CN106163703A - 三维层叠装置及三维层叠方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度地制造三维形状物的三维层叠装置及三维层叠方法。三维层叠装置在基台部层叠成形层而形成三维形状，其中，所述三维层叠装置具有：粉末供给部，供给粉末材料；光照射部，向粉末材料照射光束，使被照射光束的粉末材料的至少一部分烧结或熔融固化来形成成形层；加热部，对通过了基台部或成形层的被照射光束的位置的区域或者通过被照射光束的位置之前的区域选择性地进行加热；及控制装置，控制粉末供给部、光照射部及加热部的动作。

Description

三维层叠装置及三维层叠方法

技术领域

本发明涉及通过层叠来制造三维形状物的三维层叠装置及三维层叠方法。

背景技术

作为制造三维形状物的技术，已知有通过向金属粉末材料照射光束来制造三维形状物的层叠造形技术。例如，在专利文献1中记载有制造三维形状造形物的方法，该三维形状造形物通过向由金属粉末材料形成的粉末层照射光束来形成烧结层，并将其反复而将多个烧结层层叠作为一体来得到。而且，在专利文献2中记载有如下的装置：从形成在拆装自如的圆锥形管嘴的中央开口输出激光束和粉末化金属，向加工对象的工件照射激光，形成液化的金属的浅的积存处，通过向此位置供给粉末化金属而进行堆焊。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2009-1900号公报

【专利文献2】日本特表平10-501463号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

然而，在制造三维形状物的层叠造形技术中，要求高精度地制造三维形状物的技术。

本发明目的在于提供一种高精度地制造三维形状物的三维层叠装置及三维层叠方法。

【用于解决课题的方案】

为了解决上述的课题，实现目的，本发明涉及一种三维层叠装置，在基台部层叠成形层而形成三维形状，其中，所述三维层叠装置具有：粉末供给部，供给粉末材料；光照射部，向所述粉末材料照射光束，使被照射所述光束的所述粉末材料的至少一部分烧结或熔融固化来形成所述成形层；加热部，对通过了所述基台部或成形层的被照射所述光束的位置的区域或者通过被照射所述光束的位置之前的区域选择性地进行加热；及控制装置，控制所述粉末供给部、所述光照射部及所述加热部的动作。

另外，优选的是，所述粉末供给部朝向所述基台部喷射所述粉末材料，所述光照射部向从所述粉末供给部朝向所述基台部移动的所述粉末材料照射光束，使所述粉末材料熔融，使熔融了的所述粉末材料在所述基台部上固化而形成所述成形层。

另外，优选的是，所述粉末供给部呈同心圆状地配置在所述光照射部的外周，将所述光照射部的所述光束通过的路径包围的内管与覆盖所述内管的外管之间成为所述粉末材料流动的粉末流路。

另外，优选的是，所述三维层叠装置具有移动机构，该移动机构使所述光照射部及所述粉末供给部与所述基台部相对移动，所述控制装置通过所述移动机构来决定所述光照射部及所述粉末供给部相对于所述基台部通过的路径。

另外，优选的是，所述加热部具有光源单元，该光源单元输出光束，所述加热部照射从所述光源单元输出的光束来进行加热。

另外，优选的是，所述光束是激光。

另外，优选的是，所述加热部具备照射位置调整机构，该照射位置调整机构具备对从所述光源单元输出的光束进行反射的反射镜及调整所述反射镜的角度的角度调整机构。

另外，优选的是，所述光源单元具有输出激光的半导体激光器、对从所述半导体激光器输出的激光进行聚光的聚光部、及入射有由所述聚光部聚光后的激光的光纤。

另外，优选的是，所述光源单元具有多个所述半导体激光器和所述聚光部，由多个所述半导体激光器输出并由各个所述聚光部聚光后的激光向一个光纤入射。

另外，优选的是，所述半导体激光器是垂直发光型半导体激光器。

另外，优选的是，所述三维层叠装置具有多个所述半导体激光器，所述聚光部具有：准直透镜，配置于多个所述半导体激光器的每一个半导体激光器；及合波部，使由多个所述准直透镜准直后的激光合波而向所述光纤入射。

另外，优选的是，所述三维层叠装置具有温度检测部，该温度检测部检测所述成形层的表面的温度和分布，所述控制装置根据所述温度检测部产生的所述成形层的表面温度的计测结果，来控制所述加热部进行的加热。

另外，优选的是，所述控制装置基于所述温度检测部产生的所述成形层的表面温度的计测结果和所述基台部及所述成形层的特性，来控制所述加热部进行的加热。

另外，优选的是，所述三维层叠装置具有等离子发光检测部，该等离子发光检测部检测所述成形层的表面的等离子发光，所述控制装置根据所述等离子发光检测部产生的计测结果，来控制所述加热部进行的加热。

另外，优选的是，所述三维层叠装置具有反射光检测部，该反射光检测部检测来自所述成形层的表面的反射光，所述控制装置根据所述反射光检测部产生的计测结果，来控制所述加热部进行的加热。

另外，优选的是，所述加热部对通过了被照射所述光束的位置的区域进行加热。

另外，优选的是，所述加热部对通过被照射所述光束的位置之前的区域进行加热。

另外，优选的是，所述三维层叠装置具有切换机构，该切换机构切换所述光照射部与所述加热部的相对位置，所述控制装置根据所述光照射部和所述加热部与所述基台部的相对移动的方向、及由所述加热部加热的区域是通过了所述基台部或成形层的被照射所述光束的位置的区域还是通过被照射所述光束的位置之前的区域，而通过所述切换机构来控制所述光照射部与所述加热部的相对位置。

为了解决上述的课题，实现目的，本发明涉及一种三维层叠方法，在基台部层叠成形层而形成三维形状物，其中，所述三维层叠方法具有：层叠步骤，将粉末材料朝向基台部喷射，并通过向所述粉末材料照射光束而使所述粉末材料熔融，使所述熔融了的粉末材料在所述基台部上固化，从而在所述基台部上形成成形层，并将该成形层层叠；及向通过了所述基台部或成形层的被照射所述光束的位置的区域或者通过被照射所述光束的位置之前的区域照射光束而选择性地进行加热的步骤。

【发明效果】

根据本发明，能够提供一种具备将三维形状物层叠的机构和加热部，能够将通过了被照射光束的位置的区域或通过被照射光束的位置之前的区域选择性地进行加热的新的装置及方法。由此，能够高精度地制造三维形状物。

附图说明

图1是表示本实施方式的三维层叠装置的示意图。

图2是表示层叠头的前端部的一例的剖视图。

图3是表示层叠头的供给粉末材料的构造的概略结构的示意图。

图4是表示层叠头的分配部和分支管的概略结构的展开图。

图5是表示层叠头的管嘴周边的供给粉末材料的构造的概略结构的立体图。

图6是表示控制装置的结构的示意图。

图7是表示设置于层叠头收纳室的各部的概略结构的示意图。

图8是表示加热头的概略结构的示意图。

图9是表示加热头的光源单元的概略结构的示意图。

图10是表示加热头的概略结构的立体图。

图11是表示加热头的光源单元的另一例的概略结构的示意图。

图12是表示加热头的另一例的概略结构的示意图。

图13是表示机械加工部计测部的一例的示意图。

图14A是表示粉末导入部的一例的示意图。

图14B是表示粉末导入部的一例的示意图。

图15是表示粉末回收部的一例的示意图。

图16是表示本实施方式的三维层叠装置的三维形状物的制造方法的说明图。

图17A是表示本实施方式的三维层叠装置的三维形状物的制造方法的说明图。

图17B是表示本实施方式的三维层叠装置的三维形状物的制造方法的说明图。

图17C是表示本实施方式的三维层叠装置的三维形状物的制造方法的说明图。

图18是表示本实施方式的三维层叠装置的三维形状物的制造工序的流程图。

图19是表示决定本实施方式的三维层叠装置的成形层的形成条件的工序的一例的流程图。

图20是表示决定成形层的形成条件的工序的一例的流程图。

图21是表示三维层叠装置的层叠头的周边部的另一例的示意图。

图22是表示决定成形层的形成条件的工序的一例的流程图。

图23是表示决定成形层的形成条件的工序的一例的流程图。

图24是表示决定成形层的形成条件的工序的一例的流程图。

图25是表示层叠头收纳室的另一例的示意图。

图26是表示三维层叠装置的处理动作的一例的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的优选的实施方式。需要说明的是，没有通过该实施方式来限定本发明，而且，存在多个实施方式的情况下，也包括将各实施例组合而构成的情况。

图1是表示本实施方式的三维层叠装置1的示意图。在此，在本实施方式中，将水平面内的一方向设为X轴方向，将在水平面内与X轴方向正交的方向设为Y轴方向，将与X轴方向及Y轴方向分别正交的方向(即铅垂方向)设为Z轴方向。

图1所示的三维层叠装置1是在基台部100制造三维形状物的装置。基台部100是形成三维形状物的成为基座的构件，由三维层叠装置1搬运到规定的位置，在表面形成三维形成物。本实施方式的基台部100是板状的构件。需要说明的是，基台部100没有限定于此。基台部100可以使用成为三维形状物的基座的构件，也可以使用附加三维形状物的构件。通过在规定的位置形成三维形成物而将成为部件、产品的构件使用作为基台部100。

三维层叠装置1具有三维层叠室2、预备室3、层叠头收纳室4、机械加工部收纳室5、床身10、台部11、层叠头12、机械加工部13、控制装置20、加热头31、机械加工部计测部32、工具更换部33、管嘴更换部34、粉末导入部35、空气排出部37、气体导入部38、粉末回收部39、温度检测部120、质量检测部130。

三维层叠室2是将连接的配管等的除了设计的连通部分以外从外部进行密封的壳体(腔室)。需要说明的是，设计的连通部分设有对密闭状态与开放状态进行切换的阀等，根据需要，能够使三维层叠室2为密闭状态。三维层叠室2在内部配置有床身10、台部11、层叠头12、机械加工部13的一部分、加热头31的一部分、机械加工部计测部32、工具更换部33、管嘴更换部34。

预备室3与三维层叠室2相邻设置。预备室3将连接的配管等的除了设计的连通部分以外从外部进行密封。预备室3成为将外部与三维层叠室2连接的减压室。在预备室3内设有基台移动部36。在此，预备室3在三维层叠室2的连接部设有例如具有气密性的门6。而且，预备室3通过具有气密性的门7而与外部连接。而且，在预备室3设有从预备室3排出空气的空气排出部25。预备室3通过打开门7而能够从外部将所需的构件向内部搬入。而且，预备室3通过打开门6而与三维层叠室2之间能够进行构件的搬入、搬出。

层叠头收纳室4设置在三维层叠室2的Z轴方向上侧的面上。层叠头收纳室4由Z轴滑动部4a支承为相对于三维层叠室2能够沿Z轴方向(箭头102)移动的状态。层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面通过波纹管18而与三维层叠室2相连。波纹管18将层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面与三维层叠室2相连，并将层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面作为三维层叠室2的一部分。而且，三维层叠室2在由波纹管18包围的区域形成开口。由层叠头收纳室4的Z轴方向下侧的面和波纹管18包围的空间与三维层叠室2相连，且与三维层叠室2一起被密闭。层叠头收纳室4对层叠头12、形状计测部30、加热头31进行支承。而且，层叠头收纳室4中，层叠头12的包含管嘴23的一部分和加热头31的包含前端部24的一部分从Z轴方向下侧的面朝向三维层叠室2突出。

层叠头收纳室4通过Z轴滑动部4a而沿Z轴方向移动，由此使保持的层叠头12、形状计测部30、加热头31沿Z轴方向移动。而且，层叠头收纳室4经由波纹管18而与三维层叠室2连接，由此波纹管18对应于Z轴方向的移动而变形，能够维持三维层叠室2与层叠头收纳室4之间的密闭状态。

机械加工部收纳室5设置在三维层叠室2的Z轴方向上侧的面上。而且，机械加工部收纳室5与层叠头收纳室4相邻配置。机械加工部收纳室5由Z轴滑动部5a支承为相对于三维层叠室2能够沿Z轴方向(箭头104的方向)移动的状态。机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面通过波纹管19而与三维层叠室2相连。波纹管19将机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面与三维层叠室2相连，并将机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面作为三维层叠室2的一部分。而且，三维层叠室2在由波纹管19包围的区域形成开口。由机械加工部收纳室5的Z轴方向下侧的面和波纹管19包围的空间与三维层叠室2相连，且与三维层叠室2一起被密闭。机械加工部收纳室5对机械加工部13进行支承。而且，机械加工部收纳室5中，机械加工部13的包含工具22的一部分从Z轴方向下侧的面朝向三维层叠室2突出。

机械加工部收纳室5通过Z轴滑动部5a而沿Z轴方向移动，由此使保持的机械加工部13沿Z轴方向移动。而且，机械加工部收纳室5经由波纹管19而与三维层叠室2连接，由此波纹管19对应于Z轴方向的移动而变形，能够维持三维层叠室2与机械加工部收纳室5之间的密闭状态。

床身10设置在三维层叠室2内的Z轴方向的底部。床身10对台部11进行支承。床身10配置有各种配线或配管或驱动机构。

台部11配置在床身10的上表面，对基台部100进行支承。台部11具有Y轴滑动部15、X轴滑动部16、旋转台部17。台部11安装有基台部100并使基台部100在床身10上移动。

Y轴滑动部15使X轴滑动部16相对于床身10沿Y轴方向(箭头106的方向)移动。X轴滑动部16固定在成为Y轴滑动部15的运转部的构件上，使旋转台部17相对于Y轴滑动部15沿X轴方向(箭头108的方向)移动。旋转台部17固定在成为X轴滑动部16的运转部的构件上，对基台部100进行支承。旋转台部17是例如倾斜圆台，具有固定台17a、旋转台17b、倾斜台17c、旋转台17d。固定台17a固定在成为X轴滑动部16的运转部的构件上。旋转台17b支承于固定台17a，以与Z轴方向平行的旋转轴110为旋转轴而旋转。倾斜台17c支承于旋转台17b，以旋转轴112为轴而转动，该旋转轴112与旋转台17b的被支承的面正交。旋转台17d支承于倾斜台17c，以旋转轴114为轴而旋转，该旋转轴114与倾斜台17c的被支承的面正交。倾斜台17d将基台部100固定。这样，旋转台部17以旋转轴110、112、114为轴而使各部旋转，由此能够使基台部100绕着正交的3个轴旋转。台部11通过Y轴滑动部15及X轴滑动部16，使固定于旋转台部17的基台部100沿Y轴方向及X轴方向移动。而且，台部11通过旋转台部17而以旋转轴110、112、114为轴使各部旋转，由此使基台部100绕着正交的3个轴旋转。台部11还可以使基台部100沿Z轴方向移动。

层叠头12朝向基台部100喷射粉末材料，进而通过向喷射的粉末材料照射激光而使粉末熔融，使熔融的粉末在基台部100上固化而形成成形层。向层叠头12导入的粉末是成为三维形状物的原料的材料的粉末。在本实施方式中，粉末可以使用例如铁、铜、铝或钛等的金属材料等。需要说明的是，作为粉末，可以使用陶瓷等金属材料以外的材料。层叠头12设置在于床身10的Z轴方向的上侧的面相面对的位置，与台部11面对。层叠头12在Z轴方向的下部设置管嘴23。层叠头12在主体46上装配管嘴23。

首先，使用图2来说明管嘴23。图2是表示层叠头12的管嘴23的一例的剖视图。如图2所示，管嘴23是双重管，具有外管41和***到外管41的内部的内管42。外管41是管状的构件，朝向前端(Z轴方向下侧)而直径减小。内管42***到外管41的内部。内管42也是管状的构件，为朝向前端(Z轴方向下侧)而直径减小的形状。管嘴23的外管41的内周与内管42的外周之间成为粉末材料(粉末)P通过的粉末流路43。内管42的内周面侧成为激光L通过的激光路径44。在此，装配管嘴23的主体46与管嘴23同样是双重管，粉末流路43和激光路径44也同样地形成。层叠头12以包围激光路径44的周围的方式配置粉末流路43。在本实施方式中，粉末流路43成为喷射粉末的粉末喷射部。层叠头12使从粉末导入部35导入的粉末材料P在粉末流路43中流动，从外管41与内管42之间的端部的开口即管嘴喷射口部45喷射。

另外，层叠头12具有光源47、光纤48、聚光部49。光源47输出激光L。光纤48将从光源47输出的激光L向激光路径44引导。聚光部49配置在激光路径44上，配置在从光纤48输出的激光L的光路上。聚光部49对从光纤48输出的激光L进行聚光。由聚光部49聚光的激光L从内管42的端部输出。

三维层叠装置1具有焦点位置调整部140。焦点位置调整部140使聚光部49沿着激光L的行进方向移动。焦点位置调整部140通过使聚光部49的位置沿着激光L的行进方向移动，从而能够调整激光L的焦点位置。需要说明的是，作为焦点位置调整部140，也可以使用对聚光部49的焦距进行调整的机构。而且，三维层叠装置1的Z轴滑动部4a也成为焦点位置调整部之一。Z轴滑动部4a的激光L的焦点位置P1和喷射粉末材料的位置(例如喷射的粉末材料的焦点位置P2)一体移动，焦点位置调整部140相对于喷射粉末材料的焦点位置P2也能够使激光L的焦点位置P1移动。三维层叠装置1根据调整的对象而能够切换控制的对象。

层叠头12从粉末流路43喷射粉末P，从激光路径44输出激光L。从层叠头12喷射的粉末P向从层叠头12输出的激光L照射的区域侵入，由激光L加热。被照射激光L的粉末P熔融之后，到达基台部100上。以熔融的状态到达基台部100上的粉末P被冷却而固化。由此，在基台部100上形成成形层。

在此，本实施方式的层叠头12将从光源47输出的激光L利用光纤48引导，但也可以利用光纤以外的光学构件引导。而且，聚光部49可以设置于主体46，也可以设置于管嘴23，还可以设置于这两方。本实施方式的层叠头12为了能够有效地加工而同轴地设置喷射粉末P的粉末流路43和照射激光L的激光路径44，但是没有限定于此。层叠头12也可以使喷射粉末P的机构与照射激光L的机构为分体。本实施方式的层叠头12向粉末材料照射激光L，但是只要能够使粉末材料熔化或烧结即可，也可以照射激光以外的光束。

接下来，更详细地说明层叠头12的供给粉末材料的路径。图3是表示层叠头的供给粉末材料的构造的概略结构的示意图。图4是表示层叠头的分配部和分支管的概略结构的展开图。图5是表示层叠头的管嘴周边的供给粉末材料的构造的概略结构的立体图。图6是表示混合部的概略结构的示意图。图7是表示混合部的剖面的迁移的说明图。如图3所示，层叠头12从粉末导入部35经由粉末供给管150供给粉末材料。层叠头12具有分配部152和多个分支管154作为将供给的粉末材料向粉末流路43供给的机构。

分配部(分配器)152使从粉末供给管150供给的粉末均匀化而向分支管154供给。多个分支管154是将分配部152与粉末流路43连接的管路，将从分配部152供给的粉末P向粉末流路43供给。本实施方式的层叠头12如图5所示将3根分支管154沿周向均等地即以120°间隔配置。

分支管154在内部设有混合部156。混合部156是使在分支管154内流动的粉末P在分支管154内实现均匀化的机构，配置有多个搅拌板156a。搅拌板156a是沿着分支管154的流动方向而绕分支管154的轴向扭转的构造。而且，搅拌板156a与沿流动方向相邻的搅拌板156a的扭转的方向相反。由此，通过混合部156的流体的流动成为根据分支管154的轴向的位置而变化的流动。由此促进搅拌。需要说明的是，在本实施方式中，分支管154设为3根，但是根数没有特别限定。分支管154优选沿周向均等地即以恒定角度间隔配置。

另外，层叠头12在粉末流路43设置整流装置158。整流装置158对于从3根分支管154供给的包含粉末材料的流动进行整流。由此，层叠头12能够使从粉末流路43喷射的粉末材料的流动成为平整的流动，能够以更高的精度向目标的位置供给。

机械加工部13例如对成形层等进行机械加工。如图1所示，机械加工部13设置在与床身10的Z轴方向的上侧的面相面对的位置，与台部11面对。机械加工部13在Z轴方向的下部装配工具22。需要说明的是，机械加工部13只要在比床身10靠Z轴方向上侧处设置在基于台部11的基台部100的可移动范围即可，配置位置并不局限于本实施方式的位置。

图6是表示控制装置20的结构的示意图。控制装置20与三维层叠装置1的各部电连接，控制三维层叠装置1的各部的动作。控制装置20设置在三维层叠室2或预备室3的外部。如图6所示，控制装置20具有输入部51、控制部52、存储部53、输出部54、通信部55。输入部51、控制部52、存储部53、输出部54、通信部55这各部被电连接。

输入部51例如是操作面板。作业者向输入部51输入信息或指令等。控制部52例如是CPU(Central Processing Unit)及存储器。控制部52向三维层叠装置1的各部输出对三维层叠装置1的各部的动作进行控制的指令。而且，向控制部52输入来自三维层叠装置1的各部的信息等。存储部53例如是RAM(Random Access Memory)或ROM(Read Only Memory)等存储装置。在存储部53存储有通过利用控制部52执行而控制各部的动作的三维层叠装置1的运转程序、或三维层叠装置1的信息、或三维形状物的设计信息等。输出部54例如是显示器。输出部54例如显示来自三维层叠装置1的各部的信息等。通信部55例如与互联网或LAN(Local Area Network)等那样的通信回线进行通信，与通信回线之间交接信息。需要说明的是，控制装置20只要至少具有控制部52及存储部53即可。控制装置20若具有控制部52及存储部53，则能够向三维层叠装置1的各部输出指令。

形状计测部30固定于层叠头收纳室4。形状计测部30与层叠头12相邻配置。形状计测部30计测形成在基台部100上的成形层的表面形状。形状计测部30可以使用例如3D扫描器或计测相对距离的装置。形状计测部30例如使激光在基台部100上的成形层的表面扫描(扫掠)，根据其反射光来算出成形层的表面的位置信息(箭头160的距离)，由此计测成形层的表面形状。而且，在本实施方式中，形状计测部30安装于层叠头收纳室4，但是只要能够计测形成在基台部100上的成形层的表面形状即可，也可以安装在其他的位置。

图7是表示设置于层叠头收纳室的各部的概略结构的示意图。加热头31对基台部100、基台部100上的成形层或熔融的粉末P等进行加热。如图1及图7所示，加热头31与层叠头12相邻配置，对于由层叠头12加工的区域的上游侧的部分(加工前的部分)、下游侧的部分(加工后的部分)选择性地进行加热。加热头31固定于层叠头收纳室4。加热头31与层叠头12相邻配置。加热头31照射激光162，对基台部100、成形层、熔融的粉末P(熔融体A)、固化体B等进行加热。通过利用加热头31对成形层或熔融的粉末P进行加热，从而能够控制成形层或熔融的粉末P的温度。由此，能够抑制成形层或熔融的粉末P的急剧的温度下降，或者形成粉末P容易熔融的气氛(高的温度环境)。而且，加热头31也可以对于熔融体A附着之前，即利用层叠头12形成成形层之前的成形层或基台部100进行加热。

使用图8至图10，说明加热头31的一例。图8是表示加热头的概略结构的示意图。图9是表示加热头的光源单元的概略结构的示意图。图10是表示加热头的概略结构的立体图。加热头31具有光源单元502、加热位置调整机构504。

光源单元502输出对成形层或基台部100等进行加热的激光162。如图9所示，光源单元502具有2个半导体激光器540、2个聚光部542、光纤544。2个半导体激光器540分别输出激光。聚光部542分别设置于半导体激光器540，对从半导体激光器540输出的激光进行聚光。分别由2个聚光部542聚光的激光向光纤544入射。光纤544将入射的激光朝向加热位置调整机构504输出。

光源单元502利用聚光部542对从2个半导体激光器540入射的光进行聚光，向1个光纤544入射。由此，从光源单元502输出由2个半导体激光器540输出的激光合波(合流)的激光162。需要说明的是，在本实施方式中，将2个半导体激光器540的激光进行了汇总，但是半导体激光器的个数没有限定为2个，可以为1个也可以为3个以上。光源单元502通过增加半导体激光器的个数而能够增大激光162的输出。

加热位置调整机构504具有反射镜512和检流镜514。加热位置调整机构504使从光源单元502输出的激光162利用反射镜512反射之后，向检流镜514反射，由此改变朝向，使其向基台部100的区域532照射。检流镜514具有反射镜520和以旋转轴521为轴而使反射镜520转动来改变反射镜520的朝向的角度位置调整机构522。检流镜514使反射镜520绕着旋转轴521旋转，由此如图10所示，通过反射镜520的朝向，能够使基台部100的表面上的被照射激光162的位置移动。在本实施方式中，在区域532的范围内能够使激光162的照射位置移动。加热位置调整机构504利用检流镜514使反射镜520以规定的速度模式转动，由此能够使激光扫描。加热位置调整机构504使激光沿着与箭头528的方向正交的方向扫描，该箭头528是基台部100或成形层与加热头31的相对移动方向。由此，区域532的与箭头528正交的方向成为长度方向。需要说明的是，利用加热位置调整机构504使激光移动的方向没有限定于此，只要根据需要而形成为任意的方向即可。加热位置调整机构504例如通过调整检流镜514的旋转轴521的朝向而能够调整激光可移动的朝向。

加热头31通过利用加热位置调整机构504使从光源单元502输出的激光162移动而对处于区域532的基台部100或成形层进行加热。加热头31通过激光的照射位置能够移动而能够高精度地调整进行加热的基台部100的位置，能够高精度地进行加热。

加热头31通过使用半导体激光器540作为激光源，能够输出波长较短的激光，能够提高对于基台部100、成形层等的能量吸收率。由此，能够高效率地进行加热。而且由于能够高效率地进行加热，从而能够减小振荡器，能够减小光源单元502。而且，在上述实施方式中，为了装置能够小型化而将光源单元502配置在加热头31的壳体的内部，但也可以配置在壳体外。

在此，加热头的光源单元优选使用沿垂直方向向基板面输出射束的垂直共振器型面发光激光器(VCSEL，Vertical Cavity Surface EmittingLaser)作为激光源。

图11是表示加热头的光源单元的另一例的概略结构的示意图。光源单元502a具有2个半导体激光器540a、合波部550、光纤544。合波部550具有2个准直透镜551、衍射光栅552、聚光部554。2个半导体激光器540a分别输出激光。半导体激光器540a是垂直共振器型面发光激光器。准直透镜551分别设置于半导体激光器540a，对从半导体激光器540a输出的激光进行准直。由2个准直透镜551准直后的激光向衍射光栅552入射。衍射光栅552使从不同的2个方向入射的激光中的至少一方衍射，形成为相同方向的激光。聚光部554对通过了衍射光栅552的激光进行聚光而向光纤544入射。由聚光部554聚光后的激光向光纤544入射。光纤544将入射的激光朝向加热位置调整机构504输出。

光源单元502a通过使用垂直共振器型面发光激光器而能够进一步减小光源单元。而且，在上述实施方式中，使激光向光纤入射，但也可以不使用光纤。

另外，上述实施方式的加热头能够沿1轴方向扫描，但是优选能够使激光沿多轴方向扫描。图12是表示加热头的另一例的概略结构的示意图。图12所示的加热头31a具有光源单元502和加热位置调整机构504a。加热位置调整机构504a取代加热位置调整机构504的反射镜512而具有检流镜512a。

加热位置调整机构504a具有检流镜512a和检流镜514。加热位置调整机构504a使从光源单元502输出的激光162利用检流镜512a反射之后，使检流镜514反射，由此改变朝向，使其向基台部100的区域532照射。检流镜512a具有反射镜560和以旋转轴564为轴而使反射镜560转动来改变反射镜560的朝向的角度位置调整机构562。在此，旋转轴564是与旋转轴521不同的朝向的轴。检流镜512a使反射镜562绕着旋转轴564旋转，由此如图12所示，通过反射镜560的朝向能够使到达检流镜520的激光162的位置移动。

加热位置调整机构504a使检流镜512a的反射镜560转动而使到达反射镜520的激光的位置变化，而且使检流镜514的反射镜520转动而使到达基台部100的激光的位置变化，由此能够使到达基台部100的激光的位置沿二维方向移动。这样，加热头31a通过使激光162的照射位置在基台部100的表面沿二轴方向移动，从而能够二维地调整照射位置。由此，加热头31a能够更高精度地调整在基台部100上进行加热的位置，能够更高精度地进行加热。

需要说明的是，本实施方式的加热头31a照射激光而将对象的区域加热，但是没有限定于此。加热头31a只要能够将加热区域选择性地进行加热即可，可以是激光以外的光，例如可以使用红外光的光束进行加热，也可以照射电磁波等进行加热。

温度检测部120与加热头31相邻配置。如图7所示，温度检测部120向照射激光L的位置和包含由加热头31照射激光162且加热的范围的范围内输出测定波164，并计测温度。温度检测部120可以使用对形成成形层的表面的温度进行计测的各种温度传感器。

质量检测部130检测安装在旋转台部17的旋转台17d上的基台部100的质量。质量检测部130可以使用负载传感器。

机械加工部计测部32计测机械加工部13的工具22的前端56的位置。图13是表示机械加工部计测部32的一例的示意图。如图13所示，机械加工部计测部32具有光源部57和摄像部58。机械加工部计测部32使机械加工部13的工具22的前端56位于光源部57与摄像部58之间。光源部57例如是LED。摄像部58例如是CCD(Charge Coupled Device)相机。机械加工部计测部32在光源部57与摄像部58之间配置有工具22的前端56的状态下，从光源部57朝向摄像部58照射光LI，通过摄像部58取得图像。由此，能够取得由工具22的前端56遮挡了光的图像。机械加工部计测部32对由摄像部58取得的图像进行解析，具体而言，通过检测光入射的位置与光未入射的位置的交界，能够取得前端56的形状、位置。控制装置20基于取得的工具22的前端56的位置和机械加工部13的位置(机械加工部收容室5的位置)，来检测装配于机械加工部13的工具22的前端56的准确的位置。需要说明的是，机械加工部计测部32只要是计测机械加工部13的前端56的位置的结构即可，并不局限于此结构，例如可以通过激光进行计测。

工具更换部33配置在三维层叠室2的内部。工具更换部33对装配于机械加工部13的工具22进行更换。工具更换部33使未把持工具22的部分移动到与机械加工部13面对的位置。然后，工具更换部33在与机械加工部13面对的位置移动到未把持工具22的部分。然后，执行将装配于机械加工部13的工具22拆卸的处理。然后，使对装配于机械加工部13的另一工具22进行把持的部分移动到与机械加工部13面对的位置，向机械加工部13安装另一工具22。这样，工具更换部33通过拆装机械加工部13的工具22，能够对机械加工部13的工具22进行更换。需要说明的是，工具更换部33只要能够对机械加工部13的工具22进行更换即可，并不局限于该结构。

管嘴更换部34配置在三维层叠室2的内部。管嘴更换部34对装配于层叠头12的管嘴23进行更换。管嘴更换部34可以使用与工具更换部33同样的构造。

粉末导入部35向层叠头12导入成为三维形状物的原料的粉末材料。图14A及图14B分别是表示粉末导入部的一例的示意图。如图14A所示，在本实施方式中，粉末P以封入到盒83内的状态进行管理。即，粉末P例如按照材料的各种类封入到盒83内而出库。在盒83设有材料显示部84。材料显示部84是例如表示材料的种类等的粉末的信息的显示。材料显示部84没有限定为通过目视能够确认的信息，可以是IC芯片、二维码或标记等通过读取器进行读取而能够取得信息的显示。材料显示部84只要能够表示粉末的材料的种类即可，并不局限于此。材料显示部84除了表示粉末的材料的种类以外，还能够表示例如粉末的粒度、重量、纯度或氧含有量等的在三维形状物制造上所需的粉末的信息。而且，材料显示部84可以包含表示粉末是否为正规品的信息。

粉末导入部35具有粉末收纳部81及粉末识别部82。粉末收纳部81是例如箱状的构件，在内部收纳有盒83。粉末收纳部81连接有用于搬出粉末的搬运空气供给部、将粉末向层叠头12搬运的搬运路径。粉末收纳部81在收纳有盒83的情况下，将积存于盒83的粉末向层叠头12导入。粉末识别部82检测到粉末收纳部81收纳有盒83的情况时，读取盒83的材料显示部84，并读取积存于盒83的粉末的信息。粉末导入部35通过利用粉末识别部82取得粉末的信息，能够向层叠头12供给已知的粉末。

在此，粉末导入部35可以将未以封入到盒83内的状态管理的粉末向层叠头12供给。图14B表示粉末未封入到盒83内的情况的粉末导入部35A。粉末导入部35A具有粉末收纳部81A、粉末识别部82A、将粉末收容部81A与粉末识别部82A相连的粉末引导管89。粉末收纳部81A是例如箱状的构件，在内部收纳粉末P。粉末识别部82A对经由粉末引导管89供给的粉末P进行分析，计测粉末P的材料的种类、粒度、重量、纯度、氧化物覆膜或氧含有量等的在三维形状物制造上所需的粉末P的信息。作为粉末识别部82A，可以具有通过分光分析来识别粉末的材料的分光分析装置，使用通过粒度分析来计测粉末P的粒度的粒度分析装置、计测粉末的重量的重量计等。粉末识别部82A根据例如计测的粉末P的材料的种类、粒度及重量等，来计测粉末的纯度。而且，粉末识别部82例如通过导电率来计测粉末的氧化物覆膜。粉末导入部35A也通过利用粉末识别部82A取得粉末的信息，能够向层叠头12供给已知的粉末。

基台移动部36配置于预备室3。基台移动部36使基台部100a从预备室3内向三维层叠室2内移动，使三维层叠室2内的基台部100向预备室3内移动。基台移动部36安装有从外部向预备室3内搬入基台部100a。基台移动部36将安装的基台部100a从预备室3向三维层叠室2内搬入。更详细而言，基台移动部36使安装于基台移动部36的基台部100向三维层叠室2内移动，安装于旋转台部17。基台移动部36例如通过机械臂或正交轴搬运机构而使基台部100移动。

空气排出部37例如是真空泵，将三维层叠室2内的空气排出。气体导入部38向三维层叠室2内导入规定成分的气体，例如氩、氮等惰性气体。三维层叠装置1通过空气排出部37排出三维层叠室2的空气，通过气体导入部38向三维层叠室2导入气体。由此，三维层叠装置1能够使三维层叠室2内成为所希望的气体气氛。在此，在本实施方式中，气体导入部38设置在比空气排出部37靠Z轴方向下方处。通过将气体导入部38设置在比空气排出部37靠Z轴方向下方处，在使用导入比重比空气中的氧等气体高的氩的气体的情况下，能够适当地使三维层叠室2内充满氩气。需要说明的是，在导入的气体是比空气轻的气体的情况下，只要使配管的配置相反即可。

粉末回收部39回收从层叠头12的管嘴喷射口部45喷射的粉末P即未形成成形层的粉末P。粉末回收部39吸引三维层叠室2内的空气，对空气包含的粉末P进行回收。从层叠头12喷射的粉末P通过激光L而熔融固化，形成成形层。然而，存在粉末P的一部分例如未被照射激光L而仍残留在三维层叠室2内的情况。而且，通过机械加工部13切削而从成形层排出的切屑粉残留于三维层叠室2。粉末回收部39对残留于三维层叠室2的粉末P或切屑粉进行回收。粉末回收部39可以具备刷等机械性地回收粉末的机构。

图15是表示粉末回收部39的一例的示意图。如图15所示，粉末回收部39具有导入部85、旋风分离器部86、气体排出部87、粉末排出部88。导入部85例如是管状的构件，一方的端部连接于例如三维层叠室2内。旋风分离器部86例如是中空的圆锥台形状的构件，例如朝向铅垂方向下方而直径减小。导入部85的另一方的端部沿着旋风分离器部86的外周的切线方向而与旋风分离器部86连接。气体排出部87是管状的构件，一方的端部与旋风分离器部86的铅垂方向上方的端部连接。粉末排出部88是管状的构件，一方的端部与旋风分离器部86的铅垂方向下方的端部连接。

在气体排出部87的另一方的端部连接有例如吸引气体的泵。因此，气体排出部87从旋风分离器部86吸引气体，使旋风分离器部86成为负压。由于旋风分离器部86成为负压，因此导入部85从三维层叠室2吸引气体。导入部85将未形成成形层的粉末P与三维层叠室2内的气体一起吸引。导入部85沿着旋风分离器部86的外周的切线方向而与旋风分离器部86连接。因此，由导入部85吸引的气体及粉末P沿着旋风分离器部86的内周回旋。粉末P的比重比气体高，因此向旋风分离器部86的内周的放射方向外侧被离心分离。粉末P因自重而朝向延伸方向下方的粉末排出部88，从粉末排出部88排出。而且，气体由气体排出部87排出。

粉末回收部39对这样未形成成形层的粉末P进行回收。而且，本实施方式的粉末回收部39将粉末P按照各比重分开回收。例如比重低的粉末由于自重小，因此不朝向粉末排出部88而由气体排出部87吸引。因此，粉末回收部39能够按照各比重而分别回收粉末P。需要说明的是，粉末回收部39只要能够回收未形成成形层的粉末P即可，并不局限于这样的结构。

接下来，说明基于三维层叠装置1的三维形状物的制造方法。图16是表示基于本实施方式的三维层叠装置1的三维形状物的制造方法的示意图。而且，通过控制装置20控制各部的动作而能够执行图16所示的制造方法。在本实施方式中，说明在底座91上制造三维形状物的情况。底座91例如是金属制的板状构件，但是只要在上部制造三维形状物即可，形状及材料任意。底座91安装在基台部100上。基台部100与底座91一起固定于台部11的旋转台部17。需要说明的是，也可以将底座91设为基台部100。

控制装置20如步骤S1所示，通过台部11，以将基台部100上的底座91配置在层叠头12的Z轴方向下方的方式使基台部100移动。

接下来，如步骤S2所示，控制装置20从粉末导入部35向层叠头12导入粉末P，从层叠头12将粉末P与气体一起喷射，并扫射激光L。粉末P以规定的收敛径朝向基台部100上的底座91喷射。激光L在层叠头12与底座91之间，以规定的点径向粉末P照射。在此，相对于粉末P的收敛径的Z轴方向上的位置的激光L的点径的Z轴方向上的位置及粉末P的收敛径的Z轴方向上的位置的点径例如通过移动聚光部49的位置能够控制。

控制装置20通过层叠头12照射激光L并喷射粉末P，由此如步骤S3所示，粉末P因激光L的照射而熔融。熔融的粉末P作为熔融体A，朝向基台部100上的底座91而向Z轴方向下方落下。

向Z轴方向下方落下的熔融体A到达基台部100上的底座91的规定的位置。底座91上的熔融体A在底座91上的规定的位置，例如通过放冷而被冷却。冷却的熔融体A如步骤S4所示在底座91上作为固化体B而固化。

控制装置20通过台部11而在基台部100上向规定的位置移动，并按照步骤S2至步骤S4所示的步骤通过层叠头12在基台部100上形成固化体B。通过反复上述的步骤，如步骤S5所示，固化体B在底座91上形成具有规定的形状的成形层92。

控制装置20如步骤S6所示，以使形成于底座91的成形层92配置在机械加工部13的Z轴方向下方的方式，通过台部11使基台部100的底座91移动。此外，控制装置20通过机械加工部13对成形层92进行机械加工。控制装置20选择是否实施机械加工部13的机械加工，在不需要的情况下也可以不执行。因此，步骤S6所示的机械加工按照控制装置20的指令而存在不实施的情况。

接下来，控制装置20如步骤S7所示，台部11按照控制装置20的指令，使基台部100以例如成形层92位于层叠头12的Z轴方向下方的方式移动。并且，反复步骤S2至步骤S6所示的步骤，在成形层92的上方依次层叠成形层93，来制造三维形状物。

对以上进行总结的话，本实施方式的三维层叠装置1如下制造三维形状物。层叠头12的粉末喷射部将粉末P朝向基台部100上的底座91喷射。而且，层叠头12的内管42在层叠头12与底座91之间，向粉末P照射激光L。被照射激光L的粉末P熔融，在基台部100上的底座91上固化，形成成形层92。三维层叠装置1在成形层92上依次层叠成形层93，通过机械加工部13向成形层92、93适当施加机械加工，来制造三维形状物。

在本实施方式中，三维形状物在底座91上制造，但是三维形状物也可以不在底座91上制造。三维形状物例如可以在基台部100上直接制造。而且，三维层叠装置1可以通过在已存的造形物上层叠成形层而进行所谓堆焊。

在本实施方式中，机械加工部13例如对成形层92的表面进行机械加工，但也可以进行除此以外的机械加工。图17A至图17C分别是表示本实施方式的三维层叠装置1的三维形状物的制造方法的说明图。图17A至图17C表示三维层叠装置1制造图17C所示的构件99的步骤。

构件99具有圆板部95、轴部97、圆锥台部98。而且，构件99在圆板部95形成有螺纹孔部96。如图17C所示，圆板部95是圆板状的构件。轴部97是直径比圆板部95小的轴状的构件，从圆板部95的一方的面的中央部延伸。螺纹孔部96设置在比圆板部95的轴部97靠外侧处。圆锥台部98设置在轴部97的前端，随着朝向与圆板部95相反的方向而外径增大。圆锥台部98的长径例如是与圆板部95的外径相同的大小。即，螺纹孔部96位于比圆锥台部98的长径靠内侧处。

接下来，说明三维层叠装置1的构件99的制造步骤。三维层叠装置1如图17A所示，通过层叠头12的成形层的层叠而形成圆板部95及轴部97。三维层叠装置1在制造了圆板部95及轴部97之后，如图17B所示，通过机械加工部13形成螺纹孔部96。三维层叠装置1在形成了螺纹孔部96之后，通过层叠头12的成形层的层叠，在轴部97上形成圆锥台部98。这样来制造构件99。

在此，圆锥台部98的长径部分位于比螺纹孔部96靠外侧处。换言之，螺纹孔部96由圆锥台部98覆盖上部。因此，例如通过机械加工制造构件99的情况下，无法使螺纹孔部96的加工工具从圆锥台部98的上部朝向圆板部95移动。然而，三维层叠装置1在制造圆锥台部98之前，形成螺纹孔部96。这种情况下，螺纹孔部96的上部未被覆盖。因此，三维层叠装置1使机械加工部13从Z轴方向上部沿Z轴方向移动，由此能够加工螺纹孔部96。这样，机械加工部13通过调整成形层的形成和机械加工的定时，能够使机械加工容易。

接下来，说明基于本实施方式的三维层叠装置1的三维形状物的制造的详细工序。图18是表示本实施方式的三维层叠装置1的三维形状物的制造工序的流程图。控制装置20例如读出存储在存储部53内的三维形状物的设计信息。

接下来，控制装置20通过空气排出部37排出三维层叠室2内的空气(步骤S11)。在此，三维层叠室2将门6关闭，与预备室3分离。而且，三维层叠室2的其他的与外气连通的部分也关闭且密封。控制装置20例如通过空气排出部37排出空气，由此三维层叠室2内的氧浓度成为100ppm以下，优选成为10ppm以下。控制装置20通过使三维层叠室2内的氧浓度成为100ppm以下而能够为惰性状态，通过成为10ppm以下而能够更可靠地为惰性状态。

接下来，将具有底座91的基台部100向预备室3内的基台移动部36安装(步骤S12)。需要说明的是，三维层叠装置1可以比步骤S11的处理先进行步骤S12的处理。

控制装置20安装了预备室3内的基台移动部36之后，将预备室3的门7关闭，通过空气排出部25排出预备室3内的空气(步骤S13)。控制装置20通过空气排出部25排出空气，由此使预备室3内的氧浓度下降。预备室3内的氧浓度优选成为例如与三维层叠室2内相同的氧浓度。

控制装置20在预备室3的空气的排出完成之后，将三维层叠室2的门6打开，通过基台移动部36向三维层叠室2内的旋转台部17安装基台部100(步骤S14)。基台部100固定于旋转台部17。控制装置20在将基台部100安装于旋转台部17之后，使基台移动部36返回预备室3内，将门6关闭。

控制装置20在将基台部100设置于旋转台部17之后，通过气体导入部38向三维层叠室2内导入气体(步骤S15)。控制装置20通过气体导入部38，使三维层叠室2内成为导入的气体气氛。在本实施方式中，气体导入部38导入的气体是氮或氩等的惰性气体。气体导入部38导入惰性气体，以使三维层叠室2内的残留氧浓度成为100ppm以下。

另外，三维层叠装置1根据粉末材料的种类，也可以省略步骤S11、步骤S13、步骤S15。例如在即使由于粉末材料的氧化而三维形状物的品质等也不会成为问题的情况下，可以省略这些步骤，使三维层叠室2及预备室3为大气气氛。

控制装置20在惰性气体向三维层叠室2的导入完成之后，判断对于基台部100上的底座91是否进行机械加工(步骤S16)。例如，控制装置20使形状计测部30计测底座91的表面形状。控制装置20基于形状计测部30的计测结果，判断对于底座91是否进行机械加工。控制装置20例如在底座91的表面粗糙度大于规定的值的情况下，判断为进行底座91的机械加工。但是，是否需要控制装置20的底座91的机械加工的判断并不局限于此，可以不根据形状计测部30的计测结果。控制装置20例如可以在存储部53内存储底座91的信息，根据底座91的信息和三维形状物的设计信息来判断是否需要底座91的加工。而且，控制装置20可以设为始终对底座91进行加工的设定。

控制装置20在判断为需要底座91的机械加工的情况下(步骤S16为“是”)，通过机械加工部13以规定的条件进行底座91的机械加工(步骤S17)。控制装置20例如基于形状计测部30的底座91的形状计测结果或底座91的信息、三维形状物的设计信息等，来决定底座91的机械加工的条件。

控制装置20在判断为不需要底座91的加工的情况下(步骤S16为“否”)，或者以规定的条件进行了底座91的机械加工的情况下，例如基于从存储部53读出的三维形状物的设计信息，来决定成形层的形成条件(步骤S18)。成形层的形成条件是指例如成形层的各层的形状、粉末P的种类、粉末P的喷射速度、粉末P的喷射压力、激光L的照射条件、粉末P的收敛径与激光L的点径与成形层表面的位置关系、在气中熔融的粉末P的尺寸、温度、形成中的成形层表面熔融池的尺寸、冷却速度、或台部11的基台部100的移动速度等在形成成形层上所需的条件。

控制装置20在决定了成形层的形成条件之后，通过层叠头12，将粉末P朝向基台部100上的底座91喷射，开始激光L的照射、基台部100的加热(步骤S19)。控制装置20喷射粉末P并照射激光L，由此通过激光L使粉末P熔融，能够使熔融的粉末P固化，从而在底座91上形成固化体B。而且，控制装置20从加热头31向基台部100照射激光L，开始基台部100的加热。

控制装置20喷射粉末P并照射激光L，通过台部11使基台部100移动，由此在底座91上形成成形层92(步骤S20)。控制装置20可以对通过加热头31进行加热而形成的成形层92进行加热或者对固化体B附着之前的部分进行加热。

控制装置20在形成了成形层92之后，判断成形层92是否需要机械加工(步骤S21)。控制装置20例如使形状计测部30计测成形层92的表面形状。控制装置20基于形状计测部30的计测结果，判断是否需要成形层92的机械加工。例如，控制装置20在成形层92的表面粗糙度大于规定的值的情况下，判断为进行成形层92的机械加工。但是，是否需要成形层92的机械加工的判断的基准并不局限于此。控制装置20例如可以根据三维形状物的设计信息和成形层的形成条件来判断是否需要成形层92的机械加工。例如，控制装置20可以在根据成形层的形成条件而算出的成形层92的表面粗糙度比基于三维形状物的设计信息的所需的表面粗糙度大的情况下，判断为成形层92需要机械加工。

控制装置20在判断为不需要成形层92的机械加工的情况下(步骤S21为“否”)，进入步骤S24。控制装置20在判断为需要成形层92的机械加工的情况下(步骤S21为“是”)，决定成形层92的机械加工的加工条件(步骤S22)。例如，控制装置20基于形状计测部30的计测结果或三维形状物的设计信息、成形层的形成条件等，来决定加工条件。控制装置20在决定了成形层加工条件之后，通过机械加工部13基于决定的加工条件对成形层92进行机械加工(步骤S23)。

控制装置20在进行了成形层92的机械加工的情况下，或者判断为不需要成形层92的机械加工的情况下，判断为在成形层92的上方是否还需要层叠成形层93(步骤S24)。控制装置20例如基于从存储部53读出的三维形状物的设计信息，判断在成形层92的上方是否还需要层叠成形层93。

控制装置20在判断为需要成形层93的层叠的情况下(步骤S24为“是”)，返回步骤S18，在成形层92上层叠成形层93。控制装置20在判断为不需要成形层93的层叠的情况下(步骤S24为“否”)，三维形状物的制造完成。

三维层叠装置1这样制造三维形状物。本实施方式的三维层叠装置1通过层叠头12喷射粉末P，并向粉末P照射激光L，由此制造三维形状物。具体而言，三维层叠装置1向朝着对象物的粉末P照射激光L，使粉末P在到达对象物之前熔融，使熔融体A附着于对象物。由此，不会通过激光L使对象物熔化或者减少熔化的量而能够形成成形层。由此，能够减少激光对制造的对象物或成形层造成的影响，能够进行在形成的结构上再层叠固化体B的加工。通过以上所述，三维层叠装置1能够高精度地制造三维形状物。

另外，三维层叠装置1使用加热头31，一边选择加热位置，一边对基台部或成形层进行加热，由此能够更适当地控制形成成形层的条件。例如，使用加热头31，对通过了成形层的被照射激光的位置的区域，即形成了成形层之后的区域进行加热，由此能够调整成形层的降温速度。由此能够更高精度地控制成形层的状态，能够调整成形层的强度等。或者，加工头31通过对通过被照射激光的位置之前的区域，即熔融体A附着之前的基台部或成形层进行加热，能够抑制熔融体在附着的情况下急剧地冷却的情况，能够使粉末更可靠地成为熔融体。由此，三维层叠装置1能够进行更高精度的加工，能够高精度地制造三维形状物。

此外，三维层叠装置1通过机械加工部13能够对成形层92适当地施加机械加工。因此，三维层叠装置1能够高精度地制造三维形状物。需要说明的是，在上述实施方式中，使用机械加工部13，对成形层92或基台部100进行机械加工，由此能够进行更高精度的加工，但是也可以不设置机械加工部13而不进行机械加工。

另外，基台移动部36使基台部100向三维层叠室2的内部移动。三维层叠室2的内部有时被排出空气。例如即使作业者未进入三维层叠室2的内部，基台移动部36也能够使基台部100向三维层叠室2的内部移动。

在此，三维层叠装置1优选具有形状计测部30，由此来决定成形层的形成条件。图19使表示决定本实施方式的三维层叠装置1的成形层的形成条件的工序的一例的流程图。图19的处理可以作为图18的步骤S18的处理的一部分而执行。控制装置20通过形状计测部30，计测成形层92的形状(步骤S31)。控制装置20可以一边在层叠头12上形成成形层92，一边使形状计测部30测定成形层92的形状。形状计测部30能够计测层叠头12要形成固化体B的部位的形状和形成于该部位的固化体B的形状这双方的形状。即，形状计测部30能够计测成形层92的形成前后的表面形状。控制装置20在计测了成形层92的形状之后，基于形状计测部30的测定结果，来决定包括加热条件在内的成形层92的形成条件(步骤S33)。

控制装置20根据形状计测部30产生的成形层92的表面形状的计测结果来决定加热条件，由此能够根据成形层92的形状来决定各位置的加热量，能够更适当地对各位置进行加热。由此，能够使各位置的温度均匀或者使温度变化均匀，能够进行更高精度的加工。

而且，控制装置20根据形状计测部30产生的成形层92的表面形状的计测结果，来决定成形层的形成条件，控制层叠头12的动作。因此，三维层叠装置1能够使形成成形层的部位与层叠头12之间的距离恒定等更适当地进行成形层的形成。此外，三维层叠装置1能够一边通过层叠头12形成成形层，一边通过形状计测部30计测成形层92的形状。因此，三维层叠装置1能够使成形层的形成条件更适当，能够更高精度地制造三维形状物。在此，在上述实施方式中，说明了通过层叠头12进行加工的情况，但是机械加工部13的加工也可以同样进行。而且，在上述实施方式中决定的成形层的形成条件可以设为根据位置进行变动的条件，也可以设为恒定的条件。

三维层叠装置1优选基于检测结果，决定层叠头12的移动路径，即，层叠头12的Z轴方向的位置与台部11的移动的相对关系作为成形层的形成条件。由此，能够使层叠的成形层的厚度或凝固部温度、层叠速度均匀化。

三维层叠装置1可以基于由温度检测部120检测到的温度分布来决定处理动作。图20是表示决定成形层的形成条件的工序的一例的流程图。控制装置20通过温度检测部120检测成形层的表面的温度分布(步骤S42)。控制装置20通过台部11使基台部100移动，并通过温度检测部120进行计测，由此能够检测成形层的表面的整个区域的温度分布。控制装置20可以在进行层叠头12的加工之前进行计测，也可以在进行层叠头12的加工的期间进行计测。

控制装置20在检测了温度分布之后，通过形状计测部30检测成形层的形状(表面形状)(步骤S44)。成形层的表面形状的检测和温度分布的检测可以同时进行。

控制装置20在检测了成形层的形状之后，基于成形层的形状和温度分布，来确定通过温度检测部检测温度的检测位置(步骤S46)，并检测确定的位置的温度(步骤S48)。控制装置20基于检测的温度来决定包括加热条件在内的成形层的形成条件(步骤S49)，结束本工序。

三维层叠装置1对于特定的位置例如难以冷却的部位或容易发热的部位，计测温度而决定加热条件，由此，能够高精度地控制各位置的温度或温度变化，能够进行更适当的加工。

此外，三维层叠装置1基于温度分布和形状，决定层叠头12的移动路径作为加工条件，即也考虑温度分布地决定加工条件，由此能够使层叠的成形层的厚度或凝固部温度、层叠速度均匀化。即能够掌握难以冷却的部位或容易发热的部位，决定加工条件，进行更均匀的加工。

另外，在图20所示的例子中，再次检测了温度，但是也可以不进行步骤S46和步骤S48的处理而决定包含加热条件的成形层的形成条件。三维层叠装置1基于温度分布和形状来决定加热条件，由此能够高精度地控制各位置的温度或温度变化。

另外，三维层叠装置1也可以使用质量检测部130的检测结果来决定处理动作。例如，可以检测由于形成的成形物而产生的质量的变化，评价制造的三维层叠物。具体而言，通过检测形成的大小和质量的变化，能够算出三维层叠物的密度，能够判定在三维层叠物是否未形成空隙。而且，三维层叠装置1也可以基于质量检测部130的重量，来检测基台部100是否未附着异物，具体而言，未熔融的粉末材料或因机械加工部13的加工而生成的切屑粉。由此，能够使用于粉末回收部39的动作的控制。

三维层叠装置还可以具备其他的检测部作为检测用于控制形成条件的参数的装置。图21是表示三维层叠装置的层叠头的周边部的另一例的示意图。图21所示的三维层叠装置在层叠头的激光的路径的周边具有温度检测部120a、半透半反镜182、等离子发光检测部190、反射光检测部192。半透半反镜182配置在光源47与聚光部49之间，使从光源47朝向聚光部49的激光透过，并反射从聚光部49朝向光源47的激光。即半透半反镜182将由基台部100或成形层反射的激光向规定的方向反射。

等离子发光检测部190检测由于向基台部100或成形层、供给的粉末照射激光L而产生的等离子。反射光检测部192检测由半透半反镜182反射的激光L。而且，温度检测部120a基于由半透半反镜182反射而映照的激光的照射位置的状态来检测温度。

接下来，使用图22至图24，说明使用各部执行的控制的一例。图22是表示决定成形层的形成条件，具体而言决定加热头的加热条件的工序的一例的流程图。图22至图24的处理优选在层叠头的加工时并行进行，但也可以在决定形成条件时执行。控制装置20通过温度检测部120a检测温度(步骤S102)，基于检测到的温度(结果)来决定加热条件(步骤S104)，结束本处理。控制装置20基于通过温度检测部120a检测到的结果来决定加热头31的加热的条件，由此能够使成形层的温度更均匀，能够进行更高精度的加工。需要说明的是，温度检测部120的情况也能够进行同样的控制。

图23是表示决定成形层的形成条件的工序的一例的流程图。控制装置20通过等离子发光检测部190检测等离子发光(步骤S112)，基于检测到的等离子发光来决定加热条件(步骤S114)，结束本处理。控制装置20即便基于通过等离子发光检测部190检测到的结果来决定加热头31的加热的条件，也能够使成形层的温度更均匀，能够进行更高精度的加工。在此，控制装置20通过等离子发光检测部190检测等离子发光，由此能够监控激光的焦点位置的温度。而且，通过检测在喷射的粉末进入激光而熔融的情况下发光的等离子，能够监控气中的粉末熔融状态。

图24是表示决定成形层的形成条件的工序的一例的流程图。控制装置20通过反射光检测部192检测反射光(步骤S122)，基于检测到的反射光来决定加热条件(步骤S124)，结束本处理。控制装置20即便基于由反射光检测部192检测到的结果来决定加热头31的加热的条件，也能够使成形层的温度更均匀，能够进行更高精度的加工。在此，控制装置20通过利用反射光检测部192检测反射光，能够监控熔融体A附着的位置的温度。

在此，三维层叠装置1优选使温度检测部120及加热头31相对于层叠头12能够绕Z轴旋转。由此，根据台部11的移动方向，能够使层叠头12与温度检测部120及加热头31的相对位置恒定，或者切换层叠头12与温度检测部120及加热头31的相对位置。而且，三维层叠装置1也可以将温度检测部120及加热头31相对于层叠头12设置2个，以夹入层叠头12的方式配置。

图25是表示层叠头收纳室的另一例的示意图。图25所示的层叠头收纳室570对层叠头12、形状计测部30、加热头31进行支承。层叠头收纳室570的对层叠头12、形状计测部30、加热头31进行支承的部分成为切换机构580。切换机构580具有固定部581、可动部582、旋转机构584、密封部586。固定部581支承于Z轴滑动部4a，且底面与波纹管18相连。可动部582内置于固定部581，将层叠头12、形状计测部30、加热头31固定。旋转机构584使可动部582相对于固定部581绕轴590旋转。密封586将铅垂方向下侧的面，即，使向三维层叠室2露出的面的固定部581与可动部582之间密闭成旋转自如的状态。

切换机构580通过使可动部582相对于固定部581旋转，能够切换可动部582支承的层叠头12与加热头31的相对位置。由此，切换机构580相对于层叠头12与基台部100的相对移动方向，即台部11使基台部100移动的方向，能够切换层叠头12处于比加热头31靠上游侧的状态与层叠头12处于比加热头31靠下游侧的状态。即，在基台部100沿相同方向移动的情况下，通过使可动部582旋转180度而能够改换层叠头12与加热头31的相对于加工位置的前后关系。由此，加热头31能够切换是对于通过层叠头12之前(进行成形层的形成之前)的基台部100或成形层进行加热，还是对于通过层叠头12之后(进行成形层的形成之后)的基台部100或成形层进行加热。

图26是表示三维层叠装置的处理动作的一例的流程图。控制装置20检测层叠头12与基台部100的相对移动方向(步骤S170)，确定加热头31的加热区域(步骤S172)。加热头31的加热区域相对于由层叠头12加工的基台部100来设定，包括对于通过层叠头12之前的基台部100或成形层进行加热的区域、对于通过层叠头12之后的基台部100或成形层进行加热的区域。

控制装置20判定加热头31相对于层叠头12是否为适当的位置(步骤S174)。即，基于层叠头12与基台部100的相对移动方向、加热区域、当前的层叠头12与加热头31的相对位置，来判定加热头是否为能够对加热区域进行加热的位置。

控制装置20在判定为加热头31相对于层叠头12为适当的位置的情况下(步骤S174为“是”)，进入步骤S178。控制装置20在判定为加热头31相对于层叠头12不是适当的位置的情况下(步骤S174为“否”)，通过切换机构580切换加热头31与层叠头12的相对位置(步骤S176)，进入步骤S178。

控制装置20在步骤S174为“是”或者进行了步骤S176的处理的情况下，判定层叠头12与基台部100的相对移动方向是否被变更(步骤S178)。控制装置20在判定为移动方向被变更的情况下(步骤S178为“是”)，返回步骤S170。控制装置20在判定为移动方向未变更的情况下(步骤S178为“否”)，判定制造是否结束(步骤S179)。控制装置20在判定为制造未结束的情况下(步骤S179为“否”)，返回步骤S178，在判定为制造结束的情况下(步骤S179为“是”)，结束本处理。

三维层叠装置1进行图26所示的处理，根据层叠头与基台部的相对移动方向来切换层叠头与加热头的相对位置，由此能够使相对于加工位置的层叠头与加热头的关系成为与设定对应的位置。由此，能够抑制由于层叠头与基台部的相对移动而加热头进行加热的位置相对于层叠头进行加工的位置发生变化的情况。由此，能够进行更高精度的加工。

以上，说明了本发明的实施方式，但是没有通过这些实施方式的内容来限定这些实施方式。而且，前述的构成要素包括本领域技术人员能够容易想到的要素、实质上相同的要素、所谓等同的范围的要素。此外，前述的构成要素可以适当组合。此外，在不脱离前述的实施方式等的主旨的范围内能够进行构成要素的各种省略、置换或变更。例如，三维层叠装置1并不局限于通过层叠头12喷射粉末P并向粉末P照射激光L的结构。三维层叠装置1只要能够供给粉末P并通过向粉末P照射激光L来形成成形层，对成形层适当地施加机械加工即可。例如，三维层叠装置1也可以通过粉末供给部形成粉末层，向粉末层的局部照射激光L而使粉末烧结，由此形成成形层。

【标号说明】

1 三维层叠装置

2 三维层叠室

3 预备室

4 层叠头收纳室

4a、5a Z轴滑动部

5 机械加工部收纳室

6、7 门

10 床身

11 台部

12 层叠头

13 机械加工部

15 Y轴滑动部

16 X轴滑动部

17 旋转台部

18、19 波纹管

20 控制装置

22 工具

23 管嘴

24 前端部

25 空气排出部

30 形状计测部

31、31a 加热头

32 机械加工部计测部

33 工具更换部

34 管嘴更换部

35、35A 粉末导入部

36 基台移动部

37 空气排出部

38 气体导入部

39 粉末回收部

41 外管

42 内管

43 粉末流路

44 激光路径

46 主体

47 光源

48 光纤

49 聚光部

51 输入部

52 控制部

53 存储部

54 输出部

55 通信部

56 前端

57 光源部

58 摄像部

81、81A 粉末收纳部

82、82A 粉末识别部

83 盒

84 材料显示部

85 导入部

86 旋风分离器部

87 气体排出部

88 粉末排出部

91 底座

92、93 成形层

95 圆板部

96 螺纹孔部

97 轴部

98 圆锥台部

99 构件

100 基台部

102、104、106、108 箭头

110、112、114 旋转轴

120、120a 温度检测部

130 质量检测部

140 焦点位置调整部

150 粉末供给管

152 分配部

154 分支管

156 混合部

156a 搅拌板

158 整流装置

162 激光

164 测定波

182 半透半反镜

190 等离子发光检测部

192 反射光检测部

502、502a 光源单元

504、504a 加热位置调整机构

512、520、560 反射镜

512a、514 检流镜

522、562 角度位置调整机构

532 区域

540、540a 半导体激光器

542 聚光部

544 光纤

550 合波部

551 准直透镜

552 衍射光栅

554 聚光部

A 熔融体

B 固化体

L 激光

P 粉末

P1、P2 焦点位置

Claims (19)

1.一种三维层叠装置，在基台部层叠成形层而形成三维形状，其中，

所述三维层叠装置具有：

粉末供给部，供给粉末材料；

光照射部，向所述粉末材料照射光束，使被照射所述光束的所述粉末材料的至少一部分烧结或熔融固化来形成所述成形层；

加热部，对通过了所述基台部或成形层的被照射所述光束的位置的区域或者通过被照射所述光束的位置之前的区域选择性地进行加热；及

控制装置，控制所述粉末供给部、所述光照射部及所述加热部的动作。

2.根据权利要求1所述的三维层叠装置，其中，

所述粉末供给部朝向所述基台部喷射所述粉末材料，

所述光照射部向从所述粉末供给部朝向所述基台部移动的所述粉末材料照射光束，使所述粉末材料熔融，使熔融了的所述粉末材料在所述基台部上固化而形成所述成形层。

3.根据权利要求2所述的三维层叠装置，其中，

所述粉末供给部呈同心圆状地配置在所述光照射部的外周，将所述光照射部的所述光束通过的路径包围的内管与覆盖所述内管的外管之间成为所述粉末材料流动的粉末流路。

4.根据权利要求2或3所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有移动机构，该移动机构使所述光照射部及所述粉末供给部与所述基台部相对移动，

所述控制装置通过所述移动机构来决定所述光照射部及所述粉末供给部相对于所述基台部通过的路径。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的三维层叠装置，其中，

所述加热部具有光源单元，该光源单元输出光束，

所述加热部照射从所述光源单元输出的光束来进行加热。

6.根据权利要求5所述的三维层叠装置，其中，

所述光束是激光。

7.根据权利要求5或6所述的三维层叠装置，其中，

所述加热部具备照射位置调整机构，该照射位置调整机构具备对从所述光源单元输出的光束进行反射的反射镜及调整所述反射镜的角度的角度调整机构。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的三维层叠装置，其中，

所述光源单元具有输出激光的半导体激光器、对从所述半导体激光器输出的激光进行聚光的聚光部、及入射有由所述聚光部聚光后的激光的光纤。

9.根据权利要求8所述的三维层叠装置，其中，

所述光源单元具有多个所述半导体激光器和所述聚光部，

由多个所述半导体激光器输出并由各个所述聚光部聚光后的激光向一个光纤入射。

10.根据权利要求8所述的三维层叠装置，其中，

所述半导体激光器是垂直发光型半导体激光器。

11.根据权利要求10所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有多个所述半导体激光器，

所述聚光部具有：

准直透镜，配置于多个所述半导体激光器的每一个半导体激光器；及

合波部，使由多个所述准直透镜准直后的激光合波而向所述光纤入射。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有温度检测部，该温度检测部检测所述成形层的表面的温度和分布，

所述控制装置根据所述温度检测部产生的所述成形层的表面温度的计测结果，来控制所述加热部进行的加热。

13.根据权利要求12所述的三维层叠装置，其中，

所述控制装置基于所述温度检测部产生的所述成形层的表面温度的计测结果和所述基台部及所述成形层的特性，来控制所述加热部进行的加热。

14.根据权利要求1～13中任一项所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有等离子发光检测部，该等离子发光检测部检测所述成形层的表面的等离子发光，

所述控制装置根据所述等离子发光检测部产生的计测结果，来控制所述加热部进行的加热。

15.根据权利要求1～14中任一项所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有反射光检测部，该反射光检测部检测来自所述成形层的表面的反射光，

所述控制装置根据所述反射光检测部产生的计测结果，来控制所述加热部进行的加热。

16.根据权利要求1～15中任一项所述的三维层叠装置，其中，

所述加热部对通过了被照射所述光束的位置的区域进行加热。

17.根据权利要求1～15中任一项所述的三维层叠装置，其中，

所述加热部对通过被照射所述光束的位置之前的区域进行加热。

18.根据权利要求1～15中任一项所述的三维层叠装置，其中，

所述三维层叠装置具有切换机构，该切换机构切换所述光照射部与所述加热部的相对位置，

所述控制装置根据所述光照射部和所述加热部与所述基台部的相对移动的方向、及由所述加热部加热的区域是通过了所述基台部或成形层的被照射所述光束的位置的区域还是通过被照射所述光束的位置之前的区域，而通过所述切换机构来控制所述光照射部与所述加热部的相对位置。

19.一种三维层叠方法，在基台部层叠成形层而形成三维形状物，其中，

所述三维层叠方法具有：

层叠步骤，将粉末材料朝向基台部喷射，并通过向所述粉末材料照射光束而使所述粉末材料熔融，使所述熔融了的粉末材料在所述基台部上固化，从而在所述基台部上形成成形层，并将该成形层层叠；及

向通过了所述基台部或成形层的被照射所述光束的位置的区域或者通过被照射所述光束的位置之前的区域照射光束而选择性地进行加热的步骤。