JP7165603B2 - 積層体成形装置の校正部材、積層体成形装置及び積層体成形方法 - Google Patents

Description

本開示は、積層体成形装置の校正部材、積層体成形装置及び積層体成形方法に関する。

近年、金属粉末などの粉末を原料として三次元積層体を成形する積層体成形方法が実用化されている。例えば特許文献１には、金属粉末層に光ビームを照射して三次元積層体を製造する旨が記載されている。

特開２０１８－１２６９８５号公報

ここで、三次元積層体の品質は、粉末に照射される光ビームの状態に大きく影響を受ける。従って、積層体成形装置において、粉末に照射される光ビームの状態を予め把握して、照射する光ビームの特性を調整することが求められる。

本発明の少なくとも一実施形態は、上述した課題を解決するものであり、照射する光ビームの状態を適切に検出可能な積層体成形装置の校正部材、積層体成形装置及び積層体成形方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る積層体成形装置の校正部材は、光ビームを粉末に照射して積層体を成形する積層体成形装置の校正部材であって、前記積層体成形装置の前記光ビームが照射されるステージに取り付けられる基台部と、前記基台部に設けられて前記光ビームを検出する検出装置が取り付けられ、互いに異なる位置に複数設けられる取付部と、を有し、それぞれの前記取付部は、取り付けられる前記検出装置の検知方向が互いに異なるように、互いに異なる角度で設けられる。

この校正部材によると、光ビームを適切に検出させることができる。

前記取付部は、開口が設けられ、前記開口の中心軸が、前記基台部の表面の中心側を向くように傾斜していることが好ましい。この校正部材によると、それぞれの位置で、光ビームを適切に検出させることができる。

前記取付部は、前記基台部の一方の表面に設けられる開口であり、底面が前記基台部の表面の中心側に向けて傾斜していることが好ましい。この校正部材によると、それぞれの位置で、光ビームを適切に検出させることができる。

それぞれの前記取付部は、取り付けられる前記検出装置の検知方向が、前記基台部の表面に交差し、かつ、前記基台部の表面の中心側を向くように、互いに異なる角度で設けられることが好ましい。この校正部材によると、それぞれの位置で、光ビームを適切に検出させることができる。

それぞれの前記取付部は、取り付けられる前記検出装置の検出素子の受光面が、前記光ビームに対して直交するように、互いに異なる角度で設けられることが好ましい。この校正部材によると、それぞれの位置で、光ビームを適切に検出させることができる。

前記取付部は、開口が設けられ、前記開口の中心軸が可変であることが好ましい。この校正部材によると、検査の汎用性を高くすることができる。

前記取付部に向けて照射される前記光ビームのうち、前記取付部に取付けられる前記検出装置の検出素子に入射する以外の光ビームを受光して、受光した前記光ビームから吸熱する吸熱部をさらに有することが好ましい。この校正部材によると、光ビームを適切に検出しつつ、光ビームの熱によって他の装置などがダメージを受けることを抑制できる。

前記吸熱部は、前記取付部よりも、前記光ビームが照射される側と反対側に設けられることが好ましい。この校正部材によると、光ビームを適切に検出しつつ、光ビームの熱によって他の装置などがダメージを受けることを抑制できる。

前記吸熱部は、複数の前記取付部に接続されていることが好ましい。この校正部材によると、光ビームを適切に検出しつつ、光ビームの熱によって他の装置などがダメージを受けることを抑制できる。

前記吸熱部は、それぞれの前記取付部に対応して、複数設けられることが好ましい。この校正部材によると、光ビームを適切に検出しつつ、光ビームの熱によって他の装置などがダメージを受けることを抑制できる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る積層体成形装置は、前記校正部材と、前記校正部材が取り付けられる前記ステージと、前記校正部材の前記取付部に取付けられる前記検出装置と、前記光ビームを照射する照射部と、前記粉末を供給する粉末供給部と、を有する。この積層体成形装置は、検出装置が取り付けられる校正部材を有するため、ステージ上のそれぞれの位置で、光ビームを適切に検出させることができる。

前記検出装置は、検出素子よりも前記光ビームが照射される側に設けられ、前記検出装置に向けて照射される前記光ビームが入射して、入射した前記光ビームの一部を前記検出素子に向けて出射するビームダンパ部を有することが好ましい。この積層体成形装置によると、検出素子が強度の高い光ビームによりダメージを受けることを抑制できる。

前記積層体の成形を制御する制御部をさらに有し、前記制御部は、前記校正部材が前記ステージに取付けられた状態で、前記校正部材に取付けられた前記検出装置に前記光ビームを照射させる照射制御部と、前記検出装置から前記光ビームの検出結果を取得し、取得した前記光ビームの検出結果に基づき、前記ステージ上の位置毎の前記光ビームの状態を検出する状態検出部と、前記状態検出部が検出した前記光ビームの状態に基づき、前記光ビームの状態が正常であるかを判定する判定部と、前記光ビームの状態が正常であると判定された場合に、前記照射部と前記粉末供給部とを制御して、前記積層体の成形を行わせる成形制御部と、を有することの好ましい。この積層体成形装置によると、状態異常の光ビームで積層体を成形することが抑制され、積層体の成形不良を抑制できる。

前記判定部による前記光ビームの状態の判定結果を表示する出力部を有することが好ましい。この積層体成形装置によると、判定結果をユーザに適切に通知することができる。

前記出力部は、前記ステージ上の位置毎の前記光ビームの状態の判定結果と、前記照射部の出射口を覆う保護部の位置毎の前記光ビームの状態の判定結果と、の少なくとも１つを表示することが好ましい。この積層体成形装置によると、ステージや保護部のどの位置が異常であるかを、ユーザに適切に通知することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る積層体成形方法は、校正部材と、前記校正部材の前記取付部に取付けられた検出装置と、前記光ビームを照射する照射部と、前記粉末を供給する粉末供給部と、前記校正部材が取り付けられる前記ステージと、を有する、積層体成形装置を用いた積層体成形方法であって、前記校正部材は、前記積層体成形装置の前記光ビームが照射されるステージに取り付けられる基台部と、前記基台部に設けられて前記光ビームを検出する検出装置が取り付けられ、互いに異なる位置に複数設けられる取付部と、を有し、それぞれの前記取付部は、取り付けられる前記検出装置の検知方向が互いに異なるように、互いに異なる角度で設けられており、前記校正部材が前記ステージに取付けられた状態で、前記校正部材に取付けられた前記検出装置に前記光ビームを照射するステップと、前記検出装置から前記光ビームの検出結果を取得し、取得した前記光ビームの検出結果に基づき、前記ステージ上の位置毎の前記光ビームの状態を検出するステップと、前記光ビームの状態を検出するステップで検出した前記光ビームの状態に基づき、前記光ビームの状態が正常であるかを判定するステップと、前記光ビームの状態が正常であると判定された場合に、前記照射部と前記粉末供給部とを制御して、前記積層体の成形を行うステップと、を有する。この積層体成形方法によると、状態異常の光ビームで積層体を成形することが抑制され、積層体の成形不良を抑制できる。

前記光ビームの状態を検出するステップにおいて、前記光ビームの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度を算出し、前記光ビームの状態が正常であるかを判定するステップにおいて、前記光ビームの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度に基づき、前記光ビームの状態が正常であるかを判定することが好ましい。この積層体成形方法によると、状態異常を適切に検出することができるため、積層体の成形不良を抑制できる。

前記光ビームの状態が正常であるかを判定するステップにおいて、前記光ビームの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度のそれぞれを、基準データと比較することで、前記光ビームの状態が正常であるかを判定することが好ましい。この積層体成形方法によると、状態異常を適切に検出することができるため、積層体の成形不良を抑制できる。

前記光ビームの状態が正常であるかを判定するステップにおいて、前記光ビームの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度のうち、前記光ビームの平均出力、強度分布、及び照射位置が条件を満たす場合に、前記光ビームの状態が正常であると判断することが好ましい。この積層体成形方法によると、状態異常を適切に検出することができるため、積層体の成形不良を抑制できる。

前記光ビームの状態が正常でないと判断した場合、前記照射部に異常がある旨を通知するステップを有することが好ましい。この積層体成形方法によると、判定結果をユーザに適切に通知することができる。

本発明によれば、照射する光ビームの状態を適切に検出することができる。

図１は、本実施形態に係る積層体成形装置の模式図である。 図２は、本実施形態に係る積層体成形装置の模式図である。 図３は、本実施形態に係る校正部材の上面図である。 図４は、本実施形態に係る校正部材の断面図である。 図５は、検出装置を校正部材に取付けた場合を示す模式図である。 図６は、本実施形態に係る制御装置のブロック図である。 図７は、光ビームの画像の一例を示す図である。 図８は、判定結果の表示例を示す図である。 図９は、判定結果の表示例を示す図である。 図１０は、本実施形態に係る制御装置の制御フローを説明するフローチャートである。 図１１は、光ビームの状態判定のフローを説明するフローチャートである。 図１２は、本実施形態に係る校正部材の他の例を示す断面図である。 図１３は、本実施形態に係る校正部材の他の例を示す上面図である。 図１４は、本実施形態に係る校正部材の他の例を示す上面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

（積層体成形装置の全体構成）
図１は、本実施形態に係る積層体成形装置の模式図である。本実施形態に係る積層体成形装置１は、いわゆるパウダーベッド方式を用いて、粉末Ｐから立体造形物である積層体Ｍを成形する。粉末Ｐは、本実施形態では金属粉末であるが、金属粉末に限られず、例えば樹脂粉末であってもよい。図１に示すように、積層体成形装置１は、成形室１０と、粉末供給部１２と、ブレード１４と、照射部１６と、制御装置１８とを有する。積層体成形装置１は、制御装置１８の制御により、粉末供給部１２から成形室１０のステージ３２上に粉末Ｐを供給し、ステージ３２上に供給された粉末Ｐに、照射部１６から光ビームＬを照射することで、粉末Ｐを溶融固化又は焼結させて、積層体Ｍを成形する。積層体Ｍとしては、例えば、ガスタービン、ターボチャージャ、飛昇体、及びロケットエンジンなどの部品が挙げられるが、それらに限られない。以下、ステージ３２の表面３２Ａに沿った方向を、方向Ｘとし、ステージ３２の表面３２Ａに沿った一方向であって方向Ｘに直交する方向を、方向Ｙとする。また、方向Ｘ及び方向Ｙに直交する方向を、方向Ｚとする。また、方向Ｚのうち、ステージ３２から照射部１６に向かう方向を、方向Ｚ１とし、照射部１６からステージ３２に向かう方向、すなわち方向Ｚ１の反対方向を、方向Ｚ２とする。

成形室１０は、筐体３０と、ステージ３２と、移動機構３４とを有する。筐体３０は、上側、すなわち方向Ｚ１側が開放された筐体である。ステージ３２は、筐体３０内に、筐体３０に囲われるように配置される。ステージ３２は、筐体３０内で方向Ｚ１及び方向Ｚ２に移動可能に構成される。ステージ３２の方向Ｚ１側の表面３２Ａと、筐体３０の内周面とで囲われる空間ＡＲが、粉末Ｐが供給される空間となる。すなわち、空間ＡＲは、ステージ３２上の空間であるといえる。移動機構３４は、ステージ３２に接続される。移動機構３４は、制御装置１８の制御により、ステージ３２を、方向Ｚ１及び方向Ｚ２に移動させる。

粉末供給部１２は、内部に粉末Ｐを貯留する機構である。粉末供給部１２は、制御装置１８により粉末Ｐの供給が制御され、制御装置１８の制御により、供給口１２Ａから、ステージ３２上の空間ＡＲに粉末Ｐを供給する。ブレード１４は、空間ＡＲに供給された粉末Ｐを水平に掃き均す（スキージングする）スキージングブレードである。ブレード１４は、制御装置１８によって制御される。ここで、空間ＡＲの方向Ｚ１側の面を、面ＰＬとする。面ＰＬは、例えば筐体３０の方向Ｚ１側の端面３０Ａに沿った面である。空間ＡＲに供給された粉末Ｐは、ブレード１４にスキージングされることで面ＰＬに沿うように掃き均され、方向Ｚ１側の表面が面ＰＬに沿った粉末層となる。

なお、本実施形態では、粉末Ｐは、粉末供給部１２及びブレード１４により、方向Ｘに向けて空間ＡＲに供給される。すなわち、リコータされる方向は、方向Ｘとなる。また、本実施形態では、図示しない気体供給部により、照射部１６とステージ３２上との間の空間に、不活性ガスが供給される。本実施形態では、気体供給部は、方向Ｙに向けて不活性ガスを供給する。すなわち、不活性ガスが供給される方向とリコータされる方向とは、方向Ｘと方向Ｙとで異なる方向となる。ただし、不活性ガスが供給される方向とリコータされる方向とは、方向Ｘと方向Ｙとに限られない。なお、不活性ガスが供給される方向とリコータされる方向とは、交差することが好ましいが、同一方向であってもよい。

照射部１６は、ステージ３２上、すなわち空間ＡＲに向けて光ビームＬを照射する装置である。光ビームＬは、本実施形態ではレーザ光であるが、レーザ光に限られず、例えば電子ビームであってもよい。照射部１６は、筐体４０と、光源部４２と、走査部４４と、レンズ４６と、保護部４８とを有する。筐体４０は、内部に光源部４２、走査部４４及びレンズ４６を収納する筐体である。光源部４２は、光ビームＬの照射源、ここでは光源である。光源部４２は、制御装置１８の制御により光ビームＬを生成、照射する。走査部４４は、光源部４２から照射された光ビームＬを受光し、受光した光ビームＬの出射角度を調整可能に構成される機構である。走査部４４は、光ビームＬの出射角度を調整することで、ステージ３２上における光ビームＬの照射位置を調整する。走査部４４は、制御装置１８の制御により、光ビームＬの照射位置を調整する。図１の例では、走査部４４は、ミラー４４Ａとミラー４４Ｂとを備えたガルバノミラーである。ミラー４４Ａは、光源部４２からの光ビームＬを受光して、ミラー４４Ｂに向けて反射する。ミラー４４Ａは、制御装置１８の制御により、１軸方向回り、例えば方向Ｚに沿った軸回りに回転する。ミラー４４Ｂは、ミラー４４Ａからの光ビームＬを受光して、レンズ４６に向けて反射する。ミラー４４Ｂは、制御装置１８の制御により、１軸方向回り、例えば方向Ｘに沿った軸回りに回転する。走査部４４は、ミラー４４Ａ、４４Ｂの回転により、ステージ３２上での光ビームＬの照射位置を、方向Ｘ及び方向Ｙに走査する。

レンズ４６は、ミラー４４Ｂから出射された光ビームＬを集光して、筐体４０の出射口４０Ａに向けて出射する。出射口４０Ａは、筐体４０に設けられる開口であり、光ビームＬが出射される開口である。保護部４８は、出射口４０Ａを覆う部材である。保護部４８は、光ビームＬが透過可能な材料で構成されており、本実施形態では、例えば透光性を有するガラスで構成される。走査部４４から出射された光ビームＬは、レンズ４６及び保護部４８を通って、ステージ３２上に照射される。ステージ３２上の空間ＡＲには、粉末Ｐが供給されているため、光ビームＬは、ステージ３２上の粉末Ｐに照射される。粉末Ｐは、光ビームＬが照射された位置において、溶融固化（溶融した後固化し）、又は、焼結される。なお、粉末Ｐは、面ＰＬに沿うように供給されているため、面ＰＬが、粉末Ｐに光ビームＬが照射される照射面となる。制御装置１８については後述する。

積層体成形装置１は、このようにステージ３２上の粉末Ｐに光ビームＬを照射することで、粉末Ｐが固化又は焼結した固化層を形成する。その後、ステージ３２を方向Ｚ２側に移動させてステージ３２上に空間ＡＲを形成し、その空間ＡＲに粉末Ｐを供給して光ビームＬを照射することで、固化層の形成を繰り返す。積層体成形装置１は、このようにして固化層を積層させて、積層体Ｍを成形する。

ここで、積層体Ｍの強度などの品質は、照射される光ビームＬの状態に大きく影響を受ける。光ビームＬの状態とは、例えば、光ビームＬの出力（強度）や、強度分布や、ステージ３２上での照射位置などである。例えば、光ビームＬの強度が小さかったり、光ビームＬのステージ上での照射位置が狙い位置から大きくずれていたりする場合、積層体Ｍの品質が低下する。また、光ビームＬは、保護部４８を通ってステージ３２上に照射される。従って、保護部４８の表面４８Ａにヒュームなどの異物が付着したり、保護部４８が破損していたりするなど、保護部４８に不具合がある場合にも、光ビームＬの状態に影響を及ぼし、積層体Ｍの品質に影響を及ぼす。従って、本実施形態においては、積層体成形装置１に校正部材５０と検出装置７０とを取り付けて、光ビームＬの状態を検出して、必要に応じて光ビームＬの校正を促す。

（校正部材及び検出装置の構成）
図２は、本実施形態に係る積層体成形装置の模式図である。図２は、校正部材５０と検出装置７０とが取り付けられた場合の積層体成形装置１を模式的に示している。図２に示すように、校正部材５０は、ステージ３２上に取付けられる。具体的には、校正部材５０は、基台部６０と、取付部６２とを有する。基台部６０は、ステージ３２に取り付け可能に構成される部材である。基台部６０は、本実施形態では板状の部材であり、表面６０Ａが方向Ｚ１側を向き、表面６０Ａと反対側の面である背面６０Ｂが方向Ｚ２側を向くように、ステージ３２に取付けられる。すなわち、基台部６０は、背面６０Ｂがステージ３２の表面３２Ａに対向して接触するようにステージ３２上に取付けられる。従って、校正部材５０は、基台部６０の表面６０Ａ及び背面６０Ｂが、方向Ｘ及び方向Ｙに沿う。

また、基台部６０は、本実施形態では、表面６０Ａが、面ＰＬ（光ビームＬの照射面）に沿うように、ステージ３２上に取付けられる。例えば、積層体成形装置１は、基台部６０の位置決めを行う位置決め部５２を有していてよい。位置決め部５２は、基台部６０の方向Ｚにおける位置決めを行うよう構成される。例えば、位置決め部５２は、筐体３０に取付けられ、筐体３０に取付けられた状態において面ＰＬに沿う部材５２Ａを有する。例えば、ステージ３２上に配置された校正部材５０は、基台部６０の表面６０Ａが部材５２Ａに接触した状態において、表面６０Ａが面ＰＬに沿った適正な位置となる。この場合、校正部材５０をステージ３２上に置いた状態で移動機構３４を駆動してステージ３２を動かして、基台部６０の表面６０Ａが部材５２Ａに接触させることで、校正部材５０を適正な位置に取り付けることができる。ただし、校正部材５０は、表面６０Ａが面ＰＬに沿うように配置されることに限られず、光ビームＬを適切に検出できる位置に配置されていればよい。

図３は、本実施形態に係る校正部材の上面図である。図３は、校正部材５０を方向Ｚ１から見た図である。取付部６２は、基台部６０に設けられて、光ビームＬを検出する検出装置７０が取り付け可能に構成される。取付部６２は、本実施形態においては、基台部６０の表面６０Ａに設けられる開口、すなわち取付穴部である。また、図３に示すように、取付部６２は、複数設けられ、それぞれの取付部６２は、方向Ｘ及び方向Ｙにおいて、互いに異なる位置に設けられる。ここで、基台部６０の方向Ｚに沿った中心軸を、中心軸Ｃとする。中心軸Ｃは、方向Ｚから見た場合の、基台部６０の表面６０Ａの中心位置であるともいえる。この場合、取付部６２は、中心軸Ｃに重畳する位置（表面６０Ａの中心位置）と、中心軸Ｃに重畳する位置とは異なる位置と、に設けられることが好ましい。図３の例では、取付部６２として、取付部６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ、６２Ｅ、６２Ｆ、６２Ｇ、６２Ｈ、６２Ｉが設けられている。取付部６２Ａは、中心軸Ｃに重畳する位置に設けられる。取付部６２Ｂは、取付部６２Ａの方向Ｘ側に設けられ、取付部６２Ｃは、取付部６２Ａの方向Ｘと反対側に設けられる。取付部６２Ｄ、６２Ｅ、６２Ｆは、それぞれ、取付部６２Ｃ、６２Ａ、６２Ｂの方向Ｙ側に設けられる。取付部６２Ｇ、６２Ｈ、６２Ｉは、それぞれ、取付部６２Ｃ、６２Ａ、６２Ｂの方向Ｙと反対側に設けられる。ただし、取付部６２の数及び位置は、図３の例に限られないが、少なくとも、中心軸Ｃに重畳する位置にある取付部６２Ａと、方向Ｚから見て基台部６０の矩形状の表面６０Ａの四隅にある取付部６２Ｄ、６２Ｆ、６２Ｇ、６２Ｉとが、設けられていることが好ましい。

図４は、本実施形態に係る校正部材の断面図である。図４は、図３の矢印ＩＶ－ＩＶから見た断面図である。図４に示すように、取付部６２は、互いに異なる向きに傾斜するように開口している。言い換えれば、取付部６２の中心軸を中心軸Ａとすると、それぞれの取付部６２の中心軸Ａの向きは、互いに異なっており、言い換えれば、それぞれの取付部６２の中心軸Ａは、互いに異なる角度となっている。また、それぞれの取付部６２の中心軸Ａは、方向Ｘ及び方向Ｙとは異なる方向を向いており、言い換えれば、基台部６０の表面６０Ａに対して交差している。さらに言えば、図３及び図４に示すように、それぞれの取付部６２の中心軸ＡＸは、基台部６０の表面６０Ａの中心位置側（中心軸Ｃ側）を向くように、互いに異なる角度となっている。具体的には、取付部６２の中心軸ＡＸは、方向Ｚ１側に向かうに従って、基台部６０の表面６０Ａの中心位置側、すなわち放射方向内側に向かうように傾斜している。ただし、取付部６２の中心軸Ａのうち、中心軸Ｃに重畳する取付部６２Ａの中心軸Ａは、中心軸Ｃに沿っている。なお、ここでの放射方向内側とは、方向Ｚから見た場合に中心軸Ｃ側に向かう方向である。また、取付部６２は、底面６２Ｓが、中心軸Ａに直交している。底面６２Ｓは、基台部６０の表面６０Ａの中心位置側（中心軸Ｃ側）に向けて傾斜するように、互いに異なる角度となっている。

また、図４に示すように、校正部材５０は、通路６４と、吸熱部６６とを有している。通路６４は、基台部６０の内部に設けられる開口であり、一方の端部が取付部６２に連通している。また、通路６４は、他方の端部が吸熱部６６と連通している。吸熱部６６は、光ビームＬを冷却するための冷却媒体が設けられる。吸熱部６６は、例えば、基台部６０の内部に設けられる空間であり、内部に冷却媒体が設けられる。冷却媒体としては、例えば、水などが挙げられる。図４に示すように、本実施形態においては、通路６４と吸熱部６６とは、取付部６２毎に設けられており、言い換えれば、それぞれの取付部６２に対応して、複数設けられる。すなわち、１つの取付部６２に対し、通路６４と吸熱部６６とが、１つずつ設けられている。

図５は、検出装置を校正部材に取付けた場合を示す模式図である。以上のように構成される校正部材５０には、検出装置７０が取り付けられる。検出装置７０は、取付部６２に取付けられる。検出装置７０は、本実施形態の例では、全ての取付部６２に１つずつ取付けられるが、一部の取付部６２にのみ取付けられてもよい。検出装置７０は、光ビームＬを検出する装置であり、本実施形態では、光ビームＬを撮像する撮像装置である。図５に示すように、検出装置７０は、筐体７１と、ビームダンパ部７２と、検出素子である撮像素子７４とを有する。筐体７１は、内部にビームダンパ部７２と撮像素子７４とを収納する。筐体７１は、取付部６２内に挿入されて、取付部６２に取付けられる。撮像素子７４は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等のイメージセンサであり、照射された光ビームＬを受光して、受光した光ビームＬを電気信号に変換する。検出装置７０は、撮像素子７４が生成した電気信号に基づき、光ビームＬの画像を生成する。光ビームＬの画像は、例えば光ビームＬの強度に応じて輝度が異なるため、検出装置７０は、光ビームＬの状態を検出しているといえる。

上述のように、取付部６２は、中心軸Ａの向きが互いに異なっているため、それぞれの検出装置７０は、向きが互いに異なるように、取付部６２に取付けられる。言い換えれば、取付部６２は、取り付けられる検出装置７０の向きが互いに異なるように、互いに異なる角度で設けられている。さらに言えば、取付部６２の中心軸Ａは、基台部６０の表面６０Ａの中心位置側（中心軸Ｃ側）を向いているため、検出装置７０は、基台部６０の表面６０Ａの中心位置側（中心軸Ｃ側）を向くように、取付部６２に取付けられる。言い換えれば、取付部６２は、取り付けられる検出装置７０が、基台部６０の表面６０Ａに交差し、かつ、表面６０Ａの中心側（中心軸Ｃ側）を向くように、互いに異なる角度で設けられる。なお、ここでの検出装置７０の向きとは、撮像素子７４の向きであり、例えば、撮像素子７４が光ビームＬを受光する受光面７４Ａの向きであると言える。また、検出装置７０は、受光面７４Ａで光ビームＬを受光して検知を行うため、検出装置７０の向きとは、検出装置７０の検知方向であると言い換えてもよい。すなわち、取付部６２は、取り付けられる検出装置７０の検知方向が互いに異なるように、互いに異なる角度で設けられているといえる。検知方向は、例えば、方向Ｚ１側に向かう方向であって、受光面７４Ａに直交する方向である。

ここで、光ビームＬは、走査部４４によって、照射角度、すなわち光ビームＬの進行方向と基台部６０の表面６０Ａ（ステージ３２の表面３２Ａ）との間の角度を変化させながら、基台部６０（ステージ３２）上での照射位置が走査される。光ビームＬは、基台部６０の表面６０Ａ（ステージ３２の表面３２Ａ）の所定位置、ここでは表面６０Ａ（表面３２Ａ）の中心位置においては、表面６０Ａ（表面３２Ａ）に直交するように照射される。すなわち、照射角度が９０度となる。一方、光ビームＬは、表面６０Ａ（表面３２Ａ）の所定位置以外の位置、ここでは中心位置以外の位置においては、表面６０Ａ（表面３２Ａ）に直交せず、照射角度が９０度以外の角度となる。それに対し、取付部６２は、取り付けられる検出装置７０の受光面７４Ａが、取付部６２に向けて照射される光ビームＬの進行方向に対して直交するように、互いに異なる角度で開口している。すなわち、本実施形態では、取付部６２の中心軸Ａを表面６０Ａの中心位置側に向かせることで、全ての検出装置７０の受光面７４Ａを、光ビームＬの進行方向に対して直交させている。言い換えれば、撮像素子７４の中心軸を中心軸Ａ４とすると、取付部６２は、それぞれの撮像素子７４の中心軸Ａ４が光ビームＬの進行方向に沿うような角度で開口している。

また、図５に示すように、検出装置７０は、撮像素子７４の受光面７４Ａが、方向Ｚにおいて基台部６０の表面６０Ａと同じ位置となるように、取付部６２に取付けられることが好ましい。表面６０Ａは、方向Ｚにおいて、面ＰＬ、すなわち光ビームＬの照射面と同じ位置にある。従って、検出装置７０は、受光面７４Ａが、面ＰＬ、すなわち光ビームＬの照射面と同じ位置となる。言い換えれば、取付部６２は、それぞれの撮像素子７４の受光面７４Ａが、光ビームＬの進行方向において光ビームＬの照射面と同じ位置となるように、検出装置７０を取り付けている。なお、図５の例では、受光面７４Ａの中心位置が、光ビームＬの進行方向において光ビームＬの照射面と同じ位置となっている。

ビームダンパ部７２は、取付部６２に取付けられた検出装置７０に照射される光ビームＬのうち、一部の光ビームＬのみを撮像素子７４に出射する。すなわち、ビームダンパ部７２は、光ビームＬの強度を小さくして撮像素子７４に到達させる。図５の例では、ビームダンパ部７２は、ミラー７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃを備える。ミラー７２Ａは、撮像素子７４よりも光ビームＬが照射される側、ここでは撮像素子７４よりも方向Ｚ１に設けられる。すなわち、ミラー７２Ａは、光ビームＬの進行方向において、撮像素子７４よりも上流側に設けられる。ミラー７２Ａは、例えば表面に部分反射コーティングが設けられており、受光した光ビームＬのうちの一部を透過し、他を反射する。本実施形態では、ミラー７２Ａを透過した光ビームＬである光ビームＬ２が、撮像素子７４に出射される。従って、撮像素子７４は、光ビームＬ２を受光して、光ビームＬ２を撮像する。

一方、ミラー７２Ａに反射された光ビームＬである光ビームＬ１は、ミラー７２Ｂ、７２Ｃでそれぞれ反射して、通路６４を通って吸熱部６６に入射する。光ビームＬ１は、吸熱部６６の冷却媒体によって、吸熱される。すなわち、吸熱部６６は、取付部６２（検出装置７０）に向けて照射される光ビームＬ、すなわちビームダンパ部７２のミラー７２Ａに照射される光ビームＬのうち、撮像素子７４に入射する以外の光ビームＬ１を受光して、受光した光ビームＬ１から吸熱する。なお、図５の例ではミラー７２Ａを透過した光ビームを、撮像素子７４に入射させるが、ミラー７２Ａで反射した光ビームを、撮像素子７４に入射させてもよい。

ビームダンパ部７２は、光ビームＬ２の強度を、光ビームＬの強度に対し、例えば１％とすることが好ましい。ただし、光ビームＬ２は、このような強度となることに限られない。また、ビームダンパ部７２は、上記で説明した構造に限られず任意の構造であってよく、例えば、照射部１６から検出装置７０に向けて照射される光ビームＬを受光し、受光した光ビームＬを光ビームＬ１と光ビームＬ２とに分離するものであればよい。また、ビームダンパ部７２は、設けられていなくてもよい。

（光ビームの状態判定）
次に、検出装置７０を用いた光ビームＬの状態判定の方法について説明する。本実施形態では、制御装置１８の制御により、光ビームＬの状態を判定して、判定結果に応じて、積層体Ｍの製造可否を判断する。従って、最初に、制御装置１８の構成について説明する。

図６は、本実施形態に係る制御装置のブロック図である。制御装置１８は、例えばコンピュータであり、図６に示すように、制御部８０と、記憶部８２と、出力部８４とを有する。制御部８０は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。記憶部８２は、制御部８０の演算内容やプログラムの情報などを記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つ含む。出力部８４は、光ビームＬの状態の検出結果などを出力する出力装置であり、本実施形態では、光ビームＬの状態の検出結果などを表示する表示装置である。なお、制御装置１８は、例えばユーザの入力を受け付ける、キーボードやタッチパネルなどの入力部を有していてもよい。

制御部８０は、状態判断部８６と、成形制御部８８と、成形物判断部９０とを有する。状態判断部８６と、成形制御部８８と、成形物判断部９０とは、制御部８０が記憶部８２に記憶されたソフトウェア（プログラム）を読み出すことで実現されて、後述する処理を実行する。

状態判断部８６は、検出装置７０が検出した光ビームＬの検出結果に基づき、光ビームＬの状態を検出して、光ビームＬの状態を判定する。状態判断部８６は、照射制御部９２と、状態検出部９４と、判定部９６とを有する。なお、状態判断部８６の処理の際には、校正部材５０がステージ３２に取付けられ、校正部材５０のそれぞれの取付部６２には、検出装置７０が取り付けられる。

照射制御部９２は、校正部材５０がステージ３２に取付けられた状態で、照射部１６を制御して、校正部材５０に取付けられたそれぞれの検出装置７０に向けて、光ビームＬを照射させる。それぞれの検出装置７０は、照射された光ビームＬを検出する。すなわち、検出装置７０は、撮像素子７４によって光ビームＬを撮像して、撮像素子７４に照射された光ビームＬの画像を生成する。言い換えれば、光ビームＬの画像が、光ビームＬの検出結果であるといえる。ただし、検出装置７０は、光ビームＬの画像を生成しなくてもよい。この場合は、撮像素子７４が生成した、光ビームＬの強度に応じて出力値が異なる電気信号が、光ビームＬの検出結果となる。すなわち、検出装置７０が検出した光ビームＬの検出結果は、位置毎（撮像素子７４の画素の座標毎）の光ビームＬの強度の情報であるといえる。

図７は、光ビームの画像の一例を示す図である。図７に示すように、光ビームＬの画像Ｂは、撮像素子７４に照射された光ビームＬの強度に応じて輝度が異なる画像となる。なお、図７では、説明の便宜上、光ビームＬの強度、すなわち輝度が離散的に変化している画像となっているが、実際の光ビームＬの画像Ｂは、図７の例に限られず、連続的に輝度が変化した画像であってよい。また、本実施形態では、検出装置７０の撮像素子７４は、光ビームＬ２を受光して光ビームＬ２を検出しているため、画像Ｂは光ビームＬ２の画像となる。この場合は、例えば状態判断部８６が、光ビームＬ２の検出結果を、光ビームＬの検出結果に補正すればよい。

検出装置７０は、このようにして光ビームＬを検出する。検出装置７０は、校正部材５０において、すなわちステージ３２上において、それぞれ異なる位置に設けられる。従って、それぞれの検出装置７０は、ステージ３２上の異なる位置に照射された光ビームＬを検出する。

図６に戻り、状態検出部９４は、それぞれの検出装置７０から、光ビームＬの検出結果を取得する。すなわち、状態検出部９４は、ステージ３２上の異なる位置に照射された光ビームＬの検出結果を取得する。状態検出部９４は、光ビームＬの検出結果として、ステージ３２上の異なる位置に照射されたそれぞれの光ビームＬの画像Ｂを取得する。検出装置７０が画像Ｂを生成しない場合は、状態検出部９４が、それぞれの撮像素子７４が生成した電気信号を取得し、ステージ３２上の異なる位置に照射された光ビームＬの画像Ｂを生成してよい。

状態検出部９４は、検出装置７０から取得した光ビームＬの検出結果に基づき、光ビームＬの状態を検出する。状態検出部９４は、光ビームＬの検出結果から、光ビームＬの状態を算出する。本実施形態では、状態検出部９４は、光ビームＬの平均出力と、光ビームＬの強度分布と、光ビームＬの照射位置と、光ビームＬによる散乱光の強度と、を算出する。光ビームＬの平均出力とは、検出装置７０に照射された光ビームＬの強度の平均値である。状態検出部９４は、例えば画像Ｂの画素毎の輝度に基づき、画素毎の光ビームＬの輝度を算出し、画素毎の光ビームＬの輝度を光ビームＬの強度に換算した上で、それぞれを平均して、平均出力を算出する。また、光ビームＬの強度分布とは、光ビームＬの強度の分布を指し、例えば、状態検出部９４は、光ビームＬの強度が所定強度以上となるスポット径を算出する。光ビームＬの照射位置とは、ステージ３２上における光ビームＬが照射された位置を指し、言い換えれば、ステージ３２上において光ビームＬが照射された箇所の、方向Ｘ及び方向Ｙにおける座標である。状態検出部９４は、例えば光ビームＬの中心位置を、光ビームＬの照射位置として算出する。また、光ビームＬの散乱光の強度とは、光ビームＬが保護部４８などで散乱されて生成される散乱光の強度を指す。なお、本実施形態では、光ビームＬの状態として、光ビームＬの平均出力と、光ビームＬの強度分布と、光ビームＬの照射位置と、光ビームＬによる散乱光の強度との全てを算出するが、それらの一部のみを算出してもよい。また、状態検出部９４は、光ビームＬの状態として、別のパラメータを算出してもよい。また、状態検出部９４は、光ビームＬの状態として、複数種類のパラメータを算出するが、１つのパラメータのみを算出してよい。

状態検出部９４は、それぞれの検出装置７０の検出結果毎に光ビームＬの状態を検出することで、ステージ３２上の位置毎の光ビームＬの状態を検出する。

判定部９６は、状態検出部９４が検出した光ビームＬの状態に基づき、光ビームＬの状態が正常であるかを判定する。判定部９６は、状態検出部９４から、光ビームＬの状態の検出結果を取得する。判定部９６は、取得した光ビームＬの状態の検出結果を、予め設定した基準データと比較して、光ビームＬの状態が正常であるかを判定する。本実施形態では、判定部９６は、光ビームＬの状態の検出結果が、予め設定した基準データの数値範囲内となる場合は、光ビームＬの状態が正常であると判定する。一方、判定部９６は、光ビームＬの状態の検出結果が、基準データの数値範囲外となる場合は、光ビームＬの状態が正常でない、すなわち異常があると判定する。

本実施形態では、判定部９６は、状態検出部９４が検出した光ビームＬの平均出力が、所定の出力範囲内であるかを判断する。所定の出力範囲とは、例えば、予め定めた管理値に対し、９０％以上１１０％以下の範囲内である。また、判定部９６は、光ビームＬの強度が所定強度以上となるスポット径が、所定の径の範囲内であるかを判断する。所定の径の範囲とは、例えば、予め定めた径に対し、９０％以上１１０％以下の範囲内である。また、判定部９６は、状態検出部９４が検出した光ビームＬの照射位置と所定位置との距離が、所定距離範囲内であるかを判断する。所定距離範囲内とは、例えば、所定位置の座標に対し、０．１ｍｍの距離となる範囲である。また、判定部９６は、状態検出部９４が検出した光ビームＬによる散乱光の強度が所定強度範囲内であるかを判断する。所定強度範囲内とは、例えば、予め定めた強度に対する増加率が、２０％以内となる範囲である。予め定めた強度は、例えば未使用の保護部４８を使用した場合の散乱光の強度である。

判定部９６は、光ビームＬの状態が複数種類検出される場合は、全ての光ビームＬの状態が条件を満たす場合、すなわち全ての光ビームＬの状態が基準データの数値範囲になる場合に、光ビームＬの状態が正常であると判断する。言い換えれば、判定部９６は、複数種類の光ビームＬの状態のうち、少なくとも一部の種類の光ビームＬの状態が条件を満たさない場合には、光ビームＬの状態が正常でないと判定する。ただし、判定部９６は、複数種類の光ビームＬの状態のうちから重要なパラメータを設定しておき、重要なパラメータが条件を満たす場合には、光ビームＬの状態が正常であると判定してよい。重要なパラメータは、例えば、光ビームＬの平均出力と、光ビームＬの強度分布と、光ビームＬの照射位置とである。重要なパラメータとして平均出力、強度分布及び照射位置の３つが分かると、校正、清掃、発振器の修理及び交換のうち、必要な作業内容を把握することができる。それらに加えて、さらに散乱光の状態が分かると、保護部４８の清掃や交換が必要かを、適切にダブルチェックすることができる。

また、判定部９６は、光ビームＬの状態が条件を満たさない場合、すなわち光ビームＬの状態が基準データの数値範囲にならない場合、照射部１６に異常があると判断して、異常を解消して光ビームＬの状態を正常に戻すために必要な作業内容を設定する。判定部９６は、条件を満たさなかった光ビームＬの状態の種類毎に、必要な作業内容を設定する。例えば、判定部９６は、平均出力が条件を満たさない場合、光源部４２に異常が生じていると判断して、光源部４２の修理又は交換を、必要な作業内容として設定する。また、判定部９６は、強度分布、すなわち光ビームＬの強度が所定強度以上となるスポット径が条件を満たさない場合、保護部４８に異常が生じていると判断して、保護部４８の清掃又は交換を、必要な作業内容として設定する。また、判定部９６は、強度分布が条件を満たさない場合、走査部４４に異常が生じていると判断して、走査部４４の校正を、必要な作業内容として設定してもよい。また、判定部９６は、光ビームＬの照射位置が条件を満たさない場合、走査部４４に異常が生じていると判断して、走査部４４の校正を、必要な作業内容として設定する。判定部９６は、散乱光の強度が条件を満たさない場合、保護部４８に異常が生じていると判断して、保護部４８の清掃又は交換を、必要な作業内容として設定する。判定部９６は、設定した必要な作業内容の情報を、出力部８４に出力させて、ユーザに通知する。

判定部９６は、それぞれの検出装置７０の検出結果毎にこのような判定を行うことで、ステージ３２上の位置毎に、光ビームＬの状態が正常であるかを判断する。

また、判定部９６は、判定結果を、出力部８４に出力してよい。すなわち、判定部９６は、光ビームＬの状態の判定結果を、出力部８４に表示させてよい。この場合、判定部９６は、ステージ３２上の位置毎の判定結果を、出力部８４に表示させる。また、光ビームＬの状態が複数種類ある場合、判定部９６は、ステージ３２上の位置毎の判定結果を、光ビームＬの状態の種類毎に表示させてもよい。

図８及び図９は、判定結果の表示例を示す図である。図８は、判定結果として、光ビームＬの平均出力が条件を満たしているかを、ステージ３２上の位置毎に示した画像Ｓ０の例を示している。画像Ｓ０は、複数の画像Ｓを含む。画像Ｓは、ステージ３２上の位置に対応しており、ステージ３２上の位置毎に、方向Ｘ及び方向Ｙに沿ったマトリクス状に、並んでいる。また、画像Ｓは、１つの検出装置７０の検出結果から導出された光ビームＬの平均出力の判定結果を示しており、画像Ｓのステージ３２上の位置と、検出装置７０の位置とが対応している。判定部９６は、例えば、判定結果に応じて画像Ｓの表示内容を異ならせることで、ユーザがステージ３２上のどの位置では光ビームＬを正常に照射できないかを容易に通知できる。図８の例では、最も方向Ｘ側であって最も方向Ｙ側の画像Ｓ１と、画像Ｓ１の方向Ｙと反対側に隣接する画像Ｓ２とに対応する位置において、光ビームＬの平均出力が条件を満たしていない。従って、画像Ｓ１、Ｓ２の表示内容、例えば色を、他の画像Ｓと異ならせている。

また、判定部９６は、光ビームＬの進行方向に基づき、保護部４８上の位置をステージ３２上の位置に対応付けることが可能である。また、判定部９６は、上述のように、光ビームＬの状態に基づき、保護部４８に異常が生じているかを判定可能である。従って、図９に示すように、ステージ３２上の位置の代わりに、保護部４８上の位置毎に判定結果を示してもよい。図９は、保護部４８に異常が生じているかを、保護部４８の位置毎に示した画像Ｔ０の例を示している。画像Ｔ０も、保護部４８上の位置に対応した複数の画像Ｔを含んでおり、画像Ｔが保護部４８の位置毎に並んでいる。図９の例では、保護部４８の、画像Ｔ１に対応する位置に異常が生じており、画像Ｔ１の表示内容（ここでは色）を、他の画像Ｔの表示内容と異ならせている。図９の例では、画像Ｔ１に対応する位置において、保護部４８の清掃が必要である旨が通知されていると言うこともできる。

図６に戻り、成形制御部８８は、判定部９６によって光ビームＬの状態が正常であると判定された場合に、照射部１６と粉末供給部１２とを制御して、積層体Ｍの成形を行わせる。成形制御部８８は、ステージ３２上の全ての位置において光ビームＬの状態が正常と判断された場合に、積層体Ｍの成形を行わせる。ただし、成形制御部８８は、ステージ３２上の一部の位置において光ビームＬの状態が正常でないと判断された場合、正常でないと判断された位置以外の領域のみを用いて、積層体Ｍの成形を行わせてもよい。すなわち、光ビームＬの状態が正常でない領域を除いて、光ビームＬの状態が正常な領域のみで成形を行うことでも、積層体Ｍの成形不良を抑制できる。

また、成形物判断部９０は、成形制御部８８の制御によって成形された積層体Ｍの品質を判定する。成形された積層体Ｍは、例えば積層体成形装置１とは別の測定装置によって、強度や寸法などの品質が評価される。成形物判断部９０は、他の装置による積層体Ｍの品質の評価結果を取得して、積層体Ｍの品質の評価結果に基づき、積層体成形装置１に異常があるかを判定する。積層体Ｍは、光ビームＬに異常がないと判断された場合に製造されるため、積層体Ｍの製造が許可された時点で、照射部１６には異常がないと考えられる。成形物判断部９０は、それにも関わらず積層体Ｍの品質に異常がある場合、すなわち、光ビームＬに異常がないと判断され、かつ積層体Ｍに異常がある場合には、積層体成形装置１の照射部１６以外の装置に異常が発生していると判断して、照射部１６以外のどの装置に異常が生じているかを判断する。例えば、成形物判断部９０は、光ビームＬに異常がないという判断結果と、積層体Ｍの品質の評価結果とに基づき、リコータ及び気体供給部の少なくとも一方に異常があるかを判定する。リコータは、粉末供給部１２とブレード１４とによって行われるため、リコータの異常とは、粉末供給部１２又はブレード１４の異常を指す。また、気体供給部は、上述のように、不活性ガスを供給する装置である。例えば、成形物判断部９０は、光ビームＬに異常がなく、かつ、リコータが行われる方向（ここでは方向Ｘ）に沿って、積層体Ｍに品質に閾値以上のばらつきが生じている場合、リコータに異常があると判定する。また、成形物判断部９０は、光ビームＬに異常がなく、かつ、不活性ガスが供給される方向（ここでは方向Ｙ）に沿って、積層体Ｍに品質に閾値以上のばらつきが生じている場合、気体供給部に異常があると判定する。

制御装置１８は、以上のような構成になっている。次に、制御装置１８による制御フローを説明する。図１０は、本実施形態に係る制御装置の制御フローを説明するフローチャートである。図１０に示すように、制御装置１８は、校正部材５０をステージ３２に取付けた状態で、照射制御部９２により、照射部１６を制御して、校正部材５０に取付けられたそれぞれの検出装置７０に向けて、光ビームＬを照射させる（ステップＳ１０）。検出装置７０は、照射された光ビームＬを検出し、制御装置１８は、状態検出部９４により、検出装置７０から光ビームＬの検出結果を取得する（ステップＳ１２）。そして、制御装置１８は、状態検出部９４により、光ビームＬの検出結果から、光ビームＬの状態を検出して、判定部９６により、光ビームＬの状態を判定する（ステップＳ１４）。光ビームＬの状態が正常と判定した場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、制御装置１８は、成形制御部８８により、校正部材５０をステージ３２から取り外した状態で、照射部１６と粉末供給部１２とを制御して、積層体Ｍの成形を実行させる（ステップＳ１８）。なお、光ビームＬの状態が正常でないと判定した場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、状態検出部９４は、判定結果、ここでは照射部１６に異常がある旨を、出力部８４に通知させる（ステップＳ２０）。

ステップＳ１８で積層体Ｍの成形が終了したら、制御装置１８は、再度校正部材５０を取り付けて、検出装置７０に光ビームＬを照射させることで、光ビームＬの状態を再判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２における再判定処理は、ステップＳ１０からステップＳ１６までの処理と同様である。再判定の結果、光ビームＬの状態が正常でないと判定した場合（ステップＳ２４；Ｎｏ）、ステップＳ２０に進み、状態検出部９４は、判定結果、ここでは照射部１６に異常がある旨を、出力部８４に通知させる。再判定の結果、光ビームＬの状態が正常である場合（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、例えば積層体成形装置１とは別の測定装置によって、強度や寸法などの品質が評価され、制御装置１８は、成形物判断部９０により、積層体Ｍの品質の評価結果を取得する（ステップＳ２６）。成形物判断部９０は、積層体Ｍの品質の評価結果に基づき、積層体Ｍの品質に問題がないかを判断し（ステップＳ２８）、問題がない場合（ステップＳ２８；Ｙｅｓ）、積層体Ｍが出荷可能であると判断する（ステップＳ３０）。積層体Ｍの品質に問題がある場合（ステップＳ２８；Ｎｏ）、成形物判断部９０は、照射部１６以外の積層体成形装置１の装置（例えば、粉末供給部１２、ブレード１４、気体供給部など）に異常があるかを判定し、照射部１６以外の積層体成形装置１の装置に異常がある旨を、出力部８４に通知させる（ステップＳ３２）。

また、次に、光ビームＬの状態の判定、すなわちステップＳ１６での判定のフローの一例をフローチャートで説明する。図１１は、光ビームの状態判定のフローを説明するフローチャートである。図１１のフローは、ステップＳ１６での判定のフローの一例を示している。図１１に示すように、状態検出部９４は、検出装置７０から取得した光ビームＬの検出結果から、光ビームＬの状態として、ここでは光ビームＬの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度を算出する（ステップＳ４０）。判定部９６は、状態検出部９４が検出した光ビームＬの状態のそれぞれを取得して、それらを、それぞれの基準データと比較して、光ビームＬの状態に問題無いかを判断する（ステップＳ４２）。そして、判定部９６は、全てのパラメータ、ここでは光ビームＬの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度の全てが問題無い場合（ステップＳ４４；Ｙｅｓ）、すなわち全ての種類の光ビームＬの状態が条件を満たす場合、積層体Ｍを成形可能と判断する（ステップＳ４６）。一方、判定部９６は、全てのパラメータのうち少なくとも一部に問題がある場合（ステップＳ４４；Ｎｏ）、照射部１６に異常がある旨を通知する（ステップＳ４８）。ただし、上述のように、判定部９６は、全てのパラメータのうち、重要なパラメータに問題がない場合には、重要なパラメータ以外のパラメータが正常でない場合にも、積層体Ｍを成形可能と判断してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る校正部材５０は、光ビームＬを粉末Ｐに照射して積層体Ｍを成形する積層体成形装置１の校正部材である。校正部材５０は、基台部６０と取付部６２とを有する。基台部６０は、積層体成形装置１の光ビームＬが照射されるステージ３２に取り付けられる。取付部６２は、基台部６０に設けられて光ビームＬを検出する検出装置７０が取り付けられる。取付部６２は、複数設けられ、それぞれの取付部６２は、基台部６０において互いに異なる位置に設けられる。また、それぞれの取付部６２は、取り付けられる検出装置７０の検知方向が互いに異なるように、互いに異なる角度で設けられる。

ここで、積層体Ｍの品質は、照射される光ビームＬの状態に大きく影響を受ける。本実施形態に係る校正部材５０は、基台部６０によってステージ３２に取付けられ、光ビームＬを検出する検出装置７０が取り付け可能に構成される。従って、この校正部材５０を積層体成形装置１に取付けると、光ビームＬの状態を適切に検出することが可能となり、必要に応じて、光ビームＬの特性を適切に校正させることができる。また、光ビームＬは、ステージ３２上での照射位置毎に、進行方向が異なる。従って、光ビームＬは、ステージ３２上での照射位置毎に、状態が異なる場合がある。例えば、光ビームＬは、ステージ３２上での照射位置毎に、保護部４８上の異なる位置を通る。この場合、保護部４８の一部の領域に異物が付着していたり、破損していたりすると、ある照射位置に照射される光ビームＬの状態に問題がなくても、他の照射位置に照射される光ビームＬの状態に問題があるおそれもある。このような場合、例えば１つの照射位置のみで光ビームＬを検出しても、光ビームＬの状態を適切に検出できなくなる可能性がある。それに対し、本実施形態に係る校正部材５０は、検出装置７０が取り付けられる取付部６２が複数設けられるため、複数の照射位置での光ビームＬの状態検出が可能となり、光ビームＬの状態を適切に検出することができる。さらに、検出装置７０は、光ビームＬを適切に検出するためには、光ビームＬが照射される照射角度を、例えば直角など所定角度に保つ必要がある場合があるが、光ビームＬは、照射位置毎に光ビームＬが照射される照射角度が異なる。従って、検出装置７０は、照射角度が、設けられる位置毎に異なるため、光ビームＬを適切に検出できなくなるおそれがある。それに対し、本実施形態に係る校正部材５０は、位置毎に検出装置７０の向きを異ならせるため、それぞれの位置において照射角度を適切に保つことが可能となり、それぞれの位置で、光ビームＬを適切に検出させることができる。

また、それぞれの取付部６２は、取り付けられる検出装置７０の検知方向が、基台部６０の表面６０Ａに交差し、かつ、基台部６０の表面６０Ａの中心側（中心軸Ｃ側）を向くように、互いに異なる角度で設けられる。積層体成形装置１は、通常、ステージ３２の中心位置に照射される光ビームＬの照射角度が直角となるように、アラインメントが設定される。それに対し、本実施形態に係る校正部材５０は、それぞれの検出装置７０が、ステージ３２の中心と重なる基台部６０の表面６０Ａの中心を向くように、取付部６２が設けられている。従って、本実施形態に係る校正部材５０によると、全ての検出装置７０が、照射角度が直角となるように光ビームＬを受光することが可能となり、それぞれの位置で、光ビームＬを適切に検出させることができる。

また、それぞれの取付部６２は、取り付けられる検出装置７０の撮像素子７４（検出素子）の受光面７４Ａが、光ビームＬに対して直交するように、互いに異なる角度で設けられる。従って、本実施形態に係る校正部材５０によると、全ての検出装置７０が、照射角度が直角となるように光ビームＬを受光することが可能となり、それぞれの位置で、光ビームＬを適切に検出させることができる。

また、取付部６２は、開口が設けられ、開口の中心軸Ａが、基台部６０の表面６０Ａの中心側（中心軸Ｃ側）を向くように傾斜している。本実施形態に係る校正部材５０によると、開口の中心軸Ａが中心側を向いているので、検出装置７０を適切に取り付けることができ、それぞれの位置で、光ビームＬを適切に検出させることができる。また、取付部６２は、基台部６０の表面６０Ａに設けられる開口であり、底面６２Ｓが基台部６０の表面６０Ａの中心側（中心軸Ｃ側）に向けて傾斜している。本実施形態に係る校正部材５０によると、底面６２Ｓが中心側に傾斜しているので、検出装置７０を適切に取り付けることができ、それぞれの位置で、光ビームＬを適切に検出させることができる。

また、校正部材５０は、吸熱部６６を有する。吸熱部６６は、取付部６２に向けて照射される光ビームＬのうち、取付部６２に取付けられる検出装置７０の撮像素子７４（検出素子）に入射する以外の光ビームＬ１を受光して、受光した光ビームＬ１から吸熱する。この校正部材５０は、吸熱部６６を有するため、光ビームＬを適切に検出しつつ、光ビームＬの熱によって他の装置などがダメージを受けることを抑制できる。

また、吸熱部６６は、それぞれの取付部６２に対応して、複数設けられる。この校正部材５０は、取付部６２のそれぞれに対応して設けられるため、それぞれの取付部６２に向けて照射された光ビームＬの熱を適切に吸収して、光ビームＬの熱によって他の装置などがダメージを受けることを抑制できる。

また、本実施形態に係る積層体成形装置１は、校正部材５０と、校正部材５０が取り付けられるステージ３２と、校正部材５０の取付部６２に取付けられる検出装置７０と、光ビームＬを照射する照射部１６と、粉末Ｐを供給する粉末供給部１２と、を有する。この積層体成形装置１は、検出装置７０が取り付けられる校正部材５０を有するため、ステージ３２上のそれぞれの位置で、光ビームＬを適切に検出させることができる。

また、検出装置７０は、ビームダンパ部７２を有する。ビームダンパ部７２は、撮像素子７４（検出素子）よりも光ビームＬが照射される側（方向Ｚ１側）に設けられ、検出装置７０に向けて照射される光ビームＬが入射して、入射した光ビームＬの一部を撮像素子７４に向けて出射する。この検出装置７０は、ビームダンパ部７２により、一部の光ビームＬのみを撮像素子７４に受光させるため、撮像素子７４が強度の高い光ビームＬによりダメージを受けることを抑制できる。

また、積層体成形装置１は、積層体Ｍの成形を制御する制御部８０をさらに有する。制御部８０は、照射制御部９２と、状態検出部９４と、判定部９６と、成形制御部８８とを有する。照射制御部９２は、校正部材５０がステージ３２に取付けられた状態で、校正部材５０に取付けられた検出装置７０に光ビームＬを照射させる。状態検出部９４は、検出装置７０から光ビームＬの検出結果を取得し、取得した光ビームＬの検出結果に基づき、ステージ３２上の位置毎の光ビームＬの状態を検出する。判定部９６は、状態検出部９４が検出した光ビームＬの状態に基づき、光ビームＬの状態が正常であるかを判定する。成形制御部８８は、光ビームＬの状態が正常であると判定された場合に、照射部１６と粉末供給部１２とを制御して、積層体Ｍの成形を行わせる。この積層体成形装置１は、ステージ３２上の位置毎に光ビームＬの状態を検出して、その検出結果に基づき、成形可否の判断をする。従って、この積層体成形装置１によると、状態異常の光ビームＬで積層体Ｍを成形することが抑制され、積層体Ｍの成形不良を抑制できる。また、積層体成形装置１は、ステージ３２上の位置毎に光ビームＬの状態を判断しているため、例えばステージ３２上の一部の領域にのみ光ビームＬの異常があった場合に、異常があった領域以外の領域のみで成形を行わせることも可能となる。

また、積層体成形装置１は、出力部８４を有する。出力部８４は、判定部９６による光ビームＬの状態の判定結果を表示する。この積層体成形装置１によると、判定結果をユーザに適切に通知することができる。また、出力部８４は、ステージ３２上の位置毎の光ビームＬの状態の判定結果と、照射部１６の出射口４０Ａを覆う保護部４８の位置毎の光ビームＬの状態の判定結果と、の少なくとも１つを表示する。この積層体成形装置１によると、ステージ３２や保護部４８のどの位置が異常であるかを、ユーザに適切に通知することができる。

また、本実施形態においては、光ビームＬの状態を検出するステップＳ１２において、光ビームＬの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度を算出する。そして、光ビームの状態が正常であるかを判定するステップＳ１４において、光ビームＬの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度に基づき、光ビームＬの状態が正常であるかを判定する。本実施形態によると、状態異常を適切に検出することができるため、積層体の成形不良を抑制できる。また、本実施形態においては、光ビームＬの状態が正常であるかを判定するステップＳ１４において、光ビームの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度のそれぞれを、基準データと比較することで、光ビームＬの状態が正常であるかを判定する。本実施形態によると、状態異常を適切に検出することができるため、積層体の成形不良を抑制できる。また、光ビームの状態が正常であるかを判定するステップＳ１４において、光ビームＬの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度のうち、光ビームＬの平均出力、強度分布、及び照射位置が条件を満たす場合に、光ビームＬの状態が正常であると判断する。本実施形態によると、状態異常を適切に検出することができるため、積層体の成形不良を抑制できる。

また、本実施形態においては、光ビームＬの状態が正常でないと判断した場合、照射部に異常がある旨を通知するステップＳ２０を有する。この積層体成形方法によると、判定結果をユーザに適切に通知することができる。

次に、校正部材５０の他の例について説明する。図１２は、本実施形態に係る校正部材の他の例を示す断面図である。図１２に示すように、他の例に係る校正部材５０ａは、複数の取付部６２に共通した１つの吸熱部６６ａを有する点で、図４に示した校正部材５０と異なる。図１２に示すように、校正部材５０ａは、基台部６０ａ内に、通路６４ａと、吸熱部６６ａとを有する。また、取付部６２に取付けられる検出装置７０ａは、ビームダンパ部として、ミラー７２Ａ、７２Ｂを有する。通路６４ａは、それぞれの取付部６２に１つずつ設けられている。すなわち、通路６４ａの一方の端部は、取付部６２に連通している。一方、吸熱部６６ａは、それぞれの通路６４ａの他方の端部に連通して設けられている。すなわち、吸熱部６６ａは、複数の取付部６２のそれぞれに接続されている。に図１２の例では、吸熱部６６ａは、それぞれの取付部６２よりも方向Ｚ２側、すなわち、それぞれの取付部６２よりも光ビームＬが照射される側と反対側に設けられる。

図１２においては、それぞれの取付部６２に入射した光ビームＬは、一部が光ビームＬ２として、ミラー７２Ａを透過して撮像素子７４に入射する。そして、それぞれの取付部６２に入射した光ビームＬは、他の一部が光ビームＬ２として、ミラー７２Ａで反射され、ミラー７２Ｂ、通路６４ａを通って、吸熱部６６ａに入射する。吸熱部６６ａは、入射したそれぞれの光ビームＬから吸熱する。

このように、吸熱部６６ａは、取付部６２及び検出装置７０よりも、光ビームＬが照射される側と反対側に設けられてもよい。そして、この場合において、吸熱部６６ａは、複数の取付部６２に対応して１つのみ設けられていてもよい。このように吸熱部６６ａを設けることで、校正部材５０の形状を簡易にすることができる。なお、吸熱部の位置及び数は、図４及び図１２に示した例に限られず、任意である。さらに、校正部材５０は、吸熱部を有さなくてもよい。この場合、例えば校正部材５０の外部に吸熱部を設け、校正部材５０に照射された光ビームＬを外部の吸熱部に導くように構成されていればよい。

図１３は、本実施形態に係る校正部材の他の例を示す上面図である。図１３に示すように、他の例に係る校正部材５０ｂは、表面が連続した板状部材でなく、取付部６２ｂ以外にも多数の開口を有する点で、図３に示した校正部材５０と異なる。図１３に示すように、校正部材５０ｂは、基台部６０ｂと、取付部６２ｂと、接続部６３とを有する。図１３に示すように、基台部６０ｂは、内側が開口する枠状の部材である。取付部６２ｂは、内側が開口する輪状の部材であり、内側の開口に検出装置７０が取り付けられる。接続部６３は、基台部６０ｂの内周面と取付部６２ｂの外周面とを接続し、また、取付部６２ｂの外周面同士を接続する部材である。基台部６０ｂの内側においては、取付部６２ｂと接続部６３とが設けられない箇所、すなわち基台部６０ｂの内周面と取付部６２ｂとの外周面との間は、部材が設けられない空間ＳＰとなっており、光ビームＬが通ることが可能となっている。このように、校正部材５０ｂは、枠状の基台部６０ｂの内側に輪状の取付部６２ｂを設けた構造となることで、基台部６０ｂのと取付部６２ｂとの間に、光ビームＬが通ることが可能な空間ＳＰを設けて、例えば光ビームＬ１を吸熱部に導く際の通路構成を簡易にすることができる。

図１４は、本実施形態に係る校正部材の他の例を示す上面図である。図１４に示すように、他の例に係る校正部材５０ｃは、複数の取付部６２ｃを有する。取付部６２ｃは、傾斜角度、すなわち中心軸Ａの向きが可変な点で、図３に示した校正部材５０とは異なる。すなわち、図３に示した校正部材５０は、取付部６２の向きが固定されているが、取付部６２ｃの向きが可変となっている。このように取付部６２ｃの向きを可変にすることで、例えば寸法が異なる積層体成形装置に取付けられる際にも、その寸法に合わせ、光ビームＬを適切に受光できるように取付部６２ｃの角度を調整することができる。また、校正部材５０ｃは、取付部６２ｃ毎に異なる検出装置（センサ）を取り付けることもできるし、一部の取付部６２ｃのみに検出装置を取り付けてもよい。図１４では、取付部６２ｃのうち、取付部６２ｃ１、６２ｃ２に検出装置７０を取り付け、取付部６２ｃ３に、別の検出装置７０ｃを取り付けた例を示している。このように異なる検出装置を取り付け可能にしておくことで、検査の汎用性を高くすることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１ 積層体成形装置
１２ 粉末供給部
１４ ブレード
１６ 照射部
１８ 制御装置
３２ ステージ
５０ 校正部材
６０ 基台部
６２ 取付部
７０ 検出装置
７４ 撮像素子
８０ 制御部
８６ 状態判断部
８８ 成形制御部
９２ 照射制御部
９４ 状態検出部
９６ 判定部
ＡＲ 空間
Ｌ 光ビーム
Ｍ 積層体
Ｐ 粉末
ＳＰ 空間

Claims (21)

1. 光ビームを粉末に照射して積層体を成形する積層体成形装置の校正部材であって、
   前記積層体成形装置の前記光ビームが照射されるステージに取り付けられる基台部と、
   前記基台部に設けられて前記光ビームを検出する検出装置が取り付けられ、互いに異なる位置に複数設けられる取付部と、を有し、
   それぞれの前記取付部は、取り付けられる前記検出装置の検知方向が互いに異なるように、互いに異なる角度で設けられる、
   積層体成形装置の校正部材。
2. 前記取付部は、開口が設けられ、前記開口の中心軸が、前記基台部の表面の中心側を向くように傾斜している、請求項１に記載の積層体成形装置の校正部材。
3. 前記取付部は、前記基台部の一方の表面に設けられる開口であり、底面が前記基台部の表面の中心側に向けて傾斜している、請求項１又は請求項２に記載の積層体成形装置の校正部材。
4. 前記基台部は、内側が開口する枠状の部材であり、前記取付部は、前記基台部の内側に設けられる輪状の部材である、請求項１又は請求項２に記載の積層体成形装置の校正部材。
5. それぞれの前記取付部は、取り付けられる前記検出装置の検知方向が、前記基台部の表面に交差し、かつ、前記基台部の表面の中心側を向くように、互いに異なる角度で設けられる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層体成形装置の校正部材。
6. それぞれの前記取付部は、取り付けられる前記検出装置の検出素子の受光面が、前記光ビームに対して直交するように、互いに異なる角度で設けられる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の積層体成形装置の校正部材。
7. 前記取付部は、開口が設けられ、前記開口の中心軸が可変である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の積層体成形装置の校正部材。
8. 前記取付部に向けて照射される前記光ビームのうち、前記取付部に取付けられる前記検出装置の検出素子に入射する以外の光ビームを受光して、受光した前記光ビームから吸熱する吸熱部をさらに有する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の積層体成形装置の校正部材。
9. 前記吸熱部は、前記取付部よりも、前記光ビームが照射される側と反対側に設けられる、請求項８に記載の積層体成形装置の校正部材。
10. 前記吸熱部は、複数の前記取付部に接続されている、請求項９に記載の積層体成形装置の校正部材。
11. 前記吸熱部は、それぞれの前記取付部に対応して、複数設けられる、請求項８又は請求項９に記載の積層体成形装置の校正部材。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の前記校正部材と、
    前記校正部材が取り付けられる前記ステージと、
    前記校正部材の前記取付部に取付けられる前記検出装置と、
    前記光ビームを照射する照射部と、
    前記粉末を供給する粉末供給部と、
    を有する、
    積層体成形装置。
13. 前記検出装置は、検出素子よりも前記光ビームが照射される側に設けられ、前記検出装置に向けて照射される前記光ビームが入射して、入射した前記光ビームの一部を前記検出素子に向けて出射するビームダンパ部を有する、請求項１２に記載の積層体成形装置。
14. 前記積層体の成形を制御する制御部をさらに有し、
    前記制御部は、
    前記校正部材が前記ステージに取付けられた状態で、前記校正部材に取付けられた前記検出装置に前記光ビームを照射させる照射制御部と、
    前記検出装置から前記光ビームの検出結果を取得し、取得した前記光ビームの検出結果に基づき、前記ステージ上の位置毎の前記光ビームの状態を検出する状態検出部と、
    前記状態検出部が検出した前記光ビームの状態に基づき、前記光ビームの状態が正常であるかを判定する判定部と、
    前記光ビームの状態が正常であると判定された場合に、前記照射部と前記粉末供給部とを制御して、前記積層体の成形を行う成形制御部と、
    を有する、請求項１２又は請求項１３に記載の積層体成形装置。
15. 前記判定部による前記光ビームの状態の判定結果を表示する出力部を有する、請求項１４に記載の積層体成形装置。
16. 前記出力部は、前記ステージ上の位置毎の前記光ビームの状態の判定結果と、前記照射部の出射口を覆う保護部の位置毎の前記光ビームの状態の判定結果と、の少なくとも１つを表示する、請求項１５に記載の積層体成形装置。
17. 校正部材と、前記校正部材の取付部に取付けられた検出装置と、光ビームを照射する照射部と、粉末を供給する粉末供給部と、前記校正部材が取り付けられるステージと、を有する、積層体成形装置を用いた積層体成形方法であって、前記校正部材は、前記積層体成形装置の前記光ビームが照射されるステージに取り付けられる基台部と、前記基台部に設けられて前記光ビームを検出する検出装置が取り付けられ、互いに異なる位置に複数設けられる取付部と、を有し、それぞれの前記取付部は、取り付けられる前記検出装置の検知方向が互いに異なるように、互いに異なる角度で設けられており、
    前記校正部材が前記ステージに取付けられた状態で、前記校正部材に取付けられた前記検出装置に前記光ビームを照射するステップと、
    前記検出装置から前記光ビームの検出結果を取得し、取得した前記光ビームの検出結果に基づき、前記ステージ上の位置毎の前記光ビームの状態を検出するステップと、
    前記光ビームの状態を検出するステップで検出した前記光ビームの状態に基づき、前記光ビームの状態が正常であるかを判定するステップと、
    前記光ビームの状態が正常であると判定された場合に、前記照射部と前記粉末供給部とを制御して、積層体の成形を行うステップと、
    を有する、積層体成形方法。
18. 前記光ビームの状態を検出するステップにおいて、前記光ビームの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度を算出し、
    前記光ビームの状態が正常であるかを判定するステップにおいて、前記光ビームの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度に基づき、前記光ビームの状態が正常であるかを判定する、請求項１７に記載の積層体成形方法。
    
19. 前記光ビームの状態が正常であるかを判定するステップにおいて、前記光ビームの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度のそれぞれを、基準データと比較することで、前記光ビームの状態が正常であるかを判定する、請求項１８に記載の積層体成形方法。
20. 前記光ビームの状態が正常であるかを判定するステップにおいて、前記光ビームの平均出力、強度分布、照射位置、及び散乱光の強度のうち、前記光ビームの平均出力、強度分布、及び照射位置が条件を満たす場合に、前記光ビームの状態が正常であると判断する、請求項１８又は請求項１９に記載の積層体成形方法。
21. 前記光ビームの状態が正常でないと判断した場合、前記照射部に異常がある旨を通知するステップを有する、請求項１７から請求項２０のいずれか１項に記載の積層体成形方法。

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