JP2021172830A - 付加製造物評価システム - Google Patents

Abstract

【課題】付加製造物において適切に造形された内部空間から未溶融の粉末材料が確実に排出されたことを簡便に評価できるの付加製造物評価システムを提供すること。【解決手段】付加製造物評価システムの制御装置１３０は、エア供給装置１１０による空気圧の供給及び遮断を制御する信号Ｋを切替弁１１３に出力する流体供給制御部１３１と、重量計測装置１２０の重量計１２３から出力された重量Ｍを表す情報を取得する計測重量取得部１３２と、重量Ｍの単位時間当たりの重量変化が生じているか否かを判定する重量変化判定部１３３と、理想重量ＲＭに対する重量Ｍの比（Ｍ／ＲＭ）である理想重量比Ｐと第一閾値Ｐ１とを比較する粉末除去判定部１３４と、内部空間から未溶融の粉末材料が適切に排出されない異常を報知する異常報知部１３５と、理想重量比Ｐと第二閾値Ｐ２とを比較する造形状態判定部１３６と、を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、付加製造物評価システムに関する。

付加製造には、例えば、粉末床溶融結合（Powder Bed Fusion）方式、指向性エネルギー堆積（Directed Energy Deposition）方式等があることが知られている。特に、粉末床溶融結合方式は、平らに敷き詰められた粉末材料に対して、光ビーム（レーザビーム及び電子ビーム等）を照射することで付加製造を行う。粉末床溶融結合方式には、ＳＬＭ(Selective Laser Melting)、ＥＢＭ(Electron Beam Melting)等が含まれる。

粉末床溶融結合方式の付加製造においては、平らに敷き詰められた粉末材料を溶融及び凝固させながら一層ずつ積層させて付加製造物を造形する。このため、粉末床溶融結合方式の付加製造においては、内部空間を有する付加製造物を精密に造形することができる。

ところで、粉末床溶融結合方式の付加製造によって内部空間を有する付加製造物を造形した場合、内部空間に残存する粉末材料を外部に排出する必要がある。このため、例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３には、付加製造物の内部空間から粉末材料を外部に排出するための技術が開示されている。

特開２０１８−１２７６５１号公報 特開２０１７−１４９１３９号公報 特開２０１６−１９１１５４号公報

付加製造された付加製造物が内部空間を有する場合、特許文献１−３に開示された技術により、内部空間から未溶融の粉末材料を排出することができる。しかしながら、内部空間を有する付加製造物を付加製造した場合、内部空間から未溶融の粉末材料が確実に排出されたか否かを評価することは極めて重要である。又、内部空間を有する付加製造物を付加製造した場合、付加製造物の外部から確認することが困難である内部空間が適切に造形されているか否かを評価することも極めて重要である。

本発明は、付加製造物において適切に造形された内部空間から未溶融の粉末材料が排出されたことを簡便に評価できる付加製造物評価システムを提供する。

付加製造物評価システムは、平らに敷き詰められた粉末材料に対して光ビームを照射し、粉末材料を溶融及び凝固させて付加製造を行う付加製造装置により、外部と連通する第一開口部及び第二開口部を含む内部空間を有するように造形された付加製造物を評価する付加製造物評価システムであって、第一開口部から内部空間に加圧した流体を供給する流体供給装置と、流体供給装置から流体が供給されることにより、第二開口部を介して内部空間から排出された未溶融の粉末材料の重量を計測する重量計測装置と、流体供給装置の作動を制御すると共に重量計測装置によって計測された未溶融の粉末材料の重量を取得する制御装置と、を備える。制御装置は、付加製造物の内部空間の形状に基づいて内部空間に存在する未溶融の粉末材料の算出可能な理想重量と、重量計測装置によって計測された重量と、を比較することにより、内部空間から未溶融の粉末材料が排出されたか否かを評価する。

これによれば、内部空間を有する付加製造物を付加製造した場合、理想重量と計測された重量とを比較することにより、内部空間から未溶融の粉末材料が排出されたか否かを簡便に評価することができる。又、内部空間を有する付加製造物を付加製造した場合、理想重量と計測された重量とに基づいて、付加製造物の外部から確認することが困難である内部空間が適切に造形されているか否かを簡便に評価することができる。

付加製造装置及び付加製造物評価システムを示す図である。 図１の付加製造装置によって内部空間を有するように付加製造された付加製造物の構成を説明するための図である。 図１の付加製造装置の制御装置の構成を示すブロック図である。 図１の付加製造物評価システムの構成を説明するための図である。 図４の付加製造物評価システムの制御装置の構成を示すブロック図である。 図４の制御装置により実行される粉末除去評価プログラムを示すフローチャートである。 別例に係り、図４の制御装置により実行される粉末除去評価プログラムを示すフローチャートである。

（１．適用対象の付加製造物）
適用対象の付加製造物は、ＳＬＭ方式の付加製造装置によって付加製造される。適用対象の付加製造物は内部空間を有しており、内部空間は付加製造物の外部と連通する第一開口部及び第二開口部を含んで造形される。ここで、内部空間を有する付加製造物としては、例えば、中空箱状の付加製造物や、内部配管を有する付加製造物を例示することができる。尚、本例においては、付加製造物が内部空間として冷却用の内部配管を有する金型の場合を例示する。

そして、ＳＬＭ方式の付加製造装置によって付加製造された付加製造物は、付加製造が完了した時点において、形成された内部空間に未溶融の粉末材料が残存する。このため、内部空間に残存した粉末材料は、付加製造物評価システムを用いて、付加製造物の第一開口部から流体が供給されることにより、第二開口部を介して、付加製造物の外部に排出される。

（２．付加製造装置１の構成）
付加製造装置１の構成について図面を参照しながら説明する。本例の付加製造装置１は、粉末床溶融結合方式であってＳＬＭ方式を採用する。付加製造装置１は、図１に示すように、層状に配置された（積層された）粉末材料としての金属粉末Ｚに光ビームを照射することを繰り返すことによって、内部空間としての内部配管Ｓを有する付加製造物Ｗを製造する装置である。

ここで、光ビームは、例えば、レーザビーム及び電子ビームを含み、その他に金属粉末Ｚを溶融することができる種々のビームを含む。又、レーザビームには、例えば、ファイバレーザ、ＣＯ_２レーザ（遠赤外レーザ）、半導体レーザ等、種々のレーザを適用でき、対象の金属粉末Ｚ（例えば、アルミ、ステンレス鋼、チタン、マルエージング鋼、合金工具鋼等）に応じて適宜決定される。

付加製造装置１は、図１に示すように、チャンバ１０、付加製造物支持装置２０、粉末供給装置３０、光ビーム照射装置４０、加熱装置５０及び制御装置６０を備える。

チャンバ１０は、内部の空気を、例えば、Ｈｅ（ヘリウム）やＮ_２（窒素）、Ａｒ（アルゴン）等の不活性ガスに置換可能に構成されている。尚、チャンバ１０は、内部を不活性ガスに置換することに代えて、内部を減圧可能な構成としても良い。

付加製造物支持装置２０は、チャンバ１０の内部に設けられ、付加製造物Ｗを付加製造するための支持部材により構成されている。付加製造物支持装置２０は、付加製造用容器２１、昇降テーブル２２及びベース２３を備えている。付加製造用容器２１は、上側に開口部を有し、上下方向の軸線に平行な内壁面を有している。昇降テーブル２２は、付加製造用容器２１の内部にて内壁面に沿うように上下方向に昇降動作可能に設けられる。ベース２３は、昇降テーブル２２の上面に着脱可能に載置され、ベース２３の上面が付加製造物Ｗを付加製造するための部位となる。即ち、ベース２３は、昇降テーブル２２の降下に伴って上面に層状に金属粉末Ｚを配置すると共に、付加製造時に付加製造物Ｗを支持可能とされている。

粉末供給装置３０は、チャンバ１０の内部であって、付加製造物支持装置２０に隣接して設けられている。粉末供給装置３０は、粉末収納容器３１、供給テーブル３２及びリコータ３３を備えている。粉末収納容器３１は上側に開口部を有しており、粉末収納容器３１の開口部の高さは付加製造用容器２１の開口部の高さと同一に設けられている。粉末収納容器３１は、上下方向の軸線に平行な内壁面を有している。供給テーブル３２は、粉末収納容器３１の内部にて内壁面に沿うように上下方向に移動可能に設けられている。そして、粉末収納容器３１内において、供給テーブル３２の上側領域に、金属粉末Ｚが収納されている。

リコータ３３は、付加製造用容器２１の開口部及び粉末収納容器３１の開口部の全領域に亘って、両開口部の上面に沿って往復移動可能に設けられている。リコータ３３は、例えば、図１の左右方向にて右側から左側に移動するとき、即ち、粉末収納容器３１の開口部から付加製造用容器２１の開口部に向けて移動するときに、粉末収納容器３１の開口部から盛り出ている金属粉末Ｚを付加製造用容器２１に運搬する。これにより、金属粉末Ｚは、平らに敷き詰められる。

更に、リコータ３３は、後述するように降下した昇降テーブル２２と共に降下したベース２３の上面にて運搬した金属粉末Ｚを均し、ベース２３の上面にて同種の金属粉末Ｚを層状に配置する、即ち、リコートする。ここで、「同種」とは、材料粉末である金属粉末Ｚの材質が同一であり、金属粉末Ｚの平均粒径等が所定の範囲内に含まれることを意味する。

光ビーム照射装置４０は、図１に示すように、チャンバ１０の外部に配置されており、ベース２３の上面に層状に配置された同種の金属粉末Ｚの表面にチャンバ１０の外部から光ビーム４０ａを照射する。光ビーム４０ａは、上述したように、レーザビーム及び電子ビーム等である。光ビーム照射装置４０は、リコートされた金属粉末Ｚに光ビーム４０ａを照射することにより金属粉末Ｚを融点以上の温度に加熱する。これにより、金属粉末Ｚは溶融してその後凝固し（又は焼結し）、一体化された層からなる付加製造物Ｗが付加製造される。即ち、隣接する金属粉末Ｚ同士は、溶融接合によって一体化される。

光ビーム照射装置４０は、レーザ発振器４１及びレーザヘッド４２を備えている。又、光ビーム照射装置４０は、レーザ発振器４１から発振された光ビーム４０ａ（近赤外レーザ光）をレーザヘッド４２に伝送する光ファイバ４３を備えている。

光ビーム照射装置４０は、予め設定されたプログラムに従って、光ビーム４０ａの照射位置を移動すると共に、ビーム強度を変更することができる。光ビーム４０ａの照射位置を移動することにより、図２に示すように、２次元又は３次元の内部配管Ｓを有する付加製造物Ｗを付加製造することができる。ここで、光ビーム４０ａは、加熱装置５０により加熱される範囲よりも狭い範囲に対して照射可能である。尚、光ビーム４０ａは、チャンバ１０の上側に設けられる透明なガラス又は樹脂を通してチャンバ１０内に照射されるようになっている。

加熱装置５０は、昇降テーブル２２に内蔵される。加熱装置５０は、ベース２３を介して付加製造物Ｗを加熱するためのヒータであり、昇降テーブル２２を介してベース２３の全体を加熱する。加熱装置５０は、例えば、コイルヒータ、カートリッジヒータ、ノズルヒータ、面状ヒータ等、種々のヒータを適用できる。加熱装置５０による加熱範囲は、光ビーム４０ａの照射範囲を一部に含む範囲に設定されている。ここで、加熱装置５０は、光ビーム４０ａのように金属粉末Ｚを溶融させることはない。

（３．制御装置６０の構成）
制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース等を主要構成部品とするマイクロコンピュータである。制御装置６０は、付加製造物支持装置２０、粉末供給装置３０、光ビーム照射装置４０及び加熱装置５０を制御する。このため、制御装置６０は、図３に示すように、データ記憶部６１、昇降テーブル作動制御部６２、粉末供給制御部６３、光ビーム照射制御部６４及び加熱制御部６５を備える。

データ記憶部６１は、２次元又は３次元の形状に造形される内部配管Ｓを有する付加製造物Ｗを所定の厚さで分割した分割層ごとのデータが含まれていて、分割層における形状を表す形状データを含む各種データを記憶している。ここで、形状データは、例えば、図３にて詳細な図示を省略するＣＡＤ（Computer Aided Design）端末から供給されるようになっている。

昇降テーブル作動制御部６２は、昇降テーブル２２を昇降させる駆動装置（図示省略）の作動を制御する。昇降テーブル作動制御部６２は、粉末供給装置３０が金属粉末Ｚを供給する際において、予め設定された降下量となるように昇降テーブル２２を降下させる。

粉末供給制御部６３は、粉末供給装置３０の作動を制御するものである。具体的に、粉末供給制御部６３は、供給テーブル３２を上下方向に移動させて粉末収納容器３１に収容された金属粉末Ｚを粉末収納容器３１の開口部から盛り出させると共に、リコータ３３を往復移動させるように制御する。

光ビーム照射制御部６４は、光ビーム照射装置４０の作動を制御するものである。具体的に、光ビーム照射制御部６４は、光ビーム照射装置４０が照射する光ビーム４０ａの照射位置（照射軌跡）及びビーム強度を、データ記憶部６１に記憶されている形状データに基づいて制御する。

加熱制御部６５は、加熱装置５０の作動を制御するものである。尚、加熱制御部６５による加熱装置５０の作動制御の詳細については、本発明に直接関係しないため、その説明を省略する。

（４．付加製造物評価システム１００の構成）
本例の付加製造物評価システム１００は、付加製造装置１によって付加製造された内部配管Ｓを有する付加製造物Ｗについて、内部配管Ｓに残存している未溶融の粉末材料が適切に排出されているか否かを評価する。付加製造物評価システム１００は、図４に示すように、流体供給装置としてのエア供給装置１１０と、重量計測装置１２０と、制御装置１３０とを主に備えている。

エア供給装置１１０は、流体として空気を加圧し、内部配管Ｓを有する付加製造物Ｗに加圧した空気を供給する装置である。エア供給装置１１０は、流体圧である空気圧を発生する圧力源１１１と、圧力源１１１と付加製造物Ｗの内部配管Ｓの一方の第一開口部Ｓ１とを連結する配管１１２と、配管１１２に設けられて空気の供給又は遮断を切り替える切替弁１１３とを備える。ここで、圧力源１１１としては、例えば、工場エア（空気圧が０．３ＭＰａ程度）を用いることができる。

重量計測装置１２０は、付加製造物Ｗの内部配管Ｓに残存し、内部配管Ｓから排出された未溶融の金属粉末Ｚである未溶融金属粉末ＲＺの重量Ｍを計測する装置である。重量計測装置１２０は、液体としての水を貯留する容器１２１と、容器１２１と付加製造物Ｗの内部配管Ｓの他方の第二開口部Ｓ２とを連結する配管１２２と、配管１２２を介して付加製造物Ｗの内部配管Ｓから容器１２１に貯留された水に排出された未溶融金属粉末ＲＺの重量Ｍを計測する重量計１２３とを備える。

容器１２１は、加圧された空気と共に内部配管Ｓの第二開口部Ｓ２から配管１２２を介して未溶融金属粉末ＲＺが排出される際に、貯留する水（液体）の飛散を防止する蓋が設けられている。そして、容器１２１は、例えば、内部配管Ｓから排出される未溶融金属粉末ＲＺの体積の２倍程度の水を貯留する。重量計１２３は、計測した未溶融金属粉末ＲＺの重量Ｍを表す情報を制御装置１３０に出力する。

制御装置１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース等を主な構成部品とするコンピュータ装置である。制御装置１３０は、図５に示すように、流体供給制御部１３１と、計測重量取得部１３２と、重量変化判定部１３３と、粉末除去判定部１３４と、異常報知部１３５とを主に備える。

流体供給制御部１３１は、エア供給装置１１０の切替弁１１３による空気圧の供給及び遮断を制御する信号Ｋを切替弁１１３に出力する。これにより、切替弁１１３が信号Ｋにより開弁されると加圧された空気が内部配管Ｓに供給され、切替弁１１３が信号Ｋにより閉弁されると内部配管Ｓへの加圧された空気の供給が遮断される。尚、流体供給制御部１３１は、エア供給装置１１０の圧力源１１１による空気圧の増圧を制御する信号Ｕを圧力源１１１に出力することも可能である。

計測重量取得部１３２は、重量計測装置１２０の重量計１２３から出力された重量Ｍを表す情報を取得する。そして、計測重量取得部１３２は、取得した重量Ｍを表す情報を重量変化判定部１３３及び粉末除去判定部１３４に供給する。

重量変化判定部１３３は、計測重量取得部１３２から供給された未溶融金属粉末ＲＺの重量Ｍを表す情報を取得する。そして、重量変化判定部１３３は、付加製造物Ｗの内部配管Ｓから重量計測装置１２０の容器１２１に排出された未溶融金属粉末ＲＺの重量Ｍの単位時間当たりの重量変化が生じているか否かを判定する。

粉末除去判定部１３４は、計測重量取得部１３２から供給された未溶融金属粉末ＲＺの重量Ｍを表す情報を取得する。又、粉末除去判定部１３４は、ＣＡＤ端末から、設計上算出可能であり、内部配管Ｓに残存する未溶融金属粉末ＲＺの理想重量ＲＭに関連する情報を取得する。尚、理想重量ＲＭに関連する情報としては、例えば、ＣＡＤ端末において算出可能な内部配管Ｓの体積とすることもできる。この場合、粉末除去判定部１３４は、ＣＡＤ端末から取得した内部配管Ｓの体積と金属粉末Ｚの比重とを乗算することにより、理想重量ＲＭを算出する。

粉末除去判定部１３４は、理想重量ＲＭに対する重量Ｍの比（Ｍ／ＲＭ）である理想重量比Ｐを算出する。そして、粉末除去判定部１３４は、算出した理想重量比Ｐと予め設定された第一閾値Ｐ１とを比較する。ここで、第一閾値Ｐ１は、実験的に決定可能な閾値であり、「１」未満の値に設定される。粉末除去判定部１３４は、理想重量比Ｐが第一閾値Ｐ１以上の場合、理想重量ＲＭと付加製造物Ｗの内部配管Ｓから排出された未溶融金属粉末ＲＺの重量Ｍとの差が小さいため、内部配管Ｓから未溶融金属粉末ＲＺのほぼ全量が排出されたと判定する。

一方、理想重量比Ｐが第一閾値Ｐ１未満の場合は、理想重量ＲＭと重量Ｍとの差が大きい。このため、粉末除去判定部１３４は、内部配管Ｓに未溶融金属粉末ＲＺが残存している、或いは、付加製造装置１によって金属粉末Ｚが過剰に溶融されて内部配管Ｓが付加製造されたと判定する。そして、粉末除去判定部１３４は、理想重量比Ｐが第一閾値Ｐ１未満の場合、内部配管Ｓから未溶融金属粉末ＲＺが除去できていないことを表す異常情報Ｑ１を異常報知部１３５に供給する。

異常報知部１３５は、粉末除去判定部１３４から供給された異常情報Ｑ１を取得する。そして、異常報知部１３５は、図示を省略する表示器又はスピーカ等の報知装置を介して、内部配管Ｓから未溶融金属粉末ＲＺが適切に排出されない異常を報知する。

（５．付加製造物評価システム１００による粉末除去評価方法）
次に、付加製造物評価システム１００を用いた本例の粉末除去評価方法を、図６に示す粉末除去評価プログラムのフローチャートを参照しながら説明する。

制御装置１３０は、ステップＳ１０にて粉末除去評価プログラムを実行する。続くステップＳ１１にて、制御装置１３０の流体供給制御部１３１は、エア供給装置１１０による加圧された空気即ち空気圧の供給を制御する。即ち、流体供給制御部１３１は、エア供給装置１１０の切替弁１１３に対して信号Ｋを出力し、切替弁１１３を開弁させることにより圧力源１１１から加圧された空気（空気圧）を付加製造物Ｗの第一開口部Ｓ１に供給する。そして、制御装置１３０は、エア供給装置１１０の切替弁１１３を作動させて、付加製造物Ｗの第一開口部Ｓ１即ち内部配管Ｓに加圧された空気（空気圧）を供給させると、ステップＳ１２のステップ処理を実行する。

ステップＳ１２においては、制御装置１３０の計測重量取得部１３２は、重量計測装置１２０によって計測された重量Ｍを表す情報を取得する。そして、制御装置１３０の重量変化判定部１３３は、単位時間当たりの重量Ｍの変化を表す（Ｍ２ーＭ１）／ｔに変化が生じていないか否かを判定する。ここで、Ｍ２は今回のプログラム実行時に計測重量取得部１３２が重量計測装置１２０から取得した重量Ｍを表し、Ｍ１は前回のプログラム実行時に計測重量取得部１３２が重量計測装置１２０から取得した重量Ｍを表す。又、ｔは、例えば、プログラムの実行周期を表す時間である。

単位時間当たりの重量Ｍの変化を表す（Ｍ２ーＭ１）／ｔに変化が生じているときは、エア供給装置１１０から供給された空気圧により、付加製造物Ｗの内部配管Ｓの内部に存在する未溶融金属粉末ＲＺが内部配管Ｓの第二開口部Ｓ２から未だ重量計測装置１２０の容器１２１に排出されている状態である。従って、重量変化判定部１３３は、ステップＳ１２にて「Ｎｏ」と判定し、「Ｙｅｓ」と判定するまで繰り返しステップＳ１２のステップ処理を実行する。

一方、単位時間当たりの重量Ｍの変化を表す（Ｍ２ーＭ１）／ｔに変化が生じていなければ、エア供給装置１１０から供給された空気圧により、付加製造物Ｗの内部配管Ｓの内部に存在する未溶融金属粉末ＲＺが重量計測装置１２０に排出されていない状態である。従って、重量変化判定部１３３は、ステップＳ１２にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１３のステップ処理を実行する。

ステップＳ１３においては、制御装置１３０の粉末除去判定部１３４は、理想重量ＲＭと重量Ｒとを比較することにより、内部配管Ｓから未溶融金属粉末ＲＺが排出されて除去されたか否かを判定する。具体的に、粉末除去判定部１３４は、理想重量比Ｐ（＝Ｍ／ＲＭ）が予め設定された第一閾値Ｐ１以上であるか否かを判定する。即ち、理想重量比Ｐが第一閾値Ｐ１以上であれば、理想重量ＲＭと計測された重量Ｍとの差が小さい、即ち、内部配管Ｓの内部に残存していた未溶融金属粉末ＲＺのほぼ全量が適切に排出されている（除去されている）。このため、粉末除去判定部１３４は、ステップＳ１３にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１４のステップ処理を実行する。

ステップＳ１４においては、制御装置１３０の流体供給制御部１３１は、エア供給装置１１０の作動を停止させる。即ち、流体供給制御部１３１は、信号Ｋを切替弁１１３に出力することにより、切替弁１１３を閉弁させ、内部配管Ｓの第一開口部Ｓ１への加圧された空気（空気圧）の供給を遮断する。そして、制御装置１３０は、ステップＳ１６にて、粉末除去評価プログラムの実行を終了する。

一方、前記ステップＳ１３の判定処理において、理想重量比Ｐが第一閾値Ｐ１未満であれば、理想重量ＲＭと計測された重量Ｍとの差が大きい、即ち、内部配管Ｓの内部から未溶融金属粉末ＲＺが想定される量だけ排出されていない。このため、粉末除去判定部１３４は、前記ステップＳ１３にて「Ｎｏ」と判定し、異常報知部１３５に対して未溶融金属粉末ＲＺの除去異常を表す異常情報Ｑ１を供給する。そして、制御装置１３０は、ステップＳ１５のステップ処理を実行する。

ステップＳ１５においては、制御装置１３０の異常報知部１３５は、粉末除去判定部１３４から異常情報Ｑ１を取得する。そして、異常報知部１３５は、図示を省略する表示器又はスピーカ等の報知装置を介して、内部配管Ｓから想定される量の未溶融金属粉末ＲＺが排出されていないことを除去異常として報知する。制御装置１３０は、異常報知部１３５が除去異常を報知すると、ステップＳ１４にてエア供給装置１１０の作動を停止させ、ステップＳ１６にて粉末除去評価プログラムの実行を終了する。

ここで、除去異常には、エア供給装置１１０から空気圧を供給し単位時間当たりの重量変化が生じていないにもかかわらず未溶融金属粉末ＲＺが内部配管Ｓに残存している、即ち、未溶融金属粉末ＲＺの除去が完了していない粉末除去異常が含まれる。又、除去異常には、付加製造装置１によって金属粉末Ｚが過剰に溶融されて造形された結果、内部配管Ｓから排出される未溶融金属粉末ＲＺが減少する造形異常が含まれる。

以上の説明からも理解できるように、本例の付加製造物評価システム１００は、単位時間当たりの重量変化（Ｍ２ーＭ１）／ｔに変化が生じておらず、且つ、理想重量比Ｐが第一閾値Ｐ１以上である場合に、未溶融金属粉末ＲＺの除去が完了したと評価することができる。これにより、内部配管Ｓに残存している未溶融金属粉末ＲＺを除去する際には、無用に長く空気圧を付加製造物Ｗに供給し続ける必要がなく、未溶融金属粉末ＲＺの除去に必要な時間の最短化が可能になる。

又、付加製造物評価システム１００によれば、例えば、内部の様子を目視できないような複雑な形状を有する内部配管Ｓ（内部空間）であっても、評価結果に基づいて、作業者は未溶融金属粉末ＲＺの除去が完了したか否かを容易に且つ速やかに確認することができる。従って、付加製造物Ｗの検査に要する時間を短縮することが可能であり、ひいては、付加製造物Ｗの付加製造に要する製造コストを低減することが可能になる。

更に、付加製造物評価システム１００によって良品と評価された場合には、内部配管Ｓに未溶融金属粉末ＲＺが十分に除去されている。従って、冷却用の媒体を流通させる内部配管Ｓを有する金型として付加製造された付加製造物Ｗを、例えば、射出成形機に組み付けて製品を製造する場合には、未溶融金属粉末ＲＺによって成形機に設けられたチラーのフィルタが詰まったり、交換サイクルが増加したりする虞を低減することができる。

（６．本例の別例）
上述した本例においては、付加製造物評価システム１００は、付加製造物Ｗの内部配管Ｓに残存している未溶融金属粉末ＲＺが内部配管Ｓから外部に排出された、即ち、除去が完了したか否かを評価するようにした。ところで、付加製造物Ｗの付加製造において、例えば、内部配管Ｓを含む内部空間を造形する際に内部空間を形成する金属粉末Ｚの溶融が不完全即ち金属粉末Ｚの未溶融が生じる場合がある。

この場合、内部空間に残存している未溶融金属粉末ＲＺを除去すると、内部空間の周囲の未溶融金属粉末ＲＺも排出されて除去される。即ち、理想重量ＲＭよりも大きい重量Ｍが計測される状況では、付加製造物Ｗに金属粉末Ｚが未溶融による造形異常が生じている可能性がある。

そこで、別例の付加製造物評価システム１００においては、計測された未溶融金属粉末ＲＺの重量Ｍと理想重量ＲＭ（理想重量比Ｐ）に基づいて、内部配管Ｓ（内部空間）からの未溶融金属粉末ＲＺの除去を評価することに加え、付加製造物Ｗに未溶融による造形の異常が生じているか否かを評価する。以下、別例について、具体的に説明する。

別例における制御装置１３０は、図５にて破線により示すように、造形状態判定部１３６を備える。造形状態判定部１３６は、理想重量ＲＭと重量Ｍとを比較する、より具体的には、粉末除去判定部１３４から理想重量比Ｐを取得し、理想重量比Ｐと第二閾値Ｐ２とを比較する。尚、別例においては、造形状態判定部１３６が粉末除去判定部１３４から理想重量比Ｐを取得するようにするが、造形状態判定部１３６が独自に理想重量比Ｐを算出するようにしても良い。この場合には、造形状態判定部１３６が計測重量取得部１３２から重量Ｍを取得すると共にＣＡＤ端末から理想重量ＲＭを取得する。

造形状態判定部１３６は、理想重量比Ｐが第二閾値Ｐ２よりも大きい場合、付加製造装置１によって付加製造された付加製造物Ｗに造形異常が生じていると判定する。一方、理想重量比Ｐが第二閾値Ｐ２以下の場合、付加製造装置１によって付加製造された付加製造物Ｗの造形が正常であると判定する。そして、造形状態判定部１３６は、造形異常を判定した場合、異常報知部１３５に造形異常を表す異常情報Ｑ２を出力する。

そして、別例においては、制御装置１３０は、図７に示す粉末除去評価プログラムを実行する。ここで、図７に示す別例の粉末除去評価プログラムは、図６に示した本例の粉末除去評価プログラムに比べて、ステップＳ２０及びステップＳ２１が追加される点で異なる。従って、別例の説明においては、追加されるステップＳ２０及びステップＳ２１について詳細に説明する。

別例においても、制御装置１３０の粉末除去判定部１３４は、上述した本例の場合と同様に、前記ステップＳ１３にて理想重量比Ｐと第一閾値Ｐ１とを比較する。そして、粉末除去判定部１３４は、理想重量比Ｐが第一閾値Ｐ１未満の場合には、前記ステップＳ１３にて「Ｎｏ」と判定し、異常報知部１３５は前記ステップＳ１５にて異常情報Ｑ１に従って除去異常を報知する。

一方、粉末除去判定部１３４は、理想重量比Ｐが第一閾値Ｐ１以上の場合には、前記ステップＳ１３にて「Ｙｅｓ」と判定する。そして、制御装置１３０は、ステップＳ２０のステップ処理を実行する。

ステップＳ２０においては、制御装置１３０の造形状態判定部１３６は、理想重量比Ｐが第二閾値Ｐ２未満であるか否かを判定する。ここで、第二閾値Ｐ２は、実験的に決定可能な閾値であり、「１」よりも大きな値、より好ましくは「１」に設定される。

理想重量比Ｐが第二閾値Ｐ２よりも大きい場合、理想重量ＲＭに対して計測された重量Ｍが大きい、即ち、付加製造物Ｗの内部配管Ｓを形成する周囲の部分の未溶融金属粉末ＲＺが排出されている。このため、造形状態判定部１３６は、ステップＳ１４にて「Ｎｏ」と判定する。そして、制御装置１３０は、ステップＳ２１のステップ処理を実行する。

ステップＳ２１においては、制御装置１３０の異常報知部１３５は、図示を省略する表示器又はスピーカ等の報知装置を介して、付加製造物Ｗの内部配管Ｓを含む周囲の部分が未溶融であり造形が不完全であることを造形異常として報知する。そして、制御装置１３０は、異常報知部１３５が発生した造形異常を報知すると、前記ステップＳ１４にてエア供給装置１１０の作動を停止させ、前記ステップＳ１６にて粉末除去評価プログラムの実行を終了する。

一方、制御装置１３０の造形状態判定部１３６は、理想重量比Ｐが第二閾値Ｐ２以下であれば、理想重量ＲＭと重量Ｍとがほぼ等しく造形が正常であるため、「Ｙｅｓ」と判定する。そして、制御装置１３０は、前記ステップＳ１４にてエア供給装置１１０の作動を停止させ、前記ステップＳ１６にて、粉末除去評価プログラムの実行を終了する。

以上の説明からも理解できるように、別例における付加製造物評価システム１００によれば、未溶融金属粉末ＲＺの除去が完了したことを評価することに加え、内部配管Ｓ（内部空間）が適切に付加製造されたか否かを評価することができる。これにより、評価結果に基づいて、作業者は未溶融金属粉末ＲＺの除去が完了したか否かに加えて適切に付加製造されたか否かをも容易に且つ速やかに確認することができる。

従って、付加製造物Ｗの検査に要する時間を短縮することが可能であり、ひいては、付加製造物Ｗの付加製造に要する製造コストを低減することが可能になる。更に、内部配管Ｓを有する金型として付加製造された付加製造物Ｗにおいては、内部配管Ｓが適切に付加製造されることにより、金型の冷却性能を十分に発揮することができる。

（７．その他）
上述した本例及び別例においては、粉末除去評価プログラムの前記ステップＳ１５にて、異常報知部１３５が除去異常を報知するようにした。この場合、前記ステップＳ１５において、異常報知部１３５が除去異常を報知することに加えて、制御装置１３０の流体供給制御部１３１がエア供給装置１１０の圧力源１１１に対して空気圧を増圧させる信号Ｕを出力することも可能である。

この場合、制御装置１３０は、前記ステップＳ１５にて流体供給制御部１３１が空気圧を増圧させる信号Ｕを圧力源１１１に出力した後、前記ステップＳ１１以降の各ステップ処理を実行する。これにより、増圧された空気圧が内部配管Ｓに残存した未溶融金属粉末ＲＺを重量計測装置１２０に排出することにより、粉末除去異常と判別された付加製造物Ｗを再度評価することができる。そして、再度の評価における前記ステップＳ１３にて、粉末除去判定部１３４が、理想重量比Ｐが第一閾値Ｐ１以上であることを判定すれば、付加製造物Ｗを良品と評価することができる。

従って、特に、付加製造物Ｗが粉末除去異常である場合には、エア供給装置１１０から供給される空気圧を増圧することにより、内部配管Ｓの未溶融金属粉末ＲＺを確実に排出することができる。その結果、付加製造物Ｗの良品比率（歩留まり性）を向上させることができるため、付加製造物Ｗの製造コストを低減することができる。

又、上述した本例及び別例においては、付加製造物Ｗに形成される内部空間として単純な形状を有する内部配管Ｓを例示した。付加製造物評価システム１００は、単純な形状の内部空間に限らず、内部空間の形状が複雑な場合であっても適切に評価することができる。内部空間の形状が複雑な場合としては、例えば、内部配管が３次元的に曲げられて全長が長く形成された場合や、内部空間を形成するオーバハング部分の重力による沈み込みを防止する支持部材が設けられる場合等を挙げることができる。

又、上述した本例及び別例においては、粉末材料として金属粉末Ｚを用いて付加製造する場合を例示した。粉末材料としては、金属の粉末に限られず、例えば、樹脂の粉末であっても良い。

又、上述した本例及び別例においては、制御装置１３０の重量計測装置１２０が付加製造物Ｗの内部配管Ｓから容器１２１に排出された未溶融金属粉末ＲＺの重量Ｍを計測するようにした。しかし、付加製造物Ｗが小型軽量である場合には、重量の計測精度が若干悪化するものの、重量計測装置１２０が付加製造物Ｗ自体の重量を計測することも可能である。

更に、上述した本例及び別例においては、加圧する流体として空気を用い、未溶融金属粉末ＲＺを捕獲する液体として水を用いるようにした。しかし、加圧する流体は空気に限定されず、他の流体、例えば、アルゴンや窒素等の不活性ガスを用いることができ、又、液体も水に限定されず、他の液体、例えば、灯油等を用いることができる。

１…付加製造装置、１０…チャンバ、２０…付加製造物支持装置、２１…付加製造用容器、２２…昇降テーブル、２３…ベース、３０…粉末供給装置、３１…粉末収納容器、３２…供給テーブル、３３…リコータ、４０…光ビーム照射装置、４０ａ…光ビーム、４１…レーザ発振器、４２…レーザヘッド、４３…光ファイバ、５０…加熱装置、６０…制御装置、６１…データ記憶部、６２…昇降テーブル作動制御部、６３…粉末供給制御部、６４…光ビーム照射制御部、６５…加熱制御部、１００…付加製造物評価システム、１１０…エア供給装置、１１１…圧力源、１１２…配管、１１３…切替弁、１２０…重量計測装置、１２１…容器、１２２…配管、１２３…重量計、１３０…制御装置、１３１…流体供給制御部、１３２…計測重量取得部、１３３…重量変化判定部、１３４…粉末除去判定部、１３５…異常報知部、１３６…造形状態判定部、Ｋ…信号、Ｍ…重量、Ｐ…理想重量比、Ｐ１…第一閾値、Ｐ２…第二閾値、Ｑ１…異常情報、Ｑ２…異常情報、ＲＭ…理想重量、Ｓ…内部配管（内部空間）、Ｓ１…第一開口部、Ｓ２…第二開口部、Ｗ…付加製造物、ＲＺ…未溶融金属粉末、Ｚ…金属粉末（粉末材料）

Claims (12)

1. 平らに敷き詰められた粉末材料に対して光ビームを照射し、前記粉末材料を溶融及び凝固させて付加製造を行う付加製造装置により、外部と連通する第一開口部及び第二開口部を含む内部空間を有するように造形された付加製造物を評価する付加製造物評価システムであって、
   前記第一開口部から前記内部空間に加圧した流体を供給する流体供給装置と、
   前記流体供給装置から前記流体が供給されることにより、前記第二開口部を介して前記内部空間から排出された未溶融の前記粉末材料の重量を計測する重量計測装置と、
   前記流体供給装置の作動を制御すると共に前記重量計測装置によって計測された未溶融の前記粉末材料の重量を取得する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、
   前記付加製造物の前記内部空間の形状に基づいて前記内部空間に存在する未溶融の前記粉末材料の算出可能な理想重量と、前記重量計測装置によって計測された前記重量と、を比較することにより、前記内部空間から未溶融の前記粉末材料が排出されたか否かを評価する、付加製造物評価システム。
2. 前記制御装置は、前記理想重量に対する前記重量の比を表す理想重量比と、予め設定された第一閾値とを比較することにより、前記内部空間から未溶融の前記粉末材料が排出されたか否かを判定する粉末除去判定部を備える、請求項１に記載の付加製造物評価システム。
3. 前記粉末除去判定部は、前記理想重量比が前記第一閾値以上の場合において、前記内部空間から未溶融の前記粉末材料の排出が完了したことを判定し、且つ、前記理想重量比が前記第一閾値未満の場合において、前記内部空間から未溶融の前記粉末材料の排出が完了していないことを判定する、請求項２に記載の付加製造物評価システム。
4. 前記制御装置は、
   前記流体供給装置により加圧された前記流体の供給又は遮断を制御する流体供給制御部と、
   前記重量計測装置から計測された未溶融の前記粉末材料の前記重量を表す情報を取得する計測重量取得部と、を備える、請求項１−３のうちの何れか一項に記載の付加製造物評価システム。
5. 前記制御装置は、前記重量計測装置によって計測された前記重量の単位時間当たりの重量変化が生じているか否かを判定する重量変化判定部を備え、
   前記制御装置は、前記重量変化判定部によって前記重量変化が生じていないことが判定された場合に、前記理想重量比と前記重量とを比較する、請求項１−４のうちの何れか一項に記載の付加製造物評価システム。
6. 前記制御装置は、前記理想重量と前記重量との比較によって前記内部空間から未溶融の前記粉末材料の排出が完了していない場合に、異常を報知する異常報知部を備える、請求項１−５のうちの何れか一項に記載の付加製造物評価システム。
7. 前記制御装置は、前記異常報知部によって前記異常が報知された場合に、前記流体供給装置に前記流体を増圧させて前記内部空間に供給させる、請求項６に記載の付加製造物評価システム。
8. 前記制御装置は、前記理想重量比と予め設定された第二閾値とを比較することにより、前記付加製造装置による前記付加製造物に造形異常が生じているか否かを判定する造形状態判定部を備える、請求項１−７のうちの何れか一項に記載の付加製造物評価システム。
9. 前記造形状態判定部は、前記理想重量比が前記第二閾値以下の場合において、前記内部空間から未溶融の前記粉末材料が排出されたことに基づき、前記付加製造装置による前記付加製造物の造形が正常であると判定し、且つ、前記理想重量比が前記第二閾値よりも大きい場合において、前記内部空間及び前記付加製造物の前記内部空間を形成する周囲から未溶融の前記粉末材料が排出されたことに基づき、前記付加製造装置による前記付加製造物の造形が異常であると判定する、請求項８に記載の付加製造物評価システム。
10. 前記制御装置は、前記造形状態判定部によって前記理想重量比が前記第二閾値よりも大きいことが判定された場合に、前記造形異常を報知する異常報知部を備える、請求項８又は９に記載の付加製造物評価システム。
11. 前記重量計測装置は、
    液体を貯留して、前記付加製造物の前記内部空間から前記第二開口部を介して排出された未溶融の前記粉末材料を前記液体と共に収容する容器と、
    前記容器に収容された未溶融の前記粉末材料の前記重量を計測する重量計と、を備える、請求項１−１０のうちの何れか一項に記載の付加製造物評価システム。
12. 前記付加製造物は、
    前記内部空間として冷却用の媒体を流通させる内部配管を有する金型である、請求項１−１１のうちの何れか一項に記載の付加製造物評価システム。

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