JP2022166893A - 粉末床レーザ加工装置、粉末積層造形装置、加工方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】様々な造形面積に対して効率よく加工できる粉末床レーザ加工装置、粉末積層造形装置、加工方法およびプログラムを提供する。【解決手段】粉末床レーザ加工装置１０は、第１走査部１３Ａ、第２走査部１３Ｂ、第１駆動部１２Ａおよび第２駆動部１２Ｂを有する。第１走査部１３Ａは、粉末床に第１レーザ光を走査して照射する。第２走査部１３Ｂは、粉末床に第２レーザ光を走査して照射する。第１駆動部１２Ａは、第１レーザ光を第１照射領域に照射可能に第１走査部１３Ａを移動させる。第２駆動部１２Ｂは、第２レーザ光を第１照射領域の一部を含む第２照射領域に照射可能に、且つ、第１走査部との相対的な位置が変化可能に、第２走査部１３Ｂを移動させる。【選択図】図２

Description

本発明は粉末床レーザ加工装置、粉末積層造形装置、加工方法およびプログラムに関する。

粉末積層造形装置において、大きい造形面積に対応したレーザ加工装置が開発されている。

例えば、１つのレーザの加工範囲を拡大するための工夫として、ガルバノスキャナ本体をレーザ装置内で移動させる技術が開示されている（特許文献１）。

特開２０１１－２４０４０３号公報

しかしながら、上述の技術の場合、大きい造形面積に対応するためには、粉末床に対してレーザ光照射部を移動させながら加工する必要があり、効率がよくない。またこのような課題に対して、複数のレーザ光源を用意して異なる加工領域毎に異なるレーザ光を照射する技術が一般に知られている。しかしながら、このような技術を採用する場合には、レーザ光源ごとのレーザパワーがばらつくため、製品の精度が低下する虞がある。また複数のレーザ光源を用意する場合、比較的に小さい造形面積の加工において複数のレーザ光が活用できず、無駄が生じる場合がある。

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、様々な造形面積に対して効率よく加工できる粉末床レーザ加工装置等を提供するものである。

本開示にかかる粉末床レーザ加工装置は、第１走査部、第２走査部、第１駆動部および第２駆動部を有する。第１走査部は、粉末床に第１レーザ光を走査して照射する。第２走査部は、粉末床に第２レーザ光を走査して照射する。第１駆動部は、第１レーザ光を第１照射領域に照射可能に第１走査部を移動させる。第２駆動部は、第２レーザ光を第１照射領域の一部を含む第２照射領域に照射可能に、且つ、第１走査部との相対的な位置が変化可能に、第２走査部を移動させる。

本開示にかかる加工方法は、コンピュータが、第１駆動ステップ、第２駆動ステップ、第１走査ステップおよび第２走査ステップを実行する。第１駆動ステップにおいて、コンピュータは、第１レーザ光を第１照射領域に照射可能に第１走査部を移動させる。第２駆動ステップにおいて、コンピュータは、第２レーザ光を前記第１照射領域の一部を含む第２照射領域に照射可能に、且つ、前記第１走査部との相対的な位置が変化可能に、第２走査部を移動させる。第１走査ステップにおいて、コンピュータは、前記第１照射領域に前記第１レーザ光を走査して照射させる。第２走査ステップにおいて、コンピュータは、前記第２照射領域に前記第２レーザ光を走査して照射させる。

本開示にかかるプログラムは、コンピュータに以下の加工方法を実行させる。第１駆動ステップにおいて、コンピュータは、第１レーザ光を第１照射領域に照射可能に第１走査部を移動させる。第２駆動ステップにおいて、コンピュータは、第２レーザ光を前記第１照射領域の一部を含む第２照射領域に照射可能に、且つ、前記第１走査部との相対的な位置が変化可能に、第２走査部を移動させる。第１走査ステップにおいて、コンピュータは、前記第１照射領域に前記第１レーザ光を走査して照射させる。第２走査ステップにおいて、コンピュータは、前記第２照射領域に前記第２レーザ光を走査して照射させる。

本開示によれば、様々な造形面積に対して効率よく加工できる粉末床レーザ加工装置、粉末積層造形装置、加工方法およびプログラムを提供することができる。

実施の形態にかかる粉末積層造形装置の全体図である。 実施の形態にかかるレーザ加工装置の概観斜視図である。 加工ユニットの概観斜視図である。 走査部の構成を示す図である。 レーザ光の構成を示す上面図である。 加工ユニットの照射領域を示す上面図である。 レーザ加工装置が製造品を製造している状況の第１の例を示す上面図である。 レーザ加工装置が製造品を製造している状況の第２の例を示す上面図である。 レーザ加工装置が製造品を製造している状況の第３の例を示す上面図である。 粉末積層造形装置のブロック図である。 レーザ加工装置のブロック図である。 粉末積層造形装置の動作を示すフローチャートである。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲にかかる発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略、および簡略化がなされている。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

＜実施の形態＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態にかかる粉末積層造形装置の全体図である。図１に示す粉末積層造形装置１は、いわゆる３Ｄプリンタの一種であって、３次元の設計データを基にして、薄くスライスされた２次元の層を１層ずつ形成して積層することによって、所望の３次元形状を製造する。図１は、粉末積層造形装置１の側面図であって、説明の便宜上一部が断面として示されている。粉末積層造形装置１は主な構成として、粉末床レーザ加工装置１０および本体ブロック２０を有している。

なお、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものとして、図１は、右手系の直交座標系が付されている。また、図２以降において、直交座標系が付されている場合、図１のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向と、これらの直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向はそれぞれ一致している。

以下に、本体ブロック２０について説明する。本体ブロック２０は粉末積層造形装置１を静置面上に支持する筐体を含む。本体ブロック２０は主な構成として、リコータ３０、粉末供給部４０および粉末床支持部５０を含む。

リコータ３０は、粉末供給部４０から供給される粉末８０を粉末床９０に掃いたうえでこの粉末８０を粉末床９０に均しながら敷き詰める。リコータ３０は、本体ブロック２０の上面を往復可能に設置された板状部材を含む。粉末積層造形装置１はリコータ３０が一端部である右側（Ｙ軸マイナス側）から他端部である左側（Ｙ軸プラス側）に移動することにより粉末８０を粉末床９０に敷き詰める。すなわち粉末積層造形装置１において、リコータ３０は図１の右側が初期位置であり、かかる初期位置から左側に移動することにより、製造品の材料となる粉末８０を粉末床９０に敷き詰める。なお、リコータ３０が有する板状部材は、ローラであってもよい。

粉末供給部４０は、粉末床９０を生成するための所定量の粉末８０をリコータ３０に供給する。粉末供給部４０は、本体ブロック２０の上面に設けられた角柱状の凹部である粉末貯留部と、かかる粉末貯留部の底面を上下動させる板状部材と、を含む。粉末供給部４０は、この板状部材を予め設定された距離押し上げる。これにより、粉末供給部４０は、リコータ３０に所定量の粉末８０を供給する。

粉末床支持部５０は、本体ブロック２０の上面に設けられた矩形状の穴に上下動可能に係合する。粉末床支持部５０は上面が平坦になっており、かかる上面において粉末床９０を支持する。

粉末床レーザ加工装置１０は粉末床支持部５０の上方に設置され、粉末床支持部５０の上面に形成される粉末床９０に対して所望の位置にレーザ光を照射する。粉末床レーザ加工装置１０が粉末床９０にレーザ光を照射することにより、粉末床９０が溶融して結合し、製造品９２が形成される。

次に、図２を参照して粉末床レーザ加工装置１０の詳細について説明する。図２は、実施の形態にかかるレーザ加工装置の概観斜視図である。粉末床レーザ加工装置１０は主な構成として、複数の加工ユニット１１を有している。図に示す粉末床レーザ加工装置１０は、粉末床９０の上方において、粉末床９０をＸ軸方向に２分割し、且つ、Ｙ軸方向に２分割した４つの分割領域９１にそれぞれ対応した４つの加工ユニット１１を有している。

より具体的には、４つの分割領域９１の１つである第１分割領域９１Ａの上方には第１加工ユニット１１Ａが設置されている。同様に、第２分割領域９１Ｂ、第３分割領域９１Ｃおよび第４分割領域９１Ｄのそれぞれの上方には、第２加工ユニット１１Ｂ、第３加工ユニット１１Ｃおよび第４加工ユニット１１Ｄがそれぞれ設置されている。また上述の複数の加工ユニット１１は、粉末床９０の表面と平行な面にそれぞれ配置されている。

なお、以降の説明において、例えば単に加工ユニット１１と称する場合には、第１加工ユニット１１Ａ、第２加工ユニット１１Ｂ、第３加工ユニット１１Ｃおよび第４加工ユニット１１Ｄを総称しているものとする。加工ユニット１１が有する各構成においても、特に第１加工ユニット１１Ａ、第２加工ユニット１１Ｂ、第３加工ユニット１１Ｃおよび第４加工ユニット１１Ｄのいずれかに対応した符号を示していない場合には、全ての加工ユニット１１に対応した構成を示すものとする。

図２に示す粉末床レーザ加工装置１０は、粉末床９０にレーザ光を照射して製造品９２を製造している状態を示している。図において太い点線で示されているのは、加工ユニット１１から粉末床９０に対して照射されるレーザ光である。複数の加工ユニット１１はそれぞれがレーザ光を照射する機能を有している。

例えば、第１加工ユニット１１Ａは、第１駆動部１２Ａおよび第１走査部１３Ａをそれぞれ有している。同様に、第２加工ユニット１１Ｂは、第２駆動部１２Ｂおよび第２走査部１３Ｂをそれぞれ有している。第３加工ユニット１１Ｃは、第３駆動部１２Ｃおよび第３走査部１３Ｃをそれぞれ有している。第４加工ユニット１１Ｄは、第４駆動部１２Ｄおよび第４走査部１３Ｄをそれぞれ有している。駆動部１２は、それぞれの走査部１３が照射するレーザ光を粉末床９０に照射可能に走査部１３を移動させる。また駆動部１２は、共通の移動面において走査部１３をそれぞれ移動させる。

次に、図３を参照して加工ユニット１１の構成について説明する。図３は加工ユニット１１の概観斜視図である。加工ユニット１１は主な構成として、駆動部１２および走査部１３を有している。また図３は、加工ユニット１１の下方における分割領域９１、走査領域１０１および照射可能範囲１０２を示している。

駆動部１２は任意の支持部材（不図示）により分割領域９１の上方に設置されている。駆動部１２は、第１搬送部１２Ｘおよび第２搬送部１２Ｙを含むガントリ機構を有する。ガントリ機構は、駆動部１２の一実施形態である。

第１搬送部１２Ｘは、任意の支持部材に固定され、Ｘ軸方向に延伸するガイドレールを含み、第２搬送部１２ＹをＸ軸方向に直動可能に支持する。すなわち第１搬送部１２Ｘは、粉末床９０の表面に平行な第１方向（Ｘ方向）に走査部１３を搬送する。第２搬送部１２Ｙは、第１搬送部１２Ｘに支持され、Ｙ軸方向に延伸するガイドレールを含み、走査部１３をＹ軸方向に直動可能に支持する。すなわち第２搬送部１２Ｙは、粉末床９０の表面に平行であって第１方向と異なる第２方向（Ｙ方向）に走査部１３を搬送する。

次に図３を参照して、加工ユニット１１が有するレーザ光の照射領域について説明する。走査部１３は、粉末床にレーザ光Ｌ１３を走査して照射する。走査部１３は、走査領域１０１の範囲内においてレーザ光Ｌ１３を走査する。すなわち走査領域１０１は、走査部１３の位置が変わらない場合にレーザ光Ｌ１３が照射され得る領域を示す。

また駆動部１２は、照射可能範囲１０２にレーザ光Ｌ１３が照射可能となるように走査部１３を移動させる。照射可能範囲１０２は分割領域９１を含むように設定される。換言すると、照射可能範囲１０２は、分割領域９１を超える範囲にレーザ光Ｌ１３が照射できるように設定される。このように、粉末床レーザ加工装置１０は走査部１３を移動させることにより広い領域にレーザ光を照射可能としている。

次に、図４を参照して走査部１３についてさらに説明する。図４は、走査部の構成を示す図である。走査部１３は主な構成として、第１ガルバノユニット１３１、第２ガルバノユニット１３２およびレンズ１３３を有する。走査部１３は、レーザ光を受け、レーザ光を走査する走査部の一実施態様として、第１ガルバノユニット１３１および第２ガルバノユニット１３２を有する。

第１ガルバノユニット１３１は、レーザ光を反射するミラー１３１Ａと、所定の軸周りに所定の角度の範囲でこのミラーを往復回動させるミラー駆動部１３１Ｂとを有する。第１ガルバノユニット１３１は、外部からレーザ光Ｌ１３を受け入れ、ミラー１３１Ａに反射させ、反射したレーザ光Ｌ１３を第２ガルバノユニット１３２に供給する。

第２ガルバノユニット１３２も、第１ガルバノユニット１３１と同様に、レーザ光を反射するミラー１３２Ａと、所定の軸周りに所定の角度の範囲でこのミラーを往復回動させるミラー駆動部１３２Ｂとを有する。そして第１ガルバノユニット１３１が有するミラーが回動する軸と第２ガルバノユニット１３２が有するミラーが回動する軸とは直交するように設定されている。第２ガルバノユニット１３２は、第１ガルバノユニット１３１から供給されたレーザ光Ｌ１３をミラー１３２Ａに反射させ、反射したレーザ光Ｌ１３をレンズ１３３に供給する。

レンズ１３３は、第１ガルバノユニット１３１および第２ガルバノユニット１３２が走査したレーザ光を受けて粉末床９０にレーザ光を照射する。レンズ１３３は、所定の光学レンズであって、第２ガルバノユニット１３２から供給されたレーザ光Ｌ１３を粉末床９０に照射する。このような構成により、走査部１３は、外部から供給されたレーザ光Ｌ１３を、走査領域１０１に走査して照射する。なおレンズ１３３は複数のレンズを組み合わせた構成であってもよい。

なお、走査部１３が有するガルバノユニットは、ミラーを往復させる機構としてガルバノモータを有していてもよいし、ミラーがＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の技術により構成されたものであれば、ＭＥＭＳミラードライバであってもよい。走査部１３は、ガルバノユニットとレンズ１３３との相対的な位置関係が変化する構成を含んでもよい。ガルバノユニットとレンズ１３３との位置が変化することにより、粉末床レーザ加工装置１０は、走査部１３の走査領域１０１を大きくできる。

次に、図５を参照して、粉末床レーザ加工装置１０においてレーザ光を供給する構成および走査部１３が有する照射領域について説明する。図５は、レーザ光の構成を示す上面図である。粉末床レーザ加工装置１０は、走査部１３にレーザ光を供給するための構成として、レーザ光源１４０、部分反射ミラー１４１、全反射ミラー１４２、部分反射ミラー１４３、全反射ミラー１４４、部分反射ミラー１４５および全反射ミラー１４６を有する。

レーザ光源１４０は、例えば炭酸ガスレーザを発振して出射する炭酸ガスレーザ発振装置を含む。レーザ光源１４０は、レーザ光を部分反射ミラー１４１に供給する。部分反射ミラー１４１は、レーザ光源１４０から受けたレーザ光の一部を反射して全反射ミラー１４２に供給する。また部分反射ミラー１４１は、レーザ光源１４０から受けたレーザ光の一部を透過して部分反射ミラー１４５に供給する。

全反射ミラー１４２は、部分反射ミラー１４１から受けたレーザ光を反射して部分反射ミラー１４３に供給する。部分反射ミラー１４３は、全反射ミラー１４２から受けたレーザ光の一部を反射して第１分割領域９１Ａに対応する第１走査部１３Ａに供給する。また部分反射ミラー１４３は、全反射ミラー１４２から受けたレーザ光の一部を透過して全反射ミラー１４４に供給する。全反射ミラー１４４は、部分反射ミラー１４３から受けたレーザ光を反射して第３分割領域９１Ｃに対応する第３走査部１３Ｃに供給する。

部分反射ミラー１４５は、部分反射ミラー１４１から受けたレーザ光の一部を反射して第２分割領域９１Ｂに対応する第２走査部１３Ｂに供給する。また部分反射ミラー１４５は、部分反射ミラー１４１から受けたレーザ光の一部を透過して全反射ミラー１４６に供給する。全反射ミラー１４６は、部分反射ミラー１４５から受けたレーザ光を反射して第４分割領域９１Ｄに対応する第４走査部１３Ｄに供給する。

以上の構成により、粉末床レーザ加工装置１０はレーザ光源１４０が生成したレーザ光を分岐して４つの走査部１３のそれぞれに供給する。なお、上述の構成における部分反射ミラーの反射率または透過率は、４つの走査部１３に供給するレーザパワーが均等になるように調整されている。

上述の例の場合、レーザ光源１４０が出力するレーザ光のレーザパワーを１００％とすると、部分反射ミラー１４１を透過または反射したレーザ光のレーザパワーは５０％となる。また部分反射ミラー１４３を透過または反射したレーザ光のレーザパワーは２５％となる。同様に、部分反射ミラー１４５を透過または反射したレーザ光のレーザパワーは２５％となる。その結果、走査部１３が受けるレーザ光のレーザパワーはそれぞれ２５％となる。

このように１つのレーザ光源が生成するレーザ光を分岐して複数の走査部１３に供給することにより、粉末床レーザ加工装置１０は複数有する走査部１３のレーザパワーのばらつきを抑制できる。そのため、粉末積層造形装置１は効率よく寸法ばらつきを抑制した製造品を製造できる。

なお、上述のミラー構成は粉末床レーザ加工装置１０における一例であって、粉末床レーザ加工装置１０におけるミラー構成は上述のものに限られない。また上述のミラー構成において、部分反射ミラー１４３、全反射ミラー１４４、部分反射ミラー１４５および全反射ミラー１４６は、それぞれがレーザ光を供給する走査部１３の動きに追随可能に設計され得る。

次に走査部１３が有する照射領域について説明する。図５において、太い点線により示す領域は、第１照射領域１０３Ａである。第１照射領域１０３Ａは、第１走査部１３Ａが有する照射可能範囲１０２の内、粉末床９０の範囲に対応する領域である。すなわち第１照射領域１０３Ａは、第１走査部１３Ａが粉末床９０にレーザ光を照射できる領域である。第１照射領域１０３Ａは、第１分割領域９１Ａを含み、また第１分割領域９１Ａに隣接する第２分割領域９１Ｂ、第３分割領域９１Ｃおよび第４分割領域９１Ｄの一部も含む。

図６を参照して、照射領域についてさらに説明する。図６は、加工ユニットの照射領域を示す上面図である。図６には、第１照射領域１０３Ａに加えて、第２照射領域１０３Ｂ、第３照射領域１０３Ｃおよび第４照射領域１０３Ｄが示されている。第２照射領域１０３Ｂは、第２走査部１３Ｂが粉末床９０にレーザ光を照射できる領域である。第３照射領域１０３Ｃは、第３走査部１３Ｃが粉末床９０にレーザ光を照射できる領域である。第４照射領域１０３Ｄは、第４走査部１３Ｄが粉末床９０にレーザ光を照射できる領域である。図に示すように、第１照射領域１０３Ａ～第４照射領域１０３Ｄは、互いに重なり合う領域が存在する。

例えば、第１照射領域１０３Ａは図に示す第１加工領域Ａ１、第２加工領域Ａ２、第３加工領域Ａ３、第４加工領域Ａ４、を有する。第１加工領域Ａ１は、第１照射領域１０３Ａに含まれ、且つ、他の照射領域とは重複していない領域である。すなわち第１加工領域Ａ１は、第１走査部１３Ａによってレーザ光が照射され得る領域である。

第２加工領域Ａ２は、第１照射領域１０３Ａと第２照射領域１０３Ｂとが重なっている領域である。すなわち第２加工領域Ａ２は、第１走査部１３Ａおよび第２走査部１３Ｂによってレーザ光が照射され得る領域である。

第３加工領域Ａ３は、第１照射領域１０３Ａと第３照射領域１０３Ｃとが重なっている領域である。すなわち第３加工領域Ａ３は、第１走査部１３Ａおよび第３走査部１３Ｃによってレーザ光が照射され得る領域である。

第４加工領域Ａ４は、第１照射領域１０３Ａと第２照射領域１０３Ｂと第３照射領域１０３Ｃと第４照射領域１０３Ｄとが重なっている領域である。すなわち第４加工領域Ａ４は、第１走査部１３Ａ、第２走査部１３Ｂ、第３走査部１３Ｃおよび第４走査部１３Ｄによってレーザ光が照射され得る領域である。

上述のとおり、粉末床レーザ加工装置１０において、複数の走査部１３がそれぞれ有するレーザ光の照射領域の一部は互いに重複する。例えば第１駆動部１２Ａは、第１走査部１３Ａが照射するレーザ光を第１照射領域に照射可能に第１走査部を移動させる。そして第２駆動部１２Ｂは、第２走査部１３Ｂが照射するレーザ光を、第１照射領域の一部を含む第２照射領域に照射可能に第２走査部１３Ｂを移動させる。また第１駆動部１２Ａおよび第２駆動部１２Ｂは、それぞれの第１走査部１３Ａと第２走査部１３Ｂとの相対的な位置が変化可能に、第１走査部１３Ａおよび第２走査部１３Ｂを移動させる。このような構成により、粉末床レーザ加工装置１０は、様々な大きさや形状の製造品を効率的に製造できる。

次に、粉末床レーザ加工装置１０が製造する製造品の例について説明する。図７は、製造品を製造している状況の第１の例を示す上面図である。図７は、理解を容易にするため、複数の走査部１３がそれぞれ有するレンズ１３３の位置およびそれぞれのレンズから照射されるレーザ光を粉末床９０に重畳して示している。

図７は、粉末床９０において製造品９２が製造されている状況を示している。製造品９２は第１分割領域９１Ａ、第２分割領域９１Ｂ、第３分割領域９１Ｃおよび第４分割領域９１Ｄに跨る比較的に大きいものである。粉末床レーザ加工装置１０は、製造品９２を製造するために、第１分割領域９１Ａにおける加工（すなわちレーザ光の照射）を第１走査部１３Ａに担わせる。同様に、粉末床レーザ加工装置１０は第２分割領域９１Ｂにおける加工を第２走査部１３Ｂに、第３分割領域９１Ｃにおける加工を第３走査部１３Ｃに、そして第４分割領域９１Ｄにおける加工を第４走査部１３Ｄにそれぞれ担わせる。このような方法により、粉末床レーザ加工装置１０は４つの走査部１３が加工面積を均等に分担して製造品９２を効率的に製造する。

次に図８を参照して粉末床レーザ加工装置１０が製造品を製造する場合のさらなる例について説明する。図８は、レーザ加工装置が製造品を製造している状況の第２の例を示す上面図である。図８は、粉末床９０において製造品９３が製造されている状況を示している。製造品９３は第１分割領域９１Ａの中に存在する比較的に小さいものである。

上述の状況において、粉末床レーザ加工装置１０は、製造品９３を製造するために、例えば第１分割領域９１Ａの第１加工領域Ａ１における加工を第１走査部１３Ａに担わせる。また、粉末床レーザ加工装置１０は第２加工領域Ａ２における加工を第２走査部１３Ｂに、第３加工領域Ａ３における加工を第３走査部１３Ｃに、そして第４加工領域Ａ４における加工を第４走査部１３Ｄにそれぞれ担わせる。このような方法により、粉末床レーザ加工装置１０は４つの走査部１３が分担して製造品９３を効率的に製造する。

次に図９について説明する。図９は、レーザ加工装置が製造品を製造している状況の第３の例を示す上面図である。図９は、粉末床９０において製造品９３および製造品９４が製造されている状況を示している。製造品９３は第１分割領域９１Ａにおいて製造される。また製造品９４は、製造品９３と同様の大きさであって、第４分割領域９１Ｄにおいて製造される。

上述の状況において、粉末床レーザ加工装置１０は、例えば第１分割領域９１Ａにおける製造品９３の加工を第１走査部１３Ａおよび第３走査部１３Ｃに担わせる。また、粉末床レーザ加工装置１０は第４分割領域９１Ｄにおける製造品９４の加工を第２走査部１３Ｂおよび第４走査部１３Ｄに担わせる。こうすることにより、粉末床レーザ加工装置１０は製造品９３および製造品９４を効率的に製造する。

以上、図７、図８および図９を参照して粉末床レーザ加工装置１０が行う加工方法の例について説明した。上述のように、粉末床レーザ加工装置１０は、様々な大きさの製造品に対して、複数の走査部１３を効率的に利用できる。

次に、図１０を参照して粉末積層造形装置１の機能構成について説明する。図１０は、粉末積層造形装置のブロック図である。粉末積層造形装置１は主な構成として、全体制御部２１、操作受付部２２、表示部２３、粉末床レーザ加工装置１０、リコータ３０、粉末供給部４０および粉末床支持部５０を有する。なお、図１０に示す各構成は、適宜通信可能に所定の通信手段により接続している。

全体制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの演算装置を含み、粉末積層造形装置１の各構成と通信可能に接続し、粉末積層造形装置１の全体を制御する。例えば全体制御部２１は、ユーザから製造品を製造する支持を受けた場合に、製造品の大きさおよび形状に応じて、粉末床レーザ加工装置１０、リコータ３０、粉末供給部４０および粉末床支持部５０を制御して製造品を製造する。

操作受付部２２は例えばキーボード、ボタン、タッチパネル等を含むユーザインタフェースである。操作受付部２２は、粉末積層造形装置１を使用するユーザからの操作を受け付け、受け付けた操作に関する信号を全体制御部２１に供給する。表示部２３は、液晶パネル、有機エレクトロルミネッセンスパネルまたはＬＥＤ（light-emitting diode）等の表示装置を含み、粉末積層造形装置１の動作状況等の情報をユーザに通知する。

記憶部２４は、不揮発性メモリを含む記憶装置であって、例えば粉末積層造形装置１が実行するプログラムを記憶する。記憶部２４は粉末積層造形装置１が起動すると、記憶するプログラムを全体制御部２１に供給してもよい。

図に示す粉末床レーザ加工装置１０については後述する。リコータ３０、粉末供給部４０および粉末床支持部５０は、それぞれ全体制御部２１からの支持を受けて動作可能に設定されている。例えばリコータ３０、粉末供給部４０および粉末床支持部５０は、動作の状態を監視するためのセンサ、動作を実行するためのモータおよびこのモータを駆動するためのモータドライバ等を有する。

次に、図１１を参照して、粉末床レーザ加工装置１０の機能構成についてさらに説明する。図１１は、粉末床レーザ加工装置１０のブロック図である。粉末床レーザ加工装置１０は主な構成として、制御ユニット１５、第１加工ユニット１１Ａ、第２加工ユニット１１Ｂ、第３加工ユニット１１Ｃおよび第４加工ユニット１１Ｄを有する。

制御ユニット１５は、粉末床レーザ加工装置１０が有する複数の走査部１３の制御を行う。制御ユニット１５は主な構成として、位置監視部１１０、駆動制御部１１１およびレーザ光制御部１１２を有する。

位置監視部１１０は、第１走査部１３Ａ、第２走査部１３Ｂ、第３走査部１３Ｃおよび第４走査部１３Ｄの位置を監視する。より具体的には、位置監視部１１０は、第１加工ユニット１１Ａが有する第１位置センサ１４Ａから第１走査部１３Ａの位置に関するデータを取得する。同様に位置監視部１１０は、第２加工ユニット１１Ｂが有する第２位置センサ１４Ｂ、第３加工ユニット１１Ｃが有する第３位置センサ１４Ｃ、および第４加工ユニット１１Ｄが有する第４位置センサ１４Ｄからそれぞれの走査部１３の位置に関するデータを取得する。位置監視部１１０は、それぞれの走査部１３の位置に関するデータを取得すると、取得したデータを駆動制御部１１１に供給する。

駆動制御部１１１は、ＣＰＵまたはＭＰＵ等の演算装置を含む。駆動制御部１１１はまた揮発性または不揮発性の記憶装置を含み、所定のプログラムを実行する。これにより駆動制御部１１１は、位置監視部１１０と連携して第１駆動部１２Ａ、第２駆動部１２Ｂ、第３駆動部１２Ｃ、および前記第４駆動部１２Ｄの動作を制御する。すなわち、駆動制御部１１１は、位置監視部１１０からそれぞれの走査部１３の位置に関するデータを受け取り、受け取ったデータに応じてそれぞれの駆動部１２に対して駆動を支持する信号を供給する。さらに駆動制御部１１１は、設定された位置に走査部１３が移動した場合には、レーザ光制御部１１２とも連携してレーザ光をそれぞれの照射領域に走査して照射させるレーザ光制御部１１２は、駆動制御部１１１からの指示を受けてレーザ光源１４０に含まれるレーザ光の発振を制御する。

第１加工ユニット１１Ａは、主な構成として、第１駆動部１２Ａ、第１走査部１３Ａおよび第１位置センサ１４Ａを有する。第１駆動部１２Ａは、第１走査部１３Ａを移動させるためのモータを含む。第１駆動部１２Ａは、このモータを駆動するためのモータドライバを含んでいてもよい。第１走査部１３Ａは、レーザ光を粉末床９０に走査して照射するためのスキャナを駆動するための駆動部およびこの駆動部を駆動するためのドライバを含む。スキャナを駆動するための駆動部は例えばガルバノモータである。またスキャナがＭＥＭＳミラーにより構成される場合には、駆動部はＭＥＭＳミラードライバである。第１位置センサ１４Ａは、第１走査部１３Ａの位置を検出するためのセンサであって、例えばリニアポジションセンサやモータの動作状態を検出するエンコーダ等である。

第２加工ユニット１１Ｂは、主な構成として、第２駆動部１２Ｂ、第２走査部１３Ｂおよび第２位置センサ１４Ｂを有する。第３加工ユニット１１Ｃは、主な構成として、第３駆動部１２Ｃ、第３走査部１３Ｃおよび第３位置センサ１４Ｃを有する。第４加工ユニット１１Ｄは、主な構成として、第４駆動部１２Ｄ、第４走査部１３Ｄおよび第４位置センサ１４Ｄを有する。第２加工ユニット１１Ｂ、第３加工ユニット１１Ｃおよび第４加工ユニット１１Ｄがそれぞれ有する構成は、上述の第１加工ユニット１１Ａの構成と同等である。

次に、図１２を参照して粉末積層造形装置１が実行する処理について説明する。図１２は、粉末積層造形装置１の動作を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートは、例えば粉末積層造形装置１が起動されることにより開始する。

まず、粉末積層造形装置１の全体制御部２１は、粉末積層造形装置１の各構成を初期位置に設定する（ステップＳ１０）。初期位置とは、製造品の製造を開始する場合における動作の初期位置である。例えばリコータ３０の初期位置は、図１に示した本体ブロック２０の右端位置である。また粉末供給部４０の初期位置は、粉末８０の上面と本体ブロック２０の上面とが一致する位置である。また粉末床支持部５０の初期位置は、粉末床９０を生成する面が本体ブロック２０の上面と一致する位置である。全体制御部２１は、各構成を初期位置に設定すると、ステップＳ１１からステップＳ１３までの処理と、ステップＳ１４の処理とを、並行して実行する。

以下にステップＳ１１～ステップＳ１３の処理について説明する。全体制御部２１は粉末床支持部５０を、粉末床９０の１層分の厚さ下降させる（ステップＳ１１）。次に、全体制御部２１は、粉末供給部４０に粉末床９０の１層分に相当する粉末８０を供給させる（ステップＳ１２）。次に、全体制御部２１は、リコータ３０を移動させて、粉末供給部４０から供給された粉末８０を粉末床９０に敷き詰め、粉末床９０を生成する（ステップＳ１３）。以上、ステップＳ１１～ステップＳ１３について説明した。

ステップＳ１４において、全体制御部２１は、粉末床レーザ加工装置１０の走査部１３を所定の位置に移動させる（ステップＳ１４）。より具体的には、全体制御部２１は、粉末床レーザ加工装置１０の駆動制御部１１１に対してそれぞれの走査部１３の位置を指示する。駆動制御部１１１は全体制御部２１から受けた指示に応じて、第１走査部１３Ａ～第４走査部１３Ｄを移動させる。

次に、全体制御部２１はレーザ照射が可能か否かを判定する（ステップＳ１５）。より具体的には、全体制御部２１は、上述のステップＳ１１～ステップＳ１３の処理およびステップＳ１４の処理が完了していることそれぞれ検出した場合には、レーザ照射が可能であると判定し、いずれかの処理が完了していない場合には、レーザ照射が可能であると判定しない。レーザ照射が可能であると判定しない場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、全体制御部２１はステップＳ１５を繰り返す。レーザ照射が可能であると判定する場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、全体制御部２１はステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６において、全体制御部２１は粉末床レーザ加工装置１０に対してレーザ光を照射する指示をする（ステップＳ１６）。粉末床レーザ加工装置１０は、かかる指示を受けると、レーザ光制御部１１２がレーザ光を照射領域に走査して照射させる。

次に、全体制御部２１は、処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ１７）。処理が終了したと判定しない場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、全体制御部２１は、ステップＳ１１およびステップＳ１４の処理に戻る。処理が終了したと判定する場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、全体制御部２１は、一連の処理を終了する。

以上、粉末積層造形装置１が実行する処理について説明した。図１１に示すフローチャートは、粉末床レーザ加工装置１０が実行する加工方法を含む。すなわち粉末床レーザ加工装置１０は、レーザ光をそれぞれの照射領域に照射可能に走査部１３を移動させ（ステップＳ１４）、さらに、レーザ光をそれぞれの照射領域に走査して照射させる（ステップＳ１６）。

また上述の処理において、第１駆動部１２Ａ～第４駆動部１２Ｄは、粉末床支持部が粉末床を下降させ、またはリコータが駆動する期間（ステップＳ１１からステップＳ１３の期間）に、走査部１３を移動させる（ステップＳ１４）。このような処理により、粉末床レーザ加工装置１０は、効率的に走査部１３を移動して製造品を製造できる。

以上、実施の形態について説明した。上述のように、実施の形態によれば、様々な造形面積に対して効率よく加工できる粉末床レーザ加工装置、粉末積層造形装置、加工方法およびプログラムを提供することができる。

なお、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

以上、実施の形態について説明したが、実施の形態にかかる粉末床レーザ加工装置１０および粉末積層造形装置１は、上述の構成に限られない。例えば走査部１３は４つでなく、２つ以上であればよい。粉末床レーザ加工装置１０は、複数のレーザ光源を有し、かかる複数のレーザ光源からのレーザ光を走査部１３に供給するものであってもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ 粉末積層造形装置
１０ 粉末床レーザ加工装置
１１ 加工ユニット
１２ 駆動部
１２Ｘ 第１搬送部
１２Ｙ 第２搬送部
１３ 走査部
１４ 位置センサ
１５ 制御ユニット
２０ 本体ブロック
２１ 全体制御部
２２ 操作受付部
２３ 表示部
２４ 記憶部
３０ リコータ
４０ 粉末供給部
５０ 粉末床支持部
８０ 粉末
９０ 粉末床
９１ 分割領域
９２ 製造品
９３ 製造品
９４ 製造品
１０１ 走査領域
１０２ 照射可能範囲
１０３ 照射領域
１１０ 位置監視部
１１１ 駆動制御部
１１２ レーザ光制御部
１３１ 第１ガルバノユニット
１３２ 第２ガルバノユニット
１３３ レンズ
１４０ レーザ光源
１４１ 部分反射ミラー
１４２ 全反射ミラー
１４３ 部分反射ミラー
１４４ 全反射ミラー
１４５ 部分反射ミラー
１４６ 全反射ミラー

Claims (11)

1. 粉末床に第１レーザ光を走査して照射する第１走査部と、
   前記粉末床に第２レーザ光を走査して照射する第２走査部と、
   前記第１レーザ光を第１照射領域に照射可能に前記第１走査部を移動させる第１駆動部と、
   前記第２レーザ光を前記第１照射領域の一部を含む第２照射領域に照射可能に、且つ、前記第１走査部との相対的な位置が変化可能に、前記第２走査部を移動させる第２駆動部と、を備える
   粉末床レーザ加工装置。
2. レーザ光を出射する一のレーザ光源と、
   前記レーザ光源から前記レーザ光を受け、前記レーザ光を前記第１走査部と前記第２走査部とに分岐する部分反射ミラーと、をさらに有する、
   請求項１に記載の粉末床レーザ加工装置。
3. 前記第１走査部および前記第２走査部は、
   レーザ光を受け、前記レーザ光を走査する走査部と、
   前記走査部が走査した前記レーザ光を受けて前記粉末床に前記レーザ光を照射するレンズと、をそれぞれ有する、
   請求項１または２に記載の粉末床レーザ加工装置。
4. 前記第１駆動部および前記第２駆動部は、
   共通の移動面において、前記第１走査部および前記第２走査部をそれぞれ移動させる、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の粉末床レーザ加工装置。
5. 前記第１駆動部および前記第２駆動部は、
   前記粉末床の表面に平行な第１方向に前記第１走査部および前記第２走査部をそれぞれ搬送する第１搬送部と、
   前記粉末床の表面に平行であって前記第１方向と異なる第２方向に前記第１走査部および前記第２走査部を搬送する第２搬送部と、を含む、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の粉末床レーザ加工装置。
6. 前記第１駆動部および前記第２駆動部は、
   前記第１方向および前記第２方向のそれぞれにガイドレールを有するガントリ機構である、
   請求項５に記載の粉末床レーザ加工装置。
7. 前記第１走査部および前記第２走査部の位置を制御する位置制御部と、
   前記位置制御部と連携して前記第１駆動部および前記第２駆動部の動作を制御する駆動制御部と、
   をさらに備える、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の粉末床レーザ加工装置。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の粉末床レーザ加工装置と、
   前記粉末床を支持する粉末床支持部と、
   前記粉末床に粉末を敷き詰めるリコータと、を備える
   粉末積層造形装置。
9. 前記第１駆動部および前記第２駆動部は、
   前記粉末床支持部が前記粉末床を下降させ、または前記リコータが駆動する期間に、前記第１走査部および前記第２走査部を移動させる、
   請求項８に記載の粉末積層造形装置。
10. コンピュータが、
    第１レーザ光を第１照射領域に照射可能に第１走査部を移動させる第１駆動ステップと、
    第２レーザ光を前記第１照射領域の一部を含む第２照射領域に照射可能に、且つ、前記第１走査部との相対的な位置が変化可能に、第２走査部を移動させる第２駆動ステップと、
    前記第１照射領域に前記第１レーザ光を走査して照射させる第１走査ステップと、
    前記第２照射領域に前記第２レーザ光を走査して照射させる第２走査ステップと、
    を実行する
    加工方法。
11. 第１レーザ光を第１照射領域に照射可能に第１走査部を移動させる第１駆動ステップと、
    第２レーザ光を前記第１照射領域の一部を含む第２照射領域に照射可能に、且つ、前記第１走査部との相対的な位置が変化可能に、第２走査部を移動させる第２駆動ステップと、
    前記第１照射領域に前記第１レーザ光を走査して照射させる第１走査ステップと、
    前記第２照射領域に前記第２レーザ光を走査して照射させる第２走査ステップと、
    を備える加工方法をコンピュータに実行させる
    プログラム。

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