JP6112693B1 - 積層造形装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】造形領域内で適切に三次元造形物を形成するとともに装置の損壊を防止する方法の提供。【解決手段】三次元造形物の生成が可能な最大の範囲である造形領域αを少なくとも覆うチャンバと、チャンバ内の造形領域αに配置され所望の三次元造形物を所定厚で分割してなる複数の各分割層毎に材料粉体が均一に撒布され材料粉体層が形成される造形テーブル３３と、造形テーブル３３を取り囲みかつ造形テーブル上３３に供給された材料粉体を保持する粉体保持壁３５と、材料粉体層上の各分割層毎の所望の三次元造形物の輪郭形状で形成される所定の照射領域βにレーザ光Ｌを照射して焼結層を形成するレーザ照射装置５と、分割層のすべての層において照射領域βが造形領域αに内包されるかを少なくとも焼結前に確認する数値制御装置と、を備える積層造形装置。【選択図】図５

Description

この発明は、積層造形装置に関する。
レーザ光による粉末焼結積層造形法においては、造形テーブル上に材料粉体を均一に撒布して材料粉体層を形成し、材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して焼結させることによって焼結層を形成し、この焼結層の上に材料粉体を均一に撒布して新たな材料粉体層を形成し、その新たな材料粉体層にレーザ光を照射して焼結させることによって下の焼結層と接合した新たな焼結層を形成し、そしてこれら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造形物を形成する。
レーザ光は、例えば、ガルバノスキャナのような光偏向器によって走査される。そのため、光偏向器あるいは機械の変位によって、レーザ制御装置上の所定の走査経路と、実際に材料粉体層上に形成される走査軌跡との間に不可避のずれが生じる。そこで、所定の走査経路上に照射されるようにレーザ光を走査するためには、ずれ量を測定し補正を行う必要がある。例えば、特許文献１および特許文献２のように、造形領域上に載置された較正板（基板、感熱紙等）に対し、一定の間隔で格子枠状にレーザ光の走査を行い、走査軌跡の交点等、所定の位置を測定し、所定の位置における実位置と基準となる位置とを比較する等の方法でずれ量を算出し補正する積層造形装置が公知である。
ところで、レーザ光を用いる積層造形装置においては、安全上、レーザ光の照射位置に対して物理的な制限である機械リミットと制御上の制限であるソフトウェアリミットによって、レーザ光の走査が可能な領域である照射可能領域が設定されている。特許文献１および特許文献２の発明のように、障害が発生することなく正常に三次元造形物の生成が可能な最大の領域である造形領域を基準にしてずれ量を測定してレーザ光の走査経路または複数の照射位置を補正する場合は、補正前に形成される例えば格子枠状のレーザ光の走査軌跡または複数の照射痕が含まれる"補正領域"が部分的に造形領域を超えることがあるので、制御上、正しく補正を行なうために、照射可能領域が造形領域を包含して造形領域よりも広く設定されている必要がある。
特許第２９７９４３１号公報 特許第３４４６７４１号公報
照射可能領域が造形領域を包含して造形領域よりも広く設定された積層造形装置では、造形領域外への照射命令を含む等造形に係るデータに誤りがある場合、造形領域外にレーザ光を照射してしまい、正常に造形物を形成できないばかりか、装置を損壊してしまう虞がある。仮に、照射可能範囲が造形領域と一致するように設定されていたとしても、そもそも造形に係るデータに誤りがあった場合は、造形を続けることができず、それまでに要した材料粉体等が無駄になるうえ、時間的損失も発生する。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、分割層のすべての層においてレーザ光の照射領域が造形領域に内包されるかを造形開始前に確認することで、造形領域内で適切に三次元造形物を形成することができる積層造形装置を提供することを主たる目的とするものである。
本発明によれば、三次元造形物の生成が可能な最大の範囲である造形領域を少なくとも覆うチャンバと、チャンバ内の造形領域に配置され所望の三次元造形物を所定厚で分割してなる複数の各分割層毎に材料粉体が均一に撒布され材料粉体層が形成される造形テーブルと、造形テーブルを取り囲みかつ造形テーブル上に供給された材料粉体を保持する粉体保持壁と、材料粉体層上の各分割層毎の所望の三次元造形物の輪郭形状で形成される所定の照射領域にレーザ光を照射して焼結層を形成するレーザ照射装置と、造形領域の中心を原点とするレーザ照射装置のレーザ座標系における造形領域の水平１軸方向の制御軸Ｘ軸の最大値と最小値およびＸ軸に直交する水平１軸方向の制御軸Ｙ軸の最大値と最小値との４点の座標値を求めるとともに、輪郭形状にワークオフセット値を加算して決まる照射領域のＸ軸の最大値と最小値およびＹ軸の最大値と最小値との４点の座標値を求めて、造形領域と照射領域のＸ軸の各最大値同士、Ｘ軸の各最小値同士、Ｙ軸の各最大値同士、Ｙ軸の各最小値同士をそれぞれ比較し、造形領域のＸ軸の最大値が照射領域のＸ軸の最大値以上であり、かつ造形領域のＹ軸の最大値が照射領域のＹ軸の最大値以上であり、かつ造形領域のＸ軸の最小値が照射領域のＸ軸の最小値以下であり、かつ造形領域のＹ軸の最小値が照射領域のＹ軸の最小値以下であるときに分割層のすべての層において照射領域が造形領域に内包されると判断することによって、分割層のすべての層において照射領域が造形領域に内包されるかを少なくとも焼結前に確認する数値制御装置と、を備える積層造形装置を提供するものである。
本発明に係る積層造形装置においては、分割層のすべての層においてレーザ光の照射領域が造形領域に内包されるかを確認したうえで造形を開始する。そのため、造形領域内で適切に三次元造形物を形成することができ、造形の中止を防止できる。また、レーザ光が不適当な位置に照射されることによる装置の損壊を防止できる。
本発明の一実施形態の積層造形装置１の構成図である。 粉体層形成装置３およびレーザ照射装置５を示す斜視図である。 リコータヘッド４の斜視図である。 リコータヘッド４の別の角度から見た斜視図である。 造形テーブル３３、粉体保持壁３５および上部ワイパ３７の上面図であり、積層造形装置１の座標系を示す説明図である。 積層造形装置１の制御系を示すブロック図である。 切削工具２１２の上面切削時の切削経路の生成方法の例を示す説明図である。 切削工具２１２の上面切削時の切削経路の生成方法の例を示す説明図である。
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に説明される複数の各構成部材における変形例は、それぞれ任意に組み合わせて実施することができる。
図１に示すように、本発明の一実施形態の積層造形装置１は、実質的に密閉されるように構成されたチャンバ１０を備える。チャンバ１０は、粉体層形成装置３が設けられ積層造形を行う造形室１１と、加工ヘッド駆動装置２３の大部分が収容される駆動室とに蛇腹によって仕切られており、図１では造形室１１のみ表示している。不図示の不活性ガス供給装置は、チャンバ１０内が常時所定濃度以上の不活性ガスで充満されるように造形室１１と駆動室にそれぞれ不活性ガスを供給するとともに、レーザ光Ｌの照射のため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１０の外に排出する。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、材料粉体の種類に応じて適当なものが選択される。
粉体層形成装置３は、造形領域αを有するベース台３１と、ベース台３１上に配置されかつ水平１軸方向（矢印Ｓ方向）に移動可能に構成されたリコータヘッド４を備える。造形領域αには、上下方向（矢印Ｕ方向）に移動可能な造形テーブル３３が設けられる。積層造形装置１の使用時には、造形テーブル３３上に造形プレート６１が配置され、その上に材料粉体層６３が形成される。造形テーブル３３の周りには、粉体保持壁３５が設けられる。粉体保持壁３５と造形テーブル３３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。造形領域αは、造形を行なう作業領域、すなわち材料粉体層６３が形成され焼結層を形成することのできる、三次元造形物の生成が可能な最大の領域の全体を示し、実質的に造形テーブル３３の上面全面に相当する。
図２に示すように、造形テーブル３３は、粉体保持壁３５とは直接接触しておらず、造形テーブル３３の周縁に配置された上部ワイパ３７が粉体保持壁３５に接触する。そして、造形テーブル３３の移動時には、上部ワイパ３７が粉体保持壁３５に摺動される。このような構成によって粉体保持空間内の材料粉体が漏れ出すことを抑制している。
リコータヘッド４は、図３および図４に示すように、材料粉体を貯留する材料収容部４１と、材料収容部４１の上面に設けられ材料粉体の受口となる材料供給部４３と、材料収容部４１の底面に設けられかつ材料収容部４１内の材料粉体を吐出する材料吐出部４５とを備える。材料吐出部４５は、リコータヘッド４の移動方向（矢印Ｓ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｔ方向）に延びるスリット形状である。なお、材料粉体は、例えば鉄粉等の金属粉体であり、例えば平均粒径２０μｍの球形である。また、リコータヘッド４の両側面には、一対のブレード４７，４９がそれぞれ設けられる。ブレード４７，４９は、材料吐出部４５から吐出された材料粉体を平坦化して材料粉体層６３を形成する。
切削装置２は、加工ヘッド２１と、加工ヘッド駆動装置２３とを備える。加工ヘッド駆動装置２３は、造形室１１内に配置される加工ヘッド２１をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動装置２３２と、Ｙ軸駆動装置２３２をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置２３１と、加工ヘッド２１をＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置２３３とで構成される。加工ヘッド２１はスピンドルヘッド２１１を備え、スピンドルヘッド２１１は、エンドミルなどの切削工具２１２を装着してＲ軸を中心に回転させることができるように構成されている。以上の構成によって、加工ヘッド２１は、スピンドルヘッド２１１を造形室１１内の任意の位置に移動させて、焼結層の主に端面に対して切削加工を施すことができるようになっている。以下、この切削加工を端面切削という。この切削工具２１２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ってもよい。また、焼結層や造形プレート６１の平滑化を目的として、焼結層や造形プレート６１の上面に対して切削加工を行ってもよい。以下、この切削加工を上面切削という。例えば上面切削は、リコータヘッド４が焼結層の隆起部に衝突したときに隆起部を除去するため等に行われる。
チャンバ１０の上方にはレーザ照射装置５が設けられ、レーザ照射装置５から出力されたレーザ光Ｌは、チャンバ１０に設けられたウィンドウ１３を透過して造形領域αに形成された材料粉体層６３の所定の照射領域βに照射され、焼結層を形成する。所定の照射領域βは、造形領域αに内包され、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。レーザ照射装置５は、造形領域αにおいてレーザ光Ｌを二次元走査可能に構成されていればよく、例えば図２に示すように、レーザ光Ｌを生成するレーザ光源５１と、レーザ光源５１より出力されたレーザ光Ｌを集光し所望のスポット径に調整するフォーカス制御ユニット５３と、レーザ光Ｌを造形領域αにおいて二次元走査可能とする一対のガルバノミラーであるＸ軸ガルバノミラー５５およびＹ軸ガルバノミラー５７とを備える。Ｘ軸ガルバノミラー５５およびＹ軸ガルバノミラー５７はそれぞれＡ軸，Ｂ軸を駆動軸として回転し、それぞれＸ軸，Ｙ軸方向にレーザ光Ｌを走査させる。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、ＣＯ２レーザ、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザなどである。ウィンドウ１３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がファイバレーザ又はＹＡＧレーザの場合、ウィンドウ１３は石英ガラスで構成可能である。
チャンバ１０の上面には、ウィンドウ１３を覆うようにヒューム拡散装置１５が設けられる。ヒューム拡散装置１５は、円筒状の筐体１５１と、筐体１５１内に配置された円筒状の拡散部材１５２を備える。筐体１５１と拡散部材１５２の間に不活性ガス供給空間１５３が設けられる。また、筐体１５１の底面には、拡散部材１５２の内側に開口部１５４が設けられる。拡散部材１５２には多数の細孔１５５が設けられており、不活性ガス供給装置から不活性ガス供給空間１５３に供給された清浄な不活性ガスは細孔１５５を通じて清浄室１５６に充満される。そして、清浄室１５６に充満された清浄な不活性ガスは、開口部１５４を通じてヒューム拡散装置１５の下方に向かって噴出される。ヒューム拡散装置１５は、ウィンドウ１３が焼結層の形成時に発生するヒュームによって汚染されることを防止するとともに、レーザ光Ｌの照射経路を横断しようとするヒュームを照射経路からチャンバ１０の側板方向に排除することを助ける。
ここで、図５に基づき、本実施形態の積層造形装置１の座標系について説明する。機械座標系は積層造形装置１固有の座標系であり、機械座標系における原点を機械原点ＯＭとし、その座標値を（０，０）とする。機械座標系における平面座標軸をそれぞれＸ軸、Ｙ軸とする。ワーク座標系は、ワーク原点ＯＷを原点とし、座標軸をＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ平行であるＸＷ軸、ＹＷ軸とする、切削加工を行う上での基準座標系である。ワーク原点ＯＷは機械原点ＯＭからＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれＸ軸ワークオフセットＸＷ、Ｙ軸ワークオフセットＹＷだけ移動した位置に設定され、ワーク原点ＯＷの座標値は（ＸＷ，ＹＷ）と表せる。ワーク原点ＯＷは切削工具２１２による切削位置を決める上での原点となる。ワークオフセットＸＷ，ＹＷを入力することで任意の位置をワーク原点ＯＷとするワーク座標系を設定でき、所望の位置に造形を行うことができる。換言すれば、ワーク座標系をＸＷ軸、ＹＷ軸に代えて、Ｘ軸、Ｙ軸を座標軸とするＸＹ座標系と読みかえて制御することができる。
また、レーザ座標系は、レーザ原点ＯＬを原点とし、座標軸をＸ軸、Ｙ軸にそれぞれ平行であるＸＬ軸、ＹＬ軸とする、レーザ光の照射を行う上での基準座標系である。ワーク座標系とレーザ座標系は互いに対応付けられ、レーザ座標系もまた、Ｘ軸、Ｙ軸を座標軸とするＸＹ座標系と読みかえて制御することができる。また、それぞれの座標系における造形領域は一致する。レーザ座標系の原点であるレーザ原点ＯＬは造形領域の中心に位置し、レーザ原点ＯＬの座標値は（ＸＬ，ＹＬ）とする。
前述の通り、レーザ座標系においては、所定の走査経路上に照射されるようにレーザ光Ｌを走査するために、ずれ量を測定し補正を行う必要がある。そこで例えば、造形開始前に、造形テーブル３３上に較正板を載置し、較正板に対し格子枠状等所定の走査パターンでレーザ光Ｌの走査を行い、走査の交点等、所定の位置を測定することでずれ量を算出し補正を行う。また、ワーク座標系とレーザ座標系は互いに対応付けられる必要がある。そこで例えば、造形領域αを挟んで対向するように不図示の一対の撮像部を設け、造形前や造形途中に、撮像部の中心位置に対しレーザ光Ｌの照射を行い、撮像部の中心位置と実際の照射位置とのずれ量を測定して補正を行う。
ここで、本実施形態の積層造形装置１における各制御軸を整理する。加工ヘッド２１における水平１軸方向の制御軸をＸ軸、Ｘ軸に直交する水平１軸方向の制御軸をＹ軸、鉛直１軸方向の制御軸をＺ軸とし、スピンドルヘッド２１１における回転方向の制御軸をＲ軸とする。また、リコータヘッド４の移動方向である水平１軸方向の制御軸をＳ軸とする。また、造形テーブル３３の移動方向である鉛直１軸方向の制御軸をＵ軸とする。また、一対のガルバノミラー５５，５７の制御軸をそれぞれＡ軸、Ｂ軸とする。
次に、図６に基づき、本実施形態の積層造形装置１の制御系について説明する。ＣＡＭ装置７１は、所望の三次元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、所望の三次元造形物を所定の厚み毎に分割してなる分割層の各層における焼結指令や、焼結層への切削指令等からなる。端面切削時の切削工具２１２による切削経路やレーザ光Ｌの走査経路に係る具体的な指令等は、切削プログラムファイルや造形プログラムファイルに含まれる。切削プログラムファイルに含まれる端面切削時の切削経路は、基本的には切削の対象となる焼結層に対応する分割層における照射領域βの輪郭に切削工具２１２の半径ｒ分外側にオフセットを加えて生成している。ただし、後述するように、上面切削時の切削工具２１２による切削経路は、切削プログラムファイルには含まれず、数値制御装置７３によって都度生成される。なお、切削経路とは切削時の切削工具２１２の中心の移動軌跡をいう。加えて、ＣＡＭ装置７１は、造形物と切削工具２１２等が干渉しないよう、切削プログラムファイルと造形プログラムファイルの干渉チェックを行っている。
数値制御装置７３は、記憶装置７３１と、演算装置７３２と、メモリ７３３とを備える。記憶装置７３１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７１から送られたプロジェクトファイルを記憶する。演算装置７３２は、数値制御に係る種々の演算を実行する。例えば、演算装置７３２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軸の制御装置８１１，８２１，８３１，８４１，８５１，８６１に指令信号を出力する。加えて、演算装置７３２は、分割層のすべての層において照射領域βが造形領域αに内包されるかの確認も行う。メモリ７３３は、演算装置７３２によって解析され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を一時的に記憶する。記憶されるデータには、例えば造形物のＸ座標の最大値ＸＭＡＸ、Ｙ座標の最大値ＹＭＡＸ、Ｘ座標の最小値ＸＭＩＮ、Ｙ座標の最小値ＹＭＩＮ等が含まれている。表示装置７５は、数値制御装置７３に接続され、数値制御装置７３から送られてきたデータを基に、積層造形装置１の稼働状態や、エラーメッセージ等を画面に表示する。
解析されたメインプログラムファイルおよび切削プログラムファイルを基にして、数値制御装置７３から各軸の制御装置８１１，８２１，８３１，８４１，８５１，８６１へ所望の指令信号が送られる。各軸の制御装置８１１，８２１，８３１，８４１，８５１，８６１は、所望の指令信号を駆動電流供給装置８１２，８２２，８３２，８４２，８５２，８６２に送信し、駆動電流供給装置８１２，８２２，８３２，８４２，８５２，８６２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各軸のモータ８１３，８２３，８３３，８４３，８５３，８６３に送信する。なお、各モータ８１３，８２３，８３３，８４３，８５３，８６３はフィードバック制御される。
レーザ制御装置７７は、数値制御装置７３に接続され、数値制御装置７３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７７は、レーザ光照射データに基づいて所望の指令信号を各軸の制御装置８７１，８８１に送信する。各軸の制御装置８７１，８８１は、所望の指令信号を駆動電流供給装置８７２，８８２に送信し、駆動電流供給装置８７２，８８２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５５，５７の各アクチュエータ８７３，８８３に送信する。駆動電流によりガルバノミラー５５，５７は所望の回転角を成し、その結果、造形テーブル３３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７７は、レーザ光源５１より照射されるレーザ光Ｌのオン／オフや強度等を制御する。なお、各アクチュエータ８７３，８８３はフィードバック制御される。
ここで、分割層のすべての層において照射領域βが造形領域αに内包されるかどうかの確認方法を具体的に説明する。この確認は少なくともレーザ光Ｌによる１層目の焼結層の形成を開始する前に行われる。本実施形態では造形を開始（プログラムファイルを実行）してから１層目の材料粉体層６３を形成するまでの間に確認を行う。
まず演算装置７３２により、造形領域αのＸ座標の最大値αＸＭＡＸ、Ｙ座標の最大値αＹＭＡＸ、Ｘ座標の最小値αＸＭＩＮ、Ｙ座標の最小値αＹＭＩＮをそれぞれ求める。数値制御装置７３上で設定されるレーザ光Ｌのストローク範囲を、Ｘ軸、Ｙ軸についてそれぞれＬＸ，ＬＹとする。また、前述の通りレーザ原点ＯＬ（ＸＬ，ＹＬ）は造形領域αの中心に位置する。以上のことから、
Figure 0006112693
Figure 0006112693
Figure 0006112693
Figure 0006112693
 とそれぞれ表せる。
次に演算装置７３２により、照射領域βのＸ座標の最大値βＸＭＡＸ、Ｙ座標の最大値βＹＭＡＸ、Ｘ座標の最小値βＸＭＩＮ、Ｙ座標の最小値βＹＭＩＮをそれぞれ求める。造形物のＸ座標の最大値ＸＭＡＸ、Ｙ座標の最大値ＹＭＡＸ、Ｘ座標の最小値ＸＭＩＮ、Ｙ座標の最小値ＹＭＩＮは既知であり、メモリ７３３に格納されているデータを参照すればよい。また、Ｘ軸，Ｙ軸におけるワークオフセットはそれぞれＸＷ，ＹＷであるので、
Figure 0006112693
Figure 0006112693
Figure 0006112693
Figure 0006112693
 とそれぞれ表せる。
このとき、
Figure 0006112693
 が真であるとき、分割層のすべての層において照射領域βが造形領域αに内包されると判断できる。加えて、端面切削時の切削経路は各分割層の照射領域βの輪郭に切削工具２１２の半径ｒ分外側にオフセットを加えて生成しており、ＣＡＭ装置７１において干渉チェックも行っているため、端面切削時の走査経路も適当であると判断できる。このとき、数値制御装置７３は造形を開始するよう各部に指令を行う。
もし、数９が偽であるのであれば、照射領域βが造形領域α外に存在する分割層が少なくとも１層あると分かる。このときは焼結層の形成を行う前に、数値制御装置７３は表示装置７５にエラーメッセージを表示するよう指令を送り、オペレータにプロジェクトファイルが適切かどうか確認するよう促す。
さらに、積層造形装置１が切削装置２を備え上面切削を行う場合は、切削工具２１２による切削対象となる領域である切削領域δが、粉体保持壁３５で囲繞される領域を最大範囲とする切削可能領域γに内包されるかを少なくとも切削前に確認することが望ましい。本実施形態では上面切削を行う直前に確認する。
ここで、上面切削の切削経路の生成方法について説明する。切削対象となる焼結層または造形プレート６１の少なくとも上面全体を覆うように上面切削の切削経路が設定され、例えば以下のように求められる。図７に示すように、まず、演算装置７３２は、メモリ７３３に格納されている造形物（切削対象が造形プレート６１である場合は造形プレート６１）のＸ軸、Ｙ軸の最大値、最小値ＸＭＡＸ，ＹＭＡＸ，ＸＭＩＮ，ＹＭＩＮおよびワークオフセットＸＷ，ＹＷを参照し、（ＸＭＡＸ＋ＸＷ，ＹＭＡＸ＋ＹＷ），（ＸＭＡＸ＋ＸＷ，ＹＭＩＮ＋ＹＷ），（ＸＭＩＮ＋ＸＷ，ＹＭＡＸ＋ＹＷ），（ＸＭＩＮ＋ＸＷ，ＹＭＩＮ＋ＹＷ）を各頂点とする矩形領域を求める。続いて、演算装置７３２は、該矩形領域の外側に切削工具２１２の半径ｒだけオフセットを加え、図７に一点鎖線で示すような基準領域を求める。
切削経路は、図８に示すように、基準領域の１頂点を起点として、矢印によって示す往復移動を、基準領域を覆うようにｎ回行うときの切削工具２１２の移動経路である。本実施形態では、基準領域の縁から対向する基準領域の縁までの＋Ｘ方向への移動と、ピッチ幅ｐ（但し、ｐは０＜ｐ≦φを満たす範囲で任意の値に設定される。φは切削工具２１２の直径。）分の＋Ｙ方向への移動と、基準領域の縁から対向する基準領域の縁までの−Ｘ方向への移動と、ピッチ幅ｐ分の＋Ｙ方向への移動と、を合わせて１往復とする。ここで、ｎは、
Figure 0006112693
 を満たす最小の自然数である。このとき、図８に示すように、切削経路を内包する最小の矩形領域の外側に切削工具２１２の半径ｒを外側にオフセットした領域が切削領域δとなる。
なお、造形プレート６１に上面切削を行う場合等を含め、プロジェクトファイルを実行していない時に単独で上面切削を行ってもよい。その時は、上面切削を行う前にあらかじめ手動でＸ軸、Ｙ軸の最大値、最小値ＸＭＡＸ，ＹＭＡＸ，ＸＭＩＮ，ＹＭＩＮおよびワークオフセットＸＷ，ＹＷを入力しておく必要がある。
続いて、切削領域δが切削可能領域γに内包されることを確認する方法について説明する。まず演算装置７３２により、切削可能領域γのＸ座標の最大値γＸＭＡＸ、Ｙ座標の最大値γＹＭＡＸ、Ｘ座標の最小値γＸＭＩＮ、Ｙ座標の最小値γＹＭＩＮをそれぞれ求める。切削可能領域γは粉体保持壁３５で囲繞される領域を最大範囲とするが、安全をみて所定の幅だけ内側に設定されてもよい。換言すると、造形領域αの外側に安全幅ｍだけオフセットを加えた領域を切削可能領域γとすることができる（ただし、上部ワイパ３７の幅をＭとすると、０≦ｍ≦Ｍ）。以上のことから、
Figure 0006112693
Figure 0006112693
Figure 0006112693
Figure 0006112693
 とそれぞれ表せる。
次に、前述のように演算装置７３２により、上面切削の切削経路を求め、さらに切削領域δのＸ座標の最大値δＸＭＡＸ、Ｙ座標の最大値δＹＭＡＸ、Ｘ座標の最小値δＸＭＩＮ、Ｙ座標の最小値δＹＭＩＮをそれぞれ求める。図８に示すように、
Figure 0006112693
Figure 0006112693
Figure 0006112693
Figure 0006112693
 とそれぞれ表せる。
このとき、
Figure 0006112693
 が真であるとき、切削領域δが切削可能領域γに内包されると判断できる。このとき、数値制御装置７３は上面切削を開始するよう各部に指令を行う。
もし、数１９が偽であるのであれば、切削領域δが切削可能領域γ外に存在すると分かる。このときは上面切削を行う前に、数値制御装置７３は表示装置７５にエラーメッセージを表示するよう指令を送り、オペレータにプロジェクトファイルや設定が適切かどうか確認するよう促す。
本実施形態では、切削領域δの位置確認は上面切削を行う直前に行ったが、他のタイミングに確認を行ってもよい。例えば、プログラムファイル実行時の上面切削に係る切削領域δの位置確認は照射領域βの位置確認と同時に行い、プログラムファイル非実行時に単独で行う上面切削に係る切削領域δの位置確認は上面切削直前に行うよう構成してもよい。但し、切削領域δの位置確認は上面切削を行う直前に行う方が、プログラムファイルの実行途中で切削経路を変更した場合にも対応できるため好適である。
本発明は、すでにいくつかの例が具体的に示されているように、図面に示される実施形態の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形または応用が可能である。
１ 積層造形装置
２ 切削装置
５ レーザ照射装置
１０ チャンバ
３３ 造形テーブル
３５ 粉体保持壁
６１ 造形プレート
６３ 材料粉体層
７３ 数値制御装置
２１２ 切削工具
Ｌ レーザ光
α 造形領域
β 照射領域
γ 切削可能領域
δ 切削領域

Claims (2)

  1. 三次元造形物の生成が可能な最大の範囲である造形領域を少なくとも覆うチャンバと、
    前記チャンバ内の前記造形領域に配置され所望の三次元造形物を所定厚で分割してなる複数の各分割層毎に材料粉体が均一に撒布され材料粉体層が形成される造形テーブルと、
    前記造形テーブルを取り囲みかつ前記造形テーブル上に供給された前記材料粉体を保持する粉体保持壁と、
    前記材料粉体層上の前記分割層の輪郭形状で形成される所定の照射領域にレーザ光を照射して焼結層を形成するレーザ照射装置と、
    前記造形領域の中心を原点とする前記レーザ照射装置のレーザ座標系における前記造形領域の水平１軸方向の制御軸Ｘ軸の最大値と最小値および前記Ｘ軸に直交する水平１軸方向の制御軸Ｙ軸の最大値と最小値との４点の座標値を求めるとともに、前記輪郭形状にワークオフセット値を加算して決まる前記照射領域の前記Ｘ軸の最大値と最小値および前記Ｙ軸の最大値と最小値との４点の座標値を求めて、前記造形領域と前記照射領域の前記Ｘ軸の各最大値同士、前記Ｘ軸の各最小値同士、前記Ｙ軸の各最大値同士、前記Ｙ軸の各最小値同士をそれぞれ比較し、前記造形領域の前記Ｘ軸の前記最大値が前記照射領域の前記Ｘ軸の前記最大値以上であり、かつ前記造形領域の前記Ｙ軸の前記最大値が前記照射領域の前記Ｙ軸の前記最大値以上であり、かつ前記造形領域の前記Ｘ軸の前記最小値が前記照射領域の前記Ｘ軸の前記最小値以下であり、かつ前記造形領域の前記Ｙ軸の前記最小値が前記照射領域の前記Ｙ軸の前記最小値以下であるときに前記分割層のすべての層において前記照射領域が前記造形領域に内包されると判断することによって、前記分割層のすべての層において前記照射領域が前記造形領域に内包されるかを少なくとも焼結前に確認する数値制御装置と、を備える積層造形装置。
  2. 前記チャンバ内を移動し前記焼結層の上面または前記造形テーブルに載置される造形プレートの上面を切削可能な切削工具を有する切削装置をさらに備え、
    前記数値制御装置は、前記切削工具による切削対象となる領域である切削領域の前記Ｘ軸の最大値と最小値および前記Ｙ軸の最大値と最小値との４点の座標値を求めるとともに、前記粉体保持壁で囲繞される領域を最大範囲とする切削可能領域の前記Ｘ軸の最大値と最小値および前記Ｙ軸の最大値と最小値との４点の座標値を求めて、前記切削領域と前記切削可能領域の前記Ｘ軸の各最大値同士、前記Ｘ軸の各最小値同士、前記Ｙ軸の各最大値同士、前記Ｙ軸の各最小値同士をそれぞれ比較し、前記切削可能領域の前記Ｘ軸の前記最大値が前記切削領域の前記Ｘ軸の前記最大値以上であり、かつ前記切削可能領域の前記Ｙ軸の前記最大値が前記切削領域の前記Ｙ軸の前記最大値以上であり、かつ前記切削可能領域の前記Ｘ軸の前記最小値が前記切削領域の前記Ｘ軸の前記最小値以下であり、かつ前記切削可能領域の前記Ｙ軸の前記最小値が前記切削領域の前記Ｙ軸の前記最小値以下であるときに前記切削領域が前記切削可能領域に内包されると判断することによって、前記切削領域が前記切削可能領域に内包されるかを少なくとも切削前に確認することを特徴とする、請求項１に記載の積層造形装置。
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