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WO2019030837A1 - 三次元積層造形装置の施工異常検出システム、三次元積層造形装置、三次元積層造形装置の施工異常検出方法、三次元積層造形物の製造方法、及び、三次元積層造形物 - Google Patents

三次元積層造形装置の施工異常検出システム、三次元積層造形装置、三次元積層造形装置の施工異常検出方法、三次元積層造形物の製造方法、及び、三次元積層造形物 Download PDF

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WO2019030837A1
WO2019030837A1 PCT/JP2017/028843 JP2017028843W WO2019030837A1 WO 2019030837 A1 WO2019030837 A1 WO 2019030837A1 JP 2017028843 W JP2017028843 W JP 2017028843W WO 2019030837 A1 WO2019030837 A1 WO 2019030837A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
powder bed
abnormality
dimensional
laying
powder
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/028843
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
竜一 成田
渡辺　俊哉
明生 近藤
仁 北村
原口　英剛
秀次 谷川
クラウス トミー
ヘンリー ケーラー
ミヒャエル カームズ
Original Assignee
三菱重工業株式会社
ブレ―マー インスティテュート フュア アンゲヴァンテ シュトラールテヒニーク ゲーエムベーハー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱重工業株式会社, ブレ―マー インスティテュート フュア アンゲヴァンテ シュトラールテヒニーク ゲーエムベーハー filed Critical 三菱重工業株式会社
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Priority to DE112017007843.1T priority patent/DE112017007843T5/de
Priority to US16/615,530 priority patent/US11185925B2/en
Priority to JP2019535487A priority patent/JP6826201B2/ja
Priority to PCT/JP2017/028843 priority patent/WO2019030837A1/ja
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Definitions

  • the present disclosure relates to a construction abnormality detection system for a three-dimensional layered modeling apparatus that performs layered modeling by selectively solidifying a laid powder by irradiating a beam such as a light beam or an electron beam, and a three-dimensional layered system including the system
  • the present invention relates to a forming apparatus, a method of detecting abnormal construction of a three-dimensional layered manufacturing apparatus, a method of manufacturing a three-dimensional laminated molded article using the method of detecting abnormal construction, and a three-dimensional laminated molded article manufactured by the manufacturing method.
  • a forming apparatus a method of detecting abnormal construction of a three-dimensional layered manufacturing apparatus, a method of manufacturing a three-dimensional laminated molded article using the method of detecting abnormal construction, and a three-dimensional laminated molded article manufactured by the manufacturing method.
  • a three-dimensional additive manufacturing technology in which a three-dimensional shaped object is laminated and formed by irradiating a layered powder with a beam such as a light beam or an electron beam.
  • a beam such as a light beam or an electron beam.
  • Patent Document 1 a powder layer formed of powder is irradiated with a light beam to form a sintered layer, and by repeating this, a three-dimensional object in which a plurality of sintered layers are integrally laminated is obtained.
  • a three-dimensional additive manufacturing method is disclosed for manufacturing.
  • At least one embodiment of the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and a construction abnormality detection system for a three-dimensional layered manufacturing apparatus capable of detecting various abnormalities occurring in the middle of modeling early and accurately, and a third order including the system
  • it aims at providing the manufacturing method of the three-dimensional laminated three-dimensional object which has a favorable quality, and the three-dimensional laminated three-dimensional object manufactured by the said manufacturing method by utilizing the said construction abnormality detection method.
  • the construction abnormality detection system for a three-dimensional layered manufacturing apparatus relates to a construction abnormality of a three-dimensional layered manufacturing apparatus in which a powder bed is irradiated and laminated. It is a detection system, Comprising: Based on the detection result of the shape measurement sensor for measuring the surface shape of the above-mentioned powder bed, and the above-mentioned shape measurement sensor, the average height to the standard position of the above-mentioned powder bed deviates from the 1st specified range. It is configured to determine that a laying abnormality of the powder bed has occurred when at least one of the first condition to be performed and the second condition in which the variation in the height of the powder bed deviates from the second defined range is satisfied. And the installation abnormality determination unit.
  • the laying abnormality when the result of measuring the surface shape of the powder bed by the shape measurement sensor satisfies at least one of the first condition and the second condition, it is determined that the laying abnormality has occurred.
  • this type of layered manufacturing construction it is necessary to lay the powder uniformly before irradiation of the beam, and if there is a laying abnormality such as unevenness on the laying surface, this may lead to poor quality of the shaped object, By the determination based on the first condition and the second condition as described above, the laying abnormality can be accurately detected.
  • the laying abnormality is determined based on whether the average height of the powder bed with respect to the reference position deviates from the first defined range. This causes, for example, the beam power to be excessively melted relative to the powder volume of the powder bed due to the average height of the laid powder bed being too low, or conversely, the powder being laid Since the average height of the bed is too high, it is possible to determine a laying abnormality in which the beam output is insufficient relative to the powder amount of the powder bed, resulting in insufficient melting.
  • the laying abnormality can be determined based on whether or not the variation in the height of the powder bed deviates from the second defined range. As described above, by determining the laying abnormality from the two viewpoints of the first condition and the second condition, it is possible to detect early and accurately an abnormality that leads to a quality defect that occurs during modeling.
  • the amount of deformation of the powder bed due to the irradiation of the beam is based on the measurement result by the shape measuring sensor of the powder bed after the irradiation of the beam.
  • the imaging apparatus further includes a modeling abnormality determination unit configured to determine that a modeling abnormality of the modeling layer from the powder bed has occurred when the third condition deviating from the third defined range is satisfied.
  • the formation abnormality is determined based on whether or not the amount of deformation of the powder bed due to the irradiation of the beam deviates from the third prescribed range. Since the construction for irradiating the beam after laying the powder is thermal processing, there is a possibility that a shaping abnormality with large deformation may occur during shaping, but such shaping abnormality is accurately detected by the determination based on the third condition it can.
  • the shaping abnormality determination unit is configured to determine on the shaped layer based on the measurement result by the shape measuring sensor of the powder bed after the irradiation of the beam. When spatter is locally present, it is determined that a shaping abnormality of the shaping layer from the powder bed has occurred regardless of the success or failure of the third condition.
  • whether or not the sputter is present locally is, for example, the projected particle size of the projected deformation amount (convex projected area) of the convex deformation generated on the surface of the powder bed after the beam irradiation. It may be determined on the basis of whether or not it is the following.
  • standard can be set according to the generation
  • the assumed sputtered particle size is relatively large, about 150 ⁇ m to 300 ⁇ m, so it can be determined that spatter is locally present when a projection area of 300 ⁇ m ⁇ 300 ⁇ m or less is obtained. .
  • the warning action by the first modeling abnormality warning notification unit may prompt the user to take a response action in a manner that can be perceived by the five senses of a human such as an operator, or the three-dimensional layered modeling apparatus performing a modeling operation. It may be instructed to implement automatic control in an electrical or mechanical manner.
  • the shape measuring sensor includes a projector for projecting a fringe pattern on the surface of the powder bed, and the fringe pattern. And at least one imaging unit for imaging, and an analysis unit for generating three-dimensional data indicating the surface shape of the powder bed based on the fringe pattern imaged by the imaging unit.
  • a warning indicating the laying abnormality is issued.
  • the apparatus further comprises a laying abnormality warning notification unit.
  • the warning action by the laying abnormality warning notification unit may, like the above-mentioned modeling abnormality warning notification unit, urge the corresponding action in a manner that can be perceived by the five senses of a human such as an operator or the like. It may be instructed to implement automatic control in an electrical or mechanical manner to the three-dimensional additive manufacturing apparatus being implemented.
  • the first predetermined range is a difference ⁇ t between an average height of the powder bed with respect to a reference position and the reference position;
  • the first prescribed range used to determine the first condition is determined by the above equation based on the movement amount of the base plate for each cycle, and the laying abnormality is accurately determined. it can.
  • the second specified range is a variation in height of the powder bed ⁇ , and movement of the base plate per forming cycle Using the quantity M, the following equation 3 ⁇ ⁇ M Defined by
  • the second prescribed range used to determine the second condition is determined by the above equation based on the movement amount of the base plate for each cycle, and the laying abnormality is accurately determined. it can.
  • the third prescribed range is determined by using the maximum deformation amount Cmax of the powder bed and the movement amount M of the base plate per shaping cycle.
  • the third specified range used to determine the third condition is determined by the above equation based on the movement amount of the base plate for each cycle, and the laying abnormality is accurately determined. it can.
  • the construction abnormality detection system for a three-dimensional layered manufacturing apparatus is a construction abnormality of a three-dimensional layered manufacturing apparatus in which a powder bed is irradiated and laminated for beaming to solve the above problems.
  • a detection system comprising: a shape measurement sensor for measuring a surface shape of the powder bed; and the powder by the irradiation of the beam based on a measurement result by the shape measurement sensor of the powder bed after the irradiation of the beam.
  • a modeling abnormality determination unit configured to determine that modeling abnormality of the shaping layer from the powder bed has occurred when the deformation amount of the bed satisfies a third condition deviating from the third prescribed range.
  • the formation abnormality is determined based on whether or not the amount of deformation of the powder bed due to the irradiation of the beam deviates from the third prescribed range. Since the construction for irradiating the beam after laying the powder is thermal processing, there is a possibility that a shaping abnormality with large deformation may occur during shaping, but such shaping abnormality is accurately detected by the determination based on the third condition it can.
  • a three-dimensional additive manufacturing apparatus includes: a base plate; and a powder laying unit for laying powder on the base plate to form a powder bed; A light beam irradiation unit for irradiating the powder bed with a light beam to selectively solidify the powder bed, and at least detecting a laying abnormality of the powder bed by the powder laying unit.
  • the construction abnormality detection system according to any one of 1) to (10).
  • produces in the middle of modeling can be detected early and exactly by providing the above-mentioned construction abnormality detection system (the said various aspect is included).
  • the method for detecting construction errors in a three-dimensional layered manufacturing apparatus implements the construction of a three-dimensional layered manufacturing apparatus in which a powder bed is irradiated with a light beam.
  • an average height of the powder bed with respect to a reference position deviates from a first defined range based on a measurement result of the shape measurement step of measuring the surface shape of the powder bed and the measurement result of the shape measurement step.
  • the method of said (12) can be suitably implemented by the above-mentioned construction abnormality detection system (a variety of said aspects is included).
  • the method for detecting construction errors in a three-dimensional layered manufacturing apparatus relates to construction abnormalities in a three-dimensional layered manufacturing apparatus in which a powder bed is irradiated and laminated.
  • the amount of deformation of the powder bed due to the irradiation of the beam is third based on the measurement result of the shape measurement step of measuring the surface shape of the powder bed after the irradiation of the beam and the shape measurement step.
  • the method of said (13) can be suitably implemented by the above-mentioned construction abnormality detection system (a said various aspect is included).
  • a method of manufacturing a three-dimensional laminate-molded article according to at least one embodiment of the present invention performs three-dimensional laminate-molded articles by irradiating a beam to powder layered in layers to solve the above problems.
  • a laying abnormality determining step of determining that a laying abnormality of the powder bed has occurred, and the laying defect when it is determined that a laying abnormality of the powder bed has occurred Comprising a restoration step of performing the repair work, by irradiating the beam to the powder bed, and a step of selectively solidifying the powder bed.
  • a three-dimensional laminated article is manufactured by irradiating a beam onto a powder laid in layers to perform layer-by-layer modeling
  • the powder is laid on a base plate to form a powder bed, the surface shape of the powder bed is measured, and based on the measurement result, the average height of the powder bed relative to the reference position is
  • the laying abnormality of the powder bed has occurred when at least one of the first condition deviating from the prescribed range and the second condition in which the variation in the height of the powder bed deviates from the second prescribed range is satisfied If it is determined that a laying abnormality of the powder bed has occurred, repair work of the laying defect is carried out, and the powder bed is irradiated with the beam. It makes is prepared by selectively solidifying the powder bed.
  • the three-dimensional laminate of the above (15) is high in quality with few laying defects.
  • a construction anomaly detection system for a three-dimensional layered modeling apparatus capable of detecting various anomalies occurring in the middle of modeling early and accurately, a three-dimensional layered modeling apparatus provided with the system, and tertiary It is possible to provide a method for detecting abnormal construction of a three-dimensional layered manufacturing apparatus.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram which shows the whole structure of the three-dimensional lamination molding apparatus which concerns on at least one embodiment of this invention. It is a schematic diagram which shows the internal structure of the light beam irradiation unit of FIG. It is a schematic diagram which shows the specific structural example of the shape measurement sensor of FIG. It is a block diagram which shows the internal structure of the control apparatus of FIG. 1 functionally. It is an expanded sectional view in the broken-line area
  • the expression expressing a shape such as a quadrilateral shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a rectangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion The shape including a chamfer etc. shall also be expressed.
  • the expressions “comprising”, “having”, “having”, “including” or “having” one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an entire configuration of a three-dimensional layered manufacturing apparatus 1 according to at least one embodiment of the present invention.
  • the three-dimensional layered manufacturing apparatus 1 is an apparatus for manufacturing a three-dimensional shaped object by performing layered manufacturing by irradiating a beam on powder laid in layers.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 1 includes a base plate 2 as a base on which three-dimensional objects are formed.
  • the base plate 2 is vertically movably disposed inside a substantially cylindrical cylinder 4 having a central axis along the vertical direction.
  • a powder bed 8 is formed on the base plate 2 by laying powder as described later.
  • the powder bed 8 is newly formed by laying the powder on the upper layer side every time the base plate 2 is lowered in each cycle during the forming operation.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 1 includes a powder laying unit 10 for laying a powder on the base plate 2 to form a powder bed 8.
  • the powder laying unit 10 supplies powder to the upper surface side of the base plate 2 and flattens the surface to form a layered powder bed 8 having a substantially uniform thickness over the entire upper surface of the base plate 2.
  • the powder bed 8 formed in each cycle is selectively solidified by being irradiated with a light beam from the light beam irradiation unit 14 to be described later, and in the next cycle, the powder is again applied to the upper layer side by the powder laying unit 10. By being laid, a new powder bed is formed to be stacked in layers.
  • the powder supplied from the powder laying unit 10 is a powdery substance to be a raw material of a three-dimensional object, and widely adopted, for example, metal materials such as iron, copper, aluminum or titanium, and nonmetal materials such as ceramics. It is possible.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 1 includes a light beam irradiation unit 14 for irradiating the powder bed 8 with a light beam so as to selectively solidify the powder bed 8.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an internal configuration of the light beam irradiation unit 14 of FIG.
  • the light beam irradiation unit 14 includes a light source 18 for outputting a laser beam as a light beam, an optical fiber 22 for guiding the light beam from the light source 18 to the focusing unit 25, and a focusing unit 25 composed of a plurality of optical members. And.
  • the light beam guided by the optical fiber 22 enters the collimator 24.
  • the collimator 24 focuses the light beam into collimated light.
  • Light emitted from the collimator 24 enters the beam expander 30 via the isolator 26 and the pinhole 28.
  • the light beam is expanded in diameter by the beam expander 30, and then deflected by the galvano mirror 32 which can swing in any direction, and is irradiated onto the powder bed 8 through the f ⁇ lens 33.
  • the light beam emitted from the light beam irradiation unit 14 is two-dimensionally scanned along the surface 8 a on the powder bed 8. Such two-dimensional scanning of the light beam is carried out in a pattern corresponding to the three-dimensional object to be formed, and for example, the light beam irradiation unit 14 is moved along the surface of the base plate 2 by a drive mechanism not shown. , The angle of the galvano mirror 32 may be controlled, or a combination of these may be performed.
  • the powder laying unit 10 lays the powder on the base plate 2 to form the powder bed 8, and the powder bed 8 is irradiated with a light beam.
  • the powder contained in the powder bed 8 is selectively solidified by performing two-dimensional scanning while irradiating a light beam from the unit 14.
  • such a cycle is repeatedly performed to stack the solidified forming layer 15 and to manufacture a three-dimensional object to be a target.
  • the three-dimensional additive manufacturing device 1 is provided with a shape measurement sensor 34 for monitoring the shape of the powder bed 8 or the shape layer 15 during a forming operation.
  • a shape measurement sensor 34 for monitoring the shape of the powder bed 8 or the shape layer 15 during a forming operation.
  • an optical scanner based on a fringe projection method is used as an example of the shape measurement sensor 34.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a specific configuration example of the shape measurement sensor 34 of FIG.
  • the shape measurement sensor 34 includes a projector 34 a for projecting a fringe pattern (striped pattern) on the surface of the powder bed 8 or the shaping layer 15 and at least one imaging unit 34 b 1 and 34 b 2 for imaging the projected fringe pattern. And an analysis unit 34 c for generating three-dimensional data indicating the surface shape of the powder bed 8 or the shaping layer 15 based on the fringe pattern imaged by the imaging units 34 b 1 and 34 b 2. .
  • the analysis unit 34c calculates three-dimensional data by converting the two-dimensional fringe patterns imaged by the imaging units 34b1 and 34b2 into independent three-dimensional coordinate systems on the basis of an optical conversion equation for each pixel. Be done.
  • the fringe projection method implemented by the shape measurement sensor 34 follows a well-known example and will not be described in detail.
  • the analysis unit 34c is configured by an electronic arithmetic device such as a computer, for example, the analysis unit 34c may be included in the control device 100 described later.
  • both the powder bed 8 and the shaping layer 15 are configured to be able to be monitored by the common shape measurement sensor 34 is illustrated, but the shape measurement sensor having different configurations for the powder bed 8 and the shaping layer 15 is illustrated. It may be configured to be monitorable by
  • the three-dimensional layered manufacturing apparatus 1 further includes a laying abnormality warning unit 44a and a modeling abnormality warning unit 44b for causing an operator or an external device to recognize an abnormality occurrence.
  • a laying abnormality warning unit 44a and a modeling abnormality warning unit 44b for causing an operator or an external device to recognize an abnormality occurrence.
  • the laying abnormality warning unit 44 a and the shaping abnormality warning unit 44 b are configured to be able to distinguish two types of abnormalities by notifying of the laying abnormality and the shaping abnormality, respectively.
  • the laying abnormality warning unit 44a and the shaping abnormality warning unit 44b can be recognized by five senses such as vision and hearing. In an aspect, for example, it is comprised by the buzzer and the indicator for alerting
  • the target of recognition of the warning by the laying abnormality warning unit 44a and the modeling abnormality warning unit 44b is an external device
  • the laying abnormality warning unit 44a and the modeling abnormality warning unit 44b transmit an electrical signal that can be recognized by the external device.
  • the external device may be configured to automatically perform a predetermined response operation upon receiving the electrical signal.
  • the control device 100 is a control unit of the three-dimensional additive manufacturing device 1 and is configured of an electronic arithmetic device such as a computer. Typically, an input device capable of inputting various information, a storage device capable of storing various information, a computing device capable of computing various information, and an output device capable of outputting various information
  • an input device capable of inputting various information
  • a storage device capable of storing various information
  • a computing device capable of computing various information
  • an output device capable of outputting various information
  • the general configuration of the arithmetic unit follows the well-known example, and the detailed description is omitted here.
  • the control device 100 as described above is configured to execute the construction abnormality detection method according to at least one embodiment of the present invention by operating according to the program stored in advance in the storage device.
  • FIG. 4 is a block diagram functionally showing the internal configuration of the control device 100 of FIG. In FIG. 4, among the functional configurations of the control device 100, only configurations relating to control contents to be described later are representatively shown, and other configurations may be provided as necessary.
  • the control device 100 includes a shape monitoring unit 102 for acquiring the detection result of the shape measurement sensor, a laying abnormality determination unit 104 for determining the laying abnormality of the powder bed 8, and a shaping abnormality for determining the shaping abnormality of the shaping layer. Storing various information necessary for implementing the construction abnormality detection method, the laying abnormality warning notifying unit 108a and the shaping abnormality warning notifying unit 108b for operating the determination unit 106, the laying abnormality warning unit 44a, and the shaping abnormality warning unit 44b, respectively. And a possible storage unit 110.
  • the shape monitoring unit 102 acquires the detection result from the shape measurement sensor 34, and gives the acquired content to the laying abnormality determination unit 104, the formation abnormality determination unit 106, or the storage unit 110 as necessary.
  • the detection results of the shape measurement sensor 34 data on the surface shape of the powder bed 8 before irradiation with the light laser is sent to the laying abnormality determination unit 104.
  • data concerning the surface shape of the forming layer 15 after the irradiation of the light laser is sent to the forming abnormality determination unit 106.
  • the laying abnormality determination unit 104 determines the laying abnormality in the powder bed 8 before the light beam is irradiated by the light beam irradiation unit based on the measurement result acquired by the shape monitoring unit 102. The determination of such a laying abnormality is performed depending on whether one of the first condition and the second condition stored in advance in the storage unit 110 is satisfied.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the broken line region R of FIG.
  • a cross section of the powder bed 8 is shown, which is laid over several layers by the powder laying unit 10 on the base plate 2.
  • Each layer of the powder bed 8 is formed by being repeatedly laid on the base plate 2 with a thickness M when the base plate 2 moves downward by the movement amount M for each molding cycle.
  • the surface of the base plate 2 is set as the reference position Tref.
  • the reference position Tref may be set based on the surface position of the powder bed 8 of the N (arbitrary natural number) layer in a certain cycle.
  • the reference position Tref defined in this manner may be stored in advance in the storage unit 110 and read out as necessary.
  • the surface 8a of the powder bed 8 is ideally flat by laying the powder uniformly before the light beam irradiation, but as shown in FIG. Unevenness exists, and depending on its size, it may lead to poor quality of the object.
  • the first condition is determined based on whether the difference ⁇ t between the average height Tavg of the powder bed 8 with respect to the reference position Tref and the reference position Tref deviates from the first defined range.
  • the first prescribed range defines an appropriate range of the difference ⁇ t by the lower limit Tavg_min and the upper limit Tavg_max.
  • the lower limit value Tavg_min is determined by the fact that the average height Tavg of the laid powder bed 8 is too low (for example, when there is a thin area locally due to the recess in the powder bed 8), the light beam output is the powder bed 8 It is a threshold value for determining the laying abnormality which melts too much by becoming excess with respect to powder amount.
  • the upper limit value Tavg_max is determined by the fact that the average height Tavg of the laid powder bed 8 is too high (for example, when the powder bed 8 has a locally thick region due to the presence of a protrusion), the light beam output is powdery. It is a threshold value for determining the laying abnormality which becomes insufficient by melting with respect to the powder amount of the bed 8.
  • Such a first condition is obtained, for example, by using the amount of movement of the base plate 2 per molding cycle (that is, the thickness per layer of the powder bed 8) M and the following equation: 0.5M ⁇ t ⁇ 2M Defined by
  • the second condition is determined based on whether or not the variation in the height of the powder bed 8 deviates from the second defined range.
  • the variation ⁇ is defined as the difference between the difference ⁇ t from the reference height Tref at each position on the surface 8a and the average height Tavg.
  • the second prescribed range defines an appropriate range of the variation ⁇ by the upper limit value ⁇ ref.
  • the upper limit value ⁇ ref is set as a threshold value for determining whether the unevenness of the unevenness on the surface 8 a of the powder bed 8 is large enough to cause formation defects.
  • Such a second condition is obtained, for example, by using the amount of movement of the base plate 2 per modeling cycle (that is, the thickness per layer of the powder bed 8) M, Defined by
  • the formation abnormality determination unit 106 determines a formation abnormality in the formation layer 15 formed by the light beam irradiation unit 14 irradiating the light beam. Such determination of modeling abnormality is performed based on whether the third condition stored in advance in the storage unit 110 is satisfied.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the broken line region R of FIG. 1 before and after light beam irradiation.
  • the deformation amount C of the powder bed 8 due to the light beam irradiation is obtained as the difference between the thickness ⁇ t before the irradiation and the thickness ⁇ t ′ after the irradiation.
  • the formation abnormality determination unit 106 acquires such amount of deformation C over the entire surface of the shaping layer 15, and determines the formation abnormality based on whether or not the maximum value (maximum amount of deformation) Cmax is within the third prescribed range. judge.
  • Such a third condition is, for example, the following equation Cmax ⁇ M using the maximum deformation amount Cmax of the powder bed 8 and the movement amount M of the base plate per shaping cycle. Defined by
  • the laying abnormality warning notifying unit 108 a warns that by activating the laying abnormality warning unit 44 a.
  • the formation abnormality warning notification unit 108b warns that by activating the formation abnormality warning unit 44b.
  • the storage unit 110 is formed of a storage medium such as a memory, and stores various information including the specified contents of the above-described first to third conditions.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the control contents of the three-dimensional additive manufacturing device 1 of FIG. 1 for each process.
  • the three-dimensional additive manufacturing device 1 repeats the forming cycle to advance the process in order to form a three-dimensional object to be formed, but in the following description, the n (arbitrary natural number) forming cycle is performed Will be described by way of example.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 1 controls the powder laying unit 10 so as to lay the powder on the powder bed 8 of the (n-1) th layer already laid on the base plate 2 or the base plate, and the nth layer
  • the powder bed 8 is formed (step S101).
  • the layer thickness M of the powder bed 8 newly formed here is, for example, several tens of ⁇ m.
  • the shape monitoring unit 102 measures the surface shape of the powder bed 8 by acquiring the measurement result from the shape measurement sensor 34 (step S102). At this time, in the shape measurement sensor 34, the surface shape of the powder bed 8 is measured as a three-dimensional structure by measurement based on the fringe projection method as described above with reference to FIG.
  • the laying abnormality determination unit 104 determines whether there is a laying abnormality in the powder bed 8 laid in step S101 based on the measurement result acquired from the shape monitoring unit 102 (step S103). In the determination of the laying abnormality, when at least one of the first condition and the second condition described above is satisfied, it is determined that the laying abnormality of the powder bed 8 has occurred. Under the first condition, the laying abnormality is determined based on whether the average height Tavg of the powder bed 8 with respect to the reference position Tref deviates from the first defined range.
  • the light beam output may be excessively melted by being excessive to the powder amount of the powder bed 8, or conversely,
  • the average height Tavg of the laid powder bed 8 is too high, it is possible to determine a laying abnormality in which the light beam output is insufficient relative to the powder amount of the powder bed 8 to cause insufficient melting.
  • the laying abnormality can be determined based on whether or not the variation in the height of the powder bed 8 deviates from the second defined range. As described above, by determining the laying abnormality from the two viewpoints of the first condition and the second condition, it is possible to detect early and accurately an abnormality that leads to a quality defect that occurs during modeling.
  • the laying abnormality warning notification unit 108a operates the laying abnormality warning unit 44a to notify that a laying abnormality has occurred (step S108).
  • the operator or peripheral device that has recognized the warning can take appropriate measures such as interrupting or stopping the modeling operation. For example, when it is determined that a laying abnormality is present, the molding operation is interrupted, and the restoration work such as repairing the laying state of the powder or re-laying the powder bed for the portion where the laying abnormality is determined to be present Will be implemented. When such a repair operation is completed, the interruption of the molding operation is released, and the additive manufacturing is continued.
  • step S103 when there is no laying abnormality (step S103: YES), the control device 100 controls the light beam irradiation unit 14 to irradiate the powder bed 8 laid in step S101 with the light beam to perform the shaping process. (Step S104).
  • the formation abnormality determination unit 106 determines whether or not there is a formation abnormality in the formation layer 15 after the irradiation based on the measurement result acquired from the shape monitoring unit 102 (step S105). In this determination of formation abnormality, when the amount of deformation of the powder bed 8 deviates from the third prescribed range defined by the above-described third condition, it is determined that the formation abnormality has occurred. As a result, when the powder of the powder bed 8 is melted by the irradiation of the light beam and a deformation larger than expected is generated, it can be judged as a shaping abnormality.
  • step S105 NO
  • the modeling abnormality warning notification unit 108b operates the modeling abnormality warning unit 44b to notify that the laying abnormality has occurred (step S109).
  • the operator or peripheral device that has recognized the warning can take appropriate measures such as interrupting or stopping the modeling operation.
  • the modeling abnormality determination unit 106 further locally displays spatters on the modeling layer 15 based on the measurement result acquired from the shape monitoring unit 102. It is determined whether it is not (step S6). The determination of such sputtering is based on, for example, whether or not the projected area (convex projected area) of the amount of convex deformation generated on the surface of the powder bed after beam irradiation is equal to or less than the expected sputtered particle size. It may be determined.
  • standard can be set according to the generation
  • the assumed sputtered particle size is relatively large, about 150 ⁇ m to 300 ⁇ m, so it can be determined that spatter is locally present when a projection area of 300 ⁇ m ⁇ 300 ⁇ m or less is obtained. .
  • the formation abnormality warning notification unit 108b operates the formation abnormality warning unit 44b to notify that the formation abnormality has occurred (step S109).
  • a shaping abnormality has occurred regardless of the success or failure of the third condition. This is because sputtering with a particle size larger than that of a normal powder causes fusion failure to cause a decrease in strength, and the sputtering is formed by containing a relatively high proportion of oxides when the powder is melted by a light beam. If it exists locally, it is likely to cause subsequent shaping defects.
  • step S6 when there is no spatter (step S6: YES), the control device 100 determines whether or not a series of forming operations is completed by repeating the forming cycle sufficiently (step S107). When the shaping process is not completed (step S107: NO), the control device 100 returns the process to step S101 and shifts to the shaping process of the (n + 1) th layer (step S110).
  • Step S107 YES
  • the nondestructive inspection is performed on the completed three-dimensional shaped object as necessary, and the series of forming operations is completed (end ).
  • a construction abnormality detection system for a three-dimensional layered modeling apparatus capable of detecting various anomalies occurring in the middle of modeling early and accurately, a three-dimensional layered modeling apparatus, and three-dimensional layered It is possible to provide a construction abnormality detection method for a modeling apparatus.
  • a construction abnormality detection system for a three-dimensional layered modeling apparatus that performs layered modeling by irradiating a light beam to the laid powder and selectively solidifying the three-dimensional layered modeling apparatus, It can be used for the construction abnormality detection method of a three-dimensional additive manufacturing device.

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Abstract

パウダーベッドにビームを照射して積層造形する三次元積層造形装置の施工異常検出システムであって、パウダーベッドの表面形状の測定結果に基づいて、パウダーベッドの基準位置に対する平均高さが第１規定範囲から逸脱する第１条件と、パウダーベッドの高さのばらつきが第２規定範囲から逸脱する第２条件と、の少なくとも一方を満たす場合に、パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定する。

Description

三次元積層造形装置の施工異常検出システム、三次元積層造形装置、三次元積層造形装置の施工異常検出方法、三次元積層造形物の製造方法、及び、三次元積層造形物
　本開示は、敷設された粉末に光ビームや電子ビーム等のビームを照射して選択的に固化することにより積層造形を行う三次元積層造形装置の施工異常検出システム、当該システムを備える三次元積層造形装置、三次元積層造形装置の施工異常検出方法、当該施工異常検出方法を利用した三次元積層造形物の製造方法、及び、当該製造方法によって製造される三次元積層造形物に関する。に関する。
　層状に敷設された粉末に光ビームや電子ビーム等のビームを照射することによって、三次元形状物を積層造形する三次元積層造形技術が知られている。例えば特許文献１には、粉末で形成された粉末層に光ビームを照射して焼結層を形成し、それを繰り返すことで、複数の焼結層が一体として積層された三次元形状物を製造する、三次元積層造形方法が開示されている。
特開２００９－１９００号公報
　上記特許文献１のような三次元積層造形方法では、層状の焼結層を繰り返し積層することにより、大きな三次元形状物を形成するため、その完成までには、長い作業時間を要するのが現状である。特に鉄、銅、アルミニウム又はチタン等の金属粉末を用いる場合、その作業時間は数十時間にも及んでいる。
　ところで、この種の三次元積層造形方法では、ビームの照射前に粉末を均一に敷設する必要があるが、その敷設面に凹凸があると造形物の品質不良に繋がる可能性がある。また、粉末の敷設後にビームを照射する施工は熱加工であるため、造形途中に大きな変形が生じる可能性もある。例えば粉末の敷設面より上方に突出するように変形が生じると、次のサイクルに粉末を敷設した際に敷設面に凹凸が生じやすくなってしまう。また、造形途中に溶融した粉末の一部から発生するスパッタが残留すると異物となり、クラックの発生原因となる融合不良や造形品の酸素濃度増加等の品質不良に繋がるおそれがある。
　このように造形途中に品質不良に繋がる異常が発生することがあるが、このような異常発生は、もっぱら目視確認に頼らざるを得ないのが現状である。上述したように、造形作業は長時間に及ぶため、全行程にわたって目視確認を行うことは現実的でなく、新たな技術開発が望まれている。従来は、一連の造形プロセスが完了した後に、完成した造形品に対して非破壊検査を実施することで、品質不良の合否判定を行っている。しかしながら、このような手法では、造形プロセスの完了後の検査で異常が発見された場合、その造形品は不良品として廃棄処分せざるを得ず、それまでにかかった長い作業時間は無駄となってしまう。これは、手戻りや無駄な工数の増加を招き、生産性の向上を妨げる大きな要因の一つとなっている。
　本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、造形途中に発生する各種異常を早期かつ的確に検知可能な三次元積層造形装置の施工異常検出システム、当該システムを備える三次元積層造形装置、及び、三次元積層造形装置の施工異常検出方法を提供することを目的とする。また当該施工異常検出方法を利用することにより、良好な品質を有する三次元積層造形物の製造方法、及び、当該製造方法によって製造される三次元積層造形物を提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る三次元積層造形装置の施工異常検出システムは上記課題を解決するために、パウダーベッドにビームを照射して積層造形する三次元積層造形装置の施工異常検出システムであって、前記パウダーベッドの表面形状を測定するための形状測定センサと、前記形状測定センサの検出結果に基づいて、前記パウダーベッドの基準位置に対する平均高さが第１規定範囲から逸脱する第１条件と、前記パウダーベッドの高さのばらつきが第２規定範囲から逸脱する第２条件と、の少なくとも一方を満たす場合に、前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定するように構成された敷設異常判定部と、を備える。
　上記（１）の構成によれば、形状測定センサによってパウダーベッドの表面形状を測定した結果が第１条件及び第２条件の少なくとも一方を満たす場合に、敷設異常が発生したと判定する。この種の積層造形施工では、ビームの照射前に粉末を均一に敷設する必要があり、その敷設面に凹凸のような敷設異常があると造形物の品質不良に繋がる可能性があるが、このような第１条件及び第２条件に基づく判定によって、敷設異常を的確に検出できる。
　第１条件では、パウダーベッドの基準位置に対する平均高さが第１規定範囲から逸脱するか否かに基づいて、敷設異常が判定される。これによって、例えば、敷設されたパウダーベッドの平均高さが低すぎることによって、ビーム出力がパウダーベッドの粉末量に対して過剰となることで溶融し過ぎてしまったり、逆に、敷設されたパウダーベッドの平均高さが高すぎることによって、ビーム出力がパウダーベッドの粉末量に対して不足することで溶融不足になってしまうような敷設異常を判断できる。また第２条件では、パウダーベッドの高さのばらつきが第２規定範囲から逸脱するか否かに基づいて敷設異常が判断できる。このように第１条件及び第２条件という２つの観点から敷設異常を判定することで、造形途中に発生する品質不良に繋がるような異常を早期かつ的確に検知できる。
（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、前記ビームの照射後における前記パウダーベッドの前記形状測定センサによる測定結果に基づいて、前記ビームの照射による前記パウダーベッドの変形量が第３規定範囲から逸脱する第３条件を満たす場合に、前記パウダーベッドからの造形層の造形異常が発生したと判定するように構成された造形異常判定部を更に備える。
　上記（２）の構成によれば、形状測定センサによってパウダーベッドの表面形状を測定した結果が第３条件を満たす場合に、造形異常が発生したと判定される。第３条件では、ビームの照射によるパウダーベッドの変形量が第３規定範囲から逸脱するか否かに基づいて、造形異常が判定される。粉末の敷設後にビームを照射する施工は熱加工であるため、造形途中に大きな変形を伴う造形異常が生じる可能性があるが、第３条件に基づく判定によって、このような造形異常を的確に検出できる。
（３）幾つかの実施形態では上記（２）の構成において、前記造形異常判定部は、前記ビームの照射後における前記パウダーベッドの前記形状測定センサによる測定結果に基づいて、前記造形層上にスパッタが局所的に存在する場合に、前記第３条件の成否に関わらず、前記パウダーベッドからの造形層の造形異常が発生したと判定する。
　上記（３）の構成によれば、ビームの照射後の造形層上にスパッタが局所的に存在する場合、第３条件の成否に関わらず、造形異常が発生したと判定される。これは、スパッタは粉末がビームによって溶融された際に酸化物を比較的高い割合で含んで形成されるため、局所的に存在するとその後の造形不良を招きやすいためである。
　尚、本構成におけるスパッタが局所的に存在するか否かは、例えば、ビーム照射後のパウダーベッドの表面に生じる凸状変形量の投影面積（凸部投影面積）が、想定されるスパッタ粒径以下であるか否かを基準に判定されてもよい。ここで、基準となるスパッタ粒径は、スパッタの発生形態に対応して設定可能であるが、例えば、パウダーベッドにビームが照射されて形成される溶融池から飛散して凝固する発生形態のスパッタの場合、想定されるスパッタ粒径は比較的大きく、１５０μｍ～３００μｍ程度であることから、３００μｍ×３００μｍ以下の凸部投影面積が得られた場合にスパッタが局所的に存在すると判定することができる。
（４）幾つかの実施形態では上記（２）又は（３）の構成において、前記造形異常判定部により前記造形異常が発生したと判定されたとき、前記造形異常を知らせる警告を発する第造形異常警告通知部を更に備える。
　上記（４）の構成によれば、上記構成において造形異常が発生したと判断された場合に、その旨を警告することで、造形作業を中断したり、中止するなど、適切な対応をとることが可能となる。
　尚、第造形異常警告通知部による警告行為は、オペレータなどの人間の五感に知覚可能な態様で対応行動を促すものであってもよいし、造形作業を実施している三次元積層造形装置に対して電気的又は機械的な態様で自動制御を実施するように指示するものであってもよい。
（５）幾つかの実施形態では上記（１）から（４）のいずれか一構成において、前記形状測定センサは、前記パウダーベッドの表面にフリンジパターンを投影するためのプロジェクタと、前記フリンジパターンを撮像するための少なくとも１つの撮像ユニットと、前記撮像ユニットにより撮像された前記フリンジパターンに基づいて、前記パウダーベッドの前記表面形状を示す三次元データを生成するための解析部と、を含む。
　上記（５）の構成によれば、形状測定センサとしてフリンジプロジェクション法を採用することにより、パウダーベッドの表面形状のリアルタイム計測を、非接触で高速に実施できる。
（６）幾つかの実施形態では上記（１）から（５）のいずれか一構成において、前記敷設異常判定部により前記敷設異常が発生したと判定されたとき、前記敷設異常を知らせる警告を発する敷設異常警告通知部を更に備える。
　上記（６）の構成によれば、上記構成において敷設異常が発生したと判断された場合に、その旨を警告することで、造形作業を中断したり、中止するなど、適切な対応をとることが可能となる。
　尚、敷設異常警告通知部による警告行為は、上述の造形異常警告通知部と同様に、オペレータなどの人間の五感に知覚可能な態様で対応行動を促すものであってもよいし、造形作業を実施している三次元積層造形装置に対して電気的又は機械的な態様で自動制御を実施するように指示するものであってもよい。
（７）幾つかの実施形態では上記（１）から（６）のいずれか一構成において、前記第１規定範囲は、前記パウダーベッドの基準位置に対する平均高さと前記基準位置との差異Δｔと、造形サイクルあたりのベースプレートの移動量Ｍと、を用いて次式
０．５Ｍ＜Δｔ＜２Ｍ
により規定される。
　上記（７）の構成によれば、第１条件を判定するために用いられる第１規定範囲は、サイクル毎のベースプレートの移動量に基づいて上式で規定することで、敷設異常を的確に判定できる。
（８）幾つかの実施形態では上記（１）から（７）のいずれか一構成において、前記第２規定範囲は、前記パウダーベッドの高さのばらつきσと、造形サイクルあたりの前記ベースプレートの移動量Ｍと、を用いて次式
３σ＜Ｍ
により規定される。
　上記（８）の構成によれば、第２条件を判定するために用いられる第２規定範囲は、サイクル毎のベースプレートの移動量に基づいて上式で規定することで、敷設異常を的確に判定できる。
（９）幾つかの実施形態では上記（２）の構成において、前記第３規定範囲は、前記パウダーベッドの最大変形量Ｃｍａｘと、造形サイクルあたりの前記ベースプレートの移動量Ｍと、を用いて次式
Ｃｍａｘ＜Ｍ
により規定される。
　上記（９）の構成によれば、第３条件を判定するために用いられる第３規定範囲は、サイクル毎のベースプレートの移動量に基づいて上式で規定することで、敷設異常を的確に判定できる。
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る三次元積層造形装置の施工異常検出システムは上記課題を解決するために、パウダーベッドにビームを照射して積層造形する三次元積層造形装置の施工異常検出システムであって、前記パウダーベッドの表面形状を測定するための形状測定センサと、前記ビームの照射後における前記パウダーベッドの前記形状測定センサによる測定結果に基づいて、前記ビームの照射による前記パウダーベッドの変形量が第３規定範囲から逸脱する第３条件を満たす場合に、前記パウダーベッドからの造形層の造形異常が発生したと判定するように構成された造形異常判定部と、を備える。
　上記（１０）の構成によれば、形状測定センサによってパウダーベッドの表面形状を測定した結果が第３条件を満たす場合に、造形異常が発生したと判定される。第３条件では、ビームの照射によるパウダーベッドの変形量が第３規定範囲から逸脱するか否かに基づいて、造形異常が判定される。粉末の敷設後にビームを照射する施工は熱加工であるため、造形途中に大きな変形を伴う造形異常が生じる可能性があるが、第３条件に基づく判定によって、このような造形異常を的確に検出できる。
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る三次元積層造形装置は上記課題を解決するために、ベースプレートと、前記ベースプレート上に粉末を敷設してパウダーベッドを形成するための粉末敷設ユニットと、前記パウダーベッドに光ビームを照射し、前記パウダーベッドを選択的に固化するための光ビーム照射ユニットと、少なくとも前記粉末敷設ユニットによる前記パウダーベッドの敷設異常を検出するように構成された、上記（１）から（１０）のいずれか一構成の施工異常検出システムと、を備える。
　上記（１１）の構成によれば、上述の施工異常検出システム（上記各種態様を含む）を備えることにより、造形途中に発生する各種異常を早期かつ的確に検知できる。
（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る三次元積層造形装置の施工異常検出方法は上記課題を解決するために、パウダーベッドに光ビームを照射して積層造形する三次元積層造形装置の施工異常検出方法であって、前記パウダーベッドの表面形状を測定する形状測定工程と、前記形状測定工程の測定結果に基づいて、前記パウダーベッドの基準位置に対する平均高さが第１規定範囲から逸脱する第１条件と、前記パウダーベッドの高さのばらつきが第２規定範囲から逸脱する第２条件と、の少なくとも一方を満たす場合に、前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定する敷設異常判定工程と、を備える。
　上記（１２）の方法は、上述の施工異常検出システム（上記各種態様を含む）によって好適に実施できる。
（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る三次元積層造形装置の施工異常検出方法は上記課題を解決するために、パウダーベッドにビームを照射して積層造形する三次元積層造形装置の施工異常検出方法であって、前記ビームの照射後に前記パウダーベッドの表面形状を測定する形状測定工程と、前記形状測定工程の測定結果に基づいて、前記ビームの照射による前記パウダーベッドの変形量が第３規定範囲から逸脱する第３条件を満たす場合に、前記パウダーベッドからの造形層の造形異常が発生したと判定する造形異常判定工程と、を備える。
　上記（１３）の方法は、上述の施工異常検出システム（上記各種態様を含む）によって好適に実施できる。
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係る三次元積層造形物の製造方法は上記課題を解決するために、層状に敷設された粉末にビームを照射して積層造形を行う三次元積層造形物の製造方法であって、ベースプレート上に前記粉末を敷設してパウダーベッドを形成する工程と、前記パウダーベッドの表面形状を測定する形状測定工程と、前記形状測定工程の測定結果に基づいて、前記パウダーベッドの基準位置に対する平均高さが第１規定範囲から逸脱する第１条件と、前記パウダーベッドの高さのばらつきが第２規定範囲から逸脱する第２条件と、の少なくとも一方を満たす場合に、前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定する敷設異常判定工程と、前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定された場合、前記敷設欠陥の修復作業を実施する修復工程と、前記パウダーベッドに前記ビームを照射することにより、前記パウダーベッドを選択的に固化する工程と、を備える。
　上記（１４）の製造方法によれば、敷設異常が少ない高品質な三次元積層造形物を製造できる。
（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係る三次元積層造形物は上記課題を解決するために、層状に敷設された粉末にビームを照射して積層造形を行うことにより製造される三次元積層造形物であって、ベースプレート上に前記粉末を敷設してパウダーベッドを形成し、前記パウダーベッドの表面形状を測定し、その測定結果に基づいて、前記パウダーベッドの基準位置に対する平均高さが第１規定範囲から逸脱する第１条件と、前記パウダーベッドの高さのばらつきが第２規定範囲から逸脱する第２条件と、の少なくとも一方を満たす場合に、前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定し、前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定された場合、前記敷設欠陥の修復作業を実施し、前記パウダーベッドに前記ビームを照射することにより、前記パウダーベッドを選択的に固化することで製造される。
　上記（１５）の三次元積層造形物は、敷設欠陥が少なく高品質である。
　本発明の少なくとも一実施形態によれば、造形途中に発生する各種異常を早期かつ的確に検知可能な三次元積層造形装置の施工異常検出システム、当該システムを備える三次元積層造形装置、及び、三次元積層造形装置の施工異常検出方法を提供できる。
本発明の少なくとも一実施形態に係る三次元積層造形装置の全体構成を示す模式図である。 図１の光ビーム照射ユニットの内部構成を示す模式図である。 図１の形状測定センサの具体的構成例を示す模式図である。 図１の制御装置の内部構成を機能的に示すブロック図である。 図１の破線領域Ｒにおける拡大断面図である。 図１の破線領域Ｒの光ビーム照射前後における拡大断面図である。 図１の三次元積層造形装置の制御内容を工程毎に示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
　図１は、本発明の少なくとも一実施形態に係る三次元積層造形装置１の全体構成を示す模式図である。
　三次元積層造形装置１は、層状に敷設された粉末にビームを照射して積層造形を行うことにより三次元形状物を製造するための装置である。三次元積層造形装置１は、三次元形状物が造形される土台となるベースプレート２を備える。ベースプレート２は、鉛直方向に沿った中心軸を有する略円筒形状のシリンダ４の内側に昇降可能に配置されている。ベースプレート２上には、後述するように粉末が敷設されることによりパウダーベッド８が形成される。パウダーベッド８は、造形作業の間、各サイクルにてベースプレート２が下降する毎に、上層側に粉末が敷設されることにより新たに形成される。
　尚、本実施形態の三次元積層造形装置１ではビームとして光ビームを照射する場合を示すが、電子ビーム等の他の形態のビームを使用する場合にも、本発明の思想は同様に適用可能である。
　三次元積層造形装置１は、ベースプレート２上に粉末を敷設してパウダーベッド８を形成するための粉末敷設ユニット１０を備える。粉末敷設ユニット１０は、ベースプレート２の上面側に粉末を供給し、その表面を平坦化することによって、ベースプレート２の上面全体に亘って略均一な厚さを有する層状のパウダーベッド８を形成する。各サイクルで形成されたパウダーベッド８には、後述する光ビーム照射ユニット１４から光ビームが照射されることによって選択的に固化され、次サイクルにて、粉末敷設ユニット１０によって再び上層側に粉末が敷設されることで、新たなパウダーベッドが形成されることによって、層状に積み重ねられていく。
　尚、粉末敷設ユニット１０から供給される粉末は、三次元形状物の原料となる粉末状物質であり、例えば鉄、銅、アルミニウム又はチタン等の金属材料や、セラミック等の非金属材料を広く採用可能である。
　三次元積層造形装置１は、パウダーベッド８を選択的に固化するようにパウダーベッド８に光ビームを照射するための光ビーム照射ユニット１４を備える。ここで図２は図１の光ビーム照射ユニット１４の内部構成を示す模式図である。光ビーム照射ユニット１４は、光ビームとしてレーザ光を出力する光源１８と、光源１８からの光ビームを集光部２５に案内するための光ファイバ２２と、複数の光学部材からなる集光部２５と、を備える。
　集光部２５では、光ファイバ２２によって案内された光ビームが、コリメータ２４に入射する。コリメータ２４は光ビームを平行光に集束する。コリメータ２４からの出射光は、アイソレータ２６及びピンホール２８を介して、ビームエキスパンダ３０に入射する。光ビームはビームエキスパンダ３０で拡径された後、任意方向に揺動可能なガルバノミラー３２によって偏向され、ｆθレンズ３３を介してパウダーベッド８に照射される。
　光ビーム照射ユニット１４から照射される光ビームは、パウダーベッド８上にて、その表面８ａに沿って二次元的に走査される。このような光ビームの二次元走査は、造形目的となる三次元形状物に応じたパターンで実施され、例えば光ビーム照射ユニット１４が不図示の駆動機構によってベースプレート２の表面に沿って移動することによって行われてもよいし、ガルバノミラー３２の角度が制御されることによって行われてもよいし、或いは、これらの組み合わせによって行われてもよい。
　このような構成を有する三次元積層造形装置１では、各サイクルにおいて、粉末敷設ユニット１０によってベースプレート２上に粉末を敷設することでパウダーベッド８が形成され、当該パウダーベッド８に対して光ビーム照射ユニット１４から光ビームを照射しながら二次元走査することで、パウダーベッド８に含まれる粉末が選択的に固化される。造形作業では、このようなサイクルが繰り返し実施されることで、固化された造形層１５が積層され、目的となる三次元形状物が製造される。
　再び図１に戻って、三次元積層造形装置１には、造形作業中におけるパウダーベッド８又は造形層１５における形状を監視するための形状測定センサ３４が備えられている。本実施形態では、形状測定センサ３４の一例としてフリンジプロジェクション法をベースにした光学式スキャナが用いられている。
　ここで図３は、図１の形状測定センサ３４の具体的構成例を示す模式図である。形状測定センサ３４は、パウダーベッド８又は造形層１５の表面にフリンジパターン（縞模様）を投影するためのプロジェクタ３４ａと、前記投影されたフリンジパターンを撮像するための少なくとも１つの撮像ユニット３４ｂ１及び３４ｂ２と、これら撮像ユニット３４ｂ１及び３４ｂ２のより撮像されたフリンジパターンに基づいて、パウダーベッド８又は造形層１５の表面形状を示す三次元データを生成するための分析部３４ｃと、を備えて構成される。分析部３４ｃでは、撮像ユニット３４ｂ１及び３４ｂ２で撮像された二次元的なフリンジパターンが、光学的変換式に基づいて独立した三次元座標系にピクセル毎に変換されることによって、三次元データに演算される。
　尚、形状測定センサ３４で実施されるフリンジプロジェクション法については公知の例に倣うこととし、詳述は割愛する。また分析部３４ｃは、例えばコンピュータ等の電子演算装置から構成されるが、後述する制御装置１００に含まれてもよい。
　尚、本実施形態では、パウダーベッド８及び造形層１５の双方を共通の形状測定センサ３４によって監視可能に構成した場合を例示したが、パウダーベッド８及び造形層１５をそれぞれ別構成の形状測定センサによって監視可能に構成してもよい。
　また三次元積層造形装置１は、オペレータや外部機器に対して異常発生を認識させるための敷設異常警告部４４ａ及び造形異常警告部４４ｂを備える。本実施形態では、三次元積層造形装置１で発生する異常として、敷設異常と造形異常の２種類がある。敷設異常警告部４４ａ及び造形異常警告部４４ｂは、それぞれ敷設異常と造形異常を報知することで、２種類の異常が識別可能に構成されている。
　また敷設異常警告部４４ａ及び造形異常警告部４４ｂによる警告の認識対象がオペレータ等の人間である場合には、敷設異常警告部４４ａ及び造形異常警告部４４ｂは視覚や聴覚などの五感によって認識可能な態様で、例えば、異常発生を報知するためのブザーやインジケータによって構成される。また敷設異常警告部４４ａ及び造形異常警告部４４ｂによる警告の認識対象が外部機器である場合には、敷設異常警告部４４ａ及び造形異常警告部４４ｂは外部機器によって認識可能な電気的信号が送信されるように構成されており、外部機器はこの電気的信号を受信することで、所定の対応動作が自動的に実施されるように構成されてもよい。
　制御装置１００は、三次元積層造形装置１のコントロールユニットであり、例えばコンピュータのような電子演算装置によって構成される。典型的には、各種情報を入力可能な入力デバイス、各種情報を記憶可能な記憶デバイス、各種情報を演算可能な演算デバイス、各種情報を出力可能な出力デバイスを含んで構成されるが、これら電子演算装置の一般的構成については公知の例に倣うこととし、ここでは詳しい説明は省略する。このような制御装置１００は、予め記憶デバイスに記憶されたプログラムに従って動作することにより、本発明の少なくとも一実施形態に係る施工異常検出方法を実施するように構成されている。
　図４は図１の制御装置１００の内部構成を機能的に示すブロック図である。尚、図４では、制御装置１００の機能的構成のうち、後述する制御内容に関する構成のみを代表的に示しており、必要に応じて他の構成を備えていてもよい。
　制御装置１００は、形状測定センサの検出結果を取得する形状モニタリング部１０２と、パウダーベッド８の敷設異常を判定するための敷設異常判定部１０４と、造形層の造形異常を判定するための造形異常判定部１０６と、敷設異常警告部４４ａ及び造形異常警告部４４ｂをそれぞれ作動するための敷設異常警告通知部１０８ａ及び造形異常警告通知部１０８ｂと、施工異常検出方法を実施に必要な各種情報を記憶可能な記憶部１１０と、を備える。
　形状モニタリング部１０２は形状測定センサ３４から検出結果を取得し、敷設異常判定部１０４、形成異常判定部１０６又は記憶部１１０に対して、必要に応じて取得内容をそれぞれ与える。特に敷設異常判定部１０４には、形状測定センサ３４の検出結果のうち、光レーザが照射される前のパウダーベッド８の表面形状に関するデータが送られる。また造形異常判定部１０６には、形状測定センサ３４の検出結果のうち、光レーザが照射された後の造形層１５の表面形状に関するデータが送られる。
　敷設異常判定部１０４は、形状モニタリング部１０２で取得された計測結果に基づいて、光ビーム照射ユニットによって光ビームが照射される前のパウダーベッド８における敷設異常を判定する。このような敷設異常の判定は、記憶部１１０に予め記憶された第１条件及び第２条件のいずれか一方を満たすか否かによって行われる。
　ここで図５を参照して第１条件及び第２条件の規定内容について具体的に説明する。図５は図１の破線領域Ｒにおける拡大断面図である。図５では、ベースプレート２上に粉末敷設ユニット１０によって複数層にわたって敷設されたパウダーベッド８の断面が示されている。パウダーベッド８の各層は造形サイクル毎にベースプレート２が移動量Ｍずつ下方に移動する際に、ベースプレート２上に厚さＭで繰り返し敷設されて形成される。
　このような積層断面では、基準位置Ｔｒｅｆとしてベースプレート２の表面が設定されている。この基準位置Ｔｒｅｆは、あるサイクルにおけるＮ（任意の自然数）層目のパウダーベッド８の表面位置を基準に設定されていてもよい。このように規定された基準位置Ｔｒｅｆは、予め記憶部１１０に記憶しておき、必要に応じて読み出されるようにしてもよい。
　ここでパウダーベッド８の表面８ａは、光ビームの照射前に粉末を均一に敷設して平坦であることが理想であるが、図５に示されるように、実際には少なからず微視的な凹凸が存在しており、その大きさによっては造形物の品質不良に繋がる可能性がある。第１条件は、パウダーベッド８の基準位置Ｔｒｅｆに対する平均高さＴａｖｇと基準位置Ｔｒｅｆとの差異Δｔが第１規定範囲から逸脱するか否かに基づいて判断される。第１規定範囲は下限値Ｔａｖｇ＿ｍｉｎ及び上限値Ｔａｖｇ＿ｍａｘによって差異Δｔの適正範囲を規定する。下限値Ｔａｖｇ＿ｍｉｎは、敷設されたパウダーベッド８の平均高さＴａｖｇが低すぎることによって（例えばパウダーベッド８に凹部があることによって局所的に薄い領域がある場合）、光ビーム出力がパウダーベッド８の粉末量に対して過剰となることで溶融し過ぎるような敷設異常を判定するための閾値である。一方、上限値Ｔａｖｇ＿ｍａｘは、敷設されたパウダーベッド８の平均高さＴａｖｇが高すぎることによって（例えばパウダーベッド８に凸部があることによって局所的に厚い領域がある場合）、光ビーム出力がパウダーベッド８の粉末量に対して不足することで溶融不足になってしまうような敷設異常を判定するための閾値である。
　このような第１条件は、例えば、造形サイクルあたりのベースプレート２の移動量（すなわちパウダーベッド８の一層あたりの厚さ）Ｍを用いて次式
０．５Ｍ＜Δｔ＜２Ｍ
により規定される。
　第２条件は、パウダーベッド８の高さのばらつきσが第２規定範囲から逸脱するか否かに基づいて判断される。ここでばらつきσは、図５に示されるように、表面８ａ上の各位置における基準高さＴｒｅｆに対する差異Δｔと平均高さＴａｖｇとの偏差として規定される。第２規定範囲は、上限値σｒｅｆによってばらつきσの適正範囲を規定する。上限値σｒｅｆは、パウダーベッド８の表面８ａ上にある凹凸のばらつきが造形不良をもたらす程度に大きいか否かを判定するための閾値として設定される。
　このような第２条件は、例えば、造形サイクルあたりのベースプレート２の移動量（すなわちパウダーベッド８の一層あたりの厚さ）Ｍを用いて次式
３σ＜Ｍ
により規定される。
　続いて造形異常判定部１０６は、形状モニタリング部１０２で取得された計測結果に基づいて、光ビーム照射ユニット１４によって光ビームが照射されることで形成される造形層１５における造形異常を判定する。このような造形異常の判定は、記憶部１１０に予め記憶された第３条件を満たすか否かによって行われる。
　ここで図６を参照して第３条件の規定内容について具体的に説明する。図６は図１の破線領域Ｒの光ビーム照射前後における拡大断面図である。左側に示されるように、厚さΔｔのパウダーベッド８に対して光ビームが照射されることで、厚さΔｔ’の造形層１５が形成される場合を例示する。この場合、光ビームの照射によるパウダーベッド８の変形量Ｃは、照射前の厚さΔｔと、照射後の厚さΔｔ’の差分として得られる。形成異常判定部１０６では、このような変形量Ｃを造形層１５の全体表面にわたって取得し、その最大値（最大変形量）Ｃｍａｘが第３規定範囲内であるか否かに基づいて造形異常を判定する。
　このような第３条件は、例えば、パウダーベッド８の最大変形量Ｃｍａｘと、造形サイクルあたりのベースプレートの移動量Ｍと、を用いて次式
Ｃｍａｘ＜Ｍ
により規定される。
　敷設異常警告通知部１０８ａは敷設異常判定部１０４によって敷設異常が存在すると判断された場合に、敷設異常警告部４４ａを作動させることにより、その旨を警告する。造形異常警告通知部１０８ｂは造形異常判定部１０６によって形成異常が存在すると判断された場合に、造形異常警告部４４ｂを作動させることにより、その旨を警告する。
　記憶部１１０は、メモリ等の記憶媒体からなり、上述の第１乃至第３条件の規定内容をはじめとする各種情報を記憶する。
　続いて上記構成を有する三次元積層造形装置１の制御内容について詳しく説明する。図７は図１の三次元積層造形装置１の制御内容を工程毎に示すフローチャートである。尚、三次元積層造形装置１は、造形目的となる三次元形状物を構成するために造形サイクルを繰り返して工程を進めていくが、以下の説明では、ｎ（任意の自然数）回目の造形サイクルを例に説明する。
　まず三次元積層造形装置１は、ベースプレート２又はベースプレート上に既に敷設された（ｎー１）層目のパウダーベッド８上に粉末を敷設するように粉末敷設ユニット１０を制御し、ｎ層目のパウダーベッド８を形成する（ステップＳ１０１）。ここで新たに形成されるパウダーベッド８の層厚Ｍは、例えば数１０μｍである。
　続いて形状モニタリング部１０２は、形状測定センサ３４から測定結果を取得することにより、パウダーベッド８の表面形状を測定する（ステップＳ１０２）。このとき形状測定センサ３４では、図３を参照して上述したようにフリンジプロジェクション法をベースとした計測によって、パウダーベッド８の表面形状が三次元構造として計測される。
　続いて敷設異常判定部１０４は、形状モニタリング部１０２から取得した測定結果に基づいて、ステップＳ１０１で敷設されたパウダーベッド８に敷設異常がないか判定する（ステップＳ１０３）。この敷設異常の判定では、上述した第１条件及び第２条件の少なくとも一方を満たす場合に、パウダーベッド８の敷設異常が発生したと判定される。第１条件では、パウダーベッド８の基準位置Ｔｒｅｆに対する平均高さＴａｖｇが第１規定範囲から逸脱するか否かに基づいて、敷設異常が判定される。これによって、例えば、敷設されたパウダーベッド８の平均高さＴａｖｇが低すぎることによって、光ビーム出力がパウダーベッド８の粉末量に対して過剰となることで溶融し過ぎてしまったり、逆に、敷設されたパウダーベッド８の平均高さＴａｖｇが高すぎることによって、光ビーム出力がパウダーベッド８の粉末量に対して不足することで溶融不足になってしまうような敷設異常を判断できる。また第２条件では、パウダーベッド８の高さのばらつきσが第２規定範囲から逸脱するか否かに基づいて敷設異常が判断できる。このように第１条件及び第２条件という２つの観点から敷設異常を判定することで、造形途中に発生する品質不良に繋がるような異常を早期かつ的確に検知できる。
　敷設異常があると判定された場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、敷設異常警告通知部１０８ａは敷設異常警告部４４ａを作動させることにより、敷設異常が発生した旨を報知する（ステップＳ１０８）。
これにより、警告を認識したオペレータや周辺機器は、造形作業を中断したり、中止するなど、適切な対応をとることが可能となる。例えば、敷設異常が存在すると判断された場合、造形作業を中断するとともに、敷設異常が存在すると判断された箇所に対して粉末の敷設状態を修復したり、パウダーベッドを再敷設するなどの修復作業が実施される。このような修復作業が完了すると、造形作業の中断状態は解除され、積層造形が継続される。
　一方、敷設異常がない場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、制御装置１００は光ビーム照射ユニット１４を制御することにより、ステップＳ１０１で敷設されたパウダーベッド８に対して光ビームを照射して、造形処理を実施する（ステップＳ１０４）。
　そして光ビームの照射が完了すると、造形異常判定部１０６は、形状モニタリング部１０２から取得した測定結果に基づいて、照射後の造形層１５に形成異常がないか判定する（ステップＳ１０５）。この形成異常の判定では、上述した第３条件で規定される第３規定範囲からパウダーベッド８の変形量が逸脱する場合に、形成異常が発生したと判定される。これにより、光ビームが照射されることでパウダーベッド８の粉末が溶融することによって想定以上に大きな変形を生じた場合には、造形異常として判断できる。
　造形異常があると判定された場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、造形異常警告通知部１０８ｂは造形異常警告部４４ｂを作動させることにより、敷設異常が発生した旨を報知する（ステップＳ１０９）。
これにより、警告を認識したオペレータや周辺機器は、造形作業を中断したり、中止するなど、適切な対応をとることが可能となる。
　一方、造形異常がないと判定された場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、造形異常判定部１０６は更に、形状モニタリング部１０２から取得した測定結果に基づいて、造形層１５上にスパッタが局所的に存在しないか判定する（ステップＳ６）。このようなスパッタの判定は、例えば、ビーム照射後のパウダーベッドの表面に生じる凸状変形量の投影面積（凸部投影面積）が、想定されるスパッタ粒径以下であるか否かを基準に判定されてもよい。ここで、基準となるスパッタ粒径は、スパッタの発生形態に対応して設定可能であるが、例えば、パウダーベッドにビームが照射されて形成される溶融池から飛散して凝固する発生形態のスパッタの場合、想定されるスパッタ粒径は比較的大きく、１５０μｍ～３００μｍ程度であることから、３００μｍ×３００μｍ以下の凸部投影面積が得られた場合にスパッタが局所的に存在すると判定することができる。
　スパッタが存在する場合（ステップＳ６：ＮＯ）、造形異常警告通知部１０８ｂは造形異常警告部４４ｂを作動させることにより、造形異常が発生した旨を報知する（ステップＳ１０９）。このように光ビームの照射後の造形層１５上にスパッタが局所的に存在する場合、第３条件の成否に関わらず、造形異常が発生したと判定される。これは、通常の粉末より大きい粒径のスパッタにより、融合不良が起こり強度低下を招くことやスパッタは粉末が光ビームによって溶融された際に酸化物を比較的高い割合で含んで形成されるため、局所的に存在するとその後の造形不良を招きやすいためである。
　一方、スパッタが存在しない場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、制御装置１００は造形サイクルが十分繰り返されることで、一連の造形作業が完了したか否かを判定する（ステップＳ１０７）。造形処理が完了していない場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、制御装置１００は処理をステップＳ１０１に戻して（ｎ＋１）層目の造形処理に移行する（ステップＳ１１０）。
　その後、造形サイクルが十分繰り返されて造形作業が完了すると（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、完成した三次元形状物に対して必要に応じて非破壊検査を実施し、一連の造形作業が終了する（終了）。
　以上説明したように少なくとも一実施形態によれば、造形途中に発生する各種異常を早期かつ的確に検知可能な三次元積層造形装置の施工異常検出システム、三次元積層造形装置、及び、三次元積層造形装置の施工異常検出方法を提供できる。
　本発明の少なくとも一実施形態は、敷設された粉末に光ビームを照射して選択的に固化することにより積層造形を行う三次元積層造形装置の施工異常検出システム、三次元積層造形装置、及び、三次元積層造形装置の施工異常検出方法に利用可能である。
１　三次元積層造形装置
２　ベースプレート
４　シリンダ
８　パウダーベッド
８ａ　表面
１０　粉末敷設ユニット
１４　光ビーム照射ユニット
１５　造形層
１８　光源
２２　光ファイバ
２４　コリメータ
２５　集光部
２６　アイソレータ
２８　ピンホール
３０　ビームエキスパンダ
３２　ガルバノミラー
３３　レンズ
３４　形状測定センサ
３４ａ　プロジェクタ
３４ｂ１　撮像ユニット
３４ｃ　分析部
４４ａ　敷設異常警告部
４４ｂ　造形異常警告部
１００　制御装置
１０２　形状モニタリング部
１０４　敷設異常判定部
１０６　造形異常判定部
１０８ａ　敷設異常警告通知部
１０８ｂ　造形異常警告通知部
１１０　記憶部

Claims (15)

  1. 　パウダーベッドにビームを照射して積層造形する三次元積層造形装置の施工異常検出システムであって、
    　前記パウダーベッドの表面形状を測定するための形状測定センサと、
    　前記形状測定センサの検出結果に基づいて、前記パウダーベッドの基準位置に対する平均高さが第１規定範囲から逸脱する第１条件と、前記パウダーベッドの高さのばらつきが第２規定範囲から逸脱する第２条件と、の少なくとも一方を満たす場合に、前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定するように構成された敷設異常判定部と、
    を備える、三次元積層造形装置の施工異常検出システム。
  2. 　前記ビームの照射後における前記パウダーベッドの前記形状測定センサによる測定結果に基づいて、前記ビームの照射による前記パウダーベッドの変形量が第３規定範囲から逸脱する第３条件を満たす場合に、前記パウダーベッドからの造形層の造形異常が発生したと判定するように構成された造形異常判定部を更に備える、請求項１に記載の三次元積層造形装置の施工異常検出システム。
  3. 　前記造形異常判定部は、前記ビームの照射後における前記パウダーベッドの前記形状測定センサによる測定結果に基づいて、前記造形層上にスパッタが局所的に存在する場合に、前記第３条件の成否に関わらず、前記パウダーベッドからの造形層の造形異常が発生したと判定する、請求項２に記載の三次元積層造形装置の施工異常検出システム。
  4. 　前記造形異常判定部により前記造形異常が発生したと判定されたとき、前記造形異常を知らせる警告を発する造形異常警告通知部を更に備える、請求項２又は３に記載の三次元積層造形装置の施工異常検出システム。
  5. 　前記形状測定センサは、
    　　前記パウダーベッドの表面にフリンジパターンを投影するためのプロジェクタと、
    　　前記フリンジパターンを撮像するための少なくとも１つの撮像ユニットと、
    　　前記撮像ユニットにより撮像された前記フリンジパターンに基づいて、前記パウダーベッドの前記表面形状を示す三次元データを生成するための解析部と、
    を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の三次元積層造形装置の施工異常検出システム。
  6. 　前記敷設異常判定部により前記敷設異常が発生したと判定されたとき、前記敷設異常を知らせる警告を発する敷設異常警告通知部を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の三次元積層造形装置の施工異常検出システム。
  7. 　前記第１規定範囲は、前記パウダーベッドの基準位置に対する平均高さと前記基準位置との差異Δｔと、造形サイクルあたりのベースプレートの移動量Ｍと、を用いて次式
    ０．５Ｍ＜Δt＜２Ｍ
    により規定される、請求項１から６のいずれか一項に記載の三次元積層造形装置の施工異常検出システム。
  8. 　前記第２規定範囲は、前記パウダーベッドの高さのばらつきσと、造形サイクルあたりの前記ベースプレートの移動量Ｍと、を用いて次式
    ３σ＜Ｍ
    により規定される、請求項１から７のいずれか一項に記載の三次元積層造形装置の施工異常検出システム。
  9. 　前記第３規定範囲は、前記パウダーベッドの最大変形量Ｃｍａｘと、造形サイクルあたりの前記ベースプレートの移動量Ｍと、を用いて次式
    Ｃｍａｘ＜Ｍ
    により規定される、請求項２に記載の三次元積層造形装置の施工異常検出システム。
  10. 　パウダーベッドにビームを照射して積層造形する三次元積層造形装置の施工異常検出システムであって、
    　前記パウダーベッドの表面形状を測定するための形状測定センサと、
    　前記ビームの照射後における前記パウダーベッドの前記形状測定センサによる測定結果に基づいて、前記ビームの照射による前記パウダーベッドの変形量が第３規定範囲から逸脱する第３条件を満たす場合に、前記パウダーベッドからの造形層の造形異常が発生したと判定するように構成された造形異常判定部と、
    を備える、三次元積層造形装置の施工異常検出システム。
  11. 　ベースプレートと、
    　前記ベースプレート上に粉末を敷設してパウダーベッドを形成するための粉末敷設ユニットと、
    　前記パウダーベッドにビームを照射し、前記パウダーベッドを選択的に固化するためのビーム照射ユニットと、
    　少なくとも前記粉末敷設ユニットによる前記パウダーベッドの敷設異常を検出するように構成された、請求項１から１０のいずれか一項に記載の施工異常検出システムと、
    を備えることを特徴とする三次元積層造形装置。
  12. 　パウダーベッドにビームを照射して積層造形する三次元積層造形装置の施工異常検出方法であって、
    　前記パウダーベッドの表面形状を測定する形状測定工程と、
    　前記形状測定工程の測定結果に基づいて、前記パウダーベッドの基準位置に対する平均高さが第１規定範囲から逸脱する第１条件と、前記パウダーベッドの高さのばらつきが第２規定範囲から逸脱する第２条件と、の少なくとも一方を満たす場合に、前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定する敷設異常判定工程と、
    を備える、三次元積層造形装置の施工異常検出方法。
  13. 　パウダーベッドにビームを照射して積層造形する三次元積層造形装置の施工異常検出方法であって、
    　前記ビームの照射後に前記パウダーベッドの表面形状を測定する形状測定工程と、
    　前記形状測定工程の測定結果に基づいて、前記ビームの照射による前記パウダーベッドの変形量が第３規定範囲から逸脱する第３条件を満たす場合に、前記パウダーベッドからの造形層の造形異常が発生したと判定する造形異常判定工程と、
    を備える、三次元積層造形装置の施工異常検出方法。
  14. 　層状に敷設された粉末にビームを照射して積層造形を行う三次元積層造形物の製造方法であって、
    　ベースプレート上に前記粉末を敷設してパウダーベッドを形成する工程と、
    　前記パウダーベッドの表面形状を測定する形状測定工程と、
    　前記形状測定工程の測定結果に基づいて、前記パウダーベッドの基準位置に対する平均高さが第１規定範囲から逸脱する第１条件と、前記パウダーベッドの高さのばらつきが第２規定範囲から逸脱する第２条件と、の少なくとも一方を満たす場合に、前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定する敷設異常判定工程と、
    　前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定された場合、前記敷設欠陥の修復作業を実施する修復工程と、
    　前記パウダーベッドに前記ビームを照射することにより、前記パウダーベッドを選択的に固化する工程と、
    を備える、三次元積層造形物の製造方法。
  15. 　層状に敷設された粉末にビームを照射して積層造形を行うことにより製造される三次元積層造形物であって、
    　ベースプレート上に前記粉末を敷設してパウダーベッドを形成し、
    　前記パウダーベッドの表面形状を測定し、
    　その測定結果に基づいて、前記パウダーベッドの基準位置に対する平均高さが第１規定範囲から逸脱する第１条件と、前記パウダーベッドの高さのばらつきが第２規定範囲から逸脱する第２条件と、の少なくとも一方を満たす場合に、前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定し、
    　前記パウダーベッドの敷設異常が発生したと判定された場合、前記敷設欠陥の修復作業を実施し、
    　前記パウダーベッドに前記ビームを照射することにより、前記パウダーベッドを選択的に固化することで製造される、三次元積層造形物。
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