JP2024038476A - 演算装置、検出システム、造形装置、演算方法、検出方法、造形方法、演算プログラム、検出プログラムおよび造形プログラム - Google Patents

演算装置、検出システム、造形装置、演算方法、検出方法、造形方法、演算プログラム、検出プログラムおよび造形プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】三次元造形物を造形する造形装置における、造形不良の発生を抑制することに寄与する技術を提供する。【解決手段】エネルギー線の照射により粉末材料を加熱して造形した固化層から三次元造形物を造形する造形装置に用いられる演算装置であって、エネルギー線の照射による加熱で粉末材料が溶融している溶融部を含む所定領域の少なくとも一部の状態を求める検出部と、造形装置の造形条件を変更するために、検出部により求められた状態に基づく状態情報を出力する出力部と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、演算装置、検出システム、造形装置、演算方法、検出方法、造形方法、演算プログラム、検出プログラムおよび造形プログラムに関する。
従来から、光作用等により、粉末状の物質を固化させた各層を積層して３次元物体を製造する３次元物体の製造装置が知られている（たとえば特許文献１）。しかしながら、製造された物体には不良が発生しているおそれがある。
米国特許第５４０７５８号明細書
第１の態様によると、エネルギー線の照射により粉末材料を加熱して造形した固化層から三次元造形物を造形する造形装置に用いられる演算装置は、エネルギー線の照射による加熱で前記粉末材料が溶融している溶融部を含む所定領域の少なくとも一部の状態を求める検出部と、前記造形装置の造形条件を変更するために、前記検出部により求められた前記状態に基づく状態情報を出力する出力部と、を備える。
第２の態様によると、エネルギー線の照射により粉末材料を加熱して造形した固化層から三次元造形物を造形する造形装置に用いられる演算方法であって、エネルギー線の照射による加熱で前記粉末材料が溶融している溶融部を含む所定領域の少なくとも一部の状態を求め、前記造形装置の造形条件を変更するために、求められた前記状態に基づく状態情報を出力する。
第１の実施の形態による造形装置の構成を模式的に示すブロック図である。 造形装置が有する造形光学部の具体的な構成と配置の一例を模式的に示す図である。 変形例における造形光学部の具体的な構成と配置の一例を模式的に示す図である。 レーザ光が照射されることにより生じる材料層上の溶融池とその近傍の状態を模式的に示す図である。 生成される温度画像データに対応する温度画像の一例を模式的に示す図である。 生成された温度画像データからスパッタを求める処理を説明する図である。 生成された温度画像データからヒュームを求める処理を説明する図である。 造形条件と、基本条件であるパワー密度、エネルギー密度および温度分布と、基本条件に関するパラメータとの関係を説明する図である。 造形条件と、基本条件であるパワー密度、エネルギー密度および温度分布と、基本条件に関するパラメータとの関係を説明する図である。 リアルタイム変更を行う場合の処理の処理を説明するフローチャートである。 リアルタイム変更を行う場合の処理の処理を説明するフローチャートである。 リアルタイム変更を行う場合の処理の処理を説明するフローチャートである。 次層造形時変更を行う場合の処理の処理を説明するフローチャートである。 次層造形時変更を行う場合の処理の処理を説明するフローチャートである。 次層造形時変更を行う場合の処理の処理を説明するフローチャートである。 次層造形時変更を行う場合の処理の処理を説明するフローチャートである。 第１の実施の形態の変形例（２）における造形装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。 第１の実施の形態の変形例（３）における造形装置と検出システムの要部構成を模式的に示すブロック図である。 第２の実施の形態による造形装置の構成を模式的に示すブロック図である。 第２の実施の形態の造形装置が有する造形光学部との具体的な構成と配置の一例を模式的に示す図である。 第２の実施の形態における造形装置が行う処理を説明するフローチャートである。 第２の実施の形態における造形装置が行う処理を説明するフローチャートである。 第２の実施の形態における造形装置が行う処理を説明するフォローチャートである。 プレ検出の対象となる所定量の粉末材料が形成する形状のＺＸ平面での断面形状を模式的に示す図である。 第２の実施の形態における造形装置が行う処理を説明するフローチャートである。 第２の実施の形態の変形例における造形装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。 第２の実施の形態の変形例における造形装置と検出システムの要部構成を模式的に示すブロック図である。 第３の実施の形態による造形装置の構成を模式的に示すブロック図である。 第３の実施の形態の造形装置が有する造形光学部の具体的な構成と配置の一例を模式的に示す図である。 第３の実施の形態における造形装置が行う処理を説明するフローチャートである。 第３の実施の形態の変形例における造形装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。 第３の実施の形態の変形例における造形装置と検出システムの要部構成を模式的に示すブロック図である。
－第１の実施の形態－
図面を参照しながら、第１の実施の形態による造形装置について説明する。以下の説明では、公知の粉末床溶融結合法（ＰＢＦ）を用いて三次元形状の造形物（三次元造形物）を造形する造形装置を例に挙げて説明する。なお、粉末床溶融結合法（ＰＢＦ）は、粉末焼結積層造形方式（ＳＬＳ）とも呼ばれる。また、造形装置は、粉末床溶融結合法（ＰＢＦ）に限られず、指向性エネルギー積層法（ＤＥＤ）、材料噴射方式、電子線ビーム溶解法（ＥＢＭ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ）など他の方法を用いて三次元造形物を造形する装置でもよい。
まず、図１および図２を参照して、造形装置１の構成を説明する。図１は造形装置１の構造を模式的に示すブロック図であり、図２は造形装置１が有する造形光学部３５の具体的な構成と配置の一例を模式的に示す図である。なお、理解を容易にすることを目的として、図１、図２に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる直交座標系を用いて以下の説明を行う。
造形装置１は、筐体１０と、材料層形成部２０と、造形部３０と、演算装置５０と、を備える。材料層形成部２０は、材料供給槽２１と、リコーター２２とを備える。造形部３０は、造形槽３１と、造形光学部３５とを備える。なお、説明の便宜上、材料層形成部２０と造形部３０とを別個の構成として分けて表すが、材料層形成部２０と造形部３０とを纏めて造形部と表すこともできる。
材料供給槽２１は、三次元造形物の造形するための材料である粉末材料Ｐを収容するための収容容器である。材料供給槽２１の底面２１１は、たとえばピストン等により構成される駆動機構２１２により上下方向（Ｚ方向）に沿って移動する。材料供給槽２１の底面２１１がＺ方向＋側（上方）に向けて移動すると、底面２１１の上昇量に応じて材料供給槽２１の内部の粉末材料Ｐが外部に押し出され、この押し出された粉末材料Ｐが後述するリコーター２２によって後述する造形槽３１に移送される。
材料供給槽２１には、内部に収容された粉末材料Ｐを加熱するためのヒーター２１３が設けられる。ヒーター２１３は、後述する演算装置５０による制御により、粉末材料Ｐが所望の温度となるように加熱する。ヒーター２１３は、既存の加熱方式のヒーターが用いられる。なお、ヒーター２１３には、ペルチェ素子等の温調素子を用いてもよい。このヒーター２１３は、材料供給槽２１内の粉末材料Ｐを加熱することにより、粉末材料Ｐが造形槽３１に移送され後述するレーザ光の照射により粉末材料Ｐが加熱される前に、予め粉末材料Ｐの温度を高くする。これにより、レーザ光の照射により加熱される粉末材料Ｐの温度が所望の温度（たとえば融点）まで上昇するために必要な熱量が少なくなる。また、ヒーター２１３は、吸湿度が高く流動性が低い粉末材料Ｐを加熱することにより、粉末材料Ｐの吸湿度を下げ流動性を高くする。これにより、粉末材料Ｐが造形槽３１に移送されやすくなり、詳細を後述するようにして形成される材料層の平面度や積層厚や密度が均一になる。この結果、詳細を後述するようにして、材料層にレーザ光が照射されると、レーザ光の照射による材料層内部での温度上昇が均一となる。
なお、材料供給槽２１は、Ｚ方向下部から駆動機構２１２により粉末材料Ｐを外部に押し出すものに限定されない。材料供給槽２１に収容された粉末材料Ｐが、材料供給槽２１の下方（Ｚ方向-側）に設けられたディスペンサに供給され、ディスペンサに供給された粉末材料Ｐはディスペンサの下部（Ｚ方向－側）に設けられた排出部から造形槽３１のベースプレート３１１上に落下し、落下した粉末材料Ｐは後述するリコーター２２が有するブレード２２１の移動により均一な厚さに敷き詰めてもよい。
粉末材料Ｐとして、たとえば、金属粉末や、樹脂粉末や、金属粒子に樹脂バインダをコートした粉末等が用いられる。金属粉末は、鉄系粉末を主成分とした粉末や、鉄系粉末に、ニッケル粉末、ニッケル系合成粉末、銅粉末、銅系合金粉末および黒鉛系粉末等のうちの少なくとも１種類以上を更に含む粉末でもよい。たとえば、平均粒径２０μｍ程度の鉄系粉末の配合量が６０～９０重量％、ニッケル粉末およびニッケル系合金粉末の両方または一方の配合量が５～３５重量％、銅粉末および銅系合金粉末の両方または一方の配合量が５～１５重量％、ならびに黒鉛粉末の配合量が０．２～０．８重量％とした粉末が挙げられる。樹脂粉末としては、たとえば、平均粒径３０μｍ～１００μｍ程度のポリアミド、ポリプロピレン、ＡＢＳ等の粉末を用いることができる。金属粒子に樹脂バインダをコートした粉末として、たとえば金属粒子の表面をフェノール樹脂やナイロン等の添加剤でコーティングしたものが用いられてもよい。また、粉末材料Ｐとしてセラミック粉末が用いられてもよい。セラミック粉末としては、アルミナやジルコニア等の酸化物や、窒化ケイ素等の窒化物の粉末でもよい。なお、粉末材料Ｐは、上述の材料以外であってもよい。粉末材料Ｐは、たとえば、既存の金属粉末、既存の樹脂粉末、又は既存のセラミック粉末でもよいし、既存の金属と既存の樹脂と既存のセラミックとの少なくとも２つの材料を組み合わせた粉末の材料であってもよい。
以下、粉末材料Ｐとして金属粉末が使用される場合を例に挙げて説明を行う。
リコーター２２は、材料層形成部材としてのブレード２２１と、駆動機構（不図示）と、ブレード装着部（不図示）とを有する。ブレード２２１は、たとえばＹ方向に沿って延在する板状の部材である。ブレード２２１は、材質や形状が異なる複数の種類の間で交換可能にブレード装着部に取り付けられる。駆動機構は、たとえばモータやＸ方向に沿って延伸するガイドレール等の駆動機構を有し、ブレード装着部をＸ方向に沿って移動させることによりブレード２２１をＸ方向に沿って図１の位置Ａ（材料供給槽２１のＸ方向－側端部）と位置Ｂ（造形槽３１のＸ方向＋側端部）との間を移動させる。このようにブレード２２１を移動させることにより、材料供給槽２１に収容された粉末材料Ｐ（より詳しくは、材料供給槽２１の底面２１１のＺ方向＋側（上方）への上昇量に応じて材料供給槽２１の外部に押し出された粉末材料Ｐ）を、後述する造形部３０の造形槽３１に移送する。このとき、ブレード２２１は、粉末材料Ｐを下方（Ｚ方向－側）に押し付けるように圧力を加えながら移動する。このブレード２２１の移動により、造形槽３１に粉末材料Ｐが一定の厚さΔｄにて敷き詰められて、表面（Ｚ方向＋側の面）が平らに整形された粉末床（パウダーベッド）と呼ばれる粉末材料の層（以後、材料層と呼ぶ）が形成される。すなわち、ブレード２２１は材料層形成部材として機能する。なお、ブレード２２１は、シリンダー等から構成される押圧機構（不図示）により、粉末材料Ｐに圧力を加えることができる。
ブレード２２１が、後述するようにして造形された固化層の上部に粉末材料Ｐを移送させる場合には、先に形成された材料層へレーザ光が照射されることにより固化層が造形されてから所定の時間が経過した後、ブレード２２１は再び位置ＡからＸ方向に沿って移動して、粉末材料Ｐを固化層の上部に移送する。本明細書では、この所定の時間をブレード２２１の待機時間と呼ぶ。なお、上記の一定の厚さΔｄとは、後述するベースプレート３１１上に粉末材料Ｐを移送した場合には、ベースプレート３１１の表面から材料層の表面（Ｚ方向＋側の面）までの厚さであり、後述するようして造形された固化層の上部（Ｚ方向＋側）に粉末材料Ｐが移送された場合には、固化層上部の面（Ｚ方向＋側の面）からその固化層の上部に形成された材料層の表面（Ｚ方向＋側の面）までの厚さである。
上述したブレード２２１の移動速度と、ブレード２２１により粉末材料に加える圧力と、ブレード２２１の待機時間とは演算装置５０によって変更可能に制御される。なお、材料層の形成については、詳細を後述する。
なお、本実施の形態では、材料層形成部材として、板状のブレード２２１を例に挙げて説明を行うが、材料層形成部材は、ローラーやその他の材料層を形成するために使用可能な部材でよい。例えばローラーが材料層形成部材として用いられる場合には、ローラーは、回転軸がＹ軸方向に沿うように取り付けられ、駆動機構によってＸ方向に沿って移動するとき、回転しながら移動する。これにより、ローラーは、粉末材料Ｐに圧力を加えながら粉末材料Ｐを造形槽３１に一定の厚さΔｄで敷き詰める。
造形部３０の造形槽３１は、材料層の形成と、形成された材料層を固化させた固化層の造形とを繰り返し、複数の固化層をＺ方向に沿って積層することによって三次元状の造形物を造形するための造形作業用の容器である。本実施の形態における固化層は、後述するように、レーザ光の照射により材料層を形成する粉末材料Ｐを加熱し、加熱により粉末材料Ｐが溶融し、凝固して造形された層である。造形槽３１の底面であるベースプレート３１１は、形成された材料層と、固化層とをＺ方向－側から支持する支持部材である。ベースプレート３１１は、造形槽３１に含まれるたとえばモータ等の駆動機構３１２により上下方向（Ｚ方向）に沿って移動する。詳細を後述するように、ベースプレート３１１上に供給された粉末材料Ｐにより形成された材料層をレーザ光の照射により加熱して固化層が造形されると、ベースプレート３１１は下方向（Ｚ方向－側）に移動し、次いで、固化層の上部表面（Ｚ方向＋側）に新たな材料層が形成される。この新たな材料層が固化されて新たな固化層が造形される。ベースプレート３１１は、材質やＺ方向の厚みが異なる複数の種類のプレートの間で交換可能に造形槽３１に取り付けられている。言い換えると、ベースプレート３１１は、剛性が異なる複数の種類のプレートの間で交換可能に造形槽３１に取り付けられているとも言える。
ベースプレート３１１には、ベースプレート３１１を加熱するためのヒーター３１３が設けられる。ヒーター３１３は、後述する演算装置５０による制御により、ベースプレート３１１に支持される材料層や固化層が所望の温度となるように加熱（予熱）する。ヒーター３１３は、既存の加熱方式のヒーターが用いられる。なお、ヒーター３１３として、ペルチェ素子などの温調素子が用いられてもよい。このヒーター３１３は、造形槽３１内の材料層や固化層を加熱（予熱）する。ヒーター３１３は、材料層を構成する粉末材料Ｐがレーザ光の照射により加熱される前に、予め粉末材料Ｐを予熱して温度を高くする。これにより、レーザ光の照射により加熱される粉末材料Ｐの温度が所望の温度（たとえば融点）まで上昇するために必要な熱量が少なくなる。また、ヒーター３１３は、造形された固化層を加熱する。これにより、固化層の冷却時に残留応力が発生することが抑制されたり、固化層に発生してしまった残留応力が緩和される。
造形部３０の造形光学部３５は、取得部３１０と、照射部３２と、走査部３３と、フォーカスレンズ３２３とを有する。取得部３１０は、詳細を後述する撮像装置４１と、二分岐光学系４２と、色収差補正光学系４３と、ハーフミラー３０１と、視野絞り３０２とを有する。取得部３１０は、粉末材料Ｐが溶融している溶融部を含む所定領域（粉末材料Ｐが溶融している溶融部、まだ溶融していない未溶融の粉末材料Ｐ（材料層）、溶融後に凝固した領域等）の少なくとも一部の情報を取得する（詳細は後述する）。なお、ハーフミラー３０１は、詳細を後述する造形光学部３５の各構成の配置に応じて、取得部３１０に含まれなくてもよい。
ここで、取得部３１０は、照射部３２や走査部３３と一体的に構成されているため、説明の便宜上、造形光学部３５の一部（つまり、造形部３０の一部）として説明する。しかしながら、取得部３１０は、当該取得部３１０以外の造形部３０の構成（つまり、造形槽３１、照射部３２、フォーカスレンズ３２３、および走査部３３）とは異なる機能（後述する、粉末材料Ｐが溶融している溶融部を含む所定領域の少なくとも一部の情報を取得する機能）を備える構成であることから、造形部３０とは別個の構成として表すこともできる。この場合、造形部３０は、照射部３２と走査部３３とフォーカスレンズ３２３とを有する造形光学部３５と、造形槽３１と、を有する構成となる。また、この場合、ハーフミラー３０１は、造形光学部３５の一部でもあるため、取得部３１０ではなく、造形光学部３５の構成として表すこともできる。
照射部３２は、一例として、材料層に照射して加熱するための照射光としてレーザ光を出射するレーザ発振器３２１と、レーザ発振器３２１から出射されたレーザ光を平行光にコリメートするコリメータレンズ３２２とを含む（図２参照）。レーザ発振器３２１として、たとえば炭酸ガスレーザや、Ｎｄ：ＹＡＧレーザや、ファイバレーザ等が使用可能である。
レーザ発振器３２１は、たとえば共振器ミラー等からなり、レーザ媒質に満たされた増幅器と、励起光源とを有する。励起光源の光によって励起されたレーザ媒質から発せられた光は、増幅器内における反射の繰り返しを経て発振し、レーザ発振器からレーザ光として出射する。レーザ発振器３２１は、レーザ光の発振モード（発振形態）として、励起光源を連続的に点灯させるＣＷ（連続派）発振や、励起光源をパルス的に点灯し、励起光源の点灯時間幅と電流値を電気的に制御することによりレーザ光の出力波形を制御する通常パルス発振や、短時間でパルス幅の狭いピーク出力の大きなレーザ光を出射するＱスイッチパルス発振等が含まれる。レーザ発振器３２１は、たとえば波長が１０７０ｎｍのレーザ光を出射する。なお、レーザ発振器３２１は、他の波長の光、たとえば８００ｎｍより大きな赤外光や、４００ｎｍ～８００ｎｍの範囲の可視光や、４００ｎｍより短い紫外光を出射してよい。なお、照射部３２の具体的な構成については、説明を後述する。また、照射部３２は、演算装置５０からの制御により、公知の形状可変ミラー等によって、レーザ発振器３２１からのレーザ光の強度分布をガウシアン分布とトップハット分布等との間で切換えて出射する。
また、照射部３２は、レーザ光に代えて既存の発光ダイオード（ＬＥＤ）や電子線、陽子線、中性子線などの既存の粒子線を材料層に照射し、粉末材料Ｐを加熱してもよい。本実施の形態においては、照射部３２として、既存のレーザ光や既存の発光ダイオードや既存の粒子線等を含むエネルギー線を出射可能なものが適用される。
走査部３３は、ガルバノミラーにより構成され、照射部３２から出射されたレーザ光を材料層上でＸ方向およびＹ方向の少なくとも一方に沿って走査する。なお、走査部３３の具体的な構成については、説明を後述する。
撮像装置４１は、照射部３２からのレーザ光により照射され溶融した材料層の溶融部とその近傍の所定の領域を撮像して、材料層の溶融部とその近傍を含む所定の領域の像の画像データを生成する。生成される画像データは、材料層の溶融部とその近傍を含む所定の領域からの光を後述する撮像素子４１１により光電変換して得られた各画素の信号強度である。生成された画像データは、後述する演算装置５０に出力される。なお、撮像装置４１の具体的な構成については、説明を後述する。
なお、上述のように、造形光学部３５は、材料層にレーザ光を照射する構成と、材料層の像を撮像する構成とを一部共有しているため、撮像光学系とも言うことができる。
筐体１０は、材料供給槽２１と、リコーター２２と、固化層が収容される造形槽３１とを内部に収容する。なお、材料供給槽２１の底面２１１を移動させる駆動機構２１２の一部や、造形槽３１のベースプレート３１１を移動させる駆動機構３１２の一部は筐体１０の内部に収容されていなくてもよい。筐体１０には吸気口１１と排気口１２とが形成される。吸気口１１には、たとえばアルゴンや窒素等の不活性ガスが充填されたタンク１３がバルブ等の吸気装置１３１を介して接続される。排気口１２には、たとえば真空ポンプ等を備える排気装置１４が接続される。演算装置５０に制御された排気装置１４と吸気装置１３１とは、設定された筐体１０内の圧力が得られるように、筐体１０内部を排気する。また、吸気装置１３１は、タンク１３に充填された不活性ガスを筐体１０の内部に導入することにより、筐体１０内の酸素濃度を下げる。筐体１０内の酸素濃度が下がるので、粉末材料Ｐの酸化が防止される。筐体１０の内部に導入される不活性ガスの流量および流速は、吸気装置１３１のバルブの開度および排気装置１４の排気量により制御される。筐体１０には、内部を加熱するヒーター１５が設けられ、後述する演算装置５０により制御されて筐体１０の内部が所望の温度となるように加熱される。ヒーター１５は、既存の加熱方式のヒーターが用いられる。なお、ヒーター１５として、ペルチェ素子などの温調素子が用いられてもよい。このヒーター１５は、筐体１０内を加熱することにより、造形槽３１内の材料層や固化層を加熱する。ヒーター１５は、材料層を構成する粉末材料Ｐがレーザ光の照射により加熱される前に、粉末材料Ｐの温度を予め高くする。これにより、レーザ光に照射された粉末材料Ｐの温度が所望の温度（たとえば融点）まで上昇するため必要な熱量が少なくなる。
以上のようにして、筐体１０内の酸素濃度、不活性ガスの流量および流速、不活性ガスの種類、筐体１０内の圧力、筐体１０内の温度を含む筐体１０の内部の雰囲気が制御される。また、照射部３２からのレーザ光を透過させるため、筐体１０の上面（Ｚ方向＋側）のうちの少なくとも一部の領域はガラス等の透光性を有する部材により形成される。この一部の領域は、たとえば、走査部３３から材料層上に向かうレーザ光の光路と交差する領域である。
ここで、図２を参照しながら造形光学部３５の具体的な構成と配置の一例について説明する。
図２に示すように、照射部３２のレーザ発振器３２１からＺ方向－側に向けて出射したレーザ光は、ハーフミラー３０１によりＸ方向＋側へ反射され、フォーカスレンズ３２３を通過して走査部３３に入射する。なお、照射部３２からのレーザ光の出射方向はＺ方向－側に限定されず、ハーフミラー３０１がレーザ光を反射する方向はＸ方向＋側に限定されない。照射部３２が配置される位置と、材料層の位置および／または造形光学部３５の他の構成が配置される位置との関係に基づいて、レーザ光の出射方向やハーフミラー３０１の反射方向は適宜好ましい方向となるように決められる。
フォーカスレンズ３２３は、凹レンズ３２３ａと凸レンズ３２３ｂとを有する。後述するガルバノミラー３３１、３３２で反射したレーザ光の焦点位置（焦点距離）を調整するために、凹レンズ３２３ａは、演算装置５０に制御されて不図示の駆動機構によりＸ方向に沿って移動可能に構成されている。したがって、この凹レンズ３２３ａのＸ方向の位置に応じて、材料層上のレーザ光の光束径（スポットサイズ）が調整できる。この場合、後述するガルバノミラー３３１、３３２の駆動（すなわち、ガルバノミラー３３１、３３２の角度の変化）により、レーザ光が材料層の表面に到達するまでに進む距離が変動するため、フォーカスレンズ３２３は、ガルバノミラー３３１、３３２で反射したレーザ光の集光点と、材料層の表面とが合うように、ガルバノミラー３３１、３３２の駆動に応じて、レーザ光の焦点位置を調整することができる。
また、必ずしもガルバノミラー３３１、３３２の駆動に伴い、レーザ光の集光点と材料層の表面とが合うように、レーザ光の焦点位置が調整されなくてもよい。例えば、材料層上におけるレーザ光の照射位置毎にレーザ光の光束径（スポットサイズ）を変更するように、ガルバノミラー３３１、３３２の駆動（ガルバノミラー３３１、３３２の角度の変化）に応じて、演算装置５０に制御された不図示の駆動機構により凹レンズ３２３ａの位置を制御してもよい。なお、凹レンズ３２３ａが移動可能に構成されていなくてもよく、凸レンズ３２３ｂが不図示の駆動機構によりＸ方向に移動可能に構成されていてもよいし、凹レンズ３２３ａと凸レンズ３２３ｂの両方のレンズが不図示の駆動機構によりＸ方向に移動可能に構成されていてもよい。また、フォーカスレンズ３２３は、凹レンズ３２３ａと凸レンズ３２３ｂを含む所謂、ガリレオ型でなくてもよく、他の既存の光学系を採用することもできる。
なお、フォーカスレンズ３２３の凹レンズ３２３ａや凸レンズ３２３ｂがＸ方向に移動可能に構成されるものに限定されない。フォーカスレンズ３２３が配置される位置と、造形光学部３５の他の構成が配置される位置との関係に基づいて、凹レンズ３２３ａや凸レンズ３２３ｂの移動方向は適宜好ましい方向となるように決められる。
走査部３３は、ガルバノミラー３３１と３３２とを有する。ガルバノミラー３３１は、Ｚ軸に対して所定の角度傾いた状態で配置される。ガルバノミラー３３１のＺ軸に対する傾き角度は、演算装置５０からの制御により変更される。ガルバノミラー３３１は、フォーカスレンズ３２３からＸ方向＋側へ進むレーザ光を、ガルバノミラー３３１よりもＺ方向＋側に設けられたガルバノミラー３３２へ向けて反射する。
ガルバノミラー３３２は、ＸＹ平面に対して所定の角度傾いた状態で配置される。ガルバノミラー３３２のＸＹ平面に対する傾き角度は、演算装置５０からの制御により変更される。ガルバノミラー３３１で反射されたレーザ光は、ガルバノミラー３３２で反射され、材料層の表面に導かれる。ガルバノミラー３３１のＺ軸に対する傾き角度と、ガルバノミラー３３２のＸＹ平面に対する傾き角度とが変更されることにより、レーザ光が照射される材料層上の位置がＸ軸およびＹ軸の少なくとも一方に沿って移動する。これにより、レーザ光に照射される材料層上での位置をＸＹ平面上で移動、すなわち走査させることができる。
なお、ガルバノミラー３３１、３３２の配置や、ガルバノミラー３３１によるレーザ光の反射方向は上述した配置や反射方向に限定されない。走査部３３が配置される位置と、造形光学部３５の他の構成が配置される位置との関係に基づいて、ガルバノミラー３３１、３３２の配置や、ガルバノミラー３３１によるレーザ光の反射方向は適宜好ましい配置や反射方向となるように決められる。
上記のガルバノミラー３３１、３３２で設定される走査角度量が増加すると、レーザ光の走査距離が増加する。走査距離は、レーザ光に照射される材料層上の位置（照射位置）がＸＹ平面上で移動するときの照射位置の移動距離である。また、ガルバノミラー３３１、３３２の傾き角度を変更する速度が増加すると、レーザ光の走査速度が増加する。走査速度は、材料層上での照射位置がＸＹ平面上で移動するときの速度のことである。すなわち、演算装置５０は、ガルバノミラー３３１，３３２の走査角度量や変更速度を制御することにより、レーザ光の走査距離や走査速度を制御する。
ガルバノミラー３３１、３３２の傾き角度により材料層の表面上にてレーザ光の照射位置が決まる。後述する撮像装置４１により撮像が行われた際には、生成された画像データは、照射位置情報と、時間情報とに関連付けされて記憶部５８に記憶される。照射位置情報は、レーザ光の照射位置を示す情報である。上述したようにレーザ光の照射位置はガルバノミラー３３１、３３２の傾き角度により移動するので、エンコーダ等により検出されたガルバノミラー３３１、３３２の傾き角度に基づいて材料層上でのレーザ光の照射位置が算出される。また、画像データに関連付けされる照射位置情報は、ガルバノミラー３３１、３３２の傾き角度であってもよい。時間情報とは、レーザ光の照射開始時を基準として撮像装置４１により撮像が行われたタイミングを示す時間情報である。
なお、走査部３３が上述したガルバノミラー３３１、３３２によって構成されるものに限定されない。たとえば、走査部３３は、造形槽３１のベースプレート３１１をＸ方向およびＹ方向の少なくとも一方に沿って移動させる駆動機構によって構成されてよい。この場合、駆動機構は、モータやＸ方向に延在するガイドレールやＹ方向に延在するガイドレール等により構成され、ベースプレート３１１をＸＹ平面上で移動させる。これにより、レーザ光の照射位置と材料層とのＸＹ平面上での相対的な位置関係が変更され、レーザ光が材料層上で走査される。この場合、上記のガルバノミラー３３１、３３２によるレーザ光のＸＹ平面における照射位置の移動と、ベースプレート３１１の移動による材料層のＸＹ平面における移動とが行われることによりレーザ光が走査されてもよい。また、上記のガルバノミラー３３１、３３２の傾き角度が固定され、ベースプレート３１１の移動による材料層のＸＹ平面における移動のみが行われることによりレーザ光が走査されてもよい。レーザ光とベースプレート３１１（すなわち、材料層）とのＸＹ平面上での相対的な位置関係を変更する構成は、上述の構成に限られず、他の既存の構成を適用することもできる。
材料層上のうち、粉末材料Ｐが溶融している溶融部を含む所定領域（粉末材料Ｐが溶融している溶融部、まだ溶融していない未溶融の粉末材料Ｐ（材料層）、溶融後に凝固した領域等）の少なくとも一部の領域からの光（以降、説明の便宜上、熱放射光と称する）は、レーザ光と同軸の光路を反対方向に進む。すなわち、熱放射光は、材料層表面からＺ方向＋側に向けて進み、ガルバノミラー３３２によりガルバノミラー３３１に向けて反射され、ガルバノミラー３３１にてＸ方向－側に反射される。Ｘ方向－側に進む所定領域からの光は、フォーカスレンズ３２３に入射し、凸レンズ３２３ｂと凹レンズ３２３ａを通過して、平行光束となる。フォーカスレンズ３２３を通過した熱放射光は、ハーフミラー３０１を透過し、Ｘ方向－側へ進み、色収差補正光学系４３に入射する。なお、レーザ光を反射し、熱放射光を透過する光学部材はハーフミラーでなくてもよい。たとえば、ダイクロックミラーなどの既存の光学部材でもよい。
色収差補正光学系４３は、フォーカスレンズ３２３の通過により、熱放射光に発生している軸上色収差、倍率色収差等を補正する。色収差補正光学系４３は、第１レンズ４３１と、第２レンズ４３２と、第３レンズ４３３とを含み、この順序にてＸ方向＋側から配置される。第１レンズ４３１と第２レンズ４３２とは、それぞれ凸レンズと凹レンズとを組み合わせた接合レンズである。第１レンズ４３１は正の屈折率を有し、第２レンズ４３２は負の屈折率を有し、第３レンズは正の屈折率を有する。第１レンズ４３１と第２レンズ４３２とは、ハーフミラー３０１を透過して入射した熱放射光を平行光束の状態でＸ方向－側の第３レンズ４３３に入射させ、第３レンズ４３３はこの平行光束を集光して一次像面を形成させる。この一次像面で軸上色収差や倍率色収差が生じないように第１レンズ４３１と第２レンズ４３２と第３レンズ４３３との分散が決定される。この場合、第１レンズ４３１および第２レンズ４３２を透過した熱放射光に含まれる色収差が、第３レンズ４３３の集光により生じる色収差によって打ち消されるように、各レンズの分散が決まっている。
なお、色収差補正光学系４３の第１レンズ４３１、第２レンズ４３２、第３レンズ４３３がＸ方向に沿って配置されるものに限定されない。色収差補正光学系４３が配置される位置と、造形光学部３５の他の構成が配置される位置との関係に基づいて、第１レンズ４３１、第２レンズ４３２、第３レンズ４３３が配置される方向は適宜好ましい方向となるように決められる。
一次像面には視野絞り３０２が配置される。熱放射光が視野絞り３０２に設けられた開口をＸ方向－側へ向けて通過することにより、後述する撮像装置４１に入射する光束が結像して生成される画像（画像データ）の視野が制限される。本実施の形態では、視野絞り３０２の開口は、レーザ光の照射位置を含む所定領域の画像（画像データ）が生成されるようにその開口の大きさが決定されている。これにより、材料層上の所定領域外の像が画像（画像データ）上に含まれることが抑制される。視野絞り３０２を通過した熱放射光は、視野絞り３０２のＸ方向－側に配置された二分岐光学系４２に入射する。
二分岐光学系４２は、対物レンズ４２１と、光束分割部４２２と、光束偏向部４２３、４２４と、光束合成部４２５と、結像レンズ４２６と、第１フィルタ４２７と、第２フィルタ４２８とを有する。対物レンズ４２１はコリメートレンズであり、視野絞り３０２から到達した熱放射光を平行光にコリメートする。光束分割部４２２は、たとえばダイクロックミラーやビームスプリッター等により構成され、熱放射光のうち特定波長の光束を透過し、特定波長以外の光束を反射する。本実施の形態では、光束分割部４２２は、入射した熱放射光のうち波長がλ１の光を透過して、Ｘ方向－側に設けられた第１フィルタ４２７へ導き、波長がλ２の光を反射して、Ｚ方向＋側に設けられた光束偏向部４２３へ導く。光束偏向部４２３は、たとえばダイクロイックミラー等により構成され、波長がλ２の光を反射して、Ｘ方向－側に設けられた第２フィルタ４２８へ導く。なお、本実施の形態では、波長λ１を、たとえば１２５０［ｎｍ］とし、波長λ２を、たとえば１６００［ｎｍ］であるものとして説明を行うが、波長λ１、λ２は上記の値に限定されるものではない。
第１フィルタ４２７は、波長がλ１の光を透過させるバンドパスフィルタである。光束分割部４２２を透過した波長がλ１の光は、第１フィルタ４２７を透過し、Ｘ方向－側に配置された光束偏向部４２４に入射する。第２フィルタ４２８は、波長がλ２の光を透過させるバンドパスフィルタである。光束偏向部４２３で反射した波長がλ２の光は、第２フィルタ４２８を透過し、光束合成部４２５に入射する。光束偏向部４２４は、たとえばダイクロイックミラー等により構成され、光束の反射面はＸＹ平面に対して所定の傾き角度となるように配置される。
光束合成部４２５は、たとえばダイクロイックミラー等により構成され、光束の反射面はＸＹ平面に対して所定の傾き角度となるように配置される。光束偏向部４２４で反射された波長がλ１の光は、Ｚ方向＋側に向けて進み、光束合成部４２５を透過して結像レンズ４２６により集光されて撮像装置４１に入射する。光束合成部４２５に入射した波長がλ２の光は、光束合成部４２５で反射された後に、Ｚ方向＋側へ向けて進み、結像レンズ４２６により集光されて撮像装置４１に入射する。ここで、光束偏向部４２４の反射面の傾き角度と光束合成部４２５の反射面の傾き角度とは互いに異なる角度となるように配置される。このため、光束偏向部４２４からの波長がλ１の光と、光束合成部４２５からの波長がλ２の光とは、結像レンズ４２６に対して異なる角度で入射することとなり、後述する撮像装置４１が有する撮像素子４１１の撮像面上で異なる位置に集光する。
本実施の形態においては、光束偏向部４２４と光束合成部４２５の反射面がＸＹ平面となす角度が変更可能に構成される。すなわち、光束偏向部４２４と光束合成部４２５の反射面を駆動させる駆動機構（不図示）が設けられ、駆動機構は演算装置５０からの制御に従って、光束偏向部４２４と光束合成部４２５の反射面を駆動して、反射面がＸＹ平面となす角度を変更する。これにより、波長λ１の光と波長λ２の光との撮像素子４１１上への入射位置がリアルタイムに変更される。
なお、上述した光束分割部４２２の反射面と、光束偏向部４２３の反射面とがＸＹ平面となす角度が変更可能に構成されてもよい。すなわち、光束分割部４２２の反射面と、光束偏向部４２３の反射面を駆動させる駆動機構（不図示）が設けられ、駆動機構は演算装置５０からの制御に従って、光束分割部４２２の反射面と、光束偏向部４２３の反射面を駆動して、反射面がＸＹ平面となす角度を変更してよい。また、光束分割部４２２の反射面と、光束偏向部４２３の反射面とが駆動機構により駆動される例に限定されず、光束分割部４２２の反射面と、光束偏向部４２３の反射面とがユーザにより手動で調整されてもよい。この手動による調整は、たとえば造形装置１を納入した際の装置の立ち上げ時や、造形装置１のメンテナンスの時に行われる。
また、二分岐光学系４２の各構成の配置や、熱放射光の反射方向は、上述した配置や反射方向に限定されない。二分岐光学系４２が配置される位置と、造形光学部３５の他の構成が配置される位置との関係に基づいて、二分岐光学系４２の各構成の配置や、熱放射光の反射方向は適宜好ましい配置や反射方向となるように決められる。
撮像装置４１は、たとえばＣＭＯＳ、ＣＣＤ等により構成される撮像素子４１１や、撮像素子４１１で光電変換された画像信号を読み出す読出し回路や、撮像素子４１１の駆動を制御する制御回路等を有する。撮像装置４１に入射した熱放射光は、結像レンズ４２６により撮像素子４１１の撮像面上に集光する。撮像装置４１は、入射した光束を光電変換し、画像データを生成して演算装置５０に出力する。
上述したように、光束偏向部４２４の反射面の傾き角度と光束合成部４２５の反射面の傾き角度とは互いに異なる角度となるように配置されている。このため、材料層の所定領域からの熱放射光のうち、光束偏向部４２４で反射された波長λ１の光と、光束合成部４２５で反射された波長λ２の光とは、結像レンズ４２６に対して異なる角度で入射することとなり、撮像素子４１１の撮像面上の異なる位置に集光する。すなわち、材料層の所定領域からの熱放射光のうち波長の異なる２つの光によるそれぞれの像が、同一画像上の（同一画像データ上の）異なる位置に現れる。
なお、上述したように、光束偏向部４２２、４２３の反射面がＸＹ平面となす角度と、光束偏向部４２４、光束合成部４２５の反射面がＸＹ平面となす角度とが変更可能である。このため、演算装置５０が、光束偏向部４２４、光束合成部４２５の反射面がＸＹ平面となす角度とを制御することにより、熱放射光のうち波長λ１の光が撮像素子４１１上で集光する位置と、波長λ２の光が撮像素子４１１上で集光する位置との間の相対的な位置関係の調整が可能になる。なお、上述したように、光束分割部４２２の反射面と、光束偏向部４２３の反射面との角度が変更可能な場合には、光束分割部４２２の反射面と、光束偏向部４２３の反射面との角度を変更することによっても、波長λ１の光と波長λ２の光が撮像素子４１１上で集光する位置の調整が可能になる。
図２に示す上述した構成を有することにより、レーザ光を照射させるための光学系と、撮像装置４１で撮像するための光学系とが同軸に配置される。これにより、光学系の構成が簡素になり装置の大型化が抑制される。
また、二分岐光学系４２が設けられることにより、異なる２つの波長λ１とλ２の光が撮像素子４１１の異なる位置に集光される。すなわち、粉末材料Ｐのうち溶融している溶融部を含む所定領域（粉末材料Ｐが溶融している溶融部、まだ溶融していない未溶融の粉末材料Ｐ（材料層）、溶融後に凝固した領域等）からの熱放射光の波長の異なる２つの光によるそれぞれの像が、同一画像上（同一画像データ上）の異なる位置に現れる。後述する演算装置５０の検出部５４は、後述する公知の二色法を用いて、この同一画像（同一画像データ）上の異なる位置の像のそれぞれの輝度情報の比を、粉末材料Ｐのうち溶融している溶融部を含む所定領域（粉末材料Ｐが溶融している溶融部、まだ溶融していない未溶融の粉末材料Ｐ（材料層）、溶融後に凝固した領域等）の温度に換算する。ここで、輝度情報とは、輝度値や輝度に関する値である。レーザ光が照射された材料層では、詳細を後述するように、粉末材料Ｐが溶融した領域と、また溶融していない未溶融の粉末材料Ｐと、溶融後に凝固した領域とが存在するため相状態が異なる。このため、材料層の所定領域内では相状態ごとに光の放射率が異なる。また、粉末材料Ｐの種類によっても光の放射率が異なる。
また、詳細を後述するように、レーザ光が照射されることにより粉末材料Ｐが溶融している領域からはヒュームが発生する。ヒュームは、レーザ光の照射による加熱で粉末材料Ｐが蒸気となり、その蒸気が空気中で冷却されて固体となって浮遊する多数の細かい粒子である。２つの波長を含む熱放射光はヒュームによる散乱により減衰する。しかし、二色法においては、波長λ１の光に基づいて生成された画像データの輝度情報と波長λ２の光に基づいて生成された画像データの輝度情報との比（例えば、輝度値の比）に基づいて、温度に換算するので、粉末材料Ｐのうち溶融している溶融部を含む所定領域（粉末材料Ｐが溶融している溶融部、まだ溶融していない未溶融の粉末材料Ｐ（材料層）、溶融後に凝固した領域等）の放射率や２つの波長を含む熱放射光はヒュームによる散乱の影響を受けない。このため、撮像装置４１で生成された画像データに基づいて、レーザ光に照射されている粉末材料Ｐの状態や、ヒューム等の影響を受けることなく材料層の温度に関する情報が取得される。
なお、造形光学部３５の構成と配置は、上記の図２に示す例に限定されない。
たとえば、取得部３１０が２つの撮像装置４１を有し、一方の撮像装置で熱放射光のうちの波長λ１の光を撮像し、他方の撮像装置で熱放射光のうちの波長λ２の光を撮像してよい。一方の撮像装置が有する撮像素子の撮像面はＹＺ平面に平行であり、他方の撮像装置が有する撮像素子の撮像面はＸＹ平面に平行となるように２つの撮像装置が配置される。二分岐光学系４２は、図２に示す、光束分割部４２２と、第１フィルタ４２７と、第２フィルタ４２８とを有する。また、図２に示す視野絞り３０２は設けられない。色収差補正光学系４３の第３レンズ４３３は、２つの撮像装置４１のそれぞれの前面に配置される。すなわち、色収差補正光学系４３の第２レンズ４３２と第３レンズ４３３との間に、二分岐光学系４２の第１フィルタ４２７、第２フィルタ４２８および光束分割部４２２が配置される。色収差補正光学系４３の第１レンズ４３１および第２レンズ４３２を通過した光束は、光束分割部４２２により波長λ１の光が透過して第１フィルタ４２７を透過してＸ方向－側へ進み、一方の第３レンズ４３３により一方の撮像装置の撮像素子に集光する。光束分割部４２２により反射された波長λ２の光はＺ方向＋側へ進み、第２フィルタ４２８を透過し、他方の第３レンズ４３３により他方の撮像装置の撮像素子に集光する。これにより、それぞれの撮像装置は、互いに異なる波長ごとの画像データの生成が可能になる。
また、取得部３１０は、例えば、図２に示す二分岐光学系４２に代えて、透過する光の波長を切り替え可能なフィルタを用いてよい。このフィルタは、色収差補正光学系４３の第２レンズ４３２と第３レンズ４３３との間に配置され、波長λ１の光を透過する領域（第１領域）と、波長λ２の光を透過する領域（第２領域）とを有する。フィルタの第１領域と第２領域とは、所定の時間間隔ごとに、熱放射光の光路上に交互に挿入される。たとえば、円板状の部材（ターレット）に波長透過率の異なる複数のフィルタが設けられ、ターレットの面がＹＺ平面と平行に配置され、不図示の駆動機構によりターレットの中心を回転中心として回転可能に構成される。例えば、ターレットに波長透過率の異なる複数のフィルタとして、第１フィルタと第２フィルタとが設けられているとすると、駆動機構によりターレットが回転すると、回転速度に応じた時間間隔で、第１フィルタと第２フィルタとが熱放射光の光路上に交互に挿入される。このため、第１フィルタが光路上に挿入されている間は、熱放射光のうち波長λ１の光が透過して第３レンズ４３３により撮像装置４１の撮像素子４１１に集光し、第２フィルタが光路上に挿入されている間は、波長λ２の光が透過して第３レンズ４３３により撮像素子４１１に集光する。これにより、ターレットの回転速度に応じた時間間隔ごとに、撮像装置４１は、波長λ１の光に基づく画像データの生成と、波長λ２の光に基づく画像データの生成とを行う。なお、この場合には、図２に示す視野絞り３０２は設けられない。これにより、撮像装置４１は、異なる波長ごとの画像データをターレットの回転速度に応じた時間間隔ごとに生成することができる。
または、撮像装置４１の撮像素子４１１上に、撮像素子４１１を構成する画素の配置に応じて、波長λ１と波長λ２のそれぞれの波長を選択するためのフィルタが配置されてもよい。この場合、図２に示す二分岐光学系４２、視野絞り３０２は設けられない。これにより、波長λ１とλ２の画像データの生成が可能となる。
または、図３（ａ）に示すように、材料層上におけるレーザ光の焦点位置を調整する第１フォーカスレンズ３２４と、材料層からの放射光の撮像素子４１１上での焦点位置を調整する第２フォーカスレンズ３２５とを有してもよい。第１フォーカスレンズ３２４および第２フォーカスレンズ３２５とは、図２に示すフォーカスレンズ３２３が有する凹レンズ３２３ａと凸レンズ３２３ｂと同様の凹レンズ３２４ａ、３２５ａと凸レンズ３２４ｂ、３２５ｂとを有する。
図３（ａ）に示す例では、レーザ発振器３２１からのレーザ光はＺ方向＋側に進み、第１フォーカスレンズ３２４を透過し、ハーフミラー３０１を透過して走査部３３に入射する。熱放射光は、走査部３３を介してハーフミラー３０１に入射し、ハーフミラー３０１で反射されてＺ方向＋側に進む。熱放射光は第２フォーカスレンズ３２５を透過し、図２に示す場合と同様の構成を有する色収差補正光学系４３を透過して、二分岐光学系４２に入射する。二分岐光学系４２も図２に示す場合と同様の構成を有するので、熱放射光は２つの波長に分割された光となり、それぞれの光は撮像装置４１の撮像素子４１１上の異なる位置に集光する。
なお、レーザ発振器３２１と第１フォーカスレンズ３２４とがＺ方向に沿って配置され、第２フォーカスレンズ３２５と色収差補正光学系４３と二分岐光学系４２とがＸ方向に沿って配置されてもよい。
換言すると、図３（ａ）に示す例においては、取得部３１０は、撮像装置４１と、二分岐光学系４２と、色収差補正光学系４３と、第２フォーカスレンズ３２５と、ハーフミラー３０１とを有する。これにより、取得部３１０は、粉末材料Ｐのうち溶融している溶融部を含む所定領域（粉末材料Ｐが溶融している溶融部、まだ溶融していない未溶融の粉末材料Ｐ（材料層）、溶融後に凝固した領域等）の情報を取得する。
なお、取得部３１０は、当該取得部３１０以外の造形部３０の構成とは異なる機能（粉末材料Ｐが溶融している溶融部を含む所定領域の少なくとも一部の情報を取得する機能）を備える構成であることから、造形部３０（造形光学部３５）とは別個の構成として表すこともできる。また、この場合、ハーフミラー３０１は、造形光学部３５の一部でもあるため、取得部３１０ではなく、造形光学部３５の構成として表すこともできる。
または、図３（ｂ）に示すように、フォーカスレンズ３２３に代えてｆθレンズ３２６が走査部３３と材料層との間に設けられてよい。ｆθレンズ３２６は、ｆθレンズ３２６の焦点距離をｆとした場合、入射角度θの光を像高ｆ×θの位置に集光するレンズである。このため、走査部３３によりレーザ光が走査された際、ガルバノミラー３３１、３３２の傾き角度によって入射角度が変化したレーザ光の焦点を同一平面上（すなわち材料層上）の異なる位置に設定する。
この場合、照射部３２から出射したレーザ光はＸ方向＋側に進み、ハーフミラー３０１を透過し、走査部３３およびｆθレンズ３２６を介して材料層に照射される。熱放射光は、ｆθレンズ３２６および走査部３３を介してハーフミラー３０１に到達し、ハーフミラー３０１にてＺ方向＋側に反射され、第１レンズ４３１および二分岐光学系４２を介して撮像装置４１に入射する。これにより、図２に示す場合と同様に、異なる波長ごとの画像データの生成が可能となる。
なお、レーザ発振器３２１がＺ方向に沿って配置され、第１レンズ４３１と二分岐光学系４２とがＸ方向に沿って配置されてもよい。
換言すると、取得部３１０は、図３（ｂ）に示す撮像装置４１と、二分岐光学系４２と、色収差補正光学系４３と、ハーフミラー３０１とを有する。これにより、取得部３１０は、粉末材料Ｐのうち溶融している溶融部を含む所定領域（粉末材料Ｐが溶融している溶融部、まだ溶融していない未溶融の粉末材料Ｐ（材料層）、溶融後に凝固した領域等）の情報を取得する。
なお、取得部３１０は、当該取得部３１０以外の造形部３０の構成とは異なる機能（粉末材料Ｐが溶融している溶融部を含む所定領域の少なくとも一部の情報を取得する機能）を備える構成であることから、造形部３０（造形光学部３５）とは別個の構成として表すこともできる。また、この場合、ハーフミラー３０１は、造形光学部３５の一部でもあるため、取得部３１０ではなく、造形光学部３５の構成として表すこともできる。
なお、検出部５４は、二色法を用いなくてもよい。例えば、粉末材料Ｐが溶融している溶融部を含む所定領域の少なくとも一部からの熱放射光の任意の１種類の波長の光による画像データに基づいて、温度画像データを生成してもよい。この場合、取得部３１０の二分岐光学系４２を対物レンズ４２１と、任意の１種類の波長を選択するためのフィルタと、結像レンズ４２６を含む構成に置き換えてもよい。また、この場合、取得部３１０の色収差補正光学系４３が無くてもよい。なお、検出部５４は、任意の１種類の波長の光だけでなく、任意の３種類以上の波長の光による画像データに基づいて、温度画像データを生成してもよい。この場合であっても、取得部３１０の二分岐光学系４２における光路の分岐を増やすように構成すればよい。
図１の演算装置５０は、マイクロプロセッサやその周辺回路等を有しており、不揮発性の記憶媒体（たとえばフラッシュメモリ等）により構成される記憶部５８に予め記憶されている制御プログラムを読み込んで実行することにより、造形装置１の各部を制御するプロセッサーである。演算装置５０は、設定部５９と、検出部５４と、出力部５５と、演算部５６と、判定部５７とを備える。なお、演算装置５０は、ＣＰＵや、ＡＳＩＣや、プログラマブルＭＰＵ等により構成されてよい。
設定部５９は、後述する出力部５５から出力される状態情報に基づいて、造形装置１が三次元造形物を造形するための各種の条件（造形条件）を設定する。なお、状態情報については説明を後述する。設定部５９は、材料制御部５１と、造形制御部５２と、筐体制御部５３とを備える。
材料制御部５１は、材料層を形成するための条件である材料層形成条件に従って、材料層形成部２０の動作を制御する。材料層形成条件には、ブレード２２１の移動速度と、ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力と、ブレード２２１の待機時間と、ブレード２１１の材質と、が含まれる。また、材料制御部５１は、粉末材料Ｐに関連する条件に従って、材料層形成部２０の動作を制御する。粉末材料Ｐに関連する条件としては、詳細を後述する、粉末材料Ｐの粒径・粒度分布と、粉末材料Ｐの吸湿度と、粉末材料Ｐの種類とが含まれる。この場合、材料制御部５１は、材料供給槽２１の底面２１１を駆動する駆動機構２１２の動作や、材料供給槽２１に収容された粉末材料を加熱するヒーター２１３による加熱温度を制御する。後述する演算部５６により変更情報が生成されると、材料制御部５１は、変更情報の内容に基づいた材料層形成条件や粉末材料Ｐに関連する条件に従って、材料層形成部２０の動作を変更する。
造形制御部５２は、造形部３０の動作を制御する。造形制御部５２は、粉末材料Ｐを加熱するために粉末材料Ｐに出射されるレーザ光の条件に基づいて、照射部３２を制御する。レーザ光の条件としては、詳細を後述する、レーザ光の出力と、レーザ光の波長と、レーザ光の強度分布と、レーザ光の光束サイズ（スポットサイズ）とが含まれる。造形制御部５２は、粉末材料Ｐを加熱するためにレーザ光を走査するための走査条件に基づいて、走査部３３を制御する。走査条件としては、詳細を後述する、レーザ光の走査速度と、レーザ光の照射位置の間隔と、レーザ光の走査経路とが含まれる。造形制御部５２は、粉末材料Ｐおよび固化層を支持するベースプレート３１１に関連する支持部条件に基づいて、ベースプレート３１１の動作を制御する。支持部条件としては、詳細を後述するベースプレート３１１の温度が含まれ、造形制御部５２は、この支持部条件に基づいて、ベースプレート３１１を加熱するヒーター３１３による加熱温度を制御する。また、造形制御部５２は、造形槽３１のベースプレート３１１を駆動する駆動機構３１２の動作を制御する。造形制御部５２は、変更情報の内容に従って、固化層や三次元造形物の設計データの変更を行う。設計データとして、詳細を後述するスライスモデルデータやサポート部の形状データが含まれる。後述する演算部５６により変更情報が生成されると、造形制御部５２は、変更情報の内容に従って、造形部３０の動作や、設計データを変更する。
筐体制御部５３は、筐体１０の内部の雰囲気に関連する条件に従って、吸気装置１３１および排気装置１４の動作や、ヒーター１５の動作を制御して。筐体１０の内部の雰囲気に関連する条件としては、詳細を後述する、筐体１０へ導入される不活性ガスの流量と流速と、筐体１０の内部の温度とが含まれる。後述する演算部５６により変更情報が生成されると、筐体制御部５３は、変更情報の内容に基づいた筐体１０の内部の雰囲気に関連する条件に従って、吸気装置１３１や排気装置１４やヒーター１５の動作を変更する。
記憶部５８は、上述した制御プログラムに加えて、後述する検出部５４による溶融部を含む所定領域の少なくとも一部の状態の検出や、演算部５６による変更情報の生成や、判定部５７による判定処理の際に使用される各種の情報が記憶される。
検出部５４は、上述した撮像装置４１により生成された画像データに基づいて、材料層における所定領域の少なくとも一部の状態を求める。ここで、所定領域は、後述するように、レーザ光の照射によって粉末材料Ｐが溶融している溶融部と、まだ溶融していない未溶融の粉末材料Ｐ（材料層）と、溶融後に凝固した領域と、スパッタが発生した領域と、ヒュームが発生した領域とを含む。以後の説明では、この所定領域を検出対象領域と呼ぶ。
出力部５５は、造形装置１の造形条件を設定するために、検出部５４により求められた検出対象領域の少なくとも一部の状態に基づく状態情報を、上述した設定部５９（すなわち、材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３の少なくとも１つ）に出力する。求められた検出対象領域の少なくとも一部の状態に基づく状態情報とは、後述する演算部５６により生成された三次元造形物を造形するための造形条件を変更するための変更情報や、検出部５４により検出された検出対象領域の少なくとも一部の状態自体の情報を含む。以下、説明の便宜上、検出対象領域の少なくとも一部という表現を、単に検出対象領域と称する。
演算部５６は、検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて造形条件を変更するための変更情報を生成する。また、演算部５６は、後述する判定部５７により造形された固化層に対して補修が必要と判定されると、固化層に対して補修を行うための補修情報を生成する。
判定部５７は、検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて、造形条件の変更の要否を判定する。また、判定部５７は、検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて、造形された固化層に対して補修の要否を判定する。
なお、検出部５４、演算部５６および判定部５７が行う処理の詳細については説明を後に行う。
次に、上記の構成を有する造形装置１の動作について説明する。
まず、筐体制御部５３は、筐体１０の内部を設定された雰囲気となるように、吸気装置１３１や排気装置１４やヒーター１５を制御する。
筐体制御部５３は、設定された筐体１０内の圧力が得られるように、吸気装置１３１のバルブ開度および排気装置１４の排気量を制御する。また、筐体制御部５３は、吸気装置１３１のバルブ開度を制御することにより、筐体１０の内部に不活性ガスを導入して、筐体１０の酸素濃度を下げる。酸素濃度が低下することにより、粉末材料Ｐがレーザ光に照射されて溶融する際に、粉末材料Ｐが酸化されて、粉末材料Ｐの粒子表面に酸化被膜が形成されることが抑制される。粉末材料Ｐの粒子表面に酸化被膜が形成されると、酸化被膜の厚さに応じて比熱が変化するため、後述するようにレーザ光が照射された場合に、レーザ光の照射による粉末材料Ｐの熱の吸収や熱の伝導に影響を及ぼす可能性がある。この場合、粉末材料Ｐが未溶融となったり、造形される固化層に形状不良や強度不足が生じたり、所望の金属組織を有する固化層が得られない等の溶融不良等の原因となる。筐体１０の酸素濃度が低下することにより、上記したような溶融不良等の原因となる粉末材料Ｐの酸化が抑制される。
筐体制御部５３は、造形条件として設定された筐体１０の内部の温度となるように、ヒーター１５の加熱出力を制御して、筐体１０の内部を加熱させる。
筐体１０の内部に不活性ガスが導入され、酸素濃度が予め定められた濃度よりも低くなり、また筐体１０の内部がヒーター１５により設定された温度に加熱されると、材料制御部５１は、駆動機構２１２を制御して、材料供給槽２１の底面２１１をＺ方向＋側に移動（上昇）させる。造形制御部５２は、駆動機構３１２を制御して、造形槽３１のベースプレート３１１を、これから形成する材料層の厚さΔｄだけＺ方向－側に移動（下降）させる。材料制御部５１は、リコーター２２の駆動機構を制御して、ブレード２２１をＸ方向に沿って位置Ａから位置Ｂへ向けて移動させる。位置Ａから移動を開始したブレード２２１は、底面２１１の上昇により材料供給槽２１から押し出された粉末材料ＰをＸ方向＋側の造形槽３１のベースプレート３１１上に移送する。ベースプレート３１１上に移送された粉末材料Ｐは、Ｘ方向＋側に移動するブレード２２１の下端（Ｚ方向－側）により下方（Ｚ方向－側）へ圧力を加えられることにより、ベースプレート３１１の表面からの高さ（Ｚ方向の厚み）が揃えられた状態でベースプレート３１１上に敷き詰められる。これにより、ベースプレート３１１の表面からの厚み（積層厚）が一定となる材料層が形成される。このとき、ブレード２２１の移動速度や、ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力が材料制御部５１によって制御されることにより、ユーザの所望する材料層の積層厚や、材料層表面の平面度や、密度等が得られる。なお、密度とは、形成された材料層における粉末材料Ｐの量に対する材料層の厚さであり密度が低い程材料層内に隙間が存在する割合が多いことを示す。
照射部３２は、形成された材料層にレーザ光を照射する。走査部３３は、照射部３２からのレーザ光を材料層の表面上で走査する。レーザ光を走査する経路（走査経路）は、造形装置１で造形する三次元造形物の設計データ、たとえばＣＡＤデータやＣＡＤデータから変換されたＳＴＬデータ等の三次元造形物の三次元形状に関連する形状データを、Ｚ方向に沿って所定の間隔（例えば、材料層の積層厚さの間隔）でスライスした形状データの集合であるスライスモデルデータに基づいて設定される。このスライスモデルデータは各層における固化層の形状を決める固化層の形状データである。
演算装置５０の造形制御部５２は、ベースプレート３１１のＺ方向の位置に対応する三次元造形物のスライスモデルデータで決まる形状に応じて、材料層の表面の粉末材料Ｐが照射されるように走査部３３によりレーザ光を走査する走査経路を決定する。
なお、造形過程にある三次元造形物や固化層の変形や破損等を防ぐために、造形中の固化層や、三次元造形物を支持するサポート部を形成しながら造形が行われる。サポート部の形状や太さ等の情報を表すサポート部の形状データは、三次元造形物の形状データ（すなわちＣＡＤデータやＳＴＬデータにおけるサポート部の形状のデータ）や、三次元造形物の形状データに基づいて作成されるスライスモデルデータである。
また、三次元造形物の造形姿勢データは、スライスモデルデータを設定するための三次元造形物（三次元造形物の形状データ）の造形姿勢を示すデータである。造形姿勢とは、たとえば角柱状の三次元造形物を造形する際に、角柱の軸方向に沿って固化層が積層されるか、あるいは角柱の軸方向とは交わる方向に沿って、角柱の側面から固化層の造形を開始し固化層が積層されるか等のように、三次元造形物を造形する姿勢のことである。
また、スライスモデルデータを生成する際には、設計データをそのまま用いるのではなく、熱膨張による形状変化も考慮してスライスモデルデータを生成することが好ましい。特に、固化層が生成される時点では、レーザ光の照射により常温時に比べ、固化層が高い温度を帯びている。しかしながら、三次元造形物が使用される環境下の温度と固化層が形成されるときの温度とで大きな違いがある場合には、その温度差による線膨張係数を考慮して、設計データに上記の変更を加えたデータ（三次元造形物の形状データ）からスライスモデルデータを生成することが好ましい。
さらに、個々のスライスモデルデータに対して、ＣＡＤデータを基に算出された許容公差情報も設定することが好ましい。この許容公差情報は、例えば、日本国特開２００６－５９０１４号公報に記載された要領で、各スライスモデルデータに許容公差情報を設定することができる。
三次元造形物の形状に関する設計データは、固化層の形状データ、造形姿勢データ、固化層または三次元造形物を支持するサポート部の形状データ、または三次元造形物の形状データを含む。造形制御部５２は、この設計データに従って、照射部３２からのレーザ光を材料層の表面上で走査させる。造形制御部５２が三次元造形物の設計データを変更して、設計データに基づくスライスモデルデータを変更すると、その変更したスライスモデルデータに従って、造形制御部５２は照射部３２からのレーザ光を材料層の表面上で走査させる。
粉末材料Ｐに照射されたレーザ光は、出射されたレーザ光の出力や波長等の条件、粉末材料Ｐの種類、粉末材料Ｐの粒子の形状、材料層の表面形状等により決まる吸収率にて粉末材料Ｐに吸収される。レーザ光が吸収されることにより、レーザ光に照射された粉末材料Ｐが急速に加熱されて温度が上昇し周囲の粉末材料Ｐに熱が伝導する。加熱により上昇した温度が粉末材料Ｐの融点に達すると、材料層の表面の粉末材料Ｐが溶融、気化するとともに、蒸気圧の上昇により蒸発物が噴出して、材料層の表面に溶融状態の凹部が形成される。この凹部に照射されたレーザ光はさらに溶融部に吸収され、溶融、気化、蒸発物の噴出が繰り返される。これにより凹部は材料層の下方（Ｚ方向－側）に深さを増した穴となり、穴の壁面でレーザ光が多重反射することで、レーザ光の吸収率が大幅に増加する。これにより、下方への深さをさらに増した深穴（キーホール）が形成される。上記のようにレーザ光が穴の壁面で多重反射することにより、キーホールのＸＹ平面での断面形状が円形に近づく。レーザ光が照射される位置にキーホールが形成されることにより、材料層の内部が直接加熱されるようになる。キーホールの形状は、レーザ光の照射により粉末材料Ｐに伝わるエネルギーが大きいほど深くなり、粉末材料Ｐの温度が高くなるほど開口が大きくなることが知られている。キーホールでは、上記のように壁面に多重反射したレーザ光の吸収率が増加することで、蒸発物が発生し、ヒュームとしてキーホール開口（上面開口）から噴出される。ヒュームの噴出に伴って、キーホールの周辺の溶融部の一部（溶融した粉末材料Ｐの一部）が粒子状のスパッタとして飛散する。
キーホールが形成された状態でレーザ光が走査部３３に走査されると、キーホールの内部の蒸気圧、溶融部の表面張力、溶融部の重力等の力のバランスによりキーホールが維持された状態で、走査によりレーザ光が進行する方向（Ｘ方向＋側に向けて走査する場合にはＸ方向＋側）に位置する粉末材料Ｐが溶融する。粉末材料Ｐが溶融することにより生じた融液は、キーホール周囲の粉末材料Ｐで生成した融液と混ざり合い、キーホール周辺に液相である溶融池（メルトプール）を形成する。
図４は、材料層にレーザ光を照射することにより生じた溶融池とその近傍の状態を模式的に示す図であり、図４（ａ）はＸＹ平面における材料層上の溶融池とその近傍の状態を模式的に示す平面図、図４（ｂ）はそのＺＸ平面における断面図である。図４においては、上記のようにして形成されたキーホールＫＨと、溶融池ＭＰと、まだ溶融が始まっていない粉末材料Ｐと、ヒュームＦＵと、スパッタＳＰと、後述するように溶融池ＭＰが凝固して形成される凝固領域ＢＥとを示す。なお、図４では、レーザ光の走査をＸ方向＋側から－側に向けて行った場合を示す。また、図４（ａ）では、溶融池ＭＰにおける等温線を破線で示す。溶融池ＭＰの内部では、溶融池ＭＰの表面と内部との温度差による表面張力の差に起因して、一例として図４（ｂ）の矢印Ｃに示すような対流が発生する。レーザ光の照射により発生する熱により対流Ｃが大きくなると、ヒュームＦＵの発生量が増加し、キーホールＫＨ周辺の溶融した粉末材料Ｐの一部が溶融池ＭＰから吹き飛ばされ、スパッタＳＰとしてキーホールＫＨと溶融池ＭＰの周囲に飛散する。
レーザ光の照射による熱が過大となる場合、溶融池ＭＰ内の対流Ｃが大きくなったり、対流Ｃが乱れたりする。対流Ｃが大きくなると溶融池ＭＰがより撹拌されるため、スパッタＳＰの飛散量が増加したり、スパッタＳＰの飛散速度が増加したりする。また、対流Ｃが乱れ溶融池ＭＰ内で不規則になると、スパッタＳＰの飛散方向がキーホールＫＨから見て一定の方向（たとえばレーザ光の走査方向に対して後方など）に定まらず、レーザ光の走査方向の前方や側方にも飛散する。また、レーザ光の照射による熱が過大となるほど、ヒュームＦＵの発生量が増加するので、ヒュームＦＵの濃度が濃くなったり、ヒュームＦＵがキーホールＫＨから生じて拡散する範囲が広くなる。
レーザ光の走査に伴ってキーホールＫＨが移動すると、キーホールＫＨの進行方向側（図４のＸ方向－側）の周囲に新たな溶融池ＭＰが形成されるとともに、既に形成された（まだ凝固していない）溶融池ＭＰは相対的にキーホールＫＨの後方（図４のＸ方向＋側）に位置するので、溶融池ＭＰの全体の形状は、図４（ａ）に示すように、ＸＹ平面上で楕円状となる。レーザ光が走査されて照射位置から離れることによりレーザ光のエネルギーの吸収が弱まったり、筐体１０内の不活性ガスの流量や流速等の影響により冷やされた箇所が凝固して凝固領域ＢＥを形成する。レーザ光の走査に伴ってキーホールＫＨが移動を続けることにより、レーザ光による照射を受けた材料層の領域には、粉末材料Ｐが凝固し固化して連続した凝固領域ＢＥが形成される。これから形成される凝固領域ＢＥと、既に形成された凝固領域ＢＥと（図４（ａ）においてはＸ方向に延在する２つの凝固領域ＢＥ）の間の間隔が接するようにレーザ光の照射が行われることにより、形成された凝固領域ＢＥ同士が溶着する。なお、上記の同一方向に延在する異なる２つの凝固領域ＢＥの間の間隔は、レーザ光を走査するときの走査間隔（走査ピッチ）によって決まる。走査間隔（走査ピッチ）とは、レーザ光の走査方向（図４（ａ）においてはＸ方向）と交差する方向（図４（ａ）においてはＹ方向）にて隣接する２つのレーザ光の照射位置の間隔である。形成された複数の凝固領域ＢＥ同士が溶着すると、Ｚ方向に沿って所定の厚さを有する層状の固化層が造形される。
固化層の造形中に、撮像装置４１は材料層の表面を撮像して画像データを生成する。図２に示すように、撮像装置４１に入射する熱放射光は、照射部３２から出射されるレーザ光と同軸上を逆方向に進むので、撮像装置４１の撮像視野の中心（すなわち、撮像装置４１により撮像される画像の中心）は、材料層上におけるレーザ光の照射位置とほぼ一致する。材料層に対して照射部３２によりレーザ光が照射されているときには、撮像装置４１は、材料層の表面のレーザ光の照射位置（キーホールＫＨが発生している場合にはキーホールＫＨの位置）を中心として、ＸＹ平面において溶融池ＭＰを含む検出対象領域を撮像して画像データを生成する。すなわち、検出対象領域には、溶融が始まる直前の材料層の粉末材料Ｐ（未溶融の粉末材料Ｐ）と、溶融池ＭＰと、凝固領域ＢＥ（言い換えれば、固化層の一部）とが含まれる。また、キーホールＫＨからスパッタＳＰやヒュームＦＵが発生している場合には、スパッタＳＰやヒュームＦＵも検出対象領域に含まれる。走査部３３によるレーザ光の走査に伴って、撮像装置４１により撮像される検出対象領域は、材料層の表面の上を移動する。
撮像装置４１による撮像は、たとえば所定の時間間隔ごとや、レーザ光が走査部３３によりＸＹ平面上で所定の距離だけ走査されるごとに行われる。
固化層が造形されると、造形制御部５２は、駆動機構３１２を制御して、造形槽３１のベースプレート３１１を、これから形成する材料層の積層厚ΔｄだけＺ方向－側に移動（下降）させる。材料制御部５１は、駆動機構２１２を制御して、材料供給槽２１の底面２１１をＺ方向＋側に移動させ、リコーター２２の駆動機構を制御して、ブレード２２１をＸ方向に沿って位置Ａから位置Ｂへ向けて移動させる。これにより、固化層の上部（Ｚ方向＋側）には、粉末材料Ｐが高さ（固化層上部からのＺ方向の厚み）が揃えられた状態で敷き詰められる。これにより、固化層の上部に、固化層の上部からの厚みが一定の積層厚Δｄとなる新たな材料層が形成される。
新たな材料層に対して、照射部３２からのレーザ光が走査部３３によってＸＹ平面上にて走査される。レーザ光の照射により粉末材料Ｐが溶融した溶融池ＭＰが形成され、上述したようにしてＸ方向やＹ方向に隣接する凝固領域ＢＥと溶着するとともに、溶融池ＭＰが下層（Ｚ方向－側）に流動し、既に形成されている下部（Ｚ方向－側）の固化層と溶着する。この結果、既に造形された固化層の上部に新たな固化層が造形される。
造形装置１は、材料層の形成と固化層の造形とを繰り返し、複数の固化層がＺ方向に沿って積層された三次元造形物を造形する。
上述したようにして三次元造形物を造形しているときに、固化層に欠陥や形状異常や表面粗さや金属組織の異常等の造形不良が発生していた場合、三次元造形物が造形された後では、三次元造形物の造形不良を補修することは難しく、特に、三次元造形物の内部の造形不良を補修することは困難である。また、三次元造形物を造形するための条件を設定するパラメータが多いため、造形不良が発生しないように三次元造形物を造形するための条件を造形に先立って設定することは困難であり、多大な時間を要する。
本実施の形態の造形装置１では、演算装置５０の検出部５４、演算部５６および判定部５７は、三次元造形物の造形開始時または造形中に求めた検出対象領域の状態に基づいて、三次元造形物を造形するための各種の条件（以下、造形条件）を変更したり、固化層を補修するための情報を生成する。この情報に基づいて材料制御部５１、造形制御部５２、筐体制御部５３が造形装置１の各構成の動作を制御して、造形中の固化層に造形不良が発生することを予防したり、造形不良が発生した場合であっても、補修が可能なタイミングで造形不良を補修したりする。
以下、検出部５４、演算部５６および判定部５７の行う処理について説明する。
まず、検出部５４、演算部５６および判定部５７が後述する処理を行うための考え方について説明する。
本実施の形態においては、材料層の粉末材料Ｐに照射部３２からレーザ光を照射して造形される固化層に造形不良が発生することを抑制し、造形不良の発生が抑制された三次元造形物を造形するため、以下の基本条件が一定の範囲に保たれるように制御する。基本条件として、レーザ光の照射により材料層の単位面積当たりの粉末材料Ｐに流入する熱量であるパワー密度ＰＤ［Ｊ／ｍｍ２］と、レーザ光の照射により材料層の単位体積当たりの粉末材料Ｐに流入する熱量であるエネルギー密度ＥＤ［Ｊ／ｍｍ２］と、レーザ光の照射により溶融している溶融池ＭＰとその近傍の領域の粉末材料Ｐの温度分布Ｔ（ｒ）［℃］とを例に挙げる。パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）は、それぞれ以下の（１）式～（３）式により表される。
ＰＤ＝｛η×（ＰＬ＋Ｐ０）｝／（ｄ×ｖ） …（１）
ＥＤ＝ρ×｛η×（ＰＬ＋Ｐ０）｝／（ｖ×Δｙ×Δｚ） …（２）
Ｔ（ｒ）＝｛η×ＰＬ／（２π×ｋ×ｒ）｝×ｅｘｐ｛（－ｖ）×（ｘ＋ｒ）／２α｝＋Ｔ０ …（３）
なお、（１）式～（３）式において、各パラメータは以下の通りである。ＰＬはレーザ光の出力（以下、レーザ出力）［Ｗ］である。Ｐ０は外部熱源、すなわちベースプレート３１１等が粉末材料Ｐに加えたり、造形装置１の外部のヒーター等が粉末材料Ｐに加えるエネルギー［Ｗ］を表す。ηは粉末材料Ｐのエネルギーの吸収率であり、たとえば粉末材料Ｐの種類により異なる値を有する。ｖはレーザ光の走査速度［ｍｍ／ｓ］である。ｄは、材料層の表面におけるレーザ光の光束サイズ（スポットサイズ）［ｍｍ］である。Δｙは、走査経路の間隔（走査ピッチ）［ｍｍ］、すなわち、レーザ光が走査される方向と交差する方向におけるレーザ光の照射位置の間隔である。Δｚは、積層厚すなわち形成される材料層のＺ方向の厚さ［ｍｍ］である。ρは材料層の密度である。ｋは粉末材料Ｐの熱伝導率［Ｗ／ｍｍ／Ｋ］、ｒはレーザ光の照射位置を中心として定義した球の中心からの距離［ｍｍ］、ｘはレーザ光照射位置からの走査方向に沿ったＸＹ平面上での距離［ｍｍ］、αは粉末材料Ｐの熱拡散率［ｍｍ２／ｓ］、Ｔ０は粉末材料Ｐの初期温度［℃］である。
上記の（１）式に示すパワー密度ＰＤの値が大きいほど、すなわち粉末材料Ｐに流入する熱量が大きいほど、粉末材料Ｐは溶融しやすい。（１）式は、パワー密度ＰＤを増加させ、粉末材料Ｐを溶融しやすくするためには、パラメータの少なくとも１つが次のような方針に基づいて制御されればよいことを示している。パラメータηに関しては、例えば、レーザ光の吸収率が高い粉末材料Ｐが用いられるとよい。パラメータＰＬとＰ０に関しては、例えば、レーザ出力を上げたり、または外部から粉末材料Ｐに加わる熱量を増加させるとよい。パラメータｄに関しては、例えば、レーザ光のスポットサイズを小さくして、レーザ光の照射による材料層上の単位面積あたりの熱量を増やすことにより、粉末材料Ｐに流入する熱量の入熱効率が増加するとよい。パラメータｖに関しては、例えば、走査速度を下げ、材料層の単位面積当たりに含まれる粉末材料Ｐがレーザ光に照射される時間を増加させることにより、粉末材料Ｐに流入する熱量が増加するとよい。
また、（１）式に示すパワー密度ＰＤの値が小さいほど、粉末材料Ｐは溶融しにくい。粉末材料Ｐが過剰溶融しているような場合には、（１）式のパワー密度ＰＤの値が減少するように、上記の各パラメータの少なくとも１つが上述の方針とは逆の方針にて制御されるとよい。逆の方針とは、以下に例示する方針のうちの少なくとも１つが行われることである。パラメータηに関しては、例えば、吸収率の低い粉末材料Ｐが使用されることである。パラメータＰＬとＰ０に関しては、例えば、レーザ出力を下げたり、または外部から粉末材料Ｐに加わる熱量を減少させることである。パラメータｄに関しては、例えば、スポットサイズを大きくすることである。縮小、パラメータｖに関しては、たとえば走査速度を上げることである。
（２）式に示すエネルギー密度ＥＤの値が大きいほど粉末材料Ｐは溶融しやすくなる。（２）式は、エネルギー密度ＥＤの値を増加させ、粉末材料Ｐを溶融しやすくするためには、パラメータの少なくとも１つが以下の方針に基づいて制御されればよいことを表している。パラメータηに関しては、上記の（１）式の場合と同様に、例えば、レーザ光の吸収率が高い粉末材料Ｐが用いられることである。パラメータＰＬとＰ０に関しては、例えば、レーザ出力を増加させる、または外部の加熱装置から粉末材料Ｐに加わる熱量を増加させることである。パラメータρに関しては、例えば、材料層の密度を増加させ材料層中の隙間を少なくすることである。これにより、レーザ光の照射により発生した熱が粉末材料Ｐを伝導しやすくなる。パラメータｖに関しては、例えば、走査速度を下げ、材料層の単位面積当たりに含まれる粉末材料Ｐにレーザ光が照射される時間を増加させることである。これにより、粉末材料Ｐに流入する熱量を増加する。パラメータΔｙに関しては、例えば、走査ピッチを狭くすることである。これにより、隣接する凝固領域ＢＥからの熱の影響が大きくなる。パラメータΔｚに関しては、例えば、積層厚を薄くすることである。これにより、下層（Ｚ方向－側）に既に造形された固化層の熱の影響が大きくなるので、粉末材料Ｐの初期温度が高くなる。このため、レーザ光に照射された粉末材料Ｐが所望の温度（例えば融点）まで上昇するために必要な熱量が少なくなる。
また、（２）式に示すエネルギー密度ＥＤの値が小さいほど、粉末材料Ｐは溶融しにくい。粉末材料Ｐが過剰溶融しているような場合には、（２）式のエネルギー密度ＥＤの値を減少させるように、上記の各パラメータの少なくとも１つが上述の方針とは逆の方針にて制御されるとよい。逆の方針とは、以下に例示する方針のうちの少なくとも１つが行われることである。パラメータηに関しては、例えば、吸収率の低い粉末材料Ｐが使用される。パラメータＰＬとＰ０に関しては、例えば、レーザ出力を下げたり、外部から粉末材料Ｐに加わる熱量を減少させることである。パラメータρに関しては、例えば、密度を減少させることである。パラメータｖに関しては、例えば、走査速度を下げることである。パラメータΔｙに関しては、例えば、走査ピッチを広くすることである。パラメータΔｚに関しては、例えば、積層厚を厚くすることである。
パワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤが増加すれば粉末材料Ｐは溶融しやすくなるが、パワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤを増加させ過ぎると、上述した溶融域ＭＰ内の対流Ｃが影響を受け、スパッタＳＰやヒュームＦＵの発生が増加する。レーザ光の照射によって溶融池ＭＰから飛散したスパッタＳＰが未だレーザ光が照射されていない材料層上や既に造形された凝固領域ＢＥ上に落下して凝固すると、材料層表面や固化層の上面に粒状の付着物として固化し残留してしまう。スパッタＳＰは球状であるため、固化層の上に新たな材料層が形成されたときに、凝固領域ＢＥ上で凝固したスパッタＳＰの下方と固化層の表面との間に粉末材料Ｐが入り込みにくくなり、空隙が生じる可能性がある。粉末材料Ｐが入り込まずに生じた空隙は、次層の固化層が造形される際に固化層内部に生じる空洞等の溶融不良等の原因となる可能性がある。また、他の凝固領域ＢＥの形成時にスパッタＳＰが再溶融された場合には、スパッタＳＰが再溶融した箇所では所望する金属組織（結晶構造）が得られず、造形不良となる可能性がある。
また、レーザ光の照射によって発生したヒュームＦＵが材料層上のレーザ光の照射位置の近傍に滞留すると、材料層に向かうレーザ光のエネルギーがヒュームＦＵによって減衰するため、レーザ光の照射による粉末材料Ｐの加熱の効果が低減され、想定していた溶融状態が得られない可能性がある。このように、スパッタＳＰの付着やヒュームＦＵの発生による溶融不良により、三次元造形物に発生する欠陥や、形状不良や、溶融不良に伴って所望の金属組織（結晶構造）が得られないことによる強度不足等の造形不良が発生するおそれがある。スパッタＳＰやヒュームＦＵは上述したように三次元造形物の造形不良を招く原因となるので、スパッタＳＰやヒュームＦＵの発生を抑制するため、パワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤが増加され過ぎないように制御されることが必要である。
また、パワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤが低下し過ぎると、粉末材料Ｐは照射されたレーザ光のエネルギーを十分に受け取ることができなくなり、粉末材料Ｐが溶融しなかったり（未溶融）、所望の広さの溶融池ＭＰが得られない等の溶融不良等が発生し三次元造形物の造形不良を招く原因となる。このため、パワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤが低下し過ぎないように制御されることが必要である。
このように、パワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤは、大きくなり過ぎたり、小さくなり過ぎたりせず、一定の範囲に保たれる必要がある。この一定の範囲は、三次元造形物が良品となるように、ユーザによる各種の試験やシミュレーションの結果から算出される。なお、三次元造形物が良品となるようなパワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤの一定の範囲を所望の範囲と称する。
（３）式に示す温度分布Ｔ（ｒ）は、現在設定されている造形条件にてレーザ光が照射された材料層上に照射された場合に、材料層上のレーザ光の照射位置を中心として、中心から材料層上または材料層中の任意の距離ｒにおける位置（ｘ、ｙ、ｚ）で得られると想定される温度を示す。すなわち、（３）式は、現在設定されている造形条件にてレーザ光が照射された場合に、材料層の中におけるレーザ光の照射による熱の伝導の状態を推定した式である。このため、（３）式から、材料層の表面（Ｘ方向とＹ方向）および深さ方向（Ｚ方向）における粉末材料Ｐの溶融の進行または溶融後の凝固の進行状態が推定される。（３）式により、レーザ光が照射された位置を中心とした距離に応じて、粉末材料Ｐの温度が変化する状態が推定できる。このため、所定温度よりも高温の領域である溶融池ＭＰとして推定される範囲（たとえばＸＹ平面上における楕円状の範囲）を把握することが可能となる。溶融池ＭＰとして推定される範囲の温度分布を、レーザ光の照射位置からの距離に応じて三次元的に把握することが可能となる。このため、温度分布Ｔ（ｒ）が一定の範囲に保たれるように造形条件が設定されることにより、溶融池ＭＰ内で温度が変化する状態が制御される。これにより、凝固後の固化層内の結晶構造を所望する構造に保ったり、溶融池ＭＰの対流Ｃを制御したりすることができる。
また、レーザ光の照射による溶融池ＭＰの対流Ｃは、溶融池ＭＰの形状（すなわち凝固後の凝固領域ＢＥの形状や、Ｚ方向－側への溶融の際の溶け込み深さ）に影響を与える。したがって、温度分布Ｔ（ｒ）が一定の範囲に保たれることにより、溶融池ＭＰ内でのレーザ光の照射による熱の挙動である溶融池ＭＰの対流Ｃの状態が制御される。これにより、溶け込み不良の発生が抑制され、固化層の強度不足や耐久性の低下等の造形不良の発生が抑制される。また、上述したように、対流Ｃは、スパッタＳＰやヒュームＦＵの発生に影響を与えるので、温度分布Ｔ（ｒ）が一定の範囲に保たれることにより、スパッタＳＰやヒュームＦＵの発生が抑制され、スパッタＳＰやヒュームＦＵに起因する造形不良の発生が抑制される。この一定の範囲は、三次元造形物が良品となるように、ユーザによる各種の試験やシミュレーションの結果から算出される。なお、三次元造形物が良品となるような温度分布Ｔ（ｒ）の一定の範囲を所望の範囲と称する。
なお、基本条件である（１）～（３）式のうち少なくとも１つが所望の範囲を満たしていればよい。
次に、上述した（１）式～（３）式に基づいて造形条件の変更を行うために検出部５４、演算部５６および判定部５７が行う処理について説明する。
検出部５４は、撮像装置４１からの画像データに基づいて、上述した検出対象領域の状態を求める。検出対象領域の状態として、レーザ光の照射により加熱される前の粉末材料Ｐの状態と、検出対象領域における溶融の状態と、スパッタＳＰの状態と、レーザ光が照射されて加熱されたことにより発生したヒュームＦＵの状態との少なくとも一つの状態を含む。検出部５４は、検出対象領域における溶融の状態の一例として、たとえば、溶融池ＭＰとその近傍（溶融後に溶液が固相となりかけた半凝固の領域や凝固領域ＢＥ）との少なくとも一部の温度に関する情報を求める。検出部５４は、スパッタＳＰの状態として、たとえば、スパッタＳＰの飛散方向と、飛散量と、飛散速度との少なくとも一つを求める。検出部５４は、ヒュームＦＵの状態として、たとえば、ヒュームＦＵの濃度と範囲との少なくとも一つを求める。なお、検出対象領域の状態を求めることは、求める対象となる検出対象領域の状態（具体的には、上述の粉末材料Ｐの状態、溶融の状態、スパッタＳＰの状態、ヒュームＦＵの状態など）を踏まえると、検出対象領域の状態を測定すること、検出対象領域の状態を算出すること、検出対象領域の状態を評価すること、または検出対象領域の状態を検出することと言い換えることもできる。
本実施の形態においては、検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づく造形条件の変更として、リアルタイム変更と、次層造形時変更と、次造形物造形時変更とがある。リアルタイム変更では、検出対象領域の状態を求めるために使用された材料層に対して、レーザ光の照射により固化層を造形する際または造形の最中に造形条件が変更される。したがって、リアルタイム変更では、固化層の造形中に材料層のうち未溶融の粉末材料Ｐに対して造形条件が変更される。次層造形時変更では、固化層の造形後に、次層の材料層の形成または次層の材料層から固化層の造形を開始するときに造形条件の変更が行われる。したがって、次層造形時変更では、造形された固化層上に供給される新たな粉末材料Ｐまたは固化層上に供給された新たな粉末材料Ｐに対して造形条件が変更される。次造形物造形時変更では、固化層を積層して三次元造形物の造形が終了し、次の三次元造形物の造形を開始するときに造形条件の変更が行われる。
以下、検出部５４による検出対象領域の状態を求める処理、演算部５６による造形条件を変更するための変更情報を生成する処理に分けて説明を行う。
（１）検出対象領域の状態を求める処理
検出部５４は、撮像装置４１により生成された画像データを用いて、材料層上の検出対象領域の状態を求める。上述したように、撮像装置４１から出力された画像データには、検出対象領域からの熱放射光のうち異なる波長λ１、λ２の光の情報が含まれる。検出部５４は、この検出対象領域を撮像した画像データに含まれる波長λ１の輝度情報と、画像データに含まれる波長λ２の輝度情報との比に基づいて、溶融池ＭＰとその近傍との少なくとも一部の温度に関する情報を求める。この場合、検出部５４は、たとえば公知の二色法を用いて、画像データの波長λ１と波長λ２の輝度情報が温度に変換された画像データ（以下、温度画像データと呼ぶ）を生成する。温度画像データとは、温度に対応する各画素ごとの信号強度である。検出部５４は、画像データに含まれる波長λ１の光の輝度情報と、波長λ２の光の輝度情報との比（例えば、輝度値の比）として算出し、灰色体や黒色体等に基づいて得られた基準となる輝度値の比と温度との関係データと比較して、画像データ上の任意の位置の波長λ１と波長λ２の輝度値の比を温度に換算する。これにより、画像データ上の検出対象領域の任意の位置での温度を表す温度画像データが生成される。検出部５４は、この温度画像データから、検出対象領域の温度分布や、最高温度や、最低温度や、平均温度等を求めることができる。検出部５４は、撮像装置４１により生成された画像データごとに温度画像データを生成する。検出部５４は、温度画像データを生成するごとに、記憶部５８に記憶し保存する。
図５は、図４（ａ）に示す検出対象領域を撮像した画像データに基づいて、検出部５４により生成された温度画像データに対応する温度画像の一例を模式的に示す図であり、レーザ光が材料層上においてＸ方向＋側から－側に向けて走査された場合を示す。なお、図５においては、図示の都合上、温度画像の溶融池ＭＰにおける温度の違いを、破線で示す等温線を用いて表し、ヒュームＦＵの影響を受けている範囲に斜線を付して表している。
上述したように、材料層に対してレーザ光の照射が行われているとき、撮像装置４１により材料層のうち溶融池ＭＰを含む検出対象領域が撮像される。このため、生成される温度画像データ（温度画像）には、キーホールＫＨを画像の中心として、溶融池ＭＰと、凝固が終了した凝固領域ＢＥと、粉末材料Ｐとが含まれる。レーザ光がＸ方向－側に向けて走査されているため、温度画像では、溶融池ＭＰはキーホールＫＨに対してＸ方向－側よりもＸ方向＋側に大きな楕円形状の領域を有する。また、レーザ光の照射により粒状のスパッタＳＰが飛散している場合には、スパッタＳＰも熱を有しているため温度画像データ（温度画像）に含まれる。また、レーザ光の照射により蒸発物であるヒュームＦＵが発生している場合には、ヒュームＦＵも熱を有しているため温度画像データ（温度画像）に含まれる。
検出部５４は、図５に例示するような温度画像から、検出対象領域の状態として、レーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐの状態や、検出対象領域における溶融の状態や、スパッタＳＰの状態や、ヒュームＦＵの状態を求める。以下、検出対象領域の状態として、レーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐの状態の検出と、検出対象領域における溶融の状態の検出と、スパッタＳＰの状態の検出と、ヒュームＦＵの状態の検出とに分けて説明を行う。
＜レーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐの状態の検出＞
検出部５４は、温度画像データのうち、レーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐの状態として、たとえば溶融池ＭＰと凝固領域ＢＥ以外の領域の温度に関する情報を求める。この場合、検出部５４は、第１所定温度よりも低温の領域を求める。第１所定温度は、たとえば、粉末材料Ｐの融点を基準として設定される。なお、第１所定温度は、融点に限られず、固相線温度または液相線温度でもよいし、固相線温度から液相線温度の範囲のいずれかの温度でもよい。
ここで、検出部５４がレーザ光の照射による加熱前の材料層の粉末材料Ｐの温度を求める場合には、レーザ光の照射位置に対して走査方向の領域を粉末材料Ｐの温度を求めるべき材料層上の領域として推定できる。検出部５４は、この推定した領域のうち第１所定温度よりも低い領域をレーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐの温度として求める。
なお、検出部５４は、撮像装置４１とは異なる撮像装置により撮像された検出対象領域の画像データから、溶融池ＭＰと凝固領域ＢＥとを求め、画像データで求められた溶融池ＭＰと凝固領域ＢＥに基づいて、温度画像データにおける溶融池ＭＰと凝固領域ＢＥとを除去して、温度画像データ上でのレーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐを求めてもよい。この場合、撮像装置４１と、撮像装置４１とは異なる撮像装置とが検出対象領域を撮像するタイミングが揃うように制御される必要がある。
温度画像データを用いて、検出部５４は、レーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐの温度に関する情報として、加熱前の粉末材料Ｐの温度分布、最高温度、最低温度、平均温度等を求める。これにより、検出部５４は、上記の（３）式のパラメータである初期温度Ｔ０を求めることができる。
また、検出部５４は、撮像装置４１が撮像した画像データから公知の画像処理方法を利用して、加熱前の粉末材料Ｐの状態として、粉末材料Ｐに含まれる異物やスパッタＳＰを求めてもよい。
なお、検出部５４は、二色法による温度画像データから、レーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐの状態を求めなくてもよい。例えば、取得部３１０について、撮像装置４１と二分岐光学系４２と色収差補正光学系４３と視野絞り３０２に代えて既存の放射温度計を用い、レーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐからの赤外線に基づく温度データを取得してもよい。この場合、検出部５４は、取得部３１０（不図示の放射温度計）で取得された温度データに基づいて、レーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐの状態を求めてもよい。
また、取得部３１０として、放射温度計でなくてもよく、熱電対などの既存の接触式温度計を用いてもよい。この場合、取得部３１０として、造形部３０の造形槽３１や材料層形成部２０における任意の位置に複数の熱電対が設置され、その複数の熱電対で各位置の温度データを取得する。そして、検出部５４は、熱電対で取得された温度データとレーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐの温度データとの相関関係に関するデータを利用して、レーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐの状態を求めてもよい。なお、熱電対で取得された温度データとレーザ光の照射による加熱前の粉末材料Ｐの温度データとの相関関係に関するデータは、予め記憶部５８に記憶されている。
＜溶融の状態の検出＞
検出部５４は、温度画像データから、溶融の状態として、溶融池ＭＰとその近傍（検出対象領域内の凝固領域ＢＥ）の温度に関する情報を求める。この場合、検出部５４は、温度画像データのうち、第１所定温度以上の高温の領域をキーホールＫＨと溶融池ＭＰとを含む領域として求める。また、検出部５４がレーザ光の照射後の凝固領域ＢＥの温度を求める場合には、レーザ光の照射位置に対して走査方向とは逆方向の領域を凝固領域ＢＥの温度を求めるべき領域として推定できる。検出部５４は、この推定した領域のうち第１所定温度よりも低い領域をレーザ光の照射による加熱後の凝固領域ＢＥの温度として求める。
なお、検出部５４は、温度画像データの第１所定温度以上の領域のうち、液相の溶融池ＭＰが凝固を開始して固相となった領域（半凝固領域）をキーホールＫＨと溶融池ＭＰとから切り分けて推定し、この領域の温度を求めてもよい。
検出部５４が求める溶融池ＭＰとその近傍との少なくとも一部の温度に関連する情報としては、溶融池ＭＰの温度分布、最高温度、最低温度、平均温度、キーホールＫＨの位置、最上面（材料層の表面）でのキーホールＫＨの開口径（たとえば短軸の長さ）、溶融池ＭＰのサイズ、熱伝導率、溶融池ＭＰの表面における温度勾配、表面における溶融池ＭＰの境界部の温度の変化である凝固速度、温度履歴等が含まれる。なお、同様に、検出部５４は、温度に関連する情報として、凝固領域ＢＥや半凝固領域の温度分布、最高温度、最低温度、平均温度、サイズ、熱伝導率、温度勾配、凝固速度、温度履歴等を求める。
検出部５４は、例えば、温度画像データのうちの溶融池ＭＰとして推定した領域の複数の位置での温度を求め、所定温度ごとの等温線を設定することにより溶融池ＭＰの温度分布を求める。検出部５４は、温度画像データのうちの溶融池ＭＰとして推定した領域のうち、最も高い温度を最高温度として求め、最も低い温度を最低温度として求める。検出部５４は、温度画像データのうちの溶融池ＭＰとして推定した領域のうちの複数の位置のそれぞれにおける温度を求め、求めた温度の平均を算出することにより溶融池ＭＰの平均温度を求める。検出部５４は、温度画像データの中心をキーホールＫＨの位置として求める。検出部５４は、温度画像データの中心における温度とほぼ同一の温度と見なせる範囲を最上面でのキーホールＫＨの開口として求め、求めた開口の短軸の長さを開口径として求める。
検出部５４は、温度画像上の第１所定温度以上の領域の面積から溶融池ＭＰのサイズを求める。この溶融池ＭＰのサイズから、検出部５４は、熱伝導率を求める。この場合、検出部５４は、温度画像データにおけるキーホールＫＨから第１所定温度の位置までの距離を材料層上の距離ｒに換算し、上述した（３）式に、第１所定温度の値と、距離ｒと、現在設定されている造形条件で決まる各パラメータの値とを入力し、（３）式をパラメータｋについて解くことにより、熱伝導率を算出する。
検出部５４は、温度画像（温度画像データ）上における等温線の粗密の程度に基づいて、溶融池ＭＰの表面における温度勾配、表面における溶融池ＭＰの境界部の温度の変化である凝固速度を求める。
所定の間隔ごとに撮像が行われることにより生成された複数の温度画像データを用いて、検出部５４は溶融池ＭＰおよびその近傍における温度履歴を求める。温度履歴は、材料層のある箇所における温度変化を表すデータである。温度履歴の検出の一例を以下に説明する。
上述したように、撮像装置４１で生成される画像データと、レーザ光の照射位置（すなわちキーホールＫＨの位置）を示す照射位置情報と、時間情報とは関連付けされて記憶される。検出部５４は、画像データに関連付けされた照射位置情報に基づいて、温度履歴を求める。検出部５４による温度履歴の検出処理について、ある温度画像（第１温度画像）において、キーホールＫＨ（すなわち画像中心）が位置する位置Ｑ２からＸ方向＋側に距離ｍだけ離れた位置Ｑ１での温度履歴を求める場合を例に挙げて説明する。検出部５４は、位置Ｑ１での温度を第１温度画像データから求める。そして、所定時間後に（レーザ光の照射位置が所定距離変化した後に）、検出部５４は、第１温度画像とは異なる第２温度画像上における位置Ｑ１の位置を求める。
具体的には、検出部５４は、第１画像データが生成されたときのレーザ光の照射位置と、第２画像データが生成されたときのレーザ光の照射位置とに基づいて、第１温度画像における中心であるキーホールＫＨ１の材料層上での位置と、第２温度画像における中心であるキーホールＫＨ２の材料層上での位置とを求める。レーザ光がＸ方向－側に向かって走査されているとすると、材料層上でのキーホールＫＨ１とＫＨ２との位置の差分ｎを温度画像上の距離に換算した値だけ第２温度画像の中心からＸ方向＋側にずらした位置が、第２温度画像上における位置Ｑ２（第１温度画像におけるキーホールＫＨ）の位置となる。検出部５４は、第２温度画像上の位置Ｑ２からさらにＸ方向＋側に距離ｍだけ離れた位置を位置Ｑ１の位置として求め、この位置での温度を、第２温度画像データから求める。検出部５４は、以後同様に複数の温度画像データから位置Ｑ１における温度を求めることにより、位置Ｑ１での温度履歴を求めることができる。
検出部５４は、温度画像データから、溶融池ＭＰの近傍の状態として、凝固領域ＢＥの温度に関する情報を求める。この場合、検出部５４は、凝固領域ＢＥの温度分布や平均温度等を求める。なお、検出部５４は、加熱前の粉末材料Ｐの状態として求められた粉末材料Ｐの温度に関する情報を、溶融池ＭＰの近傍の状態として求めてもよい。
なお、検出部５４は、二色法による温度画像データから、溶融池ＭＰやその近傍（検出対象領域内の凝固領域ＢＥ）の温度に関する情報（つまり、溶融の状態）を求めなくてもよい。例えば、取得部３１０について、撮像装置４１と二分岐光学系４２と色収差補正光学系４３と視野絞り３０２に代えて既存の放射温度計を用い、溶融池ＭＰとその近傍からの赤外線に基づく温度データを取得してもよい。この場合、検出部５４は、取得部３１０（不図示の放射温度計）で取得された温度データに基づいて溶融の状態を求めてもよい。
また、取得部３１０として、放射温度計でなくてもよく、熱電対などの既存の接触式温度計を用いてもよい。この場合、取得部３１０として、造形部３０の造形槽３１や材料層形成部２０における任意の位置に複数の熱電対が設置され、その複数の熱電対で各位置の温度データを取得する。そして、検出部５４は、熱電対で取得された温度データと溶融池ＭＰやその近傍（検出対象領域内の凝固領域ＢＥ）の温度データとの相関関係に関するデータを利用して、溶融の状態を求めてもよい。なお、熱電対で取得された温度データと溶融池ＭＰやその近傍（検出対象領域内の凝固領域ＢＥ）の温度データとの相関関係に関するデータは、予め記憶部５８に記憶されている。
＜スパッタＳＰの状態の検出＞
検出部５４は、スパッタＳＰの状態として、スパッタＳＰの飛散量と、飛散方向と、飛散速度との少なくとも一つを求める。上述したように、スパッタＳＰの状態は、溶融池ＭＰ内の対流Ｃと関連があるため、検出部５４は、スパッタＳＰの状態を求めることにより、溶融池ＭＰ内部の対流Ｃの状態を間接的に求めることができる。
図６は、説明の都合上、スパッタＳＰの状態を求めるために用いられる温度画像データに対応する温度画像として、図５からヒュームＦＵと凝固領域ＢＥを除外した温度画像を示す。検出部５４は、スパッタＳＰの状態を求めるために用いる関心領域を温度画像データ内に設定する。
この場合、検出部５４は、図６（ａ）に示す温度画像において、キーホールＫＨと溶融池ＭＰとが占める領域を除外した領域を関心領域として設定する。検出部５４は、たとえば、上述した温度分布Ｔ（ｒ）を表す（３）式からキーホールＫＨと溶融池ＭＰとを含む領域（除外対象領域）を推定することができる。温度分布Ｔ（ｒ）を表す（３）式は、上述したように、レーザ光の照射位置（すなわちキーホールＫＨの位置）から任意の距離ｒにおける粉末材料Ｐの温度を表し、レーザ光の出力等の三次元造形物を造形するための造形条件をパラメータとしている。
検出部５４は、この温度分布Ｔ（ｒ）を表す（３）式と、設定されている造形条件とに基づいて、キーホールＫＨの位置（すなわち温度画像の中心）を含む第１所定温度以上の高温領域を求め、求めた高温領域を除外対象領域として求める。上述したように溶融池ＭＰはＸＹ平面上において楕円形状となるため、キーホールＫＨと溶融池ＭＰとからなる領域は楕円形状となる。検出部５４は、（３）式の温度分布Ｔ（ｒ）に、第１所定温度の値と、現在設定されている造形条件で決まる各パラメータの値を入力し、パラメータｒを算出することにより、第１所定温度以上の高温となる楕円状の領域を算出する。検出部５４は、温度画像データ（温度画像）上において、算出した楕円状の領域に含まれる領域を高温領域として検出し、この高温領域を、除外対象領域として求める。
なお、除外対象領域として、キーホールＫＨと溶融池ＭＰとを含み楕円形状の領域が検出される場合に限定されず、上記の楕円形状の高温領域に加えて凝固領域ＢＥが含まれた領域が除外対象領域として検出されてもよい。
図６（ｂ）は、検出部５４が、図６（ａ）に示す温度画像に対して求めた除外対象領域Ｒ１（図６（ｂ）においては斜線を付して示す）と、求めた除外対象領域Ｒ１に基づいて設定した関心領域Ｒ２とを模式的に示す図である
関心領域Ｒ２は、レーザ光の照射による粉末材料Ｐの溶融が生じていない領域である。このため、検出部５４は、関心領域Ｒ２に高温領域が存在する場合、その高温領域をスパッタＳＰとして求める。検出部５４は、関心領域Ｒ２に含まれる高温領域の個数をカウントすることによりスパッタＳＰの飛散量を求める。
検出部５４は、温度画像の中心、すなわちレーザ光の照射位置から、関心領域Ｒ２に含まれるそれぞれの高温領域までの方位を求めることにより、スパッタＳＰのＸＹ平面上における飛散方向を求めることができる。
検出部５４は、複数の温度画像データを用いて、スパッタＳＰの飛散速度を求める。検出部５４は、たとえば温度履歴を求める場合と同様にして、時間情報の異なる２つの温度画像データから、材料層や凝固領域ＢＥ上に落下して固着しているスパッタＳＰ、すなわち材料層や凝固領域ＢＥ上の同一箇所に留まっているスパッタＳＰを抽出し、飛散速度の検出対象から除外する。検出部５４は、検出対象として残ったスパッタＳＰ（すなわち、時間経過に伴って、変位したスパッタＳＰ）のうち、一方の温度画像データ（温度画像）における大きさや温度と、他方の温度画像データ（温度画像）における大きさや温度とが同一と見なせるスパッタＳＰ同士を飛散中のスパッタＳＰ（同一のスパッタ）として求める。検出部５４は、同一スパッタとして求めたスパッタＳＰに対して、一方の温度画像データ（温度画像）から材料層の上部空間での位置（第１位置）を求め、他方の温度画像データ（温度画像）から材料層の上部空間での位置（第２位置）を求める。検出部５４は、第１位置と、第２位置と、２つの温度画像データの時間情報の差とから、スパッタＳＰ（飛散した同一のスパッタ）の飛散速度を算出（検出）する。
なお、検出部５４は、温度画像データ（温度画像）に関心領域Ｒ２を設定することなく、スパッタＳＰの状態を求めてよい。この場合、検出部５４は、撮像装置４１により出力された画像データから生成した複数の温度画像データを加算して平均をとって平均温度画像データを生成する。なお、複数の温度画像データは、異なる時間情報と関連付けされた画像データから生成した温度画像データであってもよい。また、複数の温度画像データは、予め生成して記憶部５８に記憶させておいた、異なる時刻や異なる位置での温度画像データであってもよい。検出部５４は、温度画像データを生成するごとに平均温度画像データを生成してもよいし、所定枚数の温度画像データを生成するごとに平均温度画像データを生成してもよい。スパッタＳＰの発生状態（スパッタＳＰの温度画像データ上での個数や、位置や、大きさ等）は各温度画像データごとに異なる。このため、複数の温度画像上の同一の位置において、ある温度画像ではスパッタＳＰが検出されたとしても、他の多数の温度画像では、必ずしもスパッタＳＰが検出されない。これらの複数の温度画像データに基づいて生成された平均温度画像データ（平均温度画像）では、ある温度画像データ（温度画像）でのスパッタＳＰが検出された位置が、他の多数の温度画像データ（温度画像）でのスパッタＳＰが検出されていない位置と加算され平均されることにより、スパッタＳＰが除去される。スパッタＳＰが除去された平均温度画像データ（平均温度画像）には、キーホールＫＨおよび溶融池ＭＰが含まれる。
図６（ｃ）は、上記の処理により生成される平均温度画像データに対応する平均温度画像の一例を模式的に示す。図６（ｃ）に示すように、平均温度画像には、キーホールＫＨおよび溶融池ＭＰ以外には高温領域が存在しない。検出部５４は、図６（ａ）に示すスパッタＳＰの検出を行うための温度画像に対応する温度画像データ（検出対象画像データ）から、図６（ｃ）に示す平均温度画像に対応する平均温度画像データとの差を取る。これにより、図６（ｄ）に示すように、検出対象画像から、キーホールＫＨおよび溶融池ＭＰが除去された画像が生成される。この画像上の高温領域がスパッタＳＰであるので、検出部５４は、上述したように高温領域に基づいて、図６（ｂ）を用いて説明した場合と同様にして、スパッタＳＰの飛散量と、飛散方向と、飛散速度との少なくとも１つを求める。特に、検出部５４は、温度画像の中心に対してＸ方向＋側（レーザ光の走査方向に対して後方）に飛散したスパッタＳＰも飛散方向も求めることができる。
なお、検出部５４は、二色法による温度画像データから、スパッタの状態を求めなくてもよい。例えば、取得部３１０について、撮像装置４１と二分岐光学系４２と色収差補正光学系４３と視野絞り３０２に代えて不図示の撮像装置を用い、検出対象領域の画像データを取得してもよい。また、不図示の撮像装置は、図１における撮像装置４１と同じ構成であってもよいし、他の既存の構成であってもよい。この場合、検出部５４は、取得部３１０（不図示の撮像装置）で取得された画像データを用いて既存の画像処理を行い、画像から所定の大きさの円形状の像をスパッタの像として検出する。そして、検出部５４は、検出したスパッタの像の位置の時間変化や個数からスパッタＳＰの飛散量と飛散方向と飛散速度との少なくとも１つを求める。
なお、スパッタＳＰの状態（スパッタＳＰの飛散量や飛散方向や飛散速度）と溶融池ＭＰの対流Ｃとの相関関係と、溶融池ＭＰの対流Ｃと溶融池ＭＰの溶融の状態（温度に関する情報）との相関関係から、スパッタＳＰの状態と溶融池ＭＰの溶融の状態との相関関係がわかる。従って、検出部５４は、求めたスパッタＳＰの状態に基づいて、（間接的に）溶融池ＭＰの溶融の状態を求めてもよい。この場合、スパッタＳＰの状態と溶融池ＭＰの溶融の状態との相関関係に関するデータを予め記憶部５８に記憶させておく。
＜ヒュームＦＵの状態の検出＞
検出部５４は、温度画像データからヒュームＦＵの状態として、ヒュームＦＵの濃度と範囲との少なくとも１つを求める。上述したように、ヒュームＦＵの状態は、溶融池ＭＰ内の対流Ｃと関連があるため、検出部５４は、ヒュームＦＵの状態を求めることにより、溶融池ＭＰ内部の対流Ｃの状態を間接的に求めることができる。
図７は、ヒュームＦＵの状態を求めるために用いられる温度画像データに対応する温度画像の一例を示す。なお、図７においては、図示の都合上、凝固領域ＢＥを省略して示す。上述したように、ヒュームＦＵはレーザ光に照射されて生成される溶融池ＭＰから発生しているので、材料層の検出対象領域からの光はヒュームＦＵの影響を受けて輝度が低下している。なお、図７においては、斜線を付与した領域は、ヒュームＦＵの影響により輝度値が低下している領域を表す。
図７（ａ）は、図５に示す温度画像と同一の温度画像である。この温度画像に対応する温度画像データの原画像データ、すなわち波長λ１の光と波長λ２の光が撮像素子４１１の異なる位置に入射することにより生成されたそれぞれの画像データに対応する画像を図７（ｂ）に模式的に示す。図７（ｂ）の原画像においては、紙面左側に波長λ１の光による像Ｄ１を示し、紙面右側に波長λ２の光による像Ｄ２を示す。
上述したように、材料層の検出対象領域からの放射光はヒュームＦＵの影響を受けて輝度値が低下しているので、像Ｄ１と像Ｄ２とは共に輝度値が低下している。仮に、像Ｄ１の方が像Ｄ２よりも明るい（高輝度）像であるものとする。しかしながら、ヒュームＦＵの影響により光が散乱するため、明るい像Ｄ１でも暗い像Ｄ２でもヒュームＦＵの影響を受けた領域Ｒ３および領域Ｒ４では輝度が落ちる。このとき、明るい像Ｄ１と暗い像Ｄ２のぞれぞれの輝度の低下率は実質的に等しい。検出部５４は、溶融池ＭＰ、キーホールＫＨおよびスパッタＳＰと、ヒュームＦＵとの切り分けを、像Ｄ１および像Ｄ２間で輝度値の比が変化するか否かに基づいて行う。ヒュームＦＵは、溶融池ＭＰからの光を遮るため、波長λ１の光と波長λ２の光との双方の輝度値が低下するが、像Ｄ１および像Ｄ２間で輝度値の比は変化しない。これに対して、溶融池ＭＰ、キーホールＫＨおよびスパッタＳＰでは、輝度値の比は変化する。像Ｄ１と像Ｄ２の各画素の輝度情報は既知であるので、検出部５４は、輝度値の比の変化の有無に基づいて、溶融池ＭＰ、キーホールＫＨおよびスパッタＳＰと、ヒュームＦＵとを切り分けることができる。検出部５４は、このようにして切り分けられたヒュームＦＵ（像Ｄ１の領域Ｒ３や像Ｄ２の領域Ｒ４）をヒュームＦＵの範囲として求める。
検出部５４は、像Ｄ１または像Ｄ２の何れかを用いて、輝度値の低下の程度を求めることにより、ヒュームＦＵの濃度を求める。検出部５４は、上述したようにして求められたヒュームＦＵの範囲（像Ｄ１の領域Ｒ３、または像Ｄ２の領域Ｒ４）の輝度値と、他の領域、すなわちヒュームＦＵの影響を受けていないため輝度値が低下していない領域の輝度値との差を算出し、この差に基づいて、ヒュームＦＵの濃度を算出する。なお、輝度値の差とヒュームの濃度とが関連つけされたデータが、記憶部５８に予め記憶され、検出部５４は、このデータを参照して、算出した差からヒュームＦＵの濃度を算出する。なお、検出部５４は、図７（ｂ）に示す原画像に対応する画像データが取得されたときとは異なるときに取得された画像データにおける像Ｄ１または像Ｄ２の輝度値と、図７（ｂ）の原画像の画像データにおける像Ｄ１または像Ｄ２の輝度値とを比較して差を算出してもよい。
なお、像Ｄ１と像Ｄ２とでは、ともにヒュームＦＵの影響により輝度値が低下しているため、波長λ１の光の輝度情報と、波長がλ２の光の輝度情報との比に基づいて生成される温度画像には、熱放射光がヒュームＦＵに妨げられることによる影響は生じない。
なお、検出部５４は、平均温度画像データを用いてヒュームＦＵの状態を求めてもよい。平均温度画像データは、スパッタＳＰの状態を求める処理において説明した生成方法と同様にして生成される。ヒュームＦＵの発生状態（ヒュームＦＵの温度画像データ上での濃度や範囲）は各温度画像データごとに異なる。このため、複数の温度画像上の同一位置において、ある温度画像ではヒュームＦＵが検出されたとしても、他の多数の温度画像では、必ずしもヒュームＦＵが検出されない。これらの複数の温度画像データを平均して生成された平均温度画像データでは、ある温度画像データでのヒュームＦＵの影響受けた位置が、他の多数の温度画像データでのヒュームＦＵの影響を受けていない位置と加算され平均されることにより、ヒュームＦＵの影響が除去される。ヒュームＦＵが除去された平均温度画像データには、キーホールＫＨおよび溶融池ＭＰが含まれる。この場合、検出部５４は、図６（ｃ）に示す場合と同様の平均温度画像に対応する平均温度画像データを生成する。
検出部５４は、図７（ａ）に示すヒュームＦＵの検出を行うための温度画像に対応する温度画像データ（検出対象画像データ）と、平均温度画像データとの差を取る。これにより、図７（ｃ）に示すように、検出対象画像から、キーホールＫＨおよび溶融池ＭＰが除去された画像が生成される。この画像（画像データ）上の高温領域がヒュームＦＵとスパッタＳＰである。スパッタＳＰは画像（画像データ）上では小さな粒状に現れるので、検出部５４は、画像データ上でこれらの粒状の高温領域を除外してヒュームＦＵの範囲を求める。これにより、検出部５４は、ヒュームＦＵの拡散状態、すなわちヒュームＦＵの範囲を求める。検出部５４は、ヒュームＦＵも熱量を有しているので、検出されたヒュームＦＵの範囲の温度を、図７（ｃ）に示す画像に対応する画像データから求める。温度が高いほどヒュームＦＵがより多く発生している、すなわちヒュームＦＵの濃度が高いことが考えられる。したがって、検出部５４は、求めたヒュームＦＵの範囲内における温度に基づいて、ヒュームＦＵの濃度を求める。この場合、ヒュームＦＵの温度と濃度とが関連付けされたデータが、予め記憶部５８に記憶され、検出部５４は、このデータを参照して、図７（ｃ）に示す画像から求めた温度からヒュームＦＵの濃度を求めることができる。
なお、上述したスパッタＳＰの状態を求める処理においては、ヒュームＦＵを省略した図６を用いて説明を行ったが、実際にはヒュームＦＵが発生し、温度画像にはヒュームＦＵの像が含まれている可能性がある。そのため、検出部５４は、ヒュームＦＵの状態を求める処理において説明した方法を用いて、溶融池ＭＰ、キーホールＫＨおよびスパッタＳＰと、ヒュームＦＵとを切り分けて、ヒュームＦＵを温度画像データ（温度画像）から除去する。検出部５４は、ヒュームＦＵが除去された温度画像データ（温度画像）から、図６を用いて説明した方法を用いて、スパッタＳＰの状態を求めればよい。また、検出部５４は、平均温度画像データに基づいて生成した図７（ｃ）に示す画像に対応する画像データから、面積の違いに基づいて、ヒュームＦＵとスパッタＳＰとを切り分けることにより、スパッタＳＰの状態を求めてもよい。この場合、予めスパッタＳＰの大きさとして想定できる面積が閾値として設定され、検出部５４は、この閾値よりも大きい領域をヒュームＦＵとして求め、閾値よりも小さい領域をスパッタＳＰとして求める。
なお、検出部５４は、二色法による温度画像データから、ヒュームＦＵの状態を求めなくてもよい。例えば、取得部３１０について、撮像装置４１と二分岐光学系４２と色収差補正光学系４３と視野絞り３０２に代えて、不図示の照明装置と撮像装置を用いてもよい。この場合、一例として、ベースプレート３１１と造形光学系３５との間の空間において、図１のベースプレート３１１の中心に対してＸ方向＋側に照明装置、Ｘ方向－側に撮像装置をそれぞれ配置する。なお、この照明装置と撮像装置は、当該照明装置からの照明光が撮像装置で受光されるように対向して配置する。一例として、不図示の照明装置は既存の面発光型のＬＥＤであり、不図示の撮像装置は、図１の撮像装置４１と同じ構成である。
ここで、レーザ光の照射によりベースプレート３１１と造形光学系３５との間の空間でヒュームＦＵが発生すると、照明装置からの照明光は、ヒュームＦＵによる散乱を受け、撮像装置で受光される。つまり、ヒュームＦＵが発生していない領域を介して受光される光の強度に比べて、ヒュームＦＵが発生している領域を介して受光される光の強度は低くなる。従って、検出部５４は、撮像装置で生成される画像データにおける各画素の信号強度と所定の閾値とを比較することでヒュームが発生している範囲を求めることができる。
また、ヒュームＦＵの濃度が高くなるほど、ヒュームＦＵによる散乱の影響が大きくなり、照明装置からの照明光の強度は大きく減衰する。従って、検出部５４は、撮像装置で生成される画像データにおける各画素の信号強度に基づいてヒュームＦＵの濃度（濃度の分布）を求めることができる。
なお、取得部３１０として、不図示の照明装置と撮像装置の組を異なる方位に配置（一例として、ベースプレート３１１の中心に対して、Ｘ方向＋側及びＹ方向＋側のそれぞれに照明装置を配置し、Ｘ方向－側及びＹ方向－側のそれぞれに撮像装置を配置）し、検出部５４は、それぞれの撮像装置で生成される画像データにおける各画素の信号強度に基づいて、ヒュームＦＵの発生している空間的な範囲と空間的な濃度（濃度の分布）を求めてもよい。
なお、不図示の照明装置は面発光型のＬＥＤでなくてもよく、ヒュームＦＵが発生する可能性のある空間を面発光できる構成であれば、他の既存の構成を用いてもよい。また、面発光しなくてもよく、既存の点発光型の照明装置を用いてもよい。
なお、ヒュームＦＵの状態（スパッタＳＰの範囲や濃度）と溶融池ＭＰの対流Ｃとの相関関係と、溶融池ＭＰの対流Ｃと溶融池ＭＰの溶融の状態（温度に関する情報）との相関関係から、ヒュームＦＵの状態と溶融池ＭＰの溶融の状態との相関関係がわかる。従って、検出部５４は、求めたヒュームＦＵの状態に基づいて、（間接的に）溶融池ＭＰの溶融の状態を求めてもよい。この場合、ヒュームＦＵの状態と溶融池ＭＰの溶融の状態との相関関係に関するデータを予め記憶部５８に記憶させておく。
（２）造形条件を変更する処理
演算部５６は、上述したようにして検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて、造形条件の変更が必要な場合には、上記（１）式～（３）式で表されるパワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値の少なくとも１つが所望する範囲に保たれるように、各式に含まれる上述したパラメータの値を設定する。造形条件の変更が必要な場合とは、現在設定されている造形条件にて造形を行うと、三次元造形物に溶融不足や形状異常や所望の金属結晶が得られない等の造形不良が発生する可能性がある場合である。造形条件の変更の要否は、判定部５７により判定される。判定部５７は、検出部５４により求められた検出対象領域の状態が、後述する基準範囲を満たす場合に、造形条件の変更が必要と判定する。
演算部５６は、設定したパラメータの値となるように造形条件を変更するための情報である変更情報を生成する。本実施の形態においては、変更する造形条件として、以下の（２－１）～（２－７）を例示する。
（２－１）材料層の粉末材料Ｐに向けて出射されるレーザ光の条件、すなわち照射部３２に関連する条件
（２－２）レーザ光により材料層を走査するための走査条件、すなわち走査部３３に関連する条件
（２－３）筐体１０の内部の雰囲気に関連する条件
（２－４）材料層を形成するための材料層形成条件
（２－５）造形槽３１のベースプレート３１１に関連する支持部条件
（２－６）固化層または三次元造形物の形状に関する設計情報（設計データ）
（２－７）粉末材料Ｐに関連する条件
上記の（２－１）～（２－７）の造形条件の具体例を以下に示す。
一例として、図８、図９には、主な造形条件と、基本条件であるパワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）と、（１）式～（３）式に示すパラメータとの関係を示す。図８、図９は、各造形条件によって制御できる基本条件を〇で示し、制御できない又は制御しても効果が小さい基本条件を空白で示す。また、図８、図９は、各造形条件に関連のある（１）式～（３）式の各パラメータを示す。備考として、図８、図９は、各造形条件が、上述したリアルタイム変更、次層造形時変更および次造形物造形時変更のどのタイミングで変更可能かを示す。
（２－１）照射部３２に関連する条件
照射部３２から出射されるレーザ光の条件に関連する造形条件の具体例として、図８に示すように、レーザ光の出力［Ｗ］（レーザ出力）と、レーザ光の波長［ｎｍ］と、レーザ光の強度分布（プロファイル）と、レーザ光の光束のサイズ［ｍｍ］（スポットサイズ）との少なくとも１つの条件がある。
レーザ出力は、レーザ発振器３２１から出射されたレーザ光により照射された粉末材料Ｐに与える熱量に影響を与え、レーザ出力が高いほど粉末材料Ｐに吸収される熱量が増加する。レーザ出力は、上述したパラメータＰＬに関連して変更情報が生成される造形条件である。上述したように、レーザ出力が増加されると、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値が上昇する。レーザ出力を変更するための変更情報は、照射部３２から出射されるレーザ光の新たな出力値や、現在設定されているレーザ光の出力値への補正値である。
レーザ光の波長は、粉末材料Ｐがレーザ光を吸収する吸収率と関連がある。一般的に、レーザ光の波長が短い程、粉末材料Ｐの吸収率が高いことが知られている。すなわち、レーザ光の波長は、パラメータηに関連して変更情報が生成される造形条件であり、レーザ光の波長が長くなるとパラメータηの値が減少する。このため、レーザ光の波長は、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤの値に影響を与える。レーザ光の波長を変更するための変更情報は、例えば、レーザ光として出射可能な波長のうち、いずれの波長のレーザ光を出射させるかを示す情報である。
レーザ光の強度分布（プロファイル）として、本実施の形態では、上述したようにガウシアン分布のレーザ光とトップハット分布のレーザ光とを切り替えることができる。ガウシアン分布のレーザ光の強度分布は、レーザ光の光束の中心軸近傍が最も強く、周辺へ向けて次第に弱くなる。トップハット分布のレーザ光の強度分布は、ガウシアン分布のレーザ光と比較して、レーザ光の光束の中心軸近傍から離れた周辺部においても均一になる。これにより、トップハット分布のレーザ光の場合は、ガウシアン分布のレーザ光と比較して、粉末材料Ｐの溶融に必要な強度を有するレーザ光は材料層上の広い範囲に照射される。このため、レーザ光の強度分布は、材料層上面でのレーザ光のスポットサイズに影響を与える。すなわち、レーザ光の強度分布はパラメータｄに関連して変更情報が生成される造形条件である。レーザ光の強度分布をトップハット分布に切り替えるとスポットサイズが大きくなり、レーザ光の照射により材料層上の単位面積当たりの粉末材料Ｐに流入する熱量が減る。このため、トップハット分布の強度分布にすると、パラメータｄの値が増加し、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤの値が減少する。
ガウシアン分布のレーザ光では、レーザ光の光束の中央軸近傍の強度分布が最も強くなるので、トップハット分布のレーザ光と比較して、粉末材料Ｐの溶融に必要な強度を有するレーザ光は材料層上の狭い範囲に照射される。これにより、スポットサイズが小さくなり、レーザ光の照射により材料層上の単位面積当たりの粉末材料Ｐに流入する熱量が増加する。このため、ガウシアン分布の強度分布にすると、パラメータｄの値が減少し、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤの値が増加する。
レーザ光の強度分布を変更するための変更情報は、例えば、ガウシアン分布とトップハット分布の何れの強度分布にてレーザ光を出射させるかを示す情報である。
なお、レーザ光の強度分布は、レーザ品質［Ｍ２］の影響を受ける。Ｍ２が１の場合、レーザ光の強度分布はシングルモードのガウシアン分布となり、Ｍ２が１から変化するほど（Ｍ２は１以上の値）、レーザ光の強度分布はシングルモードのガウシアン分布から変化する。したがって、レーザ品質に応じて、パラメータｄの値が変化する。
レーザ光のスポットサイズは、レーザ光により照射される材料層のＸＹ平面上での範囲に影響する。材料層上面を照射するレーザ光のスポットサイズが小さい程、材料層上の単位面積あたりの熱量が増え、レーザ光の照射により材料層上の単位面積当たりの粉末材料Ｐに流入する熱量が増す。その結果、レーザ光に照射された粉末材料Ｐの溶融が促進され溶融池ＭＰ内での対流Ｃに影響を与える。このため、レーザ光のスポットサイズは、パラメータｄに関連して変更情報が生成される造形条件である。スポットサイズが大きくなると、パラメータｄが大きくなり、レーザ光の照射により材料層上の単位面積当たりの粉末材料Ｐに流入する熱量が減少するので、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤの値が減少する。スポットサイズは温度分布Ｔ（ｒ）の値に影響を与える。レーザ光のスポットサイズを変更するための変更情報は、例えば、フォーカスレンズ３２３の凹レンズ３２３ａのＸ方向の位置、または現在の凹レンズ３２３ａの位置からの移動量である。
レーザ光の波長は次造形物造形時変更の際に変更することができる。他の造形条件は、リアルタイム変更、次層造形時変更および次造形物造形時変更のいずれのときであっても変更することができる。
（２－２）走査部３３に関連する条件
レーザ光により材料層を走査するための走査条件に対する造形条件の具体的な例として、レーザ光の走査速度［ｍｍ／ｓ］と、レーザ光の走査方向と交差する方向にて隣接する２つのレーザ光の照射位置の間隔（走査ピッチ）［ｍｍ］と、レーザ光の走査経路との少なくとも１つの条件がある。
レーザ光の走査速度は、材料層の表面の単位面積当たりにレーザ光が照射される時間に関連があり、レーザ光の照射により材料層の単位面積当たりの粉末材料Ｐに流入する熱量や、レーザ光が照射される位置の移動に伴う溶融池ＭＰにおける温度変化（温度勾配）に影響がある。レーザ光の走査速度が高い場合には、レーザ光の照射により材料層の表面の単位面積当たりに含まれる粉末材料Ｐに流入する熱量が少なくなる。レーザ光の走査速度が低い場合には、レーザ光の照射により材料層の表面の単位面積当たりに含まれる粉末材料Ｐに流入する熱量が多くなる。レーザ光の走査速度は、上記のパラメータｖに関連して変更情報が生成される造形条件である。走査速度が上昇するとパラメータｖも増加し、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値が減少する。走査速度を変更するための変更情報は、例えば、ガルバノミラー３３１、３３２の傾き角度の新たな変更速度や、現在設定されている傾き角度の変更速度の補正値である。
走査ピッチが小さい場合には、レーザ光の照射により既に形成された隣接する凝固領域ＢＥからの熱の影響が大きい。したがって、レーザ光が照射されていない粉末材料Ｐの初期温度が上昇し、所望の温度（たとえば融点）までの上昇に必要な熱量が少なくなる。すなわち、走査ピッチが小さい程、粉末材料Ｐの熱の吸収率が大きくなり、走査ピッチが大きい程、粉末材料Ｐの熱の吸収率が小さくなる。また、走査ピッチが小さいと、溶融池ＭＰにおいて、レーザ光の走査方向とは異なる方向からの熱が対流Ｃに影響を与える。
走査ピッチが大きい場合には、レーザ光の照射により既に形成された隣接する凝固領域ＢＥからの熱の影響が小さいので、レーザ光に照射されていない粉末材料Ｐの初期温度が所望の温度（たとえば融点）にまで上昇するために必要な熱量が多くなる。
走査ピッチはパラメータηとΔｙとに関連して変更情報が生成される造形条件である。走査ピッチが大きい場合には、パラメータηの値が小さく、パラメータΔｙの値が大きくなり、エネルギー密度ＥＤの値が小さくなる。走査ピッチは、パワー密度ＰＤと温度分布Ｔ（ｒ）の値に影響を与える。走査ピッチを変更するための変更情報は、例えば、ガルバノミラー３３１、３３２の現在の設定角度から変化させる新たな設定角度、または現在の設定角度から新たな設定角度に変化させるための補正値である。
レーザ光の走査経路は、材料層の表面へのレーザ光を照射するための経路の設定方法に関する造形条件である。走査経路として、たとえば、スライスモデルデータに基づく形状（造形モデル）の輪郭に沿ってレーザ光を照射した後に輪郭内部にレーザ光を照射したり、スライスモデルデータに基づく形状（造形モデル）の輪郭内部にレーザ光を照射した後に、スライスモデルデータに基づく形状（造形モデル）の輪郭に沿ってレーザ光を照射する等がある。また、レーザ光の走査経路は、レーザ光が照射される前の材料層の初期温度Ｔ０に基づいて、たとえばレーザ光により造形される固化層に残留応力が発生しにくくなるような経路となるように決定される。
レーザ光の走査経路として、例えば、上記に例示したように、スライスモデルデータに基づく形状（造形モデル）の輪郭に沿ってレーザ光を照射した後に輪郭内部にレーザ光を照射する場合、既にスライスモデルデータに基づく形状（造形モデル）の輪郭へ照射されたレーザ光による熱の拡散によって輪郭内部における粉末材料Ｐの初期温度が上昇する。したがって、レーザ光の走査経路は、変更する走査経路によってはパラメータのＰ０に関連して変更情報が生成される造形条件であり、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値に影響を与える。走査経路を変更するための変更情報は、例えば、ガルバノミラー３３１、３３２の新たな傾き角度の値とその傾き角度の値を設定するタイミングの情報である。
上記の各造形条件は、リアルタイム変更、次層造形時変更および次造形物造形時変更のいずれのときであっても変更することができる。
（２－３）筐体１０の内部の雰囲気に関連する条件
筐体１０の内部の雰囲気を造形条件とするときの具体例として、筐体１０へ導入される不活性ガスの流量［ｍｍ３／ｓ］と、筐体１０へ導入される不活性ガスの流速［ｍｍ／ｓ］と、筐体１０内の温度［℃］との少なくとも１つの条件がある。
本実施の形態では、不活性ガスの流量や流速は、レーザ光を照射する前の材料層の初期温度やレーザ光の照射により粉末材料Ｐから発生したヒュームＦＵに影響を与える。たとえば、不活性ガスの流量が多い場合や流速が高い場合は、不活性ガスにより材料層の表面が冷却されることにより、レーザ光に照射された粉末材料Ｐの温度が所望の温度（たとえば融点）に上昇するために必要な熱量が多くなる。したがって、不活性ガスの流量と流速は、粉末材料Ｐがレーザ光の照射を受ける前の初期温度に影響を与えるので、パラメータＰ０に関連する造形条件である。
また、たとえば不活性ガスの流量が少ない場合や流速が低い場合は、レーザ光の照射によって発生したヒュームＦＵがレーザ光の照射位置の近傍に留まり、材料層に向かうレーザ光の光路を遮ってしまう。このため、レーザ光の照射により粉末材料Ｐに流入する熱量が減少し、想定していた溶融状態とは異なる溶融状態となる可能性がある。したがって、不活性ガスの流量と流速は、粉末材料Ｐがレーザ光の照射による熱を吸収するときの吸収率に影響を与えるので、パラメータηに関連する造形条件である。不活性ガスの流量と流速とは、パラメータＰ０、ηに関連して変更情報が生成される造形条件であり、たとえば、不活性ガスの流量が増加し流速が上昇すると、パラメータＰ０の値が小さくなり、パラメータηの値が大きくなり、温度分布Ｔ（ｒ）の値が小さくなる。不活性ガスの流量と流速とは、パワー密度ＰＤとエネルギー密度ＥＤの値に影響を与える。不活性ガスの流量と流速を変更するための変更情報は、たとえば、吸気装置１３１であるバルブの新たなバルブ開度や、排気装置１４の新たな排気量、または現在設定されているバルブ開度や排気量の補正値である。
筐体１０内の温度は、レーザ光を照射する前の材料層の初期温度に影響を与え、パラメータのＰ０に関連して変更情報が生成される造形条件である。筐体１０内の温度が高いほど粉末材料Ｐも温められ初期温度が高くなるので、レーザ光の照射により粉末材料Ｐの温度が所望の温度（たとえば融点）に上昇するまでに必要な熱量が少なくなる。したがって、筐体１０内の温度は、粉末材料Ｐがレーザ光の照射を受ける前の初期温度に影響を与えるので、パラメータＰ０に関連する造形条件であり、たとえば、筐体１０内の温度が上がると、パラメータＰ０の値が大きくなり、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値が増加する。筐体１０内の温度を変更するための変更情報は、例えば、ヒーター１５の新たな加熱出力の値や、現在設定されているヒーター１５の加熱出力の補正値である。
筐体１０内の温度は、次層造形時変更または次造形物造形時変更のときに変更することができる。筐体１０へ導入される不活性ガスの流量および流速は、リアルタイム変更、次層造形時変更および次造形物造形時変更のいずれのときであっても変更することができる。
（２－４）材料層を形成するための材料層形成条件
材料層を形成するための造形条件の具体例として、ブレード２２１の移動速度［ｍｍ／ｓ］と、ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力［Ｐａ］と、固化層の造形後に固化層の上に新たな材料層の形成を開始するまでにブレード２２１が待機する時間［ｓ］と、ブレード２２１の形状と、ブレード２２１の材質と、ベースプレート３１１上の材料層の積層厚［ｍｍ］との少なくとも１つの条件がある。
ブレード２２１の移動速度およびブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力は、形成される材料層の表面の平面度や材料層の積層厚や密度に影響を与える。たとえばブレード２２１の移動速度が速い場合には、ブレード２２１の移動速度が遅い場合と比較して、材料層の表面の平面度が低下し、積層厚が増し、密度が減る。また、ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力が高い場合には、圧力が低い場合と比較して、材料層の表面の平面度が増加し、積層厚が減り、密度が増す。したがって、ブレード２２１の移動速度は、パラメータΔｚ、ρ、ｋ、αに影響を与える造形条件であり、たとえば、ブレード２２１の移動速度が変更されると、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値が影響を受ける。ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力は、パラメータΔｚ、ρ、ｋ、αに関連して変更情報が生成される造形条件である。たとえば、圧力が増すと、パラメータρ、ｋ、αの値が大きくなり、パラメータΔｚの値が小さくなり、エネルギー密度ＥＤと温度分布Ｔ（ｒ）との値が増加する。ブレード２２１の移動速度を変更するための変更情報は、ブレード２２１を移動させる駆動機構を構成するモータ出力の新たな値や、現在設定されているモータ出力の補正値である。ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力を変更するための変更情報は、たとえば、押圧機構の新たな駆動量の値や、現在設定されている押圧機構の駆動量の補正値でもよい。
ブレード２２１の待機時間は、上述したように、固化層の造形のために材料層へのレーザ光の照射が終了した後から、ブレード２２１が粉末材料Ｐを材料供給槽２１から造形槽３１への移送を開始するまでの時間である。ブレード２２１の待機時間は、固化層上に新たに形成する材料層の初期温度に影響を与える。すなわち、待機時間が長いほど、レーザ光の照射によって上昇した固化層の温度が低下するので、その固化層の上部に新たに形成される材料層の初期温度が上昇しにくくなる。この場合、レーザ光に照射された粉末材料Ｐの温度が所望の温度（たとえば融点）まで上昇するために必要な熱量が多くなる。したがって、ブレード２２１の待機時間は、パラメータＰ０に関連して変更情報が生成される造形条件である。たとえば、待機時間が長くなると、パラメータＰ０の値が小さくなり、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値が減少する。ブレード２２１の待機時間を変更するための変更情報は、例えば、ブレード２２１を移動させる駆動機構を構成するモータの駆動開始のタイミングを示す値や、現在設定されているモータの駆動開始のタイミングの補正値である。
ブレード２２１に、たとえば欠損がある場合には、その欠損の形状に応じて材料層の厚みが一定とならず、平面度が低下したり、積層厚が所望した厚さと異なったり、材料層中の密度が一律にならなくなったり、平面粗さが大きくなったりする。また、ブレード２２１に欠損が無い場合であっても、ブレード２２１の形状が変わると、粉末材料Ｐに対するブレード２２１の接触面積等が変化するため、その形状に応じて材料層の密度、平面度、積層厚が変化する。ブレード２２１の材質と粉末材料Ｐの材質（種類）との特性よっては、摩擦等の要因によりブレード２２１の移動に支障をきたし、ベースプレート３１１や固化層上に均一に粉末材料Ｐが移送されず、形成される材料層の平面度が低下したり、積層厚が所望した厚さと異なったり、材料層中の密度の均一性が低下したり、平面粗さが大きくなったりする可能性がある。したがって、ブレード２２１の形状および材質は、パラメータΔｚ、ρ、ｋ、αに影響を与える造形条件であり、ブレード２２１の形状および材質が変更されるとエネルギー密度ＥＤと温度分布Ｔ（ｒ）との値が影響を受ける。
なお、ブレード２２１の形状および材質の変更は、ブレード２２１の種類を変更することにより行うことができる。この場合、ブレード２２１の形状および材質を変更するための変更情報は、たとえばブレード２２１の交換を示す情報である。この場合、造形装置１は、たとえば、ブレード２２１の交換を促す報知を行う。報知の方法としては、造形装置１は、不活性ガスの種類を変更する必要がある旨を伝えるメッセージをモニタ（不図示）に表示したり、音声をスピーカー（不図示）から発するとよい。また、複数の種類の間でブレード２１１が自動で交換可能な構成を有する場合には、材料制御部５１からの制御に従って、ブレード２１１の種類が自動的に交換される。また、上述したブレード２２１の形状が可変な構造となっている場合には、材料制御部５１からの制御に従って、ブレード２２１の形状を変更できる。この場合に生成される変更情報は、例えば、ブレード２２１の形状の変更を指示する情報である。
材料層の積層厚が厚い場合には、レーザ光の照射により発生した熱量が材料層のＺ方向－側の面（下面）まで十分に到達しなくなり、溶融不足等の造形不良の発生原因となる可能性がある。積層厚は、パラメータΔｚに関連して変更情報が生成される造形条件であり、たとえば、積層厚が増すとパラメータΔｚの値が大きくなり、エネルギー密度ＥＤの値が低下する。積層厚を変更するための変更情報は、例えば、上述した、リコーター２２のブレード２２１が粉末材料Ｐに加える新たな圧力の値や現在の圧力の補正値でもよいし、ブレード２２１の押圧機構の新たな駆動量の値や現在設定されている押圧機構の駆動量の補正値でもよい。
ブレード２２１の形状および材質は次造形物造形時変更にて変更することができる。ブレード２２１の移動速度、粉末材料Ｐに加える圧力、待機時間および材料層の積層厚は、次層造形時変更または次造形物造形時変更のときに変更することができる。
（２－５）造形槽３１のベースプレート３１１に関連する支持部条件
造形槽３１のベースプレート３１１に関連する造形条件として、ベースプレート３１１の温度［℃］とがある。
ベースプレート３１１の温度は、上部に形成される材料層の初期温度に影響を与え、ベースプレート３１１の温度が高い程粉末材料Ｐも温められる。このため、ベースプレート３１１の温度が高いほど、粉末材料Ｐの初期温度も高くなる。この場合、レーザ光に照射された粉末材料Ｐの温度が所望の温度（たとえば融点）まで上昇するために必要な熱量は少なくなる。したがって、ベースプレート３１１の温度は、パラメータのＰ０に関連して変更情報が生成される造形条件である。ベースプレート３１１の温度が高いとパラメータＰ０の値が大きくなり、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値が増加する。ベースプレート３１１の温度を変更するための変更情報は、例えば、ヒーター３１３の新たな加熱出力の値や、現在設定されているヒーター３１３の加熱出力の補正値である。
なお、ベースプレート３１１の温度が高いと、レーザ光の照射によって上昇した固化層の温度が低下するときの温度の低下量が小さくなるので、溶融池ＭＰが凝固する際に生じる残留応力の影響が小さくなる。また、上述したように、ベースプレート３１１の温度が高いと、レーザ光に照射された粉末材料Ｐの温度が所望の温度まで上昇するために必要な熱量が少なくて済むため、レーザ光の出力を変更することなく、走査速度の上昇が可能となる。
ベースプレート３１１の温度は、次層造形時変更または次造形物造形時変更のときに変更することができる。
（２－６）固化層または三次元造形物の形状に関連する設計データ
固化層または三次元造形物の形状に関連する設計データを造形条件とする場合の具体例として、造形される固化層の形状データであるスライスモデルデータと、固化層や三次元造形物を支持するサポート部の形状データとの少なくとも１つのデータがある。
スライスモデルデータは、造形される固化層のＸＹ平面上での形状や固化層の厚み（スライスピッチ）等を決定するための形状データである。スライスモデルデータはパラメータΔｚに関連して変更情報が生成される造形条件である。すなわち、固化層の厚みが大きくなると、パラメータΔｚの値が大きくなる。形状データであるスライスモデルデータが変更されると、照射部３２からのレーザ光の各種の造形条件や、走査部３３による走査のための各種の造形条件が変更される可能性があるため、スライスモデルデータはパワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値に影響を与える。スライスモデルデータを変更するための変更情報は、例えば、ＸＹ平面における固化層の新たな形状や固化層の新たな厚み、またはＸＹ平面における固化層の形状の補正値や固化層の厚みの補正値である。
サポート部の形状データは、上述したように、固化層間や三次元造形物の変形や破損を防ぐために三次元造形物を支持するサポート部の太さや長さなどの形状を示す。サポート部の形状は、支持する固化層や三次元造形物の形状、大きさ等によって決定される。サポート部の体積が大きいほど、固化層のうちサポート部としてレーザ光の照射により造形された部分の熱が、その固化層の上に形成された材料層（粉末材料Ｐ）に与える影響が大きくなる。また、ベースプレート３１１により粉末材料Ｐが加熱され初期温度が高いほど、固化層のうちサポート部として造形された部分を通じて、ベースプレート３１１から材料層（粉末材料Ｐ）へと伝わる熱量が多くなる。このため、サポート部の形状データは、サポート部の体積やベースプレート３１１の温度によってはパラメータＰ０に影響を与える造形条件であり、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値に影響を与える。サポート部の形状データを変更するための変更情報は、例えば、サポート部の新たな形状（長さや太さなど）の値や、現在のサポート部の形状（長さや太さなど）の補正値である。
スライスモデルデータ、サポート部材の形状データは、次造形物造形時変更のときに補正できる。
（２－７）粉末材料Ｐに関連する条件
粉末材料Ｐに関連する造形条件の具体例として、粉末材料Ｐの粒径・粒度分布と、粉末材料Ｐの吸湿度と、粉末材料Ｐの種類との少なくとも１つの条件がある。
材料層内の粉末材料Ｐの粒径・粒度分布のばらつきは、レーザ光に照射された材料層の熱拡散率や熱伝導率に影響を与え、溶融不良等の原因となるおそれがある。また、粒径・粒度分布にばらつきがある粉末材料Ｐがブレード２２１により造形槽３１に移送されると、材料層において厚みや密度にばらつきが生じる場合があり、その結果、造形される固化層にはボイド等の欠陥が発生する可能性がある。粒径・粒度分布は、パラメータΔｚ、ρ、ｋ、αに関連して変更情報が生成される造形条件である。たとえば、粒径・粒度分布が大きくなる（ばらつきが大きくなる）と、パラメータΔｚの値が大きくなり、パラメータρ、ｋ、αの値が小さくなり、エネルギー密度ＥＤと温度分布Ｔ（ｒ）との値が増加する。粉末材料Ｐの粒径・粒度分布を変更するための変更情報は、例えば、形成された材料層を除去して新たに材料層を形成することを指示する情報である。
吸湿度の高い粉末材料Ｐは、流動性が低く、ブレード２２１で造形槽３１に滑らかに移送されにくい。このため、形成された材料層の平面度や積層厚が均一になりにくく、また表面粗さが大きくなりやすい。すなわち、粉末材料Ｐの吸湿性は、パラメータΔｚに影響を与える造形条件である。また、粉末材料Ｐの吸湿度が高いと、材料層の平面度、積層厚、密度が均一になりにくいため、レーザ光の照射による温度上昇が均一とならず、溶融不良により造形される固化層のボイド等の欠陥が発生する可能性がある。さらに、吸湿度が高い粉末材料Ｐは、熱伝導率や熱拡散率が低いので、溶融不良により造形される固化層にボイド等の欠陥が発生する可能性がある。したがって、粉末材料Ｐの吸湿度は、パラメータｋ、αに関連して変更情報が生成される造形条件である。たとえば、粉末材料Ｐの吸湿度が高いと、パラメータｋ、αの値が下がり、温度分布Ｔ（ｒ）の値が減少する。また、粉末材料Ｐの吸湿度は、パワー密度ＰＤとエネルギー密度ＥＤとの値に影響を与える。吸湿度を変更するための変更情報は、例えば、粉末材料Ｐをヒーター２１３にて加熱する必要があることを示す情報と、ヒーター２１３の加熱出力の値とが含まれる。
粉末材料Ｐの種類には、粉末の材質や、添加剤がそれぞれ異なる粉末材料Ｐがある。粉末材料Ｐの種類が異なると、粉末の粒径の大きさや、熱伝導率、熱拡散率等が異なる。また、例えば、材料層を形成する際にブレード２２１にて異なる粒径の粉末材料Ｐへ同一の圧力を加えたとしても、粒径の大きな粉末材料Ｐを用いた場合には、粒径の小さな粉末材料Ｐを用いた場合よりも材料層内における粒子間の隙間が大きくなるため、材料層の積層厚が増加したり、密度が低くなる。このため、粉末材料Ｐの種類は、パラメータΔｚ、ρ、ｋ、αに影響を与える造形条件であり、エネルギー密度ＥＤと温度分布Ｔ（ｒ）に影響を与える。粉末材料Ｐの種類を変更するための変更情報は、例えば、異なる種類の粉末材料Ｐを用いることを示す情報である。この場合、造形装置１は、たとえば、ユーザに粉末材料Ｐの交換を促す報知を行う。報知の方法としては、造形装置１は、粉末材料Ｐの種類を変更する必要がある旨を伝えるメッセージをモニタ（不図示）に表示したり、音声をスピーカー（不図示）から発するとよい。また、複数の材料供給槽２１ごとに異なる種類の粉末材料Ｐが収容され、複数の材料供給槽２１が自動で交換可能な構成を有する場合、材料制御部５１からの制御に従って、材料供給槽２１が交換されることにより粉末材料Ｐの種類が自動的に交換される。
粉末材料Ｐの粒径・粒度分布、および種類は、次造形物造形時変更のときに変更できる。粉末材料Ｐの吸湿度は、次層造形時変更または次造形物造形時変更のときに補正することができる。
なお、上述した図８、９を用いて説明では、上記の（２－１）～（２－７）に含まれる各造形条件に対して特に関連が高く、造形条件の変更に対して変化の大きいパラメータを関連するパラメータとして例示した。しかし、各造形条件を変更した場合、（１）式～（３）式に含まれるパラメータのうち、上記の例示したパラメータ以外のパラメータも影響を受ける。従って、上記の例示したパラメータ以外のパラメータが変化することを加味して、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）の少なくとも１つが所望の範囲となるように造形条件を変更するための変更情報が生成されてもよい。
なお、本実施の形態においては、造形条件は以上で示した（２－１）～（２－８）の造形条件の他に、造形装置１における既存の他の造形条件が含まれてもよい。他の造形条件としては、照射部３２からのレーザ光の発振モードや、レーザ光の偏光状態や、不活性ガスの種類や、筐体１０内の酸素濃度や、筐体１０内の圧力［Ｐａ］や、ベースプレート３１１の種類や、造形姿勢データや、三次元造形物の形状データや、粉末材料Ｐの酸素濃度が含まれる。
レーザ光の発振モードとしては、上述したように、本実施の形態では、ＣＷ（連続）発振とパルス発振との間で切り替え可能である。パルス発振の場合は、ＣＷ発振に比べてオンとなる時間が短いので、レーザ光が照射された位置において粉末材料Ｐが吸収する熱量が、ＣＷ発振の場合と比較して小さい。このため、発振モードに応じて、粉末材料Ｐに流入する熱量に差が生じるため粉末材料Ｐの溶融に影響があり、特にキーホールＫＨの深さや凝固領域ＢＨ幅に影響が生じることが知られている。すなわち、発振モードは、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値に影響を与える。レーザ光の発振モードを変更するための変更情報は、例えば、ＣＷ（連続）発振とパルス発振の何れのモードでレーザ光を出射させるかを示す情報である。レーザ光の発振モードは、リアルタイム変更、次層造形時変更および次造形物造形時変更のいずれのときであっても変更することができる。
レーザ光の偏光状態として、たとえば円偏光や直線偏光等がある。粉末材料Ｐが金属材料の場合、レーザ光の吸収はレーザ光の偏光状態の影響を受ける。すなわち、レーザ光の偏光状態は、レーザ光に照射された粉末材料Ｐに流入する熱量に影響を与える。このため、レーザ光の偏光状態は、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値の少なくとも１つに影響を与える造形条件である。レーザ光の偏光状態を変更するための変更情報は、たとえば、照射部３２から出射されるレーザ光に設定可能な偏光状態（たとえば円偏光や直線偏光等）のうち、いずれの偏光状態を設定するかを示す情報である。レーザ光の偏光状態は、次造形物造形時変更のときに変更することができる。
不活性ガスの種類としては、たとえば窒素やアルゴン等の中から選択することができる。不活性ガスの種類は、粉末材料Ｐの種類に応じて選択される造形条件である。例えば、粉末材料Ｐがチタンの場合、不活性ガスとして窒素を使用すると、粉末材料Ｐが窒素と反応してしまうため、不活性ガスとしてアルゴンを使用するとよい。このように、粉末材料Ｐの種類に対して適切な不活性ガスが選択されない場合には、粉末材料Ｐと不活性ガスとが反応を起こすことにより、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値に影響を与える。不活性ガスの種類を変更するための変更情報は、異なる種類の不活性ガスを用いることを示す情報である。この場合、造形装置１は、たとえば、ユーザに不活性ガスの交換を促す報知を行う。報知の方法としては、造形装置１は、不活性ガスの種類を変更する必要がある旨を伝えるメッセージをモニタ（不図示）に表示したり、音声をスピーカー（不図示）から発するとよい。なお、不活性ガスの種類は、タンク１３を交換することにより行うことができる。また、複数のタンク１３ごとに異なる種類の不活性ガスが収容され、複数のタンク１３が自動で交換可能な構成を有する場合、筐体制御部５３からの制御に従って、タンク１３が交換されることにより不活性ガスの種類が自動的に交換される。不活性ガスの種類は、次造形物造形時変更のときに変更することができる。
筐体１０内の酸素濃度は、溶融、凝固中の材料層を酸化させない濃度に設定するための造形条件である。上述したように、粉末材料Ｐが酸化するその表面に酸化被膜が形成され、酸化被膜の厚さに応じて比熱が変化することにより、粉末材料Ｐの熱の吸収や熱の伝導に影響が及ぶ。このため、筐体１０内の酸素濃度は、エネルギー密度ＥＤや温度分布Ｔ（ｒ）の値に影響を与える造形条件である。筐体１０内の酸素濃度を変更するための変更情報は、たとえば、吸気装置１３１であるバルブの新たなバルブ開度や、排気装置１４の新たな排気量、または現在設定されているバルブ開度や排気量の補正値である。筐体１０内の酸素濃度は、次層造形時変更または次造形物造形時変更のときに変更することができる。
三次元造形物の造形は筐体１０内が所定の圧力に保たれた状態で行われるので、筐体１０内の圧力は造形条件として制御される。筐体１０内の圧力は、溶融池ＭＰの表面張力に影響を与える。上述したように、溶融池ＭＰ内の対流Ｃは、溶融池ＭＰの表面と内部との表面表力の差に起因して発生するので、筐体１０内の圧力は、溶融池ＭＰの対流Ｃに影響を与える造形条件である。対流Ｃは溶融池ＭＰ内の温度分布に影響を与えるので、筐体１０内の圧力は温度分布Ｔ（ｒ）に影響を与える造形条件である。筐体１０内の圧力を変更するための変更情報は、たとえば、排気装置１４の新たな排気量、または現在設定されている排気量の補正値である。筐体１０内の圧力は、次層造形時変更または次造形物造形時変更のときに変更することができる。
造形姿勢データは、上述したように固化層や三次元造形物の造形姿勢を示すデータであり、スライスモデルデータを設定する際に使用される。造形姿勢が変更されると、照射部３２からのレーザ光の各種の造形条件や、走査部３３による走査のための各種の造形条件が変更される可能性がある。このため、造形姿勢データは、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値に影響を与える。造形姿勢データに対して生成される変更情報は、例えば、新たな造形姿勢に設定されたときのスライス方向を示す情報である。造形姿勢データは、次造形物造形時変更のときに変更できる。
三次元造形物の形状データは、設計データ（すなわちＣＡＤデータやＳＴＬデータ）である。このため、三次元造形物の形状データは、変更されると、照射部３２からのレーザ光の各種の造形条件や、走査部３３による走査のための各種の造形条件が変更される可能性がある造形条件である。このため、三次元造形物の形状データは、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）の値に影響を与える。三次元造形物の形状データを変更するための変更情報は、例えば、三次元造形物の新たな形状を示す値、現在の三次元造形物の形状の補正値である。三次元造形物の形状データは、次造形物造形時変更のときに補正できる。
上述したように、本実施の形態においては、ベースプレート３１１は、厚さや材質が異なる複数種類の中から選択して取り付け可能に構成される。ベースプレート３１１の種類は、溶融池ＭＰが凝固する際に生じる残留応力により固化層が変形することを防ぎ、固化層の形状を保つために必要な剛性（厚さや材質）を有するベースプレート３１１が選択されるための造形条件である。残留応力は溶融した粉末材料Ｐが凝固するまでの温度変化に応じて発生するので、残留応力の発生を抑制するためのベースプレート３１１の種類は温度分布Ｔ（ｒ）に関連がある造形条件である。ベースプレート３１１は、次造形物造形時に変更が可能である。ベースプレート３１１の種類を変更するための変更情報は、例えば、異なる種類のベースプレート３１１を用いることを示す情報である。この場合、造形装置１は、たとえば、ユーザにベースプレート３１１の交換を促す報知を行う。報知の方法としては、造形装置１は、ベースプレート３１１の種類を変更する必要がある旨を伝えるメッセージをモニタ（不図示）に表示したり、音声をスピーカー（不図示）から発するとよい。また、複数の種類の間でベースプレート３１１が自動で交換可能な構成を有する場合には、造形制御部５２からの制御にしたがって、ベースプレート３１１の種類が自動的に交換される。
粉末材料Ｐが酸化すると、上述したように粉末材料Ｐの表面に酸化被膜が形成され、その酸化被膜の厚さに応じて比熱が変化する。粉末材料Ｐの酸化被膜は、粉末材料Ｐの熱伝導に影響を及ぼし、溶融不良等の原因となる可能性がある。このため、粉末材料Ｐの酸素濃度は造形条件となり、エネルギー密度ＥＤの値に影響を与える。粉末材料Ｐの酸素濃度に対して生成される変更情報は、例えば、粉末材料Ｐをヒーター２１３にて加熱する必要があることを示す情報と、ヒーター２１３の加熱出力の値とが含まれる。粉末材料Ｐの酸素濃度は、次造形物造形時変更のときに変更できる。
次に、演算部５６が生成する変更情報の具体例について説明する。以下の説明では、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）の少なくとも１つを所望の範囲に保つために、演算部５６が変更情報を生成する場合を例に挙げる。
検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて、パラメータＰＬが変更される場合について説明する。パラメータＰＬを増加させる場合、すなわちパワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤまたは温度分布Ｔ（ｒ）の値を増加させる場合、演算部５６は、例えば、照射部３２からのレーザ光のレーザ出力を上げるように変更情報を生成する。パラメータＰＬを低下させる場合、すなわちパワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤまたは温度分布Ｔ（ｒ）の値を低下させる場合、演算部５６は、照射部３２からのレーザ光のレーザ出力を下げるように変更情報を生成する。この場合に生成される変更情報は、照射部３２から出射されるレーザ光の出力値である。出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として設定部５９の造形制御部５２に出力する。造形制御部５２は、例えば、設定されているレーザ光の出力値を変更情報で示された出力値に変更し、変更後の出力値にて照射部３２からレーザ光を出射させる。
パラメータＰＬの値とレーザ出力とが関連付けされたデータは、記憶部５８に予め記憶される。演算部５６は、このデータからパラメータＰＬとして所望する値に対応するレーザ出力の値を読み出して、読み出した新たなレーザ出力の値を変更情報として生成する。
検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて、パラメータＰ０が変更される場合について説明する。パラメータＰ０を増加させる場合、すなわちパワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤまたは温度分布Ｔ（ｒ）の値を増加させる場合、演算部５６は、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、造形条件の変更として、例えば、不活性ガスの流量の減少および流速の低下と、筐体１０内の温度増加と、ブレード２２１の待機時間の短縮と、ベースプレート３１１の温度増加とが含まれる。パラメータＰ０を低下させる場合、すなわちパワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤまたは温度分布Ｔ（ｒ）の値を低下させる場合、演算部５６は、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、造形条件の変更として、例えば、不活性ガスの流量の増加および流速の上昇と、筐体１０内の温度低下と、ブレード２２１の待機時間の延長と、ベースプレート３１１の温度低下とが含まれる。
不活性ガスの流量および流速を変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として、設定部５９の筐体制御部５３に出力する。筐体制御部５３は、例えば、設定されている吸気装置１３１のバルブ開度や、排気装置１４の排気量を変更情報で示されたバルブの開度や排気量に変更し、変更後のバルブ開度や排気量にて吸気装置１３１や排気装置１４を動作させる。
筐体１０内の温度を変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として、筐体制御部５３に出力する。筐体制御部５３は、例えば、設定されているヒーター１５の加熱出力を変更情報で示された加熱出力に変更し、変更後の加熱出力にてヒーター１５を動作させる。
ブレード２２１の待機時間を変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、出力部５５は生成された変更情報を状態情報として、設定部５９の材料制御部５１に出力する。材料制御部５１は、例えば、設定されている待機時間を変更情報で示された待機時間に変更し、変更後の待機時間にてブレード２２１を移動させる。
ベースプレート３１１の温度を変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として、設定部５９の造形制御部５２に出力する。造形制御部５２は、例えば、設定されているヒーター３１３の加熱出力を変更情報で示された加熱出力に変更し、変更後の加熱出力にてヒーター３１３を動作させる。
パラメータＰ０の値と不活性ガスの流量および流速と、筐体１０内の温度と、ブレード２２１の待機時間と、ベースプレート３１１の温度とが関連付けされたデータは、記憶部５８に予め記憶される。演算部５６は、このデータからパラメータの値として所望する値に対応する各造形条件の値を読み出して、読み出した新たな値を変更情報として生成する。
なお、パラメータＰ０は、レーザ光の走査経路や、サポート部の体積とベースプレート３１１の温度とによってはサポート部の形状（太さや長さなど）からの影響も受けるので、演算部５６は、レーザ光の走査経路、サポート部の形状データについて変更情報を生成してよい。
検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて、パラメータηが変更される場合について説明する。パラメータηを増加させる場合、すなわち温度分布Ｔ（ｒ）の値を低下させる場合やエネルギー密度ＥＤの値を増加させる場合、演算部５６は、例えば、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、造形条件の変更として、レーザ光の波長の短波長への変更、走査ピッチの減少、不活性ガスの流量の増加、および不活性ガスの流速の上昇が含まれる。
一方、パラメータηを減少させる場合、すなわち温度分布Ｔ（ｒ）の値を増加させる場合やエネルギー密度ＥＤの値を低下させる場合、演算部５６は、例えば、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、造形条件の変更として、レーザ光の波長の長波長への変更や、走査ピッチの増加や、不活性ガスの流量の減少および流速の低下が含まれる。
レーザ光の波長の変更情報は、出力部５５により造形制御部５２に出力される。造形制御部５２は、例えば、設定されているレーザ光の波長を変更情報で示された波長に変更し、変更後の波長にて照射部３２からレーザ光を出射させる。
レーザ光の波長を変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として設定部５９の造形制御部５２に出力する。造形制御部５２は、例えば、設定されているレーザ光の波長を変更情報で示された波長に変更し、変更後の波長にて照射部３２からレーザ光を出射させる。
走査ピッチを変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として設定部５９の造形制御部５２に出力する。造形制御部５２は、例えば、ガルバノミラー３３１、３３２の現在の設定角度を変更情報で示された新たな設定角度に変更し、変更後の設定角度にて走査部３３を動作させる。
不活性ガスの流量および流速を変更するための変更情報が生成された場合については、上述した場合と同様に、出力部５５が状態情報を設定部５９の筐体制御部５３に出力する。筐体制御部５３は、例えば、変更情報に基づいて変更されたバルブ開度や排気量にて、吸気装置１３１や排気装置１４を動作させる。
パラメータηの値と走査ピッチと、不活性ガスの流量および流速とが関連付けされたデータは、記憶部５８に予め記憶される。演算部５６は、このデータからパラメータとして所望する値に対応する各造形条件の値を読み出して、読み出した新たな値を変更情報として生成する。
検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて、パラメータｄが変更される場合について説明する。パラメータｄを増加させる場合、すなわちパワー密度ＰＤとエネルギー密度ＥＤとの値を減少させる場合、演算部５６は、例えば、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、造形条件の変更として、レーザ光の強度分布のトップハット分布への変更と、レーザ光のスポットサイズの増加とが含まれる。パラメータｄを減少させる場合、すなわちパワー密度ＰＤとエネルギー密度ＥＤとの値を増加させる場合、演算部５６は、例えば、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、造形条件の変更として、レーザ光の強度分布のガウシアン分布への変更とレーザ光のスポットサイズの減少とが含まれる。
レーザ光の強度分布を変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として設定部５９の造形制御部５２に出力する。造形制御部５２は、例えば、設定されているレーザ光の強度分布を変更情報で示された強度分布に変更し、変更後の強度分布にて照射部３２からレーザ光を出射させる。
スポットサイズを変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として設定部５９の造形制御部５２に出力する。造形制御部５２は、例えば、不図示の駆動機構を制御して、変更情報で示されるＸ方向の位置へ凹レンズ３２３ａを移動させる。
パラメータｄとレーザ光の強度分布およびスポットサイズとが関連付けされたデータは、記憶部５８に予め記憶される。演算部５６は、このデータからパラメータとして所望する値に対応する各造形条件の値を読み出して、読み出した新たな値を変更情報として生成する。
なお、パラメータｄの変更に際して、演算部５６は、レーザ光の強度分布に影響を与えるレーザ光の広がり角について変更情報を生成してよい。
検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて、パラメータｖが変更される場合について説明する。パラメータｖを増加させる場合、すなわちパワー密度ＰＤとエネルギー密度ＥＤと温度分布Ｔ（ｒ）の値を減少させる場合、演算部５６は、例えば、レーザ光の走査速度を上げるように変更情報を生成する。パラメータｖを減少させる場合、すなわちパワー密度ＰＤとエネルギー密度ＥＤと温度分布Ｔ（ｒ）の値を増加させる場合、演算部５６は、例えば、レーザ光の走査速度を下げるように変更情報を生成する。
レーザ光の走査速度を変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として、設定部５９の造形制御部５２に出力する。造形制御部５２は、例えば、設定されているガルバノミラー３３１、３３２の傾き角度の変更速度の値を変更情報で示された傾き角度の変更速度に変更し、変更後の傾き角度の変更速度にて走査部３３を動作させる。
パラメータｖとレーザ光の走査速度とが関連付けされたデータは、記憶部５８に予め記憶される。演算部５６は、このデータからパラメータｖ値として所望する値に対応する走査速度の値を読み出して、新たなレーザ光の走査速度を変更情報として生成する。
検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて、パラメータΔｙが変更される場合について説明する。パラメータΔｙを増加させる場合、すなわちエネルギー密度ＥＤの値を減少させる場合、演算部５６は、走査ピッチが増加するように変更情報を生成する。パラメータΔｙを減少させる場合、すなわちエネルギー密度ＥＤの値を増加させる場合、演算部５６は、走査ピッチが減少するように変更情報を生成する。生成された変更情報は、上述したように、出力部５５により状態情報として設定部５９の造形制御部５２に出力される。造形制御部５２は、例えば、変更情報で示された新たな設定角度に変更し、変更後の設定角度にて走査部３３を動作させる。
パラメータΔｙと走査ピッチとが関連付けされたデータは、記憶部５８に予め記憶される。演算部５６は、このデータからパラメータΔｙの値として所望する値に対応する走査ピッチの値を読み出して、新たな走査ピッチを変更情報として生成する。
検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて、パラメータΔｚが変更される場合について説明する。パラメータΔｚを増加させる場合、すなわちエネルギー密度ＥＤまたは温度分布Ｔ（ｒ）の値を減少させる場合、演算部５６は、例えば、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、造形条件の変更として、ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力を減少させて積層厚を増加させることと、粒径・粒度分布を大きくさせて粒径のばらつきを大きくすることと、固化層の形状データであるスライスモデルデータの厚みを大きくすること、とが含まれる。これにより、レーザ光の照射による熱が粉末材料Ｐに伝わりにくくなる。パラメータΔｚを減少させる場合、すなわちエネルギー密度ＥＤまたは温度分布Ｔ（ｒ）の値を増加させる場合、演算部５６は、例えば、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、造形条件の変更として、ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力を増加させて積層厚を減少させることと、粒径・粒度分布を減少させて粒径のばらつきを小さくすることと、スライスモデルデータの厚みを小さくすること、とが含まれる。これにより、レーザ光の照射による熱が粉末材料Ｐに伝わりやすくなる。
ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力を変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として、設定部５９の材料制御部５１に出力する。材料制御部５１は、例えば、ブレード２２１の押圧機構を制御して、ブレード２２１が変更情報に基づいた圧力を粉末材料Ｐに加えさせる。
粒径・粒度分布を変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として、設定部５９の材料制御部５１と造形制御部５２に出力する。材料制御部５１と造形制御部５２は、例えば、リコーター２２と駆動機構２１２と駆動機構３１２とを制御して、形成された材料層を除去して新たに材料層を形成するための動作を行わせる。
固化層の形状データであるスライスモデルデータを変更するための変更情報が生成された場合は、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として、設定部５９の造形制御部５２に出力する。造形制御部５２は、変更情報に基づいた新たな厚みを有する固化層が造形可能となるように、照射部３２がレーザ光を出射するための造形条件の値や、走査部３３によるレーザ光の走査のための造形条件の値や、駆動機構３１２の移動量を変更する。この場合、造形する固化層の厚さと、照射部３２がレーザ光を出射するための造形条件の値や走査部３３がレーザ光を走査するための造形条件とが関連付けされたデータが記憶部５８に記憶されている。造形制御部５２は、このデータを参照して、新たな固化層の厚さに適した造形条件にて、照射部３２や走査部３３を動作させる。
パラメータΔｚと、粉末材料Ｐに加える圧力と、粒径・粒度分布と、スライスモデルデータの厚さとが関連付けされたデータは、記憶部５８に予め記憶される。演算部５６は、このデータからパラメータΔｚの値として所望する値に対応する各造形条件の値を読み出して、読み出した新たな値を変更情報として生成する。
なお、パラメータのΔｚは、ブレード２２１の移動速度や、ブレード２２１の種類（形状および材質）や、粉末材料Ｐの吸湿度や、粉末材料Ｐの種類の影響も受けるので、演算部５６は、上記のそれぞれについて変更情報を生成してよい。
また、ベースプレート３１１のＺ方向の移動量を変更することによってもΔｚを変更することができるので、演算部５６は、ベースプレート３１１を移動させるための駆動機構３１２の駆動量に基づいて変更情報を生成してもよい。
検出部５４により求められた検出対象領域の状態に基づいて、パラメータρ、ｋおよびαが変更される場合について説明する。パラメータρ、ｋおよびαを増加させる場合、すなわちエネルギー密度ＥＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）の値を増加させる場合、演算部５６は、例えば、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、造形条件の変更として、ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力を増加させることと、粒径・粒度分布を減少させ粒径のばらつきを小さくさせることとが含まれる。これにより、粉末材料Ｐの密度が大きくなり、粉末材料Ｐの熱伝導率、熱拡散率が大きくなる。この結果、レーザ光の照射による熱が材料層中を伝導し易くなる。パラメータρ、ｋおよびαを減少させる場合、すなわちエネルギー密度ＥＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）の値を減少させる場合、演算部５６は、例えば、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、造形条件の変更として、ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力を減少させることと、粒径・粒度分布を増加させ粒径のばらつきを大きくさせることとが含まれる。これにより、粉末材料Ｐの密度が小さくなり、粉末材料Ｐの熱伝導率、熱拡散率が小さくなる。この結果、レーザ光の照射による熱が材料層中を伝導し難くなる。
パラメータのρ、ｋおよびαと、粉末材料Ｐに加える圧力と粒径・粒度分布とが関連付けされたデータは、記憶部５８に予め記憶される。演算部５６は、このデータから各パラメータの値として所望の値に対応する各造形条件の値を読み出し、読み出した新たな値を変更情報として生成する。
なお、パラメータρ、ｋおよびαは、ブレード２２１の移動速度や、ブレード２２１の種類（形状および材質）や、粉末材料Ｐの種類の影響も受けるので、演算部５６は、上記のそれぞれについて変更情報を生成してよい。
また、パラメータｋおよびαについては、粉末材料Ｐの吸湿度の影響も受ける。パラメータｋおよびαを増加する場合、すなわち温度分布Ｔ（ｒ）の値を増加させる場合には、演算部５６は吸湿度を減少させる。
上述のようにして演算部５６が変更情報を生成すると、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として、変更される造形条件の内容に応じて、設定部５９の材料制御部５１や、造形制御部５２や、筐体制御部５３に出力する。材料制御部５１は、例えば、材料層形成部２０の動作、すなわち材料供給槽２１の底面２１１を駆動する駆動機構２１２の動作や、ブレード２２１の動作（ブレード２２１の移動速度、ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力、ブレード２２１の待機時間）や、材料供給槽２１に収容された粉末材料を加熱するヒーター２１３による加熱温度を制御する。また、例えば、造形制御部５２は、変更情報の内容に従って、照射部３２や走査部３３やベースプレート３１１の動作やヒーター３１３を駆動する駆動機構３１２の動作を制御し、設計データの変更を行う。また、例えば、筐体制御部５３は、変更情報に従って、ヒーター１５や吸気装置１３１や排気装置１４の動作を制御して、筐体１０内の雰囲気を制御する。
なお、演算部５６は、生成した各造形条件の新たな値と、現状の造形条件の値との差の値である補正値を変更情報としてもよい。この場合、出力部５５は、演算部５６が生成した変更情報を状態情報として設定部５９に出力する。材料制御部５１、造形制御部５２、筐体制御部５３は、入力した状態情報を、造形条件を補正する補正値として用いて、各部の動作を制御する。
次に、検出部５４や演算部５６が行う処理の具体例のうちの一例について、リアルタイム変更の場合と、次層造形時変更の場合とについて説明する。
まず、リアルタイム変更を行う場合の処理の具体例のうちの一例について説明する。以下の説明においては、検出部５４が、検出対象領域の状態として、加熱前の粉末材料Ｐの状態を求めた場合と、溶融の状態を求めた場合とを例に挙げる。
まず、リアルタイム変更時の処理として、検出部５４が、検出対象領域の状態として、レーザ光の照射により加熱される前の溶融が始まっていない粉末材料Ｐ（すなわち溶融池ＭＰの近傍）の温度に関する情報を求め、演算部５６がエネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に保つように変更情報を生成する場合を例に挙げる。なお、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に保つように変更情報を生成するものに限定されず、パワー密度ＰＤの値、エネルギー密度ＥＤの値および温度分布Ｔ（ｒ）の値のうちの少なくとも１つを所望の範囲に保つように変更情報を生成してよい。
図１０に示すフローチャートの各処理は、演算装置５０の記憶部５８に記憶され、演算装置５０により読み出されて、実行される。
ステップＳ３１では、材料制御部５１は、設定された造形条件にて材料層形成部２０に材料層を形成させてステップＳ３２へ進む。ステップＳ３２では、造形制御部５２は、設定された造形条件にて造形部３０に固化層の造形を行わせる。演算装置５０は、照射部３２によるレーザ光の照射が開始されると、撮像装置４１に材料層の表面の検出対象領域の撮像を行わせる。検出部５４は、撮像装置４１の撮像により生成された画像データに基づいて、温度画像データを生成し、温度画像データから溶融前の材料層における粉末材料Ｐの温度を求める。また、検出部５４は、レーザ光を走査する経路に隣接する凝固領域ＢＥの温度を求めてもよい。
ステップＳ３３では、判定部５７は、検出部５４により求められた材料層の粉末材料Ｐの温度が、予め定められた第１の基準範囲を満たすか否かを判定する。第１の基準範囲は、エネルギー密度ＥＤが上述した所望の範囲に保たれるための材料層（粉末材料Ｐ）の温度の範囲である。この第１の基準範囲（粉末材料Ｐの温度の範囲）は、例えば、ユーザによる各種の試験やシミュレーションなどによって求められた粉末材料Ｐの温度とエネルギー密度ＥＤとの相関関係に基づいて設定される。この第１の基準範囲は、記憶部５８に予め記憶され、判定部５７は、この第１の基準範囲を読み出して、ステップＳ３３や後述のステップＳ３４の判定処理に使用する。
なお、第１の基準範囲となる温度の範囲は、例えば、粉末材料Ｐがアルミの場合、常温の場合には２０℃±５℃の範囲、予熱する場合には２００℃±１０℃の範囲とすることができる。材料層の温度が第１の基準範囲を満たさないと判定部５７により判定された場合には、処理はステップＳ３４へ進み、材料層の温度が第１の基準範囲を満たすと判定部５７により判定された場合には、処理は後述するステップＳ３７へ進む。換言すると、判定部５７は、ステップＳ３３において、変更情報の生成の要否を判定する。
なお、上記の第１の基準範囲は、エネルギー密度ＥＤに限られず、パワー密度ＰＤや温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれるように設定されてもよい。
ステップＳ３４では、判定部５７は、材料層の温度が第１の基準範囲よりも高いか、第１の基準範囲よりも低いかを判定する。材料層の温度が第１の基準範囲よりも高いと判定部５７により判定された場合には、処理はステップＳ３５へ進み、材料層の温度が第１の基準範囲よりも低いと判定部５７により判定された場合には、処理はステップＳ３６へ進む。
なお、検出部５４が隣接する凝固領域ＢＥの温度を求めた場合には、判定部５７は、隣接する凝固領域ＢＥの熱の影響を受けた場合に、エネルギー密度ＥＤ、パワー密度ＰＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）の少なくとも１つが所望の範囲に保たれるための材料層の温度の範囲として設定された第１の基準範囲との比較を行う。
ステップＳ３５では、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤを所望の範囲に含めるために、エネルギー密度ＥＤの値を下げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。エネルギー密度ＥＤを下げるのは次の理由による。材料層の温度が第１の基準範囲よりも高いため、粉末材料Ｐにレーザ光が照射されると、少ない熱量であっても粉末材料Ｐの温度が所望の温度（たとえば融点）まで上昇する。このため、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤが過剰になることが予測されるからである。
エネルギー密度ＥＤの値を下げ粉末材料Ｐが吸収するエネルギーを低下させるためには、照射部３２からのレーザ光の出力を下げることにより、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーを減少させることが考えられる。また、不活性ガスの流量を増加し、不活性ガスの流速を上昇させて、材料層の表面を冷却して粉末材料Ｐの温度を下げることにより、レーザ光の照射による粉末材料Ｐの加熱の効果を低減させることも考えられる。また、走査部３３によるレーザ光の走査速度を上げることにより、レーザ光が材料層上の同一位置を照射する時間を短くし、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーを減少させることも考えられる。
上記の考え方により、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を下げるため、例えば、パラメータＰＬ、Ｐ０を下げ、パラメータｖを上げることのうち少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、演算部５６は、以下の示す造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。パラメータＰＬに関連する造形条件の変更は、レーザ出力を下げることである。パラメータＰ０に関連する造形条件の変更は、不活性ガスの流量の増加および流速の上昇である。パラメータｖに関連する造形条件の変更は、走査速度を上げることである。
この場合、演算部５６は、検出部５４により求められた材料層の温度と第１の基準範囲内の任意の値（例えば、最大値や中央値）との差に基づいてエネルギー密度ＥＤの値を減少させる量（減少量）を算出する。この場合、エネルギー密度ＥＤの減少量、および、材料層の温度と第１の基準範囲内の任意の値（例えば、最大値や中央値）との差が関連付けされたデータは記憶部５８に予め記憶され、演算部５６は、このデータを参照してエネルギー密度ＥＤの値の減少量を算出する。演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの減少量に基づいて、（２）式から各パラメータＰＬ、Ｐ０、ｖの新たな値を算出する。演算部５６は、予め記憶部５８に記憶された、各パラメータの値と各造形条件の値とが関連付けされたデータを参照して、算出した新たなパラメータの値に対応する各造形条件の値を算出し、その造形条件の値を変更情報として生成する。なお、上述したように、演算部５６は、新たな造形条件の値と、現在の造形条件の値との差である補正値を変更情報として生成し、出力部５５はこの補正値を状態情報として設定部５９に出力してもよい。
出力部５５は、演算部５６が生成した変更情報を状態情報として、設定部５９（造形制御部５２および筐体制御部５３の少なくとも１つ）に出力する。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２と走査部３３の少なくとも１つに、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合の照射部３２の動作は、変更情報に基づいた新たなレーザ出力でレーザ光を出射することである。走査部３３の動作は、変更情報に基づいた新たな傾き角度の変更速度でガルバノミラー３３１、３３２を駆動することである。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１や排気装置１４を、変更情報に基づいた新たなバルブ開度や排気量で動作させる。その後、処理はステップＳ３２へ戻る。
ステップＳ３６では、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を上げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。エネルギー密度ＥＤの値を上げるのは次の理由による。材料層の温度が第１の基準範囲よりも低いため、粉末材料Ｐにレーザ光が照射された場合、粉末材料Ｐの温度が所望の温度（たとえば融点）まで上昇するために多くの熱量が必要となる。このため、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤが不足することが予測されるからである。
この場合、上述したステップＳ３５での考え方とは逆の考え方により、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を上げるように造形条件を変更する。この場合、演算部５６は、パラメータＰＬ、Ｐ０を上げ、パラメータｖを下げることの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、演算部５６は、以下の示す造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。パラメータＰＬに関連する造形条件の変更は、レーザ出力を上げることである。パラメータＰ０に関連する造形条件の変更は、不活性ガスの流量の減少および流速の低下である。パラメータｖに関連する造形条件の変更は、走査速度を下げることである。演算部５６は、検出部５４により求められた材料層の温度と第１の基準範囲の任意の値（例えば、最小値や中央値）との差に基づいてエネルギー密度ＥＤの値を増加させる量（増加量）を算出する。この場合も、増加量、および材料層の温度と第１の基準範囲の任意の値（例えば、最小値や中央値）との差が関連付けされたデータは記憶部５８に予め記憶され、演算部５６は、このデータを参照してエネルギー密度ＥＤの値の増加量を算出する。演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの増加量に基づいて、各パラメータＰＬ、Ｐ０、ｖの新たな値を算出する。演算部５６は、予め記憶部５８に記憶された、各パラメータの値と各造形条件の値とが関連付けされたデータを参照して、算出した新たなパラメータの値に対応する各造形条件の値を算出し、その造形条件の値を変更情報として生成する。
出力部５５は、変更情報を状態情報として設定部５９（造形制御部５２および筐体制御部５３の少なくとも１つ）に出力する。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２と走査部３３の少なくとも１つに、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合の照射部３２の動作は、変更情報に基づいた新たなレーザ出力でレーザ光を出射することである。走査部３３の動作は、変更情報に基づいた新たな傾き角度の変更速度でガルバノミラー３３１、３３２を駆動することである。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１や排気装置１４を、変更情報に基づいた新たなバルブ開度や排気量で動作させる。その後、処理はステップＳ３２へ戻る。なお、この場合も、演算部５６は、新たな造形条件の値と、現在の造形条件の値との差である補正値を変更情報として生成し、出力部５５はこの補正値を状態情報として設定部５９に出力してもよい。
材料層の温度が第１の基準範囲を満たす場合に進んだステップＳ３７では、演算装置５０は１層の固化層の造形が終了したか否かを判定する。１層の固化層の造形が終了していない場合は、演算装置５０はステップＳ３７を否定判定して、処理はステップＳ３２へ戻る。１層の固化層の造形が終了した場合には、演算装置５０はステップＳ３７を肯定判定して、処理はステップＳ３８へ進む。ステップＳ３８では、演算装置５０は全ての固化層の造形が終了したか否かを判定する。全ての固化層の処理が終了していない場合には、演算装置５０はステップＳ３８を否定判定して、処理はステップＳ３１へ進む。全ての固化層の処理が終了した場合には、演算装置５０はステップＳ３８を肯定判定して、全ての処理を終了する。
なお、上述した説明では、検出部５４は、レーザ光の照射による加熱される前の粉末材料Ｐの温度を求める場合を例に挙げたがこの例に限定されない。たとえば、材料層の粉末材料Ｐに混在した異物やスパッタＳＰを求めてもよい。この場合、検出部５４は、二色法を用いた温度に関する情報を求めることなく、撮像装置４１で撮像した画像データから公知の画像処理方法を利用して、異物やスパッタＳＰを求めてもよい。この場合、検出部５４は、たとえば、予め取得した教師画像を利用して、粉末材料Ｐの粒子、異物、スパッタＳＰのサイズや形状の違いに基づいて、撮像装置４１で撮像した画像データから粉末材料Ｐと異物とスパッタＳＰとを切り分けて求めるようにしてもよい。また、たとえば撮像装置４１とは異なる撮像装置で撮像され生成されたカラー画像上で異物やスパッタＳＰを求めてよい。
以上の処理を行うことにより、粉末材料Ｐが溶融し凝固する際の基本条件の１つであるエネルギー密度ＥＤを所望の範囲に保ち、粉末材料Ｐへのエネルギー不足やエネルギー超過による固化層の造形不良の発生を抑制すことができる。
次に、リアルタイム変更を行う場合の処理の具体例のうちの一例として、検出部５４が、溶融の状態として、溶融池ＭＰとその近傍の温度に関する情報を求め、演算部５６がエネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に保つように変更情報を生成する場合を例に挙げる。なお、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に保つように変更情報を生成するものに限定されず、パワー密度ＰＤの値、エネルギー密度ＥＤの値および温度分布Ｔ（ｒ）の値のうちの少なくとも１つを所望の範囲に保つように変更情報を生成してよい。
図１１に示すフローチャートの各処理は、演算装置５０の記憶部５８に記憶され、演算装置５０により読み出されて、実行される。
ステップＳ４１およびＳ４２の処理は、図１０のフローチャートに示すステップＳ３１およびＳ３２の処理と同様である。ただし、ステップＳ４２では、検出部５４は、撮像装置４１の撮像により生成された画像データから生成した温度画像データを用いて、溶融池ＭＰとその近傍の温度に関する情報として、溶融池ＭＰの温度分布を求める。図１１に示す具体例においては、検出部５４は、温度画像データから、溶融池ＭＰのうちの任意の温度の等温線の直径を求める場合を例に挙げる。
ステップＳ４３では、判定部５７は、検出部５４により求められた溶融池ＭＰの温度分布、すなわち溶融池ＭＰの任意の温度の等温線の直径が予め定められた第１の基準範囲を満たすか否かを判定する。第１の基準範囲は、温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれるための等温線の直径の範囲である。この第１の基準範囲は、例えば、ユーザによる各種の試験やシミュレーションなどによって求められた溶融池ＭＰの温度分布（任意の温度の等温線の直径）と温度分布Ｔ（ｒ）との相関関係に基づいて設定される。この第１の基準範囲は、記憶部５８に予め記憶され、判定部５７は、この第１の基準範囲を読みだして、ステップＳ４３や後述のステップＳ４４の判定処理に使用する。溶融池ＭＰの等温線の直径が第１の基準範囲を満たさないと判定部５７により判定された場合は、処理はステップＳ４４へ進み、等温線の直径が第１の基準範囲を満たすと判定部５７により判定された場合は、処理は後述するステップＳ４７へ進む。換言すると、判定部５７は、ステップＳ４３において、変更情報の生成の要否を判定する。
なお、上記の第１の基準範囲は、温度分布Ｔ（ｒ）に限られず、パワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれるように設定されてもよい。また、第１の基準範囲となる等温線の直径の範囲は、使用される粉末材料Ｐの融点と液相線温度との間の温度から融点と固相線温度との間の温度範囲に対応する等温線の直径の範囲であってもよい。
ステップＳ４４では、判定部５７は、等温線の直径が第１の基準範囲より高いか、第１の基準範囲よりも低いかを判定する。等温線の直径が第１の基準範囲より高いと判定部５７により判定された場合には、処理はステップＳ４５へ進み、等温線の直径が第１基準範囲よりも低いと判定部５７により判定された場合には、処理はステップＳ４６へ進む。
ステップＳ４５では、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に含めるために、エネルギー密度ＥＤの値を下げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。エネルギー密度ＥＤの値を下げるのは次の理由による。溶融池ＭＰの等温線の直径が第１の基準範囲よりも大きいということは、溶融池ＭＰが現在設定されている造形条件で得られると見込まれた溶融池ＭＰよりも大きいことを意味する。これにより、材料層の内部の粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤが過剰であることが推定できるためである。
この場合、演算部５６は、図１０のステップＳ３５の場合と同様にして、エネルギー密度ＥＤの値を下げるため、パラメータＰＬ、Ｐ０を下げることと、パラメータｖを上げることとの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。すなわち、演算部５６は、レーザ出力を下げることと、不活性ガスの流量の増加および流速の上昇と、走査速度を下げること、の少なくとも１つが実行されるように変更情報を生成する。演算部５６が変更情報を生成するために行う具体的な処理は、図１０で説明したステップＳ３５の場合と同様にして、記憶部５８に記憶されたデータを参照しながら行われる。出力部５５は、演算部５６が生成した変更情報を状態情報として、設定部５９（造形制御部５２および筐体制御部５３の少なくとも１つ）に出力する。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２、走査部３３の少なくとも１つの、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合の照射部３２の動作は、変更情報に基づいた新たなレーザ出力でレーザ光を出射することである。走査部３３の動作は、変更情報に基づいた新たな傾き角度の変更速度でガルバノミラー３３１、３３２を駆動することである。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１や排気装置１４を、変更情報に基づいた新たなバルブ開度や排気量で動作させる。その後、処理はステップＳ４２へ戻る。
ステップＳ４６では、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に含めるために、エネルギー密度ＥＤの値を上げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。エネルギー密度ＥＤを上げるのは次の理由による。溶融池ＭＰ内の等温線の直径が第１の基準範囲よりも小さいということは、溶融池ＭＰが現在設定されている造形条件で得られると見込まれた溶融池ＭＰよりも小さいことを意味する。これにより、材料層の内部の粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤが不足していることが推定できるためである。
この場合、演算部５６は、図１０のステップＳ３６の場合と同様にして、エネルギー密度ＥＤを上げるため、パラメータＰＬ、Ｐ０を上げることと、パラメータｖを下げることとの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。すなわち、演算部５６は、レーザ出力を上げること、不活性ガスの流量減少および流速の低下と、走査速度を下げること、の少なくとも１つが実行されるように変更情報を生成する。演算部５６が変更情報を生成するために行う具体的な処理は、図１０で説明したステップＳ３６の場合と同様にして、記憶部５８に記憶されたデータを参照しながら行われる。出力部５５は、演算部５６が生成した変更情報を状態情報として設定部５９（造形制御部５２および筐体制御部５３の少なくとも１つ）に出力する。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２、走査部３３の少なくとも１つの、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合の照射部３２の動作は、変更情報に基づいた新たなレーザ出力でレーザ光を出射することである。走査部３３の動作は、変更情報に基づいた新たな傾き角度の変更速度でガルバノミラー３３１、３３２を駆動することである。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１や排気装置１４を、変更情報に基づいた新たなバルブ開度や排気量で動作させる。その後、処理はステップＳ４２へ戻る。
なお、ステップＳ４５とＳ４６では、演算部５６は、新たな造形条件の値と、現在の造形条件の値との差である補正値を変更情報として生成し、出力部５５はこの補正値を状態情報として設定部５９に出力してもよい。
等温線の直径が第１の基準範囲を満たす場合に進んだステップＳ４７、Ｓ４８の処理は、図１０のステップＳ３７、Ｓ３８の処理と同様である。
以上の処理を行うことにより粉末材料Ｐが溶融し凝固する際の基本条件が所望の範囲に保たれ、溶融不足または溶融過多による固化層の造形不良の発生を抑制すことができる。
なお、ステップＳ４２において、検出部５４が、溶融池ＭＰとその近傍の温度に関する情報として、溶融池ＭＰのＸＹ平面上における長軸と単軸との比や、ＸＹ平面における溶融池ＭＰの温度勾配を求めてもよい。この場合にも、エネルギー密度ＥＤ、パワー密度ＰＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）の少なくとも１つが所望の範囲に保たれるための溶融池ＭＰのＸＹ平面上における長軸と短軸の比や、ＸＹ平面における溶融池ＭＰの温度勾配を、第１の基準範囲として用いてよい。この場合も、第１の基準範囲は、上述と同様に、ユーザによる各種の試験やシミュレーションの結果に基づいて設定される。
溶融池ＭＰの長軸と短軸との比が第１の基準範囲より大きい場合は、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤが過剰となり、溶融池ＭＰが現在設定されている造形条件から想定される溶融池ＭＰよりも大きくなっていることが推定できる。このため、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値が減少するように、ステップＳ４５と同様にして変更情報を生成すればよい。溶融池ＭＰの長軸と短軸との比が第１の基準範囲より小さい場合は、逆の考え方により、演算部５６は、ステップＳ４６と同様にして変更情報を生成すればよい。
また、溶融池ＭＰの温度勾配が第１の基準範囲よりも大きい場合は、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤが過剰となり、溶融池ＭＰ内での温度変化が激しくなっていることが推定できる。このため、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値が減少するように、ステップＳ４５と同様にして変更情報を生成すればよい。溶融池ＭＰの温度勾配が第１の基準範囲より小さい場合は、逆の考え方により、演算部５６はステップＳ４６と同様にして変更情報を生成すればよい。
次に、リアルタイム変更を行う場合の処理の具体例のうちの一例として、検出部５４がスパッタＳＰの状態を求め、演算部５６がエネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に保つように変更情報を生成する場合を例に挙げる。なお、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に保つように変更情報を生成するものに限定されず、パワー密度ＰＤの値、エネルギー密度ＥＤの値および温度分布Ｔ（ｒ）の値のうちの少なくとも１つを所望の範囲に保つように変更情報を生成してよい。
図１２に示すフローチャートの各処理は、演算装置５０の記憶部５８に記憶され、演算装置５０により読み出されて、実行される。
ステップＳ５１およびＳ５２の処理は、図１０のフローチャートに示すステップＳ３１およびＳ３２の処理と同様である。ただし、ステップＳ５２では、検出部５４は、撮像装置４１の撮像により生成された画像データから生成した温度画像データを用いて、図６を用いて説明した方法により、温度画像データからスパッタＳＰの状態を求める。図１２のフローチャートに示す具体例では、検出部５４がスパッタＳＰの状態としてスパッタＳＰの飛散量を求める場合を例に挙げる。
ステップＳ５３では、判定部５７は、検出部５４により求められたスパッタＳＰの状態、すなわちスパッタＳＰの飛散量が第１の基準範囲を満たすか否かを判定する。第１の基準範囲は、エネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれるためのスパッタＳＰの飛散量の範囲である。このスパッタＳＰの飛散量の範囲は、たとえば、ユーザによる各種の試験やシミュレーション等によって求められたスパッタＳＰの飛散量とエネルギー密度ＥＤとの相関関係に基づいて設定される。このスパッタＳＰの飛散量の範囲（第１の基準範囲）は、記憶部５８に予め記憶され、判定部５７は、この第１の基準範囲を読み出して、ステップＳ５３や後述のステップＳ５４の判定処理に使用する。スパッタＳＰの飛散量が第１の基準範囲を満たさないと判定部５７により判定された場合は、処理はステップＳ５４へ進み、スパッタＳＰの飛散量が第１の基準範囲を満たすと判定部５７により判定された場合は、処理は後述するステップＳ５７へ進む。換言すると、判定部５７は、ステップＳ５３において、変更情報の生成の要否を判定する。
なお、上記の第１の基準範囲は、エネルギー密度ＥＤに限られず、パワー密度ＰＤや温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれるように設定されてもよい。
ステップＳ５４では、判定部５７は、スパッタＳＰの飛散量が第１の基準範囲より多いか、第１の基準範囲よりも少ないかを判定する。スパッタＳＰの飛散量が第１の基準範囲より多いと判定部５７により判定された場合には、処理はステップＳ５５へ進み、スパッタＳＰの飛散量が第１の基準範囲よりも少ないと判定部５７により判定された場合には、処理はステップＳ５６へ進む。
ステップＳ５５では、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に含めるために、エネルギー密度ＥＤの値を下げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。エネルギー密度ＥＤの値を下げるのは次の理由による。すなわち、スパッタＳＰの飛散量が第１の基準範囲よりも多いということは、粉末材料Ｐに加わる熱量が過大であり、溶融池ＭＰの対流Ｃが大きいことを意味している。つまり、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤが過剰であることが推定できるためである。
この場合、演算部５６は、図１０のステップＳ３５、図１１のステップＳ４５の場合と同様にして、エネルギー密度ＥＤの値を下げるため、パラメータＰＬ、Ｐ０を下げることと、パラメータｖを上げることとの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。すなわち、演算部５６は、レーザ出力を下げることと、不活性ガスの流量の増加および流速の上昇と、走査速度を上げること、の少なくとも１つが実行されるように変更情報を生成する。演算部５６が変更情報を生成するために行う具体的な処理は、図１０で説明した場合と同様にして、記憶部５８に記憶されたデータを参照しながら行われる。出力部５５は、演算部５６が生成した変更情報を状態情報として、設定部５９（造形制御部５２および筐体制御部５３の少なくとも１つ）に出力する。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２に、変更情報に基づいた新たなレーザ出力でレーザ光を出射させること、走査部３３に、変更情報に基づいた新たな傾き角度の変更速度でガルバノミラー３３１、３３２を駆動させること、との少なくとも１つを行う。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１や排気装置１４を、変更情報に基づいた新たなバルブ開度や排気量で動作させる。その後、処理はステップＳ５２へ戻る。
ステップＳ５６では、演算部は、エネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に含めるために、エネルギー密度ＥＤの値を上げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。エネルギー密度ＥＤの値を上げるのは次の理由による。すなわち、スパッタＳＰの飛散量が第１の基準範囲よりも少ないということは、粉末材料Ｐに加わる熱量が不足し、溶融池ＭＰの対流Ｃが小さいことを意味している。つまり、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤが不足していることが推定できるためである。
この場合、演算部５６は、図１０のステップＳ３６、図１１のステップＳ４６の場合と同様にして、エネルギー密度ＥＤの値を上げるため、パラメータＰＬ、Ｐ０を上げることと、パラメータｖを下げることとの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。すなわち、演算部５６は、レーザ出力を上げることと、不活性ガスの流量の減少および流速の低下と、走査速度を下げること、の少なくとも１つが実行されるように変更情報を生成する。演算部５６が変更情報を生成するために行う具体的な処理は、図１０で説明した場合と同様にして、記憶部５８に記憶されたデータを参照しながら行われる。
出力部５５は、演算部５６が生成した変更情報を状態情報として造形制御部５２および筐体制御部５３の少なくとも１つに出力する。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２、走査部３３の少なくとも１つの、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合の照射部３２の動作は、変更情報に基づいた新たなレーザ出力でレーザ光を出射することである。走査部３３の動作は、変更情報に基づいた新たな傾き角度の変更速度でガルバノミラー３３１、３３２を駆動することである。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１や排気装置１４を、変更情報に基づいた新たなバルブ開度や排気量で動作させる。その後、処理はステップＳ５２へ戻る。
なお、ステップＳ５５とＳ５６では、演算部５６は、新たな造形条件の値と、現在の造形条件の値との差である補正値を変更情報として生成し、、出力部５５はこの補正値を状態情報として設定部５９に出力してもよい。
スパッタの飛散量が第１の基準範囲を満たす場合に進んだステップＳ５７、Ｓ５８の処理は、図１０のステップＳ３７、Ｓ３８の処理と同様である。
以上の処理を行うことにより、溶融中の溶融池ＭＰ内部の状態が制御されるので、溶融池ＭＰが凝固することにより造形される固化層の内部欠陥の発生が低減される。
なお、ステップＳ５２では、検出部５４は、スパッタＳＰの状態として、図６を用いて説明した方法により、スパッタＳＰの飛散方向や飛散速度を求めてよい。
検出部５４がスパッタＳＰの飛散方向を求めた場合、第１の基準範囲は、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）の少なくとも１つが所望の範囲に保たれるためのスパッタＳＰの飛散方向の範囲である。このスパッタＳＰの飛散方向の範囲（第１の基準範囲）は、たとえば、上述のステップＳ５３と同様に、ユーザによる各種の試験やシミュレーション等の結果に基づいて設定される。判定部５７は、キーホールＫＨを中心としたスパッタＳＰの飛散方向が一定の方向（たとえばレーザ光の走査方向に対して後方など）に定まらず不規則にばらついている場合に第１の基準範囲を満たさないと判定する。上述したように、スパッタＳＰの飛散方向が一定の方向に定まらないということは、粉末材料Ｐが受け取るエネルギーが過剰な状態である。この状態は、キーホールＫＨが深くなり、溶融池ＭＰの対流Ｃが激しいことを意味するので、演算部５６はエネルギー密度ＥＤの値を小さくするように変更情報を生成する。
検出部５４がスパッタＳＰの飛散速度を求めた場合、第１の基準範囲は、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）の少なくとも１つが所望の範囲に保たれるためのスパッタＳＰの飛散速度の範囲である。このスパッタＳＰの飛散速度の範囲（第１の基準範囲）は、たとえば、上述のステップＳ５３と同様に、ユーザによる各種の試験やシミュレーション等の結果に基づいて設定される。判定部５７は、飛散速度が大きい場合に第１の基準範囲を満たさないと判定する。上述したように、スパッタＳＰの飛散速度が大きいということは溶融池ＭＰの対流Ｃが激しいことを意味するので、演算部５６はエネルギー密度ＥＤの値を小さくするように変更情報を生成する。
また、検出部５４は、検出対象領域の状態として、ヒュームＦＵの状態を求めてもよい。
検出部５４が、図７を用いて説明した方法により、ヒュームＦＵの状態としてヒュームＦＵの濃度を求める場合を説明する。この場合、第１の基準範囲は、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）の少なくとも１つが所望の範囲に保たれるためのヒュームＦＵの濃度の範囲である。このヒュームＦＵの濃度の範囲（第１の基準範囲）は、たとえば、上述のステップＳ３３やステップＳ４３やステップＳ５３と同様に、ユーザによる各種の試験やシミュレーション等の結果に基づいて設定される。判定部５７は、濃度が濃いほど第１の基準範囲を満たさないと判定する。上述したように、ヒュームＦＵの濃度が濃くなるほど、ヒュームＦＵが過剰に発生しており、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーが過剰なため溶融池ＭＰ内の温度が高過ぎることを意味する。したがって、演算部５６はエネルギー密度ＥＤの値を小さくするように変更情報を生成する。
検出部５４が、図７を用いて説明した方法により、ヒュームＦＵの状態としてヒュームＦＵの範囲を求める場合を説明する。この場合、第１の基準範囲は、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）の少なくとも１つが所望の範囲に保たれるためのヒュームＦＵの範囲である。このヒュームＦＵの範囲（第１の基準範囲）は、たとえば、上述のステップＳ５３と同様に、ユーザによる各種の試験やシミュレーション等の結果に基づいて設定される。判定部５７は、ヒュームＦＵの範囲、すなわち温度画像上での面積が広い場合に第１の基準範囲を満たさないと判定する。上述したように、ヒュームＦＵの範囲が広いということは、ヒュームＦＵの発生量が多く、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーが過剰であり、溶融池ＭＰ内の温度が高過ぎることを意味する。このため、演算部５６はエネルギー密度ＥＤの値を小さくするように変更情報を生成する。
なお、上述した図１０、図１１、図１２に示すフローチャートのステップＳ３５、Ｓ３６、Ｓ４５、Ｓ４６、Ｓ５５およびＳ５６において、演算部５６が、パラメータＰＬ、Ｐ０、ｖのうちどのパラメータを変更する、あるいは変更しないようにするかについては、三次元造形物の造形に対するユーザの要求によって異なる。たとえば、ユーザが、造形時間が延びることを避けたいと所望している場合には、レーザ光の走査速度が低下しないように、上記のステップＳ３６、Ｓ４６、Ｓ５６において、演算部５６は、パラメータＰＬの値を変更させて、パラメータｖの値を変更しないようにすることができる。一例として、エネルギー密度ＥＤが所望の範囲よりも低い場合では、演算部５６は、パラメータｖの値を変更せず、演算部５６は、パラメータＰＬの値を増加させるように変更情報を生成する。この場合、造形時間は維持されるが、レーザ光の照射によって溶融した粉末材料Ｐの凝固の過程における温度変化が大きくなるため、固化層の残留応力が大きくなり、造形される三次元造形物の品質は低下する可能性がある。
一方、ユーザが、造形される三次元造形物の品質の低下を避けたいと所望している場合には、レーザ光の出力が増加しないように、上記のステップＳ３６、Ｓ４６、Ｓ５６において、演算部５６は、パラメータｖの値を変更させて、パラメータＰＬの値を変更しないようにすることができる。一例として、エネルギー密度ＥＤが所望の範囲よりも低い場合では、演算部５６は、パラメータＰＬの値は増加させずに、パラメータｖの値を減少させるように変更情報を生成する。この場合、温度変化による固化層の残留応力は増加せず造形される三次元造形物の品質は維持されるが、造形時間は増加する可能性がある。
以上のように、エネルギー密度ＥＤを所望の範囲に維持するために変更可能なパラメータの種類は複数あるため、ユーザの指示に基づいて、演算部５６で変更するパラメータが決定されてもよい。この場合、演算部５６は、変更するパラメータを決定するために、ユーザの所定の指定を受け付けるための情報（以下、指定対象情報と称する）をユーザへ報知する。例えば、演算部５６がエネルギー密度ＥＤを所望の範囲に維持するために、変更可能なパラメータ（一例として、パラメータｖとパラメータＰＬ）を指定対象情報として、演算部５６と通信可能に構成された液晶ディスプレイなどの不図示の表示装置に表示させてもよい。そして、ユーザは、マウスなどの不図示の指定装置を用いて、表示装置に表示されたパラメータを指定（一例として、パラメータｖを指定）する。演算部５６は、エネルギー密度ＥＤを所望の範囲に維持されるように、ユーザによって指定されたパラメータ（一例として、パラメータｖ）の値を変更する変更情報を生成する。
なお、説明の便宜上、図１０～図１２に示すフローチャートに基づいて、パラメータｖとパラメータＰＬの２種類のパラメータを指定対象情報として、不図示の表示装置に表示することを例示したが、指定対象情報として、表示装置に表示するパラメータは、パラメータｖとパラメータＰＬの２種類のパラメータに限られない。例えば、演算部５６は、パラメータｖとパラメータＰＬとは異なる他の上述のパラメータＰ０、η、ｄ、Δｙ、Δｚ、ρ、ｋ、ｒ、ｘ、α、Ｔ０の内、基本条件や詳細条件（後述）を所望の範囲に維持するために変更可能な複数のパラメータを指定対象情報として表示装置に表示してもよい。表示された当該複数のパラメータの内、少なくとも１つがユーザにより指定されると、演算部５６は、基本条件や詳細条件（後述）が所望の範囲に維持されるように、ユーザによって指定されたパラメータの値を変更する変更情報を生成する。
また、演算部５６が不図示の表示装置に表示する指定対象情報はパラメータに限られない。例えば、演算部５６は、上述の各造形条件の内、基本条件や詳細条件（後述）を所望の範囲に維持するために変更可能な複数の造形条件を指定対象情報として表示装置に表示してもよい。
また、変更するパラメータや造形条件によって、三次元造形物の造形時間や品質に影響が生じることから、上述のように変更するパラメータや造形条件をユーザが指定することに限られず、三次元造形物の造形時間を重視（維持）することと、三次元造形物の品質を重視（維持）することをユーザが選択するようにしてもよい。この場合、一例として、演算部５６は、時間重視と品質重視のそれぞれに関する項目を指定対象情報として、不図示の表示装置に表示する。ユーザは、マウスなどの不図示の指定装置を用いて、表示装置に表示された時間重視と品質重視のそれぞれに関する項目の一方を指定する。演算部５６は、基本条件や詳細条件（後述）が所望の範囲に維持されるように、ユーザによって指定された項目に応じたパラメータや造形条件の値を変更する変更情報を生成する。例えば、エネルギー密度ＥＤが所望の範囲よりも低い場合、時間重視に関する項目がユーザにより指定されれば、演算部５６は、パラメータｖの値を変更せず、パラメータＰＬの値を変更させるように変更情報を生成する。一方、品質重視に関する項目がユーザにより指定されれば、演算部５６は、パラメータＰＬの値は変更せず、パラメータｖの値を変更させるように変更情報を生成する。
なお、時間重視、品質重視の他、造形時間と品質のバランスを重視した、バランス重視に関する項目を時間重視と品質重視の項目の少なくとも１つの項目と共に、指定対象情報として、不図示の表示装置に表示してもよい。例えば、エネルギー密度ＥＤが所望の範囲よりも低い場合、バランス重視に関する項目がユーザにより指定されれば、演算部５６は、パラメータｖとパラメータＰＬの値を両方の値を変更させるように変更情報を生成する。
なお、時間重視や品質重視やバランス重視に関するそれぞれの項目の表示装置における表示形態は、ユーザが識別できれば文字例やアイコンなど既存のいずれの形態であってもよい。
なお、不図示の表示装置は、液晶ディスプレイでなくてもよく、有機ＥＬディスプレイやヘッドマウントディスプレイなどの既存の表示デバイスであってもよい。また、不図示の指定装置は、マウスでなくてもよく、タッチパネルなどの既存のデバイスであってもよい。
なお、指定対象情報をユーザへ報知する方法は、表示装置の表示に限られない。例えば、不図示のスピーカとマイクを用い、演算部５６は、スピーカ（音声）で指定対象情報をユーザへ報知し、ユーザからの指定をマイク（音声）で受け付けてもよいし、他の既存の方法であってもよい。
また、ステップＳ３５、Ｓ３６、Ｓ４５、Ｓ４６、Ｓ５５およびＳ５６において、演算部５６は、上述したパラメータＰＬ、Ｐ０、ｖ以外にもエネルギー密度ＥＤに影響があり、リアルタイム変更時に変更可能な造形条件の変更情報を生成してもよい。たとえば、演算部５６は、照射部３２のレーザ光の発振モードやレーザ光の強度分布やレーザ光のスポットサイズ、走査部３３によるレーザ光の走査経路や走査ピッチについて変更情報を生成してよい。
次に、次層造形時変更を行う場合の処理の具体例のうちの一例について説明する。以下の説明においては、検出部５４が、検出対象領域の状態として、溶融の状態を求めた場合と、スパッタＳＰの状態を求めた場合とに分けて説明する。
まず、次層造形時変更のときの処理として、以下の場合を例に挙げる、検出部５４は、固化層の造形中に、溶融の状態として、溶融池ＭＰとその近傍の温度に関する情報を求める。演算部５６は、固化層の造形中に検出部５４により求められた温度に関する情報に基づいて、当該固化層の上部に新たに固化層を造形するときのエネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に保つように変更情報を生成する。なお、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に保つように変更情報を生成するものに限定されず、パワー密度ＰＤの値、エネルギー密度ＥＤの値および温度分布Ｔ（ｒ）の値のうちの少なくとも１つを所望の範囲に保つように変更情報を生成してよい。
図１３、図１４に示すフローチャートの各処理は、演算装置５０の記憶部５８に記憶され、演算装置５０により読み出されて、実行される。
ステップＳ６１では、造形制御部５２は、設定された造形条件にて造形部３０に固化層の造形を行わせる。演算装置５０は、固化層の造形を行っている最中に、撮像装置４１に材料層の表面の検出対象領域の撮像を、たとえば所定の時間間隔ごとや、レーザ光が走査部３３によりＸＹ平面上で所定の距離だけ走査されるごとに行わせる。検出部５４は、撮像装置４１からの画像データが出力されるごとに温度画像データを生成し、生成された温度画像データごとに、溶融池ＭＰとその近傍の温度に関する情報を求め、記憶部５８に記憶する。図１３、図１４のフローチャートに示す具体例では、検出部５４が、溶融池ＭＰとその近傍の温度に関する情報として、溶融池ＭＰの平均温度を求める場合を例に挙げる。検出部５４は、温度画像データのうちの第１所定温度以上の高温領域を溶融池ＭＰに対応する画像上の領域として求め、画像上の高温領域内の任意の点の温度を求めし、求めた温度の平均を算出することにより、溶融池ＭＰの平均温度を求める。
なお、検出部５４は、固化層の造形時には温度画像データの生成および記憶部５８への記憶を行い、１層の固化層の造形が終了した後、記憶部５８に記憶された複数の温度画像データのそれぞれから溶融池ＭＰの平均温度を求めてよい。
ステップＳ６２では、演算装置５０は、１層の固化層の造形が終了したか否かを判定する。１層の固化層の造形が終了した場合は、演算装置５０はステップＳ６２を肯定判定して、処理はステップＳ６３へ進む。１層の固化層の造形が終了していない場合には、演算装置５０はステップＳ６２を否定判定して、処理はステップＳ６１へ戻る。
ステップＳ６３では、判定部５７は、検出部５４により求められた溶融池ＭＰの温度分布、すなわち溶融池ＭＰの平均温度が、予め定められた第２の基準範囲を満たすか否かを判定する。第２の基準範囲は、エネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれるための溶融池ＭＰの平均温度の範囲である。この第２の基準範囲（溶融池ＭＰの平均温度の範囲）は、例えば、ユーザによる各種の試験やシミュレーション等の結果によって求められた溶融池ＭＰの平均温度とエネルギー密度ＥＤとの相関関係に基づいて設定される。第２の基準範囲は、記憶部５８に予め記憶され、判定部５７は、この第２の基準範囲を読み出して、ステップＳ６３や後述のステップＳ６５の判定処理に使用する。溶融池ＭＰの平均温度が第２の基準範囲を満たさないと判定部５７により判定された場合には、処理はステップＳ６４へ進み、溶融池ＭＰの平均温度が第２の基準範囲を満たすと判定部５７により判定された場合には、処理は後述するステップＳ７１へ進む。換言すると、判定部５７は、ステップＳ６３において、変更情報の生成の要否を判定する。
なお、上記の第２の基準範囲は、エネルギー密度ＥＤに限られず、パワー密度ＰＤや温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれるように設定されてもよい。また、第２の基準範囲である平均温度の範囲は、使用される粉末材料Ｐの融点と液相線温度との間の温度から融点と固相線温度との間の温度範囲であってもよい。
ステップＳ６４では、判定部５７は、検出部５４により求められた溶融池ＭＰの平均温度が第３の基準範囲を満たすか否かを判定する。第３の基準範囲は、造形条件を変更した場合にエネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれるための溶融池ＭＰの平均温度の範囲である。第３の基準範囲の最大値は第２の基準範囲の最大値よりも大きく、第３の基準範囲の最小値は第２の基準範囲の最小値よりも小さい。なお、第３の基準範囲は、最大値の近傍の値と最小値の近傍の値との範囲でもよい。溶融池ＭＰの平均温度が第３の基準範囲を満たす場合、すなわち造形条件の変更によりエネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれる（すなわち造形不良の発生を抑制可能）と判定部５７によって判定された場合には、処理はステップＳ６５へ進む。溶融池ＭＰの平均温度が第３の基準範囲を満たさない場合、すなわち造形条件の変更によってはエネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれない（すなわち、造形不良の発生を抑制不可能）と判定部５７により判定された場合には、処理は後述するステップＳ６８へ進む。
なお、上記の第３の基準範囲は、造形条件を変更した場合に、エネルギー密度ＥＤに限られず、パワー密度ＰＤや温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれるように設定されてもよい。また、第３の基準範囲である平均温度の範囲は、使用される粉末材料Ｐの融点と液相線温度との間の温度から融点と固相線温度との間の温度範囲であってもよい。なお、第３の基準範囲は、予め記憶部５８に記憶されている。
ステップＳ６５では、判定部５７は、溶融池ＭＰの平均温度が第２の基準範囲より高いか、第２の基準範囲よりも低いかを判定する。溶融池ＭＰの平均温度が第２の基準範囲より高い場合、すなわち粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤは過剰であるが、造形条件の変更によりエネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲にすることが可能と判定部５７により判定された場合には、処理はステップＳ６６へ進む。溶融池ＭＰの平均温度が第２の基準範囲よりも低い場合、すなわち粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤは不足しているが、造形条件の変更によりエネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲にすることが可能と判定部５７により判定された場合には、処理はステップＳ６７へ進む。
ステップＳ６６では、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に含めるために、エネルギー密度ＥＤの値を下げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。エネルギー密度ＥＤの値を下げるのは次の理由による。溶融池ＭＰの平均温度が第２の基準範囲よりも大きいということは、溶融池ＭＰへの熱量が現在設定されている造形条件で得られると見込まれた熱量よりも多く、溶融池ＭＰの温度が高過ぎることを意味する。このため、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤが過剰であることが推定される。
エネルギー密度ＥＤの値を下げ粉末材料Ｐへの熱量を低下させるためには、照射部３２からのレーザ光の出力を下げることにより粉末材料Ｐが受け取るエネルギーを減少させることが考えられる。また、不活性ガスの流量の増加および流速の上昇と、材料層の表面を冷やして粉末材料Ｐの温度を下げることにより、レーザ光の照射による粉末材料Ｐの温度が所望の温度（たとえば融点）に上昇するまでに必要な熱量が多くなるようにすることもが考えられる。
また、粉末材料Ｐにレーザ光を照射させる前の温度が想定した温度よりも高温のため、粉末材料Ｐの温度が所望の温度に上昇するまでに必要な熱量が少なくなっている可能性がある。この場合、ベースプレート３１１の温度を下げることにより、レーザ光が照射される前の粉末材料Ｐの温度を下げたり、固化層上に材料層を形成するまでの時間を長くして、固化層を不活性ガスにより冷却させることの少なくとも１つにより、粉末材料Ｐへの造形された固化層からの熱の影響が少なくなるようにすることも考えられる。さらには、固化層上に形成された材料層のＺ方向の厚さが薄いため、固化層の熱が材料層の上部（Ｚ方向＋側）に伝導しやすくなっているとも考えられる。このような場合には、材料層の厚さを厚く（すなわち積層厚を大きく）して熱容量を上げることにより、既に造形された固化層の熱が材料層の上部にまで伝導されにくくすることも考えられる。
また、レーザ光を走査させるときの走査距離が長いため、材料層がレーザ光の照射により加熱される時間が長くなることにより温度が上昇している可能性がある。このため、レーザ光を走査させるときの走査距離が短くなるように走査経路が設定されることにより、材料層がレーザ光の照射に曝され、熱の影響を受ける時間が短縮されるようにすることも考えられる。また、走査部３３によるレーザ光の走査速度を上げることにより、レーザ光が材料層上の同一位置を照射する時間を短くし、単位時間当たりに粉末材料Ｐが吸収するエネルギーの量を小さくさせることも考えられる。また、レーザ光のスポットサイズが小さく、材料層の狭い範囲に熱量が集中し、単位面積当たりの材料層のエネルギーの量が大きい可能性があるので、スポットサイズを大きくし、レーザ光により発生する熱が材料層の狭い範囲に集中することが抑制されるようにすることも考えられる。
また、走査ピッチが小さいため、既に凝固した凝固領域ＢＥから溶融池ＭＰに伝導される熱による影響が大きい可能性があるので、走査ピッチを広げ、既に凝固した凝固領域ＢＥから伝導される熱による影響を抑制することも考えられる。また、材料層の密度が高い場合にはレーザ光の照射により発生した熱が材料層内を伝導しやすくなる可能性があるので、ブレード２２１により粉末材料Ｐに加える圧力を下げて密度を下げることにより、熱が材料層を伝導しにくくすることも考えられる。
上記の考え方により、次層の固化層の造形時のエネルギー密度ＥＤを現状よりも下げるために、演算部５６は、パラメータＰＬ、Ｐ０、ρを下げ、パラメータｖ、Δｙ、Δｚを上げる、のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、演算部５６は、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。パラメータＰＬに関連する造形条件の変更は、レーザ出力を下げることである。パラメータＰ０に関連する造形条件の変更は、不活性ガスの流量を増加および流速を上昇させ、ヒーター３１３の出力を下げてベースプレート３１１の温度を下げ、ブレード２２１の待機時間を延ばし、走査経路を変更することの少なくとも１つである。パラメータρに関連する造形条件の変更は、ブレード２２１が材料層に加える圧力を下げることである。パラメータｖに関連する造形条件の変更は、走査速度を上げることである。パラメータΔｙに関連する造形条件の変更は、レーザ光のスポットサイズを上げ、走査ピッチを大きくすること、の少なくとも１つである。パラメータΔｚに関連する造形条件の変更は、積層厚を上げることである。
演算部５６は、上述した図１０、図１１、図１２にて説明した場合と同様に、予め記憶部５８に記憶された、パラメータの値と造形条件の値とが関連付けされたデータを参照して、変更情報を生成する。出力部５５は、演算部５６が生成した変更情報を状態情報として、設定部５９（材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３の少なくとも１つ）に出力する。材料制御部５１が変更情報を入力した場合には、材料制御部５１は、リコーター２２に、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合のリコーター２２の動作は、変更情報に基づいた新たな待機時間の経過後にブレード２２１を移動させること、変更情報に基づいた新たな圧力にてブレード２２１を移動させること、を含む。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２、走査部３３およびヒーター３１３の少なくとも１つに、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合の照射部３２の動作は、変更情報に基づいた新たなレーザ出力でレーザ光を出射すること、フォーカスレンズ３２３を変更情報に基づいた新たなＸ方向の位置に移動すること、を含む。走査部３３の動作は、変更情報に基づいた新たな傾き角度または傾き角度の変更速度でガルバノミラー３３１、３３２を駆動することである。ヒーター３１３の動作は、変更情報に基づいた新たな加熱出力で動作することである。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１や排気装置１４を、変更情報に基づいた新たなバルブ開度や排気量で動作させる。その後、処理はステップＳ６１へ戻る。
ステップＳ６７では、演算部５６は、エネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲に含めるために、エネルギー密度ＥＤの値を上げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。エネルギー密度ＥＤ値を上げるのは次の理由による。溶融池ＭＰの平均温度が第２の基準範囲よりも小さいということは、溶融池ＭＰへの熱量が現在設定されている造形条件で得られると見込まれた熱量のよりも少なく、溶融池ＭＰの温度が低すぎることを意味する。このため、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーのエネルギー密度ＥＤが不足していることが推定される。
この場合、演算部５６は、上述したステップＳ６６の考え方とは逆の考え方によりエネルギー密度ＥＤの値を上げるように変更情報を生成する。演算部５６は、パラメータＰＬ、Ｐ０、ρを上げ、パラメータｖ、Δｙ、Δｚを下げる、の少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、演算部５６は、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。パラメータＰＬに関連する造形条件の変更は、レーザ出力を上げることである。パラメータＰ０に関連する造形条件の変更は、不活性ガスの流量を減少および流速を低下させ、ヒーター３１３の出力を上げてベースプレート３１１の温度を上げ、ブレード２２１の待機時間を短縮し、走査経路を変更すること、のうちの少なくとも１つである。パラメータρに関連する造形条件の変更は、ブレード２２１が材料層に加える圧力を上げることである。パラメータｖに関連する造形条件の変更は、走査速度を下げることである。パラメータΔｙに関連する造形条件の変更は、レーザ光のスポットサイズを下げ、走査ピッチを下げること、のうちの少なくとも１つである。パラメータΔｚに関連する造形条件の変更は、積層厚を下げることである。
演算部５６は、上述した図１０、図１１、図１２にて説明した場合と同様に、予め記憶部５８に記憶された、パラメータの値と造形条件の値とが関連付けされたデータを参照して変更情報を生成する。出力部５５は、演算部５６が生成した変更情報を状態情報として、設定部５９（材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３の少なくとも１つ）に出力する。材料制御部５１が変更情報を入力した場合には、材料制御部５１は、リコーター２２に、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合のリコーター２２の動作は、変更情報に基づいた新たな待機時間の経過後にブレード２２１を移動させること、変更情報に基づいた新たな圧力にてブレード２２１を移動させること、を含む。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２、走査部３３およびヒーター３１３の少なくとも１つに、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合の照射部３２の動作は、変更情報に基づいた新たなレーザ出力でレーザ光を出射すること、フォーカスレンズ３２３を変更情報に基づいた新たなＸ方向の位置に移動すること、を含む。走査部３３の動作は、変更情報に基づいた新たな傾き角度または傾き角度の変更速度でガルバノミラー３３１、３３２を駆動することである。ヒーター３１３の動作は、変更情報に基づいた新たな加熱出力で動作することである。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１や排気装置１４を、変更情報に基づいた新たなバルブ開度や排気量で動作させる。その後、処理はステップＳ６１へ戻る。
なお、ステップＳ６６とＳ６７では、演算部５６は、新たな造形条件の値と、現在の造形条件の値との差の値を変更情報として生成してもよい。
図１４に示すステップＳ６８では、判定部５７は、溶融池ＭＰの平均温度が第４の基準範囲を満たすか否かを判定する。第４の基準範囲は、造形された固化層に所定の補修を行うことにより、エネルギー密度ＥＤを所望の範囲に保つことが可能となる溶融池ＭＰの平均温度の範囲である。換言すると、判定部５７は、ステップＳ６８にて固化層の補修の要否を判定する。第４の基準範囲の最大値は、第３の基準範囲の最大値よりも所定の割合だけ大きな値である。第４の基準範囲の最小値は、第３の基準範囲の最小値よりも所定の割合だけ小さな値である。なお、第４の基準範囲は最大値の近傍値と最小値の近傍値との間の範囲でもよい。溶融池ＭＰの平均温度が第４の基準範囲を満たす場合、すなわち造形された固化層を補修することによりエネルギー密度ＥＤの値を所望の範囲にすることができると判定部５７が判定した場合には、処理はステップＳ６９へ進む。この場合、溶融池ＭＰの平均温度が第３の基準範囲を満たしている場合には、判定部５７は、変更情報の生成が必要と判定し、第３の基準範囲を満たしていない場合には、判定部５７は、固化層の補修が必要と判定する、と換言することができる。
溶融池ＭＰの平均温度が第４の基準範囲を満たさない場合、すなわち造形された固化層を補修してもエネルギー密度ＥＤを所望の範囲にすることができないと判定部５７が判定した場合には、処理はステップＳ７０へ進む。
なお、上記の第４の基準範囲は、造形された固化層に補修を行った場合に、エネルギー密度ＥＤに限られず、パワー密度ＰＤや温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれるように設定されてもよい。また、第４の基準範囲である平均温度の範囲は、使用される粉末材料Ｐの融点と液相線温度との間の温度から融点と固相線温度との間の温度範囲であってもよい。なお、第４の基準範囲は予め記憶部５８に記憶されている。
ステップＳ６９では、演算部５６は、補修処理を行うための補修情報を生成する。造形装置１は、補修処理として、たとえば、造形された固化層に再度レーザ光を照射して溶融、凝固させるリメルト処理を行う。この場合、演算部５６は、温度データ画像から求められた溶融池ＭＰの平均温度と、第２の基準範囲内の任意の値（例えば、中央値）との差に基づいて、照射部３２がレーザ光を照射するための造形条件、すなわちレーザ出力や、ビーム品質や、発振モードや、レーザ光の波長や、レーザ光の偏光状態や、レーザ光の強度分布や、レーザ光のスポットサイズの値を補修情報として生成する。なお、溶融池ＭＰの平均温度と第２の基準範囲内の任意の値（例えば、中央値）との差、および照射部３２がレーザ光を照射するための造形条件の値とは、関連付けされたデータとして記憶部５８に予め記憶される。演算部５６は、このデータを参照して補修情報を生成する。出力部５５は、演算部５６が生成した補修情報を造形制御部５２に出力する。造形制御部５２は、照射部３２に、補修情報に基づいてレーザ光を出力させて、補修処理を行わせる。その後、処理は図１３のステップＳ６１へ戻る。
ステップＳ７０では、演算装置５０は、以降の三次元造形物の造形を停止させて処理を終了する。この場合、判定部５７は、ステップＳ６８にて溶融池ＭＰの平均温度が第４の基準範囲を満たしている場合には、固化層の補修が必要と判定し、溶融池ＭＰの平均温度が第４の基準範囲を満たしていない場合には、造形停止が必要と判定した、と言うこともできる。
溶融池ＭＰの平均温度が第２の基準範囲を満たす場合に進んだステップＳ７１の処理は、図１０のステップＳ３８の処理と同様である。
以上の処理を行うことにより、次層の固化層を造形する場合にも、粉末材料Ｐが溶融し凝固する際の基本条件が確保され、溶融不足または溶融過多による固化層の造形不良の発生が抑制されるとともに、造形した固化層に造形不良が発生した場合には造形不良が補修される。
なお、上述した図１３に示すフローチャートのステップＳ６６、Ｓ６７において、演算部５６が、パラメータＰＬ、Ｐ０、ρ、ｖ、Δｙ、Δｚのうちのどのパラメータを変更する、あるいは変更しないようにするかについては、三次元造形物の造形に対するユーザの要求によって異ならせる。たとえば、ユーザが、造形時間が延びることを避けたいと所望している場合には、レーザ光の走査速度が低下しないように、上記のステップＳ６７において、演算部５６は、パラメータｖの値を変更しないようにすることができる。
また、ステップＳ６６、６７において、演算部５６は、上述した造形条件以外にもエネルギー密度ＥＤに影響があり、次層造形時変更のときに変更可能な造形条件の変更情報を生成してもよい。たとえば、演算部５６は、照射部３２のレーザ光の発振モードやレーザ光の強度分布や、ブレード２２１の移動速度、粉末材料Ｐの吸湿度について変更情報を生成してよい。
なお、上述と同様に、演算部５６は、変更情報を生成するパラメータや造形条件を決定するために、指定対象情報をユーザに報知し、ユーザによる指定を受け付けてもよい。
次に、次層造形時変更のときの処理として、以下の場合を例に挙げる。検出部５４は、固化層の造形中に、溶融の状態として、溶融池ＭＰとその近傍の温度に関する情報を求める。演算部５６は、固化層の造形中に検出部５４により求められた温度に関する情報に基づいて、当該固化層の上部に新たに固化層を造形するときの温度分布Ｔ（ｒ）の値を所望の範囲に保つように変更情報を生成する。なお、演算部５６は、温度分布Ｔ（ｒ）の値を所望の範囲に保つように変更情報を生成するものに限定されず、パワー密度ＰＤの値、エネルギー密度ＥＤの値および温度分布Ｔ（ｒ）の値のうちの少なくとも１つを所望の範囲に保つように変更情報を生成してよい。
図１５、図１６に示すフローチャートの各処理は、演算装置５０の記憶部５８に記憶され、演算装置５０により読み出されて、実行される。
ステップＳ８１、Ｓ８２の処理は、図１３に示すフローチャートのステップＳ６１、Ｓ６２の処理と同様である。ただし、検出部５４は、上述した温度履歴を用いて、溶融池ＭＰとその近傍の温度に関する情報として、材料層中の所定箇所における温度の時間変化である温度勾配を求める。この場合、検出部５４は、上述したようにして温度履歴を求めることにより、材料層中の同一箇所における溶融前の温度と、溶融中の温度とを求める。そして、検出部５４は、温度履歴の検出に用いた画像データの時間情報に基づいて、溶融前の温度から溶融中の温度に変化したときの温度の時間変化を算出する。検出部５４は、この時間変化を温度勾配として求める。
また、検出部５４は、固化層の造形時には温度画像データの生成および記憶部５８への記憶を行い、１層の固化層の造形が終了した後、記憶部５８に記憶された複数の温度画像データのそれぞれから溶融池ＭＰの温度勾配を求めてよい。
ステップＳ８３では、判定部５７は、検出部５４により求められた溶融池ＭＰの温度勾配が、予め定められた第２の基準範囲を満たすか否かを判定する。第２の基準範囲は、温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれるための溶融池ＭＰの温度勾配の範囲であり、例えば、上述のステップＳ６３と同様に、ユーザによる各種の試験やシミュレーション等の結果に基づいて設定される。温度勾配が第２の基準範囲を満たさないと判定部５７により判定された場合はステップＳ８４へ進み、温度勾配が第２の基準範囲を満たすと判定部５７により判定された場合には後述するステップＳ９１へ進む。換言すると、判定部５７は、ステップＳ８３において、変更情報の生成の要否を判定する。
なお、上記の第２の基準範囲は、温度分布Ｔ（ｒ）に限られず、パワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれるように設定されてもよい。また、第２の基準範囲である温度勾配の範囲は、使用される粉末材料Ｐの融点と液相線温度との間の温度勾配から融点と固相線温度との間の温度勾配の範囲であってもよい。
ステップＳ８４では、判定部５７は、検出部５４により求められた温度勾配が第３の基準範囲を満たすか否かを判定する。第３の基準範囲は、造形条件を変更した場合に温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれるための溶融池ＭＰの温度勾配の範囲である。第３の基準範囲の最大値は第２の基準範囲の最大値よりも大きく、第３の基準範囲の最小値は第２の基準範囲の最小値よりも小さい。なお、第３の基準範囲は、最大値の近傍値と最小値の近傍値との範囲でもよい。温度勾配が第３の基準範囲を満たす場合、すなわち造形条件の変更により温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれる（すなわち造形不良の発生を抑制可能）と判定部５７により判定された場合には、処理はステップＳ８５へ進む。温度勾配が第３の基準範囲を満たさない場合、すなわち造形条件の変更によっては温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれない（すなわち、造形不良の発生を抑制不可能）と判定部５７に判定された場合には、処理は後述するステップＳ８８へ進む。
なお、上記の第３の基準範囲は、造形条件を変更した場合に、温度分布Ｔ（ｒ）に限られず、パワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれるように設定されてもよい。また、第３の基準範囲である温度勾配の範囲は、使用される粉末材料Ｐの融点と液相線温度との間の温度勾配から融点と固相線温度との間の温度勾配の範囲であってもよい。なお、第３の基準範囲は予め記憶部５８に記憶されている。
ステップＳ８５では、判定部５７は、温度勾配が第２の基準範囲より大きい（高傾斜）か、第２の基準範囲よりも小さい（低傾斜）かを判定する。温度勾配が第２の基準範囲より大きい場合には、処理はステップＳ８６へ進み、温度勾配が第２の基準範囲よりも小さい場合には、処理はステップＳ８７へ進む。
ステップＳ８６では、演算部５６は、温度分布Ｔ（ｒ）の値を所望の範囲に含めるために、温度分布Ｔ（ｒ）の値を下げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。温度分布Ｔ（ｒ）の値を下げるのは以下の理由による。温度勾配が第２の基準範囲よりも大きい（高傾斜）ということは、レーザ光に照射された粉末材料Ｐに流入する熱量が過大であるため、粉末材料Ｐの温度が急激に増加していることが予測される。あるいは、レーザ光を照射する前の粉末材料Ｐの温度が低かったにもかかわらず、レーザ光の照射により粉末材料Ｐに過大な熱量が流入し、粉末材料Ｐの温度が短時間で所望の温度（たとえば融点）にまで上昇していることが予測される。温度勾配が大きい場合は、粉末材料Ｐに流入する熱量が過大であることが予測される。このような場合には、上述したように溶融池ＭＰ内の対流Ｃが激しくなり、スパッタＳＰやヒュームＦＵの発生等の造形不良の要因が生じていることが考えられる。また、急激に加熱されて造形された固化層が冷却されるときに、残留応力等の造形不良の要因が生じることが考えられる。
温度分布Ｔ（ｒ）の値を下げ、粉末材料Ｐが吸収する熱量を低下させるためには、照射部３２からのレーザ光の出力を下げて、粉末材料Ｐが吸収するエネルギーを減少させることが考えられる。
また、上述したように、レーザ光の照射によるエネルギーは、レーザ光の波長と粉末材料Ｐの種類とに応じて、粉末材料Ｐへの吸収のされやすさが異なる。温度勾配が高傾斜になったということは、粉末材料Ｐの種類に対して吸収されやすい波長のレーザ光が照射に使用された可能性があるので、レーザ光の波長を変更することにより、粉末材料Ｐにエネルギーの吸収をさせ難くすることも考えられる。
また、粉末材料Ｐがレーザ光に照射される前の温度が低いため、レーザ光の照射による上昇後の温度との差が大きくなり温度勾配が高傾斜になっている可能性がある。このため、粉末材料Ｐがレーザ光に照射される前の温度を上げることにより温度勾配の傾斜をなだらかにすることも考えられる。粉末材料Ｐがレーザ光に照射される前の温度を上げるため、不活性ガスの流量の減少および流速の低下、ブレード２２１の待機時間を短くする、の少なくとも１つを行うことにより、造形された固化層が不活性ガスで冷却されるのを抑制し、固化層から粉末材料Ｐに熱が伝導されやすくすることも考えられる。さらに、ベースプレート３１１の温度を上げたりすることも考えられる。
また、走査部３３によるレーザ光の走査速度を上げることにより、レーザ光が材料層上の同一位置を照射する時間を短くし、レーザ光の照射により粉末材料Ｐが吸収するエネルギーを減少させることも考えられる。
上記の考え方により、演算部５６は、次層の固化層の造形時の温度分布Ｔ（ｒ）の値を現状よりも下げるため、パラメータＰＬ、ηを下げる、パラメータＴ０、ｖを上げる、のうち少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、演算部５６は、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。パラメータＰＬに関連する造形条件の変更は、レーザ出力を下げることである。パラメータηに関連する造形条件の変更は、レーザ波長を粉末材料Ｐの吸収率に合わせて変更することである。パラメータＴ０に関連する造形条件の変更は、不活性ガスの流量を減少および流速を低下し、ベースプレート３１１の温度を上げ、ブレード２２１の待機時間を短縮すること、の少なくとも１つである。パラメータｖに関連する造形条件の変更は、走査速度を上げることである。
演算部５６は、上述した図１０、図１１、図１２、図１３にて説明した場合と同様に、予め記憶部５８に記憶された、パラメータの値と造形条件の値とが関連付けされたデータを参照して変更情報を生成する。出力部５５は、演算部５６が生成した変更情報を状態情報として、設定部５９（材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３の少なくとも１つ）に出力する。材料制御部５１が変更情報を入力した場合には、材料制御部５１は、リコーター２２に、変更情報に基づいた新たな待機時間の経過後にブレード２２１を移動させる。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２、走査部３３およびヒーター３１３の少なくとも１つに、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合の照射部３２の動作は、変更情報に基づいた新たなレーザ出力でレーザ光を出射すること、変更情報に基づいた新たな波長のレーザ光を出射すること、を含む。走査部３３の動作は、変更情報に基づいた新たな傾き角度の変更速度でガルバノミラー３３１、３３２を駆動することである。ヒーター３１３の動作は、変更情報に基づいた新たな加熱出力で動作することである。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１や排気装置１４を、変更情報に基づいた新たなバルブ開度や排気量で動作させる。その後、処理はステップＳ８１へ戻る。
なお、ステップＳ８６においては、演算部５６は、温度分布Ｔ（ｒ）の値を下げるように変更条件を生成するものに代えて、ベースプレート３１１の温度を増加させるように変更情報を生成して、温度勾配を小さくしてもよい。この場合、演算部５６は、求められた温度勾配と第２基準範囲内の任意の値（例えば、中央値）との差に基づいて、ベースプレート３１１のヒーター３１３の加熱出力の値を算出し、算出した加熱出力の値を変更情報としてよい。
ステップＳ８７では、演算部５６は、温度分布Ｔ（ｒ）の値を所望の範囲に含めるために、温度分布Ｔ（ｒ）の値を上げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。温度分布Ｔ（ｒ）の値を上げるのは、次の理由による。すなわち、温度勾配が第２基準範囲よりも小さい（低傾斜）ということは、レーザ光に照射された粉末材料Ｐに流入する熱量が少ないため、粉末材料Ｐの温度が上昇し難くなっていることが予測される。あるいは、レーザ光を照射する前の粉末材料Ｐの温度が高かったにもかかわらず、レーザ光の照射により粉末材料Ｐに流入する熱量が少ないため、粉末材料Ｐの温度が所望の温度（たとえば融点）にまで長い時間を要したとことが予測される。温度勾配が小さい場合には、粉末材料Ｐに流入する熱量が過少であるため材料層が溶融不足となり、造形不良が発生するおそれがある。また、温度勾配が小さい場合には、凝固後の固化層の金属組織として所望する金属組織が得られなくなるおそれがある。
この場合、上述したステップＳ８６での考え方と逆の考え方により、演算部５６は、次層の固化層の造形時の温度分布Ｔ（ｒ）の値を現状よりも上げるため、パラメータＰＬ、ηを上げ、パラメータＴ０、ｖを下げ、の少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、演算部５６は、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。パラメータＰＬに関連する造形条件の変更は、レーザ出力を上げることである。パラメータηに関連する造形条件の変更は、レーザ波長を粉末材料Ｐの吸収率に合わせて変更することである。パラメータＴ０に関連する造形条件の変更は、不活性ガスの流量を増加および流速を上昇し、ベースプレート３１１の温度を下げ、ブレード２２１の待機時間を延ばすこと、のうちの少なくとも１つである。パラメータｖに関連する造形条件の変更は、走査速度を下げることである。
演算部５６は、予め記憶部５８に記憶された、パラメータの値と造形条件の値とが関連付けされたデータを参照して変更情報を生成する。出力部５５は、演算部５６が生成した変更情報を状態情報として、設定部５９（材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３の少なくとも１つ）に出力する。材料制御部５１が変更情報を入力した場合には、材料制御部５１は、リコーター２２に、変更情報に基づいた新たな待機時間の経過後にブレード２２１を移動させる。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２、走査部３３およびヒーター３１３の少なくとも１つに、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合の照射部３２の動作は、変更情報に基づいた新たなレーザ出力でレーザ光を出射すること、変更情報に基づいた新たな波長のレーザ光を出射すること、を含む。走査部３３の動作は、変更情報に基づいた新たな傾き角度の変更速度でガルバノミラー３３１、３３２を駆動することである。ヒーター３１３の動作は、変更情報に基づいた新たな加熱出力で動作することである。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１や排気装置１４を、変更情報に基づいた新たなバルブ開度や排気量で動作させる。その後、処理はステップＳ８１へ戻る。
なお、ステップＳ８７においては、演算部５６は、温度分布Ｔ（ｒ）の値を上げるように変更条件を生成するものに代えて、ベースプレート３１１の温度を低下せるように変更情報を生成して、温度勾配を大きくしてもよい。この場合、演算部５６は、求められた温度勾配と第２の基準範囲内の任意の値（例えば、中央値）との差に基づいて、ベースプレート３１１のヒーター３１３の加熱出力の値を算出し、算出した加熱出力の値を変更情報としてよい。
なお、ステップＳ８６とＳ８７では、演算部５６は、新たな造形条件の値と、現在の造形条件の値との差の値を変更情報として生成してもよい。
図１６のステップＳ８８では、判定部５７は、温度勾配が第４の基準範囲を満たすか否かを判定する。第４の基準範囲は、造形された固化層に所定の補修を行うことにより、温度分布Ｔ（ｒ）を所望の範囲に保つことが可能となる溶融池ＭＰの温度勾配の範囲である。換言すると、判定部５７は、ステップＳ８８にて固化層の補修の要否を判定する。第４の基準範囲の最大値は、第３の基準範囲の最大値よりも所定の割合だけ大きな値とし、第４の基準範囲の最小値は、第３の基準範囲の最小値よりも所定の割合だけ小さな値として設定される。第４の基準範囲は、第４の基準範囲の最大値の近傍値と最小値の近傍値との間の範囲でもよい。温度勾配が第４の基準範囲を満たす場合、すなわち造形された固化層を補修することにより温度分布Ｔ（ｒ）の値を所望の範囲にすることができると判定部５７が判定した場合には、処理はステップＳ８９へ進む。この場合、溶融池ＭＰの温度勾配が第３の基準範囲を満たしている場合には、判定部５７は、変更情報の生成が必要と判定し、溶融池ＭＰの温度勾配が第３の基準範囲を満たしていない場合には、判定部５７は、固化層の補修が必要と判定する、と換言することができる。
温度勾配が第４の基準範囲を満たさない場合、すなわち造形された固化層を補修しても温度分布Ｔ（ｒ）の値を所望の範囲にすることができないと判定部５７が判定した場合には、処理はステップＳ９０へ進む。
なお、上記の第４の基準範囲は、造形された固化層に補修を行った場合に、温度分布Ｔ（ｒ）に限られず、パワー密度ＰＤやエネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれるように設定されてもよい。また、第４の基準範囲である温度勾配の範囲は、使用される粉末材料Ｐの融点と液相線温度との間の温度勾配から融点と固相線温度との間の温度勾配の範囲であってもよい。なお、第４の基準範囲は予め記憶部５８に記憶されている。
ステップＳ８９では、演算部５６は、造形された固化層を補修するための補修情報を生成する。固化層の補修として、本実施の形態の造形装置１では、固化層に熱処理を行うことにより、固化層の残留応力を緩和あるいは除去する。熱処理としては、たとえばレーザ光の照射により固化層を加熱して、固化層の残留応力を緩和あるいは除去させるための公知のレーザアニール処理や、固化層に高温と等方的な圧力とを加えて残留応力を緩和あるいは除去させる公知のＨＩＰ（熱間等方加圧）処理や、ベースプレート３１１の温度を上げて固化層を加熱する処理や、ヒーター等の外部熱源により固化層を加熱する処理がある。熱処理としてレーザアニール処理を行う場合は、演算部５６は、検出部５４により求められた温度勾配と第２の基準範囲内の任意の値（例えば、中央値）との差に基づいて、照射部３２がレーザ光を照射するための造形条件、すなわちレーザ出力や、ビーム品質や、発振モードや、レーザ光の波長や、レーザ光の偏光状態や、レーザ光の強度分布や、レーザ光のスポットサイズの値を補修情報として生成する。なお、温度勾配と第２の基準範囲内の任意の値（例えば、中央値）との差と、熱処理をする際の照射部３２に関する造形条件の値とは関連付けされて記憶部５８に予め記憶され、演算部５６は、このメモリを参照して補修情報を生成する。出力部５５は、演算部５６が生成した補修情報を造形制御部５２に出力する。造形制御部５２は、照射部３２に、補修情報に基づいてレーザ光を出力させて、補修処理を行わせる。その後、処理はステップＳ８１へ戻る。
ステップＳ９０では、演算装置５０は、以降の三次元造形物の造形を停止させて処理を終了する。この場合、判定部５７は、ステップＳ８８にて溶融池ＭＰの平均温度が第４の基準範囲を満たしている場合には固化層への補修が必要と判定し、溶融池ＭＰの平均温度が第４の基準範囲を満たしていない場合には、造形停止が必要と判定した、と言うこともできる。
溶融池ＭＰの平均温度が第２の基準範囲を満たす場合に進んだステップＳ９１の処理は、図１０のステップＳ３８の処理と同様である。
以上の処理を行うことにより、造形される固化層に造形不良が発生することが抑制されるとともに、造形された固化層の内部に残留応力等が発生した場合には残留応力を緩和させることができるので、造形される三次元造形物にひずみが発生し形状異常等の造形不良の発生が抑制される。
なお、上述した図１５に示すフローチャートのステップＳ８６、８７において、演算部５６が、パラメータＰＬ、η、Ｔ０、ｖのうちのどのパラメータを変更する、あるいは変更しないようにするかについては、三次元造形物の造形に対するユーザの要求によって異ならせることができる。たとえば、ユーザが、造形時間が延びることを避けたいと所望している場合には、レーザ光の走査速度が低下しないように、上記のステップＳ８７において演算部５６は、パラメータｖの値を変更しないようにすることができる。
また、ステップＳ８６、８７において、演算部５６は、上述した造形条件以外にも温度分布Ｔ（ｒ）の値に影響があり、次層造形時変更のときに変更可能な造形条件の変更情報を生成してもよい。たとえば、演算部５６は、照射部３２のレーザ光の発振モードやレーザ光の強度分布やレーザ光のスポットサイズ、走査部３３による走査ピッチや走査経路、筐体１０内の温度、ブレード２２１の移動速度や粉末材料Ｐに加える圧力、粉末材料Ｐの吸湿度について変更情報を生成してよい。
なお、上述と同様に、演算部５６は、変更情報を生成するパラメータや造形条件を決定するために、指定対象情報をユーザに報知し、ユーザによる指定を受け付けてもよい。
また、図１３、図１５のフローチャートのステップＳ６１、Ｓ８１にて、検出部５４は、温度画像データから、溶融池ＭＰとその近傍の温度に関する情報として、溶融池ＭＰの最高温度や、溶融池ＭＰの最低温度や、溶融池ＭＰの最高温度と最低温度との差や、溶融池ＭＰの任意の温度の等温線の直径や、キーホールＫＨの径を溶融池ＭＰの温度分布として求めてもよい。
この場合、第２、第３および第４の基準範囲として、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤおよび温度分布Ｔ（ｒ）の少なくとも１つを所望の範囲に保つための溶融池ＭＰの最高温度や、溶融池ＭＰの最低温度や、溶融池ＭＰの最高温度と最低温度との差や、溶融池ＭＰの任意の温度の等温線の直径や、キーホールＫＨの径（短軸の長さ）の範囲が設定されてもよい。また、溶融池ＭＰの最高温度と最低温度との差は、算出した溶融池ＭＰの最高温度と最低温度との差を算出することにより得られる。
なお、上述した図１３～図１６に示す次層造形時変更の処理において、演算装置５０は三次元造形物の造形を停止させなくてもよい。すなわち、演算装置５０は、図１４のステップＳ６８とＳ７０および図１６のステップＳ８８とＳ９０の処理を行わなくてもよい。この場合、図１３のステップＳ６４にて溶融池ＭＰの平均温度が第３の基準範囲を満たさないときには、判定部５７は補修情報の生成が必要と判定して、処理は図１４のステップ６９へ進む。図１５のステップＳ８４にて温度勾配が第３の基準範囲を満たさない場合には、判定部５７は補修情報の生成が必要と判定して、処理は図１６のステップ８９へ進む。換言すると、判定部５７は、検出部５４により求められた検出対象領域の状態が第３の基準範囲を満たす場合には変更情報の生成が必要と判定し、検出対象領域の状態が第３の基準範囲を満たさない場合には固化層の補修が必要と判定する。
以上の説明では、リアルタイム変更、次層造形時変更の場合を例に挙げて説明を行ったが、本実施の形態の造形装置１は、上述したようには、固化層を積層して三次元造形物の造形が終了し、次の三次元造形物の造形を開始するときに造形条件を変更する次造形物造形時変更も行う。この場合、三次元造形物を造形開始から造形終了までに検出部５４により求められ検出対象領域の状態に基づいて、判定部５７は次の三次元造形物を造形するための造形条件の変更の要否を判定する。この場合、判定部５７は、図１０のステップＳ３４や、図１１のステップＳ４４や、図１２のステップＳ５４や、図１３のステップＳ６５や、図１５のステップＳ８５と同様にして、検出対象領域の状態が、予め定められた第１または第２の基準範囲を満たしているか否かを判定部５７が判定する。判定部５７が、検出対象領域の状態が第１または第２の基準範囲を満たしていないと判定した場合には、求められた検出対象領域の状態と第１または第２の基準範囲内の任意の値（例えば、中央値）との差に基づいて、演算部５６が造形条件を変更するための変更情報を生成する。
検出対象領域の状態が第１または第２の基準範囲を満たしている場合には、演算部５６による変更情報の生成更は行われず、必要に応じて後処理が行われる。ここで、後処理とは、たとえば造形された三次元造形物とともに造形された三次元造形物を支持するサポート部を除去する処理等が含まれる。サポート部を除去するために、造形装置１は、たとえばミーリングヘッド等により構成される切削部（不図示）を備えることができる。
次造形物造形時変更により、新たに造形する三次元造形物に造形不良等が発生する可能性がある場合には、予め造形不良等の発生が抑制されるような造形条件が設定される。
なお、造形された固化層への補修は、リアルタイム変更や、次造形物造形時変更のときに行われてもよい。例えば、リアルタイム変更の場合には、判定部５７は、検出対象領域の状態が第１の基準範囲を満たさない場合において、造形停止を判定するための基準範囲（図１４、図１６における第４の基準範囲）を設ける程ではないものの、第１の基準範囲からの差が大きいと判定した場合には、補修情報の生成が必要と判定してもよい。すなわち、図１０のステップＳ３３や、図１１のステップＳ４３や、図１２のステップＳ５３において、検出部５４により求められた検出対象領域の状態が第１の基準範囲を満たさないと判定された場合には、判定部５７は、以下の判定処理を行う。判定部５７は、検出部５４により求められた検出対象領域の状態が第１の基準範囲の最大値と最小値の範囲よりも広い基準範囲（例えば、図１３や図１５における第３の基準範囲）を満たす場合に変更情報の生成が必要と判定し、処理は、図１０のステップＳ３４や図１１のステップＳ４４や図１２のステップＳ５４へ進む。判定部５７は、検出対象領域の状態が上記の基準範囲を満たさない場合に固化層への補修が必要と判定し、たとえば、図１４のステップＳ６９や図１６のステップＳ８９と同様の処理が行われる。この場合、固化層への補修は、造形中の固化層や、造形中の固化層の造形が終了した後にその固化層に対して行われればよい。
勿論、リアルタイム変更の場合においても、次層造形時変更の場合と同様に、第４の基準範囲を設けて、判定部５７が造形停止を判定してもよい。判定部５７は、図１０のステップＳ３３や図１１のステップＳ４３や図１２のステップＳ５３において、検出対象領域の状態が第１の基準範囲を満たさないと判定すると、検出対象領域の状態が第３の基準範囲を満たすか否かを判定する。検出対象領域の状態が第３の基準範囲を満たすと判定部５７が判定した場合には、処理は図１０のステップＳ３４や図１１のステップＳ４４や図１２のステップＳ５４へ進む。検出対象領域の状態が第３の基準範囲を満たさないと判定部５７が判定した場合には、判定部５７は、第４の基準範囲に基づいて造形停止の要否を判定する。以後の処理は、図１４のステップＳ６８～Ｓ７０や図１６のステップＳ８８～ステップＳ９０と同様の処理が行われる。換言すると、判定部５７は、検出対象領域の状態が第４の基準範囲を満たしている場合には固化層への補修が必要と判定し、検出対象領域の状態が第４の基準範囲を満たしていない場合には、造形停止が必要と判定する。
また、次造形物造形時変更の場合には、補修を行う箇所が三次元造形物の輪郭に存在する場合には、補修が可能である。判定部５７が検出対象領域の状態が第１または第２の基準範囲を満たしていないと判定すると、判定部５７は、第１または第２の基準範囲よりも広い基準範囲（例えば、図１３や図１５における第３の基準範囲）を満たす場合に変更情報の生成が必要と判定する。この場合は、上述した場合と同様に、演算部５６は、造形条件を変更するための変更情報を生成する。判定部５７は、検出対象領域の状態が上記の基準範囲を満たさない場合には補修が必要と判定し、求められた検出対象領域の状態と第１または第２の基準範囲内の任意の値（例えば、中央値）との差に基づいて、演算部５６が補修情報を生成してよい。
勿論、次造形物造形時変更の際にも、次層造形時変更の場合と同様に、第４の基準範囲を設けて、判定部５７が造形停止を判定してもよい。判定部５７が検出対象領域の状態が第１または第２の基準範囲を満たしていないと判定すると、検出対象領域の状態が第３の基準範囲を満たすか否かを判定する。検出対象領域の状態が第３の基準範囲を満たす場合には、判定部５７は変更情報の生成が必要と判定する。検出対象領域の状態が第３の基準範囲を満たさない場合に、判定部５７は上述した第４の基準範囲を用いて、補修の要否または造形停止を判定する。すなわち、検出対象領域の状態が第４の基準範囲を満たすときには、判定部５７は、上述した補修が必要と判定し、検出対象領域の状態が第４の基準範囲を満たさないときには、次の三次元造形物の造形の停止を判定すればよい。
上述した第１の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）レーザ光の照射により粉末材料Ｐを加熱して造形した固化層から三次元造形物を造形する造形装置１に用いられる演算装置５０は、検出部５４と出力部５５とを備える。検出部５４は、レーザ光の照射による加熱で粉末材料Ｐが溶融している溶融池ＭＰを含む所定領域の少なくとも一部である検出対象領域の状態を求め、出力部５５は、検出部５４により求められた状態に基づく状態情報を出力する。これにより、固化層を造形しているときの粉末材料Ｐの状態から、造形中の三次元造形物に造形不良等が発生する可能性の有無などが推定可能となる。求められた状態を三次元造形物の造形に反映させた場合には、三次元造形物での造形不良等の発生が抑制可能となる。
（２）検出対象領域の状態は、レーザ光の照射により加熱する前の粉末材料Ｐの状態を含む。これにより、レーザ光の照射前後における粉末材料Ｐの状態が求められ、レーザ光の照射による材料層の温度変化の状態が検出可能となるので、造形中の三次元造形物に造形不良等が発生する可能性の有無などが詳しく推定できるようになる。
（３）検出対象領域の状態は、検出対象領域における溶融の状態と、加熱により発生したスパッタＰＳの状態と、加熱により発生したヒュームＦＵの状態との少なくとも１つの状態を含む。これにより、レーザ光の照射による粉末材料Ｐの溶融の進行状態が検出可能となるので、造形中の三次元造形物に造形不良等が発生する可能性の有無などが詳しく推定できるようになる。
（４）検出対象領域における溶融の状態は、溶融池ＭＰと溶融池ＭＰの近傍との少なくとも一部の温度に関する情報を含み、スパッタＳＰの状態はスパッタＳＰの飛散方向と飛散量と飛散速度との少なくとも１つの情報を含み、ヒュームＦＵの状態はヒュームの濃度と範囲との少なくとも１つの情報を含む。これにより、レーザ光の照射により粉末材料Ｐに流入した熱量等が検出可能となるので、造形中の三次元造形物に造形不良等が発生する可能性の有無や、造形不良等が発生する場合にはその要因等が推定できるようになる。
（５）検出部５４は、検出対象領域を撮像した画像データに含まれる異なる波長ごとの輝度情報に基づいて、溶融池ＭＰと溶融池ＭＰの近傍との少なくとも一部の温度に関する情報と、スパッタＳＰの飛散方向と飛散量と飛散速度との少なくとも１つの情報と、ヒュームの濃度と範囲との少なくとも１つの情報と、の少なくとも１つの情報を求める。これにより、材料層に発生した溶融池ＭＰの近傍の状況に依らず、検出対象領域の状態が撮像されるので、粉末材料Ｐの状態が正確に求められ、レーザ光の照射により粉末材料Ｐに流入し熱量等の検出精度が向上する。
（６）演算部５６は、検出部５４により求められた検出対象領域における状態に基づいて、三次元造形物の造形に用いる造形条件を変更するための変更情報を生成し、出力部５５は、生成された変更情報を状態情報として出力する。これにより、粉末材料Ｐの溶融の状態に基づいて、三次元造形物での造形不良等の発生が抑制できるように、造形条件の変更が可能となる。
（７）演算部５６は、粉末材料Ｐを加熱して固化層を造形しているときに、未溶融の粉末材料Ｐに対する造形条件を変更するための変更情報を生成する。これにより、造形中の固化層に対して造形条件を変更することにより、造形中の固化層に造形不良等が発生することが抑制される。
（８）演算部５６は、固化層の上部に供給される新たな粉末材料Ｐまたは固化層の上部に供給された新たな粉末材料Ｐに対する造形条件を変更するための変更情報を生成する。これにより、新たに造形する固化層に造形不良等が発生する可能性がある場合に、予め造形不良等の発生が抑制されるような造形条件の設定が可能となる。
（９）演算部５６は、三次元造形物の造形が終了した後、新たに造形する三次元造形物に対する造形条件を変更するための変更情報を生成する。これにより、新たに造形する三次元造形物に造形不良等が発生する可能性がある場合に、予め造形不良等の発生が抑制されるような造形条件の設定が可能となる。
（１０）演算部５６は、粉末材料Ｐを加熱するために粉末材料Ｐに照射されるレーザ光の条件を造形条件として変更情報を生成する。これにより、粉末材料Ｐに流入する熱量が制御され、造形不良等の発生が抑制された状態での固化層の造形が可能となる。
（１１）演算部５６は、粉末材料Ｐを加熱するためにレーザ光を走査するための走査条件を造形条件として変更情報を生成する。これにより、粉末材料Ｐに流入する熱量が制御され、造形不良等の発生が抑制された状態での固化層の造形が可能となる。
（１２）演算部５６は、固化層を収容する筐体１０の内部の雰囲気に関連する条件を造形条件として変更情報を生成する。これにより、造形が行われる環境を制御することにより粉末材料Ｐに流入する熱量が制御され、造形不良等の発生が抑制された状態での固化像の造形が可能となる。
（１３）演算部５６は、ブレード２２１が粉末材料Ｐから材料層を形成する材料層形成条件を造形条件として変更情報を生成する。これにより、粉末材料Ｐに流入する熱量が制御可能となるように材料層が形成されるため、造形不良等の発生が抑制された状態での固化層の造形が可能となる。
（１４）演算部５６は、粉末材料Ｐおよび固化層を支持する支持部であるベースプレート３１１に関連する支持部条件を造形条件として変更情報を生成する。これにより、粉末材料Ｐに流入する熱量が制御され、造形不良等の発生が抑制された状態での固化層の造形が可能となる。
（１５）演算部５６は、固化層または三次元造形物の形状に関連する設計データを造形条件として変更情報を生成する。これにより、設計データを用いて、粉末材料Ｐに流入する熱量が制御されるようにスライスモデルデータ等が作成されるので、造形不良等の発生が抑制された状態での固化層の造形が可能となる。
（１６）演算部５６は、粉末材料Ｐに関連する条件を造形条件として変更情報を生成する。これにより、粉末材料Ｐに流入する熱量が制御可能となる粉末材料Ｐを用いて材料層の形成が可能となるので、造形不良等の発生が抑制された状態での固化層の造形が可能となる。
（１７）判定部５７は、検出部５４により求められた検出対象領域における状態に基づいて、固化層への補修の要否を判定する。これにより、造形不良と見なせる箇所が三次元造形物の造形中に補修されるので、造形不良等の発生が抑制された高品質の三次元造形物の造形が可能となる。
（１８）判定部５７は、検出部５４により求められた検出対象領域における状態に基づいて、三次元造形物を造形するための変更情報の生成の要否を判定する。これにより、三次元造形物の造形中に造形不良等が発生する可能性がある場合に、造形条件の変更が可能となる。この結果、造形不良等の発生が抑制された高品質の三次元造形物の造形が可能となる。
（１９）判定部５７は、検出部５４により求められた検出対象領域における状態が第３の基準範囲を満たす場合には三次元造形物を造形するための変更情報の生成が必要と判定し、検出部５４により求められた検出対象領域における状態が第３の基準範囲を満たさない場合には固化層への補修が必要と判定する。これにより、レーザ光の照射により発生した溶融の状態に応じて、造形不良等の発生の抑制に適した処理が選択可能となる。
（２０）判定部５７は、検出部５４により求められた検出対象領域における状態が第４の基準範囲を満たす場合には固化層への補修が必要と判定し、検出対象領域における第４の基準範囲を満たさない場合には、三次元造形物の造形停止が必要と判定する。これにより、このまま造形を続けても造形不良を有する三次元造形物の造形を停止できるので、粉末材料Ｐや作業時間が浪費されることが抑制される。
（２１）判定部５７により固化層の補修が必要と判定されると、演算部５６は、固化層を再び溶融させる補修処理（たとえば、リメルト処理）により補修を行わせるための補修情報を生成する。これにより、造形された固化層を再度造形し直すことにより、造形不良等の発生が抑制された高品質の三次元造形物の造形が可能となる。
（２２）判定部５７により固化層の補修が必要と判定されると、演算部５６は、固化層に熱処理を加えて補修を行わせるための補修情報を生成する。これにより、造形された固化層に対して残留応力等を緩和させるための処理を行うことができるので、造形不良等の発生が抑制された高品質の三次元造形物の造形が可能となる。
上述した第１の実施の形態を以下のように変形できる。
（１）上述した第１の実施の形態では、検出部５４、演算部５６、判定部５７は、パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ）からなる基本条件の少なくとも１つを所望の範囲に保つための処理を行ったが、上記の基本条件に加えて、または基本条件に代えてユーザが要求する生産性や品質に適合した詳細な条件を満たすように処理も行ってよい。ここでは、詳細な条件として、造形率ＢＲ、欠陥率ＤＲ、残留応力ＲＳ、温度勾配Ｇ、凝固速度Ｒを例に挙げる。以下、造形率ＢＲ、欠陥率ＤＲ、残留応力ＲＳ、温度勾配Ｇ、凝固速度Ｒを詳細条件と称する。
造形率ＢＲは、単位時間当たりにレーザ光が照射される粉末材料Ｐの量であり、以下の（４）式により表される。造形率ＢＲが大きいほど、単位時間当たりにレーザ光が照射される粉末材料Ｐの量が多くなるので、固化層を造形するために要する時間が短縮され、作業効率の向上が可能となる。
ＢＲ＝ｖ×Δｙ×Δｚ …（４）
欠陥率ＤＲは、固化層の内部に発生する欠陥の発生状態を表す。上述したように、溶融池ＭＰの内部では、溶融池ＭＰの表面と内部の温度差による表面張力の差に起因した対流Ｃが起こり、この対流Ｃが大きくなると揺らぎが発生し、ガスの巻き込み等が発生しその状態で凝固すると内部欠陥となる。また、溶融池ＭＰから飛散し凝固したスパッタＳＰは、ブレード２２１による材料層の形成を妨げ、材料層内部に粉末材料Ｐが充填されない空隙等が発生する可能性がある。このような空隙も固化層を造形する際の内部欠陥の原因となる。したがって、溶融池ＭＰの流体挙動、すなわち対流Ｃや、溶融池ＭＰの凝固過程を所望の範囲に保つことにより、溶融池ＭＰの対流Ｃや凝固過程に起因する欠陥率ＤＲを許容できる範囲に抑えることが可能となる。
残留応力ＲＳは、材料層にレーザ光が照射されることにより溶融した粉末材料Ｐが凝固するまでの温度変化の履歴を表す。この温度変化の履歴を参照することにより、溶融して粉末材料Ｐが凝固することにより固化層に残留する残留応力の状態を把握することができる。温度の履歴は、検出部５４により生成された複数の温度画像データを用いることにより取得される。
温度勾配Ｇと凝固速度Ｒとは、凝固した固化層内部における金属組織の状態を決定する要素である。温度勾配Ｇは、上述した（３）式の温度分布Ｔ（ｒ）を以下の（５）式で表すように、距離ｒで偏微分して得られる値であり、材料層中のある断面における温度変化の状態を表す。凝固速度Ｒは、上述した（３）式の温度分布Ｔ（ｒ）を以下の（６）式で表すように、時間ｔで偏微分して得られる値であり、溶融池ＭＰがどのようにして冷却するかを表す。
Ｇ＝∂Ｔ／∂ｒ …（５）
Ｒ＝∂Ｔ／∂ｔ …（６）
一般に、温度勾配Ｇと凝固速度Ｒとの積Ｇ×Ｒの値が大きいほど金属組織が微細となり、Ｇ×Ｒの値が小さいほど金属組織が粗大になることが知られている。また、温度勾配Ｇを凝固速度Ｒで割ったＧ／Ｒの値が大きいほど金属組織は柱状晶と呼ばれる結晶構造となり、強度に異方性を有する。また、Ｇ／Ｒの値が小さいほど金属組織は等軸晶と呼ばれる結晶構造となり、均一な強度を有することが知られている。上記の関係を表す凝固マップが知られており、この凝固マップを参照することにより、温度勾配Ｇと凝固速度Ｒとから造形される固化層内部の金属組織の予測が可能となる。
検出部５４、演算部５６、判定部５７は、第１の実施の形態において説明したリアルタイム変更、次層造形時変更、次造形物造形時変更の際に、造形率ＢＲ、欠陥率ＤＲ、残留応力ＲＳ、温度勾配Ｇ、凝固速度Ｒの少なくとも１つがユーザの所望する範囲となるように、上述した各種の造形条件を変更するための処理を行ってよい。たとえば、図１０のステップＳ３３～Ｓ３６、図１１のステップＳ４３～４６、図１２のステップＳ５３～Ｓ５６、図１３、図１４のステップＳ６２～Ｓ６９、または図１５、図１６のステップＳ８１～Ｓ８９の処理の際に、上記の詳細条件の少なくとも１つが適用されてよい。
（２）上述した第１の実施の形態および変形例（１）では、演算装置５０において、検出部５４により求められ検出対象領域の状態に基づいて、演算部５６が変更情報を生成し、出力部５５が変更情報を状態情報として設定部５９へ出力する場合を例に挙げた。しかし、造形装置１は、図１７に示す演算装置５０を有してもよい。この場合の演算装置５０は、検出部５４と、出力部５５と、設定部６９とを有する。設定部６９は、第１の実施の形態における、材料制御部５１と、造形制御部５２と、筐体制御部５３と、演算部５６と、判定部５７と、記憶部５８と、を有する。この場合、検出部５４は、第１の実施の形態の場合と同様にして撮像装置４１から出力された画像データを用いて、検出対象領域の状態を求める。出力部５５は、検出部５４により求められた検出対象領域の状態自体の情報を状態情報として、設定部６９へ出力する。設定部６９の演算部５６と、判定部５７とは、第１の実施の形態および変形例（１）と同様にして造形条件を変更するための変更情報を生成する。設定部６９が有する材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３のうち少なくとも１つは、生成された変更情報に従って、第１の実施の形態および変形例（１）と同様にして、造形装置１の各構成の動作を制御する。
なお、図１に示す第１の実施の形態の演算装置５０のうちの設定部５９以外の構成や、図１７に示す変形例における演算装置５０のうちの設定部６９以外の構成が、造形装置１とは異なる外部の演算装置にて含まれてもよい。
（３）第１の実施の形態や変形例にて説明した造形装置１の構成の一部に基づいて、検出対象領域の情報を取得して、検出対象領域の状態を求める検出システムを構成してもよい。
図１８（ａ）に、この場合の造形装置１および検出システム５００の要部構成の概略を模式的に示す。造形装置１は、図１～図３を用いて説明した、第１の実施の形態の造形光学部３５のうちの取得部３１０と、第１の実施の形態における図１の演算装置５０の検出部５４と出力部５５と演算部５６と判定部５７と記憶部５８を有する検出システム５００と、筐体１０と、材料層形成部２０と、造形部３０のうちの取得部３１０以外の構成と、図１の演算装置５０の設定部５９と、を有する。
取得部３１０は、材料層の検出対象領域の情報を取得する。検出対象領域の情報とは、取得部３１０が有する撮像装置４１が、材料層の検出対象領域からの熱放射光に基づいて、第１の実施の形態にて説明した場合と同様にして生成した画像データである。すなわち、この画像データは、検出対象領域からの熱放射光のうちの異なる波長（波長λ１とλ２）の光のそれぞれに基づいて生成される画像データを含む。なお、取得部３１０は温度計や高速カメラでもよい。取得部３１０が温度計の場合には、検出対象領域の情報は、温度計により求められた検出対象領域の温度である。取得部３１０が高速カメラの場合には、検出対象領域の情報は、高速カメラにより取得された検出対象領域のカラー画像のデータである。演算装置５０の検出部５４は、取得部３１０で取得された検出対象領域の情報を用いて、第１の実施の形態や変形例と同様にして、検出対象領域の状態を求める。演算部５６と判定部５７は、第１の実施の形態および変形例（１）と同様にして造形条件を変更するための変更情報を生成する。生成された変更情報は、出力部５５により状態情報として検出システム５００から設定部５９へ出力される。設定部５９が有する材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３のうち少なくとも１つは、変更情報に従って、第１の実施の形態および変形例（１）と同様にして、造形装置１の各構成の動作を制御する。なお、図１８（ａ）に示すように、説明の便宜上、検出システム５００の検出部５４と出力部５５と演算部５６と判定部５７と記憶部５８と、設定部５９とが纏めて１つの演算装置に備えられる構成として表した。しかしながら、検出システム５００の検出部５４と出力部５５と演算部５６と判定部５７と記憶部５８と、設定部５９とは異なる演算装置に備えられてよい。
なお、図１８（ｂ）に示すように、検出システム５０１は、図１～図３を用いて説明した、第１の実施の形態の造形光学部３５のうちの取得部３１０と、図１７に示す第１の実施の形態の変形例（２）の演算装置５０の検出部５４および出力部５５とを有してもよい。この場合、造形装置１は、検出システム５０１と、図１７に示す演算装置５０が有する設定部６９と、筐体１０と、材料層形成部２０と、造形部３０のうちの取得部３１０以外の構成と、を有する。
取得部３１０は、図１８（ａ）の場合と同様にして、検出対象領域の情報を取得する。検出部５４は、この検出対象領域の情報を用いて、第１の実施の形態や変形例と同様にして検出対象領域の状態を求める。出力部５５は、検出部５４により求められた検出対象領域の状態自体の情報を状態情報として、検出システム５０１から設定部６９へ出力する。設定部６９の演算部５６と、判定部５７と、第１の実施の形態および変形例と同様にして造形条件を変更するための変更情報を生成する。設定部６９が有する材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３のうち少なくとも１つは、生成された変更情報に従って、第１の実施の形態および変形例と同様にして、造形装置１の各構成の動作を制御する。なお、図１８（ｂ）に示すように、説明の便宜上、検出システム５０１の検出部５４及び出力部５５と、設定部６９とが纏めて１つの演算装置に備えられる構成として表した。しかしながら、検出システム５０１の検出部５４及び出力部５５と、設定部６９とは異なる演算装置に備えられてもよい。
（４）第１の実施の形態および変形例（１）～（３）の造形装置１は、造形条件の変更として、リアルタイム変更、次層造形時変更および次造形物造形時変更のうちの少なくとも１つを行ってよい。
また、演算部５６は、変更情報の生成と修正情報の生成とを行うものに代えて、変更情報の生成のみを行ってよい。また、演算部５６は、レーザ光の条件と、走査条件と、筐体１０の内部の雰囲気に関連する条件と、材料層形成条件と、支持部条件と、設計データと、粉末材料Ｐに関連する条件との少なくとも１つの造形条件に対して変更情報を生成してよい。
（５）実施の形態および変形例においては、造形装置１は、粉末材料Ｐとして金属粉末を使用する場合を例に挙げて説明を行ったが、粉末材料Ｐとして樹脂粉末やセラミック粉末等の金属粉末以外の粉末を使用することができる。また、造形装置１は、粉末材料Ｐを使用して三次元造形物を造形する場合に限らず、液体の材料や粉末以外の固体の材料を使用して三次元造形物を造形してよい。
－第２の実施の形態－
図面を参照して、第２の実施の形態による造形装置について説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、材料層の状態が求められ、求めた材料層の状態に関する情報に基づいて、造形条件を変更するための変更情報が生成される点で第１の実施の形態とは異なる。
図１９は第２の実施の形態の造形装置１０１の要部構成の一例を示すブロック図である。第２の実施の形態の造形装置１０１の造形部３０は、第１の実施の形態およびその変形例の造形光学部３５に代えて造形光学部３６を有し、他の構成については、第１の実施の形態とその変形例の造形部３０が有する構成と同様の構成を備える。第２の実施の形態の演算装置５０Ａは、第１の実施の形態における検出部５４、出力部５５、演算部５６、判定部５７に代えて、検出部５４Ａ、出力部５５Ａ、演算部５６Ａ、判定部５７Ａを備える。
図１９に示すように、材料供給槽２１と造形槽３１との間にはステージＳＴが設けられる。ステージＳＴは、ＸＹ平面に平行な面を有する。後述する粉末材料Ｐの流動性を求めるための処理を行う際に、粉末材料Ｐがリコーター２２によってステージＳＴ上に移送される。なお、図１９に示す例では、材料供給槽２１と造形槽３１との間にステージＳＴが設けられる場合を示したが、ステージＳＴの配置は図示の位置に限定されない。なお、図１９では、説明の便宜上、材料層形成部２０と造形部３０とを別個の構成として分けて表すが、粉末材料Ｐを材料層形成部２０と造形部３０を纏めて造形部と表すこともできる。
造形光学部３６は、照射部３２と、走査部３３と、フォーカスレンズ３２３と、形状測定部３１４とを有する。形状測定部３１４は、詳細を後述するように、形成された材料層の状態を求めるために、材料層の形状を測定する。形状測定部３１４は、投影部６０と、受光部７０とを有する。投影部６０と受光部７０とは、材料層の形状を測定するために、たとえば公知のパターン投影法の位相シフト法を用いる。なお、形状測定部３１４は、当該形状測定部３１４以外の造形部３０の構成とは異なる機能（後述する、材料層の形状を求める機能）を備える構成であるため、造形部３０とは別個の構成として表すこともできる。
パターン投影法は、形状を測定する対象（本実施の形態においては材料層や粉末材料Ｐ）に投影された光の強度分布を変化させて複数枚の画像を撮像し、撮像した複数枚の画像を処理することで測定する対象の三次元形状を測定するものである。既存のパターン投影法としては、たとえば位相シフト法や、空間コード化法や、モアレポトグラフィ法や、マルチスリット法等がある。位相シフト法では、正弦波状の強度分布を有する縞模様の光（縞パターン光）を利用し、その縞の位相を変化させて撮像された複数枚（最低３枚以上）の画像から画素ごとに正弦波の位相が算出され、算出された位相を利用して測定する対象の三次元座標が算出される。
なお、本実施の形態では、材料層の状態を測定するためにパターン投影法以外にも、光切断法、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）法、ステレオカメラ法等の既存の形状測定方法を用いることができる。また、本実施の形態では、測定する対象に光を投影する形状測定方法に限らず、例えば、ステレオカメラ法等の測定する対象に光を投影せずに形状測定を行う既存の方法を用いることができる。ステレオカメラ法は、測定する対象を異なる方向から撮像して取得した画像を処理することで測定する対象の三次元形状を測定する方法である。この場合、形状測定部３１４は、投影部６０を備えていなくてよい。
投影部６０は、詳細を後述するように、形成された材料層の表面に正弦波状の強度分布を有する投影光を、その強度分布の位相を変化させながら投影する光投影部として機能する。受光部７０は、投影部６０からの投影光が有する正弦波状の強度分布の位相が変化されるごとに、材料層の表面からの光を受光して、材料層の表面の画像データを生成して演算装置５０へ出力する。生成される画像データは、材料層の表面からの光を後述する撮像素子７２により光電変換して得られた各画素の信号強度である。換言すると、受光部６０は、材料層の画像データを取得する画像取得部として機能する。なお、以下の説明においては、受光部７０は、造形槽３１に形成された材料層の表面の全領域を撮像可能であるものとして説明を行うが、材料層の表面の全領域のうちの一部の領域（すなわち投影部６０により投影光が投影された領域）を撮像可能であってもよい。
以下、造形光学部３６の構成と、その配置の一例について説明する。
図２０は、造形光学部３６が有する、照射部３２と、走査部３３と、フォーカスレンズ３２３と、形状測定部３１４（すなわち、投影部６０と、受光部７０）との配置の一例を模式的に示す図である。
照射部３２は、第１の実施の形態と同様に、材料層を照射して加熱するための照射光としてレーザ光を出射するレーザ発振器３２１と、レーザ発振器３２１から出射されたレーザ光をコリメートするコリメータレンズ３２２とを有する。第２の実施の形態においても、照射部３２は、レーザ光に代えて既存の発光ダイオード（ＬＥＤ）や電子線、陽子線、中性子線などの既存の粒子線等を含むエネルギー線を出射可能なものを用いてもよい。
照射部３２のレーザ発振器３２１からＸ方向＋側に向けて出射したレーザ光は、フォーカスレンズ３２３を透過して走査部３３に入射する。フォーカスレンズ３２３は、第１の実施の形態と同様の凹レンズ３２３ａと凸レンズ３２３ｂとを有する。走査部３３は、第１の実施の形態と同様のガルバノミラー３３１と３３２とを有し、入射したレーザ光を材料層の表面に導く。
なお、照射部３２からのレーザ光の出射方向や、レーザ光の進行方向や、走査部３３ガルバノミラー３３１、３３２の配置や、ガルバノミラー３３１によるレーザ光の反射方向は図示の配置や出射方向や進行方向や反射方向に限定されず、造形光学部３６を構成する各要素の配置との関係に基づいて、適宜好ましい配置や出射方向や進行方向や反射方向となるように決められる。
投影部６０は、投影光を出射する投影光源６１と、コリメータレンズ６２と、パターン生成部６３と、投影レンズ６４とを有する。投影光源６１は、たとえばレーザ発信器により構成され、演算装置５０により制御され、Ｘ方向＋側へレーザ光（投影光）を出射する。なお、投影光源６１として、ＬＥＤ光源やハロゲンランプ等の光源が用いられてもよい。投影光源６１からの投影光は、コリメータレンズ６２により平行光にコリメートされ、パターン生成部６３に入射する。
なお、投影部６０からの投影光の出射方向はＸ方向＋側であるものに限定されず、造形光学部３６の他の構成との関係に基づいて、適宜好ましい配置や出射方向となるように決められる。
パターン生成部６３は、たとえばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）により構成される。ＤＭＤの表面には多数の微小鏡面が、Ｙ方向（行方向）とＹ方向と直交する方向（列方向）とにより形成される平面上において二次元状に配列され、演算装置５０により制御され、各微小鏡面ごとにオン状態とオフ状態とが切り替えられる。オン状態では、形状を測定する対象（材料層など）に光が投影されるように微小鏡面の角度が設定され、オフ状態では、形状を測定する対象（材料層など）に光が投影されないように微小鏡面の角度が設定される。パターン生成部６３に入射した投影光は、微小鏡面を後述するように制御することにより、予め設定された正弦波状の強度分布を有する光に変換されて出射される。パターン生成部６３により生成される正弦波状の強度分布を有する投影光により、材料層の表面には、正弦波状に明るさが変化する縞模様が投影される。なお、パターン生成部６３は、ＤＭＤにより構成される例に限られず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）や、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon：反射型液晶素子）であってもよい。
正弦波状の強度分布を有する投影光を生成するために、パターン生成部６３（ＤＭＤ）は、例えば、次のように制御される。１つの行の微小鏡面が連続的にオン状態となり、隣接する行の微小鏡面のオン時間の割合が、例えば、９８．５％、オフ時間の割合を１．５％となるように、微小鏡面を駆動させる駆動電力がオンとオフとの間で制御される。さらに隣接する行の微小鏡面のオン時間の割合が、例えば、９４％、オフ時間の割合が６％となるように、微小鏡面を駆動させる駆動電力がオンとオフとの間で制御される。このように、ＤＭＤの微小鏡面の行ごとにオン時間とオフ時間の割合の組み合わせを列方向に沿って段階的に変化させることで、正弦波状の強度分布を有する投影光が生成され、正弦波状に明るさが変化する縞状の模様が材料層の表面に投影される。また、行ごとのオン時間とオフ時間の割合の組み合わせが列方向にシフトするように、微小鏡面の行ごとの駆動電力が制御されると、投影光が有する正弦波状の強度分布の位相が変化する。
なお、パターン生成部６３では、一行ごとにオンとオフとの間の駆動電力が制御されてもよいし、所定数の行ごとにオンとオフとの間の駆動電力が制御されてもよい。
また、パターン生成部６３は、正弦波状に徐々に強度が変化する強度分布を有する投影光を生成する例に限定されない。たとえば、微小鏡面をオンとする所定行と微小鏡面をオフとする所定行とが繰り返すように微小鏡面が制御され、明暗が繰り返される矩形波状の強度分布を有する投影光としてもよい。または、パターン生成部６３は、暗点（または明点）を規則的に有するドット状の模様の投影光を生成してもよい。
パターン生成部６３で反射された投影光は、Ｚ方向-側に形成された材料層へ向けて、Ｚ軸に対して所定の角度を有して進み、投影レンズ６４により集光されて、材料層の表面に投影される。これにより、パターン生成部６３で生成された正弦波状の強度分布を有する投影光が材料層の表面に投影される。
受光部７０は、複数のレンズを含む撮像光学系７１と、撮像素子７２とを有する撮像装置である。撮像素子７２は、たとえばたとえばＣＭＯＳやＣＣＤ等により構成される画素や、画素で光電変換された画像信号を読み出す読出し回路や、画素の駆動を制御する制御回路等を有する。受光部７０は、撮像光学系７１の光軸がＺ軸に対して所定の角度を有するように配置される。材料層の表面からの光は、撮像光学系７１により撮像素子７２の撮像面上に集光する。撮像素子７２は、入射した光を光電変換し、投影部６０により投影光が投影された材料層の表面の画像データを生成して演算装置５０Ａに出力する。撮像素子７２から出力された画像データは、後述する演算装置５０Ａの検出部５４Ａにより、材料層の形状に基づく材料層の状態を求めるために使用される。
なお、上述のように、造形光学部３６は、材料層にレーザ光を照射する構成と、材料層の状態を撮像する構成とを一部共有しているため、撮像光学系とも言うことができる。
なお、造形光学部３６の配置は、図２０に示す例に限定されない。
造形光学部３６は、たとえば、図２０に示す配置例と同様に配置された受光部７０と、図２に示す第１の実施の形態の造形光学部３５のうち、撮像装置４１および二分岐光学系４２に代えて投影部６０が設けられた構成と、を有してよい。すなわち、照射部３２からのレーザ光と、投影部６０からの投影光とが、フォーカスレンズ３２３と走査部３３とを共用して進行するように、照射部３２と投影部６０とが配置（同軸配置）されてよい。
または、造形光学部３６は、たとえば、図２０に示す配置例と同様に配置された投影部６０と、図２に示す第１の実施の形態の造形光学部３５のうち、撮像装置４１および二分岐光学系４２に代えて受光部７０とが設けられた構成と、を有してよい。すなわち、照射部３２からのレーザ光と、材料層の表面で反射した投影光とが走査部３とフォーカスレンズ３２３とを共用して進行するように、照射部３２と投影部６０とが配置（同軸配置）されてよい。
また、造形光学部３６において、照射部３２と投影部６０とが共用されてもよい。照射部３２が、たとえば材料層を溶融するためのレーザ光の照射位置を示すためのガイド光を照射可能な構成を有している場合には、このガイド光が投影光として使用可能である。この場合、造形光学部３６は、図２０に示す投影部６０を備えていなくてよい。これにより、照射部３２からのレーザ光と投影光とが、フォーカスレンズ３２３と走査部３３とを共用して進行するような配置（同軸配置）が得られる。
以上のような同軸配置を適用することにより、材料層の表面で反射した投影光のうちの正反射成分が受光部７０に入射することが抑制され、散乱光が受光部７０に入射される。
受光部７０は、材料層の表面で正反射した光の影響が抑制された状態で撮像を行い、画像データを生成する。このため、後述する検出部５４は、パターン投影法を用いて、材料層の表面形状を求める際に、ノイズ成分が低減された画像データを使用することができるので、材料層の状態の検出精度が向上する。
または、造形光学部３６は、図２０に示す配置例と同様に配置された投影部６０と、第１の実施の形態において例示した図３（ａ）、（ｂ）に示す造形光学部３５における撮像装置４１と二分岐光学系４２とに代えて受光部７０が設けられた構成と、を有してもよい。さらに、この場合に、照射部３２がガイド光を照射可能な構成を有している場合には、投影部６０が配置されずに、照射部３２からのガイド光が、フォーカスレンズ３２４（図３（ａ）参照）と走査部３３とを介して、または走査部３３とｆθレンズ３２６（図３（ｂ）参照）とを介して、材料層に投影光として投影されてもよい。
図１９に示す演算装置５０Ａは、設定部５９と記憶部５８とに加えて、検出部５４Ａ、出力部５５Ａ、演算部５６Ａ、判定部５７Ａを備える。検出部５４Ａは、上述した受光部７０から出力された複数の画像データを用いて、パターン投影法により、材料層の形状に基づいて、材料層の状態を求める。ここで、説明の便宜上、検出部５４Ａは、粉末材料Ｐによって形成された材料層の少なくとも一部の領域における状態を求めることを含め、以下、材料層の状態を求めると表現する。判定部５５Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の形状に基づいて、変更情報の生成の要否や、補修情報の生成の要否や、三次元造形物の造形停止の要否を判定する。演算部５６Ａは、判定部５５Ａにより変更情報の生成が必要と判定された場合、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態に基づいて、第１の実施の形態にて例示した造形条件を変更するための変更情報を生成する。
出力部５５Ａは、演算部５６Ａにより生成された変更情報を、求められた材料層の状態に関する情報として設定部５９へ出力する。求められた材料層の状態に関する状態情報とは、演算部５６Ａにより生成された三次元造形物を造形するための造形条件を変更するための変更情報や、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態自体の情報を含む。以下、第２の実施の形態における検出部５４Ａ、出力部５５Ａ、演算部５６Ａおよび判定部５７Ａが行う処理について説明する。
なお、本実施の形態においては、材料層の状態として、形成された材料層の平面度と、密度と、積層厚と、表面の形状（材料層表面の各位置におけるＺ方向の高さ（Ｚ座標））と、材料層を形成する粉末材料Ｐの流動性との少なくとも１つが含まれる。
以下、検出部５４Ａが材料層の状態を求めるための処理について説明を行う。
第２の実施の形態においては、演算装置５０Ａは、投影部６０に対して、材料層形成時に投影光を投影させる。このとき、演算装置５０Ａは、投影部６０のパターン生成部６３を制御して、投影光が所定の正弦波状の強度分布を有するようにする。
ここで、材料層形成時とは、リコーター２２によりベースプレート３１１上または造形された固化層上へ粉末材料Ｐを移送する前の状態や、ベースプレート３１１上または造形された固化層上に粉末材料Ｐが移送され新たに材料層が形成された後の状態であって照射部３２によるレーザ光の照射を開始する前の状態のことである。
まず、材料層の状態として材料層の積層厚を求める場合について説明する。
投影部６０は、材料層が形成される前の状態（固化層が造形された状態）や材料層が形成された状態において、投影光の正弦波状の強度分布の位相を変化させながら投影する。受光部７０は、投影光の正弦波状の強度分布の位相が変化するごとに材料層や固化層の表面を撮像し、材料層や固化層の表面の複数の画像データを出力する。
各画像データ間においては、材料層の表面や固化層の表面の形状に応じて、正弦波状の強度分布を有する縞模様の形状が変化するために、輝度値に差が生じることとなる。各画像データにおいて、同一画素の明るさ（輝度値）は、正弦波状の強度分布を有する投影光と同一の周期で変化することを前提として、検出部５４Ａは、各画素の輝度値と、画像データが撮像されたときに投影されていた投影光の正弦波状の強度分布とを比較して、各画素の位相を求める。検出部５４Ａは、所定の基準位置（例えば、造形槽３１の上端）の位相に対する位相差を算出することにより、基準位置からの距離（Ｚ方向の位置）を求める。
検出部５４Ａは、材料層が形成される前に投影された投影光を撮像して得られた複数の画像データを用いて、造形が終了した固化層の表面のＸＹ平面上の任意の位置における形状（Ｚ方向の位置）を求める。造形が終了した固化層の表面の形状（Ｚ方向の位置）は、これから形成される材料層の底面の形状（Ｚ方向－側の位置）である。なお、以下の説明では、造形が終了した固化層の表面の形状（Ｚ方向の位置）を第１平面形状と呼ぶ。
固化層の上部に材料層が形成されると、検出部５４Ａは、材料層が形成された後に投影された投影光を撮像して得られた複数の画像データを用いて、形成された材料層の表面のＸＹ平面上の任意の位置における形状（Ｚ方向の位置）を求める。なお、以下の説明では、形成された材料層の表面の形状（Ｚ方向の位置）を第２平面形状と呼ぶ。
検出部５４Ａは、ＸＹ平面上の任意の位置ごとに、求めた第１平面形状と第２平面形状との差（すなわちＺ方向の位置の差）を算出し、形成された材料層の厚さ（すなわち積層厚）を算出する。
次に、材料層の状態として、材料層の平面度を求める場合について説明する。
検出部５４Ａは、材料層が形成された後に投影された投影光を撮像して得られた複数の画像データを用いて、形成された材料層の表面の形状である第２平面形状（Ｚ方向の位置）を求める。検出部５４Ａは、求めた第２平面形状から、最大ふれ式や最大傾斜式等に基づいて、材料層の平面度を求める。最大振れ式にて材料層の平面度を求める場合には、検出部５４Ａは、第２平面形状（Ｚ方向の位置）のうち、ＸＹ平面での位置が離れた異なる３点におけるＺ方向の位置を抽出する。検出部５４Ａは、抽出した３点を通過する平面を設定し、この設定した平面と、求めた第２平面形状（Ｚ方向の位置）との偏差の最大値を平面度として求める。また、最大傾斜式にて材料層の平面度を求める場合には、検出部５４Ａは、求めた第２平面形状（Ｚ方向の位置）のうち最小のＺ方向の位置においてＸＹ平面に平行な平面と、求めた第２平面形状（Ｚ方向の位置）のうち最大のＺ方向の位置におけるＸＹ平面に平行な平面とを設定する。すなわち、検出部５４Ａは、求めた第２平面形状（Ｚ方向の位置）を挟むような２つの平面をＸＹ平面に平行となるように設定する。検出部５４Ａは、この２つの平面と第２平面形状との間のＺ方向に沿った隙間の値を平面度として求める。
また、材料層の状態として、材料層の密度を求める場合には、検出部５４Ａは、以下の処理を行う。材料層を形成するために用いられた粉末材料Ｐの重さを予め求めることができる場合には、検出部５４Ａは、粉末材料Ｐの重さを、上記のようにして算出した積層厚と粉末材料Ｐが敷き詰められた面積（材料層の表面積）との積で割って、密度を算出（検出）する。なお、検出部５４Ａが求める密度は、嵩密度、粒子密度、親密度、みかけ密度であってもよい。なお、材料層の状態として粉末材料Ｐの流動性を求める場合については、詳細を後述する。
演算部５６Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態（すなわち、材料層の平面度や、積層厚や、密度）に基づいて、造形条件の変更が必要な場合には、第１の実施の形態において説明した、（１）～（３）式で示す溶融および凝固のための基本条件や、第１の実施の形態の変形例（１）にて説明した詳細条件の少なくとも１つが所望の範囲に保たれるように、造形条件を変更するための変更情報を生成する。造形条件の変更が必要な場合とは、第１の実施の形態にて説明したように、現在設定されている造形条件にて造形を行うと、三次元造形物に造形不良が発生する可能性がある場合である。造形条件の変更の要否は、判定部５７Ａにより判定される。判定部５７Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態が、後述する基準範囲を満たす場合に、造形条件の変更が必要と判定する。
以下、演算部５６Ａによる変更情報を生成する処理の詳細について説明する。なお、造形条件の変更は、検出部５４Ａが材料層の状態を求めるために使用された材料層から固化層を造形する際（リアルタイム変更）に適用される場合と、材料層の状態を求めるために使用された材料層から固化層が造形された後、新たな材料層を形成し新たな材料層から固化層を造形する際（次層造形時変更）に適用される場合の２つの場合がある。リアルタイム変更の場合には、形成された材料層に対して造形条件が変更される。次層造形時変更の場合には、第１の実施の形態の場合と同様に、造形された固化層上に供給される新たな粉末材料Ｐまたは固化層上に供給された新たな粉末材料Ｐに対して造形条件が変更される。以下の説明では、リアルタイム変更の場合と、次層造形時変更の場合とに分けて説明を行う。
＜リアルタイム変更＞
判定部５７Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態に基づいて、変更情報の生成の要否を判定する。
材料層の積層厚が大きい場合、材料層のＺ方向の厚みが大きく、照射部３２から照射されたレーザ光により発生した熱が材料層の下方（Ｚ方向－側）へ伝導されにくくなる。その結果、材料層の全体に渡って、粉末材料Ｐの十分な溶融が得られなくなることが考えられる。
また、材料層の平面度が大きい場合、形成された材料層のＺ方向の高い点と低い点との差が大きいため、レーザ光が照射された材料層の内部を均一に熱が伝導しにくくなる。その結果、粉末材料Ｐの十分な溶融が得られない箇所が発生する可能性がある。
また、密度が低い場合、材料層の粉末材料Ｐの粒子間に空隙（空気）が多く含まれる。このため、金属粉末等からなる粉末材料Ｐの粒子間の熱の伝導が空隙により妨げされ、材料層の全体にわたって十分な溶融が得られなくなることが考えられる。
以上の理由により、検出部５４Ａが材料層の平面度が大きいことや、大きな積層厚や、低い密度を求めた場合には、判定部５７Ａは、造形条件を変更するための変更情報の生成が必要であると判定する。この場合、演算部５６Ａは、以下のようにして変更情報を生成する。
なお、以下の説明では、演算部５６Ａが、（２）式に示すエネルギー密度ＥＤの値が所望の範囲に保たれるように造形条件を変更するための変更情報を生成する場合を例に挙げる。
粉末材料Ｐを十分に溶融させるために、演算部５６Ａは、（２）式に示すエネルギー密度ＥＤの値が増加するように、（２）式のパラメータを変更する。演算部５６Ａは、パラメータＰＬ、Ｐ０の値を上げ、パラメータｖ、Δｙの値を下げる、のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。
エネルギー密度ＥＤの値を増加させるために、パラメータＰＬ、Ｐ０の値を上げ、パラメータｖ、Δｙの値を下げる理由は、第１の実施の形態において説明した理由と同様である。
パラメータＰＬの値を上げる場合には、演算部５６Ａは、照射部３２から出射されるレーザ光のレーザ出力を上げるように変更情報を生成する。パラメータＰ０の値を大きくする場合には、演算部５６Ａは、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合の造形条件の変更には、不活性ガスの流量の減少および流速の低下と、ベースプレート３１１の温度の上昇と、不連続にレーザ光を走査させるときのレーザ光の照射位置の間隔が短くなるような走査経路の設定と、が含まれる。パラメータｖの値を下げる場合には、演算部５６Ａは、造形条件である走査速度を下げるための変更情報を生成する。パラメータΔｙの値を下げる場合には、演算部５６Ａは、照射部３２からのレーザ光のスポットサイズを小さくすることと、走査部３３による走査ピッチを小さくすることと、の少なくとも１つが行われるための変更情報を生成する。
上述したように演算部５６Ａが変更情報を生成する場合には、まず、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態と、エネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれるための材料層の状態とに基づいて、エネルギー密度ＥＤの値の変更量、すなわちエネルギー密度ＥＤの値の増加量を算出する。この場合、エネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれるための材料層の状態（たとえば材料層の平面度、材料層の厚さ、材料層の密度）を示す値と求められた材料層の状態を示す値との差と、エネルギー密度ＥＤの値の増加量とが関連付けされたデータは、記憶部５８に予め記憶されている。演算部５６Ａは、このデータを参照して、材料層の状態の差からエネルギー密度ＥＤの値の増加量を算出する。
演算部５６Ａは、この算出したエネルギー密度ＥＤの値の増加量に基づいて、（２）式から各パラメータＰＬ、Ｐ０、ｖ、Δｙのうちの少なくとも１つについて、新たな値を算出する。演算部５６Ａは、算出したパラメータＰＬ、Ｐ０、ｖ、Δｙのうちの少なくとも１つの新たな値に基づいて、上述した各造形条件を変更するための変更情報を生成する。パラメータＰＬ、Ｐ０、ｖ、Δｙの値と造形条件の値とが関連付けされたデータは、記憶部５８に予め記憶される。演算部５６Ａは、このデータを参照して、算出した新たなパラメータの値に関連付けされた造形条件の値を、新たな造形条件の値、すなわち変更情報として生成する。
なお、演算部５６Ａは、新たな造形条件の値と、現在の造形条件の値との差の値を変更情報として生成してもよい。
材料層の平面度が小さい場合、積層厚が小さい場合、または密度が高い場合には、演算部５６Ａは、上述した平面度が大きい場合、積層厚が大きい場合、または密度が小さい場合とは逆の考え方に従って、造形条件を変更するための変更情報を生成する。すなわち、検出部５４Ａが、材料層の状態として、材料層の平面度が小さいことや、小さな積層厚や、高い密度を求めた場合には、演算部５６Ａは、（２）式に示すエネルギー密度ＥＤの値が減少するように造形条件を変更するための変更情報を生成する。この場合、演算部５６Ａは、エネルギー密度ＥＤの値が減少するように、（２）式のパラメータのうち、ＰＬ、Ｐ０の値を下げ、ｖ、Δｙの値を上げる、のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。
この場合も、演算部５６Ａは、設定されている造形条件により材料層を形成した場合に想定される材料層の状態と求められた材料層の状態との差と、エネルギー密度ＥＤの値の減少量とが関連付けされたデータを参照して、求められた材料層の状態に基づいて、エネルギー密度ＥＤの値の減少量を算出する。演算部５６Ａは、この算出したエネルギー密度ＥＤの値の減少量に基づいて、（２）式からパラメータＰＬ、Ｐ０、ｖ、Δｙのうちの少なくとも１つの新たな値を算出する。演算部５６Ａは、各パラメータの値と造形条件との値とが関連付けされたデータを参照して、算出した新たなパラメータの値に関連付けされた造形条件の値を変更情報として生成する。
なお、演算部５６Ａは、新たな造形条件の値と、現在の造形条件の値との差である補正値を変更情報として生成してもよい。
パラメータＰＬに関連して生成される変更情報は、照射部３２から出射されるレーザ光の出力値または現在のレーザ光の出力値への補正値である。出力部５５Ａは、生成された変更情報を材料層の状態に関する情報として、設定部５９の造形制御部５２に出力する。
パラメータＰ０に関連して生成される変更情報は、以下に例示するうちの少なくとも１つである。不活性ガスの流量および流速を変更する場合の変更情報は、吸気装置１３１のバルブ開度や、排気装置１４の排気量の値や、現在のバルブ開度や排気量の値の補正値である。この場合、出力部５５Ａは、生成された変更情報を材料層の状態に関する情報として、設定部５９の筐体制御部５３に出力する。ベースプレート３１１を変更する場合の変更情報は、ヒーター３１３の加熱出力の値または現在の加熱出力の値の補正値である。この場合、出力部５５Ａは、生成された変更情報を材料層の状態に関する情報として、設定部５９の造形制御部５２に出力する。走査経路を変更する場合の変更情報は、ガルバノミラー３３１、３３２の新たな傾き角度の値とその傾き角度の値を設定するタイミングまたは、現在の値からの補正値である。この場合、出力部５５Ａは、生成された変更情報を材料層の状態に関する情報として、設定部５９の造形制御部５２に出力する。
パラメータｖに対して生成される変更情報は、ガルバノミラー３３１、３３２の傾き角度の変更速度または変更速度の補正値である。出力部５５Ａは、生成された変更情報を材料層の状態に関する情報として、設定部５９の造形制御部５２に出力する。
パラメータΔｙに対して生成される変更情報は、ガルバノミラー３３１、３３２の現在の設定角度から変更される新たな設定角度または設定角度の補正値である。出力部５５Ａは、生成された変更情報を材料層の状態に関する情報として、設定部５９の造形制御部５２に出力する。
出力部５５Ａは、演算部５６Ａが生成した変更情報を材料層の状態に関する情報として、設定部５９に出力する。
設定部５９の造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２、走査部３３およびヒーター３１３の少なくとも１つに、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合の照射部３２の動作は、変更情報に基づいた新たなレーザ出力または補正値により補正されたレーザ出力でレーザ光を出射することである。走査部３３の動作は、変更情報に基づいた新たな傾き角度の変更速度や補正値により補正された変更速度、または新たな設定角度や補正値により補正された設定角度でガルバノミラー３３１、３３２を駆動すること、変更情報に基づいた新たな傾き角度とタイミングまたは補正値により補正された傾き角度とタイミングにてガルバノミラー３３１、３３２を駆動することである。ヒーター３１３の動作は、変更情報に基づいた新たな加熱出力または補正値により補正された加熱出力で動作することである。
筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１と排気装置１４とを変更情報に基づいた新たなバルブ開度や排気量または補正値により補正されたバルブ開度や排気量にて動作させる。
これにより、形成された材料層に対して、エネルギー密度ＥＤが所望の範囲に制御された状態で固化層の造形が行われる。
本実施の形態の造形装置１は、形成された材料層の補修を行うことができる。以下、補修処理について説明する。
判定部５７Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態に基づいて、材料層の補修の要否を判定する。判定部５７Ａは、仮に上述したようにして造形条件が変更されたとしてもエネルギー密度ＥＤを所望の範囲に保つことができない場合には、材料層の補修が必要と判定する。
この場合、演算部５６Ａは、形成された材料層を補修するための補修情報を生成し、出力部５５Ａは補修情報を材料制御部５１と造形制御部５２とに出力する。本実施の形態では、補修として、既に形成された材料層を除去して、改めて材料層を形成し直す処理が行われる。この場合、造形制御部５２は、駆動機構３１２を制御して、形成された材料層の厚さに応じた距離だけベースプレート３１１をＺ方向＋側に移動させる。材料制御部５１は、この状態でリコーター２２を制御して、ブレード２２１をＸ方向に沿って、造形槽３１のＸ方向－側の端部から位置Ｂまで移動させる。これにより、ベースプレート３１１上または固化層上に形成されていた材料層の粉末材料Ｐは、ブレード２２１によりＸ方向＋側に移送され、ブレード２２１が位置Ｂまで移動することにより、造形槽３１上から除去される。なお、除去された粉末材料Ｐは、位置ＢよりもＸ方向＋側に設けられる回収槽（不図示）内に回収される。
材料層が除去されると、造形制御部５２は、再び駆動機構３１２を制御して、これから形成する材料層の厚さに応じて、ベースプレート３１１をＺ方向－側へ移動させる。材料制御部５１は、駆動機構２１２を制御して、底面２１１をＺ方向＋側に移動させて、材料供給槽２１から粉末材料Ｐを押し出させる。材料制御部５１は、リコーター２２を制御して、リコーター２２を位置Ａから位置Ｂまで移動させて、材料供給槽２１から押し出された粉末材料Ｐを造形槽３１に移送して、ベースプレート３１１または固化層上に敷き詰める。
図２１、図２２に示すフローチャートを参照して、リアルタイム変更の場合に、上述した第２の実施の形態の演算装置５０Ａが行う処理について説明する。図２１、図２２に示す各処理は、記憶部５８に記憶され、演算装置５０Ａにより読み出されて、実行される。
なお、図２１、図２２のフローチャートは、演算部５６Ａが（２）式のエネルギー密度ＥＤの値が所望の範囲に保たれるように造形条件を変更するための変更情報を生成する場合を例に挙げるが、（１）式～（３）式と、詳細条件とのうちの少なくとも１つが所望の範囲に保たれるための変更情報を生成してもよい。また、以下の説明では、検出部５４Ａが、材料層の状態として、材料層の積層厚を求める場合を例に挙げる。
ステップＳ２０１では、演算装置５０Ａは、投影部６０を制御して、正弦波状の強度分布を有する投影光を、強度分布の位相を変化させながら造形された固化層に投影させる。演算装置５０Ａは、受光部７０を制御して、正弦波状の強度分布を有する投影光の位相が変化されるごとに、投影光が投影された固化層の表面を撮像させ、複数の画像データを出力させる。材料制御部５１は、設定された造形条件にて材料層形成部２０に材料層を形成させて、処理はステップＳ２０２へ進む。
ステップＳ２０２では、演算装置５０Ａは、投影部６０を制御して、正弦波状の強度分布の投影光を、強度分布の位相を変化させながら形成された材料層に投影させる。演算装置５０Ａは、受光部７０を制御して、正弦波状の強度分布を有する投影光の位相が変化されるごとに、投影光が投影された材料層の表面を撮像させ、画像データを出力させる。検出部５４Ａは、受光部７０からの画像データを用いて、材料層の状態として、積層厚を求める。この場合、検出部５４Ａは、ステップＳ２０１の開始時に固化層の表面に投影光を投影したときに生成された複数の画像データから求めた第１平面形状と、固化層上に形成された材料層の表面に投影光を投影したときに生成された複数の画像データから求めた第２平面形状とを用いて、形成された材料層の積層厚を求める。
ステップＳ２０３では、判定部５７Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態（すなわち材料層の積層厚）が、第５の基準範囲を満たすか否かを判定する。なお、第５の基準範囲は、エネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれるための材料層の積層厚の範囲である。この第５の基準範囲（積層厚の範囲）は、例えば、ユーザによる各種の試験やシミュレーション等によって求められた材料層の積層厚の範囲とエネルギー密度ＥＤの相関関係に基づいて設定される。この第５の基準範囲は、記憶部５８に予め記憶され、判定部５７Ａは、この第５の基準範囲を読み出して、ステップＳ２０３や後述のステップＳ２０５の判定処理に使用する。求められた材料層の積層厚が第５の基準範囲を満たさないと判定部５７Ａにより判定された場合は、処理はステップＳ２０４へ進み、求められた材料層の積層厚が第５の基準範囲を満たすと判定部５７Ａにより判定された場合は、処理は後述するステップＳ２１１へ進む。
なお、第５の基準範囲は、エネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれる材料層の積層厚の範囲である場合に限られず、パワー密度ＰＤや温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれるための材料層の積層厚の範囲であってもよい。
ステップＳ２０４では、判定部５７Ａは、材料層の積層厚が第６の基準範囲内であるか否かを判定する。なお、第６の基準範囲は、造形条件を変更することにより（２）式に示すエネルギー密度ＥＤを所望する範囲に保つことが可能となる材料層の積層厚の値である。第６の基準範囲は、第５の基準範囲における積層厚の範囲よりも広い積層厚の範囲である。なお、第６の基準範囲は、最大値の近傍値と最小値の近傍値との範囲でもよい。材料層の積層厚が第６の基準範囲内であると判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２０５へ進み、第６の基準範囲に含まれないと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理は図２２のステップＳ２０８へ進む。換言すると、判定部５７Ａは、ステップＳ２０４において、第６の基準範囲に基づいて変更情報の生成の要否を判定し、積層厚が第６の基準範囲を満たす場合に変更情報の生成が必要と判定する。
なお、第６の基準範囲は、造形条件を変更することによりエネルギー密度ＥＤが所望の範囲に保たれる材料層の積層厚の範囲である場合に限られず、造形条件を変更することにより、パワー密度ＰＤや温度分布Ｔ（ｒ）が所望の範囲に保たれるための材料層の積層厚の範囲であってもよい。なお、第６の基準範囲は、予め記憶部５８に記憶されている。
ステップＳ２０５では、求められた材料層の積層厚が第５の基準範囲よりも大きいか否かを判定する。積層厚が第５の基準範囲よりも大きいと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２０６へ進み、第５の基準範囲よりも小さいと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２０７へ進む。ステップＳ２０６では、演算部５６Ａは、エネルギー密度ＥＤの値を上げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。この場合、上述したようにして、演算部５６Ａは、（２）式に示すエネルギー密度ＥＤの値が増加するように、（２）式のパラメータのうち、ＰＬ、Ｐ０の値の増加と、ｖ、Δｙの値の減少との少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、演算部５６Ａは、以下の造形条件の変更のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合における造形条件の変更は、照射部３２から出射されるレーザ光のレーザ出力を上げること不活性ガスの流量の減少および流速の低下と、ベースプレート３１１の温度の上昇と、走査位置の間隔が短い走査経路へ変更することである。出力部５５Ａは、演算部５６Ａが生成した変更情報を材料層の状態に関する情報として、設定部５９に出力する。
造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、照射部３２、走査部３３およびヒーター３１３の少なくとも１つの、次の動作のうちの少なくとも１つを行わせる。この場合の照射部３３の動作は、変更情報に基づいてレーザ出力を上げることである。走査部３３の動作は、変更情報に基づいてガルバノミラー３３１、３３２の駆動を変更することである。ヒーター３１３の動作は、加熱出力を変更情報に基づいた加熱出力に動作することである。
筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、吸気装置１３１と排気装置１４とバルブ開度や排気量を変更情報に基づいて設定する。
その後、処理は後述するステップＳ２１１へ進む。
材料層の積層厚が第５の基準範囲よりも小さい場合に進んだステップＳ２０７では、演算部５６Ａは、エネルギー密度ＥＤの値を下げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。この場合、上述したようにして、演算部５６Ａは、（２）式に示すエネルギー密度ＥＤの値が減少するように、（２）式のパラメータのうち、ＰＬ、Ｐ０の値の減少と、ｖ、Δｙの値の増加との少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合、演算部５６Ａは、以下の造形条件の変更のうち少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合における造形条件の変更は、照射部３２から出射されるレーザ光のレーザ出力を下げること、不活性ガスの流量の増加および流速の上昇、ベースプレート３１１の温度を下げること、走査位置の間隔が長い走査経路へ変更すること、である。出力部５５Ａは、演算部５６Ａが生成した変更情報を材料層の状態に関する情報として、設定部５９に出力する。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、造形制御部５２は、変更情報に基づいて、照射部３２、走査部３３およびヒーター３１３の少なくとも１つの設定を変更して動作させる。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、変更情報に基づいて、吸気装置１３１および排気装置１４の設定を変更して動作させる。以後、処理は後述するステップＳ２１１へ進む。
一方、ステップＳ２０４にて材料層の積層厚が第６の基準範囲を満たさないと判定されて進んだ図２２ステップＳ２０８では、求められた材料層の積層厚が第７の基準範囲を満たすか否かを判定する。なお、第７の基準範囲は、形成された材料層に補修を行うことにより（２）式に示すエネルギー密度ＥＤを所望の範囲に保つことが可能となる材料層の積層厚の範囲である。第７の基準範囲の最大値は、第６の基準範囲の最大値よりも所定の割合だけ大きな値であり、第７の基準範囲の最小値は、第６の基準範囲の最小値よりも所定の割合だけ小さな値である。なお、第７の基準範囲は、最大値の近傍値と最小値の近傍値との範囲でもよい。なお、第７の基準範囲は、予め記憶部５８に記憶されている。
求められた材料層の積層厚が第７の基準範囲を満たす場合、すなわち材料層の補修が必要と判定部５７Ａにより判定された場合は、処理はステップＳ２０９へ進む。この場合、材料層の積層厚が第６の基準範囲を満たしている場合には、判定部５７Ａは、変更情報の生成が必要と判定し、材料層の積層厚が第６の基準範囲を満たしていない場合には、判定部５７Ａは、材料層の補修が必要と判定する、と換言することができる。
材料層の積層厚が第７の基準範囲を満たさない場合、すなわち材料層を補修してもエネルギー密度ＥＤを所望の範囲に保つことができないと判定部５７Ａにより判定された場合は、処理はステップＳ２１０へ進む。
ステップＳ２０９では、演算部５６Ａは補修情報を生成し、出力部５５は生成された補修情報を材料制御部５１と造形制御部５２とに出力する。補修情報を入力した材料制御部５１と造形制御部５２とは、ベースプレート３１１の駆動機構３１２やリコーター２２の動作を制御して、形成された材料層を除去し、新たな材料層を形成させる。その後、処理は図２１のステップＳ２０２へ戻る。これにより、積層厚が異常であった材料層が除去され、新たな材料層が形成される。
ステップＳ２１０では、演算装置５０Ａは三次元造形物の造形を停止させて処理を終了する。この場合、判定部５７Ａは、ステップ２０８にて材料層の積層厚が第７の基準範囲を満たしている場合には材料層の補修が必要と判定し、材料層の積層厚が第７の基準範囲を満たしていない場合には、造形停止が必要と判定した、と言うことができる。
また、ステップＳ２０３にて求められた材料層の積層厚が第５の基準範囲を満たす場合、または、ステップＳ２０６またはステップＳ２０７にて造形条件を変更するための変更情報が生成されて進んだステップＳ２１１では、固化層の造形が行われる。ステップＳ２０３からステップＳ２１１に進んだ場合には、設定されている造形条件に基づいて形成された材料層から固化層が造形される。
ステップＳ２０６またはステップＳ２０７からステップＳ２１１へ進んだ場合には、照射部３２と、走査部３３と、ヒーター３１３と、吸気装置１３１および排気装置１４と、のうちの少なくとも１つは、変更情報に基づいて設定された動作を行って、形成された材料層から固化層を造形する。
ステップＳ２１２では、演算装置５０Ａは、三次元造形物を構成する全ての固化層の造形が終了したか否かを判定する。全ての固化層の造形が終了した場合には、演算装置５０ＡはステップＳ２１２を肯定判定して、処理を終了する。造形されていない固化層がある場合には、演算装置５０ＡはステップＳ２１２を否定判定して、処理はステップＳ２０１へ戻る。
なお、上述した説明においては、ステップＳ２０８の判定結果に応じて、造形が停止される場合を例に挙げたが、この例に限定されない。たとえば、図２１のステップＳ２０４にて、材料層の状態が第６の基準範囲が満たされていないと判定された場合には、図２２のステップＳ２０９にて演算部５６Ａが補修情報を生成してもよい。すなわち、判定部５７Ｂは、検出部５４Ｂにより求められた材料層の状態が第６の基準範囲を満たす場合には変更情報の生成が必要と判定し、材料層の状態が第６の基準範囲を満たす場合には材料層の補修が必要と判定してよい。
＜次層造形時変更＞
次層造形時変更の場合、検出部５４Ａが材料層の状態の検出のために使用した材料層から固化層が造形された後、その固化層上に供給される粉末材料Ｐに対して変更情報が生成される。
以下の説明では、検出部５４Ａが、リアルタイム変更にて説明した場合と同様に、材料層の平面度が大きいことや、積層厚が大きいことや、密度が低いことが求められ、判定部５７Ａにより変更情報の生成が必要と判定された場合を例に挙げる。
演算部５６Ａは、リアルタイム変更にて説明した場合と同様に、（１）式～（３）式で示される基本条件のうち少なくとも１つが所望の範囲に保たれるように造形条件を変更する。以下の説明では、演算部５６Ａが、（２）式に示すエネルギー密度ＥＤの値が所望の範囲に保たれるように造形条件を変更するための変更情報を生成する場合を例に挙げる。
粉末材料Ｐを十分に溶融させるために、演算部５６Ａは、（２）式に示すエネルギー密度ＥＤの値が増加するように、（２）式のパラメータを変更する。この場合、演算部５６Ａは、パラメータＰＬ、Ｐ０、ρの値を上げ、ｖ、Δｙ、Δｚの値を下げる、の中の少なくとも１つについて変更情報を生成する。エネルギー密度ＥＤの値を増加させるために、パラメータＰＬ、Ｐ０、ρの値を上げ、パラメータｖ、Δｙ、Δｚの値を下げる理由は、第１の実施の形態において説明した理由と同様である。
パラメータＰＬの値を大きくする場合に演算部５６Ａが生成する変更情報は、リアルタイム変更の場合と同様である。
パラメータρの値を大きくする場合には、演算部５６Ａは、ブレード２２１により粉末材料Ｐに加える圧力が増加するように変更情報を生成する。
パラメータΔｚの値を小さくする場合には、演算部５６Ａは、積層厚を下げるために、すなわちブレード２２１により粉末材料Ｐに加える圧力が増加するように変更情報を生成する。
なお、パラメータＰ０の値を大きくするために変更可能な造形条件として、リアルタイム変更の場合に変更される造形条件である、不活性ガスの流量の減少および流速の低下と、ベースプレート３１１の温度上昇と、走査経路の変更とに加えて、ブレード２２１の待機時間の短縮が含まれる。ブレード２２１の待機時間を短縮するのは、次の理由による。すなわち、造形された固化層が冷却される時間を短くして、固化層の熱が材料層に伝導され易くすることにより、粉末材料Ｐの温度低下が抑制できるためである。この場合、演算部５６は、ブレード２２１の待機時間が短くなるように変更情報を生成する。
演算部５６Ａは、リアルタイム変更時の場合と同様に、記憶部５８に記憶されたデータを参照して、（２）式に示すエネルギー密度ＥＤの値の増加量を算出し、算出した増加量に基づいて、パラメータＰＬ、Ｐ０、ρ、ｖ、Δｙ、Δｚのうちの少なくとも１つの新たな値を算出する。演算部５６Ａは、リアルタイム変更時の場合と同様に、記憶部５８に記憶されたデータを参照して、算出した新たなパラメータの値に基づいて、新たな造形条件の値を算出し、変更情報として生成する。
材料層の平面度が小さい場合、積層厚が小さい場合、または密度が高い場合には、演算部５６Ａは、（２）式に示すエネルギー密度ＥＤの値が減少するように造形条件を変更するための変更情報を生成する。この場合、演算部５６Ａは、エネルギー密度ＥＤの値が減少するように、（２）式のパラメータのうち、ＰＬ、Ｐ０、ρの値を下げ、ｖ、Δｙ、Δｚの値を上げる、のうちの少なくとも１つが行われるように変更情報を生成する。この場合も、演算部５６Ａは、記憶部５８に記憶されたデータを参照して、エネルギー密度ＥＤの値の減少量を算出し、算出した減少量に基づいて、パラメータＰＬ、Ｐ０、ρ、ｖ、Δｙ、Δｚのうちの少なくとも１つの新たな値を算出する。演算部５６Ａは、記憶部５８に記憶されたデータを参照して、算出した新たなパラメータの値に基づいて、新たな造形条件の値を算出し、変更情報として生成する。
なお、演算部５６Ａは、新たな造形条件の値と、現在の造形条件の値との差である補正値を変更情報として生成してもよい。
出力部５５Ａは、生成された変更情報を材料層の状態に関する状態として、設定部５９に出力する。パラメータＰＬ、ｖ、Δｙに対して生成された変更情報は、リアルタイム変更にて生成された変更情報と同様であり、出力部５５Ａにより材料層の状態に関する情報として、設定部５９の造形制御部５２に出力される。パラメータＰ０に対して生成された変更情報は、リアルタイム変更にて生成された変更情報と同様のものについては、出力部５５Ａにより設定部５９の造形制御部５２に出力される。パラメータＰ０に対して生成された変更情報のうち、ブレード２２１の待機時間を示す変更情報は、出力部５５Ａにより設定部５９の材料制御部５１に出力される。パラメータρおよびΔｚに対して生成された変更情報は、ブレード２２１が加える圧力または押圧機構の駆動値であり、出力部５５Ａにより設定部５９の材料制御部５１に出力される。
変更情報を入力した材料制御部５１や、造形制御部５２や、筐体制御部５３は、現在形成されている材料層からの固化層の造形が終了すると、変更情報に基づいて、各部の動作を制御する。
次に、図２３に示すフローチャートを参照して、次層造形時変更の場合に演算装置５０Ａが行う処理について説明する。図２３に示す各処理は、記憶部５８に記憶され、演算装置５０Ａにより読み出されて、実行される。この場合も、検出部５４Ａが材料層の状態として積層厚を求めた場合を例に挙げて説明する。
なお、図２３のフローチャートは、演算部５６Ａが（２）式のエネルギー密度ＥＤの値が所望の範囲に保たれるように造形条件を変更するための変更情報を生成する場合を例に挙げるが、（１）式～（３）式と、詳細条件とのうちの少なくとも１つが所望の範囲に保たれるための変更情報を生成してもよい。
ステップＳ２２１、Ｓ２２２およびＳ２２３の各処理は、図２１のステップＳ２０１、Ｓ２０２およびＳ２２１の各処理と同様である。ステップＳ２２４では、図２１のステップＳ２０３と同様に、判定部５７Ａは、材料層の積層厚が上述した第５の基準範囲を満たすか否かを判定する。第５の基準範囲を満たすと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２２５へ進む。ステップＳ２２５では、図２１のステップＳ２１２と同様の処理が行われる。ステップＳ２２４において、材料層の積層厚が第５の基準範囲を満たさないと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２２６へ進む。ステップＳ２２６では、判定部５７Ａは、材料層の積層厚が上述した第６の基準範囲を満たすか否かを判定する。第６の基準範囲を満たさないと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２２７へ進む。ステップＳ２２７では、図２２のステップＳ２１０の処理と同様の処理が行われ、処理を終了する。
材料層の積層厚が第６の基準範囲を満たすと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２２８へ進む。ステップＳ２２８では、図２１のステップＳ２０５と同様に、判定部５７Ａは、材料層の積層厚が第５の基準範囲よりも大きいか否かを判定する。第５の基準範囲よりも大きいと判定部５７Ａにより判定された場合にはステップＳ２２９へ進み、第５の基準範囲よりも小さいと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２３０へ進む。ステップＳ２２９では、演算部５６Ａは、エネルギー密度ＥＤの値を上げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。次材料層変更においては、図２１のステップＳ２０６の場合に値を変更するパラメータに加えて、パラメータρの値の増加、またはΔｚの値の減少を行うことができる。すなわち、演算部５６Ａは、図２１のステップＳ２０６の場合に加えて、ブレード２２１の待機時間の短縮、積層厚を下げる、ブレード２２１から粉末材料Ｐに加える圧力を上げる、のうちの少なくとも１つを実行するように変更情報を生成する。以後、処理はステップＳ２２１に戻る。
ステップＳ２３０では、演算部５６Ａは、エネルギー密度ＥＤの値を下げるように造形条件を変更するための変更情報を生成する。次材料層変更においては、図２１のステップＳ２０７の場合に値を変更するパラメータに加えて、パラメータρの値の減少、またはΔｚの値の増加を行うことができる。すなわち、演算部５６Ａは、図２１のステップＳ２０７の場合に加えて、ブレード２２１の待機時間の延長、積層厚を上げる、またはブレード２２１から粉末材料Ｐに加える圧力を下げる、の中から少なくとも１つを実行するように変更情報を生成する。出力部５５Ａは、生成された変更情報を材料層の状態に関する情報として設定部５９に出力する。以後、処理はステップＳ２２１に戻る。
換言すると、判定部５７Ａは、ステップＳ２２６において、材料層の積層厚が第６の基準範囲を満たしている場合に、変更情報の生成が必要と判定し、材料層の積層厚が第６の基準範囲を満たしていない場合に、三次元造形物の造形の停止を判定する。
上述したステップＳ２２９、Ｓ２３０で生成された変更情報は、ステップＳ２２９またはＳ２３０からステップＳ２２１に戻った後に進んだステップＳ２２３での処理を行う際の造形条件の変更に用いられる。すなわち、材料制御部５１が変更情報を入力した場合には、材料制御部５１は、変更情報に基づいて、リコーター２２の設定を変更する。造形制御部５２が変更情報を入力した場合には、変更情報に基づいて、造形制御部５２は、照射部３２、走査部３３およびヒーター３１３の少なくとも１つの設定を変更して動作させる。筐体制御部５３が変更情報を入力した場合には、筐体制御部５３は、変更情報に基づいて、吸気装置１３１および排気装置１４の設定を変更して動作させる。
なお、上述したリアルタイム変更および次層造形時変更の際に、演算部５６Ａは、パラメータＰＬ、Ｐ０、ρ、ｖ、Δｙ、Δｚのうちの、どのパラメータを変更する、あるいは変更しないようにするかについては、三次元造形物の造形に対するユーザの要求によって異なる。たとえば、ユーザが、造形時間が延びることを避けたいと所望している場合には、レーザ光の走査速度が低下しないように、演算部５６Ａは、パラメータｖの値を変更しないようにすることができる。
また、演算部５６Ａは、（１）式～（３）式に示される基本条件を所望の範囲に保つため、上述した造形条件以外についても変更情報を生成できる。エネルギー密度ＥＤに影響を与える造形条件に対して変更情報が生成される場合を例に挙げると、たとえば、演算部５６は、図８、図９に示す造形条件のうち、照射部３２から出射されるレーザ光の波長や、レーザ光の強度分布や、筐体１０内の温度や、ブレード２２１の移動速度や、ブレード２２１が粉末材料Ｐに加える圧力や、ブレード２２１の形状（形状や材質）や、造形される固化層の形状データであるスライスモデルデータや、固化層や三次元造形物を支持するサポート部の形状データや、粉末材料の粒径・粒度分布や、粉末材料Ｐの吸湿度や、粉末材料Ｐの種類の中の１つ以上に対して変更情報を生成してよい。
なお、上述の第１の実施の形態と同様に、演算部５６Ａは、変更情報を生成するパラメータや造形条件を決定するために、指定対象情報をユーザに報知し、ユーザによる指定を受け付けてもよい。
また、上述した図２１～図２３のフローチャートの説明では、検出部５４Ａが粉末材料Ｐの形状として積層厚を求めた場合を例に挙げ、第５、第６および第７の基準範囲はエネルギー密度ＥＤを所望の範囲に保つことができる積層厚の範囲として説明した。しかし、上記の各基準範囲は、たとえば、材料層の全領域における積層厚の平均値や、材料層の積層厚のばらつきの程度に基づいて設定してよい。また、検出部５４Ａは、材料層の表面の平面度を求めてもよいし、密度を求めてもよい。この場合、判定部５７Ａが判定時に使用する第５、第６および第７の基準範囲は、基本条件（パワー密度ＰＤ、エネルギー密度ＥＤ、温度分布Ｔ（ｒ））や第１の実施の形態の変形例（１）にて説明した詳細条件の少なくとも１つが所望の範囲に保つことができる、材料層の表面の平面度の範囲や密度の範囲として設定される。
また、検出部５４Ａは、材料層の状態として、材料層に含まれる異物や、材料層の表面のベースプレート３１１（すなわちＸＹ平面）に対する傾斜や、材料層の表面粗さ等を求めてもよい。表面粗さは、たとえば材料層の表面のＺ方向の最高点とＺ方向の最低点の差であり、投影光の画像をＦＦＴ処理した空間周波数から得られる。検出部５４Ａは、表面粗さを求めることにより、たとえば、ブレード２２１の形状異常等により、材料層の表面にＸ方向に沿って表面の隆起や陥没が縞状に延在しているような状態を求めることができる。この場合には、各基準範囲は、基本条件や詳細条件が所望の範囲に保たれるための空間周波数の値の範囲や、最高点とＺ方向の最低点の差の値の範囲が設定される。検出部５４Ａが異物を求めた場合には、各基準範囲は、基本条件や詳細条件が所望の範囲に保たれるための異物のサイズの値の範囲が設定される。検出部５４Ａが材料層の表面のベースプレート３１１に対する傾斜を求めた場合には、各基準範囲は、基本条件や詳細条件が所望の範囲に保たれるためのベースプレート３１１に対する傾斜角の値の範囲が設定される。
また、ステップＳ２０６、Ｓ２０７において、演算部５６Ａは、上述した造形条件以外にもエネルギー密度ＥＤに影響がある造形条件の変更情報を生成してもよい。たとえば、演算部５６Ａは、照射部３２のレーザ光の強度分布や、筐体１０内の温度や、粉末材料Ｐの吸湿度について変更情報を生成してよい。
上述した処理を行うことにより、形成された材料層の状態を求め、求められた材料層の状態に基づいて、造形条件を変更するための変更情報を生成することができる。これにより、レーザ光が照射されたときに、粉末材料Ｐが吸収するエネルギー密度ＥＤを所望の範囲に保つことができ、溶融不良や過剰溶融等を抑制し造形不良の発生が抑制された三次元造形物の造形が可能となる。
次に、検出部５４Ａが材料層の状態として粉末材料Ｐの流動性を求める場合の例について説明する。
造形装置１０１は、まず、粉末材料Ｐの流動性を求めるための処理を行う。粉末材料Ｐの流動性の検出は、造形槽３１に材料層が形成される前に行われる。材料制御部５１は、粉末材料Ｐの流動性の検出のために、リコーター２２を制御して、所定量の粉末材料Ｐを、図１９に示すステージＳＴ上に移送させる。検出部５４Ａは、このステージＳＴ上に移送された所定量の粉末材料Ｐが形成する形状に基づいて、粉末材料Ｐの流動性を求める。以下の説明では、この粉末材料Ｐの流動性の検出をプレ検出と呼ぶ。
図２４は、プレ検出の対象となる所定量の粉末材料Ｐが形成する形状のＺＸ平面での断面形状を模式的に示す図であり、断面形状が山状となるようにステージＳＴ上に粉末材料Ｐが移送された場合を示す。図２４（ａ）は、粉末材料ＰがステージＳＴ上に移送された直後の状態を表す。粉末材料Ｐの流動性が高い場合には、粉末材料Ｐは重力の影響により断面形状の斜面を下方（Ｚ方向－側）に向けて滑り落ち、図２４（ｂ）に示すような断面形状となる。粉末材料Ｐが斜面に沿って落下することにより、頂部ＴＰのＺ方向の高さは図２４（ａ）と比較すると低く、安息角θが大きくなり、下部ＢＴがＸＹ平面上で広がった形状となる。安息角θは、ステージＳＴの上面（すなわちＸＹ平面）と、斜面とがなす角度である。
これに対して、流動性が低い粉末材料Ｐでは、図２４（ａ）のような断面形状が形成されても、粉末材料Ｐが斜面上を滑り落ちにくくなる。このため、図２４（ｃ）の示す断面形状のように、図２４（ｂ）の断面形状と比較して、頂部ＴＰのＺ方向の高さは高く、安息角θが大きくなり、下部ＢＴのＸＹ平面上での広がりが小さくなる。
演算装置５０Ａは、投影部６０に対して、上記のようにステージＳＴ上に移送されたた材料粉末Ｐに正弦波状の強度分布を有する投影光を投影させる。受光部７０は、投影光により投影されたステージＳＴ上の粉末材料Ｐの撮像を行い、ステージＳＴ上に山状に形成された粉末材料Ｐの表面形状の画像データを出力する。検出部５４Ａは、この画像データを用いて、ステージＳＴ上に移送された粉末材料Ｐが形成する形状を測定し、上述した安息角θや頂部ＴＰ（最高点）のＺ方向の高さやＸＹ平面上における下部ＢＴの広がり幅を求める。
判定部５７Ａは、検出部５４Ａにより、上記のようにして求められた粉末材料Ｐの流動性に基づいて、粉末材料Ｐの補修の要否を判定する。
判定部５７Ａは、求められた安息角θや最高点ＴＰや下部ＢＴの広がり幅が予め設定された第８の基準範囲を満たす場合、すなわち図２４（ｂ）に示すような断面形状の場合には、粉末材料Ｐの流動性が所望の流動性を満たしていると判定する。求められた安息角θや最高点ＴＰや下部ＢＴの広がり幅が、予め設定された第８の基準範囲を満たしていない場合、すなわち図２４（ｃ）に示すような断面形状の場合には、判定部５７Ａは、粉末材料Ｐの流動性が所望の流動性を満たしていないと判定する。
なお、第８の基準範囲は、基本条件や詳細条件を所望の範囲に保つことができる流動性を有する粉末材料Ｐを山状に形成したときの安息角θの範囲や最高点ＴＰのＺ方向高さの範囲や下部ＢＴの広がり幅の範囲である。第８の基準範囲は、例えば、ユーザによる各種の試験やシミュレーションなどによって求められた、粉末材料Ｐを山状に形成して測定した上述の安息角θや最高点ＴＰのＺ方向の高さや下部ＢＴの広がり幅と、基本条件や詳細条件との相関関係に基づいて設定される。この第８の基準範囲は、記憶部５８に予め記憶され、判定部５７Ａは、この第８の基準範囲を読み出して、後述のステップＳ２４２の判定処理に使用する。第８の基準範囲として安息角θの範囲を用いる場合には、安息角θの値が大きい程、粉末材料Ｐの流動性が高い。第８の基準範囲として最高点ＴＰのＺ方向の高さの範囲を用いる場合には、最高点ＴＰのＺ方向の高さが小さい程、粉末材料Ｐの流動性が高い。第８の基準範囲として下部ＢＴの広がり幅の範囲を用いる場合には、下部ＢＴの広がり幅が大きい程、粉末材料Ｐの流動性が高い。
判定部５７Ａにより粉末材料Ｐの流動性が第８の基準範囲を満たす（すなわち粉末材料Ｐが所望する流動性以上の流動性を有している）と判定された場合には、材料制御部５１は、リコーター２２を制御して、材料供給槽２１に収容された粉末材料Ｐを用いて、造形槽３１に材料層を形成させる。判定部５７により粉末材料Ｐの流動性が第８の基準範囲を満たさない（すなわち粉末材料Ｐが所望する流動性を有していない）と判定された場合には、演算部５６Ａは、材料供給槽２１に収容された粉末材料Ｐを補修するための補修情報を生成する。流動性が低い粉末材料Ｐは、周辺環境の湿度を吸収していることが考えられるので、演算部５６Ａは、材料供給槽２１内の粉末材料Ｐを加熱して除湿することにより粉末材料Ｐを補修するための補修情報を生成する。この場合、補修処理として、材料供給槽２１を加熱するヒーター２１３により加熱する処理や、外部のヒーター等による加熱処理がある。すなわち、演算部５６Ａは、補修情報として、ヒーター２１３の加熱出力の値を生成する。生成された補修情報は、出力部５５により材料制御部５１に出力される。
なお、後に粉末材料Ｐが移送される造形槽３１のベースプレート３１１の温度が高くなるようにヒーター３１３が制御されてもよい。
なお、粉末材料Ｐが所望する流動性を有していないと判定された場合には、ステージＳＴ上に移送されていた粉末材料Ｐは、ブレード２２１の移動により回収槽（不図示）に収容させてもよいし、材料供給槽２１に戻し補修処理されてもよい。
次に、所望する流動性を有している粉末材料Ｐに対して、検出部５４Ａは材料層の状態を求めるための処理を行う。以下の説明では、検出部５４Ａが、材料層の状態として、粉末材料Ｐの粒径・粒度分布を求める場合を例に挙げて説明する。
上述したプレ検出処理が行われ、粉末材料Ｐが所望する流動性を有している場合には、材料制御部５１は、上述した場合と同様にして、リコーター２２を制御して、材料供給槽２１内の粉末材料Ｐを造形槽３１に移送し、材料層を形成させる。この場合、プレ検出処理で使用された粉末材料Ｐも材料層の形成に使用することができる。すなわち、リコーター２２の移動に伴って、ステージＳＴ上の粉末材料Ｐの造形槽３１に移送される。材料層が形成されると、上述した材料層の形状を求めた場合と同様に、演算装置５０Ａは投影部６０を制御して、材料層の表面に正弦波状の強度分布を有する投影光を投影させ、受光部７０は投影光が投影された材料層の表面を撮像し、画像データを出力する。検出部５４Ａは、画像データを用いて、材料層を形成する粉末材料Ｐの粒径・粒度分布を求める。
検出部５４Ａは、画像データ上にて、ある粒径の粉末材料Ｐと、その粒径とほぼ等しい粒径と見なせる粉末材料Ｐとその位置を求める。さらに、検出部５４Ａは、上記の粒径とは異なる粉末材料Ｐと、その粒径とほぼ等しい粒径と見なせる粉末材料Ｐとその位置を求める。検出部５４Ａは、上記の処理を繰り返し、粒径ごとに複数の粉末材料Ｐを求めて、粒径・粒度分布、すなわち異なる粒径の粉末材料Ｐが材料層内でどの程度均一に分布しているかを求める。これにより、材料層のある一部の領域に大きな粒径の粉末材料Ｐが密に存在している状態や、小さな粒径の粉末材料Ｐが密に存在している状態等の、熱の伝導に影響が生じることが懸念される領域が求められる。
判定部５７Ａは、検出部５４Ａにより求められた粒径・粒度分布が第５の基準範囲を満たしているか否かを判定する。なお、第５の基準範囲は、材料層にレーザ光を照射させたときに、（１）～（３）式の基本条件や第１の実施の形態の変形例（１）で説明した詳細条件の少なくとも１つが所望の範囲に保たれた状態で、粉末材料Ｐを溶融、凝固されるために必要な熱が伝導するための粒径・粒度分布の範囲として設定される。この粒径・粒度分布の範囲は、例えば、上述のステップＳ２０３と同様に、ユーザによる各種の試験やシミュレーション等の結果に基づいて設定される。
なお、検出部５４Ａは、粉末材料Ｐの粒径・粒度分布を求める例に代えて、粉末材料Ｐの真球度を求めてもよい。真球度は、粉末材料Ｐの個々の粉末の形状が真球からどの程度ずれているかを示す値である。検出部５４Ａは、たとえば画像データ上で求められた個々の粉末の面積と周囲長とに基づいて真球度を算出（検出）する。真球度が高い程、粉末材料Ｐの個々の粉末の形状が真球に近づき、個々の粉末材料Ｐの内部を一様に熱が伝導することになる。検出部５４Ａが真球度を求める場合には、第５の基準範囲は、材料層にレーザ光を照射させたときに、（１）～（３）式の基本条件や第１の実施の形態の変形例（１）で説明した詳細条件の少なくとも１つが所望の範囲に保たれた状態で、粉末材料Ｐを溶融、凝固されるために必要な熱が伝導するための真球度の範囲として設定される。この真球度の範囲は、例えば、上述のステップＳ２０３と同様に、ユーザによる各種の試験やシミュレーション等の結果に基づいて設定される。
判定部５７Ａにより、求められた粒径・粒度分布が第５の基準範囲を満たすと判定された場合には、造形制御部５２は、照射部３２と走査部３３とを設定された造形条件にて制御して、材料層にレーザ光を照射される。判定部５７Ａにより、求められた粒径・粒度分布が第５の基準範囲を満たさないと判定された場合には、判定部５７Ａは、変更情報の生成の要否を判定する。判定部５７Ａは、求められた粒径・粒度分布が第６の基準範囲を満たすと判定した場合には、変更情報の生成が必要と判定する。第６の基準範囲として、例えば、第５の基準範囲の最小値よりも所定倍小さい値と第５の基準範囲の最大値よりも所定倍大きな値との間の範囲としてもよい。または、第６の基準範囲として、たとえば、材料供給槽２１内の粉末材料Ｐの残量が、材料層を形成するために必要な量としてもよい。材料供給槽２１内の粉末材料Ｐの残量が、材料層を形成するために必要な量よりも多い場合には、判定部５７Ａは、第６の基準範囲が満たされると判定する。
第６の基準範囲が満たされると判定された場合には、演算部５６Ａは、変更情報として、形成された材料層を除去して新たに材料層を形成することを指示する情報を生成する。出力部５５Ａは、変更情報を材料層の状態に関する情報として、材料制御部５１と造形制御部５２とに出力する。
材料制御部５１と造形制御部５２とは、入力した変更情報に基づいて、以下のように各部を制御することにより、既に形成された材料層を除去して、改めて材料層を形成し直す処理を行う。この場合、造形制御部５２は、駆動機構３１２を制御して、形成された材料層の厚さに応じた距離だけベースプレート３１１をＺ方向＋側に移動させる。材料制御部５１は、この状態でリコーター２２を制御して、ブレード２２１をＸ方向に沿って移動させて、ベースプレート３１１上または固化層上に形成されていた材料層の粉末材料Ｐを造形槽３１上から除去する。
材料層が除去されると、造形制御部５２は、再び駆動機構３１２を制御して、これから形成する材料層の厚さに応じて、ベースプレート３１１をＺ方向－側へ移動させる。材料制御部５１は、リコーター２２を制御して、リコーター２１１を位置Ａから位置Ｂまで移動させて、材料供給槽２１の粉末材料を造形槽３１に移送してベースプレート３１１または固化層上に敷き詰める。
図２５に示すフローチャートを参照して、上述した第２の実施の形態の演算装置５０Ａが行う処理について説明する。図２５に示す各処理は、記憶部５８に記憶され、演算装置５０Ａにより読み出されて、実行される。
ステップＳ２４１では、プレ検出のために、材料制御部５１は、リコーター２２を制御して、ブレード２２１を移動させ、粉末材料ＰをステージＳＴ上に移送させる。演算装置５０Ａは、投影部６０に正弦波状の強度分布を有する投影光を、強度分布の位相を変化させながら、ステージＳＴ上の粉末材料Ｐに投影させる。演算装置５０Ａは、受光部７０に正弦波状の強度分布を有する投影光を、強度分布の位相を変化させながら投影されるごとに、ステージＳＴ上の粉末材料Ｐを撮像させ、複数の画像データを出力させる。検出部５４Ａは、受光部７０からの複数の画像データを用いて、粉末材料Ｐの流動性を求めてステップＳ２４２へ進む。
ステップＳ２４２では、判定部５７Ａは、求められた粉末材料Ｐの流動性が第８の基準範囲を満たすか否かを判定する。粉末材料Ｐの流動性が第８の基準範囲を満たさないと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２４３へ進む。粉末材料Ｐの流動性が第８の基準範囲を満たすと判定された場合には、処理はステップＳ２４４へ進む。
ステップＳ２４３では、判定部５７Ａは、求められた粉末材料Ｐの流動性が第９の基準範囲を満たすか否かを判定する。第９の基準範囲の範囲は、粉末材料Ｐに対して補修を行うことにより、（１）～（３）式の基本条件や第１の実施の形態の変形例（１）で説明した詳細条件の少なくとも１つが所望の範囲に保つことができる粉末材料Ｐの流動性の範囲である。第９の基準範囲は、第８の基準範囲よりも広い範囲であり、第９の基準範囲の最大値は第８の基準範囲の最大値よりも大きく、第９の基準範囲の最小値は第８の基準範囲の最小値よりも小さい。なお、第９の基準範囲は、最大値の近傍の値と最小値の近傍の値との範囲でもよい。粉末材料Ｐの流動性が第９の基準範囲を満たすと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２４５へ進む。粉末材料Ｐの流動性が第９の基準範囲を満たさないと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２４６へ進む。なお、第９の基準範囲は、予め記憶部５８に記憶されている。
ステップＳ２４５では、演算部５６Ａは、粉末材料Ｐを補修するための補修情報を生成し、出力部５５Ａは生成された補修情報を材料制御部５１に出力する。補修は、上述したように、材料供給槽２１内の粉末材料Ｐを加熱する処理であり、演算部５６Ａは、求められた粉末材料Ｐの流動性と第８の基準範囲内の任意の値（例えば中央値）との差に基づいて材料供給槽２１のヒーター２１３による加熱量を補修情報として生成する。この場合、求められた粉末材料Ｐの流動性と第８の基準範囲内の任意の値（例えば中央値）との差と、ヒーター２１３の加熱量とは、関連付けされたデータとして記憶部５８に予め記憶され、演算部５６Ａは、このデータを参照して加熱量を算出（検出）する。ステップＳ２４５の処理が終了すると、処理はステップＳ２４１へ戻る。粉末材料の流動性が第９の基準範囲を満たさない場合に進んだステップＳ２４６では、演算装置５０Ａは三次元造形物の造形を停止させ、処理を終了する。換言すると、判定部５７Ａは、ステップＳ２４３において、粉末材料Ｐの流動性が第９の基準範囲を満たす場合に、粉末材料Ｐの補修が必要と判定し、粉末材料Ｐの流動性が第９の基準範囲を満たさない場合に、三次元造形物の造形を停止すると判定する。
一方、粉末材料Ｐの流動性が第８の基準範囲を満たしている場合に進んだステップＳ２４４では、材料制御部５１は、設定された造形条件にて材料層形成部２０に材料層を形成させる。演算装置５０Ａは、投影部６０に正弦波状の強度分布を有する投影光を、強度分布の位相を変化させながら、形成された材料層に投影させる。演算装置５０Ａは、受光部７０に、投影光の強度分布の位相が変化されるごとに、投影光が投影された材料層の表面を撮像させる。検出部５４Ａは、受光部７０から出力された複数の画像データを用いて、材料層の状態を求める。材料層の状態として、検出部５４Ａは、上述したように、粉末材料Ｐの粒径・粒度分布を求める。
ステップＳ２４４の処理が終了すると、処理はステップＳ２４７へ進む。
ステップＳ２４７においては、判定部５７Ａは、求められた粉末材料Ｐの粒径・粒度分布が第５の基準範囲を満たすか否かを判定する。粉末材料Ｐの粒径・粒度分布が第５の基準範囲を満たしていないと判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２４８へ進む。粉末材料Ｐの粒径・粒度分布が第５の基準範囲を満たしていると判定部５７Ａにより判定された場合には、処理はステップＳ２５０へ進む。ステップＳ２４８では、判定部５７Ａは、第６の基準範囲を満たしているか否かを判定する。求められた粒径・粒度分布が第６の基準範囲を満たす場合には、判定部５７ＡはステップＳ２４８を肯定判定して、処理はステップＳ２４９へ進む。求められた粒径・粒度分布が第６の基準範囲を満たさない場合には、判定部５７ＡはステップＳ２４８を否定判定して、処理はステップＳ２４６へ進み、演算装置５０により三次元造形物の造形が停止されて処理を終了する。
ステップＳ２４９では、演算部５６Ａは変更情報を生成し、出力部５５Ａは生成された変更情報を材料層の状態に関する情報として、設定部５９（材料制御部５１と造形制御部５２）に出力する。材料制御部５１は、変更情報に基づいて駆動機構２１２とリコーター２２とを動作させ、造形制御部５２は、変更情報に基づいて駆動機構３１２を動作させる。これにより、既に形成された材料層を除去して、改めて材料層を形成し直す。換言すると、判定部５７Ａは、ステップＳ２４８において、粒径・粒度分布が第６の基準範囲を満たしている場合に、変更情報の生成が必要と判定し、第６の基準範囲を満たしていない場合に、三次元造形物の造形の停止を判定する。
以後、処理はステップＳ２４４へ戻る。これにより、粒径・粒度分布が第５の基準範囲を満たしていない粉末材料Ｐが除去され、造形槽３１に新たな材料層が形成される。
ステップＳ２５０およびＳ２５１の各処理は、図２１のステップＳ２１１およびＳ２１２の各処理と同様である。
なお、検出部５４Ａは、材料層の状態として、材料層の表面粗さや、粉末材料Ｐの移送が十分ではない材料層上での位置（すなわち粉末材料Ｐが不足している不足位置）や、粉末材料Ｐの粒子の径が異常（径が大き過ぎる、または径が小さ過ぎる）を求めてもよい。この場合、第５の基準範囲は、試験やシミュレーション等の結果に基づいて、（１）～（３）式により示される基本条件や第１の実施の形態の変形例（１）で説明した詳細条件の少なくとも１つを所望の範囲に保つことができる空間周波数の範囲や、粉末材料Ｐの不足位置の個数や面積や、粉末材料Ｐの粒子の径の値の範囲に基づいて設定されてもよい。
なお、図２５に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２４３およびステップＳ２４６の処理は行われなくてもよい。この場合、ステップＳ２４２にて求められた粉末材料Ｐの流動性が第８の基準範囲を満たさない場合には、処理はステップＳ２４５へ進み、補修情報が生成されてよい。すなわち、材料層の状態（粉末材料Ｐの流動性）に基づいて、判定部５７Ａは、粉末材料Ｐの補修の要否を判定すればよい。
また、上述した粉末材料Ｐの流動性を求めるためのプレ検出は、図２１～図２３に示すフローチャートの処理を行う際に行われてよい。すなわち、図２５に示すステップＳ２４１～Ｓ２４３、ステップＳ２４５およびＳ２４６の処理が、図２１のステップＳ２０１の開始前や、図２３のステップＳ２２１の開始前に行われてよい。この場合、ステップＳ２４３とステップＳ２４６とが行われずに、材料層の状態（粉末材料Ｐの流動性）が第８の基準範囲を満たさない場合には、補修が行われてもよい。
なお、上述した第２の実施の形態では、造形装置１０１が有する演算装置５０Ａにおいて、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態に基づいて、演算部５６Ａが変更情報を生成し、出力部５５Ａが変更情報を状態情報として設定部５９へ出力する場合を例に挙げた。しかし、演算装置５０Ａは、このような例に限定されず、図２６に示す構成を有してもよい。すなわち、演算装置５０Ａは、検出部５４Ａと、出力部５５Ａと、設定部６９Ａとを有する。設定部６９Ａは、第２の実施の形態における、材料制御部５１と、造形制御部５２と、筐体制御部５３と、演算部５６Ａと、判定部５７Ａと、記憶部５８と、を有する。この場合、検出部５４Ａは、第２の実施の形態の場合と同様にして受光部７０から出力された画像データを用いて、材料層の状態を求める。出力部５５Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態自体の情報を材料層の状態に関する情報として、設定部５９へ出力する。設定部６９Ａの演算部５６Ａと、判定部５７Ａとは、第２の実施の形態と同様にして造形条件を変更するための変更情報を生成する。設定部６９Ａが有する材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３のうち少なくとも１つは、生成された変更情報に従って、第２の実施の形態と同様にして、造形装置１０１の各構成の動作を制御する。
なお、図１９に示す第２の実施の形態の演算装置５０Ａのうちの設定部５９以外の構成や、図２６に示す変形例における演算装置５０Ａのうちの設定部６９Ａ以外の構成が、造形装置１０１とは異なる外部の演算装置に含まれてもよい。
また、第２の実施の形態にて説明した造形装置１０１の構成の一部に基づいて、材料層の状態に関する情報を取得して、材料層の状態に関する情報に基づいて材料層の状態を求める検出システムを構成してもよい。
図２７（ａ）に、この場合の造形装置１０１および検出システム５００Ａの要部構成の概略を模式的に示す。造形装置１０１は、図１９を用いて説明した、第２の実施の形態の造形光学部３６のうちの形状測定部３１４と、第２の実施の形態における演算装置５０Ａの検出部５４Ａと出力部５５Ａと演算部５６Ａと判定部５７Ａと記憶部５８を有する検出システム５００Ａと、筐体１０と、材料層形成部２０と、造形部３０のうちの形状計測部３１４以外の構成と、図１９の演算装置５０Ａの設定部５９と、を有する。
形状測定部３１４は、材料層へ正弦波状の強度分布を有する投影光を投影し、投影光が投影された材料層のうちの少なくとも一部の領域の画像データを取得する。なお、材料層の状態を、例えば、ステレオカメラ法等を用いて求める場合には、形状測定部３１４は、投影部６０を有さなくてもよい。演算装置５０Ａの検出部５４Ａは、形状測定部３１４で取得された画像データを用いて、第２の実施の形態と同様にして、材料層の状態を求める。演算部５６Ａと、判定部５７Ａとは、第２の実施の形態と同様にして造形条件を変更するための変更情報を生成する。生成された変更情報は、出力部５５Ａにより材料層の状態に関する情報として検出システム５００Ａから設定部５９へ出力される。設定部５９が有する材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３のうち少なくとも１つは、生成された変更情報に従って、第２の実施の形態と同様にして、造形装置１０１の各構成の動作を制御する。なお、図２７（ａ）に示すように、説明の便宜上、検出システム５００Ａの検出部５４Ａと出力部５５Ａと演算部５６Ａと判定部５７Ａと記憶部５８Ａと、設定部５９とが纏めて１つの演算装置に備えられる構成として表した。しかしながら、検出システム５００Ａの検出部５４Ａと出力部５５Ａと演算部５６Ａと判定部５７Ａと記憶部５８と、設定部５９とは異なる演算装置に備えられていてもよい。
なお、図２７（ｂ）に示すように、検出システム５０１Ａは、図２７（ａ）の場合の形状測定部３１４と、図２６を用いて説明した、演算装置５０Ａのうちの検出部５４Ａおよび出力部５５Ａとを有してもよい。この場合、造形装置１０１は、検出システム５０１Ａと、図２６に示す演算装置５０Ａが有する設定部６９Ａと、筐体１０と、材料層形成部２０と、造形部３０のうちの形状測定部３１４以外の構成と、を有する。
形状測定部３１４は、図２７（ａ）の場合と同様にして、画像データを取得する。検出部５４Ａは、この画像データを用いて、第２の実施の形態と同様にして材料層の状態を求める。出力部５５Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態自体の情報を材料層の状態に関する情報として、設定部６９Ａへ出力する。設定部６９Ａと、演算部５６Ａと、判定部５７Ａとは、第２の実施の形態と同様にして造形条件を変更するための変更情報を生成する。設定部６９Ａが有する材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３のうち少なくとも１つは、生成された変更情報に従って、第２の実施の形態と同様にして、造形装置１０１の各構成の動作を制御する。なお、図２７（ｂ）に示すように、説明の便宜上、検出システム５０１Ａの検出部５４Ａ及び出力部５５Ａと、設定部６９Ａとが纏めて１つの演算装置に備えられる構成として表した。しかしながら、検出システム５０１Ａの検出部５４Ａ及び出力部５５Ａと、設定部６９Ａとは異なる演算装置に備えられていてもよい。
また、演算部５６Ａは、変更情報の生成と修正情報の生成とを行うものに代えて、変更情報の生成のみを行ってよい。また、演算部５６Ａは、レーザ光の条件と、走査条件と、筐体１０の内部の雰囲気に関連する条件と、材料層形成条件と、支持部条件と、設計データと、粉末材料Ｐに関連する条件との少なくとも１つの造形条件に対して変更情報を生成してよい。
また、上述した第２の実施の形態においては、次層造形時変更の場合を例に挙げて説明を行ったが、第１の実施の形態において説明した次造形物造形時変更の際にも、粉末材料Ｐの形状に基づいて生成された変更情報によって造形条件が変更されてもよい。すなわち、演算部５６は、三次元造形物の造形が終了した後、新たに三次元造形物を造形するときに、変更情報を生成することができる。
次造形物造形時変更の場合には、判定部５７Ａは、第５の基準範囲を満たさないが第６の基準範囲を満たす場合に変更情報の生成が必要と判定する。この場合は、上述した場合と同様に、演算部５６Ａは、造形条件を変更するための変更情報を生成する。判定部５７Ａは、材料層の状態が第６の基準範囲を満たさない場合には造形された三次元造形物に補修が必要と判定し、求められた材料層の状態と第５の基準範囲内の任意の値（例えば、中央値）との差に基づいて、演算部５６Ａが補修情報を生成してよい。なお、次造形物造形時変更の場合には、補修を行う箇所が三次元造形物の輪郭に存在する場合には、補修が可能である。
勿論、次造形物造形時変更の際にも、第７の基準範囲を設けて、判定部５７Ａが造形停止を判定してもよい。判定部５７Ａが材料層の状態が第６の基準範囲を満たしていないと判定すると、材料層の状態が第７の基準範囲を満たすか否かを判定する。材料層の状態が第７の基準範囲を満たす場合には、判定部５７Ａは造形された三次元造形物に補修が必要と判定し、材料層の状態が第７の基準範囲を満たさないときには、次の三次元造形物の造形の停止を判定すればよい。
以上で説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態により得られた（８）～（１６）の作用効果に加えて、以下の作用効果を得ることができる。
（１）レーザ光の照射により粉末材料Ｐから形成した層状の材料層を加熱して造形した固化層から三次元造形物を造形する造形装置１に用いられる演算装置５０は、検出部５４Ａと出力部５５Ａとを備える。検出部５４Ａは、形成された材料層の形状に基づく材料層の状態を求め、出力部５５Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態に関する情報を造形装置１に出力する。これにより、固化層の造形に用いられる材料層の状態から、造形中の三次元造形物に造形不良等が発生する可能性の有無などが推定可能となる。求められた材料層の状態に関する情報を三次元造形物の造形に反映させた場合には、三次元造形物での造形不良等の発生が抑制可能となる。
（２）材料層の状態は、材料層を形成する粉末材料Ｐの流動性を含む。これにより、粉末材料Ｐが材料層の形成に適した状態であるか否かが検出可能となり、三次元造形物での造形不良等の発生が抑制される。
（３）材料層の状態は、材料層の平面度と、密度と、積層厚との少なくとも１つを含む。これにより、形成された材料層が固化層の造形に適しているか否かの検出が可能となり、三次元造形物での造形不良等の発生が抑制される。
（４）演算部５６Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態に基づいて、三次元造形物の造形に用いる造形条件を変更するための変更情報を生成し、出力部５５Ａは、生成された変更情報を材料層の状態に関する情報として出力する。これにより、材料層の状態に基づいて、三次元造形物での造形不良等の発生が抑制できるように、造形条件の変更が可能となる。
（５）判定部５７Ａは、検出部５４Ａにより求められた粉末材料Ｐの流動性に基づいて、粉末材料Ｐの補修の要否を判定する。これにより、流動性が低く、材料層の形成に適していない粉末材料Ｐを補修した後に材料層の形成に使用することができるので、造形不良等の発生が抑制された高品質の三次元造形物の造形が可能となる。
（６）判定部５７Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態に基づいて、三次元造形物を造形するための変更情報の生成の要否を判定する。これにより、三次元造形物の造形中に造形不良等が発生する可能性がある場合に、造形条件の変更が可能となるので、三次元造形物の内部において造形不良等の発生が抑制された、高品質の三次元造形物の造形が可能となる。
（７）判定部５７Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態が第６の基準範囲を満たす場合には変更情報の生成が必要と判定し、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態が第６の基準範囲を満たさない場合は、粉末材料Ｐの補修が必要と判定する。これにより、材料層の状態に応じて、造形不良等の発生の抑制に適した処理が選択可能となる。
（８）判定部５７Ａは、検出部５４Ａにより求められた材料層の状態が第７の基準範囲（または第９の基準範囲）を満たす場合には補修情報の生成が必要と判定し、第７の基準範囲（または第９の基準範囲）を満たさない場合には、三次元造形物の造形停止が必要と判定する。これにより、三次元造形物の造形に適していない粉末材料Ｐを用いることにより造形不良等を有する三次元造形物が造形されることを停止できるので、粉末材料Ｐや作業時間が浪費されることを抑制できる。
（９）判定部５７Ａにより材料層の補修が必要と判定されると、演算部５６Ａは、形成された材料層を除去し、新たに材料層を形成するための補修情報を生成する。これにより、固化層の造形に適していない材料層を除去して、固化層の造形時に造形不良等の発生が抑制できるように材料層を形成し直すことが可能となるので、高品質の三次元造形物を造形可能となる。
（１０）検出部５４Ａにより求められた粉末材料Ｐの流動性に基づいて、判定部５７Ａが粉末材料Ｐの補修が必要と判定すると、演算部５６Ａは、粉末材料Ｐに熱処理を加えて補修を行わせるための補修情報を生成する。これにより、湿度を吸収して流動性が低下した粉末材料Ｐを加熱することにより、再び吸湿度の低い、固化層の造形に適した状態に戻すことができるので、造形不良等の発生が抑制された高品質の三次元造形物の造形が可能となる。
－第３の実施の形態－
図面を参照して、第３の実施の形態による造形装置について説明する。以下の説明では、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、第１の実施の形態の造形装置が有する撮像装置と、第２の実施の形態の造形装置が有する投影部および受光部とを備える。撮像装置により取得された画像データに基づいて検出対象領域の状態が求められ、検出対象領域の状態に基づいて変更情報が生成されるとともに、受光部により取得された画像データに基づいて材料層の状態が求められ、材料層の状態に基づいて変更情報が生成される。
図２８は、第３の実施の形態の造形装置１０２の要部構成を模式的に示すブロック図である。第３の実施の形態の造形装置１０１は、図１に示す第１の実施の形態の造形光学部３５とは異なる造形光学部３７を有する。造形光学部３７は、第１の実施の形態の造形光学部３５と、図１９に示す第２の実施の形態の形状測定部３１４（投影部６０および受光部７０）とを有する。第３の実施の形態の演算装置５０Ｂは、第１の実施の形態における検出部５４、出力部５５、演算部５６、判定部５７に代えて、検出部５４Ｂ、出力部５５Ｂ、演算部５６Ｂ、判定部５７Ｂを備える。
図２９は、第３の実施の形態の造形光学部３７の配置の一例を模式的に示す図である。
照射部３２と、走査部３３と、フォーカスレンズ３２３と、取得部３１０（すなわち色収差補正光学系４３と、二分岐光学系４２と、撮像装置４１と、ハーフミラー３０１と、視野絞り３０２）とは、図２に示す第１の実施の形態の場合と同様に配置される。第２の実施の形態の形状測定部３１４（すなわち投影部６０と受光部７０）が、図２０に示す例と同様に、材料層への投影光の投影、および投影光が投影された材料層の撮像が可能となるように配置される。
なお、図２９に示す配置例においても、レーザ光の出射方向や進行方向や反射方向は一例であり、造形光学部３７の各構成の配置に応じて、適宜好ましいレーザ光の出射方向や進行方向や反射方向が設定される。また、取得部３１０は、造形光学部３７の各構成の配置に応じて、ハーフミラー３０１と、視野絞り３０２とを備えていなくてもよい。
なお、造形光学部３７は、第１の実施の形態およびその変形例にて説明した配置例と、第２の実施の形態およびその変形例にて説明した配置例とを組み合わせた配置を有することができる。たとえば、造形光学部３７は、二分岐光学系４２に代えて２台の撮像装置を有してよい。または、造形光学部３７は、二分岐光学系４２に代えて透過する光の波長を切り替え可能なフィルタを有してよい。または、造形光学部３７は、二分岐光学系４２に代えて波長λ１と波長λ２のそれぞれの波長を選択するフィルタを備える撮像装置４１を有してよい。または、造形光学部３７は、図３に示すように配置された造形光学部３５と、図２０の配置例に示す投影部６０と受光部７０と、を有してよい。
また、造形光学部３７は、図２０の配置例に示す投影部６０と、二分岐光学系とを有してもよい。この場合の二分岐光学系は、図２や図３の配置例に示す二分岐光学系４２が検出対象領域からの熱放射光を２つの異なる波長の光に分岐させる構成に加えて、材料層の表面で反射された投影光を撮像素子４１１に導く構成を有する。この場合の二分岐光学系には、光束合成部４２５を透過した光のうち、投影光の波長を透過するバンドパスフィルタを介して撮像素子４１１に導く構成が設けられるとよい。これにより、投影部６０からの投影光を撮像装置４１の撮像素子４１１で受光可能とさせることができるので、撮像装置４１が受光部７０と同様の機能を有することができる。すなわち、造形光学部３７は受光部７０を有さなくてよい。
また、造形光学部３７は、図２や図３の配置例に示す照射部３２を、投影光を投影させるための光投影部として機能させ、図２０の配置例に示す受光部７０が投影光を受光してもよい。この場合、照射部３２から低出力で出射されたレーザ光が投影光として利用される。または、照射部３２が、たとえば材料層を溶融するためのレーザ光が照射する位置を示すためのガイド光を照射可能な構成を有している場合には、このガイド光が投影光として利用される。照射部３２のガイド光が投影光として利用される場合には、上述したように、検出対象領域からの熱放射光を２つの異なる波長の光に分岐させる構成に加えて、材料層の表面で反射された投影光を撮像素子４１１に導く構成を有する二分岐光学系により、撮像装置４１に照射部３２からのガイド光を受光させてもよい。
第３の実施の形態の造形装置１０２では、検出部５４Ｂは、撮像装置４１から出力された画像データを用いて、第１の実施の形態にて説明した場合と同様に、粉末材料Ｐの検出対象領域の状態を求める。演算部５６Ｂは、検出部５４Ｂにより求められた粉末材料Ｐの検出対象領域の状態に基づいて、第１の実施の形態および変形例（１）にて説明した場合と同様にして、造形条件を変更するための変更情報や、補修を行うための補修情報を生成する。造形装置１０２は、造形条件の変更として、リアルタイム変更、次層造形時変更および次造形物造形時変更の少なくとも１つを行うことができる。
第３の実施の形態の造形装置１０２では、検出部５４Ｂは、受光部７０からの画像データを用いて、第２の実施の形態の場合と同様にして、材料層の状態を求める。演算部５６Ｂは、検出部５４Ｂにより求められた材料層の状態に基づいて、第２の実施の形態にて説明した場合と同様にして、造形条件を変更するための変更情報や補修を行うための補修情報を生成する。
図３０に示すフローチャートを参照して、上述した第２の実施の形態の演算装置５０Ｂが行う処理について説明する。図３０に示す各処理は、メモリ（不図示）に記憶され、演算装置５０Ｂにより読み出されて、実行される。
ステップＳ３０１では、演算装置５０Ｂは、プレ検出処理を行う。すなわち、図２５のステップＳ２４１～Ｓ２４３、Ｓ２４５、Ｓ２４６の処理を行う。プレ検出処理が終了すると、処理はステップＳ３０２へ進む。ステップＳ３０２では、演算装置５０Ｂは、投影部６０を制御して、材料層の表面に正弦波状の強度分布を有する投影光を、強度分布の位相を変化させながら投影させる。演算装置５０Ｂは、受光部７０に、投影光の強度分布の位相が変化するごとに、投影光が投影された材料層の表面を撮像させ、複数の画像データを生成させる。材料制御部５１は、リコーター２２を制御して、造形槽３１に材料層を形成させてステップＳ３０３へ進む。ステップＳ３０３では、演算装置５０Ｂは、投影部６０を制御して、材料層の表面に正弦波状の強度分布を有する投影光を、強度分布の位相を変化させながら投影させる。演算装置５０Ｂは、受光部７０に、投影光の強度分布の位相が変化するごとに、投影光が投影された材料層の表面を撮像させ、複数の画像データを生成させる。検出部５４Ｂは、ステップＳ３０２で取得された複数の画像データと、ステップＳ３０３で取得された複数の画像データとに基づいて、材料層の状態（材料層の平面度、積層厚、密度、粉末材料Ｐの流動性等）を求めて、処理はステップＳ３０４へ進む。
ステップＳ３０４では、判定部５７Ｂは、検出部５４Ｂにより求められた材料層の状態に基づいて変更情報の生成の要否の判定や、補修情報の生成の要否を判定する。判定部５７Ｂにより変更情報や補修情報の生成が必要と判定された場合には、演算部５６Ｂは、造形条件を変更するための変更情報や、補修を行うための補修情報を生成する。すなわち、判定部５７Ｂおよび演算部５６Ｂは、図２１、図２２のステップＳ２０３～Ｓ２０９の処理や、図２５のステップＳ２４８、Ｓ２４９の処理を行って、処理はステップＳ３０５へ進む。ステップＳ３０５では、造形制御部５２は照射部３２や走査部３３を制御して、レーザ光を材料層に照射させて固化層を造形させる。撮像装置４１は、たとえば所定の時間間隔ごとや、レーザ光が走査部３３によりＸＹ平面上で所定の距離だけ走査されるごとに、レーザ光により照射された溶融池を含む検出対象領域の撮像を行い、画像データを出力する。検出部５４Ｂは、撮像装置４１からの画像データが出力されるごとに、材料層上のレーザ光が照射される位置を中心とした検出対象領域の状態を求めてステップＳ３０６へ進む。
ステップＳ３０６では、判定部５７は、検出部５４Ｂにより求められた検出対象領域の状態に基づいて変更情報の生成の要否の判定を行う。演算部５６Ｂは、判定部５７Ｂにより変更情報の生成が必要と判定された場合には、リアルタイム変更のための変更情報を生成する。すなわち、判定部５７Ｂおよび演算部５６Ｂは、図１０に示すステップＳ３３～Ｓ３６や、図１１に示すステップＳ４３～Ｓ４６や、図１２に示すステップＳ５３～Ｓ５６の処理を行って、処理はステップＳ３０７へ進む。
ステップＳ３０７では、演算装置５０Ｂは、１層の固化層の造形が終了したか否かを判定する。１層の固化層の造形が終了した場合には、演算装置５０ＢはステップＳ３０７を肯定判定し、処理はステップＳ３０８へ進む。１層の固化層の造形が終了していない場合には、演算装置５０ＢはステップＳ３０７を否定判定し、処理はステップＳ３０５へ戻る。ステップＳ３０８では、判定部５７Ｂは、検出部５４Ｂにより求められた材料層の状態に基づいて変更情報の生成の要否の判定や、補修情報の生成の要否を判定する。判定部５７Ｂにより変更情報や補修情報の生成が必要と判定された場合には、演算部５６Ｂは、次層造形時変更のための変更情報や補修情報を生成する。すなわち、判定部５７Ｂおよび演算部５６Ｂは、図１３、図１４のステップＳ６３～Ｓ７０や、図１５、図１６のステップＳ８３～Ｓ９０の処理を行って、処理はステップＳ３０９へ進む。
ステップＳ３０９では、演算装置５０Ｂは、三次元造形物を構成する複数の固化層のうちの全ての固化層の造形が終了したか否かを判定する。全ての固化層の造形が終了した場合には、演算装置５０ＢはステップＳ３０９を肯定判定し、処理を終了する。全ての固化層の造形が終了していない場合には、演算装置５０ＢはステップＳ３０９を否定判定し、処理はステップＳ３０１へ戻る。
なお、ステップＳ３０９の処理の後、演算装置５０Ｂは、次造形物造形時変更のための処理を行ってもよい。この場合、三次元造形物を造形開始から造形終了までに検出部５４Ｂにより求められた検出対象領域の状態と材料層の状態とに基づいて、判定部５７Ｂは次の三次元造形物を造形するための造形条件の変更の要否を判定する。この場合、判定部５７Ｂは、図１０のステップＳ３４や、図１１のステップＳ４４や、図１２のステップＳ５４や、図１３のステップＳ６５や、図１５のステップＳ８５や、図２１のステップＳ２０５や、図２３のステップＳ２２８や、図２５のステップＳ２４８と同様にして、検出対象領域の状態または材料層の状態が、予め定められた各基準範囲を満たしているか否かを判定する。演算部５６Ｂは、判定部５７Ｂにより造形条件の変更が必要と判定された場合には、求められた検出対象領域の状態または材料層の状態と基準範囲内の任意の値（たとえば中央値）との差に基づいて、造形条件を変更するための変更情報を生成する。判定部５７Ｂにより造形条件の変更が必要ないと判定された場合には、造形された三次元造形物に対して、上述した後処理が行われる。
判定部５７Ｂは、図１３のステップＳ６４や、図１４のステップＳ６８～Ｓ７０や、図１５のステップＳ８４や、図１６のステップＳ８８～Ｓ９０、図２１のステップＳ２０４や、図２２のステップＳ２０８～２１０等と同様にして、各基準範囲を満たしているか否かを判定してもよい。判定部５７Ｂにより造形された三次元造形物の修正が必要と判定された場合には、演算部５６Ｂは、造形された三次元造形物を修正するための修正情報を生成する。判定部５７Ｂにより造形された三次元造形物の修正が不要と判定された場合には、演算装置５０Ｂは、以後の三次元造形物の造形を停止させる。
以上の処理により、第１の実施の形態および第２の実施の形態の場合と同様に、（１）～（３）式で示す溶融、凝固のための基本条件を確保した状態で固化層の造形を行うことができるので、三次元造形物に造形不良等が発生することが抑制可能となる。
なお、上述した第３の実施の形態では、造形装置１０２が有する演算装置５０Ｂにおいて、検出部５４Ｂが検出対象領域の状態および材料層の状態を求め、演算部５６Ｂが変更情報を生成し、出力部５５Ｂが変更情報を状態情報や材料層の状態に関する情報として設定部５９へ出力する場合を例に挙げた。しかし、演算装置５０Ｂは、このような例に限定されず、図３１に示す構成を有してもよい。すなわち、演算装置５０Ｂは、検出部５４Ｂと、出力部５５Ｂと、設定部６９Ｂとを有する。設定部６９Ｂは、第３の実施の形態における、材料制御部５１と、造形制御部５２と、筐体制御部５３と、演算部５６Ｂと、判定部５７Ｂと、記憶部５８と、を有する。この場合、検出部５４Ｂは、第１の実施の形態の場合と同様にして撮像装置４１から出力された画像データを用いて、検出対象領域の状態を求め、第２の実施の形態の場合と同様にして受光部７０から出力された画像データを用いて、材料層の状態を求める。出力部５５Ｂは、検出部５４Ｂにより求められた検出対象領域の状態自体の情報を状態情報として、設定部６９Ｂへ出力する。出力部５５Ｂは、検出部５４Ｂにより求められた材料層の状態自体の情報を材料層に関する情報として、設定部６９Ｂへ出力する。設定部６９Ｂの演算部５６Ｂと、判定部５７Ｂとは、第１の実施の形態および変形例（１）や第２の実施の形態と同様にして造形条件を変更するための変更情報を生成する。設定部６９Ｂが有する材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３のうち少なくとも１つは、生成された変更情報に従って、第１の実施の形態および変形例（１）や第２の実施の形態と同様にして、造形装置１０２の各構成の動作を制御する。
なお、図２８に示す第３の実施の形態の演算装置５０Ｂのうちの設定部５９以外の構成や、図３１に示す変形例における演算装置５０Ｂのうちの設定部６９Ｂ以外の構成が、造形装置１０２とは異なる外部の演算装置にて含まれてもよい。
第３の実施の形態にて説明した造形装置１０２の構成の一部に基づいて、検出対象領域の情報や、投影光が投影された材料層の少なくとも一部の領域の画像データを取得して、検出対象領域の状態と材料層の状態を求める検出システムを構成してもよい。
図３２（ａ）に、この場合の造形装置１および検出システム５００Ｂの要部構成の概略を模式的に示す。造形装置１は、図２８を用いて説明した、第３の実施の形態の造形光学部３７のうちの取得部３１０および形状測定部３１４と、第３の実施の形態における図２８の演算装置５０Ｂの検出部５４Ｂと出力部５５Ｂと演算部５６Ｂと判定部５７Ｂと記憶部５８とを有する検出システム５００Ｂと、筐体１０と、材料層形成部２０と、造形部３０のうちの取得部３１０および形状測定部３１４以外の構成と、図２８の演算装置５０Ｂの設定部５９と、を有する。
取得部３１０は、図１８（ａ）を参照して説明した場合と同様にして、材料層の検出対象領域の情報を取得する。検出対象領域の情報とは、取得部３１０が有する撮像装置４１が、材料層の検出対象領域からの熱放射光に基づいて、第１の実施の形態にて説明した場合と同様にして生成した画像データである。すなわち、この画像データは、検出対象領域からの熱放射光のうちの異なる波長（波長λ１とλ２）の光のそれぞれに基づいて生成される画像データを含む。なお、この場合も、取得部３１０として温度計や高速カメラ等が用いられてもよい。取得部３１０が温度計の場合には、検出対象領域の情報は、温度計により求められた検出対象領域の温度である。取得部３１０が高速カメラの場合には、検出対象領域の情報は、高速カメラにより取得された検出対象領域のカラー画像のデータである。演算装置５０Ｂの検出部５４Ｂは、取得部３１０で取得された検出対象領域の情報を用いて、第１の実施の形態や変形例と同様にして、検出対象領域の状態を求める。
形状測定部３１４は、図２７（ａ）を参照して説明した場合と同様にして、材料層へ正弦波状の強度分布を有する投影光を投影し、投影光が投影された材料層のうちの少なくとも一部の領域の画像データを取得する。なお、材料層の状態を、例えば、ステレオカメラ法等を用いて求める場合には、形状測定部３１４は、投影部６０を有さなくてもよい。
演算部５６Ｂと、判定部５７Ｂとは、第１の実施の形態および変形例（１）や、第２の実施の形態と同様にして造形条件を変更するための変更情報を生成する。生成された変更情報は、出力部５５Ｂにより状態情報または／および材料層の状態に関する情報として検出システム５００Ｂから設定部５９へ出力される。設定部５９が有する材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３のうち少なくとも１つは、生成された変更情報に従って、第１の実施の形態および変形例（１）や第２の実施の形態と同様にして、造形装置１０２の各構成の動作を制御する。なお、図３２（ａ）に示すように、説明の便宜上、検出システム５００Ｂの検出部５４Ｂと出力部５５Ｂと演算部５６Ｂと判定部５７Ｂと記憶部５８と、設定部５９とが纏めて１つの演算装置に備えられる構成として表した。しかしながら、検出システム５００Ｂの検出部５４Ｂと出力部５５Ｂと演算部５６Ｂと判定部５７Ｂと記憶部５８と、設定部５９とは異なる演算装置に備えられていてもよい。
なお、図３２（ｂ）に示すように、検出システム５０１Ｂは、図３１に示す造形光学部３７のうちの取得部３１０および形状測定部３１４と、第３の実施の形態の演算装置５０Ｂのうちの検出部５４Ｂおよび出力部５５Ｂとを有してもよい。この場合、造形装置１０２は、検出システム５０１Ｂと、図３１に示す演算装置５０Ｂが有する設定部６９Ｂと、筐体１０と、材料層形成部２０と、造形部３０のうちの取得部３１０および形状測定部３１４以外の構成と、を有する。
取得部３１０は、図３２（ａ）の場合と同様にして、検出対象領域の情報を取得する。形状測定部３１４は、図３２（ａ）の場合と同様にして、材料層のうちの少なくとも一部の領域の画像データを取得する。検出部５４Ｂは、この検出対象領域の情報を用いて、第１の実施の形態や変形例と同様にして、取得部３１０からの画像データを用いて検出対象領域の状態を求める。検出部５４Ｂは、第２の実施の形態と同様にして、形状測定部３１４からの画像データを用いて材料層の状態を求める。出力部５５Ｂは、検出部５４Ｂにより求められた検出対象領域の状態自体の情報を状態情報として、設定部６９Ｂへ出力する。また、出力部５５Ｂは、検出部５４Ｂにより求められた材料層の状態自体に関する情報を材料層の状態に関する情報として設定部６９Ｂへ出力する。設定部６９Ｂの演算部５６Ｂと、判定部５７Ｂとは、第１の実施の形態および変形例や第２の実施の形態と同様にして造形条件を変更するための変更情報を生成する。設定部６９Ｂが有する材料制御部５１、造形制御部５２および筐体制御部５３のうち少なくとも１つは、生成された変更情報に従って、第１の実施の形態および変形例や第２の実施の形態と同様にして、造形装置１０２の各構成の動作を制御する。なお、図３２（ｂ）に示すように、説明の便宜上、検出システム５０１Ｂの検出部５４Ｂ及び出力部５５Ｂと、設定部６９Ｂとが纏めて１つの演算装置に備えられる構成として表した。しかしながら、検出システム５０１Ｂの検出部５４Ｂ及び出力部５５Ｂと、設定部６９Ｂとは異なる演算装置に備えられていてもよい。
また、演算部５６Ｂは、変更情報の生成と修正情報の生成とを行うものに代えて、変更情報の生成のみを行ってよい。また、演算部５６Ｂは、レーザ光の条件と、走査条件と、筐体１０の内部の雰囲気に関連する条件と、材料層形成条件と、支持部条件と、設計データと、粉末材料Ｐに関連する条件との少なくとも１つの造形条件に対して変更情報を生成してよい。
また、造形装置１０２は、造形条件の変更として、リアルタイム変更、次層造形時変更および次造形物造形時変更のうちの少なくとも１つを行ってよい。
上述した第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態および第２の実施の形態で得られた作用効果と同様の作用効果が得られる。
上述した第１の実施の形態とその変形例や、第２の実施の形態とその変形例や、第３の実施の形態とその変形例にて説明した演算装置５０、５０Ａ、５０Ｂが実行するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録しておき、このプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて、上述した処理を実行してもよい。なお、ここでいうコンピュータシステムとは、ＯＳ（Operating System）や周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
なお、上記コンピュータシステムは、ＷＷＷシステムを利用したホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含む。また、上記コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに上記コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含む。
上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する伝送媒体は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
１、１０１、１０２…造形装置、１０…筐体、
１４…排気装置、２０…材料層形成部、
２２…リコーター、３０…造形部、
３２…照射部、３３…走査部、
３５、３６、３７…造形光学部
４１…撮像装置、５０、５０Ａ、５０Ｂ…演算装置、
５４、５４Ａ、５４Ｂ…検出部、５５、５５Ａ、５５Ｂ…出力部、
５６、５６Ａ、５６Ｂ…演算部、５７、５７Ａ、５７Ｂ…判定部、
５９、６９、６９Ａ、６９Ｂ…設定部
６０…投影部、７０…受光部、
２２１…ブレード、３１０…取得部、
３１４…形状測定部、３３１…ベースプレート
５００、５００Ａ、５００Ｂ、５０１、５０１Ａ、５０１Ｂ…検出システム

Claims (1)

  1. エネルギー線の照射により粉末材料を加熱して造形した固化層から三次元造形物を造形する造形装置に用いられる演算装置であって、
    エネルギー線の照射による加熱で前記粉末材料が溶融している溶融部を含む所定領域の少なくとも一部の状態を求める検出部と、
    前記造形装置の造形条件を設定するために、前記検出部により求められた前記状態に基づく状態情報を出力する出力部と、を備える演算装置。
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