JP7527157B2 - 三次元造形装置及び三次元物体の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、三次元の物体を造形する三次元造形装置及び三次元物体の製造方法に関する。

従来、電子ビームが照射されると溶融しその後に凝固する金属の粉末材料に電子ビームを照射し、金属の粉末材料が凝固することによって得られた複数の層を重ねて三次元の物体を造形する三次元造形装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。以下では、金属の粉末材料は単に「粉末材料」と記載される場合がある。三次元造形装置は、三次元の物体が形成されることになる領域に粉末材料を供給して粉末材料に選択的に電子ビームを照射して粉末材料を溶融させて凝固させる工程を複数回繰り返し行う手段を有する。

三次元造形装置が粉末材料に電子ビームを照射すると粉末材料を構成する多数の粉末が帯電し、帯電した粉末同士のクーロン力による反発によって、粉末材料は飛散する。粉末材料の飛散を防止するために、粉末材料が帯電することを抑制する処理が必要不可欠である。特許文献１は、粉末材料を溶融させる前に粉末材料を予熱する工程を開示している。粉末材料を予熱する工程では、デフォーカスされた電子ビームが粉末材料に照射される。これにより、局所的な帯電の発生を防ぎながら粉末材料を加熱し、粉末材料の電気抵抗を低下させる。

特許文献１は、平行に並んだ複数のラインの各々をひとつの向きに走査して予熱を行う技術を開示している。特許文献１は、予熱を行う場合、電子ビームの照射による電荷の累積の影響を抑制するために、電子ビームが照射される経路となる連続するライン同士をあらかじめ決められた距離だけ離して電子ビームを走査する技術を開示している。これにより、粉末材料が過度に帯電することが抑制される。

特許第５１０８８８４号公報

従来の技術では、三次元造形装置が平行に並んだ複数のラインに電子ビームを照射する場合、複数のラインの各々について、電子ビームが照射される位置は、二つの端部のうちの第１の端部から第２の端部への向きに移動する。電子ビームが照射される位置は、ひとつのラインの第２の端部に達すると、次のラインの第１の端部に移動する。電子ビームが照射される位置は、ひとつのラインの第２の端部から次のラインの第１の端部に移動する際に急激に変化する。

電子ビームが照射される位置が急激に変化すると、電子ビームが実際に照射される位置は、指令位置からずれる場合がある。電子ビームが照射される位置が指令位置からずれると、電子ビームが照射されない箇所が生じる恐れもあるし、電子ビームが過剰に照射される箇所が生じる恐れもある。すなわち、従来の技術では、粉末材料を均一に予熱することは困難である。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、粉末材料を均一に予熱する三次元造形装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る三次元造形装置は、電子ビームが照射される領域に敷き均された粉末材料に電子ビームを照射して粉末材料を予熱した後に、粉末材料に電子ビームを照射して粉末材料を溶融させて三次元の物体を造形する装置であって、電子ビームを出射する電子ビーム出射部を有する。電子ビーム出射部は、粉末材料を予熱する場合、ひとつの面に並んだ複数の点が一筆書きで結ばれる経路である一筆書き照射経路で粉末材料に電子ビームを照射する。上記の点は、電子ビームが照射される位置である。一筆書き照射経路は、平行に並んだ複数の直線を結ぶ経路である。電子ビーム出射部は、一筆書き照射経路で粉末材料に電子ビームを複数回照射する。電子ビーム出射部が奇数回目に粉末材料に電子ビームを照射する場合の複数の直線は、電子ビーム出射部が偶数回目に粉末材料に電子ビームを照射する場合の複数の直線と直交する。

本開示に係る三次元造形装置は、粉末材料を均一に予熱することができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る三次元造形装置の構成を示す図 実施の形態１に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第１図 実施の形態１に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第２図 実施の形態１に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路の例を示す図 実施の形態１に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路における電子ビームの移動距離と時間との関係の例を示すグラフ 実施の形態１に係る三次元造形装置が予熱を行う場合に連続する１０点に電子ビームを照射したときの照射強度分布と位置との関係を模式的に示す第１図 実施の形態１に係る三次元造形装置が予熱を行う場合に連続する１０点に電子ビームを照射したときの照射強度分布と位置との関係を模式的に示す第２図 実施の形態１に係る三次元造形装置が予熱を行う場合に連続する１０点に電子ビームを照射したときの照射強度分布と位置との関係を模式的に示す第３図 実施の形態１に係る三次元造形装置が予熱を行う場合に連続する１０点に電子ビームを照射したときの、単独の電子ビームの照射強度における頂部の強度に対する累積した照射強度分布における頂部の強度の比と、累積した照射強度分布における谷部の強度に対する累積した照射強度分布における頂部の強度の比と、隣り合う二つの点の間隔を電子ビームの強度分布の半値幅で除した値との関係を示す図 実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第１図 実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第２図 実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第３図 実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第４図 実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第５図 実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第６図 実施の形態４に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第１図 実施の形態４に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第２図 実施の形態４に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第３図 実施の形態４に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第４図 実施の形態５に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第１図 実施の形態５に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第２図 実施の形態６に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第１図 実施の形態６に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第２図 実施の形態６に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第３図 実施の形態６に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第４図 実施の形態７に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための図 実施の形態８に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第１図 実施の形態８に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第２図 実施の形態８に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第３図 実施の形態８に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームが照射される経路を説明するための第４図 実施の形態９に係る三次元造形装置が予熱を行う場合において偶数回目に電子ビームを照射するときの電子ビームが照射される経路を説明するための図 実施の形態１０に係る三次元物体の製造方法の手順の一部を示すフローチャート 実施の形態１に係る三次元造形装置が有する制御部の少なくとも一部がプロセッサによって実現される場合のプロセッサを示す図 実施の形態１に係る三次元造形装置が有する制御部の少なくとも一部が処理回路によって実現される場合の処理回路を示す図

以下に、実施の形態に係る三次元造形装置及び三次元物体の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
まず、実施の形態１に係る三次元造形装置の構成の概要と、当該三次元造形装置によって得られる効果とを説明する。当該三次元造形装置は、粉末材料に電子ビームを照射して粉末材料を溶融させて三次元の物体を造形する。当該三次元造形装置は、電子ビームを出射する電子ビーム出射部を有する。電子ビーム出射部は、電子ビームを出射して物体を造形するために粉末材料を溶融させる。電子ビーム出射部は、粉末材料を溶融させる前に粉末材料に電子ビームを照射して粉末材料を予熱する。

電子ビーム出射部は、予熱のために電子ビームを粉末材料に照射する場合、ひとつの面に並んだ複数の点が一筆書きで結ばれる経路で粉末材料に電子ビームを照射する。以下では、上記の経路は「一筆書き照射経路」と記載される。電子ビーム出射部が一筆書き照射経路で粉末材料に電子ビームを照射することにより、粉末材料は均一に予熱される。

一筆書き照射経路における隣り合う二つの点の間隔を電子ビームの強度分布の半値幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）で除した値は、０．５以上２．５以下である。すなわち、上記の隣り合う二つの点の間隔が「ｄ」で表現される場合、ｄとＦＷＨＭとの関係は、０．５≦ｄ／ＦＷＨＭ≦２．５である。間隔ｄは、必ずしも等間隔である必要はない。

上述の通り、実施の形態１に係る三次元造形装置は、予熱のために電子ビームを粉末材料に照射する場合、一筆書き照射経路で粉末材料に電子ビームを照射する。一筆書き照射経路に含まれる複数の点におけるすべての隣り合う二つの点の間隔ｄは、０．５≦ｄ／ＦＷＨＭ≦２．５の関係になるように設定されている。そのため、当該三次元造形装置は、予熱を行う場合、電子ビームが照射される位置が急激に変化することを抑制することができる。加えて、当該三次元造形装置は、電子ビームが実際に照射される位置が指令位置からずれることを抑制することができる。つまり、当該三次元造形装置によれば、電子ビームが実際に照射される位置の移動についての応答遅れが生じにくくなる。さらに、当該三次元造形装置は、粉末材料への電荷の過剰な供給又は粉末材料の温度ムラによってスモークが発生することを防止することができる。したがって、実施の形態１に係る三次元造形装置は、粉末材料を均一に予熱することができる。

図１は、実施の形態１に係る三次元造形装置１の構成を示す図である。図１は、三次元造形装置１の断面を模式的に示している。説明の便宜上、図１に示されている三次元造形装置１が有するすべての構成要素にはハッチングが行われていない。三次元造形装置１は、電子ビームＡが照射される領域Ｂに敷き均された粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射して粉末材料Ｃを予熱した後に、粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射して粉末材料Ｃを溶融させ、溶融した粉末材料Ｃを凝固させて三次元の物体Ｅを造形する。例えば、領域Ｂは平面に位置する。

粉末材料Ｃは、多数の粉末により構成される。例えば、粉末は金属製の粉末である。粉末の大きさは、電子ビームＡの照射により粉末材料Ｃが溶融及び凝固することができるものであれば限定されない。

三次元造形装置１は、粉末材料Ｃが収められて三次元の物体Ｅが造形される造形部２と、造形部２に収められた粉末材料Ｃに対して電子ビームＡを出射する電子ビーム出射部３と、造形部２及び電子ビーム出射部３を制御する制御部４とを有する。

造形部２は、チャンバ２１を有する。例えば、チャンバ２１の内部は真空又は実質的に真空である。造形部２は、チャンバ２１の内部に配置されていて粉末材料Ｃが収められるホッパ２２を更に有する。ホッパ２２には、収められた粉末材料Ｃを排出するための排出口２２ａが形成されている。実施の形態１では、排出口２２ａはホッパ２２の下部に位置する。造形部２は、チャンバ２１の内部に配置されていて造形される物体Ｅを支持するプレート２３を更に有する。ホッパ２２の排出口２２ａから排出される粉末材料Ｃは、プレート２３の上に供給される。物体Ｅは、プレート２３の上で造形される。

例えば、プレート２３の形状は矩形状又は円状である。プレート２３は、電子ビーム出射部３から出射される電子ビームＡの進行方向の電子ビーム出射部３より前に配置されている。例えば、プレート２３は、鉛直方向と直交する平面に位置している。実施の形態１では、プレート２３が鉛直方向と直交する平面に位置していることを想定する。

造形部２は、チャンバ２１の内部に配置されていてプレート２３を支持する昇降ステージ２４と、チャンバ２１の内部に配置されていてプレート２３を鉛直方向において昇降させるための昇降機２５とを更に有する。プレート２３は、昇降ステージ２４と共に昇降する。図１における矢印Ｆは、プレート２３が昇降ステージ２４と共に昇降することを示している。昇降機２５は、制御部４と電気的に接続されており、制御部４から出力される制御信号をもとに動作する。例えば、昇降機２５は、物体Ｅの造形の初期において、プレート２３を相対的に上方に位置させる。昇降機２５は、プレート２３の上において粉末材料Ｃが溶融した後に凝固する毎にプレート２３を降下させる。昇降機２５がプレート２３を昇降することができれば、昇降機２５の構造は限定されない。

造形部２は、チャンバ２１の内部に配置されていてプレート２３が配置される造形タンク２６を更に有する。粉末材料Ｃは、造形タンク２６に供給される。例えば、造形タンク２６の形状は角筒状である。造形タンク２６の形状が角筒状である場合、造形タンク２６の軸は、プレート２３の移動方向と平行である。造形タンク２６の断面の形状は、プレート２３と相似である。昇降ステージ２４の形状は、造形タンク２６の内側の形状に対応している。つまり、造形タンク２６の水平方向における断面の形状が矩形である場合、昇降ステージ２４の形状は矩形である。これにより、造形タンク２６に供給される粉末材料Ｃは、昇降ステージ２４の下方へ漏れ落ちにくくなる。粉末材料Ｃが昇降ステージ２４の下方へ漏れ落ちることを抑制するために、シール材が昇降ステージ２４の外縁部に設けられてもよい。なお、造形タンク２６の水平方向における断面の形状は、矩形に限定されない。造形タンク２６の形状は、水平方向における断面の形状が円形である円筒状であってもよい。

造形部２は、チャンバ２１の内部に配置されていてプレート２３の上に供給される粉末材料Ｃを均すスキージ２７を更に有する。例えば、スキージ２７は、棒状又は板状の部材である。スキージ２７は水平方向に移動することにより、プレート２３の上に供給される粉末材料Ｃを均す。図１において、矢印Ｇは、スキージ２７が水平方向に移動することを示している。これまでの説明ではホッパ２２の排出口２２ａから排出される粉末材料Ｃはプレート２３の上に供給されるが、ホッパ２２の排出口２２ａから排出される粉末材料Ｃはスキージ２７によってプレート２３の上に供給されてもよい。スキージ２７は、図示されていないアクチュエータ及び機構により移動させられる。なお、プレート２３の上に供給される粉末材料Ｃは、スキージ２７以外の手段によって均されてもよい。プレート２３の上に粉末材料Ｃを供給する手段は、ホッパ２２及びスキージ２７以外の手段であってもよい。

造形部２は、チャンバ２１の内部に配置されていて、加熱によって高温に保たれる領域Ｂの表面からの輻射熱を受けて高温となる輻射シールド２８を有する。輻射シールド２８は、高温になることによって輻射熱を領域Ｂに返す機能を有する。これは、領域Ｂの表面を効率的に高温に保つ（保温する）ために有効である。また、輻射シールド２８は、電子ビームＡの走査を妨げないような形状となっている。輻射シールド２８は、通常は板状の部材で構成されている。また、複数枚の板状の部材を、互いに空間を設けながら重ねるように配置することによって、より一層の保温効果を得ることができる。

上述の通り、電子ビーム出射部３は、造形部２に収められた粉末材料Ｃに対して電子ビームＡを出射する。具体的には、電子ビーム出射部３は、電子ビームＡが照射される領域Ｂに敷き均された粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。粉末材料Ｃは、電子ビームＡが照射されることにより、加熱される。電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを溶融させる前に、粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射して粉末材料Ｃを予熱する。

電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを予熱する場合、ひとつの面に並んだ複数の点が一筆書きで結ばれる一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。例えば、上記の複数の点は、領域Ｂの１／２以上の範囲に配置されている。上記の複数の点は、領域Ｂの３／４以上の範囲に配置されていてもよいし、領域Ｂの４／５以上の範囲に配置されていてもよい。これにより、電子ビームＡが照射される位置が急激に変化することが抑制される。例えば、電子ビーム出射部３は、一筆書き照射経路に含まれる複数の点にのみ電子ビームＡを照射する。

上述の通り、一筆書き照射経路における隣り合う二つの点の間隔を電子ビームの強度分布の半値幅で除した値は、０．５以上２．５以下である。すなわち、上記の隣り合う二つの点の間隔が「ｄ」で表現される場合、ｄと半値幅ＦＷＨＭとの関係は、０．５≦ｄ／ＦＷＨＭ≦２．５である。これにより、粉末材料Ｃへの電荷の過剰な供給又は粉末材料Ｃの温度ムラによってスモークが発生することが抑制される。したがって、三次元造形装置１は、粉末材料Ｃに対する入熱ムラを抑制して粉末材料Ｃを適切に予熱することができる。

電子ビーム出射部３は、コラム３１と、コラム３１の内部に配置されていて電子ビームＡを出射する電子銃部３２を有する。電子銃部３２は、制御部４と電気的に接続されている。電子銃部３２は、制御部４から出力される制御信号をもとに動作する。実施の形態１では、電子銃部３２は、鉛直下方に向けて電子ビームＡを出射する。電子ビーム出射部３は、コラム３１の内部に配置されていて電子銃部３２が出射する電子ビームＡを収束させる収束コイル３３を更に有する。収束コイル３３は、制御部４と電気的に接続されている。収束コイル３３は、制御部４から出力される制御信号をもとに動作する。

電子ビーム出射部３は、コラム３１の内部に配置されていて電子銃部３２が出射する電子ビームＡが照射される位置を調整する偏向コイル３４を更に有する。偏向コイル３４は、制御部４と電気的に接続されている。偏向コイル３４は、制御部４から出力される制御信号をもとに動作する。偏向コイル３４は、電子ビームＡが照射される位置を電磁的に変更する。偏向コイル３４は、電子ビームＡが照射される位置が機械的に変更される場合と比べて、電子ビームＡの照射時における走査速度を高速にすることができる。

上述の通り、制御部４は、造形部２及び電子ビーム出射部３を制御する。例えば、制御部４は、プレート２３の昇降、スキージ２７の動作、電子ビームＡの出射及び偏向コイル３４の動作を制御する。

制御部４は、プレート２３の昇降を制御する場合、昇降機２５に制御信号を出力する。昇降機２５は、制御部４から出力される制御信号をもとに動作してプレート２３の鉛直方向における位置を調整する。制御部４は、スキージ２７の動作を制御する場合、電子ビームＡが出射される前にスキージ２７を動作させる。スキージ２７は、制御部４による制御によってプレート２３の上の粉末材料Ｃを均す。

制御部４は、電子ビームＡの出射を制御する場合、電子銃部３２に制御信号を出力する。電子銃部３２は、制御部４から出力される制御信号をもとに電子ビームＡを出射する。

制御部４は、偏向コイル３４の動作を制御する場合、偏向コイル３４に制御信号を出力する。電子ビームＡが照射される位置は、制御部４から出力される制御信号をもとに制御される。例えば、制御部４には、造形すべき物体Ｅの三次元ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データが入力される。制御部４は、入力された三次元ＣＡＤデータをもとに、二次元のスライスデータを生成する。スライスデータは、例えば、造形すべき物体Ｅの断面のデータである。当該断面は、水平面と平行である。スライスデータは、鉛直方向における複数の位置の各々に対応する多数の断面のデータの集合体である。制御部４は、スライスデータをもとに、電子ビームＡが照射される領域Ｂを決定する。制御部４は、決定された領域Ｂをもとに偏向コイル３４に制御信号を出力する。

制御部４は、粉末材料Ｃを予熱するための制御を行う。予熱は、粉末材料Ｃが溶融する前に、粉末材料Ｃを加熱して、粉末材料Ｃの温度を粉末材料Ｃの融点未満の温度に上昇させる処理である。予熱により、電子ビームＡの照射による粉末材料Ｃへの負電荷の蓄積が抑制される。その結果、三次元造形装置１は、粉末材料Ｃを溶融させるために電子ビームＡを粉末材料Ｃに照射する際に粉末材料Ｃが舞い上がるスモーク現象の発生を抑制することができる。

制御部４は、粉末材料Ｃを予熱するための制御を行う場合、電子ビーム出射部３に対して、プレート２３の上の粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射させる制御を行う。これにより、粉末材料Ｃ及びプレート２３が加熱される。予熱のための電子ビームＡの照射は、適切に行われなければならない。なぜなら、予熱において、粉末材料Ｃ又はプレート２３に入熱ムラが存在すると、物体Ｅを適切に造形することができないおそれがあるからである。つまり、物体Ｅを造形するための電子ビームＡが照射される領域Ｂは、できるだけ均一に予熱されなければならない。

図２は、実施の形態１に係る三次元造形装置１が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第１図である。図３は、実施の形態１に係る三次元造形装置１が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第２図である。図２及び図３は、プレート２３が矩形状である場合の電子ビームＡが照射される矩形状の領域Ｂを示している。電子ビーム出射部３は、予熱を行う場合、領域Ｂに電子ビームＡを照射する。

電子ビーム出射部３は、予熱を行う場合、領域Ｂにおいて格子状に均等な間隔で配された複数の点が一筆書きで結ばれる一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。図２及び図３では、複数の点の各々は黒い丸で示されている。格子は、Ｋ行×Ｌ列で構成される。図２及び図３では、Ｋ及びＬは奇数である。Ｋ及びＬの一方又は双方は、偶数であってもよい。

図２及び図３の複数の点を結ぶ直線及び矢印は、一筆書き照射経路の例を示している。例えば、一筆書き照射経路は、図２に示されるように、領域Ｂの第１の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，２ｎ－１}として、ある物が、第１の方向に沿って領域Ｂのなかの最も左の列の端部に至るまで順に隣り合う点を移動し、その後、ひとつ右の列へ移動し、再び第１の方向に沿って反対側の端部まで移動することを繰り返すことによって終点Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}に至る経路である。終点Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}は、領域Ｂの第２の角部の点である。

例えば、一筆書き照射経路は、図３に示されるように、領域Ｂの第２の角部の点を始点Ｐ_ｓ，２ｎとして、ある物が、第１の方向に沿って領域Ｂのなかの最も右の列の端部に至るまで順に隣り合う点を移動し、その後、ひとつ左の列へ移動し、再び第１の方向に沿って反対側の端部まで移動することを繰り返すことによって終点Ｐ_ｆ，２ｎに至る経路である。図３の始点Ｐ_ｓ，２ｎは図２の終点Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}であり、図３の終点Ｐ_ｆ，２ｎは図２の始点Ｐ_{ｓ，２ｎ－１}である。

実施の形態１では、電子ビーム出射部３は、予熱を行う場合、粉末材料Ｃに電子ビームＡを２ｎ回照射する。以下では、ｎは１以上の整数である。電子ビーム出射部３は、（２ｎ－１）回目に電子ビームＡを照射する場合、図２で示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。電子ビーム出射部３は、２ｎ回目に電子ビームＡを照射する場合、図３で示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。（２ｎ－１）は奇数であり、２ｎは偶数である。

実施の形態１に係る三次元造形装置１は、粉末材料Ｃを予熱する場合、ひとつの面に並んだ複数の点が一筆書きで結ばれる経路である一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。一筆書き照射経路に含まれる複数の点におけるすべての隣り合う二つの点の間隔ｄは、０．５≦ｄ／ＦＷＨＭ≦２．５の関係になるように設定されている。これにより、電子ビームＡが照射される位置が急激に変化することが抑制される。その結果、電子ビームＡが照射される位置の移動について応答遅れが生じにくくなる。したがって、三次元造形装置１は、粉末材料Ｃに対する入熱ムラを抑制し、粉末材料Ｃを均一に予熱することができる。

なお、図２及び図３では、プレート２３の形状が矩形状であるので、領域Ｂの形状は矩形状である。プレート２３の形状は、円形状であってもよい。その場合においても、複数の点は、領域Ｂの１／２以上の範囲において、図２及び図３と同様に格子状に配置される。

図４は、実施の形態１に係る三次元造形装置１が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路の例を示す図である。図４の経路は、２行×７列で構成される点５１から点６４までの１４個の点を含む一筆書き照射経路である。点５１から点６４までの１４個の点の各々の隣の点との距離は、等しい。図５は、実施の形態１に係る三次元造形装置１が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路における電子ビームＡの移動距離と時間との関係の例を示すグラフである。図５は、図４に示される経路における電子ビームＡの移動距離と時間との関係の例を示している。電子ビームＡが間隔ｄで配置された隣り合う二つの点を刻み時間Δｔで移動することを想定する。電子ビーム出射部３は、偏向コイル３４が動作することによって、電子ビームＡが照射される位置を順に移動させる。

図５では、電子ビームＡが照射される位置が移動する期間は破線で示されており、電子ビームＡが照射されている期間は実線で示されている。点５１から点６４までの１４個の点のうちのひとつの点から隣の点に電子ビームＡが照射される位置が移動する期間には、電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを加熱するエネルギの電子ビームＡを出射しない。

上述の通り、点５１から点６４までの１４個の点の各々の隣の点との距離は等しい。つまり、電子ビームＡが照射される隣り合う二つの点の距離は一定である。電子ビーム出射部３は、同じエネルギの電子ビームＡを点５１から点６４までの１４個の点の各々に照射する。これにより、三次元造形装置１は粉末材料Ｃに対する入熱ムラを抑制して粉末材料Ｃを適切に予熱することができる。

上述の通り、電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを予熱する場合、ひとつの面に並んだ複数の点が一筆書きで結ばれる一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。一筆書き照射経路における隣り合う二つの点の間隔を電子ビームの強度分布の半値幅ＦＷＨＭで除した値は、０．５以上２．５以下である。すなわち、隣り合う二つの点の間隔が「ｄ」で表現される場合、ｄとＦＷＨＭとの関係は、０．５≦ｄ／ＦＷＨＭ≦２．５である。実施の形態１においては、一筆書き照射経路に含まれる複数の点におけるすべての隣り合う二つの点の間隔は等しいが、当該間隔は必ずしも等間隔である必要はない。

以下に、上記の間隔ｄの適正な範囲について説明する。上述の通り、三次元造形装置１は、粉末材料Ｃを予熱する場合、ひとつの面に並んだ複数の点が一筆書きで結ばれる一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。粉末材料Ｃが電子ビームＡに照射されると、粉末材料Ｃは帯電する。電荷は、時間の経過と共に徐々に周囲に移動するため除電が進む。しかしながら、粉末材料Ｃが電子ビームＡに局所的に照射されると、累積した帯電量が閾値を超え、クーロン斥力によって粉末材料Ｃは飛散する。すなわち、スモーク現象が発生する。当該閾値は、粉末材料Ｃの飛散が発生する直前の帯電量である。粉末材料Ｃが飛散すると、物体Ｅを適切に造形することができない。

予熱が行われる場合、粉末材料Ｃに、粉末材料Ｃを飛散させることがない電子ビームＡが照射されれば、スモーク現象が発生することは抑制される。一筆書き照射経路における隣り合う二つの点の距離が短すぎると、電荷が粉末材料Ｃに累積し、スモーク現象が発生しやすい。上記の隣り合う二つの点の距離が長すぎると、粉末材料Ｃの表面の温度ムラが大きくなり、温度が上がりにくい箇所でスモーク現象が発生しやすい。これらの現象は、電子ビームＡの強度分布に比較的強く依存する。以下に、電子ビームＡの強度分布を踏まえた上で、適切なｄ／ＦＷＨＭを説明する。

一般的に、単独の電子ビームの空間的な強度分布は近似的にガウス分布であるとみなすことができる。隣り合う二つの点の間隔ｄを、電子ビームの強度分布における半値幅ＦＷＨＭで除した値は、ｄ／ＦＷＨＭである。図６は、実施の形態１に係る三次元造形装置１が予熱を行う場合に連続する１０点に電子ビームＡを照射したときの照射強度分布と位置との関係を模式的に示す第１図である。図６は、ｄ／ＦＷＨＭ＝０．５の場合の照射強度分布と位置との関係を示している。

ｄ／ＦＷＨＭ＝０．５の場合、複数の電子ビームＡが空間的に比較的近い位置に照射されることになるので、複数の電子ビームＡが強め合い、累積した照射強度分布は矩形状かつ最大強度が比較的大きな強度分布となる。累積した照射強度分布における頂部の強度Ｑ１は、単独の電子ビームＡの照射強度における頂部の強度Ｑ２に比べて大きい。ｄ／ＦＷＨＭが０．５より小さい場合、粉末材料Ｃの単位面積当たりに投入される電荷量が大きくなるため、スモーク現象が発生しやすくなり不適切である。

図７は、実施の形態１に係る三次元造形装置１が予熱を行う場合に連続する１０点に電子ビームＡを照射したときの照射強度分布と位置との関係を模式的に示す第２図である。図７は、ｄ／ＦＷＨＭ＝２．５の場合の照射強度分布と位置との関係を示している。この場合、複数の電子ビームＡが空間的に離れた位置に照射されることになるので、複数の電子ビームＡは強め合いにくく、単独の照射強度分布が並んだような強度分布が得られる。そのため、累積した照射強度分布における谷部の強度Ｑ３は、図６の累積した照射強度分布における頂部の強度Ｑ１より小さい。ｄ／ＦＷＨＭが２．５より大きい場合、電子ビームＡが照射される隣り合う二つの点の間に投入されるエネルギが適切でないので、温度ムラが比較的大きく、そのため、隣り合う二つの点の間の温度が上がりにくいので、スモーク現象が発生しやすくなり不適切である。

図８は、実施の形態１に係る三次元造形装置１が予熱を行う場合に連続する１０点に電子ビームＡを照射したときの照射強度分布と位置との関係を模式的に示す第３図である。図８は、ｄ／ＦＷＨＭ＝１．０の場合の照射強度分布と位置との関係を示している。この場合、複数の電子ビームＡが適切な距離を隔てて照射されることになるので、累積した照射強度分布における頂部の強度Ｑ１は単独の電子ビームＡの照射強度における頂部の強度Ｑ２より過度に大きくならない。その結果、粉末材料Ｃの単位面積当たりに投入される電荷量が大きくなってスモーク現象が発生することが抑制される。

図８の例では、累積した照射強度分布における谷部の強度Ｑ３が累積した照射強度分布における頂部の強度Ｑ１より過度に小さくなることが抑制される。そのため、電子ビームＡが照射される隣り合う二つの点の間に投入されるエネルギが適切になる。その結果、温度ムラが比較的小さくなり、スモーク現象が発生することが抑制される。したがって、一筆書き照射経路における隣り合う二つの点の間隔が「ｄ」で表現される場合、ｄと電子ビームＡの半値幅ＦＷＨＭとの関係は、０．５≦ｄ／ＦＷＨＭ≦２．５であることが適切である。

図９は、実施の形態１に係る三次元造形装置１が予熱を行う場合に連続する１０点に電子ビームＡを照射したときの、単独の電子ビームＡの照射強度における頂部の強度Ｑ２に対する累積した照射強度分布における頂部の強度Ｑ１の比Ｋ１と、累積した照射強度分布における谷部の強度Ｑ３に対する累積した照射強度分布における頂部の強度Ｑ１の比Ｋ２と、隣り合う二つの点の間隔ｄを電子ビームＡの強度分布の半値幅ＦＷＨＭで除した値との関係を示す図である。

０．５≦ｄ／ＦＷＨＭ≦２．５の場合、Ｋ１≦２．１３、かつＫ２≧０．０３であるので、粉末材料Ｃの単位面積当たりに電子ビームＡにより投入される電荷量がスモーク現象を発生させる閾値を超えず、かつ温度ムラが比較的小さい予熱が実現される。

上述の通り、実施の形態１に係る三次元造形装置１は、電子ビームＡが照射される領域Ｂに敷き均された粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射して粉末材料Ｃを予熱した後に、粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射して粉末材料Ｃを溶融させて三次元の物体Ｅを造形する。三次元造形装置１は、電子ビームＡを出射する電子ビーム出射部３を有する。電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを予熱する場合、ひとつの面に並んだ複数の点が一筆書きで結ばれる経路である一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。一筆書き照射経路に含まれる複数の点におけるすべての隣り合う二つの点の間隔ｄは、０．５≦ｄ／ＦＷＨＭ≦２．５の関係になるように設定されている。

これにより、三次元造形装置１は、電子ビームＡが照射される位置が急激に変化することを抑制することができる。その結果、電子ビームＡが照射される位置の移動について応答遅れが生じにくくなり、三次元造形装置１は、粉末材料Ｃに対する入熱ムラを抑制し、粉末材料Ｃを均一に予熱することができる。

実施の形態１では、一筆書き照射経路における隣り合う二つの点の間隔を電子ビームＡの強度分布の半値幅で除した値は、０．５以上２．５以下である。そのため、三次元造形装置１は、粉末材料Ｃへの電荷の過剰な供給又は粉末材料Ｃの温度ムラによってスモークが発生することを防止することができる。したがって、三次元造形装置１は、粉末材料Ｃに対する入熱ムラを抑制し、粉末材料Ｃを均一に予熱することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る三次元造形装置の構成は、実施の形態１に係る三次元造形装置１の構成と同じである。実施の形態２では、一筆書き照射経路における隣り合う二つの点の間隔が「ｄ」で表現される場合、ｄと電子ビームＡの半値幅ＦＷＨＭとの関係は、０．７≦ｄ／ＦＷＨＭ≦２．０である。つまり、一筆書き照射経路における隣り合う二つの点の間隔ｄを電子ビームＡの半値幅ＦＷＨＭで除した値ｄ／ＦＷＨＭは、０．７以上、２．０以下である。この場合、実施の形態１において説明した比Ｋ１及び比Ｋ２は、Ｋ１≦１．５２、かつＫ２≧０．１２である。比Ｋ１は、単独の電子ビームＡの照射強度における頂部の強度Ｑ２に対する累積した照射強度分布における頂部の強度Ｑ１の比である。Ｋ２は、累積した照射強度分布における谷部の強度Ｑ３に対する累積した照射強度分布における頂部の強度Ｑ１の比である。

実施の形態２では、一筆書き照射経路における隣り合う二つの点の間隔ｄと電子ビームＡの半値幅ＦＷＨＭとの関係が０．７≦ｄ／ＦＷＨＭ≦２．０である。そのため、粉末材料Ｃの単位面積当たりに投入される電荷量がスモーク現象を発生させる閾値を超えず、かつ温度ムラが比較的小さい予熱を実現することができる。すなわち、実施の形態２に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃへの電荷の過剰な供給又は粉末材料Ｃの温度ムラによってスモークが発生することを防止することができる。更に言うと、実施の形態２に係る三次元造形装置は、実施の形態１に係る三次元造形装置１より好ましい。

実施の形態３．
実施の形態３に係る三次元造形装置の構成は、実施の形態１に係る三次元造形装置１の構成と同じである。実施の形態３では、実施の形態１との相違点を主に説明する。電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを予熱する場合、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを複数回照射する。一筆書き照射経路は、平行に並んだ複数の直線を結ぶ経路である。電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の複数の直線は、電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の複数の直線と直交する。

つまり、実施の形態３では、（２ｎ－１）回目の電子ビームＡが照射される方向が第１の方向であると定義され、２ｎ回目の電子ビームＡが照射される方向が第２の方向であると定義された場合、第１の方向は第２の方向と９０度異なる。（２ｎ－１）は奇数であり、２ｎは偶数である。

図１０は、実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第１図である。図１１は、実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第２図である。図１０及び図１１は、プレート２３が矩形状である場合の電子ビームＡが照射される領域Ｂを示している。電子ビーム出射部３は、予熱を行う場合、粉末材料Ｃの表面の領域Ｂに電子ビームＡを照射する。

電子ビーム出射部３は、領域Ｂにおいて格子状に均等な間隔で配された複数の点が一筆書きで結ばれる一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。図１０及び図１１では、複数の点の各々は黒い丸で示されている。格子は、Ｋ行×Ｌ列で構成される。図１０及び図１１では、Ｋ及びＬは奇数である。

図１０及び図１１の複数の点を結ぶ直線及び矢印は、一筆書き照射経路の例を示している。電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図１０に示されるように、領域Ｂの第１の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，２ｎ－１}として、ある物が、第１の方向に沿って領域Ｂのなかの最も左の列の端部に至るまで順に隣り合う点を移動し、その後、ひとつ右の列へ移動し、再び第１の方向に沿って反対側の端部まで移動することを繰り返すことによって終点Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}に至る経路である。終点Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}は、領域Ｂの第２の角部の点である。

電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図１１に示されるように、領域Ｂの第２の角部の点を始点Ｐ_ｓ，２ｎとして、ある物が、第１の方向と直交する第２の方向に沿って領域Ｂのなかの最も下の行の端部に至るまで順に隣り合う点を移動し、その後、ひとつ上の行へ移動し、再び第２の方向に沿って反対側の端部まで移動することを繰り返すことによって終点Ｐ_ｆ，２ｎに至る経路である。図１１の始点Ｐ_ｓ，２ｎは図１０の終点Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}である。図１１の終点Ｐ_ｆ，２ｎは、図１０の始点Ｐ_{ｓ，２ｎ－１}である。

電子ビーム出射部３は、奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図１０に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射し、偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図１１に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。

次に、図１０及び図１１において説明された一筆書き照射経路と別の一筆書き照射経路について説明する。図１２は、実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第３図である。図１３は、実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第４図である。図１４は、実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第５図である。図１５は、実施の形態３に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第６図である。図１２、図１３、図１４及び図１５は、プレート２３が矩形状である場合の電子ビームＡが照射される領域Ｂを示している。電子ビーム出射部３は、予熱を行う場合、領域Ｂに電子ビームＡを照射する。

電子ビーム出射部３は、領域Ｂにおいて格子状に均等な間隔で配された複数の点が一筆書きで結ばれる一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。図１２、図１３、図１４及び図１５では、複数の点の各々は黒い丸で示されている。格子は、Ｋ行×Ｌ列で構成される。図１２、図１３、図１４及び図１５では、Ｋ及びＬは偶数である。

図１２、図１３、図１４及び図１５の複数の点を結ぶ直線及び矢印は、一筆書き照射経路の例を示している。電子ビーム出射部３が（４ｎ－３）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図１２に示されるように、領域Ｂの第１の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－３}として、ある物が、第１の方向に沿って領域Ｂのなかの最も左の列の端部に至るまで順に隣り合う点を移動し、その後、ひとつ右の列へ移動し、再び第１の方向に沿って反対側の端部まで移動することを繰り返すことによって終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－３}に至る経路である。終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－３}は、領域Ｂの第３の角部の点である。

電子ビーム出射部３が（４ｎ－２）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図１３に示されるように、領域Ｂの第３の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－２}として、ある物が、第１の方向と直交する第２の方向に沿って領域Ｂのなかの最も上の行の端部に至るまで順に隣り合う点を移動し、その後、ひとつ下の行へ移動し、再び第２の方向に沿って反対側の端部まで移動することを繰り返すことによって終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－２}に至る経路である。図１３の始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－２}は、図１２の終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－３}である。図１３の終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－２}は、領域Ｂの第２の角部の点である。

電子ビーム出射部３が（４ｎ－１）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図１４に示されるように、領域Ｂの第２の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－１}として、ある物が、第１の方向に沿って領域Ｂのなかの最も右の列の端部に至るまで順に隣り合う点を移動し、その後、ひとつ左の列へ移動し、再び第１の方向に沿って反対側の端部まで移動することを繰り返すことによって終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－１}に至る経路である。図１４の始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－１}は、図１３の終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－２}である。図１４の終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－１}は、領域Ｂの第４の角部の点である。

電子ビーム出射部３が４ｎ回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図１５に示されるように、領域Ｂの第４の角部の点を始点Ｐ_ｓ，４ｎとして、ある物が、第１の方向と直交する第２の方向に沿って領域Ｂのなかの最も下の行の端部に至るまで順に隣り合う点を移動し、その後、ひとつ上の行へ移動し、再び第２の方向に沿って反対側の端部まで移動することを繰り返すことによって終点Ｐ_ｆ，４ｎに至る経路である。図１５の始点Ｐ_ｓ，４ｎは、図１４の終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－１}である。図１５の終点Ｐ_ｆ，４ｎは、図１２の始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－３}である。

電子ビーム出射部３は、（４ｎ－３）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図１２に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射し、（４ｎ－２）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図１３に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。電子ビーム出射部３は、（４ｎ－１）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図１４に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射し、４ｎ回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図１５に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。

なお、Ｋ及びＬの一方が偶数であって、Ｋ及びＬの他方が奇数であってもよい。図１２、図１３、図１４及び図１５では、プレート２３の形状が矩形状であるので、領域Ｂの形状は矩形状である。プレート２３の形状は、円形状であってもよい。その場合においても、複数の点は、領域Ｂの１／２以上の範囲において、図１２、図１３、図１４及び図１５と同様に格子状に配置される。

上述の通り、実施の形態３に係る三次元造形装置は、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを複数回照射する。これにより、実施の形態３に係る三次元造形装置は、電子ビームＡが照射される位置が急激に変化することを抑制することができる。一筆書き照射経路は、平行に並んだ複数の直線を結ぶ経路である。電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の複数の直線は、電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の複数の直線と直交する。これにより、実施の形態３に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃにおいて温度ムラが発生することを抑制することができる。したがって、実施の形態３に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを均一に予熱することができる。

実施の形態４．
実施の形態４に係る三次元造形装置の構成は、実施の形態１に係る三次元造形装置１の構成と同じである。実施の形態４では、実施の形態１との相違点を主に説明する。電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを予熱する場合、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを複数回照射する。一筆書き照射経路は、平行に並んだ複数の直線を結ぶ経路である。電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の複数の直線は、電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の複数の直線と直交する。加えて、電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合に通過する格子状の点群は、電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合に通過する格子状の点群に対して、行方向および列方向にそれぞれｄ／２の距離ずれている。

つまり、実施の形態４では、（２ｎ－１）回目の電子ビームＡが照射される際に通過する格子状の点群が第１の点群であると定義され、２ｎ回目の電子ビームＡが照射される際に通過する格子状の点群が第２の点群であると定義された場合、第１の点は第２の点に対して行および列方向にそれぞれｄ／２シフトしている。

図１６は、実施の形態４に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第１図である。図１７は、実施の形態４に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第２図である。図１８は、実施の形態４に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第３図である。図１９は、実施の形態４に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第４図である。図１２から図１５と同様に、（２ｎ―１）回目では第１の方向に、２ｎ回目では第２の方向に照射されるのは実施の形態３と同様である。しかしながら、偶数回目に通過する格子状の点群が、奇数回目に通過する格子状の点群の間を埋めるように照射されることを意図したものである。これにより、実施の形態４に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃにおいて温度ムラが発生することをより抑制することができる。したがって、実施の形態４に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを均一に予熱することができる。

実施の形態５．
実施の形態５に係る三次元造形装置の構成は、実施の形態１に係る三次元造形装置１の構成と同じである。実施の形態５では、実施の形態１との相違点を主に説明する。電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを予熱する場合、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを複数回照射する。一筆書き照射経路は、矩形スパイラル状の経路である。

図２０は、実施の形態５に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第１図である。図２１は、実施の形態５に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第２図である。図２０及び図２１は、プレート２３が矩形状である場合の電子ビームＡが照射される領域Ｂを示している。電子ビーム出射部３は、予熱を行う場合、粉末材料Ｃの表面の領域Ｂに電子ビームＡを照射する。

電子ビーム出射部３は、領域Ｂにおいて格子状に均等な間隔で配された複数の点が一筆書きで結ばれる一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。実施の形態５では、一筆書き照射経路は矩形スパイラル状の経路である。図２０及び図２１では、複数の点の各々は黒い丸で示されている。格子は、Ｋ行×Ｌ列で構成される。図２０及び図２１では、Ｋ及びＬは偶数である。Ｋ及びＬの一方又は、双方は奇数であってもよい。

図２０及び図２１の複数の点を結ぶ直線及び矢印は、一筆書き照射経路の例を示している。電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２０に示されるように、領域Ｂの第１の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，２ｎ－１}として、ある物が矢印の順に移動する矩形スパイラル状の経路である。

すなわち、電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路では、ある物は、領域Ｂの第１の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，２ｎ－１}として、第２の方向に沿って領域Ｂのなかの最も上の行の端部に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの最も右上の端部から第１の方向に沿って領域Ｂのなかの最も右下の端部に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの最も右下の端部から第２の方向に沿って領域Ｂのなかの最も左下の端部に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの最も左下の端部から第１の方向に沿って領域Ｂのなかの最も左の列の上から２番目の点に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、領域Ｂのなかの最も左の列の上から２番目の点から、第２の方向に沿って領域Ｂのなかの上から２番目の行の右から２番目の点に至るまで順に隣り合う点を移動する。

このように、電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２０に示されるように、領域Ｂの第１の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，２ｎ－１}として、ある物が矢印の順に移動して領域Ｂの中央のひとつの点Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}を終点とする矩形スパイラル状の経路である。

電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２１に示されるように、領域Ｂの中央のひとつの点を始点Ｐ_ｓ，２ｎとして、ある物が、矢印の順に移動して終点Ｐ_ｆ，２ｎに至る矩形スパイラル状の経路である。図２１の始点Ｐ_ｓ，２ｎは、図２０の終点Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}である。図２０と図２１とを比較すると理解することができる通り、電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路と逆である。

電子ビーム出射部３は、奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図２０に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射し、偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図２１に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。

上述の通り、実施の形態５に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを予熱する場合、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。一筆書き照射経路は、矩形スパイラル状の経路である。これにより、実施の形態５に係る三次元造形装置は、電子ビームＡが照射される位置が急激に変化することを抑制することができる。

実施の形態５に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを予熱する場合、矩形スパイラル状の経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを複数回照射する。実施の形態５に係る三次元造形装置が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の矩形スパイラル状の経路は、当該三次元造形装置が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の矩形スパイラル状の経路と逆である。これにより、実施の形態５に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃにおいて温度ムラが発生することを抑制することができる。したがって、実施の形態５に係る三次元造形装置は、予熱を行う際に粉末材料Ｃを均一に加熱することができる。

なお、図２０の終点Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}及び図２１の始点Ｐ_ｓ，２ｎは、領域Ｂの中心でなくてもよい。つまり、電子ビーム出射部３は、領域Ｂの中心に電子ビームＡを照射しなくてもよい。電子ビーム出射部３が領域Ｂの中心に電子ビームＡを照射しない場合、実施の形態５に係る三次元造形装置は、予熱を繰り返し行うときに領域Ｂの中心が熱を蓄積することにより中心及び中心の近傍の温度が高くなりすぎることを防止することができる。

実施の形態６．
実施の形態６に係る三次元造形装置の構成は、実施の形態１に係る三次元造形装置１の構成と同じである。実施の形態６では、実施の形態１との相違点を主に説明する。電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを予熱する場合、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを複数回照射する。具体的には、電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを予熱する場合、電子ビームＡを４ｎ回照射する。一筆書き照射経路は、矩形スパイラル状の経路である。電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の矩形スパイラル状の経路の回転方向は、電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の矩形スパイラル状の経路の回転方向と同じである。

図２２は、実施の形態６に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第１図である。図２３は、実施の形態６に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第２図である。図２４は、実施の形態６に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第３図である。図２５は、実施の形態６に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第４図である。図２２、図２３、図２４及び図２５は、プレート２３が矩形状である場合の電子ビームＡが照射される領域Ｂを示している。電子ビーム出射部３は、予熱を行う場合、領域Ｂに電子ビームＡを照射する。

電子ビーム出射部３は、領域Ｂにおいて格子状に均等な間隔で配された複数の点が一筆書きで結ばれる一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。実施の形態６では、一筆書き照射経路は矩形スパイラル状の経路である。図２２、図２３、図２４及び図２５では、複数の点の各々は黒い丸で示されている。格子は、Ｋ行×Ｌ列で構成される。図２２、図２３、図２４及び図２５では、Ｋ及びＬは偶数である。Ｋ及びＬの一方又は、双方は奇数であってもよい。

図２２、図２３、図２４及び図２５の複数の点を結ぶ直線及び矢印は、一筆書き照射経路の例を示している。上述の通り、実施の形態６では、一筆書き照射経路は矩形スパイラル状の経路である。電子ビーム出射部３が（４ｎ－３）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２２に示されるように、領域Ｂの第１の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－３}として、ある物が矢印の順に移動する矩形スパイラル状の経路である。

すなわち、電子ビーム出射部３が（４ｎ－３）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路では、ある物は、領域Ｂの第１の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－３}として、第２の方向に沿って領域Ｂのなかの最も上の行の端部に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの最も右上の端部から第１の方向に沿って領域Ｂのなかの最も右下の端部に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの最も右下の端部から第２の方向に沿って領域Ｂのなかの最も左下の端部に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの最も左下の端部から第１の方向に沿って領域Ｂのなかの最も左の列の上から２番目の点に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、領域Ｂのなかの最も左の列の上から２番目の点から、第２の方向に沿って領域Ｂのなかの上から２番目の行の右から２番目の点に至るまで順に隣り合う点を移動する。

このように、電子ビーム出射部３が（４ｎ－３）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２２に示されるように、領域Ｂの第１の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－３}として、ある物が矢印の順に移動して領域Ｂの中央のひとつの点Ｐ_{ｆ，４ｎ－３}を終点とする矩形スパイラル状の経路である。更に言うと、電子ビーム出射部３が（４ｎ－３）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、領域Ｂの第１の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－３}として、ある物が時計回りに進むと共に領域Ｂの中央の終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－３}に進む矩形スパイラル状の経路である。

電子ビーム出射部３が（４ｎ－２）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２３に示されるように、領域Ｂの中央の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－２}として、ある物が矢印の順に移動する矩形スパイラル状の経路である。図２３の始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－２}は、図２２の終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－３}である。すなわち、電子ビーム出射部３が（４ｎ－２）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路では、ある物は、領域Ｂの中央の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－２}として、第１の方向に沿って領域Ｂのなかの始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－２}よりひとつ上の点に移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの当該ひとつ上の点から第２の方向に沿って領域Ｂの当該ひとつ上の点よりひとつ右の点に移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの当該ひとつ右の点から第１の方向に沿って領域Ｂのなかの当該ひとつ右の点から二つ下の点に移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの当該二つ下の点から第２の方向に沿って領域Ｂのなかの当該二つ下の点から二つ左の点に移動する。その後、ある物は、領域Ｂのなかの当該二つ左の点から第１の方向に沿って領域Ｂのなかの当該二つ左の点から三つ上の点に移動する。

このように、電子ビーム出射部３が（４ｎ－２）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２３に示されるように、領域Ｂの中央の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－２}として、ある物が矢印の順に移動して領域Ｂの第２の角部の点Ｐ_{ｆ，４ｎ－２}を終点とする矩形スパイラル状の経路である。更に言うと、電子ビーム出射部３が（４ｎ－２）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、領域Ｂの中央の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－２}として、ある物が時計回りに進むと共に領域Ｂの第２の角部の終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－２}に進む矩形スパイラル状の経路である。

電子ビーム出射部３が（４ｎ－１）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２４に示されるように、領域Ｂの第２の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－１}として、ある物が矢印の順に移動する矩形スパイラル状の経路である。すなわち、電子ビーム出射部３が（４ｎ－１）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路では、ある物は、領域Ｂの第２の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－１}として、第２の方向に沿って領域Ｂのなかの最も下の行の端部に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの最も左下の端部から第１の方向に沿って領域Ｂのなかの最も左上の端部に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの最も左上の端部から第２の方向に沿って領域Ｂのなかの最も右上の端部に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの最も右上の端部から第２の方向に沿って領域Ｂのなかの最も右の列の下から２番目の点に至るまで順に隣り合う点を移動する。その後、ある物は、領域Ｂのなかの最も右の列の下から２番目の点から第２の方向に沿って領域Ｂのなかの下から２番目の行の左から２番目の点に至るまで順に隣り合う点を移動する。

このように、電子ビーム出射部３が（４ｎ－１）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２４に示されるように、領域Ｂの第２の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－１}として、ある物が矢印の順に移動して領域Ｂの中央のひとつの点Ｐ_{ｆ，４ｎ－１}を終点とする矩形スパイラル状の経路である。更に言うと、電子ビーム出射部３が（４ｎ－１）回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、領域Ｂの第２の角部の点を始点Ｐ_{ｓ，４ｎ－１}として、ある物が時計回りに進むと共に領域Ｂの中央の終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－１}に進む矩形スパイラル状の経路である。

電子ビーム出射部３が４ｎ回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２５に示されるように、領域Ｂの中央の点を始点Ｐ_ｓ，４ｎとして、ある物が矢印の順に移動する矩形スパイラル状の経路である。図２５の始点Ｐ_ｓ，４ｎは、図２４の終点Ｐ_{ｆ，４ｎ－１}である。すなわち、電子ビーム出射部３が４ｎ回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路では、ある物は、領域Ｂの中央の点を始点Ｐ_ｓ，４ｎとして、第１の方向に沿って領域Ｂのなかの始点Ｐ_ｓ，４ｎよりひとつ下の点に移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの当該ひとつ下の点から第２の方向に沿って領域Ｂの当該ひとつ下の点よりひとつ左の点に移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの当該ひとつ左の点から第１の方向に沿って領域Ｂのなかの当該ひとつ左の点から二つ上の点に移動する。その後、ある物は、時計回りに９０度回転し、領域Ｂのなかの当該二つ上の点から第２の方向に沿って領域Ｂのなかの当該二つ上の点から二つ右の点に移動する。その後、ある物は、領域Ｂのなかの当該二つ右の点から第１の方向に沿って領域Ｂのなかの当該二つ右の点から三つ下の点に移動する。

このように、電子ビーム出射部３が４ｎ回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２５に示されるように、領域Ｂの中央の点を始点Ｐ_ｓ，４ｎとして、ある物が矢印の順に移動して領域Ｂの第１の角部の点Ｐ_ｆ，４ｎを終点とする矩形スパイラル状の経路である。更に言うと、電子ビーム出射部３が４ｎ回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、領域Ｂの中央の点を始点Ｐ_ｓ，４ｎとして、ある物が時計回りに進むと共に領域Ｂの第１の角部の終点Ｐ_ｆ，４ｎに進む矩形スパイラル状の経路である。

上述の通り、実施の形態６に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを予熱する場合、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。これにより、実施の形態６に係る三次元造形装置は、電子ビームＡが照射される位置が急激に変化することを抑制することができる。したがって、実施の形態６に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを均一に予熱することができる。

一筆書き照射経路は、矩形スパイラル状の経路である。つまり、実施の形態６に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを予熱する場合、矩形スパイラル状の経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを複数回照射する。電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の矩形スパイラル状の経路の回転方向は、電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の矩形スパイラル状の経路の回転方向と同じである。つまり、実施の形態６では、三次元造形装置が電子ビームＡを照射する際の矩形スパイラル状の経路の回転方向は一定である。そのため、実施の形態６に係る三次元造形装置は、応答遅れを比較的少なくして粉末材料Ｃにおいて温度ムラが発生することを抑制することができる。

実施の形態７．
実施の形態７に係る三次元造形装置の構成は、実施の形態１に係る三次元造形装置１の構成と同じである。実施の形態７では、実施の形態１との相違点を主に説明する。電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを予熱する場合、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。実施の形態１では、電子ビームＡが照射される領域Ｂは、格子状に均等な間隔で配された複数の点が並べられた領域である。実施の形態７では、電子ビームＡが照射される領域Ｂは、複数の点が最密充填構造の最密充填面の複数の原子の位置に相当する位置に配置された領域である。つまり、実施の形態７では、一筆書き照射経路における複数の点は、最密充填構造の最密充填面の複数の原子の位置に相当する位置に配置された点である。

図２６は、実施の形態７に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための図である。図２６は、電子ビームＡが照射される領域Ｂを示している。電子ビーム出射部３は、予熱を行う場合、領域Ｂに電子ビームＡを照射する。電子ビーム出射部３は、領域Ｂにおいて最密充填構造の最密充填面の複数の原子の位置に相当する位置に配置された複数の点が一筆書きで結ばれる一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。図２６では、複数の点の各々は黒い丸で示されている。図２６の複数の点を結ぶ直線及び矢印は、一筆書き照射経路の例を示している。図２６における「ｄ」は、複数の点のうちの隣り合う二つの点の距離を示している。

上述の通り、実施の形態７に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを予熱する場合、最密充填構造の最密充填面の複数の原子の位置に相当する位置に配置された複数の点が一筆書きで結ばれる一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。つまり、実施の形態７に係る三次元造形装置は、領域Ｂに対して均等かつムラなく電子ビームＡを照射することができる。したがって、実施の形態７に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを均一に予熱することができる。

実施の形態８．
実施の形態８に係る三次元造形装置の構成は、実施の形態１に係る三次元造形装置１の構成と同じである。実施の形態８では、実施の形態１との相違点を主に説明する。電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを予熱する場合、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。実施の形態１では、電子ビームＡが照射される領域Ｂは、格子状に均等な間隔で配された複数の点が並べられた領域である。実施の形態８では、電子ビームＡが照射される領域Ｂは円形の領域であって、一筆書き照射経路は円形スパイラル状の経路である。

図２７は、実施の形態８に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第１図である。図２８は、実施の形態８に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第２図である。電子ビーム出射部３は、予熱を行う場合、粉末材料Ｃの表面の領域Ｂに電子ビームＡを複数回照射する。

電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２７に示されるように、領域Ｂの最も外側に位置する点を始点Ｐ_{ｓ，２ｎ－１}として、ある物が第１の回転方向にスパイラル状に移動して領域Ｂの中心Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}に至る円形スパイラル状の経路である。中心Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}は、図２７に示される円形スパイラル状の経路の終点である。複数の点は、スパイラル状に配置されている。一筆書き照射経路に含まれる複数の点におけるすべての隣り合う二つの点の間隔は、等しい。第１の回転方向は、時計回りの向きである。図２７では、複数の点のうちの始点Ｐ_{ｓ，２ｎ－１}と中心Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}の点とが黒い丸で示されている。

電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図２８に示されるように、領域Ｂの中心を始点Ｐ_ｓ，２ｎとして、ある物が第２の回転方向にスパイラル状に移動して領域Ｂの最も外側に位置する点Ｐ_ｆ，２ｎに至る円形スパイラル状の経路である。つまり、電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路と逆である。中心Ｐ_ｓ，２ｎは、図２８に示される円形スパイラル状の経路の始点である。複数の点は、スパイラル状に配置されている。一筆書き照射経路に含まれる複数の点におけるすべての隣り合う二つの点の間隔は、等しい。第２の回転方向は、反時計回りの向きであって、第１の回転方向と逆である。図２８では、複数の点のうちの始点Ｐ_ｓ，２ｎと終点Ｐ_ｆ，２ｎの点とが黒い丸で示されている。

電子ビーム出射部３は、奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図２７に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射し、偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図２８に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。円形スパイラル状の経路のスパイラルのなかの隣り合う二つの曲線の距離ｔは、一筆書き照射経路に含まれる複数の点における二つの隣り合う点の距離ｄと等しいことが好ましい。

上述の通り、実施の形態８に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを予熱する場合、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。一筆書き照射経路は円形スパイラル状の経路である。したがって、実施の形態８に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃに対する入熱ムラを抑制して粉末材料Ｃを適切に加熱することができる。したがって、実施の形態８に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを均一に予熱することができる。

なお、図２７に示される円形スパイラル状の経路の終点Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}及び図２８に示される円形スパイラル状の経路の始点Ｐ_ｓ，２ｎは、領域Ｂの中心でなくてもよい。つまり、電子ビーム出射部３は、領域Ｂの中心に電子ビームＡを照射しなくてもよい。電子ビーム出射部３が領域Ｂの中心に電子ビームＡを照射しない場合、実施の形態８に係る三次元造形装置は、予熱を繰り返し行うときに領域Ｂの中心が熱を蓄積することにより中心及び中心の近傍の温度が高くなりすぎることを防止することができる。

一筆書き照射経路は、図２９及び図３０に示される経路であってもよい。図２９は、実施の形態８に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第３図である。図３０は、実施の形態８に係る三次元造形装置が予熱を行う場合の電子ビームＡが照射される経路を説明するための第４図である。図２９に示される一筆書き照射経路は、複数の同心円が並んだ形状の当該複数の同心円を結ぶひとつの経路である。図３０に示される一筆書き照射経路は、複数の同心円がならんだ形状の当該複数の同心円を結ぶ別のひとつの経路である。

図２９に示される一筆書き照射経路は、領域Ｂの最も外側に位置する円のひとつの点を始点Ｐ_{ｓ，２ｎ－１}として、ある物が、当該最も外側に位置する円を第１の回転方向に一周し、その後、当該最も外側に位置する円よりひとつ内側の円に移動し、当該ひとつ内側の円を第１の回転方向に一周し、その後、当該最も外側に位置する円より二つ内側の円に移動し、当該二つ内側の円を第１の回転方向に一周するという動作を繰り返して領域Ｂの中心Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}に至る経路である。中心Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}は、図２９に示される一筆書き照射経路の終点である。複数の点のうちの複数の点は、等間隔に並んでいる。第１の回転方向は、時計回りの向きである。図２９では、複数の点のうちの始点Ｐ_{ｓ，２ｎ－１}及び終点Ｐ_{ｆ，２ｎ－１}は、黒い丸で示されている。図２９における矢印は、上記のある物がひとつの円から当該ひとつの円よりひとつ内側の円に移動することを示している。

図３０に示される一筆書き照射経路は、領域Ｂの最も内側に位置する円のひとつの点を始点Ｐ_ｓ，２ｎとして、ある物が、当該最も内側に位置する円を第２の回転方向に一周し、その後、当該最も内側に位置する円よりひとつ外側の円に移動し、当該ひとつ外側の円を第２の回転方向に一周し、その後、当該最も内側に位置する円より二つ外側の円に移動し、当該二つ外側の円を第２の回転方向に一周するという動作を繰り返して領域Ｂの最も外側に位置する円のひとつの点Ｐ_ｆ，２ｎに至る経路である。一筆書き照射経路に含まれる複数の点におけるすべての隣り合う二つの点の間隔は、等しい。第２の回転方向は、反時計回りの向きである。図３０では、複数の点のうちの始点Ｐ_ｓ，２ｎ及び終点Ｐ_ｆ，２ｎは、黒い丸で示されている。図３０における矢印は、上記のある物がひとつの円から当該ひとつの円よりひとつ外側の円に移動することを示している。

電子ビーム出射部３は、奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図２９に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射し、偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図３０に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。図２９及び図３０の複数の同心円について、隣り合う二つの円の距離ｔは、複数の点のうちの等間隔に並んでいる二つの隣り合う点の距離ｄと等しいことが好ましい。なお、図３０に示される一筆書き照射経路の回転方向は、第１の回転方向であってもよい。

実施の形態９．
実施の形態９に係る三次元造形装置の構成は、実施の形態１に係る三次元造形装置１の構成と同じである。実施の形態９では、実施の形態８との相違点を主に説明する。電子ビーム出射部３は、粉末材料Ｃを予熱する場合、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。実施の形態８では、図２７及び図２８を用いて説明した通り、一筆書き照射経路は円形スパイラル状の経路である。実施の形態９でも、一筆書き照射経路は円形スパイラル状の経路である。

実施の形態８では、電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路の回転方向は、電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路の回転方向と逆である。実施の形態９では、電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路の回転方向は、電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路の回転方向と同じである。

実施の形態９では、電子ビーム出射部３は、奇数回目に電子ビームＡを照射する場合、図２７に示される円形スパイラル状の経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。電子ビーム出射部３は、偶数回目に電子ビームＡを照射する場合、図３１に示される円形スパイラル状の経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。図３１は、実施の形態９に係る三次元造形装置が予熱を行う場合において偶数回目に電子ビームＡを照射するときの電子ビームＡが照射される経路を説明するための図である。

電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路は、図３１に示されるように、領域Ｂの中心を始点Ｐ_ｓ，２ｎとして、ある物が第１の回転方向にスパイラル状に移動して領域Ｂの最も外側に位置する点Ｐ_ｆ，２ｎに至る円形スパイラル状の経路である。つまり、電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路の回転方向は、電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の一筆書き照射経路の回転方向と同じである。中心Ｐ_ｓ，２ｎは、図３１に示される円形スパイラル状の経路の始点である。複数の点は、スパイラル状に配置されている。一筆書き照射経路に含まれる複数の点におけるすべての隣り合う二つの点の間隔は、等しい。

電子ビーム出射部３は、奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図２７に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射し、偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合、図３１に示される一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。円形スパイラル状の経路のスパイラルのなかの隣り合う二つの曲線の距離は、複数の点のうちの二つの隣り合う点の距離ｄと等しいことが好ましい。

上述の通り、実施の形態９に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを予熱する場合、一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。一筆書き照射経路は円形スパイラル状の経路である。したがって、実施の形態９に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃに対する入熱ムラを抑制して粉末材料Ｃを適切に加熱することができる。その結果、実施の形態９に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを均一に予熱することができる。

実施の形態９に係る三次元造形装置は、粉末材料Ｃを予熱する場合、円形スパイラル状の経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを複数回照射する。電子ビーム出射部３が偶数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の円形スパイラル状の経路の回転方向は、電子ビーム出射部３が奇数回目に粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する場合の円形スパイラル状の経路の回転方向と同じである。つまり、実施の形態９では、三次元造形装置が電子ビームＡを照射する際の円形スパイラル状の経路の回転方向は一定である。そのため、実施の形態９に係る三次元造形装置は、応答遅れを比較的少なくして粉末材料Ｃにおいて温度ムラが発生することを抑制することができる。

実施の形態１０．
実施の形態１０に係る三次元物体の製造方法では、電子ビームＡが照射される領域Ｂに敷き均された粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射して粉末材料Ｃを予熱した後に、粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射して粉末材料Ｃを溶融させて三次元の物体Ｅを造形する。当該三次元物体の製造方法では、粉末材料Ｃを予熱する場合、ひとつの面に並んだ複数の点が一筆書きで結ばれる経路である一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。一筆書き照射経路に含まれる複数の点におけるすべての隣り合う二つの点の間隔は、等しい。

図３２は、実施の形態１０に係る三次元物体の製造方法の手順の一部を示すフローチャートである。当該三次元物体の製造方法は、実施の形態１から実施の形態９までの三次元造形装置が三次元の物体Ｅを造形する方法である。つまり、図３２は、実施の形態１から実施の形態９までの三次元造形装置の動作の手順の一部を示すフローチャートである。

まず、プレート２３の位置を設定する（ステップＳ１）。物体Ｅが造形される初期の段階におけるプレート２３は、物体Ｅが造形される後期の段階におけるプレート２３より上方に位置する。物体Ｅの造形が進行すると、プレート２３の位置は、徐々に下方へ移動する。例えば、制御部４が昇降機２５に制御信号を出力することにより、昇降機２５が動作する。昇降機２５の動作により、昇降ステージ２４及びプレート２３が昇降する。その結果、プレート２３の位置が設定される。

次に、粉末材料Ｃをプレート２３の上に供給する（ステップＳ２）。ステップＳ２は、粉末材料Ｃの表面を均す処理を含んでもよい。例えば、制御部４が図示しないアクチュエータに制御信号を出力することにより、スキージ２７が水平方向に移動する。これにより、粉末材料Ｃの表面が均される。スキージ２７は、プレート２３の上に粉末材料Ｃを供給してもよい。

次に、粉末材料Ｃを予熱する（ステップＳ３）。予熱は、粉末材料Ｃを溶融させる前に行われる。例えば、制御部４が電子ビーム出射部３に制御信号を出力することにより、電子銃部３２が電子ビームＡを出射し、偏向コイル３４が、電子ビームＡが照射される位置を制御する。電子ビームＡがプレート２３の上の粉末材料Ｃに照射されるので、粉末材料Ｃが加熱される。予熱が行われる場合、電子ビームＡが照射される経路は、実施の形態１から９までのいずれかの一筆書き照射経路である。予熱のための電子ビームＡの照射は、１回のみ行われてもよいし、複数回行われてもよい。

次に、三次元の物体を造形する（ステップＳ４）。例えば、制御部４は、造形すべき物体Ｅの三次元ＣＡＤデータを利用して、二次元のスライスデータを生成する。制御部４は、スライスデータをもとに、電子ビームＡが照射される領域である造形領域を決定する。制御部４は、電子ビーム出射部３に対し、造形領域に電子ビームＡを照射させる制御を行う。ステップＳ４において、物体Ｅを構成するひとつの層が造形される。

次に、ステップＳ４において得られた物体を加熱する（ステップＳ５）。ステップＳ５の加熱は、追加加熱である。例えば、制御部４が電子ビーム出射部３に制御信号を出力することにより、電子銃部３２が電子ビームＡを出射し、偏向コイル３４が、電子ビームＡが照射される位置を制御する。電子ビームＡがプレート２３の上の領域Ｂに照射されるので、ステップＳ４において得られた物体と粉末材料Ｃとが追加加熱される。例えば、ステップＳ５において電子ビームＡが照射される経路は、実施の形態１から９までのいずれかの一筆書き照射経路である。追加加熱のための電子ビームＡの照射は、１回のみ行われてもよいし、複数回行われてもよい。

次に、三次元の物体Ｅを造形する方法における終了条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ６）。具体的には、制御部４が、終了条件が成立したか否かを判定する。終了条件が成立した場合は、三次元の物体Ｅの造形が終了した場合である。制御部４が、終了条件が成立したと判定した場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、三次元の物体Ｅを造形する方法は終了する。制御部４が、終了条件が成立していないと判定した場合（ステップＳ６でＮｏ）、三次元の物体Ｅを造形する方法における処理は、ステップＳ６からステップＳ１に移行する。ステップＳ１からステップＳ５までの処理が繰り返し行われることにより、層状の物体が形成され、最後に物体Ｅが造形される。

上述の通り、実施の形態１０に係る三次元物体の製造方法は、電子ビームＡが照射される領域Ｂに敷き均された粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射して粉末材料Ｃを予熱した後に、粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射して粉末材料Ｃを溶融させて三次元の物体Ｅを造形する。当該三次元物体の製造方法では、粉末材料Ｃを予熱する場合、ひとつの面に並んだ複数の点が一筆書きで結ばれる経路である一筆書き照射経路で粉末材料Ｃに電子ビームＡを照射する。一筆書き照射経路に含まれる複数の点におけるすべての隣り合う二つの点の間隔は、等しい。

これにより、実施の形態１０に係る三次元物体の製造方法によれば、電子ビームＡが照射される位置が急激に変化することを抑制することができる。その結果、電子ビームＡが照射される位置の移動について応答遅れが生じにくくなる。したがって、実施の形態１０に係る三次元物体の製造方法は、粉末材料Ｃに対する入熱ムラを抑制し、粉末材料Ｃを均一に予熱することができる。

例えば、一筆書き照射経路に含まれる複数の点におけるすべての隣り合う二つの点の間隔を電子ビームＡの強度分布の半値幅で除した値は、０．５以上２．５以下である。この場合、実施の形態１０に係る三次元物体の製造方法は、粉末材料Ｃへの電荷の過剰な供給又は粉末材料Ｃの温度ムラによるスモークの発生を防止することができ、その結果、実施の形態１０に係る三次元物体の製造方法は、粉末材料Ｃに対する入熱ムラを抑制し、粉末材料Ｃを均一に予熱することができる。

図３３は、実施の形態１に係る三次元造形装置１が有する制御部４の少なくとも一部がプロセッサ９１によって実現される場合のプロセッサ９１を示す図である。つまり、制御部４の少なくともの一部の機能は、メモリ９２に格納されるプログラムを実行するプロセッサ９１によって実現されてもよい。プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。図３３には、メモリ９２も示されている。

制御部４の少なくとも一部の機能がプロセッサ９１によって実現される場合、当該少なくとも一部の機能は、プロセッサ９１と、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェア及びファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア又はファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。プロセッサ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部４の少なくとも一部の機能を実現する。

制御部４の少なくとも一部の機能がプロセッサ９１によって実現される場合、三次元造形装置１は、制御部４によって実行されるステップの少なくとも一部が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を有する。メモリ９２に格納されるプログラムは、制御部４の少なくとも一部をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

メモリ９２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク又はＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等である。

図３４は、実施の形態１に係る三次元造形装置１が有する制御部４の少なくとも一部が処理回路９３によって実現される場合の処理回路９３を示す図である。つまり、制御部４の少なくとも一部は、処理回路９３によって実現されてもよい。処理回路９３は、専用のハードウェアである。処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、又はこれらを組み合わせたものである。制御部４の一部は、残部とは別個の専用のハードウェアであってもよい。

制御部４の複数の機能について、当該複数の機能の一部がソフトウェア又はファームウェアで実現され、当該複数の機能の残部が専用のハードウェアで実現されてもよい。このように、制御部４の複数の機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって実現することができる。

実施の形態２から実施の形態９までの制御部４の少なくとも一部は、プロセッサによって実現されてもよいし、処理回路によって実現されてもよい。当該プロセッサは、プロセッサ９１と同様のプロセッサである。当該処理回路は、処理回路９３と同様の処理回路である。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。

１ 三次元造形装置、２ 造形部、３ 電子ビーム出射部、４ 制御部、２１ チャンバ、２２ ホッパ、２２ａ 排出口、２３ プレート、２４ 昇降ステージ、２５ 昇降機、２６ 造形タンク、２７ スキージ、２８ 輻射シールド、３１ コラム、３２ 電子銃部、３３ 収束コイル、３４ 偏向コイル、９１ プロセッサ、９２ メモリ、９３ 処理回路、Ａ 電子ビーム、Ｂ 領域、Ｃ 粉末材料、Ｅ 物体。

Claims (8)

1. 電子ビームが照射される領域に敷き均された粉末材料に前記電子ビームを照射して前記粉末材料を予熱した後に、前記粉末材料に前記電子ビームを照射して前記粉末材料を溶融させて三次元の物体を造形する三次元造形装置であって、
   前記電子ビームを出射する電子ビーム出射部を備え、
   前記電子ビーム出射部は、前記粉末材料を予熱する場合、ひとつの面に並んだ複数の点が一筆書きで結ばれる経路である一筆書き照射経路で前記粉末材料に前記電子ビームを照射し、
   前記点は、前記電子ビームが照射される位置であり、
   前記一筆書き照射経路は、平行に並んだ複数の直線を結ぶ経路であり、
   前記電子ビーム出射部は、前記一筆書き照射経路で前記粉末材料に前記電子ビームを複数回照射し、
   前記電子ビーム出射部が奇数回目に前記粉末材料に前記電子ビームを照射する場合の前記複数の直線は、前記電子ビーム出射部が偶数回目に前記粉末材料に前記電子ビームを照射する場合の前記複数の直線と直交する
   三次元造形装置。
2. 前記一筆書き照射経路における隣り合う二つの点の間隔を前記電子ビームの強度分布の半値幅で除した値は、０．５以上２．５以下である
   請求項１に記載の三次元造形装置。
3. 前記一筆書き照射経路上の隣り合った二つの点の間隔は、すべて等しい
   請求項１又は２に記載の三次元造形装置。
4. 前記値は、０．７以上２．０以下である
   ことを特徴とする請求項２に記載の三次元造形装置。
5. 前記奇数回目に前記粉末材料に前記電子ビームを照射する場合の前記複数の直線で結ばれた第一の点群は、前記偶数回目に前記粉末材料に前記電子ビームを照射する場合の前記複数の直線で結ばれた第二の点群に対して、
   行方向および列方向にそれぞれ、前記一筆書き照射経路上の隣り合った二つの点の間隔の１／２シフトしている
   ことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
6. 前記一筆書き照射経路は、矩形スパイラル状の経路と、円形スパイラル状の経路と、複数の同心円がならんだ形状の前記複数の同心円を結ぶ経路とのうちのいずれかである
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
7. 前記電子ビーム出射部は、前記粉末材料に前記電子ビームを複数回照射し、
   前記電子ビーム出射部が奇数回目に前記粉末材料に前記電子ビームを照射する場合の前記一筆書き照射経路の回転方向は、前記電子ビーム出射部が偶数回目に前記粉末材料に前記電子ビームを照射する場合の前記一筆書き照射経路の回転方向と同じである
   ことを特徴とする請求項６に記載の三次元造形装置。
8. 電子ビームが照射される領域に敷き均された粉末材料に前記電子ビームを照射して前記粉末材料を予熱した後に、前記粉末材料に前記電子ビームを照射して前記粉末材料を溶融させて三次元の物体を造形する三次元物体の製造方法であって、
   前記粉末材料を予熱する場合、ひとつの面に並んだ複数の点が一筆書きで結ばれる経路である一筆書き照射経路で前記粉末材料に前記電子ビームを照射し、
   前記点は、前記電子ビームが照射される位置であり、
   前記一筆書き照射経路は、平行に並んだ複数の直線を結ぶ経路であり、
   前記一筆書き照射経路で前記粉末材料に前記電子ビームを複数回照射し、
   奇数回目に前記粉末材料に前記電子ビームを照射する場合の前記複数の直線は、偶数回目に前記粉末材料に前記電子ビームを照射する場合の前記複数の直線と直交し、
   前記一筆書き照射経路上の隣り合った二つの点の間隔は、すべて等しい
   ことを特徴とする三次元物体の製造方法。

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