三維層疊裝置及三維層疊方法與流程

2023-06-12 02:42:21

本發明涉及通過層疊來製造三維形狀物的三維層疊裝置及三維層疊方法。

背景技術：

作為製造三維形狀物的技術，已知有通過向金屬粉末材料照射光束來製造三維形狀物的層疊造形技術。例如，在專利文獻1中記載有製造三維形狀造形物的方法，該三維形狀造形物通過向由金屬粉末材料形成的粉末層照射光束來形成燒結層，並將其反覆而將多個燒結層層疊作為一體來得到。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2004-124200號公報

技術實現要素：

發明要解決的課題

然而，在製造三維形狀物的層疊造形技術中，要求高精度地製造三維形狀物的技術。

本發明的目的在於提供一種高精度地製造三維形狀物的三維層疊裝置。

用於解決課題的方案

為了解決上述的課題，實現目的，本發明的三維層疊裝置在基臺部層疊成形層而形成三維形狀物，其中，所述三維層疊裝置具有：粉末供給部，供給粉末材料；光照射部，向所述粉末材料照射光束，使照射了所述光束的所述粉末材料的至少一部分燒結或熔融固化而形成所述成形層；機械加工部，具備工具，並利用所述工具對所述成形層進行機械加工；及控制部，控制所述粉末供給部、所述光照射部及所述機械加工部中的至少一個的動作。

該三維層疊裝置能夠向粉末材料照射光束而形成成形層，並對該成形層適當施加機械加工。因此，該三維層疊裝置能夠高精度地製造三維形狀物。

在所述三維層疊裝置中，優選的是，所述粉末供給部朝向所述基臺部噴射所述粉末材料，所述光照射部向從所述粉末供給部朝向所述基臺部移動的所述粉末材料照射光束，使所述粉末材料熔融，使熔融的所述粉末材料在所述基臺部上固化。該三維層疊裝置噴射粉末材料，通過向噴射了的粉末材料照射光束來形成成形層。因此，該三維層疊裝置能夠高精度地製造三維形狀物。

所述三維層疊裝置優選的是，所述粉末供給部具備噴射所述粉末材料的噴嘴，所述三維層疊裝置具備噴嘴更換部，該噴嘴更換部通過拆裝所述粉末供給部的所述噴嘴而對裝配於所述粉末供給部的噴嘴進行更換。該三維層疊裝置能夠更換噴射粉末材料的噴嘴，因此能夠更適當地進行成形層的形成。

所述三維層疊裝置優選的是，具有對所述機械加工部的所述工具的前端位置進行計測的機械加工部計測部，所述控制部根據由所述機械加工部計測部計測到的所述工具的前端位置來控制所述機械加工部的動作。該三維層疊裝置根據機械加工部的前端位置的測定結果來控制機械加工部的動作，因此能夠更適當地製造三維形狀物。

所述三維層疊裝置優選的是，具有計測所述噴射的粉末材料的收斂位置及收斂徑中的至少一方的粉末供給部計測部。該三維層疊裝置計測噴射了的粉末材料的收斂位置和收斂徑，因此能夠更適當地製造三維形狀物。

在所述三維層疊裝置中，優選的是，所述控制部根據由所述粉末供給部計測部計測到的粉末材料的收斂位置及收斂徑中的至少一方來控制所述粉末供給部及所述光照射部中的至少一個的動作。該三維層疊裝置基於噴射了的粉末材料的收斂位置及收斂徑中的至少一方的計測結果，來控制粉末供給部及光照射部中的至少一個的動作。因此，該三維層疊裝置能夠更適當地製造三維形狀物。

所述三維層疊裝置優選的是，特徵在於，具有對所述機械加工部的所述工具的前端位置進行計測的機械加工部計測部、及對所述粉末材料的收斂位置及收斂徑中的至少一方進行計測的粉末供給部計測部，所述機械加工部計測部與所述粉末供給部計測部是共用的裝置。該三維層疊裝置將機械加工部計測部與粉末供給部計測部設為共用的裝置，因此能抑制三維層疊裝置的尺寸的增大。

所述三維層疊裝置優選的是，具有工具更換部，該工具更換部通過拆裝所述機械加工部的工具而對裝配於所述機械加工部的所述工具進行更換。該三維層疊裝置能夠更換機械加工部的工具，因此能夠更適當地進行三維形狀物的切削加工。

在所述三維層疊裝置中，優選的是，所述控制部在利用所述光照射部形成了所述成形層之後，利用所述機械加工部對所述成形層的表面進行機械加工，在機械加工後的所述成形層的表面利用所述光照射部進一步形成成形層。該三維層疊裝置在進行了機械加工之後，能夠進一步層疊成形層，因此能夠更適當地進行成形層的形成。

所述三維層疊裝置優選的是，具有對所述成形層的表面形狀進行計測的形狀計測部，所述控制部根據所述形狀計測部對所述成形層的表面形狀的計測結果，來控制所述粉末供給部、所述光照射部及所述機械加工部中的至少一個的動作。該三維層疊裝置根據成形層的表面形狀的測定結果，能夠控制三維形狀物的製造過程，因此能夠更適當地進行三維形狀物的製造。

所述三維層疊裝置優選的是，具有粉末導入部，該粉末導入部具備積存向所述粉末供給部供給的所述粉末材料的積存部和對積存於所述積存部的所述粉末材料進行識別的識別部，將利用所述識別部識別到的所述積存部的所述粉末材料向所述粉末供給部導入，所述控制部根據所述識別部的所述粉末材料的識別結果，來控制從所述粉末導入部向所述粉末供給部的所述粉末材料的導入。該三維層疊裝置根據粉末材料的識別結果來控制向粉末供給部的粉末材料的導入，因此能夠抑制例如基於不適當的粉末材料的三維形狀物的製造，能夠抑制三維形狀物的品質的下降。

在所述三維層疊裝置中，優選的是，所述控制部根據所述粉末導入部對所述粉末材料的識別結果，還控制所述粉末供給部及所述光照射部中的至少一方的動作。該三維層疊裝置能夠根據粉末材料的識別結果控制三維形狀物的製造過程，因此能夠更適當地進行三維形狀物的製造。

所述三維層疊裝置優選的是，具有：三維層疊室，內置所述粉末供給部、所述光照射部及所述機械加工部；及基臺移動部，使所述基臺部從所述三維層疊室的外部向所述三維層疊室的內部移動。該三維層疊裝置具有基臺移動部，因此即使例如作業者未進入三維層疊室的內部，也能夠使基臺部向三維層疊室的內部移動。

為了解決上述的課題，實現目的，本發明的三維層疊方法在基臺部層疊使粉末材料燒結或熔融固化而形成的成形層來形成三維形狀物，其中，所述三維層疊方法具有：層疊步驟，將粉末材料朝向基臺部噴射，並通過向所述粉末材料照射光束而使所述粉末材料熔融，通過使所述熔融的粉末材料在所述基臺部上固化而在所述基臺部上形成成形層，並將該成形層層疊；及機械加工步驟，對形成了的所述成形層的表面進行機械加工。根據該三維層疊方法，向粉末材料照射光束而形成成形層，對該成形層適當地施加機械加工。因此，根據該三維層疊方法，能夠高精度地製造三維形狀物。

在所述三維層疊方法中，優選的是，所述機械加工步驟計測進行所述機械加工的機械加工部的工具的前端位置，基於所述工具的前端位置的計測結果來決定所述成形層的機械加工的加工條件。根據該三維層疊方法，由於根據機械加工部的前端位置的測定結果來決定成形層的機械加工的加工條件，因此能夠更適當地製造三維形狀物。

在所述三維層疊方法中，優選的是，所述機械加工步驟計測所述成形層的表面形狀，基於所述成形層的表面形狀的計測結果來決定所述成形層的機械加工的加工條件。該三維層疊方法能夠根據成形層的表面形狀的測定結果決定機械加工的加工條件，因此能夠更適當地進行三維形狀物的製造。

在所述三維層疊方法中，優選的是，所述機械加工步驟計測進行所述機械加工的機械加工部的位置及所述成形層的表面形狀，基於所述成形層的表面形狀及所述機械加工部的位置的計測結果來決定所述成形層的機械加工的加工條件。根據該三維層疊方法，基於成形層的表面形狀及機械加工部的位置的計測結果來決定成形層的切削加工的加工條件，因此能夠更適當地進行成形層的形成。

在所述三維層疊方法中，優選的是，所述層疊步驟識別朝向所述基臺部噴射的所述粉末材料，根據所述粉末材料的識別結果來決定向噴射所述粉末材料的粉末供給部的粉末材料的導入條件。根據該三維層疊方法，根據粉末材料的識別結果來決定向粉末供給部的所述粉末材料的導入條件，因此能夠抑制例如基於不適當的粉末材料的三維形狀物的製造，能夠抑制三維形狀物的品質的下降。

在所述三維層疊方法中，優選的是，所述層疊步驟根據所述粉末材料的識別結果，還決定所述粉末材料的噴射條件或所述光束的照射條件中的至少一方。根據該三維層疊方法，由於能夠根據粉末材料的識別結果控制三維形狀物的製造條件，因此能夠更適當地進行三維形狀物的製造。

發明效果

根據本發明，能夠高精度地製造三維形狀物。

附圖說明

圖1是表示本實施方式的三維層疊裝置的示意圖。

圖2是表示層疊頭的前端部的一例的剖視圖。

圖3是表示控制裝置的結構的示意圖。

圖4是表示裝置計測部的一例的示意圖。

圖5是表示工具更換部的一例的示意圖。

圖6是表示噴嘴更換部的一例的示意圖。

圖7A是表示粉末導入部的一例的示意圖。

圖7B是表示粉末導入部的一例的示意圖。

圖8是表示粉末回收部的一例的示意圖。

圖9是表示本實施方式的三維層疊裝置的三維形狀物的製造方法的說明圖。

圖10A是表示本實施方式的三維層疊裝置的三維形狀物的製造方法的說明圖。

圖10B是表示本實施方式的三維層疊裝置的三維形狀物的製造方法的說明圖。

圖10C是表示本實施方式的三維層疊裝置的三維形狀物的製造方法的說明圖。

圖11是表示本實施方式的三維層疊裝置的三維形狀物的製造工序的流程圖。

圖12是表示變更本實施方式的三維層疊裝置的成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。

圖13是表示決定本實施方式的三維層疊裝置的成形層的加工條件的工序的一例的流程圖。

圖14是表示更換本實施方式的三維層疊裝置的機械加工部的前端部的工序的一例的流程圖。

圖15是表示更換本實施方式的三維層疊裝置的層疊頭的前端部的工序的一例的流程圖。

圖16是表示本實施方式的三維層疊裝置的粉末的識別工序的一例的流程圖。

圖17是表示變更本實施方式的三維層疊裝置的成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，詳細說明本發明的優選的實施方式。需要說明的是，沒有通過該實施方式來限定本發明，而且，存在多個實施方式的情況下，也包括將各實施例組合而構成的情況。

圖1是表示本實施方式的三維層疊裝置1的示意圖。在此，在本實施方式中，將水平面內的一方向設為X軸方向，將在水平面內與X軸方向正交的方向設為Y軸方向，將與X軸方向及Y軸方向分別正交的方向(即鉛垂方向)設為Z軸方向。

圖1所示的三維層疊裝置1是在基臺部100製造三維形狀物的裝置。基臺部100是形成三維形狀物的成為基座的構件，由三維層疊裝置1搬運到規定的位置，在表面形成三維形成物。本實施方式的基臺部100是板狀的構件。需要說明的是，基臺部100沒有限定於此。基臺部100可以使用成為三維形狀物的基座的構件，也可以使用附加三維形狀物的構件。通過在規定的位置形成三維形成物而將成為零件、產品的構件使用作為基臺部100。

三維層疊裝置1具有三維層疊室2、預備室3、層疊頭收納室4、機械加工部收納室5、床身10、工作檯部11、層疊頭12、機械加工部13、控制裝置20、形狀計測部30、加熱頭31、裝置計測部32、工具更換部33、噴嘴更換部34、粉末導入部35、基臺移動部36、空氣排出部37、氣體導入部38、粉末回收部39。

三維層疊室2是將連接的配管等的除了設計的連通部分以外從外部進行密封的殼體(腔室)。需要說明的是，設計的連通部分設有對密閉狀態與開放狀態進行切換的閥等，根據需要，能夠使三維層疊室2為密閉狀態。三維層疊室2在內部配置有床身10、工作檯部11、層疊頭12、機械加工部13的一部分、加熱頭31的一部分、裝置計測部32、工具更換部33、噴嘴更換部34。

預備室3與三維層疊室2相鄰設置。預備室3將連接的配管等的除了設計的連通部分以外從外部進行密封。預備室3成為將外部與三維層疊室2連接的減壓室。在預備室3內設有基臺移動部36。在此，預備室3在三維層疊室2的連接部設有例如具有氣密性的門6。而且，預備室3通過具有氣密性的門7而與外部連接。而且，在預備室3設有從預備室3排出空氣的空氣排出部25。預備室3通過打開門7而能夠從外部將所需的構件向內部搬入。而且，預備室3通過打開門6而與三維層疊室2之間能夠進行構件的搬入、搬出。

層疊頭收納室4設置在三維層疊室2的Z軸方向上側的面上。層疊頭收納室4由Z軸滑動部4a支承為相對於三維層疊室2能夠沿Z軸方向(箭頭102的方向)移動的狀態。層疊頭收納室4的Z軸方向下側的面通過波紋管18而與三維層疊室2相連。波紋管18將層疊頭收納室4的Z軸方向下側的面與三維層疊室2相連，並將層疊頭收納室4的Z軸方向下側的面作為三維層疊室2的一部分。而且，三維層疊室2在由波紋管18包圍的區域形成開口。由層疊頭收納室4的Z軸方向下側的面和波紋管18包圍的空間與三維層疊室2相連，且與三維層疊室2一起被密閉。層疊頭收納室4對層疊頭12、形狀計測部30、加熱頭31進行支承。而且，層疊頭收納室4中，層疊頭12的包含噴嘴23的一部分和加熱頭31的包含前端部24的一部分從Z軸方向下側的面朝向三維層疊室2突出。

層疊頭收納室4利用Z軸滑動部4a而沿Z軸方向移動，由此使保持的層疊頭12、形狀計測部30、加熱頭31沿Z軸方向移動。而且，層疊頭收納室4經由波紋管18而與三維層疊室2連接，由此波紋管18對應於Z軸方向的移動而變形，能夠維持三維層疊室2與層疊頭收納室4之間的密閉狀態。

機械加工部收納室5設置在三維層疊室2的Z軸方向上側的面上。而且，機械加工部收納室5與層疊頭收納室4相鄰配置。機械加工部收納室5由Z軸滑動部5a支承為相對於三維層疊室2能夠沿Z軸方向(箭頭104的方向)移動的狀態。機械加工部收納室5的Z軸方向下側的面利用波紋管19而與三維層疊室2相連。波紋管19將機械加工部收納室5的Z軸方向下側的面與三維層疊室2相連，並將機械加工部收納室5的Z軸方向下側的面作為三維層疊室2的一部分。而且，三維層疊室2在由波紋管19包圍的區域形成開口。由機械加工部收納室5的Z軸方向下側的面和波紋管19包圍的空間與三維層疊室2相連，且與三維層疊室2一起被密閉。機械加工部收納室5對機械加工部13進行支承。而且，機械加工部收納室5中，機械加工部13的包含工具22的一部分從Z軸方向下側的面朝向三維層疊室2突出。

機械加工部收納室5通過Z軸滑動部5a而沿Z軸方向移動，由此使保持的機械加工部13沿Z軸方向移動。而且，機械加工部收納室5經由波紋管19而與三維層疊室2連接，由此波紋管19對應於Z軸方向的移動而變形，能夠維持三維層疊室2與機械加工部收納室5之間的密閉狀態。

床身10設置在三維層疊室2內的Z軸方向的底部。床身10對工作檯部11進行支承。床身10配置有各種配線或配管或驅動機構。

工作檯部11配置在床身10的上表面，對基臺部100進行支承。工作檯部11具有Y軸滑動部15、X軸滑動部16、旋轉工作檯部17。工作檯部11安裝有基臺部100並使基臺部100在床身10上移動。

Y軸滑動部15使X軸滑動部16相對於床身10沿Y軸方向(箭頭106的方向)移動。X軸滑動部16固定在成為Y軸滑動部15的運轉部的構件上，使旋轉工作檯部17相對於Y軸滑動部15沿X軸方向(箭頭108的方向)移動。旋轉工作檯部17固定在成為X軸滑動部16的運轉部的構件上，對基臺部100進行支承。旋轉工作檯部17是例如傾斜圓臺，具有固定臺17a、旋轉工作檯17b、傾斜工作檯17c、旋轉工作檯17d。固定臺17a固定在成為X軸滑動部16的運轉部的構件上。旋轉工作檯17b支承於固定臺17a，以與Z軸方向平行的旋轉軸110為旋轉軸而進行旋轉。傾斜工作檯17c支承於旋轉工作檯17b，以旋轉軸112為軸而轉動，該旋轉軸112與旋轉工作檯17b的被支承的面正交。旋轉工作檯17d支承於傾斜工作檯17c，以旋轉軸114為軸而旋轉，該旋轉軸114與傾斜工作檯17c的被支承的面正交。旋轉工作檯17d將基臺部100固定。這樣，旋轉工作檯部17以旋轉軸110、112、114為軸而使各部旋轉，由此能夠使基臺部100繞著正交的3個軸旋轉。工作檯部11通過Y軸滑動部15及X軸滑動部16，使固定於旋轉工作檯部17的基臺部100沿Y軸方向及X軸方向移動。而且，工作檯部11利用旋轉工作檯部17而以旋轉軸110、112、114為軸使各部旋轉，由此使基臺部100繞著正交的3個軸旋轉。工作檯部11還可以使基臺部100沿Z軸方向移動。

層疊頭12朝向基臺部100噴射粉末材料，進而通過向噴射的粉末材料照射雷射而使粉末熔融，使熔融的粉末在基臺部100上固化而形成成形層。向層疊頭12導入的粉末是成為三維形狀物的原料的材料的粉末。在本實施方式中，粉末可以使用例如鐵、銅、鋁或鈦等的金屬材料等。需要說明的是，作為粉末，也可以使用陶瓷等金屬材料以外的材料。層疊頭12設置在與床身10的Z軸方向的上側的面相面對的位置，與工作檯部11面對。層疊頭12在Z軸方向的下部設置噴嘴23。層疊頭12在主體46上裝配噴嘴23。

圖2是表示層疊頭12的噴嘴23的一例的剖視圖。如圖2所示，噴嘴23是雙層管，具有外管41和插入到外管41的內部的內管42。外管41是管狀的構件，朝向前端(Z軸方向下側)而直徑減小。內管42插入到外管41的內部。內管42也是管狀的構件，為朝向前端(Z軸方向下側)而直徑減小的形狀。噴嘴23的外管41的內周與內管42的外周之間成為粉末材料(粉末)P通過的粉末流路43。內管42的內周面側成為雷射通過的雷射路徑44。在此，裝配噴嘴23的主體46與噴嘴23同樣是雙層管，粉末流路43和雷射路徑44也同樣地形成。層疊頭12以包圍雷射路徑44的周圍的方式配置粉末流路43。在本實施方式中，粉末流路43成為噴射粉末的粉末噴射部。層疊頭12使從粉末導入部35導入的粉末P在粉末流路43中流動，從外管41與內管42之間的端部的開口即噴嘴噴射口部45噴射。

層疊頭12將粉末P以在規定的收斂位置具有規定的收斂徑的方式噴射。在此，收斂徑是指噴射的粉末P的軌跡的直徑成為最小的情況的粉末P的軌跡的直徑。如上所述，噴嘴23朝向前端而直徑減小，因此層疊頭12將粉末P以向放射方向內側收斂的方式噴射。即，層疊頭12以使粉末P的軌跡成為規定的收斂徑的方式噴射粉末P。而且，收斂位置是噴射的粉末P的軌跡收斂的位置。

另外，層疊頭12具有光源47、光纖48、聚光部49。光源47輸出雷射。光纖48將從光源47輸出的雷射向雷射路徑44引導。聚光部49配置在雷射路徑44上，配置在從光纖48輸出的雷射的光路上。聚光部49對從光纖48輸出的雷射L進行聚光。由聚光部49聚光的雷射L從內管42的端部輸出。層疊頭12將聚光部49配置於主體46，但是也可以將聚光部46的一部分或全部配置於噴嘴23。在噴嘴23配置聚光部46的一部分或全部的情況下，通過更換噴嘴23能夠使焦點位置成為不同的位置。

層疊頭12從粉末流路43噴射粉末P，從雷射路徑44輸出雷射L。從層疊頭12噴射的粉末P向從層疊頭12輸出的雷射L照射的區域侵入，由雷射L加熱。被照射雷射L的粉末P熔融之後，到達基臺部100上。以熔融的狀態到達基臺部100上的粉末P被冷卻而固化。由此，在基臺部100上形成成形層。

在此，本實施方式的層疊頭12也可以沒有將從光源47輸出的雷射L利用光纖48進行引導的光纖。而且，聚光部49可以設置於主體46，也可以設置於噴嘴23，還可以設置於這兩方。本實施方式的層疊頭12為了能夠有效地加工而同軸地設置噴射粉末P的粉末流路43和照射雷射L的雷射路徑44，但是沒有限定於此。層疊頭12也可以使噴射粉末P的機構與照射雷射L的機構為分體。本實施方式的層疊頭12向粉體材料照射雷射，但是只要能夠使粉體材料熔化或燒結即可，也可以照射雷射以外的光束。

機械加工部13例如對成形層等進行機械加工。如圖1所示，機械加工部13設置在與床身10的Z軸方向的上側的面相面對的位置，與工作檯部11面對。機械加工部13在Z軸方向的下部裝配工具22。需要說明的是，機械加工部13隻要在比床身10靠Z軸方向上側處設置在基於工作檯部11的基臺部100的可移動範圍即可，配置位置並不局限於本實施方式的位置。

圖3是表示控制裝置20的結構的示意圖。控制裝置20與三維層疊裝置1的各部電連接，控制三維層疊裝置1的各部的動作。控制裝置20設置在三維層疊室2或預備室3的外部。如圖3所示，控制裝置20具有輸入部51、控制部52、存儲部53、輸出部54、通信部55。輸入部51、控制部52、存儲部53、輸出部54、通信部55這各部被電連接。

輸入部51例如是操作面板。作業者向輸入部51輸入信息或指令等。控制部52例如是CPU(Central Processing Unit)及存儲器。控制部52向三維層疊裝置1的各部輸出對三維層疊裝置1的各部的動作進行控制的指令。而且，向控制部52輸入來自三維層疊裝置1的各部的信息等。存儲部53例如是RAM(Random Access Memory)或ROM(Read Only Memory)等存儲裝置。在存儲部53存儲有通過利用控制部52執行而控制各部的動作的三維層疊裝置1的運轉程序、或三維層疊裝置1的信息、或三維形狀物的設計信息等。輸出部54例如是顯示器。輸出部54例如顯示來自三維層疊裝置1的各部的信息等。通信部55例如與網際網路或LAN(Local Area Network：區域網)等那樣的通信線路進行通信，與通信線路之間交接信息。需要說明的是，控制裝置20隻要至少具有控制部52及存儲部53即可。控制裝置20若具有控制部52及存儲部53，則能夠向三維層疊裝置1的各部輸出指令。

形狀計測部30固定於層疊頭收納室4。形狀計測部30與層疊頭12相鄰配置。形狀計測部30計測形成在基臺部100上的成形層的表面形狀。形狀計測部30可以使用例如3D掃描器或計測相對距離的裝置。形狀計測部30例如使雷射在基臺部100上的成形層的表面掃描(掃描)，根據其反射光來算出成形層的表面的位置信息，由此計測成形層的表面形狀。而且，在本實施方式中，形狀計測部30安裝於層疊頭收納室4，但是只要能夠計測形成在基臺部100上的成形層的表面形狀即可，也可以安裝在其他的位置。

加熱頭31對基臺部100上的成形層或熔融的粉末P等進行加熱。加熱頭31固定於層疊頭收納室4。加熱頭31與層疊頭12相鄰配置。加熱頭31例如照射雷射、紅外光或電磁波，對成形層或熔融的粉末P進行加熱。通過利用加熱頭31對成形層或熔融的粉末P進行加熱，能夠控制成形層或熔融的粉末P的溫度。由此，能夠抑制成形層或熔融的粉末P的急劇的溫度下降，或者形成粉末P容易熔融的氣氛(高的溫度環境)。需要說明的是，加熱頭31例如可以還設置計測成形層表面的溫度的溫度傳感器，基於溫度傳感器的計測結果來控制加熱。

裝置計測部32作為機械加工部計測部而計測機械加工部13的工具22的前端56的位置。圖4是表示裝置計測部32的一例的示意圖。如圖4所示，裝置計測部32具有光源部57和攝像部58。裝置計測部32使機械加工部13的工具22的前端56位於光源部57與攝像部58之間。光源部57例如是LED。攝像部58是例如CCD(Charge Coupled Device：電荷耦合器件)相機。裝置計測部32在光源部57與攝像部58之間配置有工具22的前端56的狀態下，從光源部57朝向攝像部58照射光，利用攝像部58取得圖像。由此，能夠取得被工具22的前端56遮擋了光的圖像。裝置計測部32對通過攝像部58取得的圖像進行解析，具體而言，通過檢測光入射的位置與光未入射的位置的交界，能夠取得前端56的形狀、位置。控制裝置20基於取得的工具22的前端56的位置和機械加工部13的位置(機械加工部收納室5的位置)，來檢測裝配於機械加工部13的工具22的前端的準確的位置。需要說明的是，裝置計測部32隻要能計測機械加工部13的前端56的位置即可，並不局限於該結構，例如也可以通過雷射進行計測。

裝置計測部32還作為粉末供給部計測部來測定從層疊頭12噴射的粉末P的收斂位置和收斂徑。裝置計測部32在使層疊頭12位於在光源部57與攝像部58之間使粉末P收斂的狀態下，從光源部57朝向攝像部58照射光，利用攝像部58取得圖像。因此，裝置計測部32能夠取得由噴射的粉末P遮擋了光的圖像。裝置計測部32對利用攝像部58取得的圖像進行解析，取得粉末P的收斂位置及收斂徑。具體而言，裝置計測部32將光被遮擋而亮度低的部位作為噴射粉末P的區域，從取得的圖像中計測粉末P的噴射區域的最小徑及最小徑的位置，由此取得粉末P的收斂位置及收斂徑。需要說明的是，裝置計測部32也可以僅取得粉末P的收斂位置或收斂徑中的任一方。

工具更換部33配置在三維層疊室2的內部。工具更換部33對裝配於機械加工部13的工具22進行更換。圖5是表示工具更換部33的一例的示意圖。如圖5所示，工具更換部33具有軸部61、圓板部62、多個保持部63、移動部66。

軸部61是軸狀的構件，例如以軸向為中心而旋轉。圓板部62是圓板狀的構件。圓板部62在中心具有開口部67。而且，圓板部62在外緣將多個螺紋孔部68沿周向以規定的間隔設置。圓板部62將開口部67固定於軸部61。圓板部62伴隨著軸部61的旋轉而旋轉。

保持部63在圓板部62的外周沿圓板部62的周向設置多個。保持部63具有螺紋孔部69。保持部63通過螺紋孔部69與圓板部62的螺紋孔部68重疊並利用螺栓64進行緊固從而固定於圓板部62。保持部63的固定方法沒有限定於此。保持部63具有把持部65。把持部65向圓板部62的放射方向外側突出。把持部65為例如具有兩叉的突起的形狀，在2個突起之間能夠把持機械加工部13的工具22。工具更換部33將大小或執行的加工不同的多個種類的工具22保持於保持部63。

移動部66安裝於軸部61。移動部66通過使軸部61沿X軸方向及Y軸方向移動，由此使保持工具22的保持部63沿X軸方向及Y軸方向移動。移動部66通過使軸部61移動，而使圓板部62的保持部63保持的工具22從與機械加工部13面對的位置向不會阻礙加工動作的位置移動。

工具更換部33利用移動部66使圓板部62向與機械加工部13面對的位置移動。然後，工具更換部33使軸部61旋轉，使未把持工具22的把持部65移動到與機械加工部13面對的位置。然後，利用移動部66使把持部65移動，使把持部65與裝配於機械加工部13的工具22接觸，利用把持部65把持工具22。在此狀態下，利用機械加工部13執行將工具22拆卸的處理。然後，使對裝配於機械加工部13的另一工具22進行把持的把持部65移動到與機械加工部13面對的位置，向機械加工部13安裝另一工具22。

這樣，工具更換部33通過拆裝機械加工部13的工具22而能夠更換機械加工部的工具22。需要說明的是，工具更換部33隻要能夠更換機械加工部的工具22即可，並不局限於此結構。

噴嘴更換部34配置在三維層疊室2的內部。噴嘴更換部34對裝配於層疊頭12的噴嘴23進行更換。圖6是表示噴嘴更換部34的一例的示意圖。如圖6所示，噴嘴更換部34具有軸部71、圓板部72、多個保持部73、移動部76。噴嘴更換部34除了取代機械加工部13的工具22而更換層疊頭12的噴嘴23以外，是與工具更換部33相同的結構。更詳細而言，噴嘴更換部34的軸部71、圓板部72、保持部73、螺栓74、把持部75、移動部76、開口部77、螺紋孔部78及螺紋孔部79分別相當於工具更換部33的軸部61、圓板部62、保持部63、螺栓64、把持部65、移動部66、開口部67、螺紋孔部68及螺紋孔部69。因此，噴嘴更換部34的說明省略。

粉末導入部35向層疊頭12導入成為三維形狀物的原料的粉末材料。圖7A及圖7B分別是表示粉末導入部的一例的示意圖。如圖7A所示，在本實施方式中，粉末P以封入到盒83內的狀態進行管理。即，粉末例如按照材料的各種類封入到盒83內而出庫。在盒83設有材料顯示部84。材料顯示部84是例如表示材料的種類等的粉末的信息的顯示。材料顯示部84沒有限定為通過目視能夠確認的信息，也可以是IC晶片、二維碼或標記等通過讀取器進行讀取而能夠取得信息的顯示。材料顯示部84隻要能夠表示粉末的材料的種類即可，並不局限於此。材料顯示部84除了表示粉末的材料的種類以外，還能夠表示例如粉末的粒度、重量、純度或氧化物覆膜等的在三維形狀物製造上所需的粉末的信息。而且，材料顯示部84也可以包含表示粉末是否為正規品的信息。

粉末導入部35具有作為積存部的粉末收納部81及作為識別部的粉末識別部82。粉末收納部81是例如箱狀的構件，在內部收納有盒83。粉末收納部81連接有用於搬出粉末的搬運空氣供給部、將粉末向層疊頭12搬運的搬運路徑。粉末收納部81在收納有盒83的情況下，將積存於盒83的粉末向層疊頭12導入。粉末識別部82檢測到在粉末收納部81收納有盒83的情況後，讀取盒83的材料顯示部84，並讀取積存於盒83的粉末的信息。粉末導入部35通過利用粉末識別部82取得粉末的信息，能夠向層疊頭12供給已知的粉末。

在此，粉末導入部35也可以將未以封入到盒83內的狀態管理的粉末向層疊頭12供給。圖7B表示粉末未封入到盒內的情況的粉末導入部35A。粉末導入部35A具有粉末收納部81A、粉末識別部82A、將粉末收容部81A與粉末識別部82A相連的粉末引導管89。粉末收納部81A是例如箱狀的構件，在內部收納粉末P。粉末識別部82A對經由粉末引導管89供給的粉末進行分析，計測粉末的材料的種類、粒度、重量、純度或氧化物覆膜等的在三維形狀物製造上所需的粉末的信息。作為粉末識別部82A，可以使用通過分光分析來識別粉末的材料的分光分析裝置、通過粒度分析來計測粉末的粒度的粒度分析裝置、計測粉末的重量的重量計等。粉末識別部82A根據例如計測的粉末的材料的種類、粒度及重量等，來計測粉末的純度。而且，粉末識別部82A例如通過導電率來計測粉末的氧化物覆膜。粉末導入部35A也通過利用粉末識別部82A取得粉末的信息，從而能夠向層疊頭12供給已知的粉末。

基臺移動部36配置於預備室3。基臺移動部36使基臺部100a從預備室3內向三維層疊室2內移動，使三維層疊室2內的基臺部100向預備室3內移動。基臺移動部36安裝有從外部向預備室3內搬入的基臺部100a。基臺移動部36將安裝的基臺部100a從預備室3向三維層疊室2內搬入。更詳細而言，基臺移動部36使安裝於基臺移動部36的基臺部100a向三維層疊室2內移動，安裝於旋轉工作檯部17。基臺移動部36例如通過機械臂或正交軸搬運裝置而使基臺部100移動。

空氣排出部37例如是真空泵，將三維層疊室2內的空氣排出。氣體導入部38向三維層疊室2內導入規定成分的氣體，例如氬、氮等惰性氣體。三維層疊裝置1利用空氣排出部37排出三維層疊室2的空氣，利用氣體導入部38向三維層疊室2導入氣體。由此，三維層疊裝置1能夠使三維層疊室2內形成為所希望的氣體氣氛。在此，在本實施方式中，氣體導入部38設置在比空氣排出部37靠Z軸方向下方處。三維層疊裝置1通過將氣體導入部38設置在比空氣排出部37靠Z軸方向下方處，從而在使用比重比空氣中的氧等氣體高的氬作為導入的氣體的情況下，能夠適當地使三維層疊室2內充滿氬氣。需要說明的是，在使導入的氣體是比空氣輕的氣體的情況下，只要使配管的配置相反即可。

粉末回收部39回收從層疊頭12的噴嘴噴射口部45噴射的粉末P且未形成成形層的粉末P。粉末回收部39吸引三維層疊室2內的氣體，對氣體中包含的粉末P進行回收。從層疊頭12噴射的粉末P由雷射L熔融固化，形成成形層。然而，存在粉末P的一部分例如未被照射雷射L而仍殘留在三維層疊室2內的情況。而且，利用機械加工部13切削而從成形層排出的切屑粉殘留於三維層疊室2。粉末回收部39對殘留於三維層疊室2的粉末P或切屑粉進行回收。粉末回收部39也可以具備刷等機械性地回收粉末的機構。

圖8是表示粉末回收部39的一例的示意圖。如圖8所示，粉末回收部39具有導入部85、旋風分離器部86、氣體排出部87、粉末排出部88。導入部85例如是管狀的構件，一方的端部連接於例如三維層疊室2內。旋風分離器部86例如是中空的圓錐臺形狀的構件，例如朝向鉛垂方向下方而直徑減小。導入部85的另一方的端部沿著旋風分離器部86的外周的切線方向而與旋風分離器部86連接。氣體排出部87是管狀的構件，一方的端部與旋風分離器部86的鉛垂方向上方的端部連接。粉末排出部88是管狀的構件，一方的端部與旋風分離器部86的鉛垂方向下方的端部連接。

在氣體排出部87的另一方的端部連接有例如吸引氣體的泵。因此，氣體排出部87從旋風分離器部86吸引氣體，使旋風分離器部86成為負壓。由於旋風分離器部86成為負壓，因此導入部85從三維層疊室2吸引氣體。導入部85將未形成成形層的粉末P與三維層疊室2內的氣體一起吸引。導入部85沿著旋風分離器部86的外周的切線方向而與旋風分離器部86連接。因此，由導入部85吸引的氣體及粉末P沿著旋風分離器部86的內周迴旋。粉末P的比重比氣體高，因此向旋風分離器部86的內周的放射方向外側被離心分離。粉末P因自重而朝向延伸方向下方的粉末排出部88，從粉末排出部88排出。而且，氣體由氣體排出部87排出。

粉末回收部39對這樣未形成成形層的粉末P進行回收。而且，本實施方式的粉末回收部39將粉末P按照各比重分開回收。例如比重低的粉末由於自重小，因此不朝向粉末排出部88而由氣體排出部87吸引。因此，粉末回收部39能夠按照各比重而分別回收粉末P。需要說明的是，粉末回收部39隻要能夠回收未形成成形層的粉末P即可，並不局限於這樣的結構。

接下來，說明三維層疊裝置1的三維形狀物的製造方法。圖9是表示本實施方式的三維層疊裝置1的三維形狀物的製造方法的示意圖。而且，通過控制裝置20控制各部的動作而能夠執行圖9所示的製造方法。在本實施方式中，說明在底座91上製造三維形狀物的情況。底座91例如是金屬制的板狀構件，但是只要在上部製造三維形狀物即可，形狀及材料任意。底座91安裝在基臺部100上。基臺部100與底座91一起固定於工作檯部11的旋轉工作檯部17。需要說明的是，也可以將底座91設為基臺部100。

控制裝置20如步驟S1所示，通過工作檯部11，以將基臺部100上的底座91配置在層疊頭12的Z軸方向下方的方式使基臺部100移動。

接下來，如步驟S2所示，控制裝置20從粉末導入部35向層疊頭12導入粉末，從層疊頭12將粉末P與氣體一起噴射，並照射雷射L。粉末P以規定的收斂徑朝向基臺部100上的底座91噴射。雷射L在層疊頭12與底座91之間，以規定的點徑向粉末P照射。在此，相對於粉末P的收斂徑的Z軸方向上的位置的雷射L的點徑的Z軸方向上的位置及粉末P的收斂徑的Z軸方向上的位置的點徑例如通過移動聚光部49的位置能夠控制。

控制裝置20利用層疊頭12照射雷射L並噴射粉末P，由此如步驟S3所示，粉末P因雷射L的照射而熔融。熔融的粉末P作為熔融體A，朝向基臺部100上的底座91而向Z軸方向下方落下。

向Z軸方向下方落下的熔融體A到達基臺部100上的底座91的規定的位置。底座91上的熔融體A在底座91上的規定的位置，例如通過放冷而被冷卻。被冷卻的熔融體A如步驟S4所示在底座91上作為固化體B而固化。

控制裝置20利用工作檯部11而在基臺部100上向規定的位置移動，並按照步驟S2至步驟S4所示的次序利用層疊頭12在基臺部100上形成固化體B。通過反覆上述的次序，如步驟S5所示，固化體B在底座91上形成具有規定的形狀的成形層92。

控制裝置20如步驟S6所示，以使形成於底座91的成形層92配置在機械加工部13的Z軸方向下方的方式，利用工作檯部11使基臺部100的底座91移動。此外，控制裝置20利用機械加工部13對成形層92進行機械加工。控制裝置20選擇是否實施機械加工部13的機械加工，在不需要的情況下也可以不執行。因此，步驟S6所示的機械加工按照控制裝置20的指令而存在不實施的情況。

接下來，如步驟S7所示，控制裝置20利用工作檯部11使基臺部100的底座91移動，以將形成於底座91的成形層92配置在層疊頭12的Z軸方向下方。並且，反覆步驟S2至步驟S6所示的次序，在成形層92的上方依次層疊成形層93，來製造三維形狀物。

對以上進行總結的話，本實施方式的三維層疊裝置1如下所述地製造三維形狀物。層疊頭12的粉末噴射部43將粉末P朝向基臺部100上的底座91噴射。而且，層疊頭12的內管42在層疊頭12與底座91之間，向粉末P照射雷射L。被照射雷射L的粉末P熔融，在基臺部100上的底座91上固化，形成成形層92。三維層疊裝置1在成形層92上依次層疊成形層93，通過機械加工部13向成形層92、93適當施加機械加工，來製造三維形狀物。

在本實施方式中，三維形狀物在底座91上製造，但是三維形狀物也可以不在底座91上製造。三維形狀物例如也可以在基臺部100上直接製造。而且，三維層疊裝置1也可以通過在已存的造形物上層疊成形層而進行所謂堆焊。

在本實施方式中，機械加工部13例如對成形層92的表面進行機械加工，但也可以進行除此以外的機械加工。圖10A至圖10C分別是表示本實施方式的三維層疊裝置1的三維形狀物的製造方法的示意圖。圖10A至圖10C表示三維層疊裝置1製造圖10C所示的構件99的次序。

構件99具有圓板部95、軸部97、圓錐臺部98。而且，構件99在圓板部95形成有螺紋孔部96。如圖10C所示，圓板部95是圓板狀的構件。軸部97是直徑比圓板部95小的軸狀的構件，從圓板部95的一方的面的中央部延伸。螺紋孔部96設置在比圓板部95的軸部97靠外側處。圓錐臺部98設置在軸部97的前端，隨著朝向與圓板部95相反的方向而外徑增大。圓錐臺部98的長徑例如是與圓板部95的外徑相同的大小。即，螺紋孔部96位於比圓錐臺部98的長徑靠內側處。

接下來，說明三維層疊裝置1的構件99的製造次序。三維層疊裝置1如圖10A所示，通過層疊頭12的成形層的層疊而形成圓板部95及軸部97。三維層疊裝置1在製造了圓板部95及軸部97之後，如圖10B所示，利用機械加工部13形成螺紋孔部96。三維層疊裝置1在形成了螺紋孔部96之後，通過基於層疊頭12的成形層的層疊，在軸部97上形成圓錐臺部98。這樣來製造構件99。

在此，圓錐臺部98的長徑部分位於比螺紋孔部96靠外側處。換言之，螺紋孔部96由圓錐臺部98覆蓋上部。因此，例如通過機械加工製造構件99的情況下，無法使螺紋孔部96的加工工具從圓錐臺部98的上部朝向圓板部95移動。然而，三維層疊裝置1在製造圓錐臺部98之前，形成螺紋孔部96。這種情況下，螺紋孔部96的上部未被覆蓋。因此，三維層疊裝置1使機械加工部13從Z軸方向上部沿Z軸方向移動，由此能夠加工螺紋孔部96。這樣，機械加工部13通過調整成形層的形成和機械加工的時間，能夠使機械加工容易。

接下來，說明本實施方式的三維層疊裝置1的三維形狀物的製造的詳細工序。圖11是表示本實施方式的三維層疊裝置1的三維形狀物的製造工序的流程圖。控制裝置20例如讀出存儲在存儲部53內的三維形狀物的設計信息。

接下來，控制裝置20通過空氣排出部37排出三維層疊室2內的空氣(步驟S11)。在此，三維層疊室2將門6關閉，與預備室3分離。而且，三維層疊室2的其他的與外部氣體連通的部分也關閉且密封。控制裝置20例如利用空氣排出部37排出空氣，由此三維層疊室2內的氧濃度成為100ppm以下，優選成為10ppm以下。控制裝置20通過使三維層疊室2內的氧濃度成為100ppm以下而能夠成為非活性狀態，通過形成為10ppm以下而能夠更可靠地成為非活性狀態。

接下來，將具有底座91的基臺部100向預備室3內的基臺移動部36安裝(步驟S12)。需要說明的是，三維層疊裝置1也可以比步驟S11的處理先進行步驟S12的處理。

控制裝置20安裝了預備室3內的基臺移動部36之後，將預備室3的門7關閉，通過空氣排出部25排出預備室3內的空氣(步驟S13)。控制裝置20利用空氣排出部25排出空氣，由此使預備室3內的氧濃度下降。預備室3內的氧濃度優選成為例如與三維層疊室2內相同的氧濃度。

控制裝置20在預備室3的空氣的排出完成之後，將三維層疊室2的門6打開，利用基臺移動部36向三維層疊室2內的旋轉工作檯部17安裝基臺部100(步驟S14)。基臺部100固定於旋轉工作檯部17。控制裝置20在將基臺部100安裝於旋轉工作檯部17之後，使基臺移動部36返回預備室3內，將門6關閉。

控制裝置20在將基臺部100安設於旋轉工作檯部17之後，利用氣體導入部38向三維層疊室2內導入氣體(步驟S15)。在本實施方式中，氣體導入部38導入的氣體是氮或氬等的惰性氣體。氣體導入部38導入惰性氣體，以使三維層疊室2內的殘留氧濃度成為100ppm以下。

另外，三維層疊裝置1根據粉末材料的種類，也可以省略步驟S11、步驟S13、步驟S15。例如在即使由於粉末材料的氧化而三維形狀物的品質等也不會成為問題的情況下，也可以省略這些步驟，使三維層疊室2及預備室3為大氣氣氛。而且，步驟S13及步驟S15在步驟S16以後也可以繼續進行。即，空氣排出部37也可以在製造三維形狀物期間，從三維層疊室2適當排出空氣。而且，氣體導入部38也可以在製造三維形狀物期間向三維層疊室2內適當導入惰性氣體。

控制裝置20在惰性氣體向三維層疊室2的導入完成之後，判斷對於基臺部100上的底座91是否進行機械加工(步驟S16)。例如，控制裝置20使形狀計測部30計測底座91的表面形狀。控制裝置20基於形狀計測部30的計測結果，判斷對於底座91是否進行機械加工。控制裝置20例如在底座91的表面粗糙度大於規定的值的情況下，判斷為進行底座91的機械加工。但是，是否需要基於控制裝置20的底座91的機械加工的判斷並不局限於此，也可以不根據形狀計測部30的計測結果。控制裝置20例如可以預先在存儲部53內存儲底座91的信息，根據底座91的信息和三維形狀物的設計信息來判斷是否需要底座91的加工。而且，控制裝置20也可以設為始終對底座91進行加工的設定。

控制裝置20在判斷為需要底座91的機械加工的情況下(步驟S16為「是」)，利用機械加工部13以規定的條件進行底座91的機械加工(步驟S17)。控制裝置20例如基於形狀計測部30的底座91的形狀計測結果或底座91的信息、三維形狀物的設計信息等，來決定底座91的機械加工的條件。

控制裝置20在判斷為不需要底座91的加工的情況下(步驟S16為「否」)，或者以規定的條件進行了底座91的機械加工的情況下，例如基於從存儲部53讀出的三維形狀物的設計信息，來決定成形層的形成條件(步驟S18)。成形層的形成條件是指例如成形層的各層的形狀、粉末P的種類、粉末P的噴射速度、粉末P的噴射壓力、雷射L的照射條件、粉末P的收斂徑與雷射L的點徑與成形層表面的位置關係、在氣體中熔融的粉末P的尺寸、溫度、形成中的成形層表面上形成的熔融池的尺寸、冷卻速度、或工作檯部11的基臺部100的移動速度等、在形成成形層上所需的條件。

控制裝置20在決定了成形層的形成條件之後，利用層疊頭12，將粉末P朝向基臺部100上的底座91噴射，開始雷射L的照射(步驟S19)。控制裝置20噴射粉末P並照射雷射L，由此利用雷射L使粉末P熔融，能夠使熔融的粉末P固化，從而在底座91上形成固化體B。

控制裝置20噴射粉末P並照射雷射L，利用工作檯部11使基臺部100移動，由此在底座91上形成成形層92(步驟S20)。控制裝置20也可以利用加熱頭31對成形層92進行加熱或者對固化體B附著之前的部分進行加熱。

控制裝置20在形成了成形層92之後，判斷成形層92是否需要機械加工(步驟S21)。控制裝置20例如使形狀計測部30計測成形層92的表面形狀。控制裝置20基於形狀計測部30的計測結果，判斷是否需要成形層92的機械加工。例如，控制裝置20在成形層92的表面粗糙度大於規定的值的情況下，判斷為進行成形層92的機械加工。但是，是否需要成形層92的機械加工的判斷的基準並不局限於此。控制裝置20例如也可以根據三維形狀物的設計信息和成形層的形成條件來判斷是否需要成形層92的機械加工。例如，控制裝置20也可以在根據成形層的形成條件而算出的成形層92的表面粗糙度比基於三維形狀物的設計信息的所需的表面粗糙度大的情況下，判斷為成形層92需要機械加工。

控制裝置20在判斷為不需要成形層92的機械加工的情況下(步驟S21為「否」)，進入步驟S24。控制裝置20在判斷為需要成形層92的機械加工的情況下(步驟S21為「是」)，決定成形層92的機械加工的加工條件(步驟S22)。例如，控制裝置20基於形狀計測部30的計測結果或三維形狀物的設計信息、成形層92的形成條件等，來決定加工條件。控制裝置20在決定了成形層加工條件之後，利用機械加工部13基於決定了的加工條件對成形層92進行機械加工(步驟S23)。

控制裝置20在進行了成形層92的機械加工的情況下，或者判斷為不需要成形層92的機械加工的情況下，判斷是否需要在成形層92上進一步層疊成形層93(步驟S24)。控制裝置20例如基於從存儲部53讀出的三維形狀物的設計信息，判斷是否需要在成形層92上進一步層疊成形層93。

控制裝置20在判斷為需要成形層93的層疊的情況下(步驟S24為「是」)，返回步驟S18，在成形層92上層疊成形層93。控制裝置20在判斷為不需要成形層93的層疊的情況下(步驟S24為「否」)，三維形狀物的製造完成。

三維層疊裝置1這樣製造三維形狀物。本實施方式的三維層疊裝置1利用層疊頭12噴射粉末P，並向粉末P照射雷射L，由此製造三維形狀物。並且，三維層疊裝置1利用機械加工部13能夠對成形層92適當地施加機械加工。因此，三維層疊裝置1能夠高精度地製造三維形狀物。

另外，基臺移動部36使基臺部100向三維層疊室2的內部移動。三維層疊室2的內部有時被排出空氣。例如即使作業者未進入三維層疊室2的內部，基臺移動部36也能夠使基臺部100向三維層疊室2的內部移動。

此外，三維層疊裝置1具有形狀計測部30，由此能夠施加對成形層的形成條件進行變更的工序。圖12是表示變更本實施方式的三維層疊裝置1的成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。首先，控制裝置20利用形狀計測部30計測成形層92的形狀(步驟S31)。控制裝置20也可以一邊在層疊頭12上形成成形層，一邊使形狀計測部30測定成形層92的形狀。形狀計測部30能夠計測層疊頭12要形成固化體B的部位的形狀和在該部位形成的固化體B的形狀這雙方的形狀。即，形狀計測部30能夠計測成形層92的形成前後的表面形狀。

控制裝置20在計測了成形層的形狀之後，基於形狀計測部30的測定結果，判斷是否需要成形層的形成條件的變更(步驟S32)。控制裝置20例如基於層疊頭12要形成固化體B的部位的表面形狀的計測結果，判斷是否變更該部位與層疊頭12之間的距離。例如，在層疊頭12要形成固化體B的部位的表面形狀與其他的部位的表面形狀不同的情況下，控制裝置20以使形成成形層的部位與層疊頭12之間的距離一定的方式變更層疊頭12的位置。而且，例如，控制裝置20基於所形成的固化體B的形狀的計測結果，判斷是否變更例如粉末P的噴射條件或雷射L的照射條件等。例如，在所形成的固化體B的形狀與三維形狀物的設計信息相比不適當的情況下，控制裝置20將粉末P的噴射條件或雷射L的照射條件等變更為適當的條件。

控制裝置20在判斷為需要成形層的形成條件的變更的情況下(步驟S32為「是」)，對成形層的形成條件進行變更(步驟S33)。

控制裝置20在變更了成形層的形成條件的情況或者判斷為不需要成形層的形成條件的變更的情況下(步驟S32為「否」)，利用層疊頭12進行粉末P的噴射和雷射L的照射，並通過利用工作檯部11使基臺部100移動來形成成形層(步驟S34)。這樣，基於形狀計測部30的對成形層的形成條件進行變更的工序結束。

控制裝置20根據形狀計測部30對成形層的表面形狀的計測結果，變更及決定成形層的形成條件，控制層疊頭12的動作。因此，三維層疊裝置1如上所述能夠使形成成形層的部位與層疊頭12之間的距離一定等，更適當地進行成形層的形成。此外，三維層疊裝置1能夠一邊利用層疊頭12形成成形層，一邊利用形狀計測部30計測成形層92的形狀。因此，三維層疊裝置1能夠使成形層的形成條件更加適當，能夠更高精度地製造三維形狀物。

此外，三維層疊裝置1通過利用裝置計測部32計測機械加工部13的前端56的位置，能夠施加決定機械加工的加工條件的工序。圖13是表示決定本實施方式的三維層疊裝置1的成形層的加工條件的工序的一例的流程圖。

控制裝置20利用形狀計測部30計測成形層92的形狀(步驟S41)。控制裝置20基於形狀計測部30的測定結果，判斷成形層92是否需要機械加工(步驟S42)。

控制裝置20在判斷為需要成形層92的機械加工的情況下(步驟S42為「是」)，利用裝置計測部32計測機械加工部13的工具22的前端56的位置(步驟S43)。

控制裝置20根據由形狀計測部30計測到的成形層92的形狀和由裝置計測部32計測到的機械加工部13的前端56的位置的測定結果，來決定成形層92的加工條件(步驟S44)。需要說明的是，控制裝置20也可以基於由形狀計測部30計測到的成形層92的形狀和由裝置計測部32計測到的機械加工部13的前端56的位置的測定結果中的任一個，來決定成形層92的加工條件。控制裝置20基於由形狀計測部30計測到的成形層92的形狀，來決定利用機械加工部13進行加工的量。控制裝置20通過決定加工量，來決定機械加工部13的Z軸方向的移動的軌跡和基於工作檯部11的基臺部100的移動的軌跡。

接下來，控制裝置20在決定了加工條件之後，利用機械加工部13對成形層92進行機械加工(步驟S45)，結束本工序。而且，控制裝置20在判斷為不需要成形層92的機械加工的情況下(步驟S42為「否」)，也結束本工序。

這樣，控制裝置20根據由形狀計測部30計測到的成形層92的表面形狀的計測結果和由裝置計測部32計測到的機械加工部13的前端56的計測結果，決定成形層的切削條件，控制機械加工部13的動作。因此，三維層疊裝置1能夠適當地算出成形層92的機械加工的加工條件，能夠適當地進行成形層92的機械加工。

另外，裝置計測部32通過攝像來計測機械加工部13的工具22的前端56的位置。因此，裝置計測部32能夠一邊使機械加工部13工作，一邊計測前端的位置，而且，也能夠包括由熱膨脹引起的機械加工部13的工具22的前端56的位置變化在內地計測前端56的位置。例如，在機械加工部13的工具22的前端56的位置的計測結果的誤差大於成形層92所需的機械加工量的情況下，即便進行成形層92的機械加工，也存在成形層92未被進行機械加工或者機械加工的加工量變得過大的可能性。然而，本實施方式的三維層疊裝置1利用裝置計測部32能夠抑制機械加工部13的前端56的位置的測定誤差，因此能夠更適當地進行成形層92的機械加工。

例如，控制裝置20即便在以使成形層92的Z軸方向上的厚度成為0.2mm的方式控制層疊頭12的情況下，實際形成的成形層92的Z軸方向上的厚度最大有時也會具有0.2mm的誤差，例如成為0.1mm以上且0.3mm以下的厚度。而且，工具22的前端56的位置因熱膨脹而變化，由熱膨脹引起的工具22的前端56的位置變化的誤差例如有時最大成為0.1mm。因此，例如，在不使用形狀計測部30及裝置計測部32進行在成形層92的表面產生的形成不良部的除去加工的情況下，控制裝置20需要考慮成形層92的厚度與工具22的位置變化的最大誤差，作出指示，以0.3mm以上的加工量對機械加工部13進行除去加工。在此，在成形層92的厚度為0.2mm的情況下，加工量為0.3mm以上，因此包括正常部位在內的成形層92全部被除去，此外，可能加工直至成形層92的下方的成形層為止。然而，在使用形狀計測部30及裝置計測部32進行成形層92的表面的除去加工的情況下，形狀計測部30及裝置計測部32能夠計測成形層92的實際的厚度及由熱膨脹引起的工具22的位置變化。因此，控制裝置20不需要考慮成形層92的厚度與工具22的位置變化的最大誤差，能夠使機械加工部13僅對於產生了形成不良的成形層92的表面適當地進行除去加工。

此外，三維層疊裝置1具有工具更換部33，由此能夠施加對機械加工部13的工具22進行更換的工序。圖14是表示對本實施方式的三維層疊裝置1的機械加工部13的工具22進行更換的工序的一例的流程圖。控制裝置20決定成形層92的機械加工的加工條件(步驟S51)。步驟S51中的加工條件的決定例如通過與圖13的步驟S44中的加工條件的決定同樣的方法進行。

控制裝置20在決定了加工條件之後，基於決定的成形層92的加工條件，判斷是否更換機械加工部13的工具22(步驟S52)。例如，控制裝置20在判斷為需要更高精度地進行成形層92的加工的情況下，控制裝置20判斷為需要將機械加工部13的工具22更換為具有更小的刀刃的工具。而且，例如在對加工內容進行變更的情況下，控制裝置20判斷為需要更換機械加工部13的工具22。例如，在利用機械加工部13加工了成形層92的表面之後，對成形層92進行螺紋孔等的加工的情況下，控制裝置20判斷為需要將機械加工部13的工具22從表面加工用的工具更換為螺紋孔加工用的工具。但是，判斷是否更換機械加工部13的工具22的條件並不局限於此。

控制裝置20在判斷為更換機械加工部13的工具22的情況下(步驟S52為「是」)，利用工具更換部33更換機械加工部13的工具22(步驟S53)。

控制裝置20在更換了機械加工部13的工具22之後，通過更換了工具的機械加工部13進行成形層92的機械加工(步驟S54)，結束本工序。而且，控制裝置20在判斷為不需要更換機械加工部13的工具22的情況下(步驟S52為「否」)，通過未更換工具的機械加工部13進行成形層92的機械加工(步驟S54)，本工序結束。

這樣，工具更換部33能夠基於決定了的成形層92的加工條件來更換機械加工部13的工具22。因此，本實施方式的三維層疊裝置1能夠更適當或更容易地進行成形層92的機械加工。

此外，三維層疊裝置1具有噴嘴更換部34，由此能夠施加對層疊頭12的噴嘴23進行更換的工序。圖15是表示對本實施方式的三維層疊裝置1的層疊頭12的噴嘴23進行更換的工序的一例的流程圖。首先，控制裝置20決定成形層92的形成條件(步驟S61)。步驟S61中的加工條件的決定例如通過與圖11的步驟S18中的成形層92的形成條件的決定同樣的方法進行。

控制裝置20在決定了形成條件之後，基於決定了的成形層92的形成條件，判斷是否更換層疊頭12的噴嘴23(步驟S62)。控制裝置20例如在決定了的成形層92的形成條件是提高成形層92的形成精度的條件的情況下，判斷為需要將機械加工部13的工具22更換為發出點徑更小的雷射L的工具或者使粉末P的噴射的收斂徑更小的工具等。但是，判斷是否更換層疊頭12的噴嘴23的條件並不局限於此。

控制裝置20在判斷為更換層疊頭12的噴嘴23的情況下(步驟S62為「是」)，利用噴嘴更換部34更換層疊頭12的噴嘴23(步驟S63)。

控制裝置20在更換了層疊頭12的噴嘴23之後，通過更換了噴嘴23的層疊頭12，進行粉末P的噴射和雷射L的照射(步驟S64)，進行成形層的形成(步驟S65)，結束本工序。控制裝置20在判斷為不需要更換層疊頭12的噴嘴23的情況下(步驟S62為「否」)，通過未更換噴嘴的層疊頭12進行粉末P的噴射和雷射L的照射(步驟S64)，進行成形層的形成(步驟S65)，結束本工序。

這樣，三維層疊裝置1能夠基於由噴嘴更換部34決定了的成形層92的形成條件來更換層疊頭12的噴嘴23。因此，本實施方式的三維層疊裝置1能夠更適當或更容易地進行成形層92的形成。

此外，三維層疊裝置1具有粉末導入部35，由此能夠施加對於向層疊頭12導入的粉末進行識別的工序。圖16是表示本實施方式的三維層疊裝置1的粉末的識別工序的一例的流程圖。控制裝置20檢測在粉末導入部35安設有粉末的情況(步驟S71)，例如，檢測在粉末收納部81收納有放入了粉末的盒83的情況。

控制裝置20在安設了粉末之後，通過粉末導入部35的粉末識別部82識別粉末(步驟S72)。控制裝置20例如通過粉末導入部35的粉末識別部82讀取盒83的材料顯示部84，檢測例如粉末的種類、粒度、重量、純度或氧化物覆膜等的在三維形狀物製造上所需的粉末的信息。控制裝置20也可以通過粉末導入部35A的粉末識別部82A來識別粉末導入部35A內的粉末。

控制裝置20在識別了粉末之後，基於粉末的識別結果，判斷粉末導入部35內的粉末是否為適當的粉末(步驟S73)。控制裝置20基於例如三維形狀物的設計信息，判斷粉末導入部35內的粉末是否為適當的粉末。例如，粉末導入部35內的粉末是為了製造由它們製造的三維形狀物而不適當的材質的情況下，控制裝置20判斷為粉末導入部35內的粉末不適當。

控制裝置20在判斷為粉末是適當的粉末的情況下(步驟S73為「是」)，利用粉末導入部35將粉末向層疊頭12導入(步驟S74)。

接下來，控制裝置20基於在步驟S72中識別的粉末的信息，決定成形層92的形成條件(步驟S75)，結束本工序。在此，層疊頭12存在例如將不同的粉末混合噴射的情況。這種情況下，控制裝置20也基於將不同的粉末混合噴射的指令內容，來決定成形層92的形成條件。在此，成形層92的形成條件是與圖11的步驟S18同樣的條件，例如是成形層的各層的形狀、粉末的種類、粉末P的噴射速度、粉末P的噴射壓力、雷射L的照射條件、熔融體A的溫度、固化體B的冷卻溫度、或基於工作檯部11的基臺部100的移動速度等、在形成成形層上所需的條件。

控制裝置20在判斷為粉末是不適當的粉末(步驟S73為「否」)的情況下(「否」)，經由通信部55將粉末不適當的內容的信息或者不適當的粉末的信息向外部的數據伺服器等傳遞(步驟S76)，結束本處理。這種情況下，控制裝置20未作出從粉末導入部35向層疊頭12導入粉末的指令，本工序結束。即，三維層疊裝置1在判斷為粉末不是適當的粉末的情況下，停止向層疊頭12的粉末的供給。

這樣，控制裝置20根據粉末導入部35對粉末的識別結果，來控制從粉末導入部35向層疊頭12的粉末的導入。在粉末不是適當的粉末的情況下，所製造的三維形狀物的品質可能會下降。而且，在向不適當的粉末照射雷射L的情況下，存在起火等安全性下降的可能性。粉末導入部35僅在粉末是適當的粉末的情況下向層疊頭12導入粉末。因此，本實施方式的三維層疊裝置1能夠抑制三維形狀物的品質的下降，或者能夠抑制安全性的下降。

另外，在判斷為粉末不是適當的粉末的情況下，控制裝置20能夠將粉末不適當的內容的信息或者不適當的粉末的信息向外部的數據伺服器等傳遞。通過在外部的數據伺服器蓄積這些信息，能夠使三維層疊裝置1使用的粉末更加適當。因此，本實施方式的三維層疊裝置1能夠提高三維形狀物的品質。

另外，控制裝置20根據粉末導入部35對粉末的識別結果，決定成形層92的形成條件，控制層疊頭12的動作。因此，本實施方式的三維層疊裝置1能夠更適當地形成成形層92。

此外，三維層疊裝置1通過利用裝置計測部32計測粉末P的收斂位置及收斂徑，能夠施加對成形層的形成條件進行變更的工序。圖17是表示對本實施方式的三維層疊裝置1的成形層的形成條件進行變更的工序的一例的流程圖。首先，控制裝置20通過裝置計測部32計測從層疊頭12噴射的粉末P的收斂徑及收斂位置(步驟S81)。

控制裝置20在計測了粉末P的收斂徑及收斂位置之後，基於裝置計測部32的計測結果，判斷是否需要成形層的形成條件的變更(步驟S82)。控制裝置20基於粉末P的收斂徑及收斂位置的計測結果，判斷是否變更例如粉末P的噴射條件或雷射L的照射條件等。例如，在粉末P的收斂徑及收斂位置與三維形狀物的設計信息相比不適當的情況下，控制裝置20將粉末P的噴射條件或雷射L的照射條件等變更為適當的條件。例如，控制裝置20在計測到的粉末P的收斂徑相對於要求的成形層92的形成精度而過大的情況下，判斷為減小粉末P的收斂徑。而且，例如，控制裝置20在計測到的粉末P的收斂位置距基臺部100過近的情況下，判斷為變更粉末P的收斂位置。

控制裝置20在判斷為需要成形層的形成條件的變更的情況下(步驟S82為「是」)，對成形層的形成條件進行變更(步驟S83)。例如，控制裝置20通過增大粉末P的噴射速度來減小粉末P的收斂徑。而且，例如，控制裝置20例如使層疊頭12沿Z軸方向移動，由此調整粉末P的收斂位置。

控制裝置20在變更了成形層的形成條件的情況或者判斷為不需要成形層的形成條件的變更的情況下(步驟S82為「否」)，一邊利用層疊頭12進行粉末P的噴射和雷射L的照射，一邊利用工作檯部11使基臺部100移動，由此形成成形層(步驟S84)。這樣，對基於形狀計測部30的成形層的形成條件進行變更的工序結束。

在此，三維層疊裝置1根據所噴射的粉末P的收斂位置及收斂徑而形成的成形層92的精度變化。例如，三維層疊裝置1在粉末P的收斂徑小的情況下，熔融體A的直徑也減小，形成緻密的成形層92。而且，例如，三維層疊裝置1根據粉末P的噴射位置和雷射L的點徑的位置而使熔融體A的直徑變化。如上所述，三維層疊裝置1根據裝置計測部32對粉末P的收斂位置及收斂徑的計測結果，控制裝置20變更及決定成形層的形成條件，控制層疊頭12的動作。因此，三維層疊裝置1能夠使成形層的形成條件更加適當，能夠更高精度地製造三維形狀物。

另外，在本實施方式中，裝置計測部32計測機械加工部13的前端56的位置和利用層疊頭12噴射的粉末P的收斂位置及收斂徑這兩方。即，三維層疊裝置1將對機械加工部13的前端56的位置進行計測的裝置和對粉末P的收斂位置及收斂徑進行計測的裝置共用。因此，三維層疊裝置1能夠抑制其尺寸的增大。但是，三維層疊裝置1也可以分體地具有對機械加工部13的前端56的位置進行計測的裝置和對利用層疊頭12噴射的粉末P的收斂位置及收斂徑進行計測的裝置。

以上，說明了本發明的實施方式，但是沒有通過這些實施方式的內容來限定這些實施方式。而且，前述的構成要素包括本領域技術人員能夠容易想到的要素、實質上相同的要素、所謂均等的範圍的要素。此外，前述的構成要素可以適當組合。此外，在不脫離前述的實施方式等的主旨的範圍內能夠進行構成要素的各種省略、置換或變更。例如，本實施方式的三維層疊裝置1並不局限於利用層疊頭12噴射粉末P而向粉末P照射雷射L的結構。三維層疊裝置1隻要通過供給粉末P並向粉末P照射雷射L而形成成形層，並向成形層適當地施加機械加工即可。例如，三維層疊裝置1也可以利用粉末供給部形成粉末層，向粉末層的一部分照射雷射L而使粉末燒結，由此形成成形層。而且，例如，三維層疊裝置也可以將控制裝置20通過網際網路等通信線路而與外部的設備連接，基於從外部的設備輸入的指示，變更、設定加工條件例如成形層的形成條件。即，三維層疊裝置也可以使用通信線路進行通信，能夠根據外部的設備來變更加工條件。

標號說明

1 三維層疊裝置

2 三維層疊室

3 預備室

4 層疊頭收納室

4a、5a Z軸滑動部

5 機械加工部收納室

6、7 門

10 床身

11 工作檯部

12 層疊頭

13 機械加工部

15 Y軸滑動部

16 X軸滑動部

17 旋轉工作檯部

18、19 波紋管

20 控制裝置

22 工具

23 噴嘴

24 前端部

25 空氣排出部

30 形狀計測部

31 加熱頭

32 裝置計測部

33 工具更換部

34 噴嘴更換部

35、35A 粉末導入部

36 基臺移動部

37 空氣排出部

38 氣體導入部

39 粉末回收部

41 外管

42 內管

43 粉末流路

44 雷射路徑

46 主體

47 光源

48 光纖

49 聚光部

51 輸入部

52 控制部

53 存儲部

54 輸出部

55 通信部

56 前端

57 光源部

58 攝像部

61、71 軸部

62、72 圓板部

63、73 保持部

64、74 螺栓

65、75 把持部

66、76 移動部

67、77 開口部

68、69、78、79 孔部

81、81A 粉末收納部

82、82A 粉末識別部

83 盒

84 材料顯示部

85 導入部

86 旋風分離器部

87 氣體排出部

88 粉末排出部

91 底座

92、93 成形層

95 圓板部

96 孔部

97 軸部

98 圓錐臺部

99 構件

100 基臺部

102、104、106、108 箭頭

A 熔融體

B 固化體

L 雷射

P 粉末