CN111182984A - 三维造型装置以及三维造型方法 - Google Patents

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Abstract

三维造型装置向电子束的照射区域供给粉末材料并铺匀，对粉末材料照射电子束使粉末材料熔融来进行三维物体的造型。三维造型装置判定在物体的造型中粉末材料是否飞散。在判定为粉末材料飞散了的情况下，在向照射区域(R)供给新的粉末材料之前，利用加热器加热照射区域(R)。在向加热后的照射区域供给新的粉末材料之后，再次开始物体的造型。

Description

三维造型装置以及三维造型方法
技术领域
本发明涉及对三维的物体进行造型的三维造型装置以及三维造型方法。
背景技术
日本专利第6154544号公报公开了三维造型装置以及三维造型方法。日本专利第6154544号公报所记载的三维造型装置以及三维造型方法，对粉末材料照射电子束，由此在使粉末材料熔融之后，使熔融的粉末材料凝固。该装置以及方法为了使粉末材料熔融之后使其凝固，而在照射照射电子束之前，通过设置于造型箱的侧部或者上部的加热器进行粉末材料的预加热。其结果，由于不需要进行基于电子束的照射的预加热，因此能够提高物体的造型速度。
专利文献1：日本专利第6154544号公报
在上述的三维造型的装置以及方法中，当在电子束的照射过程中发生了粉末材料的飞散的情况下，作业中断。其结果，物体的造型无法顺利地进行。粉末材料的飞散是粉末材料以雾状飞扬的也被称为烟雾的现象。在发生了粉末材料飞散的情况下，在向电子束的照射区域供给粉末材料之后，再次开始电子束的照射。然而，若在相同的加热状况下进行电子束照射，则有可能粉末材料再次飞散。因此无法顺利地进行物体的造型。
发明内容
因此，希望开发一种能够通过抑制粉末材料的飞散来顺利地对物体进行造型的三维造型装置以及三维造型方法。
本发明的一个方式的三维造型装置，向带电粒子束的照射区域供给粉末材料并铺匀，对粉末材料照射带电粒子束，使粉末材料熔融来进行三维物体的造型，其中，具备：射线束射出部，其射出带电粒子束，并将带电粒子束向粉末材料照射；检测部，其检测粉末材料因带电粒子束向粉末材料的照射而飞散的情况；以及加热部，其对照射区域进行加热，加热部在物体的造型中在由检测部检测出粉末材料飞散的情况下，在向照射区域供给新的粉末材料之前，对照射区域进行加热，射线束射出部在物体的造型中在由检测部检测出粉末材料飞散的情况下，停止带电粒子束的照射，在向加热后的照射区域供给新的粉末材料之后，再次开始带电粒子束的照射。
根据本发明的三维造型装置，抑制粉末材料飞散的发生，因此能够顺利地对物体进行造型。
附图说明
图1是表示本发明的三维造型装置的结构的概要图。
图2是表示图1的三维造型装置具备的加热器的说明图。
图3是表示图1的三维造型装置具备的加热器的说明图。
图4是表示本发明的三维造型装置的动作以及三维造型方法的流程图。
图5是表示图1的三维造型装置以及本发明的三维造型方法的预加热的说明图。
图6是表示图1的三维造型装置以及本发明的三维造型方法的预加热的说明图。
图7是表示比较例的三维造型装置以及三维造型方法的说明图。
图8是表示图1的三维造型装置以及本发明的三维造型方法的变形例的说明图。
图9是表示本发明的三维造型方法的变形例的流程图。
图10是表示本发明的三维造型方法的其他变形例的流程图。
具体实施方式
本发明的一个方式的三维造型装置，向带电粒子束的照射区域供给粉末材料并铺匀，对粉末材料照射带电粒子束，使粉末材料熔融来进行三维物体的造型。三维造型装置具备：射出带电粒子束，其射出带电粒子束，并将带电粒子束向粉末材料照射；检测部，其检测粉末材料因带电粒子束向粉末材料的照射而飞散的情况；以及加热部，其对照射区域进行加热。加热部在物体的造型中在由检测部检测出产生粉末材料飞散的情况下，在向照射区域供给新的粉末材料之前，对照射区域进行加热，射线束射出部在物体的造型中在由检测部检测出粉末材料飞散的情况下，停止带电粒子束的照射，在向加热后的照射区域供给新的粉末材料之后，再次开始带电粒子束的照射。该三维造型装置在粉末材料因带电粒子束的照射而飞散的情况下，加热部在向照射区域供给粉末材料之前对照射区域进行加热。然后，三维造型装置在向加热后的照射区域供给粉末材料之后，再次开始物体的造型。其结果，在为了再次开始造型而向照射区域供给新的粉末材料时，照射区域已经是高温的状态。因此在对新的粉末材料进行了加热时，粉末材料的热量难以散发。其结果，容易使粉末材料成为高温的状态。因此，能够充分地加热粉末材料，能够抑制粉末材料再次飞散。
在本发明的一个方式的三维造型装置中，加热部也可以是通过热的传导或者辐射而对照射区域进行加热的加热器。在该情况下，作为加热部使用利用热的传导或者辐射而对照射区域进行加热的加热器。其结果，与通过带电粒子束的照射而对粉末材料进行加热的情况下相比，能够减少对粉末材料的热影响。
在本发明的一个方式的三维造型装置中，加热部也可以在物体的造型中在由检测部检测出粉末材料的飞散的情况下，基于带电粒子束的照射停止这一情况而开始照射区域的加热。在该情况下，基于停止带电粒子束的照射而开始照射区域的加热。其结果，抑制对照射区域的过度加热。因此，能够减少对粉末材料的加热的影响。在带电粒子束的照射停止后进行照射区域的加热。其结果，在带电粒子束的照射中不进行加热器的加热。因此，能够防止带电粒子束的轨道因加热器的动作而偏移。
本发明的一个方式的三维造型方法，向带电粒子束的照射区域供给粉末材料并铺匀，对粉末材料照射带电粒子束，使粉末材料熔融来进行三维物体的造型。三维造型方法构成为包括以下工序：判定工序，判定在物体的造型中粉末材料是否飞散；加热工序，在由判定工序判定为粉末材料飞散了的情况下，在向照射区域供给新的粉末材料之前，由加热部对照射区域进行加热；以及造型工序，在向由加热工序加热后的照射区域供给新的粉末材料之后，再次开始物体的造型的。根据该三维造型方法，在粉末材料飞散了的情况下，在向照射区域供给新的粉末材料之前照射区域被加热。然后，向加热后的照射区域供给新的粉末材料。在供给了粉末材料之后，再次开始物体的造型。其结果，在为了再次开始造型而向照射区域供给新的粉末材料时，照射区域已经成为高温的状态。因此，在对新的粉末材料进行加热时粉末材料的热难以散发。其结果，容易使粉末材料成为高温的状态。因此，能够充分地加热粉末材料，能够抑制粉末材料再次飞散。
以下，参照附图对本发明的三维造型装置以及三维造型方法进行说明。另外，在附图的说明中对同一要素标注同一附图标记，并省略重复的说明。
图1是表示本发明的三维造型装置的结构的概要图。三维造型装置1向电子束B的照射区域R供给粉末材料A之后铺匀该粉末材料A。而且，三维造型装置1向粉末材料A照射电子束B，由此使粉末材料A熔融。三维造型装置1利用上述动作，对三维物体O进行造型。
电子束B是通过作为带电粒子的电子的直线运动而形成的带电粒子束。电子束B的照射区域R是能够照射电子束B的区域。换言之，照射区域R是用于物体O的造型的粉末床的区域。
三维造型装置1反复进行向粉末材料A照射电子束B，由此对粉末材料A进行预加热的工序、和为了使粉末材料A熔融而对粉末材料A照射电子束B由此对物体O的一部分进行造型的工序。三维造型装置1通过反复进行上述工序来进行使已凝固的粉末材料层叠的物体O的造型。预加热也被称为预热。预加热在对物体O进行造型之前，将粉末材料A加热到小于粉末材料A的熔点的温度。通过预加热来加热粉末材料A，其结果，粉末材料A被预烧结。若粉末材料A被预烧结，则由电子束B的照射引起的负电荷向粉末材料A的积蓄被缓和。因此，能够抑制烟雾现象的产生。烟雾现象是指在电子束B的照射时粉末材料A飞散的现象。
三维造型装置1具备射线束射出部2、造型部3以及控制部4。射线束射出部2根据控制部4的控制信号，向造型部3的粉末材料A射出电子束B。射线束射出部2为了粉末材料A的预加热，向粉末材料A照射电子束B。然后，射线束射出部2为了三维物体O的造型，向粉末材料A照射电子束B。其结果，粉末材料A在熔融之后而凝固，因此造型出物体O。射线束射出部2在物体O的造型中检测出粉末材料A飞散的情况下，停止电子束B的照射。接下来，向加热后的照射区域R供给粉末材料A。然后，射线束射出部2再次开始电子束B的照射。检测粉末材料A的飞散的详细结构将在后述。
射线束射出部2具备电子枪部21、像差线圈22、聚焦线圈23、偏转线圈24以及飞散检测器25。电子枪部21与控制部4电连接。电子枪部21基于来自控制部4的控制信号而动作。电子枪部21射出电子束B。电子枪部21例如朝向下方射出电子束B。像差线圈22与控制部4电连接。像差线圈22基于来自控制部4的控制信号而动作。像差线圈22设置于从电子枪部21射出的电子束B的周围。像差线圈22修正电子束B的像差。聚焦线圈23与控制部4电连接。聚焦线圈23基于来自控制部4的控制信号而动作。聚焦线圈23设置于从电子枪部21射出的电子束B的周围。聚焦线圈23为了使电子束B会聚，调整电子束B的照射位置的会聚状态。偏转线圈24与控制部4电连接。偏转线圈24基于来自控制部4的控制信号而动作。偏转线圈24设置于从电子枪部21射出的电子束B的周围。偏转线圈24根据控制信号来调整电子束B的照射位置。偏转线圈24进行电磁性的电子束偏转。因此，偏转线圈24的扫描速度与机械性的电子束偏转的扫描速度相比是高速的。电子枪部21、像差线圈22、聚焦线圈23以及偏转线圈24例如设置于呈筒状的圆柱26的内部。另外，也可以省略像差线圈22的设置。
飞散检测器25检测因对粉末材料A照射电子束B而产生粉末材料A的飞散的情况。即飞散检测器25检测在向粉末材料A照射电子束B时，烟雾现象的产生。烟雾现象是指由于粉末材料A的飞散而粉末材料A以雾状飞扬的现象。飞散检测器25例如是X射线检测器。飞散检测器25与控制部4电连接。飞散检测器25将检测信号向控制部4输出。飞散检测器25检测在烟雾产生时产生的X射线。飞散检测器25基于每单位时间检测出的X射线的数量超过了规定的阈值的情况，检测产生粉末材料A的飞散。飞散检测器25例如被安装于圆柱26。飞散检测器25被朝向电子束B配置。另外，飞散检测器25也可以设置于粉末材料A的照射区域的附近位置。飞散检测器25只要是能够检测粉末材料A的飞散的装置，则也可以使用与X射线检测器不同的设备或者传感器等。
造型部3是对所希望的物体O进行造型的部位。造型部3在腔室30的内部收纳粉末材料A。造型部3设置于射线束射出部2的下方。造型部3具备箱状的腔室30。造型部3在腔室30的内部具备板31、升降机32、粉末供给机构33、料斗34、加热器37a、加热器37b以及温度检测器38。腔室30与圆柱26结合。腔室30的内部空间与供电子枪部21配置的圆柱26的内部空间连通。
板31支承被造型的物体O。在板31上，对物体O进行造型。板31支承所造型的物体O。板31的上表面以及该上表面的上方的区域是电子束B的照射区域R。板31是板体。板31的形状例如是矩形或者圆形。板31配置于电子束B的射出方向的延长线上。板31例如朝向水平方向设置。板31配置为被在下方设置的升降工作台35支承。板31与升降工作台35一起沿上下方向移动。升降机32使升降工作台35以及板31升降。升降机32与控制部4电连接。升降机32基于来自控制部4的控制信号而动作。例如升降机32在物体O的造型的初期使板31与升降工作台35一起向上部移动。每当在板31上层叠有经过熔融和凝固的粉末材料A时，升降机32使板31下降。升降机32若是能够使板31升降的机构，则可以使用任何机构。
板31配置于造型箱36的内部。造型箱36设置于腔室30的内部的下部。造型箱36的形状例如是筒状。另外，造型箱36的剖面形状是矩形或者圆形。造型箱36朝向板31的移动方向延伸。造型箱36的内侧形状沿着升降工作台35的外侧形状。为了抑制粉末材料A向升降工作台35的下方泄漏，也可以在造型箱36与升降工作台35之间设置密封件。
粉末供给机构33向板31的上方供给粉末材料A。另外，粉末供给机构33使粉末材料A的表面平整。粉末供给机构33作为重涂机发挥功能。例如粉末供给机构33是棒状或者板状的部件。粉末供给机构33在照射区域R沿水平方向移动，由此向电子束B的照射区域R供给粉末材料A，并且使粉末材料A的表面平整。粉末供给机构33通过未图示的促动器的驱动而移动。料斗34收纳粉末材料A。在料斗34的下部形成有排出粉末材料A的排出口34a。从排出口34a排出的粉末材料A通过粉末供给机构33而供给到板31上。板31、升降机32、粉末供给机构33以及料斗34设置于腔室30的内部。腔室30的内部是真空或者大致真空的状态。另外，向板31上供给粉末材料A的机构也可以使用与粉末供给机构33以及料斗34不同的机构。
粉末材料A由许多粉末体构成。作为粉末材料A例如使用金属制的粉末。另外，作为粉末材料A只要是能够因电子束B的照射而熔融以及凝固的材料，则也可以使用粒径比粉末大的颗粒。
加热器37a设置于造型箱36的外侧。加热器37a作为对电子束B的照射区域R进行加热的加热部发挥功能。加热器37a例如是感应加热式加热器或者电阻加热式加热器。加热器37a通过工作而发热。而且，加热器37a通过热传导对照射区域R进行加热。加热器37a与控制部4电连接。加热器37a基于控制部4的动作信号而开始动作。另外，加热器37a基于控制部4的动作信号而停止动作。如图1所示，三维造型装置1具有两个加热器37a。另外，三维造型装置1具有的加热器37a的数量可以是一个，也可以是两个以上。加热器37a在由于电子束B的照射而产生了粉末材料A飞散的情况下，基于电子束B的照射的停止来开始照射区域R的加热。即加热器37a在由于电子束B的照射而发生了粉末材料A飞散的情况下，将电子束B的照射的停止作为触发而开始照射区域R的加热。换言之，加热器37a在向发生了飞散的照射区域R供给新的粉末材料A之前进行动作。
如图2所示，加热器37a开始动作，其结果，加热器37a发出的热经由造型箱36而向收纳于照射区域R的粉末材料A、物体O以及板31传导。即照射区域R的粉末床成为高温的状态。根据该状态，在粉末材料A被加热时，粉末材料A的热量很难向周围散发。其结果，在向因飞散而凹陷的区域供给粉末材料A时，容易使所供给的粉末材料A成为高温的状态。另外，粉末床是指被铺匀的粉末材料A。另外，粉末床也可以是物体O以及板31露出的部分。
如图1所示，加热器37b设置于腔室30的顶部。加热器37b作为对电子束B的照射区域R进行加热的加热部发挥功能。加热器37b例如使用放射式加热器。具体而言，加热器37b是卤素灯加热器。加热器37b与控制部4电连接。加热器37b基于控制部4的动作信号而开始动作。
另外，加热器37b基于控制部4的动作信号而停止动作。图1所示的三维造型装置1具备两个加热器37b。另外，三维造型装置1具备的加热器37b的数量可以是一个，也可以是两个以上。加热器37b在由于电子束B的照射而发生了粉末材料A飞散的情况下，基于电子束B的照射的停止而开始照射区域R的加热。即加热器37b在由于电子束B的照射而发生了粉末材料A飞散的情况下，将电子束B照射的停止作为触发而开始照射区域R的加热。换言之，加热器37b在向发生了飞散的照射区域R供给新的粉末材料A之前开始动作。
如图3所示，加热器37b开始动作的结果是，照射区域R的粉末材料A以及物体O等借助加热器37b的热的辐射而被加热。因此，照射区域R的粉末床成为高温的状态。根据该状态，在粉末材料A被加热时，粉末材料A的热量很难向周围散发。其结果，在向因飞散而凹陷的区域供给粉末材料A时，容易使粉末材料A成为高温的状态。另外，三维造型装置1也可以具备加热器37a以及加热器37b中的任一方。另外，加热器37a、37b只要能够加热电子束B的照射区域R，则也可以使用与加热器37a、37b不同的加热装置。例如也可以借助电子束B的照射而对照射区域R进行加热。
如图1所示，温度检测器38设置于腔室30的顶部。温度检测器38检测电子束B的照射区域R的温度。例如温度检测器38是辐射温度计或者热成像装置。温度检测器38与控制部4电连接。温度检测器38向控制部4输入检测信号。温度检测器38的检测温度信息也可以用于加热器37a以及加热器37b的加热控制。
控制部4进行三维造型装置1的装置整体的控制。控制部4是电子控制单元。例如控制部4也可以是包含CPU、ROM、RAM的计算机。控制部4进行板31的升降控制、粉末供给机构33的动作控制、电子束B的射出控制、偏转线圈24的动作控制、粉末材料A的飞散检测以及加热器37a、37b的动作控制。控制部4作为板31的升降控制，调整板31的上下位置。在升降控制中，控制部4向升降机32输出控制信号，由此使升降机32动作。控制部4作为粉末供给机构33的动作控制，向板31上供给粉末材料A，并且使所供给的粉末材料A均匀。在粉末供给机构33的动作控制中，控制部4在电子束B射出前使粉末供给机构33动作。控制部4作为电子束B的射出控制，从电子枪部21射出电子束B。在射出控制中，控制部4向电子枪部21输出控制信号。
控制部4作为偏转线圈24的动作控制，控制电子束B的照射位置。在偏转线圈24的动作控制中，控制部4向偏转线圈24输出控制信号。例如在进行粉末材料A的预加热的情况下，控制部4向射线束射出部2的偏转线圈24输出控制信号，由此对板31进行用于使电子束B扫描的电子束B的照射。例如控制部4如图5所示，使电子束B的照射位置沿左右往复移动，由此照射电子束B，以便均匀地加热配置于板31上的照射区域R的整个面的粉末材料A。预加热的电子束B的照射也可以仅对板31的整个面进行一次。另外，预加热的电子束B的照射也可以多次反复地对照射区域R的整个面进行。通过进行预加热，粉末材料A被加热。被加热后的粉末材料A被预烧结，因此减少由电子束B的照射引起的负电荷的积蓄。
控制部4在进行物体O的造型的情况下，例如使用应造型的物体O的三维CAD(Computer-Aided Design：计算机辅助设计)数据。物体O的三维CAD数据是表示预先输入的物体O的形状的数据。控制部4或者未图示的运算装置基于三维CAD数据，生成二维的切片数据。切片数据是多个数据的集合体。切片数据所含的个别数据例如表示应造型的物体O的水平剖面的形状。另外，个别数据与沿着与剖面垂直的方向的上下位置对应。控制部4基于切片数据，决定对粉末材料A照射电子束B的区域。控制部4根据决定的区域向偏转线圈24输出控制信号。控制部4向射线束射出部2的偏转线圈24输出控制信号，其结果，射线束射出部2向与物体O的剖面形状对应的造型区域照射电子束B。
控制部4检测是否发生了粉末材料A的飞散。控制部4作为在向粉末材料A照射电子束B时，检测是否发生了粉末材料A飞散的检测部发挥功能。粉末材料A的飞散是指上述粉末材料A的烟雾现象。有无粉末材料A的飞散是指有无烟雾现象的产生。控制部4基于飞散检测器25的检测信号，检测粉末材料A有无飞散。控制部4在飞散检测器25的检测信号中包含表示发生了飞散的信号成分的情况下，识别为发生了粉末材料A的飞散。另外，控制部4存储表示发生了粉末材料A的飞散的信息。
接下来，对本发明的三维造型装置1的动作以及三维造型方法进行说明。
图4是表示本发明的三维造型装置1的动作以及三维造型方法的流程图。图4的一系列控制处理例如由控制部4来进行。本发明的三维造型装置1的动作以及三维造型方法，对粉末材料A照射电子束B，由此交替地反复进行粉末材料A的预加热和物体O的造型。其结果，本发明的三维造型装置1的动作以及三维造型方法将物体O造型为层叠状。在粉末材料A因向粉末材料A照射电子束B而飞散的情况下，停止电子束B的照射。之后，加热电子束B的照射区域R。然后，向加热后的照射区域R供给新的粉末材料A。接下来，再次开始电子束B的照射。以下，参照图4具体地说明本发明的三维造型装置1的动作以及三维造型方法。
如图4的步骤S10所示，进行粉末材料A的供给。在以下的说明中，步骤S10仅表示为“S10”对于S10以后的各步骤也同样。粉末材料A的供给处理包括向电子束B的照射区域R供给粉末材料A的处理、和使所供给的粉末材料A的表面平整的处理。例如如图1所示，控制部4向升降机32输出控制信号，由此调节板31的上下位置。另外，控制部4向未图示的促动器或者机构输出控制信号，由此使粉末供给机构33动作。通过上述动作，粉末供给机构33沿水平方向动作。其结果，向板31上方的区域供给粉末材料A，并且使粉末材料A的表面平整。
使处理移至图4的S12。在S12中，进行预加热处理。预加热处理在进行物体的造型之前对预先粉末材料A进行加热。粉末材料A的预加热通过电子束B的照射来进行。控制部4向射线束射出部2输出控制信号，由此从电子枪部21射出电子束B。另外，控制部4向射线束射出部2输出控制信号，由此使电子束B扫描。电子束B的照射相对于照射区域R的整个面而进行。换言之，电子束B的照射相对于板31上的粉末材料A而进行。如图5所示，使电子束B的照射位置沿左右往复移动，由此照射电子束B，以便均匀地加热配置于板31上的照射区域R的整个面的粉末材料A。在该情况下，电子束B的照射也可以相对于照射区域R反复进行。图5是从上方观察板31的图。为了便于说明，图5仅示出板31。即图5省略了粉末材料A的图示。
用于预加热的电子束B的照射也可以对照射区域R和造型区域R1进行。例如，首先如图5所示，向照射区域R的整个面照射电子束B。接下来，如图6所示，对物体O的造型区域R1照射电子束B。电子束B的照射也可以对照射区域R反复进行多次。同样，电子束B的照射也可以对造型区域R1反复进行多次。造型区域R1的范围比照射区域R的范围窄。造型区域R1是物体O被造型的区域。另外，造型区域R1也可以是大致与物体O被造型的区域相同的区域。这样，对照射区域R与造型区域R1进行电子束B的照射，由此对照射区域R的整体进行预加热。其结果，能够使照射区域R成为高温的状态。另外，增加对造型区域R1的预加热的加热量，由此能够有效地抑制粉末材料A的飞散发生。另外，与反复对照射区域R的整体进行预加热的情况相比，能够缓和粉末材料A受到的热的影响。粉末材料A受到由加热引起的热的影响。粉末材料A的热的影响包含氧化、变形、化学组成的变化。而且有可能使粉末材料A由于上述变化而产生机械特性的变化。因此，照射电子束B的区域也可以是最小限的区域。因此，将用于预加热的照射区域的一部分限定为造型区域R1。其结果，能够减少粉末材料A受到的热的影响。因此，使粉末材料A的再利用也成为可能。
使处理移至S14。在S14中，判定粉末材料A是否飞散。判定处理在S12的预加热处理中，判定粉末材料A是否因电子束B的照射而飞散。例如控制部4使三维造型装置1的动作开始，并且使飞散检测器25动作。其结果，控制部4基于飞散检测器25的检测信号来检测粉末材料A的飞散。飞散检测也可以在S10的粉末材料A的供给处理的执行中来进行。然而，在S10中，没有向粉末材料A照射电子束B。因此，在S10的判定处理中，没有检测出粉末材料A的飞散的发生。粉末材料A的飞散的检测例如如上所述，通过每次检测X射线时相加的每单位时间的检测数是否超过规定的阈值来进行。在S14中，在X射线的每单位时间的检测数超过阈值的情况下，判定为粉末材料A已经飞散。在X射线的每单位时间的检测数未超过阈值的情况下，判定为粉末材料A没有飞散。另外，在预加热的处理中不可能产生粉末材料A飞散的情况下或者该可能性极低的情况下，也可以省略S14的判定处理。在S14中在判定为发生了粉末材料A飞散的情况下，将处理移至S20。另一方面，在S14中判定为没有发生粉末材料A飞散的情况下，进行造型处理(S16)。造型处理进行物体的造型。例如控制部4基于应造型的物体的三维CAD数据生成二维的切片数据。然后，控制部4基于该切片数据，决定对粉末材料A照射电子束B的区域。控制部4以向所决定的区域照射电子束B的方式，从射线束射出部2照射电子束B。在造型处理中，造型构成物体O的一个层。
使处理移至S18。在S18中，判定是否发生了粉末材料A的飞散。判定处理在S16的造型处理中，判定是否由于电子束B的照射而发生了粉末材料A的飞散。S18的判定处理与上述S14的判定处理相同。在S18中，在判定为发生了粉末材料A飞散的情况下，将处理移至S24。另一方面，在S18中判定为没有发生粉末材料A飞散的情况下，将处理移至S20。
在S20中，进行照射停止处理。照射停止处理使电子束B的照射停止。通过进行照射停止处理，使电子束B的照射停止。其结果，物体O的造型被中断。控制部4停止向射线束射出部2输出的控制信号的输出。其结果，电子枪部21停止电子束B的射出。因此，电子束B的照射被停止。
使处理移至S22。在S22中进行照射区域R的加热处理。照射区域R的加热处理对发生了粉末材料A飞散的照射区域R进行加热。控制部4向加热器37a以及加热器37b输出动作信号，由此使加热器37a以及加热器37b动作。其结果，如图2所示，加热器37a发热。加热器37a的热经由造型箱36而向照射区域R的粉末材料A以及物体O等传导。因此，照射区域R的粉末床被加热。另外，如图3所示，照射区域R的粉末材料A以及物体O等的粉末床被加热器37b的热的辐射加热。
如图1所示，也可以与S22并行地通过温度检测器38检测照射区域R的温度。以照射区域R的温度成为目标温度的方式控制加热器37a以及加热器37b的动作，由此能够进行适当的照射区域R的加热处理。
在S22的加热处理完成之后，再次进行S10。即在发生了粉末材料A飞散的情况下，对发生了飞散的照射区域R进行加热，然后，进行粉末材料A的供给，最后，再次开始物体O的造型。
然而，在S18中在判定为发生了粉末材料A飞散的情况下，判定控制处理的结束条件是否成立(S24)。控制处理的结束条件已成立的情况例如是所希望的三维物体的造型已完成的情况。即反复进行S10～S22的控制处理的结果是物体O的造型已完成的情况。另一方面，控制处理的结束条件不成立的情况例如是所希望的三维物体O的造型没有完成的情况。
在S24中在判定为控制处理的结束条件不成立的情况下，再次进行S10。另一方面，在S24中在判定为控制处理的结束条件已成立的情况下，结束图4的一系列控制处理。
这样图4所示的S10～S24的处理反复进行，由此以层状逐渐形成物体O。其结果，最终造型出所希望的物体O。
如以上说明的那样，本发明的三维造型装置1以及三维造型方法，在物体O的造型中在粉末材料A因电子束B的照射而飞散的情况下，在向照射区域R供给粉末材料A之前对照射区域R进行加热。接下来，本发明的三维造型装置1以及三维造型方法，向加热后的照射区域R供给粉末材料A。而且，本发明的三维造型装置1以及三维造型方法，再次开始物体O的造型。其结果，在为了再次开始造型而进行粉末材料A向照射区域R的供给时，照射区域R的粉末床是高温的。因此，在对向加热后的照射区域R供给的粉末材料A照射电子束B时，粉末材料A的热量很难散发。其结果，容易使粉末材料A成为高温。因此，能够抑制粉末材料A的再次飞散。
例如如图7所示，在粉末材料A因电子束B的照射而飞散的情况下，且向非加热的照射区域R供给粉末材料A的情况下，飞散区域R2不会成为高温。而且，所供给的新的粉末材料A是常温的。此时，在将新的粉末材料A大量地向飞散区域R2供给的期间，飞散区域R2的粉末床的温度降低。因此，在较多的粉末飞散的情况下，飞散区域R2以及所供给的粉末材料A的温度比通常造型时低。在这样的状况下，若向新供给的粉末材料A照射电子束B，则粉末材料A的热向下方传导，因此粉末材料A的热散失。因此，粉末材料A的预烧结变得不充分。其结果，有可能发生粉末材料A的再次飞散。与此相对，本发明的三维造型装置1以及三维造型方法，在粉末材料A因电子束B的照射而飞散的情况下，在向照射区域R供给粉末材料A之前，对照射区域R进行加热。而且，本发明的三维造型装置1以及三维造型方法，在向加热后的照射区域R供给粉末材料A之后，再次开始物体O的造型。因此，在向新供给的粉末材料A照射电子束B时，粉末材料A的热量很难向周围散发。因此，能够充分地进行粉末材料A的预烧结。其结果，能够抑制粉末材料A的再次飞散。
根据本发明的三维造型装置1以及三维造型方法，能够抑制在物体O的造型中粉末材料A再次飞散。其结果，能够抑制三维造型装置1的破损以及故障。例如若频繁地发生粉末材料A的飞散，则粉末材料A飞扬到电子枪部21的次数增加。飞扬的粉末材料A附着于电子枪部21。附着的结果是发生电子枪部21的污损以及破损。因此，三维造型装置1产生故障。与此相对，本发明的三维造型装置1以及三维造型方法能够减少粉末材料A的飞散的产生次数。其结果，能够抑制三维造型装置1的污损、破损以及故障。
本发明的三维造型装置1以及三维造型方法，在粉末材料A飞散的情况下，使用提供热的传导或者辐射对照射区域R进行加热的加热器37a、37b来加热照射区域R。此时，在通过电子束B的照射来进行加热的情况下，由于局部电荷的集中而有可能产生更多的烟雾以及产生局部热集中。因此，存在导致粉末材料A烧结等的悬念。因此，关于粉末材料A飞散的情况下的加热，代替电子束照射，使用通过热的传导或者辐射来进行加热的加热器。其结果，能够降低由局部电荷的集中引起的粉末材料A的烧结这样的悬念。另外，也可以在电子束B的照射中，有意地缓和电子束B的会聚状态，由此抑制电荷以及热量的局部集中。其结果，能够减少上述悬念并且能够进行粉末床的升温。
本发明的三维造型装置1以及三维造型方法，在物体O的造型中检测出发生了粉末材料A飞散的情况下，基于电子束B的照射的停止，开始照射区域R的加热。因此，抑制对照射区域R的过度的加热。其结果，能够减少粉末材料A受到的热的影响。
在使用通过热的传导或者辐射来加热的加热器37a、37b对照射区域R进行加热的情况下，将开始照射区域R的加热的触发设为电子束B的照射的停止。其结果，抑制过度加热照射区域R的情况。通过热的传导或者辐射对粉末材料A进行加热的加热器也可以在照射电子束B时动作。然而，若使加热器连续动作，则粉末材料A被过度加热。其结果，存在粉末材料A完全烧结的可能性。若产生粉末材料A的烧结，则在取出所完成的物体O时往往需要机械加工。另外，若发生粉末材料A的烧结，则也存在在造型后因使烧结体破碎而作为粉末材料无法再利用的可能性。因此，本发明的三维造型装置1以及三维造型方法在物体O的造型中检测出粉末材料A飞散的情况下，基于电子束B的照射的停止而开始照射区域R的加热。其结果，抑制对粉末材料A的过度加热，因此能够实现烧结的抑制。
本发明的三维造型装置1以及三维造型方法，在物体O的造型中检测出粉末材料A的飞散的情况下，在使电子束B的照射停止之后，开始加热器的加热。换言之，不在电子束B的照射中进行加热器的加热。因此，能够防止电子束B的轨道由于因加热器的动作产生的电场而偏移。
在此，对在粉末材料A飞散的情况下再次开始造型时进行的预加热(S12)由此而得到的效果进行说明。换言之，对在S14、S18中判定为是之后，加热(S22)以及接着该加热(S22)而进行的在粉末供给(S10)后进行的预加热(S12)由此而得到的效果进行说明。在以下的说明中，对在预加热(S12)中使用带电粒子束时的效果、和在预加热(S12)中没有使用带电粒子束而使用其他机构时的效果的各个进行描述。
在预加热(S12)中使用带电粒子束的情况下，利用加热处理S22加热照射区域R，由此在对新的粉末材料A照射预加热用的带电粒子束时，粉末材料A的热量难以散发。其结果，在预加热(S12)中容易使粉末材料A成为高温的状态。因此，能够充分地加热粉末材料A，因此能够抑制在再次开始造型时的预加热(S12)中粉末材料A再次飞散。此外，在预加热(S12)中粉末材料A被充分地加热，其结果，充分地进行预烧结。在该情况下，也能够抑制预加热(S12)后的正式熔融(造型处理S16)中的粉末材料A的飞散发生。
在预加热(S12)中没有使用带电粒子束的情况下，即在预加热(S12)中使用加热器等热源的情况下，不存在产生由带电粒子束的照射引起的粉末材料A的飞散的担忧。作为加热器等例如也可以利用作为加热部的加热器37a、37b、37c。然而，若在预加热后的正式熔融(造型处理S16)中使用带电粒子束，则有可能产生由带电粒子束的照射引起的粉末的飞散。因此，优选即使在预加热(S12)中没有使用带电粒子束的情况下，也在预加热时充分地进行预烧结。
总之，根据本发明的一个方式，在粉末材料A飞散的情况下，在对照射区域R进行加热之后，即在加热处理(S22)之后，供给粉末材料A。其结果，在进行预加热(S12)时粉末材料A的热量难以散发。其结果，容易使粉末材料A成为高温的状态。因此，通过预加热(S12)充分地进行预烧结。其结果，能够抑制正式熔融中的飞散。
另外，本发明的三维造型装置以及三维造型方法不限定于上述的实施方式。本发明的三维造型装置以及三维造型方法在不脱离技术方案记载的宗旨的范围内能够采取各种变形方式。
例如本发明的三维造型装置以及三维造型方法，加热器37a安装于造型箱36。只要是能够加热照射区域R的位置，则加热器37a也可以安装于其他位置。具体而言，如图8所示，加热器37c也可以安装于升降工作台35的下表面。加热器37c发热，由此加热器37c的热经由升降工作台35以及板31而向照射区域R的粉末材料A传导。其结果，加热器37c能够对照射区域R的粉末床进行加热。因此，能够得到与上述本发明的三维造型装置1以及三维造型方法相同的作用以及效果。
上述本发明的三维造型装置以及三维造型方法，例示电子束B作为带电粒子束，并对使用该电子束B对物体进行造型的情况进行了说明。但在物体的造型中也可以使用与电子束B不同的种类的带电粒子束。例如作为带电粒子束也可以使用离子束对物体进行造型。
例如如图9的流程图所示，三维造型方法也可以具有使板31下降的步骤(S25)。控制部4向升降机32输出控制信号，由此使升降机32动作。通过升降机32的动作，板31经由升降工作台35而下降。其下降的高度例如也可以与所造型的一层的厚度相同。S25在S24的判定结果为否的情况下实施。即S25至少在造型(S16)进行，且在之后的飞散判定(S18)中判定结果为否的情况下实施。换言之，S25在造型进行并且没有检测出飞散发生的情况下实施。例如在S14、S18中检测出飞散的产生的情况下，板31的下降动作(S25)不实施。
例如如图10的流程图所示，上述三维造型方法也可以还具有后热处理(S26)、和飞散检测处理(S27)。“后热”作为与“预热”成对的用语而使用。“后热”是在造型(S16)之后，对造型物和/或粉末材料A进行加热的热处理。S26在S18的判定结果是否的情况下被实施。即S26在造型(S16)被实施，且未检测出因该造型而产生飞散的情况下被进行。只要能够施加所需的热量则该后热也可以是由加热器等进行的加热。然而，与预热以及造型相同在利用带电粒子束对粉末材料A进行加热的情况下，存在在后热处理中也发生飞散的产生的可能性。因此，在利用带电粒子束进行后热的情况下，接着S26而进行飞散的检测处理(S27)。在没有检测出飞散的产生的情况下(S27：否)，将处理移至S24。在检测出飞散的产生的情况下(S27：是)，将处理移至S25。此外，也可以在S27之后S25之前，进行照射停止(S27a)以及加热(S27b)。照射停止(S27a)可以是与上述照射停止(S20)相同的处理。加热(S27b)可以是与上述加热(S20)相同的处理。此外，上述处理S27a、S27b只要在粉末材料的供给(S10)之前进行即可，因此也可以在板下降(S25)之后且粉末材料的供给(S10)之前进行。即S27a、S27b只要在S27：是～S10之间进行即可，而与板下降(S25)的前后无关。在实施了后热处理(S26)的情况下，无论飞散检测(S27)的结果为是的情况还是否的情况，也可以都进行使板31下降的动作(S25)。
例如上述三维造型方法也可以还具有粉末涂覆状况的检测处理(未图示)。检测处理可以在S10之后S12之前进行。粉末的飞散的程度影响粉末床的带电状况。即存在为了铺设通常的一层粉末而供给的粉末量，无法填埋因飞散而凹陷的全部区域的可能性。另外，在没有充分地填埋因飞散而凹陷的区域的情况下，还产生在电子束B的焦点位置没有粉末材料A的情况。因此，可以使用未图示的粉末床观察装置来确认供给粉末材料A之后的粉末床的状态。而且，在确认的结果是判断为填埋不充分的情况下，再次使粉末供给机构33动作来追加粉末材料A。
粉末床观察装置只要具有能够判断飞散区域R2的填埋是否被进行的功能即可，可以采用能够发挥该功能的装置、拍摄装置或者以其为基准的装置。例如粉末床观察装置具有设置于造型箱36(的上表面)与粉末材料A的排出口34a之间的未图示的粉末回收机构。在使粉末供给机构33水平移动而向板31上(粉末床上)供给粉末材料A的情况下，在产生了未进入造型箱36内的多余粉末时，多余粉末(全部或者一部分)被粉末回收机构回收。而且，粉末床观察装置也可以根据该回收量来判断飞散区域R2的填埋是否被进行、即粉末床是否均匀。另外，也可以利用照相机拍摄粉末床，对该照相机图像进行图像处理由此判断飞散区域R2的填埋是否被进行。另外，若向粉末床的凹陷照射电子束B则电子束B的轨迹变形。也可以利用该现象，基于预热处理的电子束B的轨迹来判断飞散区域R2的填埋是否被进行。在该结构中，在利用预热处理的电子束B的轨迹了解到存在凹陷的情况下，也可以不移至用于造型处理的电子束B的照射(S16)，再次进行粉末材料A的供给(S10)。
附图标记说明
1…三维造型装置；2…射线束射出部；3…造型部；4…控制部(检测部)；21…电子枪部；22…像差线圈；23…聚焦线圈；24…偏转线圈；25…飞散检测器；31…板；32…升降机；33…粉末供给机构；34…料斗；37a…加热器(加热部)；37b…加热器(加热部)；37c…加热器(加热部)；A…粉末材料；B…电子束；R…照射区域；R1…造型区域；R2…飞散区域。

Claims (4)

1.一种三维造型装置，向带电粒子束的照射区域供给粉末材料并铺匀，对所述粉末材料照射所述带电粒子束，使所述粉末材料熔融来进行三维物体的造型，其特征在于，具备：
射线束射出部，其射出所述带电粒子束，并将所述带电粒子束向所述粉末材料照射；
检测部，其检测所述粉末材料因所述带电粒子束向所述粉末材料的照射而飞散的情况；以及
加热部，其对所述照射区域进行加热，
所述加热部在所述物体的造型中在由所述检测部检测出所述粉末材料飞散的情况下，在向所述照射区域供给新的粉末材料之前，对所述照射区域进行加热，
所述射线束射出部在所述物体的造型中在由所述检测部检测出所述粉末材料飞散的情况下，停止所述带电粒子束的照射，在向加热后的所述照射区域供给所述新的粉末材料之后，再次开始所述带电粒子束的照射。
2.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，
所述加热部是通过热的传导或者辐射而对所述照射区域进行加热的加热器。
3.根据权利要求2所述的三维造型装置，其特征在于，
所述加热部在所述物体的造型中在由所述检测部检测出所述粉末材料飞散的情况下，基于所述带电粒子束的照射停止这一情况而开始所述照射区域的加热。
4.一种三维造型方法，向带电粒子束的照射区域供给粉末材料并铺匀，对所述粉末材料照射所述带电粒子束，使所述粉末材料熔融来进行三维物体的造型，其特征在于，包括以下工序：
判定工序，判定在所述物体的造型中所述粉末材料是否飞散；
加热工序，在由所述判定工序判定为所述粉末材料飞散了的情况下，在向所述照射区域供给新的粉末材料之前，由加热部对所述照射区域进行加热；以及
造型工序，在向由所述加热工序加热后的所述照射区域供给所述新的粉末材料之后，再次开始所述物体的造型。
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