KR20180049215A

KR20180049215A - 3차원 적층 장치 및 3차원 적층 방법

Info

Publication number: KR20180049215A
Application number: KR1020187012244A
Authority: KR
Inventors: 히토시 요시무라; 요시하루 오자와
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2018-05-10
Also published as: JP2015196265A; RU2016142283A; JP6359316B2; MX380980B; EP3112134A4; EP3112134A1; WO2015151865A1; MX2016012806A; TWI623412B; KR20160128383A; BR112016021764A2; CN106163774A; TW201600323A; US20170144248A1; CN106163774B; BR112016021764B1; RU2016142283A3; EP3112134B1; US10639740B2

Abstract

3차원 형상물을 정밀하게 제조하는 3차원 적층 장치 및 3차원 적층 방법을 제공한다. 3차원 적층 장치는, 베이스부에 성형층을 적층시켜 3차원 형상을 형성하는 3차원 적층 장치로서, 베이스부로 향해 분말 재료를 분사하여, 분말 재료를 공급하는 분말 공급부와, 분말 공급부로부터 베이스부로 향해 이동하는 분말 재료에 광 빔을 조사하여, 분말 재료를 용융시키고, 용융된 분말 재료를 베이스부상에서 고화시켜 성형층을 형성하는 광 조사부와, 분말 공급부 및 광 조사부의 동작을 제어하는 제어 장치를 갖는다.

Description

3차원 적층 장치 및 3차원 적층 방법{THREE-DIMENSIONAL LAMINATION DEVICE AND THREE-DIMENSIONAL LAMINATION METHOD}

본 발명은, 적층에 의해 3차원 형상물을 제조하는 3차원 적층 장치 및 3차원 적층 방법에 관한 것이다.

3차원 형상물을 제조하는 기술로서, 금속 분말 재료에 광 빔을 조사하는 것에 의해 3차원 형상물을 제조하는 적층 조형 기술이 알려져 있다. 예컨대, 특허 문헌 1에는, 금속 분말 재료로 형성된 분말층에 광 빔을 조사하여 소결층을 형성하고, 그것을 반복하는 것에 의해 복수의 소결층이 일체로서 적층된 3차원 형상 조형물을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에는, 착탈이 자유로운 원뿔형 노즐에 형성된 중앙 개구로부터 레이저 빔과 분말화 금속을 출력하고, 가공 대상의 워크에 레이저를 조사하여, 액화된 금속의 얕은 고임을 형성하고, 그 위치에 분말화 금속을 공급함으로써 패딩을 행하는 장치가 기재되어 있다.

(선행 기술 문헌)

(특허 문헌)

(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2009-1900호 공보

(특허 문헌 2) 일본 특허 공표 평 10-501463호 공보

그런데, 3차원 형상물을 제조하는 적층 조형 기술에 있어서, 3차원 형상물을 정밀하게 제조하는 기술이 요구되고 있다.

본 발명은, 3차원 형상물을 정밀하게 제조하는 3차원 적층 장치 및 3차원 적층 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 베이스부에 성형층을 적층시켜 3차원 형상을 형성하는 3차원 적층 장치로서, 상기 베이스부로 향해 분말 재료를 분사하여, 분말 재료를 공급하는 분말 공급부와, 상기 분말 공급부로부터 상기 베이스부로 향해 이동하는 상기 분말 재료에 광 빔을 조사하여, 상기 분말 재료를 용융시키고, 용융된 상기 분말 재료를 상기 베이스부상에서 고화시켜 상기 성형층을 형성하는 광 조사부와, 상기 분말 공급부 및 상기 광 조사부의 동작을 제어하는 제어 장치를 갖는다.

상기 분말 공급부에 공급하는 상기 분말 재료를 저장하는 복수의 저장부를 구비하고, 상기 저장부를 전환함으로써, 상기 분말 공급부에 도입시키는 상기 분말 재료를 전환하는 분말 도입부를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분말 도입부는, 3개 이상의 저장부를 갖고, 3종류 이상의 분말 재료를 상기 분말 공급부에 도입할 수 있고, 상기 제어 장치는, 상기 분말 공급부에 도입시키는 상기 분말 재료를 제 1 분말 재료로부터 제 2 분말 재료로 전환하는 경우, 상기 제 1 분말 재료로 상기 성형층을 형성한 후, 상기 제 1 분말 재료와 상기 제 2 분말 재료의 양쪽에 친화성이 높은 중간 분말 재료로 상기 성형층을 형성한 후, 상기 제 2 분말 재료로 상기 성형층을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분말 도입부는, 2개 이상의 저장부를 갖고, 2종류 이상의 분말 재료를 상기 분말 공급부에 도입할 수 있고, 상기 제어 장치는, 상기 분말 공급부에 도입시키는 상기 분말 재료를 제 1 분말 재료로부터 제 2 분말 재료로 전환하는 경우, 상기 제 1 분말 재료로 상기 성형층을 형성한 후, 상기 제 1 분말 재료를 상기 분말 공급부에 공급한 상태에서, 상기 제 2 분말 재료의 상기 분말 공급부로의 공급을 개시하고, 상기 제 1 분말 재료의 공급량을 감소시키면서 상기 제 2 분말 재료의 공급량을 증가시켜 공급 비율을 변화시키는 것이 바람직하다.

또한, 공구를 구비하고, 상기 공구로 상기 성형층을 기계 가공하는 기계 가공부를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분말 공급부는, 상기 광 조사부의 외주에 동심원 형상으로 배치되고, 상기 광 조사부의 상기 광 빔이 통과하는 경로를 둘러싸는 내관과 상기 내관을 덮는 외관의 사이가 상기 분말 재료가 흐르는 분말 유로가 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분말 공급부의 외주측에 상기 광 조사부의 외주에 동심원 형상으로 배치되고, 상기 분말 유로보다 바깥쪽으로부터 상기 분말 재료가 분사되는 영역의 외주를 둘러싸고, 또한, 상기 베이스부로 향해 분사되는 실드 가스를 공급하는 실드 가스 공급부를 더 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광 조사부에서 조사되는 상기 광 빔의 초점 위치를 조정하는 초점 위치 조정부를 더 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 초점 위치 조정부는, 상기 광 조사부의 위치를 이동시키는 기구인 것이 바람직하다.

또한, 상기 초점 위치 조정부는, 상기 광 조사부의 집광 광학계를 조정하여, 초점 거리 또는 초점 위치를 이동시키는 기구인 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형층의 표면의 온도를 검출하는 온도 검출부를 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 온도 검출부에 의한 상기 성형층의 표면 온도의 계측 결과에 따라, 상기 광 조사부로부터 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어 장치는, 상기 온도 검출부에 의한 상기 성형층의 표면 온도의 계측 결과와, 상기 베이스부 및 상기 성형층의 특성에 근거하여, 온도를 검출하는 위치를 특정하고, 특정한 위치의 검출 결과에 근거하여, 상기 광 조사부로부터 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형층의 표면의 플라즈마 발광을 검출하는 플라즈마 발광 검출부를 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 플라즈마 발광 검출부에 의한 계측 결과에 따라, 상기 광 조사부로부터 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형층의 표면으로부터의 반사광을 검출하는 반사광 검출부를 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 반사광 검출부에 의한 계측 결과에 따라, 상기 광 조사부로부터 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광 조사부 및 상기 분말 공급부와, 상기 베이스부를 상대 이동시키는 이동 기구를 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 이동 기구에 의해 상기 베이스부에 대하여 상기 광 조사부 및 상기 분말 공급부가 통과하는 경로를 결정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형층의 표면 형상을 계측하는 형상 계측부를 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 형상 계측부에 의한 상기 성형층의 표면 형상의 계측 결과에 따라, 상기 분말 공급부, 상기 광 조사부 및 상기 이동 기구의 동작을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 광 조사부는, 상기 광 빔의 프로파일을 조정 가능한 것이 바람직하다.

또한, 상기 광 조사부는, 상기 광 빔을 펄스파로 조사하는 모드와 연속파로 조사하는 모드를 전환 가능한 것이 바람직하다.

또한, 상기 분말 공급부로부터 공급되고, 상기 광 빔으로 용해되지 않은 분말 재료를 회수하는 분말 회수부를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분말 회수부에서 회수한 회수물을 분말 재료의 특성마다 분리하는 분별부를 더 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분말 공급부에 공급하는 상기 분말 재료를 저장하는 저장부와, 상기 저장부에 저장되어 있는 상기 분말 재료를 식별하는 식별부를 구비하고, 상기 식별부에서 식별한 상기 저장부의 상기 분말 재료를 상기 분말 공급부에 도입시키는 분말 도입부를 갖고, 상기 제어 장치는, 상기 식별부의 상기 분말 재료의 식별 결과에 따라, 상기 분말 도입부로부터 상기 분말 공급부로의 상기 분말 재료의 도입을 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어 장치는, 상기 분말 도입부에 의한 상기 분말 재료의 식별 결과에 따라, 상기 분말 공급부 및 상기 광 조사부의 적어도 한쪽의 동작을 더 제어하는 것이 바람직하다.

상기 제어 장치는, 상기 식별부의 상기 분말 재료의 식별 결과 및 상이한 분말 재료를 혼합하여 상기 분말 공급부로부터 공급하는 지시에 근거하여, 상기 분말 도입부로부터 상기 분말 공급부로의 상이한 상기 분말 재료를 혼합하여 공급시키는 것이 바람직하다.

상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 베이스부에 성형층을 적층하여 3차원 형상물을 형성하는 3차원 적층 방법으로서, 분말 재료를 베이스부로 향해 분사하면서, 상기 분말 재료에 광 빔을 조사하는 것에 의해 상기 분말 재료를 용융시키고, 상기 용융된 분말 재료를 상기 베이스부상에서 고화시키는 것에 의해 상기 베이스부상에 성형층을 형성하고, 해당 성형층을 적층한다.

또한, 상기 성형층의 위치를 검출하고, 상기 성형층의 위치에 따라 상기 광 빔의 초점 위치를 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형층의 표면의 온도를 검출하고, 상기 성형층의 표면 온도의 계측 결과에 따라, 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형층의 표면의 플라즈마 발광을 검출하고, 상기 성형층의 플라즈마 발광의 계측 결과에 따라, 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형층의 표면의 반사광을 검출하고, 상기 성형층의 반사광의 계측 결과에 따라, 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 형성하는 상기 성형층에 따라, 상기 광 빔을 펄스파로 조사하는 모드와 연속파로 조사하는 모드를 전환하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 3차원 형상물을 정밀하게 제조할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태의 3차원 적층 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 적층 헤드의 선단부의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 적층 헤드의 분말 재료를 공급하는 구조의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 4는 적층 헤드의 분배부와 분기관의 개략 구성을 나타내는 전개도이다.
도 5는 적층 헤드의 노즐 주변의 분말 재료를 공급하는 구조의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 혼합부의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7은 혼합부의 단면의 천이를 나타내는 설명도이다.
도 8은 제어 장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 9는 적층 헤드 수납실에 설치된 각 부의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 10은 기계 가공부 계측부의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 11(a)는 분말 도입부의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 11(b)는 분말 도입부의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 12는 분말 회수부의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 13은 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치에 의한 3차원 형상물의 제조 방법을 나타내는 설명도이다.
도 14(a)는 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치에 의한 3차원 형상물의 제조 방법을 나타내는 설명도이다.
도 14(b)는 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치에 의한 3차원 형상물의 제조 방법을 나타내는 설명도이다.
도 14(c)는 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치에 의한 3차원 형상물의 제조 방법을 나타내는 설명도이다.
도 15는 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치에 의한 3차원 형상물의 제조 공정을 나타내는 플로차트이다.
도 16은 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치에 의한 성형층의 형성 조건을 결정하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 17은 성형층의 형성 조건의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 18은 성형층의 형성 조건의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 19는 성형층의 형성 조건의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 20은 성형층의 형성 조건의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 21은 성형층의 형성 조건의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 22는 성형층의 형성 조건의 일례를 설명하기 위한 설명도이다.
도 23은 성형층의 형성 조건을 결정하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 24는 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치에 의한 적층 헤드의 선단부를 교환하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 25는 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치에 의한 분말의 식별 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 26은 3차원 적층 장치의 적층 헤드의 주변부의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 27은 성형층의 형성 조건을 결정하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 28은 성형층의 형성 조건을 결정하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 29는 성형층의 형성 조건을 결정하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 30은 적층 헤드의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 31은 분말 도입부의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 32는 분말 도입부의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 33은 3차원 적층 장치에 의한 처리 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 34는 3차원 적층 장치에 의해 제조되는 성형층의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 35는 3차원 적층 장치에 의한 처리 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 36은 분말 재료의 밸런스의 결정에 이용하는 관계의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 37은 3차원 적층 장치에 의해 제조되는 성형층의 일례를 나타내는 설명도이다.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 적합한 실시 형태를 상세하게 설명한다. 또, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니고, 또한, 실시 형태가 복수 있는 경우에는, 각 실시예를 조합하여 구성하는 것도 포함하는 것이다.

도 1은 본 실시 형태의 3차원 적층 장치(1)를 나타내는 모식도이다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 수평면 내의 한 방향을 X축 방향, 수평면 내에 있어서 X축 방향과 직교하는 방향을 Y축 방향, X축 방향 및 Y축 방향의 각각과 직교하는 방향(즉 연직 방향)을 Z축 방향으로 한다.

도 1에 나타내는 3차원 적층 장치(1)는, 베이스부(100)에 3차원 형상물을 제조하는 장치이다. 베이스부(100)는, 3차원 형상물이 형성되는 토대가 되는 부재이고, 3차원 적층 장치(1)에서 소정의 위치로 반송되고, 표면에 3차원 형성물이 형성된다. 본 실시 형태의 베이스부(100)는, 판 형상의 부재이다. 또, 베이스부(100)는, 이것으로 한정되지 않는다. 베이스부(100)는, 3차원 형상물의 토대가 되는 부재를 이용하더라도 좋고, 3차원 형상물을 부가하는 부재를 이용하더라도 좋다. 소정의 위치에 3차원 형성물이 형성됨으로써, 부품, 제품이 되는 부재를 베이스부(100)로서 이용하더라도 좋다.

3차원 적층 장치(1)는, 3차원 적층실(2)과, 예비실(3)과, 적층 헤드 수납실(4)과, 기계 가공부 수납실(5)과, 베드(10)와, 테이블부(11)와, 적층 헤드(12)와, 기계 가공부(13)와, 제어 장치(20)와, 가열 헤드(31)와, 기계 가공부 계측부(32)와, 공구 교환부(33)와, 노즐 교환부(34)와, 분말 도입부(35)와, 공기 배출부(37)와, 가스 도입부(38)와, 분말 회수부(39)와, 온도 검출부(120)와, 질량 검출부(130)를 갖는다.

3차원 적층실(2)은, 접속된 배관 등의 설계된 연통 부분 이외가 외부로부터 밀봉되어 있는 하우징(챔버)이다. 또, 설계된 연통 부분은, 밀폐 상태와 개방 상태를 전환하는 밸브 등이 마련되어 있고, 필요에 따라서, 3차원 적층실(2)을 밀폐 상태로 할 수 있다. 3차원 적층실(2)은, 베드(10)와, 테이블부(11)와, 적층 헤드(12)와, 기계 가공부(13)의 일부와, 가열 헤드(31)의 일부와, 기계 가공부 계측부(32)와, 공구 교환부(33)와, 노즐 교환부(34)가 내부에 배치되어 있다.

예비실(3)은, 3차원 적층실(2)에 인접하여 마련되어 있다. 예비실(3)은, 접속된 배관 등의 설계된 연통 부분 이외가 외부로부터 밀봉되어 있다. 예비실(3)은, 외부와 3차원 적층실(2)을 접속하는 감압실로 되어 있다. 예비실(3) 내에는, 베이스 이동부(36)가 마련되어 있다. 여기서, 예비실(3)은, 3차원 적층실(2)의 접속부에 예컨대 기밀성을 갖는 문(6)이 마련되어 있다. 또한, 예비실(3)은, 기밀성을 갖는 문(7)에 의해 외부와 접속되어 있다. 또한, 예비실(3)에는, 예비실(3)로부터 공기를 배출하는 공기 배출부(25)가 마련되어 있다. 예비실(3)은, 문(7)을 여는 것에 의해, 외부로부터 필요한 부재를 내부로 반입할 수 있다. 또한, 예비실(3)은, 문(6)을 여는 것에 의해, 3차원 적층실(2)과의 사이에서 부재의 반입, 반출을 행할 수 있다.

적층 헤드 수납실(4)은, 3차원 적층실(2)의 Z축 방향 위쪽의 면에 마련되어 있다. 적층 헤드 수납실(4)은, Z축 슬라이드부(4a)에서 3차원 적층실(2)에 대하여 Z축 방향(화살표 102)으로 이동 가능한 상태로 지지되어 있다. 적층 헤드 수납실(4)은, Z축 방향 아래쪽의 면이 벨로즈(18)에 의해 3차원 적층실(2)과 연결되어 있다. 벨로즈(18)는, 적층 헤드 수납실(4)의 Z축 방향 아래쪽의 면과 3차원 적층실(2)을 연결하고, 적층 헤드 수납실(4)의 Z축 방향 아래쪽의 면을 3차원 적층실(2)의 일부로 한다. 또한, 3차원 적층실(2)은, 벨로즈(18)로 둘러싸인 영역에 개구가 형성되어 있다. 적층 헤드 수납실(4)의 Z축 방향 아래쪽의 면과 벨로즈(18)로 둘러싸인 공간은, 3차원 적층실(2)과 연결되고, 3차원 적층실(2)과 함께 밀폐되어 있다. 적층 헤드 수납실(4)은, 적층 헤드(12)와, 형상 계측부(30)와, 가열 헤드(31)를 지지하고 있다. 또한, 적층 헤드 수납실(4)은, 적층 헤드(12)의 노즐(23)을 포함하는 일부와, 가열 헤드(31)의 선단부(24)를 포함하는 일부가 Z축 방향 아래쪽의 면으로부터 3차원 적층실(2)로 향해 돌출하고 있다.

적층 헤드 수납실(4)은, Z축 슬라이드부(4a)에서 Z축 방향으로 이동함으로써, 유지하고 있는 적층 헤드(12)와, 형상 계측부(30)와, 가열 헤드(31)를 Z축 방향으로 이동시킨다. 또한, 적층 헤드 수납실(4)은, 벨로즈(18)를 사이에 두고 3차원 적층실(2)과 접속하고 있는 것에 의해, 벨로즈(18)가 Z축 방향의 이동에 맞추어 변형하고, 3차원 적층실(2)과 적층 헤드 수납실(4)의 사이의 밀폐 상태를 유지할 수 있다.

기계 가공부 수납실(5)은, 3차원 적층실(2)의 Z축 방향 위쪽의 면에 마련되어 있다. 또한, 기계 가공부 수납실(5)은, 적층 헤드 수납실(4)에 인접하여 배치되어 있다. 기계 가공부 수납실(5)은, Z축 슬라이드부(5a)에서 3차원 적층실(2)에 대하여 Z축 방향(화살표 104의 방향)으로 이동 가능한 상태로 지지되어 있다. 기계 가공부 수납실(5)은, Z축 방향 아래쪽의 면이 벨로즈(19)에 의해 3차원 적층실(2)과 연결되어 있다. 벨로즈(19)는, 기계 가공부 수납실(5)의 Z축 방향 아래쪽의 면과 3차원 적층실(2)을 연결하고, 기계 가공부 수납실(5)의 Z축 방향 아래쪽의 면을 3차원 적층실(2)의 일부로 한다. 또한, 3차원 적층실(2)은, 벨로즈(19)로 둘러싸인 영역에 개구가 형성되어 있다. 기계 가공부 수납실(5)의 Z축 방향 아래쪽의 면과 벨로즈(19)로 둘러싸인 공간은, 3차원 적층실(2)과 연결되고, 3차원 적층실(2)과 함께 밀폐되어 있다. 기계 가공부 수납실(5)은, 기계 가공부(13)를 지지하고 있다. 또한, 기계 가공부 수납실(5)은, 기계 가공부(13)의 공구(22)를 포함하는 일부가 Z축 방향 아래쪽의 면으로부터 3차원 적층실(2)로 향해 돌출하고 있다.

기계 가공부 수납실(5)은, Z축 슬라이드부(5a)에서 Z축 방향으로 이동함으로써, 유지하고 있는 기계 가공부(13)를 Z축 방향으로 이동시킨다. 또한, 기계 가공부 수납실(5)은, 벨로즈(19)를 사이에 두고 3차원 적층실(2)과 접속하고 있는 것에 의해, 벨로즈(19)가 Z축 방향의 이동에 맞추어 변형하고, 3차원 적층실(2)과 기계 가공부 수납실(5)의 사이의 밀폐 상태를 유지할 수 있다.

베드(10)는, 3차원 적층실(2) 내의 Z축 방향의 저부에 마련되어 있다. 베드(10)는, 테이블부(11)를 지지하고 있다. 베드(10)는, 각종 배선이나 배관이나 구동 기구가 배치되어 있다.

테이블부(11)는, 베드(10)의 상면에 배치되고, 베이스부(100)를 지지한다. 테이블부(11)는, Y축 슬라이드부(15)와, X축 슬라이드부(16)와, 회전 테이블부(17)를 갖는다. 테이블부(11)는, 베이스부(100)를 장치하여 베이스부(100)를 베드(10)상에서 이동시킨다.

Y축 슬라이드부(15)는, 베드(10)에 대하여 X축 슬라이드부(16)를 Y축 방향(화살표 106의 방향)을 따라 이동시킨다. X축 슬라이드부(16)는, Y축 슬라이드부(15)의 가동부가 되는 부재에 고정되어 있고, Y축 슬라이드부(15)에 대하여 회전 테이블부(17)를 X축 방향(화살표 108의 방향)을 따라 이동시킨다. 회전 테이블부(17)는, X축 슬라이드부(16)의 가동부가 되는 부재에 고정되어 있고, 베이스부(100)를 지지하고 있다. 회전 테이블부(17)는, 예컨대 경사 원 테이블이고, 고정대(17a)와, 회전 테이블(17b)과, 경사 테이블(17c)과, 회전 테이블(17d)을 갖는다. 고정대(17a)는, X축 슬라이드부(16)의 가동부가 되는 부재에 고정되어 있다. 회전 테이블(17b)은, 고정대(17a)에 지지되어 있고, Z축 방향과 평행한 회전축(110)을 회전축으로 하여 회전한다. 경사 테이블(17c)은, 회전 테이블(17b)에 지지되어 있고, 회전 테이블(17b)이 지지되어 있는 면에 직교하는 회전축(112)을 축으로 하여 회전된다. 회전 테이블(17d)은, 경사 테이블(17c)에 지지되어 있고, 경사 테이블(17c)이 지지되어 있는 면에 직교하는 회전축(114)을 축으로 하여 회전된다. 회전 테이블(17d)은, 베이스부(100)를 고정하고 있다. 이와 같이, 회전 테이블부(17)는, 회전축(110, 112, 114)을 축으로 하여 각 부를 회전시킴으로써, 베이스부(100)를 직교하는 3축 주위로 회전시킬 수 있다. 테이블부(11)는, 회전 테이블부(17)에 고정되어 있는 베이스부(100)를, Y축 슬라이드부(15) 및 X축 슬라이드부(16)에 의해, Y축 방향 및 X축 방향으로 이동시킨다. 또한, 테이블부(11)는, 회전 테이블부(17)에 의해 회전축(110, 112, 114)을 축으로 하여 각 부를 회전시킴으로써, 베이스부(100)를 직교하는 3축 주위로 회전시킨다. 테이블부(11)는, 또한 Z축 방향을 따라 베이스부(100)를 이동시키더라도 좋다.

적층 헤드(12)는, 베이스부(100)를 향해 분말 재료를 분사하고, 또한 분사한 분말 재료에 레이저광을 조사하는 것에 의해 분말을 용융시키고, 용융된 분말을 베이스부(100)상에서 고화시켜 성형층을 형성한다. 적층 헤드(12)에 도입되는 분말은, 3차원 형상물의 원료가 되는 재료의 분말이다. 본 실시 형태에 있어서, 분말은, 예컨대 철, 구리, 알루미늄 또는 티탄 등의 금속 재료 등을 이용할 수 있다. 또, 분말로서는, 세라믹 등 금속 재료 이외의 재료를 이용하더라도 좋다. 적층 헤드(12)는, 베드(10)의 Z축 방향의 위쪽의 면에 대면하는 위치에 마련되어 있고, 테이블부(11)와 대면하고 있다. 적층 헤드(12)는, Z축 방향의 하부에 노즐(23)이 설치되어 있다. 적층 헤드(12)는, 본체(46)에 노즐(23)이 장착되어 있다.

우선, 도 2를 이용하여 노즐(23)에 대하여 설명한다. 도 2는 적층 헤드(12)의 노즐(23)의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 노즐(23)은, 외관(41)과, 외관(41)의 내부에 삽입된 내관(42)을 갖는 이중관이다. 외관(41)은, 관 형상의 부재이고, 선단(Z축 방향 아래쪽)으로 향해 지름이 작아지고 있다. 내관(42)은, 외관(41)의 내부에 삽입되어 있다. 내관(42)도, 관 형상의 부재이고, 선단(Z축 방향 아래쪽)으로 향해 지름이 작아지는 형상이다. 노즐(23)은, 외관(41)의 내주와 내관(42)의 외주의 사이가 분말 재료(분말) P가 통과하는 분말 유로(43)가 된다. 내관(42)의 내주면측이 레이저광이 통과하는 레이저 경로(44)가 된다. 여기서, 노즐(23)이 장착되어 있는 본체(46)는, 노즐(23)과 마찬가지로 이중관이고, 분말 유로(43)와 레이저 경로(44)도 마찬가지로 형성되어 있다. 적층 헤드(12)는, 레이저 경로(44)의 주위를 둘러싸도록 분말 유로(43)가 배치되어 있다. 본 실시 형태에서는, 분말 유로(43)가 분말을 분사하는 분말 분사부가 된다. 적층 헤드(12)는, 분말 도입부(35)로부터 도입된 분말 재료 P가 분말 유로(43)를 흐르고, 외관(41)과 내관(42)의 사이의 단부의 개구인 노즐 분사구부(45)로부터 분사된다.

또한, 적층 헤드(12)는, 광원(47)과 광파이버(48)와 집광부(49)를 갖는다. 광원(47)은, 레이저광 L을 출력한다. 광파이버(48)는, 광원(47)으로부터 출력된 레이저광 L을 레이저 경로(44)로 안내한다. 집광부(49)는, 레이저 경로(44)에 배치되고, 광파이버(48)로부터 출력된 레이저광 L의 광로에 배치되어 있다. 집광부(49)는, 광파이버(48)로부터 출력된 레이저광 L을 집광한다. 집광부(49)에서 집광된 레이저광 L은, 내관(42)의 단부로부터 출력된다. 적층 헤드(12)는, 집광부(49)를 본체(46)에 배치했지만, 집광부(49)의 일부 또는 전부를 노즐(23)에 배치하더라도 좋다. 노즐(23)에 집광부(46)의 일부 또는 전부를 배치한 경우, 노즐(23)을 교환함으로써, 초점 위치를 상이한 위치로 할 수 있다.

3차원 적층 장치(1)는, 초점 위치 조정부(140)를 갖는다. 초점 위치 조정부(140)는, 집광부(49)를 레이저광 L의 진행 방향을 따라 이동시킨다. 초점 위치 조정부(140)는, 집광부(49)의 위치를 레이저광 L의 진행 방향을 따라 이동시킴으로써, 레이저광 L의 초점 위치를 조정할 수 있다. 또, 초점 위치 조정부(140)로서는, 집광부(49)의 초점 거리를 조정하는 기구를 이용할 수도 있다. 또한, 3차원 적층 장치(1)는, Z축 슬라이드부(4a)도 초점 위치 조정부의 하나가 된다. Z축 슬라이드부(4a)는, 레이저광 L의 초점 위치 P1과 분말 재료가 분사되는 위치(예컨대 분사되는 분말 재료의 초점 위치) P2가 일체로 이동하고, 초점 위치 조정부(140)는, 분말 재료가 분사되는 위치 P2에 대해서도 레이저광 L의 초점 위치 P1을 이동시킬 수 있다. 3차원 적층 장치(1)는, 조정하는 대상에 따라 제어하는 대상을 전환할 수 있다.

적층 헤드(12)는, 분말 유로(43)로부터 분말 P를 분사하고, 레이저 경로(44)로부터 레이저광 L을 출력한다. 적층 헤드(12)로부터 분사된 분말 P는, 적층 헤드(12)로부터 출력된 레이저광 L이 조사되는 영역에 침입하고, 레이저광 L에 의해 가열된다. 레이저광 L이 조사된 분말 P는 용융된 후, 베이스부(100)상에 도달한다. 용융된 상태로 베이스부(100)상에 도달한 분말 P는, 냉각되어 고화된다. 이것에 의해, 베이스부(100)상에 성형층을 형성한다.

여기서, 본 실시 형태의 적층 헤드(12)는, 광원(47)으로부터 출력된 레이저광 L을 광파이버(48)로 안내했지만 광파이버 이외의 광학 부재로 안내하더라도 좋다. 또한, 집광부(49)는, 본체(46)에 마련하더라도 노즐(23)에 마련하더라도, 양쪽에 마련하더라도 좋다. 본 실시 형태의 적층 헤드(12)는, 효과적으로 가공할 수 있기 위해, 분말 P를 분사하는 분말 유로(43)와, 레이저광 L을 조사하는 레이저 경로(44)를 동축에 마련했지만 이것으로 한정되지 않는다. 적층 헤드(12)는, 분말 P를 분사하는 기구와 레이저광 L을 조사하는 기구를 별체로 하더라도 좋다. 본 실시 형태의 적층 헤드(12)는, 분말 재료에 레이저광 L을 조사했지만, 분말 재료를 용해 또는 소결시킬 수 있으면 되고, 레이저광 이외의 광 빔을 조사하더라도 좋다.

다음으로, 적층 헤드(12)의 분말 재료가 공급되는 경로에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 3은 적층 헤드의 분말 재료를 공급하는 구조의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 도 4는 적층 헤드의 분배부와 분기관의 개략 구성을 나타내는 전개도이다. 도 5는 적층 헤드의 노즐 주변의 분말 재료를 공급하는 구조의 개략 구성을 나타내는 사시도이다. 도 6은 혼합부의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 도 7은 혼합부의 단면의 천이를 나타내는 설명도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이 적층 헤드(12)는, 분말 도입부(35)로부터 분말 공급관(150)을 거쳐서 분말 재료가 공급된다. 적층 헤드(12)는, 공급된 분말 재료를 분말 유로(43)에 공급하는 기구로서, 분배부(152)와, 복수의 분기관(154)을 갖는다.

분배부(디스트리뷰터)(152)는, 분말 공급관(150)으로부터 공급되는 분말을 균일화하여 분기관(154)에 공급한다. 복수의 분기관(154)은, 분배부(152)와 분말 유로(43)를 접속하는 관로이고, 분배부(152)로부터 공급된 분말 P를 분말 유로(43)에 공급한다. 본 실시 형태의 적층 헤드(12)는, 도 5에 나타내는 바와 같이 3개의 분기관(154)이 둘레 방향으로 균등하게, 다시 말해 120° 간격으로 배치되어 있다.

분기관(154)은, 내부에 혼합부(156)가 마련되어 있다. 혼합부(156)는, 분기관(154)을 흐르는 분말 P를 분기관(154) 내에서 균일화하는 기구이고, 복수의 교반판(156a, 156b)이 배치되어 있다. 교반판(156a, 156b)은, 도 4, 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 분기관(154)의 흐름 방향을 따라 분기관(154)의 축 방향 주위로 비틀린 구조이다. 또한, 범위(155a)에 배치된 교반판(156a)과 범위(155b)에 배치된 교반판(156b)은 비틀리는 방향이 반대가 된다. 이것에 의해, 혼합부(156)를 통과하는 유체의 흐름은, 도 7에 나타내는 바와 같이 분기관(154)의 축 방향의 위치에 따라 변화하는 흐름이 된다. 이것에 의해 교반이 촉진된다. 또, 도 7은 도면 중 왼쪽으로부터, 도 6의 A-A선 단면, B-B선 단면, C-C선 단면의 교반판(156a)측, C-C선 단면의 교반판(156b)측, D-D선 단면, E-E선 단면의 각각의 형상을 나타내고 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 분기관(154)을 3개로 했지만, 개수는 특별히 한정되지 않는다. 분기관(154)은, 둘레 방향으로 균등하게, 다시 말해 일정 각도 간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 적층 헤드(12)는, 분말 유로(43)에 정류 장치(158)가 설치되어 있다. 정류 장치(158)는, 3개의 분기관(154)으로부터 공급된 분말 재료를 포함하는 흐름을 정류한다. 이것에 의해, 적층 헤드(12)는, 분말 유로(43)로부터 분사하는 분말 재료의 흐름을 정돈된 흐름으로 할 수 있고, 목적하는 위치에 보다 높은 정밀도로 공급할 수 있다.

기계 가공부(13)는, 예컨대 성형층 등을 기계 가공한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 기계 가공부(13)는, 베드(10)의 Z축 방향의 위쪽의 면에 대면하는 위치에 마련되어 있고, 테이블부(11)와 대면하고 있다. 기계 가공부(13)는, Z축 방향의 하부에 공구(22)가 장착되어 있다. 또, 기계 가공부(13)는, 베드(10)보다 Z축 방향 위쪽으로, 테이블부(11)에 의한 베이스부(100)의 이동 가능 범위에 마련되어 있으면 되고, 배치 위치는 본 실시 형태의 위치로 한정되지 않는다.

도 8은 제어 장치(20)의 구성을 나타내는 모식도이다. 제어 장치(20)는, 3차원 적층 장치(1)의 각 부와 전기적으로 접속되어 있고, 3차원 적층 장치(1)의 각 부의 동작을 제어한다. 제어 장치(20)는, 3차원 적층실(2)이나 예비실(3)의 외부에 설치되어 있다. 제어 장치(20)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 입력부(51)와, 제어부(52)와, 기억부(53)와, 출력부(54)와, 통신부(55)를 갖는다. 입력부(51)와, 제어부(52)와, 기억부(53)와, 출력부(54)와, 통신부(55)의 각 부는 전기적으로 접속되어 있다.

입력부(51)는, 예컨대 조작 패널이다. 작업자는, 입력부(51)에 정보나 지령 등을 입력한다. 제어부(52)는, 예컨대 CPU(Central Processing Unit) 및 메모리이다. 제어부(52)는, 3차원 적층 장치(1)의 각 부에, 3차원 적층 장치(1)의 각 부의 동작을 제어하는 지령을 출력한다. 또한, 제어부(52)에는, 3차원 적층 장치(1)의 각 부로부터의 정보 등이 입력된다. 기억부(53)는, 예컨대 RAM(Random Access Memory) 또는 ROM(Read Only Memory) 등의 기억 장치이다. 기억부(53)에는, 제어부(52)에서 실행됨으로써 각 부의 동작을 제어하는 3차원 적층 장치(1)의 운전 프로그램이나, 3차원 적층 장치(1)의 정보, 또는 3차원 형상물의 설계 정보 등이 기억된다. 출력부(54)는, 예컨대 디스플레이이다. 출력부(54)는, 예컨대 3차원 적층 장치(1)의 각 부로부터의 정보 등을 표시한다. 통신부(55)는, 예컨대 인터넷 또는 LAN(Local Area Network) 등과 같은 통신 회선과 통신하여, 통신 회선과의 사이에서 정보를 교환한다. 또, 제어 장치(20)는, 적어도 제어부(52) 및 기억부(53)를 갖고 있으면 된다. 제어 장치(20)는, 제어부(52) 및 기억부(53)를 갖고 있으면, 3차원 적층 장치(1)의 각 부에 지령을 출력할 수 있다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 형상 계측부(30)는, 적층 헤드 수납실(4)에 고정되어 있다. 형상 계측부(30)는, 적층 헤드(12)에 인접하여 배치되어 있다. 형상 계측부(30)는, 베이스부(100)상에 형성된 성형층의 표면 형상을 계측한다. 형상 계측부(30)는, 예컨대 3D 스캐너나 상대 거리를 계측하는 장치를 이용할 수 있다. 형상 계측부(30)는, 예컨대 베이스부(100)상의 성형층의 표면에 레이저광을 스캐닝(주사)시켜, 그 반사광으로부터 성형층의 표면의 위치 정보(화살표 160의 거리)를 산출하는 것에 의해, 성형층의 표면 형상을 계측한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 형상 계측부(30)는, 적층 헤드 수납실(4)에 장치되어 있지만, 베이스부(100)상에 형성된 성형층의 표면 형상을 계측할 수 있으면 되고, 다른 위치에 장치되더라도 좋다.

가열 헤드(31)는, 베이스부(100)상의 성형층 또는 용융된 분말 P 등을 가열한다. 가열 헤드(31)는, 적층 헤드 수납실(4)에 고정되어 있다. 가열 헤드(31)는, 적층 헤드(12)에 인접하여 배치되어 있다. 가열 헤드(31)는, 예컨대, 레이저광, 적외광이나 전자파를 조사하여, 성형층 또는 용융된 분말 P를 가열한다. 가열 헤드(31)로 성형층 또는 용융된 분말 P를 가열함으로써, 성형층 또는 용융된 분말 P의 온도를 제어할 수 있다. 이것에 의해, 성형층 또는 용융된 분말 P의 급격한 온도 저하를 억제하거나, 분말 P가 용융되기 쉬운 분위기(높은 온도 환경)를 형성하거나 할 수 있다.

온도 검출부(120)는, 가열 헤드(31)에 인접하여 배치되어 있다. 도 9는 적층 헤드 수납실(4)에 설치된 각 부의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 온도 검출부(120)는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 레이저광 L이 조사되는 위치와, 가열 헤드(31)로 레이저광(162)이 조사되어 가열되는 범위를 포함하는 범위에 측정파(164)를 출력하고, 온도를 계측한다. 온도 검출부(120)는, 성형층이 형성되는 표면의 온도를 계측하는 각종 온도 센서를 이용할 수 있다.

질량 검출부(130)는, 회전 테이블부(17)의 회전 테이블(17d)에 장치되는 베이스부(100)의 질량을 검출한다. 질량 검출부(130)는, 로드 셀을 이용할 수 있다.

기계 가공부 계측부(32)는, 기계 가공부(13)의 공구(22)의 선단(56)의 위치를 계측한다. 도 10은 기계 가공부 계측부(32)의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 기계 가공부 계측부(32)는, 광원부(57)와, 촬상부(58)를 갖는다. 기계 가공부 계측부(32)는, 광원부(57)와 촬상부(58)의 사이에, 기계 가공부(13)의 공구(22)의 선단(56)을 위치시킨다. 광원부(57)는, 예컨대 LED이다. 촬상부(58)는, 예컨대 CCD(Charge Coupled Device) 카메라이다. 기계 가공부 계측부(32)는, 광원부(57)와 촬상부(58)의 사이에 공구(22)의 선단(56)을 배치한 상태에서, 광원부(57)로부터 촬상부(58)를 향해 광 LI를 조사하고, 촬상부(58)에서 화상을 취득한다. 이것에 의해, 공구(22)의 선단(56)에 의해, 광이 차단된 화상을 취득할 수 있다. 기계 가공부 계측부(32)는, 촬상부(58)에서 취득한 화상을 해석하고, 구체적으로는, 광이 입사한 위치와 광이 입사 하고 있지 않은 위치의 경계를 검출함으로써, 선단(56)의 형상, 위치를 취득할 수 있다. 제어 장치(20)는, 취득한 공구(22)의 선단(56)의 위치와 기계 가공부(13)의 위치(기계 가공부 수납실(5)의 위치)에 근거하여, 기계 가공부(13)에 장착된 공구(22)의 선단의 정확한 위치를 검출한다. 또, 기계 가공부 계측부(32)는, 기계 가공부(13)의 선단(56)의 위치를 계측하는 것이면, 이 구성으로 한정되지 않고, 예컨대 레이저광에 의해 계측하더라도 좋다.

공구 교환부(33)는, 3차원 적층실(2)의 내부에 배치되어 있다. 공구 교환부(33)는, 기계 가공부(13)에 장착되는 공구(22)를 교환한다. 공구 교환부(33)는, 공구(22)를 파지하고 있지 않은 부분을 기계 가공부(13)와 대면하는 위치로 이동시킨다. 그 후, 공구 교환부(33)는, 기계 가공부(13)와 대면하는 위치로 공구(22)를 파지하고 있지 않은 부분을 이동시킨다. 그 후, 기계 가공부(13)에 장착되어 있는 공구(22)를 떼어내는 처리를 실행한다. 그 후, 기계 가공부(13)에 장착하는 다른 공구(22)를 파지하고 있는 부분을 기계 가공부(13)에 대면하는 위치로 이동시키고, 기계 가공부(13)에 다른 공구(22)를 장치한다. 이와 같이, 공구 교환부(33)는, 기계 가공부(13)의 공구(22)를 착탈하는 것에 의해, 기계 가공부(13)의 공구(22)를 교환할 수 있다. 또, 공구 교환부(33)는, 기계 가공부(13)의 공구(22)를 교환할 수 있으면, 이 구성으로 한정되지 않는다.

노즐 교환부(34)는, 3차원 적층실(2)의 내부에 배치되어 있다. 노즐 교환부(34)는, 적층 헤드(12)에 장착되는 노즐(23)을 교환한다. 노즐 교환부(34)는, 공구 교환부(33)와 마찬가지의 구조를 이용할 수 있다.

분말 도입부(35)는, 적층 헤드(12)에 3차원 형상물의 원료가 되는 분말 재료를 도입한다. 도 11(a) 및 도 11(b)는 각각 분말 도입부의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 11(a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 분말 P는 카트리지(83)에 봉입된 상태로 관리된다. 즉, 분말 P는, 예컨대 재료의 종류마다 카트리지(83) 내에 봉입되어 출하된다. 카트리지(83)에는 재료 표시부(84)가 마련된다. 재료 표시부(84)는, 예컨대 재료의 종류 등의 분말의 정보를 나타내는 표시이다. 재료 표시부(84)는, 육안으로 확인할 수 있는 정보로 한정되지 않고, IC 칩, 2차원 코드 또는 마크 등, 판독기로 판독함으로써 정보를 취득할 수 있는 표시이더라도 좋다. 재료 표시부(84)는, 분말의 재료의 종류를 나타낼 수 있으면, 이들로 한정되지 않는다. 재료 표시부(84)는, 분말의 재료의 종류 이외에도, 예컨대 분말의 입도, 중량, 순도 또는 산소 함유량 등의, 3차원 형상물 제조상 필요한 분말의 정보를 나타낼 수 있다. 또한, 재료 표시부(84)는, 분말이 정규품인지 아닌지를 나타내는 정보를 포함하고 있더라도 좋다.

분말 도입부(35)는, 분말 수납부(81) 및 분말 식별부(82)를 갖는다. 분말 수납부(81)는, 예컨대 상자 형상의 부재이고, 내부에 카트리지(83)를 수납한다. 분말 수납부(81)는, 분말을 반출하기 위한 반송 공기 공급부나, 분말을 적층 헤드(12)에 반송하는 반송 경로가 접속되어 있다. 분말 수납부(81)는, 카트리지(83)가 수납된 경우, 카트리지(83)에 저장되어 있는 분말을 적층 헤드(12)에 도입한다. 분말 식별부(82)는, 분말 수납부(81)에 카트리지(83)가 수납된 것을 검출하면, 카트리지(83)의 재료 표시부(84)를 판독하고, 카트리지(83)에 저장되어 있는 분말의 정보를 판독한다. 분말 도입부(35)는, 분말 식별부(82)에서 분말의 정보를 취득함으로써, 적층 헤드(12)에 기존의 분말을 공급할 수 있다.

여기서, 분말 도입부(35)는, 카트리지(83) 내에 봉입된 상태로 관리되고 있지 않은 분말을 적층 헤드(12)에 공급하도록 하더라도 좋다. 도 11(b)는 분말이 카트리지에 봉입되지 않는 경우의 분말 도입부(35A)를 나타내고 있다. 분말 도입부(35A)는, 분말 수납부(81A)와, 분말 식별부(82A)와, 분말 수납부(81A)와 분말 식별부(82A)를 연결하는 분말 안내관(89)을 갖는다. 분말 수납부(81A)는, 예컨대 상자 형상의 부재이고, 내부에 분말 P를 수납한다. 분말 식별부(82A)는, 분말 안내관(89)을 거쳐서 공급된 분말 P를 분석하고, 분말 P의 재료의 종류, 입도, 중량, 순도, 산화물 피막 또는 산소 함유량 등의, 3차원 형상물 제조상 필요한 분말 P의 정보를 계측한다. 분말 식별부(82A)로서는, 분광 분석에 의해 분말의 재료를 식별하는 분광 분석 장치를 갖고, 입도 분석에 의해 분말 P의 입도를 계측하는 입도 분석 장치, 분말의 중량을 계측하는 중량계 등을 이용할 수 있다. 분말 식별부(82A)는, 예컨대 계측한 분말 P의 재료의 종류, 입도 및 중량 등으로부터, 분말의 순도를 계측한다. 또한, 분말 식별부(82A)는, 예컨대 도전율에 의해, 분말의 산화물 피막을 계측한다. 분말 도입부(35A)도, 분말 식별부(82A)에서 분말의 정보를 취득함으로써, 적층 헤드(12)에 기존의 분말을 공급할 수 있다.

베이스 이동부(36)는, 예비실(3)에 배치되어 있다. 베이스 이동부(36)는, 베이스부(100a)를 예비실(3) 내로부터 3차원 적층실(2) 내로 이동시키고, 3차원 적층실(2) 내의 베이스부(100)를 예비실(3) 내로 이동시킨다. 베이스 이동부(36)는, 외부로부터 예비실(3) 내로 반입된 베이스부(100a)가 장치된다. 베이스 이동부(36)는, 장치된 베이스부(100a)를 예비실(3)로부터 3차원 적층실(2) 내로 반입한다. 보다 자세하게는, 베이스 이동부(36)는, 베이스 이동부(36)에 장치된 베이스부(100)를, 3차원 적층실(2) 내로 이동시켜, 회전 테이블부(17)에 장치한다. 베이스 이동부(36)는, 예컨대 로봇 암이나 직교축 반송 기구에 의해, 베이스부(100)를 이동시킨다.

공기 배출부(37)는, 예컨대 진공 펌프이고, 3차원 적층실(2) 내의 공기를 배출한다. 가스 도입부(38)는, 3차원 적층실(2) 내에 소정 성분의 가스, 예컨대 아르곤, 질소 등의 불활성 가스를 도입한다. 3차원 적층 장치(1)는, 공기 배출부(37)에 의해 3차원 적층실(2)의 공기를 배출하고, 가스 도입부(38)에 의해 3차원 적층실(2)에 가스를 도입한다. 이것에 의해, 3차원 적층 장치(1)는, 3차원 적층실(2) 내를 소망하는 가스 분위기로 할 수 있다. 여기서, 본 실시 형태에 있어서, 가스 도입부(38)는, 공기 배출부(37)보다 Z축 방향 아래쪽에 마련된다. 가스 도입부(38)를 공기 배출부(37)보다 Z축 방향 아래쪽에 마련함으로써, 공기 중의 산소 등의 기체보다 비중이 높은 아르곤을 도입하는 가스를 이용한 경우, 3차원 적층실(2) 내에 적합하게 아르곤 가스를 채울 수 있다. 또, 도입하는 가스를 공기보다 가벼운 가스로 하는 경우, 배관의 배치를 반대로 하면 된다.

분말 회수부(39)는, 적층 헤드(12)의 노즐 분사구부(45)로부터 분사된 분말 P로서, 성형층을 형성하지 않은 분말 P를 회수한다. 분말 회수부(39)는, 3차원 적층실(2) 내의 공기를 흡인하여, 공기에 포함되는 분말 P를 회수한다. 적층 헤드(12)로부터 분사된 분말 P는, 레이저광 L에 의해 용융 고화되어, 성형층을 형성한다. 그러나, 분말 P의 일부는, 예컨대 레이저광 L이 조사되지 않음으로써, 그대로 3차원 적층실(2) 내에 남는 경우가 있다. 또한, 기계 가공부(13)에 의해 절삭되어 성형층으로부터 배출된 절분이 3차원 적층실(2)에 남는다. 분말 회수부(39)는, 3차원 적층실(2)에 남은 분말 P나 절분을 회수한다. 분말 회수부(39)는, 브러시 등 기계적으로 분말을 회수하는 기구를 구비하고 있더라도 좋다.

도 12는 분말 회수부(39)의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 12에 나타내는 바와 같이, 분말 회수부(39)는, 도입부(85)와, 사이클론부(86)와, 기체 배출부(87)와, 분말 배출부(88)를 갖는다. 도입부(85)는, 예컨대 관 형상의 부재이고, 한쪽의 단부가 예컨대 3차원 적층실(2) 내에 접속되어 있다. 사이클론부(86)는, 예컨대 중공(中空)의 원뿔대 형상의 부재이고, 예컨대 연직 방향 아래쪽으로 향해 지름이 작아진다. 도입부(85)의 다른 쪽의 단부는, 사이클론부(86)의 외주의 접선 방향을 따라, 사이클론부(86)에 접속되어 있다. 기체 배출부(87)는, 관 형상의 부재이고, 한쪽의 단부가 사이클론부(86)의 연직 방향 위쪽의 단부에 접속되어 있다. 분말 배출부(88)는, 관 형상의 부재이고, 한쪽의 단부가 사이클론부(86)의 연직 방향 아래쪽의 단부에 접속되어 있다.

기체 배출부(87)의 다른 쪽의 단부에는, 예컨대 기체를 흡인하는 펌프가 접속되어 있다. 따라서, 기체 배출부(87)는, 사이클론부(86)로부터 기체를 흡인하여, 사이클론부(86)를 부압으로 한다. 사이클론부(86)는 부압이 되기 때문에, 도입부(85)는, 3차원 적층실(2)로부터 기체를 흡인한다. 도입부(85)는, 3차원 적층실(2) 내의 기체와 함께, 성형층을 형성하지 않은 분말 P를 흡인한다. 도입부(85)는, 사이클론부(86)의 외주의 접선 방향을 따라, 사이클론부(86)에 접속되어 있다. 따라서, 도입부(85)에 흡인된 기체 및 분말 P는, 사이클론부(86)의 내주를 따라 선회한다. 분말 P는, 기체보다 비중이 높기 때문에, 사이클론부(86)의 내주의 방사 방향 바깥쪽에 원심 분리된다. 분말 P는, 자중에 의해 연신 방향 아래쪽의 분말 배출부(88)로 향해, 분말 배출부(88)로부터 배출된다. 또한, 기체는 기체 배출부(87)에 의해 배출된다.

분말 회수부(39)는, 이와 같이 하여 성형층을 형성하지 않은 분말 P를 회수한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 분말 회수부(39)는, 분말 P를 비중마다 나누어 회수하더라도 좋다. 예컨대 비중이 낮은 분말은, 자중이 작기 때문에, 분말 배출부(88)로 향하지 않고, 기체 배출부(87)에 흡인된다. 따라서, 분말 회수부(39)는, 비중마다 분말 P를 분별하여 회수할 수 있다. 또, 분말 회수부(39)는, 성형층을 형성하지 않은 분말 P를 회수할 수 있으면, 이와 같은 구성으로 한정되지 않는다.

다음으로, 3차원 적층 장치(1)에 의한 3차원 형상물의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 13은 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)에 의한 3차원 형상물의 제조 방법을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 13에 나타내는 제조 방법은, 제어 장치(20)가 각 부의 동작을 제어함으로써 실행할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 대좌(臺座)(91)상에 3차원 형상물을 제조하는 경우로서 설명한다. 대좌(91)는, 예컨대 금속제의 판 형상 부재이지만, 상부에 3차원 형상물이 제조되는 것이면, 형상 및 재료는 임의이다. 대좌(91)는, 베이스부(100)상에 장치된다. 베이스부(100)는, 대좌(91)와 함께, 테이블부(11)의 회전 테이블부(17)에 고정된다. 또, 대좌(91)를 베이스부(100)로 할 수도 있다.

제어 장치(20)는, 스텝 S1에 나타내는 바와 같이, 테이블부(11)에 의해, 베이스부(100)상의 대좌(91)가 적층 헤드(12)의 Z축 방향 아래쪽에 배치되도록, 베이스부(100)를 이동시킨다.

다음으로, 제어 장치(20)는, 스텝 S2에 나타내는 바와 같이, 분말 도입부(35)로부터 적층 헤드(12)에 분말 P를 도입하고, 적층 헤드(12)로부터 기체와 함께 분말 P를 분사하면서, 레이저광 L을 조사한다. 분말 P는, 소정의 수속 지름으로, 베이스부(100)상의 대좌(91)로 향해 분사된다. 레이저광 L은, 적층 헤드(12)와 대좌(91)의 사이에 있어서, 소정의 스폿 지름으로 분말 P에 조사된다. 여기서, 분말 P의 수속 지름의 Z축 방향에서의 위치에 대한 레이저광 L의 스폿 지름의 Z축 방향에서의 위치 및 분말 P의 수속 지름의 Z축 방향에서의 위치에 있어서의 스폿 지름은, 예컨대 집광부(49)의 위치를 움직이는 것에 의해 제어할 수 있다.

제어 장치(20)는, 적층 헤드(12)에 의해 레이저광 L을 조사하면서 분말 P를 분사함으로써, 스텝 S3에 나타내는 바와 같이, 분말 P가 레이저광 L의 조사에 의해 용융된다. 용융된 분말 P는, 용융체 A로서, 베이스부(100)상의 대좌(91)로 향해 Z축 방향 아래쪽으로 낙하한다.

Z축 방향 아래쪽으로 낙하한 용융체 A는, 베이스부(100)상의 대좌(91)의 소정의 위치에 도달한다. 대좌(91)상의 용융체 A는, 대좌(91)상의 소정의 위치에서, 예컨대 방랭되는 것에 의해 냉각된다. 냉각된 용융체 A는, 스텝 S4에 나타내는 바와 같이, 대좌(91)상에서 고화체 B로서 고화된다.

제어 장치(20)는, 테이블부(11)에 의해 베이스부(100)를 소정의 위치로 이동시키면서, 스텝 S2 내지 스텝 S4에 나타내는 순서로 적층 헤드(12)에 의해 고화체 B를 베이스부(100)상에 형성한다. 이들 순서를 반복하는 것에 의해, 스텝 S5에 나타내는 바와 같이, 고화체 B는, 대좌(91)상에서 소정의 형상을 갖는 성형층(92)을 형성한다.

제어 장치(20)는, 스텝 S6에 나타내는 바와 같이, 대좌(91)에 형성된 성형층(92)이 기계 가공부(13)의 Z축 방향 아래쪽에 배치되도록, 테이블부(11)에 의해 베이스부(100)의 대좌(91)를 이동시킨다. 또한, 제어 장치(20)는, 기계 가공부(13)에 의해, 성형층(92)을 기계 가공한다. 제어 장치(20)는, 기계 가공부(13)에 의한 기계 가공을 실시하는지 아닌지를 선택하고, 불필요한 경우는 실행하지 않더라도 좋다. 따라서, 스텝 S6에 나타내는 기계 가공은, 제어 장치(20)의 지령에 따라서는, 실시되지 않는 경우가 있다.

다음으로, 제어 장치(20)는, 스텝 S7에 나타내는 바와 같이, 테이블부(11)는, 제어 장치(20)의 지령에 의해, 베이스부(100)를, 예컨대 성형층(92)이 적층 헤드(12)의 Z축 방향 아래쪽에 위치하도록 이동시킨다. 그리고, 스텝 S2 내지 스텝 S6에 나타내는 순서를 반복하고, 성형층(92)의 위에 성형층(93)이 순차적으로 적층되어, 3차원 형상물이 제조된다.

이상을 정리하면, 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)는, 다음과 같이 3차원 형상물을 제조한다. 적층 헤드(12)의 분말 분사부는, 분말 P를 베이스부(100)상의 대좌(91)로 향해 분사한다. 또한, 적층 헤드(12)의 내관(42)은, 적층 헤드(12)와 대좌(91)의 사이에 있어서, 분말 P에 레이저광 L을 조사한다. 레이저광 L이 조사된 분말 P는, 용융되고, 베이스부(100)상의 대좌(91)상에서 고화되어, 성형층(92)을 형성한다. 3차원 적층 장치(1)는, 성형층(92)상에 순차적으로 성형층(93)을 적층하고, 기계 가공부(13)에 의해 성형층(92, 93)에 적당히 기계 가공을 가하여, 3차원 형상물을 제조한다.

본 실시 형태에 있어서, 3차원 형상물은, 대좌(91)상에 제조되었지만, 3차원 형상물은, 대좌(91)상에 제조되지 않더라도 좋다. 3차원 형상물은, 예컨대 베이스부(100)상에 직접 제조되더라도 좋다. 또한, 3차원 적층 장치(1)는, 기존의 조형 물상에 성형층을 적층하는 것에 의해, 이른바 패딩 용접을 행하더라도 좋다.

본 실시 형태에 있어서, 기계 가공부(13)는, 예컨대 성형층(92)의 표면을 기계 가공하지만, 그 이외의 기계 가공을 행하더라도 좋다. 도 14(a) 내지 도 14(c)는 각각 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)에 의한 3차원 형상물의 제조 방법을 나타내는 설명도이다. 도 14(a) 내지 도 14(c)는 3차원 적층 장치(1)가 도 14(c)에 나타내는 부재(99)를 제조하는 순서를 나타내고 있다.

부재(99)는, 원판부(95)와, 축부(97)와, 원뿔대부(98)를 갖는다. 또한, 부재(99)는, 원판부(95)에 나사구멍부(96)가 형성되어 있다. 도 14(c)에 나타내는 바와 같이, 원판부(95)는 원판 형상의 부재이다. 축부(97)는, 원판부(95)보다 지름이 작은 축 형상의 부재이고, 원판부(95)의 한쪽의 면의 중앙부로부터 연장된다. 나사구멍부(96)는, 원판부(95)의 축부(97)보다 바깥쪽에 마련된다. 원뿔대부(98)는, 축부(97)의 선단에 마련되고, 원판부(95)와 반대 방향으로 향함에 따라, 외경이 커진다. 원뿔대부(98)의 긴지름은, 예컨대 원판부(95)의 외경과 동일한 크기이다. 즉, 나사구멍부(96)는, 원뿔대부(98)의 긴지름보다 안쪽에 위치한다.

다음으로, 3차원 적층 장치(1)에 의한 부재(99)의 제조 순서에 대하여 설명한다. 3차원 적층 장치(1)는, 도 14(a)에 나타내는 바와 같이, 적층 헤드(12)에 의한 성형층의 적층에 의해 원판부(95) 및 축부(97)를 형성한다. 3차원 적층 장치(1)는, 원판부(95) 및 축부(97)를 제조한 후에, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 기계 가공부(13)에 의해 나사구멍부(96)를 형성한다. 3차원 적층 장치(1)는, 나사구멍부(96)를 형성한 후에, 적층 헤드(12)에 의한 성형층의 적층에 의해, 축부(97)상에 원뿔대부(98)를 형성한다. 부재(99)는, 이와 같이 하여 제조된다.

여기서, 원뿔대부(98)의 긴지름 부분은, 나사구멍부(96)보다 바깥쪽에 위치한다. 바꿔 말하면, 나사구멍부(96)는, 원뿔대부(98)에 의해 상부가 덮여 있다. 따라서, 예컨대 기계 가공에 의해 부재(99)를 제조하는 경우, 원뿔대부(98)의 상부로부터 원판부(95)로 향해, 나사구멍부(96)의 가공 공구를 이동시킬 수 없다. 그러나, 3차원 적층 장치(1)는, 원뿔대부(98)가 제조되기 전에, 나사구멍부(96)를 형성한다. 이 경우, 나사구멍부(96)의 상부는 덮여 있지 않다. 따라서, 3차원 적층 장치(1)는, 기계 가공부(13)를, Z축 방향 상부로부터 Z축 방향을 따라 이동시키는 것에 의해, 나사구멍부(96)를 가공할 수 있다. 이와 같이, 기계 가공부(13)는, 성형층의 형성과 기계 가공의 타이밍을 조정하는 것에 의해, 기계 가공을 용이하게 할 수 있다.

다음으로, 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)에 의한 3차원 형상물의 제조의 상세한 공정에 대하여 설명한다. 도 15는 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)에 의한 3차원 형상물의 제조 공정을 나타내는 플로차트이다. 제어 장치(20)는, 예컨대 기억부(53) 내에 기억된 3차원 형상물의 설계 정보를 판독한다.

다음으로, 제어 장치(20)는, 공기 배출부(37)에 의해 3차원 적층실(2) 내의 공기를 배출한다(스텝 S11). 여기서, 3차원 적층실(2)은, 문(6)이 닫혀 있고, 예비실(3)과 분리되어 있다. 또한, 3차원 적층실(2)은, 다른 외기와 연통하고 있는 부분도 닫혀져, 밀봉되어 있다. 제어 장치(20)는, 예컨대, 공기 배출부(37)에 의해 공기를 배출함으로써, 3차원 적층실(2) 내의 산소 농도를 100ppm 이하, 바람직하게는 10ppm 이하로 한다. 제어 장치(20)는, 3차원 적층실(2) 내의 산소 농도를 100ppm 이하로 함으로써, 불활성 상태로 할 수 있고, 10ppm 이하로 함으로써, 보다 확실히 불활성 상태로 할 수 있다.

다음으로, 대좌(91)를 갖는 베이스부(100)를 예비실(3) 내의 베이스 이동부(36)에 장치한다(스텝 S12). 또, 3차원 적층 장치(1)는, 스텝 S12의 처리를, 스텝 S11의 처리보다 먼저 행하더라도 좋다.

제어 장치(20)는, 예비실(3) 내의 베이스 이동부(36)가 장치되면, 예비실(3)의 문(7)을 닫고, 공기 배출부(25)에 의해, 예비실(3) 내의 공기를 배출한다(스텝 S13). 제어 장치(20)는, 공기 배출부(25)로 공기를 배출함으로써, 예비실(3) 내의 산소 농도를 저하시킨다. 예비실(3) 내의 산소 농도는, 예컨대 3차원 적층실(2) 내와 동일한 산소 농도가 되는 것이 바람직하다.

제어 장치(20)는, 예비실(3)의 공기의 배출이 완료되면, 3차원 적층실(2)의 문(6)을 열고, 베이스 이동부(36)에 의해 3차원 적층실(2) 내의 회전 테이블부(17)에 베이스부(100)를 장치한다(스텝 S14). 베이스부(100)는, 회전 테이블부(17)에 고정된다. 제어 장치(20)는, 베이스부(100)를 회전 테이블부(17)에 장치하면, 베이스 이동부(36)를 예비실(3) 내로 되돌리고, 문(6)을 닫는다.

제어 장치(20)가, 베이스부(100)를 회전 테이블부(17)에 세트하면, 가스 도입부(38)에 의해 3차원 적층실(2) 내에 가스를 도입한다(스텝 S15). 제어 장치(20)는, 가스 도입부(38)에 의해, 3차원 적층실(2) 내를, 도입한 가스 분위기로 한다. 실시 형태 1에 있어서, 가스 도입부(38)가 도입하는 가스는, 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스이다. 가스 도입부(38)는, 3차원 적층실(2) 내의 잔류 산소 농도가 100ppm 이하가 되도록, 불활성 가스를 도입한다.

또한, 3차원 적층 장치(1)는, 분말 재료의 종류에 따라서는, 스텝 S11, 스텝 S13, 스텝 S15를 생략하더라도 좋다. 예컨대 분말 재료의 산화에 의해서도 3차원 형상물의 품질 등이 문제가 되지 않는 경우는, 이들 스텝을 생략하고, 3차원 적층실(2) 및 예비실(3)을 대기 분위기로 하더라도 좋다.

제어 장치(20)는, 3차원 적층실(2)로의 불활성 가스의 도입이 완료되면, 베이스부(100)상의 대좌(91)에 대하여 기계 가공을 행할지를 판단한다(스텝 S16). 예컨대, 제어 장치(20)는, 형상 계측부(30)에 대좌(91)의 표면 형상을 계측시킨다. 제어 장치(20)는, 형상 계측부(30)의 계측 결과에 근거하여, 대좌(91)에 대하여 기계 가공을 행할지를 판단한다. 제어 장치(20)는, 예컨대, 대좌(91)의 표면 거칠기가 소정의 값보다 큰 경우, 대좌(91)의 기계 가공을 행한다고 판단한다. 단, 제어 장치(20)에 의한 대좌(91)의 기계 가공의 여부 판단은, 이것으로 한정되지 않고, 형상 계측부(30)의 계측 결과에 의존하지 않더라도 좋다. 제어 장치(20)는, 예컨대, 기억부(53) 내에 대좌(91)의 정보를 기억시켜 두고, 대좌(91)의 정보와 3차원 형상물의 설계 정보로부터, 대좌(91)의 가공 여부를 판단하더라도 좋다. 또한, 제어 장치(20)는, 항상 대좌(91)를 가공하는 설정으로 하더라도 좋다.

제어 장치(20)는, 대좌(91)의 기계 가공이 필요하다고 판단한 경우(스텝 S16에서 예), 기계 가공부(13)에 의해, 소정의 조건으로 대좌(91)의 기계 가공을 행한다(스텝 S17). 제어 장치(20)는, 예컨대 형상 계측부(30)에 의한 대좌(91)의 형상 계측 결과, 또는 대좌(91)의 정보와 3차원 형상물의 설계 정보 등에 근거하여, 대좌(91)의 기계 가공의 조건을 결정한다.

제어 장치(20)는, 대좌(91)의 가공이 필요하지 않다고 판단한 경우(스텝 S16에서 아니오), 또는, 소정의 조건으로 대좌(91)의 기계 가공을 행한 경우, 예컨대 기억부(53)로부터 판독한 3차원 형상물의 설계 정보에 근거하여, 성형층의 형성 조건을 결정한다(스텝 S18). 성형층의 형성 조건이란, 예컨대, 성형층의 각 층의 형상, 분말 P의 종류, 분말 P의 분사 속도, 분말 P의 분사 압력, 레이저광 L의 조사 조건, 분말 P의 수속 지름과 레이저광 L의 스폿 지름과 성형층 표면의 위치 관계, 공기 중에서 용융된 분말 P의 치수, 온도, 형성 중의 성형층 표면 용융 풀의 치수, 냉각 속도, 또는 테이블부(11)에 의한 베이스부(100)의 이동 속도 등, 성형층을 형성함에 있어서 필요한 조건이다.

제어 장치(20)는, 성형층의 형성 조건을 결정하면, 적층 헤드(12)에 의해, 분말 P를 베이스부(100)상의 대좌(91)로 향해 분사하고, 레이저광 L의 조사를 개시한다(스텝 S19). 제어 장치(20)는, 분말 P를 분사하면서, 레이저광 L을 조사함으로써, 레이저광 L에 의해 분말 P를 용융시키고, 용융된 분말 P를 고화시킬 수 있고, 대좌(91)상에 고화체 B가 형성된다.

제어 장치(20)는, 분말 P를 분사하면서, 레이저광 L을 조사하고, 테이블부(11)에 의해 베이스부(100)를 이동시킴으로써, 대좌(91)상에 성형층(92)을 형성한다(스텝 S20). 제어 장치(20)는, 가열 헤드(31)에 의해, 성형층(92)을 가열하거나 고화체가 부착되기 전의 부분을 가열하거나 하더라도 좋다.

제어 장치(20)는, 성형층(92)을 형성하면, 성형층(92)에 기계 가공이 필요한지를 판단한다(스텝 S21). 제어 장치(20)는, 예컨대 형상 계측부(30)에, 성형층(92)의 표면 형상을 계측시킨다. 제어 장치(20)는, 형상 계측부(30)의 계측 결과에 근거하여, 성형층(92)의 기계 가공의 여부를 판단한다. 예컨대, 제어 장치(20)는, 성형층(92)의 표면 거칠기가 소정의 값보다 큰 경우, 성형층(92)의 기계 가공을 행한다고 판단한다. 단, 성형층(92)의 기계 가공의 여부 판단의 기준은, 이것으로 한정되지 않는다. 제어 장치(20)는, 예컨대 3차원 형상물의 설계 정보와 성형층의 형성 조건으로부터, 성형층(92)의 기계 가공의 여부를 판단하더라도 좋다. 예컨대, 제어 장치(20)는, 성형층의 형성 조건으로부터 산출된 성형층(92)의 표면 거칠기가 3차원 형상물의 설계 정보에 근거하는 필요한 표면 거칠기보다 큰 경우, 성형층(92)에 기계 가공이 필요하다고 판단하도록 하더라도 좋다.

제어 장치(20)는, 성형층(92)의 기계 가공이 필요하지 않다고 판단한 경우(스텝 S21에서 아니오), 스텝 S24로 진행한다. 제어 장치(20)는, 성형층(92)의 기계 가공이 필요하다(스텝 S21에서 예)고 판단한 경우, 성형층(92)의 기계 가공의 가공 조건을 결정한다(스텝 S22). 예컨대, 제어 장치(20)는, 형상 계측부(30)의 계측 결과, 또는 3차원 형상물의 설계 정보와 성형층의 형성 조건 등에 근거하여, 가공 조건을 결정한다. 제어 장치(20)는, 성형층 가공 조건을 결정하면, 기계 가공부(13)에 의해, 결정한 가공 조건에 근거하여 성형층(92)을 기계 가공한다(스텝 S23).

제어 장치(20)는, 성형층(92)의 기계 가공을 행한 경우, 또는, 성형층(92)의 기계 가공이 필요하지 않다고 판단한 경우, 성형층(92)의 위에 더 성형층(93)을 적층할 필요가 있는지를 판단한다(스텝 S24). 제어 장치(20)는, 예컨대 기억부(53)로부터 판독한 3차원 형상물의 설계 정보에 근거하여, 성형층(92)의 위에 더 성형층(93)을 적층할 필요가 있는지를 판단한다.

제어 장치(20)는, 성형층(93)의 적층이 필요하다고 판단한 경우(스텝 S24에서 예), 스텝 S18로 돌아가서, 성형층(92)상에 성형층(93)을 적층한다. 제어 장치(20)는, 성형층(93)의 적층이 불필요하다(스텝 S24에서 아니오)고 판단한 경우, 3차원 형상물의 제조가 완료가 된다.

3차원 적층 장치(1)는, 이와 같이 하여 3차원 형상물을 제조한다. 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)는, 적층 헤드(12)에 의해 분말 P를 분사하여, 분말 P에 레이저광 L을 조사하는 것에 의해, 3차원 형상물을 제조한다. 구체적으로는, 3차원 적층 장치(1)는, 대상물로 향하고 있는 분말 P에 레이저광 L을 조사하고, 대상물에 도달하기 전에 용융시켜, 용융체 A를 대상물에 부착시킨다. 이것에 의해, 레이저광 L로 대상물을 용해시키지 않고, 또는 용해시키는 양을 적게 하여 성형층을 형성할 수 있다. 이것에 의해, 제조한 대상물이나 성형층에 레이저광이 주는 영향을 적게 할 수 있고, 형성된 것에 고화체 B를 더 적층하는 가공을 행할 수 있다. 이상으로, 3차원 적층 장치(1)는, 3차원 형상물을 정밀하게 제조할 수 있다.

또한, 3차원 적층 장치(1)는, 기계 가공부(13)에 의해, 성형층(92)에 적당히 기계 가공을 가할 수 있다. 따라서, 3차원 적층 장치(1)는, 3차원 형상물을 정밀하게 제조할 수 있다. 또, 상기 실시 형태에서는, 기계 가공부(13)를 이용하여, 성형층(92)이나, 베이스부(100)에 대하여 기계 가공을 행함으로써, 보다 높은 정밀도의 가공을 행할 수 있지만, 기계 가공부(13)를 마련하지 않고 기계 가공을 행하지 않더라도 좋다.

또한, 베이스 이동부(36)는, 3차원 적층실(2)의 내부로 베이스부(100)를 이동시킨다. 3차원 적층실(2)의 내부는, 공기가 배출되어 있는 경우가 있다. 베이스 이동부(36)는, 예컨대 작업자가 3차원 적층실(2)의 내부에 들어가지 않더라도, 3차원 적층실(2)의 내부로 베이스부(100)를 이동시킬 수 있다.

여기서, 3차원 적층 장치(1)는, 형상 계측부(30)를 갖는 것에 의해, 성형층의 형성 조건을 결정하는 것이 바람직하다. 도 16은 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)에 의한 성형층의 형성 조건을 결정하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 16의 처리는, 도 15의 스텝 S18의 처리의 일부로서 실행할 수 있다. 제어 장치(20)는, 형상 계측부(30)에 의해, 성형층(92)의 형상을 계측한다(스텝 S31). 제어 장치(20)는, 적층 헤드(12)에 성형층(92)을 형성시키면서, 형상 계측부(30)에 성형층(92)의 형상을 측정시키더라도 좋다. 형상 계측부(30)는, 적층 헤드(12)가 고화체 B를 형성하고자 하는 개소의 형상과, 그 개소에 형성된 고화체 B의 형상의 양쪽의 형상을 계측할 수 있다. 즉, 형상 계측부(30)는, 성형층(92)의 형성 전후에 있어서의 표면 형상을 계측할 수 있다. 제어 장치(20)는, 성형층(92)의 형상을 계측하면, 형상 계측부(30)의 측정 결과에 근거하여, 성형층(92)의 형성 조건을 결정한다(스텝 S33).

제어 장치(20)는, 형상 계측부(30)에 의한 성형층(92)의 표면 형상의 계측 결과에 따라, 성형층(92)의 형성 조건을 결정하고, 적층 헤드(12)의 동작을 제어한다. 따라서, 3차원 적층 장치(1)는, 성형층을 형성하는 개소와 적층 헤드(12)의 사이의 거리를 일정하게 하는 등, 성형층의 형성을 보다 적절히 행할 수 있다. 또한, 3차원 적층 장치(1)는, 적층 헤드(12)에 의해 성형층을 형성시키면서, 형상 계측부(30)에 의해 성형층(92)의 형상을 계측할 수 있다. 따라서, 3차원 적층 장치(1)는, 성형층의 형성 조건을 보다 적절한 것으로 할 수 있고, 3차원 형상물을 보다 정밀하게 제조할 수 있다. 여기서, 상기 실시 형태에서는, 적층 헤드(12)에 의한 가공에 대하여 설명했지만, 기계 가공부(13)에 의한 가공도 마찬가지로 행할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에서 결정하는 성형층의 형성 조건은, 위치에 따라 변동하는 조건으로 하더라도 좋고, 일정한 조건으로 하더라도 좋다.

3차원 적층 장치(1)는, 검출 결과에 근거하여, 성형층의 형성 조건으로서, 적층 헤드(12)의 이동 경로, 다시 말해, 적층 헤드(12)의 Z축 방향의 위치와 테이블부(11)에 의한 이동의 상대 관계를 결정하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 적층되는 성형층의 두께나 응고부 온도, 적층 속도를 균일화할 수 있다.

여기서, 제어 장치(20)는, 성형층의 형성 조건으로서, 적층 헤드(12)로부터 조사되는 레이저광 L을 제어하더라도 좋다. 다시 말해, 적층 헤드(12)의 광 조사부의 동작을 제어하더라도 좋다. 이하, 도 17 내지 도 22를 이용하여, 제어의 일례를 설명한다. 도 17 및 도 18은 각각, 성형층의 형성 조건의 일례를 설명하기 위한 설명도이다. 도 17과 도 18은 조사되는 레이저광의 일례를 나타내고 있다. 제어 장치(20)는, 성형층의 형성 조건으로서, 적층 헤드(12)로부터 조사되는 레이저광 L을 펄스파로 할지 연속파로 할지를 결정하더라도 좋다. 구체적으로는, 각종 검출 결과나 설정된 조건에 근거하여, 도 17에 나타내는 바와 같이 연속파의 레이저광 L1을 조사하는 모드와, 도 18에 나타내는 바와 같이 펄스파의 레이저광 L2를 조사하는 모드를 전환하도록 하더라도 좋다. 제어 장치(20)는, 펄스파의 레이저광 L2로 함으로써, 연속파의 레이저광 L1보다 단위 시간당 레이저의 출력을 작게 할 수 있다. 또한, 펄스파의 폭(듀티비)을 조정함으로써 출력을 더 조정할 수 있다. 이것에 의해, 공급하는 분말 재료나 베이스부(100), 대좌(91)의 재료 등에 따라 조사하는 레이저광을 조정할 수 있고, 보다 높은 정밀도로 가공을 행할 수 있다.

도 19 내지 도 22는 각각 성형층의 형성 조건의 일례를 설명하기 위한 설명도이다. 도 19는 레이저광의 출력 분포의 일례를 나타내고 있고, 도 20은 도 19의 출력 분포로 형성되는 고화체의 일례를 나타내고 있다. 제어 장치(20)는, 성형층의 형성 조건으로서, 적층 헤드(12)로부터 조사되는 레이저광 L의 출력 분포를 결정하더라도 좋다. 제어 장치(20)는, 도 19에 나타내는 가우시안형의 분포의 출력 분포(170)의 레이저광을 조사할지, 도 21에 나타내는 중심 부근의 출력이 주위보다 낮아지는 칼데라형의 출력 분포(172, 174)의 레이저광을 조사할지, 중심 부근의 출력이 일정한 탑햇형의 출력 분포(176)의 레이저광을 조사할지를 결정하더라도 좋다. 제어 장치(20)는, 예컨대, 도 19에 나타내는 출력 분포(170)의 레이저광을 이용함으로써, 도 20에 나타내는 바와 같이 구면(球面)상의 고화체 B1을 형성할 수 있다. 또한, 제어 장치(20)는, 예컨대, 도 21에 나타내는 출력 분포(176)의 레이저광을 이용함으로써, 도 22에 나타내는 바와 같이 평탄한 형상의 고화체 B2를 형성할 수 있다. 이것에 의해, 3차원 적층 장치(1)는, 예컨대, 형성하고 싶은 성형층의 두께나 폭, 레이저광의 출력 분포를 결정함으로써, 보다 높은 정밀도로 성형층을 형성할 수 있다.

3차원 적층 장치(1)는, 온도 검출부(120)에서 검출한 온도 분포에 근거하여 처리 동작을 결정하더라도 좋다. 도 23은 성형층의 형성 조건을 결정하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다. 제어 장치(20)는, 온도 검출부(120)에서 성형층의 표면의 온도 분포를 검출한다(스텝 S42). 제어 장치(20)는, 테이블부(11)에서 베이스부(100)를 이동시키면서, 온도 검출부(120)에서 계측을 행함으로써, 성형층의 표면의 전역의 온도 분포를 검출할 수 있다. 제어 장치(20)는, 적층 헤드(12)에서의 가공을 행하기 전에 계측을 행하더라도 좋고, 적층 헤드(12)에서의 가공을 행하고 있는 동안에 계측을 행하더라도 좋다.

제어 장치(20)는, 온도 분포를 검출하면, 형상 계측부(30)에서 성형층의 형상(표면 형상)을 검출한다(스텝 S44). 성형층의 표면 형상의 검출과 온도 분포의 검출은 동시에 행하더라도 좋다.

제어 장치(20)는, 성형층의 형상을 검출하면, 성형층의 형상과 온도 분포에 근거하여, 온도 검출부에서 온도를 검출하는 검출 위치를 특정하고(스텝 S46), 특정한 위치의 온도를 검출한다(스텝 S48). 제어 장치(20)는, 검출한 온도에 근거하여 가공 조건을 결정하고(스텝 S49), 본 공정을 종료한다.

3차원 적층 장치(1)는, 특정한 위치, 예컨대 차가워지기 어려운 곳이나 따뜻해지기 쉬운 곳에 대하여 온도를 계측하여 가공 조건(형성 조건)을 결정함으로써, 보다 적절한 가공을 행할 수 있다.

또한 3차원 적층 장치(1)는, 온도 분포와 형상에 근거하여 가공 조건으로서 적층 헤드(12)의 이동 경로를 결정함으로써, 다시 말해 온도 분포도 가미하여 가공 조건을 결정함으로써, 적층되는 성형층의 두께나 응고부 온도, 적층 속도를 균일화할 수 있다. 다시 말해 차가워지기 어려운 곳이나 따뜻해지기 쉬운 곳을 파악하여, 가공 조건을 결정할 수 있고, 보다 균일한 가공을 실시하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 3차원 적층 장치(1)는, 온도 검출부(120) 및 가열 헤드(31)를 적층 헤드(12)에 대하여, Z축 주위로 회전할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 테이블부(11)의 이동 방향에 따라, 적층 헤드(12)와 온도 검출부(120) 및 가열 헤드(31)의 상대 위치를 일정하게 하거나, 전환하거나 할 수 있다. 또한, 3차원 적층 장치(1)는, 온도 검출부(120) 및 가열 헤드(31)를 적층 헤드(12)에 대하여 2개 마련하고, 적층 헤드(12)를 사이에 두도록 배치하더라도 좋다.

또한, 3차원 적층 장치(1)는, 질량 검출부(130)의 검출 결과를 이용하여, 처리 동작을 결정하더라도 좋다. 예컨대, 형성한 성형물에 의해 생기는 질량의 변화를 검출하고, 제조하고 있는 3차원 적층물을 평가하도록 하더라도 좋다. 구체적으로는, 형성한 크기와 질량의 변화를 검출함으로써, 3차원 적층물의 밀도를 산출할 수 있고, 3차원 적층물에 공극이 형성되어 있지 않은지를 판정할 수 있다. 또한, 3차원 적층 장치(1)는, 질량 검출부(130)의 중량에 근거하여, 베이스부(100)에 이물, 구체적으로는, 용융되지 않은 분말 재료나 기계 가공부(13)에 의한 가공으로 생성된 절분이 부착되어 있지 않은지를 검출할 수도 있다. 이것에 의해, 분말 회수부(39)의 동작의 제어에 이용할 수 있다.

또한, 3차원 적층 장치(1)는, 노즐 교환부(34)를 갖는 것에 의해, 적층 헤드(12)의 노즐(23)을 교환하는 공정을 추가할 수 있다. 도 24는 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)에 의한 적층 헤드(12)의 노즐(23)을 교환하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다. 우선, 제어 장치(20)는, 성형층(92)의 형성 조건을 결정한다(스텝 S61). 스텝 S61에 있어서의 가공 조건의 결정은, 예컨대, 도 15의 스텝 S18에 있어서의 성형층(92)의 형성 조건의 결정과 마찬가지의 방법에 의해 행해진다.

제어 장치(20)는, 형성 조건을 결정하면, 결정한 성형층(92)의 형성 조건에 근거하여, 적층 헤드(12)의 노즐(23)을 교환할지를 판단한다(스텝 S62). 제어 장치(20)는, 예컨대, 결정한 성형층(92)의 형성 조건이 성형층(92)의 형성 정밀도를 높게 하는 것인 경우, 기계 가공부(13)의 공구(22)를, 보다 스폿 지름이 작은 레이저광 L을 발하는 것, 또는 보다 분말 P의 분사의 수속 지름을 작게 하는 것 등으로 교환할 필요가 있다고 판단한다. 단, 적층 헤드(12)의 노즐(23)을 교환할지를 판단하는 조건은, 이것에 한하지 않는다.

제어 장치(20)는, 적층 헤드(12)의 노즐(23)을 교환한다(스텝 S62에서 예)고 판단한 경우, 노즐 교환부(34)에 의해, 적층 헤드(12)의 노즐(23)을 교환한다(스텝 S63).

제어 장치(20)는, 적층 헤드(12)의 노즐(23)을 교환하면, 노즐을 교환한 적층 헤드(12)에 의해, 분말 P의 분사와 레이저광 L의 조사를 행하고(스텝 S64), 성형층(92)의 형성을 행하고(스텝 S65), 본 공정을 종료한다. 제어 장치(20)는, 적층 헤드(12)의 노즐(23)을 교환할 필요가 없다(스텝 S62에서 아니오)고 판단한 경우, 노즐을 교환하고 있지 않은 적층 헤드(12)에 의해 분말 P의 분사와 레이저광 L의 조사를 행하고(스텝 S64), 성형층(92)의 형성을 행하고(스텝 S65), 본 공정을 종료한다.

이와 같이, 3차원 적층 장치(1)는, 노즐 교환부(34)에 의해 결정한 성형층(92)의 형성 조건에 근거하여, 적층 헤드(12)의 노즐(23)을 교환할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)는, 성형층(92)의 형성을, 보다 적절히, 또는 보다 용이하게 행할 수 있다. 여기서, 상기 실시 형태에서는, 노즐의 교환에 대하여 설명했지만, 공구의 교환도 마찬가지로 행할 수 있다.

또한, 3차원 적층 장치(1)는, 분말 도입부(35)를 갖는 것에 의해, 적층 헤드(12)에 도입하는 분말을 식별하는 공정을 추가할 수 있다. 도 25는 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)에 의한 분말의 식별 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다. 제어 장치(20)는, 분말 도입부(35)에 분말이 세트된 것을 검출한다(스텝 S71). 예컨대, 분말 수납부(81)에 분말이 들어간 카트리지(83)가 수납된 것을 검출한다.

제어 장치(20)는, 분말이 세트되면, 분말 도입부(35)의 분말 식별부(82)에 의해 분말을 식별한다(스텝 S72). 제어 장치(20)는, 예컨대 분말 도입부(35)의 분말 식별부(82)에 의해 카트리지(83)의 재료 표시부(84)를 판독하고, 예컨대 분말의 종류, 입도, 중량, 순도 또는 산소 함유량 등의, 3차원 형상물 제조상 필요한 분말의 정보를 검출한다. 제어 장치(20)는, 분말 도입부(35A)의 분말 식별부(82A)에 의해, 분말 도입부(35A) 내의 분말을 식별하더라도 좋다.

제어 장치(20)는, 분말을 식별하면, 분말의 식별 결과에 근거하여, 분말 도입부(35) 내의 분말이 적정한 것인지 판단한다(스텝 S73). 제어 장치(20)는, 예컨대 3차원 형상물의 설계 정보에 근거하여, 분말 도입부(35) 내의 분말이 적정한 것인지 판단한다. 예컨대, 분말 도입부(35) 내의 분말이, 지금부터 제조하는 3차원 형상물을 제조하기 위해 부적절한 재질인 경우, 제어 장치(20)는, 분말 도입부(35) 내의 분말이 적정한 것이 아니라고 판단한다.

제어 장치(20)는, 분말이 적정한 것이다(스텝 S73에서 예)라고 판단한 경우, 분말 도입부(35)에 의해 분말을 적층 헤드(12)에 도입한다(스텝 S74).

다음으로, 제어 장치(20)는, 스텝 S72에서 식별한 분말의 정보에 근거하여, 성형층(92)의 형성 조건을 결정하고(스텝 S75), 본 공정을 종료한다. 여기서, 적층 헤드(12)는, 예컨대 상이한 분말을 혼합하여 분사하는 경우가 있다. 이 경우, 제어 장치(20)는, 상이한 분말을 혼합하여 분사하는 지령 내용에도 근거하여, 성형층(92)의 형성 조건을 결정한다. 여기서, 성형층(92)의 형성 조건이란, 도 15의 스텝 S18과 마찬가지의 것이고, 예컨대, 성형층(92)의 각 층의 형상, 분말의 종류, 분말 P의 분사 속도, 분말 P의 분사 압력, 레이저광 L의 조사 조건, 용융체 A의 온도, 고화체 B의 냉각 온도, 또는 테이블부(11)에 의한 베이스부(100)의 이동 속도 등, 성형층을 형성함에 있어서 필요한 조건이다.

제어 장치(20)는, 분말이 적절한 것이 아니다(스텝 S73에서 아니오)라고 판단한 경우, 통신부(55)를 거쳐서, 분말이 적절하지 않은 취지의 정보 또는 적절하지 않은 분말의 정보를, 외부의 데이터 서버 등에 전달하고(스텝 S76), 본 처리를 종료한다. 이 경우, 제어 장치(20)는, 분말 도입부(35)로부터 적층 헤드(12)에 분말 도입의 지령을 내리는 일 없이, 본 공정은 종료된다. 즉, 3차원 적층 장치(1)는, 분말이 적절한 것이 아니라고 판단한 경우는, 적층 헤드(12)로의 분말의 공급을 정지한다.

이와 같이, 제어 장치(20)는, 분말 도입부(35)에 의한 분말의 식별 결과에 따라, 분말 도입부(35)로부터 적층 헤드(12)로의 분말의 도입을 제어한다. 분말이 적절한 것이 아닌 경우, 제조되는 3차원 형상물의 품질이 저하할 가능성이 있다. 또한, 적정하지 않은 분말에 레이저광 L을 조사한 경우, 발화하는 등 안전성이 저하할 가능성이 있다. 분말 도입부(35)는, 분말이 적정한 것인 경우에 있어서만 적층 헤드(12)에 분말을 도입한다. 따라서, 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)는, 3차원 형상물의 품질의 저하를 억제하거나, 또는, 안전성의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 분말이 적정한 것이 아니라고 판단된 경우, 제어 장치(20)는, 분말이 적절하지 않은 취지의 정보 또는 적절하지 않은 분말의 정보를, 외부의 데이터 서버 등에 전달할 수 있다. 외부의 데이터 서버에, 이들 정보를 축적하는 것에 의해, 3차원 적층 장치(1)가 사용하는 분말을 보다 적절한 것으로 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)는, 3차원 형상물의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 제어 장치(20)는, 분말 도입부(35)에 의한 분말의 식별 결과에 따라, 성형층(92)의 형성 조건을 결정하고, 적층 헤드(12)의 동작을 제어한다. 따라서, 본 실시 형태와 관련되는 3차원 적층 장치(1)는, 보다 적절히 성형층(92)을 형성할 수 있다.

3차원 적층 장치는, 형성 조건을 제어하기 위한 파라미터를 검출하는 장치로서, 다른 검출부를 더 구비하고 있더라도 좋다. 도 26은 3차원 적층 장치의 적층 헤드의 주변부의 다른 예를 나타내는 모식도이다. 도 26에 나타내는 3차원 적층 장치는, 적층 헤드의 레이저광의 경로의 주변에, 온도 검출부(120a)와, 하프 미러(182)와, 플라즈마 발광 검출부(190)와, 반사광 검출부(192)를 갖는다. 하프 미러(182)는, 광원(47)과 집광부(49)의 사이에 배치되고, 광원(47)으로부터 집광부(49)로 향하는 레이저광을 투과시키고, 집광부(49)로부터 광원(47)으로 향하는 레이저광을 반사한다. 다시 말해 하프 미러(182)는, 베이스부(100)나 성형층에서 반사된 레이저광을 소정의 방향으로 반사한다.

플라즈마 발광 검출부(190)는, 베이스부(100)나 성형층에 레이저광 L이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마를 검출한다. 반사광 검출부(192)는, 하프 미러(182)에서 반사된 레이저광을 검출한다. 또한, 온도 검출부(120a)는, 미러(182)에서 반사되어 비치는 레이저광의 조사 위치의 상태에 근거하여 온도를 검출한다.

다음으로, 도 27 내지 도 29를 이용하여, 각 부를 이용하여 실행하는 제어의 일례를 설명한다. 도 27은 성형층의 형성 조건을 결정하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다. 제어 장치(20)는, 온도 검출부(120a)에서 온도를 검출하고(스텝 S102), 검출한 온도(결과)에 근거하여, 레이저광의 강도를 결정하고(스텝 S104), 본 처리를 종료한다. 제어 장치(20)는, 온도 검출부(120a)에서 검출한 결과에 근거하여 레이저광의 출력을 결정함으로써, 성형층의 온도를 보다 균일하게 할 수 있고, 정밀한 가공을 행할 수 있다.

도 28은 성형층의 형성 조건을 결정하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다. 제어 장치(20)는, 플라즈마 발광 검출부(190)에서 플라즈마 발광을 검출하고(스텝 S112), 검출한 플라즈마 발광에 근거하여, 레이저광의 강도를 결정하고(스텝 S114), 본 처리를 종료한다. 제어 장치(20)는, 플라즈마 발광 검출부(190)에서 검출한 결과에 근거하여 레이저광의 출력을 결정함으로써도, 성형층의 온도를 보다 균일하게 할 수 있고, 보다 정밀한 가공을 행할 수 있다. 여기서, 제어 장치(20)는, 플라즈마 발광 검출부(190)에서 플라즈마 발광을 검출함으로써, 레이저의 초점 위치의 온도를 감시할 수 있다. 또한 분사된 분말이 레이저광에 들어가 용융되는 경우에 발광하는 플라즈마를 검출함으로써 가스 중의 분말 용융 상태를 감시할 수 있다.

도 29는 성형층의 형성 조건을 결정하는 공정의 일례를 나타내는 플로차트이다. 제어 장치(20)는, 반사광 검출부(192)에서 반사광을 검출하고(스텝 S122), 검출한 반사광에 근거하여, 레이저광의 강도를 결정하고(스텝 S124), 본 처리를 종료한다. 제어 장치(20)는, 반사광 검출부(192)에서 검출한 결과에 근거하여 레이저광의 출력을 결정함으로써도, 성형층의 온도를 보다 균일하게 할 수 있고, 보다 정밀한 가공을 행할 수 있다. 여기서, 제어 장치(20)는, 반사광 검출부(192)에서 반사광을 검출함으로써, 용융체 A가 부착되는 위치의 온도를 감시할 수 있다. 또한, 도 27 내지 도 29에서는, 계측한 결과에 근거하여, 레이저광의 출력을 결정했지만, 레이저광의 초점 위치를 결정하고, 결정한 초점 위치로 조정하도록 하더라도 좋다. 이 경우, 적층 헤드(12)를 이동시키더라도 좋고, 초점 위치 조정부(140)에서 레이저광 L의 초점의 위치 P1만을 바꾸어, 분말 재료가 분사되는 위치 P2와의 상대 위치를 조정하더라도 좋다.

도 30은 적층 헤드의 다른 예를 나타내는 모식도이다. 도 30에 나타내는 적층 헤드(12a)는, 외관(41)의 바깥쪽에 관로(202)가 더 배치되어 있다. 관로(202)와 외관(41)의 사이에는 통로가 형성되어 있다. 통로에는, 퍼지 가스 공급관(206)을 거쳐서 퍼지 가스 공급부(204)가 접속되어 있다. 적층 헤드(12a)는, 분말 유로(43)의 바깥쪽에 관로(202)를 마련하여, 삼중의 노즐로 하고, 분말 유로(43)의 바깥쪽으로부터 퍼지 가스(214)를 공급함으로써, 분말 유로(43)로부터 공급되는 분말이 확산되는 것을 억제할 수 있고, 분말 재료를 적절히 목적의 위치에 분사할 수 있다.

또한, 3차원 적층 장치는, 분말 도입부로부터 복수 종류의 분말을 도입하는 것이 바람직하다. 도 31은 분말 도입부의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 31에 나타내는 분말 도입부(35B)는, 분말 저장부(240, 242)와, 버퍼부(244)와, 반송 공기 공급부(246)와, 밸브(250, 252)를 갖는다. 2개의 분말 저장부(240)와 분말 저장부(242)는, 각각 상이한 분말을 저장하고 있다. 분말 저장부(240, 242)는, 상술한 분말 수납부(81, 81A)와 마찬가지의 기능을 구비하고 있다. 버퍼부(244)는, 분말 저장부(240, 242)로부터 공급된 분말을 일시적으로 저장한다. 버퍼부(244)는, 분말 공급관(150)과 접속되어 있다. 반송 공기 공급부(246)는, 버퍼부(244)에 분말을 반송하는 공기를 공급한다. 밸브(250)는, 분말 저장부(240)와 버퍼부(244)의 사이에 배치되고, 개폐를 전환함으로써, 분말 저장부(240)로부터 버퍼부(244)로의 분말을 공급하고 있는 상태와 공급을 정지하고 있는 상태를 전환한다. 밸브(252)는, 분말 저장부(242)와 버퍼부(244)의 사이에 배치되고, 개폐를 전환함으로써, 분말 저장부(242)로부터 버퍼부(244)로의 분말을 공급하고 있는 상태와 공급을 정지하고 있는 상태를 전환한다.

분말 도입부(35B)는, 이상과 같은 구성이고, 밸브(250, 252)의 개폐를 전환함으로써, 버퍼부(244)에 공급하는 분말의 종류를 제어할 수 있다. 버퍼부(244)에 공급된 분말은, 반송 공기 공급부(246)로부터 공급된 반송 공기와 함께 분말 공급관(150)에 반송되고, 적층 헤드(12)에 공급된다. 분말 도입부(35B)는, 2종류의 분말을 공급할 수 있다.

도 32는 분말 도입부의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 32에 나타내는 분말 도입부(35C)는, 분말 저장부(240, 242, 247)와, 버퍼부(244a)와, 반송 공기 공급부(246)와, 밸브(250, 252, 254)를 갖는다. 3개의 분말 저장부(240)와 분말 저장부(242)와 분말 저장부(247)는, 각각 상이한 분말을 저장하고 있다. 분말 저장부(247)에 저장되어 있는 중간 분말은, 분말 저장부(240)에 저장되어 있는 제 1 분말과 분말 저장부(242)에 저장되어 있는 제 2 분말의 양쪽과 친화성을 갖는 재료이다. 분말 저장부(240, 242, 247)는, 상술한 분말 수납부(81, 81A)와 마찬가지의 기능을 구비하고 있다. 버퍼부(244a)는, 분말 저장부(240, 242, 247)로부터 공급된 분말을 일시적으로 저장한다. 버퍼부(244a)는, 분말 공급관(150)과 접속되어 있다. 반송 공기 공급부(246)는, 버퍼부(244a)에 분말을 반송하는 공기를 공급한다. 밸브(250)는, 분말 저장부(240)와 버퍼부(244a)의 사이에 배치되고, 개폐를 전환함으로써, 분말 저장부(240)로부터 버퍼부(244a)로의 분말을 공급하고 있는 상태와 공급을 정지하고 있는 상태를 전환한다. 밸브(252)는, 분말 저장부(242)와 버퍼부(244a)의 사이에 배치되고, 개폐를 전환함으로써, 분말 저장부(242)로부터 버퍼부(244a)로의 분말을 공급하고 있는 상태와 공급을 정지하고 있는 상태를 전환한다. 밸브(254)는, 분말 저장부(247)와 버퍼부(244a)의 사이에 배치되고, 개폐를 전환함으로써, 분말 저장부(247)로부터 버퍼부(244a)로의 분말을 공급하고 있는 상태와 공급을 정지하고 있는 상태를 전환한다.

분말 도입부(35C)는, 이상과 같은 구성이고, 밸브(250, 252, 254)의 개폐를 전환함으로써, 버퍼부(244a)에 공급하는 분말의 종류를 3종류 중에서 제어할 수 있다. 버퍼부(244a)에 공급된 분말은, 반송 공기 공급부(246)로부터 공급된 반송 공기와 함께 분말 공급관(150)에 반송되고, 적층 헤드(12)에 공급된다. 또, 분말 도입부에서 공급 가능하게 하는 분말의 종류는, 2종류, 3종류로 한정되지 않고, 4종류 이상으로 하더라도 좋다. 또한, 분말 도입부는, 분말 식별부에서 분말을 식별함으로써, 공급하는 분말의 종류, 특성을 파악할 수 있다.

도 33은 3차원 적층 장치에 의한 처리 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 34는 3차원 적층 장치에 의해 제조되는 성형층의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 33, 도 34는 분말 도입부(35C)를 이용한 처리 동작의 일례이다. 제어 장치(20)는, 분말 도입부(35C)로부터 공급하는 분말을 제 1 분말 재료로부터 제 2 분말 재료로 전환하는 지시를 검출하면(스텝 S142), 중간 분말 재료를 특정한다(스텝 S144). 중간 분말 재료는, 전환하는 2개의 분말의 양쪽과 친화성이 높은, 접착, 밀착하기 쉬운 분말이다. 예컨대, 분말 저장부(240)의 분말로부터 분말 저장부(242)의 분말로의 전환 지시를 검출하면, 분말 저장부(247)의 분말을 중간 분말로 특정한다.

제어 장치(20)는, 중간 분말 재료를 특정하면, 적층 헤드(12)에 공급하는 분말 재료를 제 1 분말 재료로부터 중간 분말 재료로 전환한다(스텝 S146). 제어 장치(20)는, 중간 분말 재료로 전환하면, 중간 분말 재료의 성형층의 형성이 완료되었지를 판정한다(스텝 S148). 제어 장치(20)는, 중간 분말 재료의 성형층의 형성이 완료되어 있지 않다(스텝 S148에서 아니오)고 판정한 경우, 스텝 S148로 돌아간다. 다시 말해 제어 장치(20)는, 중간 분말 재료의 성형층의 형성이 완료될 때까지 중간 분말 재료를 계속 공급하고, 스텝 S148의 처리를 반복한다.

제어 장치(20)는, 중간 분말 재료의 성형층의 형성이 완료됐다(스텝 S148에서 예)고 판정한 경우, 적층 헤드(12)에 공급하는 분말 재료를 중간 분말 재료로부터 제 2 분말 재료로 전환하고(스텝 S149), 본 처리를 종료한다. 제어 장치(20)는, 도 33의 처리를 행하고, 제 1 분말 재료, 중간 분말 재료, 제 2 분말 재료의 순서로 공급하는 분말 재료를 전환함으로써, 도 34에 나타내는 바와 같이, 제 1 분말 재료의 성형층(302), 중간 분말 재료의 성형층(304), 제 2 분말 재료의 성형층(306)을 차례로 적층시킬 수 있다. 이것에 의해, 상이한 종류의 분말을 적층시키는 경우에도, 각 성형층 사이의 밀착력을 높게 할 수 있고, 정밀도가 높은 3차원 구조를 형성할 수 있다.

도 35는 3차원 적층 장치에 의한 처리 동작의 일례를 나타내는 플로차트이다. 도 36은 분말 재료의 밸런스의 결정에 이용하는 관계의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 37은 3차원 적층 장치에 의해 제조되는 성형층의 일례를 나타내는 설명도이다. 도 35 내지 도 37은 분말 도입부(35B)를 이용한 처리 동작의 일례이다. 제어 장치(20)는, 분말 도입부(35B)로부터 공급하는 분말을 제 1 분말 재료로부터 제 2 분말 재료로 전환하는 지시를 검출하면(스텝 S150), 제 1 분말 재료와 제 2 분말 재료의 비율을 산출한다(스텝 S152). 여기서 제어 장치(20)는, 도 36에 나타내는 바와 같이 시간에 따라 제 1 분말 재료와 제 2 분말 재료의 비율이 변화하는 관계, 구체적으로는, 시간 t1로부터 t2로 향함에 따라, 제 1 분말 재료의 비율이 감소하고, 제 2 분말 재료의 비율이 상승하여, 시간 t2에서 제 1 분말 재료의 비율이 0이 되고, 제 2 분말 재료의 비율이 100이 되는 관계이다.

제어 장치(20)는, 비율을 결정하면, 결정한 비율에 근거하여 제 1 분말 재료와 제 2 분말 재료를 공급한다(스텝 S154). 제어 장치(20)는, 제 1 분말 재료와 제 2 분말 재료를 공급하면, 제 2 분말 재료로의 전환을 완료했는지, 다시 말해, 적층 헤드(12)에 공급하는 분말 재료가 제 1 분말 재료로부터 제 2 분말 재료로 100% 전환되었는지를 판정한다(스텝 S156). 제어 장치(20)는, 전환이 완료되어 있지 않다(스텝 S156에서 아니오)고 판정한 경우, 스텝 S152로 돌아온다. 다시 말해 제어 장치(20)는, 전환이 완료될 때까지, 스텝 S152 내지 스텝 S156의 처리를 반복한다.

제어 장치(20)는, 전환이 완료됐다(스텝 S156에서 예)고 판정한 경우, 본 처리를 종료한다. 제어 장치(20)는, 도 35의 처리를 행하고, 제 1 분말 재료와 제 2 분말 재료의 비율을 변화시키면서, 공급하는 분말 재료를 제 1 분말 재료로부터 제 2 분말 재료로 전환함으로써, 도 37에 나타내는 바와 같이, 제 1 분말 재료의 성형층(312), 비율이 제 1 분말 재료 다수의 상태로부터 제 2 분말 재료 다수의 상태로 서서히 전환되는 중간의 성형층(314), 제 2 분말 재료의 성형층(316)을 차례로 적층시킬 수 있다. 이와 같이 중간의 성형층(314)을 마련함으로써, 성형층 사이의 밀착력을 높게 할 수 있고, 정밀도가 높은 3차원 구조를 형성할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태의 내용에 의해 이들 실시 형태가 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 전술한 구성 요소는 적당히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 전술한 실시 형태 등의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 다양한 생략, 치환 또는 변경을 행할 수 있다. 예컨대, 3차원 적층 장치는, 제어 장치(20)가 인터넷 등의 통신 회선을 통해서 외부의 기기와 접속되고, 외부의 기기로부터 입력되는 지시에 근거하여 가공 조건, 예컨대 성형층의 형성 조건이 변경, 설정되는 구성을 갖더라도 좋다. 다시 말해, 3차원 적층 장치는, 통신 회선을 이용하여 통신하고, 외부의 기기로부터 가공 조건을 변경할 수 있도록 하더라도 좋다.

1 : 3차원 적층 장치
2 : 3차원 적층실
3 : 예비실
4 : 적층 헤드 수납실
4a, 5a : Z축 슬라이드부
5 : 기계 가공부 수납실
6, 7 : 문
10 : 베드
11 : 테이블부
12 : 적층 헤드
13 : 기계 가공부
15 : Y축 슬라이드부
16 : X축 슬라이드부
17 : 회전 테이블부
18, 19 : 벨로즈
20 : 제어 장치
22 : 공구
23 : 노즐
24 : 선단부
25 : 공기 배출부
30 : 형상 계측부
31 : 가열 헤드
32 : 기계 가공부 계측부
33 : 공구 교환부
34 : 노즐 교환부
35, 35A : 분말 도입부
36 : 베이스 이동부
37 : 공기 배출부
38 : 가스 도입부
39 : 분말 회수부
41 : 외관
42 : 내관
43 : 분말 유로
44 : 레이저 경로
46 : 본체
47 : 광원
48 : 광파이버
49 : 집광부
51 : 입력부
52 : 제어부
53 : 기억부
54 : 출력부
55 : 통신부
56 : 선단
57 : 광원부
58 : 촬상부
81, 81A : 분말 수납부
82, 82A : 분말 식별부
83 : 카트리지
84 : 재료 표시부
85 : 도입부
86 : 사이클론부
87 : 기체 배출부
88 : 분말 배출부
91 : 대좌
92, 93 : 성형층
95 : 원판부
96 : 나사구멍부
97 : 축부
98 : 원뿔대부
99 : 부재
100 : 베이스부
102, 104, 106, 108 : 화살표
110, 112, 114 : 회전축
120, 120a : 온도 검출부
130 : 질량 검출부
140 : 초점 위치 조정부
150 : 분말 공급관
152 : 분배부
154 : 분기관
155a, 155b : 범위
156 : 혼합부
156a, 156b : 교반판
158 : 정류 장치
A : 용융체
B : 고화체
L : 레이저광
P : 분말

Claims

베이스부에 성형층을 적층시켜 3차원 형상을 형성하는 3차원 적층 장치로서,
상기 베이스부로 향해 분말 재료를 분사하여, 분말 재료를 공급하는 분말 공급부와,
상기 분말 공급부로부터 상기 베이스부로 향해 이동하는 상기 분말 재료에 광 빔을 조사하여, 상기 분말 재료를 용융시키고, 용융된 상기 분말 재료를 상기 베이스부 상에서 고화시켜 상기 성형층을 형성하는 광 조사부와,
상기 분말 공급부 및 상기 광 조사부의 동작을 제어하는 제어 장치와,
상기 분말 공급부에 공급하는 제 1 분말 재료를 저장하는 제 1 저장부와,
상기 분말 공급부에 공급하는 제 2 분말 재료를 저장하는 제 2 저장부와,
상기 제 1 저장부 및 상기 제 2 저장부로부터 상기 제 1 분말 재료 및 상기 제 2 분말 재료의 적어도 한쪽이 일시적으로 공급되는 버퍼부와,
상기 버퍼부에 상기 제 1 저장부로부터 상기 제 1 분말 재료를 공급할지 여부를 전환하고, 또한 상기 버퍼부에 상기 제 2 저장부로부터 상기 제 2 분말 재료를 공급할지 여부를 전환하는 분말 전환부와,
분말 공급관을 통해 상기 버퍼부로부터의 분말 재료가 공급되는 분배부와,
상기 분배부와 상기 분말 공급부에 접속되는 복수의 관으로서, 상기 분배부로부터 상기 분말 재료가 공급되고, 공급된 상기 분말 재료를 상기 분말 공급부에 공급하는 분기관을 갖는
3차원 적층 장치.
제 1 항에 있어서,
각각의 상기 분기관의 내부에 마련되어, 각각의 상기 분기관의 내부의 상기 분말 재료를 교반하는 혼합부를 갖는
3차원 적층 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 혼합부는 상기 분기관 내를 흐르는 상기 분말 재료를 균일화하는 기구인
3차원 적층 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 혼합부는 상기 분기관의 흐름 방향을 따라 상기 분기관의 축 방향 주위로 비틀린 교반판을 갖는
3차원 적층 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 교반판은 제 1 범위와 제 2 범위를 갖고, 상기 제 1 범위에 배치된 교반판과 상기 제 2 범위에 배치된 교반판은 비틀린 방향이 반대인
3차원 적층 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 혼합부보다 상기 분말 재료의 흐름의 하류측의 상기 분말 공급부의 내부에 마련되고, 상기 분기관으로부터 공급된 분말 재료를 정류하는 정류 장치를 갖는
3차원 적층 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 분말 전환부는 상기 제 1 저장부와 상기 버퍼부의 사이에 배치된 제 1 밸브와, 상기 제 2 저장부와 상기 버퍼부의 사이에 배치된 제 2 밸브를 갖는
3차원 적층 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 버퍼부에 공급된 상기 제 1 분말 재료 및 상기 제 2 분말 재료를 상기 분말 공급관으로 반송하기 위한 반송 공기를 공급하는 반송 공기 공급부를 갖는
3차원 적층 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 버퍼부를 통해 상기 분말 공급부에 도입시키는 상기 분말 재료를 상기 제 1 분말 재료로부터 상기 제 2 분말 재료로 전환하는 경우, 상기 제 1 분말 재료를 상기 분말 공급부에 도입하여 상기 성형층을 형성한 후, 상기 제 1 분말 재료를 상기 분말 공급부에 공급한 상태에서, 상기 제 2 분말 재료의 상기 분말 공급부로의 공급을 개시하고, 상기 제 1 분말 재료의 공급량을 감소시키면서 상기 제 2 분말 재료의 공급량을 증가시켜 공급 비율을 변화시키도록, 상기 분말 전환부를 제어하는
3차원 적층 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 분말 공급부에 공급하는 제 3 분말 재료를 저장하는 제 3 저장부를 갖고, 상기 버퍼부에는 상기 제 1 저장부, 상기 제 2 저장부, 및 상기 제 3 저장부로부터 상기 제 1 분말 재료, 상기 제 2 분말 재료, 및 상기 제 3 분말 재료의 적어도 하나가 일시적으로 공급되는
3차원 적층 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 버퍼부를 통해 상기 분말 공급부에 도입시키는 상기 분말 재료를 제 1 분말 재료로부터 제 2 분말 재료로 전환하는 경우, 상기 제 1 분말 재료를 상기 분말 공급부에 도입하여 상기 제 1 분말 재료로 상기 성형층을 형성하고, 상기 제 1 분말 재료와 상기 제 2 분말 재료의 양쪽에 친화성이 높은 중간 분말 재료인 상기 제 3 분말 재료를 상기 분말 공급부에 도입하여 상기 성형층을 형성한 후, 상기 제 2 분말 재료로 상기 성형층을 형성하도록, 상기 분말 전환부를 제어하는
3차원 적층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
공구를 구비하고, 상기 공구로 상기 성형층을 기계 가공하는 기계 가공부를 구비하는
3차원 적층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분말 공급부는, 상기 광 조사부의 외주에 동심원 형상으로 배치되고, 상기 광 조사부의 상기 광 빔이 통과하는 경로를 둘러싸는 내관과 상기 내관을 덮는 외관의 사이가 상기 분말 재료가 흐르는 분말 유로가 되는
3차원 적층 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 분말 공급부의 외주측에 상기 광 조사부의 외주에 동심원 형상으로 배치되고, 상기 분말 유로보다 바깥쪽으로부터 상기 분말 재료가 분사되는 영역의 외주를 둘러싸고, 또한, 상기 베이스부로 향해 분사되는 실드 가스를 공급하는 실드 가스 공급부를 더 갖는
3차원 적층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 조사부에서 조사되는 상기 광 빔의 초점 위치를 조정하는 초점 위치 조정부를 더 갖는
3차원 적층 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 초점 위치 조정부는, 상기 광 조사부의 위치를 이동시키는 기구인
3차원 적층 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 초점 위치 조정부는, 상기 광 조사부의 집광 광학계를 조정하여, 초점 거리 또는 초점 위치를 이동시키는 기구인
3차원 적층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형층의 표면의 온도를 검출하는 온도 검출부를 갖고,
상기 제어 장치는, 상기 온도 검출부에 의한 상기 성형층의 표면 온도의 계측 결과에 따라, 상기 광 조사부로부터 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는
3차원 적층 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 온도 검출부에 의한 상기 성형층의 표면 온도의 계측 결과와, 상기 베이스부 및 상기 성형층의 특성에 근거하여, 온도를 검출하는 위치를 특정하고, 특정한 위치의 검출 결과에 근거하여, 상기 광 조사부로부터 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는
3차원 적층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형층의 표면의 플라즈마 발광을 검출하는 플라즈마 발광 검출부를 갖고,
상기 제어 장치는, 상기 플라즈마 발광 검출부에 의한 계측 결과에 따라, 상기 광 조사부로부터 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는
3차원 적층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성형층의 표면으로부터의 반사광을 검출하는 반사광 검출부를 갖고,
상기 제어 장치는, 상기 반사광 검출부에 의한 계측 결과에 따라, 상기 광 조사부로부터 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는
3차원 적층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 조사부 및 상기 분말 공급부와, 상기 베이스부를 상대 이동시키는 이동 기구를 갖고,
상기 제어 장치는, 상기 이동 기구에 의해 상기 베이스부에 대하여 상기 광 조사부 및 상기 분말 공급부가 통과하는 경로를 결정하는
3차원 적층 장치.
제 22 항에 있어서,
상기 성형층의 표면 형상을 계측하는 형상 계측부를 갖고,
상기 제어 장치는, 상기 형상 계측부에 의한 상기 성형층의 표면 형상의 계측 결과에 따라, 상기 분말 공급부, 상기 광 조사부 및 상기 이동 기구의 동작을 제어하는
3차원 적층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 조사부는 상기 광 빔의 프로파일을 조정 가능한
3차원 적층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 조사부는, 상기 광 빔을 펄스파로 조사하는 모드와 연속파로 조사하는 모드를 전환 가능한
3차원 적층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분말 공급부로부터 공급되고, 상기 광 빔으로 용해되지 않은 분말 재료를 회수하는 분말 회수부를 갖는
3차원 적층 장치.
제 26 항에 있어서,
상기 분말 회수부에서 회수한 회수물을 분말 재료의 특성마다 분리하는 분별부를 더 갖는
3차원 적층 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 저장부 또는 상기 제 2 저장부의 적어도 한쪽에 저장되어 있는 상기 분말 재료를 식별하는 식별부를 구비하고, 상기 식별부에서 식별한 상기 저장부의 상기 분말 재료를 상기 분말 공급부에 도입시키고,
상기 제어 장치는, 상기 식별부의 상기 분말 재료의 식별 결과에 따라, 상기 분말 공급부로의 상기 분말 재료의 도입을 제어하는
3차원 적층 장치.
제 28 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 분말이 미리 설정된 조건을 만족하는 것이라고 판단한 경우, 상기 분말 공급부에 상기 분말 재료를 도입시키고, 상기 식별부의 상기 분말 재료의 식별 결과에 따라, 성형층의 형성 조건을 결정하는 것을 특징으로 하는
3차원 적층 장치.
제 29 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상이한 분말을 혼합하여 분사하는 경우, 상이한 분말을 혼합하여 분사하는 지령 내용에도 근거하여 성형층의 형성 조건을 결정하는 것을 특징으로 하는
3차원 적층 장치.
제 29 항에 있어서,
성형층의 형성 조건은, 성형층의 각 층의 형상, 분말의 종류, 분말의 분사 속도, 분말의 분사 압력, 레이저광의 조사 조건, 용융체의 온도, 고화체의 냉각 온도, 베이스부의 이동 속도 중 적어도 1개인 것을 특징으로 하는
3차원 적층 장치.
제 29 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 통신 회선을 통해서 외부의 기기와 접속되어 있고, 외부의 기기로부터 입력되는 지시에 근거하여, 성형층의 형성 조건을 변경할 수 있는
3차원 적층 장치.
제 28 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 분말이 미리 설정된 조건을 만족하지 않는 것이라고 판단한 경우, 상기 분말 공급부로의 상기 분말 재료의 공급을 정지하는 것을 특징으로 하는
3차원 적층 장치.
제 33 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 분말이 미리 설정된 조건을 만족하지 않는다는 취지의 정보 또는 미리 설정된 조건을 만족하지 않은 분말의 정보를 외부의 데이터 서버에 전달하는 것을 특징으로 하는
3차원 적층 장치.
베이스부에 성형층을 적층하여 3차원 형상물을 형성하는 3차원 적층 방법으로서,
분말 공급부로부터 분말 재료를 베이스부로 향해 분사하면서, 상기 분말 공급부로부터 상기 베이스부로 향해 이동하는 상기 분말 재료에 광 빔을 조사하는 것에 의해 상기 분말 재료를 용융시키고, 용융된 상기 분말 재료를 상기 베이스부 상에서 고화시키는 것에 의해 상기 베이스부 상에 성형층을 형성하고, 상기 성형층을 적층하고,
제 1 저장부에 의해 상기 분말 공급부에 공급하는 제 1 분말 재료를 저장하고,
제 2 저장부에 의해 상기 분말 공급부에 공급하는 제 2 분말 재료를 저장하고,
상기 제 1 저장부 및 상기 제 2 저장부로부터, 상기 제 1 분말 재료 및 상기 제 2 분말 재료의 적어도 한쪽을 일시적으로 버퍼부에 공급하고,
분말 전환부에 의해, 상기 버퍼부에 상기 제 1 저장부로부터 상기 제 1 분말 재료를 공급할지 여부를 전환하고, 또한, 상기 버퍼부에 상기 제 2 저장부로부터 상기 제 2 분말 재료를 공급할지 여부를 전환하고,
분말 공급관을 통해 상기 버퍼부로부터의 상기 분말 재료를 분배부에 공급하고,
상기 분배부와 상기 분말 공급부에 접속되는 복수의 관인 분기관에 의해, 상기 분말 재료를 상기 분배부로부터 상기 분말 공급부에 공급하는
3차원 적층 방법.
제 35 항에 있어서,
상기 성형층의 위치를 검출하고, 상기 성형층의 위치에 따라 상기 광 빔의 초점 위치를 조정하는
3차원 적층 방법.
제 35 항 또는 제 36 항에 있어서,
상기 성형층의 표면의 온도를 검출하고, 상기 성형층의 표면 온도의 계측 결과에 따라, 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는
3차원 적층 방법.
제 35 항 또는 제 36 항에 있어서,
상기 성형층의 표면의 플라즈마 발광을 검출하고, 상기 성형층의 플라즈마 발광의 계측 결과에 따라, 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는
3차원 적층 방법.
제 35 항 또는 제 36 항에 있어서,
상기 성형층의 표면의 반사광을 검출하고, 상기 성형층의 반사광의 계측 결과에 따라, 출력하는 광 빔의 강도를 제어하는
3차원 적층 방법.
제 35 항 또는 제 36 항에 있어서,
형성하는 상기 성형층에 따라, 상기 광 빔을 펄스파로 조사하는 모드와 연속파로 조사하는 모드를 전환하는
3차원 적층 방법.