WO2015079839A1 - 積層造形装置、積層造形方法及び移動部 - Google Patents

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WO2015079839A1
WO2015079839A1 PCT/JP2014/078354 JP2014078354W WO2015079839A1 WO 2015079839 A1 WO2015079839 A1 WO 2015079839A1 JP 2014078354 W JP2014078354 W JP 2014078354W WO 2015079839 A1 WO2015079839 A1 WO 2015079839A1
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WO
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unit
moving
curing
laser
supply unit
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PCT/JP2014/078354
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French (fr)
Inventor
友策 井澤
澄江 永関
和裕 濱本
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/124—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified
    • B29C64/129—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask
    • B29C64/135—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using layers of liquid which are selectively solidified characterised by the energy source therefor, e.g. by global irradiation combined with a mask the energy source being concentrated, e.g. scanning lasers or focused light sources
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Definitions

  • Various aspects and embodiments of the present invention relate to an additive manufacturing apparatus, an additive manufacturing method, and a moving unit.
  • a modeling apparatus that forms a thin layer of a powder material, cures the thin layer of the powder material by irradiating a laser beam, and cures, and stacks a plurality of the cured thin layers to produce a layered object.
  • a modeling apparatus produces a thin layer by irradiating a laser beam, a bottom plate will be lowered
  • the modeling apparatus produces a layered object by repeating a series of steps.
  • the thin layer of the powder material may be cured, for example, by being irradiated with ultraviolet rays.
  • JP 2008-068439 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-211658 JP 2011-240713 A
  • the disclosed layered manufacturing apparatus includes a supply unit that forms a curing layer by supplying a curing material that is cured when irradiated with laser light, and the curing unit that is formed by the supply unit.
  • a laser irradiation unit that cures an arbitrary portion of the curing layer by irradiating the layer with laser light, and the supply unit is arranged in an arrangement direction in which the supply unit and the laser irradiation unit are arranged.
  • a control unit for controlling the supply unit to form the curing layer and the laser irradiation unit to irradiate laser light while the moving unit is moving. Part.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an additive manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the printer head according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the powder supply unit according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the cooling unit according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the control unit according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a flow of processing by the control unit in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the effect of the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration of the additive manufacturing apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a control unit according to the second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a control unit according to the second embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a processing flow by the control unit in the second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example where the printer head has one powder supply unit.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example where the printer head has one powder supply unit.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example where the printer head has one powder supply unit.
  • the additive manufacturing apparatus is formed by a supply unit that forms a curing layer by supplying a curing material that is cured when irradiated with laser light, and a supply unit.
  • a laser irradiation unit that cures an arbitrary portion of the curing layer by irradiating the curing layer with laser light, and the supply unit and the laser in the arrangement direction in which the supply unit and the laser irradiation unit are arranged
  • the moving unit moves together with the irradiation unit, and the control unit controls the laser irradiation unit to irradiate the laser beam while the supply unit forms the curing layer while the moving unit moves.
  • the additive manufacturing apparatus includes a polygon mirror that reflects the laser light emitted from the laser light source, and cures the laser light reflected by the polygon mirror. Irradiate the working layer.
  • the additive manufacturing apparatus further includes a cooling unit that cools the curing layer. From the moving direction side of the moving unit, the laser irradiation unit and the cooling unit are provided. Are arranged in order.
  • the moving unit further includes a heating unit that heats the curing layer in a temperature range in which the curing material is not cured, and the moving unit moves in the moving direction side.
  • the heating unit and the laser irradiation unit are sequentially arranged.
  • the moving unit includes a laser irradiation unit and a supply unit arranged in order from the moving direction side of the moving unit, and the control unit includes a laser.
  • the irradiation unit is controlled so as to pass after being irradiated with laser light or without irradiation, and when the supply unit passes through the region through which the laser irradiation unit has passed, the curing layer is Control to form.
  • the moving unit includes a supply unit and a laser irradiation unit arranged in order from the moving direction side of the moving unit, and the control unit supplies The part is controlled to form a curing layer during movement of the moving part, and the laser irradiation part passes after the laser beam is irradiated to the curing layer formed by passing the supply part, or Control to pass without irradiating.
  • the additive manufacturing apparatus in 1st Embodiment is further equipped with the measurement part which measures the distance to the layer for hardening in one embodiment, and a control part is the quantity of the material for hardening supplied by a supply part. Adjustment is made based on the distance measured by the measurement unit.
  • the additive manufacturing apparatus in 1st Embodiment is further equipped with the measurement part which measures the distance to the layer for hardening in one embodiment, and a control part is a measurement part about the location hardened
  • the supply unit controls to supply the curing material to the location
  • the laser irradiation unit controls to irradiate the location with the laser beam.
  • the additive manufacturing apparatus in the first embodiment further includes a stage that is movable in a direction perpendicular to the curing layer and in which the curing layer is formed, in one embodiment.
  • the layered manufacturing method in 1st Embodiment is formed with the supply part which forms the layer for hardening in one embodiment by supplying the hardening material which hardens
  • the moving unit in the first embodiment is formed by a supply unit that forms a curing layer by supplying a curing material that is cured when irradiated with laser light, and a supply unit.
  • a laser irradiation unit that cures an arbitrary part of the curing layer by irradiating the curing layer with laser light, and while the supply unit and the laser irradiation unit are moving in the arrangement direction, The supply unit forms the curing layer, and the laser irradiation unit irradiates the laser beam.
  • the moving unit in the first embodiment is arranged in order so that the two supplying units sandwich the laser irradiation unit, and the control unit is configured so that the laser irradiation unit irradiates laser light. Control is performed so as to pass without passing or irradiation, and the supply unit behind the laser irradiation unit from the moving direction side of the moving unit is cured when the supply unit passes through the region through which the laser irradiation unit has passed. Control to form a working layer, or from the moving direction side of the moving unit, the supply unit in front of the laser irradiating unit is controlled to form a curing layer while the moving unit is moving, and laser irradiation is performed. The part is controlled so as to pass after irradiating the laser beam to the curing layer formed by the second supply part passing or without passing through the irradiation.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of an additive manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • the additive manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment includes a powder storage unit 101, a laser main body 102, a chamber 103, and a printer head 110 (also referred to as “moving unit”).
  • Control unit 120 that does not.
  • the powder storage unit 101 stores a curing material that cures when irradiated with laser light.
  • the hardening material is, for example, a powder that hardens when irradiated with laser light.
  • the curing material stored in the powder storage unit 101 is supplied to the printer head 110.
  • the laser main body 102 is a laser light source that generates laser light.
  • the laser main body 102 supplies the generated laser light to the printer head 110.
  • the laser body 102 is, for example, a Yb fiber laser, a semiconductor laser, a CO2 laser, a YAG laser, a YVO4 laser, or the like.
  • the combination of the curing material stored in the powder storage unit 101 and the laser light generated in the laser main body 102 is a hardening stored in the powder storage unit 101 by the laser light generated in the laser main body 102. Any combination may be used as long as the material is cured.
  • the laser beam generated by the laser main body 102 may be any fundamental wave and higher harmonic wave as long as the curing material is cured.
  • the chamber 103 includes a vertical drive stage 103a and a heater (not shown). As will be described later, the vertical drive stage 103a is movable in a direction orthogonal to the curing layer 130, and the curing layer 130 is formed.
  • the heater heats the curing layer 130 formed on the vertical drive stage 103a. When the heater heats the curing layer 130, for example, it is possible to shorten the irradiation time with the laser light required for the curing layer 130 to be cured.
  • the present invention is not limited to this.
  • the chamber 103 may not have a heater.
  • the printer head 110 includes a powder supply unit 111 (also referred to as a supply unit) that forms a curing layer 130 by supplying a curing material that is cured when irradiated with laser light, and a curing that is formed by the powder supply unit 111.
  • a laser scanner 112 (also referred to as a laser irradiation unit) that cures an arbitrary part of the curing layer 130 by irradiating the layer 130 with laser light.
  • the printer head 110 may further include a cooling unit 113 (also referred to as a cooling unit) that cools the curing layer 130.
  • a cooling unit 113 also referred to as a cooling unit
  • the printer head 110 includes a powder supply unit 111-1 and a powder supply unit 111-2 as the powder supply unit 111, and the cooling unit 113-1 and the cooling unit 113 as the cooling unit 113.
  • -2 will be described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and as will be described later, one powder supply unit 111 and one cooling unit 113 may be provided.
  • the powder supply unit 111 and the laser scanner 112 move together in the arrangement direction in which the powder supply unit 111 and the laser scanner 112 are arranged.
  • the printer head 110 is fixed to a guide extending in the arrangement direction in which the powder supply unit 111 and the laser scanner 112 are arranged, and reciprocates in the arrangement direction by moving along the guide.
  • the present invention is not limited to this, and the printer head 110 may move in the arrangement direction by any method.
  • the printer head 110 may have wheels and a motor, and the printer head 110 may autonomously move in the arrangement direction without providing a guide.
  • the printer head 110 moves in the arrangement direction, in other words, the powder supply unit 111 and the laser scanner 112 mounted on the printer head 110 can scan the upper and lower drive stages 103a. It only has to move. As a result, for example, the printer head 110 may move at an angle toward the arrangement direction, in other words, in an oblique direction.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the configuration of the printer head according to the first embodiment.
  • the hardening layer 130 is also shown for convenience of explanation.
  • the laser scanner 112 of the printer head 110 has a polygon mirror 112b that reflects the laser light emitted from the laser light source, and irradiates the curing layer 130 with the laser light reflected by the polygon mirror 112b.
  • the laser scanner 112 includes, for example, a collimator lens 112a, a polygon mirror 112b, and an F ⁇ lens 112c.
  • the collimator lens 112a is connected to the laser body 102 via, for example, a fiber laser or a laser diode, and the laser light from the laser body 102 is incident thereon.
  • the collimator lens 112a is an isolator that unilaterally passes the laser light generated by the laser main body 102 to prevent return light noise, and the laser light that has passed through the isolator is parallel or parallel with a desired beam diameter. It has a collimator that converts the light into near light and enters the polygon mirror 112b, and a beam shaper that shapes the beam profile and intensity into an arbitrary shape.
  • the present invention is not limited to this, and the isolator, the collimator, and the beam shaper may be independent of each other.
  • the profile of the laser can be controlled, and the accuracy of the process can be improved.
  • the polygon mirror 112b is a polygon mirror having a large number of reflecting surfaces, and is rotated by an arbitrary means such as a motor.
  • the polygon mirror 112b receives laser light from the collimator lens 112a while being rotated, reflects the incident laser light, and enters the F ⁇ lens 112c.
  • the F ⁇ lens 112c is a lens having F ⁇ characteristics, and is a lens that is long in the scanning direction of the laser light.
  • the F ⁇ lens 112c irradiates the curing layer 130 with the incident laser light.
  • the position of the curing layer 130 irradiated with the laser beam from the F ⁇ lens 112c is moved in the scanning direction when the laser beam is incident on the F ⁇ lens 112c while the polygon mirror 112b is rotationally driven.
  • the laser beam scans the curing layer 130 in the long direction of the F ⁇ lens 112c.
  • the printer head 110 reciprocates in the arrangement direction of the powder supply unit 111 and the laser scanner 112, for example, so that the laser light is applied to the entire surface of the curing layer 130. Will be scanned.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the powder supply unit according to the first embodiment.
  • a polygon mirror 112 b and an F ⁇ lens 112 c are shown as the laser scanner 112.
  • a printer head 110 having a powder supply unit 111 is arranged in the vertical direction of the vertical drive stage 103a. Is supplied from above to below, so that the curing layer 130 is formed on the vertical driving stage 103a.
  • the additive manufacturing apparatus 100 further includes an optical displacement sensor 114 (also referred to as a measurement unit) that measures the distance to the curing layer 130.
  • the optical displacement sensor 114 is provided in the printer head 110.
  • a plurality of optical displacement sensors 114 may be provided along the extension direction in the direction orthogonal to the arrangement direction of the powder supply units 111. In the above description, a case where the optical displacement sensor 114 measures the distance to the curing layer 130 or the thickness of the curing layer 130 using light is described as an example, but the present invention is not limited thereto.
  • the distance and the thickness may be measured by using any method instead of a method.
  • the installation position of the sensor is not limited to that shown in FIG. 3, and may be used at any position where the thickness of the curing layer and the distance to the curing layer can be measured. Any number can be used.
  • the powder supply unit 111 has a slit and an opening amount adjusting mechanism 111a which is an adjusting mechanism for adjusting the opening amount of the slit.
  • the powder supply unit 111 when the slit is opened by the opening amount adjusting mechanism 111a, the curing material is supplied to the vertical drive stage 103a from the gap of the slit, and the curing layer 130 is formed on the vertical drive stage 103a.
  • the powder supply unit 111 extends in a direction orthogonal to the arrangement direction, and the curing layer 130 can be formed on the entire surface of the vertical drive stage 103a by one movement.
  • the present invention is not limited to this, and a configuration in which the curing layer 130 is formed on the entire surface of the vertical drive stage 103a by a plurality of movements may be employed.
  • the powder supply unit 111-1 positioned after the laser scanner 112 when viewed from the moving direction side of the printer head 110 provides the curing material.
  • the powder supply unit 111-2 positioned after the laser scanner 112 as viewed from the moving direction side of the printer head 110 provides the curing material.
  • the present invention is not limited to this method, and laser scanning may be performed after the powder is supplied by the powder supply unit 111-2. That is, in the example shown in FIG. 3, when moving to the arrow 202, the powder supply unit 111-2 supplies powder, the laser scanner 112 performs laser scanning, and the cooling unit 113-1 then The curing layer 130 may be cooled. Similarly, in the example shown in FIG. 3, when moving to the arrow 201, the powder supply unit 111-1 supplies the powder, and then the laser scanner 112 performs laser scanning, and the cooling unit 113-2. However, the curing layer 130 may be cooled.
  • the powder supply unit 111 when the printer head 110 moves to the end, the powder supply unit 111 fully closes the slit, and pumps out the same amount of curing material as the supplied curing material from the powder storage unit 101, for example. In preparation for the next time the curing material is formed after being replenished, for example, via a tube.
  • the powder supply unit 111 may further incorporate a stirring function by a rotating blade.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the cooling unit according to the first embodiment.
  • a plurality of cooling units 113 are provided, for example, along the extension direction of the powder supply unit 111.
  • the cooling units 113 are provided at equal intervals or zigzag.
  • the cooling unit 113 rapidly cools the curing layer 130 heated by the laser light by vaporization heat, for example, by spraying a mist refrigerant, for example, water or an organic liquid, onto the curing layer 130 irradiated with the laser light. To do.
  • a mist refrigerant for example, water or an organic liquid
  • the cooling surface is cooled by a solvent cooled by water cooling or temperature control inside the cooling unit 113.
  • the printer head 110 and the entire stage may be covered, and the inside may be filled with an inert gas such as dried Ar or dried N 2 to prevent water droplets from adhering to the cooling surface as described below.
  • the cooling unit 113 may include a mechanism for blowing an inert gas such as Ar or N2 instead of the mist refrigerant and the cooling surface, and both may perform cooling.
  • the cooling unit 113-1 positioned after the laser scanner 112 as viewed from the moving direction side of the printer head 110 cools the curing layer 130.
  • the cooling unit 113-2 positioned after the laser scanner 112 as viewed from the moving direction side of the printer head 110 cools the curing layer 130.
  • the cooling surface is close, the hardening layer 130 may be cooled and affect laser irradiation.
  • the height position is changed by further providing a height adjustment mechanism for adjusting the height from the normal cooling height to the height at which the curing layer 130 is not cooled, with respect to the cooling unit 113-2. You may make it do. Considering the case where the printer head 110 is directed in the direction of the arrow 201, the same may be applied to the cooling unit 113-1.
  • the chamber 103 further includes an inflow hole 103b for an inert gas such as nitrogen gas or argon gas and an exhaust port 103c is shown.
  • the vaporized liquid is carried along with the inert gas and exhausted sequentially.
  • the inside of the chamber 103 may be in a reduced pressure environment equal to or lower than the vapor pressure so as to be easily vaporized at room temperature.
  • the present invention is not limited to this, and the chamber 103 may not have the inflow hole 103b and the exhaust port 103c.
  • the cooling unit 113 is sequentially replenished with refrigerant from the outside via a tube. By using the dried inert gas, it is possible to prevent water droplets from forming on the cooling surface of the cooling unit 113.
  • the control unit 120 controls the additive manufacturing apparatus 100 to produce an additive manufacturing object.
  • the control unit 120 receives data about the layered object from the user and creates the received layered object.
  • the data about the layered object received from the user may be the data of the layered object itself, or may be data for producing the layered object using the layered object modeling apparatus.
  • Data for producing a layered object using a layered object model defines, for example, what layers are formed in a layered object formed by laminating a plurality of curing layers 130.
  • the control unit 120 converts the received data into data defining what kind of layer is to be formed using an arbitrary method, Processing described below is performed.
  • control unit 120 controls the powder supply unit 111 to form the curing layer 130 and the laser scanner 112 to irradiate the laser beam while the printer head 110 is moving.
  • the control unit 120 controls the laser scanner 112 so that it passes through the laser beam after irradiation or without irradiation, and the powder supply unit 111 supplies the powder in the region through which the laser scanner 112 has passed.
  • the unit 111 passes, it controls so that the hardening layer 130 may be formed.
  • the printer head 110 once moves from one end portion to the other end portion, one layer is formed among the layered objects formed by stacking the plurality of curing layers 130. Note that an example of the flow of processing by the control unit in the first embodiment will be described later with reference to the drawings.
  • FIG. 5 and 6 are diagrams for explaining the control unit in the first embodiment.
  • FIG. 5 shows an example in which the printer head 110 moves to the arrow 202
  • FIG. 6 shows an example in which the printer head 110 moves to the arrow 201 in the example shown in FIG.
  • the control unit 120 controls the laser scanner 112 to irradiate the laser beam to a portion of the curing layer 130 that is necessary for producing the layered object. As a result, the portion irradiated with the laser light is cured.
  • a portion of the curing layer 130 that has been irradiated with the laser beam and cured is shown as a curing layer 130 a, and a portion that is not irradiated with the laser beam is illustrated as a curing layer 130 b. .
  • control unit 120 controls the cooling unit 113 to cool the curing layer 130 that is controlled so as to pass after being irradiated with laser light or without being irradiated.
  • the powder supply unit 111 further forms a curing layer 130 on the curing layer 130 that is controlled so as to pass through without being irradiated with laser light or without passing through the irradiation.
  • the curing layer 130 formed by the powder supply unit 111 during the movement to the arrow 202 is then moved back to the arrow 201 after the movement to the arrow 202 is completed.
  • the laser beam is irradiated by the laser scanner 112 or passed without being irradiated.
  • control unit 120 adjusts the amount of the curing material supplied by the powder supply unit 111 based on the distance measured by the measurement unit. For example, the control unit 120 measures the thickness of the curing layer 130 based on a value obtained by each of the plurality of optical displacement sensors 114 provided. Thereafter, the control unit 120 adjusts the supply amount for each area, for example, by adjusting the slit opening degree by the opening amount adjusting mechanism 111a so that the measured thickness becomes a predetermined thickness. Apply evenly.
  • the control unit 120 when controlling the printer head 110 to move in the direction of the arrow 202, the control unit 120 irradiates laser light along the laser scanner 112 as shown in FIG. Then, after passing through or without irradiation, the cooling unit 113-1 cools the curing layer 130, and the powder supply unit 111-1 supplies the curing material to form the curing layer 130b. .
  • the control unit 120 irradiates the laser beam along the laser scanner 112 and passes, or After passing without irradiation, the cooling unit 113-2 cools the curing layer 130, and the powder supply unit 111-2 supplies the curing material to form the curing layer 130b.
  • laser light irradiation may be performed after the hardening layer 130 is formed by the powder supply unit 111-1.
  • the control unit 120 operates the vertical drive stage 103a to control the printer head 110 to be folded and moved after the curing layer 130 is lowered by one step. To do. That is, based on the fact that one layer of the curing layer 130 is newly formed by the movement of the printer head 110, the vertical drive stage 103a is moved down by one layer, so that the printer head 110 and the curing layer 130 are separated. Keep the distance to the surface constant.
  • each part in the printer head 110 is not limited to this, and the control unit 120 uses the powder supply unit 111-2 to supply the curing material to form the curing layer 130b. Accordingly, after passing with or without irradiating the laser beam, the cooling unit 113-1 may cool the curing layer 130.
  • the present invention is not limited to this.
  • the powder supply unit 111 and the laser scanner 112 may be sequentially arranged from the moving direction side of the printer head 110.
  • control unit 120 controls the powder supply unit 111 to form the curing layer 130 during the movement of the printer head 110, and the laser scanner 112 is formed by passing the powder supply unit 111. Control is performed so that the curing layer 130 is irradiated with laser light and then passed without being irradiated. That is, referring to FIG. 5, when the printer head 110 moves to the arrow 202, the powder supply unit 111-2 forms the curing layer 130 and is formed by the powder supply unit 111-2. Thereafter, the laser scanner 112 irradiates the laser beam with respect to the formation of the hardening layer 130. Similarly, the case where the printer head 110 moves to the arrow 201 will be described with reference to FIG. 6. In this case, in the printer head 110, the powder supply unit 111-1 forms the curing layer 130, and then Then, the laser scanner 112 irradiates the curing layer 130 formed by the powder supply unit 111-1 with laser light.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a flow of processing performed by the control unit 120 in the first embodiment.
  • the powder supply unit 111 forms the first layer (Step S102).
  • laser irradiation is performed on the process area where the first layer is formed (step S103), cooling is performed (step S104), and powder is supplied (step S105).
  • control unit 120 controls the laser scanner 112 so that it passes through the laser beam after irradiation or without irradiation, and then the powder supply unit 111 passes through the region through which the laser scanner 112 has passed.
  • the cooling unit 113 controls the cooling layer 130 to be cooled, and the powder supply unit 111 controls to form the curing layer 130.
  • one layer is formed among the layered objects formed by stacking the plurality of curing layers 130.
  • the control unit 120 lowers the vertical drive stage by one layer (step S106).
  • the control unit 120 similarly performs laser irradiation (step S107), performs cooling (step S108), supplies powder (step S109), and lowers the vertical drive stage by one layer (step S110). ). For example, if the printer head 110 has moved to the arrow 202 during the above-described steps S103 to S105, a plurality of curing layers 130 are stacked while moving in the direction of the arrow 201. One layer is further formed among the layered objects to be formed.
  • control unit 120 determines whether or not the production of the layered object has been completed (step S111), and if it is determined that the process has ended (Yes in step S111), the process ends. On the other hand, if the production of the layered object has not been completed (No at Step S111), the control unit 120 returns to Step S103 and repeats the process.
  • the above processing procedures are not limited to the above order, and may be appropriately changed within a range in which the processing contents do not contradict each other.
  • the processing flow shown in FIG. 7 for the sake of convenience of explanation, the case where it is determined whether or not the production of the layered object has been completed each time two layers are formed is described, but the present invention is not limited thereto. Instead, it may be determined every time one layer is formed.
  • the case where the powder supply unit 111 forms the first layer after the start of the processing has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • the processing may be started in a situation where the first layer is formed in advance.
  • the powder supply unit 111 that forms the curing layer 130 by supplying a curing material that is cured when irradiated with laser light;
  • a laser scanner 112 that cures an arbitrary portion of the curing layer 130 by irradiating the curing layer 130 formed by the powder supply unit 111 with a laser beam; and the powder supply unit 111 and the laser scanner 112
  • the powder supply unit 111 forms the curing layer 130 while the printer head 110 is moving.
  • the laser scanner 112 includes a control unit 120 that controls the laser beam to be emitted. As a result, it becomes possible to produce a layered object at high speed.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the effect of the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 8 as in the conventional technique, as compared with the technique of supplying a curing material and forming a new curing layer after scanning of the entire surface with laser light is completed, as shown in FIG.
  • the additive manufacturing apparatus 100 in the embodiment as a result of the scanning of the laser beam by the laser scanner 112 and the formation of the curing layer 130 by the powder supply unit 111 proceeding in parallel, a layered object can be manufactured at high speed. It becomes. For example, as shown in (1) of FIG.
  • the laser beam irradiation by the laser scanner 112 indicated by the arrow 210 and the formation of the hardening layer 130 by the powder supply unit 111 indicated by the arrow 211 proceed in parallel.
  • the processing time is significantly reduced as compared with the case where the hardening layer indicated by the arrow 221 is formed after the irradiation of the laser light indicated by the arrow 220 is completed. It becomes possible.
  • the processing time can be shortened by the time ⁇ t.
  • cooling is not shown, but the same applies to the case where cooling is performed.
  • the cooling by the cooling unit 113 is further performed in parallel.
  • other functions can be easily added and expanded, and the extensibility of the additive manufacturing apparatus 100 can be improved.
  • the process of providing the curing material to form the curing layer 130 and the process of irradiating the laser beam to cure the curing material are separated. It can be executed in parallel.
  • the laser scanner 112 has the polygon mirror 112b that reflects the laser light emitted from the laser light source, and cures the laser light reflected by the polygon mirror 112b. Irradiate the working layer 130.
  • scanning with laser light can be executed at high speed. For example, as a result of being able to scan a laser beam at a high speed as compared with the case of using a galvano scanner, it is possible to produce a layered object at a high speed.
  • the printer head 110 further includes the cooling unit 113 that cools the curing layer 130, and the laser scanner 112 and the cooling unit are cooled from the moving direction side of the printer head 110.
  • Units 113 are arranged in order. As a result, the time until the portion heated by the laser light is cooled is shortened, and the time until the curing layer 130 may be formed on the cured portion is shortened. As a result, it is possible to further shorten the time from when the laser beam is irradiated until the curing layer 130 is formed, and it is possible to manufacture the layered object at high speed.
  • the laser scanner 112 and the powder supply unit 111 are sequentially arranged from the moving direction side of the printer head 110, and the control unit 120 includes the laser scanner 112.
  • the powder supply unit 111 passes through the region through which the laser scanner 112 passes, it is used for curing. Control to form layer 130. As a result, it becomes possible to produce a layered object at high speed.
  • the additive manufacturing apparatus 100 further includes a measuring unit that measures the distance to the curing layer 130, and the control unit 120 is configured to supply the curing material supplied by the powder supply unit 111. The amount is adjusted based on the distance measured by the measuring unit.
  • the thickness of the curing layer 130 can be adjusted to an appropriate thickness.
  • the curing layer 130 having an appropriate thickness can be realized without using a roller or the like.
  • the distance measurement error using a laser is generally at the nano level.
  • the thickness required for the curing layer 130 is, for example, on the micron level, and the thickness of the curing layer 130 can be realized with high accuracy.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of the configuration of the additive manufacturing apparatus according to the second embodiment.
  • the printer head 110 further has a temperature range in which the curing material is not cured. 1 includes a preheating unit 115 (also referred to as a heating unit) that preliminarily heats the curing layer 130.
  • the preheat unit 115 is desirably capable of rapidly switching ON and OFF of heating such as lamp (other LED, Laser) heating.
  • the preheat unit 115 and the laser scanner 112 are sequentially arranged from the moving direction side of the printer head 110.
  • the preheat unit 115-2 and the laser scanner 112 are arranged in order, and when moving in the direction of the arrow 201, the preheat unit 115-1 and the laser scanner 112 are arranged. They will be arranged in order.
  • the irradiation time with the laser light can be shortened, and the processing time can be shortened.
  • the scanning time can be easily reduced.
  • FIG. 10 and 11 are diagrams for explaining the control unit in the second embodiment.
  • FIG. 10 shows an example in which the printer head 110 moves to the arrow 202
  • FIG. 11 shows an example in which the printer head 110 moves to the arrow 201 in the example shown in FIG.
  • the preheating unit 115 preliminarily sets the curing layer 130 prior to the laser beam scanning by the laser scanner 112.
  • the temperature of the curing layer 130 to be irradiated with the laser light from the laser scanner 112 is higher than that when no preheating is performed.
  • the time for irradiating the same region with laser light can be shortened.
  • the control unit 120 when controlling the printer head 110 to move in the direction of the arrow 202, as shown in FIG. 10, uses the preheating unit 115-2 to prepare the curing layer 130 as a spare. And then passing through the laser scanner 112 after irradiating the laser beam along the laser scanner 112 with or without irradiating, and then passing through the cooling unit. 113-1 cools the curing layer 130, and the powder supply unit 111-1 supplies the curing material to form the curing layer 130b. Further, when controlling the printer head 110 to move in the direction of the arrow 201, as shown in FIG. 6, the control unit 120 preliminarily heats the curing layer 130 with the preheating unit 115-1. Then, after passing with or without irradiating the laser beam along the laser scanner 112, the cooling unit 113-2 cools the curing layer 130, and the powder supply unit 111-2 is used for curing. The material is supplied to form the curing layer 130b.
  • FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a processing flow by the control unit in the second embodiment.
  • the preheating unit 115 is different from the additive manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment in that the preheating unit 115 is a curing layer.
  • 130 is preheated (step S202), and then laser irradiation (step S203), cooling (step S204), and powder supply are performed (step S205).
  • step S202 laser irradiation
  • step S204 cooling
  • powder supply step S205
  • the controller 120 performs preliminary heating (step S207), laser irradiation (step S208), cooling (step S209), powder supply (step S210), and the upper and lower drive stages for one layer. Lower (step S211). For example, if the printer head 110 has moved in the direction of the arrow 202 between the above-described steps S202 to S205, a plurality of curing layers 130 are stacked while moving in the direction of the arrow 201. One layer is further formed among the layered objects to be formed.
  • control unit 120 determines whether or not the production of the layered object has been completed (step S212), and if it is determined that the process has ended (Yes in step S212), the process ends. On the other hand, if the production of the layered object has not been completed (No at Step S212), the control unit 120 returns to Step S202 and repeats the process.
  • the printer head 110 further includes the preheating unit 115 that heats the curing layer 130 in a temperature range in which the curing material does not cure, and from the moving direction side of the printer head 110.
  • the preheat unit 115 and the laser scanner 112 are arranged in order.
  • a curing material may be further provided to the missing portion, and laser light is irradiated on the curing layer 130.
  • the curing material may be provided to the non-thick location, and the thickness may be controlled again by irradiating with a laser beam. That is, for example, when the distance measured by the measurement unit with respect to the cured portion of the curing layer 130 is greater than a predetermined value, the control unit 120 is configured to prevent the powder supply unit 111 from being thick. Control may be performed so that the curing material is supplied, and the laser scanner 112 may be controlled so as to irradiate the portion having no thickness with laser light.
  • control unit 120 is provided for the purpose of processing a portion having no thickness when providing a curing material to a portion having no thickness or irradiating a laser beam on the provision.
  • the printer head 110 may be moved without specially processing the part.
  • the printer head 110 includes the two powder supply units 111 .
  • the printer head 110 may include one powder supply unit 111 in consideration of the reduction in apparatus cost. In this case, when the printer head 110 reciprocates, the hardening layer 130 is formed by the powder supply unit 111 in one of them.
  • FIGS. 13 to 15 are diagrams showing an example in which the printer head has one powder supply unit.
  • the printer head 110 includes a laser scanner 112 and one powder supply unit 111.
  • the printer head 110 performs processing when moving to one of the arrow 201 or the arrow 202. That is, for example, when setting to perform processing when moving to the arrow 201, the control unit 120 supplies the curing material by the powder supply unit 111 to form the curing layer 130b, and then the laser scanner. Pass the laser beam along 112 or pass without irradiating, and when the printer head 110 reaches the end, the printer head 110 once returns to the start end and repeats the same operation. become.
  • the control unit 120 irradiates laser light along the laser scanner 112 or passes without irradiating. Thereafter, the powder supply unit 111 supplies the curing material to form the curing layer 130b, and when the printer head 110 reaches the end, the printer head 110 once returns to the start end and repeats the same operation. .
  • the printer head 110 includes a laser scanner 112, one powder supply unit 111, one cooling unit 113, and one preheat unit 115.
  • the printer head 110 when moving to the arrow 202, the case where the hardening layer 130 is formed after laser irradiation is shown.
  • the printer head 110 is provided with a preheating unit 115, a laser scanner 112, a cooling unit 113, and a powder supply unit 111 in that order in the moving direction.
  • the control unit 120 causes the preheating unit 115 to perform preheating while moving to the arrow 202, and then irradiates the laser beam along the laser scanner 112 without passing or irradiating it.
  • the cooling unit 113 After passing, the cooling unit 113 cools the curing layer 130, the powder supply unit 111 supplies the curing material to form the curing layer 130 b, and once the printer head 110 reaches the end, the printer head 110 once. Will return to the beginning and repeat the same action.
  • the laser scanner 112 may perform laser irradiation so that the processing is performed while moving in the arrow 201 direction.
  • the case where the preheat unit 115 and the cooling unit 113 are included in addition to the laser scanner 112 and the powder supply unit 111 is shown as an example. It does not have to have either one.
  • the preheating unit 115, the laser scanner 112, the cooling unit 113, and the powder supply unit 111 sequentially perform processing when moving to the arrow 202
  • the present invention is not limited to this case, and when moving to the arrow 201, the preheating unit 115, the laser scanner 112, the cooling unit 113, and the powder supply unit 111 may perform processing in order.
  • the arrangement of each part is reversed compared to the case shown in FIG. Specifically, in FIG. 14, the preheating unit 115, the laser scanner 112, the cooling unit 113, and the powder supply unit 111 are provided in this order from the left side.
  • the printer head 110 when moving to the arrow 202, the irradiation with the laser beam is performed after the curing layer 130 is formed.
  • the printer head 110 is provided with a powder supply unit 111, a preheat unit 115, a laser scanner 112, and a cooling unit 113 in that order in the moving direction.
  • the powder supply unit 111 supplies the curing material to form the curing layer 130, causes the preheating unit 115 to perform preheating, and then the laser
  • the cooling unit 113 cools the curing layer 130 and the printer head 110 reaches the end once the printer head 110 is reached. Will return to the beginning and repeat the same action.
  • the processing may be performed while moving in the direction of the arrow 201 by the powder supply unit 111 supplying powder after the laser scanner 112 performs laser irradiation.
  • the powder supply unit 111 supplying powder after the laser scanner 112 performs laser irradiation.
  • the preheat unit 115 and the cooling unit 113 are included in addition to the laser scanner 112 and the powder supply unit 111 is shown as an example. It does not have to have either one.
  • the powder supply unit 111, the preheating unit 115, the laser scanner 112, and the cooling unit 113 perform processing in order when moving to the arrow 202
  • the powder supply unit 111, the preheating unit 115, the laser scanner 112, and the cooling unit 113 may perform processing in order.
  • the arrangement of each part is reversed compared to the case shown in FIG. Specifically, in FIG. 15, the cooling unit 113, the laser scanner 112, the preheating unit 115, and the powder supply unit 111 are provided in this order from the left side.

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Abstract

　積層造形装置１００は、レーザ光が照射されると硬化する硬化用材料を供給することで硬化用層を形成する供給部１１１と、供給部１１１により形成される硬化用層にレーザ光を照射することで、硬化用層のうち任意の部分を硬化させるレーザ照射部１１２とを有し、供給部１１１とレーザ照射部１１２とが配列された配列方向に、供給部１１１とレーザ照射部１１２とが共に移動する移動部１１０と、移動部１１０の移動中に、供給部１１１が硬化用層を形成するとともに、レーザ照射部１１２がレーザ光を照射するように制御する制御部とを有する。

Description

積層造形装置、積層造形方法及び移動部
　本発明の種々の側面及び実施形態は、積層造形装置、積層造形方法及び移動部に関するものである。
　従来より、３Ｄプリンタ（3　dimensional　printer）に関する技術がある。例えば、粉末材料の薄層を形成し、レーザ光を照射して粉末材料の薄層を焼結することで硬化させ、硬化させた複数の薄層を積層して積層造形物を作製する造形装置がある。造形装置は、例えば、レーザ光を照射することで薄層を作製すると、底板を下げ、粉末材料の層をローラを用いて形成する。ここで、造形装置は、一連の工程を繰り返すことで、積層造形物を作製する。なお、粉末材料の薄層は、例えば、紫外線を照射されることで硬化されたりもする。
特開2008-068439号公報 特開平10-211658号公報 特開2011-240713号公報
　しかしながら、上述した技術では、積層造形物を作製するまでに時間がかかるという問題がある。
　開示する積層造形装置は、１つの実施態様において、レーザ光が照射されると硬化する硬化用材料を供給することで硬化用層を形成する供給部と、前記供給部により形成される前記硬化用層にレーザ光を照射することで、前記硬化用層のうち任意の部分を硬化させるレーザ照射部とを有し、前記供給部と前記レーザ照射部とが配列された配列方向に、前記供給部と前記レーザ照射部とが共に移動する移動部と、前記移動部の移動中に、前記供給部が前記硬化用層を形成するとともに、前記レーザ照射部がレーザ光を照射するように制御する制御部とを有する。
　開示する積層造形装置の１つの態様によれば、積層造形物を高速に作製することが可能となるという効果を奏する。
図１は、第１の実施形態に係る積層造形装置の構成の一例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係るプリンタヘッドの構成の一例を示す図である。 図３は、第１の実施形態における粉末供給ユニットの一例について示す図である。 図４は、第１の実施形態における冷却ユニットの一例について示す図である。 図５は、第１の実施形態における制御部について説明するための図である。 図６は、第１の実施形態における制御部について説明するための図である。 図７は、第１の実施形態における制御部による処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図８は、第１の実施形態における積層造形装置による効果の一例を示す図である。 図９は、第２の実施形態に係る積層造形装置の構成の一例を示す図である。 図１０は、第２の実施形態における制御部について説明するための図である。 図１１は、第２の実施形態における制御部について説明するための図である。 図１２は、第２の実施形態における制御部による処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図１３は、プリンタヘッドが１つの粉末供給ユニットを有する場合の一例について示す図である。 図１４は、プリンタヘッドが１つの粉末供給ユニットを有する場合の一例について示す図である。 図１５は、プリンタヘッドが１つの粉末供給ユニットを有する場合の一例について示す図である。
　以下に、開示する積層造形装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態により開示する発明が限定されるものではない。各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。
（第１の実施形態）
　第１の実施形態における積層造形装置は、１つの実施形態において、レーザ光が照射されると硬化する硬化用材料を供給することで硬化用層を形成する供給部と、供給部により形成される硬化用層にレーザ光を照射することで、硬化用層のうち任意の部分を硬化させるレーザ照射部とを有し、供給部とレーザ照射部とが配列された配列方向に、供給部とレーザ照射部とが共に移動する移動部と、移動部の移動中に、供給部が硬化用層を形成するとともに、レーザ照射部がレーザ光を照射するように制御する制御部とを有する。
　また、第１の実施形態における積層造形装置は、１つの実施形態において、レーザ照射部は、レーザ光源から出射されたレーザ光を反射するポリゴンミラーを有し、ポリゴンミラーにより反射したレーザ光を硬化用層に照射する。
　また、第１の実施形態における積層造形装置は、１つの実施形態において、移動部は、硬化用層を冷却する冷却部を更に備え、移動部の移動方向側から、レーザ照射部と冷却部とが順に配列される。
　また、第１の実施形態における積層造形装置は、１つの実施形態において、移動部は、硬化用材料が硬化しない温度範囲において硬化用層を加熱する加熱部を更に備え、移動部の移動方向側から、加熱部とレーザ照射部とが順に配列される。
　また、第１の実施形態における積層造形装置は、１つの実施形態において、移動部は、移動部の移動方向側から、レーザ照射部と供給部とが順に配列されており、制御部は、レーザ照射部が、レーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御し、供給部が、レーザ照射部が通過した領域を供給部が通過する際に、硬化用層を形成するように制御する。
　また、第１の実施形態における積層造形装置は、１つの実施形態において、移動部は、移動部の移動方向側から、供給部とレーザ照射部とが順に配列されており、制御部は、供給部が、移動部の移動中に硬化用層を形成するように制御し、レーザ照射部が、供給部が通過することで形成された硬化用層にレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御する。
　また、第１の実施形態における積層造形装置は、１つの実施形態において、硬化用層までの距離を測定する測定部を更に備え、制御部は、供給部により供給される硬化用材料の量を測定部により測定された距離に基づいて調整する。
　また、第１の実施形態における積層造形装置は、１つの実施形態において、硬化用層までの距離を測定する測定部を更に備え、制御部は、硬化用層のうち硬化した箇所について測定部により測定された距離が所定の値より大きい場合には、供給部が、箇所に対して硬化用材料を供給するように制御し、レーザ照射部が、箇所にレーザ光を照射するように制御する。
　また、第１の実施形態における積層造形装置は、１つの実施形態において、硬化用層と直行する方向に移動可能であり、硬化用層が形成されるステージを更に備える。
　また、第１の実施形態における積層造形方法は、１つの実施形態において、レーザ光が照射されると硬化する硬化用材料を供給することで硬化用層を形成する供給部と、供給部により形成される硬化用層にレーザ光を照射するレーザ照射部とを有する移動部が、供給部とレーザ照射部とが配列された配列方向に往復移動中に、移動部の供給部が硬化用層を形成するステップと、移動部の往復移動中に、供給部による硬化用層の形成と併せて、レーザ照射部が、レーザ光を照射させることで、硬化用層のうち任意の部分を硬化させるステップとを含む。
　また、第１の実施形態における移動部は、１つの実施形態において、レーザ光が照射されると硬化する硬化用材料を供給することで硬化用層を形成する供給部と、供給部により形成される硬化用層にレーザ光を照射することで、硬化用層のうち任意の部分を硬化させるレーザ照射部とを有し、供給部とレーザ照射部とが配列された配列方向に移動中に、供給部が硬化用層を形成するとともに、レーザ照射部がレーザ光を照射する。
　また、第１の実施形態における移動部は、移動部は、二つの供給部がレーザ照射部を挟むように順に配列されており、制御部は、レーザ照射部が、レーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御し、移動部の移動方向側からレーザ照射部よりも後方の供給部が、レーザ照射部が通過した領域を供給部が通過する際に、硬化用層を形成するように制御するか、若しくは、移動部の移動方向側からレーザ照射部よりも前方の供給部が、移動部の移動中に硬化用層を形成するように制御し、レーザ照射部が、第二の供給部が通過することで形成された硬化用層にレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御する。
（第１の実施形態に係る積層造形装置）
　図１は、第１の実施形態に係る積層造形装置の構成の一例を示す図である。図１に示す例では、第１の実施形態に係る積層造形装置１００は、粉末貯蔵部１０１と、レーザ本体１０２と、チャンバ１０３と、プリンタヘッド１１０（「移動部」とも称する。）と、図示しない制御部１２０とを有する。
　粉末貯蔵部１０１は、レーザ光が照射されると硬化する硬化用材料を貯蔵する。硬化用材料は、例えば、レーザ光が照射されると硬化する粉末である。粉末貯蔵部１０１に貯蔵される硬化用材料は、プリンタヘッド１１０に供給される。
　レーザ本体１０２は、レーザ光を発生させるレーザ光源である。レーザ本体１０２は、発生させたレーザ光をプリンタヘッド１１０に供給する。レーザ本体１０２は、例えば、Ｙｂファイバーレーザ、半導体レーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザなどである。
　ここで、粉末貯蔵部１０１に貯蔵される硬化用材料と、レーザ本体１０２にて発生するレーザ光との組み合わせは、レーザ本体１０２にて発生するレーザ光によって、粉末貯蔵部１０１に貯蔵される硬化用材料が硬化する組み合わせであれば、任意の組み合わせを用いて良い。例えば、レーザ本体１０２によって発生するレーザ光は、硬化用材料が硬化する光であれば、任意の基本波及び高調波であって良い。
　チャンバ１０３では、積層造形物が形成される。チャンバ１０３は、上下駆動ステージ１０３ａと図示されていないヒータとを有する。上下駆動ステージ１０３ａは、後述するように、硬化用層１３０と直交する方向に移動可能であり、硬化用層１３０が形成される。ヒータは、上下駆動ステージ１０３ａに形成される硬化用層１３０を加熱する。ヒータが硬化用層１３０を加熱することで、例えば、硬化用層１３０が硬化するのに要するレーザ光による照射時間を短縮することが可能となる。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、チャンバ１０３は、ヒータを有さなくても良い。
　プリンタヘッド１１０は、レーザ光が照射されると硬化する硬化用材料を供給することで硬化用層１３０を形成する粉末供給ユニット１１１（供給部とも称する）と、粉末供給ユニット１１１により形成される硬化用層１３０にレーザ光を照射することで、硬化用層１３０のうち任意の部分を硬化させるレーザスキャナ１１２（レーザ照射部とも称する）とを有する。また、図１に示すように、プリンタヘッド１１０は、硬化用層１３０を冷却する冷却ユニット１１３（冷却部とも称する）を更に備えても良い。図１に示す例では、プリンタヘッド１１０が、粉末供給ユニット１１１として、粉末供給ユニット１１１－１と粉末供給ユニット１１１－２とを有し、冷却ユニット１１３として、冷却ユニット１１３－１と冷却ユニット１１３－２とを有する場合を例に説明する。ただし、これに限定されるものではなく、後述するように、粉末供給ユニット１１１と冷却ユニット１１３とを１つずつ有しても良い。
　プリンタヘッド１１０は、粉末供給ユニット１１１とレーザスキャナ１１２とが配列された配列方向に、粉末供給ユニット１１１とレーザスキャナ１１２とが共に移動する。例えば、プリンタヘッド１１０は、粉末供給ユニット１１１とレーザスキャナ１１２とが配列された配列方向へと延びるガイドに固定されており、ガイドに沿って移動することで、配列方向に往復移動する。ただし、これに限定されるものではなく、プリンタヘッド１１０は、任意の手法にて配列方向に移動して良い。例えば、プリンタヘッド１１０が車輪とモータとを有し、ガイドを設けることなくプリンタヘッド１１０が自律的に配列方向に移動するようにしても良い。また、例えば、プリンタヘッド１１０は、配列方向に移動していれば、言い換えると、プリンタヘッド１１０に搭載されている粉末供給ユニット１１１とレーザスキャナ１１２とが、上下駆動ステージ１０３ａ上を走査できるように移動していれば良い。この結果、プリンタヘッド１１０は、例えば、配列方向に向かって、角度を持って、言い換えると、斜め方向へと移動していても良い。
　図２は、第１の実施形態に係るプリンタヘッドの構成の一例を示す図である。図２に示す例では、説明の便宜上、硬化用層１３０を併せて示した。プリンタヘッド１１０のレーザスキャナ１１２は、レーザ光源から出射されたレーザ光を反射するポリゴンミラー１１２ｂを有し、ポリゴンミラー１１２ｂにより反射したレーザ光を硬化用層１３０に照射する。レーザスキャナ１１２は、例えば、コリメータレンズ１１２ａと、ポリゴンミラー１１２ｂと、Ｆθレンズ１１２ｃとを有する。
　ここで、コリメータレンズ１１２ａは、例えば、ファイバーレーザ、又は、レーザダイオードを介してレーザ本体１０２と接続され、レーザ本体１０２からのレーザ光が入射される。また、コリメータレンズ１１２ａは、レーザ本体１０２によって発生されたレーザ光を一方的に通過させて戻り光雑音を防止するアイソレータと、アイソレータを通過したレーザ光を所望のビーム径を持つ平行光又は平行に近い光に変換し、ポリゴンミラー１１２ｂに入射させるコリメータと、ビームプロファイルや強度を任意の形状に整形するビームシェイパを有する。ただし、これに限定されるものではなく、アイソレータとコリメータとビームシェイパがそれぞれ独立していても良い。ここで、ビームシェイパを用いることで、例えば、レーザのプロファイルを制御でき、プロセスの精度を向上可能となる。
　ポリゴンミラー１１２ｂは、多数の反射面を有する多面鏡であり、モータなどの任意の手段により回転駆動する。ポリゴンミラー１１２ｂは、回転駆動しながらコリメータレンズ１１２ａからレーザ光が入射され、入射されたレーザ光を反射してＦθレンズ１１２ｃへと入射する。Ｆθレンズ１１２ｃは、Ｆθ特性を有するレンズであり、レーザ光の走査方向に長いレンズとなる。Ｆθレンズ１１２ｃは、入射されたレーザ光を硬化用層１３０へと照射する。ここで、Ｆθレンズ１１２ｃによりレーザ光が照射される硬化用層１３０の位置は、ポリゴンミラー１１２ｂが回転駆動しながらレーザ光をＦθレンズ１１２ｃに入射することで、走査方向に移動する。言い換えると、Ｆθレンズ１１２ｃのレンズの長い方向へと、レーザ光が硬化用層１３０を走査することになる。
　また、図２の矢印２０１及び矢印２０２に示すように、プリンタヘッド１１０は、例えば、粉末供給ユニット１１１とレーザスキャナ１１２との配列方向に往復移動することで硬化用層１３０の全面をレーザ光が走査することになる。
　図３は、第１の実施形態における粉末供給ユニットの一例について示す図である。図３に示す例では、記載の便宜上、レーザスキャナ１１２としてポリゴンミラー１１２ｂとＦθレンズ１１２ｃとを示した。図１に示すように、第１の実施形態における積層造形装置１００では、上下駆動ステージ１０３ａの垂直方向に粉末供給ユニット１１１を有するプリンタヘッド１１０が配置されており、粉末供給ユニット１１１から硬化用材料が上方から下方へと供給されることで、上下駆動ステージ１０３ａに硬化用層１３０が形成される。
　ここで、矢印２０２にプリンタヘッド１１０が移動する場合を例に説明する。図３に示す例では、積層造形装置１００は、硬化用層１３０までの距離を測定する光学式変位センサ１１４（測定部とも称する）を更に有する。例えば、光学式変位センサ１１４は、プリンタヘッド１１０に設けられる。更に詳細な一例をあげて説明すると、光学式変位センサ１１４は、粉末供給ユニット１１１の配列方向と直交する方向の伸張方向に沿って複数設けられても良い。なお、上述の説明では、光学式変位センサ１１４が、光を用いて硬化用層１３０までの距離、又は、硬化用層１３０の厚みを測定する場合を例に説明するが、これに限定されるものではなく、任意の手法を用いて距離や厚みを測定して良い。また、センサの設置位置は、図３に示されたものに限定されるものではなく、硬化用層の厚みや硬化用層までの距離を測定できる任意の位置に用いて良く、センサの設置数も任意の数で良い。
　粉末供給ユニット１１１は、スリットと、スリットの開き量を調整する調整機構である開き量調整機構１１１ａとを有する。粉末供給ユニット１１１は、開き量調整機構１１１ａによってスリットが開かれると、スリットの隙間から硬化用材料が上下駆動ステージ１０３ａへと供給され、上下駆動ステージ１０３ａ上に硬化用層１３０が形成される。なお、図１に示す例では、粉末供給ユニット１１１が、配列方向と直交する方向へと伸張しており、一度の移動にて上下駆動ステージ１０３ａの全面に対して硬化用層１３０を形成可能な場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、複数回の移動によって上下駆動ステージ１０３ａの全面に対して硬化用層１３０が形成されるような構成であっても良い。
　後述するように、矢印２０２に向かったプリンタヘッド１１０が移動する際には、例えば、プリンタヘッド１１０の移動方向側からみてレーザスキャナ１１２の後に位置する粉末供給ユニット１１１－１が硬化用材料を提供する。また、矢印２０１に向かったプリンタヘッド１１０が移動する際には、例えば、プリンタヘッド１１０の移動方向側からみてレーザスキャナ１１２の後に位置する粉末供給ユニット１１１－２が硬化用材料を提供する。
　ただし、この方式に限定されるものではなく、粉体供給ユニット１１１－２で粉体を供給した後、レーザースキャンを行っても良い。すなわち、図３に示す例において、矢印２０２へと移動する場合には、粉末供給ユニット１１１－２が粉末を供給し、その後、レーザスキャナ１１２がレーザースキャンを行い、そして、冷却ユニット１１３－１が硬化用層１３０を冷却しても良い。同様に、図３に示す例において、矢印２０１へと移動する場合には、粉末供給ユニット１１１－１が粉末を供給し、その後、レーザスキャナ１１２がレーザースキャンを行い、そして、冷却ユニット１１３－２が硬化用層１３０を冷却しても良い。
　粉末供給ユニット１１１は、例えば、プリンタヘッド１１０が端部まで移動した際に、スリットを全閉し、供給した硬化用材料と同量の硬化用材料を、例えば、粉末貯蔵部１０１からポンプで送り出しチューブ経由で補充するなどにより補充された上で、硬化用材料を次回形成する場合に備える。なお、図３には示していないが、粉末供給ユニット１１１は、回転ブレードによる撹拌機能を更に内蔵しても良い。
　図４は、第１の実施形態における冷却ユニットの一例について示す図である。図４に示す例では、冷却ユニット１１３は、例えば、粉末供給ユニット１１１の伸張方向に沿って、複数設けられる。例えば、冷却ユニット１１３は、等間隔に設けられたり、ジグザクに設けられたりする。冷却ユニット１１３は、例えば、ミスト状態の冷媒、例えば、水や有機液体などをレーザ光が照射された硬化用層１３０に吹き付けることで、レーザ光により加熱した硬化用層１３０を気化熱により急速冷却する。また、硬化用層１３０の変質を避ける場合は、硬化用層１３０に面した冷却面を備え、気体の熱伝導で硬化用層１３０を冷却することで達成しても良い。冷却面の温度と共に冷却面が硬化用層１３０に近いほど効果がある。ここで、冷却面は、冷却ユニット１１３の内部に水冷若しくは温調により冷却された溶媒によって冷却される。この場合、プリンタヘッド１１０およびステージ全体を覆い内部を乾燥したＡｒ若しくは乾燥したＮ２などの不活性ガスで満たすことで、下記に述べるように冷却面に水滴が付着するのを防止しても良い。更に冷却ユニット１１３は、ミスト状態の冷媒の代わりにＡｒやＮ２などの不活性ガスを吹き付ける機構と、該冷却面とを備え、両者により冷却を行っても良い。
　後述するように、矢印２０２に向かったプリンタヘッド１１０が移動する際には、例えば、プリンタヘッド１１０の移動方向側からみてレーザスキャナ１１２の後に位置する冷却ユニット１１３－１が硬化用層１３０を冷却する。また、矢印２０１に向かったプリンタヘッド１１０が移動する際には、例えば、プリンタヘッド１１０の移動方向側からみてレーザスキャナ１１２の後に位置する冷却ユニット１１３－２が硬化用層１３０を冷却することになる。プリンタヘッド１１０が矢印２０２の方向に向かう場合、冷却面が近いと硬化用層１３０が冷却されてレーザ照射に影響を与える場合がある。このことを踏まえ、冷却ユニット１１３－２に対して、通常の冷却する高さから硬化用層１３０を冷却しない高さまで高さを調整する高さ調整機構を更に設けることで、高さ位置を変更するようにしても良い。プリンタヘッド１１０が矢印２０１の方向に向かう場合を考慮し、冷却部１１３－１についても同様にしても良い。
　なお、図４に示す例では、チャンバ１０３が、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスの流入孔１０３ｂと、排気口１０３ｃとを更に備える場合を示した。この場合、例えば、気化した液体は不活性ガスと共に運ばれ、順次排気される。また、この際、常温で気化しやすいように、チャンバ１０３内を蒸気圧以下の減圧環境にしても良い。ただし、これに限定されるものではなく、チャンバ１０３は、流入孔１０３ｂと排気口１０３ｃとを有しなくても良く、流入孔１０３ｂと排気口１０３ｃとの代わりに１つの開口部又は隙間等を有しても良い。冷却ユニット１１３には、例えば、チューブを経由して冷媒が外部から順次補充される。乾燥された不活性ガスを用いることで、冷却ユニット１１３の冷却面に水滴がつかないようにすることが可能となる。
　次に制御部１２０について説明する。制御部１２０は、積層造形装置１００を制御することで、積層造形物を作製する。例えば、制御部１２０は、利用者から積層造形物についてのデータを受領し、受領した積層造形物を作製する。ここで、利用者から受領する積層造形物についてのデータは、積層造形物そのもののデータであっても良く、積層造形物を積層造形装置を用いて作製するためのデータであっても良い。積層造形物を積層造形装置を用いて作製するためのデータとは、例えば、複数の硬化用層１３０を積層して形成される積層造形物において、どのような各層を形成するかを規定しているデータである。また、積層造形物そのもののデータを受領する場合には、制御部１２０は、受領したデータをどのような各層を形成するかを規定しているデータに任意の手法を用いて変換した上で、以下に説明する処理を行う。
　ここで、制御部１２０は、プリンタヘッド１１０の移動中に、粉末供給ユニット１１１が硬化用層１３０を形成するとともに、レーザスキャナ１１２がレーザ光を照射するように制御する。例えば、制御部１２０は、レーザスキャナ１１２が、レーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御し、粉末供給ユニット１１１が、レーザスキャナ１１２が通過した領域を粉末供給ユニット１１１が通過する際に、硬化用層１３０を形成するように制御する。ここで、プリンタヘッド１１０が一度端部から端部まで移動することで、複数の硬化用層１３０を積層して形成される積層造形物のうち、１つの層が形成されることになる。なお、第１の実施形態における制御部による処理の流れの一例については、図面を用いて後述する。
　図５及び図６は、第１の実施形態における制御部について説明するための図である。図５では、矢印２０２へとプリンタヘッド１１０が移動する場合を例に示し、図６に示す例では、矢印２０１へとプリンタヘッド１１０が移動する場合を例に示した。
　図５及び図６に示すように、制御部１２０は、硬化用層１３０のうち、積層造形物を制作する上で必要とされる箇所に対してレーザスキャナ１１２がレーザ光を照射するように制御することで、レーザ光が照射された箇所を硬化させる。図５や図６に示す例では、硬化用層１３０のうち、レーザ光が照射されて硬化した箇所を硬化用層１３０ａとして示し、レーザ光が照射されていない箇所を硬化用層１３０ｂとして示した。
　また、制御部１２０は、冷却ユニット１１３を制御することで、レーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御した硬化用層１３０を冷却する。その後、粉末供給ユニット１１１が、レーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御した硬化用層１３０の上に、硬化用層１３０を更に作製する。ここで、第１の実施形態において、矢印２０２へと移動中に粉末供給ユニット１１１によって形成された硬化用層１３０は、その後、矢印２０２への移動が終了して矢印２０１へと折り返して移動する際に、レーザスキャナ１１２によってレーザ光が照射されたり、照射されることなく通過されたりすることになる。
　また、制御部１２０は、粉末供給ユニット１１１により供給される硬化用材料の量を測定部により測定された距離に基づいて調整する。例えば、制御部１２０は、複数設けられた光学式変位センサ１１４それぞれにより得られた値に基づいて、硬化用層１３０の厚みを計測する。その後、制御部１２０は、例えば、計測した厚みが所定の厚みになるように、開き量調整機構１１１ａによるスリットの開き具合を調整することで、エリアごとの供給量を調整し、硬化用材料を均一に塗布する。
　また、第１の実施形態では、矢印２０２方向へとプリンタヘッド１１０が移動するように制御する際には、図５に示すように、制御部１２０は、レーザスキャナ１１２にそってレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過した後、冷却ユニット１１３－１が硬化用層１３０を冷却し、粉末供給ユニット１１１－１が硬化用材料を供給して硬化用層１３０ｂを形成する。
　また、矢印２０１方向へとプリンタヘッド１１０が移動するように制御する際には、図６に示すように、制御部１２０は、レーザスキャナ１１２にそってレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過した後、冷却ユニット１１３－２が硬化用層１３０を冷却し、粉末供給ユニット１１１－２が硬化用材料を供給して硬化用層１３０ｂを形成する。同様に、粉末供給ユニット１１１－１により硬化用層１３０が形成がされた後に、レーザ光の照射が行われても良い。
　また、制御部１２０は、プリンタヘッド１１０が端部まで移動すると、上下駆動ステージ１０３ａを動作させ、硬化用層１３０の１段分降下させた上で、プリンタヘッド１１０が折り返して移動するように制御する。すなわち、プリンタヘッド１１０が移動することで、新たに一層分の硬化用層１３０が形成されたことを踏まえ、上下駆動ステージ１０３ａを１層分下降させることで、プリンタヘッド１１０と硬化用層１３０の表面までの距離を一定にする。
　ただし、プリンタヘッド１１０における各部の関係は、これに限定されるものではなく、制御部１２０は粉末供給ユニット１１１－２が硬化用材料を供給して硬化用層１３０ｂを形成し、レーザスキャナ１１２にそってレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過した後、冷却ユニット１１３－１が硬化用層１３０を冷却しても良い。
　すなわち、上述の説明では、プリンタヘッド１１０の移動方向側から、レーザスキャナ１１２と粉末供給ユニット１１１とが順に配列されている場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、プリンタヘッド１１０は、プリンタヘッド１１０の移動方向側から、粉末供給ユニット１１１とレーザスキャナ１１２とが順に配列されていても良い。
　この場合、制御部１２０は、粉末供給ユニット１１１が、プリンタヘッド１１０の移動中に硬化用層１３０を形成するように制御し、レーザスキャナ１１２が、粉末供給ユニット１１１が通過することで形成された硬化用層１３０にレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御する。すなわち、図５を参照して説明すると、矢印２０２へとプリンタヘッド１１０が移動する際には、粉末供給ユニット１１１－２が硬化用層１３０を形成し、粉末供給ユニット１１１－２により形成された硬化用層１３０の形成に対して、その後、レーザスキャナ１１２がレーザ光を照射することになる。また、同様に、図６を参照し、矢印２０１へとプリンタヘッド１１０が移動する場合について説明すると、この場合、プリンタヘッド１１０では、粉末供給ユニット１１１－１が硬化用層１３０を形成し、その後、粉末供給ユニット１１１－１により形成された硬化用層１３０に対して、レーザスキャナ１１２がレーザ光を照射する。
（第１の実施形態における制御部による処理の流れの一例）
　図７は、第１の実施形態における制御部１２０による処理の流れの一例を示すフローチャートである。図７に示すように、処理開始タイミングとなると（ステップＳ１０１肯定）、例えば、利用者による開始指示を受領すると、粉体供給ユニット１１１が第１層を形成する（ステップＳ１０２）。その後、第１層が形成されたプロセスエリアに対して、レーザ照射を行い（ステップＳ１０３）、冷却を行い（ステップＳ１０４）、粉体供給を行う（ステップＳ１０５）。すなわち、制御部１２０は、レーザスキャナ１１２が、レーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御し、その後、レーザスキャナ１１２が通過した領域を粉末供給ユニット１１１が通過する際に、冷却ユニット１１３が硬化用層１３０を冷却し、粉末供給ユニット１１１が硬化用層１３０を形成するように制御する。この結果、複数の硬化用層１３０を積層して形成される積層造形物のうち、１つの層が形成される。その後、制御部１２０は、上下駆動ステージを１層分降下させる（ステップＳ１０６）。
　そして、制御部１２０は、同様にして、レーザ照射を行い（ステップＳ１０７）、冷却を行い（ステップＳ１０８）、粉体供給を行い（ステップＳ１０９）、上下駆動ステージを１層分降下させる（ステップＳ１１０）。例えば、上述のステップＳ１０３～ステップＳ１０５までの間に、プリンタヘッド１１０が矢印２０２へと移動していた場合には、矢印２０１方向へと移動しながら、複数の硬化用層１３０を積層して形成される積層造形物のうち、更に１つの層が形成される。
　ここで、制御部１２０は、積層造形物の作製が終了したかを判定し（ステップＳ１１１）、終了したと判定した場合には（ステップＳ１１１肯定）、処理を終了する。一方、制御部１２０は、積層造形物の作製が終了していない場合には（ステップＳ１１１否定）、ステップＳ１０３へと戻り、処理を繰り返す。
　なお、上記の処理手順は、上記の順番に限定されるものではなく、処理内容を矛盾させない範囲で適宜変更しても良い。例えば、図７に示す処理の流れでは、説明の便宜上、２つの層を形成するごとに、積層造形物の作製が終了したかを判定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、１層形成するごとに判定しても良い。また、上述した例では、処理の開始後に、粉体供給ユニット１１１が第１層を形成する場合を例に示したが、これに限定されるものではない。例えば、予め第１層が形成されている状況において処理を開始しても良い。
（第１の実施形態における効果）
　上述したように、第１の実施形態によれば、積層造形装置１００では、レーザ光が照射されると硬化する硬化用材料を供給することで硬化用層１３０を形成する粉末供給ユニット１１１と、粉末供給ユニット１１１により形成される硬化用層１３０にレーザ光を照射することで、硬化用層１３０のうち任意の部分を硬化させるレーザスキャナ１１２とを有し、粉末供給ユニット１１１とレーザスキャナ１１２とが配列された配列方向に、粉末供給ユニット１１１とレーザスキャナ１１２とが共に移動するプリンタヘッド１１０を有し、プリンタヘッド１１０の移動中に、粉末供給ユニット１１１が硬化用層１３０を形成するとともに、レーザスキャナ１１２がレーザ光を照射するように制御する制御部１２０を有する。この結果、積層造形物を高速に作製することが可能となる。
　図８は、第１の実施形態における積層造形装置による効果の一例を示す図である。従来の手法にあるように、全面に対するレーザ光による走査が終了した後に、硬化用材料を供給して新たな硬化用層を形成する手法と比較して、図８に示すように、第１の実施形態における積層造形装置１００によれば、レーザスキャナ１１２によるレーザ光の走査と、粉末供給ユニット１１１による硬化用層１３０の形成が並行して進む結果、層造形物を高速に作製することが可能となる。例えば、図８の（１）に示すように、矢印２１０に示すレーザスキャナ１１２によるレーザ光の照射と、矢印２１１に示す粉末供給ユニット１１１による硬化用層１３０の形成とが並行して進む。この結果、図８の（２）に示すように、矢印２２０に示すレーザ光の照射が終了した後に、矢印２２１に示す硬化用層の形成を行う場合と比較して、処理時間を大幅に短縮可能となる。例えば、図８に示す例では、時間Δｔ分、処理時間を短縮可能となる。なお、図８に示す例では、説明の便宜上、冷却については示さなかったが、冷却を行う場合であっても、同様である。
　また、第１の実施形態では、レーザ光による走査と、硬化用層１３０の形成に加えて、冷却ユニット１１３による冷却を更に平行して行ったが、このように、プリンタヘッド１１０に各ユニットを移動方向に配列して配置することで、他の機能を簡単に追加、拡張可能となり、積層造形装置１００の拡張性を向上することも可能となる。
　このように、第１の実施形態によれば、硬化用材料を提供して硬化用層１３０を形成するプロセスと、レーザ光を照射して硬化用材料が硬化するプロセスとを分離することなく、並行して実行可能となる。
　また、第１の実施形態によれば、積層造形装置１００では、レーザスキャナ１１２は、レーザ光源から出射されたレーザ光を反射するポリゴンミラー１１２ｂを有し、ポリゴンミラー１１２ｂにより反射したレーザ光を硬化用層１３０に照射する。この結果、レーザ光による走査を高速に実行可能となる。例えば、ガルバノスキャナを用いる場合と比較して高速にレーザ光を走査することができる結果、積層造形物を高速に作製することが可能となる。
　また、第１の実施形態によれば、積層造形装置１００では、プリンタヘッド１１０は、硬化用層１３０を冷却する冷却ユニット１１３を更に備え、プリンタヘッド１１０の移動方向側から、レーザスキャナ１１２と冷却ユニット１１３とが順に配列される。この結果、レーザ光によって加熱された部分が冷却するまでの時間が短縮され、硬化された箇所の上に硬化用層１３０を形成してもよくなるまでの時間が短くなる。この結果、レーザ光が照射されてから硬化用層１３０を形成するまでの時間を更に短くでき、積層造形物を高速に作製することが可能となる。
　また、第１の実施形態によれば、積層造形装置１００では、プリンタヘッド１１０の移動方向側から、レーザスキャナ１１２と粉末供給ユニット１１１とが順に配列されており、制御部１２０は、レーザスキャナ１１２が、レーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御し、粉末供給ユニット１１１が、レーザスキャナ１１２が通過した領域を粉末供給ユニット１１１が通過する際に、硬化用層１３０を形成するように制御する。この結果、積層造形物を高速に作製することが可能となる。
　また、第１の実施形態によれば、積層造形装置１００では、硬化用層１３０までの距離を測定する測定部を更に備え、制御部１２０は、粉末供給ユニット１１１により供給される硬化用材料の量を測定部により測定された距離に基づいて調整する。この結果、硬化用層１３０の適切な厚みに調整可能となる。例えば、ローラなどを用いることなく、適切な厚さの硬化用層１３０を実現可能となる。例えば、レーザを用いての距離の測定誤差は、一般的に、ナノレベルである。これに呈して、硬化用層１３０として求められる厚みは、例えば、ミクロンレベルであり、硬化用層１３０の厚みを高精度に実現可能となる。また、測定部として更に高精度な検出手法を用いることで、更に高精度に調整することも可能である。
（第２の実施形態）
　図９は、第２の実施形態に係る積層造形装置の構成の一例を示す図である。図９に示すように、第２の実施形態に係る積層造形装置１００では、第１の実施形態における積層造形装置１００と比較して、プリンタヘッド１１０が、更に、硬化用材料が硬化しない温度範囲において硬化用層１３０を予備的に加熱するプレヒートユニット１１５（加熱部とも称する）を有する。このプレヒートユニット１１５は、ランプ（他ＬＥＤ、Ｌａｓｅｒ）加熱など加熱のONとOFFが急速に切り替え可能であることが望ましい。
　例えば、プリンタヘッド１１０では、プリンタヘッド１１０の移動方向側から、プレヒートユニット１１５とレーザスキャナ１１２とが順に配列される。矢印２０２方向に移動する場合には、プレヒートユニット１１５－２とレーザスキャナ１１２とが順に配列されることになり、矢印２０１方向に移動する場合には、プレヒートユニット１１５－１とレーザスキャナ１１２とが順に配列されることになる。ここで、プレプレヒートユニット１１５によって予め硬化しない温度範囲まで加熱されることで、レーザ光による照射時間を短くすることが可能となり、処理時間を短縮可能となる。また、ガルバノスキャナよりも高速に走査可能なポリゴンミラーと併せて用いることで、走査時間を簡単に短縮可能となる。
　図１０及び図１１は、第２の実施形態における制御部について説明するための図である。図１０では、矢印２０２へとプリンタヘッド１１０が移動する場合を例に示し、図１１に示す例では、矢印２０１へとプリンタヘッド１１０が移動する場合を例に示した。
　図１０及び図１１に示すように、第１の実施形態に係る積層造形装置１００と比較して、レーザスキャナ１１２によるレーザ光の走査に先立って、プレヒートユニット１１５が硬化用層１３０を予備的に加熱することで、レーザスキャナ１１２によりレーザ光が照射される対象となる硬化用層１３０の温度は、プレヒートを行わない場合と比較して高い。この結果、同じ領域をレーザ光にて照射する時間を短くすることが可能となる。
　第２の実施形態では、矢印２０２方向へとプリンタヘッド１１０が移動するように制御する際には、図１０に示すように、制御部１２０は、プレヒートユニット１１５－２で硬化用層１３０を予備的に加熱した上で、予備的に加熱された後の硬化用層１３０に対してレーザスキャナ１１２にそってレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過し、その後、冷却ユニット１１３－１が硬化用層１３０を冷却し、粉末供給ユニット１１１－１が硬化用材料を供給して硬化用層１３０ｂを形成する。また、矢印２０１方向へとプリンタヘッド１１０が移動するように制御する際には、図６に示すように、制御部１２０は、プレヒートユニット１１５－１で硬化用層１３０を予備的に加熱した上で、レーザスキャナ１１２にそってレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過した後、冷却ユニット１１３－２が硬化用層１３０を冷却し、粉末供給ユニット１１１－２が硬化用材料を供給して硬化用層１３０ｂを形成する。
（第２の実施形態における制御部による処理の流れの一例）
　図１２は、第２の実施形態における制御部による処理の流れの一例を示すフローチャートである。図１２に示すように、処理開始タイミングとなると（ステップＳ２０１肯定）、例えば、利用者による開始指示を受領すると、第１の実施形態における積層造形装置１００とは異なり、プレヒートユニット１１５が硬化用層１３０をプレヒートし（ステップＳ２０２）、その後、レーザ照射（ステップＳ２０３）、冷却（ステップＳ２０４）、粉体供給を行う（ステップＳ２０５）。この結果、複数の硬化用層１３０を積層して形成される積層造形物のうち、１つの層が形成される。その後、制御部１２０は、上下駆動ステージを１層分降下させる（ステップＳ２０６）。
　そして、制御部１２０は、同様にして、予備的な加熱（ステップＳ２０７）、レーザ照射（ステップＳ２０８）、冷却（ステップＳ２０９）、粉体供給を行い（ステップＳ２１０）、上下駆動ステージを１層分降下させる（ステップＳ２１１）。例えば、上述のステップＳ２０２～ステップＳ２０５までの間に、プリンタヘッド１１０が矢印２０２へと移動していた場合には、矢印２０１方向へと移動しながら、複数の硬化用層１３０を積層して形成される積層造形物のうち、更に１つの層が形成される。
　ここで、制御部１２０は、積層造形物の作製が終了したかを判定し（ステップＳ２１２）、終了したと判定した場合には（ステップＳ２１２肯定）、処理を終了する。一方、制御部１２０は、積層造形物の作製が終了していない場合には（ステップＳ２１２否定）、ステップＳ２０２へと戻り、処理を繰り返す。
　なお、上記の処理手順は、上記の順番に限定されるものではなく、処理内容を矛盾させない範囲で適宜変更しても良い。
（第２の実施形態における効果）
　上述したように、第２の実施形態によれば、プリンタヘッド１１０は、硬化用材料が硬化しない温度範囲において硬化用層１３０を加熱するプレヒートユニット１１５を更に備え、プリンタヘッド１１０の移動方向側から、プレヒートユニット１１５とレーザスキャナ１１２とが順に配列される。この結果、予め硬化用層１３０を加熱することで、レーザ光を照射してから硬化用材料が硬化するまでの時間を短くでき、積層造形物を高速に作製することが可能となる。また、予め硬化用層１３０を加熱することで、レーザ光のパワーを低下させたとしても、プレヒートユニット１１５による加熱を行わない場合と同様の時間にて硬化させることも可能となる。
（第３の実施形態）
　上述したように、第１の実施形態に係る積層造形装置及び第２の実施形態に係る積層造形装置について説明したが、これに限定されるものではなく、種々の実施形態にて積層造形装置１００及び積層造形方法を実現して良い。
（厚み）
　例えば、測定部による測定結果を用いて、硬化用層１３０の厚みがたりない場合には、たりない箇所に硬化用材料を更に提供しても良く、硬化用層１３０のうちレーザ光が照射されて硬化した箇所の厚みがたりない場合には、厚みのたりない箇所に硬化用材料を提供し、レーザ光にて再度照射することで適切な厚みとなるように制御しても良い。すなわち、例えば、制御部１２０は、硬化用層１３０のうち硬化した箇所について測定部により測定された距離が所定の値より大きい場合には、粉末供給ユニット１１１が、厚みのたりない箇所に対して硬化用材料を供給するように制御し、レーザスキャナ１１２が、厚みのたりない箇所にレーザ光を照射するように制御しても良い。
　この場合、制御部１２０は、厚みのたりない箇所に硬化用材料を提供したり、提供の上レーザ光を照射したりする際、厚みのたりない箇所を処理することを目的として、すなわち、他の箇所については特段処理することなく、プリンタヘッド１１０を移動させても良い。
（冷却ユニット）
　また、例えば、第１の実施形態及び第２の実施形態では、プリンタヘッド１１０が冷却ユニット１１３を有する場合を例に示したが、これに限定されるものではなく、冷却ユニット１１３を保持していなくても良い。
（プリンタヘッドの各部の搭載数）
　また、例えば、第１の実施形態及び第２の実施形態では、プリンタヘッド１１０が、２つの粉末供給ユニット１１１を有する場合を例に示したが、これに限定されるものではない。例えば、装置コストが安価にすることを考慮してプリンタヘッド１１０は、１つの粉末供給ユニット１１１を有しても良い。この場合、プリンタヘッド１１０が往復移動する場合には、そのうちの一方において、粉末供給ユニット１１１による硬化用層１３０の形成が行われることになる。
　図１３～図１５は、プリンタヘッドが１つの粉末供給ユニットを有する場合の一例について示す図である。図１３に示す例では、プリンタヘッド１１０は、レーザスキャナ１１２と、１つの粉末供給ユニット１１１を有する。この場合、プリンタヘッド１１０は、矢印２０１又は矢印２０２の一方に移動する際に、処理を行う。すなわち、例えば、矢印２０１に移動する際に処理を行うと設定する場合には、制御部１２０は、粉末供給ユニット１１１が硬化用材料を供給して硬化用層１３０ｂを形成し、その後、レーザスキャナ１１２にそってレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過し、その後、端部にプリンタヘッド１１０が達すると、一旦プリンタヘッド１１０は開始の端に戻って同じ動作を繰り返すことになる。また、同様に、矢印２０２に移動する際に処理を行うと設定する場合には、制御部１２０は、レーザスキャナ１１２にそってレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過した後、粉末供給ユニット１１１が硬化用材料を供給して硬化用層１３０ｂを形成し、端部にプリンタヘッド１１０が達すると、一旦プリンタヘッド１１０は開始の端に戻って同じ動作を繰り返すことになる。
　図１４～図１５に示す例では、プリンタヘッド１１０は、プリンタヘッド１１０は、レーザスキャナ１１２と、１つの粉末供給ユニット１１１と、１つの冷却ユニット１１３と、１つのプレヒートユニット１１５とを有する。
　図１４に示す例では、矢印２０２へと移動する際、レーザ照射の後に硬化用層１３０を形成する場合を示した。具体的には、プリンタヘッド１１０は、移動方向に向かって、プレヒートユニット１１５、レーザスキャナ１１２、冷却ユニット１１３、粉末供給ユニット１１１が順に設けられる。この場合、制御部１２０は、矢印２０２へと移動している際、プレヒートユニット１１５にプレヒートを行わせ、その後、レーザスキャナ１１２にそってレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過した後、冷却ユニット１１３が硬化用層１３０を冷却し、粉末供給ユニット１１１が硬化用材料を供給して硬化用層１３０ｂを形成し、端部にプリンタヘッド１１０が達すると、一旦プリンタヘッド１１０は開始の端に戻って同じ動作を繰り返すことになる。
　なお、図１４に示すプリンタヘッド１１０において、粉末供給ユニット１１１が粉末を供給した後に、レーザスキャナ１１２がレーザ照射を行うことで、矢印２０１方向へと移動中に処理を行っても良い。また、図１４に示す例では、レーザスキャナ１１２と粉末供給ユニット１１１とに加えて、プレヒートユニット１１５と冷却ユニット１１３とを有する場合を例に示したが、プレヒートユニット１１５と冷却ユニット１１３とのうちいずれか一方について有さなくても良い。
　なお、図１４に示す例では、矢印２０２へと移動する際に、プレヒートユニット１１５と、レーザスキャナ１１２と、冷却ユニット１１３と、粉末供給ユニット１１１とが順に処理を行う場合を例に説明した。ただし、この場合に限定されるものではなく、矢印２０１へと移動する際に、プレヒートユニット１１５と、レーザスキャナ１１２と、冷却ユニット１１３と、粉末供給ユニット１１１とが順に処理を行っても良い。この場合、各部の配置は、図１４に示す場合と比較して逆となる。具体的には、図１４において、左側から、プレヒートユニット１１５、レーザスキャナ１１２、冷却ユニット１１３、粉末供給ユニット１１１の順に設けられることになる。
　図１５に示す例では、矢印２０２へと移動する際、硬化用層１３０を形成した後にーザ照射を行う場合を示した。具体的には、プリンタヘッド１１０は、移動方向に向かって、粉末供給ユニット１１１、プレヒートユニット１１５、レーザスキャナ１１２、冷却ユニット１１３が順に設けられる。この場合、制御部１２０は、矢印２０２へと移動している際、粉末供給ユニット１１１が硬化用材料を供給して硬化用層１３０を形成し、プレヒートユニット１１５にプレヒートを行わせ、その後、レーザスキャナ１１２にそってレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過した後、冷却ユニット１１３が硬化用層１３０を冷却し、端部にプリンタヘッド１１０が達すると、一旦プリンタヘッド１１０は開始の端に戻って同じ動作を繰り返すことになる。
　なお、図１５に示すプリンタヘッド１１０では、レーザスキャナ１１２がレーザ照射を行った後に粉末供給ユニット１１１が粉末を供給することで、矢印２０１方向へと移動中に処理を行っても良い。また、図１５に示す例では、レーザスキャナ１１２と粉末供給ユニット１１１とに加えて、プレヒートユニット１１５と冷却ユニット１１３とを有する場合を例に示したが、プレヒートユニット１１５と冷却ユニット１１３とのうちいずれか一方について有さなくても良い。
　なお、図１５に示す例では、矢印２０２へと移動する際に、粉末供給ユニット１１１と、プレヒートユニット１１５と、レーザスキャナ１１２と、冷却ユニット１１３とが順に処理を行う場合を例に説明した。ただし、この場合に限定されるものではなく、矢印２０１へと移動する際に、粉末供給ユニット１１１と、プレヒートユニット１１５と、レーザスキャナ１１２と、冷却ユニット１１３とが順に処理を行っても良い。この場合、各部の配置は、図１５に示す場合と比較して逆となる。具体的には、図１５において、左側から、冷却ユニット１１３、レーザスキャナ１１２、プレヒートユニット１１５、粉末供給ユニット１１１の順に設けられることになる。
　このように、粉末供給ユニット１１１を１つ有する場合には、プリンタヘッド１１０が開始端に戻るだけ時間が必要であるが、レーザ照射と紛体供給が同時に行われるので従来技術に比べて処理時間を短縮可能となる。
　また、例えば、上述した実施形態では、ポリゴンミラーを用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ガルバノスキャナを用いても良い。
１００　　　積層造形装置
１０１　　　粉末貯蔵部
１０２　　　レーザ本体
１０３　　　チャンバ
１０３ａ　　上下駆動ステージ
１０３ｂ　　流入孔
１０３ｃ　　排気口
１１０　　　プリンタヘッド
１１１　　　粉末供給ユニット
１１１　　　供給部
１１１ａ　　開き量調整機構
１１２　　　レーザスキャナ
１１２ａ　　コリメータレンズ
１１２ｂ　　ポリゴンミラー
１１２ｃ　　Ｆθレンズ
１１３　　　冷却ユニット
１１４　　　光学式変位センサ
１１５　　　プレヒートユニット
１２０　　　制御部
１３０　　　硬化用層

Claims (14)

  1. 　レーザ光が照射されると硬化する硬化用材料を供給することで硬化用層を形成する供給部と、前記供給部により形成される前記硬化用層にレーザ光を照射することで、前記硬化用層のうち任意の部分を硬化させるレーザ照射部とを有し、前記供給部と前記レーザ照射部とが配列された配列方向に、前記供給部とレーザ照射部とが共に移動する移動部と、前記移動部の移動中に、前記供給部が前記硬化用層を形成するとともに、前記レーザ照射部がレーザ光を照射するように制御する制御部と
    を有することを特徴とする積層造形装置。
  2. 　前記レーザ照射部は、レーザ光源から出射されたレーザ光を反射するポリゴンミラーを有し、前記ポリゴンミラーにより反射したレーザ光を前記硬化用層に照射することを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
  3. 　前記移動部は、前記硬化用層を冷却する冷却部を更に備え、前記移動部の移動方向側から、前記レーザ照射部と前記冷却部とが順に配列されることを特徴とする請求項１又は２に記載の積層造形装置。
  4. 　前記移動部は、前記硬化用材料が硬化しない温度範囲において前記硬化用層を加熱する加熱部を更に備え、前記移動部の移動方向側から、前記加熱部と前記レーザ照射部とが順に配列されることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の積層造形装置。
  5. 　前記移動部は、前記移動部の移動方向側から、前記レーザ照射部と前記供給部とが順に配列されており、
    　前記制御部は、前記レーザ照射部が、レーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御し、前記供給部が、前記レーザ照射部が通過した領域を前記供給部が通過する際に、前記硬化用層を形成するように制御することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の積層造形装置。
  6. 　前記移動部は、前記移動部の移動方向側から、前記供給部と前記レーザ照射部とが順に配列されており、
    　前記制御部は、前記供給部が、前記移動部の移動中に硬化用層を形成するように制御し、前記レーザ照射部が、前記供給部が通過することで形成された硬化用層にレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の積層造形装置。
  7. 　前記移動部は、二つの前記供給部が前記レーザ照射部を挟むように順に配列されており、前記制御部は、前記レーザ照射部が、レーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御し、前記移動部の移動方向側からレーザ照射部よりも後方の前記供給部が、前記レーザ照射部が通過した領域を前記供給部が通過する際に、前記硬化用層を形成するように制御するか、若しくは、前記移動部の移動方向側からレーザ照射部よりも前方の前記供給部が、前記移動部の移動中に硬化用層を形成するように制御し、前記レーザ照射部が、第二の前記供給部が通過することで形成された硬化用層にレーザ光を照射した上で通過、又は、照射することなく通過するように制御することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の積層造形装置。
  8. 　前記硬化用層までの距離を測定する測定部を更に備え、
    　前記制御部は、前記供給部により供給される硬化用材料の量を前記測定部により測定された距離に基づいて調整することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の積層造形装置。
  9. 　前記硬化用層までの距離を測定する測定部を更に備え、
    　前記制御部は、前記硬化用層のうち硬化した箇所について前記測定部により測定された距離が所定の値より大きい場合には、前記供給部が、前記箇所に対して前記硬化用材料を供給するように制御し、前記レーザ照射部が、前記箇所にレーザ光を照射するように制御することを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の積層造形装置。
  10. 　前記硬化用層と直交する方向に移動可能であり、前記硬化用層が形成されるステージを更に備えることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の積層造形装置。
  11. 　レーザ光が照射されると硬化する硬化用材料を供給することで硬化用層を形成する供給部と、前記供給部により形成される前記硬化用層にレーザ光を照射するレーザ照射部とを有する移動部が、前記供給部と前記レーザ照射部とが配列された配列方向に往復移動中に、前記移動部の前記供給部が前記硬化用層を形成するステップと、
    　前記移動部の往復移動中に、前記供給部による前記硬化用層の形成と併せて、前記レーザ照射部が、前記レーザ光を照射させることで、前記硬化用層のうち任意の部分を硬化させるステップと
    　を含むことを特徴とする積層造形方法。
  12. 　レーザ光が照射されると硬化する硬化用材料を供給することで硬化用層を形成する供給部と、前記供給部により形成される前記硬化用層にレーザ光を照射することで、前記硬化用層のうち任意の部分を硬化させるレーザ照射部とを有し、前記供給部と前記レーザ照射部とが配列された配列方向に移動中に、前記供給部が前記硬化用層を形成するとともに、前記レーザ照射部がレーザ光を照射する移動部。
  13. 　前記移動部は、前記硬化用層を冷却する冷却部を更に備え、前記移動部の移動方向側から、前記レーザ照射部と前記冷却部とが順に配列されることを特徴とする請求項１２に記載の移動部。
  14. 　前記移動部は、前記硬化用材料が硬化しない温度範囲において前記硬化用層を加熱する加熱部を更に備え、前記移動部の移動方向側から、前記加熱部と前記レーザ照射部とが順に配列されることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の移動部。
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