御の下、Ｚ駆動機構５の動作を制御する。粉末供給駆動制御部６６は、ＣＰＵ６４の制御の下、定量供給器１２及びスキージアーム１３の動作を制御する。電子銃駆動制御部６７は、ＣＰＵ６４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。マスクカバー駆動制御部６８は、ＣＰＵ６４の制御の下、マスクカバー１９（不図示の昇降機構）の動作を制御する。

［３次元積層造形処理］
次に、本実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理について、図４〜図１０を参照して説明する。

〈マスクカバー設置工程〉
図４は、３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その１）であり、マスクカバー１９をシールド位置に設置した状態を示している。
図４に示すように、３次元積層造形処理では、まず、マスクカバー設置工程を行う。

マスクカバー設置工程では、マスクカバー駆動制御部６８（図３参照）がマスクカバー１９（不図示の昇降機構）を制御して、マスクカバー１９を待機位置（図１参照）から下降させ、シールド位置に設置（配置）する。これにより、マスクカバー１９は、ベースプレート１０と造形ボックス３との間にある金属粉末８を覆う。このとき、マスクカバー１９は、金属粉末８に接触させておく。

〈ベースプレート加熱工程〉
図５は、３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その２）であり、ベースプレート１０を加熱する状態を示している。
図５に示すように、３次元積層造形処理では、次に、ベースプレート加熱工程を行う。

ベースプレート加熱工程では、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、ベースプレート１０に対して電子ビーム２１を照射させ、ベースプレート１０を加熱する。

具体的には、電子ビーム２１を走査して、ベースプレート１０の上面全域より少し狭い領域（マスクカバー１９に電子ビーム２１を当てない領域）に電子ビーム２１を照射する。そして、この後敷き詰める金属粉末８が仮焼結する程度の温度までベースプレート１０を予め昇温させておく。このとき、ベースプレート１０の上面に電子ビーム２１をフォーカスさせず、デフォーカス状態(ビーム径を大きくする)で照射及び走査することで、ベースプレート１０の局所的な溶融を回避している。

図５に示すように、ベースプレート１０が昇温すると、ベースプレート１０の周囲の金属粉末８は、仮焼結されて仮焼結体２２になる。また、マスクカバー１９をシールド位置に設置しているため、ベースプレート１０に対して電子ビーム２１を照射しても、未焼結領域における未焼結粉末のチャージアップを抑制でき、スモークの発生を防止することができる。

〈スキージング工程〉
図６は、３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その３）であり、金属粉末８を１層分敷いた状態を示している。
図６に示すように、３次元積層造形処理では、次に、スキージング工程を行う。

スキージング工程では、まず、マスクカバー駆動制御部６８（図３参照）がマスクカバー１９（不図示の昇降機構）を制御して、マスクカバー１９をシールド位置から上昇させ、待機位置に配置する。次に、Ｚ駆動制御部６５（図３参照）がＺ駆動機構５を制御して、粉末台６を下降させ、ベースプレート１０の上面がテーブル３ａの上面より僅かに（１層分）下がった位置に配置する。

次に、粉末供給駆動制御部６６（図３参照）が定量供給器１２を制御して、粉末タンク１１から所定の量の金属粉末８をテーブル３ａ上に供給する。また、粉末供給駆動制御部６６がスキージアーム１３を制御して、スキージアーム１３をテーブル３ａの上面に沿って移動させる。その結果、ブレード１４がテーブル３ａ上に供給された金属粉末８を均して、ベースプレート１０の上に金属粉末８を１層分敷き詰めたパウダーベッドが形成される。

〈仮焼結工程〉
図７は、３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その４）であり、ベースプレート１０の上に敷き詰められた金属粉末８が仮焼結された状態を示している。
図７に示すように、３次元積層造形処理では、次に、仮焼結工程を行う。

仮焼結工程では、ベースプレート加熱工程において加熱されたベースプレート１０の熱によって、スキージング工程において敷かれた金属粉末８が仮焼結体２２になる。この仮焼結工程において、マスクカバー１９を待機位置（図６参照）から下降させ、シールド位置に設置（配置）してもよい。これにより、金属粉末８が仮焼結されているときに、次の工程において必要となるマスクカバー１９の設置を行うことができ、サイクルタイムの短縮を図ることができる。

〈パウダーヒート工程〉
図８は、３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その５）であり、電子ビーム２１によって仮焼結体２２の表面を加熱する状態を示している。
図８に示すように、３次元積層造形処理では、次に、パウダーヒート工程を行う。

パウダーヒート工程では、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、ベースプレート１０上の仮焼結体２２の表面に対して電子ビーム２１を照射させ、仮焼結体２２の表面を加熱する。具体的には、上述のベースプレート加熱工程と同様に、デフォーカス状態で電子ビーム２１を走査して、ベースプレート１０上の仮焼結体２２の表面に対して電子ビーム２１を照射する。

このとき、マスクカバー１９をシールド位置に設置しているため、仮焼結体２２に対して電子ビーム２１を照射しても、未焼結領域における未焼結粉末のチャージアップを抑制でき、スモークの発生を防止することができる。

〈本溶融工程〉
図９は、３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その６）であり、電子ビーム２１によって仮焼結体２２を造形物９の形に本溶融した状態を示している。
図９に示すように、３次元積層造形処理では、次に、本溶融工程を行う。

本溶融工程では、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、ベースプレート１０上の仮焼結体２２の表面に対して電子ビーム２１を照射させ、造形プログラムにより表される造形モデルを１層分でスライスした２次元形状領域を溶融する。このとき、電子ビーム２１をフォーカスさせ、電流密度を上げて仮焼結体２２を溶融する。この溶融工程は、メルトと呼ぶことがある。

また、本溶融工程においても、マスクカバー１９をシールド位置に設置しているため、仮焼結体２２に対して電子ビーム２１を照射しても、未焼結領域における未焼結粉末のチャージアップを抑制でき、スモークの発生を防止することができる。

〈アフターヒート工程〉
図１０は、３次元積層造形処理の手順を示す説明図（その７）であり、本溶融後の造形物９の表面及び仮焼結体２２の表面を加熱する状態を示している。
図１０に示すように、３次元積層造形処理では、次に、アフターヒート工程を行う。

アフターヒート工程では、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、ベースプレート１０上の造形物９の表面及び仮焼結体２２の表面に対して電子ビーム２１を照射させ、造形物９の表面及び仮焼結体２２の表面を加熱する。具体的には、上述のベースプレート加熱工程と同様に、デフォーカス状態で電子ビーム２１を走査して、造形物９の表面及び仮焼結体２２の表面に対して電子ビーム２１を照射する。

アフターヒート工程の終了後は、次の層におけるスキージング工程に戻り、スキージング工程、仮焼結工程、パウダーヒート工程、本溶融工程、アフターヒート工程を繰り返す。そして、造形物の最後の層におけるアフターヒート工程の終了後は、３次元積層造形処理を終了する。その結果、本溶融（メルト）部分が１層ずつ積み重なって造形物９が形成される。

〈パウダーヒート後パウダーベッド確認工程〉
図１１は、３次元積層造形処理におけるパウダーヒート後パウダーベッド確認工程を示す説明図である。
第１の実施形態では、上述したパウダーヒート工程と本溶融工程との間に、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、パウダーヒート工程後のパウダーベッドに異常が発生したか否かを確認する。

パウダーヒート後パウダーベッド確認工程では、まず、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、反射電子が検出できる程度に低いエミッション電流でパウダーベッドをスキャンする。次に、パウダーベッドをスキャンしたことにより発生した反射電子を、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出し、パウダーベッドの状態を確認する。

パウダーヒート工程が完了した直後のパウダーベッドは、正常な状態であれば粉末がスキージングされているため、全体が粉末に覆われており、バルク面が確認されない。ＣＰＵ６４は、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂの検出結果に基づいて取得した反射電子像信号からパウダーベッド全体が粉末に覆われていることを確認した場合に、パウダーベッドが正常であると判定する。ＣＰＵ６４が、パウダーベッドが正常であると判定した場合は、次の工程である本溶融工程に移行する。

一方、ＣＰＵ６４は、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出した電流からパウダーベッドの一部分にバルク面を確認した場合に、パウダーベッドに異常が発生したと判定する。この場合は、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、アフターヒートと同様のビームスキャンを行って現状のパウダーベッドを加熱する。そして、再度スキージング工程を行い、その後、再びパウダーヒート工程を行う。すなわち、ＣＰＵ６４がパウダーベッドに異常が発生したと判定した場合は、今回の層の造形についてアフターヒート工程からやり直す。

このように、第１の実施形態では、パウダーヒート工程の完了後に、パウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドに異常が確認された場合は、アフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物９に欠陥が生じることを抑制することができる。

＜２．第２の実施形態＞
［３次元積層造形装置の構成］
第２の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成は、上述した第１の実施形態に係る３次元積層造形装置５０の構成と同じである。したがって、ここでは、第２の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成についての説明を省略する。

［３次元積層造形処理］
第２の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理は、上述した第１の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理（図４〜図１０参照）と同じである。したがって、ここでは、第２の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理についての説明を省略する。

〈パウダーヒート後パウダーベッド確認工程〉
第２の実施形態に係るパウダーヒート後パウダーベッド確認工程は、第１の実施形態に係るパウダーヒート後パウダーベッド確認工程と同じである。したがって、ここでは、第２の実施形態に係るパウダーヒート後パウダーベッド確認工程についての説明を省略する。

第２の実施形態では、パウダーヒート工程の完了後にパウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドに異常が確認された場合は、アフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物９に欠陥が生じることを抑制することができる。

〈本溶融後パウダーベッド確認工程〉
図１２は、３次元積層造形処理における本溶融後パウダーベッド確認工程を示す説明図である。
第２の実施形態では、上述した本溶融工程とアフターヒート工程との間に、本溶融後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、本溶融工程後のパウダーベッドに異常が発生したか否かを確認する。

本溶融後パウダーベッド確認工程では、まず、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、反射電子が検出できる程度に低いエミッション電流でパウダーベッドをスキャンする。次に、パウダーベッドをスキャンしたことにより発生した反射電子を、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出し、パウダーベッドの状態を確認する。

本溶融工程が完了した直後のパウダーベッドの形状は、正常な状態であれば、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程で確認したパウダーベッドの形状と同じである(但し、バルク面を除く)。ＣＰＵ６４は、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出した電流から得たパウダーベッドの形状（バルク面を除く）が、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程で確認したパウダーベッドの形状と同じである場合に、パウダーベッドが正常であると判定する。この場合は、次の工程であるアフターヒート工程に移行する。

一方、ＣＰＵ６４は、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出した電流から得たパウダーベッドの形状が、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程で確認したパウダーベッドの形状と異なる場合に、パウダーベッドに異常が発生したと判定する。この場合は、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御し、アフターヒートと同様のビームスキャンを行って現状のパウダーベッドを加熱する。

そして、３次元積層造形装置５０は、再度スキージング工程を行い、その後、再びパウダーヒート工程を行う。パウダーヒート工程の完了後は、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、ＣＰＵ６４がパウダーベッドに異常が発生したと判定した場合は、今回の層の造形についてアフターヒート工程からやり直す。

このように、第２の実施形態では、本溶融工程の完了後にパウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドに異常が確認された場合は、アフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。そして、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物９に欠陥が生じることを抑制することができる。

＜３．第３の実施形態＞
［３次元積層造形装置の構成］
第３の実施形態に係る３次元積層造形装置５３の構成は、上述した第１の実施形態に係る３次元積層造形装置５０の構成と同様であり、異なる点は、検出部である。したがって、ここでは、第３の実施形態に係る検出部についての説明し、第１の実施形態に係る３次元積層造形装置５０の構成と共通の構成についての説明を省略する。

図１３は、本発明の第３の実施形態に係る３次元積層造形装置の概略構成例を示す説明図である。
図１３に示すように、第３の実施形態に係る３次元積層造形装置５３は、真空容器１内の上部にカメラ３１（検出部の一例）が配置されている。

カメラ３１は、少なくともベースプレート１０より少し小さい領域の画像を撮像する。パウダーベッドから造形物９が露出しないタイミングにおいて、パウダーベッドから造形物９が露出している画像が撮像された場合は、パウダーベッドに異常が発生したことを検出することができる。一方、パウダーベッドから造形物９が露出しないタイミングにおいて、パウダーベッドから造形物９が露出していない画像が撮像された場合は、パウダーベッドが正常であることを検出することができる。

［３次元積層造形処理］
第３の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理は、上述した第１の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理（図４〜図１０参照）と同じである。したがって、ここでは、第３の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理についての説明を省略する。

〈パウダーヒート後パウダーベッド確認工程〉
第３の実施形態では、上述したパウダーヒート工程と本溶融工程との間に、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、パウダーヒート工程後のパウダーベッドに異常が発生したか否かを確認する。

第３の実施形態に係るパウダーヒート後パウダーベッド確認工程では、まず、不図示のカメラ駆動制御部がカメラ３１を制御して、ベースプレート１０より少し小さい領域の画像を撮像し、パウダーベッドの状態を確認する。

パウダーヒート工程が完了した直後のパウダーベッドは、正常な状態であれば粉末がスキージングされているため、全体が粉末に覆われており、造形物９（のバルク面）が確認されない。ＣＰＵ６４は、カメラ３１によって撮像された画像からパウダーベッド全体が粉末に覆われていることを確認した場合に、パウダーベッドが正常であると判定する。この場合は、次の工程である本溶融工程に移行する。

一方、ＣＰＵ６４は、カメラ３１によって撮像された画像からパウダーベッドの一部分に造形物９（のバルク面）を確認した場合に、パウダーベッドに異常が発生したと判定する。この場合は、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、アフターヒートと同様のビームスキャンを行って現状のパウダーベッドを加熱する。そして、再度スキージング工程を行い、その後、再びパウダーヒート工程を行う。すなわち、ＣＰＵ６４がパウダーベッドに異常が発生したと判定した場合は、今回の層の造形についてアフターヒート工程からやり直す。

このように、第３の実施形態では、パウダーヒート工程の完了後に、パウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドに異常が確認された場合は、アフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物９に欠陥が生じることを抑制することができる。

＜４．第４の実施形態＞
［３次元積層造形装置の構成］
第４の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成は、上述した第３の実施形態に係る３次元積層造形装置５３の構成と同じである。したがって、ここでは、第４の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成についての説明を省略する。

［３次元積層造形処理］
第４の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理は、上述した第１の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理（図４〜図１０参照）と同じである。したがって、ここでは、第４の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理についての説明を省略する。

図１４は、本発明の第４の実施形態に係る３次元積層造形装置によるカメラの撮像領域を示す図である。
図１４に示すように、第４の実施形態では、本溶融工程後のパウダーベッドが正常である場合は、造形物９に干渉しない位置にダミー造形物３２を造形する。

〈パウダーヒート後パウダーベッド確認工程〉
第４の実施形態では、上述したパウダーヒート工程と本溶融工程との間に、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、パウダーヒート工程後のパウダーベッドに異常が発生したか否かを確認する。

パウダーヒート後パウダーベッド確認工程では、まず、不図示のカメラ駆動制御部がカメラ３１を制御して、ベースプレート１０より少し小さい領域の画像を撮像し、パウダーベッドの状態を確認する。

パウダーヒート工程が完了した直後のパウダーベッドは、正常な状態であれば粉末がスキージングされているため、全体が粉末に覆われており、造形物９及びダミー造形物３２のバルク面が確認されない。ＣＰＵ６４は、カメラ３１によって撮像された画像からパウダーベッド全体が粉末に覆われていることを確認した場合に、パウダーベッドが正常であると判定する。この場合は、次の工程である本溶融工程に移行する。

一方、ＣＰＵ６４は、カメラ３１によって撮像された画像からパウダーベッドの一部分にバルク面を確認した場合に、パウダーベッドに異常が発生したと判定する。この場合は、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、アフターヒートと同様のビームスキャンを行って現状のパウダーベッドを加熱する。そして、再度スキージング工程を行い、その後、再びパウダーヒート工程を行う。すなわち、ＣＰＵ６４がパウダーベッドに異常が発生したと判定した場合は、今回の層の造形についてアフターヒート工程からやり直す。

このように、第４の実施形態では、パウダーヒート工程の完了後にパウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドに異常が確認された場合は、アフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物９に欠陥が生じることを抑制することができる。

〈本溶融後パウダーベッド確認工程〉
第４の実施形態では、上述した本溶融工程とアフターヒート工程との間に、本溶融後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、本溶融工程後のパウダーベッドに異常が発生したか否かを確認する。

本溶融後パウダーベッド確認工程では、まず、不図示のカメラ駆動制御部がカメラ３１を制御して、ベースプレート１０より少し小さい領域の画像を撮像し、パウダーベッドの状態を確認する。

本溶融工程が完了した直後のパウダーベッドが正常な状態であれば、ダミー造形物３２（のバルク面）が露出されていない。ＣＰＵ６４は、カメラ３１によって撮像した画像にダミー造形物３２（のバルク面）が表れていない場合に、パウダーベッドが正常であると判定する。この場合は、ダミー造形物３２を１層分でスライスした２次元形状領域を溶融する（ダミー造形物３２を造形する）。その後、次の工程であるアフターヒート工程に移行する。

一方、ＣＰＵ６４は、カメラ３１によって撮像した画像にダミー造形物３２（のバルク面）が表れている場合に、パウダーベッドに異常が発生したと判定する。この場合は、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御し、アフターヒートと同様のビームスキャンを行って現状のパウダーベッドを加熱する。

次に、３次元積層造形装置５３は、再度スキージング工程を行い、その後、再びパウダーヒート工程を行う。パウダーヒート工程の完了後は、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、第４の実施形態では、本溶融においてパウダーベッドに異常が発生した時には、ダミー造形物３２の造形を行わずに、今回の層の造形についてアフターヒート工程からやり直す。

このように、第４の実施形態では、本溶融工程の完了後にパウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドに異常が確認された場合は、ダミー造形物３２の造形を行わずにアフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。そして、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物９に欠陥が生じることを抑制することができる。

＜５．第５の実施形態＞
［３次元積層造形装置の構成］
第５の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成は、上述した第１の実施形態に係る３次元積層造形装置５０の構成と同じである。したがって、ここでは、第５の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成についての説明を省略する。

［３次元積層造形処理］
第５の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理は、上述した第１の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理（図４〜図１０参照）と同じである。したがって、ここでは、第５の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理についての説明を省略する。
なお、第５の実施形態では、第４の実施形態と同様に、本溶融工程後のパウダーベッドが正常である場合に、造形物９に干渉しない位置にダミー造形物３２を造形する（図１４参照）。

〈パウダーヒート後パウダーベッド確認工程〉
第５の実施形態では、上述したパウダーヒート工程と本溶融工程との間に、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、パウダーヒート工程後のパウダーベッドに異常が発生したか否かを確認する。

パウダーヒート後パウダーベッド確認工程では、まず、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、反射電子が検出できる程度に低いエミッション電流でパウダーベッドをスキャンする。次に、パウダーベッドをスキャンしたことにより発生した反射電子を、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出し、パウダーベッドの状態を確認する。

パウダーヒート工程が完了した直後のパウダーベッドは、正常な状態であれば粉末がスキージングされているため、全体が粉末に覆われており、造形物９及びダミー造形物３２のバルク面が確認されない。ＣＰＵ６４は、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂの検出結果に基づいて取得した反射電子像信号からパウダーベッド全体が粉末に覆われていることを確認した場合に、パウダーベッドが正常であると判定する。この場合は、次の工程である本溶融工程に移行する。

一方、ＣＰＵ６４は、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出した電流からパウダーベッドの一部分にバルク面を確認した場合に、パウダーベッドに異常が発生したと判定する。この場合は、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、アフターヒートと同様のビームスキャンを行って現状のパウダーベッドを加熱する。そして、再度スキージング工程を行い、その後、再びパウダーヒート工程を行う。すなわち、ＣＰＵ６４がパウダーベッドに異常が発生したと判定した場合は、今回の層の造形についてアフターヒート工程からやり直す。

このように、第５の実施形態では、パウダーヒート工程の完了後に、パウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドに異常が確認された場合は、アフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物９に欠陥が生じることを抑制することができる。

〈本溶融後パウダーベッド確認工程〉
第５の実施形態では、上述した本溶融工程とアフターヒート工程との間に、本溶融後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、本溶融工程後のパウダーベッドに異常が発生したか否かを確認する。

本溶融後パウダーベッド確認工程では、まず、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、反射電子が検出できる程度に低いエミッション電流でパウダーベッドをスキャンする。次に、パウダーベッドをスキャンしたことにより発生した反射電子を、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出し、パウダーベッドの状態を確認する。

本溶融工程が完了した直後のパウダーベッドが正常な状態であれば、ダミー造形物３２（のバルク面）が露出されていない。ＣＰＵ６４は、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出した電流から得たパウダーベッドにダミー造形物３２（のバルク面）が表れていない場合に、パウダーベッドが正常であると判定する。この場合は、ダミー造形物３２を１層分でスライスした２次元形状領域を溶融する（ダミー造形物３２を造形する）。その後、次の工程であるアフターヒート工程に移行する。

一方、ＣＰＵ６４は、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出した電流から得たパウダーベッドにダミー造形物３２（のバルク面）が表れている場合に、パウダーベッドに異常が発生したと判定する。この場合は、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御し、アフターヒートと同様のビームスキャンを行って現状のパウダーベッドを加熱する。そして、３次元積層造形装置５０は、再度スキージング工程を行い、その後、再びパウダーヒート工程を行う。パウダーヒート工程の完了後は、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、ＣＰＵ６４がパウダーベッドに異常が発生したと判定した場合は、今回の層の造形についてアフターヒート工程からやり直す。

このように、第５の実施形態では、本溶融工程の完了後にパウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドに異常が確認された場合は、アフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。そして、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物９に欠陥が生じることを抑制することができる。

＜６．第６の実施形態＞
［３次元積層造形装置の構成］
第６の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成は、上述した第１の実施形態に係る３次元積層造形装置５０の構成と同様であり、異なる点は、検出部である。したがって、ここでは、第６の実施形態に係る検出部について説明し、第１の実施形態に係る３次元積層造形装置５０の構成と共通の構成についての説明を省略する。

図１５は、本発明の第６の実施形態に係る３次元積層造形装置の概略構成例を示す説明図である。
図１５に示すように、第６の実施形態に係る３次元積層造形装置５６は、真空容器１内の上部に投光部４１と、受光部４２が配置されている。これら投光部４１及び受光部４２は、検出部の一例である。

投光部４１は、後述するダミー造形物３２を形成する位置に対してレーザー光４３を出射する。受光部４２は、ダミー造形物３２（のバルク面）によって反射されたレーザー光４３を受光する。したがって、パウダーベッドにダミー造形物３２（のバルク面）が露出されていない場合は、受光部４２がレーザー光４３を受光しない。

［３次元積層造形処理］
第６の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理は、上述した第１の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理（図４〜図１０参照）と同じである。したがって、ここでは、第６の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理についての説明を省略する。
なお、第６の実施形態では、第４の実施形態と同様に、本溶融工程後のパウダーベッドが正常である場合に、造形物９に干渉しない位置にダミー造形物３２を造形する（図１４参照）。

〈パウダーヒート後パウダーベッド確認工程〉
第６の実施形態では、上述したパウダーヒート工程と本溶融工程との間に、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、パウダーヒート工程後のパウダーベッドに異常が発生したか否かを確認する。

第６の実施形態に係るパウダーヒート後パウダーベッド確認工程では、まず、不図示の投光制御部が投光部４１を制御して、ダミー造形物３２を形成する位置に対してレーザー光４３を出射する。

パウダーヒート工程が完了した直後のパウダーベッドは、正常な状態であれば粉末がスキージングされているため、全体が粉末に覆われており、ダミー造形物３２（のバルク面）が確認されない。ＣＰＵ６４は、受光部４２がレーザー光４３を受光しない場合に、パウダーベッドが正常であると判定する。この場合は、次の工程である本溶融工程に移行する。

一方、ＣＰＵ６４は、受光部４２がレーザー光４３を受光した場合に、パウダーベッドに異常が発生したと判定する。この場合は、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、アフターヒートと同様のビームスキャンを行って現状のパウダーベッドを加熱する。そして、再度スキージング工程を行い、その後、再びパウダーヒート工程を行う。すなわち、ＣＰＵ６４がパウダーベッドに異常が発生したと判定した場合は、今回の層の造形についてアフターヒート工程からやり直す。

このように、第６の実施形態では、パウダーヒート工程の完了後に、パウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドに異常が確認された場合は、アフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物９に欠陥が生じることを抑制することができる。

なお、第６の実施形態においても、本溶融後パウダーベッド確認工程を行ってもよい。
すなわち、本溶融工程の完了後にパウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドが正常であると判定した場合は、ダミー造形物３２を１層分でスライスした２次元形状領域を溶融（ダミー造形物３２を造形）し、その後、アフターヒート工程に移行する。

一方、パウダーベッドに異常が確認された場合は、アフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。そして、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物９に欠陥が生じることを抑制することができる。

＜７．第７の実施形態＞
［３次元積層造形装置の構成］
第７の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成は、上述した第３の実施形態に係る３次元積層造形装置５３の構成と同じである。したがって、ここでは、第７の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成についての説明を省略する。

［３次元積層造形処理］
第７の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理は、上述した第１の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理（図４〜図１０参照）と同じである。したがって、ここでは、第７の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理についての説明を省略する。

図１６は、本発明の第７の実施形態に係る３次元積層造形装置によるカメラの撮像領域を示す図である。
図１６に示すように、第７の実施形態では、３つの造形物４７，４８，４９を造形する。また、本溶融工程における電子ビームの照射は、造形物４７、造形物４８、造形物４９の順に行う。

〈パウダーヒート後パウダーベッド確認工程〉
第７の実施形態では、上述したパウダーヒート工程と本溶融工程との間に、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、パウダーヒート工程後のパウダーベッドに異常が発生したか否かを確認する。

第７の実施形態に係るパウダーヒート後パウダーベッド確認工程は、第３の実施形態に係るパウダーヒート後パウダーベッド確認工程と同じである。したがって、ここでは、第７の実施形態に係るパウダーヒート後パウダーベッド確認工程についての説明を省略する。

〈本溶融中パウダーベッド確認〉
第７の実施形態では、上述した本溶融工程中に、本溶融中パウダーベッド確認を行う。本溶融工程では、造形物４８を形成する本溶融の終了後、不図示のカメラ駆動制御部がカメラ３１を制御して、少なくとも造形物４９を形成する位置を含む領域の画像を撮像し、パウダーベッドの状態を確認する。

造形物４８を形成するための本溶融の終了後におけるパウダーベッドが正常な状態であれば、最後に造形する造形物４９（のバルク面）が露出されていない。ＣＰＵ６４は、カメラ３１によって撮像した画像に造形物４９（のバルク面）が表れていない場合に、パウダーベッドが正常であると判定する。この場合は、造形物４９を形成するための本溶融を行い、その後、次の工程であるアフターヒート工程に移行する。

一方、ＣＰＵ６４は、カメラ３１によって撮像した画像に造形物４９（のバルク面）が表れている場合に、パウダーベッドに異常が発生したと判定する。この場合は、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御し、アフターヒートと同様のビームスキャンを行って現状のパウダーベッドを加熱する。次に、３次元積層造形装置５３は、再度スキージング工程を行い、その後、再びパウダーヒート工程を行う。パウダーヒート工程の完了後は、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、ＣＰＵ６４がパウダーベッドに異常が発生したと判定した場合は、今回の層の造形についてアフターヒート工程からやり直す。

このように、第７の実施形態では、本溶融工程中にパウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドに異常が確認された場合は、アフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。そして、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物４７〜４９に欠陥が生じることを抑制することができる。

＜８．第８の実施形態＞
［３次元積層造形装置の構成］
第８の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成は、上述した第１の実施形態に係る３次元積層造形装置５０の構成と同じである。したがって、ここでは、第８の実施形態に係る３次元積層造形装置の構成についての説明を省略する。

［３次元積層造形処理］
第８の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理は、上述した第１の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理（図４〜図１０参照）と同じである。したがって、ここでは、第７の実施形態に係る基本的な３次元積層造形処理についての説明を省略する。

また、第８の実施形態では、第７の実施形態と同様に、３つの造形物４７，４８，４９を造形する（図１６参照）。そして、本溶融工程における電子ビームの照射は、造形物４７、造形物４８、造形物４９の順に行う。

〈パウダーヒート後パウダーベッド確認工程〉
第８の実施形態では、上述したパウダーヒート工程と本溶融工程との間に、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、パウダーヒート工程後のパウダーベッドに異常が発生したか否かを確認する。

第８の実施形態に係るパウダーヒート後パウダーベッド確認工程は、第１の実施形態に係るパウダーヒート後パウダーベッド確認工程と同じである。したがって、ここでは、第８の実施形態に係るパウダーヒート後パウダーベッド確認工程についての説明を省略する。

〈本溶融中パウダーベッド確認〉
第８の実施形態では、上述した本溶融工程中に、本溶融中パウダーベッド確認を行う。本溶融工程では、造形物４８を形成する本溶融の終了後、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御して、反射電子が検出できる程度に低いエミッション電流でパウダーベッドにおける少なくとも造形物４９を形成する位置を含む領域をスキャンする。そして、少なくとも造形物４９を形成する位置を含む領域をスキャンしたことにより発生した反射電子を、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出し、パウダーベッドの状態を確認する。

造形物４８を形成するための本溶融の終了後におけるパウダーベッドが正常な状態であれば、最後に造形する造形物４９（のバルク面）が露出されていない。ＣＰＵ６４は、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出した電流から造形物４９（のバルク面）が粉末に覆われていることを確認した場合に、パウダーベッドが正常であると判定する。パウダーベッドが正常であると判定した場合は、造形物４９を形成するための本溶融を行い、その後、次の工程であるアフターヒート工程に移行する。

一方、ＣＰＵ６４は、２分割検出器１６Ａ，１６Ｂによって検出した電流から造形物４９（のバルク面）が表れていることを確認した場合に、パウダーベッドに異常が発生したと判定する。パウダーベッドに異常が発生したと判定した場合は、電子銃駆動制御部６７（図３参照）が電子銃２を制御し、アフターヒートと同様のビームスキャンを行って現状のパウダーベッドを加熱する。次に、再度スキージング工程を行い、その後、再びパウダーヒート工程を行う。パウダーヒート工程の完了後は、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。すなわち、ＣＰＵ６４がパウダーベッドに異常が発生したと判定した場合は、今回の層の造形についてアフターヒート工程からやり直す。

このように、第８の実施形態では、本溶融工程中にパウダーベッドが正常な状態であるか否かを確認して、パウダーベッドに異常が確認された場合は、アフターヒート工程、スキージング工程、及びパウダーヒート工程を再度行う。そして、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う。これにより、パウダーベッドが正常な状態で本溶融工程を行うことが可能になる。その結果、造形物４７〜４９に欠陥が生じることを抑制することができる。

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。

例えば、上述の第１〜第６の実施形態では、少なくともパウダーヒート後パウダーベッド確認工程を行う例を説明した。しかし、本発明に係る３次元積層造形装置としては、少なくとも本溶融後パウダーベッド確認工程を行うものであってもよい。また、上述の第７及び第８の実施形態では、パウダーヒート後パウダーベッド確認工程と本溶融中パウダーベッド確認を行う例を説明した。しかし、本発明に係る３次元積層造形装置としては、本溶融中パウダーベッド確認のみを行うものであってもよい。

また、上述の第１〜第６の実施形態では、パウダーヒート工程後や本溶融工程後に、検出部（２分割検出器１６Ａ，１６Ｂ、カメラ３１、投光部４１及び受光部４２）によってパウダーベッドの状態を確認した。しかし、本発明に係る３次元積層造形装置としては、パウダーベッドの状態を任意のタイミングで確認することができる。例えば、スキージング工程後にパウダーベッドの状態を確認することにより、スキージアーム１３やブレード１４に不具合が生じたことを検知するようにしてもよい。

また、上述の第１〜第８の実施形態では、パウダーベッドに異常が発生したと判定した場合に、パウダーベッドを加熱し、再度スキージング工程を行うようにした。しかし、本発明に係る３次元積層造形装置としては、パウダーベッドに異常が発生したと判定した場合に、３次元積層造形処理を中止するようにしてもよい。

また、上述の第１〜第８の実施形態では、テーブル３ａ上に金属粉末８を供給した。しかし、本発明に係る３次元積層造形装置としては、金属粉末（粉末材料）をベースプレートよりも下からせり上げることより、ベースプレート上に金属粉末を供給するようにしてもよい。

１…真空容器、 ２…電子銃（ビーム発生部）、 ３…造形ボックス、 ４…造形ボックス固定部、 ５…Ｚ駆動機構、 ６…粉末台、 ７…シール部材、 ８…金属粉末、 ９，４７，４８，４９…造形物、 １０…ベースプレート、 １１…粉末タンク、 １２…定量供給器、 １３…スキージアーム、 １４…ブレード、 １６Ａ，１６Ｂ…２分割検出器（検出部）、 １９…マスクカバー、 ２１…電子ビーム、 ２２…仮焼結体、 ３１…カメラ（検出部）、 ３２…ダミー造形物、 ４１…投光部、 ４２…受光部、 ５０，５３，５６…３次元積層造形装置、 ６０…造形制御装置

Claims (11)

1. ベースプレートと、
   前記ベースプレートを鉛直方向に移動させる駆動部と、
   前記ベースプレートの上に粉末試料を供給して粉末層を積層する粉末供給部と、
   前記粉末層に照射する電子ビームを発生するビーム発生部と、
   前記駆動部、前記粉末供給部、及び前記ビーム発生部を制御し、前記粉末層の最上層であるパウダーベッドに電子ビームを照射させて、造形モデルを１層分でスライスした２次元形状領域を本溶融することで３次元造形物を造形する制御部と、
   前記パウダーベッドの状態を検出する検出部と、を備える
   ３次元積層造形装置。
2. 前記制御部は、前記検出部の検出結果から前記パウダーベッドの状態が正常でないと判定した場合に、今回の層の造形を行うために前記粉末供給部による前記粉末層の積層を再度行わせる
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
3. 前記検出部は、前記本溶融を行う前に、前記パウダーベッドの状態を検出する
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
4. 前記検出部は、前記本溶融を行った後に、前記パウダーベッドの状態を検出する
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
5. 前記検出部は、前記ビーム発生部から発生した電子ビームが、前記パウダーベッドに照射されたときに発生する反射電子を検出する検出器である
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
6. 前記検出部は、前記パウダーベッドに光を照射する投光部と、前記パウダーベッドからの反射光を受光する受光部とを有する
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
7. 前記検出部は、前記パウダーベッドを撮像するカメラである
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
8. 前記パウダーベッドにおける前記電子ビームが照射される領域には、ダミー造形物が造形されるスペースが設けられ、
   前記検出部は、前記本溶融を行った後に、前記パウダーベッドの状態を検出し、
   前記制御部は、前記検出部の検出結果から前記パウダーベッドの状態が正常であると判定した場合に、前記ダミー造形物の造形を行う
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
9. 前記ビーム発生部が前記パウダーベッドに電子ビームを照射する際に、前記粉末層をシールドするマスクカバーを備え、
   前記マスクカバーは、前記電子ビームを通過させる開口部と、前記パウダーベッドの前記電子ビームが照射される領域の周囲を覆うマスク部とを有する
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
10. 粉末供給部がベースプレートの上に粉末試料を供給して粉末層を積層するスキージング工程と、
    ビーム発生部が前記粉末層の最上層であるパウダーベッドに対して電子ビームを照射して、前記パウダーベッドの表面を加熱するパウダーヒート工程と、
    前記パウダーヒート工程後に、検出部が前記パウダーベッドの状態を検出し、制御部が前記検出部の検出結果から前記パウダーベッドが正常であるか否かを判定するパウダーベッド確認工程と、
    前記パウダーベッド確認工程において前記パウダーベッドが正常であると判定された場合に、前記パウダーベッドに対して電子ビームを照射して、造形モデルを１層分でスライスした２次元形状領域を溶融する本溶融工程と、を備え、
    前記パウダーベッド確認工程において前記パウダーベッドが正常でないと判定された場合は、今回の層の造形について現状のパウダーベッドを加熱するアフターヒート工程、前記スキージング工程、及び前記パウダーヒート工程を再度行う
    ３次元積層造形方法。
11. 粉末供給部がベースプレートの上に粉末試料を供給して粉末層を積層するスキージング工程と、
    ビーム発生部が前記粉末層の最上層であるパウダーベッドに対して電子ビームを照射して、前記パウダーベッドの表面を加熱するパウダーヒート工程と、
    加熱された前記パウダーベッドに対して電子ビームを照射して、造形モデルを１層分でスライスした２次元形状領域を溶融する本溶融工程と、
    前記本溶融工程後に、検出部が前記パウダーベッドの状態を検出し、制御部が前記検出部の検出結果から前記パウダーベッドが正常であるか否かを判定するパウダーベッド確認工程と、を備え、
    前記パウダーベッド確認工程において前記パウダーベッドが正常であると判定された場合は、次の層の造形を行い、
    前記パウダーベッド確認工程において前記パウダーベッドが正常でないと判定された場合は、今回の層の造形について現状のパウダーベッドを加熱するアフターヒート工程、前記スキージング工程、及び前記パウダーヒート工程を再度行う
    ３次元積層造形方法。

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