JP2022079803A

JP2022079803A - 積層造形装置の較正方法

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Publication number: JP2022079803A
Application number: JP2020190607A
Authority: JP
Inventors: 慶望月; Kei Mochizuki; 一朗新家; Ichiro Araya; 泰行宮下; Yasuyuki Miyashita; 純文市川; Sumifumi Ichikawa
Original assignee: Sodick Co Ltd
Current assignee: Sodick Co Ltd
Priority date: 2020-11-17
Filing date: 2020-11-17
Publication date: 2022-05-27
Anticipated expiration: 2040-11-17
Also published as: JP7213220B2

Abstract

【課題】より正確にレーザ座標系の較正を行える積層造形装置の較正方法を提供する。【解決手段】造形領域に較正板を設置する較正板設置工程と、チャンバに不活性ガスを充満させる不活性ガス供給工程と、較正板にレーザ光を照射して仮測定点を形成する仮測定点形成工程と、仮測定点の位置を特定する仮測定点特定工程と、仮測定点の変位量が所定の閾値以下となったとき較正板がチャンバ内の環境に順応したと判定する順応判定工程と、較正板の目標位置に対してレーザ光により本番測定点を形成する本番測定点形成工程と、本番測定点の位置を特定する本番測定点特定工程と、本番測定点特定工程で特定された本番測定点の照射位置に基づいてレーザ座標系の各地点におけるずれ量を特定した補正データを生成する補正工程と、を備える積層造形装置の較正方法が提供される。【選択図】図４

Description

本発明は、積層造形装置の較正方法に関する。

三次元造形物の積層造形法としては種々の方式が知られている。例えば、粉末床溶融結合を実施する積層造形装置は、所定の造形領域に材料層を形成する材料層形成工程と、レーザ光を材料層の所定の照射領域に照射して固化層を形成する固化工程とを繰り返して、所定数の固化層を積層して所望の三次元造形物を形成する。材料や固化層の変質を防止するため、造形中、造形領域を覆うチャンバ内は所定濃度の不活性ガスで満たされる。

レーザ光の目標位置と実際の照射位置との間には、不可避のずれが生じうる。そのため、特許文献１に開示されるように、所望の三次元造形物を造形する前にずれ量を測定して、照射位置を補正することが望ましい。例えば、レーザ座標系の較正を行う積層造形装置は、造形領域に配置した較正板に対してレーザ光を照射して照射痕を形成し、照射痕の実際の位置を測定して照射痕の目標位置と実際の位置とのずれ量を算出し、ずれ量に基づき補正を行う。

特許第２９７９４３１号公報

より正確にレーザ座標系の較正を行う上では、較正時、チャンバ内の環境を造形時の環境に近づけることが望ましい。具体的に、レーザ座標系の較正を行っているときのチャンバは、不活性ガス雰囲気が充満されていることが望ましい。

不活性ガスが充満されたチャンバ内の環境は、積層造形装置外と温度や湿度において異なっている。特に、チャンバに供給される不活性ガスは水分が除去されているため、通常チャンバ内は積層造形装置外と比べて乾燥する。そのため、較正板はチャンバ内に設置されてから温度や湿度等の変化の影響を受け、体積変化を起こす可能性がある。照射痕の形成後に較正板の体積変化が起こると照射痕の位置がずれるため、正確な照射位置の検出を行うことができない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、較正板がチャンバ内の環境に順応したことを確かめてから照射痕である本番測定点を形成することで、より正確にレーザ座標系の較正を行える、積層造形装置の較正方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、所定濃度の不活性ガスが充満したチャンバで覆われた所望の三次元造形物を形成する領域である造形領域に材料層を形成する材料層形成工程と、レーザ光を材料層の所定の照射領域に照射して固化層を形成する固化工程とを繰り返して造形を行う積層造形装置の較正方法であって、造形領域に較正板を設置する較正板設置工程と、チャンバに不活性ガスを充満させる不活性ガス供給工程と、較正板にレーザ光を照射して仮測定点を形成する仮測定点形成工程と、仮測定点の位置を特定する仮測定点特定工程と、少なくとも２回の仮測定点特定工程後、仮測定点の変位量が所定の閾値以下となったとき、較正板がチャンバ内の環境に順応したと判定する順応判定工程と、較正板がチャンバ内の環境に順当したと判定された後、較正板の目標位置に対して、レーザ光により本番測定点を形成する本番測定点形成工程と、本番測定点の位置を特定する本番測定点特定工程と、本番測定点特定工程で特定された本番測定点の照射位置に基づいて、レーザ座標系の各地点におけるずれ量を特定した補正データを生成する補正工程と、を備える積層造形装置の較正方法が提供される。

本発明に係る積層造形装置の較正方法においては、較正板に照射痕である仮測定点を形成して仮測定点の位置を測定し、仮測定点の位置の変位量から較正板がチャンバ内の環境に順応したかどうかを判定する。その後に補正データの生成のための照射痕である本番測定点が形成されるので、チャンバ内の環境に順応した較正板に対し本番測定点を形成することができる。このようにして、高精度のレーザ座標系の較正を行うことができ、ひいては適切に較正が行われた積層造形装置により、高精度の三次元造形物を造形することができる。

本実施形態の積層造形装置の概略構成図である。照射装置の概略構成図である。制御装置のブロック図である。積層造形装置のレーザ座標系の較正方法を示すフローチャートである。較正板の分解図である。仮測定点および本番測定点の配置の一例を示す。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に説明される各種変形例は、それぞれ任意に組み合わせて実施することができる。

図１に示されるように、本実施形態の積層造形装置１は、チャンバ１１と、材料層形成装置３と、照射装置４と、切削装置５と、撮像装置６と、を備える。

チャンバ１１は、実質的に密閉されるように構成され、所望の三次元造形物が形成される領域である造形領域Ｒを覆う。造形中、チャンバ１１内は、所定濃度の不活性ガスが充満される。また、固化層８５の形成時に発生するヒュームを含んだ不活性ガスは、チャンバ１１内から排出される。望ましくは、チャンバ１１から排出された不活性ガスは、ヒュームが除去された上でチャンバ１１内に返送される。本実施の積層造形装置１は、不活性ガスの給排機構として、不活性ガス供給装置２１と、ヒュームコレクタ２３と、を備える。

不活性ガス供給装置２１は、チャンバ１１に所定濃度の不活性ガスを供給する。不活性ガス供給装置２１は、例えば、空気から不活性ガスを生成する不活性ガス生成装置、または不活性ガスが貯留されるガスボンベである。本実施形態においては、不活性ガス供給装置２１は、例えば、ＰＳＡ式窒素生成装置または膜分離式窒素生成装置である。

本発明において、不活性ガスとは、材料層８３や固化層８５と実質的に反応しないガスをいい、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等から材料の種類に応じて適当なものが選択される。また、高純度の不活性ガスを供給する上で、不活性ガス供給装置２１から供給される不活性ガスは、十分乾燥していることが望ましい。具体的に、不活性ガス供給装置２１が不活性ガス生成装置であるとき、不活性ガスの材料となる空気を乾燥させるドライヤを有していることが望ましい。また、不活性ガス供給装置２１がガスボンベであるとき、十分乾燥された不活性ガスが充填されることが望ましい。

ヒュームコレクタ２３は、チャンバ１１から排出された不活性ガスからヒュームを除去した上で、チャンバ１１内に返送する。ヒュームコレクタ２３は、例えば、電気集塵機またはフィルタである。

なお、不活性ガス供給装置２１またはヒュームコレクタ２３と接続される不活性ガスの供給口および排出口は、チャンバ１１の壁面やチャンバ１１内の装置等に適宜設けられる。任意の数の供給口および排出口が、任意の位置に設けられればよい。

材料層形成装置３はチャンバ１１内に設けられ、所定厚みの材料層８３を形成する。材料層形成装置３は、造形領域Ｒを有するベース台３１と、ベース台３１上に配置されるリコータヘッド３３と、を含む。リコータヘッド３３は、任意のアクチュエータを有するリコータヘッド駆動装置３５により水平方向に移動可能に構成される。造形領域Ｒには、造形テーブル３７が配置される。造形テーブル３７は、任意のアクチュエータを有する造形テーブル駆動装置３９により鉛直方向に移動可能に構成される。造形時には、造形テーブル３７上にベースプレート８１が配置されてもよく、ベースプレート８１上に１層目の材料層８３が形成される。

リコータヘッド３３は、材料収容部と、材料供給口と、材料排出口と、を含む。材料収容部は、材料を貯留する。本実施形態においては、材料は、例えば金属の粉体である。材料供給口は、材料収容部の上面に設けられ、不図示の材料供給装置から材料収容部に供給される材料の受口となる。材料排出口は、材料収容部の底面に設けられ、材料収容部内の材料を排出する。材料排出口は、リコータヘッド３３の移動方向に直交する水平方向に延びるスリット形状を有する。リコータヘッド３３の側面には、材料を均して材料層８３を形成するブレードが設けられる。リコータヘッド３３は、材料収容部内に収容した材料を材料排出口から排出しながら造形領域Ｒ上を水平方向に往復移動する。このとき、ブレードは排出された材料を平坦化して材料層８３を形成する。

照射装置４は、チャンバ１１の上方に設けられる。照射装置４は、造形領域Ｒ上に形成される材料層８３の所定の照射領域にレーザ光Ｌを照射して、照射位置の材料層８３を溶融または焼結させ、固化層８５を形成する。照射領域は、造形領域Ｒ内に存在し、所定の分割層における三次元造形物の輪郭形状で囲繞される領域とおおよそ一致する。図２に示されるように、照射装置４は、レーザ光源４１と、コリメータ４３と、フォーカス制御ユニット４５と、走査装置４７と、を含む。

レーザ光源４１はレーザ光Ｌを生成する。ここで、レーザ光Ｌは、材料層８３を焼結または溶融可能なものであればその種類は限定されず、例えば、ファイバレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザ、グリーンレーザまたは青色レーザである。コリメータ４３は、レーザ光源４１より出力されたレーザ光Ｌを平行光に変換する。フォーカス制御ユニット４５は、焦点調節レンズ４５１と、焦点調節レンズ４５１を前後に移動させるレンズアクチュエータ４５３とを有し、レーザ光源４１より出力されたレーザ光Ｌを所望のスポット径に調整する。走査装置４７は、例えば、ガルバノスキャナである。走査装置４７は、Ｘ軸ガルバノミラー４７１と、Ｘ軸ガルバノミラー４７１を回転させるＸ軸ミラーアクチュエータ４７３と、Ｙ軸ガルバノミラー４７５と、Ｙ軸ガルバノミラー４７５を回転させるＹ軸ミラーアクチュエータ４７７と、を有する。Ｘ軸ガルバノミラー４７１およびＹ軸ガルバノミラー４７５は回転角度が制御され、レーザ光源４１より出力されたレーザ光Ｌを２次元走査する。

Ｘ軸ガルバノミラー４７１およびＹ軸ガルバノミラー４７５を通過したレーザ光Ｌは、チャンバ１１の上面に設けられたウインドウ１３を透過して、造形領域Ｒに形成された材料層８３に照射される。ウインドウ１３は、レーザ光Ｌを透過可能な材料で形成される。例えば、レーザ光ＬがファイバレーザまたはＹＡＧレーザの場合、ウインドウ１３は石英ガラスで構成可能である。

チャンバ１１の上面には、ウインドウ１３を覆うように汚染防止装置１５が設けられる。汚染防止装置１５は、円筒状の筐体と、筐体内に配置された円筒状の拡散部材を含む。筐体と拡散部材の間に不活性ガス供給空間が設けられる。また、拡散部材の内側の筐体の底面には、開口部が設けられる。拡散部材には多数の細孔が設けられており、不活性ガス供給空間に供給された清浄な不活性ガスは細孔を通じて清浄室に充満される。そして、清浄室に充満された清浄な不活性ガスは、開口部を通じて汚染防止装置１５の下方に向かって噴出される。このようにして、ウインドウ１３に、ヒュームが付着することが防止される。

切削装置５は、固化層８５の表面や不要部分に対して切削を行う。切削装置５は、加工ヘッド５１と、加工ヘッド駆動装置５３と、スピンドル５５と、スピンドルモータ５７と、切削工具５９と、を含む。加工ヘッド駆動装置５３は、加工ヘッド５１をチャンバ１１内の所望の位置に移動させる任意のアクチュエータを有するものであればよい。例えば、加工ヘッド駆動装置５３は、加工ヘッド５１を所定の水平方向であるＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置と、加工ヘッド５１をＸ軸に直交する水平方向であるＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動装置と、加工ヘッド５１を所定の鉛直方向であるＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置と、を有する。

スピンドル５５は、加工ヘッド５１に設けられる。スピンドル５５は、エンドミル等の切削工具５９を把持し、スピンドルモータ５７によって回転することができるように構成されている。スピンドル５５により回転された切削工具５９により、固化層８５の表面や不要部分に対して切削加工が行われる。

なお、積層造形装置１は切削装置を備えていなくてもよいし、切削装置は他の構成でもよい。例えば、切削装置は、バイト等の切削工具を把持するとともに切削工具を鉛直方向の回転軸に沿って回動させる旋回機構が設けられた加工ヘッドと、加工ヘッドを水平駆動するための加工ヘッド駆動装置を含んでいてもよい。加工ヘッド駆動装置は、例えば、一対の第１水平移動機構と、一対の第１水平移動機構に設けられているガントリと、ガントリに取り付けられており加工ヘッドが固定された第２水平移動機構と、を有する。

撮像装置６は、後述するレーザ座標系の較正に際して、仮測定点６３および本番測定点６５を撮像して、仮測定点６３および本番測定点６５の位置情報を取得する。仮測定点６３および本番測定点６５は、レーザ光Ｌの照射により較正板６１に形成された、撮像装置６により認識可能な刻印であり、以下、仮測定点６３および本番測定点６５を含んで照射痕という。撮像装置６は、照射痕を撮像可能な任意の撮像素子を有しているものであればよく、本実施形態ではＣＣＤカメラである。

本実施形態では、撮像装置６はチャンバ１１内の所望の位置に移動可能に構成される。より具体的には、撮像装置６は加工ヘッド５１に設けられ、加工ヘッド駆動装置５３によりチャンバ１１内の所望の位置に移動可能に構成される。但し、撮像装置６を移動させる駆動装置が別途設けられてもよい。また、撮像装置６によって撮像可能な領域が全ての照射痕を含むのであれば、撮像装置６はチャンバ１１内の所定の位置に固定されてもよい。

ここで、積層造形装置１の制御装置７を説明する。図３に示されるように、本実施形態の制御装置７は、主制御装置７１と、照射制御装置７３と、撮像制御装置７５と、ドライバ７７１，７７２，７７３，７７４，７７５，７７６，７７７と、を含む。主制御装置７１、照射制御装置７３および撮像制御装置７５は、それぞれ、ハードウェアとソフトウェアを任意に組み合わせて構成されてよく、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、補助記憶装置、出入力インターフェースを有している。また、本実施形態では、主制御装置７１、照射制御装置７３および撮像制御装置７５はそれぞれ別体に構成されているが、主制御装置７１、照射制御装置７３および撮像制御装置７５のうち少なくとも２つ以上が一体として構成されてもよい。

主制御装置７１は、不図示のＣＡＭ装置が作成したプロジェクトファイルにしたがって、ドライバ７７１，７７２，７７３，７７４を介して、リコータヘッド３３、造形テーブル３７、加工ヘッド５１およびスピンドル５５を制御する。また、主制御装置７１は、プロジェクトファイルのうち、レーザ光Ｌの照射位置等の指令を含む造形プログラムを照射制御装置７３に送る。

さらに主制御装置７１は、レーザ座標系の較正にあたり、加工ヘッド５１を駆動させて撮像装置６を照射痕が撮像可能な位置に移動させるとともに、照射制御装置７３に照射痕の形成に係るレーザ光Ｌの照射指令を送り、撮像制御装置７５に照射痕の撮像指令を送る。また、撮像制御装置７５から取得した仮測定点６３の実際の照射位置の座標データに基づき、較正板６１がチャンバ１１内の環境に順応したかどうかを判定する。なお、主制御装置７１に係る上述の制御は、照射制御装置７３または撮像制御装置７５によって行われてもよい。

照射制御装置７３は、主制御装置７１から送られた造形プログラムと、レーザ座標系の補正データに基づき、照射装置４を制御する。具体的に、照射制御装置７３は、ドライバ７７５，７７６を介して、Ｘ軸ガルバノミラー４７１およびＹ軸ガルバノミラー４７５の回転角度を制御し、レーザ光Ｌの照射位置を制御する。また、照射制御装置７３は、ドライバ７７７を介して、焦点調節レンズ４５１の位置を制御し、焦点位置を調節する。また、照射制御装置７３は、レーザ光源４１を制御して、レーザ光Ｌの強度の調節やオン／オフの切り替えを行う。

さらに照射制御装置７３は、レーザ座標系の較正にあたり、主制御装置７１から送られた照射指令に基づき、照射装置４を制御し、較正板６１の所望の位置に照射痕を形成する。また、照射制御装置７３は、本番測定点６５の目標位置の座標データと、撮像制御装置７５から取得した本番測定点６５の実際の照射位置の座標データとを比較し、レーザ座標系の各地点におけるずれ量を特定した補正データを生成する。なお、照射制御装置７３に係る上述の制御は、主制御装置７１または撮像制御装置７５によって行われてもよい。

撮像制御装置７５は、レーザ座標系の較正にあたり、主制御装置７１から送られた撮像指令に基づき、照射痕である仮測定点６３および本番測定点６５を撮像して、仮測定点６３および本番測定点６５の位置情報を取得する。撮像制御装置７５は、取得した位置情報を解析し、座標データとして数値化して主制御装置７１および照射制御装置７３へ送る。なお、撮像制御装置７５に係る上述の制御は、主制御装置７１または照射制御装置７３によって行われてもよい。

以上に説明した積層造形装置１により所望の三次元造形物を形成するにあたり、事前にレーザ座標系の較正が行われる。レーザ座標系の較正は、機械調整後や造形開始前等、任意のタイミングで行われればよい。好ましくは、レーザ座標系の較正は、造形開始時に毎回実施される。図４に示すように、本実施形態の積層造形装置１の較正方法は、静電吸着工程（Ｓ１１）と、較正板設置工程（Ｓ１２）と、不活性ガス供給工程（Ｓ１３）と、仮測定点形成工程（Ｓ１４）と、仮測定点特定工程（Ｓ１５）と、順応判定工程（Ｓ１６）と、本番測定点形成工程（Ｓ１７）と、本番測定点特定工程（Ｓ１８）と、補正工程（Ｓ１９）と、を備える。

較正を行うにあたり、照射痕を形成するための較正板６１を用意する。較正板６１としては、照射痕を形成できるものであれば任意のものが使用可能であるが、表面が平坦であり、温度や湿度等の影響を比較的受けにくいものが望ましい。較正板６１は、照射ターゲット６１１と、照射ターゲット６１１が取り付けられる基板６１３と、を含んで構成されてもよい。照射ターゲット６１１は、レーザ光Ｌの照射により照射痕を形成可能なシート状の部材であり、例えば黒紙や感熱紙である。基板６１３は、平坦な板状部材である平板６１３ａを有している。平板６１３ａは所望の平面度を有するものであればよいが、静電吸着工程を実施する場合は、平板６１３ａは誘電体であることが望ましく、例えば平板６１３ａはガラス板である。また、静電吸着工程を実施する場合は、より好適に静電吸着を行うため、平板６１３ａの上面、すなわち照射ターゲット６１１が吸着される側の面に、誘電体シート６１３ｂを貼り付けておくことが望ましい。誘電体シート６１３ｂは、誘電体からなるシート状の部材である。より具体的には、本実施形態においては、静電吸着シートのラベル層が誘電体シート６１３ｂとして使用される。静電吸着シートとは、樹脂フィルム層を含むラベル層と、ラベル層が静電吸着された支持体層とを積層してなる積層体であり、例えば、株式会社ユポ・コーポレーション製のユポ静電吸着（登録商標）である。本実施形態においては、図５に示されるように、平板６１３ａおよび誘電体シート６１３ｂとからなる基板６１３に対し、照射ターゲット６１１が静電吸着されて較正板６１が構成される。

本実施形態においては、較正板６１を得るにあたり、静電吸着工程が実施される。まず、基板６１３に対してコロナ帯電ガンや摩擦帯電ガン等の帯電装置により電荷を与え、基板６１３を帯電させる。そして基板６１３に照射ターゲット６１１を載置することで、照射ターゲット６１１が基板６１３に静電吸着される。環境変化による体積の変化量は、通常、照射ターゲット６１１と基板６１３とで異なる。本実施形態では、照射ターゲット６１１は基板６１３に静電吸着されているので、ある程度水平方向に移動可能である。そのため、照射ターゲット６１１は、照射ターゲット６１１または基板６１３の体積変化に応じて変位するので、環境変化があっても照射ターゲット６１１は皺になりにくい。こうして、より高精度に照射痕の形成を行うことができる。

次に、較正板設置工程が行われる。チャンバ１１内の造形領域Ｒ、すなわち造形テーブル３７の上に較正板６１を設置する。好ましくは、較正板６１の上面位置が、後の積層造形時における材料層８３の上面位置と一致するよう、造形テーブル３７の位置が調整される。

較正板６１の設置後、不活性ガス供給工程が行われる。不活性ガス供給装置２１がチャンバ１１に不活性ガスを供給し、チャンバ１１に不活性ガスが充満される。チャンバ１１に供給される不活性ガスの種類および濃度は、後の積層造形時と同一であることが望ましい。不活性ガス供給工程は、少なくとも本番測定点特定工程まで継続して行われることが好ましい。チャンバ１１内の湿度は、積層造形装置外の湿度が約６０％のとき、例えば約８％である。チャンバ１１内の温度は、積層造形装置外の湿度が約２４．５℃のとき、例えば約２５．０℃である。このように、チャンバ１１内と積層造形装置外とでは、特に湿度において違いが大きい。

そして、仮測定点形成工程が行われる。照射装置４により、較正板６１の照射ターゲット６１１にレーザ光Ｌが照射され、仮測定点６３が形成される。このとき、レーザ光Ｌが較正板６１を貫通して造形テーブル３７を損傷させないよう、レーザ光Ｌの強度は十分に低く設定される。また、仮測定点６３の目標位置は、本番測定点６５の形成および撮像に影響しない範囲で任意の位置に設定される。本実施形態では、図６に示されるように、４つの仮測定点６３が照射ターゲット６１１の左上、右上、右下、左下にそれぞれ配置される。なお、仮測定点６３の数は特に限定されない。また、仮測定点６３の形状は、例えば、円形であってもよいし、２本の線分からなる十字形状であってもよい。

仮測定点６３の形成後、仮測定点特定工程が行われる。撮像装置６が仮測定点６３の直上に移動され、仮測定点６３を撮像して画像データを得る。撮像制御装置７５が画像データを解析して、仮測定点６３の実際の照射位置を特定する。例えば、仮測定点６３の形状が円形であるとき、撮像制御装置７５は円の重心位置を算出して、当該位置を仮測定点６３の座標とする。例えば、仮測定点６３の形状が十字形状であるとき、撮像制御装置７５は仮測定点６３を構成する線分の交点位置を算出して、当該位置を仮測定点６３の座標とする。その後、同様の手順により再度仮測定点特定工程が行われる。

仮測定点特定工程を行った後、次の仮測定特定工程を実施する前に、較正板６１の順応を待つため所定時間待機がなされてもよい。待機時間は任意の長さであってよいが、例えば、本番測定点形成工程を開始してから本番測定点特定工程を終了するまでの時間と略同じ、またはそれ以上の値が待機時間として設定されることが好ましい。このような待機時間を設けた後に順応判定工程を行うことで、本番測定点形成工程および本番測定点特定工程の実施に必要な分の時間が経過しても、許容できない範囲の変位が起こらない程度に較正板６１が順応していることがより好適に判定できる。

２回の仮測定点特定工程を終えた後、順応判定工程が行われる。主制御装置７１は、最新の仮測定点６３の実際の照射位置の座標と、１つ前の仮測定点６３の実際の照射位置の座標とを比較し、仮測定点６３の変位量、すなわち２つの座標の差の絶対値が所定の閾値以下であるかどうかを判定する。仮測定点６３の変位量が所定の閾値を超えているとき、較正板６１がまだチャンバ１１内の環境に順応できていないと判定される。このときは、再度所定時間経過後に、仮測定点特定工程と順応判定工程を行う。仮測定点６３の変位量が所定の閾値以下であるとき、較正板６１がチャンバ１１内の環境に十分順応したと判定される。

較正板６１の順応後、本番測定点形成工程が行われる。仮測定点形成工程と同様にして、照射装置４により、較正板６１の照射ターゲット６１１にレーザ光Ｌが照射され、本番測定点６５が形成される。このとき、レーザ光Ｌが較正板６１を貫通して造形テーブル３７を損傷させないよう、レーザ光Ｌの強度は十分に低く設定される。また、本番測定点６５の数は特に限定されないが、本番測定点６５の目標位置は、造形領域Ｒの全域に分布することが望ましい。図６では視認性を考慮して計２５個の本番測定点６５を表示したが、本実施形態では、縦方向に１１個、横方向に１１個ずつ、計１２１個の本番測定点６５が、照射ターゲット６１１に格子状に配置される。また、本番測定点６５の形状は、例えば、円形であってもよいし、２本の線分からなる十字形状であってもよい。本番測定点６５の形状が円形であるとき、本番測定点６５の目標位置は円の重心である。本番測定点６５の形状が十字形状であるとき、本番測定点６５の目標位置は線分の交点位置である。

本番測定点６５の形成後、本番測定点特定工程が行われる。撮像装置６が本番測定点６５の直上に移動され、本番測定点６５を撮像して画像データを得る。撮像制御装置７５が画像データを解析して、本番測定点６５の実際の照射位置を特定する。例えば、本番測定点６５の形状が円形であるとき、撮像制御装置７５は円の重心位置を算出して、当該位置を本番測定点６５の座標とする。例えば、本番測定点６５の形状が十字形状であるとき、撮像制御装置７５は本番測定点６５を構成する線分の交点位置を算出して、当該位置を本番測定点６５の座標とする。

本番測定点６５の実際の照射位置の座標を取得後、補正工程が行われる。照射制御装置７３は、本番測定点６５の目標位置の座標と、本番測定点６５の実際の照射位置の座標とを比較し、目標位置と実際の照射位置とのずれ量を求める。また、照射制御装置７３は、本番測定点６５のずれ量に基づき、本番測定点６５を形成した座標以外におけるずれ量も推定して求める。このようにして、照射制御装置７３は、レーザ座標系の各地点におけるずれ量を特定した補正データを生成する。この補正データは、後の積層造形において利用される。

本実施形態の較正方法においては、仮測定点６３の変位量に基づき較正板６１がチャンバ１１内の環境に順応していることを確認してから、本番測定点６５を形成および撮像する。そのため、較正中に本番測定点６５の変位が起こりにくくなり、より高精度のレーザ座標系の補正データを得ることができる。

以上のように較正された積層造形装置１によって、所望の三次元造形物を得るための積層造形が実施される。本実施形態の三次元造形物の製造方法は、ベースプレート設置工程と、不活性ガス供給工程と、材料層形成工程と、固化工程と、切削工程と、を備える。

まず、造形テーブル３７にベースプレート８１を設置するベースプレート設置工程と、チャンバ１１に所定濃度の不活性ガスを充満させる不活性ガス供給工程とが行われる。

続いて、造形領域Ｒに材料層８３を形成する材料層形成工程が行われる。造形テーブル３７が所定厚みの材料層８３が形成できる適切な高さに調整され、リコータヘッド３３が造形領域Ｒ上を水平方向に移動する。リコータヘッド３３から撒布された材料はブレードによって均され、材料層８３が形成される。

そして、照射装置４によりレーザ光Ｌを材料層８３の所定の照射領域に照射し固化層８５を形成する固化工程が行われる。このとき、造形プログラムに規定されるレーザ光の照射位置の指令は、レーザ座標系の補正データにより補正される。

以上のような材料層形成工程と固化工程とが繰り返されて、複数の固化層８５が積層されて所望の三次元造形物が製造される。

なお、所定数の固化層８５が形成される毎に、固化層８５の表面に対して切削を行う切削工程が実施されてもよい。切削工程を実施することで、より高精度の三次元造形物が得られる。

本発明は、既にいくつかの例が具体的に示されているように、図面に示される実施形態の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形または応用が可能である。

例えば、本実施形態においては、平板６１３ａと誘電体シート６１３ｂとからなる基板６１３を帯電させて照射ターゲット６１１を静電吸着したが、照射ターゲット６１１は他の方法で水平方向に移動可能に基板６１３に保持されてもよい。例えば、基板として静電チャックや真空チャックを使用し、静電吸着または真空吸着により照射ターゲット６１１を基板６１３に保持してもよい。

１積層造形装置
１１チャンバ
６１較正板
６３仮測定点
６５本番測定点
８３材料層
８５固化層
６１１照射ターゲット
６１３基板
６１３ａ平板
６１３ｂ誘電体シート
Ｌレーザ光
Ｒ造形領域

Claims

所定濃度の不活性ガスが充満したチャンバで覆われた所望の三次元造形物を形成する領域である造形領域に材料層を形成する材料層形成工程と、レーザ光を前記材料層の所定の照射領域に照射して固化層を形成する固化工程とを繰り返して造形を行う積層造形装置の較正方法であって、
前記造形領域に較正板を設置する較正板設置工程と、
前記チャンバに前記不活性ガスを充満させる不活性ガス供給工程と、
前記較正板に前記レーザ光を照射して仮測定点を形成する仮測定点形成工程と、
前記仮測定点の位置を特定する仮測定点特定工程と、
少なくとも２回の仮測定点特定工程後、前記仮測定点の変位量が所定の閾値以下となったとき、前記較正板が前記チャンバ内の環境に順応したと判定する順応判定工程と、
前記較正板が前記チャンバ内の環境に順当したと判定された後、前記較正板の目標位置に対して、前記レーザ光により本番測定点を形成する本番測定点形成工程と、
前記本番測定点の位置を特定する本番測定点特定工程と、
前記本番測定点特定工程で特定された前記本番測定点の照射位置に基づいて、レーザ座標系の各地点におけるずれ量を特定した補正データを生成する補正工程と、を備える積層造形装置の較正方法。
前記較正板は、前記レーザ光の照射により前記仮測定点および前記本番測定点を形成可能な照射ターゲットと、前記照射ターゲットが取り付けられる基板と、を含む、請求項１に記載の積層造形装置の較正方法。
前記較正板設置工程前に、前記基板を帯電させ、帯電した前記基板に前記照射ターゲットを静電吸着させて前記較正板を得る静電吸着工程をさらに備える、請求項２に記載の積層造形装置の較正方法。
前記基板は、平板と、前記平板の上面に設けられた誘電体である誘電体シートと、を有する、請求項３に記載の積層造形装置の較正方法。