WO2020250462A1 - 三次元積層装置および方法 - Google Patents

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WO2020250462A1
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powder material
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智宏 若名
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三菱重工工作機械株式会社
技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構
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Definitions

  • the present disclosure relates to a three-dimensional laminating apparatus and a three-dimensional laminating method for manufacturing a three-dimensional shaped object by laminating.
  • Patent Document 1 As a technique for manufacturing a three-dimensional shaped object, a laminated molding technique for manufacturing a three-dimensional shaped object by irradiating a metal powder material with a light beam is known.
  • a laminated modeling technique for example, there is one described in Patent Document 1.
  • the technique described in Patent Document 1 irradiates a powder layer made of a metal powder material with a light beam to form a sintered layer, and by repeating this, a plurality of sintered layers are laminated as a unit. It manufactures the original shape.
  • the above-mentioned laminated molding technology irradiates a light beam from the center of the laminated head toward the object to be processed, and ejects a metal powder material toward the focal point of the light beam from a plurality of places around the laminated head to obtain metal.
  • the powder material is heated with a light beam to melt it.
  • the machined surface may have an uneven shape.
  • a part of the metal powder material ejected toward the focal point of the light beam may interfere with the convex portion on the machined surface.
  • the metal powder material that interferes with the convex portion of the processed surface scatters in the path of the light beam, and the output of the light beam is attenuated.
  • some metal powder materials do not reach the focal point of the light beam, that is, the object to be processed, and the amount of laminated metal powder materials becomes insufficient. As a result, there is a problem that the quality of the three-dimensional shaped object is deteriorated.
  • the present disclosure is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present disclosure is to provide a three-dimensional laminating device and a method for improving the quality of a three-dimensional shaped object.
  • the three-dimensional laminating apparatus of the present disclosure for achieving the above-mentioned object is a three-dimensional laminating apparatus for forming a three-dimensional shape by laminating a molding layer on a processing object, and is formed on a processed surface of the processing object.
  • the powder supply unit that supplies the powder material to the powder material and at least a part of the powder material irradiated with the light beam by irradiating the powder material with a light beam are sintered or melt-solidified to form the molded layer.
  • the light irradiation unit, the interference information acquisition unit that acquires interference information of the powder material ejected from the powder supply unit based on the shape of the processing object with the processing object, and the interference information acquisition unit have acquired the interference information acquisition unit.
  • the powder supply unit includes a control unit that changes the supply path of the powder material to be supplied toward the processed surface of the work object based on the interference information.
  • the interference information acquisition unit acquires the interference information of the powder material injected from the powder supply unit with respect to the processing object based on the shape of the processing object, and the control unit causes the powder supply unit to acquire the interference information based on this interference information.
  • the powder material is supplied toward the processed surface of the object.
  • the powder material does not interfere with the work object and scatter, the output of the light beam is not attenuated, and a fixed amount of the powder material can be supplied to the work object, which is three-dimensional. It is possible to improve the quality of the shaped object.
  • the powder supply unit has a plurality of powder injection units provided around the light irradiation unit at predetermined intervals in the circumferential direction, and the control unit has the plurality of powders.
  • the injection units the injection of the powder material from the powder injection unit that injects the powder material that is presumed to interfere with the object to be processed is stopped.
  • the control unit stops the injection of the powder material from the powder injection unit that injects the powder material that is presumed to interfere with the object to be processed, and injects the powder material from the remaining powder injection unit. While it is possible to prevent the powder material from scattering due to interference with the object to be processed, the powder material can be properly supplied to the object to be processed, regardless of the shape of the object to be processed. It is possible to properly manufacture a three-dimensional shaped object.
  • the control unit stops the injection of the powder material from the powder injection unit that injects the powder material that is estimated to interfere with the object to be processed
  • the powder material It is characterized in that the injection amount of the powder material from the powder injection unit other than the powder injection unit that has stopped the injection of the powder material is increased.
  • the control unit stops the injection of the powder material from the powder injection unit that injects the powder material that is presumed to interfere with the object to be processed
  • the control unit increases the injection amount of the powder material from the remaining powder injection unit. Therefore, an appropriate amount of powder material can be constantly supplied to the object to be processed, and deterioration of the quality of the three-dimensional shaped object can be suppressed.
  • the control unit stops the injection of the powder material from the powder injection unit that injects the powder material that is estimated to interfere with the object to be processed, the light irradiation is performed. It is characterized in that the output of the light beam irradiated by the unit is adjusted.
  • the output of the light beam emitted by the light irradiation unit is adjusted, so that the powder is reduced.
  • the output of the light beam is suitable for the supply amount of the material, and the deterioration of the quality of the three-dimensional shape can be suppressed.
  • the processing target It is characterized by adjusting the processing speed of an object.
  • the processing speed of the object to be processed is adjusted, so that the supply amount of the powder material is reduced.
  • the processing speed is suitable for the above, and deterioration of the quality of the three-dimensional shaped object can be suppressed.
  • the interference information acquisition unit acquires the shape of the processing object in advance, and based on the acquired shape of the processing object, the operation program of the powder supply unit and the light irradiation unit. Is set, and the control unit controls the powder supply unit or the light irradiation unit based on the operation program.
  • control unit controls the powder supply unit or the light irradiation unit based on the operation program of the powder supply unit and the light irradiation unit set based on the shape of the processing object
  • control unit controls the powder supply unit or the light irradiation unit, regardless of the shape of the processing object.
  • the interference information acquisition unit includes a detector that detects or estimates the arrival status of the powder material supplied from the powder supply unit to the processing object, and the control unit. Is characterized in that the powder supply unit is controlled based on the detection result of the detector.
  • control unit controls the powder supply unit based on the arrival status of the powder material detected or estimated by the detector to the processing object, the injected powder is sprayed regardless of the shape of the processing object. It is possible to prevent interference between the material and the object to be processed.
  • the three-dimensional lamination method of the present disclosure is a three-dimensional lamination method in which a molding layer is laminated on an object to be processed to form a three-dimensional shape, and a powder material is supplied toward the processed surface of the object to be processed.
  • the region where the powder material injected from the powder supply unit interferes with the object to be processed is specified, and the powder supply unit processes the object to be processed from the region where the powder material injected from the powder supply unit does not interfere with the object to be processed. Supply the powder material towards the surface.
  • the powder material does not interfere with the work object and scatter, the output of the light beam is not attenuated, and a fixed amount of the powder material can be supplied to the work object, which is three-dimensional. It is possible to improve the quality of the shaped object.
  • the quality of the three-dimensional shaped object can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a three-dimensional stacking apparatus of this embodiment.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing an example of the tip end portion of the laminated head.
  • FIG. 3 is a horizontal cross-sectional view showing an example of the tip end portion of the laminated head.
  • FIG. 4 is a schematic view showing the configuration of the control device.
  • FIG. 5 is a schematic view for explaining a problem at the time of manufacturing a three-dimensional shaped object by a three-dimensional laminating apparatus.
  • FIG. 6 is a time chart showing a first control method for changing the supply path of the powder material by the control device.
  • FIG. 7 is a time chart showing a second control method for changing the supply path of the powder material by the control device.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a method of manufacturing a three-dimensional shaped object by a three-dimensional laminating device.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a three-dimensional laminating device of this embodiment.
  • one direction in the horizontal plane is the X-axis direction
  • the direction orthogonal to the X-axis direction in the horizontal plane is the direction orthogonal to each of the Y-axis direction, the X-axis direction, and the Y-axis direction (that is, vertical).
  • Direction is the Z-axis direction.
  • the three-dimensional stacking device 1 is a device for manufacturing a three-dimensional shaped object on a base portion 100.
  • the base portion 100 is a member that serves as a base on which a three-dimensional shaped object is formed, and is conveyed to a predetermined position by the three-dimensional laminating device 1 to form the three-dimensional formed object on the machined surface.
  • the base portion 100 of the present embodiment is a plate-shaped member.
  • the base portion 100 is not limited to this.
  • a member serving as a base of the three-dimensional shaped object may be used, or a member to which the three-dimensional shaped object is added may be used.
  • a member serving as a part or a product may be used as the base portion 100.
  • the three-dimensional laminating apparatus 1 includes a three-dimensional laminating chamber 2, a spare chamber 3, a laminating head storage chamber 4, a machining unit storage chamber 5, a bed 10, a table portion 11, a laminating head 12, and machining.
  • the unit 13 the control device 20, the shape measurement unit 30, the heating head 31, the device measurement unit 32, the tool exchange unit 33, the nozzle exchange unit 34, the powder introduction unit 35, and the base moving unit 36. It has an air discharge unit 37, a gas introduction unit 38, and a powder recovery unit 39.
  • the three-dimensional stacking chamber 2 is a housing (chamber) in which parts other than the designed communication parts such as connected pipes are sealed from the outside.
  • the designed communication portion is provided with a valve or the like for switching between a closed state and an open state, and the three-dimensional stacking chamber 2 can be sealed as needed.
  • the three-dimensional stacking chamber 2 includes a bed 10, a table section 11, a stacking head 12, a part of a machining section 13, a part of a heating head 31, a device measuring section 32, a tool changing section 33, and the like.
  • the nozzle replacement unit 34 is arranged inside.
  • the spare chamber 3 is provided adjacent to the three-dimensional stacking chamber 2.
  • the spare chamber 3 is sealed from the outside except for the designed communication portion such as the connected pipe.
  • the spare chamber 3 is a decompression chamber that connects the outside and the three-dimensional stacking chamber 2.
  • a base moving portion 36 is provided in the spare chamber 3.
  • a door 6 having airtightness is provided at the connection portion of the three-dimensional stacking chamber 2.
  • the spare chamber 3 is connected to the outside by an airtight door 7.
  • the spare chamber 3 is provided with an air discharge unit 25 for discharging air from the spare chamber 3.
  • the spare chamber 3 can carry necessary members from the outside into the inside.
  • the spare chamber 3 can carry in and out the members to and from the three-dimensional stacking chamber 2.
  • the stacking head storage chamber 4 is provided on the upper surface of the three-dimensional stacking chamber 2 in the Z-axis direction.
  • the stacking head storage chamber 4 is supported by the Z-axis slide portion 4a in a state of being movable in the Z-axis direction (direction of arrow 102) with respect to the three-dimensional stacking chamber 2.
  • the lower surface of the stacking head storage chamber 4 in the Z-axis direction is connected to the three-dimensional stacking chamber 2 by a bellows 18.
  • the bellows 18 connects the lower surface of the stacking head storage chamber 4 in the Z-axis direction to the three-dimensional stacking chamber 2, and makes the lower surface of the stacking head storage chamber 4 in the Z-axis direction a part of the three-dimensional stacking chamber 2. ..
  • an opening is formed in the region surrounded by the bellows 18.
  • the space surrounded by the lower surface of the stacking head storage chamber 4 in the Z-axis direction and the bellows 18 is connected to the three-dimensional stacking chamber 2 and sealed together with the three-dimensional stacking chamber 2.
  • the laminated head storage chamber 4 supports the laminated head 12, the shape measuring unit 30, and the heating head 31.
  • a part including the nozzle 23 of the stacking head 12 and a part including the tip portion 24 of the heating head 31 are directed from the lower surface in the Z-axis direction toward the three-dimensional stacking chamber 2. It is protruding.
  • the laminated head storage chamber 4 is moved in the Z-axis direction by the Z-axis slide portion 4a to move the holding laminated head 12, the shape measuring unit 30, and the heating head 31 in the Z-axis direction. Further, since the laminated head storage chamber 4 is connected to the three-dimensional laminated chamber 2 via the bellows 18, the bellows 18 is deformed according to the movement in the Z-axis direction, and the three-dimensional laminated chamber 2 and the laminated head are stored. The sealed state with the chamber 4 can be maintained.
  • the machining section storage chamber 5 is provided on the upper surface of the three-dimensional stacking chamber 2 in the Z-axis direction. Further, the machining section storage chamber 5 is arranged adjacent to the laminated head storage chamber 4. The machining section storage chamber 5 is supported by the Z-axis slide section 5a in a state of being movable in the Z-axis direction (direction of arrow 104) with respect to the three-dimensional stacking chamber 2. The lower surface of the machined unit storage chamber 5 in the Z-axis direction is connected to the three-dimensional stacking chamber 2 by a bellows 19.
  • the bellows 19 connects the lower surface of the machining section storage chamber 5 in the Z-axis direction and the three-dimensional stacking chamber 2, and the lower surface of the machining section storage chamber 5 in the Z-axis direction is one of the three-dimensional stacking chambers 2. It is a department. Further, in the three-dimensional stacking chamber 2, an opening is formed in the region surrounded by the bellows 19. The space surrounded by the lower surface of the machining unit storage chamber 5 in the Z-axis direction and the bellows 19 is connected to the three-dimensional stacking chamber 2 and sealed together with the three-dimensional stacking chamber 2.
  • the machining section storage chamber 5 supports the machining section 13. Further, in the machining section storage chamber 5, a part of the machining section 13 including the tool 22 projects from the lower surface in the Z-axis direction toward the three-dimensional stacking chamber 2.
  • the machining section storage chamber 5 moves the machining section 13 held by the Z-axis slide section 5a in the Z-axis direction, thereby moving the machining section 13 in the Z-axis direction. Further, since the machining unit storage chamber 5 is connected to the three-dimensional stacking chamber 2 via the bellows 19, the bellows 19 is deformed according to the movement in the Z-axis direction, and is machined with the three-dimensional stacking chamber 2. The sealed state between the unit storage chamber 5 and the unit storage chamber 5 can be maintained.
  • the bed 10 is provided at the bottom of the three-dimensional stacking chamber 2 in the Z-axis direction.
  • the bed 10 supports the table portion 11.
  • Various wirings, pipes, and drive mechanisms are arranged on the bed 10.
  • the table portion 11 is arranged on the upper surface of the bed 10 and supports the base portion 100.
  • the table portion 11 has a Y-axis slide portion 15, an X-axis slide portion 16, and a rotary table portion 17.
  • the table portion 11 attaches the base portion 100 and moves the base portion 100 on the bed 10.
  • the Y-axis slide portion 15 moves the X-axis slide portion 16 with respect to the bed 10 along the Y-axis direction (direction of arrow 106).
  • the X-axis slide portion 16 is fixed to a member that serves as an operating portion of the Y-axis slide portion 15, and moves the rotary table portion 17 with respect to the Y-axis slide portion 15 along the X-axis direction (direction of arrow 108). Let me.
  • the rotary table portion 17 is fixed to a member that serves as an operating portion of the X-axis slide portion 16 and supports the base portion 100.
  • the rotary table portion 17 is, for example, an inclined circular table, and has a fixed table 17a, a rotating table 17b, an inclined table 17c, and a rotating table 17d.
  • the fixing base 17a is fixed to a member that serves as an operating portion of the X-axis slide portion 16.
  • the rotary table 17b is supported by a fixed base 17a and rotates about a rotary shaft 110 parallel to the Z-axis direction as a rotary shaft.
  • the tilt table 17c is supported by the rotary table 17b, and is rotated around a rotary shaft 112 orthogonal to the supported surface of the rotary table 17b.
  • the rotary table 17d is supported by the tilt table 17c and is rotated about a rotation axis 114 orthogonal to the supported surface of the tilt table 17c.
  • the rotary table 17d fixes the base portion 100.
  • the rotary table portion 17 can rotate the base portion 100 around three orthogonal axes by rotating each portion around the rotation axes 110, 112, 114.
  • the table portion 11 moves the base portion 100 fixed to the rotary table portion 17, and the base portion 100 is moved in the Y-axis direction and the X-axis direction by the Y-axis slide portion 15 and the X-axis slide portion 16. Further, the table portion 11 rotates each portion around the rotation axes 110, 112, 114 by the rotary table portion 17, thereby rotating the base portion 100 around three orthogonal axes.
  • the table portion 11 may further move the base portion 100 along the Z-axis direction.
  • the lamination head 12 injects a powder material toward the base portion 100, and further irradiates the injected powder material with a laser beam (light beam) to melt the powder, and the melted powder is placed on the base portion 100. It is solidified with to form a molded layer.
  • the powder introduced into the stacking head 12 is a powder of a material that is a raw material for a three-dimensional shaped object.
  • a metal material such as iron, copper, aluminum or titanium can be used.
  • a material other than a metal material such as ceramic may be used.
  • the stacking head 12 is provided at a position facing the upper surface of the bed 10 in the Z-axis direction, and faces the table portion 11.
  • a nozzle 23 is installed in the lower part of the laminated head 12 in the Z-axis direction.
  • the laminated head 12 has a nozzle 23 mounted on the main body 46.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing an example of the tip of the laminated head
  • FIG. 3 is a horizontal cross-sectional view showing an example of the tip of the laminated head.
  • the nozzle 23 is a double tube having an outer tube 41 and an inner tube 42 inserted inside the outer tube 41.
  • the outer tube 41 is a tubular member, and its diameter decreases toward the tip (lower side in the Z-axis direction).
  • the inner pipe 42 is inserted inside the outer pipe 41.
  • the inner tube 42 is also a tubular member and has a shape in which the diameter decreases toward the tip (lower side in the Z-axis direction).
  • the nozzle 23 serves as a powder flow path (powder supply unit) 43 through which the powder (powder material) P passes between the inner circumference of the outer pipe 41 and the outer circumference of the inner pipe 42.
  • the inner peripheral surface side of the inner tube 42 is the laser path (light irradiation unit) 44 through which the laser light passes.
  • the main body 46 to which the nozzle 23 is mounted is a double tube like the nozzle 23, and the powder flow path 43 and the laser path 44 are also formed in the same manner.
  • a powder flow path 43 is arranged so as to surround the laser path 44.
  • the powder flow path 43 serves as a powder injection unit for injecting powder.
  • the powder P introduced from the powder introduction portion 35 flows through the powder flow path 43, and the nozzle injection port portion (powder injection portion) 45 which is an opening at the end between the outer pipe 41 and the inner pipe 42. Is jetted from.
  • a supply amount control unit 61 is provided in the powder flow path 43 connected to the powder introduction unit 35.
  • the stacking head 12 injects the powder P at a predetermined convergence position so as to have a predetermined convergence diameter.
  • the convergence diameter is the diameter of the locus of the powder P when the diameter of the locus of the injected powder P is minimized.
  • the stacking head 12 ejects the powder P so as to converge inward in the radial direction. That is, the stacking head 12 injects the powder P so that the locus of the powder P has a predetermined convergence diameter.
  • the convergence position is a position where the trajectory of the injected powder P converges.
  • the laminated head 12 has a light source 47, an optical fiber 48, and a condensing unit 49.
  • the light source 47 outputs a laser beam.
  • the optical fiber 48 guides the laser output from the light source 47 to the laser path 44.
  • the condensing unit 49 is arranged in the laser path 44 and is arranged in the optical path of the laser output from the optical fiber 48.
  • the condensing unit 49 condenses the laser beam L output from the optical fiber 48.
  • the laser beam L focused by the light collecting unit 49 is output from the end of the inner tube 42.
  • the light collecting unit 49 is arranged in the main body 46 of the laminated head 12, a part or all of the light collecting unit 49 may be arranged in the nozzle 23. When a part or all of the condensing unit 49 is arranged on the nozzle 23, the focal position can be set to a different position by exchanging the nozzle 23.
  • the laminated head 12 is provided with a laser path 44 through which the laser beam L passes at the position of the central axis O, and a plurality of powder flow paths 43 are provided outside the laser path 44.
  • a supply amount control unit 61 is provided in each of the plurality of powder flow paths 43.
  • six powder flow paths 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f are provided, and six nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f are provided, and 6 Supply amount control units 61a, 61b, 61c, 61d, 61e, 61f are provided in the powder flow paths 43a, 43b, 43c, 43d, 42e, and 43f, respectively.
  • the supply amount control units 61a, 61b, 61c, 61d, 61e, 61f are configured by, for example, a device using a pump, a switching valve, or the like.
  • the supply amount control units 61a, 61b, 61c, 61d, 61e, 61f can supply the powder P by opening the powder flow paths 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f, or the powder flow paths 43a, 43b, By shutting off 43c, 43d, 43e, 43f, the supply of powder P can be stopped.
  • the supply amount control units 61a, 61b, 61c, 61d, 61e, 61f are not limited to the two-stage control of opening and shutting off, and for example, by changing the output of a pump or the like, the powder flow path from the powder introduction unit 35 Increase or decrease the amount of powder P introduced into 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f, that is, the amount of powder P injected from the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f. , The desired powder supply amount can be achieved.
  • the six powder flow paths 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f and the six nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f may be provided at equal intervals in the circumferential direction. It is preferable, but it does not have to be evenly spaced. Further, the number of the powder flow path 43 and the nozzle injection port 45 is not limited to six, and a plurality of the powder flow paths 43 and the nozzle injection port 45 may be provided.
  • the stacking head 12 injects powder P from the powder flow path 43 and outputs laser light L from the laser path 44.
  • the powder P ejected from the stacking head 12 penetrates into the region irradiated with the laser beam L output from the stacking head 12, and is heated by the laser beam L at the focal point F of the laser beam L.
  • the powder P irradiated with the laser beam L melts and then reaches the base portion 100.
  • the powder P that has reached the base 100 in the molten state is cooled and solidified. As a result, a molding layer is formed on the base portion 100.
  • the laminated head 12 of the present embodiment guides the laser beam L output from the light source 47 by the optical fiber 48, but the laminated head 12 is not limited to the optical fiber 48 and may be another transmission member. Further, the light collecting unit 49 may be provided on the main body 46, the nozzle 23, or both. Since the laminated head 12 of the present embodiment can be effectively processed, the powder flow path 43 for injecting the powder P and the laser path 44 for irradiating the laser beam L are provided coaxially, but the present invention is not limited to this.
  • the stacking head 12 may have a mechanism for injecting the powder P and a mechanism for irradiating the laser beam L as separate bodies.
  • the laminated head 12 of the present embodiment irradiates the powder material with a laser beam, but it is sufficient if the powder material can be melted or sintered, and a light beam other than the laser beam may be irradiated.
  • the machining unit 13 machining, for example, a molding layer or the like.
  • the machined portion 13 is provided at a position facing the upper surface of the bed 10 in the Z-axis direction, and faces the table portion 11.
  • the machined portion 13 has a tool 22 mounted on the lower portion in the Z-axis direction.
  • the machined portion 13 may be provided on the upper side of the bed 10 in the Z-axis direction within the movable range of the base portion 100 by the table portion 11, and the arrangement position is not limited to the position of the present embodiment. ..
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the control device 20.
  • the control device 20 includes each part of the three-dimensional stacking device 1 (the above-mentioned bed 10, table portion 11, stacking head 12, machining unit 13, shape measuring unit 30, heating head 31, and device measuring unit). 32, tool changing part 33, nozzle changing part 34, powder introducing part 35, base moving part 36, air discharging part 37, gas introducing part 38, powder collecting part 39, etc.) are electrically connected to the driving part. , Control the operation of each part of the three-dimensional stacking device 1.
  • the control device 20 is installed outside the three-dimensional stacking chamber 2 and the spare chamber 3. As shown in FIG.
  • the control device 20 includes an input unit 51, a control unit 52, a storage unit 53, an output unit 54, a communication unit 55, and an interference information acquisition unit 56.
  • the input unit 51, the control unit 52, the storage unit 53, the output unit 54, the communication unit 55, and the interference information acquisition unit 56 are electrically connected to each other.
  • the input unit 51 is, for example, an operation panel.
  • the worker inputs information, a command, or the like into the input unit 51.
  • the control unit 52 is, for example, a CPU (Central Processing Unit) and a memory.
  • the control unit 52 outputs a command for controlling the operation of each part of the three-dimensional stacking device 1 to each part of the three-dimensional stacking device 1.
  • information and the like from each unit of the three-dimensional stacking device 1 are input to the control unit 52.
  • the storage unit 53 is, for example, a storage device such as a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory).
  • the storage unit 53 stores an operation program of the three-dimensional stacking device 1 that controls the operation of each unit by being executed by the control unit 52, information on the three-dimensional stacking device 1, information on the design of the three-dimensional shape object, and the like. Will be done.
  • the output unit 54 is, for example, a display.
  • the output unit 54 displays, for example, information or the like from each unit of the three-dimensional stacking device 1.
  • the communication unit 55 communicates with a communication line such as the Internet or a LAN (Local Area Network), and exchanges information with the communication line.
  • the interference information acquisition unit 56 acquires interference information of the powder P injected based on the shape of the object to be processed with respect to the object to be processed.
  • the control device 20 may have at least a control unit 52 and a storage unit 53. If the control device 20 has the control unit 52 and the storage unit 53, the control device 20 can output a command to each unit of the three-dimensional stacking device 1.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a problem at the time of manufacturing a three-dimensional shaped object by a three-dimensional laminating device.
  • the machined object 90 is provided with a first machined surface 91 along the horizontal direction, a step 92 along the vertical direction, and a second machined surface 93 along the horizontal direction. It has an uneven shape.
  • the object to be processed 90 moves with respect to the lamination head 12 in the moving direction M1 to perform three-dimensional lamination, but since the lamination head 12 and the object to be processed 90 may move relative to each other, here,
  • the stacking head 12 will be described as moving in the machining direction M2.
  • the lamination head 12 irradiates the first processed surface 91 with the laser beam L and injects the powder P, and moves in the processing direction M2 to perform three-dimensional lamination to form the molding layer 94.
  • the powder P injected on the front side in the processing direction M2 is formed on the step 92 and the second processed surface 93. It interferes with a part of. Then, the powder P that interferes with the step 92 and a part of the second processed surface 93 is scattered in the path of the laser light L, and the output of the laser light L is attenuated. Further, some of the powder P does not reach the first processed surface 91, and the amount of the powder P laminated (thickness of the molded layer 94) is insufficient.
  • the interference information acquisition unit 56 bases the machining object 90 on the shape (3D CAD data, STL data, modeling tool path data, etc.) of the nozzle injection port.
  • Interference information of the powder P injected from the unit 45 with respect to the machined object is acquired, and the control unit 52 supplies the powder P to the machined surface of the machined object 90 by the nozzle injection port 45 based on this interference information.
  • the powder flow path (supply path) 43 is changed.
  • the interference information for example, when three-dimensional lamination is performed based on a predetermined modeling tool path, the powder P supplied from the nozzle injection port 45 at any position may be an object to be processed (a portion already laminated). ) Is blocked in the middle of the convergence path and contains information related to whether it is presumed that it cannot converge to a predetermined position.
  • the stacking head 12 is provided with a plurality of powder flow paths 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f at predetermined intervals in the circumferential direction around the laser path 44, and is a powder.
  • Nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f are provided at the tip portions of the flow paths 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f.
  • the control unit 52 instructs the supply amount control unit 61 to inject the powder P, which is estimated to interfere with the workpiece 90, among the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f. Stop the injection of powder P from the mouth.
  • the control unit 52 instructs the supply amount control unit 61 to inject the powder P out of the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f.
  • the amount of powder P injected from the nozzle injection port other than the stopped nozzle injection port is increased. The specific control method will be described later.
  • the control unit 52 injects the powder P of the nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f, which is estimated to interfere with the workpiece.
  • the control unit 52 reduces the machining speed of the machining object 90. The specific control method will be described later.
  • the interference information acquisition unit 56 acquires the shape of the machining object 90 (3D CAD data, STL data, modeling tool path data, etc.) in advance, and ejects powder P and laser light L based on the acquired shape of the machining object 90.
  • the irradiation operation program of the above is set and stored in the storage unit 53.
  • the control unit 52 controls the injection of the powder P and the irradiation of the laser beam L based on the operation program stored in the storage unit 53.
  • the interference information acquisition unit 56 acquires the interference information of the powder P injected from the nozzle injection port 45 with respect to the processing object based on the shape of the processing object 90. It is not limited to. For example, even if the interference information acquisition unit 56 is provided with a detector 71 that detects or estimates the arrival status of the powder P injected from the nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f to the work target. Good.
  • the control unit 52 controls the injection of the powder P and the irradiation of the laser beam L based on the detection result of the detector 71 (whether the powder P interferes with the object to be processed or may interfere with the object to be processed, etc.). To do.
  • the detector 71 is, for example, a laser detector, a CCD camera, or the like, and is fixed to the stacking head 12 via a bracket 72.
  • FIG. 6 is a time chart showing a first control method for changing the supply path of the powder material by the control device.
  • the three-dimensional shape object is formed on the first processed surface 91 of the object to be processed 90.
  • the object to be processed 90 is, for example, a metal plate-shaped member, but the shape and material are arbitrary as long as a three-dimensional object is manufactured on the upper part.
  • the object to be processed 90 is mounted on the base portion 100.
  • the object to be processed may be a part of the three-dimensional shaped object already formed by the three-dimensional laminating device 1.
  • the control device 20 moves the base portion 100 by the table portion 11 so that the workpiece 90 on the base portion 100 is arranged below the stacking head 12 in the Z-axis direction.
  • the control device 20 introduces the powder from the powder introduction unit 35 into the stacking head 12, and irradiates the laser beam L while injecting the powder P together with the gas from the stacking head 12.
  • the powder P is sprayed toward the object to be processed 90 on the base portion 100 with a predetermined convergence diameter.
  • the laser beam L irradiates the powder P with a predetermined spot diameter between the stacking head 12 and the object to be processed 90.
  • the position of the spot diameter of the laser beam L in the Z-axis direction with respect to the position of the convergence diameter of the powder P in the Z-axis direction and the spot diameter in the position of the convergence diameter of the powder P in the Z-axis direction are, for example, collected. It can be controlled by moving the position of the light unit 49.
  • the laser beam L from the laser path 44 has a focal point F set in the vicinity of the first processed surface 91 of the workpiece 90, and the powder P from the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f is The laser beam L is ejected toward the focal point. Therefore, the powder P ejected from the laminated head 12 is heated by the laser beam L at the focal point F of the laser beam L on the first processed surface 91 of the workpiece 90.
  • the powder P irradiated with the laser beam L melts in the vicinity of the first processed surface 91 of the processed object 90, and then reaches the first processed surface 91 of the processed object 90.
  • the powder P that has reached the first processed surface 91 of the object to be processed 90 in the molten state is cooled here and solidified. As a result, the molding layer 94 is formed on the first processed surface 91 of the object to be processed 90.
  • the control device 20 irradiates the first processed surface 91 of the processed object 90 with the laser beam L from the stacking head 12 while moving the processed object 90 in the predetermined moving direction M1 by the table portion 11, and the powder P. Is injected. Therefore, a continuous molding layer 94 is formed on the first processed surface 91 of the object to be processed 90.
  • the processing direction by the three-dimensional laminating device is M2.
  • the three-dimensional laminating apparatus 1 manufactures a three-dimensional shaped object in which a plurality of molding layers are integrally laminated by repeating the formation of such a molding layer 94.
  • the powder P injected on the front side in the processing direction M2 is formed on the step 92 and the second processed surface 93.
  • the interference information acquisition unit 56 has acquired the shape of the object to be processed 90 in advance, and the operation program of the injection timing of the powder P and the irradiation timing of the laser beam L is set based on the acquired shape of the object to be processed 90. , Stored in the storage unit 53.
  • the control unit 52 controls the injection of the powder P and the irradiation of the laser beam L based on the operation program stored in the storage unit 53 (time t2 in FIG. 6).
  • the laminated head 12 ejects powder P from all nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f, and from the laser path 44.
  • the laser beam L is output.
  • the shape of the object to be machined 90 is acquired in advance, and it is determined that the powder P injected from the nozzle injection ports 45e and 45f interferes with the object to be machined 90 at time t2. Therefore, at time t2, the injection of the powder P from the nozzle injection ports 45e and 45f is stopped, while the injection amount of the powder P from the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c and 45d is increased.
  • the nozzle injection ports 45e and 45f are injecting so that the amount of the powder P injected from the stacking head 12 does not fluctuate.
  • the total injection amount of the powder P is evenly distributed to the injection amount of the powder P injected from the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c, 45d and increased. Further, at this time, since the total amount of the injected powder P does not change, the output of the laser beam L is maintained.
  • the injected powder P is scattered in the path of the laser beam L, the output of the laser beam L is not attenuated, and a part of the powder P does not reach the first processed surface 91 of the powder P. There is no shortage of lamination amount (molded layer 94 thickness). Then, in the operation program, at time t3, the interference between the powder P injected from the nozzle injection ports 45e and 45f and the processing direction M2 is released. Therefore, at time t3, the injection of the powder P from the nozzle injection ports 45e and 45f is restarted, while the injection amount of the powder P from the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c and 45d is reduced. That is, the laminated head 12 injects the same amount of powder P from all the nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f, and outputs the laser light L from the laser path 44.
  • FIG. 7 is a time chart showing a second control method for changing the supply path of the powder material by the control device.
  • the laminated head 12 injects powder P from all nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f, and laser light from the laser path 44. Output L. Then, in the operation program, the powder P injected from the nozzle injection ports 45e and 45f interferes with the workpiece 90 at time t12. Therefore, at time t12, the injection of the powder P from the nozzle injection ports 45e and 45f is stopped, and the output of the laser light L irradiated by the laser path 44 is adjusted according to the decrease in the total amount of the supplied powder P. And also reduce the processing speed of the object to be processed 90.
  • the relationship between the injection amount of the powder P, the output of the laser beam L, and the processing speed of the object to be processed 90 is grasped in advance by experiments or simulations, and the laser beam is used so that the thickness and quality of the molded layer 94 do not change.
  • the output of L and the machining speed of the machining object 90 are set.
  • the injected powder P is scattered in the path of the laser beam L, the output of the laser beam L is not attenuated, and a part of the powder P does not reach the first processed surface 91 of the powder P. Fluctuations in the amount of lamination (thickness of the molded layer 94) are suppressed, and the quality is not deteriorated. Then, in the operation program, at time t13, the interference between the powder P injected from the nozzle injection ports 45e and 45f and the object to be processed 90 is released.
  • control unit 52 is configured to control the injection of the powder P and the irradiation of the laser beam L based on the operation program stored in the storage unit 53, but the configuration is limited to this. is not.
  • the interference information acquisition unit 56 the powder P injected from the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f to the laminated head 12 is processed.
  • a detector 71 for detecting or estimating the arrival status of the powder P may be provided, and the injection of the powder P and the irradiation of the laser beam L may be controlled based on the information acquired from the detector 71.
  • the detector 71 outputs the detection result to the control unit 52 online while the three-dimensional stacking is performed by using the stacking head 12.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a method of manufacturing a three-dimensional shaped object by a three-dimensional laminating device.
  • step S11 the machining object 90 is mounted on the base portion 100, and in the control device 20, the machining target 90 on the base portion 100 is mounted on the stacking head 12 by the table portion 11.
  • the base portion 100 is moved so as to be arranged downward in the Z-axis direction.
  • step S12 the control device 20 introduces the powder from the powder introduction unit 35 into the stacking head 12, and injects the powder P together with the gas from the stacking head 12.
  • step S13 the control device 20 irradiates the laser beam L.
  • step S14 the workpiece 90 is moved together with the base portion 100.
  • step S15 and thereafter three-dimensional stacking is started.
  • the laminated head 12 is connected to all the powder flow paths 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f by the supply amount control units 61a, 61b, 61c, 61d, 61e, 61f.
  • the powder P is introduced, the powder P is injected from all the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f, and the laser beam L is output from the laser path 44.
  • the laser beam L from the laser path 44 has a focal point F set in the vicinity of the first processed surface 91 of the workpiece 90, and the powder P from the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f is The laser beam L is ejected toward the focal point. Therefore, the powder P ejected from the laminated head 12 is heated by the laser beam L at the focal point F of the laser beam L on the first processed surface 91 of the workpiece 90.
  • the powder P irradiated with the laser beam L melts in the vicinity of the first processed surface 91 of the processed object 90, and then reaches the first processed surface 91 of the processed object 90.
  • the powder P that has reached the first processed surface 91 of the object to be processed 90 in the molten state is cooled here and solidified. As a result, the molding layer 94 is formed on the first processed surface 91 of the object to be processed 90.
  • step S16 the control device 20 determines whether or not the three-dimensional stacking is completed.
  • step S17 the control unit 52 of the powder P ejected from the nozzle injection port 45 acquired by the interference information acquisition unit 56. Is interference between the powder P injected from the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f and the object to be processed 90 based on the interference information with respect to the object to be processed (when interference occurs)? Determine if it is estimated).
  • the interference between the powder P and the object to be processed 90 may be determined based on the shape data of the object 90 to be processed acquired by the interference information acquisition unit 56, or may be determined based on the detection result of the detector 71. You may. Here, if it is determined (No) that no interference has occurred between the powder P injected from the nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f and the object to be processed 90, step S18. The injection form of the powder P and the irradiation form of the laser beam L are maintained as they are, and the process returns to step S16 to repeat the process.
  • step S19 the injection of the powder P from the nozzle injection ports 45e and 45f is stopped, while the injection amount of the powder P from the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c and 45d.
  • First control method the injection of the powder P from the nozzle injection ports 45e and 45f is stopped, the output of the laser beam L irradiated by the laser path 44 is reduced, and the processing speed of the machining object 90 is lowered (second control). Method).
  • step S17 the control unit 52 determines whether or not interference has occurred between the powder P and the object to be processed 90. judge.
  • the process returns to step S16 via step S19 and the process is continued.
  • step S18 the injection of the powder P from the nozzle injection ports 45e and 45f is restarted, while the nozzle The amount of powder P injected from the injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d is reduced. That is, the injection amount of the powder P is restored from the nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f.
  • the injection of the powder P from the nozzle injection ports 45e and 45f is restarted to increase the output of the laser beam L irradiated by the laser path 44 and increase the processing speed of the object 90 to be processed. That is, the injection amount of the powder P, the output of the laser beam L, and the processing speed of the object to be processed 90 are restored from the nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f.
  • step S20 the control device 20 stops the introduction of the powder from the powder introduction unit 35 into the lamination head 12, and together with the gas from the lamination head 12. Stop the injection of powder P. Further, in step S21, the control device 20 stops the irradiation of the laser beam L. Then, in step S22, the movement of the object to be processed 90 is stopped together with the base portion 100.
  • the powder flow path 43 and the nozzle injection port 45 as the powder supply unit for supplying the powder P toward the object to be processed 90, and the laser beam to the powder P.
  • the laser path 44 Based on the laser path 44 as a light irradiation part that irradiates L and sinters or melts and solidifies at least a part of the powder P irradiated with the laser light L to form the molded layer 94, and the shape of the object to be processed 90.
  • the interference information acquisition unit 56 that acquires the interference information of the powder P injected from the nozzle injection port 45 with respect to the processing target 90, and the nozzle injection port 45 processes the powder P based on the interference information acquired by the interference information acquisition unit 56.
  • a control unit 52 for changing the powder flow path 43 of the powder P supplied toward the object 90 is provided.
  • the control unit 52 identifies a region where the powder P injected from the nozzle injection port 45 interferes with the work target 90, and the powder P injected from the nozzle injection port 45 does not interfere with the work target 90.
  • the nozzle injection port 45 supplies the powder P from the region toward the workpiece 90.
  • the powder P does not interfere with the work target 90 and scatter, the output of the laser beam L is not attenuated, and a predetermined amount of the powder P can be supplied to the work target 90. , It is possible to improve the quality of three-dimensional shaped objects.
  • the laminating head 12 is provided with a plurality of powder flow paths 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f and a plurality of nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f.
  • the control unit 52 is provided, and the control unit 52 stops the injection of the powder P from the nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f for injecting the powder P which is estimated to interfere with the workpiece 90. Therefore, it is possible to prevent the powder P from scattering due to the powder P interfering with the processing target object 90, while it is possible to supply the powder P to the processing target object 90, and the shape of the processing target object 90. Regardless of this, a three-dimensional shaped object can be properly manufactured.
  • the control unit 52 ejects the powder P from the nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f for injecting the powder P estimated to interfere with the workpiece 90.
  • the control unit 52 ejects the powder P from the nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f for injecting the powder P estimated to interfere with the workpiece 90.
  • the output of the laser beam L emitted by the laser path 44 is adjusted, for example, decreased. Therefore, the output of the laser beam L corresponding to the reduced supply amount of the powder P is obtained, and the deterioration of the quality of the three-dimensional shaped object can be suppressed.
  • the control unit 52 ejects the powder P from the nozzle injection port portions 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f for injecting the powder P estimated to interfere with the workpiece 90.
  • the processing speed of the processing object 90 is adjusted, for example, decreased. Therefore, the processing speed becomes suitable for the reduced supply amount of the powder P, and the deterioration of the quality of the three-dimensional shaped object can be suppressed.
  • the interference information acquisition unit 56 acquires the shape of the processing object 90 in advance, and based on the acquired shape of the processing object 90, ejects the powder P and irradiates the laser beam L.
  • the operation program is set, and the control unit 52 controls the injection of the powder P and the irradiation of the laser beam L based on the operation program. Therefore, regardless of the shape of the object to be processed 90, it is possible to prevent the injected powder P from interfering with the object to be processed 90.
  • the interference information acquisition unit 56 is provided with a detector 71 that detects or estimates the arrival status of the powder P injected from the nozzle injection port 45 to the work target 90, and is a control unit. 52 controls the injection of powder P based on the detection result of the detector 71. Therefore, regardless of the shape of the object to be processed 90, it is possible to prevent the injected powder P from interfering with the object to be processed 90.
  • the process includes a step of changing the powder flow path 43 of the powder P supplied by the nozzle injection port portion 45 toward the work target 90 based on the interference information.
  • the region where the powder P injected from the nozzle injection port 45 interferes with the work target 90 is specified, and the nozzle injection port is from the region where the powder P injected from the nozzle injection port 45 does not interfere with the work target 90.
  • the unit 45 supplies the powder P toward the object to be processed 90. As a result, the powder P does not interfere with the work target 90 and scatter, the output of the laser beam L is not attenuated, and a predetermined amount of the powder P can be supplied to the work target 90. , It is possible to improve the quality of three-dimensional shaped objects.
  • the interference information acquisition unit 56 detects or estimates the arrival status of the powder P injected from the nozzle injection ports 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f to the work target 90.
  • the detector 71 is not limited to this configuration.
  • the interference information acquisition unit 56 is used as a CCD camera, the CCD camera captures the shape of the work target 90, and the control unit 52 determines the interference between the powder P and the work target 90 based on the shape of the work target 90. You may.
  • the powder material injected by the powder supply unit is a metal powder material, but a non-metal powder material such as a resin powder material may be used.
  • the light beam is a laser beam, it may be an electron beam or the like.
  • Three-dimensional laminating device Three-dimensional laminating room 3 Spare room 4 Laminating head storage room 4a, 5a Z-axis slide part 5 Machining part storage room 6, 7 Door 10 Bed 11 Table part ⁇ 2 Laminating head 13 Machining part 15 Y axis Slide part 16 X-axis slide part 17 Rotating table part 17a Fixed base 17b Rotating table 17c Tilt table 17d Rotating table 18, 19 Bellows 20 Control device 22 Tool 23 Nozzle 24 Tip 25 Air discharge part 30 Shape measuring part 31 Heating head 32 device Measuring unit 33 Tool exchange unit 34 Nozzle exchange unit 35 Powder introduction unit 36 Base moving unit 37 Air discharge unit 38 Gas introduction unit 39 Powder recovery unit 41 Outer pipe 42 Inner pipe 43, 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f Powder flow path (powder supply unit) 44 Laser path (light irradiation part) 45, 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, 45f Nozzle injection port (powder injection) 46 Main unit 47 Light source 48 Optimal

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Abstract

三次元積層装置および方法において、加工対象物（９０）に向けて粉末（Ｐ）を供給する粉末供給部としての粉末流路（４３）およびノズル噴射口部（４５）と、粉末（Ｐ）にレーザ光（Ｌ）を照射してレーザ光（Ｌ）が照射された粉末（Ｐ）の少なくとも一部を焼結または溶融固化させて成形層（９４）を形成する光照射部としてのレーザ経路（４４）と、加工対象物（９０）の形状に基づいてノズル噴射口部（４５）から噴射される粉末（Ｐ）の加工対象物（９０）に対する干渉情報を取得する干渉情報取得部（５６）と、干渉情報取得部（５６）が取得した干渉情報に基づいてノズル噴射口部（４５）が加工対象物（９０）に向けて供給する粉末（Ｐ）の粉末流路（４３）を変更する制御部（５２）とを備える。

Description

三次元積層装置および方法
　本開示は、積層により三次元形状物を製造する三次元積層装置および三次元積層方法に関するものである。
　三次元形状物を製造する技術として、金属粉末材料に光ビームを照射することによって三次元形状物を製造する積層造形技術が知られている。積層造形技術としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載された技術は、金属粉末材料で形成された粉末層に光ビームを照射して焼結層を形成し、それを繰り返すことによって複数の焼結層が一体として積層された三次元形状物を製造するものである。
特開２０１５－１９６２６４号公報
　上述した積層造形技術は、積層ヘッドの中心部から加工対象物に向けて光ビームを照射し、積層ヘッドの周囲の複数個所から光ビームの焦点に向けて金属粉末材料を噴射することで、金属粉末材料を光ビームで加熱して溶融させる。ところで、三次元積層作業の途中工程で、また、機械加工により製造された加工対象物に対して三次元積層を行うとき、加工面が凹凸形状になることがある。加工面が凹凸形状をなすと、光ビームの焦点に向けて噴射された金属粉末材料の一部が加工面にある凸部に干渉することがある。すると、加工面の凸部に干渉した金属粉末材料が光ビームの経路に飛散し、光ビームの出力を減衰させてしまう。また、一部の金属粉末材料が光ビームの焦点、つまり、加工対象物に到達せずに金属粉末材料の積層量が不足してしまう。その結果、三次元形状物の品質を低下させてしまうという課題がある。
　本開示は、上述した課題を解決するものであり、三次元形状物の品質の向上を図る三次元積層装置および方法を提供することを目的とする。
　上述した目的を達成するための本開示の三次元積層装置は、加工対象物に成形層を積層させて三次元形状物を形成する三次元積層装置であって、前記加工対象物の加工面に向けて粉末材料を供給する粉末供給部と、前記粉末材料に光ビームを照射して前記光ビームが照射された前記粉末材料の少なくとも一部を焼結または溶融固化させて前記成形層を形成する光照射部と、前記加工対象物の形状に基づいて前記粉末供給部から噴射される前記粉末材料の前記加工対象物に対する干渉情報を取得する干渉情報取得部と、前記干渉情報取得部が取得した前記干渉情報に基づいて前記粉末供給部が前記加工対象物の加工面に向けて供給する前記粉末材料の供給経路を変更する制御部と、を備えることを特徴とする。
　そのため、干渉情報取得部は、加工対象物の形状に基づいて粉末供給部から噴射される粉末材料の加工対象物に対する干渉情報を取得し、制御部は、この干渉情報に基づいて粉末供給部が加工対象物の加工面に向けて供給する粉末材料の供給経路を変更する。すなわち、制御部は、粉末供給部から噴射される粉末材料が加工対象物に干渉する領域を特定し、粉末供給部から噴射される粉末材料が加工対象物に干渉しない領域から粉末供給部が加工対象物の加工面に向けて粉末材料を供給する。その結果、粉末材料が加工対象物に干渉して飛散せず、光ビームの出力を減衰させることがなく、また、決められた量の粉末材料を加工対象物に供給することができ、三次元形状物の品質の向上を図ることができる。
　本開示の三次元積層装置では、前記粉末供給部は、前記光照射部の周囲に周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の粉末噴射部を有し、前記制御部は、前記複数の粉末噴射部のうち、前記加工対象物への干渉が推定される前記粉末材料を噴射する前記粉末噴射部からの前記粉末材料の噴射を停止することを特徴とする。
　そのため、制御部は、加工対象物への干渉が推定される粉末材料を噴射する粉末噴射部からの粉末材料の噴射を停止し、残りの粉末噴射部から粉末材料を噴射することとなり、粉末材料が加工対象物に干渉することで発生する粉末材料の飛散を防止することができる一方で、加工対象物に対して粉末材料を適正に供給することができ、加工対象物の形状に拘わらず、三次元形状物を適正に製造することができる。
　本開示の三次元積層装置では、前記制御部は、前記加工対象物への干渉が推定される前記粉末材料を噴射する前記粉末噴射部からの前記粉末材料の噴射を停止したとき、前記粉末材料の噴射を停止した前記粉末噴射部以外の前記粉末噴射部からの前記粉末材料の噴射量を増加させることを特徴とする。
　そのため、制御部は、加工対象物への干渉が推定される粉末材料を噴射する粉末噴射部からの粉末材料の噴射を停止したとき、残りの粉末噴射部からの粉末材料の噴射量を増加させることから、常時、適正量の粉末材料を加工対象物へ供給することができ、三次元形状物の品質の低下を抑制することができる。
　本開示の三次元積層装置では、前記制御部は、前記加工対象物への干渉が推定される前記粉末材料を噴射する前記粉末噴射部からの前記粉末材料の噴射を停止したとき、前記光照射部が照射する前記光ビームの出力を調整することを特徴とする。
　そのため、加工対象物への干渉が推定される粉末材料を噴射する粉末噴射部からの粉末材料の噴射を停止したとき、光照射部が照射する光ビームの出力を調整することから、減少した粉末材料の供給量に適合した光ビームの出力となり、三次元形状物の品質の低下を抑制することができる。
　本開示の三次元積層装置では、前記制御部は、前記加工対象物への干渉が推定される前記粉末材料を噴射する前記粉末噴射部からの前記粉末材料の噴射を停止したとき、前記加工対象物の加工速度を調整することを特徴とする。
　そのため、加工対象物への干渉が推定される粉末材料を噴射する粉末噴射部からの粉末材料の噴射を停止したとき、加工対象物の加工速度を調整することから、減少した粉末材料の供給量に適合した加工速度となり、三次元形状物の品質の低下を抑制することができる。
　本開示の三次元積層装置では、前記干渉情報取得部は、予め前記加工対象物の形状を取得し、取得した前記加工対象物の形状に基づいて前記粉末供給部と前記光照射部の作動プログラムが設定され、前記制御部は、前記作動プログラムに基づいて前記粉末供給部または前記光照射部を制御することを特徴とする。
　そのため、制御部は、加工対象物の形状に基づいて設定された粉末供給部と光照射部の作動プログラムに基づいて粉末供給部または光照射部を制御することから、加工対象物の形状に拘わらず、噴射された粉末材料と加工対象物との干渉を防止することができる。
　本開示の三次元積層装置では、前記干渉情報取得部は、前記粉末供給部から供給される前記粉末材料の前記加工対象物への到達状況を検出または推定する検出器を有し、前記制御部は、前記検出器の検出結果に基づいて前記粉末供給部を制御することを特徴とする。
　そのため、制御部は、検出器により検出または推定された粉末材料の加工対象物への到達状況に基づいて前記粉末供給部を制御することから、加工対象物の形状に拘わらず、噴射された粉末材料と加工対象物との干渉を防止することができる。
　また、本開示の三次元積層方法は、加工対象物に成形層を積層させて三次元形状物を形成する三次元積層方法であって、前記加工対象物の加工面に向けて粉末材料を供給する工程と、前記粉末材料に光ビームを照射して前記光ビームが照射された前記粉末材料の少なくとも一部を焼結または溶融固化させて前記成形層を形成する工程と、前記加工対象物の形状に基づいて前記粉末材料の前記加工対象物に対する干渉情報を取得する工程と、前記干渉情報に基づいて前記加工対象物の加工面に向けて供給する前記粉末材料の供給経路を変更する工程と、を有することを特徴とする。
　そのため、粉末供給部から噴射される粉末材料が加工対象物に干渉する領域を特定し、粉末供給部から噴射される粉末材料が加工対象物に干渉しない領域から粉末供給部が加工対象物の加工面に向けて粉末材料を供給する。その結果、粉末材料が加工対象物に干渉して飛散せず、光ビームの出力を減衰させることがなく、また、決められた量の粉末材料を加工対象物に供給することができ、三次元形状物の品質の向上を図ることができる。
　本開示の三次元積層装置および方法によれば、三次元形状物の品質の向上を図ることができる。
図１は、本実施形態の三次元積層装置を示す模式図である。 図２は、積層ヘッドの先端部の一例を示す縦断面図である。 図３は、積層ヘッドの先端部の一例を示す水平断面図である。 図４は、制御装置の構成を示す模式図である。 図５は、三次元積層装置による三次元形状物の製造時の課題を説明するための概略図である。 図６は、制御装置による粉末材料の供給経路を変更する第１の制御方法を示すタイムチャートである。 図７は、制御装置による粉末材料の供給経路を変更する第２の制御方法を示すタイムチャートである。 図８は、三次元積層装置による三次元形状物の製造方法を示すフローチャートである。
　以下に添付図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
　図１は、本実施形態の三次元積層装置を示す模式図である。ここで、本実施形態では、水平面内の一方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち、鉛直方向）をＺ軸方向とする。
　図１に示すように、三次元積層装置１は、基台部１００に三次元形状物を製造する装置である。基台部１００は、三次元形状物が形成される土台となる部材であり、三次元積層装置１で所定の位置に搬送され、加工面に三次元形成物が形成される。本実施形態の基台部１００は、板状の部材である。なお、基台部１００は、これに限定されない。基台部１００は、三次元形状物の土台となる部材を用いてもよいし、三次元形状物を付加する部材を用いてもよい。所定の位置に三次元形成物が形成されることで、部品、製品となる部材を基台部１００として用いてもよい。
　三次元積層装置１は、三次元積層室２と、予備室３と、積層ヘッド収納室４と、機械加工部収納室５と、ベッド１０と、テーブル部１１と、積層ヘッド１２と、機械加工部１３と、制御装置２０と、形状計測部３０と、加熱ヘッド３１と、装置計測部３２と、工具交換部３３と、ノズル交換部３４と、粉末導入部３５と、基台移動部３６と、空気排出部３７と、ガス導入部３８と、粉末回収部３９とを有する。
　三次元積層室２は、接続された配管等の設計された連通部分以外が外部から密封されている筐体（チャンバー）である。なお、設計された連通部分は、密閉状態と開放状態を切り換えるバルブ等が設けられており、必要に応じて、三次元積層室２を密閉状態とすることができる。三次元積層室２は、ベッド１０と、テーブル部１１と、積層ヘッド１２と、機械加工部１３の一部と、加熱ヘッド３１の一部と、装置計測部３２と、工具交換部３３と、ノズル交換部３４とが内部に配置されている。
　予備室３は、三次元積層室２に隣接して設けられている。予備室３は、接続された配管等の設計された連通部分以外が外部から密封されている。予備室３は、外部と三次元積層室２とを接続する減圧室となっている。予備室３内には、基台移動部３６が設けられている。ここで、予備室３は、三次元積層室２の接続部に、例えば、気密性を有する扉６が設けられている。また、予備室３は、気密性を有する扉７により外部と接続されている。また、予備室３には、予備室３から空気を排出する空気排出部２５が設けられている。予備室３は、扉７を開くことで、外部から必要な部材を内部に搬入することができる。また、予備室３は、扉６を開くことで、三次元積層室２との間で部材の搬入、搬出を行うことができる。
　積層ヘッド収納室４は、三次元積層室２のＺ軸方向上側の面に設けられている。積層ヘッド収納室４は、Ｚ軸スライド部４ａで三次元積層室２に対してＺ軸方向（矢印１０２の方向）に移動可能な状態で支持されている。積層ヘッド収納室４は、Ｚ軸方向下側の面がベローズ１８により三次元積層室２と繋がっている。ベローズ１８は、積層ヘッド収納室４のＺ軸方向下側の面と三次元積層室２と繋げ、積層ヘッド収納室４のＺ軸方向下側の面を三次元積層室２の一部とする。また、三次元積層室２は、ベローズ１８で囲われた領域に開口が形成されている。積層ヘッド収納室４のＺ軸方向下側の面とベローズ１８とで囲まれた空間は、三次元積層室２と繋がり、三次元積層室２とともに密閉されている。積層ヘッド収納室４は、積層ヘッド１２と、形状計測部３０と、加熱ヘッド３１とを支持している。また、積層ヘッド収納室４は、積層ヘッド１２のノズル２３を含む一部と、加熱ヘッド３１の先端部２４を含む一部とがＺ軸方向下側の面から三次元積層室２に向けて突出している。
　積層ヘッド収納室４は、Ｚ軸スライド部４ａでＺ軸方向に移動することで、保持している積層ヘッド１２と、形状計測部３０と、加熱ヘッド３１とをＺ軸方向に移動させる。また、積層ヘッド収納室４は、ベローズ１８を介して三次元積層室２と接続していることで、ベローズ１８がＺ軸方向の移動に合わせて変形し、三次元積層室２と積層ヘッド収納室４との間の密閉状態を維持できる。
　機械加工部収納室５は、三次元積層室２のＺ軸方向上側の面に設けられている。また、機械加工部収納室５は、積層ヘッド収納室４に隣接して配置されている。機械加工部収納室５は、Ｚ軸スライド部５ａで三次元積層室２に対してＺ軸方向（矢印１０４の方向）に移動可能な状態で支持されている。機械加工部収納室５は、Ｚ軸方向下側の面がベローズ１９により三次元積層室２と繋がっている。ベローズ１９は、機械加工部収納室５のＺ軸方向下側の面と三次元積層室２とを繋げ、機械加工部収納室５のＺ軸方向下側の面を三次元積層室２の一部とする。また、三次元積層室２は、ベローズ１９で囲われた領域に開口が形成されている。機械加工部収納室５のＺ軸方向下側の面とベローズ１９とで囲まれた空間は、三次元積層室２と繋がり、三次元積層室２とともに密閉されている。機械加工部収納室５は、機械加工部１３を支持している。また、機械加工部収納室５は、機械加工部１３の工具２２を含む一部がＺ軸方向下側の面から三次元積層室２に向けて突出している。
　機械加工部収納室５は、Ｚ軸スライド部５ａでＺ軸方向に移動することで、保持している機械加工部１３をＺ軸方向に移動させる。また、機械加工部収納室５は、ベローズ１９を介して三次元積層室２と接続していることで、ベローズ１９がＺ軸方向の移動に合わせて変形し、三次元積層室２と機械加工部収納室５との間の密閉状態を維持できる。
　ベッド１０は、三次元積層室２内のＺ軸方向の底部に設けられている。ベッド１０は、テーブル部１１を支持している。ベッド１０は、各種配線や配管や駆動機構が配置されている。
　テーブル部１１は、ベッド１０の上面に配置され、基台部１００を支持する。テーブル部１１は、Ｙ軸スライド部１５と、Ｘ軸スライド部１６と、回転テーブル部１７とを有する。テーブル部１１は、基台部１００を取り付けて基台部１００をベッド１０上で移動させる。
　Ｙ軸スライド部１５は、ベッド１０に対してＸ軸スライド部１６をＹ軸方向（矢印１０６の方向）に沿って移動させる。Ｘ軸スライド部１６は、Ｙ軸スライド部１５の稼働部となる部材に固定されており、Ｙ軸スライド部１５に対して回転テーブル部１７をＸ軸方向（矢印１０８の方向）に沿って移動させる。回転テーブル部１７は、Ｘ軸スライド部１６の稼働部となる部材に固定されており、基台部１００を支持している。回転テーブル部１７は、例えば、傾斜円テーブルであり、固定台１７ａと、回転テーブル１７ｂと、傾斜テーブル１７ｃと、回転テーブル１７ｄとを有する。固定台１７ａは、Ｘ軸スライド部１６の稼働部となる部材に固定されている。回転テーブル１７ｂは、固定台１７ａに支持されており、Ｚ軸方向と平行な回転軸１１０を回転軸として回転する。傾斜テーブル１７ｃは、回転テーブル１７ｂに支持されており、回転テーブル１７ｂの支持されている面に直交する回転軸１１２を軸として回動される。回転テーブル１７ｄは、傾斜テーブル１７ｃに支持されており、傾斜テーブル１７ｃの支持されている面に直交する回転軸１１４を軸として回転される。回転テーブル１７ｄは、基台部１００を固定している。
　このように回転テーブル部１７は、回転軸１１０，１１２，１１４を軸として各部を回転させることで、基台部１００を直交する３軸周りに回転させることができる。テーブル部１１は、回転テーブル部１７に固定されている基台部１００を、基台部１００は、Ｙ軸スライド部１５およびＸ軸スライド部１６により、Ｙ軸方向およびＸ軸方向に移動させる。また、テーブル部１１は、回転テーブル部１７により回転軸１１０，１１２，１１４を軸として各部を回転させることで、基台部１００を直交する３軸周りに回転させる。テーブル部１１は、さらにＺ軸方向に沿って基台部１００を移動させてもよい。
　積層ヘッド１２は、基台部１００に向けて粉末材料を噴射し、さらに噴射した粉末材料にレーザ光（光ビーム）を照射することにより粉末を溶融させて、溶融した粉末を基台部１００上で固化させて成形層を形成する。積層ヘッド１２に導入される粉末は、三次元形状物の原料となる材料の粉末である。本実施形態において、粉末は、例えば、鉄、銅、アルミニウムまたはチタン等の金属材料などを用いることができる。なお、粉末としては、セラミック等の金属材料以外の材料を用いてもよい。積層ヘッド１２は、ベッド１０のＺ軸方向の上側の面に対面する位置に設けられており、テーブル部１１と対面している。積層ヘッド１２は、Ｚ軸方向の下部にノズル２３が設置されている。積層ヘッド１２は、本体４６にノズル２３が装着されている。
　図２は、積層ヘッドの先端部の一例を示す縦断面図、図３は、積層ヘッドの先端部の一例を示す水平断面図である。
　図２および図３に示すように、ノズル２３は、外管４１と、外管４１の内部に挿入された内管４２とを有する二重管である。外管４１は、管状の部材であり、先端（Ｚ軸方向下側）に向かって径が小さくなっている。内管４２は、外管４１の内部に挿入されている。内管４２も、管状の部材であり、先端（Ｚ軸方向下側）に向かって径が小さくなる形状である。ノズル２３は、外管４１の内周と内管４２の外周との間が粉末（粉末材料）Ｐの通過する粉末流路（粉末供給部）４３となる。内管４２の内周面側がレーザ光の通過するレーザ経路（光照射部）４４となる。ここで、ノズル２３が装着されている本体４６は、ノズル２３と同様に二重管であり、粉末流路４３とレーザ経路４４も同様に形成されている。積層ヘッド１２は、レーザ経路４４の周囲を囲うように粉末流路４３が配置されている。本実施形態では、粉末流路４３が、粉末を噴射する粉末噴射部となる。積層ヘッド１２は、粉末導入部３５から導入された粉末Ｐが粉末流路４３を流れ、外管４１と内管４２との間の端部の開口であるノズル噴射口部（粉末噴射部）４５から噴射される。また、粉末導入部３５に連結される粉末流路４３に供給量制御部６１が設けられる。
　積層ヘッド１２は、粉末Ｐを、所定の収束位置において所定の収束径を有するように噴射する。ここで、収束径とは、噴射された粉末Ｐの軌跡の径が最小になる場合の粉末Ｐの軌跡の径である。上述のように、ノズル２３は先端に向かって径が小さくなっているので、積層ヘッド１２は、粉末Ｐを、放射方向内側に収束するように噴射する。すなわち、積層ヘッド１２は、粉末Ｐの軌跡が所定の収束径を有するように、粉末Ｐを噴射する。また、収束位置とは、噴射された粉末Ｐの軌跡が収束する位置である。
　また、積層ヘッド１２は、光源４７と光ファイバ４８と集光部４９とを有する。光源４７は、レーザ光を出力する。光ファイバ４８は、光源４７から出力されたレーザをレーザ経路４４に案内する。集光部４９は、レーザ経路４４に配置され、光ファイバ４８から出力されたレーザの光路に配置されている。集光部４９は、光ファイバ４８から出力されたレーザ光Ｌを集光する。集光部４９で集光されたレーザ光Ｌは、内管４２の端部から出力される。積層ヘッド１２は、集光部４９を本体４６に配置したが、集光部４９の一部または全部をノズル２３に配置してもよい。ノズル２３に集光部４９の一部または全部を配置した場合、ノズル２３を交換することで、焦点位置を異なる位置とすることができる。
　積層ヘッド１２は、中心軸Ｏの位置にレーザ光Ｌの通過するレーザ経路４４が設けられ、その外側に複数の粉末流路４３が設けられる。複数の粉末流路４３には、それぞれ供給量制御部６１が設けられる。本実施形態では、６個の粉末流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆが設けられると共に、６個のノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆが設けられ、６個の粉末流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４２ｅ，４３ｆにそれぞれ供給量制御部６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆが設けられる。供給量制御部６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆは、例えば、ポンプや切替弁などを用いた装置により構成される。供給量制御部６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆは、粉末流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆを開放することで粉末Ｐを供給したり、粉末流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆを遮断することで粉末Ｐの供給を停止したりすることができる。また、供給量制御部６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆは、開放・遮断の２段階制御に限らず、例えば、ポンプなどの出力を変更することで、粉末導入部３５から粉末流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆに導入される粉末Ｐの導入量、つまり、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから噴射される粉末Ｐの噴射量を増減させ、所望の粉末供給量を実現することができる。なお、６個の粉末流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆおよび６個のノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆは、周方向に均等間隔で設けられることが好ましいが、均等間隔でなくてもよい。また、粉末流路４３およびノズル噴射口部４５の個数は、６個に限るものではなく、複数個設けられていればよい。
　積層ヘッド１２は、粉末流路４３から粉末Ｐを噴射し、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力する。積層ヘッド１２から噴射された粉末Ｐは、積層ヘッド１２から出力されたレーザ光Ｌが照射される領域に侵入し、レーザ光Ｌの焦点Ｆでこのレーザ光Ｌによって加熱される。レーザ光Ｌが照射された粉末Ｐは溶融した後、基台部１００上に到達する。溶融した状態で基台部１００上に到達した粉末Ｐは、冷却されて固化する。これにより、基台部１００上に成形層を形成する。
　ここで、本実施形態の積層ヘッド１２は、光源４７から出力されたレーザ光Ｌを光ファイバ４８で案内したが、光ファイバ４８に限らず他の伝送部材であってもよい。また、集光部４９は、本体４６に設けてもノズル２３に設けても、両方に設けてもよい。本実施形態の積層ヘッド１２は、効果的に加工ができるため、粉末Ｐを噴射する粉末流路４３と、レーザ光Ｌを照射するレーザ経路４４とを同軸に設けたがこれに限定されない。積層ヘッド１２は、粉末Ｐを噴射する機構とレーザ光Ｌを照射する機構とを別体としてもよい。本実施形態の積層ヘッド１２は、粉末材料にレーザ光を照射したが、粉末材料を溶解または焼結させることができればよく、レーザ光以外の光ビームを照射してもよい。
　図１に示すように、機械加工部１３は、例えば、成形層等を機械加工する。機械加工部１３は、ベッド１０のＺ軸方向の上側の面に対面する位置に設けられており、テーブル部１１と対面している。機械加工部１３は、Ｚ軸方向の下部に工具２２が装着されている。なお、機械加工部１３は、ベッド１０よりもＺ軸方向上側で、テーブル部１１による基台部１００の移動可能範囲に設けられていればよく、配置位置は本実施形態の位置に限られない。
　図４は、制御装置２０の構成を示す模式図である。
　図１に示すように、制御装置２０は、三次元積層装置１の各部（上述したベッド１０、テーブル部１１、積層ヘッド１２、機械加工部１３、形状計測部３０、加熱ヘッド３１、装置計測部３２、工具交換部３３、ノズル交換部３４、粉末導入部３５、基台移動部３６、空気排出部３７、ガス導入部３８、粉末回収部３９など）の駆動部と電気的に接続されており、三次元積層装置１の各部の動作を制御する。制御装置２０は、三次元積層室２や予備室３の外部に設置されている。制御装置２０は、図４に示すように、入力部５１と、制御部５２と、記憶部５３と、出力部５４と、通信部５５と、干渉情報取得部５６とを有する。入力部５１と、制御部５２と、記憶部５３と、出力部５４と、通信部５５と、干渉情報取得部５６の各部は電気的に接続されている。
　入力部５１は、例えば、操作パネルである。作業者は、入力部５１に情報や指令等を入力する。制御部５２は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）およびメモリである。制御部５２は、三次元積層装置１の各部に、三次元積層装置１の各部の動作を制御する指令を出力する。また、制御部５２には、三次元積層装置１の各部からの情報等が入力される。記憶部５３は、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）またはＲＯＭ（Read　Only　Memory）等の記憶装置である。記憶部５３には、制御部５２で実行されることで各部の動作を制御する三次元積層装置１の運転プログラムや、三次元積層装置１の情報、または三次元形状物の設計情報等が記憶される。出力部５４は、例えば、ディスプレイである。出力部５４は、例えば、三次元積層装置１の各部からの情報等を表示する。通信部５５は、例えば、インターネットまたはＬＡＮ（Local　Area　Network）等のような通信回線と通信して、通信回線との間で情報をやり取りする。干渉情報取得部５６は、加工対象物の形状に基づいて噴射される粉末Ｐの加工対象物に対する干渉情報を取得するものである。なお、制御装置２０は、少なくとも制御部５２および記憶部５３を有していればよい。制御装置２０は、制御部５２および記憶部５３を有していれば、三次元積層装置１の各部に指令を出力することができる。
　図５は、三次元積層装置による三次元形状物の製造時の課題を説明するための概略図である。
　図５に示すように、加工対象物９０は、水平方向に沿う第１加工面９１と、鉛直方向に沿う段差９２と、水平方向に沿う第２加工面９３が設けられることで、加工面が凹凸形状をなしている。なお、実際は、積層ヘッド１２に対して加工対象物９０が移動方向Ｍ１に移動して三次元積層を行うが、積層ヘッド１２と加工対象物９０とが相対移動すればよいことから、ここでは、積層ヘッド１２が加工方向Ｍ２に移動するものとして説明する。積層ヘッド１２は、第１加工面９１に対してレーザ光Ｌの照射と粉末Ｐの噴射を行うと共に、加工方向Ｍ２に移動することで三次元積層を行い、成形層９４が形成される。
　積層ヘッド１２は、第１加工面９１に対する三次元積層から第２加工面９３に対する三次元積層に移行するとき、加工方向Ｍ２における前方側で噴射された粉末Ｐが段差９２および第２加工面９３の一部に干渉してしまう。すると、段差９２および第２加工面９３の一部に干渉した粉末Ｐがレーザ光Ｌの経路に飛散し、レーザ光Ｌの出力が減衰する。また、一部の粉末Ｐが第１加工面９１に到達せずに粉末Ｐの積層量（成形層９４厚さ）が不足する。
　本実施形態の三次元積層装置１は、図４に示すように、干渉情報取得部５６が加工対象物９０の形状（３ＤＣＡＤデータ、ＳＴＬデータ、造形ツールパスデータ等）に基づいて、ノズル噴射口部４５から噴射される粉末Ｐの加工対象物に対する干渉情報を取得し、制御部５２がこの干渉情報に基づいてノズル噴射口部４５が加工対象物９０の加工面に向けて供給する粉末Ｐの粉末流路（供給経路）４３を変更する。干渉情報は、例えば、所定の造形ツールパスに基づき三次元積層を行う際に、どの位置のノズル噴射口部４５から供給される粉末Ｐが、加工対象物（既に積層した部分であっても良い）の一部によって収束経路の途中で遮られ、所定の位置まで収束できないと推定されるかに関連する情報を含む。
　図２および図３に示すように、積層ヘッド１２は、レーザ経路４４の周囲に周方向に所定間隔を空けて複数の粉末流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆが設けられ、粉末流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆの先端部にノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆが設けられる。制御部５２は、供給量制御部６１に指示し、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆのうち、加工対象物９０への干渉が推定される粉末Ｐを噴射するノズル噴射口部からの粉末Ｐの噴射を停止する。
　このとき、本実施形態の第１制御方法として、制御部５２は、供給量制御部６１に指示し、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆのうち、粉末Ｐの噴射を停止したノズル噴射口部以外のノズル噴射口部からの粉末Ｐの噴射量を増加させる。具体的な制御方法については後述する。
　また、本実施形態の第２制御方法として、制御部５２は、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆのうち、加工対象物への干渉が推定される粉末Ｐを噴射するノズル噴射口部からの粉末Ｐの噴射を停止したとき、レーザ経路４４が照射するレーザ光Ｌの出力を低下させる。このとき、制御部５２は、加工対象物９０の加工速度を低下させる。具体的な制御方法については後述する。
　干渉情報取得部５６は、予め加工対象物９０の形状（３ＤＣＡＤデータ、ＳＴＬデータ、造形ツールパスデータ等）を取得し、取得した加工対象物９０の形状に基づいて粉末Ｐの噴射とレーザ光Ｌの照射の作動プログラムが設定され、記憶部５３に格納されている。制御部５２は、記憶部５３に格納されている作動プログラムに基づいて粉末Ｐの噴射とレーザ光Ｌの照射を制御する。
　また、上述の説明では、干渉情報取得部５６が加工対象物９０の形状に基づいてノズル噴射口部４５から噴射される粉末Ｐの加工対象物に対する干渉情報を取得するようにしたが、この構成に限定されるものではない。例えば、干渉情報取得部５６として、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから噴射された粉末Ｐの加工対象物への到達状況を検出または推定する検出器７１を設けてもよい。制御部５２は、検出器７１の検出結果（粉末Ｐが加工対象物と干渉しているか、あるいは、干渉する可能性があるか等）に基づいて粉末Ｐの噴射とレーザ光Ｌの照射を制御する。この検出器７１は、例えば、レーザ検出器やＣＣＤカメラなどであって、ブラケット７２を介して積層ヘッド１２に固定される。
　ここで、制御装置２０による粉末Ｐの供給経路を変更する方法について説明する。図６は、制御装置による粉末材料の供給経路を変更する第１の制御方法を示すタイムチャートである。
　三次元積層装置１による三次元形状物の製造方法において、図１、図２および図３に示すように、本実施形態においては、加工対象物９０の第１加工面９１に三次元形状物を製造する場合として説明する。加工対象物９０は、例えば、金属製の板状部材であるが、上部に三次元形状物が製造されるものであれば、形状および材料は任意である。加工対象物９０は、基台部１００上に取付けられる。なお、加工対象物は、既に三次元積層装置１によって造形された三次元形状物の一部であっても良い。
　制御装置２０は、テーブル部１１により、基台部１００上の加工対象物９０が積層ヘッド１２のＺ軸方向下方に配置されるように、基台部１００を移動させる。制御装置２０は、粉末導入部３５から積層ヘッド１２に粉末を導入し、積層ヘッド１２から気体と共に粉末Ｐを噴射しつつ、レーザ光Ｌを照射する。粉末Ｐは、所定の収束径をもって、基台部１００上の加工対象物９０に向かって噴射される。レーザ光Ｌは、積層ヘッド１２と加工対象物９０との間において、所定のスポット径をもって粉末Ｐに照射される。ここで、粉末Ｐの収束径のＺ軸方向での位置に対するレーザ光Ｌのスポット径のＺ軸方向での位置および粉末Ｐの収束径のＺ軸方向での位置におけるスポット径は、例えば、集光部４９の位置を動かすことにより制御することができる。
　すなわち、図２および図５に示すように、積層ヘッド１２は、供給量制御部６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆの作動により全ての粉末流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆに粉末Ｐを導入し、全てのノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから粉末Ｐを噴射し、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力する（図６にて、時間ｔ１）。レーザ経路４４からのレーザ光Ｌは、加工対象物９０の第１加工面９１の近傍に焦点Ｆが設定され、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐは、このレーザ光Ｌの焦点に向けて噴射される。そのため、積層ヘッド１２から噴射された粉末Ｐは、加工対象物９０の第１加工面９１にあるレーザ光Ｌの焦点Ｆでこのレーザ光Ｌによって加熱される。レーザ光Ｌが照射された粉末Ｐは、加工対象物９０の第１加工面９１の近傍で溶融した後、加工対象物９０の第１加工面９１に到達する。溶融した状態で加工対象物９０の第１加工面９１に到達した粉末Ｐは、ここで冷却されて固化される。これにより、加工対象物９０の第１加工面９１に成形層９４が形成される。
　制御装置２０は、テーブル部１１で加工対象物９０を所定の移動方向Ｍ１に移動させつつ、積層ヘッド１２から加工対象物９０の第１加工面９１に対してレーザ光Ｌを照射すると共に粉末Ｐを噴射する。そのため、加工対象物９０の第１加工面９１に連続した成形層９４が形成される。この場合、三次元積層装置による加工方向は、Ｍ２となる。三次元積層装置１は、このような成形層９４の形成を繰り返すことによって、複数の成形層が一体として積層された三次元形状物を製造する。
　積層ヘッド１２は、第１加工面９１に対する三次元積層から第２加工面９３に対する三次元積層に移行するとき、加工方向Ｍ２における前方側で噴射された粉末Ｐが段差９２および第２加工面９３の一部に干渉する。干渉情報取得部５６は、事前に加工対象物９０の形状を取得しており、取得した加工対象物９０の形状に基づいて粉末Ｐの噴射時期とレーザ光Ｌの照射時期の作動プログラムが設定され、記憶部５３に格納されている。制御部５２は、記憶部５３に格納されている作動プログラムに基づいて粉末Ｐの噴射とレーザ光Ｌの照射を制御する（図６にて、時間ｔ２）。
　すなわち、図３および図６に示すように、時間ｔ１にて、積層ヘッド１２は、全てのノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから粉末Ｐを噴射し、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力する。そして、作動プログラムでは、事前に加工対象物９０の形状を取得しており、時間ｔ２にて、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆから噴射された粉末Ｐが加工対象物９０に干渉すると判断する。そのため、時間ｔ２にて、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を停止する一方、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄからの粉末Ｐの噴射量を増加させる。このとき、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を停止する前後で、積層ヘッド１２から噴射される粉末Ｐの量が変動しないように、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆが噴射していた粉末Ｐの噴射量の合計を、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄから噴射される粉末Ｐの噴射量に均等に振り分けて増量する。また、このとき、噴射される粉末Ｐの総量に変化はないので、レーザ光Ｌの出力は維持する。
　そのため、噴射された粉末Ｐがレーザ光Ｌの経路に飛散し、レーザ光Ｌの出力が減衰することはなく、また、一部の粉末Ｐが第１加工面９１に到達せずに粉末Ｐの積層量（成形層９４厚さ）が不足することもない。そして、作動プログラムでは、時間ｔ３にて、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆから噴射された粉末Ｐと加工方向Ｍ２との干渉が解除されることになる。そのため、時間ｔ３にて、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を再開する一方、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄからの粉末Ｐの噴射量を減少させる。つまり、積層ヘッド１２は、全てのノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから同量の粉末Ｐを噴射し、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力する。
　なお、本実施形態は、上述した制御に限定されるものではない。図７は、制御装置による粉末材料の供給経路を変更する第２の制御方法を示すタイムチャートである。
　図３および図７に示すように、時間ｔ１１にて、積層ヘッド１２は、全てのノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから粉末Ｐを噴射し、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力する。そして、作動プログラムでは、時間ｔ１２にて、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆから噴射された粉末Ｐが加工対象物９０に干渉することになる。そのため、時間ｔ１２にて、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を停止し、供給される粉末Ｐの総量が減少した分に合わせて、レーザ経路４４が照射するレーザ光Ｌの出力を低下させると共に、加工対象物９０の加工速度を低下させる。粉末Ｐの噴射量とレーザ光Ｌの出力と加工対象物９０の加工速度との関係は、予め実験やシミュレーションなどにより把握しておき、成形層９４の厚さや品質が変動しないように、レーザ光Ｌの出力と加工対象物９０の加工速度を設定する。
　そのため、噴射された粉末Ｐがレーザ光Ｌの経路に飛散し、レーザ光Ｌの出力が減衰することはなく、また、一部の粉末Ｐが第１加工面９１に到達せずに粉末Ｐの積層量（成形層９４厚さ）が変動することが抑制され、品質が低下することもない。そして、作動プログラムでは、時間ｔ１３にて、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆから噴射された粉末Ｐと加工対象物９０との干渉が解除されることになる。そのため、時間ｔ１３にて、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を再開し、レーザ経路４４が照射するレーザ光Ｌの出力を上昇させると共に、加工対象物９０の加工速度を上昇させる。つまり、時間ｔ１２の前の状態に戻す。
　また、上述の説明では、制御部５２が記憶部５３に格納されている作動プログラムに基づいて粉末Ｐの噴射とレーザ光Ｌの照射を制御するように構成したが、この構成に限定されるものではない。図２および図３に示すように、例えば、干渉情報取得部５６として、積層ヘッド１２に、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから噴射された粉末Ｐの加工対象物への到達状況を検出または推定する検出器７１を設け、この検出器７１から取得する情報に基づいて、粉末Ｐの噴射とレーザ光Ｌの照射を制御するように構成してもよい。検出器７１は、積層ヘッド１２を用いて三次元積層を行っている間、オンラインで検出結果を制御部５２に出力している。
　ここで、三次元積層装置１による三次元形状物の製造方法について説明する。図８は、三次元積層装置による三次元形状物の製造方法を示すフローチャートである。
　図８に示すように、ステップＳ１１にて、加工対象物９０を基台部１００上に取付け、制御装置２０は、テーブル部１１により、基台部１００上の加工対象物９０が積層ヘッド１２のＺ軸方向下方に配置されるように、基台部１００を移動させる。ステップＳ１２にて、制御装置２０は、粉末導入部３５から積層ヘッド１２に粉末を導入し、積層ヘッド１２から気体と共に粉末Ｐを噴射する。また、ステップＳ１３にて、制御装置２０は、レーザ光Ｌを照射する。そして、ステップＳ１４にて、基台部１００上と共に加工対象物９０を移動する。すると、ステップＳ１５以降で、三次元積層が開始される。
　すなわち、図２および図５に示すように、積層ヘッド１２は、供給量制御部６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆにより全ての粉末流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆに粉末Ｐを導入し、全てのノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから粉末Ｐを噴射し、レーザ経路４４からレーザ光Ｌを出力する。レーザ経路４４からのレーザ光Ｌは、加工対象物９０の第１加工面９１の近傍に焦点Ｆが設定され、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐは、このレーザ光Ｌの焦点に向けて噴射される。そのため、積層ヘッド１２から噴射された粉末Ｐは、加工対象物９０の第１加工面９１にあるレーザ光Ｌの焦点Ｆでこのレーザ光Ｌによって加熱される。レーザ光Ｌが照射された粉末Ｐは、加工対象物９０の第１加工面９１の近傍で溶融した後、加工対象物９０の第１加工面９１に到達する。溶融した状態で加工対象物９０の第１加工面９１に到達した粉末Ｐは、ここで冷却されて固化される。これにより、加工対象物９０の第１加工面９１に成形層９４が形成される。
　ステップＳ１６にて、制御装置２０は、三次元積層が終了したかどうかを判定する。ここで、三次元積層が終了していないと判定（Ｎｏ）されると、ステップＳ１７にて、制御部５２は、干渉情報取得部５６が取得したノズル噴射口部４５から噴射される粉末Ｐの加工対象物に対する干渉情報に基づいてノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから噴射された粉末Ｐと加工対象物９０との間で干渉が発生しているか（干渉が発生すると推定されるか）どうかを判定する。粉末Ｐと加工対象物９０との間での干渉は、干渉情報取得部５６が取得した加工対象物９０の形状データに基づいて判定してもよいし、検出器７１の検出結果に基づいて判定してもよい。ここで、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから噴射された粉末Ｐと加工対象物９０との間で干渉が発生していないと判定（Ｎｏ）されると、ステップＳ１８にて、粉末Ｐの噴射形態とレーザ光Ｌの照射形態をそのまま維持し、ステップＳ１６に戻って処理を繰り返す。一方、例えば、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆのうち、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆから噴射された粉末Ｐと加工対象物９０との間で干渉が発生していると判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１９にて、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を停止する一方、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄからの粉末Ｐの噴射量を増加させる（第１の制御方法）。または、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を停止し、レーザ経路４４が照射するレーザ光Ｌの出力を低下させると共に、加工対象物９０の加工速度を低下させる（第２の制御方法）。
　そして、再び、ステップＳ１６に戻り、制御装置２０は、三次元積層が終了したかどうかを判定する。ここで、三次元積層が終了していないと判定（Ｎｏ）されると、ステップＳ１７にて、制御部５２は、粉末Ｐと加工対象物９０との間での干渉が発生しているかどうかを判定する。ここで、粉末Ｐと加工対象物９０との間で干渉が発生していると判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１９を経由してステップＳ１６に戻り、処理を継続する。一方、粉末Ｐと加工対象物９０との間で干渉が解除されたと判定（Ｎｏ）されると、ステップＳ１８にて、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を再開する一方、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄからの粉末Ｐの噴射量を減少させる。つまり、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから粉末Ｐの噴射量を元に戻す。または、ノズル噴射口部４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を再開し、レーザ経路４４が照射するレーザ光Ｌの出力を上昇させると共に、加工対象物９０の加工速度を上昇させる。つまり、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから粉末Ｐの噴射量と、レーザ光Ｌの出力と、加工対象物９０の加工速度を元に戻す。
　そして、再び、ステップＳ１６に戻り、制御装置２０は、三次元積層が終了したかどうかを判定する。ここで、三次元積層が終了したと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ２０にて、制御装置２０は、粉末導入部３５から積層ヘッド１２に粉末の導入を停止し、積層ヘッド１２から気体と共に粉末Ｐの噴射を停止する。また、ステップＳ２１にて、制御装置２０は、レーザ光Ｌの照射を停止する。そして、ステップＳ２２にて、基台部１００上と共に加工対象物９０の移動を停止する。
　このように本実施形態の三次元積層装置にあっては、加工対象物９０に向けて粉末Ｐを供給する粉末供給部としての粉末流路４３およびノズル噴射口部４５と、粉末Ｐにレーザ光Ｌを照射してレーザ光Ｌが照射された粉末Ｐの少なくとも一部を焼結または溶融固化させて成形層９４を形成する光照射部としてのレーザ経路４４と、加工対象物９０の形状に基づいてノズル噴射口部４５から噴射される粉末Ｐの加工対象物９０に対する干渉情報を取得する干渉情報取得部５６と、干渉情報取得部５６が取得した干渉情報に基づいてノズル噴射口部４５が加工対象物９０に向けて供給する粉末Ｐの粉末流路４３を変更する制御部５２とを備える。
　そのため、制御部５２は、ノズル噴射口部４５から噴射される粉末Ｐが加工対象物９０に干渉する領域を特定し、ノズル噴射口部４５から噴射される粉末Ｐが加工対象物９０に干渉しない領域からノズル噴射口部４５が加工対象物９０に向けて粉末Ｐを供給する。その結果、粉末Ｐが加工対象物９０に干渉して飛散せず、レーザ光Ｌの出力を減衰させることがなく、また、決められた量の粉末Ｐを加工対象物９０に供給することができ、三次元形状物の品質の向上を図ることができる。
　本実施形態の三次元積層装置では、積層ヘッド１２に複数の粉末流路４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆと、複数のノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆを設け、制御部５２は、加工対象物９０への干渉が推定される粉末Ｐを噴射するノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を停止する。そのため、粉末Ｐが加工対象物９０に干渉することで発生する粉末Ｐの飛散を防止することができる一方で、加工対象物９０に対して粉末Ｐを供給することができ、加工対象物の形状に拘わらず、三次元形状物を適正に製造することができる。
　本実施形態の三次元積層装置では、制御部５２は、加工対象物９０への干渉が推定される粉末Ｐを噴射するノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を停止したとき、粉末Ｐの噴射を停止したノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆ以外のノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射量を増加させる。そのため、常時、適正量の粉末Ｐを加工対象物９０へ供給することができ、三次元形状物の品質の低下を抑制することができる。
　本実施形態の三次元積層装置では、制御部５２は、加工対象物９０への干渉が推定される粉末Ｐを噴射するノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を停止したとき、レーザ経路４４が照射するレーザ光Ｌの出力を調整、例えば、低下させる。そのため、減少した粉末Ｐの供給量に適合したレーザ光Ｌの出力となり、三次元形状物の品質の低下を抑制することができる。
　本実施形態の三次元積層装置では、制御部５２は、加工対象物９０への干渉が推定される粉末Ｐを噴射するノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆからの粉末Ｐの噴射を停止したとき、加工対象物９０の加工速度を調整、例えば、低下させる。そのため、減少した粉末Ｐの供給量に適合した加工速度となり、三次元形状物の品質の低下を抑制することができる。
　本実施形態の三次元積層装置では、干渉情報取得部５６は、予め加工対象物９０の形状を取得し、取得した加工対象物９０の形状に基づいて粉末Ｐの噴射とレーザ光Ｌの照射の作動プログラムを設定し、制御部５２は、作動プログラムに基づいて粉末Ｐの噴射とレーザ光Ｌの照射を制御する。そのため、加工対象物９０の形状に拘わらず、噴射された粉末Ｐと加工対象物９０との干渉を防止することができる。
　本実施形態の三次元積層装置では、干渉情報取得部５６として、ノズル噴射口部４５から噴射される粉末Ｐの加工対象物９０への到達状況を検出または推定する検出器７１を設け、制御部５２は、検出器７１の検出結果に基づいて粉末Ｐの噴射を制御する。そのため、加工対象物９０の形状に拘わらず、噴射された粉末Ｐと加工対象物９０との干渉を防止することができる。
　また、本実施形態の三次元積層方法にあっては、加工対象物９０に向けて粉末Ｐを供給する工程と、粉末Ｐにレーザ光Ｌを照射してレーザ光Ｌが照射された粉末Ｐの少なくとも一部を焼結または溶融固化させて成形層９４を形成する工程と、加工対象物９０の形状に基づいてノズル噴射口部４５から噴射される粉末Ｐの加工対象物９０に対する干渉情報を取得する工程と、干渉情報に基づいてノズル噴射口部４５が加工対象物９０に向けて供給する粉末Ｐの粉末流路４３を変更する工程とを有する。
　そのため、ノズル噴射口部４５から噴射される粉末Ｐが加工対象物９０に干渉する領域を特定し、ノズル噴射口部４５から噴射される粉末Ｐが加工対象物９０に干渉しない領域からノズル噴射口部４５が加工対象物９０に向けて粉末Ｐを供給する。その結果、粉末Ｐが加工対象物９０に干渉して飛散せず、レーザ光Ｌの出力を減衰させることがなく、また、決められた量の粉末Ｐを加工対象物９０に供給することができ、三次元形状物の品質の向上を図ることができる。
　なお、上述の実施形態にて、干渉情報取得部５６を、ノズル噴射口部４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆから噴射された粉末Ｐの加工対象物９０への到達状況を検出または推定する検出器７１としたが、この構成に限定されるものではない。例えば、干渉情報取得部５６をＣＣＤカメラとし、ＣＣＤカメラが加工対象物９０の形状を撮影し、制御部５２が加工対象物９０の形状に基づいて粉末Ｐと加工対象物９０との干渉を判定してもよい。
　また、上述の実施形態にて、粉末供給部が噴射する粉末材料を金属粉末材料としたが、樹脂粉末材料等の非金属粉末材料であってもよい。また、光ビームをレーザ光としたが、電子ビームなどとしてもよい。
　１　三次元積層装置
　２　三次元積層室
　３　予備室
　４　積層ヘッド収納室
　４ａ，５ａ　Ｚ軸スライド部
　５　機械加工部収納室
　６，７　扉
　１０　ベッド
　１１　テーブル部
　１２　積層ヘッド
　１３　機械加工部
　１５　Ｙ軸スライド部
　１６　Ｘ軸スライド部
　１７　回転テーブル部
　１７ａ　固定台
　１７ｂ　回転テーブル
　１７ｃ　傾斜テーブル
　１７ｄ　回転テーブル
　１８，１９　ベローズ
　２０　制御装置
　２２　工具
　２３　ノズル
　２４　先端部
　２５　空気排出部
　３０　形状計測部
　３１　加熱ヘッド
　３２　装置計測部
　３３　工具交換部
　３４　ノズル交換部
　３５　粉末導入部
　３６　基台移動部
　３７　空気排出部
　３８　ガス導入部
　３９　粉末回収部
　４１　外管
　４２　内管
　４３，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆ　粉末流路（粉末供給部）
　４４　レーザ経路（光照射部）
　４５，４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆ　ノズル噴射口部（粉末噴射部）
　４６　本体
　４７　光源
　４８　光ファイバ
　４９　集光部
　５１　入力部
　５２　制御部
　５３　記憶部
　５４　出力部
　５５　通信部
　５６　干渉情報取得部
　６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｅ，６１ｆ　供給量制御部
　７１　検出器
　７２　ブラケット
　９０　加工対象物
　９１　第１加工面
　９２　段差
　９３　第２加工面
　９４　成形層
　１００　基台部
　１０２，１０４，１０６，１０８　矢印
　１１０　回転軸
　Ｆ　焦点
　Ｌ　レーザ光（光ビーム）
　Ｍ１　移動方向
　Ｍ２　加工方向
　Ｏ　中心軸
　Ｐ　粉末

Claims (8)

  1. 　加工対象物に成形層を積層させて三次元形状物を形成する三次元積層装置であって、
    　前記加工対象物の加工面に向けて粉末材料を供給する粉末供給部と、
    　前記粉末材料に光ビームを照射して前記光ビームが照射された前記粉末材料の少なくとも一部を焼結または溶融固化させて前記成形層を形成する光照射部と、
    　前記加工対象物の形状に基づいて前記粉末供給部から噴射される前記粉末材料の前記加工対象物に対する干渉情報を取得する干渉情報取得部と、
    　前記干渉情報取得部が取得した前記干渉情報に基づいて前記粉末供給部が前記加工対象物の加工面に向けて供給する前記粉末材料の供給経路を変更する制御部と、
    　を備えることを特徴とする三次元積層装置。
  2. 　前記粉末供給部は、前記光照射部の周囲に周方向に所定間隔を空けて設けられる複数の粉末噴射部を有し、前記制御部は、前記複数の粉末噴射部のうち、前記加工対象物への干渉が推定される前記粉末材料を噴射する前記粉末噴射部からの前記粉末材料の噴射を停止することを特徴とする請求項１に記載の三次元積層装置。
  3. 　前記制御部は、前記加工対象物への干渉が推定される前記粉末材料を噴射する前記粉末噴射部からの前記粉末材料の噴射を停止したとき、前記粉末材料の噴射を停止した前記粉末噴射部以外の前記粉末噴射部からの前記粉末材料の噴射量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の三次元積層装置。
  4. 　前記制御部は、前記加工対象物への干渉が推定される前記粉末材料を噴射する前記粉末噴射部からの前記粉末材料の噴射を停止したとき、前記光照射部が照射する前記光ビームの出力を調整することを特徴とする請求項２に記載の三次元積層装置。
  5. 　前記制御部は、前記加工対象物への干渉が推定される前記粉末材料を噴射する前記粉末噴射部からの前記粉末材料の噴射を停止したとき、前記加工対象物の加工速度を調整することを特徴とする請求項４に記載の三次元積層装置。
  6. 　前記干渉情報取得部は、予め前記加工対象物の形状を取得し、取得した前記加工対象物の形状に基づいて前記粉末供給部と前記光照射部の作動プログラムが設定され、前記制御部は、前記作動プログラムに基づいて前記粉末供給部または前記光照射部を制御することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の三次元積層装置。
  7. 　前記干渉情報取得部は、前記粉末供給部から供給される前記粉末材料の前記加工対象物への到達状況を検出または推定する検出器を有し、前記制御部は、前記検出器の検出結果に基づいて前記粉末供給部を制御することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の三次元積層装置。
  8. 　加工対象物に成形層を積層させて三次元形状物を形成する三次元積層方法であって、
    　前記加工対象物の加工面に向けて粉末材料を供給する工程と、
    　前記粉末材料に光ビームを照射して前記光ビームが照射された前記粉末材料の少なくとも一部を焼結または溶融固化させて前記成形層を形成する工程と、
    　前記加工対象物の形状に基づいて前記粉末材料の前記加工対象物に対する干渉情報を取得する工程と、
    　前記干渉情報に基づいて前記加工対象物の加工面に向けて供給する前記粉末材料の供給経路を変更する工程と、
    　を有することを特徴とする三次元積層方法。
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