JP6058618B2 - 積層造形装置の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、積層造形装置の制御装置に関する。

レーザ光による金属の積層造形においては、上下方向に移動可能な造形テーブル上に非常に薄い材料粉体層を形成し、この材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して照射位置の材料粉体を焼結させる工程を繰り返すことによって、所望の造形物を形成する。

レーザ光は、レーザ光を照射すべき領域に全体に渡ってレーザ光が照射されるように設けられた走査経路に沿って走査されながら材料粉体層に照射される（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１０−１７３１２３号公報

金属の材料粉末を用いた積層造形は、通常、１度の造形開始指令で最終形状まで作成できるため、自動連続稼働時間が長い。１造形で１週間程度かかる物もある。自動連続稼働時間が長くなると、次のような事を考慮したくなる。
（１）積層造形中の各単位工程の実行時間、実行開始予定時刻が知りたい。
（２）積層造形終了時刻が知りたい。
（３）積層造形中に保守が必要な事象が発生するか知りたい。
（４）保守が必要な場合には、必要な時刻を知りたい。
（５）保守が必要な場合には、造形内工程の区切りが良い箇所で自動的に造形を一時停止したい。

上記のような情報を得るために、積層造形の開始時点において、各単位工程の推定実行時間から、各単位工程の開始予定時刻を算出することは可能である。しかしながら、金属の材料粉末を用いた積層造形においては、例えば、ヒュームが大量に発生することによって次の材料粉体層の焼結を休止してヒュームを除去する作業を行なったり、造形領域を移動しながら造形領域上に材料粉末を供給し且つ平坦化して材料粉体層を形成するリコータヘッドが、すでに形成済みの焼結層の隆起部に衝突して材料粉体層の形成を継続して行うことができなくなったときにその隆起部を除去するための切削工程が必要になる場合がある。このような開始時点では意図していなかった工程が追加されると、その後の単位工程の開始時刻が、開始予定時刻から大幅にずれてしまうという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、積層造形中の各単位工程の開始予定時刻の予測精度を向上させることができる、積層造形装置の制御装置を提供するものである。

本発明によれば、所望の三次元形状を有する造形物モデルを所定単位高で水平面で分割してなる各分割層に対応する材料粉体層を形成し、前記造形物モデルの各分割層の輪郭形状で囲まれた照射領域にレーザ光を照射して前記照射領域内の前記材料粉体層の材料粉体を選択的に焼結して焼結層を形成する焼結工程と、１又は複数の焼結工程の度に前記焼結層に対して切削加工を行う切削工程と含む複数の単位工程からなる積層造形工程を実行することによって造形物を生成する積層造形装置の制御装置であって、前記積層造形工程に含まれる各単位工程の推定実行時間を取得する推定実行時間取得部と、前記推定実行時間に基づいて各単位工程の開始又は終了予定時刻を算出する予定時刻算出部とを備え、前記予定時刻算出部は、１又は複数の単位工程の実行後に各単位工程の開始又は終了予定時刻の再算出を行うように構成される、積層造形装置の制御装置が提供される。

本発明によれば、予定時刻算出部が１又は複数の単位工程の実行後に各単位工程の開始予定時刻の再算出を行うように構成されているので、積層造形中の各単位工程の開始予定時刻の予測精度を向上させることができる。

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記積層造形装置に関連する保守項目のそれぞれについて保守作業が必要になるまでに残時間を記憶する保守管理データベースを備え、前記残時間に基づいて、前記保守作業を何れかの単位工程に関連付けて表示する保守管理部を備える。
好ましくは、前記保守管理部は、前記保守作業が表示された単位工程の開始前に、その単位工程の実行を自動停止させるか自動停止させないかを選択可能に構成される。
好ましくは、前記保守管理部は、前記保守作業の表示を別の単位工程に移動可能に構成される。
好ましくは、前記保守管理部は、前記１又は複数の単位工程で成る焼結工程ブロックの実行途中に前記保守作業の表示がされる場合には前記保守作業の表示を前記焼結工程ブロックの直前又は直後の前記切削工程又はその切削工程の直後の単位工程に自動的に移動させることが設定可能に構成される。
好ましくは、前記予定時刻算出部は、１又は複数の単位工程の実行毎に前記再算出を行うように構成される。
好ましくは、前記予定時刻算出部は、各単位工程の開始時刻に影響を与える事象が発生したときに前記再算出を行うように構成される。
好ましくは、前記積層造形装置は、所要の造形領域を移動しながら前記造形領域上に前記材料粉末を供給し且つ平坦化して前記材料粉体層を形成するリコータヘッドを備え、前記予定時刻算出部は、前記リコータヘッドが障害に衝突して前記材料粉末層の形成工程にやり直しが発生したときに前記再算出を行うように構成される。

本発明の制御装置６１が制御対象とする積層造形装置２の概略構成図である。 粉体層形成装置３及びレーザ光照射部１３の斜視図である。 リコータヘッド１１の斜視図である。 リコータヘッド１１の別の角度から見た斜視図である。 制御装置６１の構成図である。 （ａ）は所望形状の造形物４７の斜視図、（ｂ）は、（ａ）の造形物のモデルの斜視図、（ｃ）は、（ｂ）のモデルを所定単位高で水平面で分割した状態を示す斜視図である。 焼結層５０を積層させて得られる造形物４７の斜視図である。 積層造形工程の流れを示すフローチャートである。 制御装置６１の動作を示すフローチャートである。 図１の積層造形装置２を用いた積層造形方法の説明図である。 図１の積層造形装置２を用いた積層造形方法の説明図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。

本発明は、材料粉体を用いた積層造形装置２の制御装置６１に関するものである。最初に、本発明の制御装置６１が制御対象とする積層造形装置２の一実施形態について説明し、その後、この積層造形装置２の制御装置６１の一実施形態について説明する。

図１〜図２に示すように、本発明の制御装置６１が制御対象とする積層造形装置２は、所要の造形領域Ｒを覆い且つ所定濃度の不活性ガスで充満されるチャンバ１と、造形領域Ｒ上に形成される材料粉体層８の所定箇所にレーザ光Ｌを照射して照射位置の材料粉体を焼結させるレーザ光照射部１３を備える。

図１に示すように、本発明の一実施形態の積層造形装置２は、所要の造形領域Ｒを覆い且つ所定濃度の不活性ガスで充満されるチャンバ１と、チャンバ１内で移動しながら造形領域Ｒ上に材料粉体を供給し且つ平坦化して材料粉体層８を形成するリコータヘッド１１と、材料粉体層８の所定箇所にレーザ光Ｌを照射して照射位置の材料粉体を焼結させて焼結層を形成するレーザ光照射部１３を備える。

チャンバ１内には、粉体層形成装置３が設けられる。粉体層形成装置３は、造形領域Ｒを有するベース４と、ベース４上に配置され且つ水平１軸方向（矢印Ｂ方向）に移動可能に構成されたリコータヘッド１１と、リコータヘッド１１の移動方向に沿って造形領域Ｒの両側に設けられた細長部材９ｒ，９ｌとを備える。造形領域Ｒには、駆動機構３１によって駆動されて上下方向（図１の矢印Ａ方向）に移動可能な造形テーブル５が設けられる。積層造形装置２の使用時には、造形テーブル５上に造形プレート７が配置され、造形テーブル５上に材料粉体層８が形成される。

造形テーブル５を取り囲むように粉体保持壁２６が設けられており、粉体保持壁２６と造形テーブル５によって囲まれる粉体保持空間に未焼結の材料粉体が保持される。粉体保持壁２６の下側には、粉体保持空間内の材料粉体を排出可能な粉体排出部２７が設けられ、積層造形の完了後に、造形テーブル５を降下させることによって、未焼結の材料粉体が粉体排出部２７から排出され、排出された材料粉体は、シューターガイド２８によってシューターに案内され、シューターを通じてバケット（共に図示せず）に収容される。

リコータヘッド１１は、図２〜図５に示すように、材料収容部１１ａと、材料収容部１１ａの上面に設けられた上面開口部１１ｂと、材料収容部１１ａの底面に設けられ且つ材料収容部１１ａ内の材料粉体を排出する材料排出口１１ｃとを備える。材料排出口１１ｃは、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｃ方向）に延びるスリット状の細長い形状を有する。リコータヘッド１１の両側面には材料排出口１１ｃから排出された材料粉体を平坦化して材料粉体層８を形成するスキージングブレード１１ｆｂ，１１ｒｂが設けられる。また、リコータヘッド１１の両側面には、材料粉体の焼結時に発生するヒュームを吸引するヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓが設けられる。ヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓは、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｃ方向）に沿って設けられる。材料粉体は、例えば、金属粉（例：鉄粉）であり、例えば平均粒径２０μｍの球形である。

細長部材９ｒ，９ｌにはそれぞれリコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に沿って開口部が設けられる。これらの開口部の一方が不活性ガス供給口として利用され、他方が不活性ガス排出口として利用されることによって、造形領域Ｒ上に矢印Ｃ方向の不活性ガスの流れができるので、造形領域Ｒで発生したヒュームがこの不活性ガスの流れに沿って容易に排出される。なお、本明細書において、「不活性ガス」とは、材料粉体と実質的に反応しないガスであり、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどが例示される。

チャンバ１の上方にはレーザ光照射部１３が設けられる。図２に示すように、レーザ光照射部１３は、レーザ光Ｌを出力するレーザ光源４２と、レーザ光源４２から出力されたレーザ光Ｌを二次元走査する一対のガルバノスキャナ４３ａ，４３ｂと、レーザ光Ｌを集光する集光レンズ４４とを備える。ガルバノスキャナ（Ｘ軸スキャナ）４３ａは、レーザ光Ｌを矢印Ｂ方向（Ｘ軸方向）に走査し、ガルバノスキャナ（Ｙ軸スキャナ）４３ｂは、レーザ光Ｌを矢印Ｃ方向（Ｙ軸方向）に走査する。スキャナ４３ａ，４３ｂは、それぞれ、回転角度制御信号の大きさに応じて回転角度が制御されるので、スキャナ４３ａ，４３ｂに入力する回転角度制御信号の大きさを変化させることによって所望の位置にレーザ光Ｌの照射位置を移動させることが可能になっている。集光レンズ４４の例は、fθレンズである。

集光レンズ４４を通過したレーザ光Ｌは、チャンバ１に設けられたウィンドウ１ａを透過して造形領域Ｒに形成された材料粉体層８に照射される。レーザ光Ｌは、材料粉体を焼結可能なものであればその種類は限定されず、例えば、ＣＯ_２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザなどである。ウィンドウ１ａは、レーザ光Ｌを透過可能な材料で形成される。例えば、レーザ光Ｌがファイバーレーザ又はＹＡＧレーザの場合、ウィンドウ１ａは石英ガラスで構成可能である。

チャンバ１の上面には、ウィンドウ１ａを覆うようにヒューム付着防止部１７が設けられる。付着防止部１７は、円筒状の筐体１７ａと、筐体１７ａ内に配置された円筒状の拡散部材１７ｃを備える。筐体１７ａと拡散部材１７ｃの間に不活性ガス供給空間１７ｄが設けられる。また、筐体１７ａの底面には、拡散部材１７ｃの内側に開口部１７ｂが設けられる。拡散部材１７ｃには多数の細孔１７ｅが設けられており、不活性ガス供給空間１７ｄに供給された清浄な不活性ガスは細孔１７ｅを通じて清浄空間１７ｆに充満される。そして、清浄空間１７ｆに充満された清浄な不活性ガスは、開口部１７ｂを通じて付着防止部１７の下方に向かって噴出される。

チャンバ１内には、エンドミルなどの回転切削工具を装着して回転させることができるように構成されたスピンドルヘッド（不図示）が三次元移動可能に配置されている。この回転切削工具を用いて、所定数の焼結層が形成される度に、焼結層に対して切削加工を行われる。また、リコータヘッド１１が焼結層の隆起部に衝突したときにも、隆起部を除去するために焼結層に対して切削工程が行われる。

次に、チャンバ１への不活性ガス供給系統と、チャンバ１からのヒューム排出系統について説明する。

チャンバ１への不活性ガス供給系統には、不活性ガス供給装置１５と、ヒュームコレクタ１９が接続されている。不活性ガス供給装置１５は、不活性ガスを供給する機能を有し、例えば、不活性ガスのガスボンベである。ヒュームコレクタ１９は、その上流側及び下流側にダクトボックス２１，２３を有する。チャンバ１から排出されたガス（ヒュームを含む不活性ガス）は、ダクトボックス２１を通じてヒュームコレクタ１９に送られ、ヒュームコレクタ１９においてヒュームが除去された不活性ガスがダクトボックス２３を通じてチャンバ１へ送られる。このような構成により、不活性ガスの再利用が可能になっている。

不活性ガス供給系統は、図１に示すように、チャンバ１の上部供給口１ｂと、付着防止部１７の不活性ガス供給空間１７ｄと、細長部材９ｌにそれぞれ接続される。上部供給口１ｂを通じてチャンバ１の造形空間１ｄ内に不活性ガスが充填される。細長部材９ｌ内に供給された不活性ガスが開口部を通じて造形領域Ｒ上に排出される。

本実施形態では、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが上部供給口１ｂに送られ、不活性ガス供給装置１５からの不活性ガスが不活性ガス供給空間１７ｄ及び細長部材９ｌに送られるように構成されている。ヒュームコレクタ１９からの不活性ガス中には除去しきれなかったヒュームが残留するおそれがあるが、本実施形態の構成では、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが特に高い清純度が要求される空間（清浄空間１７ｆ及び造形領域Ｒ近傍の空間）に供給されないので、残留ヒュームの影響を最小限にすることができる。

チャンバ１からのヒューム排出系統は、図１に示すように、チャンバ１の上部排出口１ｃと、リコータヘッド１１のヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓ、及び細長部材９ｒにそれぞれ接続される。上部排出口１ｃを通じてチャンバ１の造形空間１ｄ内の、ヒュームを含む不活性ガスが排出されることによって、造形空間１ｄ内に上部供給口１ｂから上部排出口１ｃに向かう不活性ガスの流れが形成される。リコータヘッド１１のヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓは、リコータヘッド１１が造形領域Ｒ上を通過する際に造形領域Ｒで発生したヒュームを吸引することができる。また、細長部材９ｒの開口部を通じてヒュームを含む不活性ガスがチャンバ１外に排出される。ヒューム排出系統は、ダクトボックス２１を通じてヒュームコレクタ１９に接続されており、ヒュームコレクタ１９においてヒュームが取り除かれた後の不活性ガスが再利用される。

次に、上記の積層造形装置２を用いた粉末焼結積層造形方法について説明する。この積層造形は、積層造形装置２が図５に示す制御装置６１の制御下で動作して実行される。

図５に示すように、制御装置６１は、演算装置６２と、記憶装置６３と、表示装置６４と、保守管理データベース６５とを備える。演算装置６２は、記憶装置６３に記憶されたプログラムを読みだして実行することによって後述する推定実行時間取得部７１と、予定時刻算出部７２と、保守管理部７３の機能及びその他積層造形に関係する各種機能を実現する。保守管理データベース６５には、表１に例示されるように、積層造形装置２に関連する保守項目のそれぞれについて保守作業が必要になるまでに残時間が記憶されている。なお、表１の各保守項目の残時間は、各保守項目に関連した積層造形装置２の動作に連動して減少する。具体的には、「フィルタ交換」の残時間は、不活性ガス供給装置１５の動作時間に連動して減少し、「グリス追加」の残時間は、切削加工を行っている時間に連動して減少し、ヒュームコレクタ清掃は、ヒュームコレクタ１９の動作時間に連動して減少する。

制御装置６１は、別途設けたコンピュータ支援製造（ＣＡＭ）装置６６において生成された造形データを受信し、この造形データに基づいて積層造形の制御を行う。

ここで、図６（ａ）に示す三次元形状を有する造形物４７を積層造形によって生成する場合を例に挙げて、ＣＡＭ装置６６での造形データの生成及びこの造形データに基づく制御について説明する。

まず、ＣＡＭ装置６６において、所望の三次元形状を有する造形物４７をコンピュータ上でモデル化した造形物モデル４８を作成し、このモデル４８を所定単位高で水平面で分割して分割層４９ａ，４９ｂ，・・・４９ｆを形成する。ＣＡＭ装置６６は、分割層４９ａ，４９ｂ，・・・４９ｆのそれぞれの輪郭形状で囲まれた領域の全体に渡ってレーザ光Ｌが照射されるように走査経路を設定する。積層造形装置２では、図７〜図１１に示すように、ＣＡＭ装置６６で設定された走査経路に沿ってレーザ光Ｌを材料粉体層８に対して照射することによって材料粉体を選択的に焼結させて、分割層４９ａ，４９ｂ，・・・４９ｆに対応した形状を有する焼結層５０ａ，５０ｂ，・・・５０ｆを形成すると共にこれらの層を互いに融合させる焼結工程が行われる。

ここで、焼結工程について、より詳細に説明する。
まず、造形テーブル５上に造形プレート７を載置した状態で造形テーブル５の高さを適切な位置に調整する。この状態で材料収容部１１ａ内に材料粉体が充填されているリコータヘッド１１を図１の矢印Ｂ方向に造形領域Ｒの左側から右側に移動させることによって、造形テーブル５上に１層目の材料粉体層８を形成する。
次に、材料粉体層８中の所定部位にレーザ光Ｌを照射することによって材料粉体層８のレーザ光照射部位を焼結させることによって、図１０に示すように、１層目の焼結層５０ａを得る。
次に、造形テーブル５の高さを材料粉体層８の１層分下げ、リコータヘッド１１を造形領域Ｒの右側から左側に移動させることによって、焼結層５０ａを覆うように造形テーブル５上に２層目の材料粉体層８を形成する。
次に、上記と同様の方法に従って、材料粉体層８中の所定部位にレーザ光Ｌを照射することによって材料粉体層８のレーザ光照射部位を焼結させることによって、図１１に示すように、２層目の焼結層５０ｂを得る。
以上の工程を繰り返すことによって、３層目の焼結層５０ｃ、４層目の焼結層５０ｄ、５層目以降の焼結層が形成される。隣接する焼結層は、互いに強く固着される。

なお、ここでは、説明の便宜上、分割層４９及び焼結層５０の数を６つにしたが、分割層４９及び焼結層５０の実際の層数は、（造形物４７の高さ／分割層４９の厚さ）によって算出され、例えば造形物４７の高さが１０ｃｍで、分割層４９の厚さが５０μｍである場合、層数は、２０００となる。各焼結工程に要する時間は、造形物４７の形状にもよるが、１〜６０分程度である。

ところで、造形物４７の表面精度を高める等の目的で、複数層の焼結層５０を形成する度に、焼結層５０に対して、スピンドルヘッドに装着された回転切削工具によって切削加工を行う切削工程が実施される。ＣＡＭ装置６６では、この切削加工のための回転切削工具の種類や走査経路も設定される。

このように、造形物４７の積層造形工程では、図８に示すように、ｍ（ｍは２以上の整数）層の焼結層５０を形成するための焼結工程と、すでに形成された焼結層５０に対して切削加工を行う切削工程が繰り返される。以下、焼結工程と切削工程を「単位工程」と総称する。また、隣接する切削工程の間のｍ回の焼結工程を焼結工程ブロックと称する。なお、図８では、各焼結工程ブロック毎に行う切削工程が１回であるように示されているが、２回以上の切削工程を行うことがある。

ＣＡＭ装置６６から積層造形装置２の制御装置６１に送られる造形データには、焼結工程を行うために必要なレーザ光Ｌの走査経路及び走査速度の情報や、切削工程を行うために必要な回転切削工具の走査経路及び走査速度の情報が含まれる。

次に、図９のフローチャートを用いて、制御装置６１の動作について説明する。
まず、ステップＳ１では、推定実行時間取得部７１が造形データに基づいて各単位工程の推定実行時間を取得する。推定実行時間は、造形データに含まれるレーザ光Ｌ又は回転切削工具の走査経路及び走査速度から算出可能であるので、推定実行時間取得部７１は、走査経路及び走査速度から各単位工程の推定実行時間を算出することによって、各単位工程の推定実行時間を取得することができる。また、別の方法として、ＣＡＭ装置６６が走査経路及び走査速度から各単位工程の推定実行時間を算出し、この推定実行時間が造形データに含められている場合には、推定実行時間取得部７１は、単に、造形データ中から各単位工程の推定実行時間を抽出することによって、各単位工程の推定実行時間を取得することができる。推定実行時間取得部７１は、取得した各単位工程の推定実行時間を記憶装置６３に記憶させる。さらに、推定実行時間取得部７１は、表２の工程テーブルに示すように、各単位工程の推定実行時間を表示装置６４に表示させる。なお、説明の便宜上、各焼結工程ブロックに含まれる焼結工程の数を３にしているが、この数は、これよりも多くてもよい。また、推定実行時間は、分まで表示しているが、秒まで表示してもよい。

次に、ステップＳ２では、保守管理部７３は、保守管理データベース６５から各保守項目について保守作業が必要になるまでの残時間を取得する。
次に、ステップＳ３では、保守管理部７３は、取得した残時間に基づいて、必要な保守作業を何れかの単位工程に関連付けて表示する。本実施形態の例では、５層目焼結工程を行っている間に、ヒュームコレクタ１９の使用時間が、「ヒュームコレクタ清掃」の残時間である７２分に到達する見込みであるので、表３の工程テーブルに示すように、「ヒュームコレクタ清掃」を５層目焼結工程に関連付けて表示している。

次に、ステップＳ４では、積層造形が開始される。具体的には、積層造形の開始ボタンを押すと、チャンバ１内に不活性ガスで充填され、チャンバ１内の酸素濃度が所定値（例：３％）以下に低減されると、１層目焼結工程が開始される。１層目焼結工程の開始時刻が記憶され、工程テーブルに表示される。

次に、ステップＳ５では、予定時刻算出部７２が各単位工程の開始予定時刻を算出する。各単位工程の開始予定時刻は、表４の工程テーブルに示すように、１層目焼結工程の開始時刻に対して、直前の単位工程までの推定実行時間の合計を足し合わせることによって算出することができる。具体的には例えば６層目焼結工程の開始予定時刻は、１層目焼結工程の開始時刻に対して、１層目焼結工程〜５層目焼結工程及び１回目切削工程のそれぞれの推定実行時間の合計を足し合わせることによって算出できる。なお、表４において、開始時刻は括弧なしで表記し、開始予定時刻は括弧で囲んで表記している。

また、積層造形の開始ボタンを押してから１層目焼結工程が開始されるまでの時間が決まっている場合には、積層造形の開始ボタンを押した時刻を基準に各単位工程の開始予定時刻を算出してもよい。本実施形態では、一の単位工程が終了した直後に次の単位工程が開始されることが想定されているので、一の単位工程の終了予定時刻は、次の単位工程の開始予定時刻と同一であるが、一の単位工程と次の単位工程の間にインターバルがある場合には、各単位工程の終了予定時刻を算出したり、開始予定時刻と終了予定時刻の両方を算出したりするようにしてもよい。また、表４では、開始時刻及び開始予定時刻が日時で表示されているが、日付が不要な場合は、時刻のみを表示してもよい。

次に、実行中の単位工程が終了するまで、ステップＳ６とステップＳ７が繰り返される。ステップＳ６では、積層造形の開始時刻（積層造形の開始ボタンが押された時刻であってもよく、１層目焼結工程の開始時刻であってもよい。）からの累積時間が記録され、表示装置６４に表示される。ステップＳ７では、実行中の単位工程が終了したかどうかの判断が行われる。終了していない場合（ステップＳ７のＮ）は、ステップＳ６に戻る。終了している場合（ステップＳ７のＹ）には、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、全ての単位工程が終了したかどうかが判断される。終了している場合（ステップＳ８のＹ）は、積層造形処理を完了し、終了していない場合（ステップＳ８のＮ）は、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、次の単位工程に関連付けられている保守作業が存在しているかどうかが保守管理部７３によって判断される。存在している場合（ステップＳ９のＹ）は、ステップＳ１０に進み、存在していない場合（ステップＳ９のＮ）は、ステップＳ１１に進む。１層目焼結工程の終了後の場合は、２層目焼結工程に関連付けられている保守作業が存在していないので、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、次の単位工程が開始される。１層目焼結工程の終了後の場合は、２層目焼結工程が開始される。このときの開始時刻が記憶され、工程テーブルに表示される。

ステップＳ１２では、各単位工程の開始予定時刻の再算出が必要かどうかが判断される。再算出は、各単位工程の実行後に行ってもよく、複数の単位工程の実行後に行ってもよい。また、再算出は、各焼結工程ブロックが完了する度に行ってもよく、各切削工程が完了する度に行ってもよい。また、別の観点では、ステップＳ１１で開始した単位工程の実際の開始時刻とその開始予定時刻の差が所定の閾値を超えている場合に、再算出を行うようにしてもよい。さらに別の観点では、各単位工程の開始時刻に影響を与える事象が発生したときに、その事象の発生をトリガーとして再算出を行うようにしてもよい。例えば、焼結工程において、リコータヘッド１１が障害に衝突して材料粉末層８の形成工程にやり直しが発生したときに再算出を行うようにしてもよい。リコータヘッド１１が障害（具体的には焼結層５０の隆起部）に衝突した後には、臨時の切削工程において焼結層５０の表面を削ることによって障害を除去した後に、材料粉末層８の形成工程にやり直しが発生するが、このようなやり直しが発生した場合は、これ以降の単位工程の開始時刻が開始予定時刻から大幅にずれてしまう。このため、リコータヘッド１１が障害に衝突した場合に再算出を行うことによって、再算出の頻度を高めることなく、各単位工程の開始予定時刻の予測精度を向上させることができる。ステップＳ１２で再算出が必要であると判断された場合（ステップＳ１２のＹ）、ステップＳ１３に進み、不要であると判断された場合（ステップＳ１２のＮ）、ステップＳ６に進む。

ステップＳ１３では、各単位工程の開始予定時刻の再算出が予定時刻算出部７２によって行われる。再算出は、表５の工程テーブルに示すように、最も直近に開始された単位工程の開始時刻に対して、直前の単位工程までの推定実行時間の合計を足し合わせることによって算出することができる。具体的には例えば、最も直近に開始された単位工程が３層目焼結工程である場合は、６層目焼結工程の開始予定時刻は、３層目焼結工程の開始時刻に対して、３層目焼結工程〜５層目焼結工程及び1回目切削工程のそれぞれの推定実行時間の合計を足し合わせることによって算出できる。

次に、ステップＳ６及びＳ７に戻り、次の単位工程が終了するまで、ステップＳ６とステップＳ７が繰り返され、各単位工程の終了後は、ステップＳ８以降が実行される。

本実施形態の例では、５層目焼結工程に「ヒュームコレクタ清掃」が関連付けられているので、４層目焼結工程の終了後には、ステップＳ９での判断がＹとなり、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、次の単位工程の実行を自動停止させるかどうかが保守管理部７３によって判断される。各保守項目について、ユーザーが自動停止の要否を設定することが可能に構成されており、その設定内容が、記憶装置６３に記憶される。保守管理部７３によっては、記憶された設定情報に基づいて自動停止の要否を判断する。自動停止が不要である場合（ステップＳ１０のＮ）は、ステップＳ１１に進み、自動停止が必要な場合（ステップＳ１０のＹ）はステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、単位工程の実行が一時停止され、実行の再開の指示があるまで待機する（ステップＳ１４のＮ）。指示があると（ステップＳ１４のＹ）ステップＳ１１に進んで、次の単位工程が実行される。このように本実施形態では、単位工程の終了後に、次の単位工程が開始される前の段階で、単位工程の実行が一時停止されるので、単位工程の実行途中で一時停止されることがなく、不良造形を回避することができる。

以上の通り、制御装置６１の制御下で積層造形工程に含まれる各単位工程が実施され、造形物４７が形成される。なお、積層造形の完了後は、粉体排出部２７を通じて未焼結の材料粉体を排出することによって、造形物４７を取り出すことができる。

ところで、上記実施形態では、保守管理部７３は、保守管理データベースに記憶された残時間に基づいて保守作業を行うタイミングを決めているが、この場合、保守作業を行うオペレータが不在のタイミングで保守作業が発生して積層造形が一時停止されたり、保守作業が行われなかったりするという不都合が生じてしまう。一方、保守作業を行うタイミングは、多少前後させることが許容される場合がある。そこで、このような不都合を解消するために、表６の工程テーブルに示すように、保守作業の表示を別の単位工程に移動させることが可能なように、保守管理部７３が構成されることが好ましい。表６の例では、ヒュームコレクタ清掃の表示を５層目焼結工程から１回目切削工程に移動させている。このような移動が行われた場合、ステップＳ９での判断が移動後の表示内容に基づいて行われるので、３層目焼結工程終了後にステップＳ９の判断がＹとなる。また、焼結工程ブロックの実行途中で処理を中断して保守作業を行うと、造形物４７の品質に影響が出やすいので、切削工程の開始前又は切削工程の終了後に保守作業が行われるように、保守作業の表示を、上記焼結工程ブロックの直前又は直後の切削工程又はその切削工程の直後の単位工程に自動的に移動させる設定が可能なように保守管理部７３が構成されることが好ましい。

１：チャンバ、３：粉体層形成装置、５：造形テーブル、８：材料粉体層、１１：リコータヘッド、１３：レーザ光照射部、１７：ヒューム付着防止部、２６：粉体保持壁、２７：粉体排出部、２８：シューターガイド、３１：駆動機構、４２：レーザ光源、４３ａ，４３ｂ：ガルバノスキャナ、４４：集光レンズ、４５：照射領域、４７：造形物、４８：造形物モデル、４９：分割層、５０：焼結層、Ｌ：レーザ光

Claims (8)

1. 所望の三次元形状を有する造形物モデルを所定単位高で水平面で分割してなる各分割層に対応する材料粉体層を形成し、前記造形物モデルの各分割層の輪郭形状で囲まれた照射領域にレーザ光を照射して前記照射領域内の前記材料粉体層の材料粉体を選択的に焼結して焼結層を形成する焼結工程と、
   １又は複数の前記焼結層を焼結する前記焼結工程の度に前記焼結層に対して切削加工を行う切削工程とを含んで１層の前記焼結工程と１回の前記切削工程とをそれぞれ単位工程として複数の前記単位工程からなる積層造形工程を実行することによって造形物を生成する積層造形装置の制御装置であって、
   前記積層造形工程に含まれる各単位工程の推定実行時間を取得する推定実行時間取得部と、前記推定実行時間に基づいて各単位工程の開始又は終了予定時刻を算出する予定時刻算出部とを備え、
   前記予定時刻算出部は、すでに開始又は終了した前記単位工程毎の実際の開始又は終了時刻の少なくとも一方を記憶するとともに、１又は複数の前記単位工程の実行後に直近に開始又は終了した前記単位工程の前記実際の開始又は終了時刻に基づいてまだ実行していない各単位工程の開始又は終了予定時刻の再算出を行って表示装置に表示するように構成される、積層造形装置の制御装置。
2. 前記積層造形装置に関連する保守項目のそれぞれについて保守作業が必要になるまでの残時間を記憶する保守管理データベースを備え、
   前記残時間に基づいて、前記保守作業を何れかの前記単位工程に関連付けて前記表示装置に表示させる保守管理部を備える、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記保守管理部は、前記保守作業が関連付けられて表示された単位工程の開始前に、その単位工程の実行を自動停止させるか自動停止させないかを選択可能に構成される、請求項２に記載の制御装置。
4. 前記保守管理部は、前記保守作業の表示を別の単位工程に移動可能に構成される、請求項２又は請求項３に記載の制御装置。
5. 前記保守管理部は、造形開始から前記切削工程まで又は前記切削工程から次の切削工程までの間に行う１又は複数の単位工程で成る焼結工程を焼結工程ブロックとして、前記焼結工程ブロックの実行途中に前記保守作業の表示がされる場合には前記保守作業の表示を前記焼結工程ブロックの直前又は直後の前記切削工程又はその切削工程の直後の単位工程に自動的に移動させることが設定可能に構成される、請求項４に記載の制御装置。
6. 前記予定時刻算出部は、各焼結工程ブロックが完了する度に又は切削工程が完了する度に、前記各単位工程の開始又は終了予定時刻の再算出を行うことを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１つに記載の制御装置。
7. 前記予定時刻算出部は、前記実際の開始時刻と前記開始予定時刻との差が所定の閾値を超えているとき又は各単位工程の開始時刻に影響を与える事象が発生したときに前記各単位工程の開始又は終了予定時刻の再算出を行うように構成される、請求項１又は請求項６に記載の制御装置。
8. 前記積層造形装置は、所要の造形領域を移動しながら前記造形領域上に前記材料粉末を供給し且つ平坦化して前記材料粉体層を形成するリコータヘッドを備え、
   前記予定時刻算出部は、前記リコータヘッドが障害に衝突して前記材料粉末層の形成工程にやり直しが発生したときに前記各単位工程の開始又は終了予定時刻の再算出を行うように構成される、請求項７に記載の制御装置。