JP6074490B1 - 積層造形装置及び積層造形装置のプログラム再開方法 - Google Patents

Abstract

【課題】メインプログラムが中断した場合も容易に再開できる積層造形装置の提供。【解決手段】予め作成されシーケンス番号をふられた複数のプログラム行を有するメインプログラムに従って所望の積層造形物の形状を所定厚で分割してなる分割層ごとに上下移動可能な造形テーブル５上に前記所定厚の材料粉体層８を形成し、続いてレーザ制御装置を作動させ材料粉体層８の所定箇所にレーザ光Ｌを照射して焼結層を形成することを繰り返して所望の積層造形物を形成する数値制御装置を具備し、前記数値制御装置は前記メインプログラムを各プログラム行ごとに前記シーケンス番号の順で実行する演算部と、前記プログラム行のシーケンス番号を記憶する記憶部と、前記メインプログラムを中断後再開する際に、現在と再開時に適する造形テーブル５の高さを比較しかつ再開プログラム行のシーケンス番号と記憶されたシーケンス番号とを比較する比較部とを有する積層造形装置。【選択図】図１

Description

この発明は、積層造形装置及び積層造形装置のプログラム再開方法に関する。

レーザ光による金属の積層造形法においては、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ことを繰り返すことによって、複数の焼結層を積層して一体となる焼結体からなる所望の三次元形状を造形する。また、水平鉛直に移動可能なエンドミル等の回転切削工具を用いて、造形物の造形途中に、材料粉体を焼結して得られた焼結体の表面や不要部分に対して切削加工を行うことも行われている。

特許第５７２１８８６号公報

ところで、材料粉体層の形成、材料粉体の焼結、焼結体への切削加工等の各工程を含む積層造形中に意図的に、あるいは装置内におけるモータへの過剰負荷等の予期せぬエラー等により、積層造形に係るプログラム（メインプログラム）が中断される場合がある。非常停止やエラー停止の場合は、造形テーブルの位置制御を行うモータ制御信号が切断され、その結果造形テーブルが非制御状態となり自重や慣性で自然に動いてしまうことがある。また、中断するタイミングによってはリコータヘッドを左右に移動させる必要があり、このとき、リコータヘッドとそれまでに形成された積層造形物との衝突を懸念して造形テーブルを中断時の位置より下げることがある。

中断されたメインプログラムを再開するにあたり、中断時の造形テーブル位置と現状の造形テーブル位置が異なっている可能性があるため、作業者は手動で造形テーブルの再開位置を設定しなければならない。同様に、作業者は手動でメインプログラムにおけるプログラム行のシーケンス番号を設定しなければならない。かかる設定を誤ると中断前までの造形工程が無駄になるおそれもあり、作業者は気を使いながらメインプログラムの再開を行うこととなる。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、メインプログラムが中断した後当該メインプログラムを再開する際に、現在の造形テーブルの高さと再開時に適する造形テーブルの高さとを比較するとともに、再開するプログラム行のシーケンス番号と再開すべきシーケンス番号とを比較することができる積層造形装置を提供するものである。

本発明によれば、予め作成され且つシーケンス番号をふられた複数のプログラム行を有するメインプログラムに従って所望の積層造形物の形状を所定厚で分割してなる分割層ごとに、上下方向に移動可能な造形テーブル上に前記所定厚の材料粉体層を形成し、続いてレーザ制御装置を作動させて前記材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射することで焼結層を形成することを繰り返して所望の積層造形物を形成するように構成される数値制御装置、を具備する積層造形装置であって、前記数値制御装置は、前記メインプログラムを各プログラム行ごとに前記シーケンス番号の順で実行する演算部と、前記プログラム行のシーケンス番号を記憶する記憶部と、前記メインプログラムが中断した後、前記メインプログラムを再開する際に、現在の造形テーブルの高さである第１の高さと再開時に適する造形テーブルの高さである第２の高さとを比較するとともに、再開するプログラム行のシーケンス番号である第１の番号と前記記憶部に記憶されたシーケンス番号である第２の番号とを比較する比較部と、を有する、積層造形装置が提供される。

本発明の他の側面によれば、シーケンス番号をふられた複数のプログラム行を有するメインプログラムを開始する開始工程と、各プログラム行において、造形テーブルの高さを所望の高さに設定する設定工程と、レーザ光を照射することで前記造形テーブル上に敷布された材料粉体を焼結して焼結層を形成する形成工程と、前記プログラム行のシーケンス番号を記憶する記憶工程と、を具備する積層造形装置のプログラム再開方法であって、前記メインプログラムが中断した後、前記メインプログラムを再開する際に、現在の造形テーブルの高さである第１の高さと再開時に適する造形テーブルの高さである第２の高さとを比較するとともに、再開するプログラム行のシーケンス番号である第１の番号と前記記憶工程において記憶されたシーケンス番号である第２の番号とを比較する比較工程と、を更に具備する、積層造形装置のプログラム再開方法が提供される。

本発明によれば、メインプログラムが中断した場合であっても、容易にメインプログラムを再開することができる。

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、前記記憶部は、前記造形テーブルの高さを更に記憶し、前記第２の高さは、記憶された前記造形テーブルの高さから求められるように構成される。
好ましくは、前記記憶部は、各プログラム行の完了時において、完了した当該プログラム行のシーケンス番号及び当該プログラム行でのプログラム完了時の造形テーブルの高さを記憶する。
好ましくは、前記記憶部は、前記焼結層の累積数を更に記憶し、前記第２の高さは、造形開始時の前記造形テーブルの高さと、前記焼結層の累積数と前記材料粉体層の前記所定厚との積との差から求められるように構成される。
好ましくは、前記記憶部は、各プログラム行の完了時において、完了した当該プログラム行のシーケンス番号を記憶する。
好ましくは、前記数値制御装置は、前記メインプログラムが中断した後、再開指示の入力を契機として前記造形テーブルを前記第２の高さとなるように制御し且つ中断されたプログラム行からメインプログラムを再開するように構成される。
好ましくは、前記数値制御装置は、前記メインプログラムを再開する際に、前記第１の高さと前記第２の高さとが整合しないか、又は前記第１の番号と前記第２の番号とが整合しないときは、所定の警告を発するように構成される。
好ましくは、前記数値制御装置は、前記メインプログラムを再開する際に、前記第１の高さと前記第２の高さとが整合し、且つ前記第１の番号と前記第２の番号とが整合するときは、前記メインプログラムの再開を許可するように構成される。
好ましくは、前記記憶工程では、前記造形テーブルの高さを更に記憶し、前記第２の高さは、記憶された前記造形テーブルの高さから求められる。
好ましくは、各プログラム行の完了時において、完了した当該プログラム行のシーケンス番号及び当該プログラム行でのプログラム完了時の造形テーブルの高さを記憶する。
好ましくは、前記記憶工程では、前記焼結層の累積数を更に記憶し、前記第２の高さは、造形開始時の前記造形テーブルの高さと、前記焼結層の累積数と前記材料粉体層の前記所定厚との積との差から求められるように構成される。
好ましくは、各プログラム行の完了時において、完了した当該プログラム行のシーケンス番号を記憶する。
好ましくは、前記メインプログラムが中断した後、再開指示の入力を契機として前記造形テーブルを前記第２の高さとなるように制御し且つ中断されたプログラム行からメインプログラムを再開する。
好ましくは、前記比較工程の結果、前記第１の高さと前記第２の高さとが整合しないか、又は前記第１の番号と前記第２の番号とが整合しないときは、所定の警告を発する。
好ましくは、前記比較工程の結果、前記第１の高さと前記第２の高さとが整合し、且つ前記第１の番号と前記第２の番号とが整合するときは、前記メインプログラムの再開を許可する。

本発明の一実施形態に係る積層造形装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る粉体層形成装置３及びレーザ光照射部１３の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るリコータヘッド１１の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るリコータヘッド１１の別の角度から見た斜視図である。 本発明の一実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。 本発明の一実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。 本発明の一実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。 本発明の一実施形態に係る積層造形装置の制御系を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る積層造形装置のメインプログラムの実行フローを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る積層造形装置のメインプログラムの一例である。 本発明の一実施形態に係る積層造形装置における中断時からの再開フローを示すフローチャートである。

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。
図１〜図２に示すように、本発明の一実施形態に係る積層造形装置は、チャンバ１とレーザ光照射部１３とを有する。

チャンバ１は積層造形物を形成する造形室１ｄを有する前チャンバと、回転切削工具が装着されるスピンドルヘッドを造形室１ｄの任意の位置に移動させるための駆動装置の大部分が収容される駆動室を有する後チャンバとからなる。造形室１ｄと駆動室は伸縮可能な蛇腹で仕切られるが、造形室１ｄと駆動室の間には不活性ガスが通過できるようわずかな隙間である連通部が設けられている。なお、図１は前チャンバを正面から図示しており、後チャンバは図示省略されている。チャンバ１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には、内部に粉体層形成装置３が設けられ、上面部にヒューム拡散装置１７が設けられる。
粉体層形成装置３は、ベース台４とリコータヘッド１１と細長部材９ｒ、９ｌとを有する。

ベース台４は、積層造形物が形成される造形領域Ｒを有する。造形領域Ｒには、造形テーブル５が設けられる。造形テーブル５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）に移動することができる。積層造形装置の使用時には、造形テーブル５上に造形プレート７が配置され、その上に材料粉体層８が形成される。また、所定の照射領域は、造形領域Ｒ内に存在し、所望の三次元造形物の輪郭形状で囲繞される領域とおおよそ一致する。

造形テーブル５の周りには、粉体保持壁２６が設けられる。粉体保持壁２６と造形テーブル５とによって囲まれる粉体保持空間には、未焼結の材料粉体が保持される。図１においては不図示であるが、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が設けられてもよい。かかる場合、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から排出される。排出された材料粉体は、シューターガイド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に収容されることになる。

リコータヘッド１１は、図２〜図４に示すように、材料収容部１１ａと材料供給部１１ｂと材料排出部１１ｃとを有する。

材料収容部１１ａは材料粉体を収容する。なお、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。材料供給部１１ｂは、材料収容部１１ａの上面に設けられ、材料供給装置３２から材料収容部１１ａに供給される材料粉体の受口となる。材料排出部１１ｃは、材料収容部１１ａの底面に設けられ、材料収容部１１ａ内の材料粉体を排出する。なお、材料排出部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）に延びるスリット形状である。

また、リコータヘッド１１の両側面には、ブレード１１ｆｂ、１１ｒｂと第１供給口３３ａと第２排出口３４ｂとが設けられる。ブレード１１ｆｂ、１１ｒｂは、材料粉体を敷布する。換言するとブレード１１ｆｂ、１１ｒｂは、材料排出部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。第１供給口３３ａ及び第２排出口３４ｂ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）に沿ってそれぞれ設けられ、不活性ガスの供給及び排出を行う（詳細は後述）。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、ヘリウムガス等が例示される。

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）に沿って第３排出口３４ｃ及び第４排出口３４ｄがそれぞれ設けられる。第３排出口３４ｃ及び第４排出口３４ｄにより、ヒュームをより効率よく排出することができる（詳細は後述）。

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拡散装置１７が設けられる。ヒューム拡散装置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を通じて清浄室１７ｆに充満される。そして、清浄室１７ｆに充満された清浄な不活性ガスは、開口部１７ｂを通じてヒューム拡散装置１７の下方に向かって噴出される。

レーザ光照射部１３は、チャンバ１の上方に設けられる。レーザ光照射部１３は、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。具体的には、レーザ光照射部１３は、レーザ光源４２と２軸のガルバノミラー４３ａ、４３ｂと集光レンズ４４とを有する。なお、各ガルバノミラー４３ａ、４３ｂは、それぞれガルバノミラー４３ａ、４３ｂを回転させるアクチュエータを備えている。

レーザ光源４２はレーザ光Ｌを照射する。ここで、レーザ光Ｌは、材料粉体を焼結可能なレーザであって、例えば、ＣＯ_２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザ等である。

２軸のガルバノミラー４３ａ、４３ｂは、レーザ光源４２より出力されたレーザ光Ｌを制御可能に２次元走査する。特にガルバノミラー４３ａは、レーザ光Ｌを矢印Ｂ方向（Ｘ軸方向）に走査し、ガルバノミラー４３ｂは、レーザ光Ｌを矢印Ｃ方向（Ｙ軸方向）に走査する。ガルバノスキャナ４３ａ、４３ｂは、それぞれ、不図示の制御装置から入力される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。かかる特徴により、ガルバノミラー４３ａ、４３ｂの各アクチュエータ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を照射することができる。

集光レンズ４４は、例えばｆθレンズであり、レーザ光源４２より出力されたレーザ光Ｌを集光する。なお、集光レンズ４４は、レーザ光Ｌに沿ってレーザ光源４２とガルバノミラー４３ａ、４３ｂとの間に位置するように配置されていてもよい。

ガルバノミラー４３ａ、４３ｂ及び集光レンズ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。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。

次に、不活性ガス給排系統について説明する。不活性ガス給排系統は、ヒューム拡散装置１７と、不活性ガス供給装置１５と、ヒュームコレクタ１９と、ダクトボックス２１、２３とを含む。不活性ガス給排系統では、チャンバ１が常時所定濃度以上の不活性ガスで充満されているように不活性ガスを供給するとともに、レーザ光Ｌの照射によって発生したヒュームによって汚染された不活性ガスをチャンバ１の外に排出する。

不活性ガス給排系統は、チャンバ１に設けられる複数の不活性ガスの供給口及び排出口と、各供給口及び各排出口と不活性ガス供給装置１５及びヒュームコレクタ１９とを接続する配管を含む。本実施形態の供給口は、第１供給口３３ａと、第２供給口３３ｂと、副供給口３３ｅと、ヒューム拡散装置供給口３３ｄと、駆動室供給口（不図示）とからなる。本実施形態の排出口は、第１排出口３４ａと、第２排出口３４ｂと、第３排出口３４ｃと、第４排出口３４ｄと、副排出口３４ｅとからなる。

第１供給口３３ａは、第１排出口３４ａの設置位置に対応して第１排出口３４ａに対面するように設けられる。望ましくは、第１供給口３３ａは、リコータヘッド１１が材料供給装置３２の設置位置に対して所定の照射領域を挟んで反対側に位置しているときに第１排出口３４ａと対面するように、矢印Ｃ方向に沿ってリコータヘッド１１の片面に設けられる。

第１排出口３４ａは、チャンバ１の側板に第１供給口３３ａに対面するように所定の照射領域から所定距離離れて設けられる。また、第１排出口３４ａに接続するように吸引装置３５が設けられる。吸引装置３５は、レーザ光Ｌの照射経路からヒュームを効率よく排除することを助ける。また、吸引装置３５によって、第１排出口３４ａにおいて、より多くの量のヒュームを排出することができ、造形室１ｄ内にヒュームが拡散しにくくなる。

第２供給口３３ｂは、ベース台４の端上に所定の照射領域を間に置いて第１排出口３４ａに対面するように設けられる。第２供給口３３ｂは、リコータヘッド１１が所定の照射領域を通過して第１供給口３３ａが所定の照射領域を間に置かずに第１排出口３４ａに直面する位置にあるとき、第１供給口３３ａから第２供給口３３ｂに選択的に切り換えられて開放される。そのため、第２供給口３３ｂは、第１供給口３３ａから供給される不活性ガスと同じ所定の圧力と流量の不活性ガスを第１排出口３４ａに向けて供給するので、常に同じ方向に不活性ガスの流れを作り出し、安定した焼結を行なえる点で有利である。

第２排出口３４ｂは、リコータヘッド１１の第１供給口３３ａが設けられている片面に対して反対側の側面に、矢印Ｃ方向に沿って設けられる。第１供給口３３ａから不活性ガスを供給できないとき、換言すれば、第２供給口３３ｂから不活性ガスを供給するときに、所定の照射領域のより近くで不活性ガスの流れを作り出していくらかのヒュームを排出するので、ヒュームをより効率よくレーザ光Ｌの照射経路から排除することができる。

不活性ガス給排系統の不活性ガスの最大供給量を超えない範囲で、細長部材９ｒ、９ｌにそれぞれ第３排出口３４ｃ及び第４排出口３４ｄが矢印Ｂ方向に沿って設けられる。所定の照射領域がより広く造形領域Ｒの前側又は奥側の端にレーザ光Ｌの照射スポットがある場合は、第１供給口３３ａ又は第２供給口３３ｂから第１排出口３４ａまでの間に形成される不活性ガスの流れにヒュームが乗り切れずに漂流するおそれがある。第３排出口３４ｃ及び第４排出口３４ｄにより、ヒュームをより効率よく排出することができる。

また、本実施形態の不活性ガス給排系統は、第１排出口３４ａに対面するようにチャンバ１の側板に設けられヒュームコレクタ１９から送給されるヒュームが除去された清浄な不活性ガスを造形室１ｄに供給する副供給口３３ｅと、チャンバ１の上面に設けられヒューム拡散装置１７へ不活性ガスを供給するヒューム拡散装置供給口３３ｄと、チャンバ１の後チャンバに設けられ駆動室（不図示）へ不活性ガスを供給する不図示の駆動室供給口と、第１排出口３４ａの上側に設けられチャンバ１の上側に残留するヒュームを多く含む不活性ガスを排出する副排出口３４ｅとを備える。

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拡散装置１７が設けられる。ヒューム拡散装置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、ヒューム拡散装置供給口３３ｄを通じて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を通じて清浄室１７ｆに充満される。そして、清浄室１７ｆに充満された清浄な不活性ガスは、開口部１７ｂを通じてヒューム拡散装置１７の下方に向かって噴出される。この噴出された清浄な不活性ガスは、レーザ光Ｌの照射経路に沿って流れ出てレーザ光Ｌの照射経路からヒュームを排除し、ウィンドウ１ａがヒュームによって汚れることを防止する。

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、周囲の空気から窒素ガスを取り出す膜式窒素セパレータを備える装置である。本実施形態の不活性ガス供給装置１５は、第１供給口３３ａ及び第２供給口３３ｂを通じて不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給装置１５ａと、ヒューム拡散装置供給口３３ｄ及び不図示の駆動室供給口を通じて不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給装置１５ｂとからなる。第１不活性ガス供給装置１５ａとしては、不活性ガスの濃度を管理可能なものが好ましい。第２不活性ガス供給装置１５ｂは、第１不活性ガス供給装置１５ａと同様の構成の装置であってもよいが、造形領域Ｒから比較的離れた位置にある供給口と接続され比較的不活性ガス濃度管理の重要性が低いので、不活性ガスの濃度を管理する機能を有していなくてもよい。ヒュームコレクタ１９は、その上流側及び下流側にそれぞれダクトボックス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清浄な不活性ガスがダクトボックス２３を通じてチャンバ１の副供給口３３ｅ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として、図１に示すように、第１不活性ガス供給装置１５ａと、第１供給口３３ａ及び第２供給口３３ｂとがそれぞれ接続され、第２不活性ガス供給装置１５ｂと、ヒューム拡散装置供給口３３ｄ及び不図示の駆動室供給口とがそれぞれ接続される。また、ヒュームコレクタ１９と副供給口３３ｅとがダクトボックス２３を通じて接続される。第１不活性ガス供給装置１５ａ及び第２不活性ガス供給装置１５ｂは、制御装置を通して制御バルブが所定量開放されることによって、所定の圧力と流量の清浄な不活性ガスをチャンバ１へそれぞれ供給する。チャンバ１内に供給された不活性ガスは、造形室１ｄと不図示の駆動室との間の連通部を通じて造形室１ｄ内に供給される。

また、本実施形態の積層造形装置においては、造形室に連通する開口に設けられる作業扉が開かれた場合は、不図示の作業扉の開閉を検出する扉検知器によって制御装置は作業扉が開いていることを検出し、第１不活性ガス供給装置１５ａを停止するが、第２不活性ガス供給装置１５ｂは、不活性ガスを供給し続けるようにされている。作業扉が開いているときは、造形室１ｄに不活性ガスを供給しても大気中に拡散してしまうので、作業扉が開いているときに造形室１ｄへの不活性ガスの供給を停止することによって、不活性ガスの無駄な供給を抑制することができる。

ヒューム排出系統として、図１に示すように、第１排出口３４ａ、第２排出口３４ｂ、第３排出口３４ｃ、第４排出口３４ｄ及び副排出口３４ｅとヒュームコレクタ１９とがダクトボックス２１を通じてそれぞれ接続される。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清浄な不活性ガスは、チャンバ１へと返送され再利用される。

（積層造形方法）
次に、図１及び図５〜図７を用いて、上記の積層造形装置を用いた積層造形方法について説明する。なお、図５〜図７では、不活性ガス給排系統は図示を省略している。

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（図５）。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５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、造形プレート７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を照射することで材料粉体層８のレーザ光照射部位を焼結させることによって、図６に示すように、積層造形物全体に対して所定厚を有する分割層である１層目の焼結層８１ｆを得る。

次に、造形テーブル５の高さを材料粉体層８の所定厚（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８１ｆ上に２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７に示すように、２層目の焼結層８２ｆ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８３ｆ、４層目の焼結層８４ｆ、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。

好ましくは、焼結体の表面精度を高める等の目的で、複数層の焼結層を形成する度に、焼結層に対して、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を実施する。

必要数の焼結層を形成した後、未焼結の材料粉体を除去することによって、造形した焼結体を得ることができる。この焼結体は、例えば樹脂成形用の金型として利用可能である。

続いて、図８を用いて、上記の積層造形装置の制御系について説明する。図８に示すように、当該制御系は、計算系統、Ｕ軸系統及びレーザ系統を含む。

（計算系統）
ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）装置６０は、所望の積層造形物を形成するためのメインプログラムと、切削プログラムファイルと、造形プログラムファイル（レーザ照射プログラムファイル）とを含むプロジェクトファイルを作成する。なお、メインプログラムはシーケンス番号をふられた複数のプログラム行から構成され、更に各プログラム行は、所定の階層の焼結層の焼結指令や、所定の階層の焼結層への切削指令等からなる。各層における回転切削工具による切削経路やレーザ光Ｌの照射位置等に係る具体的な指令等は、切削プログラムや造形プログラムファイルに含まれる。

数値制御装置７０は、詳細は後述するが、予め作成され且つシーケンス番号をふられた複数のプログラム行を有するメインプログラムに従って造形テーブル５の高さを制御し、レーザ制御装置９０に照射すべき分割層を指定し照射開始の指令を出力することを含め、積層造形装置の各部の制御を行う。
数値制御装置７０は、フラッシュメモリ等のリムーバブル記憶媒体や通信回線等を介してＣＡＭ装置６０の作成したメインプログラムファイルと、切削プログラムファイルと、造形プログラムファイル（レーザ照射プログラムファイル）とを含むプロジェクトファイルを読み込むように構成される。また、数値制御装置７０は、演算部７１、比較部７２及び記憶部７３を有する。

演算部７１は、数値制御に係る種々の演算を実行する。例えば、演算部７１は、メインプログラムファイルと切削プログラムファイルを解析するとともに、メインプログラムを各プログラム行ごとに実行するよう各制御装置に指令信号を出力する。

比較部７２は、現在の造形テーブル５の高さ（第１の高さ）と記憶部７３に記憶された造形テーブル５の高さ（第２の高さ）とを比較するとともに、再開するプログラム行のシーケンス番号（第１の番号）と記憶部７３に記憶されたシーケンス番号（第２の番号）とを比較する。なお、かかる内容の詳細については後に中断時再開フロー（図１１）として説明する。

記憶部７３は、数値制御装置７０に係るデータや演算部７１の演算に係る一時的な変数の値等を記憶する。例えば、記憶部７３は、造形テーブル５の高さとシーケンス番号とを記憶する。具体的には、例えばＵ軸モータ７８の変位量は造形テーブル５の高さに影響するため、かかる変位量を検出して記憶し、変位量を比較することで間接的に造形テーブル５の高さを比較してもよい。

表示装置７４は、数値制御装置７０に接続され、数値制御装置７０に係るデータや、現在の造形テーブル５の高さが適切でない旨のエラーメッセージ等を画面に表示する。後者の詳細については後に中断時再開フロー（図１１）として説明する。

（Ｕ軸系統）
モータ制御装置７６は、数値制御装置７０に接続され、メインプログラムの各プログラム行に記載される造形テーブル５の高さを受信するように構成される。

モータ制御装置７６は、メインプログラムに基づいて所望の指令信号をドライバ７７に送信し、ドライバ７７は、当該指令信号に対応する大きさの駆動電流をＵ軸モータ７８に送信する。駆動電流によりＵ軸モータ７８が駆動し、その結果、造形テーブル５が上下方向に移動される。

また、Ｕ軸モータ７８にはＵ軸エンコーダ７９が接続され、Ｕ軸モータ７８の位置情報がモータ制御装置７６にフィードバックされるように構成される。上記の数値制御装置７０は、モータ制御装置７６に接続されているため、Ｕ軸モータ７８の位置情報を読み出すことができる。

（レーザ系統）
レーザ制御装置９０は、数値制御装置７０に接続され、数値制御装置７０から造形プログラムファイルを受信し、解析してレーザ光照射データの生成を行う。

レーザ制御装置９０は、レーザ光照射データに基づいて所望の指令信号をドライバ９１ａ、９１ｂに送信し、ドライバ９１ａ、９１ｂは、当該指令信号それぞれに対応する大きさの駆動電流をガルバノミラー４３ａ、４３ｂの各アクチュエータに送信する。駆動電流によりガルバノミラー４３ａ、４３ｂは所望の回転角を成し、その結果、造形テーブル５上でのレーザ光Ｌの照射位置が決定される。

また、レーザ制御装置９０は、他の指令信号をレーザ光源４２に送信し、レーザ光源４２より出力されるレーザ光Ｌのオン／オフ及びその出力を制御する。

［メインプログラムの実行フロー］
続いて、図９〜１０を用いてメインプログラムの実行フローを概説する。図１０にはメインプログラムの一例を抜粋して示してある。

（ステップＳ１−１）
数値制御装置７０は、ＣＡＭ装置６０によって作成された、所望の積層造形物を形成するためのメインプログラムファイルと、切削プログラムファイルと、造形プログラムファイルとを含むプロジェクトファイルを読み込む。メインプログラムと切削プログラムファイルは演算部７１によって解析され、記憶部７３に記憶される。

（ステップＳ１−２）
数値制御装置７０は、造形プログラムファイルをレーザ制御装置９０に送信する。レーザ制御装置９０は造形プログラムファイルを解析し、レーザ光照射データを生成する。

（ステップＳ１−３〜Ｓ１−４）
続いて、演算部７１によって、記憶部７３に記憶されたメインプログラムが読み出されるとともに、シーケンス番号がｋのプログラム行が実行される。図１０に示す一例のプログラム行のように、シーケンス番号は、実行するプログラム順にＮ００００１、Ｎ００００２、・・・というようにふられている。当該プログラム行には、所定の階層の焼結層の焼結指令や、所定の階層の焼結層への切削指令等が含まれる。かかる指令に基づき、数値制御装置７０やレーザ制御装置９０は切削プログラムやレーザ光照射データを基に各部に具体的な指令を出す。例えば、図１０におけるＮ０００１０は５層目の焼結層の形成を指示するプログラムであり、本プログラムが実行されると、造形テーブル５の高さを各分割層の所定厚分降下させ、粉体層形成装置３のリコータヘッド１１により所定厚の材料粉体層８を形成し、レーザ光照射部１３によって材料粉体層８上の所定の照射位置に所要のエネルギーのレーザ光Ｌを照射して焼結層を形成するよう指令が出される。

（ステップＳ１−５〜Ｓ１−６）
当該実行中のプログラム行が完了した際には、そのシーケンス番号と当該プログラム行における焼結時の造形テーブル５の高さが、記憶部７３に記憶される。例えば図１０においてｋ＝Ｎ００００６のプログラム行が完了されたときは、記憶部７３にＮ００００６が記憶される。なおメインプログラムにおいて、最初の段落から所定の段落までは造形を行うにあたっての初期設定の指令である。例えば、図１０に示すプログラムにおいてはＮ００００１からＮ００００５まではマクロの呼び出しや位置決め等の指令であり、実際の積層造形の指令はＮ００００６以降に記述されている。ゆえに、実際の積層造形の指令、すなわち１層目の焼結指令が完了した時点（図１０においてはｋ＝Ｎ００００６の完了時点）からシーケンス番号と造形テーブル５の高さの記憶を開始するよう構成してもよい。

（ステップＳ１−７〜Ｓ１−８）
最後のプログラム行が完了するまで、演算部７１によって、各プログラム行がシーケンス番号の順に実行され続ける。最後のプログラム行にはプログラムエンドの指令が記述されている。

上述の通り、材料粉体層８の形成、材料粉体の焼結、焼結体への切削加工等の各工程を含む積層造形中に意図的に、あるいは装置内におけるモータへの過剰負荷等の予期せぬエラー等により、上記のメインプログラムが中断される場合がある。

［中断時の再開フロー］
以下、図１１に示す各ステップに沿って、中断されたメインプログラムを再開するフロー（プログラム再開方法）を説明する。

（ステップＳ２−１）
作業者によって、中断の要因の排除と再開のための準備が行われる。例えば、焼結層の形成途中で中断した場合、再開時は当該階層の材料粉体層８の形成からやり直すため、再開前に当該階層の未完成の焼結層を切削除去する必要がある。

（ステップＳ２−２）
作業者によって、造形テーブル５の高さと再開するプログラム行のシーケンス番号とが設定され、造形テーブル５の位置が造形再開に適する位置に移動される。また作業者によって、再開指示が入力される。

（ステップＳ２−３〜Ｓ２−４）
比較部７２によって、作業者によって設定された造形テーブル５の高さ（すなわち現在の造形テーブル５の高さ）と中断時に記憶部７３に記憶されている造形テーブル５の高さとが比較される。もし、これらの造形テーブル５の高さが不整合であれば、表示装置７４によって、現在の造形テーブル５の高さが適切でない旨のエラーメッセージが表示される。なお、ここで造形テーブル５の高さが整合するとは、中断時に記憶部７３に記憶されている造形テーブル５の高さと、作業者によって設定された造形テーブル５との高さとが一致する場合を表すものとする。

（ステップＳ２−５〜Ｓ２−６）
比較部７２によって、作業者によって設定された再開するプログラム行のシーケンス番号と中断時に記憶部７３に記憶されているシーケンス番号とが比較される。もし、これらのシーケンス番号が不整合であれば、表示装置７４によって、設定された再開するプログラム行のシーケンス番号が適切でない旨のエラーメッセージが表示される。なお、ここでシーケンス番号が整合するとは、中断時に記憶部７３に記憶されているシーケンス番号に１を加算したシーケンス番号と、作業者によって設定されたシーケンス番号とが一致する場合を表すものとする。例えば、Ｎ０００１０を実行している途中に中断した場合、記憶部７３にはシーケンス番号としてＮ００００９が記憶されているから、再開時に実行するプログラム行としてＮ０００１０が設定されていればシーケンス番号が整合することになる。ここで、意図的に造形テーブル５の高さや再開するプログラム行を変更してメインプログラム行が実行できるよう、エラーメッセージを表示した後そのまま再開できるよう構成してもよい。

かかる再開フローにより、数値制御装置７０によってメインプログラムの再開が許可される。その結果、再開指示時に作業者による設定ミスがあったとしても、実行前に設定ミスを認識し修正することができる。そのため、従来に比して造形失敗による材料粉体や時間の無駄を低減することができる。

本発明は、以下の態様でも実施可能である。
第１に、図１１に示すステップＳ２−２において、作業者による再開するプログラム行及び造形テーブル５の高さの設定を不要としてもよい。かかる場合ステップＳ２−３〜２−６に代えて、作業者による再開指示の入力を契機として、積層造形装置が、記憶部７３に記憶された造形テーブル５の高さとなるように造形テーブル５を移動させ、記憶部７３に記憶されたシーケンス番号に１を加算したシーケンス番号のプログラム行からメインプログラムが再開される。
第２に、上述の実施形態ではレーザ光Ｌの走査手段として一対のガルバノミラー４３ａ、４３ｂを用いたが、レーザ光Ｌは別の手段によって走査させてもよい。
第３に、表示装置７４によるエラーメッセージの表示は、不適切である旨を警告する他の方法（例えば所定の警告音が発せられる等）に代えてもよいし、その組み合わせであってもよい。
第４に、記憶された造形テーブル５の高さに代えて、造形開始時の造形テーブル５の高さと、焼結層の累積数と材料粉体層８の所定厚との積との差から造形テーブル５の高さを算出するように構成されてもよい。
第５に、図１１に示すステップＳ２−３〜Ｓ２−４とステップＳ２−５〜Ｓ２−６との実行順序を逆にしてもよい。
第６に、上述の実施形態では造形テーブル５の高さとシーケンス番号を各プログラム行の完了時に行ったが、造形テーブル５の高さとシーケンス番号の両方、又は一方を記憶するタイミングを変更してもよい。例えば、各プログラム行の完了時に代えて、各プログラム行の開始時に造形テーブル５の高さとシーケンス番号とを記憶するように構成されてもよい。かかる場合、シーケンス番号が整合するとは、中断時に記憶部７３に記憶されているシーケンス番号そのものと、作業者によって設定されたシーケンス番号とが一致する場合を表すものとする。

１：チャンバ、１ａ：ウィンドウ、１ｄ：造形室、３：粉体層形成装置、４：ベース台、５：造形テーブル、７：造形プレート、８：材料粉体層、９ｌ：細長部材、９ｒ：細長部材、１１：リコータヘッド、１１ａ：材料収容部、１１ｂ：材料供給部、１１ｃ：材料排出部、１１ｆｂ、１１ｒｂ：ブレード、１３：レーザ光照射部、１５：不活性ガス供給装置、１５ａ：第１不活性ガス供給装置、１５ｂ：第２不活性ガス供給装置、１７：ヒューム拡散装置、１７ａ：筐体、１７ｂ：開口部、１７ｃ：拡散部材、１７ｄ：不活性ガス供給空間、１７ｅ：細孔、１７ｆ：清浄室、１９：ヒュームコレクタ、２１、２３：ダクトボックス、２６：粉体保持壁、３１：駆動機構、３２：材料供給装置、３３ａ：第１供給口、３３ｂ：第２供給口、３３ｄ：ヒューム拡散装置供給口、３３ｅ：副供給口、３４ａ：第１排出口、３４ｂ：第２排出口、３４ｃ：第３排出口、３４ｄ：第４排出口、３４ｅ：副排出口、３５：吸引装置、４２：レーザ光源、４３ａ、４３ｂ：ガルバノミラー、４４：集光レンズ、６０：ＣＡＭ装置、７０：数値制御装置、７１：演算部、７２：比較部、７３：記憶部、７４：表示装置、７６：モータ制御装置、７７：ドライバ、７８：Ｕ軸モータ、７９：Ｕ軸エンコーダ、８１ｆ、８２ｆ、８３ｆ、８４ｆ：焼結層、９０：レーザ制御装置、９１ａ、９１ｂ：ドライバ、Ｌ：レーザ光、Ｒ：造形領域。

Claims (16)

1. 予め作成され且つシーケンス番号をふられた複数のプログラム行を有するメインプログラムに従って所望の積層造形物の形状を所定厚で分割してなる分割層ごとに、上下方向に移動可能な造形テーブル上に前記所定厚の材料粉体層を形成し、続いてレーザ制御装置を作動させて前記材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射することで焼結層を形成することを繰り返して所望の積層造形物を形成するように構成される数値制御装置、を具備する積層造形装置であって、
   前記数値制御装置は、
   前記メインプログラムを各プログラム行ごとに前記シーケンス番号の順で実行する演算部と、
   前記プログラム行のシーケンス番号を記憶する記憶部と、
   前記メインプログラムが中断した後、前記メインプログラムを再開する際に、現在の造形テーブルの高さである第１の高さと再開時に適する造形テーブルの高さである第２の高さとを比較するとともに、再開するプログラム行のシーケンス番号である第１の番号と前記記憶部に記憶されたシーケンス番号である第２の番号とを比較する比較部と、を有し、
   前記焼結層を形成する各プログラム行は、前記造形テーブルの高さを前記所定厚分降下させ前記造形テーブル上に前記所定厚の前記材料粉体層を形成する指令と、前記材料粉体層上の前記所定箇所に前記レーザ光を照射することで前記焼結層を１層形成する指令と、をそれぞれ含み、
   前記数値制御装置は、中断されたプログラム行の冒頭からメインプログラムを再開するように構成される、
   積層造形装置。
2. 前記記憶部は、前記造形テーブルの高さを更に記憶し、
   前記第２の高さは、記憶された前記造形テーブルの高さから求められるように構成される、請求項１に記載の積層造形装置。
3. 前記記憶部は、各プログラム行の完了時において、完了した当該プログラム行のシーケンス番号及び当該プログラム行でのプログラム完了時の造形テーブルの高さを記憶する、請求項２に記載の積層造形装置。
4. 前記記憶部は、前記焼結層の累積数を更に記憶し、
   前記第２の高さは、造形開始時の前記造形テーブルの高さと、前記焼結層の累積数と前記材料粉体層の前記所定厚との積との差から求められるように構成される、
   請求項１に記載の積層造形装置。
5. 前記記憶部は、各プログラム行の完了時において、完了した当該プログラム行のシーケンス番号を記憶する、請求項４に記載の積層造形装置。
6. 前記数値制御装置は、前記メインプログラムが中断した後、再開指示の入力を契機として前記造形テーブルを前記第２の高さとなるように制御し且つ中断されたプログラム行からメインプログラムを再開するように構成される、請求項１〜請求項５の何れか１つ記載の積層造形装置。
7. 前記数値制御装置は、前記メインプログラムを再開する際に、前記第１の高さと前記第２の高さとが整合しないか、又は前記第１の番号と前記第２の番号とが整合しないときは、所定の警告を発するように構成される、請求項１〜請求項６の何れか１つに記載の積層造形装置。
8. 前記数値制御装置は、前記メインプログラムを再開する際に、前記第１の高さと前記第２の高さとが整合し、且つ前記第１の番号と前記第２の番号とが整合するときは、前記メインプログラムの再開を許可するように構成される、請求項１〜請求項７の何れか１つに記載の積層造形装置。
9. シーケンス番号をふられた複数のプログラム行を有するメインプログラムを開始する開始工程と、
   １層の焼結層を形成する各プログラム行において、
   造形テーブルの高さを所望の高さに設定する設定工程と、
   レーザ光を照射することで所望の積層造形物の形状を所定厚で分割してなる分割層ごとに前記造形テーブル上に敷布された材料粉体を焼結して焼結層を形成する形成工程と、
   前記プログラム行のシーケンス番号を記憶する記憶工程と、
   を具備する積層造形装置のプログラム再開方法であって、
   前記メインプログラムが中断した後、中断されたプログラム行の冒頭から前記メインプログラムを再開する際に、現在の造形テーブルの高さである第１の高さと再開時に適する造形テーブルの高さである第２の高さとを比較するとともに、再開するプログラム行のシーケンス番号である第１の番号と前記記憶工程において記憶されたシーケンス番号である第２の番号とを比較する比較工程と、
   を更に備える、
   積層造形装置のプログラム再開方法。
10. 前記記憶工程では、前記造形テーブルの高さを更に記憶し、
    前記第２の高さは、記憶された前記造形テーブルの高さから求められる、請求項９に記載の積層造形装置のプログラム再開方法。
11. 各プログラム行の完了時において、完了した当該プログラム行のシーケンス番号及び当該プログラム行でのプログラム完了時の造形テーブルの高さを記憶する、請求項１０に記載の積層造形装置のプログラム再開方法。
12. 前記記憶工程では、前記焼結層の累積数を更に記憶し、
    前記第２の高さは、造形開始時の前記造形テーブルの高さと、前記焼結層の累積数と前記材料粉体層の前記所定厚との積との差から求められるように構成される、請求項９に記載の積層造形装置のプログラム再開方法。
13. 各プログラム行の完了時において、完了した当該プログラム行のシーケンス番号を記憶する、請求項１２に記載の積層造形装置のプログラム再開方法。
14. 前記メインプログラムが中断した後、再開指示の入力を契機として前記造形テーブルを前記第２の高さとなるように制御し且つ中断されたプログラム行からメインプログラムを再開する、請求項９〜請求項１３の何れか１つに記載の積層造形装置のプログラム再開方法。
15. 前記比較工程の結果、前記第１の高さと前記第２の高さとが整合しないか、又は前記第１の番号と前記第２の番号とが整合しないときは、所定の警告を発する、請求項９〜請求項１４の何れか１つに記載の積層造形装置のプログラム再開方法。
16. 前記比較工程の結果、前記第１の高さと前記第２の高さとが整合し、且つ前記第１の番号と前記第２の番号とが整合するときは、前記メインプログラムの再開を許可する、請求項９〜請求項１５の何れか１つに記載の積層造形装置のプログラム再開方法。