WO2019150480A1 - 加工システム、及び、加工方法 - Google Patents

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秀実 川井
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株式会社ニコン
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Definitions

  • the present invention relates to a technical field of a machining system and a machining method for performing additional machining on a workpiece, for example.
  • Patent Document 1 describes a processing system that performs additional processing by melting a powdered material with an energy beam and then resolidifying the molten material. In such a processing system, it is a technical problem to perform additional processing at an appropriate position.
  • the support device that can support the workpiece, the region to be processed on the workpiece to be irradiated with the energy beam, and the material is supplied to the region to be irradiated with the energy beam.
  • a processing device that performs processing; a position changing device that changes a positional relationship between the support device and an irradiation region of the energy beam from the processing device; a first region that is a part of the support device; Additional processing is performed on at least one of the second regions that are part of the processing object to form a reference modeled object, and at least one of the processing device and the position changing device is controlled using information related to the reference modeled object.
  • a processing system is provided.
  • a processing method for performing additional processing on a processing object by irradiating an energy beam from a processing apparatus wherein the processing object is supported by a support device; Performing additional processing on at least one of the first region that is a part and the second region that is a part of the object to be processed to form a reference object, measuring the reference object, and measuring
  • a processing method includes changing a positional relationship between the support device and an irradiation region of the energy beam from the processing device based on the information related to the reference modeled object.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the modeling system of this embodiment.
  • FIG. 2 is a top view and a side view showing the upper surface 131 of the stage 13 and the side surface of the stage 13, respectively.
  • FIG. 3A to FIG. 3C are cross-sectional views showing a state where light is irradiated and a modeling material is supplied in a certain region on the workpiece.
  • Each of FIG. 4A to FIG. 4C is a cross-sectional view showing a process of forming a three-dimensional structure.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the initial setting operation in the alignment operation.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the head moving operation in the alignment operation.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the initial setting operation in the alignment operation.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating the relationship between the position of the test mark and the modeling start position in the stage coordinate system, and the relationship between the position of the modeling head and the modeling start position in the head coordinate system.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a part of the head movement operation of the first modification.
  • FIG. 9 is a flowchart showing another part of the head movement operation of the first modification.
  • FIG. 10 is a flowchart showing another part of the head movement operation of the first modification.
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of a test mark used in the first modification.
  • FIG. 12 is a plan view showing the relationship between the position of the test mark and the modeling start position in the stage coordinate system, and the relationship between the position of the modeling head and the modeling start position in the head coordinate system.
  • FIG.13 (a) is a top view which shows the molded article formed in a workpiece
  • FIG.13 (b) is formed in a workpiece
  • FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a structure of a modeling system according to a third modification.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating the structure of a modeling system according to a fourth modification.
  • Laser overlay welding includes direct metal deposition, direct energy deposition, laser cladding, laser engineered net shaping, direct write fabrication, and laser consolidation.
  • Shape Deposition Manufacturing Wire-Feed Laser Deposition, Gas Through Wire, Laser Powder Fusion, Laser Metal Forming, Selective Laser Powder Remelting, Laser Direct It may be referred to as casting, laser powder deposition, laser additive manufacturing, or laser rapid forming.
  • each of the X-axis direction and the Y-axis direction is a horizontal direction (that is, a predetermined direction in the horizontal plane), and the Z-axis direction is a vertical direction (that is, a direction orthogonal to the horizontal plane). Yes, it is substantially the vertical direction or the direction of gravity).
  • the rotation directions around the X axis, the Y axis, and the Z axis are referred to as a ⁇ X direction, a ⁇ Y direction, and a ⁇ Z direction, respectively.
  • the Z-axis direction may be the gravity direction.
  • the XY plane may be the horizontal direction.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of the modeling system 1 of the present embodiment.
  • the modeling system 1 is a three-dimensional structure (that is, a three-dimensional object having a size in any of the three-dimensional directions, and a three-dimensional object, in other words, an object having a size in the X, Y, and Z directions. ) ST can be formed.
  • the modeling system 1 can form the three-dimensional structure ST on the workpiece W serving as a basis (that is, a base material) for forming the three-dimensional structure ST.
  • the modeling system 1 can form the three-dimensional structure ST by performing additional processing on the workpiece W. When the workpiece W is a stage 13 described later, the modeling system 1 can form the three-dimensional structure ST on the stage 13.
  • the modeling system 1 can form the three-dimensional structure ST on the existing structure.
  • the modeling system 1 may form the three-dimensional structure ST integrated with the existing structure.
  • the operation of forming the three-dimensional structure ST integrated with the existing structure is equivalent to the operation of adding a new structure to the existing structure.
  • the modeling system 1 may form the three-dimensional structure ST separable from the existing structure.
  • FIG. 1 shows an example in which the workpiece W is an existing structure held by the stage 13. In the following, the description will be given using an example in which the workpiece W is an existing structure held by the stage 13.
  • the modeling system 1 can form a modeled object by the laser overlay welding method. That is, it can be said that the modeling system 1 is a 3D printer that forms an object using the additive manufacturing technique.
  • the additive manufacturing technique is also referred to as rapid prototyping, rapid manufacturing, or additive manufacturing.
  • the modeling system 1 forms the modeled object by processing the modeling material M with the light EL.
  • light LE for example, at least one of infrared light, visible light, and ultraviolet light can be used, but other types of light may be used.
  • the light EL is laser light.
  • the modeling material M is a material that can be melted by irradiation with light EL having a predetermined intensity or higher.
  • a modeling material M for example, at least one of a metallic material and a resinous material can be used.
  • the modeling material M other materials different from the metallic material and the resinous material may be used.
  • the modeling material M is a powdery or granular material. That is, the modeling material M is a granular material.
  • the modeling material M may not be a granular material, and for example, a wire-shaped modeling material or a gaseous modeling material may be used.
  • the modeling system 1 may form a modeled object by processing the modeling material M with an energy beam such as a charged particle beam.
  • the modeling apparatus 4 includes a modeling head 11, a head drive system 12, a stage 13, a measuring device 14, and a control device 15. Furthermore, the modeling head 11 includes an irradiation system 111 and a material nozzle (that is, a supply system that supplies the modeling material M) 112.
  • the irradiation system 111 is an optical system (for example, a condensing optical system) for emitting the light EL from the emitting unit 113. Specifically, the irradiation system 111 is optically connected to a light source (not shown) that emits light EL via an optical transmission member (not shown) such as an optical fiber. The irradiation system 111 emits light EL propagating from the light source via the light transmission member. The irradiation system 111 irradiates light EL from the irradiation system 111 downward (that is, on the ⁇ Z side). A stage 13 is disposed below the irradiation system 111.
  • a light source not shown
  • an optical transmission member such as an optical fiber.
  • the irradiation system 111 emits light EL propagating from the light source via the light transmission member.
  • the irradiation system 111 irradiates light EL from the irradiation system 111 downward (that is, on the
  • the irradiation system 111 can irradiate the light EL toward the workpiece W. Specifically, the irradiation system 111 irradiates the light EL to the irradiation area EA having a predetermined shape set on the workpiece W as an area to which the light EL is irradiated (typically condensed). Furthermore, the state of the irradiation system 111 can be switched between a state in which the irradiation area EA is irradiated with the light EL and a state in which the irradiation area EA is not irradiated with the light EL under the control of the control device 15.
  • the direction of the light EL emitted from the irradiation system 111 is not limited to just below (that is, the direction that coincides with the Z axis), and may be, for example, a direction inclined by a predetermined angle with respect to the Z axis. .
  • the material nozzle 112 has a supply outlet (that is, a supply port) 114 for supplying the modeling material M.
  • the material nozzle 112 supplies the modeling material M from the supply outlet 114 (specifically, injection, ejection, or injection).
  • the material nozzle 112 is physically connected to a material supply device (not shown) that is a supply source of the modeling material M via a powder transmission member such as a pipe (not shown).
  • the material nozzle 112 supplies the modeling material M supplied from the material supply device via the powder transmission member.
  • the material nozzle 112 is drawn in a tube shape, but the shape of the material nozzle 112 is not limited to this shape.
  • the material nozzle 112 supplies the modeling material M from the material nozzle 112 downward (that is, toward the ⁇ Z side).
  • a stage 13 is disposed below the material nozzle 112. When the workpiece W is mounted on the stage 13, the material nozzle 112 supplies the modeling material M toward the workpiece W.
  • the traveling direction of the modeling material M supplied from the material nozzle 112 is a direction inclined by a predetermined angle (an acute angle as an example) with respect to the Z axis, but is directly below (that is, a direction coincident with the Z axis). May be.
  • a plurality of material nozzles 112 may be provided.
  • the material nozzle 112 is aligned with the irradiation system 111 such that the irradiation system 111 supplies the modeling material M toward the irradiation area EA where the light EL is irradiated. That is, the material nozzle 112 and the irradiation are set so that the supply area MA and the irradiation area EA set on the workpiece W as the area where the material nozzle 112 supplies the modeling material M coincides (or at least partially overlaps).
  • the system 111 is aligned.
  • the material nozzle 112 may be positioned so as to supply the modeling material M to the molten pool MP formed on the workpiece W by the light EL emitted from the irradiation system 111.
  • the material nozzle 112 may be aligned so that the supply area MA for supplying the modeling material M and the area of the molten pool MP partially overlap each other.
  • the head drive system 12 moves the modeling head 11.
  • the head drive system 12 moves the modeling head 11 along each of the X axis, the Y axis, and the Z axis.
  • the head drive system 12 may move the modeling head 11 along at least one of the ⁇ X direction, the ⁇ Y direction, and the ⁇ Z direction in addition to the X axis, the Y axis, and the Z axis.
  • the head drive system 12 includes, for example, a motor.
  • the irradiation area EA also moves with respect to the work W on the work W.
  • the head drive system 12 can change the positional relationship between the workpiece W and the irradiation area EA (in other words, the positional relationship between the stage 13 holding the workpiece W and the irradiation area EA) by moving the modeling head 11. It is. Moreover, the head drive system 12 can change the positional relationship between the workpiece W and the supply area MA (in other words, the positional relationship between the stage 13 holding the workpiece W and the supply area MA) by moving the modeling head 11. It is.
  • the head drive system 12 may move the irradiation system 111 and the material nozzle 112 separately.
  • the head drive system 12 may be capable of adjusting at least one of the position of the ejection unit 113, the direction of the ejection unit 113, the position of the supply outlet 114, and the direction of the supply outlet 114.
  • the irradiation area EA where the irradiation optical system 111 irradiates the light EL and the supply area MA where the material nozzle 112 supplies the modeling material M can be controlled separately.
  • Stage 13 can hold workpiece W.
  • the stage 13 can further release the held workpiece W.
  • the irradiation system 111 described above irradiates the light EL in at least a part of the period in which the stage 13 holds the workpiece W.
  • the material nozzle 112 described above supplies the modeling material M in at least a part of the period in which the stage 13 holds the workpiece W.
  • a part of the modeling material M supplied by the material nozzle 112 may be scattered or spilled from the surface of the workpiece W to the outside of the workpiece W (for example, around the stage 13).
  • the modeling system 1 may include a recovery device that recovers the scattered modeling material M around the stage 13.
  • the stage 13 includes an upper surface 131 (a surface on the + Z side in the example shown in FIG. 1) that can face the modeling head 11 in order to hold the workpiece W.
  • the upper surface 131 includes a holding region 132 and a non-holding region 133 as shown in FIG. 2 including a plan view showing the upper surface 131 of the stage 13 and a side view showing the side surface of the stage 13.
  • the holding region 132 is a part of the upper surface 131. Note that the holding region 132 may be the entire upper surface 131.
  • the holding area 132 is an area (for example, a surface) that can hold the workpiece W.
  • the holding region 132 may be referred to as a holding surface or a support surface.
  • the holding area 132 is an area set on the upper surface 131 for holding the workpiece W.
  • the holding area 132 may hold the workpiece W using at least one of a mechanical chuck, a vacuum chuck, an electromagnetic chuck, an electrostatic chuck, and the like, for example.
  • the holding area 132 is a rectangular area in plan view, but may be an area having another shape.
  • the non-holding region 133 is a part of the upper surface 131.
  • the non-holding area 133 is an area (for example, a surface) that does not hold the workpiece W.
  • the non-holding area 133 is an area different from the holding area 132.
  • the non-holding region 133 is a rectangular frame region in plan view, but may be a region having another shape.
  • the non-holding area 133 may be located at the same height as the holding area 132 (that is, a position along the Z axis), or may be arranged at a different height.
  • a plurality of mark areas 134 are set in the non-holding area 133.
  • three mark areas 134 (specifically, a mark area 134 # 1, a mark area 134 # 2, and a mark area 134 # 3) are set in the non-holding area 133.
  • the plurality of mark areas 134 are set at predetermined positions in the non-holding area 133.
  • the plurality of mark regions 134 are distributed discretely on the upper surface 131.
  • the plurality of mark regions 134 are evenly distributed on the upper surface 131.
  • the plurality of mark areas 134 are distributed so as to surround the holding area 132.
  • the plurality of mark regions 134 are distributed on the upper surface 131 such that the holding region 132 is located between at least two mark regions 134.
  • the holding region 132 may be located in a region surrounded by a plurality of line segments connecting two mark regions out of at least three mark regions 134.
  • the mark area 134 # 1 is arranged on the ⁇ Y side and + X side with respect to the holding area 132
  • the mark area 134 # 2 is arranged on the ⁇ X side with respect to the holding area 132
  • the mark area 134 # 3 is arranged on the + Y side and the + X side of the holding area 132.
  • the distribution mode of the plurality of mark regions 134 is not limited to the above-described distribution mode.
  • At least one of the plurality of mark areas 134 may be located on the same plane as the non-holding area 133. That is, the height of at least one of the plurality of mark areas 134 may be the same as the height of the non-holding area 133. Further, at least one of the plurality of mark areas 134 may be located on the same plane as the holding area 132. At least one of the plurality of mark areas 134 may be located on a different plane from the non-holding area 133. That is, the height of at least one of the plurality of mark areas 134 may be different from the height of the non-holding area 133. Further, the height of at least one of the plurality of mark areas 134 may be different from the height of the holding area 132.
  • At least one of the plurality of mark regions 134 may be located on a different plane from at least one other of the plurality of mark regions 134. That is, the height of at least one of the plurality of mark regions 134 may be different from the height of at least one other of the plurality of mark regions 134.
  • each of the mark areas 134 # 1 and 134 # 2 is located on the same plane as the non-holding area 133, and the mark area 134 # 3 is on a different plane from the mark areas 134 # 1 and 134 # 2.
  • An example is shown. In other words, in the example shown in FIG. 2, each of the mark areas 134 # 1 and 134 # 2 is located on the same plane as the holding area 132, and the mark area 134 # 3 is located on a different plane from the holding area 132. Show.
  • Each of the plurality of mark areas 134 is used for an alignment operation for aligning the workpiece W and the modeling head 11.
  • the details of the alignment operation will be described later.
  • the outline will be briefly described.
  • the modeling system 1 performs additional processing on the mark member FM to form a test mark TM corresponding to a three-dimensional object on the mark member FM.
  • the modeling system 1 uses the measuring device 14 to measure the state of the formed test mark TM.
  • the modeling system 1 aligns the workpiece W and the modeling head 11 using the measurement result of the state of the test mark TM.
  • the measuring device 14 measures the state of the measurement object.
  • the measurement target is an object on the stage 13.
  • the measurement object may include at least a part of the workpiece W, the mark member FM, the test mark TM, and other arbitrary objects.
  • the measurement device 14 measures the position of the measurement object on the stage 13 as an example of the state of the measurement object.
  • the measurement device 14 may measure the absolute position of the measurement object (for example, the test mark TM) on the stage 13.
  • the measurement device 14 may measure the relative position of another part (for example, the test mark TM) of the measurement object with respect to a part (for example, the workpiece W) of the measurement object on the stage 13. Good.
  • the measurement device 14 may measure at least one of the shape and the dimension of the measurement object using an arbitrary measurement method.
  • measurement methods include pattern projection, light cutting, time-of-flight, moire topography (specifically, grid irradiation or grid projection), holographic interferometry, autocollimation, and stereo. , At least one of an astigmatism method, a critical angle method, and a knife edge method.
  • the control device 15 controls the operation of the modeling system 1.
  • the control device 15 may include, for example, an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit) and a storage device such as a memory.
  • the control device 15 controls the emission mode of the light EL by the irradiation system 111.
  • the emission mode includes, for example, at least one of the intensity of the light EL and the light emission timing.
  • the emission mode includes, for example, at least one of the length of the light emission time of the pulsed light and the ratio of the light emission time of the pulsed light to the extinction time (so-called duty ratio). Also good.
  • the control device 15 controls the movement mode of the modeling head 11 by the head drive system 12.
  • the movement mode includes, for example, at least one of a movement amount, a movement speed, a movement direction, and a movement timing. Furthermore, the control device 15 controls the supply mode of the modeling material M by the material nozzle 112.
  • the supply mode includes, for example, a supply amount (particularly, a supply amount per unit time).
  • modeling system 1 performs a modeling operation for forming the three-dimensional structure ST as described above. Furthermore, the modeling system 1 performs an alignment operation for aligning the workpiece W and the modeling head 11 before performing the modeling operation. For this reason, in the following, the modeling operation and the positioning operation for positioning the workpiece W and the modeling head 11 will be described in order.
  • the modeling system 1 forms the three-dimensional structure ST by the laser overlay welding method. For this reason, the modeling system 1 may form the three-dimensional structure ST by performing an existing modeling operation based on the laser overlay welding method.
  • an example of the modeling operation of the three-dimensional structure ST by the laser overlay welding method will be briefly described.
  • the modeling system 1 forms the three-dimensional structure ST on the workpiece W based on the three-dimensional model data (for example, CAD (Computer Aided Design) data) of the three-dimensional structure ST to be formed.
  • the three-dimensional model data includes data representing the shape (particularly the three-dimensional shape) of the three-dimensional structure ST.
  • measurement data of a three-dimensional object measured by the measurement device 14 provided in the modeling system 1 may be used.
  • measurement data of a three-dimensional shape measuring machine provided separately from the modeling system 1 may be used.
  • a contact-type three-dimensional measuring machine and a non-contact type three-dimensional measuring machine having a probe that can move with respect to the workpiece W and can contact the workpiece W.
  • non-contact type 3D measuring machines include a pattern projection 3D measuring machine, a light cutting 3D measuring machine, a time-of-flight 3D measuring machine, and a moire topography 3D measuring machine.
  • a holographic interferometric 3D measuring machine a CT (Computed Tomography) 3D measuring machine, and an MRI (Magnetic Resonance Imaging) 3D measuring machine.
  • the design data of the three-dimensional structure ST may be used as the three-dimensional model data.
  • the modeling system 1 sequentially forms, for example, a plurality of layered partial structures (hereinafter referred to as “structural layers”) SL arranged in the Z-axis direction in order to form the three-dimensional structure ST.
  • structural layers layered partial structures
  • the modeling system 1 sequentially forms a plurality of structural layers SL obtained one by one by cutting the three-dimensional structure ST along the Z-axis direction.
  • a three-dimensional structure ST that is a stacked structure in which a plurality of structural layers SL are stacked is formed.
  • a flow of operations for forming the three-dimensional structure ST by sequentially forming the plurality of structural layers SL one by one will be described.
  • the modeling system 1 sets the irradiation area EA in a desired area on the modeling surface MS corresponding to the surface of the workpiece W or the surface of the formed structural layer SL, and the irradiation area EA Then, the light EL is emitted from the irradiation system 111. Note that an area occupied by the light EL emitted from the irradiation system 111 on the modeling surface MS may be referred to as an irradiation area EA.
  • the focus position of the light EL coincides with the modeling surface MS. Yes.
  • the focus position of the light EL may be set to a position shifted from the modeling surface MS in the Z-axis direction.
  • a molten pool that is, a pool of liquid metal or resin or the like melted by the light EL
  • MP is formed.
  • the modeling system 1 sets a supply area MA in a desired area on the modeling surface MS under the control of the control device 15 and supplies the modeling material M from the material nozzle 112 to the supply area MA.
  • the supply area MA is set to an area where the molten pool MP is formed.
  • the modeling system 1 supplies the modeling material M from the material nozzle 112 with respect to the molten pool MP, as shown in FIG.3 (b). As a result, the modeling material M supplied to the molten pool MP melts.
  • the modeling material M melted in the molten pool MP is cooled and solidified (that is, solidified) again.
  • the re-solidified modeling material M is deposited on the modeling surface MS. That is, a modeled object is formed by the deposit of the re-solidified modeling material M. That is, a modeling object is formed by performing an additional process of adding a deposit of the modeling material M to the modeling surface MS.
  • a series of modeling processes including formation of the molten pool MP by such light irradiation EL, supply of the modeling material M to the molten pool MP, melting of the supplied modeling material M and re-solidification of the molten modeling material M, It repeats, moving the modeling head 11 along the XY plane with respect to the modeling surface MS.
  • the modeling head 11 moves relative to the modeling surface MS
  • the irradiation area EA also moves relative to the modeling surface MS. Therefore, a series of modeling processes is repeated while moving the irradiation area EA along the XY plane with respect to the modeling surface MS.
  • the light EL is selectively emitted to the irradiation area EA set in the area where the modeled object is to be formed, while the light EL is applied to the irradiation area EA set in the area where the modeled object is not desired to be formed. Not selectively irradiated.
  • the irradiation area EA is not set in the area where it is not desired to form the modeled object. That is, the modeling system 1 moves the irradiation area EA along the predetermined movement trajectory on the modeling surface MS, and emits light at a timing according to the distribution of the area where the molded object is to be formed (that is, the pattern of the structural layer SL).
  • the EL is irradiated onto the modeling surface MS.
  • a structural layer SL corresponding to an aggregate of shaped objects made of the solidified modeling material M is formed on the modeling surface MS.
  • the irradiation area EA is moved with respect to the modeling surface MS.
  • the modeling surface MS may be moved with respect to the irradiation area EA.
  • the modeling system 1 repeatedly performs an operation for forming such a structural layer SL based on the three-dimensional model data under the control of the control device 15. Specifically, first, the control device 15 slices the 3D model data at the stacking pitch to create slice data. Note that the control device 15 may at least partially correct the slice data according to the characteristics of the modeling system 1.
  • the modeling system 1 corresponds to the operation for forming the first structural layer SL # 1 on the modeling surface MS corresponding to the surface of the workpiece W, under the control of the control device 15, for the structural layer SL # 1. This is performed based on the three-dimensional model data (that is, slice data corresponding to the structural layer SL # 1). As a result, the structural layer SL # 1 is formed on the modeling surface MS as shown in FIG.
  • the modeling system 1 sets the surface (that is, the upper surface) of the structural layer SL # 1 as a new modeling surface MS, and then forms the second structural layer SL # 2 on the new modeling surface MS.
  • the control device 15 first controls the head drive system 12 so that the modeling head 11 moves along the Z axis. Specifically, the control device 15 controls the head drive system 12 so that the irradiation area EA and the supply area MA are set on the surface of the structural layer SL # 1 (that is, a new modeling surface MS). The modeling head 11 is moved toward the + Z side. Thereby, the focus position of the light EL coincides with the new modeling surface MS.
  • the modeling system 1 operates on the structural layer SL # 1 based on slice data corresponding to the structural layer SL # 2 in the same operation as the operation of forming the structural layer SL # 1 under the control of the control device 15.
  • the structural layer SL # 2 is formed.
  • the structural layer SL # 2 is formed.
  • the same operation is repeated until all the structural layers SL constituting the three-dimensional structure to be formed on the workpiece W are formed.
  • FIG. 4C by the stacked structure in which a plurality of structural layers SL are stacked along the Z axis (that is, along the direction from the bottom surface to the top surface of the molten pool MP), A three-dimensional structure ST is formed.
  • the measuring device 14 has a shape of a structure including the formed structural layers SL (for example, , The shape of the surface) may be measured.
  • the control device 15 may correct at least a part of the slice data used for forming the structural layer SL performed subsequently based on the measurement result of the measurement device 14.
  • the alignment operation is an operation for performing alignment between the workpiece W and the modeling head 11 as described above. More specifically, the alignment operation forms a desired three-dimensional structure ST with relatively high accuracy (that is, a shape error between the ideal three-dimensional structure ST indicated by the three-dimensional model data). Is an operation for aligning the workpiece W and the modeling head 11 so that a relatively small three-dimensional structure ST can be formed.
  • the alignment between the workpiece W and the modeling head 11 may mean, for example, control of the relative positional relationship between the workpiece W and the modeling head 11 (in other words, adjustment or setting).
  • the alignment between the workpiece W and the modeling head 11 may mean, for example, control of the relative positional relationship between the workpiece W and the modeling position (in other words, adjustment or setting).
  • the alignment between the workpiece W and the modeling head 11 may mean, for example, control of the relative positional relationship between the workpiece W and the position of the molten pool (in other words, adjustment or setting).
  • the positioning operation includes a head moving operation for moving the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start on the head coordinate system Ch.
  • the head coordinate system Ch is a three-dimensional coordinate system that indicates the position of the modeling head 11.
  • the position in the head coordinate system Ch is determined using a coordinate Xh along the X axis of the head coordinate system Ch, a coordinate Yh along the Y axis of the head coordinate system Ch, and a coordinate Zh along the Z axis of the head coordinate system Ch. Identified. That is, the position in the head coordinate system Ch is specified by coordinates (Xh, Yh, Zh).
  • Such a head coordinate system Ch mainly specifies the position of the modeling head 11 by the control device 15 that controls the head driving system 12 when the head driving system 12 moves the modeling head 11 (in other words, represents it). Used).
  • the modeling start position Ch_start is a position of the modeling head 11 that can irradiate the light EL with respect to the modeling start position Cs_start at which modeling (that is, additional processing) on the modeling surface MS corresponding to the surface of the workpiece W is to be started. It is.
  • the modeling surface MS corresponding to the surface of the workpiece W is referred to as “work modeling surface MSW” and is distinguished from the modeling surface MS corresponding to the surface of the structural layer SL. That is, the modeling start position Ch_start is the position of the modeling head 11 that can set the irradiation area EA (in other words, form the molten pool MP or perform additional processing) at the modeling start position Cs_start on the workpiece modeling surface MSW. It is.
  • the modeling start position Ch_start may be the position of the modeling head 11 that can set the supply area MA to the modeling start position Cs_start on the workpiece modeling surface MSW.
  • the modeling start position Cs_start is a position in the stage coordinate system Cs with the stage 23 holding the workpiece W as a reference.
  • the stage coordinate system Cs is a three-dimensional coordinate system with the stage 13 as a reference. Therefore, the position in the stage coordinate system Cs is expressed by the coordinate Xs along the X axis of the stage coordinate system Cs, the coordinate Ys along the Y axis of the stage coordinate system Cs, and the coordinate Zs along the Z axis of the stage coordinate system Cs. To be specified. That is, the position in the stage coordinate system Cs is specified by coordinates (Xs, Ys, Zs).
  • the stage coordinate system Cs is mainly used when the measuring device 14 measures the characteristics of the measurement object on the stage 13 by the measuring device 14 (and the control device 15 that processes the measurement result of the measuring device 14). 13 is used for specifying (in other words, expressing) the position of the measurement object on the screen 13.
  • the control device 15 can specify the position of the workpiece W in the stage coordinate system Cs from the measurement result of the measurement device 14. As a result, the control device 15 can specify the modeling start position Cs_start on the workpiece modeling surface MSW in the stage coordinate system Cs. On the other hand, the control device 15 may not be able to specify the modeling start position Ch_start relatively accurately based on the modeling start position Cs_start. This is because the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs is not always ideal.
  • the ideal relationship referred to here is, for example, that the positional relationship between the origin of the head coordinate system Ch and the origin of the stage coordinate system Cs does not change at all, and the scale of the head coordinate system Ch and the scale of the stage coordinate system Cs. Is always the same, and the X axis, Y axis, and Z axis of the head coordinate system Ch are always parallel to the X axis, Y axis, and Z axis of the stage coordinate system Cs, respectively. Good. That is, the ideal relationship referred to here is, for example, that the stage coordinate system Cs does not translate relative to the head coordinate system Ch, and the stage coordinate system Cs relative to the head coordinate system Ch.
  • the stage coordinate system Cs does not rotate relative to the head coordinate system Ch without being enlarged or reduced. If there is an ideal modeling system in which such a relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs is always an ideal relationship, the control device 15 can control the head coordinate system Ch and the stage coordinates. Based on the ideal relationship with the system Cs, the modeling start position Ch_start can be specified with relatively high accuracy from the modeling start position Cs_start. However, in reality, the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs may vary.
  • the head coordinate system Ch and the stage The relationship with the coordinate system Cs may vary.
  • the attachment error of the irradiation system 111 the fluctuation of the attachment position of the irradiation system 111 (for example, rattling), the deterioration of the performance of the irradiation system 111, the attachment error of the material nozzle 112, the fluctuation of the attachment position of the material nozzle 111 (
  • the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs varies. there is a possibility.
  • the head coordinate system Ch and the stage coordinate system can vary. Furthermore, for example, when the head drive system 12 is reset (that is, when it is restarted), the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs may change. In this way, when the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs changes so as not to be an ideal relationship, the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs becomes an ideal relationship.
  • the light EL from the modeling head 11 located at a certain position on the head coordinate system Ch is not always irradiated to the same position on the stage coordinate system Cs. For this reason, even if the control device 15 specifies the modeling start position Cs_start in the stage coordinate system Cs, the modeling head 11 that can irradiate the modeling start position Cs_start with the light EL based on the specified modeling start position Cs_start. It is not always possible to specify the modeling start position Ch_start, which is the position of, with relatively high accuracy.
  • the control unit 15 appropriately places the modeling head 11 at the modeling start position Ch_start corresponding to the specified modeling start position Cs_start in the head coordinate system Ch. It cannot always be moved to. Specifically, for example, even if the control device 15 specifies the modeling start position Cs_start in the stage coordinate system Cs, in the head coordinate system Ch, the modeling start position Ch_start corresponding to the specified modeling start position Cs_start May move the modeling head 11 to a different position. As a result, the shape accuracy of the formed three-dimensional structure ST may deteriorate.
  • the modeling system 1 performs an alignment operation under the control of the control device 15 for the purpose of appropriately moving the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start corresponding to the modeling start position Cs_start. . Thereafter, the modeling system 1 starts additional processing on the workpiece W after the modeling head 11 is positioned at the modeling start position Ch_start. For this reason, the modeling system 1 performs an alignment operation before starting a modeling operation for performing additional processing on the workpiece W.
  • the alignment operation in addition to the head moving operation described above, the alignment operation also performs an initial setting operation corresponding to a preparation operation for performing the head moving operation described above. Therefore, hereinafter, the initial setting operation and the head moving operation will be described in order.
  • the initial setting operation includes an operation of associating (in other words, associating) the head coordinate system Ch with the stage coordinate system Cs.
  • the initial setting operation includes an operation for associating a position in the head coordinate system Ch with a position in the stage coordinate system Cs.
  • the initial setting operation may include an operation of associating the position of the modeling head 11 in the head coordinate system Ch with the position of the modeled object formed on the stage 13 by the modeling head 11 in the stage coordinate system Cs. Good.
  • the operation for associating the head coordinate system Ch with the stage coordinate system Cs is that the position in the head coordinate system Ch specified by the coordinates (Xh, Yh, Zh) is called (Xs, Ys, Zs).
  • An operation of calculating a conversion matrix T that can be converted into a position in the stage coordinate system Cs specified by coordinates and / or a position in the stage coordinate system Cs can be converted into a position in the head coordinate system Ch. Good.
  • An operation of calculating a transformation matrix T that satisfies the relationship of Yh, Zh) may be included.
  • the transformation matrix T enlarges or reduces either one of the position in the head coordinate system Ch and the position in the stage coordinate system Cs, and changes the position to one of the position in the head coordinate system Ch and the position in the stage coordinate system Cs. Contains a matrix for scaling to convert.
  • the transformation matrix T translates either the position in the head coordinate system Ch or the position in the stage coordinate system Cs to translate the position in the head coordinate system Ch and the stage. You may include the matrix regarding the parallel movement converted into either one of the positions in the coordinate system Cs.
  • the transformation matrix T rotates either one of the position in the head coordinate system Ch and the position in the stage coordinate system Cs to change the position in the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs. It may include a matrix relating to rotation to be converted to any one of the positions.
  • the transformation matrix T may include a matrix related to orthogonality in addition to or instead of a matrix related to at least one of scaling, translation, and rotation.
  • the mark member FM is arranged in each of the plurality of mark regions 134 of the stage 13 (step S111).
  • the mark member FM is a member that can be at least partially melted by irradiation with light EL.
  • the mark member FM is a member that can form the molten pool MP at least in part by irradiation with light EL.
  • the mark member FM is a member capable of forming a modeled object at least partially by irradiation with light EL.
  • the mark member FM is, for example, a plate-like member, but may be a member having any other shape.
  • the size of the mark member FM may be the same as the size of the mark region 134, may be small, or may be large.
  • the workpiece W may or may not be disposed on the stage 13.
  • control device 15 designates one mark area 134 of the plurality of mark areas 134 as the designated mark area 134d in which the mark member FM for forming the test mark TM is arranged (step S121). Note that the control device 15 may designate all the mark areas 134 of the plurality of mark areas 134 as the designated mark area 134d, or some of the plurality of mark areas 134 may be designated as the designated mark area 134d. May be specified. Thereafter, the control device 15 specifies a position Chfm of the modeling head 11 that can perform additional processing on the mark member FM arranged in the designated mark region 134d in the head coordinate system Ch (step S122).
  • the plurality of mark areas 134 are set at predetermined positions (that is, known positions) on the upper surface 131 of the stage 13. That is, the designation mark area 134d is also set at a predetermined position (that is, a known position) on the upper surface 131 of the stage 13. Therefore, the position Csfm of the designated mark area 134d in the stage coordinate system Cs (for example, the position Csfm of the center, end, or any other part of the designated mark area 134d) is information known to the control device 15. On the other hand, as described above, since the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs changes in the modeling system 1, the control device 15 determines the designated mark area based on the position Csfm of the designated mark area 134d.
  • the position Chfm of the modeling head 11 capable of performing additional processing on the mark member FM arranged at 134d with relatively high accuracy.
  • the modeling system 1 it is sufficient for the modeling system 1 to be able to form the test mark TM somewhere on the mark member FM (for example, an arbitrary position on the upper surface of the mark member FM).
  • the modeling system 1 does not have to control the formation position of the test mark TM on the mark member FM with relatively high accuracy.
  • the control device 15 assumes that the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs is an ideal relationship, so that the designated mark region is based on the position Csfm of the designated mark region 134d.
  • the position Chfm of the modeling head 11 capable of performing additional processing on the mark member FM arranged at 134d can be specified (substantially estimated here).
  • the modeling system 1 is a mark member.
  • the test mark TM cannot be formed on the FM. That is, the modeling system 1 may form the test mark TM at a position away from the mark member FM. Therefore, the size of the mark region 134 (particularly, the size along the XY plane) is changed when the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs deviates from an ideal relationship (particularly, actual modeling).
  • the modeling head 11 located at the position Chfm may form the test mark TM on the mark member FM arranged in the designated mark region 134d even if the same is true hereinafter.
  • the size may be set as large as possible.
  • the size of the mark member FM (particularly, the size along the XY plane) is a case where the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs deviates from an ideal relationship.
  • the modeling head 11 positioned at the position Chfm may be set to a size large enough to form the test mark TM on the mark member FM disposed in the designated mark region 134d.
  • the control device 15 may store information on the position Csfm of the mark area 134 and the position Chfm of the modeling head 11 corresponding to the position Csfm of the mark area 134. In this case, the control device 15 may specify the position Chfm of the modeling head 11 from the stored information instead of specifying the position Chfm of the modeling head 11 in step S122.
  • the control device 15 controls the head drive system 12 so as to move the modeling head 11 to the position Chfm specified in step S122 (step S123).
  • the modeling system 1 forms the test mark TM on the mark member FM arranged in the designated mark region 134d under the control of the control device 15 (step S124).
  • the modeling system 1 is a method similar to the method for forming at least one of the above-described modeled object, the above-described structural layer SL, and the above-described three-dimensional structure ST (for example, FIG. 3A to FIG. 4).
  • the test mark TM is formed using the method shown in FIG.
  • the test mark TM may be a structure similar to the above-described modeled object, may be a structure similar to the aggregate of the modeled object described above, or may be the same as the structure layer SL described above.
  • the structure may be a structure similar to the above-described three-dimensional structure ST in which a plurality of structure layers SL are stacked.
  • a specific shape is used so that the test mark TM can be uniquely specified from the measurement object indicated by the measurement result of the measurement device 14. And a mark having at least one of dimensions.
  • the control device 15 determines whether or not the test marks TM are formed on all of the plurality of mark members FM respectively arranged in the plurality of mark areas ME set on the stage 13 (step S125). As a result of the determination in step S125, when it is determined that the test mark TM is not formed on all the mark members FM (step S125: No), the control device 15 repeats the processes after step S121. That is, the control device 15 designates one mark area 134 that has not been designated as the designated mark area 134d among the plurality of mark areas 134 as a new designated mark area 134d (step S121). Thereafter, the control device 15 performs a process for forming the test mark TM on the newly designated designation mark area 134d (from step S122 to step S124).
  • step S125 when it is determined that the test marks TM are formed on all the mark members FM (step S125: Yes), the measuring device 14 detects the object on the stage 13 (specifically Specifically, the state of the measurement object including the test mark TM is measured (step S131).
  • the measurement result of the measurement device 14 (that is, information regarding the state of the measurement object including the test mark TM) is output to the control device 15.
  • the process may proceed to the next step (step S131).
  • the control device 15 specifies the position Cstm of the formed test mark TM in the stage coordinate system Cs based on the measurement result of the measurement device 14 (step S132). Specifically, since the test mark TM is formed under the control of the control device 15, at least one of the position, shape and size of the test mark TM is information known to the control device 15. Therefore, the control device 15 can specify the test mark TM from the measurement object based on information on the state of the measurement object (in particular, at least one of position, shape, and dimensions) measured by the measurement device 14. it can. For example, the control device 15 can specify the test mark TM from the measurement object using a pattern matching method or the like. Thereafter, the control device 15 specifies the position Cstm of the specified test mark TM in the stage coordinate system Cs.
  • control device 15 sets the position Cstm of the test mark TM specified in step S132 and the position Chfm of the modeling head 11 when the test mark TM is formed (that is, the position Chfm of the modeling head 11 specified in step S122). Based on this, a transformation matrix T indicating the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs is calculated (step S141). Specifically, since a plurality of test marks TM are formed, a plurality of positions Cstm are specified in step S132. Similarly, in step S122, a plurality of positions Chfm are specified.
  • the modeling system 1 may form at least three test marks TM in order to calculate the transformation matrix T. That is, at least three mark areas 134 may be set on the stage 13. In this case, the at least three mark areas 134 may include two mark areas 134 having different positions along the X axis of the stage coordinate system Cs. That is, the modeling system 1 may form at least two test marks TM having different positions along the X axis of the stage coordinate system Cs. The at least three mark regions 134 may include two mark regions 134 having different positions along the Y axis.
  • the modeling system 1 may form at least two test marks TM having different positions along the Y axis of the stage coordinate system Cs.
  • the at least three mark regions 134 may include two mark regions 134 having different positions along the Z axis. That is, the modeling system 1 may form at least two test marks TM having different positions along the Z axis of the stage coordinate system Cs.
  • three mark areas 134 # 1 to 134 # 3 are set on the stage 13. Further, in the example shown in FIG. 2, the stage 13 has two mark areas 134 # 1 and 134 # 2 (or two mark areas 134 # 2 and 134 # 3) having different positions along the X axis.
  • Three mark areas 134 # 1 to 134 # 3 having different positions along the Y axis are set, and two mark areas 134 # 1 and 134 # 3 (or two mark areas having different positions along the Z axis are set). Regions 134 # 2 and 134 # 3) are set.
  • the control device 15 converts the position (Xh, Yh, Zh) in the head coordinate system Ch to the position (Xh, Yh, Zh) in the stage coordinate system Cs corresponding to the position (Xh, Yh, Zh). Xs, Ys, Zs). Similarly, the control device 15 converts the position (Xs, Ys, Zs) in the stage coordinate system Cs into the position (Xh, Yh, Zh) in the head coordinate system Ch corresponding to the position (Xs, Ys, Zs). Can be converted to Further, the conversion matrix T is calculated based on the test mark TM formed by the modeling system 1 actually performing additional processing on the stage 13.
  • the transformation matrix T is calculated based on the actual position Chfm of the modeling head 11 in the head coordinate system Ch and the actual position Cstm of the test mark TM in the stage coordinate system Cs. Therefore, the transformation matrix T reflects the actual relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs. That is, even if the actual relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs is different from the ideal relationship, the transformation matrix T includes the position of the modeling head 11 in the head coordinate system Ch and the stage. The actual relationship between the position of the object on the stage 13 in the coordinate system Cs is reflected. For this reason, the control device 15 can perform the mutual conversion between the position in the head coordinate system Ch and the position in the stage coordinate system Cs by using the conversion matrix T with relatively high accuracy.
  • the mark member FM is removed from the mark area 134 (step S151). That is, the mark member FM corresponds to a member that can be replaced every time the initial setting operation is performed. Note that the mark member FM may be located in the mark area 134 until the next initial setting operation is performed. Further, the same mark member FM may be used in a plurality of initial setting operations.
  • the control device 15 performs such an initial setting operation at a desired timing.
  • the control device 15 may perform an initial setting operation each time the modeling system 1 starts to operate (for example, the modeling system 1 is turned on).
  • the control device 15 may perform an initial setting operation every time the work W is placed on the stage 13.
  • the control device 15 may perform an initial setting operation before or after the work W is placed on the stage 13.
  • the control device 15 may perform an initial setting operation every time additional machining for one or a plurality of workpieces W is completed.
  • the control device 15 may perform an initial setting operation every time a certain period of time has elapsed after the modeling system 1 is activated.
  • the control device 15 may perform the initial setting operation every time an instruction to perform the initial setting operation is input from the operator of the modeling system 1.
  • the head moving operation is an operation of moving the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start.
  • the head moving operation will be described with reference to FIG.
  • a work W to be subjected to additional machining is placed on the stage 13 (step S211).
  • the stage 13 holds the workpiece W via the holding area 132.
  • control device 15 designates one mark area 134 of the plurality of mark areas 134 as the designated mark area 134d where the mark member FM for forming the test mark TM is to be arranged (step S221). Note that the control device 15 may designate all the mark areas 134 of the plurality of mark areas 134 as the designated mark area 134d, or a part of the plurality of mark areas 134 as the designated mark area 134d. May be specified. Thereafter, the mark member FM is arranged in the designated mark area 134d.
  • the control device 15 specifies the position Chfm of the modeling head 11 that can perform additional processing on the mark member FM arranged in the designated mark region 134d in the head coordinate system Ch (step S222). Specifically, the control device 15 specifies the position Chfm of the modeling head 11 using the method used in the initial setting operation described above to specify the position Chfm of the modeling head 11 even in the head moving operation. . That is, the control device 15 assumes that the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs is an ideal relationship, so that the designated mark region 134d is based on the position Csfm of the designated mark region 134d. The position Chfm of the modeling head 11 capable of performing additional processing on the mark member FM arranged in (1) is specified (substantially estimated here).
  • control device 15 converts the position Csfm of the designated mark area 134d, which is known information, using the transformation matrix T calculated in the initial setting operation, so that the mark member FM arranged in the designated mark area 134d is transformed.
  • the position Chfm of the modeling head 11 that can perform additional processing may be specified.
  • the control device 15 controls the head drive system 12 so as to move the modeling head 11 to the position Chfm specified in step S222 (step S223). Thereafter, after the modeling head 11 reaches the position Chfm, the modeling system 1 forms the test mark TM on the mark member FM arranged in the designated mark region 134d under the control of the control device 15 (step S224).
  • the test mark TM formed in the head moving operation may be the same as or different from the test mark TM formed in the initial setting operation described above.
  • the measurement device 14 measures the state of the object on the stage 13 (specifically, the measurement target including the test mark TM and the workpiece W) (step S231).
  • the measurement result of the measurement device 14 (that is, information relating to the state of the measurement object including the test mark TM and the workpiece W) is output to the control device 15.
  • control device 15 specifies the position Cstm of the formed test mark TM in the stage coordinate system Cs based on the measurement result of the measurement device 14 (step S232). Specifically, the control device 15 specifies the position Cstm of the test mark TM by using the method used in the initial setting operation described above to specify the position Cstm of the test mark TM.
  • control device 15 specifies a modeling start position Cs_start at which modeling should be started on the workpiece modeling surface MSW in the stage coordinate system Cs based on the measurement result of the measuring device 14 (step S232). Specifically, the control device 15 can specify the position of the workpiece W in the stage coordinate system Cs from the measurement result of the measurement device 14. Further, the control device 15 can specify how to form the three-dimensional structure ST on the workpiece W based on the three-dimensional model data of the three-dimensional structure ST to be formed. When it is specified how the three-dimensional structure ST is to be formed on the workpiece W, a position (for example, the first structure layer to be formed) is first formed to form the three-dimensional structure ST. In order to form SL # 1, it is possible to specify the position at which the shaped object is to be formed first. The position where the modeled object should be formed first to form the three-dimensional structure ST corresponds to the modeling start position Cs_start.
  • control device 15 determines the position Cstm of the test mark TM specified in step S232, the position Chfm of the modeling head 11 when the test mark TM is formed (that is, the position Chfm of the modeling head 11 specified in step S222), And based on modeling start position Cs_start specified at Step S232, modeling head 11 is moved to modeling start position Ch_start (Step S241).
  • the operation of moving the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start based on the position Cstm of the test mark TM, the position Chfm of the modeling head 11, and the modeling start position Cs_start will be described in more detail with reference to FIG. .
  • a test mark TM is formed at a position Cstm in the stage coordinate system Cs by the light EL from the modeling head 11 located at the position Chfm in the head coordinate system Ch.
  • the irradiation area EA of the light EL from the modeling head 11 located at the position Chfm in the head coordinate system Ch is set to the position Cstm in the stage coordinate system Cs.
  • the modeling head 11 moves in the head coordinate system Ch so that the irradiation area EA moves from the position Cstm to the modeling start position Cs_start in the stage coordinate system Cs, the modeling head 11 is positioned in the modeling start position Cs_start. It will be.
  • the modeling start position Cs_start is separated from the position Cstm of the test mark TM by a distance of (Xs_start ⁇ Xstm) along the X axis.
  • the modeling start position Cs_start is separated from the position Cstm of the test mark TM by a distance of (Ys_start ⁇ Ystm) along the Y axis.
  • the modeling start position Cs_start is separated from the position Cstm of the test mark TM by a distance of (Zs_start ⁇ Zstm) along the Z axis.
  • the irradiation area EA moves along the X axis by a distance of (Xs_start ⁇ Xstm), moves along the Y axis by a distance of (Ys_start ⁇ Ystm), and Z If the modeling head 11 located at the position Chfm in the head coordinate system Ch moves so as to move along the axis by a distance of (Zs_start ⁇ Zstm), the modeling head 11 is positioned at the modeling start position Cs_start. Become.
  • the modeling head 11 moves along the X axis by a distance of (Xs_start ⁇ Xstm), moves along the Y axis by a distance of (Ys_start ⁇ Ystm), and Z If it moves along the axis by a distance of (Zs_start ⁇ Zstm), the irradiation area EA may move from the position Cstm to the modeling start position Cs_start in the stage coordinate system Cs.
  • the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs is not always ideal.
  • the irradiation area EA in the stage coordinate system Cs moves along the X axis (Xs_start ⁇ Xstm). ) Does not always move.
  • the irradiation area EA in the stage coordinate system Cs moves along the Y axis (Ys_start ⁇ Ystm). ) Does not always move.
  • the control device 15 uses the transformation matrix T to determine the movement amount and movement direction of the irradiation area EA moving from the position Cstm of the test mark TM to the modeling start position Cs_start in the stage coordinate system Cs in the head coordinate system Ch. The movement amount and the moving direction of the modeling head 11 are converted.
  • control device 15 moves the modeling head 11 located at the position Chfm in the head coordinate system Ch by the movement amount obtained by the conversion in the movement direction obtained by the conversion.
  • the modeling head 11 is positioned at the modeling start position Ch_start where the irradiation area EA can be set to the modeling start position Cs_start.
  • the control device 15 can appropriately move the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start. That is, the control device 15 can move the modeling head 11 so that the position of the moved modeling head 11 in the head coordinate system Ch matches (or approaches) the modeling start position Ch_start. In other words, the control device 15 can move the modeling head 11 so that the irradiation area EA irradiated with the light EL from the moved modeling head 11 is set to the modeling start position Cs_start. The control device 15 may move the modeling head 11 so that the molten pool MP formed by the light EL from the moved modeling head 11 is set to the modeling start position Cs_start. The modeling head 11 may be moved so that the supply position MA by the head 11 is set to the modeling start position Cs_start.
  • the control device 15 performs such a head moving operation at a desired timing.
  • the control device 15 may perform the head moving operation every time the work W is placed on the stage 13.
  • the control device 15 may perform the head moving operation every time the additional machining for one or a plurality of workpieces W is completed.
  • the control device 15 may perform the head moving operation every time a certain time has elapsed after the modeling system 1 is activated.
  • the control device 15 may perform the head moving operation every time an instruction to perform the head moving operation is input from the operator of the modeling system 1.
  • the control device 15 may perform the head moving operation every time the initial setting operation is performed.
  • control device 15 may perform the head moving operation at the same frequency as the frequency at which the initial setting operation is performed. For example, the control device 15 may perform the head moving operation at a frequency less than the frequency at which the initial setting operation is performed. For example, the control device 15 may perform the head moving operation at a frequency higher than the frequency at which the initial setting operation is performed.
  • the control device 15 converts the modeling start position Cs_start in the stage coordinate system Cs to the modeling start position Ch_start in the head coordinate system Ch using the conversion matrix T, and models the modeling start position Ch_start obtained by the conversion.
  • the head 11 may be moved.
  • the control device 15 specifies the modeling start position Ch_start using the transformation matrix T.
  • the modeling head 11 may be moved to the specified modeling start position Ch_start. Even in this case, the control device 15 can appropriately move the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start.
  • the head moving operation in the first modification is an operation of moving the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start, similarly to the head moving operation described above.
  • the head moving operation in the first modified example forms a plurality of types of test marks TM and moves the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start based on any one position Cstm of the plurality of types of test marks TM. This is different from the head moving operation described above in that it is moved.
  • the head moving operation in the first modification will be described with reference to FIGS. 8 to 10. Note that the same processing as that of the head moving operation described above is denoted by the same step number, and detailed description thereof is omitted.
  • a work W to be subjected to additional machining is placed on the stage 13 (step S211). Further, the control device 15 designates one mark area 134 of the plurality of mark areas 134 as the designated mark area 134d in which the mark member FM for forming the test mark TM is to be disposed (step S221). Note that the control device 15 may designate all the mark areas 134 of the plurality of mark areas 134 as the designated mark area 134d, or a part of the plurality of mark areas 134 as the designated mark area 134d. May be specified. At this time, the mark member FM is arranged in the designated mark area 134d.
  • a plurality of types of test marks TM are formed on the mark member FM arranged in the designated mark region 134d.
  • a plurality of test marks TM having different movement directions (particularly, movement directions along the XY plane of the head coordinate system Ch) of the modeling head 11 during the period in which the test marks TM are formed are formed.
  • the test mark TM formed by the modeling head 11 that moves toward the first direction is different from the first direction (for example, crosses the first direction or is opposite to the first direction).
  • a test mark TM formed by the modeling head 11 moving in the second direction is formed.
  • 11 and the test mark TM formed For example, the test mark TM formed by the modeling head 11 moving in the first direction, the test mark TM formed by the modeling head 11 moving in the second direction, and the third direction.
  • the test mark TM formed by the moving modeling head 11 is different from the first to third directions (for example, intersects at least one of the first to third directions, or the first to third directions).
  • a test mark TM formed by the modeling head 11 moving in the fourth direction is formed.
  • the test mark TM formed by the modeling head 11 moving toward the first direction is a stage corresponding to the first direction (or the first direction in the head coordinate system Ch) along the workpiece modeling surface MSW. It becomes a linear test mark TM extending along the fifth direction in the coordinate system Cs.
  • the test mark TM formed by the modeling head 11 moving toward the second direction is a stage corresponding to the second direction (or the second direction in the head coordinate system Ch) along the workpiece modeling surface MSW. It becomes a linear test mark TM extending along the sixth direction in the coordinate system Cs.
  • the test mark TM formed by the modeling head 11 moving toward the third direction is a stage corresponding to the third direction (or the third direction in the head coordinate system Ch) along the workpiece modeling surface MSW.
  • the test mark TM formed by the modeling head 11 moving toward the fourth direction is a stage corresponding to the fourth direction (or the fourth direction in the head coordinate system Ch) along the workpiece modeling surface MSW.
  • the linear test mark TM extends along the eighth direction in the coordinate system Cs. For this reason, in the first modification, it can be said that a plurality of test marks TM having different extending directions along the workpiece shaping surface MSW are formed. In addition, the extending
  • FIG. 11 shows an example in which a test mark TM (+ X), a test mark TM ( ⁇ X), a test mark TM (+ Y), and a test mark TM ( ⁇ Y) are formed.
  • the test mark TM (+ X) is a test mark TM formed by the modeling head 11 that moves along the X axis of the head coordinate system Ch and toward the + X side of the head coordinate system Ch.
  • the test mark TM ( ⁇ X) is a test mark TM formed by the modeling head 11 that moves along the X axis of the head coordinate system Ch and toward the ⁇ X side of the head coordinate system Ch.
  • the test mark TM (+ Y) is a test mark TM formed by the modeling head 11 that moves along the Y axis of the head coordinate system Ch and toward the + Y side of the head coordinate system Ch.
  • the test mark TM ( ⁇ Y) is a test mark TM formed by the modeling head 11 that moves along the Y axis of the head coordinate system Ch and toward the ⁇ Y side of the head coordinate system Ch.
  • four types of test marks TM shown in FIG. 11 that is, test mark TM (+ X), test mark TM ( ⁇ X), test mark TM (+ Y), and test mark TM ( ⁇ Y
  • the head moving operation for forming will be described. However, in the head moving operation, a different number of test marks TM having different shapes and / or extending in different directions from the four types of test marks TM shown in FIG. 11 may be formed.
  • step S3221 the control device 15 starts to form the test mark TM (+ X) on the mark member FM arranged in the designated mark area 134d in the head coordinate system Ch.
  • the position Chfm (+ X) of the modeling head 11 is specified (step S3221).
  • the method for specifying the position Chfm (+ X) in step S3221 may be the same as the method for specifying the position Chfm in step S222 of FIG. 6 described above. That is, the control device 15 forms the test mark TM (+ X) in the designated mark region 134d by assuming that the relationship between the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs is an ideal relationship.
  • the position Chfm (+ X) of the modeling head 11 when starting to form the test mark TM (+ X) may be specified.
  • control device 15 controls the head drive system 12 to move the modeling head 11 to the position Chfm (+ X) specified in step S3221 (step S3231). Thereafter, after the modeling head 11 reaches the position Chfm (+ X), the modeling system 1 moves along the X axis of the head coordinate system Ch and toward the + X side of the head coordinate system Ch under the control of the control device 15.
  • the test mark TM (+ X) is formed on the mark member FM arranged in the designated mark area 134d while moving the transfer head 11 (step S3241).
  • the control device 15 before or after the process for forming the test mark TM (+ X), the control device 15 causes the mark member FM arranged in the designated mark region 134d in the head coordinate system Ch.
  • the position Chfm (-X) of the modeling head 11 when starting to form the test mark TM (-X) is specified (step S3222).
  • the control device 15 controls the head drive system 12 so as to move the modeling head 11 to the position Chfm ( ⁇ X) specified in step S3222 (step S3232).
  • the modeling system 1 moves along the X axis of the head coordinate system Ch and toward the ⁇ X side of the head coordinate system Ch under the control of the control device 15.
  • the test mark TM ( ⁇ X) is formed on the mark member FM arranged in the designated mark region 134d while moving the modeling head 11 toward the designated mark region 134d (step S3242).
  • the control device 15 performs the following operation in the head coordinate system Ch.
  • the position Chfm (+ Y) of the modeling head 11 when starting to form the test mark TM (+ Y) on the mark member FM arranged in the designated mark area 134d is specified (step S3223).
  • the control device 15 controls the head drive system 12 so as to move the modeling head 11 to the position Chfm (+ Y) specified in step S3223 (step S3233).
  • the modeling system 1 moves along the Y axis of the head coordinate system Ch and toward the + Y side of the head coordinate system Ch under the control of the control device 15. While moving the modeling head 11, the test mark TM (+ Y) is formed on the mark member FM arranged in the designated mark region 134d (step S3243).
  • the control device 15 In the head coordinate system Ch, the position Chfm (-Y) of the modeling head 11 when the test mark TM (-Y) starts to be formed on the mark member FM arranged in the designated mark area 134d is specified (step S3224). Thereafter, the control device 15 controls the head drive system 12 so as to move the modeling head 11 to the position Chfm ( ⁇ Y) specified in step S3224 (step S3234).
  • the modeling system 1 moves along the Y axis of the head coordinate system Ch and to the ⁇ Y side of the head coordinate system Ch under the control of the control device 15. While moving the modeling head 11, the test mark TM ( ⁇ Y) is formed on the mark member FM arranged in the designated mark region 134 d (step S 3244).
  • the measuring device 14 measures the state of the object on the stage 13 (specifically, the measurement object including the four types of test marks TM and the workpiece W) (step S331).
  • the measurement result of the measurement device 14 (that is, information regarding the state of the measurement object including the four types of test marks TM and the workpiece W) is output to the control device 15.
  • control device 15 specifies the positions Cstm of the four types of test marks TM formed in the stage coordinate system Cs based on the measurement result of the measurement device 14 (step S332). In particular, the control device 15 specifies the position of the end portion of each test mark TM (particularly, the end portion corresponding to the first formed portion of each test mark TM) as the position Cstm. Note that the control device 15 may specify the position of the center of gravity or the center position of each test mark TM as the position Cstm.
  • the test mark TM (+ X) is an addition in which a modeled object is added from the ⁇ X side end of the test mark TM (+ X) to the + X side end. It is formed by processing. Therefore, the control device 15 specifies the position of the end portion on the ⁇ X side of the test mark TM (+ X) as the position Cstm (+ X). Similarly, the test mark TM ( ⁇ X) is formed by performing additional processing for adding a modeled object from the + X side end of the test mark TM ( ⁇ X) to the ⁇ X side end. Is done.
  • the control device 15 specifies the position of the end on the + X side of the test mark TM ( ⁇ X) as the position Cstm ( ⁇ X).
  • the test mark TM (+ Y) is formed by performing an additional process of adding a modeled object from the ⁇ Y side end portion to the + Y side end portion of the test mark TM (+ Y). . Therefore, the control device 15 specifies the position of the end portion on the ⁇ Y side of the test mark TM (+ Y) as the position Cstm (+ Y).
  • the test mark TM ( ⁇ Y) is formed by performing an additional process of adding a modeled object from the + Y side end of the test mark TM ( ⁇ Y) toward the ⁇ Y side end. Is done. For this reason, the control device 15 specifies the position of the end portion on the + Y side of the test mark TM ( ⁇ Y) as the position Cstm ( ⁇ Y).
  • control device 15 specifies a modeling start position Cs_start at which modeling on the workpiece modeling surface MSW is to be started in the stage coordinate system Cs based on the measurement result of the measuring device 14 (step S332).
  • the method for specifying the modeling start position Cs_start in step S332 may be the same as the method for specifying the modeling start position Cs_start in step S232 of FIG. 6 described above.
  • the control device 15 moves the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start (from step S3411 to step S3414).
  • the control device 15 is formed by the modeling head 11 moved in the same direction as the movement direction of the modeling head 11 when the modeling head 11 starts moving with the start of the additional processing on the workpiece W.
  • the modeling head 11 is moved to the modeling start position Ch_start. For example, when the modeling head 11 starts to move along the X axis and toward the + X side with the start of the additional processing, the control device 15 is based on the position Cstm (+ X) of the test mark TM (+ X).
  • the modeling head 11 is moved to the modeling start position Ch_start.
  • the control device 15 causes the position Cstm ( ⁇ X) of the test mark TM ( ⁇ X). )
  • the modeling head 11 is moved to the modeling start position Ch_start.
  • the control device 15 is based on the position Cstm (+ Y) of the test mark TM (+ Y). Then, the modeling head 11 is moved to the modeling start position Ch_start.
  • the control device 15 causes the position Cstm ( ⁇ Y) of the test mark TM ( ⁇ Y). ), The modeling head 11 is moved to the modeling start position Ch_start.
  • the control device 15 first determines in which direction the modeling head 11 starts to move in accordance with the start of the additional processing (step S35).
  • the control device 15 determines which direction the moving direction of the modeling head 11 is when the modeling head 11 starts moving with the start of the additional processing (step S35).
  • the control device 15 determines in which direction the modeling head 11 located at the modeling start position Ch_start starts moving in accordance with the start of the additional processing (step S35).
  • the control device 15 can specify the position of the workpiece W in the stage coordinate system Cs from the measurement result of the measurement device 14.
  • control device 15 can specify how to form the three-dimensional structure ST on the workpiece W based on the three-dimensional model data of the three-dimensional structure ST to be formed.
  • the movement trajectory of the modeling head 11 for forming the three-dimensional structure ST (for example, the first structural layer SL # 1) Can be specified). If the movement trajectory of the modeling head 11 can be specified, the moving direction of the modeling head 11 when additional processing is started on the workpiece W can also be specified.
  • step S35 If it is determined in step S35 that the modeling head 11 starts to move along the X axis and toward the + X side, the control device 15 determines the position Cstm (+ X) of the test mark TM (+ X) specified in step S332. ), The position Chfm (+ X) of the modeling head 11 when the test mark TM (+ X) is formed (that is, the position Chfm (+ X) of the modeling head 11 specified in step S3221), and the modeling specified in step S332. Based on the start position Cs_start, the modeling head 11 is moved to the modeling start position Ch_start (step S3411).
  • the moving amount and moving direction of the moving irradiation area EA are specified.
  • the control device 15 uses the conversion matrix T to convert the movement amount and movement direction of the irradiation area EA specified in the stage coordinate system Cs into the movement amount and movement direction of the modeling head 11 in the head coordinate system Ch.
  • the control device 15 moves the modeling head 11 located at the position Chfm (+ X) in the head coordinate system Ch by the movement amount obtained by the conversion in the movement direction obtained by the conversion.
  • the modeling head 11 is located at the modeling start position Ch_start.
  • step S35 If it is determined in step S35 that the modeling head 11 starts to move along the X axis and toward the -X side, the control device 15 determines the position Cstm of the test mark TM (-X) specified in step S332. ( ⁇ X), the position Chfm ( ⁇ X) of the modeling head 11 when the test mark TM ( ⁇ X) is formed (that is, the position Chfm ( ⁇ X) of the modeling head 11 specified in step S3222), and Based on the modeling start position Cs_start specified in step S332, the modeling head 11 is moved to the modeling start position Ch_start (step S3412).
  • step S3412 Operation for moving the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start based on the position Cstm ( ⁇ X) of the test mark TM ( ⁇ X), the position Chfm ( ⁇ X) of the modeling head 11 and the modeling start position Cs_start in step S3412. Is the same as the operation of moving the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start based on the position Cstm of the test mark TM, the position Chfm of the modeling head 11 and the modeling start position Cs_start in step S241 of FIG. Also good. The same applies to step S3413 and step S3414 described later.
  • step S35 when it is determined that the modeling head 11 starts to move along the Y axis and toward the + Y side, the control device 15 determines the position Cstm (+ Y) of the test mark TM (+ Y) specified in step S332. ), The position Chfm (+ Y) of the modeling head 11 when the test mark TM (+ Y) is formed (that is, the position Chfm (+ Y) of the modeling head 11 specified in step S3223), and the modeling specified in step S332. Based on the start position Cs_start, the modeling head 11 is moved to the modeling start position Ch_start (step S3413).
  • step S35 If it is determined in step S35 that the modeling head 11 starts to move along the Y axis and toward the ⁇ Y side, the control device 15 determines the position Cstm of the test mark TM ( ⁇ Y) specified in step S332. ( ⁇ Y), the position Chfm ( ⁇ Y) of the modeling head 11 when the test mark TM ( ⁇ Y) is formed (that is, the position Chfm ( ⁇ Y) of the modeling head 11 specified in step S3224), and Based on the modeling start position Cs_start specified in step S332, the modeling head 11 is moved to the modeling start position Ch_start (step S3414).
  • the control device 15 can appropriately move the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start. That is, the control device 15 can move the modeling head 11 so that the position of the moved modeling head 11 in the head coordinate system Ch matches (or approaches) the modeling start position Ch_start. In other words, the control device 15 can move the modeling head 11 so that the irradiation area EA irradiated with the light EL from the moved modeling head 11 is set to the modeling start position Cs_start.
  • the modeling head 11 can be appropriately moved to the modeling start position Ch_start so that a modeled object can be formed.
  • the position of the modeling head 11 in the head coordinate system Ch and the position of the modeled object formed by the modeling head 11 in the stage coordinate system Cs when the modeling head 11 is directed in the first direction The relative positional relationship between the position of the modeling head 11 in the head coordinate system Ch and the stage coordinate system Cs of the model formed by the modeling head 11 when the modeling head 11 is in the second direction.
  • the relative positional relationship between the positions may be different.
  • the position of the corresponding end portion in the stage coordinate system Cs) is the position in the stage coordinate system Cs of the model formed by the modeling head 11 that has started moving in the second direction from the same position in the head coordinate system Ch. May not match.
  • the control device 15 moves the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start based on the positions of the plurality of test marks TM respectively formed by the modeling head 11 that moves in a plurality of different directions. Move.
  • the relative positional relationship between the position of the modeling head 11 in the head coordinate system Ch and the position in the stage coordinate system Cs of the modeled object formed by the modeling head 11 depends on the moving direction of the modeling head 11. Even if it fluctuates, the modeling head 11 can form an appropriate modeled object from the modeling start position Cs_start of the stage coordinate system Cs. For this reason, deterioration of the shape accuracy of the three-dimensional structure ST is appropriately suppressed.
  • the test mark formed by the modeling head 11 moved in a direction different from the moving direction of the modeling head 11 when the modeling head 11 starts moving with the start of the additional processing on the workpiece W.
  • the TM position Cstm may be used.
  • the control device 15 performs the test.
  • the modeling head 11 may be moved to the modeling start position Ch_start based on the position Cstm (+ X) of the mark TM (+ X) and the position Cstm (+ Y) of the test mark TM (+ Y).
  • the position of the test mark TM (+ X) An average value of the position Cstm (+ X) and the position Cstm (+ Y) of the test mark TM (+ Y) may be used. If it is not 45 degrees, the position Cstm (+ X) of the test mark TM (+ X) and the position of the test mark TM (( A weighted average of the positions Cstm (+ Y) of + Y) may be used. As described above, a statistic of the position Cstm of the plurality of test marks TM may be used.
  • a plurality of types of test marks TM are formed on the same mark member 134 disposed in the designated mark region 134d. However, some of the plurality of types of test marks TM are formed on the first mark member FM-1 disposed in the first designated mark region 134d-1, and the other types of the plurality of types of test marks TM are formed.
  • the second mark member FM-2 may be formed in a second designated mark area 134d-2 different from the first designated mark area 134d-1.
  • test marks TM (+ X), TM ( ⁇ X), TM (+ Y), and TM ( ⁇ Y) have a straight line shape, but the test mark has a non-straight line shape. For example, it may be curved or saddle-shaped.
  • a modeled object or a structural layer SL or a three-dimensional structure formed on the workpiece W in a state where the workpiece W is thermally expanded.
  • the object ST may contract as the workpiece W contracts.
  • the shape accuracy of the three-dimensional structure ST may deteriorate.
  • the modeling system 1 controls the size of a model to be formed by additional processing based on the shape of the workpiece W during the modeling period.
  • the measuring device 14 measures the shape of the workpiece W before the modeling operation is started.
  • the control device 15 can acquire the first shape information regarding the original shape (that is, the design shape) of the workpiece W from the measurement device 14.
  • the control apparatus 15 may acquire the 1st shape information regarding the original shape of the workpiece
  • the measuring device 14 measures the shape of the workpiece W at a desired timing during the modeling period. As a result, the control device 15 can acquire the second shape information related to the current shape of the workpiece W from the measurement device 14.
  • control device 15 determines whether or not the actual shape of the workpiece W is different from the original shape of the workpiece W based on the acquired first and second shape information. As a result, when it is determined that the actual shape of the workpiece W is different from the original shape of the workpiece W, the workpiece W is deformed by the heat transmitted from the light EL (typically , And thermal expansion).
  • the light EL typically , And thermal expansion
  • the control device 15 controls the size of the model formed on the workpiece W based on the deviation amount of the actual shape of the workpiece W with respect to the original shape of the workpiece W.
  • Form a model the deviation of the actual shape of the workpiece W from the original shape of the workpiece W due to the thermal expansion of the workpiece W is that the actual shape of the workpiece W is enlarged or reduced with respect to the original shape of the workpiece W.
  • FIG. 13A is a plan view showing a shaped article formed on the workpiece W when the workpiece W is not thermally expanded.
  • FIG.13 (b) is a top view which shows the molded article formed in the workpiece
  • the thermally expanded workpiece W has an enlarged shape with respect to the workpiece W having the original shape (that is, not thermally expanded). doing.
  • the control device 15 performs modeling so that the size of the molded object formed on the workpiece W is also larger than when the workpiece W is not thermally expanded.
  • the shaped object may be formed while controlling the size of the object.
  • control device 15 may specify correlation information that defines the relationship between the original shape of the workpiece W and the actual shape of the workpiece W, and may control the size of the modeled object based on the correlation information.
  • correlation information coordinates indicating the position of the original workpiece W (for example, a workpiece W that is not thermally expanded) in the stage coordinate system Cs and the actual workpiece W (for example, a workpiece W that is thermally expanded).
  • a matrix for example, a matrix related to scaling
  • the control device 15 includes a ratio of the size of the modeled object to the size of the workpiece W when the workpiece W is thermally expanded, and a ratio of the size of the modeled object to the size of the workpiece W when the workpiece W is not thermally expanded.
  • the size of the shaped object may be controlled so that the difference between the two becomes smaller.
  • the control device 15 determines the ratio of the size of the modeled object to the size of the workpiece W when the workpiece W is thermally expanded, and the size of the modeled object relative to the size of the workpiece W when the workpiece W is not thermally expanded. You may control the size of a molded article so that a ratio may correspond.
  • work W is thermally expanding is accompanying the shrinkage
  • the size of the modeled object formed on the workpiece W that is not thermally expanded (and therefore not contracted) in the first place (that is, it should have been originally formed)
  • the size of the modeled object that has shrunk may match the size of the modeled object formed on the workpiece W that is not thermally expanded (that is, the size of the modeled object that should have been originally formed). For this reason, deterioration of the shape accuracy of the three-dimensional structure ST is appropriately suppressed.
  • the operation of measuring the current shape of the workpiece W and acquiring the second shape information related to the current shape of the workpiece W is performed during the modeling period in which the modeling operation is performed.
  • the operation of measuring the current shape of the workpiece W and acquiring the second shape information regarding the current shape of the workpiece W may be performed before the modeling operation is started. This is because there is a possibility that the workpiece W is thermally expanded for some reason even when the modeling operation is not started (that is, the light EL is not irradiated on the modeling surface MS). .
  • the control device 15 forms the modeled object while controlling the size of the modeled object formed on the workpiece W based on the deviation amount of the actual shape of the workpiece W from the original shape of the workpiece W. May be. As a result, deterioration of the shape accuracy of the three-dimensional structure ST is suppressed.
  • the deviation of the actual shape of the workpiece W from the original shape of the workpiece W due to the thermal expansion of the workpiece W causes the actual shape of the workpiece W to expand or contract with respect to the original shape of the workpiece W. It includes a shift related to scaling.
  • the deviation of the actual shape of the workpiece W from the original shape of the workpiece W due to the thermal expansion of the workpiece W causes the actual workpiece W to translate relative to the original workpiece W (for example, in the XY plane). (Translation along) may be included.
  • the deviation of the actual shape of the workpiece W from the original shape of the workpiece W due to the thermal expansion of the workpiece W is that the actual workpiece W is rotating with respect to the original workpiece W (for example, rotating around the Z axis) It may include a deviation related to rotation. Also in this case, the control device 15 prevents the deterioration of the shape accuracy of the three-dimensional structure ST based on the deviation amount of the actual shape of the workpiece W with respect to the original shape of the workpiece W (for example, deviation occurs).
  • the difference between the shape of the three-dimensional structure ST formed in a situation where it is formed and the shape of the three-dimensional structure ST formed in a situation where no deviation has occurred is reduced or matched)
  • the modeled object may be formed while controlling the size of the modeled object to be formed (or other arbitrary characteristics such as a forming position).
  • the modeling system 1 c is different from the modeling system 1 described above in that it includes a modeling head 11 c instead of the modeling head 11.
  • the modeling head 11c differs from the modeling head 11 described above in that it further includes a material nozzle 112c in addition to the irradiation system 111 and the material nozzle 112.
  • the other structure of the modeling system 1c may be the same as the other structure of the modeling system 1.
  • the material nozzle 112c has a supply outlet (that is, a supply port) 114c for supplying the modeling material M.
  • the material nozzle 112c supplies (specifically, jets) the modeling material M from the supply outlet 114c.
  • the material nozzle 112c is physically connected to a material supply device (not shown) that is a supply source of the modeling material M via a powder transmission member such as a pipe (not shown).
  • the material nozzle 112c supplies the modeling material M supplied from the material supply device via the powder transmission member.
  • the material nozzle 112c is drawn in a tube shape, but the shape of the material nozzle 112c is not limited to this shape.
  • the material nozzle 112c supplies the modeling material M from the material nozzle 112c downward (that is, toward the ⁇ Z side).
  • a stage 13 is disposed below the material nozzle 112c. When the workpiece W is mounted on the stage 13, the material nozzle 112 c supplies the modeling material M toward the workpiece W.
  • the material nozzle 112c is aligned with the irradiation system 111 such that the irradiation system 111 supplies the modeling material M toward the irradiation area EA where the light EL is irradiated. That is, the material nozzle 112c and the irradiation are set so that the supply region MAc set on the workpiece W as the region where the material nozzle 112c supplies the modeling material M and the irradiation region EA coincide (or at least partially overlap).
  • the system 111 is aligned.
  • the traveling direction of the modeling material M supplied from the material nozzle 112c is different from the traveling direction of the modeling material M supplied from the material nozzle 112.
  • the direction in which the modeling material M is supplied from the material nozzle 112c is different from the direction in which the modeling material M is supplied from the material nozzle 112. That is, in the third modification, the modeling system 1c can supply the modeling material M from a plurality of different directions to the workpiece W or the upper surface 131 of the stage 13 (particularly, the mark region 134 or the mark member FM). .
  • the modeling system 1c performs additional processing on the mark member FM while supplying the modeling material M from the material nozzle 112, forms the first test mark TM on the mark member FM, and models from the material nozzle 112c.
  • a second test mark TM different from the first test mark TM may be formed on the mark member FM by performing additional processing on the mark member FM while supplying the material M.
  • the traveling direction of the modeling material M supplied from the material nozzle 112c is a direction inclined by a predetermined angle (as an example, an acute angle) with respect to the Z axis, but is directly below (that is, a direction that coincides with the Z axis). May be.
  • the modeling system 1 c includes the single modeling head 11 c including the material nozzle 112 c in addition to the irradiation system 111 and the material nozzle 112.
  • the modeling system 1c may include the modeling head 11c-1 including the material nozzle 112c separately from the modeling head 11 including the irradiation system 111 and the material nozzle 112.
  • the head drive system 12 may move the modeling head 11 c-1 independently of the modeling head 11.
  • the modeling system 1 d is different from the modeling system 1 described above in that it includes a modeling head 11 d instead of the modeling head 11.
  • the modeling head 11d differs from the modeling head 11 described above in that it further includes an irradiation system 111d in addition to the irradiation system 111 and the material nozzle 112.
  • the other structure of the modeling system 1d may be the same as the other structure of the modeling system 1.
  • the irradiation system 111d is an optical system (for example, a condensing optical system) for emitting the light EL from the emitting unit 113d.
  • the irradiation system 111d is optically connected to a light source (not shown) that emits light EL via a light transmission member (not shown) such as an optical fiber.
  • the irradiation system 111d emits light EL propagating from the light source via the light transmission member.
  • the irradiation system 111d irradiates light EL from the irradiation system 111d downward (that is, on the ⁇ Z side).
  • a stage 13 is disposed below the irradiation system 111d.
  • the irradiation system 111 d can irradiate the light EL toward the workpiece W. Specifically, the irradiation system 111d irradiates the light EL to the irradiation region EAd having a predetermined shape set on the workpiece W as a region to which the light EL is irradiated (typically condensed). Furthermore, the state of the irradiation system 111d can be switched between a state in which the irradiation region EAd is irradiated with the light EL and a state in which the irradiation region EAd is not irradiated with the light EL under the control of the control device 15.
  • the irradiation area EAd where the irradiation system 111d emits the light EL may coincide with the irradiation area EA where the irradiation system 111 emits the light EL.
  • the irradiation area EAd where the irradiation system 111d irradiates the light EL may at least partially overlap the irradiation area EA where the irradiation system 111 irradiates the light EL.
  • the irradiation area EAd where the irradiation system 111d irradiates the light EL may not overlap with the irradiation area EA where the irradiation system 111 irradiates the light EL.
  • the traveling direction of the light EL irradiated from the irradiation system 111d is different from the traveling direction of the light EL irradiated from the irradiation system 111.
  • the irradiation direction of the light EL from the irradiation system 111d is different from the irradiation direction of the light EL from the irradiation system 111. That is, in the fourth modification, the modeling system 1d can irradiate the work W or the upper surface 131 of the stage 13 (particularly, the mark region 134 or the mark member FM) with light EL from a plurality of different directions.
  • the modeling system 1d performs additional processing on the mark member FM with the light EL irradiated by the irradiation system 111 to form the first test mark TM on the mark member FM, and the light irradiated by the irradiation system 111d.
  • the second test mark TM different from the first test mark TM may be formed on the mark member FM by performing additional processing on the mark member FM by EL.
  • the traveling direction of the modeling material M supplied from the material nozzle 112c is directly below (that is, a direction that coincides with the Z axis), but is a direction that is inclined by a predetermined angle (an acute angle as an example) with respect to the Z axis. May be.
  • the modeling system 1 d includes the single modeling head 11 d including the irradiation system 111 d in addition to the irradiation system 111 and the material nozzle 112.
  • the modeling system 1d may include a modeling head 11d-1 including the irradiation system 111d separately from the modeling head 11 including the irradiation system 111 and the material nozzle 112.
  • the head drive system 12 may move the modeling head 11 d-1 separately from the modeling head 11.
  • the modeling head 11d may include a material nozzle 112c.
  • the material nozzle 112 supplies the modeling material M to the irradiation area EA where the irradiation system 111 irradiates the light EL
  • the material nozzle 112c supplies the modeling material M to the irradiation area EAd where the irradiation system 111d irradiates the light EL.
  • the modeling system 1d may include a modeling head 11d-2 including the irradiation system 111d and the material nozzle 112c separately from the modeling head 11 including the irradiation system 111 and the material nozzle 112.
  • the mark member FM is arranged in the mark area 134.
  • the mark member FM does not have to be arranged in the mark area 134.
  • the modeling system 1 may form the test mark TM in the mark region 134 instead of the mark member FM.
  • the modeling system 1 forms the test mark TM on the mark member FM arranged in the mark area 134.
  • the modeling system 1 may form the test mark TM on the mark member FM arranged in a region different from the mark region 134.
  • the modeling system 1 may form the test mark TM on the mark member FM arranged at an arbitrary position of the non-holding area 133 of the stage 13.
  • the modeling system 1 may form the test mark TM on the mark member FM arranged at an arbitrary position in the holding region 132 of the stage 13.
  • the modeling system 1 may form the test mark TM on the mark member FM arranged at an arbitrary position of the workpiece W held by the stage 13.
  • the modeling system 1 forms the test mark TM on the mark member FM.
  • the modeling system 1 may form the test mark TM on a member different from the mark member FM.
  • the modeling system 1 may form the test mark TM at an arbitrary position in the non-holding area 133 of the stage 13.
  • the modeling system 1 may form the test mark TM at an arbitrary position in the holding area 132 of the stage 13.
  • the modeling system 1 may form the test mark TM at an arbitrary position of the workpiece W held by the stage 13.
  • the position where the test mark TM is formed may be different from the region where the model is formed.
  • a plurality of mark members FM are arranged in the plurality of mark areas 134 in the initial setting operation.
  • the mark member FM is disposed in a part of the plurality of mark regions 134
  • the mark member FM may not be disposed in the remaining part of the plurality of mark regions 134.
  • the mark members FM are arranged in the number of mark areas 134 necessary for calculating the transformation matrix T among the plurality of mark areas 134, while the mark members FM are arranged in the rest of the plurality of mark areas 134. It does not have to be done.
  • the test mark TM is formed on each of at least three mark members FM arranged in at least three mark regions 134, respectively. In this case, when four or more mark areas 134 are set in the stage 13, for example, at least three mark members FM are arranged in the three mark areas 134, while the remaining one or more mark areas The mark member FM may not be arranged in the region 134.
  • the modeling system 1 performs the alignment operation before starting the modeling operation for performing additional processing on the workpiece W.
  • the modeling system 1 may perform the alignment operation at other timing. For example, after completing the modeling operation (that is, after forming the three-dimensional structure ST), the modeling system 1 may perform an alignment operation (particularly, an initial setting operation) in preparation for the next modeling operation. .
  • the modeling system 1 may perform the alignment operation after temporarily interrupting the modeling operation during the modeling operation. In this case, the modeling system 1 restarts the interrupted modeling operation after the positioning operation is completed.
  • the modeling system 1 may perform the alignment operation after temporarily interrupting the modeling operation before forming the next structural layer SL. .
  • the head moving operation is an operation for moving the modeling head 11 to the modeling start position Ch_start.
  • the head moving operation may include an operation for moving the modeling head 11 to an arbitrary position Ch_any in the head coordinate system Ch.
  • the control device 15 may move the modeling head 11 to an arbitrary position Ch_any in the head coordinate system Ch by performing the same operation as when the modeling head 11 is moved to the modeling start position Ch_start. That is, the control device 15 specifies an arbitrary position Cs_any in the stage coordinate system Cs instead of the above-described modeling start position Cs_start, and based on the test mark position Cstm, the modeling head 11 position Chfm, and the position Cs_any. In the head coordinate system Ch, the modeling head 11 may be moved to a position Ch_any corresponding to the position Cs_any.
  • the modeling system 1 includes the head drive system 12 that moves the modeling head 11.
  • the modeling system 1 may include a stage drive system that moves the stage 13 in addition to or instead of the head drive system 12.
  • the stage drive system may move the stage 13 in at least one of the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, the ⁇ X direction, the ⁇ Y direction, and the ⁇ Z direction.
  • the relative positional relationship between the stage 13 and the modeling head 11 that is, between the workpiece W and the irradiation area EA. The relative positional relationship between them is changed.
  • the modeling system 1 moves the irradiation area EA with respect to the modeling surface MS by moving the modeling head 11.
  • the modeling system 1 may move the irradiation area EA with respect to the modeling surface MS by deflecting the light EL in addition to or instead of moving the modeling head 11.
  • the irradiation system 111 may include, for example, an optical system (for example, a galvanometer mirror) that can deflect the light EL.
  • the alignment operation is an operation of moving the modeling head 11 with respect to the workpiece W (that is, with respect to the stage 13) so as to align the workpiece W and the modeling head 11.
  • the purpose of aligning the workpiece W and the modeling head 11 is to irradiate the desired position of the workpiece W (for example, the modeling start position Cs_start) by changing the position of the irradiation area EA by the movement of the modeling head 11.
  • the area EA is set.
  • the alignment operation is substantially equivalent to an operation of moving the irradiation area EA with respect to the workpiece W (that is, with respect to the stage 13) in order to perform alignment between the workpiece W and the irradiation area EA. It is.
  • the modeling system 1 moves the stage 13 using the stage driving system described above in addition to or instead of moving the modeling head 11 using the head driving system 12 in order to perform the alignment operation.
  • the irradiation area EA may be moved with respect to the workpiece W (that is, with respect to the stage 13).
  • the modeling system 1 maintains the position of the modeling head 11 or moves the modeling head 11 so that the irradiation area EA is set at a desired position in the stage coordinate system Cs.
  • the stage 13 may be moved within.
  • the modeling system 1 may perform an alignment operation in addition to or instead of moving at least one of the modeling head 11 and the stage 13, and an optical system that can deflect the above-described light EL (for example, a galvanometer mirror).
  • Etc. may be used to move the irradiation area EA relative to the workpiece W (that is, relative to the stage 13).
  • the modeling system 1 may set the irradiation area EA to a desired position in the stage coordinate system Cs with the position of the modeling head 11 fixed or in accordance with the movement of the modeling head 11 (see FIG. 7).
  • the irradiation area EA may be moved within the head coordinate system Ch.
  • the irradiation region EA can be set at a desired position (for example, the modeling start position Cs_start) of the workpiece W by performing the above-described alignment operation.
  • the modeling system 1 melts the modeling material M by irradiating the modeling material M with the light EL.
  • the modeling system 1 may melt the modeling material M by irradiating the modeling material M with an arbitrary energy beam.
  • the modeling system 1 may include a beam irradiation device that can irradiate an arbitrary energy beam in addition to or instead of the irradiation system 111.
  • Optional energy beams include, but are not limited to, charged particle beams such as electron beams, ion beams, or electromagnetic waves.
  • the modeling system 1 can form the three-dimensional structure ST by the laser overlay welding method.
  • the modeling system 1 may form the three-dimensional structure ST from the modeling material M by another method capable of forming the three-dimensional structure ST.
  • Other methods include, for example, a powder bed fusion method such as a powder sintering additive manufacturing method (SLS: Selective Laser Sintering), a binder jetting method (Binder Jetting), or a laser metal fusion method (LMF). Laser Metal Fusion).

Abstract

加工システムは、加工対象物を支持可能な支持装置と、加工対象物上の被加工領域にエネルギビームを照射し、エネルギビームが照射される領域に材料を供給して付加加工を行う加工装置と、支持装置と加工装置からのエネルギビームの照射領域との位置関係を変更する位置変更装置とを備え、支持装置のうちの一部である第1領域及び加工対象物の一部である第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って基準造形物を形成し、基準造形物に関する情報を用いて加工装置及び位置変更装置の少なくとも一方を制御する。

Description

加工システム、及び、加工方法
 本発明は、例えば、加工対象物に対して付加加工を行う加工システム及び加工方法の技術分野に関する。
 特許文献1には、粉状の材料をエネルギビームで溶融した後に、溶融した材料を再固化させることで付加加工を行う加工システムが記載されている。このような加工システムでは、適切な位置に付加加工を行うことが技術的課題となる。
米国特許出願公開第2017/014909号明細書
 第1の態様によれば、加工対象物を支持可能な支持装置と、前記加工対象物上の被加工領域にエネルギビームを照射し、前記エネルギビームが照射される領域に材料を供給して付加加工を行う加工装置と、前記支持装置と前記加工装置からの前記エネルギビームの照射領域との位置関係を変更する位置変更装置とを備え、前記支持装置のうちの一部である第1領域及び前記加工対象物の一部である第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って基準造形物を形成し、前記基準造形物に関する情報を用いて前記加工装置及び前記位置変更装置の少なくとも一方を制御する加工システムが提供される。
 第2の態様によれば、加工装置からエネルギビームを照射して加工対象物に付加加工を行う加工方法であって、前記加工対象物を支持装置によって支持することと、前記支持装置のうちの一部である第1領域及び前記加工対象物の一部である第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って基準造形物を形成することと、前記基準造形物を計測することと、前記計測された前記基準造形物に関する情報に基づいて、前記支持装置と前記加工装置からの前記エネルギビームの照射領域との位置関係を変更することとを含む加工方法が提供される。
 本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
図1は、本実施形態の造形システムの構造を示す断面図である。 図2は、ステージ13の上面131及びステージ13の側面を夫々示す上面図及び側面図である。 図3(a)から図3(c)は、夫々、ワーク上のある領域において光を照射し且つ造形材料を供給した場合の様子を示す断面図である。 図4(a)から図4(c)の夫々は、3次元構造物を形成する過程を示す断面図である。 図5は、位置合わせ動作のうちの初期設定動作の流れを示すフローチャートである。 図6は、位置合わせ動作のうちのヘッド移動動作の流れを示すフローチャートである。 図7は、ステージ座標系におけるテストマークの位置と造形開始位置との関係、並びに、ヘッド座標系における造形ヘッドの位置と造形開始位置との関係を示す平面図である。 図8は、第1変形例のヘッド移動動作のうちの一部の流れを示すフローチャートである。 図9は、第1変形例のヘッド移動動作のうちの他の一部の流れを示すフローチャートである。 図10は、第1変形例のヘッド移動動作のうちの他の一部の流れを示すフローチャートである。 図11は、第1変形例で用いられるテストマークの一例を示す平面図である。 図12は、ステージ座標系におけるテストマークの位置と造形開始位置との関係、並びに、ヘッド座標系における造形ヘッドの位置と造形開始位置との関係を示す平面図である。 図13(a)は、ワークが熱膨張していない場合にワークに形成される造形物を示す平面図であり、図13(b)は、ワークが熱膨張している場合にワークに形成される造形物を示す平面図である。 図14は、第3変形例の造形システムの構造を示す断面図である。 図15は、第4変形例の造形システムの構造を示す断面図である。
 以下、図面を参照しながら、加工システム及び加工方法の実施形態について説明する。以下では、レーザ肉盛溶接法(LMD:Laser Metal Deposition)により、造形材料Mを用いた付加加工を行うことで造形物を形成可能な造形システム1を用いて、加工システム及び加工方法の実施形態を説明する。尚、レーザ肉盛溶接法(LMD)は、ダイレクト・メタル・デポジション、ダイレクト・エナジー・デポジション、レーザクラッディング、レーザ・エンジニアード・ネット・シェイピング、ダイレクト・ライト・ファブリケーション、レーザ・コンソリデーション、シェイプ・デポジション・マニュファクチャリング、ワイヤ-フィード・レーザ・デポジション、ガス・スルー・ワイヤ、レーザ・パウダー・フージョン、レーザ・メタル・フォーミング、セレクティブ・レーザ・パウダー・リメルティング、レーザ・ダイレクト・キャスティング、レーザ・パウダー・デポジション、レーザ・アディティブ・マニュファクチャリング、レーザ・ラピッド・フォーミングと称してもよい。
 また、以下の説明では、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸から定義されるXYZ直交座標系を用いて、造形システム1を構成する各種構成要素の位置関係について説明する。尚、以下の説明では、説明の便宜上、X軸方向及びY軸方向のそれぞれが水平方向(つまり、水平面内の所定方向)であり、Z軸方向が鉛直方向(つまり、水平面に直交する方向であり、実質的には上下方向或いは重力方向)であるものとする。また、X軸、Y軸及びZ軸周りの回転方向(言い換えれば、傾斜方向)を、それぞれ、θX方向、θY方向及びθZ方向と称する。ここで、Z軸方向を重力方向としてもよい。また、XY平面を水平方向としてもよい。
 (1)造形システム1の全体構造
 初めに、図1を参照しながら、本実施形態の造形システム1の全体構造について説明する。図1は、本実施形態の造形システム1の構造の一例を示す断面図である。
 造形システム1は、3次元構造物(つまり、3次元方向のいずれの方向においても大きさを持つ3次元の物体であり、立体物、言い換えると、X、Y及びZ方向において大きさを持つ物体)STを形成可能である。造形システム1は、3次元構造物STを形成するための基礎(つまり、母材)となるワークW上に、3次元構造物STを形成可能である。造形システム1は、ワークWに付加加工を行うことで、3次元構造物STを形成可能である。ワークWが後述するステージ13である場合には、造形システム1は、ステージ13上に、3次元構造物STを形成可能である。ワークWがステージ13によって保持されている既存構造物である場合には、造形システム1は、既存構造物上に、3次元構造物STを形成可能である。この場合、造形システム1は、既存構造物と一体化された3次元構造物STを形成してもよい。既存構造物と一体化された3次元構造物STを形成する動作は、既存構造物に新たな構造物を付加する動作と等価である。或いは、造形システム1は、既存構造物と分離可能な3次元構造物STを形成してもよい。尚、図1は、ワークWが、ステージ13によって保持されている既存構造物である例を示している。また、以下でも、ワークWがステージ13によって保持されている既存構造物である例を用いて説明を進める。
 上述したように、造形システム1は、レーザ肉盛溶接法により造形物を形成可能である。つまり、造形システム1は、積層造形技術を用いて物体を形成する3Dプリンタであるとも言える。尚、積層造形技術は、ラピッドプロトタイピング(Rapid Prototyping)、ラピッドマニュファクチャリング(Rapid Manufacturing)、又は、アディティブマニュファクチャリング(Additive Manufacturing)とも称される。
 造形システム1は、造形材料Mを光ELで加工して造形物を形成する。このような光LEとして、例えば、赤外光、可視光及び紫外光のうちの少なくとも一つが使用可能であるが、その他の種類の光が用いられてもよい。光ELは、レーザ光である。更に、造形材料Mは、所定強度以上の光ELの照射によって溶融可能な材料である。このような造形材料Mとして、例えば、金属性の材料及び樹脂性の材料の少なくとも一方が使用可能である。但し、造形材料Mとして、金属性の材料及び樹脂性の材料とは異なるその他の材料が用いられてもよい。造形材料Mは、粉状の又は粒状の材料である。つまり、造形材料Mは、粉粒体である。但し、造形材料Mは、粉粒体でなくてもよく、例えばワイヤ状の造形材料やガス状の造形材料が用いられてもよい。尚、造形システム1は、造形材料Mを荷電粒子線等のエネルギビームで加工して造形物を形成してもよい。
 造形材料Mを加工するために、造形装置4は、造形ヘッド11と、ヘッド駆動系12と、ステージ13と、計測装置14と、制御装置15とを備える。更に、造形ヘッド11は、照射系111と、材料ノズル(つまり造形材料Mを供給する供給系)112とを備えている。
 照射系111は、射出部113から光ELを射出するための光学系(例えば、集光光学系)である。具体的には、照射系111は、光ELを発する不図示の光源と、光ファイバ等の不図示の光伝送部材を介して光学的に接続されている。照射系111は、光伝送部材を介して光源から伝搬してくる光ELを射出する。照射系111は、照射系111から下方(つまり、-Z側)に向けて光ELを照射する。照射系111の下方には、ステージ13が配置されている。ステージ13にワークWが搭載されている場合には、照射系111は、ワークWに向けて光ELを照射可能である。具体的には、照射系111は、光ELが照射される(典型的には、集光される)領域としてワークW上に設定される所定形状の照射領域EAに光ELを照射する。更に、照射系111の状態は、制御装置15の制御下で、照射領域EAに光ELを照射する状態と、照射領域EAに光ELを照射しない状態との間で切替可能である。尚、照射系111から射出される光ELの方向は真下(つまり、Z軸と一致する方向)には限定されず、例えば、Z軸に対して所定の角度だけ傾いた方向であってもよい。
 材料ノズル112は、造形材料Mを供給する供給アウトレット(つまり、供給口)114を有する。材料ノズル112は、供給アウトレット114から造形材料Mを供給(具体的には、噴射、噴出又は射出)する。材料ノズル112は、造形材料Mの供給源である不図示の材料供給装置と、不図示のパイプ等の粉体伝送部材を介して物理的に接続されている。材料ノズル112は、粉体伝送部材を介して材料供給装置から供給される造形材料Mを供給する。尚、図1において材料ノズル112は、チューブ状に描かれているが、材料ノズル112の形状は、この形状に限定されない。材料ノズル112は、材料ノズル112から下方(つまり、-Z側)に向けて造形材料Mを供給する。材料ノズル112の下方には、ステージ13が配置されている。ステージ13にワークWが搭載されている場合には、材料ノズル112は、ワークWに向けて造形材料Mを供給する。尚、材料ノズル112から供給される造形材料Mの進行方向はZ軸に対して所定の角度(一例として鋭角)だけ傾いた方向であるが、真下(つまり、Z軸と一致する方向)であってもよい。尚、複数の材料ノズル112を設けてもよい。
 本実施形態では、材料ノズル112は、照射系111が光ELを照射する照射領域EAに向けて造形材料Mを供給するように、照射系111に対して位置合わせされている。つまり、材料ノズル112が造形材料Mを供給する領域としてワークW上に設定される供給領域MAと照射領域EAとが一致する(或いは、少なくとも部分的に重複する)ように、材料ノズル112と照射系111とが位置合わせされている。尚、照射系111から射出された光ELによってワークWに形成される溶融池MPに、材料ノズル112が造形材料Mを供給するように位置合わせされていてもよい。また、材料ノズル112が造形材料Mを供給する供給領域MAと、溶融池MPの領域とが部分的に重畳するように位置合わせされてもよい。
 ヘッド駆動系12は、造形ヘッド11を移動させる。ヘッド駆動系12は、造形ヘッド11を、X軸、Y軸及びZ軸の夫々に沿って移動させる。ヘッド駆動系12は、X軸、Y軸及びZ軸の夫々に加えて、θX方向、θY方向及びθZ方向の少なくとも一つに沿って造形ヘッド11を移動させてもよい。ヘッド駆動系12は、例えば、モータ等を含む。ヘッド駆動系12が造形ヘッド11を移動させると、ワークW上において、照射領域EAもまたワークWに対して移動する。従って、ヘッド駆動系12は、造形ヘッド11を移動させることで、ワークWと照射領域EAとの位置関係(言い換えれば、ワークWを保持するステージ13と照射領域EAとの位置関係)を変更可能である。また、ヘッド駆動系12は、造形ヘッド11を移動させることで、ワークWと供給領域MAとの位置関係(言い換えれば、ワークWを保持するステージ13と供給領域MAとの位置関係)を変更可能である。
 尚、ヘッド駆動系12は、照射系111と材料ノズル112とを別々に移動させてもよい。具体的には、例えば、ヘッド駆動系12は、射出部113の位置、射出部113の向き、供給アウトレット114の位置及び供給アウトレット114の向きの少なくとも一つを調整可能であってもよい。この場合、照射光学系111が光ELを照射する照射領域EAと、材料ノズル112が造形材料Mを供給する供給領域MAとが別々に制御可能となる。
 ステージ13は、ワークWを保持可能である。ステージ13は、更に、保持したワークWをリリース可能である。上述した照射系111は、ステージ13がワークWを保持している期間の少なくとも一部において光ELを照射する。更に、上述した材料ノズル112は、ステージ13がワークWを保持している期間の少なくとも一部において造形材料Mを供給する。尚、材料ノズル112が供給した造形材料Mの一部は、ワークWの表面からワークWの外部へと(例えば、ステージ13の周囲へと)散乱する又はこぼれ落ちる可能性がある。このため、造形システム1は、ステージ13の周囲に、散乱した又はこぼれ落ちた造形材料Mを回収する回収装置を備えていてもよい。
 ステージ13は、ワークWを保持するために、造形ヘッド11に対向可能な上面(図1に示す例では、+Z側の面)131を備えている。上面131は、ステージ13の上面131を示す平面図及びステージ13の側面を示す側面図を含む図2に示すように、保持領域132と、非保持領域133とを含む。保持領域132は、上面131の一部である。尚、保持領域132は、上面131の全部であってもよい。保持領域132は、ワークWを保持可能な領域(例えば、面)である。尚、保持領域132を保持面或いは支持面と称してもよい。保持領域132は、ワークWを保持するために上面131に設定された領域である。保持領域132は、例えば、機械的なチャック、真空吸着チャック、電磁吸着チャック及び静電吸着チャック等の少なくとも一つを用いて、ワークWを保持してもよい。保持領域132は、平面視において矩形の領域であるが、その他の形状の領域であってもよい。非保持領域133は、上面131の一部である。非保持領域133は、ワークWを保持しない領域(例えば、面)である。非保持領域133は、保持領域132とは異なる領域である。非保持領域133は、平面視において矩形枠状の領域であるが、その他の形状の領域であってもよい。非保持領域133は、保持領域132と同一の高さ(つまり、Z軸に沿った位置)に位置していてもよいし、異なる高さに配置されていてもよい。
 非保持領域133には、複数のマーク領域134が設定されている。図2に示す例では、非保持領域133には、3つのマーク領域134(具体的には、マーク領域134#1、マーク領域134#2及びマーク領域134#3)が設定されている。複数のマーク領域134は、非保持領域133内の所定位置に設定されている。複数のマーク領域134は、上面131上で離散的に分布する。複数のマーク領域134は、上面131上で均等に分布する。複数のマーク領域134は、保持領域132を取り囲むように分布する。複数のマーク領域134は、少なくとも2つのマーク領域134の間に保持領域132が位置するように、上面131上で分布する。尚、少なくとも3つのマーク領域134のうち2つのマーク領域を結ぶ線分の複数で囲まれる領域に保持領域132の少なくとも一部が位置してもよい。図2に示す例では、マーク領域134#1が保持領域132よりも-Y側且つ+X側に配置され、マーク領域134#2が保持領域132よりも-X側に配置され、且つ、マーク領域134#3が保持領域132よりも+Y側且つ+X側に配置されている。但し、複数のマーク領域134の分布態様が上述の分布態様に限定されることはない。
 複数のマーク領域134のうちの少なくとも一つは、非保持領域133と同じ平面に位置していてもよい。つまり、複数のマーク領域134のうちの少なくとも一つの高さは、非保持領域133の高さと同じであってもよい。また、複数のマーク領域134のうちの少なくとも一つは、保持領域132と同じ平面に位置していてもよい。複数のマーク領域134のうちの少なくとも一つは、非保持領域133と異なる平面に位置していてもよい。つまり、複数のマーク領域134のうちの少なくとも一つの高さは、非保持領域133の高さと異なっていてもよい。また、複数のマーク領域134のうちの少なくとも一つの高さは、保持領域132の高さと異なっていてもよい。複数のマーク領域134のうちの少なくとも一つは、複数のマーク領域134のうちの少なくとも他の一つとは異なる平面に位置していてもよい。つまり、複数のマーク領域134のうちの少なくとも一つの高さは、複数のマーク領域134のうちの少なくとも他の一つの高さとは異なっていてもよい。図2に示す例では、マーク領域134#1及び134#2の夫々が非保持領域133と同じ平面に位置し、マーク領域134#3がマーク領域134#1及び134#2とは異なる平面に位置する例を示している。言い換えると、図2に示す例では、マーク領域134#1及び134#2の夫々が保持領域132と同じ平面に位置し、マーク領域134#3が保持領域132とは異なる平面に位置する例を示している。
 複数のマーク領域134の夫々は、ワークWと造形ヘッド11との位置合わせを行うための位置合わせ動作に用いられる。尚、位置合わせ動作の詳細については後に詳述するが、ここでは、その概要について簡単に説明する。位置合わせ動作が行われる場合には、複数のマーク領域134の夫々にマーク部材FMが配置される。複数のマーク領域134の夫々は、マーク部材FMを保持する。その後、造形システム1は、マーク部材FMに対して付加加工を行うことで、3次元の物体に相当するテストマークTMをマーク部材FMに形成する。その後、造形システム1は、計測装置14を用いて、形成したテストマークTMの状態を計測する。その後、造形システム1は、テストマークTMの状態の計測結果を用いて、ワークWと造形ヘッド11との位置合わせを行う。
 再び図1において、計測装置14は、計測対象物の状態を計測する。本実施形態では、計測対象物は、ステージ13上の物体であるものとする。このため、計測対象物は、ワークW、マーク部材FM、テストマークTM及びその他の任意の物体の少なくとも一部を含んでいてもよい。計測装置14は、計測対象物の状態の一例として、ステージ13上での計測対象物の位置を計測する。例えば、計測装置14は、ステージ13上での計測対象物(例えば、テストマークTM)の絶対的な位置を計測してもよい。例えば、計測装置14は、ステージ13上での計測対象物の一部(例えば、ワークW)に対する計測対象物の他の一部(例えば、テストマークTM)の相対的な位置を計測してもよい。
 計測対象物の位置(特に、計測対象物の表面の位置)を計測するために、計測装置14は、任意の計測方法を用いて、計測対象物の形状及び寸法の少なくとも一方を計測してもよい。計測方法の一例として、パターン投影法、光切断法、タイム・オブ・フライト法、モアレトポグラフィ法(具体的には、格子照射法若しくは格子投影法)、ホログラフィック干渉法、オートコリメーション法、ステレオ法、非点収差法、臨界角法及びナイフエッジ法の少なくとも一つがあげられる。計測装置14の計測によってステージ13上の計測対象物の位置、形状及び寸法のうち少なくとも一つが判明すると、ステージ13上で計測対象物の各部分(例えば、ワークW及びテストマークTMの少なくとも一方)がどこに位置しているかが判明する。その結果、計測対象物の位置、形状及び寸法の少なくとも一つから、ステージ13上での計測対象物の位置が算出可能である。
 制御装置15は、造形システム1の動作を制御する。制御装置15は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の演算装置や、メモリ等の記憶装置を含んでいてもよい。特に、本実施形態では、制御装置15は、照射系111による光ELの射出態様を制御する。射出態様は、例えば、光ELの強度及び光ELの射出タイミングの少なくとも一方を含む。光ELがパルス光である場合には、射出態様は、例えば、パルス光の発光時間の長さ及びパルス光の発光時間と消光時間との比(いわゆる、デューティ比)の少なくとも一方を含んでいてもよい。更に、制御装置15は、ヘッド駆動系12による造形ヘッド11の移動態様を制御する。移動態様は、例えば、移動量、移動速度、移動方向及び移動タイミングの少なくとも一つを含む。更に、制御装置15は、材料ノズル112による造形材料Mの供給態様を制御する。供給態様は、例えば、供給量(特に、単位時間当たりの供給量)を含む。
 (2)造形システム1の動作
 続いて、造形システム1の動作について説明する。本実施形態では、造形システム1は、上述したように、3次元構造物STを形成するための造形動作を行う。更に、造形システム1は、造形動作を行う前に、ワークWと造形ヘッド11との位置合わせを行うための位置合わせ動作を行う。このため、以下では、造形動作及びワークWと造形ヘッド11との位置合わせを行うための位置合わせ動作について順に説明する。
 (2-1)造形動作
 はじめに、造形動作について説明する。上述したように、造形システム1は、レーザ肉盛溶接法により3次元構造物STを形成する。このため、造形システム1は、レーザ肉盛溶接法に準拠した既存の造形動作を行うことで、3次元構造物STを形成してもよい。以下、レーザ肉盛溶接法による3次元構造物STの造形動作の一例について簡単に説明する。
 造形システム1は、形成するべき3次元構造物STの3次元モデルデータ(例えば、CAD(Computer Aided Design)データ)等に基づいて、ワークW上に3次元構造物STを形成する。3次元モデルデータは、3次元構造物STの形状(特に、3次元形状)を表すデータを含む。3次元モデルデータとして、造形システム1内に設けられた計測装置14で計測された立体物の計測データが用いられてもよい。3次元モデルデータとして、造形システム1とは別に設けられた3次元形状計測機の計測データが用いられてもよい。このような3次元形状計測機の一例として、ワークWに対して移動可能であって且つワークWに接触可能なプローブを有する接触型の3次元測定機及び非接触型の3次元計測機の少なくとも一方があげられる。非接触型の3次元計測機の一例として、パターン投影方式の3次元計測機、光切断方式の3次元計測機、タイム・オブ・フライト方式の3次元計測機、モアレトポグラフィ方式の3次元計測機、ホログラフィック干渉方式の3次元計測機、CT(Computed Tomography)方式の3次元計測機、及び、MRI(Magnetic Resonance Imaging)方式の3次元計測機の少なくとも一つがあげられる。3次元モデルデータとして、3次元構造物STの設計データが用いられてもよい。
 造形システム1は、3次元構造物STを形成するために、例えば、Z軸方向に沿って並ぶ複数の層状の部分構造物(以下、“構造層”と称する)SLを順に形成していく。例えば、造形システム1は、3次元構造物STをZ軸方向に沿って輪切りにすることで得られる複数の構造層SLを1層ずつ順に形成していく。その結果、複数の構造層SLが積層された積層構造体である3次元構造物STが形成される。以下、複数の構造層SLを1層ずつ順に形成していくことで3次元構造物STを形成する動作の流れについて説明する。
 まず、各構造層SLを形成する動作について説明する。造形システム1は、制御装置15の制御下で、ワークWの表面又は形成済みの構造層SLの表面に相当する造形面MS上の所望領域に照射領域EAを設定し、当該照射領域EAに対して照射系111から光ELを照射する。尚、照射系111から照射される光ELが造形面MS上に占める領域を照射領域EAと称してもよい。本実施形態においては、光ELのフォーカス位置(つまり、集光位置、言い換えると、Z軸方向或いは光ELの進行方向において、光ELが最も収斂している位置)が造形面MSに一致している。尚、光ELのフォーカス位置は、造形面MSからZ軸方向にずれた位置に設定されてもよい。その結果、図3(a)に示すように、照射系111から射出された光ELによって造形面MS上の所望領域に溶融池(つまり、光ELによって溶融した、液状の金属又は樹脂等のプール)MPが形成される。更に、造形システム1は、制御装置15の制御下で、造形面MS上の所望領域に供給領域MAを設定し、当該供給領域MAに対して材料ノズル112から造形材料Mを供給する。ここで、上述したように照射領域EAと供給領域MAとが一致しているため、供給領域MAは、溶融池MPが形成された領域に設定されている。このため、造形システム1は、図3(b)に示すように、溶融池MPに対して、材料ノズル112から造形材料Mを供給する。その結果、溶融池MPに供給された造形材料Mが溶融する。造形ヘッド11の移動に伴って溶融池MPに光ELが照射されなくなると、溶融池MPにおいて溶融した造形材料Mは、冷却されて再度固化(つまり、凝固)する。その結果、図3(c)に示すように、再固化した造形材料Mが造形面MS上に堆積される。つまり、再固化した造形材料Mの堆積物による造形物が形成される。つまり、造形面MSに造形材料Mの堆積物を付加する付加加工が行われることで、造形物が形成される。
 このような光の照射ELによる溶融池MPの形成、溶融池MPへの造形材料Mの供給、供給された造形材料Mの溶融及び溶融した造形材料Mの再固化を含む一連の造形処理が、造形面MSに対して造形ヘッド11をXY平面に沿って移動させながら繰り返される。造形面MSに対して造形ヘッド11が移動すると、造形面MSに対して照射領域EAもまた相対的に移動する。従って、一連の造形処理が、造形面MSに対して照射領域EAをXY平面に沿って移動させながら繰り返される。この際、光ELは、造形物を形成したい領域に設定された照射領域EAに対して選択的に照射される一方で、造形物を形成したくない領域に設定された照射領域EAに対して選択的に照射されない。尚、造形物を形成したくない領域には照射領域EAが設定されないとも言える。つまり、造形システム1は、造形面MS上で所定の移動軌跡に沿って照射領域EAを移動させながら、造形物を形成したい領域の分布(つまり、構造層SLのパターン)に応じたタイミングで光ELを造形面MSに照射する。その結果、造形面MS上に、凝固した造形材料Mによる造形物の集合体に相当する構造層SLが形成される。尚、上述した説明では、造形面MSに対して照射領域EAを移動させたが、照射領域EAに対して造形面MSを移動させてもよい。
 造形システム1は、このような構造層SLを形成するための動作を、制御装置15の制御下で、3次元モデルデータに基づいて繰り返し行う。具体的には、まず、制御装置15は、3次元モデルデータを積層ピッチでスライス処理してスライスデータを作成する。尚、制御装置15は、造形システム1の特性に応じて、スライスデータを少なくとも部分的に修正してもよい。造形システム1は、制御装置15の制御下で、ワークWの表面に相当する造形面MS上に1層目の構造層SL#1を形成するための動作を、構造層SL#1に対応する3次元モデルデータ(つまり、構造層SL#1に対応するスライスデータ)に基づいて行う。その結果、造形面MS上には、図4(a)に示すように、構造層SL#1が形成される。その後、造形システム1は、構造層SL#1の表面(つまり、上面)を新たな造形面MSに設定した上で、当該新たな造形面MS上に2層目の構造層SL#2を形成する。構造層SL#2を形成するために、制御装置15は、まず、造形ヘッド11がZ軸に沿って移動するようにヘッド駆動系12を制御する。具体的には、制御装置15は、ヘッド駆動系12を制御して、照射領域EA及び供給領域MAが構造層SL#1の表面(つまり、新たな造形面MS)に設定されるように、+Z側に向かって造形ヘッド11を移動させる。これにより、光ELのフォーカス位置が新たな造形面MSに一致する。その後、造形システム1は、制御装置15の制御下で、構造層SL#1を形成する動作と同様の動作で、構造層SL#2に対応するスライスデータに基づいて、構造層SL#1上に構造層SL#2を形成する。その結果、図4(b)に示すように、構造層SL#2が形成される。以降、同様の動作が、ワークW上に形成するべき3次元構造物を構成する全ての構造層SLが形成されるまで繰り返される。その結果、図4(c)に示すように、Z軸に沿って(つまり、溶融池MPの底面から上面へと向かう方向に沿って)複数の構造層SLが積層された積層構造物によって、3次元構造物STが形成される。
 尚、少なくとも一つの構造層SLが形成された後であって且つ全ての構造層SLが形成される前の段階で、計測装置14が、形成済みの構造層SLを含む構造物の形状(例えば、その表面の形状)を計測してもよい。この場合、制御装置15は、計測装置14の計測結果に基づいて、その後に続いて行われる構造層SLを形成するために用いられるスライスデータの少なくとも一部を修正してもよい。
 (2-2)位置合わせ動作
 続いて、位置合わせ動作について説明する。位置合わせ動作は、上述したように、ワークWと造形ヘッド11との位置合わせを行うための動作である。より具体的には、位置合わせ動作は、所望の3次元構造物STを相対的に高い精度で形成する(つまり、3次元モデルデータが示す理想的な3次元構造物STとの間の形状誤差が相対的に小さい3次元構造物STを形成する)ことができるように、ワークWと造形ヘッド11との位置合わせを行うための動作である。ワークWと造形ヘッド11との位置合わせは、例えば、ワークWと造形ヘッド11との相対的な位置関係の制御(言い換えれば、調整又は設定)を意味していてもよい。また、ワークWと造形ヘッド11との位置合わせは、例えば、ワークWと造形位置との相対的な位置関係の制御(言い換えれば、調整又は設定)を意味していてもよい。尚、ワークWと造形ヘッド11との位置合わせは、例えば、ワークWと溶融池の位置との相対的な位置関係の制御(言い換えれば、調整又は設定)を意味していてもよく、ワークWと照射領域EAとの相対的な位置関係の制御(言い換えれば、調整又は設定)を意味していてもよく、ワークWと供給領域MAとの相対的な位置関係の制御(言い換えれば、調整又は設定)を意味していてもよい。
 本実施形態では、位置合わせ動作は、ヘッド座標系Ch上において、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させるヘッド移動動作を含む。ヘッド座標系Chは、造形ヘッド11の位置を示す3次元座標系である。ヘッド座標系Ch内の位置は、ヘッド座標系ChのX軸に沿った座標Xh、ヘッド座標系ChのY軸に沿った座標Yh及びヘッド座標系ChのZ軸に沿った座標Zhを用いて特定される。つまり、ヘッド座標系Ch内の位置は、(Xh、Yh、Zh)という座標によって特定される。このようなヘッド座標系Chは、主として、ヘッド駆動系12が造形ヘッド11を移動させる際に、ヘッド駆動系12を制御する制御装置15によって、造形ヘッド11の位置を特定する(言い換えれば、表す)ために用いられる。
 造形開始位置Ch_startは、ワークWの表面に相当する造形面MS上の造形(つまり、付加加工)を開始するべき造形開始位置Cs_startに対して光ELを照射することが可能な造形ヘッド11の位置である。尚、以降の説明では、ワークWの表面に相当する造形面MSを、“ワーク造形面MSW”と称して、構造層SLの表面に相当する造形面MSと区別する。つまり、造形開始位置Ch_startは、ワーク造形面MSW上の造形開始位置Cs_startに照射領域EAを設定する(言い換えれば、溶融池MPを形成する又は付加加工を行う)ことが可能な造形ヘッド11の位置である。尚、造形開始位置Ch_startは、ワーク造形面MSW上の造形開始位置Cs_startに供給領域MAを設定することが可能な造形ヘッド11の位置であってもよい。
 造形開始位置Cs_startは、ワークWを保持するステージ23を基準とするステージ座標系Csでの位置である。ステージ座標系Csは、ステージ13を基準とする3次元座標系である。従って、ステージ座標系Cs内の位置は、ステージ座標系CsのX軸に沿った座標Xs、ステージ座標系CsのY軸に沿った座標Ys及びステージ座標系CsのZ軸に沿った座標Zsを用いて特定される。つまり、ステージ座標系Cs内の位置は、(Xs、Ys、Zs)という座標によって特定される。ステージ座標系Csは、主として、計測装置14がステージ13上の計測対象物の特性を計測する際に、計測装置14(更には、計測装置14の計測結果を処理する制御装置15)によって、ステージ13上の計測対象物の位置を特定する(言い換えれば、表す)ために用いられる。
 ここで、このような位置合わせ動作を行う技術的理由について説明する。まず、あるワークWに対して付加加工が行われる場面を想定する。この場合、制御装置15は、計測装置14の計測結果から、ステージ座標系Cs内でのワークWの位置を特定することができる。その結果、制御装置15は、ステージ座標系Cs内において、ワーク造形面MSW上の造形開始位置Cs_startを特定することができる。一方で、制御装置15は、造形開始位置Cs_startに基づいて造形開始位置Ch_startを相対的に高精度に特定することができない可能性がある。なぜならば、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が常に理想的な関係にあるとは限らないからである。尚、ここで言う理想的な関係は、例えば、ヘッド座標系Chの原点とステージ座標系Csの原点との間の位置関係が全く変わらず、ヘッド座標系Chのスケールとステージ座標系Csのスケールとが常に同じであり、ヘッド座標系ChのX軸、Y軸及びZ軸が、夫々、ステージ座標系CsのX軸、Y軸及びZ軸と常に平行であるという関係を意味していてもよい。つまり、ここで言う理想的な関係は、例えば、ヘッド座標系Chに対してステージ座標系Csが相対的に平行移動することはなく、ヘッド座標系Chに対してステージ座標系Csが相対的に拡大又は縮小することはなく、ヘッド座標系Chに対してステージ座標系Csが相対的に回転することはないという関係を意味していてもよい。このようなヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が常に理想的な関係にあるという理想的な造形システムが存在するのであれば、制御装置15は、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の理想的な関係に基づいて、造形開始位置Cs_startから造形開始位置Ch_startを相対的に高精度に特定することができる。しかしながら、現実的には、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が変動する可能性がある。例えば、造形ヘッド11の取り付け誤差、造形ヘッド11の取り付け位置の変動(例えば、がたつき等)及び造形ヘッド11の性能の劣化の少なくとも一つが生じている場合には、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が変動する可能性がある。特に、照射系111の取り付け誤差、照射系111の取り付け位置の変動(例えば、がたつき等)、照射系111の性能の劣化、材料ノズル112の取り付け誤差、材料ノズル111の取り付け位置の変動(例えば、がたつき等)、材料ノズル112の破損、及び材料ノズル112の性能の劣化の少なくとも一つが生じている場合には、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が変動する可能性がある。更に、例えば、ステージ13の取り付け誤差、ステージ13の取り付け位置の変動(例えば、がたつき等)及びステージ13の形状変化の少なくとも一つが生じている場合には、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が変動する可能性がある。更に、例えば、ヘッド駆動系12がリセットされた場合(つまり、再起動された場合)には、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が変動する可能性がある。このようにヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が理想的な関係でなくなるように変動した場合、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が理想的な関係にある場合と比較して、ヘッド座標系Ch上のある位置に位置する造形ヘッド11からの光ELが、ステージ座標系Cs上の同じ位置に照射されるとは限らない。このため、制御装置15は、ステージ座標系Cs内で造形開始位置Cs_startを特定したとしても、当該特定した造形開始位置Cs_startに基づいて、当該造形開始位置Cs_startに光ELを照射可能な造形ヘッド11の位置である造形開始位置Ch_startを相対的に高精度に特定することができるとは限らない。つまり、制御装置15は、ステージ座標系Cs内で造形開始位置Cs_startを特定したとしても、ヘッド座標系Ch内において、当該特定した造形開始位置Cs_startに対応する造形開始位置Ch_startに造形ヘッド11を適切に移動させることができるとは限らない。具体的には、例えば、制御装置15は、ステージ座標系Cs内で造形開始位置Cs_startを特定したとしても、ヘッド座標系Ch内において、当該特定した造形開始位置Cs_startに対応する造形開始位置Ch_startとは異なる位置に造形ヘッド11を移動させてしまう可能性がある。その結果、形成される3次元構造物STの形状精度が悪化する可能性がある。
 そこで、本実施形態では、造形システム1は、造形開始位置Cs_startに対応する造形開始位置Ch_startに造形ヘッド11を適切に移動させることを目的に、制御装置15の制御下で、位置合わせ動作を行う。その後、造形システム1は、造形開始位置Ch_startに造形ヘッド11が位置した後に、ワークWに対する付加加工を開始する。このため、造形システム1は、ワークWへの付加加工を行うための造形動作を開始する前に、位置合わせ動作を行う。
 本実施形態では、位置合わせ動作は、上述したヘッド移動動作に加えて、上述したヘッド移動動作を行うための準備動作に相当する初期設定動作も行う。このため、以下、初期設定動作及びヘッド移動動作について順に説明する。
 (2-2-1)初期設定動作
 初めに、位置合わせ動作のうちの初期設定動作について説明する。初期設定動作は、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとを対応付ける(言い換えれば、関連付ける)動作を含む。具体的には、初期設定動作は、ヘッド座標系Ch内の位置とステージ座標系Cs内の位置とを対応付ける動作を含む。一例として、初期設定動作は、ヘッド座標系Chにおける造形ヘッド11の位置と、当該造形ヘッド11によってステージ13上に形成される造形物のステージ座標系Csにおける位置とを対応付ける動作を含んでいてもよい。
 本実施形態では、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとを対応付ける動作は、(Xh、Yh、Zh)という座標で特定されるヘッド座標系Ch内の位置を、(Xs、Ys、Zs)という座標で特定されるステージ座標系Cs内の位置に変換可能な及び/又はステージ座標系Cs内の位置をヘッド座標系Ch内の位置に変換可能な変換行列Tを算出する動作を含んでいてもよい。つまり、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとを対応付ける動作は、(Xh、Yh、Zh)=T×(Xs、Ys、Zs)及び(Xs、Ys、Zs)=T-1×(Xh、Yh、Zh)という関係を満たす変換行列Tを算出する動作を含んでいてもよい。変換行列Tは、ヘッド座標系Ch内の位置及びステージ座標系Cs内の位置のいずれか一方を拡大又は縮小してヘッド座標系Ch内の位置及びステージ座標系Cs内の位置のいずれか他方に変換するスケーリングに関する行列を含む。但し、変換行列Tは、スケーリングに関する行列に加えて又は代えて、ヘッド座標系Ch内の位置及びステージ座標系Cs内の位置のいずれか一方を平行移動してヘッド座標系Ch内の位置及びステージ座標系Cs内の位置のいずれか他方に変換する平行移動に関する行列を含んでいてもよい。変換行列Tは、スケーリングに関する行列に加えて又は代えて、ヘッド座標系Ch内の位置及びステージ座標系Cs内の位置のいずれか一方を回転してヘッド座標系Ch内の位置及びステージ座標系Cs内の位置のいずれか他方に変換する回転に関する行列を含んでいてもよい。尚、変換行列Tは、スケーリング、平行移動及び回転のうち少なくとも1つに関する行列に加えて又は代えて、直交度に関する行列を含んでいてもよい。以下、図5を参照しながら、変換行列Tを算出する動作について説明する。
 図5に示すように、まず、ステージ13の複数のマーク領域134の夫々に、マーク部材FMが配置される(ステップS111)。マーク部材FMは、光ELの照射によって少なくとも一部が溶融可能な部材である。マーク部材FMは、光ELの照射によって少なくとも一部に溶融池MPを形成可能な部材である。マーク部材FMは、光ELの照射によって少なくとも一部に造形物を形成可能な部材である。マーク部材FMは、例えば板状の部材であるが、その他任意の形状の部材であってもよい。また、マーク部材FMのサイズは、マーク領域134のサイズと同じであってもよいし、小さくてもよいし、大きくてもよい。尚、初期設定動作が行われている期間中は、ステージ13には、ワークWが配置されていてもよいし、配置されていなくてもよい。
 その後、制御装置15は、複数のマーク領域134のうちの一のマーク領域134を、テストマークTMを形成するためのマーク部材FMが配置された指定マーク領域134dに指定する(ステップS121)。尚、制御装置15は、複数のマーク領域134の全てのマーク領域134を指定マーク領域134dに指定してもよいし、複数のマーク領域134のうちの一部のマーク領域134を指定マーク領域134dに指定してもよい。その後、制御装置15は、ヘッド座標系Ch内において、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMに対して付加加工を行うことが可能な造形ヘッド11の位置Chfmを特定する(ステップS122)。具体的には、複数のマーク領域134は、ステージ13の上面131上の所定位置(つまり、既知の位置)に設定されている。つまり、指定マーク領域134dもまた、ステージ13の上面131上の所定位置(つまり、既知の位置)に設定されている。このため、ステージ座標系Cs内での指定マーク領域134dの位置Csfm(例えば、指定マーク領域134dの中心、端又はその他任意の部分の位置Csfm)は、制御装置15にとって既知の情報である。一方で、上述したように、造形システム1ではヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が変わるがゆえに、制御装置15は、指定マーク領域134dの位置Csfmに基づいて、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMに対して付加加工を行うことが可能な造形ヘッド11の位置Chfmを相対的に高精度に特定することは容易ではない。しかしながら、初期設定動作では、造形システム1は、マーク部材FMのどこか(例えば、マーク部材FMの上面の任意の位置)にテストマークTMを形成することができれば十分である。言い換えれば、造形システム1は、マーク部材FMにおけるテストマークTMの形成位置を相対的に高精度に制御しなくてもよい。このため、制御装置15は、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が理想的な関係にあるものと仮定することで、指定マーク領域134dの位置Csfmに基づいて、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMに対して付加加工を行うことが可能な造形ヘッド11の位置Chfmを特定(ここでは、実質的には、推定)可能である。
 しかしながら、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が理想的な関係ではない(特に、理想的な関係とは相対的に大きく異なっている)場合には、造形システム1がマーク部材FMにテストマークTMを形成することができない可能性がある。つまり、造形システム1が、マーク部材FMから離れた位置にテストマークTMを形成してしまう可能性がある。そこで、マーク領域134のサイズ(特に、XY平面に沿ったサイズ)は、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が理想的な関係からずれてしまった場合(特に、実際の造形システム1において生じ得る程度にずれてしまった場合、以下同じ)であっても、位置Chfmに位置する造形ヘッド11が指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTMを形成することができるほどに大きなサイズに設定されていてもよい。同様に、マーク部材FMのサイズ(特に、XY平面に沿ったサイズ)は、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が理想的な関係からずれてしまった場合であっても、位置Chfmに位置する造形ヘッド11が指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTMを形成することができるほどに大きなサイズに設定されていてもよい。
 尚、指定マーク領域134dの位置Csfmが既知の情報である場合には、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMに対して付加加工を行うことが可能な造形ヘッド11の位置Chfmもまた、既知の情報となり得る。このため、制御装置15は、マーク領域134の位置Csfm及び当該マーク領域134の位置Csfmに対応する造形ヘッド11の位置Chfmに関する情報を記憶しておいてもよい。この場合、制御装置15は、ステップS122において造形ヘッド11の位置Chfmを特定することに代えて、記憶しておいた情報から造形ヘッド11の位置Chfmを特定してもよい。
 その後、制御装置15は、ステップS122で特定した位置Chfmに造形ヘッド11を移動させるようにヘッド駆動系12を制御する(ステップS123)。その後、造形ヘッド11が位置Chfmに到達した後に、造形システム1は、制御装置15の制御下で、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTMを形成する(ステップS124)。造形システム1は、上述した造形物、上述した構造層SL及び上述した3次元構造物STのうちの少なくとも一つを形成するための方法と同様の方法(例えば、図3(a)から図4(c)に示す方法)を用いて、テストマークTMを形成する。つまり、テストマークTMは、上述した造形物と同様の構造物であってもよいし、上述した造形物の集合体と同様の構造物であってもよいし、上述した構造層SLと同様の構造物であってもよいし、複数の構造層SLが積層された上述した3次元構造物STと同様の構造物であってもよい。但し、後述するステップS131からステップS132においてテストマークTMの位置を特定する際に、計測装置14の計測結果が示す計測対象物からテストマークTMを一意に特定することができるように、特定の形状及び寸法の少なくとも一方を有するマークであってもよい。
 その後、制御装置15は、ステージ13に設定された複数のマーク領域MEに夫々配置された複数のマーク部材FMの全てに対してテストマークTMが形成されたか否かを判定する(ステップS125)。ステップS125の判定の結果、全てのマーク部材FMに対してテストマークTMが形成されていないと判定された場合には(ステップS125:No)、制御装置15は、ステップS121以降の処理を繰り返す。つまり、制御装置15は、複数のマーク領域134のうち、未だに指定マーク領域134dに指定されたことがない一のマーク領域134を、新たな指定マーク領域134dに指定する(ステップS121)。その後、制御装置15は、新たに指定した指定マーク領域134dを対象に、テストマークTMを形成するための処理を行う(ステップS122からステップS124)。
 他方で、ステップS125の判定の結果、全てのマーク部材FMに対してテストマークTMが形成されたと判定された場合には(ステップS125:Yes)、計測装置14は、ステージ13上の物体(具体的には、テストマークTMを含む計測対象物)の状態を計測する(ステップS131)。計測装置14の計測結果(つまり、テストマークTMを含む計測対象物の状態に関する情報)は、制御装置15に出力される。尚、全てのマーク部材FMに対してテストマークTMが形成されたと判定された場合に代えて、複数のマーク部材FMのうちの一部のマーク部材FMに対してテストマークTMが形成されたと判定した場合に、次のステップ(ステップS131)に移行してもよい。
 その後、制御装置15は、計測装置14の計測結果に基づいて、ステージ座標系Cs内において、形成されたテストマークTMの位置Cstmを特定する(ステップS132)。具体的には、制御装置15の制御下でテストマークTMが形成されているため、テストマークTMの位置、形状及び寸法のうち少なくとも一つは、制御装置15にとって既知の情報である。従って、制御装置15は、計測装置14が計測した計測対象物の状態(特に、位置、形状及び寸法のうち少なくとも一つ)に関する情報に基づいて、計測対象物からテストマークTMを特定することができる。例えば、制御装置15は、パターンマッチング法等を用いて、計測対象物からテストマークTMを特定することができる。その後、制御装置15は、ステージ座標系Cs内において、特定したテストマークTMの位置Cstmを特定する。
 その後、制御装置15は、ステップS132で特定したテストマークTMの位置Cstm及び当該テストマークTMを形成したときの造形ヘッド11の位置Chfm(つまり、ステップS122で特定した造形ヘッド11の位置Chfm)に基づいて、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係を示す変換行列Tを算出する(ステップS141)。具体的には、複数のテストマークTMが形成されているため、ステップS132では、複数の位置Cstmが特定されている。同様に、ステップS122においても、複数の位置Chfmが特定されている。複数の位置Cstmのうちの第1のテストマークTMの位置Cstm1=(Xstm1、Ystm1、Zstm1)は、複数の位置Chfmのうち第1のテストマークTMを形成したときの造形ヘッド11の位置Chfm1=(Xhfm1、Yhfm1、Zhfm1)に対応する。つまり、(Xhfm1、Yhfm1、Zhfm1)=T×(Xstm1、Ystm1、Zstm1)という関係が成立する。同様に、複数の位置Cstmのうちの第2のテストマークTMの位置Cstm2=(Xstm2、Ystm2、Zstm2)は、複数の位置Chfmのうち第2のテストマークTMを形成したときの造形ヘッド11の位置Chfm2=(Xhfm2、Yhfm2、Zhfm2)に対応する。つまり、(Xhfm2、Yhfm2、Zhfm2)=T×(Xstm2、Ystm2、Zstm2)という関係が成立する。同様に、複数の位置Cstmのうちの第3のテストマークTMの位置Cstm3=(Xstm3、Ystm3、Zstm3)は、複数の位置Chfmのうち第3のテストマークTMを形成したときの造形ヘッド11の位置Chfm3=(Xhfm3、Yhfm3、Zhfm3)に対応する。つまり、(Xhfm3、Yhfm3、Zhfm3)=T×(Xstm3、Ystm3、Zstm3)という関係が成立する。従って、制御装置15は、このような複数の位置Cstmと複数の位置Chfmとの間に成立する連立方程式を解くことで、変換行列Tを算出することができる。
 ヘッド座標系Ch及びステージ座標系Csの夫々が3次元座標系であるため、変換行列Tを算出するために、造形システム1は、少なくとも3つのテストマークTMを形成してもよい。つまり、ステージ13には、少なくとも3つのマーク領域134が設定されていてもよい。この場合、少なくとも3つのマーク領域134は、ステージ座標系CsのX軸に沿った位置が異なる2つのマーク領域134を含んでいてもよい。つまり、造形システム1は、ステージ座標系CsのX軸に沿った位置が異なる少なくとも2つのテストマークTMを形成してもよい。少なくとも3つのマーク領域134は、Y軸に沿った位置が異なる2つのマーク領域134を含んでいてもよい。つまり、造形システム1は、ステージ座標系CsのY軸に沿った位置が異なる少なくとも2つのテストマークTMを形成してもよい。少なくとも3つのマーク領域134は、Z軸に沿った位置が異なる2つのマーク領域134を含んでいてもよい。つまり、造形システム1は、ステージ座標系CsのZ軸に沿った位置が異なる少なくとも2つのテストマークTMを形成してもよい。上述した図2に示す例では、ステージ13には、3つのマーク領域134#1から134#3が設定されている。更に、図2に示す例では、ステージ13には、X軸に沿った位置が異なる2つのマーク領域134#1及び134#2(或いは、2つのマーク領域134#2及び134#3)が設定され、Y軸に沿った位置が異なる3つのマーク領域134#1から134#3が設定され、Z軸に沿った位置が異なる2つのマーク領域134#1及び134#3(或いは、2つのマーク領域134#2及び134#3)が設定されている。
 変換行列Tが算出されると、制御装置15は、ヘッド座標系Ch内の位置(Xh、Yh、Zh)を、当該位置(Xh、Yh、Zh)に対応するステージ座標系Cs内の位置(Xs、Ys、Zs)に変換することができる。同様に、制御装置15は、ステージ座標系Cs内の位置(Xs、Ys、Zs)を、当該位置(Xs、Ys、Zs)に対応するヘッド座標系Ch内の位置(Xh、Yh、Zh)に変換することができる。更に、変換行列Tは、造形システム1がステージ13に対して実際に付加加工を行うことで形成されたテストマークTMに基づいて算出されている。つまり、変換行列Tは、ヘッド座標系Chにおける造形ヘッド11の実際の位置Chfmと、ステージ座標系CsにおけるテストマークTMの実際の位置Cstmとに基づいて算出されている。従って、変換行列Tには、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の実際の関係が反映されている。つまり、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の実際の関係が理想的な関係とは異なる場合であっても、変換行列Tには、ヘッド座標系Chにおける造形ヘッド11の位置とステージ座標系Csにおけるステージ13上の物体の位置との間の実際の関係が反映されている。このため、制御装置15は、変換行列Tを用いて、ヘッド座標系Ch内の位置とステージ座標系Cs内の位置との相互変換を相対的に高精度に行うことができる。
 変換行列Tが算出された後には(或いは、テストマークTMの状態が計測された後には)、マーク領域134からマーク部材FMが取り除かれる(ステップS151)。つまり、マーク部材FMは、初期設定動作が行われる都度交換可能な部材に相当する。尚、マーク部材FMは、次の初期設定動作が行われるまで、マーク領域134に位置していてもよい。また、複数回の初期設定動作で同じマーク部材FMを用いてもよい。
 制御装置15は、このような初期設定動作を、所望のタイミングで行う。例えば、制御装置15は、造形システム1が作動し始める(例えば、造形システム1の電源が入れられる)たびに、初期設定動作を行ってもよい。例えば、制御装置15は、ステージ13にワークWが配置されるたびに、初期設定動作を行ってもよい。例えば、制御装置15は、ステージ13にワークWが配置される前に又は配置された後に、初期設定動作を行ってもよい。例えば、制御装置15は、一つの又は複数のワークWに対する付加加工が完了するたびに、初期設定動作を行ってもよい。例えば、制御装置15は、造形システム1が作動してから一定時間が経過するたびに、初期設定動作を行ってもよい。例えば、制御装置15は、造形システム1のオペレータから初期設定動作を行う旨の指示が入力されるたびに、初期設定動作を行ってもよい。
 (2-2-2)ヘッド移動動作
 続いて、位置合わせ動作のうちのヘッド移動動作について説明する。上述したように、ヘッド移動動作は、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる動作である。以下、図6を参照しながら、ヘッド移動動作について説明する。
 図6に示すように、まずは、付加加工を行うべきワークWがステージ13に配置される(ステップS211)。ステージ13は、保持領域132を介してワークWを保持する。
 その後、制御装置15は、複数のマーク領域134のうちの一のマーク領域134を、テストマークTMを形成するためのマーク部材FMが配置するべき指定マーク領域134dに指定する(ステップS221)。尚、制御装置15は、複数のマーク領域134の全てのマーク領域134を指定マーク領域134dに指定してもよいし、複数のマーク領域134のうちの一部マーク領域134を指定マーク領域134dに指定してもよい。その後、指定マーク領域134dにマーク部材FMが配置される。
 その後、制御装置15は、ヘッド座標系Ch内において、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMに対して付加加工を行うことが可能な造形ヘッド11の位置Chfmを特定する(ステップS222)。具体的には、制御装置15は、ヘッド移動動作においても、造形ヘッド11の位置Chfmを特定するために上述した初期設定動作において用いられた方法を用いて、造形ヘッド11の位置Chfmを特定する。つまり、制御装置15は、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が理想的な関係にあるものと仮定することで、指定マーク領域134dの位置Csfmに基づいて、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMに対して付加加工を行うことが可能な造形ヘッド11の位置Chfmを特定(ここでは、実質的には、推定)する。但し、制御装置15は、初期設定動作で算出した変換行列Tを用いて既知の情報である指定マーク領域134dの位置Csfmを変換することで、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMに対して付加加工を行うことが可能な造形ヘッド11の位置Chfmを特定してもよい。
 その後、制御装置15は、ステップS222で特定した位置Chfmに造形ヘッド11を移動させるようにヘッド駆動系12を制御する(ステップS223)。その後、造形ヘッド11が位置Chfmに到達した後に、造形システム1は、制御装置15の制御下で、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTMを形成する(ステップS224)。ヘッド移動動作において形成されるテストマークTMは、上述した初期設定動作において形成されるテストマークTMと同一であってもよいし、異なっていてもよい。
 その後、計測装置14は、ステージ13上の物体(具体的には、テストマークTM及びワークWを含む計測対象物)の状態を計測する(ステップS231)。計測装置14の計測結果(つまり、テストマークTM及びワークWを含む計測対象物の状態に関する情報)は、制御装置15に出力される。
 その後、制御装置15は、計測装置14の計測結果に基づいて、ステージ座標系Cs内において、形成されたテストマークTMの位置Cstmを特定する(ステップS232)。具体的には、制御装置15は、テストマークTMの位置Cstmを特定するために上述した初期設定動作において用いられた方法を用いて、テストマークTMの位置Cstmを特定する。
 更に、制御装置15は、計測装置14の計測結果に基づいて、ステージ座標系Cs内において、ワーク造形面MSWにおいて造形を開始するべき造形開始位置Cs_startを特定する(ステップS232)。具体的には、制御装置15は、計測装置14の計測結果から、ステージ座標系Cs内でのワークWの位置を特定することができる。更に、制御装置15は、形成するべき3次元構造物STの3次元モデルデータに基づいて、ワークW上にどのように3次元構造物STを形成するかを特定することができる。ワークW上にどのように3次元構造物STを形成するかが特定されると、3次元構造物STを形成するために初めに造形物を形成するべき位置(例えば、1層目の構造層SL#1を形成するために初めに造形物を形成するべき位置)が特定できる。3次元構造物STを形成するために初めに造形物を形成するべき位置は、造形開始位置Cs_startに相当する。
 その後、制御装置15は、ステップS232で特定したテストマークTMの位置Cstm、当該テストマークTMを形成したときの造形ヘッド11の位置Chfm(つまり、ステップS222で特定した造形ヘッド11の位置Chfm)、及び、ステップS232で特定した造形開始位置Cs_startに基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる(ステップS241)。以下、図7を参照しながら、テストマークTMの位置Cstm、造形ヘッド11の位置Chfm、及び、造形開始位置Cs_startに基づいて造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる動作について更に詳細に説明する。
 図7の上部は、ステージ座標系CsにおけるテストマークTMの位置Cstm=(Xstm、Ystm、Zstm)と造形開始位置Cs_start=(Xs_start、Ys_start、Zs_start)との関係を示す平面図である。一方で、図7の下部は、ヘッド座標系Chにおける造形ヘッド11の位置Chfm=(Xhfm、Yhfm、Zhfm)と造形開始位置Ch_start=(Xh_start、Yh_start、Zh_start)との関係を示す平面図である。
 図7に示すように、ヘッド座標系Ch内の位置Chfmに位置する造形ヘッド11からの光ELで、ステージ座標系Cs内の位置CstmにテストマークTMが形成されている。このため、ヘッド座標系Ch内の位置Chfmに位置する造形ヘッド11からの光ELの照射領域EAは、ステージ座標系Cs内の位置Cstmに設定される。この場合、ステージ座標系Cs内で照射領域EAが位置Cstmから造形開始位置Cs_startに移動するようにヘッド座標系Ch内で造形ヘッド11が移動すれば、造形ヘッド11が造形開始位置Cs_startに位置することになる。
 具体的には、ステージ座標系Csにおいて、造形開始位置Cs_startは、テストマークTMの位置Cstmから、X軸に沿って(Xs_start-Xstm)という距離だけ離れている。ステージ座標系Csにおいて、造形開始位置Cs_startは、テストマークTMの位置Cstmから、Y軸に沿って(Ys_start-Ystm)という距離だけ離れている。ステージ座標系Csにおいて、造形開始位置Cs_startは、テストマークTMの位置Cstmから、Z軸に沿って(Zs_start-Zstm)という距離だけ離れている。このため、ステージ座標系Cs内において、照射領域EAが、X軸に沿って(Xs_start-Xstm)という距離だけ移動し、Y軸に沿って(Ys_start-Ystm)という距離だけ移動し、且つ、Z軸に沿って(Zs_start-Zstm)という距離だけ移動するように、ヘッド座標系Chにおいて位置Chfmに位置していた造形ヘッド11が移動すれば、造形ヘッド11が造形開始位置Cs_startに位置することになる。
 ここで、ヘッド座標系Ch内において、造形ヘッド11が、X軸に沿って(Xs_start-Xstm)という距離だけ移動し、Y軸に沿って(Ys_start-Ystm)という距離だけ移動し、且つ、Z軸に沿って(Zs_start-Zstm)という距離だけ移動すれば、ステージ座標系Cs内で照射領域EAが位置Cstmから造形開始位置Cs_startに移動する可能性はある。しかしながら、上述したように、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が常に理想的な関係にあるとは限らない。このため、ヘッド座標系Ch内で造形ヘッド11がX軸に沿って(Xs_start-Xstm)という距離だけ移動したとしても、ステージ座標系Cs内で照射領域EAがX軸に沿って(Xs_start-Xstm)という距離だけ移動するとは限らない。同様に、ヘッド座標系Ch内で造形ヘッド11がY軸に沿って(Ys_start-Ystm)という距離だけ移動したとしても、ステージ座標系Cs内で照射領域EAがY軸に沿って(Ys_start-Ystm)という距離だけ移動するとは限らない。同様に、ヘッド座標系Ch内で造形ヘッド11がZ軸に沿って(Zs_start-Zstm)という距離だけ移動したとしても、ステージ座標系Cs内で照射領域EAがZ軸に沿って(Zs_start-Zstm)という距離だけ移動するとは限らない。そこで、制御装置15は、変換行列Tを用いて、ステージ座標系CsにおいてテストマークTMの位置Cstmから造形開始位置Cs_startへと移動する照射領域EAの移動量及び移動方向を、ヘッド座標系Chにおける造形ヘッド11の移動量及び移動方向に変換する。その後、制御装置15は、ヘッド座標系Chにおいて、位置Chfmに位置している造形ヘッド11を、変換によって得られた移動方向に向かって、変換によって得られた移動量だけ移動させる。その結果、造形ヘッド11は、照射領域EAを造形開始位置Cs_startに設定することが可能な造形開始位置Ch_startに位置することになる。
 このように、本実施形態では、制御装置15は、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに適切に移動させることができる。つまり、制御装置15は、移動後の造形ヘッド11のヘッド座標系Ch内での位置が造形開始位置Ch_startに一致するように(或いは、近づくように)、造形ヘッド11を移動させることができる。言い換えれば、制御装置15は、移動後の造形ヘッド11からの光ELが照射される照射領域EAが造形開始位置Cs_startに設定されるように、造形ヘッド11を移動させることができる。尚、制御装置15は、移動後の造形ヘッド11からの光ELによって形成される溶融池MPが造形開始位置Cs_startに設定されるように、造形ヘッド11を移動させてもよく、移動後の造形ヘッド11による供給位置MAが造形開始位置Cs_startに設定されるように、造形ヘッド11を移動させてもよい。
 制御装置15は、このようなヘッド移動動作を所望のタイミングで行う。例えば、制御装置15は、ステージ13にワークWが配置されるたびに、ヘッド移動動作を行ってもよい。例えば、制御装置15は、一つの又は複数のワークWに対する付加加工が完了するたびに、ヘッド移動動作を行ってもよい。例えば、制御装置15は、造形システム1が作動してから一定時間が経過するたびに、ヘッド移動動作を行ってもよい。例えば、制御装置15は、造形システム1のオペレータからヘッド移動動作を行う旨の指示が入力されるたびに、ヘッド移動動作を行ってもよい。例えば、制御装置15は、初期設定動作が行われるたびに、ヘッド移動動作を行ってもよい。つまり、制御装置15は、初期設定動作が行われる頻度と同じ頻度で、ヘッド移動動作を行ってもよい。例えば、制御装置15は、初期設定動作が行われる頻度よりも少ない頻度で、ヘッド移動動作を行ってもよい。例えば、制御装置15は、初期設定動作が行われる頻度よりも多い頻度で、ヘッド移動動作を行ってもよい。
 尚、制御装置15は、変換行列Tを用いて、ステージ座標系Csにおける造形開始位置Cs_startを、ヘッド座標系Chにおける造形開始位置Ch_startに変換し、当該変換によって得られた造形開始位置Ch_startに造形ヘッド11を移動させてもよい。特に、上述した平行移動に関する行列、上述したスケーリングに関する行列及び上述した回転に関する行列の全てを変換行列Tが含む場合には、制御装置15は、変換行列Tを用いて造形開始位置Ch_startを特定し、当該特定した造形開始位置Ch_startに造形ヘッド11を移動させてもよい。この場合であっても、制御装置15は、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに相応に適切に移動させることができる。
 (3)変形例
 続いて、造形システム1の変形例について説明する。
 (3-1)第1変形例
 初めに、第1変形例について説明する。第1変形例では、ヘッド移動動作の内容が上述したヘッド移動動作とは異なる。具体的には、第1変形例におけるヘッド移動動作は、上述したヘッド移動動作と同様に、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる動作である。但し、第1変形例におけるヘッド移動動作は、複数種類のテストマークTMを形成し、当該複数種類のテストマークTMのうちのいずれか一つの位置Cstmに基づいて造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させるという点で、上述したヘッド移動動作とは異なる。以下、図8から図10を参照しながら、第1変形例におけるヘッド移動動作について説明する。尚、上述したヘッド移動動作と同一の処理については、同一のステップ番号を付してその詳細な説明を省略する。
 図8に示すように、まずは、付加加工を行うべきワークWがステージ13に配置される(ステップS211)。更に、制御装置15は、複数のマーク領域134のうちの一のマーク領域134を、テストマークTMを形成するためのマーク部材FMが配置されるべき指定マーク領域134dに指定する(ステップS221)。尚、制御装置15は、複数のマーク領域134の全てのマーク領域134を指定マーク領域134dに指定してもよいし、複数のマーク領域134のうちの一部マーク領域134を指定マーク領域134dに指定してもよい。この際、指定マーク領域134dにマーク部材FMが配置される。
 上述したように、第1変形例では、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMには、複数種類のテストマークTMが形成される。具体的には、テストマークTMを形成している期間中の造形ヘッド11の移動方向(特に、ヘッド座標系ChのXY平面に沿った移動方向)が異なる複数のテストマークTMが形成される。例えば、第1の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMと、第1の方向とは異なる(例えば、第1の方向に交差する又は第1の方向とは逆向きの)第2の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMとが形成される。例えば、第1の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMと、第2の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMと、第1及び第2の方向とは異なる(例えば、第1及び第2の方向の少なくとも一方に交差する、又は、第1及び第2の方向の少なくとも一方とは逆向きの)第3の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMとが形成される。例えば、第1の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMと、第2の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMと、第3の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMと、第1から第3の方向とは異なる(例えば、第1から第3の方向の少なくとも一方に交差する、又は、第1から第3の方向の少なくとも一方とは逆向きの)第4の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMとが形成される。
 第1の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMは、ワーク造形面MSWに沿って第1の方向(或いは、ヘッド座標系Chでの第1の方向に対応する、ステージ座標系Csでの第5の方向)に沿って延びる線状のテストマークTMとなる。第2の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMは、ワーク造形面MSWに沿って第2の方向(或いは、ヘッド座標系Chでの第2の方向に対応する、ステージ座標系Csでの第6の方向)に沿って延びる線状のテストマークTMとなる。第3の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMは、ワーク造形面MSWに沿って第3の方向(或いは、ヘッド座標系Chでの第3の方向に対応する、ステージ座標系Csでの第7の方向)に沿って延びる線状のテストマークTMとなる。第4の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMは、ワーク造形面MSWに沿って第4の方向(或いは、ヘッド座標系Chでの第4の方向に対応する、ステージ座標系Csでの第8の方向)に沿って延びる線状のテストマークTMとなる。このため、第1変形例では、ワーク造形面MSWに沿った延伸方向が異なる複数のテストマークTMが形成されるとも言える。尚、複数のテストマークTMの延伸方向はワーク造形面MSWに沿っていなくてもよい。
 一例として、図11は、テストマークTM(+X)と、テストマークTM(-X)と、テストマークTM(+Y)と、テストマークTM(-Y)とが形成される例を示している。テストマークTM(+X)は、ヘッド座標系ChのX軸に沿って且つヘッド座標系Chの+X側に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMである。テストマークTM(-X)は、ヘッド座標系ChのX軸に沿って且つヘッド座標系Chの-X側に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMである。テストマークTM(+Y)は、ヘッド座標系ChのY軸に沿って且つヘッド座標系Chの+Y側に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMである。テストマークTM(-Y)は、ヘッド座標系ChのY軸に沿って且つヘッド座標系Chの-Y側に向かって移動する造形ヘッド11によって形成されるテストマークTMである。以下の説明では、説明の便宜上、図11に示す4種類のテストマークTM(つまり、テストマークTM(+X)、テストマークTM(-X)、テストマークTM(+Y)及びテストマークTM(-Y))を形成するヘッド移動動作について説明する。但し、ヘッド移動動作において、図11に示す4種類のテストマークTMとは異なる数の、異なる形状の及び/又は異なる方向に延びるテストマークTMが形成されてもよい。
 再び図8において、指定マーク領域134dを指定した後、制御装置15は、ヘッド座標系Ch内において、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTM(+X)を形成し始めるときの造形ヘッド11の位置Chfm(+X)を特定する(ステップS3221)。尚、ステップS3221における位置Chfm(+X)を特定する方法は、上述した図6のステップS222における位置Chfmを特定する方法と同一であってもよい。つまり、制御装置15は、ヘッド座標系Chとステージ座標系Csとの間の関係が理想的な関係にあるものと仮定することで、指定マーク領域134d内でテストマークTM(+X)を形成し始める位置Csfm(+X)に基づいて、テストマークTM(+X)を形成し始めるときの造形ヘッド11の位置Chfm(+X)を特定してもよい。後述するステップS3222における位置Chfm(-X)を特定する方法、ステップS3223における位置Chfm(+Y)を特定する方法及びステップS3224における位置Chfm(-Y)を特定する方法についても同様である。
 その後、制御装置15は、ステップS3221で特定した位置Chfm(+X)に造形ヘッド11を移動させるようにヘッド駆動系12を制御する(ステップS3231)。その後、造形ヘッド11が位置Chfm(+X)に到達した後に、造形システム1は、制御装置15の制御下で、ヘッド座標系ChのX軸に沿って且つヘッド座標系Chの+X側に向かって移造形ヘッド11を移動させながら、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTM(+X)を形成する(ステップS3241)。
 更に、図8に示すように、テストマークTM(+X)を形成するための処理に相前後して、制御装置15は、ヘッド座標系Ch内において、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTM(-X)を形成し始めるときの造形ヘッド11の位置Chfm(-X)を特定する(ステップS3222)。その後、制御装置15は、ステップS3222で特定した位置Chfm(-X)に造形ヘッド11を移動させるようにヘッド駆動系12を制御する(ステップS3232)。その後、造形ヘッド11が位置Chfm(-X)に到達した後に、造形システム1は、制御装置15の制御下で、ヘッド座標系ChのX軸に沿って且つヘッド座標系Chの-X側に向かって造形ヘッド11を移動させながら、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTM(-X)を形成する(ステップS3242)。
 更に、図9に示すように、テストマークTM(+X)及びテストマークTM(-X)の少なくとも一方を形成するための処理に相前後して、制御装置15は、ヘッド座標系Ch内において、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTM(+Y)を形成し始めるときの造形ヘッド11の位置Chfm(+Y)を特定する(ステップS3223)。その後、制御装置15は、ステップS3223で特定した位置Chfm(+Y)に造形ヘッド11を移動させるようにヘッド駆動系12を制御する(ステップS3233)。その後、造形ヘッド11が位置Chfm(+Y)に到達した後に、造形システム1は、制御装置15の制御下で、ヘッド座標系ChのY軸に沿って且つヘッド座標系Chの+Y側に向かって造形ヘッド11を移動させながら、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTM(+Y)を形成する(ステップS3243)。
 更に、図9に示すように、テストマークTM(+X)、テストマークTM(-X)及びテストマークTM(+Y)の少なくとも一方を形成するための処理に相前後して、制御装置15は、ヘッド座標系Ch内において、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTM(-Y)を形成し始めるときの造形ヘッド11の位置Chfm(-Y)を特定する(ステップS3224)。その後、制御装置15は、ステップS3224で特定した位置Chfm(-Y)に造形ヘッド11を移動させるようにヘッド駆動系12を制御する(ステップS3234)。その後、造形ヘッド11が位置Chfm(-Y)に到達した後に、造形システム1は、制御装置15の制御下で、ヘッド座標系ChのY軸に沿って且つヘッド座標系Chの-Y側に向かって造形ヘッド11を移動させながら、指定マーク領域134dに配置されたマーク部材FMにテストマークTM(-Y)を形成する(ステップS3244)。
 その後、図10に示すように、計測装置14は、ステージ13上の物体(具体的には、4種類のテストマークTM及びワークWを含む計測対象物)の状態を計測する(ステップS331)。計測装置14の計測結果(つまり、4種類のテストマークTM及びワークWを含む計測対象物の状態に関する情報)は、制御装置15に出力される。
 その後、制御装置15は、計測装置14の計測結果に基づいて、ステージ座標系Cs内において、形成された4種類のテストマークTMの位置Cstmを特定する(ステップS332)。特に、制御装置15は、各テストマークTMの端部(特に、各テストマークTMのうち最初に形成された部分に相当する端部)の位置を、位置Cstmとして特定する。尚、制御装置15は、各テストマークTMの重心位置或いは中心位置を、位置Cstmとして特定してもよい。
 具体的には、図11に示すように、テストマークTM(+X)は、テストマークTM(+X)の-X側の端部から+X側の端部に向かって造形物を付加していく付加加工が行われることで形成される。このため、制御装置15は、テストマークTM(+X)の-X側の端部の位置を、位置Cstm(+X)として特定する。同様に、テストマークTM(-X)は、テストマークTM(-X)の+X側の端部から-X側の端部に向かって造形物を付加していく付加加工が行われることで形成される。このため、制御装置15は、テストマークTM(-X)の+X側の端部の位置を、位置Cstm(-X)として特定する。同様に、テストマークTM(+Y)は、テストマークTM(+Y)の-Y側の端部から+Y側の端部に向かって造形物を付加していく付加加工が行われることで形成される。このため、制御装置15は、テストマークTM(+Y)の-Y側の端部の位置を、位置Cstm(+Y)として特定する。同様に、テストマークTM(-Y)は、テストマークTM(-Y)の+Y側の端部から-Y側の端部に向かって造形物を付加していく付加加工が行われることで形成される。このため、制御装置15は、テストマークTM(-Y)の+Y側の端部の位置を、位置Cstm(-Y)として特定する。
 更に、制御装置15は、計測装置14の計測結果に基づいて、ステージ座標系Cs内において、ワーク造形面MSW上の造形を開始するべき造形開始位置Cs_startを特定する(ステップS332)。尚、ステップS332における造形開始位置Cs_startを特定する方法は、上述した図6のステップS232における造形開始位置Cs_startを特定する方法と同一であってもよい。
 その後、制御装置15は、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる(ステップS3411からステップS3414)。第1変形例では特に、制御装置15は、ワークWに対する付加加工の開始に伴って造形ヘッド11が移動開始する際の造形ヘッド11の移動方向と同じ方向に向かって移動した造形ヘッド11によって形成されたテストマークTMの位置Cstmに基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる。例えば、付加加工の開始に伴って造形ヘッド11がX軸に沿って且つ+X側に向かって移動開始する場合には、制御装置15は、テストマークTM(+X)の位置Cstm(+X)に基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる。例えば、付加加工の開始に伴って造形ヘッド11がX軸に沿って且つ-X側に向かって移動開始する場合には、制御装置15は、テストマークTM(-X)の位置Cstm(-X)に基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる。例えば、付加加工の開始に伴って造形ヘッド11がX軸に沿って且つ+Y側に向かって移動開始する場合には、制御装置15は、テストマークTM(+Y)の位置Cstm(+Y)に基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる。例えば、付加加工の開始に伴って造形ヘッド11がX軸に沿って且つ-Y側に向かって移動開始する場合には、制御装置15は、テストマークTM(-Y)の位置Cstm(-Y)に基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる。
 このように造形ヘッド11を移動させるために、制御装置15はまず、付加加工の開始に伴って造形ヘッド11がどの方向に向かって移動開始するかを判定する(ステップS35)。制御装置15は、付加加工の開始に伴って造形ヘッド11が移動開始する際の造形ヘッド11の移動方向がどの方向であるかを判定する(ステップS35)。制御装置15は、造形開始位置Ch_startに位置している造形ヘッド11が、付加加工の開始に伴ってどの方向に向かって移動開始するかを判定する(ステップS35)。具体的には、制御装置15は、計測装置14の計測結果から、ステージ座標系Cs内でのワークWの位置を特定することができる。更に、制御装置15は、形成するべき3次元構造物STの3次元モデルデータに基づいて、ワークW上にどのように3次元構造物STを形成するかを特定することができる。ワークW上にどのように3次元構造物STを形成するかが特定されると、3次元構造物STを形成するための造形ヘッド11の移動軌跡(例えば、1層目の構造層SL#1を形成するための造形ヘッド11の移動軌跡)が特定できる。造形ヘッド11の移動軌跡が特定できると、ワークWに対して付加加工を開始する際の造形ヘッド11の移動方向も特定できる。
 ステップS35において、造形ヘッド11がX軸に沿って且つ+X側に向かって移動開始すると判定された場合には、制御装置15は、ステップS332で特定したテストマークTM(+X)の位置Cstm(+X)、当該テストマークTM(+X)を形成したときの造形ヘッド11の位置Chfm(+X)(つまり、ステップS3221で特定した造形ヘッド11の位置Chfm(+X))、及び、ステップS332で特定した造形開始位置Cs_startに基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる(ステップS3411)。尚、ステップS3411におけるテストマークTM(+X)の位置Cstm(+X)、造形ヘッド11の位置Chfm(+X)、及び、造形開始位置Cs_startに基づいて造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる動作は、上述した図6のステップS241におけるテストマークTMの位置Cstm、造形ヘッド11の位置Chfm、及び、造形開始位置Cs_startに基づいて造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる動作と同一であってもよい。このため、その詳細な説明は省略するが、以下その概要について簡単に説明する。例えば、図12に示すように、制御装置15は、テストマークTM(+X)の位置Cstm(+X)=(Xstm(+X)、Ystm(+X)、Zstm(+X))から造形開始位置Cs_startへと移動する照射領域EAの移動量及び移動方向を特定する。その後、制御装置15は、変換行列Tを用いて、ステージ座標系Csにおいて特定した照射領域EAの移動量及び移動方向を、ヘッド座標系Chにおける造形ヘッド11の移動量及び移動方向に変換する。その後、制御装置15は、ヘッド座標系Chにおいて、位置Chfm(+X)に位置している造形ヘッド11を、変換によって得られた移動方向に向かって、変換によって得られた移動量だけ移動させる。その結果、造形ヘッド11は、造形開始位置Ch_startに位置することになる。
 ステップS35において、造形ヘッド11がX軸に沿って且つ-X側に向かって移動開始すると判定された場合には、制御装置15は、ステップS332で特定したテストマークTM(-X)の位置Cstm(-X)、当該テストマークTM(-X)を形成したときの造形ヘッド11の位置Chfm(-X)(つまり、ステップS3222で特定した造形ヘッド11の位置Chfm(-X))、及び、ステップS332で特定した造形開始位置Cs_startに基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる(ステップS3412)。ステップS3412におけるテストマークTM(-X)の位置Cstm(-X)、造形ヘッド11の位置Chfm(-X)、及び、造形開始位置Cs_startに基づいて造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる動作は、上述した図6のステップS241におけるテストマークTMの位置Cstm、造形ヘッド11の位置Chfm、及び、造形開始位置Cs_startに基づいて造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる動作と同一であってもよい。後述するステップS3413及びステップS3414においても同様である。
 ステップS35において、造形ヘッド11がY軸に沿って且つ+Y側に向かって移動開始すると判定された場合には、制御装置15は、ステップS332で特定したテストマークTM(+Y)の位置Cstm(+Y)、当該テストマークTM(+Y)を形成したときの造形ヘッド11の位置Chfm(+Y)(つまり、ステップS3223で特定した造形ヘッド11の位置Chfm(+Y))、及び、ステップS332で特定した造形開始位置Cs_startに基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる(ステップS3413)。
 ステップS35において、造形ヘッド11がY軸に沿って且つ-Y側に向かって移動開始すると判定された場合には、制御装置15は、ステップS332で特定したテストマークTM(-Y)の位置Cstm(-Y)、当該テストマークTM(-Y)を形成したときの造形ヘッド11の位置Chfm(-Y)(つまり、ステップS3224で特定した造形ヘッド11の位置Chfm(-Y))、及び、ステップS332で特定した造形開始位置Cs_startに基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる(ステップS3414)。
 このように、第1変形例においても、上述したように、制御装置15は、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに適切に移動させることができる。つまり、制御装置15は、移動後の造形ヘッド11のヘッド座標系Ch内での位置が造形開始位置Ch_startに一致するように(或いは、近づくように)、造形ヘッド11を移動させることができる。言い換えれば、制御装置15は、移動後の造形ヘッド11からの光ELが照射される照射領域EAが造形開始位置Cs_startに設定されるように、造形ヘッド11を移動させることができる。
 第1変形例では更に、造形ヘッド11の移動方向の違いに起因してワークW上での造形物の形成位置が変わってしまう可能性がある場合であっても、ワークW上の適切な位置に造形物を形成することができるように、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに適切に移動させることができる。具体的には、ヘッド駆動系12の特性によっては、ヘッド座標系Chでの造形ヘッド11の位置と当該造形ヘッド11によって形成される造形物のステージ座標系Csでの位置との間の相対的な位置関係が、造形ヘッド11の移動方向によって変動する可能性がある。例えば、造形ヘッド11が第1の方向に向かっている場合におけるヘッド座標系Chでの造形ヘッド11の位置と当該造形ヘッド11によって形成される造形物のステージ座標系Csでの位置との間の相対的な位置関係が、造形ヘッド11が第2の方向に向かっている場合におけるヘッド座標系Chでの造形ヘッド11の位置と当該造形ヘッド11によって形成される造形物のステージ座標系Csでの位置との間の相対的な位置関係と異なるものとなる可能性がある。この場合、ヘッド座標系Ch内のある位置から第1の方向に向かって移動開始した造形ヘッド11が形成する造形物のステージ座標系Csでの位置(特に、造形物のうちの造形開始部分に相当する端部のステージ座標系Csでの位置)が、ヘッド座標系Ch内の同じ位置から第2の方向に向かって移動開始した造形ヘッド11が形成する造形物のステージ座標系Csでの位置と一致しなくなる可能性がある。その結果、造形物の集合体である3次元構造物STの形状精度が悪化する可能性がある。しかるに、第1変形例では、制御装置15は、異なる複数の方向に向かって移動する造形ヘッド11によって夫々形成された複数のテストマークTMの位置に基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる。このため、ヘッド座標系Chでの造形ヘッド11の位置と当該造形ヘッド11によって形成される造形物のステージ座標系Csでの位置との間の相対的な位置関係が造形ヘッド11の移動方向によって変動する場合であっても、造形ヘッド11は、ステージ座標系Csの造形開始位置Cs_startから適切な造形物を形成することができる。このため、3次元構造物STの形状精度の悪化が適切に抑制される。
 尚、第1変形例において、ワークWに対する付加加工の開始に伴って造形ヘッド11が移動開始する際の造形ヘッド11の移動方向と異なる方向に向かって移動した造形ヘッド11によって形成されたテストマークTMの位置Cstmを用いてもよい。例えば、付加加工の開始に伴って造形ヘッド11がX軸及びY軸に対して45度の方向に沿って且つ+X側及び+Y側に向かって移動開始する場合には、制御装置15は、テストマークTM(+X)の位置Cstm(+X)及びテストマークTM(+Y)の位置Cstm(+Y)に基づいて、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させてもよい。付加加工の開始に伴って造形ヘッド11がX軸及びY軸に対して45度の方向に沿って且つ+X側及び+Y側に向かって移動開始する場合には、テストマークTM(+X)の位置Cstm(+X)及びテストマークTM(+Y)の位置Cstm(+Y)の平均値を用いてもよく、45度でない場合には、テストマークTM(+X)の位置Cstm(+X)及びテストマークTM(+Y)の位置Cstm(+Y)の加重平均を用いてもよい。このように、複数のテストマークTMの位置Cstmの統計量を用いてもよい。
 尚、上述した説明では、複数種類のテストマークTMが、指定マーク領域134dに配置された同じマーク部材134に形成されている。しかしながら、複数種類のテストマークTMの一部が、第1の指定マーク領域134d-1に配置された第1のマーク部材FM-1に形成され、複数種類のテストマークTMの他の一部が、第1の指定マーク領域134d-1とは異なる第2の指定マーク領域134d-2に配置された第2のマーク部材FM-2に形成されていてもよい。
 また、上述した説明では、各テストマークTM(+X)、TM(-X)、TM(+Y)、TM(-Y)の形状が一直線状であったが、テストマークの形状は一直線状でなくてもよく、例えば曲線状や鉤状であってもよい。
 (3-2)第2変形例
 造形動作が行われている造形期間中は、ワークWの表面(或いは、ワークW上に形成された構造層SLの表面)に相当する造形面MSに対して光ELが照射される。このため、造形面CSを介して(更には、構造層SLを介して)光ELからワークWに対して熱が伝達される可能性がある。ワークWに熱が伝達されると、ワークWが熱膨張する可能性がある。一方で、造形動作が終了すると、造形面MSに光ELが照射されなくなるため、光ELからワークWに対して熱が伝達されなくなる。このため、熱膨張していたワークWが収縮する可能性がある。
 このようにワークWが熱膨張及び収縮する可能性があることを考慮すれば、ワークWが熱膨張している状態でワークW上に形成された造形物(或いは、構造層SL又は3次元構造物ST)は、ワークWの収縮に伴って収縮する可能性がある。その結果、3次元構造物STの形状精度が悪化する可能性がある。
 そこで、第2変形例では、造形システム1は、造形期間中のワークWの形状に基づいて、付加加工によって形成するべき造形物のサイズを制御する。具体的には、計測装置14は、造形動作が開始される前に、ワークWの形状を計測する。その結果、制御装置15は、ワークWの本来の形状(つまり、設計上の形状)に関する第1形状情報を計測装置14から取得することができる。或いは、制御装置15は、ワークWの設計データを取得することで、ワークWの本来の形状に関する第1形状情報を取得してもよい。更に、計測装置14は、造形期間中の所望のタイミングでワークWの形状を計測する。その結果、制御装置15は、ワークWの現在の形状に関する第2形状情報を計測装置14から取得することができる。その後、制御装置15は、取得した第1及び第2形状情報に基づいて、ワークWの本来の形状に対してワークWの実際の形状が異なっているか否かを判定する。その結果、ワークWの本来の形状に対してワークWの実際の形状が異なっていると判定された場合には、光ELから伝達される熱によってワークWが変形している(典型的には、熱膨張している)と推定される。
 ワークWが熱膨張している場合には、制御装置15は、ワークWの本来の形状に対するワークWの実際の形状のずれ量に基づいて、ワークWに形成する造形物のサイズを制御しながら造形物を形成していく。ここで、ワークWの熱膨張に起因したワークWの本来の形状に対するワークWの実際の形状のずれは、ワークWの本来の形状に対してワークWの実際の形状が拡大又は縮小しているというスケーリングに関するずれを含む。具体的には、例えば、図13(a)は、ワークWが熱膨張していない場合にワークWに形成される造形物を示す平面図である。一方で、図13(b)は、ワークWが熱膨張している場合にワークWに形成される造形物を示す平面図である。図13(a)及び図13(b)に示すように、熱膨張しているワークWは、本来の形状を有する(つまり、熱膨張していない)ワークWに対して、拡大した形状を有している。この場合、制御装置15は、ワークWが熱膨張している場合は、ワークWが熱膨張していない場合と比較して、ワークWに形成される造形物のサイズもまた大きくなるように造形物のサイズを制御しながら、造形物を形成してもよい。例えば、制御装置15は、ワークWの本来の形状とワークWの実際の形状との関係を規定する相関情報を特定し、当該相関情報に基づいて造形物のサイズを制御してもよい。このような相関情報の一例として、本来のワークW(例えば、熱膨張していないワークW)のある位置をステージ座標系Csで示す座標と実際のワークW(例えば、熱膨張しているワークW)の同じ位置をステージ座標系Csで示す座標との関係を規定する行列(例えば、スケーリングに関する行列)があげられる。
 制御装置15は、ワークWが熱膨張している場合におけるワークWのサイズに対する造形物のサイズの比率と、ワークWが熱膨張していない場合におけるワークWのサイズに対する造形物のサイズの比率との差分が小さくなるように、造形物のサイズを制御してもよい。特に、制御装置15は、ワークWが熱膨張している場合におけるワークWのサイズに対する造形物のサイズの比率と、ワークWが熱膨張していない場合におけるワークWのサイズに対する造形物のサイズの比率とが一致するように、造形物のサイズを制御してもよい。
 このような第2変形例によれば、ワークWが熱膨張している状態でワークW上に形成された造形物(或いは、構造層SL又は3次元構造物ST)がワークWの収縮に伴って収縮したとしても、収縮した造形物のサイズが、そもそも熱膨張していない(それゆえに、収縮もしていない)ワークW上に形成された造形物のサイズ(つまり、本来形成するべきであった造形物のサイズ)から大きくずれてしまうことはない。場合によっては、収縮した造形物のサイズは、そもそも熱膨張していないワークW上に形成された造形物のサイズ(つまり、本来形成するべきであった造形物のサイズ)と一致し得る。このため、3次元構造物STの形状精度の悪化が適切に抑制される。
 尚、上述した説明では、ワークWの現在の形状を計測し且つワークWの現在の形状に関する第2形状情報を取得する動作は、造形動作が行われる造形期間中に行われている。しかしながら、ワークWの現在の形状を計測し且つワークWの現在の形状に関する第2形状情報を取得する動作は、造形動作が開始される前に行われてもよい。というのも、造形動作が開始されていない(つまり、光ELが造形面MSに照射されていない)場合であっても、何らかの要因によってワークWが熱膨張している可能性があるからである。
 上述した説明では、ワークWの本来の形状に対するワークWの実際の形状のずれが、光ELから伝達される熱によって生ずる例について説明している。しかしながら、ワークWの本来の形状に対するワークWの実際の形状のずれは、光ELから伝達される熱とは異なる他の要因で生ずる可能性がある。この場合であっても、制御装置15は、ワークWの本来の形状に対するワークWの実際の形状のずれ量に基づいて、ワークWに形成する造形物のサイズを制御しながら造形物を形成してもよい。その結果、3次元構造物STの形状精度の悪化が抑制される。
 上述した説明では、ワークWの熱膨張に起因したワークWの本来の形状に対するワークWの実際の形状のずれは、ワークWの本来の形状に対してワークWの実際の形状が拡大又は縮小しているというスケーリングに関するずれを含んでいる。しかしながら、ワークWの熱膨張に起因したワークWの本来の形状に対するワークWの実際の形状のずれは、本来のワークWに対して実際のワークWが平行移動している(例えば、XY平面に沿って平行移動している)という平行移動に関するずれを含んでいてもよい。ワークWの熱膨張に起因したワークWの本来の形状に対するワークWの実際の形状のずれは、本来のワークWに対して実際のワークWが回転している(例えば、Z軸周りに回転している)という回転に関するずれを含んでいてもよい。この場合にも、制御装置15は、ワークWの本来の形状に対するワークWの実際の形状のずれ量に基づいて、3次元構造物STの形状精度の悪化を防ぐように(例えば、ずれが発生している状況で形成される3次元構造物STの形状とずれが発生していない状況で形成される3次元構造物STの形状との差分を小さくする又は一致させる)ように、ワークWに形成する造形物のサイズ(或いは、形成位置等のその他の任意の特性)を制御しながら造形物を形成していってよい。
 (3-3)第3変形例
 続いて、第3変形例について説明する。第3変形例では、第3変形例における造形システム1cの構造の一部が、上述した造形システム1の構造とは異なる。以下、図14を参照しながら、第3変形例における造形システム1cの構造について説明する。尚、上述した造形システム1の構造と同一の構造については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
 図14に示すように、造形システム1cは、造形ヘッド11に代えて造形ヘッド11cを備えているという点で、上述した造形システム1とは異なる。造形ヘッド11cは、照射系111及び材料ノズル112に加えて、材料ノズル112cを更に備えているという点で、上述した造形ヘッド11とは異なる。造形システム1cのその他の構造は、造形システム1のその他の構造と同一であってもよい。
 材料ノズル112cは、造形材料Mを供給する供給アウトレット(つまり、供給口)114cを有する。材料ノズル112cは、供給アウトレット114cから造形材料Mを供給(具体的には、噴射)する。材料ノズル112cは、造形材料Mの供給源である不図示の材料供給装置と、不図示のパイプ等の粉体伝送部材を介して物理的に接続されている。材料ノズル112cは、粉体伝送部材を介して材料供給装置から供給される造形材料Mを供給する。尚、図14において材料ノズル112cは、チューブ状に描かれているが、材料ノズル112cの形状は、この形状に限定されない。
 材料ノズル112cは、材料ノズル112cから下方(つまり、-Z側)に向けて造形材料Mを供給する。材料ノズル112cの下方には、ステージ13が配置されている。ステージ13にワークWが搭載されている場合には、材料ノズル112cは、ワークWに向けて造形材料Mを供給する。
 材料ノズル112cは、照射系111が光ELを照射する照射領域EAに向けて造形材料Mを供給するように、照射系111に対して位置合わせされている。つまり、材料ノズル112cが造形材料Mを供給する領域としてワークW上に設定される供給領域MAcと照射領域EAとが一致する(或いは、少なくとも部分的に重複する)ように、材料ノズル112cと照射系111とが位置合わせされている。つまり、材料ノズル112cが造形材料Mを供給する領域としてワークW上に設定される供給領域MAcと、材料ノズル112が造形材料Mを供給する領域としてワークW上に設定される供給領域MAとが一致する(或いは、少なくとも部分的に重複する)。但し、材料ノズル112cが造形材料Mを供給する領域としてワークW上に設定される供給領域MAcが、材料ノズル112が造形材料Mを供給する領域としてワークW上に設定される供給領域MAと重複していなくてもよい。
 第3変形例では特に、材料ノズル112cから供給される造形材料Mの進行方向は、材料ノズル112から供給される造形材料Mの進行方向とは異なる。材料ノズル112cからの造形材料Mの供給方向は、材料ノズル112からの造形材料Mの供給方向とは異なる。つまり、第3変形例では、造形システム1cは、ワークW又はステージ13の上面131(特に、マーク領域134又はマーク部材FM)に対して、異なる複数の方向から造形材料Mを供給することができる。この場合、例えば、造形システム1cは、材料ノズル112から造形材料Mを供給しながらマーク部材FMに付加加工を行って、マーク部材FMに第1のテストマークTMを形成し、材料ノズル112cから造形材料Mを供給しながらマーク部材FMに付加加工を行って、マーク部材FMに第1のテストマークTMとは異なる第2のテストマークTMを形成してもよい。尚、材料ノズル112cから供給される造形材料Mの進行方向はZ軸に対して所定の角度(一例として鋭角)だけ傾いた方向であるが、真下(つまり、Z軸と一致する方向)であってもよい。
 尚、上述した説明では、造形システム1cは、照射系111及び材料ノズル112に加えて材料ノズル112cを備える単一の造形ヘッド11cを備えている。しかしながら、造形システム1cは、照射系111及び材料ノズル112を備える造形ヘッド11とは別個に、材料ノズル112cを備える造形ヘッド11c-1を備えていてもよい。この場合、ヘッド駆動系12は、造形ヘッド11とは別個独立に造形ヘッド11c-1を移動させてもよい。
 (3-4)第4変形例
 続いて、第4変形例について説明する。第4変形例では、第4変形例における造形システム1dの構造の一部が、上述した造形システム1の構造とは異なる。以下、図15を参照しながら、第4変形例における造形システム1dの構造について説明する。尚、上述した造形システム1の構造と同一の構造については、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
 図15に示すように、造形システム1dは、造形ヘッド11に代えて造形ヘッド11dを備えているという点で、上述した造形システム1とは異なる。造形ヘッド11dは、照射系111及び材料ノズル112に加えて、照射系111dを更に備えているという点で、上述した造形ヘッド11とは異なる。造形システム1dのその他の構造は、造形システム1のその他の構造と同一であってもよい。
 照射系111dは、射出部113dから光ELを射出するための光学系(例えば、集光光学系)である。具体的には、照射系111dは、光ELを発する不図示の光源と、光ファイバ等の不図示の光伝送部材を介して光学的に接続されている。照射系111dは、光伝送部材を介して光源から伝搬してくる光ELを射出する。照射系111dは、照射系111dから下方(つまり、-Z側)に向けて光ELを照射する。照射系111dの下方には、ステージ13が配置されている。ステージ13にワークWが搭載されている場合には、照射系111dは、ワークWに向けて光ELを照射可能である。具体的には、照射系111dは、光ELが照射される(典型的には、集光される)領域としてワークW上に設定される所定形状の照射領域EAdに光ELを照射する。更に、照射系111dの状態は、制御装置15の制御下で、照射領域EAdに光ELを照射する状態と、照射領域EAdに光ELを照射しない状態との間で切替可能である。尚、照射系111dが光ELを照射する照射領域EAdは、照射系111が光ELを照射する照射領域EAと一致していてもよい。照射系111dが光ELを照射する照射領域EAdは、照射系111が光ELを照射する照射領域EAと少なくとも部分的に重複していてもよい。照射系111dが光ELを照射する照射領域EAdは、照射系111が光ELを照射する照射領域EAと重複していなくてもよい。
 第4変形例では特に、照射系111dから照射される光ELの進行方向は、照射系111から照射される光ELの進行方向とは異なる。照射系111dからの光ELの照射方向は、照射系111からの光ELの照射方向とは異なる。つまり、第4変形例では、造形システム1dは、ワークW又はステージ13の上面131(特に、マーク領域134又はマーク部材FM)に対して、異なる複数の方向から光ELを照射することができる。この場合、例えば、造形システム1dは、照射系111が照射する光ELでマーク部材FMに付加加工を行って、マーク部材FMに第1のテストマークTMを形成し、照射系111dが照射する光ELでマーク部材FMに付加加工を行って、マーク部材FMに第1のテストマークTMとは異なる第2のテストマークTMを形成してもよい。尚、材料ノズル112cから供給される造形材料Mの進行方向は真下(つまり、Z軸と一致する方向)であるが、Z軸に対して所定の角度(一例として鋭角)だけ傾いた方向であってもよい。
 尚、上述した説明では、造形システム1dは、照射系111及び材料ノズル112に加えて照射系111dを備える単一の造形ヘッド11dを備えている。しかしながら、造形システム1dは、照射系111及び材料ノズル112を備える造形ヘッド11とは別個に、照射系111dを備える造形ヘッド11d-1を備えていてもよい。この場合、ヘッド駆動系12は、造形ヘッド11とは別個独立に造形ヘッド11d-1を移動させてもよい。
 また、第4変形例においても、第3変形例と同様に、造形ヘッド11dは、材料ノズル112cを備えていてもよい。この場合、材料ノズル112は、照射系111が光ELを照射する照射領域EAに造形材料Mを供給し、材料ノズル112cは、照射系111dが光ELを照射する照射領域EAdに造形材料Mを供給してもよい。或いは、造形システム1dは、照射系111及び材料ノズル112を備える造形ヘッド11とは別個に、照射系111d及び材料ノズル112cを備える造形ヘッド11d-2を備えていてもよい。
 (3-5)その他の変形例
 上述した説明では、マーク領域134にマーク部材FMが配置される。しかしながら、マーク領域134にマーク部材FMが配置されなくてもよい。この場合、造形システム1は、マーク部材FMではなく、マーク領域134にテストマークTMを形成してもよい。
 上述した説明では、造形システム1は、マーク領域134に配置されたマーク部材FMにテストマークTMを形成している。しかしながら、造形システム1は、マーク領域134とは異なる領域に配置されたマーク部材FMにテストマークTMを形成してもよい。例えば、造形システム1は、ステージ13の非保持領域133の任意の位置に配置されたマーク部材FMにテストマークTMを形成してもよい。造形システム1は、ステージ13の保持領域132の任意の位置に配置されたマーク部材FMにテストマークTMを形成してもよい。造形システム1は、ステージ13が保持するワークWの任意の位置に配置されたマーク部材FMにテストマークTMを形成してもよい。
 上述した説明では、造形システム1は、マーク部材FMにテストマークTMを形成している。しかしながら、造形システム1は、マーク部材FMとは異なる部材にテストマークTMを形成してもよい。例えば、造形システム1は、ステージ13の非保持領域133の任意の位置にテストマークTMを形成してもよい。例えば、造形システム1は、ステージ13の保持領域132の任意の位置にテストマークTMを形成してもよい。造形システム1は、ステージ13が保持するワークWの任意の位置にテストマークTMを形成してもよい。ステージ13によって保持されるワークWにテストマークTMを形成する場合、テストマークTMが形成される位置は、造形物が造形される領域と異なっていてもよい。
 上述した説明では、初期設定動作において、複数のマーク領域134に複数のマーク部材FMが夫々配置される。しかしながら、複数のマーク領域134のうちの一部にマーク部材FMが配置される一方で、複数のマーク領域134のうちの残りの一部にマーク部材FMが配置されなくてもよい。例えば、複数のマーク領域134のうち変換行列Tを算出するために必要な数のマーク領域134にマーク部材FMが配置される一方で、複数のマーク領域134のうちの残りにマーク部材FMが配置されなくてもよい。上述した例では、変換行列Tを算出するために、少なくとも3つのマーク領域134に夫々配置された少なくとも3つのマーク部材FMの夫々にテストマークTMが形成されている。この場合、ステージ13に4つ以上のマーク領域134が設定されている場合には、例えば、3つのマーク領域134に少なくとも3つのマーク部材FMが配置される一方で、残りの1つ以上のマーク領域134にマーク部材FMが配置されなくてもよい。
 上述した説明では、造形システム1は、ワークWへの付加加工を行うための造形動作を開始する前に、位置合わせ動作を行っている。しかしながら、造形システム1は、その他のタイミングで位置合わせ動作を行ってもよい。例えば、造形システム1は、造形動作を完了した後に(つまり、3次元構造物STを形成した後に)、次に行う造形動作に備えた位置合わせ動作(特に、初期設定動作)を行ってもよい。例えば、造形システム1は、造形動作の途中で造形動作を一時的に中断した上で、位置合わせ動作を行ってもよい。この場合、造形システム1は、位置合わせ動作が完了した後に、中断していた造形動作を再開する。一例として、例えば、造形システム1は、ある構造層SLが形成されるたびに、次の構造層SLを形成する前に造形動作を一時的に中断した上で、位置合わせ動作を行ってもよい。
 上述した説明では、ヘッド移動動作は、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させるための動作である。しかしながら、ヘッド移動動作は、造形ヘッド11をヘッド座標系Ch内の任意の位置Ch_anyに移動させるための動作を含んでいてもよい。制御装置15は、造形ヘッド11を造形開始位置Ch_startに移動させる場合と同様の動作を行うことで、造形ヘッド11をヘッド座標系Ch内の任意の位置Ch_anyに移動させてもよい。つまり、制御装置15は、上述した造形開始位置Cs_startに代えてステージ座標系Cs内の任意の位置Cs_anyを特定し、テストマークの位置Cstm、造形ヘッド11の位置Chfm、及び、位置Cs_anyに基づいて、ヘッド座標系Chにおいて、造形ヘッド11を位置Cs_anyに対応する位置Ch_anyに移動させてもよい。
 上述した説明では、造形システム1は、造形ヘッド11を移動させるヘッド駆動系12を備えている。しかしながら、造形システム1は、ヘッド駆動系12に加えて又は代えて、ステージ13を移動させるステージ駆動系を備えていてもよい。ステージ駆動系は、ステージ13をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向、θX方向、θY方向及びθZ方向の少なくとも一つの方向に移動させてもよい。ステージ駆動系によるステージ13の移動により、ヘッド駆動系12による造形ヘッド11の移動と同様に、ステージ13と造形ヘッド11との間の相対的な位置関係(つまり、ワークWと照射領域EAとの間の相対的な位置関係)が変更される。
 上述した説明では、造形システム1は、造形ヘッド11を移動させることで、造形面MSに対して照射領域EAを移動させている。しかしながら、造形システム1は、造形ヘッド11を移動させることに加えて又は代えて、光ELを偏向させることで造形面MSに対して照射領域EAを移動させてもよい。この場合、照射系111は、例えば、光ELを偏向可能な光学系(例えば、ガルバノミラー等)を備えていてもよい。
 上述した説明では、位置合わせ動作は、ワークWと造形ヘッド11との位置合わせを行うようにワークWに対して(つまり、ステージ13に対して)造形ヘッド11を移動させる動作である。ここで、ワークWと造形ヘッド11との位置合わせを行う目的は、造形ヘッド11の移動により照射領域EAの位置を変更することで、ワークWの所望位置(例えば、造形開始位置Cs_start)に照射領域EAを設定することである。そうすると、位置合わせ動作は、実質的には、ワークWと照射領域EAとの位置合わせを行うために、ワークWに対して(つまり、ステージ13に対して)照射領域EAを移動させる動作と等価である。この場合、造形システム1は、位置合わせ動作を行うために、ヘッド駆動系12を用いて造形ヘッド11を移動させることに加えて又は代えて、上述したステージ駆動系を用いてステージ13を移動させることで、ワークWに対して(つまり、ステージ13に対して)照射領域EAを移動させてもよい。例えば、造形システム1は、造形ヘッド11の位置を固定したまま又は造形ヘッド11の移動に合わせて、ステージ座標系Cs内で照射領域EAが所望の位置に設定されるように、ステージ座標系Cs内でステージ13を移動させてもよい。或いは、造形システム1は、位置合わせ動作を行うために、造形ヘッド11及びステージ13の少なくとも一方を移動させることに加えて又は代えて、上述した光ELを偏向可能な光学系(例えば、ガルバノミラー等)を用いて照射領域EAを移動させることで、ワークWに対して(つまり、ステージ13に対して)照射領域EAを移動させてもよい。例えば、造形システム1は、造形ヘッド11の位置を固定したまま又は造形ヘッド11の移動に合わせて、ステージ座標系Cs内で照射領域EAが所望の位置に設定されるように(図7参照)、ヘッド座標系Ch内で照射領域EAを移動させてもよい。いずれの場合であっても、上述した位置合わせ動作を行うことで、ワークWの所望位置(例えば、造形開始位置Cs_start)に照射領域EAが設定可能となることに変わりはない。
 上述した説明では、造形システム1は、造形材料Mに光ELを照射することで、造形材料Mを溶融させている。しかしながら、造形システム1は、任意のエネルギビームを造形材料Mに照射することで、造形材料Mを溶融させてもよい。この場合、造形システム1は、照射系111に加えて又は代えて、任意のエネルギビームを照射可能なビーム照射装置を備えていてもよい。任意のエネルギビームは、限定されないが、電子ビーム、イオンビーム等の荷電粒子ビーム又は電磁波を含む。
 上述した説明では、造形システム1は、レーザ肉盛溶接法により3次元構造物STを形成可能である。しかしながら、造形システム1は、3次元構造物STを形成可能なその他の方式により造形材料Mから3次元構造物STを形成してもよい。その他の方式として、例えば、粉末焼結積層造形法(SLS:Selective Laser Sintering)等の粉末床溶融結合法(Powder Bed Fusion)、結合材噴射法(Binder Jetting)又は、レーザメタルフュージョン法(LMF:Laser Metal Fusion)があげられる。
 上述の各実施形態の構成要件の少なくとも一部は、上述の各実施形態の構成要件の少なくとも他の一部と適宜組み合わせることができる。上述の各実施形態の構成要件のうちの一部が用いられなくてもよい。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態で引用した全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
 本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う加工システム及び加工方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
 1 造形システム
 11 造形ヘッド
 111 照射系
 112 材料ノズル
 13 ステージ
 131 上面
 132 保持領域
 133 非保持領域
 134 マーク領域
 14 計測装置
 W ワーク
 M 造形材料
 LS 構造層
 ST 3次元構造物
 FM マーク部材
 TM テストマーク

Claims (51)

  1.  加工対象物を支持可能な支持装置と、
     前記加工対象物上の被加工領域にエネルギビームを照射し、前記エネルギビームが照射される領域に材料を供給して付加加工を行う加工装置と、
     前記支持装置と前記加工装置からの前記エネルギビームの照射領域との位置関係を変更する位置変更装置と
     を備え、
     前記支持装置のうちの一部である第1領域及び前記加工対象物の一部である第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って基準造形物を形成し、
     前記基準造形物に関する情報を用いて前記加工装置及び前記位置変更装置の少なくとも一方を制御する
     加工システム。
  2.  前記基準造形物に関する前記情報を用いて、前記加工対象物の所望部分に付加加工が行われるように前記位置変更装置を制御する
     請求項1に記載の加工システム。
  3.  前記基準造形物に関する前記情報を用いて、前記加工対象物の所望部分から付加加工が開始されるように前記位置変更装置を制御する
     請求項1又は2に記載の加工システム。
  4.  前記加工装置が前記加工対象物に対して付加加工を開始する前に、前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って前記基準造形物を形成するように前記加工装置及び前記位置変更装置を制御し、
     前記基準造形物を形成した後に、前記基準造形物に関する前記情報を用いて前記位置変更装置を制御し、
     前記基準造形物に関する前記情報を用いて前記位置変更装置を制御した後に、前記加工対象物に対して付加加工を開始するように前記加工装置を制御する
     請求項1から3のいずれか一項に記載の加工システム。
  5.  前記加工装置が前記加工対象物に対して付加加工を開始する前に、前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って前記基準造形物を形成するように前記加工装置及び前記位置変更装置を制御し、
     前記基準造形物を形成した後に、前記加工対象物のうち付加加工を開始するべき加工開始部分に前記照射領域が設定されるように、前記基準造形物に関する前記情報を用いて前記位置変更装置を制御し、
     前記加工開始部分に前記照射領域が設定された後に、前記加工対象物に対して付加加工を開始するように前記加工装置を制御する
     請求項1から4のいずれか一項に記載の加工システム。
  6.  前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に前記基準造形物を形成したときの前記支持装置に対する前記照射領域の位置を基点に、前記基準造形物に関する前記情報に基づいて算出される移動方向に向かって前記支持装置に対して前記照射領域が移動するように、前記位置変更装置を制御する
     請求項1から5のいずれか一項に記載の加工システム。
  7.  前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に前記基準造形物を形成したときの前記支持装置に対する前記照射領域の位置を基点に、前記基準造形物に関する前記情報に基づいて算出される移動距離だけ前記支持装置に対する前記照射領域の位置が変更されるように、前記位置変更装置を制御する
     請求項1から6のいずれか一項に記載の加工システム。
  8.  前記位置変更装置は、前記支持装置に対して前記加工装置を移動させて前記支持装置と前記照射領域との位置関係を変更する
     請求項1から7のいずれか一項に記載の加工システム。
  9.  前記加工装置が前記加工対象物に対して付加加工を開始する前に、前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って前記基準造形物を形成するように前記加工装置及び前記位置変更装置を制御し、
     前記基準造形物を形成した後に、前記加工対象物のうち付加加工を開始するべき加工開始部分に付加加工を行うことが可能な加工開始位置に前記加工装置が位置するように前記基準造形物に関する前記情報を用いて前記位置変更装置を制御し、
     前記加工開始位置に前記加工装置が位置した後に、前記加工対象物に対して付加加工を開始するように前記加工装置を制御する
     請求項8に記載の加工システム。
  10.  前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に前記基準造形物を形成したときの前記支持装置に対する前記加工装置の位置を基点に、前記基準造形物に関する前記情報に基づいて算出される移動方向に向かって前記支持装置に対して前記加工装置が移動するように、前記位置変更装置を制御する
     請求項8又は9に記載の加工システム。
  11.  前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に前記基準造形物を形成したときの前記支持装置に対する前記加工装置の位置を基点に、前記基準造形物に関する前記情報に基づいて算出される移動距離だけ前記支持装置に対する前記加工装置の位置が変更されるように、前記位置変更装置を制御する
     請求項8から10のいずれか一項に記載の加工システム。
  12.  前記基準造形物に関する前記情報は、前記基準造形物の状態に関する情報を含む
     請求項1から11のいずれか一項に記載の加工システム。
  13.  前記基準造形物に関する前記情報は、前記加工対象物と前記基準造形物との相対的な位置関係に関する第1位置情報を含む
     請求項1から12のいずれか一項に記載の加工システム。
  14.  前記第1位置情報は、前記加工対象物のうち付加加工を開始するべき加工開始部分と前記基準造形物との相対的な位置関係に関する情報を含む、
     請求項13に記載の加工システム。
  15.  前記第1位置情報は、第1方向に沿った前記加工対象物と前記基準造形物との相対的な位置、前記第1方向に交差する第2方向に沿った前記加工対象物と前記基準造形物との相対的な位置、並びに、前記第1及び第2方向に交差する第3方向に沿った前記加工対象物と前記基準造形物との相対的な位置の少なくとも一つに関する情報を含む
     請求項13又は14に記載の加工システム。
  16.  前記基準造形物に関する前記情報に加えて、前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に前記基準造形物を形成したときの前記支持装置と前記加工装置との相対的な位置関係に関する第2位置情報を用いて、前記位置変更装置を制御する
     請求項1から15のいずれか一項に記載の加工システム。
  17.  前記支持装置と前記加工装置との位置関係を第4方向に沿って変更しながら前記第1領域に付加加工を行って、前記基準造形物としての第1造形物を形成するように、前記加工装置及び前記位置変更装置を制御する
     請求項1から16のいずれか一項に記載の加工システム。
  18.  前記基準造形物に関する前記情報は、前記第1造形物に関する第1情報を含む
     請求項17に記載の加工システム。
  19.  前記加工装置が前記支持装置に対して前記第4方向に沿って移動しながら前記加工対象物に対して付加加工を行うように付加加工を開始する場合に、前記第1情報を用いて前記位置変更装置を制御する
     請求項18に記載の加工システム。
  20.  前記第1情報を用いて、前記加工対象物のうち付加加工を開始するべき加工開始部分に付加加工を行うことが可能な加工開始位置に前記加工装置が位置するように前記位置変更装置を制御し、その後、前記支持装置に対して前記加工装置が前記第4方向に沿って移動しながら行う付加加工を前記加工対象物に対して開始するように前記加工装置を制御する
     請求項18又は19に記載の加工システム。
  21.  前記支持装置に対して前記加工装置が前記第4方向とは異なる第5方向に沿って移動しながら前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って、前記基準造形物としての第2造形物を形成するように、前記加工装置及び前記位置変更装置を制御する
     請求項17から20のいずれか一項に記載の加工システム。
  22.  前記基準造形物に関する前記情報は、前記第2造形物に関する第2情報を含む
     請求項21に記載の加工システム。
  23.  前記加工装置が前記支持装置に対して前記第5方向に沿って移動しながら前記加工対象物に対して付加加工を行うように付加加工を開始する場合に、前記第2情報を用いて前記位置変更装置を制御する
     請求項22に記載の加工システム。
  24.  前記第2情報を用いて、前記加工対象物のうち付加加工を開始するべき加工開始部分に付加加工を行うことが可能な加工開始位置に前記加工装置が位置するように前記位置変更装置を制御し、その後、前記支持装置に対して前記加工装置が前記第5方向に沿って移動しながら行う付加加工を前記加工対象物に対して開始するように前記加工装置を制御する
     請求項22又は23に記載の加工システム。
  25.  前記第5方向は、前記第4方向とは逆向きの方向である
     請求項21から24のいずれか一項に記載の加工システム。
  26.  前記支持装置に対して前記加工装置が前記第4方向とは異なる第6方向に沿って移動しながら前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って、前記基準造形物としての第3造形物を形成するように、前記加工装置及び前記位置変更装置を制御する
     請求項17から25のいずれか一項に記載の加工システム。
  27.  前記基準造形物に関する前記情報は、前記第3造形物に関する第3情報を含む
     請求項26に記載の加工システム。
  28.  前記加工装置が前記支持装置に対して前記第6方向に沿って移動しながら前記加工対象物に対して付加加工を行うように付加加工を開始する場合に、前記第3情報を用いて前記位置変更装置を制御する
     請求項27に記載の加工システム。
  29.  前記第3情報を用いて、前記加工対象物のうち付加加工を開始するべき加工開始部分に付加加工を行うことが可能な加工開始位置に前記加工装置が位置するように前記位置変更装置を制御し、その後、前記支持装置に対して前記加工装置が前記第6方向に沿って移動しながら行う付加加工を前記加工対象物に対して開始するように前記加工装置を制御する
     請求項27又は28に記載の加工システム。
  30.  前記第6方向は、前記第4方向に交差する方向である
     請求項27から29のいずれか一項に記載の加工システム。
  31.  前記支持装置に対して前記加工装置が前記第4方向及び第6方向とは異なる第7方向に沿って移動しながら前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って、前記基準造形物としての第4造形物を形成するように、前記加工装置及び前記位置変更装置を制御する
     請求項27から30のいずれか一項に記載の加工システム。
  32.  前記基準造形物に関する情報は、前記第4造形物に関する第4情報を含む
     請求項31に記載の加工システム。
  33.  前記加工装置が前記支持装置に対して前記第7方向に沿って移動しながら前記加工対象物に対して付加加工を行うように付加加工を開始する場合に、前記第4情報を用いて前記位置変更装置を制御する
     請求項32に記載の加工システム。
  34.  前記第4情報を用いて、前記加工対象物のうち付加加工を開始するべき加工開始部分に付加加工を行うことが可能な加工開始位置に前記加工装置が位置するように前記位置変更装置を制御し、その後、前記支持装置に対して前記加工装置が前記第7方向に沿って移動しながら行う付加加工を前記加工対象物に対して開始するように前記加工装置を制御する
     請求項32又は33に記載の加工システム。
  35.  前記第7方向は、前記第4方向に交差する方向であって、且つ、前記第6方向とは逆向きの方向である
     請求項32から34のいずれか一項に記載の加工システム。
  36.  前記基準造形物に関する情報は、計測装置で計測される
     請求項1から35のいずれか一項に記載の加工システム。
  37.  前記計測装置を更に備える
     請求項36に記載の加工システム。
  38.  前記計測装置は、前記加工対象物と前記基準造形物との相対的な位置関係を計測可能である
     請求項36又は37に記載の加工システム。
  39.  前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方のうちの第1部分に付加加工を行って前記基準造形物としての第5造形物を形成し、前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方のうちの前記第1部分とは異なる第2部分に付加加工を行って前記基準造形物としての第6造形物を形成し、且つ、前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方のうちの前記第1及び第2部分とは異なる第3部分に付加加工を行って前記基準造形物としての第7造形物を形成するように前記加工装置及び前記位置変更装置を制御し、
     前記基準造形物に関する前記情報は、前記第5造形物から前記第7造形物に関する第5情報を含み、
     前記第5情報を用いて、前記加工装置の位置が表される第1座標系と、前記計測装置によって計測される前記加工対象物と前記基準造形物との相対的な位置関係が表される第2座標系とを関連付ける
     請求項38に記載の加工システム。
  40.  前記第1部分から前記第3部分の少なくとも一つの高さは、前記第1部分から前記第3部分の少なくとも他の一つの高さと異なる
     請求項39に記載の加工システム。
  41.  前記第1部分から前記第3部分の少なくとも二つの間には、前記支持装置のうち前記加工対象物を支持可能な支持領域が配置される
     請求項39又は40に記載の加工システム。
  42.  前記加工対象物の実際の形状と前記加工対象物の設計上の形状との間のずれに関するずれ情報に基づいて、前記加工装置及び前記位置変更装置の少なくとも一方を制御する
     請求項1から41のいずれか一項に記載の加工システム。
  43.  前記ずれ情報に基づいて、付加加工によって前記加工対象物の所望部分に所望形状の付加造形物が付加されるように、前記加工装置及び前記位置変更装置の少なくとも一方を制御する
     請求項42に記載の加工システム。
  44.  前記ずれ情報に基づいて、前記加工対象物の設計上の形状に対して前記加工対象物の実際の形状が大きくなるほど、前記付加造形物の形状が大きくなるように、前記加工装置及び前記位置変更装置の少なくとも一方を制御する
     請求項43に記載の加工システム。
  45.  前記基準造形物に関する前記情報は、前記基準造形物の寸法に関する寸法情報を含む
     請求項1から44のいずれか一項に記載の加工システム。
  46.  前記基準造形物に関する前記情報は、前記基準造形物の形状に関する形状情報を含む
     請求項1から45のいずれか一項に記載の加工システム。
  47.  前記エネルギビームが照射される領域に第8方向から前記材料を供給しながら前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って、前記基準造形物としての第8造形物を形成し、
     前記エネルギビームが照射される領域に前記第8方向と異なる第9方向から前記材料を供給しながら前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って、前記基準造形物としての第9造形物を形成する
     請求項1から46のいずれか一項に記載の加工システム。
  48.  前記加工装置は、前記材料を供給する第1供給口と、前記材料を供給する第2供給口とを備え、
     前記エネルギビームが照射される領域に前記第1供給口から前記材料を供給しながら前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って、前記基準造形物としての第8造形物を形成し、
     前記エネルギビームが照射される領域に前記第2供給口から材料を供給しながら前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って、前記基準造形物としての第9造形物を形成する
     請求項1から47のいずれか一項に記載の加工システム。
  49.  前記加工対象物に対して第10方向から前記エネルギビームを照射しながら前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って、前記基準造形物としての第10造形物を形成し、
     前記加工対象物に対して前記第10方向とは異なる第11方向から前記エネルギビームを照射しながら前記第1領域及び前記第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って、前記基準造形物としての第11造形物を形成する
     請求項1から48のいずれか一項に記載の加工システム。
  50.  加工装置からエネルギビームを照射して加工対象物に付加加工を行う加工方法であって、
     前記加工対象物を支持装置によって支持することと、
     前記支持装置のうちの一部である第1領域及び前記加工対象物の一部である第2領域の少なくとも一方に付加加工を行って基準造形物を形成することと、
     前記基準造形物を計測することと、
     前記計測された前記基準造形物に関する情報に基づいて、前記支持装置と前記加工装置からの前記エネルギビームの照射領域との位置関係を変更することと
     を含む加工方法。
  51.  請求項1から49のいずれか一項に記載の加工システムを用いて、前記加工対象物に対して付加加工を行う加工方法。
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