JP6353065B2 - 積層造形装置及び積層造形方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、積層造形装置及び積層造形方法に関する。

積層造形装置は、例えば、粉末状の材料の層を形成し、各層の材料の一部を結合させることで積層造形を行う。このような積層造形装置は、例えば、ＣＡＤのデータや三次元スキャンした物体のデータのような、三次元形状のデータに基づいて積層造形を行う。

特開２０１２−２１３９７２号公報

積層造形装置は三次元形状のデータに基づいて積層造形を行うが、当該三次元形状のデータと積層造形された造形物との間で形状誤差が生じることがある。当該形状誤差は、例えば、積層造形が完了した後に判明する。

本発明が解決する課題の一例は、より精度の高い積層造形を行うことができる積層造形装置及び積層造形方法を提供することである。

一つの実施の形態に係る積層造形装置は、積層形成部と、結合形成部と、検出部と、制御部と、を備える。前記積層形成部は、積み重ねられた粉末状の材料の複数の層を形成するよう構成される。前記結合形成部は、前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、造形物の一部を形成するよう構成される。前記検出部は、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成される。前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状に基づき、前記結合形成部を制御する。前記検出部は、前記複数の層の表面にＸ線を照射するＸ線源と、前記複数の層の表面に向くとともに、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層によって回析及び散乱の少なくとも一方がされた前記Ｘ線を検出することで、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された検出器と、を有する測定装置を有する。

図１は、第１の実施の形態に係る三次元プリンタを概略的に示す断面図である。 図２は、第１の実施形態の造形槽及び測定装置を示す斜視図である。 図３は、第１の実施形態の第１の検出器がＸ線ビームによって造形部分の形状を検出する測定装置及び造形槽を示す断面図である。 図４は、第１の実施形態の第１の検出器によって検出された層の画像の一例を示す図である。 図５は、第１の実施形態の第２の検出器がＸ線ビームによって造形部分の形状を検出する測定装置及び造形槽を示す断面図である。 図６は、第１の実施形態の第２の検出器による検出結果の一例を示すグラフである。 図７は、第１の実施形態の制御部の構成を機能的に示すブロック図である。 図８は、第１の実施形態の誤差モデルＤＢを作成する手順の一例を示すフローチャートである。 図９は、第１の実施形態の造形物を積層造形する手順の一例を示すフローチャートである。 図１０は、第１の実施形態の表面形状モデルの算出方法を概略的に示す図である。 図１１は、第１の実施形態の複数の検出結果によって得られる検出形状を概略的に示す斜視図である。 図１２は、第１の実施形態の予測部が算出した、最終的に造形される造形物の予測モデルの一例を概略的に示す側面図である。 図１３は、第１の実施形態の検出形状及び予測モデルの残差の一例を示すグラフである。 図１４は、第１の実施形態の検出形状及び予測モデルのＴ^２統計量の一例を示すグラフである。 図１５は、第１の実施形態の検出形状及び予測モデルのＱ統計量の一例を示すグラフである。 図１６は、第２の実施の形態に係る測定装置及び造形槽を示す断面図である。

以下に、第１の実施の形態について、図１乃至図１５を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直下方を下方向、鉛直上方を上方向と定義する。また、実施形態に係る構成要素や、当該要素の説明について、複数の表現を併記することがある。当該構成要素及び説明について、記載されていない他の表現がされることは妨げられない。さらに、複数の表現が記載されない構成要素及び説明について、他の表現がされることは妨げられない。

図１は、第１の実施の形態に係る三次元プリンタ１０を概略的に示す断面図である。三次元プリンタ１０は、積層造形装置の一例である。三次元プリンタ１０は、粉末状の材料１１による層１２の形成と、層１２を形成する材料１１の固化と、を繰り返すことで、三次元形状の造形物１３を造形する。図１は、一つの層１２を二点鎖線で区切って示す。造形物１３は、例えば、ベースプレート１４の上に造形され、造形完了後にベースプレート１４から切り離される。

図１に示すように、三次元プリンタ１０は、処理槽２１と、造形槽２２と、材料槽２３と、供給装置２４と、光学装置２５と、測定装置２６と、制御部２７とを有する。材料槽２３及び供給装置２４は、積層形成部の一例である。光学装置２５は、結合形成部及び加工部の一例である。測定装置２６は、検出部の一例である。

処理槽２１は、例えば、筐体とも称され得る。造形槽２２は、例えば、台、造形領域、又は塗布領域とも称され得る。光学装置２５は、例えば、形成部又は固化部とも称され得る。測定装置２６は、例えば、測定部又は検知部とも称され得る。

処理槽２１は、例えば、密封可能な箱状に形成される。処理槽２１は、処理室２１ａを有する。処理室２１ａには、造形槽２２、材料槽２３、供給装置２４、光学装置２５、及び測定装置２６が収容される。なお、造形槽２２、材料槽２３、供給装置２４、光学装置２５、及び測定装置２６は、処理室２１ａの外にあっても良い。

処理槽２１の処理室２１ａに、供給口３１と、排出口３２とが設けられる。例えば、処理槽２１の外部に設けられたガス供給装置が、窒素及びアルゴンのような不活性ガスを、供給口３１から処理室２１ａに供給する。例えば、処理槽２１の外部に設けられたガス排出装置が、排出口３２から処理室２１ａの上記不活性ガスを排出する。

造形槽２２に、粉末状の材料１１の複数の層１２が順次形成される。複数の層１２は、造形槽２２で積み重ねられる。各層１２に、造形物１３の一部である造形部分１３ａが形成されることで、造形槽２２に造形物１３が造形される。造形槽２２は、載置台３５と、周壁３６と、昇降機３７とを有する。

図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｘ軸は、造形槽２２の幅に沿う。Ｙ軸は、造形槽２２の奥行き（長さ）に沿う。Ｚ軸は、造形槽２２の高さに沿う。

載置台３５は、例えば、正方形の板材である。なお、載置台３５の形状はこれに限らず、矩形のような他の四角形（四辺形）、多角形、円、及び幾何学形状のような他の形状を呈する部材であっても良い。載置台３５は、上面３５ａと、四つの端面３５ｂとを有する。上面３５ａは、四角形の略平坦な面である。端面３５ｂは、上面３５ａとそれぞれ直交する面である。

載置台３５の上面３５ａに、ベースプレート１４が載置される。ベースプレート１４は、例えば、造形物１３と同じ材料によって作られた板材である。なお、ベースプレート１４はこれに限られない。

ベースプレート１４は、略平坦な造形面１４ａを有する。造形面１４ａは、材料１１が供給され、材料１１の層１２が形成される供給領域Ｒを形成し得る。なお、供給領域Ｒは、ベースプレート１４の造形面１４ａに限らず、例えば、載置台３５の上面３５ａによって形成されても良い。また、供給領域Ｒに材料１１の層１２が形成されると、当該層１２が次の供給領域Ｒを形成する。このように、供給領域Ｒは、載置台３５及びベースプレート１４の上に順次形成される。

周壁３６は、Ｚ軸に沿う方向に延びるとともに、載置台３５を囲む四角形の筒状に形成される。載置台３５の四つの端面３５ｂは、周壁３６の内面にそれぞれ接する。周壁３６は、四角形の枠状に形成され、開放された上端３６ａを有する。

昇降機３７は、例えば、油圧昇降機である。昇降機３７は、周壁３６の内部で載置台３５をＺ軸に沿う方向に移動可能である。載置台３５が最も上方に移動した場合、載置台３５の上面３５ａと、周壁３６の上端３６ａとは、略同一平面を形成する。

供給領域Ｒは、周壁３６の上端３６ａから、例えば５０μｍ下方に配置される。供給領域Ｒに材料１１の層１２が形成され、当該層１２が次の供給領域Ｒを形成すると、昇降機３７は載置台３５を５０μｍ降下させる。これにより、供給領域Ｒと周壁３６の上端３６ａとの間の距離は、５０μｍに保たれる。なお、供給領域Ｒと周壁３６の上端３６ａとの間の距離は、これに限られず、例えば任意に変更され得る。

材料槽２３は、造形槽２２に隣接して配置される。材料槽２３は、材料１１を収容する。材料槽２３が収容可能な材料１１の量は、造形槽２２に供給可能な材料１１の量と大よそ同じか、より多い。材料槽２３は、支持台４１と、周壁４２と、昇降機４３とを有する。

支持台４１は、例えば、正方形の板材である。支持台４１の形状及び大きさは、造形槽２２の載置台３５の形状及び大きさと大よそ等しい。なお、支持台４１の形状及び大きさはこれに限られない。支持台４１は、材料槽２３に収容された材料１１を支持する。

周壁４２は、Ｚ軸に沿う方向に延びるとともに、支持台４１を囲む四角形の筒状に形成される。材料槽２３の周壁４２は、造形槽２２の周壁３６と一体に形成される。周壁４２は、四角形の枠状に形成され、支持台４１を囲むとともに、開放された上端４２ａを有する。支持台４２の上端４２ａは、造形槽２２の周壁３６の上端３６ａに連続する。

昇降機４３は、例えば、油圧昇降機である。昇降機４３は、周壁４２の内部で支持台４１をＺ軸に沿う方向に移動可能である。昇降機４３が支持台４１を上昇させると、支持台４１に支持される材料１１の一部が、周壁４２の上端４２ａより上に押し上げられる。

供給装置２４は、ローラ４５を有する。ローラ４５は、材料槽２３の上に配置され、Ｙ軸に沿う方向に延びる。ローラ４５のＹ軸に沿う方向における長さは、載置台３５のＹ軸に沿う方向における長さと大よそ等しいか、より長い。ローラ４５は、Ｘ軸に沿って、材料槽２３の上から造形槽２２の上へ移動可能である。

材料槽２３の材料１１の一部が、周壁４２の上端４２ａより上に押し上げられると、ローラ４５は当該材料１１を造形槽２２に向かって押す。これにより、ローラ４５は、材料槽２３の材料１１を造形槽２２の供給領域Ｒに供給し、供給領域Ｒに材料１１の層１２を形成する。

ローラ４５は、材料１１を供給領域Ｒに供給しながら、層１２の表面１２ａを均す。これにより、層１２が形成されると、層１２の表面１２ａが略平坦になる。層１２の表面１２ａは、造形槽２２の周壁３６の上端３６ａと略同一平面を形成する。このため、一つの層１２の厚さは、５０μｍとなる。なお、一つの層１２の厚さはこれに限られない。

供給装置２４は、ローラ４５に限らず、他の装置によって供給領域Ｒに材料１１の層１２を形成しても良い。例えば、供給装置２４は、ローラ４５の代わりにスキージングブレードによって材料１１を押し、層１２の表面１２ａを均しても良い。また、供給装置２４は、例えば、材料１１を吐出するヘッドや、材料１１を噴射するノズルによって材料１１の層１２を形成しても良い。

光学装置２５は、発振素子を有しレーザ光Ｌを出射する光源、レーザ光Ｌを平行光に変換する変換レンズ、レーザ光Ｌを収束させる収束レンズ、及び、レーザ光Ｌの照射位置を移動させるガルバノミラーのような、種々の部品を有する。図１は、レーザ光Ｌを二点鎖線で示す。レーザ光Ｌは、エネルギー線の一例であり、材料１１を溶融又は焼結可能である。なお、エネルギー線はレーザ光Ｌのように材料１１を溶融又は焼結できるものであれば良く、電子ビームや、マイクロ波から紫外線領域の電磁波などであっても良い。光学装置２５は、レーザ光Ｌのパワー密度を変更可能である。

光学装置２５は、造形槽２２よりも上方に位置する。なお、光学装置２５は他の場所に配置されても良い。光学装置２５は、前記光源が出射したレーザ光Ｌを、前記変換レンズによって平行光に変換する。光学装置２５は、傾斜角度を変更可能な前記ガルバノミラーにレーザ光Ｌを反射させ、前記収束レンズによってレーザ光Ｌを収束させることで、レーザ光Ｌを層１２の表面１２ａの所望の位置に照射する。

光学装置２５は、レーザ光Ｌを層１２に照射することにより、層１２の材料１１を溶融又は結合する。これにより、光学装置２５は、層１２の表面１２ａを形成する層１２の、レーザ光Ｌが照射された部分を結合させ、造形物１３の一部である造形部分１３ａを形成する。

なお、三次元プリンタ１０は、光学装置２５に限らず、他の装置によって層１２を結合させ、造形部分１３ａを形成しても良い。例えば、三次元プリンタ１０は、層１２に接着剤のような凝固剤を塗布することで、層１２の当該凝固剤が塗布された部分を結合させても良い。

図２は、造形槽２２及び測定装置２６を示す斜視図である。測定装置２６は、層１２に形成された造形部分１３ａの形状を測定する。図１及び図２に示すように、測定装置２６は、ガイド５１と、Ｘ線源５２と、二つの第１の検出器５３と、第２の検出器５４と、図１に示す移動部５５とを有する。

図２に矢印で示すように、移動部５５は、ガイド５１、Ｘ線源５２、二つの第１の検出器５３、及び第２の検出器５４を、ＸＹ方向に一体的に移動させる。なお、移動部５５は、ガイド５１、Ｘ線源５２、二つの第１の検出器５３、及び第２の検出器５４をＺ方向にさらに移動させても良い。Ｘ線源５２、第１の検出器５３、及び第２の検出器５４は、移動部５５により移動させられながら、表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２の全域を、Ｘ線によりスキャンする。

ガイド５１は、造形槽２２の上方に配置される。ガイド５１は、例えば、造形槽２２に形成された層１２の表面１２ａの一点を中心とする円弧状に形成される。なお、ガイド５１の形状はこれに限られない。

Ｘ線源５２は、ガイド５１に移動可能に取り付けられる。Ｘ線源５２は、造形槽２２に形成された層１２の表面１２ａに、Ｘ線ビームＢを照射する。Ｘ線ビームＢは、Ｘ線の一例である。Ｘ線源５２は、Ｘ線ビームＢのエネルギーと強度とを変更可能である。

Ｘ線源５２は、ガイド５１に沿って移動し、ガイド５１上の複数の位置からＸ線ビームＢを出射可能である。すなわち、Ｘ線源５２は、層１２の表面１２ａに、複数の角度でＸ線ビームＢを照射可能である。

第１の検出器５３は、例えば、Ｘ線を検出可能な半導体検出器である。なお、第１の検出器５３はこれに限らず、Ｘ線を検出可能な他の種類の検出器であっても良い。第１の検出器５３は、造形槽２２に形成された層１２の表面１２ａに向く。第１の検出器５３は、造形槽２２に形成された層１２の表面１２ａから離間して配置される。

図３は、第１の検出器５３がＸ線ビームＢによって造形部分１３ａの形状を検出する測定装置２６及び造形槽２２を示す断面図である。図３に示すように、Ｘ線源５２が、造形槽２２に形成された層１２の表面１２ａに対して略直角にＸ線ビームＢを照射する。Ｘ線ビームＢは、層１２の表面１２ａや、表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２によって複数のＸ線Ｓとして散乱及び回折される。

第１の検出器５３は、散乱されたＸ線Ｓを検出する。固体によって散乱されたＸ線Ｓのエネルギー及び強度と、粉体によって散乱されたＸ線Ｓのエネルギー及び強度とは異なる。このため、第１の検出器５３は、散乱されたＸ線Ｓを検出することで、表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２に形成された、固体である造形部分１３ａの形状を検出できる。第１の検出器５３が検出する層１２の数は、Ｘ線源５２が出射するＸ線ビームＢのエネルギーが強くなるに従って多くなる。

第１の検出器５３は、移動部５５によってＸ線ビームＢを出射するＸ線源５２と一体的にＸＹ方向に移動させられながら、各照射ポイントから散乱されるＸ線Ｓを検出することによって造形部分１３ａの形状を検出する。すなわち、Ｘ線源５２及び第１の検出器５３は、層１２をスキャンしながら、移動部５５によってＸＹ方向に移動させられる。

図４は、第１の検出器５３によって検出された層１２の画像の一例を示す図である。さらに、図４は、各照射ポイントＰを、概略的に二点鎖線で区切って示す。なお、図４は、説明のために、照射ポイントＰを誇張した大きさで示す。図４に示すように、第１の検出器５３は、矢印で示すように順次、各照射ポイントＰにＸ線ビームＢを照射して当該照射ポイントＰから散乱されたＸ線Ｓを検出し、層１２を全面スキャンすることで、例えば画像として造形部分１３ａの形状を検出する。当該画像は、表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２を、真上から観察したような画像である。上述のように、固体と紛体とにおいて散乱されるＸ線Ｓのエネルギー及び強度はそれぞれ異なるため、層１２における造形部分１３ａが形成された部分と、粉末状の材料１１が残った部分とは識別可能である。なお、第１の検出器５３による検出結果はこれに限られない。

第１の検出器５３が検出した造形部分１３ａに、欠陥Ｄが生じる場合がある。欠陥Ｄは、造形部分１３ａに形成された穴や空洞である。欠陥Ｄは、造形部分１３ａの表面から視認可能なことも、造形部分１３ａの内部に形成されることもある。

Ｘ線Ｓは、層１２の表面１２ａのみならず、表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２の内部で散乱される。第１の検出器５３は、層１２の内部で散乱されたＸ線Ｓを検出することで、造形部分１３ａの内部に生じた欠陥Ｄを検出可能である。Ｘ線源５２が出射するＸ線ビームＢのエネルギーが大きくなるに従って、第１の検出器５３は、層１２の表面１２ａからより離れた欠陥Ｄを検出可能になる。第１の検出器５３は、例えば幅が数μｍ〜数ｍｍの欠陥Ｄを検出可能である。

図５は、第２の検出器５４がＸ線ビームＢによって造形部分１３ａの形状を検出する測定装置２６及び造形槽２２を示す断面図である。第２の検出器５４は、回折されたＸ線Ｓの強度を検出可能な計数管である。なお、第２の検出器５４はこれに限らず、回折されたＸ線Ｓの強度を検出可能な他の検出器であっても良い。

第２の検出器５４は、ガイド５１に移動可能に取り付けられる。第２の検出器５４は、ガイド５１に沿って移動し、ガイド５１上の複数の位置に配置可能である。第２の検出器５４は、Ｘ線源５２が向く層１２の表面１２ａの一点に向きながら、ガイド５１に沿って移動する。なお、第２の検出器５４はこれに限られない。

第２の検出器５４にＸ線ビームＢが照射されるポイントで回折されるＸ線Ｓを検出させるため、Ｘ線源５２は、造形槽２２に形成された層１２の表面１２ａに所定の角度θで入射するよう、Ｘ線ビームＢを出射する。回折されるＸ線Ｓは、照射ポイントで散乱されるＸ線Ｓのうち、ブラッグの条件（強め合う条件：λ＝２ｄｓｉｎθ、λ：波長、ｄ：格子間隔）に合致したＸ線Ｓである。角度θは、０°より大きく且つ９０°より小さい。なお、Ｘ線源５２がＸ線ビームＢを出射するより適切な角度θは、材料１１の成分のような種々の条件によって変わる。

第２の検出器５４は、ガイド５１上の複数の位置で、層１２によって回折されたＸ線Ｓを検出する。第２の検出器５４は、回折されたＸ線Ｓの回折角度毎の強度を検出する。

移動部５５がＸ線源５２及び第２の検出器５４を移動させることで、第２の検出器５４は、層１２のＸ−Ｙ平面上の各座標における、回折されたＸ線Ｓの回折角度毎の強度を検出する。

図６は、第２の検出器５４による検出結果の一例を示すグラフである。第２の検出器５４は、層１２のＸ−Ｙ平面上の座標毎に、例えば図６に示すようなグラフとして造形部分１３ａの形状を検出する。図６は、造形部分１３ａの欠陥Ｄを含まない部分にＸ線ビームＢを照射した場合の検出結果Ｇ１を実線で示すとともに、造形部分１３ａの欠陥Ｄを内包する部分にＸ線ビームＢを照射した場合の検出結果Ｇ２を破線で示す。

図６に示すように、検出結果Ｇ１，Ｇ２は、ともに角度θ（ブラッグのＸ線回折角度）において最大となるよう分布する。しかし、欠陥Ｄが存在する場合、当該欠陥ＤにおいてＸ線Ｓが回折される角度にばらつきが生じる。このため、検出結果Ｇ２は、解析結果Ｇ１よりもなだらかで強度の小さな分布を示す。このように、造形部分１３ａの欠陥Ｄを内包する部分は、造形部分１３ａの他の部分と、回折されたＸ線Ｓの回折角度毎の強度の分布が異なる。

第２の検出器５４は、回折したＸ線Ｓの回折角度毎の強度の検出結果により、造形部分１３ａの形状を検出可能である。すなわち、第２の検出器５４は、複数の層１２の表面１２ａと、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２によって回折されたＸ線Ｓと、の角度に基づき、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２に形成された、造形部分１３ａを検出する。さらに、第２の検出器５４は、層１２のＸ−Ｙ平面上の各座標における検出結果を得ることで、造形部分１３ａの欠陥Ｄが生じた位置を検出可能である。第２の検出器５４は、例えば数μｍ〜数ｍｍの欠陥Ｄを検出可能である。

以上のように、測定装置２６は、Ｘ線ビームＢによって、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２に形成された、造形物１３の一部である造形部分１３ａの形状を検出する。測定装置２６は、上述の方法に限らず、例えば、表面１２ａと平行に出射したＸ線ビームＢを層１２の側面に照射しても良いし、層１２を透過したＸ線Ｓによって造形部分１３ａの形状を検出しても良い。また、測定装置２６は、Ｘ線ビームＢに限らず、例えば、γ線、中性子線、電子線、及びイオンビームのようなエネルギー線を層１２に照射することで、造形部分１３ａの形状を検出しても良い。

図１に示す制御部２７は、造形槽２２、材料槽２３、供給装置２４、光学装置２５、及び測定装置２６に、電気的に接続される。制御部２７は、例えば、ＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、及びストレージ６４のような種々の電子部品を有する。ストレージ６４は、ＨＤＤやＳＳＤのような情報を記憶、変更、削除可能な装置である。

図７は、制御部２７の構成を機能的に示すブロック図である。制御部２７は、例えば、ＣＰＵ６１がＲＯＭ６２又はストレージ６４に格納されたプログラムを読み出し実行することで、図７に示す各部を実現する。図７に示すように、制御部２７は、記憶部１０１と、積層制御部１０２と、結合制御部１０３と、検出制御部１０４と、予測部１０５と、評価部１０６と、加工制御部１０７と、モデル算出部１０８とを備える。

記憶部１０１は、ＣＡＤデータ１１１、複数の層データ１１２、複数の検出結果１１３、サンプル形状データベース（以下、サンプル形状ＤＢと称する）１１４、及び仕上り誤差モデルデータベース（以下、仕上り誤差モデルＤＢと称する）１１５を含む、種々の情報を記憶する。記憶部１０１は、ＲＡＭ６３やストレージ６４に設けられる。ＣＡＤデータ１１１及び層データ１１２は、造形物の形状の情報の一例である。サンプル形状ＤＢ１１４は、複数のサンプルの形状の情報の一例である。仕上り誤差モデルＤＢ１１５は、誤差予測情報の一例である。

積層制御部１０２は、造形槽２２、材料槽２３、及び供給装置２４を制御し、供給領域Ｒに材料１１の層１２を形成させる。結合制御部１０３は、光学装置２５を制御し、材料１１の層１２の少なくとも一部を結合させ、当該層１２に造形部分１３ａを形成させる。結合制御部１０３は、造形物１３のＣＡＤデータ１１１から生成された複数の層データ１１２に基づき、光学装置２５に造形部分１３ａを形成させる。

検出制御部１０４は、測定装置２６を制御し、形成された造形部分１３ａの形状を検出させる。検出制御部１０４は、複数の層１２の造形部分１３ａの形状の検出結果１１３を、記憶部１０１に記憶させる。

予測部１０５は、検出された造形部分１３ａの形状に基づき、最終的に造形される造形物１３の形状を予測する。予測部１０５は、仕上り誤差モデルＤＢ１１５を利用して、最終的に造形される造形物１３の形状を予測する。仕上り誤差モデルＤＢ１１５については後述する。

評価部１０６は、検出された造形部分１３ａの形状の検出結果１１３と、予測部１０５が算出した造形物１３の形状の予測結果とを評価する。加工制御部１０７は、評価部１０６の評価結果に基づき、例えば、光学装置２５を制御し、形成された造形部分１３ａや層１２を加工させる。

モデル算出部１０８は、仕上り誤差モデルＤＢ１１５を算出する。モデル算出部１０８は、三次元プリンタ１０が造形物１３を積層造形する前に、仕上り誤差モデルＤＢ１１５を算出する。

図８は、誤差モデルＤＢ１１５を作成する手順の一例を示すフローチャートである。以下、図８を参照し、三次元プリンタ１０が仕上り誤差モデルＤＢ１１５を作成する手順の一例について説明する。

仕上り誤差モデルＤＢ１１５は、例えば、三次元プリンタ１０が予め積層造形した複数のサンプルについての、当該サンプルの三次元形状のデータからの残差情報である。すなわち、三次元プリンタ１０は、予め複数のサンプルを積層造形し、当該積層造形されたサンプルの形状を測定し、サンプルの三次元形状のデータとサンプルの形状の測定結果とから、仕上り誤差モデルＤＢ１１５を作成する。

三次元プリンタ１０は、例えば、初回起動時に複数のサンプルを積層造形し、仕上り誤差モデルＤＢ１１５を作成する。なお、三次元プリンタ１０はこれに限らず、例えば、メンテナンスを受けた後の起動時に仕上り誤差モデルＤＢ１１５を作成しても良い。また、三次元プリンタ１０は、予め記憶部１０１に仕上り誤差モデルＤＢ１１５が記憶されるとともに、初回起動時に複数のサンプルを積層造形し、仕上り誤差モデルＤＢ１１５を修正しても良い。

まず、結合制御部１０３が、記憶部１０１のサンプル形状ＤＢ１１４から、一つのサンプルの三次元形状のデータを取得する（Ｓ１０１）。サンプル形状ＤＢ１１４は、直方体、円柱、角柱、円錐、及び角錐のような、種々の形状を有するサンプルの三次元形状のデータを有する。

次に、積層制御部１０２が、材料槽２３及び供給装置２４に、材料１１の層１２を形成させる。結合制御部１０３が、サンプルの三次元形状のデータに基づいて、光学装置２５に造形部分１３ａを形成させる。積層制御部１０２及び結合制御部１０３が、層１２の形成と造形部分１３ａの形成を繰り返すことで、サンプルの造形物１３を形成する（Ｓ１０２）。サンプルの造形物１３は、結合制御部１０３が取得したサンプルの三次元形状のデータに基づいた形状を有する。

次に、例えば積層制御部１０２が、サンプルの造形物１３を、残った粉末状の材料１１の中から取り出させる（Ｓ１０３）。例えば、積層制御部１０２は、昇降機３７に載置台３５を上昇させる。これにより、サンプルの造形物１３を覆う材料１１が零れ落ち、サンプルの造形物１３が取り出される。なお、サンプルの造形物１３の取り出し方法はこれに限られない。例えば、アームが粉末状の材料１１の中からサンプルの造形物１３を取り出しても良い。

例えば、加工制御部１０７は、光学装置２５にレーザ光Ｌを出射させ、取り出されたサンプルの造形物１３を、当該レーザ光Ｌによってベースプレート１４から切り離す。サンプルの造形物１３は、これに限らず、例えばフライス加工のような他の方法によってベースプレート１４から切り離されても良い。

次に、検出制御部１０４が、測定装置２６にサンプルの造形物１３の形状を測定させる（Ｓ１０４）。なお、検出制御部１０４は、サンプルの造形物１３の造形部分１３ａの形状を順次測定しても良い。この場合、検出制御部１０４は、順次得られた複数の検出結果１１３を組み合わせ、サンプルの造形物１３の形状を取得する。

次に、モデル算出部１０８が、積層造形されたサンプルについての仕上り誤差モデルを算出し、仕上り誤差モデルＤＢ１１５に記録する（Ｓ１０５）。例えば、モデル算出部１０８は、サンプルの造形物１３の形状の検出結果と、当該サンプルの三次元形状のデータとを比較する。これにより、モデル算出部１０８は、サンプルの三次元形状のデータからの残差情報を算出し、仕上り誤差モデルとして仕上り誤差モデルＤＢ１１５に記録する。このように、仕上り誤差モデルＤＢ１１５は、光学装置２５により予め形成されたサンプルの造形物１３の形状から算出される。

次に、モデル算出部１０８は、全てのサンプルの仕上り誤差モデルを算出したか否かを判断する（Ｓ１０６）。仕上り誤差モデルが未算出のサンプルが残っている場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、結合制御部１０３は、次のサンプルの三次元形状のデータを記憶部１０１のサンプル形状ＤＢ１１４から取得する（Ｓ１０１）。全てのサンプルの仕上り誤差モデルが算出された場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、仕上り誤差モデルＤＢ１１５の作成が終了する。

図９は、造形物１３を積層造形する手順の一例を示すフローチャートである。以下、三次元プリンタ１０が粉末状の材料１１から造形物１３を積層造形する手順の一例について説明する。なお、三次元プリンタ１０が造形物１３を積層造形する方法は、以下に説明されるものに限らない。

まず、三次元プリンタ１０の制御部２７に、例えば外部のパーソナルコンピュータから、造形物１３のＣＡＤデータ１１１が入力される（Ｓ２０１）。記憶部１０１に、入力されたＣＡＤデータ１１１が記憶される。ＣＡＤデータ１１１は、造形物１３の三次元形状のデータと、造形物１３の寸法公差のデータとを含む。

図１０は、表面形状モデル１２０の算出方法を概略的に示す図である。次に、予測部１０５は、ＣＡＤデータ１１１から、表面形状モデル１２０を算出する（Ｓ２０２）。表面形状モデル１２０は、予測部１０５が、最終的に造形される造形物１３の形状を予測するために用いられる情報である。最初に算出される表面形状モデル１２０は、造形物１３のＣＡＤデータ１１１の三次元形状と近似する形状を有する。

まず、予測部１０５は、記憶部１０１のサンプル形状ＤＢ１１４から、種々のサンプルの三次元形状のデータを取得する。例えば、予測部１０５は、円柱形状１２５のデータと、円錐形状１２６のデータとを、サンプル形状ＤＢ１１４から取得する。サンプル形状ＤＢ１１４は、円柱形状１２５及び円錐形状１２６に限らず、種々の三次元形状のデータを有する。円柱形状１２５の表面は、例えば、式ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）によって表される。円錐形状１２６の表面は、例えば、式ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）によって表される。

予測部１０５は、取得した円柱形状１２５のデータから、第１の表面形状１３１のデータと、第２の表面形状１３２のデータとを算出する。予測部１０５は、円柱形状１２５のデータに、縮小、拡大、及び切り出しのような加工を行うことで、第１の表面形状１３１のデータと第２の表面形状１３２のデータとを算出する。

第１の表面形状１３１は、例えば、円柱形状１２５の式ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）に係数Ａ１を乗じた式Ａ１・ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）によって表される。第２の表面形状１３２は、例えば、円柱形状１２５の式ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）に係数Ｂ１を乗じた式Ｂ１・ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）によって表される。なお、第１の表面形状１３１及び第２の表面形状１３２はこれに限られない。

同様に、予測部１０５は、取得した円錐形状１２６のデータから、第３の表面形状１３３のデータを算出する。予測部１０５は、円錐形状１２６のデータに、縮小、拡大、及び切り出しのような加工を行うことで、第３の表面形状１３３のデータを算出する。

第３の表面形状１３３は、例えば、円錐形状１２６の式ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）に係数Ｃ１を乗じた式Ｃ１・ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）によって表される。なお、第３の表面形状１３３はこれに限られない。

予測部１０５は、第１の表面形状１３１、第２の表面形状１３２、及び第３の表面形状１３３を結合させることで、表面形状モデル１２０を算出する。表面形状モデル１２０の表面形状は、例えば、式Ｙ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ａ１・ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＋Ｂ１・ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＋Ｃ１・ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）によって表される。なお、表面形状モデル１２０はこれに限られない。

以上のように、予測部１０５は、種々のサンプルの表面形状を繋ぎ合わせ、表面形状モデル１２０を算出する。予測部１０５は、表面形状モデル１２０を記憶部１０１に記憶させる。

次に、図９に示すように、結合制御部１０３は、ＣＡＤデータ１１１の三次元形状を、複数の層に分割する（スライス）。結合制御部１０３は、スライスされた三次元形状を、例えば複数の点や直方体（ピクセル）の集まりに変換する（ラスタライズ、ピクセル化）。このように、結合制御部１０３は、取得した造形物１３のＣＡＤデータ１１１から、複数の二次元形状の層のデータを生成する（Ｓ２０３）。結合制御部１０３は、生成されたデータを記憶部１０１に記録する。

次に、結合制御部１０３は、上記複数の二次元形状の層のデータから、複数の層１２のデータである層データ１１２を生成する（Ｓ２０４）。層データ１１２は、上記複数の二次元形状の層のデータと同様に、複数のピクセルの集まりである。層データ１１２は、材料１１が結合される部分と、材料１１が粉末状のまま残される部分と、の情報をそれぞれ含む。結合制御部１０３は、生成された層データ１１２を記憶部１０１に記録する。

次に、積層制御部１０２は、材料槽２３及び供給装置２４を制御し、造形槽２２の供給領域Ｒに材料１１の層１２を形成させる（Ｓ２０５）。ベースプレート１４が供給領域Ｒを形成する場合、層１２は、ベースプレート１４の供給領域Ｒに形成される。層１２が供給領域Ｒを形成する場合、積層制御部１０２によって新たに形成される層１２は、供給領域Ｒを形成する層１２に積み重ねられる。

次に、結合制御部１０３は、光学装置２５を制御し、材料１１の層１２の少なくとも一部を結合させ、造形部分１３ａを形成させる（Ｓ２０６）。さらに、例えば造形部分１３ａの表面が、ミーリングによって整形されても良い。

結合制御部１０３は、層データ１１２に基づいて光学装置２５に造形部分１３ａを形成させるが、層データ１１２における造形部分１３ａの形状と、光学装置２５が形成した造形部分１３ａとの間に形状誤差が生じる場合がある。

次に、検出制御部１０４は、測定装置２６を制御し、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２に形成された造形部分１３ａの形状を検出させる（Ｓ２０７）。検出制御部１０４は、測定装置２６の第１の検出器５３と第２の検出器５４とによって、造形部分１３ａの検出結果１１３を取得する。検出制御部１０４は、検出結果１１３を記憶部１０１に記憶させる。

なお、検出制御部１０４は、表面１２ａを形成する層１２を含む、複数の層１２に形成された造形部分１３ａの形状を検出しても良い。この場合、例えば、検出制御部１０４は、所定の数の層１２に造形部分１３ａが形成されたか否かを判断する。所定の数の層１２に造形部分１３ａが形成されたと判断した場合、検出制御部１０４は、測定装置２６に、複数の層１２に形成された造形部分１３ａの形状を検出させる。

次に、予測部１０５は、表面形状モデル１２０の再フィッティングを行う（Ｓ２０８）。予測部１０５は、記憶部１０１から検出結果１１３を取得し、当該検出結果１１３に基づいて表面形状モデル１２０を修正する。

図１１は、複数の検出結果１１３によって得られる検出形状１４０を概略的に示す斜視図である。図１１に示すように、予測部１０５は、複数の検出結果１１３を、層１２の厚さ毎に重ねる。重ねられた検出結果１１３の造形部分１３ａを示す部分は、既に造形された造形部分１３ａに近似する検出形状１４０を形成する。すなわち、予測部１０５は、二次元形状を示す複数の検出結果１１３から、三次元形状である検出形状１４０を算出する。

予測部１０５は、記憶部１０１に記憶された表面形状モデル１２０を、算出された検出形状１４０に応じて修正する。例えば、予測部１０５は、表面形状モデル１２０を示す式の各係数を変更する。修正された表面形状モデル１２０の表面形状は、例えば、式Ｙ（ｘ，ｙ，ｚ）＝Ａ２・ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＋Ｂ２・ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）＋Ｃ２・ｇ（ｘ，ｙ，ｚ）によって表される。なお、表面形状モデル１２０はこれに限られない。

次に、予測部１０５は、最終的に造形される造形物１３の形状を予測する（Ｓ２０９）。図１２は、予測部１０５が算出した、最終的に造形される造形物１３の予測モデル１４５の一例を概略的に示す側面図である。予測モデル１４５は、形成される造形物の予測形状の一例である。図１２は、表面形状モデル１２０を破線で示し、予測モデル１４５を二点鎖線で示す。

予測部１０５は、検出形状１４０に基づいて修正された表面形状モデル１２０から、予測モデル１４５を算出する。すなわち、予測部１０５は、測定装置２６が検出した造形部分１３ａの形状に基づき、予測モデル１４５を算出する。

上述のように、表面形状モデル１２０は、サンプルである円柱形状１２５及び円錐形状１２６から形成された、第１の表面形状１３１、第２の表面形状１３２、及び第３の表面形状１３３によって形成される。予測部１０５は、表面形状モデル１２０に利用されたサンプルである円柱形状１２５及び円錐形状１２６に対応する仕上り誤差モデルを、仕上り誤差モデルＤＢ１１５から取得する。

予測部１０５は、円柱形状１２５及び円錐形状１２６に対応する仕上り誤差モデルから、第１の表面形状１３１、第２の表面形状１３２、及び第３の表面形状１３３に係る仕上り誤差モデルを算出する。当該第１乃至第３の表面形状１３１〜１３３に係る仕上り誤差モデルを組み合わせることで、予測部１０５は、予測モデル１４５を算出する。予測部１０５は、算出した予測モデル１４５を記憶部１０１に記憶させる。

以上のように、予測部１０５は、測定装置２６が検出した造形部分１３ａの形状である検出結果１１３と、ＣＡＤデータ１１１と、サンプル形状ＤＢ１１４と、仕上り誤差モデルＤＢ１１５と、を利用して、予測モデル１４５を算出する。なお、予測部１０５はこれに限らず、他の方法で予測モデル１４５を算出しても良い。例えば、予測部１０５は、複数の検出結果１１３から、造形部分１３ａの形状誤差の傾向を算出し、当該形状誤差の傾向を利用して予測モデル１４５を算出しても良い。

次に、評価部１０６は、予測モデル１４５が許容範囲内にあるか否かを判断する（Ｓ２１０）。評価部１０６は、造形物１３の形状誤差許容範囲１４７を設定する。形状誤差許容範囲１４７は、閾値の一例である。図１２は、形状誤差許容範囲１４７を、一点鎖線で模式的に示す。

形状誤差許容範囲１４７は、例えば、ＣＡＤデータ１１１に含まれる、造形物１３の寸法公差のデータである。なお、形状誤差許容範囲１４７はこれに限られない。例えば、評価部１０６は、ＣＡＤデータ１１１の造形物１３の三次元形状から±１ｍｍの範囲を形状誤差許容範囲１４７として設定しても良い。

評価部１０６は、予測モデル１４５のデータを記憶部１０１から取得する。評価部１０６は、予測モデル１４５と、ＣＡＤデータ１１１の三次元形状のデータとを比較する。評価部１０６は、予測モデル１４５が、形状誤差許容範囲１４７によって規定される形状の範囲を超えたか否かを判断する。

評価部１０６は、予測モデル１４５の各座標が形状誤差許容範囲１４７によって規定される形状の範囲内にあるか否かを判断する。図１３は、検出形状１４０及び予測モデル１４５の残差の一例を示すグラフである。図１３において、縦軸は、造形部分１３ａのＣＡＤデータ１１１からの残差を示す。横軸は、形成された層の番号を示す。

図１３のグラフは、既に造形された造形部分１３ａ（検出形状１４０）の、ＣＡＤデータ１１１からの残差を実線で示し、予測モデル１４５のＣＡＤデータ１１１からの残差を二点鎖線で示す。ＣＡＤデータ１１１を中心に、形状誤差許容範囲１４７が設定される。

図１３に示すように、予測モデル１４５が形状誤差許容範囲１４７を超えると、評価部１０６は、予測モデル１４５が、形状誤差許容範囲１４７によって規定される形状の範囲外にあると判断する（Ｓ２１０：Ｎｏ）。予測モデル１４５が形状誤差許容範囲１４７の内側に収まっている場合、評価部１０６は、予測モデル１４５が、形状誤差許容範囲１４７によって規定される形状の範囲内にあると判断する（Ｓ２１０：Ｙｅｓ）。

評価部１０６が予測モデル１４５の各座標において上記判断を行うと、判断結果の数が多くなる。このため、評価部１０６は、予測モデル１４５の各座標において上記判断を行う代わりに、多変量ＳＰＣを用いて、予測モデル１４５が許容範囲内にあるか否かを判断しても良い。

図１４は、検出形状１４０及び予測モデル１４５のＴ^２統計量の一例を示すグラフである。図１５は、検出形状１４０及び予測モデル１４５のＱ統計量の一例を示すグラフである。図１４及び図１５に示すように、予測モデル１４５のＴ^２統計量及びＱ統計量の少なくとも一方が形状誤差許容範囲１４７を超えると、評価部１０６は、予測モデル１４５が、形状誤差許容範囲１４７によって規定される形状の範囲外にあると判断する（Ｓ２１０：Ｎｏ）。予測モデル１４５のＴ^２統計量及びＱ統計量の少なくとも一方が形状誤差許容範囲１４７の内側に収まっている場合、評価部１０６は、予測モデル１４５が、形状誤差許容範囲１４７によって規定される形状の範囲内にあると判断する（Ｓ２１０：Ｙｅｓ）。

評価部１０６は、多変量ＳＰＣを用いて上記判断を行うことで、判断結果の数を二つに抑制できる。予測モデル１４５のＴ^２統計量及びＱ統計量の少なくとも一方が形状誤差許容範囲１４７を超えた場合、ドリルダウン解析により、予測モデル１４５の形状誤差許容範囲１４７を超えた部分が判別され得る。

図９に示すように、評価部１０６は、予測モデル１４５が、形状誤差許容範囲１４７によって規定される形状の範囲外にあると判断すると（Ｓ２１０：Ｎｏ）、以降の積層造形を停止するとともに、アラームを発する（Ｓ２１１）。言い換えると、評価部１０６は、予測モデル１４５と、ＣＡＤデータ１１１との比較結果が形状誤差許容範囲１４７を超えた場合、光学装置２５による造形部分１３ａの形成を停止させる。

積層造形が停止されると、例えば、三次元プリンタ１０のユーザは、当該アラームに応じて、より精度の高い造形物１３が得られるよう、三次元プリンタ１０の設定を変更できる。また、加工制御部１０７は、光学装置２５のレーザ光Ｌによって造形部分１３ａの一部を蒸発させたり、フライス加工によって造形部分１３ａの一部を切削したりすることで、造形部分１３ａの形状を修正しても良い。さらに、三次元プリンタ１０は、少なくとも一つの層１２を削り、積層造形をやり直しても良い。

評価部１０６は、予測モデル１４５が、形状誤差許容範囲１４７によって規定される形状の範囲内にあると判断すると（Ｓ２１０：Ｙｅｓ）、造形部分１３ａのリペアが必要か否かを判断する（Ｓ２１２）。

例えば、評価部１０６は、予測モデル１４５とＣＡＤデータ１１１との形状誤差が所定の閾値を越えた場合（Ｓ２１２：Ｙｅｓ）、造形部分１３ａにリペアが必要と判断する。この場合、加工制御部１０７は、造形部分１３ａをリペアする（Ｓ２１３）。加工制御部１０７は、例えば、算出された当該形状誤差に基づき、造形部分１３ａの形状を修正する。

例えば、加工制御部１０７は、光学装置２５を制御し、光学装置２５のレーザ光Ｌによって、造形部分１３ａの一部を削らせる。また、加工制御部１０７は、光学装置２５のレーザ光Ｌによって、層１２の粉末状の材料１１の一部を結合させ、造形部分１３ａに新たな部分を付与しても良い。このように、加工制御部１０７は、検出結果１１３に基づく予測モデル１４５と、ＣＡＤデータ１１１との比較結果を利用して、光学装置２５に造形部分１３ａの形状を変更させる。

さらに、加工制御部１０７は、許容範囲を超える欠陥Ｄが造形部分１３ａに生じた場合、造形部分１３ａをリペアする。例えば、加工制御部１０７は、光学装置２５を制御し、光学装置２５のレーザ光Ｌによって造形部分１３ａの欠陥Ｄが生じた部分を再度溶融させ、欠陥Ｄを除去する。

次に、評価部１０６は、層データ１１２のような種々のデータの修正が必要か否かを判断する（Ｓ２１４）。評価部１０６は、造形部分１３ａのリペアが不要であると判断した場合も（Ｓ２１２：Ｎｏ）、データの修正が必要か否かを判断する（Ｓ２１４）。

例えば、評価部１０６は、予測モデル１４５とＣＡＤデータ１１１との形状誤差が所定の閾値を越えた場合（Ｓ２１４：Ｙｅｓ）、データの修正が必要と判断する。この場合、評価部１０６は、例えば、造形部分１３ａが形成された層１２より上層の層データ１１２を修正する（Ｓ２１５）。

評価部１０６は、例えば、層データ１１２と検出結果１１３との形状誤差に基づき、上層の層データ１１２の、造形部分１３ａが形成される部分をずらす。結合制御部１０３は、次の層１２の一部を、修正された層データ１１２に基づいて結合し、造形部分１３ａを形成する。なお、データの修正はこれに限られない。

次に、積層制御部１０２は、全ての層１２の形成が完了したか否かを判断する（Ｓ２１６）。積層制御部１０２は、データの修正が不要であると判断した場合も（Ｓ２１４：Ｎｏ）、全ての層１２の形成が完了したか否かを判断する（Ｓ２１６）。

全ての層１２の形成が完了していないと判断した場合（Ｓ２１６：Ｎｏ）、積層制御部１０２は、材料槽２３及び供給装置２４に、材料１１の層１２を再度形成させる（Ｓ２０５）。三次元プリンタ１０は、層１２の形成、造形部分１３ａの形成、及び造形部分１３ａの評価（Ｓ２０５〜Ｓ２１６）を繰り返すことで、造形物１３を造形する。全ての層１２の形成が完了した場合（Ｓ２１６：Ｙｅｓ）、三次元プリンタ１０は、造形物１３の積層造形を終了する。

造形された造形物１３は、粉末状の材料１１から取り出され、ベースプレート１４から切り離される。三次元プリンタ１０のユーザは、処理槽２１の処理室２１ａから、造形物１３を取り出すことができる。

以上のように、測定装置２６は、層１２に形成された造形部分１３ａの形状を検出する。複数の検出結果１１３から、造形物１３の形状誤差がどの工程で発生したかが特定され得る。三次元プリンタ１０のユーザは、検出結果１１３から、より精度の高い積層造形が可能なように、種々のデータを修正できる。また、制御部２７が、より精度の高い積層造形が可能なように自動的に種々のデータを修正しても良い。

例えば、評価部１０６は、光学装置２５が造形部分１３ａを形成する度に形状誤差が生じる場合、光学装置２５の設定データを変更しても良い。また、評価部１０６は、積層造形が進行するとともに下層の造形部分１３ａの形状が変化する場合、当該形状変化の影響に基づいて層データ１１２を修正しても良い。

また、造形物１３がベースプレート１４から切り離されることによる応力開放によって、造形物１３に形状誤差が生じる場合がある。この場合、結合制御部１０３が、当該応力開放による変形を考慮してＣＡＤデータ１１１から層データ１１２を生成しても良い。

以上のように、制御部２７は、測定装置２６が検出した造形部分１３ａの形状と、ＣＡＤデータ１１１との比較を行う。制御部２７は、当該比較結果を利用して、光学装置２５に造形部分１３ａを形成させる。制御部２７は、上述の方法に限らず、例えば、造形部分１３ａの形状と、層データ１１２とが相違する度に、造形部分１３ａをリペアしても良い。

第１の実施の形態に係る三次元プリンタ１０において、測定装置２６は、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２に形成された、造形部分１３ａの形状を検出する。複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２は、光学装置２５により少なくとも部分的に結合されるため、周壁３６や、粉末状の材料１１によって覆われずに露出される。このため、測定装置２６は、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２に形成された、造形部分１３ａの形状を、容易に検出できる。造形部分１３ａの形状の検出結果１１３を利用できるため、三次元プリンタ１０は、より精度の高い積層造形を行うことができる。

制御部２７は、測定装置２６が検出した造形部分１３ａの形状と、ＣＡＤデータ１１１とを少なくとも間接的に比較する。測定装置２６が検出した造形部分１３ａの形状と、ＣＡＤデータ１１１と、の比較結果を利用できるため、三次元プリンタ１０は、より精度の高い積層造形を行うことができる。

制御部２７は、測定装置２６が検出した造形部分１３ａの形状と、ＣＡＤデータ１１１と、の少なくとも間接的な比較結果を利用して、光学装置２５に複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２の少なくとも一部を結合させる。すなわち、比較結果をフィードバックして、光学装置２５に層１２の少なくとも一部を結合させる。これにより、光学装置２５による造形部分１３ａの形成の誤差が次の層１２の結合時に修正されるため、三次元プリンタ１０は、より精度の高い積層造形を行うことができる。

制御部２７は、測定装置２６が検出した造形部分１３ａの形状と、ＣＡＤデータ１１１と、の少なくとも間接的な比較結果を利用して、光学装置２５に複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２に形成された造形部分１３ａの形状を変更させる。これにより、光学装置２５による造形部分１３ａの形成の誤差が結合の直後に修正されるため、三次元プリンタ１０は、より精度の高い積層造形を行うことができる。

制御部２７は、測定装置２６が検出した造形部分１３ａの形状に基づき、形成される造形物１３の予測モデル１４５を算出し、当該予測モデル１４５と、ＣＡＤデータ１１１とを少なくとも間接的に比較する。すなわち、制御部２７は、光学装置２５による造形部分１３ａの形成に誤差が生じる可能性を予め検出できる。予測モデル１４５と、ＣＡＤデータ１１１と、の少なくとも間接的な比較結果を利用できるため、三次元プリンタ１０は、より精度の高い積層造形を行うことができる。

制御部２７は、測定装置２６が検出した造形部分１３ａの形状と、ＣＡＤデータ１１１と、サンプル形状ＤＢ１１４と、仕上がり誤差モデルＤＢ１１５と、を利用して、予測モデル１４５を算出する。これにより、制御部２７は、光学装置２５による造形部分１３ａの形成の誤差が反映された予測モデル１４５を算出でき、三次元プリンタ１０は、より精度の高い積層造形を行うことができる。

制御部２７は、予測モデル１４５と、ＣＡＤデータ１１１と、の少なくとも間接的な比較結果が形状誤差許容範囲１４７を超えた場合、光学装置２５による造形部分１３ａの造形を停止させる。これにより、精度の低い造形物１３が積層造形されることが抑制され、三次元プリンタ１０は、より精度の高い積層造形を行うことができる。

測定装置２６は、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２にＸ線ビームＢを照射し、当該Ｘ線ビームＢによって、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２に形成された、造形部分１３ａの形状を検出する。これにより、測定装置２６は、エネルギーが小さいＸ線ビームＢによって、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２に形成された、造形部分１３ａの形状を検出できる。さらに、測定装置２６は、造形部分１３ａの内部に生じた欠陥Ｄを検出可能となる。

測定装置２６は、複数の層１２の表面１２ａと、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２によって回折されたＸ線Ｓと、の角度に基づき、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２を含む少なくとも一つの層１２に形成された、造形部分１３ａの形状を検出する。回折されたＸ線Ｓの強度は所定の角度θで最大となるよう分布するが、造形部分１３ａの内部に欠陥Ｄが存在する場合、回折されたＸ線Ｓの強度の分布がよりなだらかになる。これにより、測定装置２６は、造形部分１３ａの内部に生じた欠陥Ｄをより明確に検出可能となる。

以下に、第２の実施の形態について、図１６を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。

図１６は、第２の実施の形態に係る測定装置２６及び造形槽２２を示す断面図である。図１６に示すように、第２の実施形態の測定装置２６は、移動部８１と、光学機器８２とを有する。

移動部８１は、造形槽２２の上方に配置される。移動部８１は、光学機器８２を、層１２の表面１２ａに対して略垂直な中心軸周りに回転可能である。なお、移動部８１はこれに限られない。

光学機器８２は、例えば、レーザスキャナである。なお、光学機器８２はこれに限らず、例えば、３Ｄカメラのような立体形状を検出可能な他の光学機器であっても良い。光学機器８２は、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２に形成された、造形部分１３ａの立体形状を検出する。

なお、光学機器８２は、ＣＣＤカメラのような単眼の他の光学機器であっても良い。このような単眼の光学機器８２は、複数の層１２の表面１２ａを撮影することで、層１２に形成された造形部分１３ａの形状を検出する。

第２の実施形態の三次元プリンタ１０において、測定装置２６は、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２に形成された、造形部分１３ａの形状を検出する光学機器８２を有する。これにより、測定装置２６は、Ｘ線防護材等を用いることなく、造形部分１３ａの形状を検出できる。

光学機器８２は、複数の層１２の表面１２ａを形成する層１２に形成された、造形部分１３ａの立体形状を検出する。これにより、例えば造形部分１３ａの表面高さが検出され、当該表面高さに基づいて造形部分１３ａの形状を修正できる。

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、検出部は、複数の層の表面を形成する層を含む少なくとも一つの層に形成された、造形物の一部の形状を検出する。これにより、積層造形装置は、より精度の高い積層造形を行うことができる。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
以下に、出願当初の特許請求の範囲の内容を付記する。
［１］
積み重ねられた粉末状の材料の複数の層を形成するよう構成された積層形成部と、
前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、造形物の一部を形成するよう構成された結合形成部と、
前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された検出部と、
を具備する積層造形装置。
［２］
前記造形物の形状の情報が記憶されるよう構成された記憶部と、
前記造形物の形状の情報に基づき、前記結合形成部に前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させるよう構成された制御部と、
をさらに具備し、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報とを比較するよう構成された、
［１］の積層造形装置。
［３］
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報と、の比較結果を利用して、前記結合形成部に前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させるよう構成された、［２］の積層造形装置。
［４］
前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状を変更するよう構成された加工部をさらに具備し、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報と、の比較結果を利用して、前記加工部に前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状を変更させるよう構成された、
［２］の積層造形装置。
［５］
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状に基づき、形成される前記造形物の予測形状を算出し、当該予測形状と、前記造形物の形状の情報とを比較するよう構成された、［２］の積層造形装置。
［６］
前記記憶部は、複数のサンプルの形状の情報と、前記結合形成部により予め形成された前記複数のサンプルの形状から算出された誤差予測情報と、が記憶されるよう構成され、
前記制御部は、前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記造形物の形状の情報と、前記複数のサンプルの形状の情報と、前記誤差予測情報と、を利用して、前記予測形状を算出するよう構成された、
［５］の積層造形装置。
［７］
前記記憶部に閾値が記憶されるよう構成され、
前記制御部は、前記予測形状と、前記造形物の形状の情報と、の比較結果が前記閾値の範囲を超えた場合、前記結合形成部を停止させるよう構成された、
［６］の積層造形装置。
［８］
前記検出部は、前記複数の層の表面にＸ線を照射し、当該Ｘ線によって、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された、［１］の積層造形装置。
［９］
前記検出部は、前記複数の層の表面と、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層によって回折された前記Ｘ線と、の間の角度に基づき、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された、［８］の積層造形装置。
［１０］
前記検出部は、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された光学機器を有する、［１］の積層造形装置。
［１１］
前記光学機器は、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された、前記造形物の一部の立体形状を検出するよう構成された、［１０］の積層造形装置。
［１２］
粉末状の材料の複数の層を形成し、当該複数の層を積み重ねることと、
前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、造形物の一部を形成することと、
前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出することと、
を有する積層造形方法。

Claims (11)

1. 積み重ねられた粉末状の材料の複数の層を形成するよう構成された積層形成部と、
   前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、造形物の一部を形成するよう構成された結合形成部と、
   前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された検出部と、
   前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状に基づき、前記結合形成部を制御する制御部と、
   を具備し、
   前記検出部は、前記複数の層の表面にＸ線を照射するＸ線源と、前記複数の層の表面に向くとともに、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層によって回析及び散乱の少なくとも一方がされた前記Ｘ線を検出することで、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された検出器と、を有する測定装置を有する、
   積層造形装置。
2. 前記検出器は、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層によって散乱された前記Ｘ線を検出することで、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された第１の検出器を有する、請求項１の積層造形装置。
3. 前記検出器は、前記複数の層の表面と、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層によって回折された前記Ｘ線と、の間の角度に基づき、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成された第２の検出器を有する、請求項１又は請求項２の積層造形装置。
4. 前記Ｘ線源は、複数の位置から前記複数の層の表面に前記Ｘ線を照射可能であり、
   前記第２の検出器は、複数の位置に配置されることが可能であり、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層によって回折された前記Ｘ線の回折角度毎の強度を検出することで、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出するよう構成される、
   請求項３の積層造形装置。
5. 記憶部、をさらに具備し、
   前記制御部は、
   前記造形物の三次元形状を含むデータに基づき、前記結合形成部に前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させるよう構成されるとともに、
   前記検出部が検出した前記造形物の一部の形状と、前記三次元形状と、前記記憶部に記憶された複数のサンプルの形状と、前記結合形成部により予め形成された前記複数のサンプルの形状から算出された誤差予測情報と、を利用して、形成される前記造形物の予測形状を算出し、当該予測形状と、前記三次元形状とを比較するよう構成された、
   請求項１乃至請求項４のいずれか一つの積層造形装置。
6. 前記制御部は、前記予測形状と、前記三次元形状と、の比較結果が閾値の範囲を超えた場合、前記結合形成部を停止させるよう構成された、
   請求項５の積層造形装置。
7. 前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状を変更するよう構成された加工部をさらに具備し、
   前記制御部は、前記予測形状と、前記三次元形状と、の比較結果に基づき、前記加工部に前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状を変更させるよう構成された、
   請求項５又は請求項６の積層造形装置。
8. 積み重ねられた粉末状の材料の複数の層を形成することと、
   造形物の三次元形状を含むデータに基づき、前記複数の層の表面を形成する前記層の少なくとも一部を結合させ、前記造形物の一部を形成することと、
   前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出することと、
   検出された前記造形物の一部の形状と、前記三次元形状と、複数のサンプルの形状と、予め形成された前記複数のサンプルの形状から算出された誤差予測情報と、を利用して、形成される前記造形物の予測形状を算出することと、
   前記予測形状と前記三次元形状とを比較し、前記予測形状と前記三次元形状との比較結果に基づく、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状の変更と、前記データの修正と、の少なくとも一方を行うか判断することと、
   を有し、
   Ｘ線源から前記複数の層の表面にＸ線を照射し、前記複数の層の表面に向く検出器が、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層によって回析及び散乱の少なくとも一方がされた前記Ｘ線を検出することで、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出する、
   積層造形方法。
9. 前記予測形状と、前記三次元形状と、の比較結果が閾値の範囲を超えた場合、前記造形物の一部の形成を停止すること、
   をさらに有する請求項８の積層造形方法。
10. 前記予測形状と、前記三次元形状と、の比較結果に基づき、前記複数の層の表面を形成する前記層に形成された前記造形物の一部の形状を変更させること、
    をさらに有する請求項８又は請求項９の積層造形方法。
11. 前記Ｘ線源を複数の位置に配置し、前記検出器を複数の位置に配置し、前記検出器が前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層によって回折された前記Ｘ線の回折角度毎の強度を検出することで、前記複数の層の表面を形成する前記層を含む少なくとも一つの前記層に形成された、前記造形物の一部の形状を検出する、
    請求項８の積層造形方法。

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