JP6877312B2 - 付加製造方法及び付加製造システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、材料で構成された層を一層ずつ構造物に付加する付加製造技術に関する。

三次元形状の構造物を製造する技術には、材料で構成された薄い層を一層ずつ付加し、接合する製造技術、いわゆるアディティブ・マニュファクチャリング（ＡＭ：additive manufacturing、以下、単に「付加製造」と記す）」がある。付加製造技術により、内部の形状が複雑な構造物を比較的容易に製造することができ、例えば、複数の部品を接合する場合に比べて、少ない部品数で、三次元形状の構造物を製造することができる。また、鋳造に比べて寸法精度の高い構造物を製造することが可能である。

特開２０１６−６０００６３号公報

例えば、特許文献１には、レーザ光を照射して、層の内部を、その厚さ方向に伝搬する弾性波、いわゆるバルク波を生じさせ、当該バルク波の伝搬により層の表面に生じた変動を、レーザ干渉計により計測する手法が提案されている。しかし、特許文献１に記載の技術において、構造物の頂面から下側に伝搬するバルク波は、構造物（すなわち複数の層）の内部に空洞等の空間があると、当該空間を画定する面において反射されて最も上側の層の表面に戻るため、当該空間より下側には伝搬することができず、当該空間より下側にあるきずについて、調べることができないという問題がある。

付加製造（ＡＭ）技術により三次元形状の構造物を製造する場合、当該構造物には、内部の構造について強度を保証することが求められる場合がある。また、当該構造物には、溶接や鋳造により製造された構造物に比べて広い領域について検査が要求される傾向がある。付加製造により製造する過程においては、製造中の構造物の所定の部分について「きず（flaw）」を調べ、当該きずについて所定の基準に従って欠陥（defect）であるか否かを判定する検査、いわゆる「インプロセス検査」を行うことが求められている。

付加製造技術により製造される構造物は、多数の層からなるため、製造中の構造物に一つの新たな層を付加するたびに、当該層の表面や当該層の内部を検査したのでは、検査効率が悪く、構造物の製造に時間を要するという問題がある。また、構造物のうち最も上側にある頂面を通して一度に、バルク波探傷等の非破壊検査を行ったのでは、構造物のうち弾性波等が到達しない領域が生じ、当該領域については、欠陥等のきずが検出されないという問題も生じる。

本発明の実施形態は、上記に鑑みてなされたものであって、より高い効率又は高い精度で構造物を製造可能な付加製造技術を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の付加製造方法は、材料で構成された層を一層ずつ構造物に付加する付加製造方法であって、基盤の表面又は固化した層の頂面上に新たな層を形成して当該層を構造物に付加する複数の層形成ステップと、少なくとも一つの層形成ステップと交互に行われ、当該層形成ステップにより層が付加された構造物のうち、予め設定された検査領域を検査する複数の検査ステップと、を有し、前記複数の検査ステップは、今回の検査領域を、前記頂面から前記基盤に向かう深さ方向において前回の検査領域と部分的に重ねて検査する少なくとも一つの中間検査ステップを含み、前記中間検査ステップは、その前に連続して行われた複数の層形成ステップにより付加されて固化した層のうち最も上側にある頂面から前記深さ方向の深さのうち、予め設定された最小深さ及び最大深さの間に前記検査領域が設定され、今回の検査ステップにおける検査領域の最大深さは、前回の検査ステップにおける検査領域の最小深さより下側に位置し、かつ、前回の検査ステップにおける検査領域の最大深さより上側に位置することを特徴とする。また、本発明の実施形態の付加製造方法は、基盤の表面又は固化した層の頂面上に少なくとも一層からなる第１の層を高さ方向に付加する第１の層形成ステップと、前記高さ方向において前記第１の層の少なくとも一部を含むように設定された第１の検査領域を検査する第１の検査ステップと、前記第１の検査ステップの後に前記第１の層の頂面上に少なくとも一層からなる第２の層を前記高さ方向に付加する第２の層形成ステップと、前記高さ方向において前記第１の検査領域の一部と前記第２の層の少なくとも一部を含むように設定された第２の検査領域を検査する第２の検査ステップと、を含み、前記第２の検査ステップは、前記第１の層のうち最も上側にある頂面から前記深さ方向の深さのうち、予め設定された最小深さ及び最大深さの間に前記第２の検査領域が設定され、前記第２の検査領域の最大深さは、前記第１の検査領域の最小深さより下側に位置し、かつ、前記第１の検査領域の最大深さより上側に位置することを特徴とする。

また、本発明の実施形態の付加製造システムは、基盤の表面又は固化した層の頂面上に新たな層を形成して当該層を構造物に付加するための層形成用ヘッドと、前記構造物のうち、予め設定された検査領域を検査する検査ステップを実行可能な処理装置と、を有し、当該処理装置は、今回の検査領域を、前記頂面から前記基盤に向かう深さ方向において前回の検査領域と部分的に重ねて検査する少なくとも一つの中間検査ステップを、実行するものであって、前記中間検査ステップは、その前に連続して行われた複数の層形成ステップにより付加されて固化した層のうち最も上側にある頂面から前記深さ方向の深さのうち、予め設定された最小深さ及び最大深さの間に前記検査領域が設定され、今回の検査ステップにおける検査領域の最大深さは、前回の検査ステップにおける検査領域の最小深さより下側に位置し、かつ、前回の検査ステップにおける検査領域の最大深さより上側に位置することを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、より高精度又は効率的に構造物を製造する付加製造方法およびシステムを提供することができる。

本実施形態の付加製造システムの全体構成を示す模式図である。 本実施形態の付加製造システムのうち付加製造機の要部構成を示す斜視図である。 本実施形態のプローブの構成例を示す図であり、層の表面にレーザ光を照射して超音波探傷を行う場合を示している。 本実施形態のプローブの変形例を示す図であり、層に時間的に変化する磁場を与えて渦電流探傷を行う場合を示している。 本実施形態のプローブを移動させる走査機構の一例を示す図であり、単数のプローブを三次元的に移動させる走査機構を示す斜視図である。 本実施形態の第１変形例のプローブを移動させる走査機構を示す図であり、複数のプローブが配列されたアレイと、これを所定の方向に移動させる走査機構を説明する斜視図である。 本実施形態の第２変形例の付加製造システムのうち走査装置の他の例を示す図であり、プローブに代えてガルバノミラーを用いた走査装置（いわゆるガルバノスキャナ）を示す斜視図である。 本実施形態のプローブが層形成用ヘッドに結合されており、層形成用ヘッドと共に移動する態様を示す図である。 付加製造システムのうち、層の形状を測定する層形状測定装置を示す斜視図である。 表面波探傷において、欠陥と判定されるきずが無い場合における表面波の伝搬を説明する模式図である。 表面波探傷において、欠陥と判定されるきずが無い場合に頂面の信号取得点において検出される信号の一例を示すグラフである。 表面波探傷において、欠陥と判定されるきずがある場合における表面波の伝搬を説明する模式図である。 表面波探傷において、欠陥と判定されるきずがある場合に頂面の信号取得点において検出される信号の一例を示すグラフである。 バルク波探傷において、欠陥と判定されるきずが無い場合における表面波の伝搬を説明する模式図である。 バルク波探傷において、欠陥と判定されるきずが無い場合に頂面の信号取得点において検出される信号の一例を示すグラフである。 バルク波探傷において、欠陥と判定されるきずがある場合における表面波の伝搬を説明する模式図である。 バルク探傷において、欠陥と判定されるきずがある場合に頂面の信号取得点において検出される信号の一例を示すグラフである。 表面波探傷において、信号取得点の近くに欠陥と判定される小さなきずがある場合における表面波の伝搬を説明する模式図である。 表面波探傷において、信号取得点の近くに欠陥と判定される小さなきずがある場合に信号取得点において検出される信号の一例を示すグラフである。 表面波探傷において、検査点の遠くに欠陥と判定される大きなきずがある場合における表面波の伝搬を説明する模式図である。 表面波探傷において、検査点の遠くに欠陥と判定される大きなきずがある場合に信号取得点おいて検出される信号の一例を示すグラフである。 本実施形態の付加製造方法において行われる複数の検査ステップのうち、最初の検査ステップを説明する断面図である。 本実施形態の付加製造方法において行われる複数の検査ステップのうち、中間の検査ステップを説明する断面図である。 本実施形態の付加製造方法において行われる複数の検査ステップのうち、最後の検査ステップを説明する断面図である。 本実施形態の付加製造方法において用いられる頂面平滑化用ヘッドを備えた付加製造機を示す斜視図である。 本実施形態の付加製造方法において各検査ステップの前に行われる平滑化ステップを説明する図であり、レーザ加工により頂面にある凹凸を除去する態様を示す模式図である。 本実施形態の付加製造方法において各検査ステップの前に行われる平滑化ステップを説明する図であり、空気を吹き付けることにより頂面に付着した塵埃を除去する態様を示す模式図である。 本実施形態の付加製造方法において行われる欠陥推定ステップを説明するＸ−Ｙ平面図であり、取得された反射波を示す信号が、層内又は頂面にあるきずにより反射された反射波を示す信号であるか、層の側面又頂面の縁（エッジ）により反射された反射波を示す信号であるか、を判定するステップを説明する説明図である。 本実施形態の付加製造方法において行われる欠陥推定ステップを説明するＸ−Ｙ平面図であり、検査点を中心として円周状をなす反射源が存在する可能性がある位置を推定する方法を説明する説明図である。 本実施形態の付加製造方法において行われる欠陥推定ステップを説明するＸ−Ｙ平面図であり、異なる位置にある複数の検査点をそれぞれ中心とする複数の円周状の位置に基づいて、反射源が存在する位置を特定する方法を説明する説明図であり、（ａ）は、第１検査点を中心とする反射源が存在する可能性がある位置を示しており、（ｂ）は、第２検査点を中心とする反射源が存在する可能性がある位置を示しており、（ｃ）は、第３検査点を中心とする反射源が存在する可能性がある位置を示しており、（ｅ）は、第１ないし第３検査点をそれぞれ中心とする複数の円周状の位置の交点を示している。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

〔第１実施形態〕
（付加製造システムの全体構成）

まず、本実施形態の付加製造方法を行うための付加製造システムについて、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の付加製造システムの全体構成を示す模式図である。

図１に示すように、付加製造システム１は、複数の層が積層された三次元形状の構造物を製造するためのシステムであり、付加製造機（ＡＭ machine）１０と、付加製造機１０を制御可能な処理装置１００と、付加製造機１０を制御するためのソフトウェアや、構造物の形状及び製造工程に関する情報を示すデータを格納可能な記憶装置１１０を有する。付加製造機１０は、三次元形状の構造物を造形するものであり、「造形装置」とも呼称される。

本実施形態において、付加製造システム１は、付加製造機１０の操作者の入力を受け付ける入力装置１２０と、当該操作者に向けて各種の情報を表示する表示装置１３０とを有する。付加製造機１０、処理装置１００、記憶装置１１０、入力装置１２０及び表示装置１３０は、各種のデータを伝送可能な通信線Ｃを介して電気的且つ物理的に接続されている。処理装置１００は、当該通信線Ｃを介して、付加製造機１０、記憶装置１１０、入力装置１２０及び表示装置１３０と、各種のデータの授受が可能に構成されている。

入力装置１２０には、例えば、キーボードやマウス、タッチパネルが用いられ、上述した付加製造機１０の操作者により操作される。表示装置１３０には、例えば、コンピュータ・ディスプレイが用いられる。これら処理装置１００、記憶装置１１０、入力装置１２０及び表示装置１３０は、一体に結合されて付加製造機１０の前面１０ａに配置されることも好適である。

処理装置１００には、例えば、コンピュータにおいて各種の演算処理を行う中央演算処理装置及び主記憶装置（ＲＡＭ）が用いられる。また、記憶装置１１０は、ハードディスクやＥＰＲＯＭを用いて実現することができ、各種のプログラム及びデータが予め格納されている。記憶装置１１０には、付加製造機１０により製造される構造物の三次元形状や、当該構造物を形成する複数の層の形状を示すデータ（以下、単に「三次元データ」と記す）や、当該構造物の製造過程に関するデータが、予め格納されている。記憶装置に格納されているデータの詳細については、後述する。

（付加製造機の構成）
次に、本実施形態の付加製造機の要部構成について、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態の付加製造システムのうち付加製造機の要部構成を示す斜視図である。なお、図２において、矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは、付加製造機１０の座標系を示している。本実施形態において、矢印Ｘは、水平方向のうち付加製造機１０の前面１０ａに平行な所定の向きを示す。矢印Ｚは、鉛直方向のうち上側を示し、以下、単に「上側」と記す。また、矢印Ｙは、水平方向のうち矢印Ｚ及び矢印Ｘに垂直な向きを示している。また、構造物を形成する複数の層が積層される方向のうち基盤に向かう向きを、特に「深さ方向」と記して矢印Ｄで示す。本実施形態において深さ方向Ｄは、鉛直方向の下側と一致している。

付加製造機１０は、基盤１１を有し、当該基盤１１上に複数の層が積層されて、三次元形状の構造物が形成される。なお、以下の説明において、付加製造機１０が製造する構造物、すなわち複数の層が積層され且つ互いに接合された三次元形状の構造物を、単に「構造物」と記す。

本実施形態においては、基盤１１の表面１１ａ上に、当該複数の層のうち最初の層が形成される。当該基盤１１は、ビルド・プラットフォーム（build platform）とも呼称される。なお、当該基盤１１の表面１１ａ上に、構造物を支持するための部材、いわゆるサポート（図示せず）を配置し、当該サポート上に最初の層を形成するものとしても良い。

付加製造機１０のうち基盤１１より鉛直上側には、層を形成可能な空間１２、すなわち構造物を製作可能な空間１２が配置されている。当該空間１２を、以下に「層形成空間」１２と記し、その外縁を、図１に破線で示す。層形成空間１２は、密閉された空間であるものとしても良い。層形成空間１２は、ビルド・スペース（build space）とも呼称される。

付加製造機１０は、基盤１１の表面１１ａ又は固化した層６上に一つの層を形成して構造物５に一層ずつ新たな層８を付加するためのヘッド（以下、層形成用ヘッドと記す）２０を有する。層形成用ヘッド２０は、基盤１１より上側にある層形成空間１２内に複数の層を形成可能である。層を構成する材料には、例えば、金属や合成樹脂が用いられる。本実施形態において、複数の層は、同一の材料で構成されている。なお、複数の層のうち、所定の層については、その材料を異ならせることも可能である。

層形成用ヘッド２０は、基盤１１又は他の層の上側に材料を供給すると共に当該材料を溶融させる。溶融した材料が固化することにより、新たな層が形成される。当該新たな層は、材料が固化する際に、その下側にある他の層と接合される。粉末状の材料の供給と、当該材料の加熱、具体的には、熱源としてのレーザ光の照射を、同時に行って新たな層を形成することが好適である。

なお、材料を溶融させるための熱源として、レーザに代えて、電子ビームを用いることも可能である。材料を溶融させるための熱源には、必要な熱量集光径及び輝度を得られるものであれば、様々な種類の光源を用いることが可能である。また、層形成用ヘッド２０は、不活性ガスを吹き付けながら、他の層の上側に溶融した材料を供給することも好適である。

このようにして、層形成用ヘッド２０は、製造中の構造物５のうち、基盤１１の上側にある固化した層のうち最も上側にある層の上側の表面である「頂面」７上に、材料を供給すると共に溶融させて新たな一つの層８を形成し、当該層を構造物５に付加する。なお、基盤１１の表面１１ａ又は固化した層の頂面７上に新たな一つの層８を形成して当該層を構造物５に付加するステップを、以下に「層形成ステップ」と記す。

なお、複数の層が積層された製造中の構造物のうち、最も上側（矢印Ｚ）にある固化した層６の頂面７から、矢印Ｄで示す深さ方向（矢印Ｄで示す）に向かう距離を、以下の説明において、単に「深さ」と記す。

本実施形態の層形成ステップにおいては、層形成用ヘッド２０は、他の層の頂面７上に材料を供給すると同時に、集光した熱源により当該材料を溶融させて層を形成し、構造物に付加する「ダイレクト・エナジー・デポジション」（Direct energy deposition、いわゆる指向性エネルギー堆積）を行う場合について説明する。本実施形態において、金属粉末の噴射と同時にレーザ光の照射を行う「レーザー・メタル・デポジション」を行って頂面７上に新たな層８を形成して構造物５に付加する。

本実施形態の付加製造機１０において、層形成用ヘッド２０は、基盤１１の上側を、三次元的に移動可能に構成されており、具体的には、矢印Ｘ，Ｙ、Ｚのそれぞれに沿って移動可能に構成されている。付加製造機１０は、層形成用ヘッド２０を移動させるための機構（図示せず）を有する。層形成用ヘッド２０は、固化した他の層の頂面７の上側に位置しており、当該頂面７に沿って移動しながら、新たな層を構成する材料を供給すると共に当該材料を溶融させる。

新たに付加される層のうち、層形成用ヘッド２０により材料の供給及び加熱がなされている部分を、以下に「層加工点」と記して、各図にハッチングで示す。層形成用ヘッド２０の移動に伴って層加工点も移動する。層加工点を所定の三次元データに従って移動させることにより、層形成用ヘッド２０は、所定の形状の層を付加することができる。層形成用ヘッド２０すなわち層加工点の移動と、材料の供給及び加熱は、処理装置１００（図１参照）により制御される。

以上のように構成された付加製造機１０は、層形成用ヘッド２０により層加工点８ａを、他の層の頂面７に沿って移動させる、いわゆる「走査」を行うことにより、当該頂面７上に新たな層を付加的に形成することができる。このような層を一層ずつ付加する、すなわち層の形成を繰り返し行うことにより、付加製造機１０は、複数の層が積層された三次元形状の構造物を製造する。

付加製造機１０により構造物を製造する過程すなわち構造物を形成する層を、一層ずつ付加する過程においては、最も上側にある新しく付加された層を含む所定の領域について、きずを調べ、当該きずについて所定の基準に従って欠陥であるか否かを判定する「インプロセス検査」を行う必要がある。

ここで、「きず」とは検査で検出可能な最小の大きさ以上の大きさを有する構造物中のき裂、ひび、組織に内在する欠陥（内在欠陥）、又は空隙等を意味し、「欠陥」とはこれらの「きず」のうち構造物に悪影響を及ぼす恐れのあるものを意味する。すなわち、例えば、「欠陥」はその代表長さなどの値が予め定めた閾値よりも大きい「きず」である。ただし、「きず」を「欠陥」と判定するための閾値を検査で検出可能な最小の大きさとすることで、全ての検査可能な「きず」を「欠陥」とすることも可能であり、各実施形態は、このように全ての「きず」が「欠陥」となる場合にも適用可能である。

インプロセス検査には、層の形成・付加に関係しない物質、例えば、水や油等の接触媒質や、磁粉、浸透液、現像剤を、使用しない方法を用いることが必要であり、層の表面だけでなく層の内部にあるきず、例えば、層の表面から数ｍｍ程度の深さにある内在欠陥等のきずを検出可能な探傷技術を用いる必要がある。このような探傷技術には、コイルを用いて導体に、時間的に変化する磁場を与え、導体に生じた渦電流が、きず等によって変化することを利用してきずの検出を行う「渦電流探傷」や、超音波を弾性体中に伝搬させたときに当該弾性体が示す音響的性質を利用して弾性体の表面又は弾性体内にあるきずを検出する「超音波探傷」がある。

超音波探傷は、弾性体の表面に衝撃力を与えることにより、弾性体の表面に沿って伝搬する弾性波（以下、表面波と記す）や、弾性体の表面から深さ方向に伝搬する弾性波（以下、バルク波と記す）を発生させる。このような弾性波が、欠陥等のきず、詳細には、きずを画定する内面で反射された反射波を、プローブ等により検出する。このような超音波探傷には、弾性体の表面にレーザ光を照射することにより、当該弾性体に衝撃力を与える、いわゆる「レーザ超音波」がある。なお、衝撃力を与える方法には、空気の力や電磁力を用いる方法もある。

本実施形態のインプロセス検査においては、「レーザ超音波」を用いた超音波探傷を行う。付加製造システムは、当該超音波探傷を行うための探触子（以下、単に「プローブ」と記す）３０を有する。図３は、本実施形態のプローブの構成例を示す図であり、層の表面にレーザ光を照射して超音波探傷を行う場合を示している。図３に示すように、プローブ３０は、層の頂面７に衝撃力を与えて超音波を励起するためのレーザ光（以下、送信レーザと記す）Ｌ１と、反射波による層の頂面７の変位（変動）を検出するためのレーザ光（以下、受信レーザと記す）Ｌ３との双方を送出可能に構成されている。送信レーザＬ１が頂面７に照射されることにより、表面波Ｓ及びバルク波Ｂが生じる。

プローブ３０は、表面波Ｓ及びバルク波Ｂが、きずにより反射されて頂面７に到達した反射波を、受信レーザＬ３を用いて検出可能である。例えば、プローブ３０は、受信レーザＬ３が層の頂面７で散乱及び反射されたレーザ光を干渉計測することにより、頂面７に到達した反射波を検出する。なお、「レーザ超音波」を用いた超音波探傷を行う場合、プローブ３０は、材料を溶融させるためにレーザ光を照射する層形成用ヘッド２０と同じレーザ発振源（光源）からのレーザ光を、チョッパ等を用いてパルス化することも好適である。また、レーザ発振源から層の頂面７に至るまでの光路のうち、少なくとも一部分を、プローブ３０と層形成用ヘッド２０で共通化することも可能である。

本実施形態の付加製造方法は、頂面７のうち予め設定された検査点３３から、当該頂面７に沿って又は当該頂面７から深さ方向に伝搬する弾性波を発生させるステップ（以下、弾性波発生ステップと記す）を含む。具体的には、プローブ３０により、送信レーザＬ１を頂面７のうち所定の検査点３３（詳細には、弾性波発生点３３ａ）に照射することにより、当該検査点３３から当該頂面７に沿って又は当該頂面７から深さ方向に伝搬する弾性波を発生させる。このような弾性波発生ステップを行った後、当該頂面７に沿って又は当該頂面７から下側に伝搬した弾性波は、欠陥と判定されるきず、詳細には、層内にある当該きずを画定する内面で反射されて反射波となる。

また、本実施形態の付加製造方法は、頂面７に沿って又は頂面７から深さ方向に伝搬した弾性波が、欠陥等のきずで反射されて、当該きずから当該頂面７に沿って又は上側に伝搬する弾性波である反射波を、当該検査点３３において検出するステップ（以下、反射波検出ステップと記す）を含む。具体的には、プローブ３０により、受信レーザＬ３を頂面７のうち検査点３３（詳細には、信号取得点３３ｃ）に照射しながら、当該きずから当該頂面７に沿って又は上側に伝搬する反射波を、当該検査点３３において検出する。なお、弾性波発生点３３ａは、信号取得点３３ｃの近傍に設定され、弾性波発生点３３ａと信号取得点３３ｃは、一つ（単数）の検査点３３とみなすことができる。

なお、図４に示す変形例のように、プローブ３０Ｂが、頂面７のうち所定の検査点３３を通して層内に時間的に変化する磁場いわゆる印加磁界Ｍ１を与えて、層内に生じた渦電流が、きず等によって変化することを利用してきずの検出することも可能である。

また、図５に示すように、本実施形態の付加製造システム１は、層形成空間１２内に形成可能な頂面７の全てと対向する位置にプローブ３０を移動させる機構（以下、走査機構と記す）４０を有する。走査機構４０は、基盤１１の上側において、単数のプローブ３０を三次元的に移動させるものである。本実施形態において、走査機構４０は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のそれぞれに単数のプローブ３０を直線的に移動させることが可能である。これにより、層形成空間１２内に形成可能な頂面７の全てと対向する位置にプローブ３０を移動させることができ、当該頂面７の全てに検査点３３を設定することができる。当該走査機構４０によるプローブ３０すなわち検査点３３の移動は、処理装置１００により制御される。

なお、上述したプローブ３０が複数である場合には、図６に示す変形例のように、複数のプローブ３０が配列されたアレイ３Ａを、走査機構４４が所定の方向に移動させることも好適である。この変形例において、アレイ３Ａは、Ｘ方向に配列された複数のプローブ３０を有し、走査機構４４は、これら複数のプローブ３０をＹ方向及びＺ方向のそれぞれに直線的に移動させる。この態様によっても、頂面７の全てと対向する位置にプローブ３０を移動させて、当該頂面７の全てに検査点３３を設定することができる。

なお、上述した例において、走査機構４０，４４により、頂面７の全てと対向する位置にプローブ３０を移動可能なものとしたが、頂面７の全てに検査点３３を設定可能にする手法は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、図７に示す変形例のように、ガルバノミラーを用いた走査装置４６を用いることも好適である。走査装置４６は、上述したプローブ３０と略同一の機能を有する探傷装置３１と共に、付加製造機１０に固定されており、いわゆるガルバノスキャナを構成している。

図７に示す探傷装置３１は、レーザ超音波を用いた超音波探傷を行うための装置であり、送信レーザＬ１及び受信レーザＬ３とを送出可能に構成され、頂面７に到達した反射波を受信レーザＬ３を用いて検出可能なものである。走査装置４６は、探傷装置３１からの送信レーザＬ１及び受信レーザＬ３を、ガルバノミラーにより反射し、その向きを変えて、頂面７のうち所望の検査点３３に照射する。走査装置４６は、頂面７の全てに検査点３３を設定することが可能である。

また、上述した例においては、走査機構４０，４４又は走査装置４６を用いて、頂面７の全てに検査点３３を設定するものとしたが、頂面７の全てに検査点３３を設定可能にする手法は、これらの態様に限定されるものではない。例えば、図８に示す変形例のように、プローブ３０が層形成用ヘッド２０と一体に結合されており、層形成用ヘッド２０と共に移動することも好適である。層形成用ヘッド２０を三次元的に移動させるための機構を利用して、頂面７の全てと対向する位置にプローブ３０を移動させることができる。また、層形成用ヘッド２０により新たに付加された層加工点の近傍の部分、すなわち固化した直後の部分に検査点３３を設定することができる。

また、図９に示す付加製造機１０は、基盤１１の上側に形成された複数の層すなわち製造中の構造物の形状を取得する装置（以下、形状取得装置と記す）４８を有する。形状取得装置４８は、付加製造機１０のうち、層形成空間１２の少なくとも一部を俯瞰する位置に配置される。形状取得装置４８には、構造物の形状を撮像可能なカメラや、構造物の表面にレーザ光を照射して、その反射波を検出するレーザスキャナ等を用いることができる。

なお、製造中の構造物の形状を取得する手法は、カメラやスキャナ等の形状取得装置４８によるものに限定されるものではない。例えば、記憶装置１１０に予め格納されている三次元データ及び製造過程に関するデータに基づいて、現在、基盤１１上に形成された製造中の構造物の形状を算出するものとしても良い。

（付加製造方法における検査ステップ）
以上のように構成された付加製造システム１を用いて本実施形態の付加製造方法が行われる。当該付加製造方法には、上述したように、基盤１１より上側において固化した他の層の頂面７上に新たな層を「一層ずつ」付加する複数の層形成ステップを含んでいる。なお、複数の層形成ステップのうち最初に行われる層形成ステップにおいては、基盤１１の表面１１ａ又は基盤１１上に配置された構造物を支持するためのサポート上に最初の層が形成される。各層形成ステップは、層形成用ヘッド２０及びこれを移動させる走査機構４０により行われる。層形成用ヘッド２０及び走査機構４０は、記憶装置１１０に予め格納された三次元データ及び製造過程に関するデータに従って処理装置１００により制御される。

また、付加製造方法は、上述した複数の層形成ステップに加えて、少なくとも一つの層形成ステップと交互に行われ、当該層形成ステップにより層が付加された構造物のうち、予め設定された検査領域を検査するステップ（以下、検査ステップと記す）を複数含んでいる。複数の検査ステップは、上述した処理装置１００により実行される。各検査ステップは、製造中の構造物に対して行われるものであり、複数の層形成ステップと交互に行われる。以下に、検査ステップの一例について、図１０−１〜図１２−４を参照して説明する。

本実施形態の検査ステップにおいては、図１０−１〜図１０−４に示すような「レーザ超音波」プローブ３０を用いた表面波探傷が行われる。図１０−１には、表面波探傷において、欠陥と判定されるきずが無い場合における構造物中の表面波の伝搬を示している。送信レーザＬ１によって弾性波発生点３３ａに生じた表面波Ｓは、頂面７に沿って伝搬する。この場合、受信レーザＬ３が照射される信号取得点３３ｃにおいては、図１０−２に示すように、表面波Ｓのみが検出される。表面波Ｓのみが検出される場合、表面波Ｓの伝搬経路には、欠陥等のきずや組織変化のような連続性が途切れる部分、いわゆる不連続部（discontinuity）が存在しないことを示している。

一方、図１０−３に示すように、例えば、欠陥等のきずＦがある場合、表面波Ｓのうち一部は、当該きずＦにより反射されて反射波Ｒとなる。当該反射波Ｒは、頂面７に沿って伝搬して信号取得点３３ｃに到達する。信号取得点３３ｃにおいては、図１０−４に示すように、表面波Ｓの後に、当該表面波Ｓに比べて振幅Ａの小さい反射波Ｒが検出される。当該反射波Ｒは、構造物の頂面７の近傍であって、当該頂面７に沿って信号取得点３３ｃから離れた位置に、欠陥等のきずＦ等の不連続部の存在を示している。

また、本実施形態の検査ステップにおいては、図１１−１〜図１１−４に示すような「レーザ超音波」プローブ３０を用いたバルク波探傷が行われる。図１１−１には、バルク波探傷において、欠陥と判定されるきずが無い場合における構造物中のバルク波の伝搬を示している。送信レーザＬ１によって弾性波発生点３３ａに生じたバルク波Ｂａは、頂面７から深さ方向に伝搬する。バルク波Ｂａは、当該深さ方向において頂面７と反対側にある構造物の底面４において反射される。底面４において反射されたバルク波Ｂｃは、構造物中を頂面７に向けて伝搬する。この場合、受信レーザＬ３が照射される信号取得点３３ｃにおいては、図１１−２に示すように、底面４において反射されたバルク波Ｂｃのみが検出される。

一方、図１１−３に示すように、欠陥と判定されるきずＦ１がある場合、底面４に向けて深さ方向に伝搬するバルク波Ｂａのうち一部Ｂａ１は、当該きずＦ１により反射されて反射波Ｒ１となる。当該反射波Ｒ１は、頂面７に向けて伝搬して信号取得点３３ｃに到達する。信号取得点３３ｃにおいては、図１１−４に示すように、底面４において反射されたバルク波Ｂｃの前に、振幅Ａが比較的大きい反射波Ｒ１が検出される。当該反射波Ｒ１は、構造物のうち信号取得点３３ｃから深さ方向に離れた位置に、きずＦ１等の不連続部が存在することを示している。

なお、上述した「レーザ超音波」プローブ３０を用いた超音波探傷においては、欠陥等のきずの存在だけでなく、当該きずの大きさや、当該きずの信号取得点３３ｃからの距離も調べることができる。例えば、表面波探傷を行う場合、図１２−１に示すように、信号取得点３３ｃに近い距離に欠陥と判定される小さなきずＦ２がある場合、弾性波発生点３３ａからの表面波Ｓ２の一部は、当該きずＦ２により反射されて反射波Ｒ２となり、信号取得点３３ｃにおいて検出される。当該反射波Ｒ２は、図１２−２に示すように、きずＦ２が比較的小さいものであるため、表面波Ｓ２に比べて振幅Ａが小さい。また、当該反射波Ｒ２は、信号取得点３３ｃから比較的近い距離にあるため、表面波Ｓ２からさほど時間をあけずに、比較的早いタイミングで検出される。

一方、図１２−３に示すように、信号取得点３３ｃから遠い距離に欠陥と判定される大きな傷Ｆ３がある場合、弾性波発生点３３ａからの表面波Ｓ２のうち比較的多くの部分が、当該きずＦ３により反射されて反射波Ｒ３となる。当該反射波Ｒ３は、図１２−４に示すように、きずＦ３が比較的大きいものであるため、図１２−２に示す反射波Ｒ２に比べて振幅Ａが大きい。また、当該反射波Ｒ３は、信号取得点３３ｃから比較的遠い距離にあるため、表面波Ｓ２からかなりの時間をあけて、比較的遅いタイミングで検出される。

欠陥等のきずＦ２，Ｆ３の大きさと反射波Ｒ２，Ｒ３の振幅の大きさとの関係、及び、当該きずＦ２，Ｆ３の信号取得点３３ｃからの距離と、表面波Ｓ２に対する反射波Ｒ２，Ｒ３のタイミングとの関係は、適合実験やシミュレーションにより予め求められており、定数として記憶装置１１０（図１参照）に予め格納されている。処理装置１００は、プローブ３０により信号取得点３３ｃにおいて検出された信号と、当該記憶装置１１０から読み出した定数に基づいて、プローブ３０により検出されたきずの大きさ及び信号取得点３３ｃからの距離を推定することが可能となる。

製造中の構造物、すなわち検査対象となる層における超音波の伝搬速度（音速）は、その温度に応じて変化する。このため、処理装置１００は、検査点３３（弾性波発生点３３ａ及び信号取得点３３ｃ）の近傍の温度を示すデータを取得し、温度データに基づいて、きずＦ２，Ｆ３の大きさ及び信号取得点３３ｃからの距離を補正することが好ましい。この場合、付加製造機１０には、信号取得点３３ｃ近傍の温度を測定可能な温度測定装置を設けて、測定された温度データを、処理装置１００が取得することが好適である。このような温度測定装置は、放射温度計（非接触温度計）を用いて実現することができる。なお、既知の大きさの人工きずが加工された構造物を用いてプローブ３０及び処理装置１００の校正を行うことも好ましい。

上述した例においては、レーザ超音波を用いた超音波探傷を行う場合について説明したが、他の探傷方法、例えば、空気の力や電磁力を用いて、弾性波発生点３３ａから表面波やバルク波を発生させる方法についても同様に、欠陥等のきずの存在、大きさ及び位置を検出することができる。また、超音波探傷に代えて、渦電流探傷（図４参照）を行う場合についても、欠陥等のきずを検出できる点において同様である。

以上に説明した検査ステップにおいて、プローブ３０は、構造物のうち検査点３３（弾性波発生点３３ａ及び信号取得点３３ｃ）が設定される頂面７を有する層だけでなく、当該層より下側すなわち深さ方向にある複数の層が積層（接合）された部分についても、欠陥等のきずを検出することが可能である。本実施形態においては、複数の層形成ステップにより製造中の構造物に予め設定された数（以下、連続積層数と記す）の層を付加した後、上述した検査ステップにより構造物のうち予め設定された検査領域を検査対象として検査を行う。つまり、予め設定された連続積層数の層の付加と、予め設定された検査領域の検査とを、交互に行う。連続積層数及び検査領域の設定は、処理装置１００により行われる。なお、連続積層数は、数十ないし数百に設定される。以下の説明においては、理解を容易にするために、実際よりも少ない連続積層数が４である場合について説明する。

（検査ステップにおける検査領域の設定手法）
本実施形態の付加製造方法において行われる複数の検査ステップにおける検査領域の設定手法について、図１３〜図１５を参照して説明する。図１３は、本実施形態の付加製造方法において行われる複数の検査ステップのうち、最初の検査ステップを説明する断面図である。

図１４は、本実施形態の付加製造方法において行われる複数の検査ステップのうち、中間の検査ステップを説明する断面図である。図１５は、本実施形態の付加製造方法において行われる複数の検査ステップのうち、最後の検査ステップを説明する断面図である。

また、構造物の製造過程において行われる複数の検査ステップのうち、最初に行われるものを「最初の検査ステップ」と記し、最後に行われるものを「最後の検査ステップ」と記す。さらに、当該複数の検査ステップのうち、最初の検査ステップ、最後の検査ステップとの間に行われる検査ステップ、以下に「中間検査ステップ」と記す。

なお、本実施形態の付加製造方法において、層形成ステップにより付加される一つの層の厚さ（以下、層厚さと記す）は、例えば、数ｍｍ以下とすることが可能である。なお、層厚さは、層形成ステップごとに異ならせるものとしても良い。すなわち、製造する構造物の形状に応じて層厚さを異ならせるものとしても良い。

図１３に示すように、基盤１１の上側には、複数（連続積層数）回の層形成ステップを行うことにより、連続積層数の層５１，５２，５３，５４が付加されている。これらの層５１，５２，５３，５４は、材料の溶融、固化により、一体に結合され、製造中の構造物５Ａを形成する。最も上側の層５４が固化した後、最初の検査ステップを行う。本実施形態においては、プローブ３０を用いた超音波探傷を行って、欠陥等のきずを検出する。

製造中の構造物５Ａのうち最初の検査ステップにおいて検査対象とする検査領域Ｅ１を設定する。具体的には、検査領域Ｅ１のうち最も下側を画定する最大深さＥ１ａ（図１３に破線で示す）と、最も上側を画定する最小深さＥ１ｃ（図１３に点線で示す）とを設定する。検査領域Ｅ１は、最大深さＥ１ａと最小深さＥ１ｃとの間にある領域であり、当該最大深さＥ１ａ及び最小深さＥ１ｃを含んでいる。

最大深さＥ１ａは、製造中の構造物５Ａのうち最も上側にある頂面７１から、連続積層数と層厚さ（図１３に寸法Ｔで示す）との積以上、基盤１１側すなわち下側の位置に設定される。なお、製造中に形成される層厚さが一層ごとに異なる場合も踏まえると、最大深さＥ１ａは、積層される複数の層のそれぞれの層厚さの合計以上、深い位置（下側の位置）に設定されることとなる。本実施形態において、最初の検査ステップにおける最大深さＥ１ａは、最初に付加された層５１と基盤１１との界面、すなわち基盤１１の表面１１ａと略同一の位置に設定される。なお、最大深さＥ１ａは、表面１１ａより僅かに下側に設定されるものとしても良い。一方、最小深さＥ１ｃは、頂面７１から連続積層数と層厚さとの積だけ下側の深さである最大深さＥ１ａと、当該頂面７１との間に設定される。本実施形態においては、図１３に点線で示すように、最も上側にある層５４と、その下側に隣接する層５３との界面８１より僅かに下側に設定される。

最初の検査ステップにおいては、設定された最大深さＥ１ａと最小深さＥ１ｃとの間にある検査領域Ｅ１内を検査する。処理装置１００は、当該検査領域Ｅ１内においてプローブ３０により検出された「きず」について欠陥であるか否かを判定し、当該欠陥の大きさや、その位置情報、例えば、信号取得点３３ｃからの距離を推定する。なお、最大深さＥ１ａより下側や、最小深さＥ１ｃより上側の領域については、今回の検査ステップ、すなわち最初の検査ステップにおいて検査対象とならない。最小深さＥ１ｃより上側の領域については、次回の検査ステップ、すなわち中間検査ステップの検査対象となる。

最初の検査ステップが行われた後、本実施形態においては連続積層数の層形成ステップが行われ、図１４に示すように、連続積層数の層５５，５６，５７，５８が、さらに付加される。８つの層５１〜５８は、一体に結合されて製造中の構造物５Ｂを形成する。構造物５Ｂのうち最も上側にある層５８が固化した後、中間検査ステップを行う。具体的には、最初の検査ステップと同様に、プローブ３０を用いた超音波探傷を行う。

製造中の構造物５Ｂのうち中間検査ステップにおいて検査対象とする検査領域Ｅ２を設定する。具体的には、検査領域Ｅ２のうち最も下側を画定する最大深さＥ２ａ及び最小深さＥ２ｃを設定する。今回の検査ステップ（中間検査ステップ）における最大深さ（以下、今回の最大深さと記す）Ｅ２ａは、前回の検査ステップ（最初の検査ステップ）における最小深さＥ１ｃより下側すなわちより深い位置に設定する。すなわち、今回の検査領域Ｅ２のうち下側の部分は、前回の検査領域Ｅ１のうち上側の部分と重なっている。一方、最小深さＥ２ｃは、最大深さＥ２ａに対して、連続積層数と各層の層厚さ（図１３に寸法Ｔで示す）との積以上、上側の位置に設定される。

このように今回の最大深さＥ２ａを、前回の最小深さＥ１ｃより深い位置に設定する、すなわち前回の検査領域Ｅ１と今回の検査領域Ｅ２とを部分的に重ねることにより、これら２つの検査領域Ｅ１，Ｅ２の間に、検査されない領域が生じることを防止することができる。なお、今回の検査領域Ｅ２は、一層以上の厚さ、前回の検査領域Ｅ１と重なるように設定されることも好適である。例えば、層形成ステップにおいて層を構成する溶融した材料の熱や重量により、その下側にある固化した層が変形したり、当該層の表面が下側に変位しても、当該変位又は変形が生じた部分を、確実に検査領域に含めることができ、当該部分に生じたきずについて欠陥であるか否かの判定及びその大きさや位置の推定を行うことができる。

以上に説明した単数の中間検査ステップと連続積層数の層形成ステップは、交互に繰り返される。複数の中間検査ステップが行われた後、さらに複数（連続積層数）回の層形成ステップが行われて、図１５に示す構造物５Ｃが完成する。なお、図１４及び図１５には、単数の中間検査ステップを行う場合について、説明している。構造物５Ｃのうち最も上側の層６２が固化した後、最後の検査ステップを行う。具体的には、最初の検査ステップ及び中間検査ステップと同様の超音波探傷を行う。

換言すると、本実施形態の付加製造方法は、基盤１１の表面又は固化した層の頂面７１上に少なくとも一層からなる第１の層を高さ方向に付加する第１の層形成ステップと、上述した深さ方向Ｄや層の厚さ方向に対応する高さ方向（本実施形態において、矢印Ｚで示す鉛直方向）において前記第１の層の少なくとも一部を含むように設定された第１の検査領域を検査する第１の検査ステップと、前記第１の検査ステップの後に前記第１の層の頂面７１上に少なくとも一層の第２の層を形成する第２の層形成ステップと、深さ方向Ｄに対応する高さ方向において前記第１の検査領域の少なくとも一部と前記第２の層の少なくとも一部をそれぞれ含むように設定された第２の検査領域を検査する第２の検査ステップと、を含むことを特徴とする。

この場合、第１の検査ステップは上記の「最初の検査ステップ」または「中間検査ステップ」のいずれかに相当し、第２の検査ステップは当該「最初の検査ステップ」又は「中間検査ステップ」が行なわれた後に行なわれる次の「中間検査ステップ」又は「最後の検査ステップ」のいずれかに相当する。

例えば、第１の検査ステップが上記の「最初の検査ステップ」であり、第２の検査ステップが「最初の検査ステップ」の後に行なわれる次の「中間検査ステップ」である場合、第１群の層５１，５２，５３および５４を第１の層として高さ方向に付加する工程が第１の層形成ステップに相当し、設定された最大深さＥ１ａと最小深さＥ１ｃとの間にある検査領域Ｅ１が第１の検査領域に相当する。そして、第２群の層５５，５６，５７および５８を第２の層として高さ方向付加する工程が第２の層形成ステップに相当し、最大深さＥ２ａ及び最小深さＥ２ｃとの間にある検査領域Ｅ２が第２の検査領域に相当する。

図１４に示す例においては、第１の層形成ステップにおける第１群の層５１，５２，５３および５４の付加、第１の検査ステップにおける検査領域Ｅ１の検査、第２群の層形成ステップにおける第２群の層５５，５６，５７および５８の付加、第２の検査ステップにおける検査領域Ｅ２の検査、の順に行われている。なお、上述した第１群及び第２群の層は、それぞれ少なくとも一つの層を含むものであれば良く、それぞれ単数（一つ）の層からなるものとしても良い。すなわち、第１及び第２の層形成ステップは、ぞれぞれ単数（一つ）の層を付加する工程であるものとしても良い。

なお、図１５示す完成した構造物５Ｃは、理解を容易にするため、実際に製造される構造物に比べて層の数が少ないものを示している。実際に製造される構造物は、図１５に示す構造物５Ｃに比べて層の数が多く、中間検査ステップは、連続積層数の層形成ステップと交互に複数回行われる。図１３〜図１５においては、実際には複数回行われる中間検査ステップを、単数の中間検査ステップに省略して説明している。基盤１１より上側には、実際には、図１４及び図１５に示すよりも多数の層が構造物に付加され、多数の中間検査ステップが行われる。これら中間検査ステップの間に行われる層形成ステップの回数、すなわち連続積層数は、構造物５の製造に要する時間や効率の観点から、一定であることが好ましい。この場合、各中間検査ステップにおける最大深さＥ２ａと最小深さＥ２ｃとの間の深さ方向Ｄの距離、すなわち検査領域Ｅ２の厚さは、一定であること好適である。

製造が完了した構造物５Ｃのうち最後の検査ステップにおいて検査対象とする検査領域Ｅ３を設定する。具体的には、検査領域Ｅ３のうち最も下側を画定する最大深さＥ３ａ及び最小深さＥ３ｃを設定する。最大深さＥ３ａは、前回の検査ステップすなわち中間検査ステップにおける最小深さＥ２ｃより下側の位置に設定する。このように最後の検査ステップの検査領域Ｅ３と、中間検査ステップの検査領域Ｅ２とを部分的に重ねて、２つの検査領域Ｅ２，Ｅ３の間に、検査されない領域が生じることを防止することができる。

一方、最後の検査ステップにおける最小深さＥ３ｃは、完成した構造物５Ｃの頂面７３に設定することが好ましい。なお、当該頂面７３について検査する必要が無い場合には、最小深さＥ３ｃは、頂面７３より下側の深い位置に設定するものとしても良い。このような場合には、例えば、当該最後の検査ステップより後に、頂面７３を除去するステップや、当該頂面７３を検査するステップを有する場合や、頂面７３に欠陥が存在しても構造物５Ｃの強度及び外観上問題ない場合がある。

本実施形態の付加製造方法において、連続積層数及び検査領域の厚さは、構造物５内を検査するための装置の性能、例えば、プローブ３０等により検査可能な範囲や、構造物５を構成する材料等に応じて設定される。処理装置１００は、各検査ステップの前に連続して行われた層形成ステップの回数すなわち連続積層数と、各層の層厚さに応じて、検査領域の厚さ、すなわち最小深さと最大深さとの間の距離を設定している。

なお、連続積層数及び検査領域の厚さは、構造物の形状等に応じて変化させるものとしても良い。上述した各中間検査ステップにおいて、深さ方向Ｄの検査領域の厚さは、その前に連続して行われた層形成ステップの回数、すなわち連続積層数に応じて変化させることが好適である。例えば、製造中の構造物内に超音波等が伝搬できない空洞等がある場合、当該空洞よりも下側に最小深さが位置するよう検査領域を設定して検査し、その後、当該空洞の周辺部分について、別の検査領域を設定して検査することが好ましい。加えて、空洞の周辺部分においては、複数の検査領域が重なるように設定し、当該周辺部分については重ねて検査することも好適である。

なお、本実施形態の付加製造方法においては、連続積層数の層形成ステップを行って付加された新たな層が完全に固化した後に、検査ステップを行うものとしたが、本発明に係る検査ステップは、この態様に限定されるものではない。検査ステップは、複数の層形成ステップと、交互に繰り返されるものであれば良く、例えば、連続積層数の層形成ステップのうち一部と、検査ステップが時間的に並行して行われるものとしても良い。例えば、図１６に示すように、層形成用ヘッド２０により新たな層を形成しながら、当該層のうち固化した部分の上側にプローブ３０を配置して、上述した検査ステップを行うものとしても良い。

また、本実施形態の付加製造方法は、各検査ステップが行われる前に、プローブ３０が対向する頂面を平滑なものにするためのステップ（以下、平滑化ステップと記す）を含んでいる。上述した付加製造機１０は、上述した検査点３３（弾性波発生点３３ａ及び信号取得点３３ｃ）が設定される頂面７を平滑なものとするための平滑化用ヘッドを備える。

例えば、図１７−１に示す平滑化用ヘッド６５は、頂面７に形成された凹凸を除去するためのものであり、パルス状のレーザ光を頂面７に照射することにより、当該頂面７の一部を昇華させて凹凸を除去する、いわゆるレーザ・アブレーションを行うものとすることができる。また、当該ヘッド６５は、連続的にレーザ光を頂面７に照射して、当該頂面７を再溶融させるものとしても良い。また、当該ヘッド６５は、エンドミルのように頂面７を機械加工することにより、当該頂面７の凹凸を除去するものとしても良い。これらの平滑化ヘッド６５の作用により、頂面７は平滑化される。

また、図１７−２に示す平滑化用ヘッド６６は、圧縮された空気を頂面７に向けて噴射することにより、頂面７に付着した塵埃、例えば、層を構成する粉末材料を除去するものとすることができる。また、当該平滑化用ヘッド６６は、ブラシを備えて、当該ブラシにより粉末材料等の塵埃を除去するものとしても良い。

このような、平滑化用ヘッド６５，６６は、層形成空間１２内に形成可能な頂面７の全てと対向する位置に移動可能に構成することが好ましい。平滑化用ヘッド６５，６６は、例えば、層形成用ヘッド２０と同様に、走査機構４０（図５参照）により三次元的に移動させるものとしても良い。このような平滑化用ヘッド６５，６６を用いて上述した各検査ステップの前に平滑化ステップを行うことにより、構造物５の内部にある欠陥等のきずの検出精度をより高いものにすることができる。

（付加製造方法における欠陥推定ステップ）
また、本実施形態の付加製造方法において、上述した複数の検査ステップのうち、各検査ステップは、上述した弾性波発生ステップ及び反射波検出ステップに加えて、検査点３３において検出された反射波に基づいて、欠陥等のきずの深さ、位置及び大きさのうち少なくとも一つを推定するステップ（以下、欠陥推定ステップと記す）を含んでおり、以下に、図２、図１８〜図２０を参照して説明する。なお、以下に説明する欠陥推定ステップは、各検査ステップ（すなわち、最初の検査ステップ、中間検査ステップ及び最後の検査ステップ、又は、第１の検査ステップ及び第２の検査ステップ）のすべてに含めてもよく、またこれらの検査ステップのいずれか一つ以上に含めても構わない。

図１８は、欠陥推定ステップを説明するＸ−Ｙ平面図であり、図２に矢印Ｚで示す鉛直方向すなわち深さ方向に垂直な平面図である。図１８において、層形成空間１２の外縁を破線で示しており、プローブ３０により所定の強度以上の反射波が検出された領域をスマッジングで示している。頂面のうちプローブ３０と対向する検査点３３（詳細には、信号取得点３３ｃ）から深さ方向（下側）に反射波の発生源が存在した場合に、処理装置１００は、プローブ３０を通して、図１８に示すような結果を取得することが可能である。

本実施形態の欠陥推定ステップにおいて、処理装置１００は、図１８に示すように、検査点において検出された反射波が、構造物５内又はその頂面７にある欠陥等のきずにより反射された反射波であるか、構造物５の側面５ｅ又は頂面７の縁７ｅ（いわゆるエッジ部）により反射された反射波であるかを、判定する。すなわち本実施形態の欠陥推定ステップでは、構造物の形状を示す三次元データに基づいて、検査点において検出された信号（反射波を示す信号）が、構造物のきずによる反射波を示すものか、構造物の形状よる反射波を示すものかを判定する。具体的には、処理装置１００は、反射波が検出された領域Ｒｄ，Ｒｅのうち、製造中の構造物５の側面５ｅ又は当該構造物５の頂面７の縁７ｅに沿う領域Ｒｅにおいて検出された反射波を、当該側面５ｅ又は縁７ｅ等、いわゆる層のエッジ部分により反射された反射波であると推定する。一方、当該Ｘ−Ｙ平面において側面５ｅ又は縁７ｅより内側にある領域Ｒｄにおいて検出された反射波を、構造物５内にある反射波の発生源（以下、反射源と記す）により反射された反射波であると推定する。このような構造物５内の反射源には、欠陥等のきずが含まれている。

処理装置１００は、記憶装置１１０に予め格納されている構造物５及びこれを形成する複数の層の形状を示す三次元データ、又は形状取得装置４８（図９参照）により取得された製造中の構造物５の形状を示す三次元データに基づいて、検出された反射波が、側面５ｅ又は縁７ｅ等のエッジ部分により反射された反射波であるか、構造物５内にある欠陥等の反射源により反射された反射波であるかを判定する。図１８に示す領域Ｒｄにおいて検出された反射波は、構造物５内にある欠陥等のきずにより反射されたものであると判定する。一方、領域Ｒｅにおいて検出された反射波は、欠陥等のきずによるものではなく、側面５ｅや縁７ｅ等のいわゆるエッジ部分により反射されたものであると判定する。このようにして、処理装置１００は、プローブ３０により検出された反射波を示す信号から、欠陥等のきずにより反射された反射波を示す信号を識別することができる。

図１９は、欠陥推定ステップを説明するＸ−Ｙ平面図であり、図２に矢印Ｚで示す鉛直方向すなわち深さ方向に垂直な平面図である。図１９において、検査点３３（弾性波発生点３３ａ及び信号取得点３３ｃ）を中心とする円周状の位置３６は、表面波を反射する反射源が存在する可能性がある位置を示している。

例えば、レーザ超音波を用いた超音波探傷のうち、検査点３３から頂面７に沿って伝搬する表面波を発生させる表面波探傷のように、検査点３３（信号取得点３３ｃ）と反射波の発生源が、Ｘ−Ｙ平面上の同じ位置に存在しない場合、図１９に示すように、検査点３３（信号取得点３３ｃ）を中心として円周状をなしている位置（座標）３６に、反射波の発生源である反射源が存在する可能性がある。当該円周状の位置３６の径の大きさｒは、検査点３３（弾性波発生点３３ａ）における表面波の発生から、反射源により反射された反射波が検査点３３（信号取得点３３ｃ）において検出されるまでの時間（以下、伝搬時間と記す）を示している。換言すれば、伝搬時間は、検査点３３における表面波発生に対する反射波到達の時間差（位相）を示している。

欠陥推定ステップにおいて、処理装置１００は、一つの検査点３３（信号取得点３３ｃ）において検出された反射波の伝搬時間（表面波発生に対する反射波到達の位相）に基づいて、Ｘ-Ｙ平面上において当該検査点３３を中心に円周状をなす「反射源が存在する可能性がある位置」を推定する。この「反射源が存在する可能性がある位置」は、当該円周状の位置（座標）３６のうち、どこかに反射源があることしか示されておらず、反射源の位置が特定されていない。

そこで、本実施形態の欠陥推定ステップにおいて、処理装置１００は、図２０に示すように、同一の頂面７上において異なる位置にある複数の検査点３３，３３Ｂ，３３Ｃにおいて、頂面７に沿って伝搬する表面波の反射波を検出する。図２０は、欠陥推定ステップを説明するＸ−Ｙ平面図である。図２０のうち、（ａ）は、第１検査点３３を中心とする反射源が存在する可能性がある位置３６を示しており、（ｂ）は、第２検査点３３Ｂを中心とする反射源が存在する可能性がある位置３７を示しており、（ｃ）は、第３検査点３３Ｃを中心とする反射源が存在する可能性がある位置３８を示している。

処理装置１００は、同一頂面７上のうち異なる位置にある複数の検査点３３，３３Ｂ，３３Ｃのそれぞれを中心とする複数の円周状の位置３６，３７，３８を算出する。そして、図２０（ｅ）で示すように、これらる複数の円周状の位置（すなわち反射源が存在する可能性がある位置）３６，３７，３８の交点３９の位置を、反射源が存在する位置として特定する。具体的には、当該交点３９のＸ−Ｙ平面上における座標を算出し、当該座標に、欠陥等の反射源があるものとみなす。当該交点３９の位置（座標）が、頂面７内の位置（座標）であれば、当該交点３９の位置に、欠陥等の反射源があるものと判定し、当該反射源の位置が特定される。

なお、このように特定された反射源の位置３９（図２０（ｅ）参照）と、検査点３３と反射源との距離ｒ（図１９参照）、及び各検査点３３，３３Ｂ，３３Ｃにおいて検出された反射波の振幅（図１２−１〜図１２−４参照）に基づいて、当該反射源、例えば欠陥等のきずの大きさを推定することができる。加えて、特定された反射源の位置３９において、例えば、上述したバルク波探傷（図１１−１〜図１１−４参照）を行うことにより、当該欠陥の頂面７からの深さを推定することができる。

以上に説明したように本実施形態の付加製造方法は、図２に示すように、基盤１１の表面１１ａ又は固化した層６の頂面７上に新たな層８を形成して当該層８を構造物５に付加する複数の層形成ステップを有する。当該付加製造方法は、図１４に示すように、少なくとも一つの層形成ステップと交互に行われ、当該層形成ステップにより層が付加された構造物５Ｂのうち、予め設定された検査領域（Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３、図１３〜図１５参照）を検査する複数の検査ステップを有する。例えば、図１３に示す最初の検査ステップ、図１４に示す中間検査ステップ、図１５に示す最後の検査ステップがある。これら検査ステップは、今回の検査領域Ｅ２を、前回の検査領域Ｅ１と深さ方向において部分的に重ねて検査する少なくとも一つの中間検査ステップ（図１４参照）を含むものとした。

また、図１に示すように、本実施形態の付加製造システム１は、基盤１１の表面１１ａ又は固化した層６の頂面７上に新たな層８を形成して構造物に層を一層ずつ付加するための層形成用ヘッド２０と、層が付加された構造物５のうち、予め設定された検査領域（図１３〜図１５参照）を検査する検査ステップを実行可能な処理装置１００とを有する。当該処理装置１００は、図１４に示すように、今回の検査領域Ｅ２を、頂面７２から基盤１１に向かう深さ方向Ｄにおいて前回の検査領域Ｅ１と部分的に重ねて検査する少なくとも一つの中間検査ステップを、実行するものとした。本実施形態によれば、付加製造により製造中の構造物５内又は当該構造物５の頂面７に生じたきずを調べ、当該きずについて欠陥であるか否かを判定する検査、いわゆるインプロセス検査を、より高精度且つ効率的に行うことができる。

[他の実施形態]
なお、上述した実施形態において、図２に示す構造物５を形成する複数の層のうち、最初に形成される層６は、基盤１１の表面１１ａ上に形成されるものとしたが、本発明は、この態様に限定されるものではない。基盤１１の表面１１ａ上に構造物を支持するためのサポートを配置し、当該サポート上に最初の層６を形成するものとしても良い。この場合、処理装置１００が実行する最初の検査ステップ（図１３参照）の検査領域Ｅ１の最大深さＥ１ａは、当該サポートと最初に形成される層との界面と同一又は当該界面より僅かに下側に設定される。

上述した本実施形態の付加製造方法のうち層形成ステップにおいては、層形成用ヘッド２０を用いて、いわゆる「ダイレクトエナジーデポジション」を行うことにより、頂面上に層を形成し、当該層を製造中の構造物に付加するものとしたが、本発明に係る層形成ステップは、この態様に限定されるものではない。例えば、粉末材料を、一層ずつ敷き詰めた後、レーザ光の照射により敷き詰められた材料のうち所定の部分を溶融させて当該部分を選択的に固化させる、いわゆる「パウダー・ベッド・フュージョン（Powder bed fusion 、「粉末床溶融結合」とも称される）」を行うものとして良い。

なお、層形成ステップにおいて、層形成用ヘッド２０は、例えば、光硬化性樹脂（感光性樹脂）材料に紫外線等の光を照射し、当該材料を光重合反応により選択的に固化（硬化）させる、いわゆる「光造形（液槽光重合）を行うものとしても良い。また、層形成用ヘッド２０は、粉末状の材料を一層ずつ敷き詰めた後、敷き詰められた材料のうち所定の部分に液体の結合剤（結着材）を供給して、当該部分を選択的に固化させる結合剤噴射（Binder jetting）を行うものとしても良い。

また、本実施形態の付加製造方法において、処理装置１００は、製造する構造物５の形状等に応じて、連続積層数、各層の層厚さ、検査領域の厚さ（最小深さと最大深さとの間の深さ方向の距離）を変化させるものとしたが、これらはを一定の値に設定するものとしても良い。なお、各検査ステップにおいては、今回の最大深さを、前回の最小深さより深い位置に設定して、前回の検査領域と今回の検査領域とを部分的に重ねるものとしたが、検査領域の設定手法は、この態様に限定されるものではない。今回の最大深さを前回の最小深さとほぼ同じ位置に設定し、２つの検査領域が深さ方向において隣接させることも可能である。

また、本実施形態の付加製造方法は、各検査ステップが行われる前に、平滑化用ヘッド６５，６６を用いて、頂面を平滑なものにするための平滑化ステップを行うものとしたが、本発明は、この態様に限定されるものではない。平滑化ステップは、省略することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態はその他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１：付加製造システム、３Ａ：アレイ（プローブのアレイ）、４：底面、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ、５ｅ：側面（構造物の側面）、６：層、７，７１，７２，７３：頂面（構造物又は層の頂面）、７ｅ：縁（頂面）、８：層、８ａ：層加工点、１０：付加製造機、１０ａ：前面（付加製造機の前面）、１１：基盤、１１ａ：表面（基盤の表面）、１２：層形成空間、２０：層形成用ヘッド（層付加用ヘッド）、３０，３０Ｂ：プローブ（超音波探傷用プローブ）、３１：探傷装置、３３：第１検査点（検査点）、３３Ｂ：第２検査点（検査点）、３３Ｂ：第２検査点（検査点）、３３Ｃ：第３検査点（検査点）、３３ａ：弾性波発生点（検査点）、３３ｃ：信号取得点（検査点）、３９：交点（位置座標）、４０，４４：走査機構、４６：走査装置、４８：形状取得装置、５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２：層、６５，６６：平滑化用ヘッド、１００：処理装置、１１０：記憶装置、１２０：入力装置、１３０：表示装置

Claims (7)

1. 材料で構成された層を一層ずつ構造物に付加する付加製造方法であって、
   基盤の表面又は固化した層の頂面上に新たな層を形成して当該層を構造物に付加する複数の層形成ステップと、
   少なくとも一つの層形成ステップと交互に行われ、当該層形成ステップにより層が付加された構造物のうち、予め設定された検査領域を検査する複数の検査ステップと、
   を有し、
   前記複数の検査ステップは、
   今回の検査領域を、前記頂面から前記基盤に向かう深さ方向において前回の検査領域と部分的に重ねて検査する少なくとも一つの中間検査ステップを
   含み、
   前記中間検査ステップは、
   その前に連続して行われた複数の層形成ステップにより付加されて固化した層のうち最も上側にある頂面から前記深さ方向の深さのうち、予め設定された最小深さ及び最大深さの間に前記検査領域が設定され、
   今回の検査ステップにおける検査領域の最大深さは、前回の検査ステップにおける検査領域の最小深さより下側に位置し、かつ、前回の検査ステップにおける検査領域の最大深さより上側に位置する
   ことを特徴とする付加製造方法。
2. 前記検査ステップは、
   前記構造物の形状を示す三次元データに基づいて、検査点において検出された信号が、前記構造物のきずによるものか、当該構造物の形状よるものかを判定する欠陥推定ステップ、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の付加製造方法。
3. 前記検査ステップの前に行われ、前記頂面を平滑化する平滑化ステップを、
   さらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の付加製造方法。
4. 基盤の表面又は固化した層の頂面上に少なくとも一層からなる第１の層を高さ方向に付加する第１の層形成ステップと、
   前記高さ方向において前記第１の層の少なくとも一部を含むように設定された第１の検査領域を検査する第１の検査ステップと、
   前記第１の検査ステップの後に前記第１の層の頂面上に少なくとも一層からなる第２の層を前記高さ方向に付加する第２の層形成ステップと、
   前記高さ方向において前記第１の検査領域の一部と前記第２の層の少なくとも一部を含むように設定された第２の検査領域を検査する第２の検査ステップと、
   を含み、
   前記第２の検査ステップは、
   前記第１の層のうち最も上側にある頂面から前記深さ方向の深さのうち、予め設定された最小深さ及び最大深さの間に前記第２の検査領域が設定され、
   前記第２の検査領域の最大深さは、前記第１の検査領域の最小深さより下側に位置し、かつ、前記第１の検査領域の最大深さより上側に位置することを特徴とする付加製造方法。
5. 基盤の表面又は固化した層の頂面上に新たな層を形成して当該層を構造物に付加するための層形成用ヘッドと、
   前記構造物のうち、予め設定された検査領域を検査する検査ステップを実行可能な処理装置と、
   を有し、
   当該処理装置は、
   今回の検査領域を、前記頂面から前記基盤に向かう深さ方向において前回の検査領域と部分的に重ねて検査する少なくとも一つの中間検査ステップを、実行するものであって、
   前記中間検査ステップは、
   その前に連続して行われた複数の層形成ステップにより付加されて固化した層のうち最も上側にある頂面から前記深さ方向の深さのうち、予め設定された最小深さ及び最大深さの間に前記検査領域が設定され、
   今回の検査ステップにおける検査領域の最大深さは、前回の検査ステップにおける検査領域の最小深さより下側に位置し、かつ、前回の検査ステップにおける検査領域の最大深さより上側に位置する
   ことを特徴とする付加製造システム。
6. 前記基盤の上側にある層形成空間内において複数の層からなる前記構造物のうち最も上側にある頂面と対向する位置に移動して、当該頂面又は当該構造物内にある欠陥と判定されるきずを検出可能なプローブを、
   さらに備えることを特徴とする請求項５に記載の付加製造システム。
7. 前記層形成空間内に形成可能な前記頂面の全てと対向する位置に前記プローブを移動させることが可能な走査機構を、
   さらに備えることを特徴とする請求項６に記載の付加製造システム。

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