JP2022175080A - 積層造形装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】積層造形された造形物の検査を効率良く行い、積層造形により造形物を形成するのに要する時間を短縮する。
【解決手段】積層造形装置は、造形物の造形面に粉末材料を供給し、供給された粉末材料に粉末材料が溶融する溶融ビームを照射することで、造形物を積層造形する積層造形装置であって、造形面に沿った第一方向に移動しながら、造形面上に粉末材料を均すリコータと、リコータに設けられ、検査用のＸ線を造形面に照射するため電子ビームをＸ線に変換する照射ターゲットと、照射ターゲットに電子ビームを照射する電子ビーム源と、リコータに設けられ、照射ターゲットで変換されたＸ線が照射されて造形面で散乱したＸ線を検出する検出器と、を備える。
【選択図】図３
【解決手段】積層造形装置は、造形物の造形面に粉末材料を供給し、供給された粉末材料に粉末材料が溶融する溶融ビームを照射することで、造形物を積層造形する積層造形装置であって、造形面に沿った第一方向に移動しながら、造形面上に粉末材料を均すリコータと、リコータに設けられ、検査用のＸ線を造形面に照射するため電子ビームをＸ線に変換する照射ターゲットと、照射ターゲットに電子ビームを照射する電子ビーム源と、リコータに設けられ、照射ターゲットで変換されたＸ線が照射されて造形面で散乱したＸ線を検出する検出器と、を備える。
【選択図】図３
Description
本開示は、積層造形装置に関する。
例えば特許文献１には、積層造形された造形物の検査のため、後方散乱Ｘ線システムを備えた構成が開示されている。この構成において、後方散乱Ｘ線システムは、エミッタと検出器とを有する。エミッタは、造形物にＸ線を放射する。造形物に放射されたＸ線の一部は、造形物の一部を透過した後、Ｘ線が造形物に到達した造形物表面から再び造形物外に出る方向（後方）に散乱される。後方散乱したＸ線は、検出器で受け取られる。検出器で受け取ったＸ線の量（フォトン量）に基づいて、積層造形された造形物の状態が検査される。
特許文献１に開示された構成において、エミッタおよび検出器は、積層造形された造形物を支持する構築プラットフォームに対し、移動可能に設けられている。エミッタおよび検出器を用いた造形物の検査は、積層造形を行う構築プロセスの間に、エミッタおよび検出器を構築プラットフォーム上に移動させることで実施される。
特許文献１に開示された構成において、エミッタおよび検出器は、積層造形された造形物を支持する構築プラットフォームに対し、移動可能に設けられている。エミッタおよび検出器を用いた造形物の検査は、積層造形を行う構築プロセスの間に、エミッタおよび検出器を構築プラットフォーム上に移動させることで実施される。
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、後方散乱Ｘ線システムでＸ線を造形物に照射して造形物の検査を行うプロセスと、積層造形を行う構築プロセスとが別々に行われる。つまり、造形物の検査を行うことによって、積層造形を行う構築プロセスが中断される。このため、積層造形により造形物を形成するまでに要する時間が長期化してしまうという課題がある。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、積層造形された造形物の検査を効率良く行い、積層造形により造形物を形成するのに要する時間を短縮することができる積層造形装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係る積層造形装置は、造形物の造形面に粉末材料を供給し、供給された前記粉末材料に溶融ビームを照射することで前記粉末材料を溶融させ、前記造形物を積層造形する積層造形装置であって、前記造形面に沿った第一方向に移動しながら、前記造形面上に前記粉末材料を均すリコータと、前記リコータに設けられ、検査用のＸ線を前記造形面に照射するＸ線源と、前記リコータに設けられ、前記Ｘ線源から照射されて前記造形面で散乱した前記Ｘ線を検出する検出器と、を備える。
造形面に照射するＸ線は電子ビームを照射ターゲットに照射することにより発生させる。照射ターゲットは造形面付近に第二方向に沿って設けられ、電子ビームを照射ターゲットに照射するとともに第二方向に走査することによって、第二方向に走査されたＸ線を得ることができる。
造形面に照射するＸ線は電子ビームを照射ターゲットに照射することにより発生させる。照射ターゲットは造形面付近に第二方向に沿って設けられ、電子ビームを照射ターゲットに照射するとともに第二方向に走査することによって、第二方向に走査されたＸ線を得ることができる。
本開示の積層造形装置によれば、積層造形された造形物の検査を効率良く行い、積層造形により造形物を形成するのに要する時間を短縮することができる。
＜第一実施形態＞
（積層造形装置の構成）
以下、本開示の実施形態に係る積層造形装置について、図１～図６を参照して説明する。
図１、図２に示すように積層造形装置１Ａは、造形部２と、検査部１０と、を主に備えている。造形部２は、造形ステージ３と、リコータ４と、溶融ビーム照射部（図示なし）と、を備えている。
（積層造形装置の構成）
以下、本開示の実施形態に係る積層造形装置について、図１～図６を参照して説明する。
図１、図２に示すように積層造形装置１Ａは、造形部２と、検査部１０と、を主に備えている。造形部２は、造形ステージ３と、リコータ４と、溶融ビーム照射部（図示なし）と、を備えている。
造形ステージ３は、その上面に、水平面に沿った造形物載置面３ｆを有している。造形ステージ３は、上下方向Ｄｖに昇降可能に設けられている。造形ステージ３は、予め定められた寸法ずつ、順次下降する。
リコータ４は、造形ステージ３の上方に配置されている。リコータ４は、材料供給部（図示なし）から供給される金属等からなる粉末材料Ｐを、造形物載置面３ｆ上、または造形物載置面３ｆ上に形成された造形物１００上に均しながら供給する。リコータ４は、上下方向Ｄｖに直交する水平面に沿った第一方向Ｄａに移動可能に設けられている。リコータ４は、造形ステージ３の造形物載置面３ｆの上方で、リコータ駆動機構（図示なし）によって、第一方向Ｄａに沿って往復動する。リコータ４は、水平面に沿い、第一方向Ｄａに直交する第二方向Ｄｂに延びている。リコータ４は、第二方向Ｄｂにおいて、造形物載置面３ｆの全体を横切るように形成されている。リコータ４の下面４ｂは、水平面に沿っている。リコータ４において、第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１には、エッジ部４ｅが形成されている。エッジ部４ｅは、第二方向Ｄｂから見て、下面４ｂから上下方向Ｄｖの上方に立ち上がっている。エッジ部４ｅは、第二方向Ｄｂに延びている。リコータ４は、粉末材料Ｐを供給する際、造形ステージ３の第一方向Ｄａの第二側Ｄａ２から第一側Ｄａ１に移動する。造形ステージ３の第一方向Ｄａの第二側Ｄａ２には、リコータ４に粉末材料Ｐを供給する材料供給部（図示なし）が設けられている。リコータ４は、第一方向Ｄａの第二側Ｄａ２から第一側Ｄａ１に移動し、造形物の端まで到達したのちは反対方向に移動して戻ることで、材料供給部から供給される粉末材料Ｐを、均しながら供給する。
溶融ビーム照射部（図示なし）は、造形物載置面３ｆ上に供給された粉末材料Ｐに、レーザ光等の溶融ビームを、予め設定された造形物１００の形状に合わせたパターンで照射する。造形物載置面３ｆ上に供給された粉末材料Ｐは、溶融ビームが照射されることで溶融する。造形物載置面３ｆ上で、粉末材料Ｐが溶融することによって、溶融金属が生成される。溶融金属が凝固すると、造形物載置面３ｆ上に、造形物１００を形成する金属層１００ｍが形成される。
上記リコータ４による粉末材料Ｐの供給と、溶融ビーム照射部（図示なし）による溶融ビームの照射と、造形ステージ３の下降と、を繰り返すことで、造形物載置面３ｆ上に、金属層１００ｍが順次積層される。
図３に示すように、検査部１０は、Ｘ線源１１と、検出器１２と、欠陥検査部５０と、を備えている。Ｘ線源１１、および検出器１２は、リコータ４に対して第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１に設けられている。
Ｘ線源１１は、電子ビーム源１３と、照射ターゲット１４と、を備えている。
Ｘ線源１１は、電子ビーム源１３と、照射ターゲット１４と、を備えている。
電子ビーム源１３は、造形ステージ３上に形成される造形物１００の造形面１００ｆに、照射ターゲット１４で変換したＸ線を照射する。造形面１００ｆは、造形ステージ３上に順次積層される各金属層１００ｍの表面である。電子ビーム源１３は、いわゆる電子銃であり、真空チャンバ１５内に設けられている。真空チャンバ１５は、検出器１２とともにリコータ４に取り付けられている。真空チャンバ１５は、上下方向Ｄｖの上方から下方に向かって第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１に傾斜して延びている。真空チャンバ１５は、第二方向Ｄｂにおいて造形ステージ３の全体を覆うように延びている。真空チャンバ１５は中空密閉構造で、その内部が所定の真空度となるように真空引きされている。電子ビーム源１３から照射ターゲット１４に照射される電子ビームＢ１は、電子ビーム制御部１６Ａの制御により、偏向電極（図示なし）による電界、または電磁石（図示なし）による磁界が印加されることで第二方向Ｄｂに偏向する。図４に示すように、電子ビーム制御部１６Ａは、リコータ４が第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１に向かって移動している間、電子ビーム源１３から照射される電子ビームＢ１を真空チャンバ１５内で第二方向Ｄｂに沿って繰り返し走査させる。
図３に示すように、電子ビーム源１３は、真空チャンバ１５内に設けられた照射ターゲット１４に向けて電子ビームＢ１を照射する。照射ターゲット１４は、電子ビーム源１３から照射される電子ビームＢ１をＸ線に変換し、造形面１００ｆに向けてＸ線Ｘ１を照射する。照射ターゲット１４は、真空チャンバ１５内の下部に設けられている。照射ターゲット１４は、第一方向Ｄａに交差する面に沿って設けられている。照射ターゲット１４は、第二方向Ｄｂに沿って連続している。真空チャンバ１５の底部には、電子ビーム源１３から照射され、照射ターゲット１４で変換されたＸ線Ｘ１が透過する透過窓１５ｗが設けられている。照射ターゲット１４で変換され、透過窓１５ｗを透過したＸ線Ｘ１は、下方に向かって第一方向Ｄａの第二側Ｄａ２に傾斜して進行し、造形面１００ｆ上に照射される。電子ビーム源１３は、照射ターゲット１４に対し、第一方向Ｄａから見て例えば矩形状の範囲に電子ビームＢ１を照射する。これにより、図３、図５に示すように、照射ターゲット１４で変換されたＸ線Ｘ１が造形面１００ｆ上に照射される照射領域Ａ１は、上方から見て角の丸い矩形状となる。本実施形態において、造形面１００ｆ上でＸ線強度が比較的強く分布する照射領域Ａ１は、第一方向Ｄａ、および第二方向Ｄｂの長さＬａ、Ｌｂがそれぞれ７ｍｍの矩形領域として扱う。
図３に示すように、検出器１２は、中空箱状で、第二方向Ｄｂから見ると、矩形状の断面を有している。検出器１２は、第二方向Ｄｂに延び、第二方向Ｄｂにおいて造形ステージ３の全体を覆うように設けられている。検出器１２は、リコータ４の第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部４ａに支持されている。検出器１２の一部は、リコータ４の端部４ａから第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１に突出している。
検出器１２内の上部には、ラインセンサ１７が設けられている。ラインセンサ１７は、上下方向Ｄｖに直交する面に沿って設けられている。ラインセンサ１７は、第一方向Ｄａに所定の幅寸法を有している。ラインセンサ１７は、第二方向Ｄｂに連続して延びている。ラインセンサ１７は、造形面１００ｆに対して上方に間隔をあけて配置されている。ラインセンサ１７は、第一方向Ｄａ、および第二方向Ｄｂにそれぞれ配列された複数の検出ピクセル（図示なし）を備えている。ラインセンサ１７は、各検出ピクセルで検出されるＸ線の量（吸収線量、フォトン数）に基づいて、ラインセンサ１７に照射されるＸ線の量（吸収線量、フォトン数）を検出する。
検出器１２の下面には、Ｘ線遮へい部材３０Ａが設けられている。Ｘ線遮へい部材３０Ａは、板状で、上下方向Ｄｖに直交する面に沿って設けられている。Ｘ線遮へい部材３０Ａは、検出器１２と、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１との間に配置されている。Ｘ線遮へい部材３０Ａは、照射領域Ａ１で後方散乱した散乱Ｘ線Ｘ２の経路上に配置されている。Ｘ線遮へい部材３０Ａは、造形面１００ｆで後方散乱した散乱Ｘ線Ｘ２を遮へいし一部を透過する。Ｘ線ビーム透過部材３０Ａを透過した散乱Ｘ線Ｘ２は、ラインセンサ１７に到達する。
Ｘ線遮へい部材３０Ａは、複数のピンホール３１を備えている。ピンホール３１は、造形面１００ｆで散乱するＸ線の照射領域Ａ１よりも小さい。ピンホール３１は、例えば直径が０．４ｍｍ程度の円形とされている。図５に示すように、ピンホール３１は、Ｘ線遮へい部材３０Ａに対し、第二方向Ｄｂに等間隔をあけて複数形成されている。検出したい最小の欠陥サイズ０．１ｍｍとするとき、ピンホール３１の径は０．４ｍｍ以下とされるのが好ましい。
散乱Ｘ線Ｘ２は、ピンホール３１を通ってラインセンサ１７に照射される。ラインセンサ１７に対する散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２は、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１に対応した形状となる。ここで、本実施形態では、Ｘ線遮へい部材３０Ａを、例えば、造形面１００ｆに対する上下方向Ｄｖにおける距離Ｚと、ラインセンサ１７に対する上下方向Ｄｖにおける距離Ｄとが、同じ（Ｚ＝Ｄ）となるように配置している。これにより、ピンホール３１を通ってラインセンサ１７に照射される散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２は、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１と同じ面積となる。
ここで、第二方向Ｄｂにおけるピンホール３１の設置間隔Ｐｂは、造形面１００ｆにおけるＸ線Ｘ１の照射領域Ａ１の第二方向Ｄｂの長さＬｂに対し、例えば１／２とするのが好ましい（Ｐｂ＝１／２×Ｌｂ）。すると、図５、図６に示すように、Ｘ線Ｘ１を照射した場合に、複数のピンホール３１のそれぞれを通ってラインセンサ１７に照射される散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２が、互いに干渉するのを抑えつつ、第二方向Ｄｂの両側にも形成される。ラインセンサ１７で、これら複数の照射領域Ａ２における散乱Ｘ線Ｘ２のＸ線量の和を取得することで、ラインセンサ１７に到達する散乱Ｘ線Ｘ２の検出解像度が高まる。
ラインセンサ１７では、このようにして照射された照射領域Ａ２における散乱Ｘ線の量（吸収線量、フォトン数）を検出する。ラインセンサ１７は、照射領域Ａ２におけるＸ線量の情報を、欠陥検査部５０に出力する。
欠陥検査部５０は、ラインセンサ１７に照射されたＸ線の量（吸収線量、フォトン数）を取得する。欠陥検査部５０は、取得されたＸ線量に基づいて、造形面１００ｆにおける欠陥の有無、欠陥の形状を判定する。このとき、周囲の欠陥の無い部分に比較し、欠陥がある部分では、ラインセンサ１７で検出されるＸ線量が低下する。欠陥検査部５０では、Ｘ線の量（吸収線量、フォトン数）が低下している部分を検出することで、造形面１００ｆに欠陥が生じている部位を検出する。欠陥検査部５０は、例えば、周囲の欠陥の無い部分に対するＸ線の量（吸収線量、フォトン数）の差が、予め設定した閾値以上であるときに、欠陥が存在している、と判定する。
（作用効果）
（作用効果）
本実施形態では、積層造形装置１Ａは、電子ビーム源１３、および検出器１２をリコータ４に設けている。このため、リコータ４で造形面１００ｆ上に粉末材料Ｐを均すことと並行して、電子ビーム源１３から造形面１００ｆにＸ線を照射し、その散乱Ｘ線を検出器１２で検出することができる。したがって、積層造形により造形物１００を形成する工程を、造形面１００ｆの検査のために中断する必要がない。その結果、積層造形された造形物１００の検査を効率良く行い、積層造形により造形物１００を形成するのに要する時間を短縮することができる。
さらに、積層造形装置１Ａは、リコータ４を第一方向Ｄａに移動しながら、電子ビーム源１３から照射される電子ビームＢ１を第二方向Ｄｂに沿って走査させる。この場合、Ｘ線Ｘ１を造形面１００ｆの第二方向Ｄｂ全体に一度に照射する場合に比較し、電子ビームＢ１の照射エネルギーが少なくて済む。これにより、電子ビームＢ１の照射コストを抑えることができる。
さらに、積層造形装置１Ａは、電子ビーム源１３を、機械的に第二方向Ｄｂに移動させるのではなく、電界または磁界の印加によって第二方向Ｄｂに走査させる。このため、電子ビームＢ１の走査を短時間で行うことができる。
さらに、積層造形装置１Ａは、電子ビーム源１３よりも検出器１２に近い位置に照射ターゲット１４を設けている。このため、照射ターゲット１４で変換したＸ線Ｘ１が、造形面１００ｆに照射されるまでに拡散されるのを抑えることができる。これにより、造形面１００ｆにＸ線を集中的に効率良く照射させることができる。したがって、電子ビームＢ１の出力を抑えることができ、造形面１００ｆの検査を効率良く行うことが可能となる。
さらに、積層造形装置１Ａは、Ｘ線遮へい部材３０Ａに設置したピンホール３１で造形面１００ｆからの散乱Ｘ線Ｘ２の一部を透過させることによって、造形面１００ｆを高精度に検査することができる。
さらに、Ｘ線遮へい部材３０Ａは、複数のピンホール３１を備える。これにより、Ｘ線遮へい部材３０Ａの複数のピンホール３１を、造形面１００ｆからの散乱Ｘ線Ｘ２の一部が透過することによって、検出器１２に到達するＸ線量を増やすことができる。これにより、造形面１００ｆの欠陥の検出精度が高まる。
（第１実施形態の第１変形例）
上記実施形態において、Ｘ線遮へい部材３０Ａに備える複数のピンホール３１の設置間隔Ｐｂを、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１の第二方向Ｄｂの長さＬｂの１／２としたが、これに限られない。
例えば、図７、図８に示すように、Ｘ線遮へい部材３０Ａに備える複数のピンホール３１の設置間隔Ｐｂを、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１の第二方向Ｄｂの長さＬｂの１／４としてもよい。
これにより、Ｘ線Ｘ１を第二方向Ｄｂに走査させた場合に、複数のピンホール３１のそれぞれを通ってラインセンサ１７に照射される散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２同士が、第二方向Ｄｂで半分ずつ重なり合う。すると、ラインセンサ１７の各検出ピクセルでは、互いに隣り合う３つのピンホール３１を透過した散乱Ｘ線Ｘ２が入射されることになる。したがって、Ｘ線照射部（図示なし）における散乱Ｘ線Ｘ２の照射量を減らすことなく、ラインセンサ１７で検出されるＸ線量を２倍に増やすことができる。したがって、造形面１００ｆの表面状態を、より高感度に検出することが可能となる。
上記実施形態において、Ｘ線遮へい部材３０Ａに備える複数のピンホール３１の設置間隔Ｐｂを、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１の第二方向Ｄｂの長さＬｂの１／２としたが、これに限られない。
例えば、図７、図８に示すように、Ｘ線遮へい部材３０Ａに備える複数のピンホール３１の設置間隔Ｐｂを、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１の第二方向Ｄｂの長さＬｂの１／４としてもよい。
これにより、Ｘ線Ｘ１を第二方向Ｄｂに走査させた場合に、複数のピンホール３１のそれぞれを通ってラインセンサ１７に照射される散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２同士が、第二方向Ｄｂで半分ずつ重なり合う。すると、ラインセンサ１７の各検出ピクセルでは、互いに隣り合う３つのピンホール３１を透過した散乱Ｘ線Ｘ２が入射されることになる。したがって、Ｘ線照射部（図示なし）における散乱Ｘ線Ｘ２の照射量を減らすことなく、ラインセンサ１７で検出されるＸ線量を２倍に増やすことができる。したがって、造形面１００ｆの表面状態を、より高感度に検出することが可能となる。
（第１実施形態の第２変形例）
また、図９に示すように、Ｘ線遮へい部材３０Ａに備える複数のピンホール３１を、第二方向Ｄｂだけでなく、第一方向Ｄａにおいても、等間隔で複数設けるようにしてもよい。
複数のピンホール３１の第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂの設置間隔Ｐａ、Ｐｂを、上記第１変形例と同様、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１の第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂの長さＬａ、Ｌｂの１／４とした場合、図９、図１０に示すように、複数のピンホール３１のそれぞれを通ってラインセンサ１７に照射される散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２同士が、第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂのそれぞれで半分ずつ重なり合う。すると、ラインセンサ１７の各検出ピクセルでは、第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂのそれぞれで互いに隣り合う３つ（合計９つ）のピンホール３１を透過した散乱Ｘ線Ｘ２が入射される。したがって、電子ビーム源１３における電子ビームＢ１の照射量を増やすことなく、図１０に示すように、ラインセンサ１７で検出される散乱Ｘ線Ｘ２の量を、上記第１実施形態に比較して増やすことができる。したがって、造形面１００ｆの表面状態を、より高感度に検出することが可能となる。
また、図９に示すように、Ｘ線遮へい部材３０Ａに備える複数のピンホール３１を、第二方向Ｄｂだけでなく、第一方向Ｄａにおいても、等間隔で複数設けるようにしてもよい。
複数のピンホール３１の第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂの設置間隔Ｐａ、Ｐｂを、上記第１変形例と同様、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１の第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂの長さＬａ、Ｌｂの１／４とした場合、図９、図１０に示すように、複数のピンホール３１のそれぞれを通ってラインセンサ１７に照射される散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２同士が、第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂのそれぞれで半分ずつ重なり合う。すると、ラインセンサ１７の各検出ピクセルでは、第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂのそれぞれで互いに隣り合う３つ（合計９つ）のピンホール３１を透過した散乱Ｘ線Ｘ２が入射される。したがって、電子ビーム源１３における電子ビームＢ１の照射量を増やすことなく、図１０に示すように、ラインセンサ１７で検出される散乱Ｘ線Ｘ２の量を、上記第１実施形態に比較して増やすことができる。したがって、造形面１００ｆの表面状態を、より高感度に検出することが可能となる。
（第１実施形態の第３変形例）
また、上記実施形態、及び各変形例では、Ｘ線遮へい部材３０Ａに、複数のピンホール３１を備えるようにしたが、これに限られない。
例えば、図１１、図１２に示すように、造形面１００ｆで散乱されたＸ線Ｘ２を遮へいし一部を透過するＸ線遮へい部材３０Ｂに、符号化開口３３を備えるようにしてもよい。符号化開口３３は、予め定めた規則（符号）にしたがって配置した複数の開口３３ｈを有している。造形面１００ｆの照射領域Ａ１で後方散乱した散乱Ｘ線Ｘ２は、符号化開口３３の複数の開口３３ｈを通して検出器１２のラインセンサ１７に照射される。ラインセンサ１７は、散乱Ｘ線Ｘ２の各検出ピクセルにおけるＸ線の量（吸収線量、フォトン数）の分布を、逆演算すると、造形面１００ｆの照射領域Ａ１における造形面１００ｆの表面状態を検出することができる。ここで、符号化開口３３の自己相関関数が、δ関数に近いものであれば、その種類（複数の開口３３ｈのレイアウト）は問わない。
また、上記実施形態、及び各変形例では、Ｘ線遮へい部材３０Ａに、複数のピンホール３１を備えるようにしたが、これに限られない。
例えば、図１１、図１２に示すように、造形面１００ｆで散乱されたＸ線Ｘ２を遮へいし一部を透過するＸ線遮へい部材３０Ｂに、符号化開口３３を備えるようにしてもよい。符号化開口３３は、予め定めた規則（符号）にしたがって配置した複数の開口３３ｈを有している。造形面１００ｆの照射領域Ａ１で後方散乱した散乱Ｘ線Ｘ２は、符号化開口３３の複数の開口３３ｈを通して検出器１２のラインセンサ１７に照射される。ラインセンサ１７は、散乱Ｘ線Ｘ２の各検出ピクセルにおけるＸ線の量（吸収線量、フォトン数）の分布を、逆演算すると、造形面１００ｆの照射領域Ａ１における造形面１００ｆの表面状態を検出することができる。ここで、符号化開口３３の自己相関関数が、δ関数に近いものであれば、その種類（複数の開口３３ｈのレイアウト）は問わない。
また、Ｘ線遮へい部材３０Ｂの造形面１００ｆに対する上下方向Ｄｖにおける距離をＺ、Ｘ線遮へい部材３０Ｂのラインセンサ１７に対する上下方向Ｄｖにおける距離をＤ、符号化開口３３の第二方向Ｄｂにおける開口３３ｈのピッチをｐ（図１２参照）とし、検出したい造形面１００ｆにおける欠陥の第二方向ＤｂにおけるサイズをΔｘとした場合、次式（１）を満足するのが好ましい。
ｐ＝Ｄ／（Ｄ＋Ｚ）×Δｘ …（１）
上式（１）に基づき、Ｘ線遮へい部材３０Ｂの造形面１００ｆに対する上下方向Ｄｖにおける距離Ｚと、ラインセンサ１７に対する上下方向Ｄｖにおける距離Ｄとが、同じ（Ｚ＝Ｄ）である場合、符号化開口３３のピッチｐは、検出対象となる造形面１００ｆにおける欠陥のサイズΔｘの１／２である必要がある。
ｐ＝Ｄ／（Ｄ＋Ｚ）×Δｘ …（１）
上式（１）に基づき、Ｘ線遮へい部材３０Ｂの造形面１００ｆに対する上下方向Ｄｖにおける距離Ｚと、ラインセンサ１７に対する上下方向Ｄｖにおける距離Ｄとが、同じ（Ｚ＝Ｄ）である場合、符号化開口３３のピッチｐは、検出対象となる造形面１００ｆにおける欠陥のサイズΔｘの１／２である必要がある。
このように、符号化開口３３が、造形面１００ｆからの散乱Ｘ線Ｘ２の一部を透過させることによって、検出器１２に到達するＸ線量を増やすことができる。符号化開口３３は、ピンホール３１に比較して開口面積を多くすることができるので、検出器１２に到達するＸ線量をさらに増やすことができる。
＜第二実施形態＞
次に本発明の第二実施形態について図１３を参照して説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
（積層造形装置の構成）
図３に示すように、本実施形態に係る積層造形装置１Ｂにおける電子ビーム制御部１６Ｂは、Ｘ線源１１の電子ビーム源１３から照射される電子ビームの制御を行う。電子ビーム制御部１６Ｂは、偏向電極（図示なし）による電界、または電磁石（図示なし）による磁界を印加することで、真空チャンバ１５内で第二方向Ｄｂに沿って電子ビームＢを走査させる。電子ビーム制御部１６Ｂは、電子ビームＢを第二方向Ｄｂに沿って走査させる走査速度を制御する。
次に本発明の第二実施形態について図１３を参照して説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
（積層造形装置の構成）
図３に示すように、本実施形態に係る積層造形装置１Ｂにおける電子ビーム制御部１６Ｂは、Ｘ線源１１の電子ビーム源１３から照射される電子ビームの制御を行う。電子ビーム制御部１６Ｂは、偏向電極（図示なし）による電界、または電磁石（図示なし）による磁界を印加することで、真空チャンバ１５内で第二方向Ｄｂに沿って電子ビームＢを走査させる。電子ビーム制御部１６Ｂは、電子ビームＢを第二方向Ｄｂに沿って走査させる走査速度を制御する。
電子ビーム制御部１６Ｂは、例えば、造形面１００ｆの形状に応じて、電子ビームＢの走査速度を制御するのが好ましい。具体的には、図１３に示すように、造形面１００ｆの形状が複雑である部分Ｋ１では、造形面１００ｆの形状が平坦である部分Ｋ２に比較し、電子ビームＢの走査速度を遅くするのが好ましい。また、造形物１００の形状に基づき、造形物１００が形成されない部分Ｋ３では、電子ビームＢの走査自体を行わないようにしてもよい。造形面１００ｆの形状が複雑である部分Ｋ１、平坦である部分Ｋ２、造形物１００が形成されない部分Ｋ３は、例えば、積層造形装置１Ｂのオペレータや、積層造形装置１Ｂの動作プログラムを作成するプログラマー等による判断で設定してもよい。また、造形面１００ｆの形状が複雑である部分Ｋ１、平坦である部分Ｋ２、造形物１００が形成されない部分Ｋ３の設定は、造形面１００ｆの設計データに基づいて設定するようにしてもよい。
また、電子ビーム制御部１６Ｂは、造形面１００ｆに照射された溶融ビームの照射条件に応じて、電子ビームＢの走査速度を制御するようにしてもよい。溶融ビームの照射によって造形面１００ｆが形成される部分には、溶融ビームの照射が行われる。これに対し、造形面１００ｆが形成されない部分には、溶融ビームの照射が行われない。また、造形面１００ｆが平坦である部分と、造形面１００ｆの形状が複雑である部分とで、例えば、溶融ビームの移動速度、溶融ビームの出力、ビーム径等の照射条件を異ならせることがある。電子ビーム制御部１６Ｂは、このような溶融ビームの照射条件に応じて、電子ビームＢの走査速度を異ならせるようにしてもよい。
（作用効果）
（作用効果）
本実施形態では、積層造形装置１Ｂは、電子ビームＢを第二方向Ｄｂに沿って走査させる走査速度を制御する電子ビーム制御部１６Ｂを備える。これにより、Ｘ線を照射して造形面１００ｆの検査を行うに際し、電子ビームＢの走査速度を変化させることができる。電子ビームＢの走査速度を変化させると、造形面１００ｆの検査精度を異ならせることができる。
さらに、電子ビーム制御部１６Ｂは、前記造形面１００ｆの形状に応じて、前記電子ビームＢの走査速度を制御する。これにより、例えば造形面１００ｆの形状が平坦である場合には、電子ビームＢの走査速度を高め、造形面１００ｆの形状が複雑である場合には、電子ビームＢの走査速度を低める等して、造形面１００ｆの形状に応じ、検査精度と検査効率とを適切なものとすることができる。
さらに、電子ビーム制御部１６Ｂは、溶融ビームの照射条件に応じて、電子ビームＢの走査速度を制御する。
これにより、例えば、溶融ビームの移動速度、出力、ビーム径等の照射条件に応じて、電子ビームＢの走査速度を制御することができる。溶融ビームの照射条件は、例えば造形面１００ｆの形状の複雑さ等に応じて変更される。このため、溶融ビームの照射条件に応じて電子ビームＢの走査速度を制御することで、造形面１００ｆの形状に応じ、検査精度と検査効率とを適切なものとすることができる。
これにより、例えば、溶融ビームの移動速度、出力、ビーム径等の照射条件に応じて、電子ビームＢの走査速度を制御することができる。溶融ビームの照射条件は、例えば造形面１００ｆの形状の複雑さ等に応じて変更される。このため、溶融ビームの照射条件に応じて電子ビームＢの走査速度を制御することで、造形面１００ｆの形状に応じ、検査精度と検査効率とを適切なものとすることができる。
さらに、積層造形装置１Ｂは、上記第１実施形態と同様、積層造形された造形物１００の検査を効率良く行い、積層造形により造形物を形成するのに要する時間を短縮することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
＜付記＞
各実施形態に記載の積層造形装置１Ａ、１Ｂは、例えば以下のように把握される。
各実施形態に記載の積層造形装置１Ａ、１Ｂは、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、造形物１００の造形面１００ｆに粉末材料Ｐを供給し、供給された前記粉末材料Ｐに前記粉末材料Ｐが溶融する溶融ビームを照射することで、前記造形物１００を積層造形する積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記造形面１００ｆに沿った第一方向Ｄａに移動しながら、前記造形面１００ｆ上に前記粉末材料Ｐを均すリコータ４と、前記リコータ４に設けられ、検査用のＸ線Ｘ１を前記造形面１００ｆに照射するＸ線源１１と、前記リコータ４に設けられ、前記Ｘ線源１１から照射されて前記造形面１００ｆで散乱したＸ線Ｘ２を検出する検出器１２と、を備える。
この積層造形装置１Ａ、１Ｂは、電子ビーム源１３、および検出器１２をリコータ４に設けている。このため、リコータ４で造形面１００ｆ上に粉末材料Ｐを均すことと並行して、電子ビーム源１３から造形面１００ｆにＸ線Ｘ１を照射し、その散乱Ｘ線Ｘ２を検出器１２で検出することができる。したがって、積層造形により造形物１００を形成する工程を、造形面１００ｆの検査のために中断する必要がない。その結果、積層造形された造形物１００の検査を効率良く行い、積層造形により造形物を形成するのに要する時間を短縮することができる。
（２）第２の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（１）の積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記電子ビーム源１３は、前記造形面１００ｆに沿い、かつ前記第一方向Ｄａに交差する第二方向Ｄｂに沿って、前記造形面１００ｆに照射する前記電子ビームＢ１を走査させる。
これにより、リコータ４を第一方向Ｄａに移動しながら、電子ビーム源１３から照射される電子ビームＢ１を第二方向Ｄｂに沿って走査させることで、Ｘ線を造形面１００ｆの第二方向Ｄｂ全体に一度に照射する場合に比較し、電子ビームＢ１の照射エネルギーが少なくて済む。これにより、電子ビームＢ１の照射コストを抑えることができる。
（３）第３の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（２）の積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記電子ビーム源１３は、前記電子ビームＢ１に電界又は磁界を印加することによって、前記電子ビームＢ１を前記第二方向Ｄｂに走査させる。
このように、電子ビーム源１３を、機械的に第二方向Ｄｂに移動させるのではなく、電界または磁界の印加によって第二方向Ｄｂに走査させることで、電子ビームＢ１の走査を短時間で行うことができる。
（４）第４の態様に係る積層造形装置１Ｂは、（２）または（３）の積層造形装置１Ｂであって、前記電子ビームＢ１を前記第二方向Ｄｂに沿って走査させる走査速度を制御する電子ビーム制御部１６Ｂをさらに備える。
これにより、Ｘ線を照射して造形面１００ｆの検査を行うに際し、電子ビームＢ１の走査速度を変化させることができる。電子ビームＢ１の走査速度を変化させると、造形面１００ｆの検査精度を異ならせることができる。
（５）第５の態様に係る積層造形装置１Ｂは、（４）の積層造形装置１Ｂであって、前記電子ビーム制御部１６Ｂは、前記造形面１００ｆの形状に応じて、前記電子ビームＢ１の走査速度を制御する。
これにより、例えば造形面１００ｆの形状が平坦である場合には、電子ビームＢ１の走査速度を高め、造形面１００ｆの形状が複雑である場合には、電子ビームＢ１の走査速度を低める等して、造形面１００ｆの形状に応じ、検査精度と検査効率とを適切なものとすることができる。
（６）第６の態様に係る積層造形装置１Ｂは、（４）または（５）の積層造形装置１Ｂであって、前記電子ビーム制御部１６Ｂは、前記造形面１００ｆに照射された溶融ビームの照射条件に応じて、前記電子ビームＢ１の走査速度を制御する。
これにより、例えば、溶融ビームの移動速度、出力、ビーム径等の照射条件に応じて、電子ビームＢ１の走査速度を制御することができる。溶融ビームの照射条件は、例えば造形面１００ｆの形状の複雑さ等に応じて変更される。このため、溶融ビームの照射条件に応じて電子ビームＢ１の走査速度を制御することで、造形面１００ｆの形状に応じ、検査精度と検査効率とを適切なものとすることができる。
（７）第７の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（１）から（６）の何れか一つの積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記電子ビーム源１３よりも前記検出器１２に近い位置に設けられ、前記電子ビーム源１３から出力された前記電子ビームＢ１が照射され、前記造形面１００ｆに前記電子ビームＢ１をＸ線に変換させる照射ターゲット１４をさらに備える。
これにより、電子ビーム源１３よりも検出器１２に近い位置に照射ターゲット１４を設けると、照射ターゲット１４で変換したＸ線Ｘ１が、造形面１００ｆに照射されるまでに拡散されるのを抑えることができる。これにより、造形面１００ｆに電子ビームＢ１を集中的に効率良く照射させることができる。したがって、電子ビームＢ１の出力を抑えることができ、造形面１００ｆの検査を効率良く行うことが可能となる。
（８）第８の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（１）から（７）の何れか一つの積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記造形面１００ｆに照射された前記Ｘ線を遮へいし一部を透過させるＸ線遮へい部材３０Ａ、３０Ｂをさらに備える。
これにより、Ｘ線遮へい部材３０Ａ、３０Ｂで造形面１００ｆからの散乱Ｘ線Ｘ２を遮へいし一部を透過させることによって、造形面１００ｆを高感度で検査することができる。
（９）第９の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（８）の積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記Ｘ線遮へい部材３０Ａは、前記Ｘ線の一部を透過させる複数のピンホール３１を備える。
これにより、Ｘ線遮へい部材３０Ａの複数のピンホール３１を、造形面１００ｆからの散乱Ｘ線の一部が透過することによって、検出器１２に到達するＸ線量を増やすことができる。複数のピンホール３１の間隔を調整することにより、造形面１００ｆの欠陥の検出精度が高まる。
（１０）第１０の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（８）の積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記Ｘ線遮へい部材３０Ａは、符号化開口３３を有する。
これにより、Ｘ線遮へい部材３０Ａの符号化開口３３を、造形面１００ｆからの散乱Ｘ線の一部が透過することによって、検出器１２に到達するＸ線量を増やすことができる。符号化開口３３は、ピンホール３１に比較して開口面積を多くすることができるので、検出器１２に到達するＸ線の量（吸収線量、フォトン数）をさらに増やすことができる。
１Ａ、１Ｂ…積層造形装置
２…造形部
３…造形ステージ
３ｆ…造形物載置面
４…リコータ
４ａ…端部
４ｂ…下面
４ｅ…エッジ部
１０…検査部
１１…Ｘ線源
１２…検出器
１３…電子ビーム源
１４…照射ターゲット
１５…真空チャンバ
１５ｗ…透過窓
１６Ａ、１６Ｂ…電子ビーム制御部
１７…ラインセンサ
３０Ａ、３０Ｂ…Ｘ線遮へい部材
３１…ピンホール
３３…符号化開口
３３ｈ…開口
５０…欠陥検査部
１００…造形物
１００ｆ…造形面
１００ｍ…金属層
Ａ１…照射領域
Ａ２…照射領域
Ｂ１…電子ビーム
Ｘ１…Ｘ線
Ｘ２…散乱Ｘ線
Ｄａ…第一方向
Ｄａ１…第一側
Ｄａ２…第二側
Ｄｂ…第二方向
Ｄｖ…上下方向
Ｋ１…造形面の形状が複雑である部分
Ｋ２…平坦である部分
Ｋ３…造形物が形成されない部分
Ｐ…粉末材料
Ｐａ、Ｐｂ…設置間隔
Ｄ…Ｘ線遮へい部材と検出器との距離
Ｚ…Ｘ線遮へい部材と造形面との距離
ｐ…ピッチ
Δｘ…サイズ
２…造形部
３…造形ステージ
３ｆ…造形物載置面
４…リコータ
４ａ…端部
４ｂ…下面
４ｅ…エッジ部
１０…検査部
１１…Ｘ線源
１２…検出器
１３…電子ビーム源
１４…照射ターゲット
１５…真空チャンバ
１５ｗ…透過窓
１６Ａ、１６Ｂ…電子ビーム制御部
１７…ラインセンサ
３０Ａ、３０Ｂ…Ｘ線遮へい部材
３１…ピンホール
３３…符号化開口
３３ｈ…開口
５０…欠陥検査部
１００…造形物
１００ｆ…造形面
１００ｍ…金属層
Ａ１…照射領域
Ａ２…照射領域
Ｂ１…電子ビーム
Ｘ１…Ｘ線
Ｘ２…散乱Ｘ線
Ｄａ…第一方向
Ｄａ１…第一側
Ｄａ２…第二側
Ｄｂ…第二方向
Ｄｖ…上下方向
Ｋ１…造形面の形状が複雑である部分
Ｋ２…平坦である部分
Ｋ３…造形物が形成されない部分
Ｐ…粉末材料
Ｐａ、Ｐｂ…設置間隔
Ｄ…Ｘ線遮へい部材と検出器との距離
Ｚ…Ｘ線遮へい部材と造形面との距離
ｐ…ピッチ
Δｘ…サイズ
Claims (10)
- 造形物の造形面に粉末材料を供給し、供給された前記粉末材料に溶融ビームを照射することで前記粉末材料を溶融させ、前記造形物を積層造形する積層造形装置であって、
前記造形面に沿った第一方向に移動しながら、前記造形面上に前記粉末材料を均すリコータと、
前記リコータに設けられ、電子ビームから変換することによって前記造形面に検査用のＸ線を照射するＸ線源と、
前記リコータに設けられ、前記Ｘ線源からＸ線が照射されて前記造形面で散乱した前記Ｘ線を検出する検出器と、
を備える積層造形装置。 - 前記Ｘ線源は、電子ビーム源および照射ターゲットから構成され、電子ビーム源は前記造形面に沿い、かつ前記第一方向に交差する第二方向に沿って、前記造形面に照射する前記電子ビームを走査させ、照射ターゲットは第二方向に沿って配置させることで、Ｘ線を走査させる
請求項１に記載の積層造形装置。 - 前記電子ビーム源は、前記電子ビームに電界又は磁界を印加することによって、前記電子ビームを前記第二方向に走査させる
請求項２に記載の積層造形装置。 - 前記電子ビームを前記第二方向に沿って走査させる走査速度を制御する電子ビーム制御部をさらに備える
請求項２または３に記載の積層造形装置。 - 前記電子ビーム制御部は、前記造形面の形状に応じて、前記電子ビームの走査速度を制御する
請求項４に記載の積層造形装置。 - 前記電子ビーム制御部は、前記造形面に照射された溶融ビームの照射条件に応じて、前記電子ビームの走査速度を制御する
請求項４または５に記載の積層造形装置。 - 前記Ｘ線源よりも前記検出器に近い位置に設けられ、前記電子ビーム源から出力された前記電子ビームが照射され、前記造形面に照射するＸ線へ変換させる照射ターゲットをさらに備える
請求項１から６の何れか一項に記載の積層造形装置。 - 前記造形面に照射された前記Ｘ線を遮へいし一部を透過させるＸ線遮へい部材をさらに備える
請求項１から７の何れか一項に記載の積層造形装置。 - 前記Ｘ線遮へい部材は、前記Ｘ線の一部を透過させる複数のピンホールを備える
請求項８に記載の積層造形装置。 - 前記Ｘ線遮へい部材は、符号化開口を有する
請求項８に記載の積層造形装置。
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