CN111182985B - 三维造型装置以及三维造型方法 - Google Patents

Abstract

三维造型装置在对在电子束的照射区域铺匀的粉末材料照射电子束来进行粉末材料的预加热之后，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。三维造型装置具备射线束射出部，该射线束射出部射出电子束并使该电子束照射粉末材料。射线束射出部在进行预加热的情况下，在使电子束沿着朝向第一方向的照射路径照射之后，使电子束沿着朝向第二方向的照射路径照射，所述第二方向与朝向第一方向的照射路径隔开跳跃距离而设定并与第一方向反向。

Description

三维造型装置以及三维造型方法

技术领域

本公开涉及对三维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5108884号公报公开了一种三维造型装置以及三维造型方法。如日本专利第5108884号公报所记载那样，三维造型装置对粉末材料照射电子束，由此进行预加热。在预加热之后，对粉末材料进一步照射电子束，由此使粉末材料熔融。之后，使熔融的粉末材料凝固。通过这些处理，对三维物体进行造型。在该装置以及方法中，在进行预加热时，使电子束的照射位置向一定的方向移动。然后，在电子束的照射位置到达照射区域的端部之后，使该照射位置返回到另一方的端部的位置。然后，使电子束的照射位置再次向一定的方向移动。

专利文献1：日本专利第5108884号公报

在上述的三维造型的装置以及方法中，存在未适当进行预加热的情况。例如如图7所示，在使电子束的照射位置P0向一定的方向移动之后，使照射位置P0从端部向另一端部返回时，电子束的照射位置的移动方向急剧变化。其结果，在照射位置的移动方向的切换的位置，存在电子束的实际的照射位置相对于指令位置偏离的情况。其结果，产生被过度地加热的区域R0，因此变得热量输入不均。

因此，希望开发一种通过抑制热量输入不均，从而可适当地进行预加热的三维造型装置以及三维造型方法。

发明内容

本公开的一个方式的三维造型装置构成为，在对在带电粒子束的照射区域铺匀的粉末材料照射带电粒子束来进行粉末材料的预加热之后，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，三维造型装置具备射线束射出部，其射出带电粒子束，并使带电粒子束照射粉末材料，射线束射出部在进行预加热的情况下，在使带电粒子束沿着朝向第一方向的照射路径照射之后，使带电粒子束沿着与朝向第一方向的照射路径隔开规定的距离设定且朝向第二方向的照射路径照射，所述第二方向与第一方向反向。

根据本公开的三维造型装置，通过抑制热量输入不均，从而能够适当地进行预加热。

附图说明

图1是表示本公开的实施方式的三维造型装置的结构的概要图。

图2是图1的三维造型装置的预加热的说明图。

图3是表示预加热的一例的说明图。

图4是图1的三维造型装置的预加热的说明图。

图5是图1的三维造型装置的预加热的说明图。

图6是表示实施方式的三维造型装置的动作以及三维造型方法的流程图。

图7是背景技术以及比较例的预加热的说明图。

具体实施方式

本公开的一个方式的三维造型装置构成为，在对在带电粒子束的照射区域铺匀的粉末材料照射带电粒子束来进行粉末材料的预加热之后，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，三维造型装置具备射线束射出部，其射出带电粒子束，并使带电粒子束照射粉末材料，射线束射出部在进行预加热的情况下，在使带电粒子束沿着朝向第一方向的照射路径照射之后，使带电粒子束沿着与朝向第一方向的照射路径隔开规定的距离设定且朝向第二方向的照射路径照射，所述第二方向与第一方向反向。根据该三维造型装置，在进行粉末材料的预加热的情况下，使带电粒子束沿着朝向第一方向的照射路径照射。之后，使所述带电粒子束沿着隔开规定的距离设定且朝向第二方向的照射路径照射，所述第二方向与第一方向反向。其结果，在将带电粒子束的照射位置从第一方向的照射路径向第二方向的照射路径切换时，抑制带电粒子束的照射的前进路径急剧改变。因此，能够使带电粒子束相对于目标的照射位置准确地照射。其结果，能够抑制在照射区域产生热量输入不均。

在本公开的一个方式的三维造型装置中，也可以是，规定的距离为越过至少一个照射路径的距离。在该情况下，在进行粉末材料的预加热时，首先，使带电粒子束沿着朝向第一方向的照射路径照射。之后，使带电粒子束沿着隔开越过至少一个照射路径的距离而设定并朝向与第一方向相反方向的第二方向的照射路径照射。其结果，在将带电粒子束的照射位置从第一方向的照射路径向第二方向的照射路径切换时，抑制了带电粒子束的照射的前进路径急剧改变。因此，能够使带电粒子束对目标的照射位置准确地照射。其结果，能够抑制在照射区域产生热量输入不均。

在本公开的一个方式的三维造型装置中，也可以是，射线束射出部在沿着朝向第一方向的第一照射路径照射带电粒子束之后，进行沿着朝向第二方向的第二照射路径的带电粒子束的照射，进而进行沿着朝向第一方向或第二方向的第三照射路径的带电粒子束的照射，从第一照射路径至第二照射路径的距离大于从第一照射路径至第三照射路径的距离。

本公开的一个方式的三维造型装置也可以是，还具备控制部，其对射线束射出部输出控制信号，控制部在射线束射出部进行预加热的情况下，以使带电粒子束沿着朝向第一方向的照射路径照射之后，使带电粒子束沿着与朝向第一方向的照射路径隔开规定的距离设定且朝向第二方向的照射路径照射的方式，对所述射线束射出部输出所述控制信号，所述第二方向与第一方向反向。

本公开的一个方式的三维造型方法，进行对在带电粒子束的照射区域铺匀的粉末材料照射带电粒子束的预加热工序，并进行在该预加热工序之后对粉末材料照射带电粒子束使粉末材料熔融的物体的造型工序，其中，在预加热工序中，在沿着朝向第一方向的照射路径照射带电粒子束之后，沿着与朝向第一方向的照射路径隔开规定的距离设定且朝向第二方向的照射路径照射带电粒子束，所述第二方向与第一方向反向。根据该三维造型方法，在预加热工序中，沿着朝向第一方向的照射路径照射带电粒子束。之后，沿着隔开规定的距离设定且朝向第二方向的照射路径照射带电粒子束，所述第二方向与第一方向反向。其结果，在将带电粒子束的照射位置从第一方向的照射路径向第二方向的照射路径切换时，抑制带电粒子束的照射的前进路径急剧改变。因此，能够使带电粒子束相对于目标的照射位置准确地照射。其结果，能够抑制在照射区域产生热量输入不均。

本公开的一个方式的三维造型方法也可以是，具有：预加热工序，对在带电粒子束的照射区域铺匀的粉末材料照射带电粒子束；和物体的造型工序，在预加热工序之后对粉末材料照射带电粒子束使粉末材料熔融，在预加热工序中，在沿着朝向第一方向的照射路径照射带电粒子束之后，沿着与朝向第一方向的照射路径隔开规定的距离设定且朝向第二方向的照射路径照射带电粒子束，所述第二方向与第一方向反向。

以下，参照附图对本公开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是表示本公开的实施方式的三维造型装置的结构的概要的图。三维造型装置1对粉末材料A照射电子束B。通过该电子束B的照射，从而粉末材料A熔融，之后凝固，因此造型三维物体O。三维造型装置1反复进行以下工序，即：对粉末材料A照射电子束B来对粉末材料A进行预加热的工序、和对粉末材料A照射电子束B来使粉末材料A熔融并对物体O的一部分进行造型的工序。通过反复进行这些工序，从而凝固的粉末材料A被层叠而进行物体O的造型。预加热也被称为预热。预加热是指在物体O的造型前，对粉末材料A进行加热的处理。通过预加热，粉末材料A被加热至小于粉末材料A的熔点的温度。通过预加热，粉末材料A被加热，因此产生预烧结。其结果，抑制由电子束B的照射引起的负电荷向粉末材料A的蓄积。因此，能够在电子束B照射时抑制产生粉末材料A的飞散而飞扬的烟雾现象。

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对造型部3的粉末材料A射出电子束B。通过该电子束B的照射，粉末材料A熔融。电子束B例如是带电粒子束。带电粒子束通过带电粒子亦即电子的直线运动而形成。射线束射出部2对粉末材料A照射电子束B，由此进行粉末材料A的预加热。射线束射出部2在预加热之后，对粉末材料A照射电子束B，由此使粉末材料A熔融。其结果，进行三维物体O的造型。

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的控制信号动作。像差线圈22设置在从电子枪部21射出的电子束B的周围。像差线圈22对电子束B的像差进行修正。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的控制信号动作。聚焦线圈23设置在从电子枪部21射出的电子束B的周围。聚焦线圈23通过使电子束B汇聚，从而调整电子束B的照射位置处的聚焦的状态。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的控制信号动作。偏转线圈24设置在从电子枪部21射出的电子束B的周围。偏转线圈24基于控制信号，来调整照射电子束B的位置。偏转线圈24进行电磁束偏转。因此，在电子束B照射时，偏转线圈24的扫描速度与机械束偏转的扫描速度相比为高速。电子枪部21、像差线圈22、聚焦线圈23以及偏转线圈24例如设置在呈筒状的柱26内。另外，射线束射出部2也可以省略像差线圈22的设置。

飞散检测器25检测由电子束B向粉末材料A的照射引起的粉末材料A的飞散的产生。由于粉末材料A的飞散而使粉末材料A呈雾状飞扬的现象被称为烟雾现象。即，飞散检测器25在电子束B向粉末材料A的照射中，检测烟雾现象的产生。作为飞散检测器25，例如使用X射线检测器。作为X射线检测器的飞散检测器25检测在烟雾产生时产生的X射线。飞散检测器25基于该X射线的检测，检测是否了产生粉末材料A的飞散。飞散检测器25例如安装于柱26。安装于柱26的飞散检测器25朝向电子束B配置。另外，飞散检测器25也可以设置在粉末材料A的照射区域的附近。

造型部3是对期望的物体O进行造型的部位。造型部3在腔室30内收容粉末材料A。造型部3设置在射线束射出部2的下方。造型部3具备箱状的腔室30。造型部3具备板31、升降机32、粉末供给机构33以及料斗34。这些要素配置在腔室30内。腔室30与柱26结合。腔室30的内部空间与供电子枪部21配置的柱26的内部空间连通。

板31支承被造型的物体O。物体O在板31上逐渐造型。而且，板31支承逐渐造型的物体O。板31的形状例如为圆形。板31配置在电子束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以由设置在下方的升降台35支承的方式配置。板31与升降台35一起在上下方向移动。升降机32使升降台35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的控制信号动作。例如，升降机32在物体O的造型的初期使板31与升降台35一起向上部移动。进而，升降机32针对每次由于板31上的粉末材料A的熔融及凝固的反复而使粉末材料A层叠，使板31下降。升降机32只要是能够使板31升降的机构，则可以使用任何机构。

板31配置在造型箱36内。造型箱36设置在腔室30内的下部。造型箱36的形状例如为圆筒状。造型箱36朝向板31的移动方向延伸。造型箱36的截面形状为与板31是同心圆状的圆形。升降台35的形状沿着造型箱36的内侧形状。即，在造型箱36的水平截面的内侧的形状为圆形的情况下，升降台35的形状也为圆形。通过该形状，容易抑制供给至造型箱36的粉末材料A向升降台35的下方泄漏。另外，为了抑制粉末材料A向升降台35的下方泄漏，也可以在升降台35的外缘部设置密封件。另外，造型箱36的形状并不限于圆筒状。例如造型箱36的形状也可以是截面为矩形的方筒。

粉末供给机构33向板31的上方供给粉末材料A。此外，粉末供给机构33将粉末材料A的表面铺平。粉末供给机构33作为重涂机发挥功能。例如，对粉末供给机构33使用棒状或板状的部件。这些部件沿水平方向移动。其结果，向电子束B的照射区域供给粉末材料A，并且粉末材料A的表面被铺平。粉末供给机构33的移动由未图示的促动器及机构控制。另外，对于将粉末材料A铺平的机构，也可以使用与粉末供给机构33不同的机构。料斗34收容粉末材料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流入板31上。或者，粉末材料A通过粉末供给机构33而向板31上供给。板31、升降机32、粉末供给机构33以及料斗34设置在腔室30内。腔室30内为真空或者几乎真空的状态。另外，向板31上以层状供给粉末材料A的机构也可以使用与粉末供给机构33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，只要是能够通过电子束B的照射而熔融及凝固的材料，则也可以使用粒径比粉末大的颗粒。

作为电子控制单元的控制部4进行三维造型装置1的装置整体的控制。控制部4例如包括含有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的射出的控制、偏转线圈24的动作的控制、粉末材料A的飞散的检测、以及粉末材料A的飞散产生的位置的检测。控制部4作为板31的升降控制，对升降机32输出控制信号，来使升降机32动作。其结果，板31的上下位置被调整。控制部4作为粉末供给机构33的动作控制，在电子束B射出前使粉末供给机构33动作。其结果，向板31上供给粉末材料A。进一步，粉末材料A被铺平。控制部4作为电子束B的射出控制，对电子枪部21输出控制信号来使电子束B从电子枪部21射出。

控制部4作为偏转线圈24的动作控制，对偏转线圈24输出控制信号。其结果，电子束B的照射位置被控制。例如，在进行粉末材料A的预加热的情况下，控制部4对射线束射出部2的偏转线圈24输出控制信号，以电子束B在板31上进行扫描的方式使电子束B照射。

图2是从上方观察板31的图。图2表示粉末材料A的预加热的电子束B的照射路径。在图2中，板31的上方的区域为照射区域R。照射区域R为能够进行物体O的造型的区域。在图2中为了便于说明，省略粉末材料A的图示。电子束B以在照射区域R左右往复移动的方式照射。其结果，电子束B对照射区域R的整个面进行照射。图2仅示出电子束B的照射路径的一部分。以下，对电子束B的照射具体地进行说明。

电子束B的照射位置首先沿着朝向第一方向d1的照射路径r1(第一照射路径)移动。之后，电子束B的照射位置沿着隔开跳跃距离J而设定的照射路径r2(第二照射路径)移动。照射路径r2的朝向为与第一方向d1相反方向的第二方向d2。之后，电子束B的照射位置沿着朝向第一方向d1的照射路径r3、朝向第二方向d2的照射路径r4、朝向第一方向d1的照射路径r5依次移动。即，电子束B的照射交替进行沿着朝向第一方向d1的照射路径的移动与沿着朝向第二方向d2的照射路径的移动。

在电子束B的照射位置到达照射路径r5的照射区域R的端部之后，电子束B的照射位置向最初的照射路径r1的一方移动。具体地，电子束B的照射位置向照射路径r1的终点附近移动。然后，电子束B的照射位置沿着照射路径r6(第三照射路径)移动。照射路径r6设定在照射路径r1的旁边。照射路径r6以与照射路径r1之间设置有路径间隔W的方式设定。路径间隔W为未由于电子束B的照射而使粉末材料A飞散的程度的距离。路径间隔W为在一边对照射区域R的整个面扫描电子束B，一边照射电子束B时，相邻的照射路径与照射路径之间的距离。若路径间隔W过窄，则由于电子束B的照射而易使电荷集中。其结果，有可能产生粉末材料A的飞散。另一方面，若路径间隔W过宽，则有可能粉末材料A的加热变得不充分。因此，路径间隔W考虑到这些方面来设定。跳跃距离J设定为越过至少一个照射路径的距离。即，跳跃距离J也可以比路径间隔W大。跳跃距离J的长度可以为路径间隔W的长度的二倍以上。

照射路径r6之后的电子束B的照射也与照射路径r1～r5相同。即，对于电子束B的照射位置的移动而言，沿着朝向第一方向d1的照射路径的移动与沿着朝向第二方向d2的照射路径的移动交替进行。例如，电子束B的照射位置在沿着照射路径r6移动之后，沿着隔开跳跃距离J的照射路径r7移动。接着，电子束B的照射位置沿着照射路径r8移动。通过这样的电子束B的照射，进行预加热。在该预加热中，对照射区域R的整个面均匀地照射电子束B。

这样，电子束B的照射位置沿着朝向第一方向d1的照射路径移动。之后，电子束B的照射位置沿着隔开跳跃距离J而设定并且朝向第二方向d2的照射路径移动。其结果，在将电子束B的照射位置从第一方向d1的照射路径向第二方向d2的照射路径切换时，抑制电子束B的照射位置的行进方向急剧变化。其结果，能够对目标的照射位置准确地照射电子束B。因此，能够抑制在照射区域R产生热量输入不均。进而能够均匀地对照射区域R进行预加热。

例如，如图3所示，使电子束B的照射位置交替进行沿着朝向第一方向d1的路径的移动、与沿着朝向第二方向d2的路径的移动。在该情况下，当从沿着朝向第一方向d1的路径的移动向沿着朝向第二方向d2的路径的移动转移时，没有隔开跳跃距离J。即使是这样的路径，也如上述那样，在将电子束B的照射位置从第一方向d1的照射路径向第二方向d2的照射路径切换，抑制电子束B的照射位置的行进方向急剧变化。其结果，能够抑制在照射区域R产生热量输入不均。进而能够均匀地对照射区域R进行预加热。

如图7所示，在一边使电子束B的照射位置向一定的方向移动，一边进行电子束B的照射的情况下，如上述那样，当从照射路径向下一照射路径切换，路径的变化变得急剧。其结果，如区域R0所示，有可能产生电子束B的照射位置相对于指令位置的偏移。其结果，产生热量输入不均。

本公开的三维造型装置1使电子束B的照射位置沿着朝向第一方向d1的照射路径移动。之后，沿着隔开跳跃距离J而设定并且朝向第二方向d2的照射路径照射电子束B。其结果，抑制急剧的路径的变化。因此，能够抑制电子束B的照射位置相对于目标的照射位置的偏移。其结果，能够抑制照射区域R的热量输入不均的产生。进而，能够均匀地对照射区域R进行预加热。进而，第二方向d2的照射路径由于隔开跳跃距离J而设定，因此经由跳跃距离J而连续的两个照射路径彼此之间变宽。因此，不易由于电子束B的照射而使电荷集中，因此能够降低产生粉末材料A的飞散的担忧。

可以对照射区域R的整个面仅进行一次用于预加热的电子束B的照射。另外，也可以对照射区域R的整个面反复进行多次用于预加热的电子束B的照射。用于预加热的电子束B的照射也可以包含针对照射区域R的照射和针对造型区域M的照射。造型区域M为供物体O造型的区域。例如，如图4所示，也可以在进行针对照射区域R的预加热之后，进行造型区域M的预加热。在该情况下，能够对造型区域M充分进行预加热。其结果，在进行用于对物体O进行造型的电子束B的照射时，能够抑制粉末材料A的飞散。另外，与对照射区域R的整个面反复进行多次预加热的情况相比，降低了电子束B向粉末材料A的照射次数。其结果，能够减轻热量对粉末材料A的影响。即，由于避免了粉末材料A的过度加热，因此抑制了粉末材料A的劣化及变形等。其结果，能够对粉末材料A进行再利用。另外，将用于预加热的电子束B的照射分成向照射区域R的照射与向造型区域M的照射来进行的情况也在使电子束B的照射位置沿着朝向第一方向d1的照射路径移动之后，使电子束B的照射位置沿着隔开跳跃距离J并且朝向第二方向d2的照射路径移动。此外，对造型区域M进行预加热的区域也可以是与造型区域M相同的区域。另外，对造型区域M进行预加热的区域也可以为比造型区域M宽的区域。

如图5所示，一个照射区域R也可以包含多个造型区域M1、M2、M3、M4。在该情况下，如图2所示，只要进行针对照射区域R的预加热的照射即可。另一方面，在将照射区域R的预加热与造型区域M1、M2、M3、M4的预加热分开来进行的情况下，针对造型区域M1、M2、M3、M4的电子束B的照射也可以按照各个造型区域M1、M2、M3、M4依次进行。

当在多个造型区域M1、M2、M3、M4中设定有同一直线上的照射路径的情况下，也可以使电子束B的照射位置沿着这些照射路径连续地移动。例如，在图5中，造型区域M1的照射路径r11与造型区域M2的照射路径r21设定在同一直线上。在该情况下，也可以在使电子束B的照射位置沿着照射路径r11移动之后，使电子束B的照射位置沿着照射路径r21移动。另外，造型区域M2的照射路径r22与造型区域M1的照射路径r12设定在同一直线上。在该情况下，也可以在使电子束B的照射位置沿着照射路径r22移动之后，使电子束B的照射位置沿着照射路径r12移动。像这样，通过进行电子束B的照射，能够降低电子束B的照射的前进路径的切换次数。其结果，易将电子束B沿着指令位置准确地照射。因此，能够抑制造型区域M的热量输入不均的产生。相对于此。若单独进行造型区域M1的预加热与造型区域M2的预加热，则在造型区域M1及造型区域M2的预加热中，照射的前进路径的切换次数变多。其结果，不易将电子束B沿着指令位置准确地照射。因此，产生造型区域M的热量输入不均的可能性变高。

图5表示照射区域R包含四个造型区域M1、M2、M3、M4的情况。但是，照射区域R也可以包括五个以上或小于四个的造型区域。例如，照射区域R也可以包括两个、三个或者五个以上的造型区域。即使该情况下，也能够起到上述的作用效果。另外，在这样的情况下，对造型区域进行预加热的区域也可以是与造型区域相同的区域。另外进行预加热的区域也可以为比造型区域宽的区域。

在图1中，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数据是预先输入的物体O的形状数据。控制部4利用三维CAD数据，来生成二维的切片数据的集合体。二维的切片数据的集合体例如是与应造型的物体O的上下位置相应的水平截面的多个数据。控制部4基于该切片数据，来决定对粉末材料A照射电子束B的区域。控制部4与该区域相应地对偏转线圈24输出控制信号。进而，如图3所示，控制部4对射线束射出部2的偏转线圈24输出控制信号。其结果，对与物体形状相应的造型区域M照射电子束B。

控制部4检测是否产生了粉末材料A的飞散。控制部4在对粉末材料A照射电子束B时，作为检测是否产生了粉末材料A的飞散的飞散检测部发挥功能。粉末材料A的飞散意味着上述的粉末材料A的烟雾现象。即，粉末材料A的飞散的产生的有无意味着烟雾现象的产生的有无。控制部4基于飞散检测器25的输出信号，来检测粉末材料A的飞散的产生的有无。即，控制部4在飞散检测器25的输出信号中含有表示产生了飞散的信号成分的情况下，识别为产生了粉末材料A的飞散。进一步，控制部4存储表示产生了飞散的信息。

接下来，对本公开的三维造型装置1的动作及三维造型方法进行说明。

图6是表示本公开的三维造型装置1的动作及三维造型方法的流程图。图6的一系列的控制处理例如由控制部4进行。

如图6的步骤S10所示，进行板31的位置设定。此外，在以下的说明中，步骤S10仅表示为“S10”。另外，关于步骤S10之后的各步骤也是同样的。在物体O的造型的初期阶段，板31的位置为上方。进而，若物体O的造型进行，则板31的位置逐渐向下方移动。在图1中，控制部4对升降机32输出控制信号，由此升降机32动作。根据升降机32的动作，升降台35及板31升降。其结果，板31的位置被设定。

处理转移至图6的S12。在S12中，进行粉末材料A的供给。在粉末材料A的供给处理中，向电子束B的照射区域R供给粉末材料A。此外，在S12中，除粉末材料A的供给以外，还包含将粉末材料A的表面铺平的处理。例如，在图1中，控制部4对未图示的促动器输出控制信号，由此粉末供给机构33动作。粉末供给机构33的动作可以包括粉末供给机构33向水平方向的移动、针对板31上的粉末材料A的供给、以及将粉末材料A铺平的处理。

处理转移至图6的S14。在S14中，进行预加热处理。在预加热处理中，在进行物体O的造型之前预先对粉末材料A进行加热。控制部4对射线束射出部2输出控制信号，由此进行来自电子枪部21的电子束B的射出、和基于偏转线圈24的电子束B的照射位置的控制。其结果，如图2所示，对板31上的粉末材料A照射电子束B，因此粉末材料A被加热。

电子束B的照射位置首先沿着朝向第一方向d1的照射路径r1移动。之后，电子束B的照射位置沿着隔开跳跃距离J而设定的照射路径r2移动。照射路径r2的朝向为与第一方向d1相反方向的第二方向d2。之后，电子束B的照射位置沿着朝向第一方向d1的照射路径r3、朝向第二方向d2的照射路径r4、朝向第一方向d1的照射路径r5依次移动。即，电子束B的照射交替进行沿着朝向第一方向d1的照射路径的移动与沿着朝向第二方向d2的照射路径的移动。

在电子束B的照射位置到达照射路径r5的照射区域R的端部之后，电子束B的照射位置向最初的照射路径r1的一方移动。具体地，电子束B的照射位置向照射路径r1的终点附近移动。然后，电子束B的照射位置沿着照射路径r6移动。照射路径r6设定在照射路径r1的旁边。像这样，电子束B的照射位置沿着朝向第一方向d1的照射路径移动。之后，电子束B的照射位置沿着隔开跳跃距离J而设定并且朝向第二方向d2的照射路径移动。其结果，能够准确地对目标的照射位置照射电子束B。因此，能够抑制在照射区域R产生热量输入不均。进而能够对照射区域R均匀地进行预加热。可以对照射区域R的整个面仅进行一次用于预加热的电子束B的照射。另外，也可以对照射区域R的整个面反复进行多次用于预加热的电子束B的照射。

另外，用于预加热的电子束B的照射也可以如上述那样，如图4所示，分成针对照射区域R的电子束B的照射、与针对造型区域M的电子束B的照射来进行。另外，如图5所示，当一个照射区域R包含多个造型区域M的情况，且多个造型区域M分别包含设定在同一直线上的照射路径时，也可以将这些照射路径连续的方式，使电子束B的照射位置移动。

进而，处理转移至图6的S16。在S16中，进行造型处理。造型处理进行物体O的造型。例如，控制部4利用应造型的物体O的三维CAD数据，来生成二维的切片数据的集合体。进而，控制部4基于该切片数据，来决定对粉末材料A照射电子束B的造型区域M。控制部4与造型区域M相应地使电子束B从射线束射出部2照射。S16中的造型处理对构成物体O的一部分的层进行造型。

处理转移至S18。在S18中，判定控制处理的结束条件是否成立。控制处理的结束条件成立的情况是指例如期望的三维物体O的造型结束的情况。即，反复进行S10～S16的控制处理的结果为，物体O的造型完成的情况。另一方面，控制处理的结束条件未成立的情况是指例如期望的三维物体O的造型未完成的情况。

当在S18中判定为控制处理的结束条件未成立的情况下，处理转移至S10。另一方面，当在S18中判定为控制处理的结束条件成立的情况下，图6的一系列的控制处理结束。

通过反复进行图6所示的S10～S18的处理，物体O被逐渐形成为层状。进而，最终期望的物体O被造型。

如以上说明的那样，根据本公开的三维造型装置1及三维造型方法，在进行粉末材料A的预加热的情况下，在使电子束B的照射位置沿着朝向第一方向d1的照射路径移动之后，使电子束B的照射位置沿着隔开跳跃距离J并且朝向第二方向d2的照射路径移动。因此，当将电子束B的照射位置从第一方向d1的照射路径向第二方向d2的照射路径切换时，抑制了电子束B的照射的前进路径急剧变化。因此，能够对目标的照射位置准确地照射电子束B。其结果，能够抑制照射区域R的热量输入不均的产生。

在本公开的三维造型装置1及三维造型方法中，跳跃距离J也可以为越过至少一个照射路径的距离。在该情况下，电子束B的照射位置沿着从朝向第一方向d1的照射路径隔开越过至少一个照射路径的距离并且朝向第二方向d2的照射路径移动。其结果，在将电子束B的照射位置从第一方向的照射路径向第二方向的照射路径切换时，抑制了电子束B的照射的前进路径急剧变化。因此，能够对目标的照射位置准确地照射带电粒子束。其结果，能够抑制照射区域的热量输入不均的产生。

此外，本公开的三维造型装置以及三维造型方法并不限于上述的实施方式。本公开能够在不脱离权利要求书的记载的主旨的范围内采用各种变形方式。

例如，在上述的实施方式中作为板31的形状例示了圆形。板31的形状也可以是与圆形不同的形状。具体地，作为板31的形状也可以采用矩形。另外，在上述的实施方式中，作为电子束B的照射区域R的形状，例示了圆形。照射区域R的形状并不限于圆形。例如，照射区域R的形状也可以是矩形。另外，造型区域M的形状也不限于圆形。造型区域M的形状也可以与物体O的形状相应地适当进行设定。造型区域M的形状例如也可以是矩形。

在上述的实施方式中，作为带电粒子束例示了电子束B，并对通过使该电子束B照射粉末材料A，由此对物体O进行造型的情况进行了例示。带电粒子束并不限于电子束B，也可以采用与电子束B不同的能量束。例如，作为带电粒子束也可以采用离子束。进而，也可以通过对粉末材料A照射离子束，由此对物体O进行造型。

在上述的本公开的三维造型装置以及三维造型方法的说明中，在沿着照射路径r5的照射之后，进行沿着照射路径r6(第三照射路径)的照射。此外，照射路径r5为包含第一次的照射路径r1～r5的路径组(第n次的照射路径组)中的最后的路径。另外，照射路径r6为包含第二次的照射路径r6～r10的路径组(第n+1次的照射路径组)中的最初的路径。在上述的说明及图2中，该照射路径r6的方向与照射路径r1(第一照射路径)方向相反。此外，照射路径r1为包含第一次的照射路径r1～r5的路径组(第n次的照射路径组)中的最初的路径。

但是，照射路径r6的方向不需要设定为与接近的照射路径r1的方向相反朝向。例如，照射路径r6的方向也可以与照射路径r1相同。另外，照射路径r6的方向可以设定为与照射路径r5相反朝向，也可以为与照射路径r5相同朝向。由于在从沿着照射路径r1的照射至沿着照射路径r6的照射的期间，经过一定程度的时间，因此基于照射的影响变小。即，在第n次的照射路径组中的任一个路径(例如照射路径r1)与第n+1次的照射路径组中的任一个路径(例如照射路径r6)相互接近(W较小)的情况下，这些路径的方向也可以是相反朝向。另外，这些路径的方向也可以相同。

另外，在上述的说明中，作为第一照射路径例示了照射路径r1，作为第二照射路径例示了照射路径r2，作为第三照射路径例示了照射路径r6。但是，第一照射路径、第二照射路径以及第三照射路径并不限于上述的例示。例如，也可以将第一照射路径设为照射路径r2，将第二照射路径设为照射路径r3，将第三照射路径设为照射路径r7。即，第二照射路径是接着向第一照射路径的照射进行的照射所使用的路径。另外，第三照射路径是在从向第二照射路径的照射起进行向至少一个以上的路径的照射之后实施的照射所使用的路径，并与第一照射路径邻接。即，第三照射路径不是接着向第二照射路径的照射进行的照射所使用的路径。

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；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；A…粉末材料；B…电子束；d1…第一方向；d2…第二方向；J…跳跃距离(规定的距离)；R…照射区域；M…造型区域；O…物体。

Claims (5)

1.一种三维造型装置，在对在带电粒子束的照射区域铺匀的粉末材料照射所述带电粒子束来进行所述粉末材料的预加热之后，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，并使所述带电粒子束照射至所述粉末材料，

所述射线束射出部在进行所述预加热的情况下，在使所述带电粒子束沿着朝向第一方向的照射路径照射之后，使所述带电粒子束沿着与朝向所述第一方向的照射路径隔开规定的距离设定且朝向第二方向的照射路径照射，进而进行沿着朝向所述第一方向或所述第二方向的第三照射路径的所述带电粒子束的照射，所述第二方向与所述第一方向反向，

从所述第一照射路径至所述第二照射路径的距离大于从所述第一照射路径至所述第三照射路径的距离。

2.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

所述规定的距离为越过至少一个照射路径的距离。

3.根据权利要求1所述的三维造型装置，其特征在于，

还具备控制部，其对所述射线束射出部输出控制信号，

所述控制部在所述射线束射出部进行所述预加热的情况下，以使所述带电粒子束沿着朝向第一方向的照射路径照射之后，使所述带电粒子束沿着与朝向所述第一方向的照射路径隔开规定的距离设定且朝向第二方向的照射路径照射，进而进行沿着朝向所述第一方向或所述第二方向的第三照射路径的所述带电粒子束的照射的方式，对所述射线束射出部输出所述控制信号，所述第二方向与所述第一方向反向。

4.一种三维造型方法，进行对在带电粒子束的照射区域铺匀的粉末材料照射所述带电粒子束的预加热工序，并进行在所述预加热工序之后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的物体的造型工序，其特征在于，

在所述预加热工序中，在沿着朝向第一方向的照射路径照射所述带电粒子束之后，沿着与朝向所述第一方向的照射路径隔开规定的距离设定且朝向第二方向的照射路径照射所述带电粒子束，进而沿着朝向所述第一方向或所述第二方向的第三照射路径照射所述带电粒子束，所述第二方向与所述第一方向反向，

从所述第一照射路径至所述第二照射路径的距离大于从所述第一照射路径至所述第三照射路径的距离。

5.一种三维造型方法，其特征在于，具有以下工序：

预加热工序，对在带电粒子束的照射区域铺匀的粉末材料照射所述带电粒子束；和

物体的造型工序，在所述预加热工序之后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，

在所述预加热工序中，在沿着朝向第一方向的照射路径照射所述带电粒子束之后，沿着与朝向所述第一方向的照射路径隔开规定的距离设定且朝向第二方向的照射路径照射所述带电粒子束，进而沿着朝向所述第一方向或所述第二方向的第三照射路径照射所述带电粒子束，所述第二方向与所述第一方向反向，

从所述第一照射路径至所述第二照射路径的距离大于从所述第一照射路径至所述第三照射路径的距离。

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