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JP2023039032A - Method and apparatus for three-dimensional manufacturing - Google Patents

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Abstract

To provide a method for three-dimensional manufacturing that can ensure that a manufactured object has a desired manufacturing quality.SOLUTION: A method for three-dimensional manufacturing comprises a first preparation step that acquires a moving picture m including an irradiation point of an energy beam by taking pictures on a plate 51 while emitting an energy beam onto the plate 51, according to a beam-irradiation setting including a heat-input setting indicative of an allowable range of a parameter defining a heat input to be given to a powder material P by an energy beam and locus information defining an irradiation position of the energy beam, a second preparation step that acquires a measurement result of the parameter defining the heat input by analyzing the moving picture m, a third preparation step that determines whether or not the measurement result is included in the allowable range, and a manufacturing step that forms a manufactured object PA by irradiating, while uniformly laying a powder material P over the plate 51, the uniformly-laid powder material P with an energy beam.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、三次元造形方法及び三次元造形装置に関する。 The present disclosure relates to a three-dimensional modeling method and a three-dimensional modeling apparatus.

特許文献1には、チャンバ内で敷き均される粉末材料に対し電子ビームを照射し、粉末材料を溶融し凝固させて、三次元の物体を造形する装置及び方法が開示されている。 Patent Literature 1 discloses an apparatus and method for forming a three-dimensional object by irradiating an electron beam to a powder material spread evenly in a chamber to melt and solidify the powder material.

特許第6101707号公報Japanese Patent No. 6101707

三次元造形装置によって製造される部品の造形品質は、造形動作中の様々な影響を受ける。造形品質は、例えば、造形物の単位体積当りに与えられる熱量(以下、「入熱量」という。)の影響を受ける。例えば、入熱量が少ないと粉末材料が溶けずに欠陥が残ったり、入熱量が多いと粉末材料が溶け落ちたりする。入熱量は、入熱量を定めるパラメータ(例えばビームの出力、速度等)に依存する。しかし、実際の造形動作中において、入熱量を定めるパラメータの計測は困難であるため、実際の入熱量が不明であった。その結果、造形物が所望の造形品質を有するか否かの判断ができなかった。 The build quality of a part manufactured by a 3D printer is subject to various influences during the build operation. The modeling quality is affected by, for example, the amount of heat applied per unit volume of the model (hereinafter referred to as "heat input"). For example, if the amount of heat input is small, the powder material will not melt and defects will remain, and if the amount of heat input is large, the powder material will melt down. The heat input depends on the parameters that define the heat input (eg, beam power, velocity, etc.). However, since it is difficult to measure the parameters that determine the amount of heat input during the actual modeling operation, the actual amount of heat input was unknown. As a result, it was not possible to determine whether or not the modeled object had the desired modeled quality.

そこで、本開示は、造形物が所望の造形品質を有することを担保することが可能な三次元造形方法及び三次元造形装置を説明する。 Accordingly, the present disclosure describes a three-dimensional modeling method and a three-dimensional modeling apparatus that can ensure that a modeled object has desired modeling quality.

本開示の一態様に係る三次元造形方法は、エネルギビームによって粉末材料に与えられる入熱量を規定するパラメータの許容範囲を示す入熱量設定及びエネルギビームの照射位置を規定する軌跡情報を含むビームの照射設定に従って、プレート上に向けてエネルギビームを照射しながら、プレート上を撮影してエネルギビームの照射点が含まれた動画を取得する第1準備工程と、動画を解析することにより、入熱量を規定するパラメータの計測結果を取得する第2準備工程と、計測結果が許容範囲に含まれるか否かを判定する、第3準備工程と、プレート上に粉末材料を敷き均しながら、敷き均した粉末材料にエネルギビームを照射することによって三次元造形物を造形する造形工程と、を備える。 A three-dimensional fabrication method according to an aspect of the present disclosure includes a heat input setting that indicates an allowable range of parameters that define a heat input applied to a powder material by an energy beam, and trajectory information that defines the irradiation position of the energy beam. According to the irradiation setting, while irradiating the energy beam toward the plate, the first preparation step of acquiring a moving image containing the irradiation point of the energy beam by photographing the plate and analyzing the moving image, the amount of heat input A second preparation step of acquiring the measurement results of the parameters that define the, a third preparation step of determining whether the measurement results are included in the allowable range, and spreading the powder material on the plate while spreading it evenly and a molding step of molding a three-dimensional object by irradiating the powder material thus obtained with an energy beam.

この三次元造形方法は、入熱量を規定するパラメータの許容範囲及びビームの移動を規定する情報を含むビームの照射設定に従ったエネルギビームが照射された点を撮影し、動画を取得する。三次元造形方法は、動画を解析してパラメータの計測結果を取得する。三次元造形方法は、計測結果が許容範囲に含まれるか否かを判定する。この場合、実際のパラメータの計測結果が、パラメータの許容範囲に含まれるかが判定される。計測結果が許容範囲内であれば、三次元造形物に対する入熱量の範囲が許容範囲であることがわかる。これにより、造形物が所望の造形品質を有することを担保することが可能となる。 In this three-dimensional fabrication method, a point irradiated with an energy beam according to a beam irradiation setting including information defining the allowable range of parameters defining the amount of heat input and the movement of the beam is photographed to obtain a moving image. The three-dimensional modeling method analyzes the moving image and acquires the measurement results of the parameters. The three-dimensional modeling method determines whether or not the measurement result is within the allowable range. In this case, it is determined whether the actual parameter measurement result is within the allowable range of the parameter. If the measurement result is within the allowable range, it can be seen that the range of heat input to the three-dimensional structure is within the allowable range. This makes it possible to ensure that the modeled object has the desired modeling quality.

第2準備工程は、動画をフレームごとにエネルギビームの照射点が含まれているか否かを判定することによってエネルギビームが連続的に映るフレーム数をカウントし、エネルギビームが映るフレーム数、エネルギビームの軌跡の長さ、及び動画のフレームレートに基づいて、エネルギビームの照射点が軌跡に沿って移動する速度を計測結果として取得してもよい。この場合、計測結果として、実際にエネルギビームが照射された速度が取得される。これにより、速度により定まる入熱量が許容範囲内にあることをより精緻に担保できる。従って、造形物が所望の造形品質を有することを担保することが可能となる。 The second preparation step counts the number of frames in which the energy beam is continuously projected by determining whether or not an energy beam irradiation point is included in each frame of the moving image, and counts the number of frames in which the energy beam is projected. The speed at which the irradiation point of the energy beam moves along the trajectory may be obtained as a measurement result based on the length of the trajectory and the frame rate of the moving image. In this case, the speed at which the energy beam is actually applied is acquired as the measurement result. This makes it possible to more precisely ensure that the heat input determined by the speed is within the allowable range. Therefore, it is possible to ensure that the modeled article has the desired modeling quality.

第1準備工程は、エネルギビームの軌跡が円形になるようにビームを照射してもよい。この場合、プレート上の狭い領域であっても、エネルギビームが照射された距離が長くなるため、照射軌跡をより正確に判別することが可能となる。その結果、計測結果をより正確にすることができる。 The first preparation step may irradiate the beam so that the trajectory of the energy beam is circular. In this case, even a narrow region on the plate can be irradiated with the energy beam for a longer distance, so that the irradiation trajectory can be determined more accurately. As a result, the measurement results can be made more accurate.

第1準備工程は、エネルギビームが軌跡に沿って移動する速度が一定になるようにエネルギビームを照射してもよい。この場合、エネルギビームの照射中において、エネルギビームが動画のフレームに一定の速度で現れる。その結果、計測結果をより正確に取得することができる。 The first preparation step may irradiate the energy beam so that the energy beam moves along the trajectory at a constant speed. In this case, the energy beam appears at a constant speed in the frames of the moving image during the irradiation of the energy beam. As a result, more accurate measurement results can be obtained.

本開示の一態様に係る三次元造形装置は、エネルギビームによって粉末材料に与えられる入熱量を規定するパラメータの許容範囲を示す入熱量設定及びエネルギビームの照射位置を規定する軌跡情報を含むビームの照射設定に従って、プレート上に向けてエネルギビームを照射する照射部と、プレート上を撮影してエネルギビームの照射点が含まれた動画を出力する撮影部と、動画を解析することにより、入熱量を規定するパラメータの計測結果を取得し、計測結果が許容範囲に含まれるか否かを判定する制御部と、を備える。照射部は、プレート上に粉末材料を敷き均しながら、敷き均した粉末材料にエネルギビームを照射することによって三次元造形物を造形する。この三次元造形装置では、上述した理由により、造形物が所望の造形品質を有することを担保することが可能となる。 A three-dimensional modeling apparatus according to an aspect of the present disclosure includes a heat input amount setting indicating an allowable range of a parameter that defines a heat input amount applied to a powder material by an energy beam, and trajectory information that defines an irradiation position of the energy beam. An irradiation unit that irradiates an energy beam onto the plate according to the irradiation settings, and an imaging unit that photographs the plate and outputs a video containing the irradiation points of the energy beam, and by analyzing the video, heat input is calculated. and a control unit that acquires the measurement result of the parameter that defines the and determines whether the measurement result is included in the allowable range. The irradiation unit forms a three-dimensional structure by spreading the powder material evenly on the plate and irradiating the spread powder material with an energy beam. With this three-dimensional modeling apparatus, it is possible to ensure that the modeled object has the desired modeling quality for the reasons described above.

制御部は、動画をフレームごとにエネルギビームの照射点が含まれているか否かを判定することによってエネルギビームが連続的に映るフレーム数をカウントする計数部と、エネルギビームが映るフレーム数、エネルギビームの軌跡の長さ、及び動画のフレームレートに基づいて、エネルギビームの照射点が軌跡に沿って移動する速度を計測結果として取得する速度算出部と、を有してもよい。この場合であっても、上述した理由により、造形物が所望の造形品質を有することを担保することが可能となる。 The control unit includes a counting unit that counts the number of frames in which the energy beam is continuously projected by determining whether or not an energy beam irradiation point is included in each frame of the moving image, and a counting unit that counts the number of frames in which the energy beam is projected, A velocity calculation unit that acquires, as a measurement result, a velocity at which the irradiation point of the energy beam moves along the trajectory based on the length of the trajectory of the beam and the frame rate of the moving image. Even in this case, for the reasons described above, it is possible to ensure that the object has the desired modeling quality.

制御部は、エネルギビームの軌跡が円形になるように、照射部によるエネルギビームの照射を制御してもよい。この場合であっても、上述した理由により、計測結果をより正確にすることができる。 The control unit may control the irradiation of the energy beam by the irradiation unit so that the trajectory of the energy beam becomes circular. Even in this case, the measurement results can be made more accurate for the reasons described above.

制御部は、エネルギビームが軌跡に沿って移動する速度が一定になるように、照射部によるエネルギビームの照射を制御してもよい。この場合であっても、上述した理由により、計測結果をより正確にすることができる。 The control unit may control the irradiation of the energy beam by the irradiation unit so that the energy beam moves along the trajectory at a constant speed. Even in this case, the measurement results can be made more accurate for the reasons described above.

本開示の三次元造形方法及び三次元造形装置によれば、造形物が所望の造形品質を有することを担保することができる。 According to the three-dimensional modeling method and the three-dimensional modeling apparatus of the present disclosure, it is possible to ensure that the modeled object has desired modeling quality.

図1は、三次元造形装置の構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a three-dimensional modeling apparatus. 図2は、パラメータの計測に係る主要な構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the main configuration related to parameter measurement. 図3は、制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a control unit; 図4は、軌跡情報の例を示す図である。図4(a)は、円形の軌跡を示す。図4(b)は、断続的な軌跡を示す。図4(c)は、加減速が行われる軌跡を示す。FIG. 4 is a diagram showing an example of trajectory information. FIG. 4(a) shows a circular trajectory. FIG. 4(b) shows an intermittent trajectory. FIG. 4(c) shows a trajectory along which acceleration and deceleration are performed. 図5は、計数部の処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flow chart showing an example of processing of the counting unit. 図6は、三次元造形装置の動作を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flow chart showing the operation of the 3D modeling apparatus.

以下、本開示の三次元造形方法及び三次元造形装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, the three-dimensional modeling method and three-dimensional modeling apparatus of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted.

図1に示す三次元回転積層造形物製造装置(以下「三次元造形装置1」という)は、粉末材料Pから造形物PA(三次元造形物)を製造するいわゆる3Dプリンタである。三次元造形装置1は、例えばエネルギビームとして電子ビームを採用する。例えば、三次元造形装置1は、いわゆる電子銃粉末床溶融方式を採用する。 The three-dimensional rotary laminate-molded article manufacturing apparatus (hereinafter referred to as "three-dimensional modeling apparatus 1") shown in FIG. The three-dimensional modeling apparatus 1 employs, for example, an electron beam as an energy beam. For example, the three-dimensional modeling apparatus 1 employs a so-called electron gun powder bed melting method.

粉末材料Pは、金属の粉末であり、例えばチタン系金属粉末、インコネル粉末又はアルミニウム粉末等である。また、粉末材料Pは、金属粉末に限定されない。粉末材料Pは、例えばCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)など、炭素繊維と樹脂とを含む粉末であってもよい。また、粉末材料Pは、導電性を有するその他の粉末でもよい。なお、本開示における粉末は、導電性を有するものには限定されない。例えばエネルギビームとしてレーザを用いる場合には、粉末材料Pは導電性を有しなくてもよい。 The powder material P is metal powder, such as titanium-based metal powder, Inconel powder, or aluminum powder. Moreover, the powder material P is not limited to metal powder. The powder material P may be powder containing carbon fiber and resin, such as CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics). Also, the powder material P may be another powder having electrical conductivity. In addition, the powder in the present disclosure is not limited to those having conductivity. For example, if a laser is used as the energy beam, the powder material P does not have to be electrically conductive.

三次元造形装置1は、粉末材料Pにエネルギを付与する。換言すると、三次元造形装置1は、粉末材料Pの温度を上昇させる。その結果、粉末材料Pは溶融又は焼結する。そして、三次元造形装置1がエネルギの付与を停止すると、粉末材料Pの温度が下がるので、凝固する。つまり、三次元造形装置1は、エネルギの付与と停止とを複数回繰り返すことにより、造形物PAを製造する。なお、本開示で言う「粉末材料Pを固める」とは、融点より高い温度まで加熱されて液体となった粉末材料Pが凝固する態様と、融点より低い温度まで加熱されることにより焼結する態様と、を含む。造形物PAは、例えば機械部品である。造形物PAは、その他の構造物であってもよい。 The three-dimensional modeling apparatus 1 applies energy to the powder material P. As shown in FIG. In other words, the three-dimensional modeling apparatus 1 raises the temperature of the powder material P. As a result, the powder material P is melted or sintered. Then, when the three-dimensional modeling apparatus 1 stops applying energy, the temperature of the powder material P drops, so that the powder material P solidifies. That is, the three-dimensional modeling apparatus 1 manufactures the modeled object PA by repeating applying and stopping the energy a plurality of times. In the present disclosure, "solidifying the powder material P" refers to a mode in which the powder material P that is heated to a temperature higher than the melting point and becomes liquid is solidified, and a mode in which the powder material P is heated to a temperature lower than the melting point to sinter. Aspects. The modeled object PA is, for example, a machine part. The modeled object PA may be another structure.

三次元造形装置1は、駆動ユニット2と、処理ユニット3と、制御部4と、ハウジング5と、窓部6と、カメラ7(撮影部)と、を有する。駆動ユニット2は、造形に要する種々の動作を実現する。処理ユニット3は、粉末材料Pを処理することによって、造形物PAを得る。粉末材料Pの処理は、粉末材料Pの供給処理と、粉末材料Pの予熱処理と、粉末材料Pの造形処理と、を含む。制御部4は、三次元造形装置1の装置全体の制御を司る。ハウジング5は、複数のコラムによって支持されている。ハウジング5は、造形空間Sを形成する。造形空間Sは、処理ユニット3による粉末材料Pの処理を行うための減圧可能な気密空間である。窓部6は、三次元造形装置1の装置外部から造形空間Sを視認可能な覗き窓である。窓部6はハウジング5に設けられている。カメラ7は後述するプレート51上を撮影する。 The three-dimensional modeling apparatus 1 has a drive unit 2, a processing unit 3, a control section 4, a housing 5, a window section 6, and a camera 7 (photographing section). The drive unit 2 realizes various operations required for modeling. The processing unit 3 processes the powder material P to obtain a model PA. The processing of the powder material P includes a supply process of the powder material P, a preheating process of the powder material P, and a shaping process of the powder material P. The control unit 4 controls the entire apparatus of the three-dimensional modeling apparatus 1 . Housing 5 is supported by a plurality of columns. The housing 5 forms a modeling space S. As shown in FIG. The modeling space S is a decompressible airtight space for processing the powder material P by the processing unit 3 . The window part 6 is an observation window through which the modeling space S can be visually recognized from the outside of the three-dimensional modeling apparatus 1 . A window 6 is provided in the housing 5 . The camera 7 takes an image on a plate 51 which will be described later.

造形空間Sには、プレート51と造形タンク52とが配置されている。プレート51は、造形処理が行われる処理台である。プレート51は、例えば円板を呈し、造形物PAの原料である粉末材料Pが配置される。プレート51は、その中心軸線がハウジング5の中心軸線と重複するように配置される。プレート51には、駆動ユニット2が接続されている。従って、プレート51は、駆動ユニット2によって、回転と、回転軸線に沿った直線移動と、を行う。造形タンク52は、粉末材料Pを収容する容器である。造形タンク52は、プレート51を囲うように配置される。 In the modeling space S, a plate 51 and a modeling tank 52 are arranged. The plate 51 is a processing platform on which modeling processing is performed. The plate 51 is, for example, a circular plate, and the powder material P, which is the raw material of the modeled object PA, is arranged thereon. The plate 51 is arranged so that its central axis overlaps the central axis of the housing 5 . A drive unit 2 is connected to the plate 51 . The plate 51 is thus rotated and translated linearly along the axis of rotation by the drive unit 2 . The modeling tank 52 is a container in which the powder material P is stored. The modeling tank 52 is arranged so as to surround the plate 51 .

駆動ユニット2は、プレート51を回転及び昇降させる。駆動ユニット2は、回転駆動機構21と、昇降駆動機構22と、を有する。回転駆動機構21は、プレート51を回転させる。回転駆動機構21の上端は、プレート51に連結されている。回転駆動機構21の下端は、駆動源に取り付けられている。昇降駆動機構22は、プレート51を造形タンク52に対して相対的に昇降させる。この昇降は、回転駆動機構21の回転軸線に沿っている。なお、駆動ユニット2は、プレート51を回転及び昇降させることができる機構であればよく、駆動ユニット2は、上記の機構に限定されない。 The drive unit 2 rotates and raises and lowers the plate 51 . The drive unit 2 has a rotation drive mechanism 21 and an elevation drive mechanism 22 . The rotation drive mechanism 21 rotates the plate 51 . The upper end of the rotation drive mechanism 21 is connected to the plate 51 . A lower end of the rotation drive mechanism 21 is attached to a drive source. The elevation drive mechanism 22 raises and lowers the plate 51 relative to the modeling tank 52 . This elevation is along the rotation axis of the rotary drive mechanism 21 . It should be noted that the drive unit 2 may be any mechanism capable of rotating and raising and lowering the plate 51, and the drive unit 2 is not limited to the above mechanism.

処理ユニット3は、プレート51上に配置されている。処理ユニット3は、プレート51のプレート主面51aに対面している。処理ユニット3は、フィーダ3a、ヒータ3b、及びビーム源3c(照射部)を有している。フィーダ3aは、粉末材料Pの供給処理を行う。ヒータ3bは、粉末材料Pの予熱処理を行う。ビーム源3cは、粉末材料Pの造形処理を行う。 The processing unit 3 is arranged on the plate 51 . The processing unit 3 faces the plate main surface 51 a of the plate 51 . The processing unit 3 has a feeder 3a, a heater 3b, and a beam source 3c (irradiation section). The feeder 3a feeds the powder material P. As shown in FIG. The heater 3b preheats the powder material P. As shown in FIG. The beam source 3c performs the shaping process of the powder material P. As shown in FIG.

フィーダ3aは、プレート51に粉末材料Pを供給する。例えば、フィーダ3aは、原料タンクと均し部とを有する。原料タンクは、粉末材料Pを貯留すると共にプレート51に粉末材料Pを供給する。均し部は、プレート51上の粉末材料Pの表面を均す。例えば、プレート51上の粉末材料Pの表面層は、プレート51の回転に伴って均し部に当接して敷き均される。なお、三次元造形装置1は、均し部に替えて、ローラ部、棒状部材、刷毛部などを有してもよい。フィーダ3aは、プレート主面51aに供給領域を形成する。供給領域は、粉末材料Pがプレート51に供給され、均される領域である。供給領域は、例えば、プレート51の直径方向(半径方向)を長手方向とする矩形状の形状を呈するが、これに限定されない。 Feeder 3 a supplies powder material P to plate 51 . For example, the feeder 3a has a raw material tank and a leveling section. The raw material tank stores the powder material P and supplies the powder material P to the plate 51 . The smoothing section smoothes the surface of the powder material P on the plate 51 . For example, as the plate 51 rotates, the surface layer of the powder material P on the plate 51 abuts against the leveling portion and is leveled. Note that the three-dimensional modeling apparatus 1 may have a roller section, a rod-like member, a brush section, or the like instead of the leveling section. The feeder 3a forms a supply area on the plate main surface 51a. The feed area is the area where the powder material P is fed to the plate 51 and leveled. The supply region has, for example, a rectangular shape whose longitudinal direction is the diameter direction (radial direction) of the plate 51, but is not limited to this.

ヒータ3bは、プレート51に配置された粉末材料Pを加熱する。ヒータ3bは、放射熱によって粉末材料Pの温度を上昇させる。ヒータ3bとして、例えば赤外線ヒータを用いてもよい。ここでいう予熱とは、予熱領域における粉末材料Pの温度が供給領域における粉末材料Pよりも高くなるように加熱する処理であることを意味する。このような加熱処理は、例えば、粉末材料Pを仮焼結する処理であってもよい。仮焼結とは、粉末材料P同士が拡散現象によって最小点で拡散して接合した状態である。ヒータ3bは、一例として、粉末材料Pの融点の半分以上の温度まで粉末材料Pを加熱する。これは、焼結の拡散現象が活発になるのが、一般的に融点の半分以上であることに基づく。例えば、粉末材料Pがチタンである場合、仮焼結温度は、700℃以上800℃以下である。なお、チタン合金の融点は約1500℃以上1600℃以下である。また、粉末材料Pがアルミニウムである場合、仮焼結温度は、300℃である。なお、アルミニウムの融点は約660℃である。ヒータ3bは、プレート主面51aに予熱領域を形成する。予熱領域は、粉末材料Pの温度を上昇させる領域である。予熱領域は、例えば扇状の形状を呈するが、これに限定されない。 The heater 3 b heats the powder material P placed on the plate 51 . The heater 3b raises the temperature of the powder material P by radiant heat. An infrared heater, for example, may be used as the heater 3b. The term "preheating" as used herein means a process of heating the powder material P so that the temperature of the powder material P in the preheating area is higher than that of the powder material P in the supply area. Such heat treatment may be, for example, a process of pre-sintering the powder material P. Preliminary sintering is a state in which the powder materials P are diffused and bonded to each other at the minimum point due to a diffusion phenomenon. The heater 3b heats the powder material P to a temperature equal to or higher than half of the melting point of the powder material P, for example. This is based on the fact that the sintering diffusion phenomenon is generally active at half or more of the melting point. For example, when the powder material P is titanium, the preliminary sintering temperature is 700° C. or higher and 800° C. or lower. Note that the melting point of the titanium alloy is about 1500° C. or more and 1600° C. or less. Moreover, when the powder material P is aluminum, the preliminary sintering temperature is 300°C. Note that the melting point of aluminum is about 660°C. The heater 3b forms a preheating area on the plate main surface 51a. A preheating area|region is an area|region which raises the temperature of the powder material P. FIG. The preheating area has, for example, a fan-like shape, but is not limited to this.

例えば、ビーム源3cは、プレート51に配置された粉末材料Pに対して電子ビームを照射する。ビーム源3cは、例えば電子銃である。電子銃は、カソードとアノードとの間に生じる電位差に応じた電子ビームを発生させる。ビーム源3cは、プレート主面51aに造形領域を形成する。造形領域は、粉末材料Pの温度を上昇させる領域であるが、当該温度は予熱領域における温度よりも高い。つまり、造形領域における粉末材料Pの温度は、造形物PAを形成可能な温度(焼結温度、融解温度)である。ビーム源3cは、造形領域内の所望の部分に電子ビームを照射する。造形領域の形状は、例えば円形であるが、これに限定されない。造形領域は、ビーム源3cの照射範囲(照射可能範囲)と一致してもよいし、一致していなくてもよい。 For example, the beam source 3c irradiates the powder material P placed on the plate 51 with an electron beam. The beam source 3c is, for example, an electron gun. The electron gun generates an electron beam according to the potential difference between the cathode and anode. The beam source 3c forms a shaping area on the plate main surface 51a. The shaping area is an area where the temperature of the powder material P is raised, which is higher than the temperature in the preheating area. That is, the temperature of the powder material P in the modeling area is the temperature (sintering temperature, melting temperature) at which the modeled article PA can be formed. The beam source 3c irradiates an electron beam onto a desired portion within the modeling area. The shape of the modeling area is, for example, circular, but is not limited to this. The modeling region may or may not match the irradiation range (irradiable range) of the beam source 3c.

供給領域、予熱領域及び造形領域の位置関係は、フィーダ3a、ヒータ3b及びビーム源3cの位置関係に対応する。供給領域、予熱領域及び造形領域は、プレート51の回転方向に沿ってこの順に形成されていればよい。供給領域、予熱領域及び造形領域のそれぞれ占める領域は、適宜変更してよい。 The positional relationship among the supply area, preheating area and modeling area corresponds to the positional relationship between the feeder 3a, the heater 3b and the beam source 3c. The supply area, preheating area, and modeling area may be formed in this order along the rotation direction of the plate 51 . The areas occupied by the supply area, the preheating area, and the shaping area may be changed as appropriate.

制御部4は、駆動ユニット2及び処理ユニット3の動作を制御して、三次元造形物を造形する。昇降駆動機構22は、プレート51を上方へ移動させる。プレート51は、造形タンク52の上部の位置に配置される。回転駆動機構21は、プレート51を回転させる。フィーダ3aは、プレート51に粉末材料Pを供給し、粉末材料Pの表面層を均す。粉末材料Pは、プレート51と共に回転しながら供給される。ヒータ3bは、電子ビームが照射される前の粉末材料Pを予備加熱する。粉末材料Pは、プレート51と共に回転しながら加熱される。ビーム源3cは、粉末材料Pに対して電子ビームを照射する。これにより、粉末材料Pが溶融又は焼結され、造形物PAが造形されていく。昇降駆動機構22は、プレート51を降下させる。プレート51は、造形物PAの造形が進むに連れて降下する。プレート51の降下は、プレート51の回転と同期させてもよいが、完全には同期させなくてもよい。そして、全ての層について造形が完了したら、造形物PAの造形が完了する。 The control unit 4 controls the operations of the drive unit 2 and the processing unit 3 to form a three-dimensional object. The elevation drive mechanism 22 moves the plate 51 upward. The plate 51 is positioned above the modeling tank 52 . The rotation drive mechanism 21 rotates the plate 51 . The feeder 3a supplies the powder material P to the plate 51 and smoothes the surface layer of the powder material P. As shown in FIG. The powder material P is supplied while rotating with the plate 51 . The heater 3b preheats the powder material P before being irradiated with the electron beam. The powder material P is heated while rotating with the plate 51 . The beam source 3c irradiates the powder material P with an electron beam. As a result, the powder material P is melted or sintered, and the modeled object PA is modeled. The elevation drive mechanism 22 lowers the plate 51 . The plate 51 descends as the modeling of the modeled article PA progresses. The lowering of plate 51 may be synchronized with the rotation of plate 51, but need not be perfectly synchronized. Then, when the modeling of all the layers is completed, the modeling of the modeled object PA is completed.

制御部4はまた、電子ビームによって粉末材料Pに与えられる入熱量を規定するパラメータの計測を行う。パラメータは、例えば電子ビームの出力、走査速度等である。走査速度とは、電子ビームの照射点が軌跡に沿って移動する速度である。入熱量は、造形物PAの単位体積当りに与えられる熱量であり、パラメータに依存する。図2は、パラメータの計測に係る主要な構成を示すブロック図である。図2に示されるように、制御部4は、記憶部41と、ビーム制御部42と、取得部43と、計数部44と、距離算出部45と、速度算出部46と、比較部47と、を有する。制御部4は、ビーム源3c及びカメラ7と電気的に接続されている。 The control unit 4 also measures a parameter that defines the amount of heat input given to the powder material P by the electron beam. The parameters are, for example, electron beam power, scanning speed, and the like. The scanning speed is the speed at which the irradiation point of the electron beam moves along the trajectory. The amount of heat input is the amount of heat given per unit volume of the modeled article PA, and depends on parameters. FIG. 2 is a block diagram showing the main configuration related to parameter measurement. As shown in FIG. 2, the control unit 4 includes a storage unit 41, a beam control unit 42, an acquisition unit 43, a counting unit 44, a distance calculation unit 45, a speed calculation unit 46, a comparison unit 47, , have The controller 4 is electrically connected to the beam source 3c and the camera 7. FIG.

記憶部41は、入熱量設定及びビームの照射設定を記憶している。入熱量設定とは、電子ビームによって粉末材料Pに与えられる入熱量を規定するパラメータの許容範囲である。許容範囲は、パラメータの基準値と許容誤差とによって規定される。許容範囲は、例えば、走査速度:960[mm/sec],許容誤差:±20[mm/sec]等のように規定される。ビームの照射設定は、例えば、電子ビームの出力、走査速度、電子ビームの照射位置を規定する軌跡情報等を含む。軌跡情報は、例えば、照射位置の始点及び終点、並びに照射位置が移動する経路等を規定する。軌跡情報の詳細については後述する。 The storage unit 41 stores heat input settings and beam irradiation settings. The heat input setting is the allowable range of parameters that define the heat input applied to the powder material P by the electron beam. The allowable range is defined by the reference value and the allowable error of the parameter. The permissible range is defined as, for example, scanning speed: 960 [mm/sec], permissible error: ±20 [mm/sec], and the like. The beam irradiation settings include, for example, the output of the electron beam, the scanning speed, and trajectory information that defines the irradiation position of the electron beam. The trajectory information defines, for example, the start point and end point of the irradiation position, the route along which the irradiation position moves, and the like. Details of the trajectory information will be described later.

ビーム制御部42は、電子ビームの照射制御を行う。ビーム制御部42は、ビームの照射設定に従った制御信号φをビーム源3cに出力する。ビーム源3cは、制御信号φに従って、プレート51上に向けて電子ビームを照射する。パラメータの計測を行う際には、プレート51は回転しておらず、昇降の位置も固定されている。また、プレート51上には粉末材料Pが供給されていない。すなわち、ビーム源3cは、プレート51のプレート主面51aに電子ビームを照射する。 The beam control unit 42 controls irradiation of the electron beam. The beam controller 42 outputs a control signal φ according to the beam irradiation setting to the beam source 3c. The beam source 3c irradiates an electron beam onto the plate 51 according to the control signal φ. When the parameters are measured, the plate 51 is not rotated and the elevation position is fixed. Moreover, the powder material P is not supplied onto the plate 51 . That is, the beam source 3c irradiates the plate main surface 51a of the plate 51 with an electron beam.

カメラ7は、プレート51上を撮影した動画mを制御部4に出力する。動画mは、電子ビームの照射が開始される前、電子ビームが照射されている間、及び電子ビームの照射が停止した後のそれぞれの時点におけるプレート51上の画像(フレーム)を含む。動画mのフレームレート(1秒当りのフレーム数)は限定されず、例えば240[Frame/sec]である。カメラ7は、例えばデジタルカメラ、ハイスピードカメラ等である。カメラ7は、三次元造形装置1の装置外部から窓部6を介してプレート51上を撮影する。 The camera 7 outputs to the controller 4 a moving image m of the plate 51 photographed. The moving image m includes images (frames) on the plate 51 before the start of the electron beam irradiation, during the electron beam irradiation, and after the stop of the electron beam irradiation. The frame rate (the number of frames per second) of the moving image m is not limited, and is, for example, 240 [Frame/sec]. The camera 7 is, for example, a digital camera, a high speed camera, or the like. The camera 7 photographs the plate 51 through the window 6 from the outside of the three-dimensional modeling apparatus 1 .

取得部43は、カメラ7から動画mを取得する。動画mには電子ビームの照射点が含まれる。照射点とは、プレート51上に電子ビームが照射されている位置である。 Acquisition unit 43 acquires moving image m from camera 7 . The moving image m includes irradiation points of the electron beam. The irradiation point is a position on the plate 51 where the electron beam is irradiated.

計数部44は、動画mをフレームごとに電子ビームの照射点が含まれているか否かを判定する。電子ビームがプレート51上に照射されると、照射点が高温になり発光する。本実施形態では、輝度に関する閾値よりも高い輝度を有する画素が、所定の個数以上ある状態を発光として説明する。動画mのうち、電子ビームが照射されている間の画像には、発光が連続して現れる。計数部44は、電子ビームが連続的に映るフレーム数をカウントする。計数部44の処理の詳細については後述する。 The counting unit 44 determines whether or not the electron beam irradiation point is included for each frame of the moving image m. When the electron beam is irradiated onto the plate 51, the irradiation point becomes hot and emits light. In the present embodiment, light emission is defined as a state in which there are a predetermined number or more of pixels having luminances higher than a luminance threshold. Light emission appears continuously in the image during the irradiation of the electron beam in the moving image m. A counting unit 44 counts the number of frames in which the electron beam is continuously captured. Details of the processing of the counting unit 44 will be described later.

距離算出部45は、電子ビームの走査長を算出する。走査長とは、電子ビームの軌跡の長さである。距離算出部45は、動画mを用いて画像解析によって走査長を算出する。画像解析による走査長の算出は公知の技術を用いてよい。また、距離算出部45は、外部の計測装置により計測した値を、入力装置105から入力されることによって取得してもよい。例えば、電子ビームの照射後にプレート51に残る照射痕を実測してもよい。 The distance calculator 45 calculates the scanning length of the electron beam. The scan length is the length of the trajectory of the electron beam. The distance calculator 45 calculates the scan length by image analysis using the moving image m. A known technique may be used to calculate the scanning length by image analysis. Further, the distance calculation unit 45 may acquire a value measured by an external measuring device by inputting the value from the input device 105 . For example, an irradiation mark remaining on the plate 51 after electron beam irradiation may be measured.

速度算出部46は、電子ビームが映るフレーム数、電子ビームの走査長、及び動画のフレームレートに基づいて、走査速度を算出する。速度算出部46は、フレームレートと計数部44によりカウントされたフレーム数とによって、電子ビームが連続的に映る時間を得る。速度算出部46は、電子ビームが連続的に映る時間と電子ビームの走査長(距離)とによって走査速度を算出する。走査速度はパラメータの計測結果の一例である。 The speed calculator 46 calculates the scanning speed based on the number of frames in which the electron beam is projected, the scanning length of the electron beam, and the frame rate of the moving image. The speed calculator 46 obtains the time during which the electron beam is continuously projected from the frame rate and the number of frames counted by the counter 44 . The speed calculator 46 calculates the scanning speed based on the time during which the electron beam is continuously reflected and the scanning length (distance) of the electron beam. The scanning speed is an example of a parameter measurement result.

比較部47は、計測結果が許容範囲に含まれるか否かを判定する。例えば、比較部47は、走査速度が許容誤差内に含まれるか否かを判定する。許容範囲が走査速度:960[mm/sec],許容誤差:±20[mm/sec]である場合、比較部47は、計測した走査速度が940~980[mm/sec]の範囲に含まれるか否かを判定する。 The comparison unit 47 determines whether the measurement result is within the allowable range. For example, the comparison unit 47 determines whether the scanning speed is within the allowable error. When the allowable range is scanning speed: 960 [mm/sec] and allowable error: ±20 [mm/sec], the comparison unit 47 determines that the measured scanning speed is included in the range of 940 to 980 [mm/sec]. Determine whether or not

制御部4は、ハードウェア及び/又はソフトウェアの任意の組み合わせによって実現される。各機能は、物理的及び/又は論理的に分離した2つ以上の装置を直接的及び又は間接的に接続し、これら複数の装置により実現されてもよい。 The controller 4 is realized by any combination of hardware and/or software. Each function may be realized by two or more physically and/or logically separated devices that are directly and/or indirectly connected to each other.

図3は、制御部のハードウェア構成の一例を示す図である。図3に示されるように、制御部4は、物理的には、プロセッサ101と、メモリ102と、ストレージ103と、通信装置104と、入力装置105と、出力装置106と、バス107等を含むコンピュータ装置として構成されてもよい。制御部4における各機能は、プロセッサ101、メモリ102等のハードウェア上に所定のソフトウェア(プログラム)を読み込ませることで、プロセッサ101が演算を行い、通信装置104による通信、あるいは、メモリ102及びストレージ103におけるデータの読み出し及び書き込みを制御することで実現される。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a control unit; As shown in FIG. 3, the control unit 4 physically includes a processor 101, a memory 102, a storage 103, a communication device 104, an input device 105, an output device 106, a bus 107, and the like. It may be configured as a computer device. Each function in the control unit 4 is performed by loading predetermined software (program) on hardware such as the processor 101 and the memory 102, the processor 101 performs calculations, communication by the communication device 104, or the memory 102 and storage It is realized by controlling reading and writing of data in 103 .

プロセッサ101は、例えば、オペレーティングシステムを動作させてコンピュータ全体を制御する。プロセッサ101は、中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)によって構成されてもよい。例えば、制御部4の各種処理等は、プロセッサ101で実現されてもよい。また、プロセッサ101は、プログラム(プログラムコード)、ソフトウェアモジュール、及びデータを、ストレージ103又は通信装置104からメモリ102に読み出し、これらに従って各種の処理を実行する。制御部4の各種処理を実行する機能は、メモリ102に格納され、プロセッサ101で動作する制御プログラムによって実現されてもよい。なお、制御部4における各種処理は、1つのプロセッサ101で実行されてもよいが、2以上のプロセッサ101により同時又は逐次に実行されてもよい。 The processor 101, for example, operates an operating system and controls the entire computer. The processor 101 may be configured by a central processing unit (CPU). For example, various processes of the control unit 4 may be implemented by the processor 101 . The processor 101 also reads programs (program codes), software modules, and data from the storage 103 or the communication device 104 to the memory 102, and executes various processes according to them. The function of executing various processes of the control unit 4 may be implemented by a control program stored in the memory 102 and operated by the processor 101 . Various processes in the control unit 4 may be executed by one processor 101, or may be executed by two or more processors 101 simultaneously or sequentially.

メモリ102は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ROM(Read Only Memory)、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)、RAM(Random Access Memory)等の少なくとも1つによって構成されてもよい。 The memory 102 is a computer-readable recording medium, and is composed of at least one of, for example, ROM (Read Only Memory), EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), RAM (Random Access Memory), and the like. may be

ストレージ103は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体である。ストレージ103は、例えば、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、CD-ROM(Compact Disc ROM)などの光ディスク等の少なくとも1つで構成されてもよい。上述の記憶媒体は、例えば、メモリ102及びストレージ103等を含むデータベース、サーバ又はその他の適切な媒体であってもよい。 The storage 103 is a computer-readable recording medium. The storage 103 may comprise at least one of, for example, a hard disk drive, a flexible disk, a magneto-optical disk, and an optical disk such as a CD-ROM (Compact Disc ROM). The storage media described above may be, for example, a database, server, or other suitable media including memory 102 and storage 103 or the like.

通信装置104は、有線及び/又は無線ネットワークを介してコンピュータ間の通信を行うためのデバイスである。例えば、制御部4の各種処理の一部は、通信装置104で実現されてもよい。 The communication device 104 is a device for communicating between computers via wired and/or wireless networks. For example, part of the various processes of the control unit 4 may be implemented by the communication device 104 .

入力装置105は、外部からの入力を受け付ける入力デバイス(例えば、キーボード等)である。出力装置106は、外部への出力を実施する出力デバイス(例えば、ディスプレイ等)である。 The input device 105 is an input device (for example, a keyboard or the like) that receives input from the outside. The output device 106 is an output device (such as a display) that outputs to the outside.

上記の各装置は、情報を通信するためのバス107で接続される。バス107は、単一のバスで構成されてもよいし、装置間で異なるバスで構成されてもよい。 Each of the above devices are connected by a bus 107 for communicating information. The bus 107 may be composed of a single bus, or may be composed of different buses between devices.

図4を参照しつつ、軌跡情報の例を説明する。本開示の軌跡情報は、いわゆる一筆書きの軌跡であること、電子ビームの照射中に走査速度が変動しないこと、及びプレート51上且つカメラ7の撮影視野にあること、の3つの条件を満たす必要がある。これらの条件を満たしていれば、軌跡の形状は問わない。 An example of trajectory information will be described with reference to FIG. The trajectory information of the present disclosure needs to satisfy three conditions: that it is a so-called unicursal trajectory, that the scanning speed does not fluctuate during electron beam irradiation, and that it is on the plate 51 and within the imaging field of the camera 7 . There is As long as these conditions are satisfied, the shape of the trajectory does not matter.

図4(a)に示される軌跡情報T1は、上述した3つの条件をすべて満たす。軌跡情報T1は、始点STから終点EDまで、時計回りCWに円を描く経路を有する。円の直径Dは、例えば200mm程度である。円の中心は、例えばプレート51の中心軸線上にある。ビーム源3cは、軌跡情報T1に沿ってプレート51上に電子ビームを照射する。照射点が軌跡情報T1に沿って移動すると、プレート51上には加熱によって円形の軌跡が残る。円形の軌跡は、電子ビームの幅に対応する幅W(例えば100μm)を有する。このような軌跡情報T1は、記憶部41に記憶されている。なお、軌跡情報T1が示す軌跡は、正確な円形に限定されない。軌跡情報T1が示す軌跡は、軌跡の長さを取得可能な形状であればよい。例えば、軌跡情報T1は、楕円を描く経路を有してもよい。さらに、軌跡情報T1が直径Dによって示される円形の軌跡を規定する場合に、実際に電子ビームが照射された軌跡が設定した軌跡と完全に一致することも要求されない。軌跡情報T1が示す軌跡に対して許される実際の軌跡のずれは、入熱量の判定において許される誤差に基づいて設定されてもよい。 The trajectory information T1 shown in FIG. 4(a) satisfies all of the above three conditions. The trajectory information T1 has a route that draws a circle clockwise CW from the start point ST to the end point ED. A diameter D of the circle is, for example, about 200 mm. The center of the circle is on the central axis of the plate 51, for example. The beam source 3c irradiates the plate 51 with an electron beam along the trajectory information T1. When the irradiation point moves along the trajectory information T1, a circular trajectory remains on the plate 51 due to heating. The circular locus has a width W (eg 100 μm) corresponding to the width of the electron beam. Such trajectory information T1 is stored in the storage unit 41 . Note that the trajectory indicated by the trajectory information T1 is not limited to an exact circle. The trajectory indicated by the trajectory information T1 may have any shape as long as the length of the trajectory can be obtained. For example, the trajectory information T1 may have a route that draws an ellipse. Furthermore, when the trajectory information T1 defines a circular trajectory indicated by the diameter D, it is not required that the trajectory actually irradiated with the electron beam matches the set trajectory. The allowable deviation of the actual trajectory from the trajectory indicated by the trajectory information T1 may be set based on the allowable error in determining the heat input amount.

図4(b)に示される軌跡情報T2は、上述した条件を満たさない参考例を示す。軌跡情報T2の始点ST及び終点EDは円周上に位置している。また、始点STは、円の中心を通る直線LNの一端側に位置しており、終点EDは直線LNの他端側に位置している。軌跡情報T2は、始点STから直線LNの他端まで時計回りに弧を描く経路T2aを有する。また、軌跡情報T2は、直線LN上を通り直線LNの他端から一端に移動する経路T2bを有する。さらに軌跡情報T2は、直線LNの一端から終点EDまで反時計回りに弧を描く経路T2cを有する。軌跡情報T2では、直線LN上を通る際に電子ビームが非照射となる。軌跡情報T2は、複数のビーム源3cによる移動経路を有してもよい。軌跡情報T2は、例えば、始点STから終点EDまで時計回りに弧を描く第1経路と共に、第2照射点は始点STから終点EDまで反時計回りに弧を描く第2経路を有してもよい。このような軌跡情報T2は、一筆書きの条件を満たさないため、記憶部41に記憶されなくてよい。 Trajectory information T2 shown in FIG. 4B shows a reference example that does not satisfy the above conditions. A start point ST and an end point ED of the trajectory information T2 are located on the circumference. The start point ST is located on one end side of the straight line LN passing through the center of the circle, and the end point ED is located on the other end side of the straight line LN. The trajectory information T2 has a route T2a that draws an arc clockwise from the starting point ST to the other end of the straight line LN. Further, the trajectory information T2 has a route T2b that passes through the straight line LN and moves from the other end to one end of the straight line LN. Further, the trajectory information T2 has a route T2c that draws an arc counterclockwise from one end of the straight line LN to the end point ED. In the trajectory information T2, the electron beam is non-irradiated when passing on the straight line LN. The trajectory information T2 may have movement paths by a plurality of beam sources 3c. The trajectory information T2 may have, for example, a first path that draws an arc clockwise from the start point ST to the end point ED, and a second path that draws an arc counterclockwise from the start point ST to the end point ED for the second irradiation point. good. Such trajectory information T2 does not satisfy the condition of single-stroke writing, so it does not have to be stored in the storage unit 41 .

図4(c)に示される軌跡情報T3は、上述した条件を満たさない参考例を示す。軌跡情報T3では、略四角状に移動する一筆書きの経路を有する。軌跡情報T3では、始点STから近い順に第1辺、第2辺、第3辺及び第4辺とし、それぞれの辺を2つの区間(前半区間及び後半区間)に分割する。軌跡情報T3は、第1辺の後半区間A1で減速し、第2辺の前半区間A2で加速し、第2辺の後半区間A3で減速し、第3辺の前半区間A4で加速する経路を有する。このような軌跡情報T3は、走査速度が変動するため、記憶部41に記憶されなくてよい。 Trajectory information T3 shown in FIG. 4C shows a reference example that does not satisfy the above conditions. The trajectory information T3 has a one-stroke path that moves in a substantially rectangular shape. In the trajectory information T3, the first side, the second side, the third side, and the fourth side are defined in order from the start point ST, and each side is divided into two sections (first half section and second half section). The trajectory information T3 indicates a route that decelerates in the second half section A1 of the first side, accelerates in the first half section A2 of the second side, decelerates in the second half section A3, and accelerates in the first half section A4 of the third side. have. Such trajectory information T3 does not have to be stored in the storage unit 41 because the scanning speed fluctuates.

図5に示すフローチャートを参照しながら、計数部44の処理の一例を説明する。計数部44は、処理対象のフレームの番号(以下、「フレームNo.」と言う。)及び電子ビームが連続的に映るフレーム数Fを初期化する(工程S1)。例えば、計数部44は、フレームNo.を1とし、フレーム数Fを0とする。次に、処理対象のフレームについて、画像解析を実行する(工程S2)。計数部44は、例えば、フレームNo.1の画像を解析して、各画素の輝度を取得する。計数部44は、輝度に関する閾値である輝度Lu以上の画素の個数をカウントする。 An example of the processing of the counting unit 44 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The counting unit 44 initializes the number of a frame to be processed (hereinafter referred to as "frame No.") and the number F of frames in which the electron beam is continuously captured (step S1). For example, the counting unit 44 may calculate the frame number. is set to 1, and the number of frames F is set to 0. Next, image analysis is performed on the frame to be processed (step S2). The counting unit 44, for example, counts the frame number. 1 image is analyzed to obtain the brightness of each pixel. The counting unit 44 counts the number of pixels having luminance Lu or more, which is a threshold value for luminance.

計数部44は、輝度Lu以上の画素の個数が閾値E個以上であるか否かを判定する(工程S3)。輝度Lu以上の画素の個数が閾値E個以上の場合、処理対象のフレームが電子ビームの照射中の画像であることを示す。一方、輝度Lu以上の画素の個数が閾値E個未満のとき、処理対象のフレームが電子ビームの照射前、又は照射後の画像であることを示す。 The counting unit 44 determines whether or not the number of pixels having luminance Lu or more is equal to or more than the threshold value E (step S3). If the number of pixels with luminance Lu or higher is equal to or higher than the threshold value E, it indicates that the frame to be processed is an image during electron beam irradiation. On the other hand, when the number of pixels having luminance Lu or higher is less than the threshold value E, it indicates that the frame to be processed is an image before or after electron beam irradiation.

輝度Lu以上の画素の個数が閾値E個以上である場合(工程S3においてYes)、処理は工程S4に進む。計数部44は、フレーム数をインクリメントする(工程S4)。換言すると、計数部44は、現在のフレーム数に1を加算することにより、フレーム数を数え上げる。続いて、計数部44は、フレームNo.をインクリメントする(工程S5)。換言すると、計数部44は、処理対象のフレームを次のフレームに移す。 If the number of pixels with luminance Lu or higher is equal to or higher than the threshold value E (Yes in step S3), the process proceeds to step S4. The counting unit 44 increments the number of frames (step S4). In other words, the counting unit 44 counts up the number of frames by adding 1 to the current number of frames. Subsequently, the counting unit 44 determines the frame number. is incremented (step S5). In other words, the counting unit 44 moves the frame to be processed to the next frame.

輝度Lu以上の画素の個数が閾値E個以上でない場合(工程S3においてNo)、処理は工程S6に進む。計数部44は、フレーム数Fが0であるか否かを判定する(工程S6)。フレーム数Fが0であるとき、処理対象のフレームが電子ビームの照射前であることを示す。この場合(工程S6においてYes)、処理は工程S5に進む。フレーム数が0でないとき(工程S6においてNo)、処理は終了する。 If the number of pixels with luminance Lu or more is not equal to or greater than the threshold value E (No in step S3), the process proceeds to step S6. The counting unit 44 determines whether or not the number of frames F is 0 (step S6). When the frame number F is 0, it indicates that the frame to be processed has not yet been irradiated with the electron beam. In this case (Yes in step S6), the process proceeds to step S5. When the number of frames is not 0 (No in step S6), the process ends.

工程S5の後、処理は工程S2に戻る。処理が工程S2に戻ることにより、処理対象のフレームが順次切り替えられていく。処理がすべて終了すると、計数部44はフレーム数Fを出力する。フレーム数Fは、電子ビームの照射中の画像数を示す。 After step S5, the process returns to step S2. By returning to step S2, the frame to be processed is sequentially switched. When all the processes are completed, the counting section 44 outputs the number of frames F. FIG. The number of frames F indicates the number of images during electron beam irradiation.

次に、図6に示すフローチャートを参照しながら、三次元造形装置1により実行される三次元造形方法について説明する。記憶部41には、予め入熱量設定及びビームの照射設定が記憶されているものとする。以下、入熱量設定におけるパラメータの許容範囲は、走査速度:960[mm/sec],許容誤差:±20[mm/sec]であるものとする。 Next, a three-dimensional modeling method executed by the three-dimensional modeling apparatus 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. It is assumed that the storage unit 41 stores the heat input setting and the beam irradiation setting in advance. In the following, it is assumed that the permissible range of parameters in setting the amount of heat input is scanning speed: 960 [mm/sec] and permissible error: ±20 [mm/sec].

三次元造形装置1は、第1準備工程として、プレート51上を撮影する(工程S10)。三次元造形装置1は、ビームの照射設定に従って、プレート51上に向けて電子ビームを照射しながら、プレート51上を撮影する。そして、三次元造形装置1は、電子ビームの照射点が含まれた動画mを取得する。より具体的には、カメラ7によってプレート51上の撮影を開始した後、ビーム源3cによってプレート51に電子ビームを照射する。制御部4は、電子ビームの軌跡が円形になるように、ビーム源3cによる電子ビームの照射を制御する。また、制御部4は、走査速度が一定になるように、ビーム源3cによる電子ビームの照射を制御する。走査速度が一定でない場合、入熱量も走査速度に依存して変動し得る。本開示では、走査速度の意図しない揺れが、計測精度に影響を及ぼさない範囲であれば走査速度が「一定」であるとする。入熱量設定であるパラメータの許容範囲内であることを「一定」であると定義する。制御部4は、走査速度が許容範囲になるように、電子ビームの照射を制御する。電子ビームの照射が停止すると、カメラ7は動画mを制御部4に出力する。 The 3D modeling apparatus 1 takes an image of the plate 51 as a first preparation step (step S10). The three-dimensional modeling apparatus 1 photographs the plate 51 while irradiating the electron beam onto the plate 51 according to the beam irradiation settings. Then, the three-dimensional modeling apparatus 1 acquires the moving image m including the irradiation point of the electron beam. More specifically, after the camera 7 starts photographing the plate 51, the beam source 3c irradiates the plate 51 with an electron beam. The controller 4 controls the irradiation of the electron beam from the beam source 3c so that the trajectory of the electron beam becomes circular. Further, the controller 4 controls the electron beam irradiation from the beam source 3c so that the scanning speed is constant. If the scanning speed is not constant, the heat input can also vary depending on the scanning speed. In the present disclosure, the scanning speed is assumed to be "constant" as long as unintended fluctuations in the scanning speed do not affect the measurement accuracy. “Constant” is defined as being within the permissible range of the parameter, which is the heat input setting. The controller 4 controls electron beam irradiation so that the scanning speed is within the allowable range. When the electron beam irradiation stops, the camera 7 outputs the moving image m to the controller 4 .

三次元造形装置1は、動画mをフレームごとに解析する(工程S11)。三次元造形装置1は、図4に示す処理によって、動画mに基づいて電子ビームが連続的に映るフレーム数Fを取得する。 The three-dimensional modeling apparatus 1 analyzes the moving image m frame by frame (step S11). The 3D modeling apparatus 1 obtains the number F of frames in which the electron beam is continuously captured based on the moving image m by the process shown in FIG. 4 .

三次元造形装置1は、電子ビームの走査長を算出する(工程S12)。距離算出部45は、動画mを用いて走査長を算出する。距離算出部45は、例えば、電子ビームの照射後のフレームに対するエッジ検出によって電子ビームの軌跡を検出し、該軌跡の長さを算出する。 The three-dimensional modeling apparatus 1 calculates the scan length of the electron beam (step S12). The distance calculator 45 calculates the scanning length using the moving image m. The distance calculator 45 detects the trajectory of the electron beam by, for example, edge detection for the frame after the irradiation of the electron beam, and calculates the length of the trajectory.

三次元造形装置1は、電子ビームの走査速度を算出する(工程S13)。動画mのフレームレートをc[Frame/sec]とすると、カメラ7のシャッター間隔は1/c[sec]である。カメラ7の撮影タイミングが電子ビームの照射の開始及び停止と同時であると仮定すると、走査時間tは、フレーム数F[Frame]を用いて次式(1)により表すことができる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 calculates the scanning speed of the electron beam (step S13). Assuming that the frame rate of the moving image m is c [Frame/sec], the shutter interval of the camera 7 is 1/c [sec]. Assuming that the imaging timing of the camera 7 coincides with the start and stop of electron beam irradiation, the scanning time t can be expressed by the following equation (1) using the number of frames F[Frame].

Figure 2023039032000002
Figure 2023039032000002

しかしながら、カメラ7の撮影タイミングと、電子ビームの照射の開始及び停止の少なくとも一方は必ずしも同期しない。そのため、照射の開始及び停止の少なくとも一方において、最大で1/c[sec]分の撮影漏れが発生し得る。従って、実際の走査時間t[sec]は、次式(2)の範囲を満たす。 However, the imaging timing of the camera 7 and at least one of the start and stop of electron beam irradiation are not necessarily synchronized. Therefore, at least one of the start and stop of irradiation, an imaging omission of up to 1/c [sec] may occur. Therefore, the actual scanning time t [sec] satisfies the range of the following formula (2).

Figure 2023039032000003
Figure 2023039032000003

ここで、走査速度をvとし、走査長をL[mm]とすると、走査速度vは走査長L/走査時間tにより算出される。式(1),(2)より、走査速度vは次式(3)の範囲を満たす。 Here, assuming that the scanning speed is v and the scanning length is L [mm], the scanning speed v is calculated by scanning length L/scanning time t. From the expressions (1) and (2), the scanning speed v satisfies the range of the following expression (3).

Figure 2023039032000004
Figure 2023039032000004

そこで、計測結果から考え得る上限値と下限値との平均により、次式(4)で表される速度の計測値をv[mm/sec]として定義する。 Therefore, by averaging the upper limit value and the lower limit value that can be considered from the measurement results, the measured velocity value represented by the following equation (4) is defined as v m [mm/sec].

Figure 2023039032000005
Figure 2023039032000005

三次元造形装置1は、式(4)により、パラメータの計測結果として走査速度vを取得する。上述した工程S11~S13は、動画mを解析することにより、入熱量を規定するパラメータの計測結果を取得する第2準備工程とみなすことができる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 acquires the scanning speed v m as the measurement result of the parameter using Equation (4). The above-described steps S11 to S13 can be regarded as a second preparatory step of obtaining the measurement results of the parameters that define the heat input amount by analyzing the moving image m.

三次元造形装置1は、第3準備工程として、走査速度vを評価する(工程S14)。比較部47は、計測した走査速度vが許容範囲の940~980[mm/sec]に含まれるか否かを判定することによって、走査速度vを評価する。 The 3D modeling apparatus 1 evaluates the scanning speed vm as a third preparatory step (step S14). The comparison unit 47 evaluates the scanning speed v m by determining whether the measured scanning speed v m is within the allowable range of 940 to 980 [mm/sec].

走査速度vが許容範囲に含まれる場合には、実際に粉末材料Pに与えられる入熱量が適切であると言える。従って、この走査速度vを計測した直前又は直後に行われる造形動作では、粉末材料Pへの入熱が適切に行われているといえる。入熱量が適切であるということは、入熱量に基づいて評価される造形物の品質が基準を満たしているといえる。 When the scanning speed v m is within the allowable range, it can be said that the heat input actually given to the powder material P is appropriate. Therefore, it can be said that the heat input to the powder material P is appropriately performed in the modeling operation performed immediately before or after measuring the scanning speed vm . Appropriate heat input means that the quality of the model evaluated based on the heat input satisfies the criteria.

三次元造形装置1は、造形工程として、プレート51上に粉末材料Pを敷き均しながら、敷き均した粉末材料Pに電子ビームを照射することによって、造形物PAを造形する(工程S15)。 As a modeling process, the three-dimensional modeling apparatus 1 forms the object PA by spreading the powder material P evenly on the plate 51 and irradiating the spread powder material P with an electron beam (step S15).

三次元造形方法は、電子ビームによって粉末材料Pに与えられる入熱量を規定するパラメータの許容範囲を示す入熱量設定及び電子ビームの照射位置を規定する軌跡情報を含むビームの照射設定に従って、プレート51上に向けて電子ビームを照射しながら、プレート51上を撮影して電子ビームの照射点が含まれた動画mを取得する第1準備工程と、動画mを解析することにより、入熱量を規定するパラメータの計測結果を取得する第2準備工程と、計測結果が許容範囲に含まれるか否かを判定する、第3準備工程と、プレート51上に粉末材料Pを敷き均しながら、敷き均した粉末材料Pに電子ビームを照射することによって造形物PAを造形する造形工程と、を備える。 In the three-dimensional fabrication method, according to the beam irradiation setting including the heat input setting indicating the allowable range of the parameter that defines the heat input given to the powder material P by the electron beam and the trajectory information defining the irradiation position of the electron beam, the plate 51 While irradiating the electron beam upward, the heat input is defined by the first preparation step of capturing a moving image m containing the irradiation point of the electron beam by photographing the plate 51 and analyzing the moving image m. a second preparation step of acquiring the measurement results of the parameters to be measured; a third preparation step of determining whether the measurement results are within the allowable range; and a molding step of molding the object PA by irradiating the powdered material P with an electron beam.

この三次元造形方法は、入熱量を規定するパラメータの許容範囲及びビームの移動を規定する情報を含むビームの照射設定に従った電子ビームが照射された点を撮影し、動画mを取得する。三次元造形方法は、動画mを解析してパラメータの計測結果を取得する。三次元造形方法は、計測結果が許容範囲に含まれるか否かを判定する。この場合、実際のパラメータの計測結果が、パラメータの許容範囲に含まれるかが判定される。計測結果が許容範囲内であれば、造形物PAに対する入熱量の範囲が許容範囲であることがわかる。これにより、造形物PAが所望の造形品質を有することを担保することが可能となる。 In this three-dimensional fabrication method, a moving image m is acquired by photographing points irradiated with an electron beam according to beam irradiation settings including information defining the allowable range of parameters that define the amount of heat input and the movement of the beam. In the three-dimensional modeling method, the moving image m is analyzed to acquire parameter measurement results. The three-dimensional modeling method determines whether or not the measurement result is within the allowable range. In this case, it is determined whether the actual parameter measurement result is within the allowable range of the parameter. If the measurement result is within the allowable range, it can be seen that the range of the amount of heat input to the modeled article PA is within the allowable range. This makes it possible to ensure that the modeled article PA has the desired modeling quality.

第2準備工程は、動画mをフレームごとに電子ビームの照射点が含まれているか否かを判定することによって電子ビームが連続的に映るフレーム数Fをカウントし、電子ビームが映るフレーム数F、電子ビームの軌跡の長さ、及び動画mのフレームレートに基づいて、電子ビームの照射点が軌跡に沿って移動する速度を計測結果として取得する。この場合、計測結果として、実際に電子ビームが照射された速度が取得される。これにより、速度により定まる入熱量が許容範囲内にあることをより精緻に担保できる。従って、造形物PAが所望の造形品質を有することを担保することが可能となる。 In the second preparation step, the number F of frames in which the electron beam is continuously projected is counted by judging whether or not the irradiation point of the electron beam is included in each frame of the moving image m, and the number of frames F in which the electron beam is projected is counted. , the length of the trajectory of the electron beam, and the frame rate of the moving image m, the speed at which the irradiation point of the electron beam moves along the trajectory is obtained as a measurement result. In this case, the velocity at which the electron beam is actually irradiated is acquired as the measurement result. This makes it possible to more precisely ensure that the heat input determined by the speed is within the allowable range. Therefore, it is possible to ensure that the modeled article PA has desired modeling quality.

第1準備工程は、電子ビームの軌跡が円形になるようにビームを照射する。この場合、プレート51上の狭い領域であっても、電子ビームが照射された距離が長くなるため、照射軌跡をより正確に判別することが可能となる。その結果、計測結果をより正確にすることができる。 In the first preparation step, the beam is irradiated so that the trajectory of the electron beam becomes circular. In this case, even a narrow area on the plate 51 is irradiated with the electron beam for a longer distance, so that the irradiation trajectory can be determined more accurately. As a result, the measurement results can be made more accurate.

第1準備工程は、電子ビームが軌跡に沿って移動する速度が一定になるように電子ビームを照射する。この場合、電子ビームの照射中において、電子ビームが動画mのフレームに一定の速度で現れる。その結果、計測結果をより正確に取得することができる。 In the first preparation step, the electron beam is irradiated so that the electron beam moves along the trajectory at a constant speed. In this case, the electron beam appears at a constant speed in the frames of the moving image m during the irradiation of the electron beam. As a result, more accurate measurement results can be obtained.

ところで、積層造形技術は、比較的新しい製造技術である。積層造形によって得られる造形物PAは、所望の形状を有するだけでなく、強度などのような機械的特性も要求される。しかし、積層造形技術によって製造された造形物PAが所望の品質を備えたものであるかを評価する手法は、未だ確立されていない。造形物PAの品質に影響するパラメータとして、入熱量が挙げられる。入熱量が多すぎる又は少なすぎると、造形物PAの内部に欠陥などが生じてしまう。従って、入熱量が適切に管理されていることを確認できれば、少なくとも入熱量の不備によって発生する欠陥などがないことを証明できる。そこで、発明者らは、造形物PAの入熱量を品質管理に適用できる程度に高精度に測定可能な手法を鋭意検討した結果、本開示の三次元造形方法及び三次元造形装置1を想到するに至った。 By the way, the additive manufacturing technology is a relatively new manufacturing technology. A modeled article PA obtained by layered manufacturing is required not only to have a desired shape, but also to have mechanical properties such as strength. However, a method for evaluating whether the modeled article PA manufactured by the layered manufacturing technique has desired quality has not yet been established. A parameter that affects the quality of the modeled article PA is the amount of heat input. If the amount of heat input is too large or too small, defects or the like will occur inside the modeled article PA. Therefore, if it can be confirmed that the heat input is properly managed, at least it can be proved that there are no defects caused by inadequate heat input. Therefore, the inventors diligently studied a technique that can measure the heat input of the modeled article PA with high accuracy to the extent that it can be applied to quality control, and as a result, came up with the three-dimensional modeling method and the three-dimensional modeling apparatus 1 of the present disclosure. reached.

三次元造形装置1は、電子ビームによって粉末材料Pに与えられる入熱量を規定するパラメータの許容範囲を示す入熱量設定及び電子ビームの照射位置を規定する軌跡情報を含むビームの照射設定に従って、プレート51上に向けて電子ビームを照射するビーム源3cと、プレート51上を撮影して電子ビームの照射点が含まれた動画mを出力するカメラ7と、動画mを解析することにより、入熱量を規定するパラメータの計測結果を取得し、計測結果が許容範囲に含まれるか否かを判定する制御部4と、を備える。ビーム源3cは、プレート51上に粉末材料Pを敷き均しながら、敷き均した粉末材料Pに電子ビームを照射することによって造形物PAを造形する。この三次元造形装置1では、上述した理由により、造形物PAが所望の造形品質を有することを担保することが可能となる。 The three-dimensional modeling apparatus 1 uses a heat input setting that indicates the allowable range of a parameter that defines the heat input applied to the powder material P by the electron beam, and a beam irradiation setting that includes trajectory information that defines the irradiation position of the electron beam. A beam source 3c that irradiates an electron beam toward the top of 51, a camera 7 that photographs the plate 51 and outputs a moving image m containing the irradiation point of the electron beam, and by analyzing the moving image m, the amount of heat input and a control unit 4 that acquires the measurement result of the parameter that defines and determines whether the measurement result is included in the allowable range. The beam source 3c forms the object PA by spreading the powder material P evenly on the plate 51 and irradiating the spread powder material P with an electron beam. For the reasons described above, the three-dimensional modeling apparatus 1 can ensure that the modeled object PA has desired modeling quality.

制御部4は、動画mをフレームごとに電子ビームの照射点が含まれているか否かを判定することによって電子ビームが連続的に映るフレーム数Fをカウントする計数部44と、電子ビームが映るフレーム数F、電子ビームの軌跡の長さ、及び動画mのフレームレートに基づいて、電子ビームの照射点が軌跡に沿って移動する速度を計測結果として取得する速度算出部46と、を有する。この場合であっても、上述した理由により、造形物PAが所望の造形品質を有することを担保することが可能となる。 The control unit 4 includes a counting unit 44 that counts the number of frames F in which the electron beam is continuously projected by determining whether or not the electron beam irradiation point is included in each frame of the moving image m, and a counting unit 44 that counts the number of frames F in which the electron beam is projected. A speed calculation unit 46 that acquires the speed at which the irradiation point of the electron beam moves along the trajectory as a measurement result based on the number of frames F, the length of the trajectory of the electron beam, and the frame rate of the moving image m. Even in this case, for the reason described above, it is possible to ensure that the modeled object PA has the desired modeling quality.

制御部4は、電子ビームの軌跡が円形になるように、ビーム源3cによる電子ビームの照射を制御する。この場合であっても、上述した理由により、計測結果をより正確にすることができる。 The controller 4 controls the irradiation of the electron beam from the beam source 3c so that the trajectory of the electron beam becomes circular. Even in this case, the measurement results can be made more accurate for the reasons described above.

制御部4は、電子ビームが軌跡に沿って移動する速度が一定になるように、ビーム源3cによる電子ビームの照射を制御する。この場合であっても、上述した理由により、計測結果をより正確にすることができる。 The controller 4 controls the irradiation of the electron beam from the beam source 3c so that the electron beam moves along the trajectory at a constant speed. Even in this case, the measurement results can be made more accurate for the reasons described above.

本開示の三次元造形方法及び三次元造形装置は、前述した実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。 The three-dimensional modeling method and three-dimensional modeling apparatus of the present disclosure are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the present disclosure.

実施形態では、計測結果として走査速度を取得する例を説明したが、計測結果は走査長、電子ビームの出力等であってもよい。そのほか、三次元造形方法は、工程S15の処理を工程S10の前に実行してもよい。これらの場合であっても、計測結果が許容範囲内であれば、造形物PAに対する入熱量の範囲が許容範囲であることがわかる。これにより、造形物PAが所望の造形品質を有することを担保することが可能となる。 In the embodiment, an example of obtaining the scanning speed as the measurement result has been described, but the measurement result may be the scanning length, the output of the electron beam, or the like. In addition, the three-dimensional modeling method may perform the process of step S15 before step S10. Even in these cases, if the measurement result is within the allowable range, it can be seen that the range of the amount of heat input to the modeled object PA is within the allowable range. This makes it possible to ensure that the modeled article PA has the desired modeling quality.

三次元造形方法は、工程S10~S14の処理により第1計測結果を取得し、工程S15の処理の後、さらに工程S10~S14の処理を実行し、第2計測結果を取得してもよい。この場合、第1計測結果と第2計測結果とが所定の範囲内にある場合、造形工程(工程S15)ではパラメータの計測結果が安定していると評価することができる。 In the three-dimensional modeling method, the first measurement result may be acquired by the processes of steps S10 to S14, and after the process of step S15, the processes of steps S10 to S14 may be further executed to acquire the second measurement result. In this case, when the first measurement result and the second measurement result are within a predetermined range, it can be evaluated that the parameter measurement result is stable in the modeling step (step S15).

カメラ7は、動画mとは別に、プレート51上を撮影した画像を制御部4に出力してもよい。カメラ7は、例えば、走査長を算出するために電子ビームの照射が停止した後のプレート51の画像を制御部4に出力してもよい。カメラ7は三次元造形装置1の装置内部に設けられていてもよい。パラメータの計測中にプレート51が回転していてもよく、プレート51上に粉末材料Pが配置されていてもよい。これらの場合であっても、上述した理由により、造形物PAが所望の造形品質を有することを担保することが可能となる。 The camera 7 may output an image of the plate 51 photographed to the control unit 4 in addition to the moving image m. For example, the camera 7 may output to the control unit 4 an image of the plate 51 after the electron beam irradiation has stopped in order to calculate the scan length. The camera 7 may be provided inside the three-dimensional modeling apparatus 1 . The plate 51 may be rotating during parameter measurement, and the powder material P may be placed on the plate 51 . Even in these cases, it is possible to ensure that the modeled article PA has the desired modeling quality for the reasons described above.

1 三次元造形装置
2 駆動ユニット
3 処理ユニット
3a フィーダ
3b ヒータ
3c ビーム源
4 制御部
5 ハウジング
6 窓部
7 カメラ
21 回転駆動機構
22 昇降駆動機構
41 記憶部
42 ビーム制御部
43 取得部
44 計数部
45 距離算出部
46 速度算出部
47 比較部
51 プレート
51a プレート主面
52 造形タンク
101 プロセッサ
102 メモリ
103 ストレージ
104 通信装置
105 入力装置
106 出力装置
107 バス
φ 制御信号
m 動画
P 粉末材料
PA 造形物
S 造形空間


1 Three-dimensional modeling apparatus 2 Drive unit 3 Processing unit 3a Feeder 3b Heater 3c Beam source 4 Control part 5 Housing 6 Window part 7 Camera 21 Rotation drive mechanism 22 Elevation drive mechanism 41 Storage part 42 Beam control part 43 Acquisition part 44 Counting part 45 distance calculation unit 46 speed calculation unit 47 comparison unit 51 plate 51a plate main surface 52 modeling tank 101 processor 102 memory 103 storage 104 communication device 105 input device 106 output device 107 bus φ control signal m moving image P powder material PA modeled object S modeling space


Claims (8)

エネルギビームによって粉末材料に与えられる入熱量を規定するパラメータの許容範囲を示す入熱量設定及び前記エネルギビームの照射位置を規定する軌跡情報を含むビームの照射設定に従って、プレート上に向けて前記エネルギビームを照射しながら、前記プレート上を撮影して前記エネルギビームの照射点が含まれた動画を取得する第1準備工程と、
前記動画を解析することにより、前記入熱量を規定するパラメータの計測結果を取得する第2準備工程と、
前記計測結果が前記許容範囲に含まれるか否かを判定する、第3準備工程と、
前記プレート上に粉末材料を敷き均しながら、敷き均した前記粉末材料に前記エネルギビームを照射することによって三次元造形物を造形する造形工程と、
を備える、三次元造形方法。
The energy beam is directed onto a plate according to a beam irradiation setting including a heat input setting indicating an allowable range of parameters defining the heat input applied to the powder material by the energy beam and trajectory information defining the irradiation position of the energy beam. a first preparation step of acquiring a moving image including the irradiation point of the energy beam by photographing the plate while irradiating the
A second preparation step of acquiring measurement results of parameters that define the heat input by analyzing the moving image;
a third preparation step of determining whether the measurement result is included in the allowable range;
A modeling step of spreading the powder material evenly on the plate and irradiating the evenly spread powder material with the energy beam to form a three-dimensional model;
A three-dimensional modeling method comprising:
前記第2準備工程は、
前記動画をフレームごとに前記エネルギビームの照射点が含まれているか否かを判定することによって前記エネルギビームが連続的に映るフレーム数をカウントし、
前記エネルギビームの照射点が移るフレーム数、前記エネルギビームの前記軌跡の長さ、及び前記動画のフレームレートに基づいて、前記エネルギビームの前記照射点が前記軌跡に沿って移動する速度を前記計測結果として取得する、請求項1に記載の三次元造形方法。
The second preparation step includes
counting the number of frames in which the energy beam is continuously projected by determining whether or not each frame of the moving image includes an irradiation point of the energy beam;
The speed at which the irradiation point of the energy beam moves along the trajectory is measured based on the number of frames in which the irradiation point of the energy beam moves, the length of the trajectory of the energy beam, and the frame rate of the moving image. The three-dimensional fabrication method according to claim 1, obtained as a result.
前記第1準備工程は、前記エネルギビームの前記軌跡が円形になるように前記ビームを照射する、請求項1又は2に記載の三次元造形方法。 3. The three-dimensional fabrication method according to claim 1, wherein said first preparation step irradiates said beam so that said trajectory of said energy beam is circular. 前記第1準備工程は、前記エネルギビームが前記軌跡に沿って移動する速度が一定になるように前記エネルギビームを照射する、請求項1~3のいずれか一項に記載の三次元造形方法。 The three-dimensional fabrication method according to any one of claims 1 to 3, wherein said first preparation step irradiates said energy beam so that said energy beam moves at a constant speed along said trajectory. エネルギビームによって粉末材料に与えられる入熱量を規定するパラメータの許容範囲を示す入熱量設定及び前記エネルギビームの照射位置を規定する軌跡情報を含むビームの照射設定に従って、プレート上に向けて前記エネルギビームを照射する照射部と、
前記プレート上を撮影して前記エネルギビームの照射点が含まれた動画を出力する撮影部と、
前記動画を解析することにより、前記入熱量を規定するパラメータの計測結果を取得し、前記計測結果が前記許容範囲に含まれるか否かを判定する制御部と、を備え、
前記照射部は、前記プレート上に粉末材料を敷き均しながら、敷き均した前記粉末材料に前記エネルギビームを照射することによって三次元造形物を造形する、三次元造形装置。
The energy beam is directed onto a plate according to a beam irradiation setting including a heat input setting indicating an allowable range of parameters defining the heat input applied to the powder material by the energy beam and trajectory information defining the irradiation position of the energy beam. an irradiation unit that irradiates the
a photographing unit for photographing the plate and outputting a moving image including the irradiation point of the energy beam;
A control unit that acquires a measurement result of a parameter that defines the heat input amount by analyzing the moving image and determines whether the measurement result is included in the allowable range,
The irradiation unit forms a three-dimensional modeled object by spreading the powder material evenly on the plate and irradiating the evenly spread powder material with the energy beam.
前記制御部は、
前記動画をフレームごとに前記エネルギビームの照射点が含まれているか否かを判定することによって前記エネルギビームが連続的に映るフレーム数をカウントする計数部と、
前記エネルギビームが映るフレーム数、前記エネルギビームの前記軌跡の長さ、及び前記動画のフレームレートに基づいて、前記エネルギビームの前記照射点が前記軌跡に沿って移動する速度を前記計測結果として取得する速度算出部と、を有する、
請求項5に記載の三次元造形装置。
The control unit
a counting unit that counts the number of frames in which the energy beam is continuously displayed by determining whether or not the energy beam irradiation point is included in each frame of the moving image;
Based on the number of frames in which the energy beam is projected, the length of the trajectory of the energy beam, and the frame rate of the moving image, the speed at which the irradiation point of the energy beam moves along the trajectory is obtained as the measurement result. and a speed calculation unit that
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 5.
前記制御部は、前記エネルギビームの前記軌跡が円形になるように、前記照射部による前記エネルギビームの照射を制御する、請求項5又は6に記載の三次元造形装置。 7. The three-dimensional modeling apparatus according to claim 5, wherein said control unit controls irradiation of said energy beam by said irradiation unit so that said trajectory of said energy beam becomes circular. 前記制御部は、前記エネルギビームが前記軌跡に沿って移動する速度が一定になるように、前記照射部による前記エネルギビームの照射を制御する、請求項5~7のいずれか一項に記載の三次元造形装置。

8. The controller according to any one of claims 5 to 7, wherein said control unit controls irradiation of said energy beam by said irradiation unit so that the speed of movement of said energy beam along said trajectory is constant. Three-dimensional modeling device.

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