WO2022239344A1 - 積層造形装置 - Google Patents

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WO2022239344A1
WO2022239344A1 PCT/JP2022/005867 JP2022005867W WO2022239344A1 WO 2022239344 A1 WO2022239344 A1 WO 2022239344A1 JP 2022005867 W JP2022005867 W JP 2022005867W WO 2022239344 A1 WO2022239344 A1 WO 2022239344A1
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WO
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electron beam
rays
modeling surface
manufacturing apparatus
layered manufacturing
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PCT/JP2022/005867
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顕夫 池田
竜一 松田
隆信 半田
辰史 青井
修作 山本
哲也 塘中
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to an additive manufacturing apparatus.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-081222 filed in Japan on May 12, 2021, the contents of which are incorporated herein.
  • Patent Literature 1 discloses a configuration with a backscattered X-ray system for inspection of additively manufactured objects.
  • the backscattered X-ray system has an emitter and a detector.
  • the emitter emits X-rays to the model.
  • Some of the X-rays radiated to the modeled object pass through part of the modeled object, and then are scattered in a direction (backward) to exit the modeled object again from the surface of the modeled object where the X-rays have reached the modeled object.
  • Backscattered x-rays are received at the detector. Based on the amount of X-rays (the amount of photons) received by the detector, the state of the laminate-molded object is inspected.
  • the emitter and detector are movably mounted with respect to a build platform that supports an additively manufactured model. Inspection of a build using emitters and detectors is performed by moving the emitters and detectors onto the build platform during the build process for additive manufacturing.
  • An object of the present invention is to provide a molding apparatus.
  • a layered manufacturing apparatus supplies a powder material to a modeling surface of a modeled object, irradiates the supplied powder material with a melting beam to melt the powder material
  • a layered manufacturing apparatus for layering and manufacturing the modeled object comprising: a recoater for leveling the powder material on the modeled surface while moving in a first direction along the modeled object; and a detector provided in the recoater for detecting the X-rays emitted from the X-ray source and scattered on the modeling surface.
  • the X-rays with which the modeling surface is irradiated are generated by irradiating an irradiation target with an electron beam.
  • the irradiation target is provided in the vicinity of the modeling surface along the second direction, and by irradiating the irradiation target with the electron beam and scanning in the second direction, X-rays scanned in the second direction can be obtained.
  • the laminate manufacturing apparatus of the present disclosure it is possible to efficiently inspect the laminate-molded object and shorten the time required to form the laminate-molded object.
  • FIG. 1 is a side sectional view showing a schematic configuration of a layered manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a layered manufacturing apparatus according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a side cross-sectional view showing the configuration of an inspection unit of the layered manufacturing apparatus according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is a diagram showing displacement of an electron beam irradiation position when scanning an electron beam in a second direction with an X-ray irradiator that moves in the first direction together with the recoater in the inspection unit according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a plan view conceptually showing an X-ray irradiation area in an inspection unit according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an X-ray irradiation region in an inspection unit according to an embodiment of the present disclosure, viewed from a first direction
  • FIG. 7 is a plan view conceptually showing an X-ray irradiation area in an inspection unit according to a first modification of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of an X-ray irradiation region in an inspection unit according to a first modification of the embodiment of the present disclosure, viewed from the first direction
  • FIG. 11 is a side cross-sectional view showing the configuration of an inspection unit of a layered manufacturing apparatus according to a second modified example of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a plan view showing an irradiation area of scattered X-rays in a detector in an inspection unit of a layered manufacturing apparatus according to a second modified example according to the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a side cross-sectional view showing the configuration of an inspection unit of a layered manufacturing apparatus according to a third modified example of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 11 is a plan view showing an example of a coded aperture provided in an inspection unit of a laminate molding apparatus according to a third modified example of the embodiment of the present disclosure
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of varying the scanning speed of X-rays in the layered manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present disclosure
  • the layered manufacturing apparatus 1A mainly includes a modeling section 2 and an inspection section 10 .
  • the modeling section 2 includes a modeling stage 3, a recoater 4, and a melting beam irradiation section (not shown).
  • the modeling stage 3 has a model placement surface 3f along the horizontal plane on its upper surface.
  • the modeling stage 3 is provided so as to be able to move up and down in the vertical direction Dv.
  • the modeling stage 3 is sequentially lowered by a predetermined dimension.
  • the recoater 4 is arranged above the modeling stage 3 .
  • the recoater 4 evenly distributes a powder material P made of metal or the like supplied from a material supply unit (not shown) onto the model placement surface 3f or the model object 100 formed on the model object placement surface 3f. supply while
  • the recoater 4 is provided movably in a first direction Da along a horizontal plane perpendicular to the vertical direction Dv.
  • the recoater 4 reciprocates along the first direction Da above the model placement surface 3f of the modeling stage 3 by a recoater drive mechanism (not shown).
  • the recoater 4 extends along the horizontal plane in a second direction Db orthogonal to the first direction Da.
  • the recoater 4 is formed so as to traverse the entire model placement surface 3f in the second direction Db.
  • a lower surface 4b of the recoater 4 extends along a horizontal plane.
  • an edge portion 4e is formed on the first side Da1 in the first direction Da.
  • the edge portion 4e rises upward in the vertical direction Dv from the lower surface 4b when viewed from the second direction Db.
  • the edge portion 4e extends in the second direction Db.
  • a material supply unit (not shown) that supplies the powder material P to the recoater 4 is provided on the second side Da2 of the modeling stage 3 in the first direction Da.
  • the recoater 4 moves from the second side Da2 to the first side Da1 in the first direction Da, and after reaching the end of the object, moves in the opposite direction and returns, so that the powder material supplied from the material supply unit is Feed P evenly.
  • the melt beam irradiation unit (not shown) irradiates the powder material P supplied onto the model placement surface 3f with a melt beam such as a laser beam in a preset pattern matching the shape of the model 100. .
  • the powder material P supplied onto the object mounting surface 3f is melted by being irradiated with a melting beam.
  • Molten metal is generated by melting the powder material P on the model placement surface 3f. When the molten metal solidifies, a metal layer 100m forming the modeled article 100 is formed on the modeled article placement surface 3f.
  • the inspection section 10 includes an X-ray source 11 , a detector 12 and a defect inspection section 50 .
  • the X-ray source 11 and the detector 12 are provided on the first side Da1 in the first direction Da with respect to the recoater 4 .
  • the X-ray source 11 comprises an electron beam source 13 and an irradiation target 14 .
  • the electron beam source 13 irradiates the modeling surface 100f of the modeled object 100 formed on the modeling stage 3 with the X-rays converted by the irradiation target 14 .
  • the modeling surface 100f is the surface of each metal layer 100m sequentially laminated on the modeling stage 3 .
  • the electron beam source 13 is a so-called electron gun and is provided inside the vacuum chamber 15 .
  • a vacuum chamber 15 is attached to the recoater 4 together with the detector 12 .
  • the vacuum chamber 15 extends downward from above in the vertical direction Dv while being inclined toward the first side Da1 in the first direction Da.
  • the vacuum chamber 15 extends so as to cover the entire modeling stage 3 in the second direction Db.
  • the vacuum chamber 15 has a hollow closed structure and is evacuated to a predetermined degree of vacuum.
  • the electron beam B1 irradiated from the electron beam source 13 to the irradiation target 14 is controlled by the electron beam control unit 16A, and is subjected to an electric field by a deflection electrode (not shown) or a magnetic field by an electromagnet (not shown). Deflates in two directions Db. As shown in FIG. 4, the electron beam controller 16A directs the electron beam B1 emitted from the electron beam source 13 to the vacuum chamber 15 while the recoater 4 is moving toward the first side Da1 in the first direction Da. It is repeatedly scanned along the second direction Db within.
  • the electron beam source 13 irradiates an electron beam B1 toward the irradiation target 14 provided in the vacuum chamber 15.
  • the irradiation target 14 converts the electron beam B1 emitted from the electron beam source 13 into X-rays, and irradiates the X-rays X1 toward the modeling surface 100f.
  • the irradiation target 14 is provided in the lower part inside the vacuum chamber 15 .
  • the irradiation target 14 is provided along a plane intersecting the first direction Da.
  • the irradiation targets 14 are continuous along the second direction Db.
  • a transmission window 15w is provided through which the X-rays X1 emitted from the electron beam source 13 and converted by the irradiation target 14 pass.
  • the X-ray X1 converted by the irradiation target 14 and transmitted through the transmission window 15w travels downward while being inclined toward the second side Da2 of the first direction Da, and is irradiated onto the modeling surface 100f.
  • the electron beam source 13 irradiates the irradiation target 14 with an electron beam B1 in, for example, a rectangular range when viewed from the first direction Da. As a result, as shown in FIGS.
  • the irradiation area A1 where the X-rays X1 converted by the irradiation target 14 are irradiated onto the modeling surface 100f has a rectangular shape with rounded corners when viewed from above.
  • the irradiation area A1 in which the X-ray intensity is distributed relatively strongly on the modeling surface 100f is treated as a rectangular area with lengths La and Lb of 7 mm in the first direction Da and the second direction Db, respectively.
  • the detector 12 has a hollow box shape and has a rectangular cross section when viewed from the second direction Db.
  • the detector 12 extends in the second direction Db and is provided so as to cover the entire modeling stage 3 in the second direction Db.
  • the detector 12 is supported at the end 4a of the recoater 4 on the first side Da1 in the first direction Da. A portion of the detector 12 protrudes from the end 4a of the recoater 4 to the first side Da1 in the first direction Da.
  • a line sensor 17 is provided in the upper part of the detector 12 .
  • the line sensor 17 is provided along a plane perpendicular to the vertical direction Dv.
  • the line sensor 17 has a predetermined width dimension in the first direction Da.
  • the line sensor 17 extends continuously in the second direction Db.
  • the line sensor 17 is spaced upward from the modeling surface 100f.
  • the line sensor 17 includes a plurality of detection pixels (not shown) arranged in the first direction Da and the second direction Db.
  • the line sensor 17 detects the amount of X-rays (absorbed dose, number of photons) irradiated to the line sensor 17 based on the amount of X-rays (absorbed dose, number of photons) detected by each detection pixel.
  • An X-ray shielding member 30A is provided on the lower surface of the detector 12.
  • the X-ray shielding member 30A is plate-shaped and provided along a plane perpendicular to the vertical direction Dv.
  • the X-ray shielding member 30A is arranged between the detector 12 and the irradiation area A1 on the modeling surface 100f.
  • the X-ray shielding member 30A is arranged on the path of the scattered X-rays X2 backscattered in the irradiation area A1.
  • the X-ray shielding member 30A shields and partially transmits the scattered X-rays X2 backscattered on the modeling surface 100f.
  • the scattered X-rays X2 transmitted through the X-ray beam transmitting member 30A reach the line sensor 17. As shown in FIG.
  • the X-ray shielding member 30A has a plurality of pinholes 31.
  • the pinhole 31 is smaller than the irradiation area A1 of the X-rays scattered on the modeling surface 100f.
  • the pinhole 31 is, for example, circular with a diameter of about 0.4 mm.
  • a plurality of pinholes 31 are formed at regular intervals in the second direction Db with respect to the X-ray shielding member 30A.
  • the diameter of the pinhole 31 is preferably 0.4 mm or less.
  • the scattered X-rays X2 pass through the pinhole 31 and irradiate the line sensor 17.
  • the irradiation area A2 of the scattered X-rays X2 with respect to the line sensor 17 has a shape corresponding to the irradiation area A1 on the modeling surface 100f.
  • the irradiation area A2 of the scattered X-rays X2 irradiated to the line sensor 17 through the pinhole 31 has the same area as the irradiation area A1 on the modeling surface 100f.
  • the detection resolution of the scattered X-rays X2 reaching the line sensor 17 is increased by acquiring the sum of the X-ray doses of the scattered X-rays X2 in the plurality of irradiation areas A2 with the line sensor 17 .
  • the line sensor 17 detects the amount of scattered X-rays (absorbed dose, number of photons) in the irradiation area A2 thus irradiated.
  • the line sensor 17 outputs the information of the X-ray dose in the irradiation area A2 to the defect inspection section 50 .
  • the defect inspection unit 50 acquires the amount of X-rays (absorbed dose, number of photons) irradiated to the line sensor 17 .
  • the defect inspection unit 50 determines the presence or absence of a defect on the modeling surface 100f and the shape of the defect based on the acquired X-ray dose. At this time, the amount of X-rays detected by the line sensor 17 is lower in the defective portion than in the surrounding non-defective portion.
  • the defect inspection unit 50 detects a portion where the amount of X-rays (absorbed dose, number of photons) is reduced, thereby detecting a portion where a defect occurs on the modeling surface 100f.
  • the defect inspection unit 50 determines that a defect exists when, for example, the difference in the amount of X-rays (absorbed dose, number of photons) with respect to the surrounding non-defective portion is equal to or greater than a preset threshold value. . (Effect)
  • the layered manufacturing apparatus 1A has an electron beam source 13 and a detector 12 in the recoater 4 . Therefore, in parallel with leveling the powder material P on the modeling surface 100f by the recoater 4, the electron beam source 13 irradiates the modeling surface 100f with X-rays, and the detector 12 detects the scattered X-rays. can be done. Therefore, it is not necessary to interrupt the process of forming the modeled object 100 by layered manufacturing for inspection of the modeled surface 100f. As a result, it is possible to efficiently inspect the modeled object 100 that has been layered and manufactured, and to shorten the time required to form the modeled object 100 by layered manufacturing.
  • the layered manufacturing apparatus 1A scans the electron beam B1 emitted from the electron beam source 13 along the second direction Db while moving the recoater 4 in the first direction Da.
  • the irradiation energy of the electron beam B1 can be less than when the X-ray X1 is irradiated on the entire modeling surface 100f in the second direction Db at once. Thereby, the irradiation cost of the electron beam B1 can be suppressed.
  • the layered manufacturing apparatus 1A scans the electron beam source 13 in the second direction Db by applying an electric field or a magnetic field instead of mechanically moving it in the second direction Db. Therefore, scanning with the electron beam B1 can be performed in a short time.
  • the layered manufacturing apparatus 1A has an irradiation target 14 at a position closer to the detector 12 than the electron beam source 13 is. Therefore, the X-ray X1 converted by the irradiation target 14 can be prevented from being diffused before being irradiated onto the modeling surface 100f. As a result, the modeling surface 100f can be efficiently and intensively irradiated with X-rays. Therefore, the output of the electron beam B1 can be suppressed, and the inspection of the molding surface 100f can be efficiently performed.
  • the layered manufacturing apparatus 1A can inspect the modeling surface 100f with high accuracy by transmitting part of the scattered X-rays X2 from the modeling surface 100f through the pinholes 31 provided in the X-ray shielding member 30A. .
  • the X-ray shielding member 30A has a plurality of pinholes 31. As a result, part of the scattered X-rays X2 from the modeling surface 100f is transmitted through the plurality of pinholes 31 of the X-ray shielding member 30A, so that the amount of X-rays reaching the detector 12 can be increased. As a result, the detection accuracy of defects on the modeling surface 100f is enhanced.
  • the installation interval Pb of the plurality of pinholes 31 provided in the X-ray shielding member 30A is set to 1/2 the length Lb of the second direction Db of the irradiation area A1 on the modeling surface 100f.
  • the installation interval Pb of the plurality of pinholes 31 provided in the X-ray shielding member 30A is set to 1/4 of the length Lb in the second direction Db of the irradiation area A1 on the modeling surface 100f.
  • the X-ray X1 when the X-ray X1 is scanned in the second direction Db, the irradiation areas A2 of the scattered X-rays X2 irradiated to the line sensor 17 through each of the plurality of pinholes 31 are aligned with each other in the second direction Db. overlap half by half. Then, in each detection pixel of the line sensor 17, scattered X-rays X2 that have passed through the three pinholes 31 adjacent to each other are incident. Therefore, the X-ray dose detected by the line sensor 17 can be doubled without reducing the irradiation dose of the scattered X-rays X2 in the X-ray irradiation unit (not shown). Therefore, it is possible to detect the surface state of the modeling surface 100f with higher sensitivity.
  • a plurality of pinholes 31 provided in the X-ray shielding member 30A may be provided at regular intervals not only in the second direction Db but also in the first direction Da.
  • the installation intervals Pa and Pb of the plurality of pinholes 31 in the first direction Da and the second direction Db are set to the lengths of the irradiation area A1 on the modeling surface 100f in the first direction Da and the second direction Db as in the first modification.
  • the irradiation areas A2 of the scattered X-rays X2 irradiated to the line sensor 17 through each of the plurality of pinholes 31 are Half overlap in each of the first direction Da and the second direction Db. Then, in each detection pixel of the line sensor 17, scattered X-rays X2 passing through three (total nine) pinholes 31 adjacent to each other in the first direction Da and the second direction Db are incident. Therefore, as shown in FIG. 10, the amount of scattered X-rays X2 detected by the line sensor 17 is increased compared to the first embodiment without increasing the irradiation amount of the electron beam B1 in the electron beam source 13. be able to. Therefore, it is possible to detect the surface state of the modeling surface 100f with higher sensitivity.
  • the X-ray shielding member 30A is provided with a plurality of pinholes 31, but the present invention is not limited to this.
  • an X-ray shielding member 30B that shields and partially transmits the X-rays X2 scattered by the modeling surface 100f may be provided with a coded aperture 33.
  • FIG. The coded aperture 33 has a plurality of apertures 33h arranged according to a predetermined rule (code).
  • Scattered X-rays X2 backscattered in the irradiation area A1 of the modeling surface 100f are irradiated to the line sensor 17 of the detector 12 through the plurality of openings 33h of the coded opening 33.
  • FIG. The line sensor 17 detects the surface state of the modeling surface 100f in the irradiation area A1 of the modeling surface 100f by inversely calculating the distribution of the amount of X-rays (absorbed dose, number of photons) in each detection pixel of the scattered X-rays X2.
  • Z is the distance in the vertical direction Dv of the X-ray shielding member 30B to the modeling surface 100f
  • D is the distance in the vertical direction Dv of the X-ray shielding member 30B to the line sensor 17, and 33h of the encoded aperture 33 in the second direction Db.
  • the coded aperture 33 allows part of the scattered X-rays X2 from the modeling surface 100f to pass through, thereby increasing the amount of X-rays reaching the detector 12. Since the coded aperture 33 can have a larger aperture area than the pinhole 31, the amount of X-rays reaching the detector 12 can be further increased.
  • the electron beam controller 16B in the layered manufacturing apparatus 1B controls the electron beam emitted from the electron beam source 13 of the X-ray source 11 .
  • the electron beam control unit 16B scans the electron beam B in the vacuum chamber 15 along the second direction Db by applying an electric field from deflection electrodes (not shown) or a magnetic field from an electromagnet (not shown).
  • the electron beam controller 16B controls the scanning speed for scanning the electron beam B along the second direction Db.
  • the electron beam controller 16B preferably controls the scanning speed of the electron beam B according to, for example, the shape of the modeling surface 100f. Specifically, as shown in FIG. 13, the scanning speed of the electron beam B is made slower in a portion K1 where the shaping surface 100f has a complicated shape than in a portion K2 where the shaping surface 100f has a flat shape. is preferred. Further, based on the shape of the modeled article 100, scanning itself with the electron beam B may not be performed in the portion K3 where the modeled article 100 is not formed.
  • the part K1 where the shape of the modeling surface 100f is complicated, the part K2 where the modeled object 100 is not formed, and the part K3 where the modeled object 100 is not formed are, for example, an operator of the layered manufacturing apparatus 1B, a programmer who creates an operation program for the layered manufacturing apparatus 1B, and the like. It may be set by judgment by Further, the part K1 where the shape of the modeling surface 100f is complicated, the part K2 where the modeled object 100 is not formed, and the part K3 where the modeled object 100 is not formed may be set based on the design data of the modeling surface 100f.
  • the electron beam control unit 16B may control the scanning speed of the electron beam B according to the irradiation conditions of the melting beam applied to the modeling surface 100f.
  • a portion where the modeling surface 100f is formed by the irradiation of the melting beam is irradiated with the melting beam.
  • the portion where the modeling surface 100f is not formed is not irradiated with the melting beam.
  • irradiation conditions such as the moving speed of the melting beam, the power of the melting beam, and the beam diameter may be different between the portion where the molding surface 100f is flat and the portion where the shape of the molding surface 100f is complicated.
  • the electron beam control unit 16B may vary the scanning speed of the electron beam B according to such melting beam irradiation conditions. (Effect)
  • the layered manufacturing apparatus 1B includes an electron beam controller 16B that controls the scanning speed for scanning the electron beam B along the second direction Db. This makes it possible to change the scanning speed of the electron beam B when inspecting the modeling surface 100f by irradiating X-rays. By changing the scanning speed of the electron beam B, it is possible to vary the inspection accuracy of the modeling surface 100f.
  • the electron beam controller 16B controls the scanning speed of the electron beam B according to the shape of the modeling surface 100f.
  • the scanning speed of the electron beam B is increased, and when the shape of the modeling surface 100f is complicated, the scanning speed of the electron beam B is decreased.
  • the inspection accuracy and inspection efficiency can be made appropriate according to the shape of the modeling surface 100f.
  • the electron beam controller 16B controls the scanning speed of the electron beam B according to the irradiation conditions of the melting beam.
  • the scanning speed of the electron beam B can be controlled according to the irradiation conditions such as the moving speed, output and beam diameter of the melting beam.
  • the irradiation conditions of the melting beam are changed according to, for example, the complexity of the shape of the modeling surface 100f. Therefore, by controlling the scanning speed of the electron beam B according to the irradiation conditions of the melting beam, the inspection accuracy and inspection efficiency can be made appropriate according to the shape of the forming surface 100f.
  • the layered manufacturing apparatus 1B can efficiently inspect the layered article 100 and shorten the time required to form the layered article 100, as in the first embodiment.
  • the layered manufacturing apparatuses 1A and 1B according to the first aspect supply the powder material P to the modeling surface 100f of the modeled object 100, and apply a melting beam for melting the powder material P to the supplied powder material P.
  • Laminated modeling apparatuses 1A and 1B for laminating and modeling the modeled object 100 by irradiating the powder material P onto the modeling surface 100f while moving in the first direction Da along the modeling surface 100f.
  • the layered manufacturing apparatuses 1A and 1B are provided with an electron beam source 13 and a detector 12 in the recoater 4. Therefore, in parallel with the recoater 4 leveling the powder material P on the modeling surface 100f, the electron beam source 13 irradiates the modeling surface 100f with X-rays X1, and the detector 12 detects the scattered X-rays X2. can do. Therefore, it is not necessary to interrupt the process of forming the modeled object 100 by layered manufacturing for inspection of the modeled surface 100f. As a result, it is possible to efficiently inspect the modeled object 100 that has been layered and manufactured, and to shorten the time required to form the modeled object by layered manufacturing.
  • the layered manufacturing apparatuses 1A and 1B according to the second aspect are the layered manufacturing apparatuses 1A and 1B of (1), wherein the electron beam source 13 is along the modeling surface 100f and in the first direction The electron beam B1 with which the modeling surface 100f is irradiated is scanned along the second direction Db intersecting Da.
  • the electron beam B1 emitted from the electron beam source 13 is scanned along the second direction Db while the recoater 4 is moved in the first direction Da.
  • the irradiation energy of the electron beam B1 can be less than when the whole is irradiated at once. Thereby, the irradiation cost of the electron beam B1 can be suppressed.
  • the layered manufacturing apparatus 1A, 1B according to the third aspect is the layered manufacturing apparatus 1A, 1B of (2), wherein the electron beam source 13 applies an electric field or a magnetic field to the electron beam B1. to scan the electron beam B1 in the second direction Db.
  • the electron beam B1 is scanned in a short time by scanning the electron beam source 13 in the second direction Db by applying an electric field or a magnetic field instead of moving the electron beam source 13 mechanically in the second direction Db. be able to.
  • a layered manufacturing apparatus 1B according to a fourth aspect is the layered manufacturing apparatus 1B of (2) or (3), in which the scanning speed for scanning the electron beam B1 along the second direction Db is controlled. It further includes an electron beam control unit 16B for controlling the electron beam.
  • the scanning speed of the electron beam B1 can be changed when inspecting the modeling surface 100f by irradiating X-rays.
  • the scanning speed of the electron beam B1 it is possible to vary the inspection accuracy of the modeling surface 100f.
  • a layered manufacturing apparatus 1B according to a fifth aspect is the layered manufacturing apparatus 1B of (4), wherein the electron beam control unit 16B controls the electron beam B1 according to the shape of the modeling surface 100f. Controls scanning speed.
  • the inspection accuracy and inspection efficiency can be made appropriate according to the shape of the modeling surface 100f.
  • a layered manufacturing apparatus 1B according to a sixth aspect is the layered manufacturing apparatus 1B of (4) or (5), wherein the electron beam control unit 16B controls the melting beam irradiated to the modeling surface 100f.
  • the scanning speed of the electron beam B1 is controlled according to irradiation conditions.
  • the scanning speed of the electron beam B1 can be controlled according to irradiation conditions such as the moving speed of the melting beam, the output, and the beam diameter.
  • the irradiation conditions of the melting beam are changed according to, for example, the complexity of the shape of the modeling surface 100f. Therefore, by controlling the scanning speed of the electron beam B1 according to the irradiation conditions of the melting beam, the inspection accuracy and inspection efficiency can be made appropriate according to the shape of the forming surface 100f.
  • Laminate shaping apparatuses 1A and 1B according to a seventh aspect are the lamination shaping apparatuses 1A and 1B according to any one of (1) to (6), in which the detector 12 rather than the electron beam source 13 and is irradiated with the electron beam B1 output from the electron beam source 13 and converts the electron beam B1 into X-rays onto the molding surface 100f.
  • the irradiation target 14 when the irradiation target 14 is provided at a position closer to the detector 12 than the electron beam source 13, the X-ray X1 converted by the irradiation target 14 is prevented from being diffused before being irradiated onto the modeling surface 100f. can be done.
  • the electron beam B1 can be intensively and efficiently irradiated onto the modeling surface 100f. Therefore, the output of the electron beam B1 can be suppressed, and the inspection of the molding surface 100f can be efficiently performed.
  • the layered manufacturing apparatus 1A, 1B according to the eighth aspect is the layered manufacturing apparatus 1A, 1B according to any one of (1) to (7), wherein the X-ray irradiated to the modeling surface 100f X-ray shielding members 30A and 30B are further provided for shielding and partially transmitting X-rays.
  • the X-ray shielding members 30A and 30B block the scattered X-rays X2 from the modeling surface 100f and partially transmit them, so that the modeling surface 100f can be inspected with high sensitivity.
  • the layered manufacturing apparatuses 1A and 1B according to the ninth aspect are the layered manufacturing apparatuses 1A and 1B of (8), wherein the X-ray shielding member 30A includes a plurality of A pinhole 31 is provided.
  • part of the scattered X-rays from the modeling surface 100f are transmitted through the plurality of pinholes 31 of the X-ray shielding member 30A, so that the amount of X-rays reaching the detector 12 can be increased.
  • the detection accuracy of defects on the modeling surface 100f is enhanced.
  • the layered manufacturing apparatuses 1A and 1B according to the tenth aspect are the layered manufacturing apparatuses 1A and 1B of (8), wherein the X-ray shielding member 30A has a coded opening 33.
  • part of the scattered X-rays from the modeling surface 100f are transmitted through the encoded aperture 33 of the X-ray shielding member 30A, so that the amount of X-rays reaching the detector 12 can be increased. Since the coded aperture 33 can have a larger aperture area than the pinhole 31, the amount of X-rays (absorbed dose, number of photons) reaching the detector 12 can be further increased.
  • each aspect of the present invention it is possible to efficiently inspect a modeled object that has been layered and manufactured, and to shorten the time required to form a modeled object by layered manufacturing.
  • Electron beam source 14 Irradiation target 15 Vacuum chamber 15w Transmission windows 16A, 16B Electron beam controller 17 Line sensors 30A, 30B X-ray shielding member 31 Pinhole 33 Coded aperture 33h Aperture 50
  • Defect inspection unit 100 Modeled object 100f Modeled surface 100m Metal layer A1 Irradiation area A2 Irradiation area B1
  • Electron beam X1 X-ray X2 Scattered X-ray Da First direction Da1 First side Da2 Second Side Db... Second direction Dv... Vertical direction K1... Part where shape of modeling surface is complicated K2... Flat part K3... Part where modeled object is not formed P... Powder material Pa, Pb... Installation interval

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Abstract

積層造形装置は、造形物の造形面に粉末材料を供給し、供給された粉末材料に粉末材料が溶融する溶融ビームを照射することで、造形物を積層造形する積層造形装置であって、造形面に沿った第一方向に移動しながら、造形面上に粉末材料を均すリコータと、リコータに設けられ、検査用のＸ線を造形面に照射するため電子ビームをＸ線に変換する照射ターゲットと、照射ターゲットに電子ビームを照射する電子ビーム源と、リコータに設けられ、照射ターゲットで変換されたＸ線が照射されて造形面で散乱したＸ線を検出する検出器と、を備える。

Description

積層造形装置
　本開示は、積層造形装置に関する。本願は、２０２１年５月１２日に、日本に出願された特願２０２１－０８１２２２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　例えば特許文献１には、積層造形された造形物の検査のため、後方散乱Ｘ線システムを備えた構成が開示されている。この構成において、後方散乱Ｘ線システムは、エミッタと検出器とを有する。エミッタは、造形物にＸ線を放射する。造形物に放射されたＸ線の一部は、造形物の一部を透過した後、Ｘ線が造形物に到達した造形物表面から再び造形物外に出る方向（後方）に散乱される。後方散乱したＸ線は、検出器で受け取られる。検出器で受け取ったＸ線の量（フォトン量）に基づいて、積層造形された造形物の状態が検査される。
　特許文献１に開示された構成において、エミッタおよび検出器は、積層造形された造形物を支持する構築プラットフォームに対し、移動可能に設けられている。エミッタおよび検出器を用いた造形物の検査は、積層造形を行う構築プロセスの間に、エミッタおよび検出器を構築プラットフォーム上に移動させることで実施される。
特開２０１８－１０８７３０号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の構成では、後方散乱Ｘ線システムでＸ線を造形物に照射して造形物の検査を行うプロセスと、積層造形を行う構築プロセスとが別々に行われる。つまり、造形物の検査を行うことによって、積層造形を行う構築プロセスが中断される。このため、積層造形により造形物を形成するまでに要する時間が長期化してしまうという課題がある。
　本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、積層造形された造形物の検査を効率良く行い、積層造形により造形物を形成するのに要する時間を短縮することができる積層造形装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る積層造形装置は、造形物の造形面に粉末材料を供給し、供給された前記粉末材料に溶融ビームを照射することで前記粉末材料を溶融させ、前記造形物を積層造形する積層造形装置であって、前記造形面に沿った第一方向に移動しながら、前記造形面上に前記粉末材料を均すリコータと、前記リコータに設けられ、検査用のＸ線を前記造形面に照射するＸ線源と、前記リコータに設けられ、前記Ｘ線源から照射されて前記造形面で散乱した前記Ｘ線を検出する検出器と、を備える。
造形面に照射するＸ線は電子ビームを照射ターゲットに照射することにより発生させる。照射ターゲットは造形面付近に第二方向に沿って設けられ、電子ビームを照射ターゲットに照射するとともに第二方向に走査することによって、第二方向に走査されたＸ線を得ることができる。
　本開示の積層造形装置によれば、積層造形された造形物の検査を効率良く行い、積層造形により造形物を形成するのに要する時間を短縮することができる。
本開示の第１実施形態に係る積層造形装置の概略構成を示す側断面図である。 本開示の実施形態に係る積層造形装置の概略構成を示す平面図である。 本開示の実施形態に係る積層造形装置の検査部の構成を示す側断面図である。 本開示の実施形態に係る検査部における、リコータとともに第一方向に移動するＸ線照射器で、電子ビームを第二方向に走査させるときの電子ビーム照射位置の変位を示す図である。 本開示の実施形態に係る検査部におけるＸ線の照射領域を概念的に示す平面図である。 本開示の実施形態に係る検査部におけるＸ線の照射領域を第一方向から見た断面図である。 本開示の実施形態の第１変形例に係る検査部におけるＸ線の照射領域を概念的に示す平面図である。 本開示の実施形態の第１変形例に係る検査部におけるＸ線の照射領域を第一方向から見た断面図である。 本開示の実施形態の第２変形例に係る積層造形装置の検査部の構成を示す側断面図である。 本開示の実施形態に係る第２変形例に係る積層造形装置の検査部における、検出器における散乱Ｘ線の照射領域を示す平面図である。 本開示の実施形態の第３変形例に係る積層造形装置の検査部の構成を示す側断面図である。 本開示の実施形態の第３変形例に係る積層造形装置の検査部に備えた符号化開口の一例を示す平面図である。 本開示の第２実施形態に係る積層造形装置において、Ｘ線の走査速度を異ならせる一例を示す図である。
＜第一実施形態＞
（積層造形装置の構成）
　以下、本開示の実施形態に係る積層造形装置について、図１～図６を参照して説明する。
　図１、図２に示すように積層造形装置１Ａは、造形部２と、検査部１０と、を主に備えている。造形部２は、造形ステージ３と、リコータ４と、溶融ビーム照射部（図示なし）と、を備えている。
　造形ステージ３は、その上面に、水平面に沿った造形物載置面３ｆを有している。造形ステージ３は、上下方向Ｄｖに昇降可能に設けられている。造形ステージ３は、予め定められた寸法ずつ、順次下降する。
　リコータ４は、造形ステージ３の上方に配置されている。リコータ４は、材料供給部（図示なし）から供給される金属等からなる粉末材料Ｐを、造形物載置面３ｆ上、または造形物載置面３ｆ上に形成された造形物１００上に均しながら供給する。リコータ４は、上下方向Ｄｖに直交する水平面に沿った第一方向Ｄａに移動可能に設けられている。リコータ４は、造形ステージ３の造形物載置面３ｆの上方で、リコータ駆動機構（図示なし）によって、第一方向Ｄａに沿って往復動する。リコータ４は、水平面に沿い、第一方向Ｄａに直交する第二方向Ｄｂに延びている。リコータ４は、第二方向Ｄｂにおいて、造形物載置面３ｆの全体を横切るように形成されている。リコータ４の下面４ｂは、水平面に沿っている。リコータ４において、第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１には、エッジ部４ｅが形成されている。エッジ部４ｅは、第二方向Ｄｂから見て、下面４ｂから上下方向Ｄｖの上方に立ち上がっている。エッジ部４ｅは、第二方向Ｄｂに延びている。リコータ４は、粉末材料Ｐを供給する際、造形ステージ３の第一方向Ｄａの第二側Ｄａ２から第一側Ｄａ１に移動する。造形ステージ３の第一方向Ｄａの第二側Ｄａ２には、リコータ４に粉末材料Ｐを供給する材料供給部（図示なし）が設けられている。リコータ４は、第一方向Ｄａの第二側Ｄａ２から第一側Ｄａ１に移動し、造形物の端まで到達したのちは反対方向に移動して戻ることで、材料供給部から供給される粉末材料Ｐを、均しながら供給する。
　溶融ビーム照射部（図示なし）は、造形物載置面３ｆ上に供給された粉末材料Ｐに、レーザ光等の溶融ビームを、予め設定された造形物１００の形状に合わせたパターンで照射する。造形物載置面３ｆ上に供給された粉末材料Ｐは、溶融ビームが照射されることで溶融する。造形物載置面３ｆ上で、粉末材料Ｐが溶融することによって、溶融金属が生成される。溶融金属が凝固すると、造形物載置面３ｆ上に、造形物１００を形成する金属層１００ｍが形成される。
　上記リコータ４による粉末材料Ｐの供給と、溶融ビーム照射部（図示なし）による溶融ビームの照射と、造形ステージ３の下降と、を繰り返すことで、造形物載置面３ｆ上に、金属層１００ｍが順次積層される。
　図３に示すように、検査部１０は、Ｘ線源１１と、検出器１２と、欠陥検査部５０と、を備えている。Ｘ線源１１、および検出器１２は、リコータ４に対して第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１に設けられている。
　Ｘ線源１１は、電子ビーム源１３と、照射ターゲット１４と、を備えている。
　電子ビーム源１３は、造形ステージ３上に形成される造形物１００の造形面１００ｆに、照射ターゲット１４で変換したＸ線を照射する。造形面１００ｆは、造形ステージ３上に順次積層される各金属層１００ｍの表面である。電子ビーム源１３は、いわゆる電子銃であり、真空チャンバ１５内に設けられている。真空チャンバ１５は、検出器１２とともにリコータ４に取り付けられている。真空チャンバ１５は、上下方向Ｄｖの上方から下方に向かって第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１に傾斜して延びている。真空チャンバ１５は、第二方向Ｄｂにおいて造形ステージ３の全体を覆うように延びている。真空チャンバ１５は中空密閉構造で、その内部が所定の真空度となるように真空引きされている。電子ビーム源１３から照射ターゲット１４に照射される電子ビームＢ１は、電子ビーム制御部１６Ａの制御により、偏向電極（図示なし）による電界、または電磁石（図示なし）による磁界が印加されることで第二方向Ｄｂに偏向する。図４に示すように、電子ビーム制御部１６Ａは、リコータ４が第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１に向かって移動している間、電子ビーム源１３から照射される電子ビームＢ１を真空チャンバ１５内で第二方向Ｄｂに沿って繰り返し走査させる。
　図３に示すように、電子ビーム源１３は、真空チャンバ１５内に設けられた照射ターゲット１４に向けて電子ビームＢ１を照射する。照射ターゲット１４は、電子ビーム源１３から照射される電子ビームＢ１をＸ線に変換し、造形面１００ｆに向けてＸ線Ｘ１を照射する。照射ターゲット１４は、真空チャンバ１５内の下部に設けられている。照射ターゲット１４は、第一方向Ｄａに交差する面に沿って設けられている。照射ターゲット１４は、第二方向Ｄｂに沿って連続している。真空チャンバ１５の底部には、電子ビーム源１３から照射され、照射ターゲット１４で変換されたＸ線Ｘ１が透過する透過窓１５ｗが設けられている。照射ターゲット１４で変換され、透過窓１５ｗを透過したＸ線Ｘ１は、下方に向かって第一方向Ｄａの第二側Ｄａ２に傾斜して進行し、造形面１００ｆ上に照射される。電子ビーム源１３は、照射ターゲット１４に対し、第一方向Ｄａから見て例えば矩形状の範囲に電子ビームＢ１を照射する。これにより、図３、図５に示すように、照射ターゲット１４で変換されたＸ線Ｘ１が造形面１００ｆ上に照射される照射領域Ａ１は、上方から見て角の丸い矩形状となる。本実施形態において、造形面１００ｆ上でＸ線強度が比較的強く分布する照射領域Ａ１は、第一方向Ｄａ、および第二方向Ｄｂの長さＬａ、Ｌｂがそれぞれ７ｍｍの矩形領域として扱う。
　図３に示すように、検出器１２は、中空箱状で、第二方向Ｄｂから見ると、矩形状の断面を有している。検出器１２は、第二方向Ｄｂに延び、第二方向Ｄｂにおいて造形ステージ３の全体を覆うように設けられている。検出器１２は、リコータ４の第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１の端部４ａに支持されている。検出器１２の一部は、リコータ４の端部４ａから第一方向Ｄａの第一側Ｄａ１に突出している。
　検出器１２内の上部には、ラインセンサ１７が設けられている。ラインセンサ１７は、上下方向Ｄｖに直交する面に沿って設けられている。ラインセンサ１７は、第一方向Ｄａに所定の幅寸法を有している。ラインセンサ１７は、第二方向Ｄｂに連続して延びている。ラインセンサ１７は、造形面１００ｆに対して上方に間隔をあけて配置されている。ラインセンサ１７は、第一方向Ｄａ、および第二方向Ｄｂにそれぞれ配列された複数の検出ピクセル（図示なし）を備えている。ラインセンサ１７は、各検出ピクセルで検出されるＸ線の量（吸収線量、フォトン数）に基づいて、ラインセンサ１７に照射されるＸ線の量（吸収線量、フォトン数）を検出する。
　検出器１２の下面には、Ｘ線遮へい部材３０Ａが設けられている。Ｘ線遮へい部材３０Ａは、板状で、上下方向Ｄｖに直交する面に沿って設けられている。Ｘ線遮へい部材３０Ａは、検出器１２と、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１との間に配置されている。Ｘ線遮へい部材３０Ａは、照射領域Ａ１で後方散乱した散乱Ｘ線Ｘ２の経路上に配置されている。Ｘ線遮へい部材３０Ａは、造形面１００ｆで後方散乱した散乱Ｘ線Ｘ２を遮へいし一部を透過する。Ｘ線ビーム透過部材３０Ａを透過した散乱Ｘ線Ｘ２は、ラインセンサ１７に到達する。
　Ｘ線遮へい部材３０Ａは、複数のピンホール３１を備えている。ピンホール３１は、造形面１００ｆで散乱するＸ線の照射領域Ａ１よりも小さい。ピンホール３１は、例えば直径が０．４ｍｍ程度の円形とされている。図５に示すように、ピンホール３１は、Ｘ線遮へい部材３０Ａに対し、第二方向Ｄｂに等間隔をあけて複数形成されている。検出したい最小の欠陥サイズ０．１ｍｍとするとき、ピンホール３１の径は０．４ｍｍ以下とされるのが好ましい。
　散乱Ｘ線Ｘ２は、ピンホール３１を通ってラインセンサ１７に照射される。ラインセンサ１７に対する散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２は、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１に対応した形状となる。ここで、本実施形態では、Ｘ線遮へい部材３０Ａを、例えば、造形面１００ｆに対する上下方向Ｄｖにおける距離Ｚと、ラインセンサ１７に対する上下方向Ｄｖにおける距離Ｄとが、同じ（Ｚ＝Ｄ）となるように配置している。これにより、ピンホール３１を通ってラインセンサ１７に照射される散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２は、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１と同じ面積となる。
　ここで、第二方向Ｄｂにおけるピンホール３１の設置間隔Ｐｂは、造形面１００ｆにおけるＸ線Ｘ１の照射領域Ａ１の第二方向Ｄｂの長さＬｂに対し、例えば１／２とするのが好ましい（Ｐｂ＝１／２×Ｌｂ）。すると、図５、図６に示すように、Ｘ線Ｘ１を照射した場合に、複数のピンホール３１のそれぞれを通ってラインセンサ１７に照射される散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２が、互いに干渉するのを抑えつつ、第二方向Ｄｂの両側にも形成される。ラインセンサ１７で、これら複数の照射領域Ａ２における散乱Ｘ線Ｘ２のＸ線量の和を取得することで、ラインセンサ１７に到達する散乱Ｘ線Ｘ２の検出解像度が高まる。
　ラインセンサ１７では、このようにして照射された照射領域Ａ２における散乱Ｘ線の量（吸収線量、フォトン数）を検出する。ラインセンサ１７は、照射領域Ａ２におけるＸ線量の情報を、欠陥検査部５０に出力する。
　欠陥検査部５０は、ラインセンサ１７に照射されたＸ線の量（吸収線量、フォトン数）を取得する。欠陥検査部５０は、取得されたＸ線量に基づいて、造形面１００ｆにおける欠陥の有無、欠陥の形状を判定する。このとき、周囲の欠陥の無い部分に比較し、欠陥がある部分では、ラインセンサ１７で検出されるＸ線量が低下する。欠陥検査部５０では、Ｘ線の量（吸収線量、フォトン数）が低下している部分を検出することで、造形面１００ｆに欠陥が生じている部位を検出する。欠陥検査部５０は、例えば、周囲の欠陥の無い部分に対するＸ線の量（吸収線量、フォトン数）の差が、予め設定した閾値以上であるときに、欠陥が存在している、と判定する。
（作用効果）
　本実施形態では、積層造形装置１Ａは、電子ビーム源１３、および検出器１２をリコータ４に設けている。このため、リコータ４で造形面１００ｆ上に粉末材料Ｐを均すことと並行して、電子ビーム源１３から造形面１００ｆにＸ線を照射し、その散乱Ｘ線を検出器１２で検出することができる。したがって、積層造形により造形物１００を形成する工程を、造形面１００ｆの検査のために中断する必要がない。その結果、積層造形された造形物１００の検査を効率良く行い、積層造形により造形物１００を形成するのに要する時間を短縮することができる。
　さらに、積層造形装置１Ａは、リコータ４を第一方向Ｄａに移動しながら、電子ビーム源１３から照射される電子ビームＢ１を第二方向Ｄｂに沿って走査させる。この場合、Ｘ線Ｘ１を造形面１００ｆの第二方向Ｄｂ全体に一度に照射する場合に比較し、電子ビームＢ１の照射エネルギーが少なくて済む。これにより、電子ビームＢ１の照射コストを抑えることができる。
　さらに、積層造形装置１Ａは、電子ビーム源１３を、機械的に第二方向Ｄｂに移動させるのではなく、電界または磁界の印加によって第二方向Ｄｂに走査させる。このため、電子ビームＢ１の走査を短時間で行うことができる。
　さらに、積層造形装置１Ａは、電子ビーム源１３よりも検出器１２に近い位置に照射ターゲット１４を設けている。このため、照射ターゲット１４で変換したＸ線Ｘ１が、造形面１００ｆに照射されるまでに拡散されるのを抑えることができる。これにより、造形面１００ｆにＸ線を集中的に効率良く照射させることができる。したがって、電子ビームＢ１の出力を抑えることができ、造形面１００ｆの検査を効率良く行うことが可能となる。
　さらに、積層造形装置１Ａは、Ｘ線遮へい部材３０Ａに設置したピンホール３１で造形面１００ｆからの散乱Ｘ線Ｘ２の一部を透過させることによって、造形面１００ｆを高精度に検査することができる。
　さらに、Ｘ線遮へい部材３０Ａは、複数のピンホール３１を備える。これにより、Ｘ線遮へい部材３０Ａの複数のピンホール３１を、造形面１００ｆからの散乱Ｘ線Ｘ２の一部が透過することによって、検出器１２に到達するＸ線量を増やすことができる。これにより、造形面１００ｆの欠陥の検出精度が高まる。
（第１実施形態の第１変形例）
　上記実施形態において、Ｘ線遮へい部材３０Ａに備える複数のピンホール３１の設置間隔Ｐｂを、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１の第二方向Ｄｂの長さＬｂの１／２としたが、これに限られない。
　例えば、図７、図８に示すように、Ｘ線遮へい部材３０Ａに備える複数のピンホール３１の設置間隔Ｐｂを、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１の第二方向Ｄｂの長さＬｂの１／４としてもよい。
　これにより、Ｘ線Ｘ１を第二方向Ｄｂに走査させた場合に、複数のピンホール３１のそれぞれを通ってラインセンサ１７に照射される散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２同士が、第二方向Ｄｂで半分ずつ重なり合う。すると、ラインセンサ１７の各検出ピクセルでは、互いに隣り合う３つのピンホール３１を透過した散乱Ｘ線Ｘ２が入射されることになる。したがって、Ｘ線照射部（図示なし）における散乱Ｘ線Ｘ２の照射量を減らすことなく、ラインセンサ１７で検出されるＸ線量を２倍に増やすことができる。したがって、造形面１００ｆの表面状態を、より高感度に検出することが可能となる。
（第１実施形態の第２変形例）
　また、図９に示すように、Ｘ線遮へい部材３０Ａに備える複数のピンホール３１を、第二方向Ｄｂだけでなく、第一方向Ｄａにおいても、等間隔で複数設けるようにしてもよい。
　複数のピンホール３１の第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂの設置間隔Ｐａ、Ｐｂを、上記第１変形例と同様、造形面１００ｆにおける照射領域Ａ１の第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂの長さＬａ、Ｌｂの１／４とした場合、図９、図１０に示すように、複数のピンホール３１のそれぞれを通ってラインセンサ１７に照射される散乱Ｘ線Ｘ２の照射領域Ａ２同士が、第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂのそれぞれで半分ずつ重なり合う。すると、ラインセンサ１７の各検出ピクセルでは、第一方向Ｄａ、第二方向Ｄｂのそれぞれで互いに隣り合う３つ（合計９つ）のピンホール３１を透過した散乱Ｘ線Ｘ２が入射される。したがって、電子ビーム源１３における電子ビームＢ１の照射量を増やすことなく、図１０に示すように、ラインセンサ１７で検出される散乱Ｘ線Ｘ２の量を、上記第１実施形態に比較して増やすことができる。したがって、造形面１００ｆの表面状態を、より高感度に検出することが可能となる。
（第１実施形態の第３変形例）
　また、上記実施形態、及び各変形例では、Ｘ線遮へい部材３０Ａに、複数のピンホール３１を備えるようにしたが、これに限られない。
　例えば、図１１、図１２に示すように、造形面１００ｆで散乱されたＸ線Ｘ２を遮へいし一部を透過するＸ線遮へい部材３０Ｂに、符号化開口３３を備えるようにしてもよい。符号化開口３３は、予め定めた規則（符号）にしたがって配置した複数の開口３３ｈを有している。造形面１００ｆの照射領域Ａ１で後方散乱した散乱Ｘ線Ｘ２は、符号化開口３３の複数の開口３３ｈを通して検出器１２のラインセンサ１７に照射される。ラインセンサ１７は、散乱Ｘ線Ｘ２の各検出ピクセルにおけるＸ線の量（吸収線量、フォトン数）の分布を、逆演算すると、造形面１００ｆの照射領域Ａ１における造形面１００ｆの表面状態を検出することができる。ここで、符号化開口３３の自己相関関数が、δ関数に近いものであれば、その種類（複数の開口３３ｈのレイアウト）は問わない。
　また、Ｘ線遮へい部材３０Ｂの造形面１００ｆに対する上下方向Ｄｖにおける距離をＺ、Ｘ線遮へい部材３０Ｂのラインセンサ１７に対する上下方向Ｄｖにおける距離をＤ、符号化開口３３の第二方向Ｄｂにおける開口３３ｈのピッチをｐ（図１２参照）とし、検出したい造形面１００ｆにおける欠陥の第二方向ＤｂにおけるサイズをΔｘとした場合、次式（１）を満足するのが好ましい。
　ｐ＝Ｄ／（Ｄ＋Ｚ）×Δｘ　　…（１）
　上式（１）に基づき、Ｘ線遮へい部材３０Ｂの造形面１００ｆに対する上下方向Ｄｖにおける距離Ｚと、ラインセンサ１７に対する上下方向Ｄｖにおける距離Ｄとが、同じ（Ｚ＝Ｄ）である場合、符号化開口３３のピッチｐは、検出対象となる造形面１００ｆにおける欠陥のサイズΔｘの１／２である必要がある。
　このように、符号化開口３３が、造形面１００ｆからの散乱Ｘ線Ｘ２の一部を透過させることによって、検出器１２に到達するＸ線量を増やすことができる。符号化開口３３は、ピンホール３１に比較して開口面積を多くすることができるので、検出器１２に到達するＸ線量をさらに増やすことができる。
＜第二実施形態＞
　次に本発明の第二実施形態について図１３を参照して説明する。第二実施形態において、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
（積層造形装置の構成）
　図３に示すように、本実施形態に係る積層造形装置１Ｂにおける電子ビーム制御部１６Ｂは、Ｘ線源１１の電子ビーム源１３から照射される電子ビームの制御を行う。電子ビーム制御部１６Ｂは、偏向電極（図示なし）による電界、または電磁石（図示なし）による磁界を印加することで、真空チャンバ１５内で第二方向Ｄｂに沿って電子ビームＢを走査させる。電子ビーム制御部１６Ｂは、電子ビームＢを第二方向Ｄｂに沿って走査させる走査速度を制御する。
　電子ビーム制御部１６Ｂは、例えば、造形面１００ｆの形状に応じて、電子ビームＢの走査速度を制御するのが好ましい。具体的には、図１３に示すように、造形面１００ｆの形状が複雑である部分Ｋ１では、造形面１００ｆの形状が平坦である部分Ｋ２に比較し、電子ビームＢの走査速度を遅くするのが好ましい。また、造形物１００の形状に基づき、造形物１００が形成されない部分Ｋ３では、電子ビームＢの走査自体を行わないようにしてもよい。造形面１００ｆの形状が複雑である部分Ｋ１、平坦である部分Ｋ２、造形物１００が形成されない部分Ｋ３は、例えば、積層造形装置１Ｂのオペレータや、積層造形装置１Ｂの動作プログラムを作成するプログラマー等による判断で設定してもよい。また、造形面１００ｆの形状が複雑である部分Ｋ１、平坦である部分Ｋ２、造形物１００が形成されない部分Ｋ３の設定は、造形面１００ｆの設計データに基づいて設定するようにしてもよい。
　また、電子ビーム制御部１６Ｂは、造形面１００ｆに照射された溶融ビームの照射条件に応じて、電子ビームＢの走査速度を制御するようにしてもよい。溶融ビームの照射によって造形面１００ｆが形成される部分には、溶融ビームの照射が行われる。これに対し、造形面１００ｆが形成されない部分には、溶融ビームの照射が行われない。また、造形面１００ｆが平坦である部分と、造形面１００ｆの形状が複雑である部分とで、例えば、溶融ビームの移動速度、溶融ビームの出力、ビーム径等の照射条件を異ならせることがある。電子ビーム制御部１６Ｂは、このような溶融ビームの照射条件に応じて、電子ビームＢの走査速度を異ならせるようにしてもよい。
（作用効果）
　本実施形態では、積層造形装置１Ｂは、電子ビームＢを第二方向Ｄｂに沿って走査させる走査速度を制御する電子ビーム制御部１６Ｂを備える。これにより、Ｘ線を照射して造形面１００ｆの検査を行うに際し、電子ビームＢの走査速度を変化させることができる。電子ビームＢの走査速度を変化させると、造形面１００ｆの検査精度を異ならせることができる。
　さらに、電子ビーム制御部１６Ｂは、前記造形面１００ｆの形状に応じて、前記電子ビームＢの走査速度を制御する。これにより、例えば造形面１００ｆの形状が平坦である場合には、電子ビームＢの走査速度を高め、造形面１００ｆの形状が複雑である場合には、電子ビームＢの走査速度を低める等して、造形面１００ｆの形状に応じ、検査精度と検査効率とを適切なものとすることができる。
　さらに、電子ビーム制御部１６Ｂは、溶融ビームの照射条件に応じて、電子ビームＢの走査速度を制御する。
　これにより、例えば、溶融ビームの移動速度、出力、ビーム径等の照射条件に応じて、電子ビームＢの走査速度を制御することができる。溶融ビームの照射条件は、例えば造形面１００ｆの形状の複雑さ等に応じて変更される。このため、溶融ビームの照射条件に応じて電子ビームＢの走査速度を制御することで、造形面１００ｆの形状に応じ、検査精度と検査効率とを適切なものとすることができる。
　さらに、積層造形装置１Ｂは、上記第１実施形態と同様、積層造形された造形物１００の検査を効率良く行い、積層造形により造形物を形成するのに要する時間を短縮することができる。
　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
＜付記＞
　各実施形態に記載の積層造形装置１Ａ、１Ｂは、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、造形物１００の造形面１００ｆに粉末材料Ｐを供給し、供給された前記粉末材料Ｐに前記粉末材料Ｐが溶融する溶融ビームを照射することで、前記造形物１００を積層造形する積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記造形面１００ｆに沿った第一方向Ｄａに移動しながら、前記造形面１００ｆ上に前記粉末材料Ｐを均すリコータ４と、前記リコータ４に設けられ、検査用のＸ線Ｘ１を前記造形面１００ｆに照射するＸ線源１１と、前記リコータ４に設けられ、前記Ｘ線源１１から照射されて前記造形面１００ｆで散乱したＸ線Ｘ２を検出する検出器１２と、を備える。
　この積層造形装置１Ａ、１Ｂは、電子ビーム源１３、および検出器１２をリコータ４に設けている。このため、リコータ４で造形面１００ｆ上に粉末材料Ｐを均すことと並行して、電子ビーム源１３から造形面１００ｆにＸ線Ｘ１を照射し、その散乱Ｘ線Ｘ２を検出器１２で検出することができる。したがって、積層造形により造形物１００を形成する工程を、造形面１００ｆの検査のために中断する必要がない。その結果、積層造形された造形物１００の検査を効率良く行い、積層造形により造形物を形成するのに要する時間を短縮することができる。
（２）第２の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（１）の積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記電子ビーム源１３は、前記造形面１００ｆに沿い、かつ前記第一方向Ｄａに交差する第二方向Ｄｂに沿って、前記造形面１００ｆに照射する前記電子ビームＢ１を走査させる。
　これにより、リコータ４を第一方向Ｄａに移動しながら、電子ビーム源１３から照射される電子ビームＢ１を第二方向Ｄｂに沿って走査させることで、Ｘ線を造形面１００ｆの第二方向Ｄｂ全体に一度に照射する場合に比較し、電子ビームＢ１の照射エネルギーが少なくて済む。これにより、電子ビームＢ１の照射コストを抑えることができる。
（３）第３の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（２）の積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記電子ビーム源１３は、前記電子ビームＢ１に電界又は磁界を印加することによって、前記電子ビームＢ１を前記第二方向Ｄｂに走査させる。
　このように、電子ビーム源１３を、機械的に第二方向Ｄｂに移動させるのではなく、電界または磁界の印加によって第二方向Ｄｂに走査させることで、電子ビームＢ１の走査を短時間で行うことができる。
（４）第４の態様に係る積層造形装置１Ｂは、（２）または（３）の積層造形装置１Ｂであって、前記電子ビームＢ１を前記第二方向Ｄｂに沿って走査させる走査速度を制御する電子ビーム制御部１６Ｂをさらに備える。
　これにより、Ｘ線を照射して造形面１００ｆの検査を行うに際し、電子ビームＢ１の走査速度を変化させることができる。電子ビームＢ１の走査速度を変化させると、造形面１００ｆの検査精度を異ならせることができる。
（５）第５の態様に係る積層造形装置１Ｂは、（４）の積層造形装置１Ｂであって、前記電子ビーム制御部１６Ｂは、前記造形面１００ｆの形状に応じて、前記電子ビームＢ１の走査速度を制御する。
　これにより、例えば造形面１００ｆの形状が平坦である場合には、電子ビームＢ１の走査速度を高め、造形面１００ｆの形状が複雑である場合には、電子ビームＢ１の走査速度を低める等して、造形面１００ｆの形状に応じ、検査精度と検査効率とを適切なものとすることができる。
（６）第６の態様に係る積層造形装置１Ｂは、（４）または（５）の積層造形装置１Ｂであって、前記電子ビーム制御部１６Ｂは、前記造形面１００ｆに照射された溶融ビームの照射条件に応じて、前記電子ビームＢ１の走査速度を制御する。
　これにより、例えば、溶融ビームの移動速度、出力、ビーム径等の照射条件に応じて、電子ビームＢ１の走査速度を制御することができる。溶融ビームの照射条件は、例えば造形面１００ｆの形状の複雑さ等に応じて変更される。このため、溶融ビームの照射条件に応じて電子ビームＢ１の走査速度を制御することで、造形面１００ｆの形状に応じ、検査精度と検査効率とを適切なものとすることができる。
（７）第７の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（１）から（６）の何れか一つの積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記電子ビーム源１３よりも前記検出器１２に近い位置に設けられ、前記電子ビーム源１３から出力された前記電子ビームＢ１が照射され、前記造形面１００ｆに前記電子ビームＢ１をＸ線に変換させる照射ターゲット１４をさらに備える。
　これにより、電子ビーム源１３よりも検出器１２に近い位置に照射ターゲット１４を設けると、照射ターゲット１４で変換したＸ線Ｘ１が、造形面１００ｆに照射されるまでに拡散されるのを抑えることができる。これにより、造形面１００ｆに電子ビームＢ１を集中的に効率良く照射させることができる。したがって、電子ビームＢ１の出力を抑えることができ、造形面１００ｆの検査を効率良く行うことが可能となる。
（８）第８の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（１）から（７）の何れか一つの積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記造形面１００ｆに照射された前記Ｘ線を遮へいし一部を透過させるＸ線遮へい部材３０Ａ、３０Ｂをさらに備える。
　これにより、Ｘ線遮へい部材３０Ａ、３０Ｂで造形面１００ｆからの散乱Ｘ線Ｘ２を遮へいし一部を透過させることによって、造形面１００ｆを高感度で検査することができる。
（９）第９の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（８）の積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記Ｘ線遮へい部材３０Ａは、前記Ｘ線の一部を透過させる複数のピンホール３１を備える。
　これにより、Ｘ線遮へい部材３０Ａの複数のピンホール３１を、造形面１００ｆからの散乱Ｘ線の一部が透過することによって、検出器１２に到達するＸ線量を増やすことができる。複数のピンホール３１の間隔を調整することにより、造形面１００ｆの欠陥の検出精度が高まる。
（１０）第１０の態様に係る積層造形装置１Ａ、１Ｂは、（８）の積層造形装置１Ａ、１Ｂであって、前記Ｘ線遮へい部材３０Ａは、符号化開口３３を有する。
　これにより、Ｘ線遮へい部材３０Ａの符号化開口３３を、造形面１００ｆからの散乱Ｘ線の一部が透過することによって、検出器１２に到達するＸ線量を増やすことができる。符号化開口３３は、ピンホール３１に比較して開口面積を多くすることができるので、検出器１２に到達するＸ線の量（吸収線量、フォトン数）をさらに増やすことができる。
　本発明の各態様によれば、積層造形された造形物の検査を効率良く行い、積層造形により造形物を形成するのに要する時間を短縮することができる。
１Ａ、１Ｂ…積層造形装置
２…造形部
３…造形ステージ
３ｆ…造形物載置面
４…リコータ
４ａ…端部
４ｂ…下面
４ｅ…エッジ部
１０…検査部
１１…Ｘ線源
１２…検出器
１３…電子ビーム源
１４…照射ターゲット
１５…真空チャンバ
１５ｗ…透過窓
１６Ａ、１６Ｂ…電子ビーム制御部
１７…ラインセンサ
３０Ａ、３０Ｂ…Ｘ線遮へい部材
３１…ピンホール
３３…符号化開口
３３ｈ…開口
５０…欠陥検査部
１００…造形物
１００ｆ…造形面
１００ｍ…金属層
Ａ１…照射領域
Ａ２…照射領域
Ｂ１…電子ビーム
Ｘ１…Ｘ線
Ｘ２…散乱Ｘ線
Ｄａ…第一方向
Ｄａ１…第一側
Ｄａ２…第二側
Ｄｂ…第二方向
Ｄｖ…上下方向
Ｋ１…造形面の形状が複雑である部分
Ｋ２…平坦である部分
Ｋ３…造形物が形成されない部分
Ｐ…粉末材料
Ｐａ、Ｐｂ…設置間隔
Ｄ…Ｘ線遮へい部材と検出器との距離
Ｚ…Ｘ線遮へい部材と造形面との距離
ｐ…ピッチ
Δｘ…サイズ

Claims (10)

  1. 　造形物の造形面に粉末材料を供給し、供給された前記粉末材料に溶融ビームを照射することで前記粉末材料を溶融させ、前記造形物を積層造形する積層造形装置であって、
    　前記造形面に沿った第一方向に移動しながら、前記造形面上に前記粉末材料を均すリコータと、
    　前記リコータに設けられ、電子ビームから変換することによって前記造形面に検査用のＸ線を照射するＸ線源と、
    　前記リコータに設けられ、前記Ｘ線源からＸ線が照射されて前記造形面で散乱した前記Ｘ線を検出する検出器と、
    　を備える積層造形装置。
  2. 　前記Ｘ線源は、電子ビーム源および照射ターゲットから構成され、電子ビーム源は前記造形面に沿い、かつ前記第一方向に交差する第二方向に沿って、前記造形面に照射する前記電子ビームを走査させ、照射ターゲットは第二方向に沿って配置させることで、Ｘ線を走査させる
    　請求項１に記載の積層造形装置。
  3. 　前記電子ビーム源は、前記電子ビームに電界又は磁界を印加することによって、前記電子ビームを前記第二方向に走査させる
    　請求項２に記載の積層造形装置。
  4. 　前記電子ビームを前記第二方向に沿って走査させる走査速度を制御する電子ビーム制御部をさらに備える
    　請求項２または３に記載の積層造形装置。
  5. 　前記電子ビーム制御部は、前記造形面の形状に応じて、前記電子ビームの走査速度を制御する
    　請求項４に記載の積層造形装置。
  6. 　前記電子ビーム制御部は、前記造形面に照射された溶融ビームの照射条件に応じて、前記電子ビームの走査速度を制御する
    　請求項４または５に記載の積層造形装置。
  7. 　前記Ｘ線源よりも前記検出器に近い位置に設けられ、前記電子ビーム源から出力された前記電子ビームが照射され、前記造形面に照射するＸ線へ変換させる照射ターゲットをさらに備える
    　請求項１から６の何れか一項に記載の積層造形装置。
  8. 　前記造形面に照射された前記Ｘ線を遮へいし一部を透過させるＸ線遮へい部材をさらに備える
    　請求項１から７の何れか一項に記載の積層造形装置。
  9. 　前記Ｘ線遮へい部材は、前記Ｘ線の一部を透過させる複数のピンホールを備える
    　請求項８に記載の積層造形装置。
  10. 　前記Ｘ線遮へい部材は、符号化開口を有する
    　請求項８に記載の積層造形装置。
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