WO2005115663A1 - 三次元形状造形物の製造方法及び製造装置 - Google Patents

三次元形状造形物の製造方法及び製造装置 Download PDF

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WO2005115663A1
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light beam
irradiation
interlocking
modeling
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PCT/JP2005/009552
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Yoshikazu Higashi
Hirohiko Togeyama
Satoshi Abe
Isao Fuwa
Seiichi Tomita
Toshio Maeda
Norio Takinami
Original Assignee
Matsushita Electric Works, Ltd.
Matsuura Machinery Corporation
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the present invention provides a three-dimensional shaped article for producing a desired three-dimensional shaped article by irradiating a powder layer with a light beam to form a sintered layer and stacking the sintered layers. More specifically, regarding a technology, a method of manufacturing a three-dimensional shaped structure in which the irradiation position of the light beam and the processing position of the surface of the shaped object are corrected when the surface of the shaped object is removed during shaping. And a manufacturing apparatus.
  • a powder layer formed on a modeling table is irradiated with a light beam (directional energy beam, for example, a laser) to form a sintered layer, and a new powder layer is formed on the sintered layer to generate light.
  • a light beam directional energy beam, for example, a laser
  • a new powder layer is formed on the sintered layer to generate light.
  • Patent Document 2 discloses that the surface of a molded article or an unnecessary part as a laminate of sintered layers is gradually removed during the modeling of a three-dimensional shaped article.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-318574
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-115004
  • the coordinate system related to the irradiation of the optical beam and the coordinate system of the processing means must be matched.
  • deviations in the irradiation position of the light beam deviations in the cutting coordinates due to mechanical deformation due to spindle heat generation and environmental temperature changes in the machining means have a great influence on the machining accuracy of the model.
  • the modeling table rises in temperature and is displaced under the influence of irradiation with a high-energy light beam or heat generated during removal processing by the processing means. In particular, when the modeling table is displaced during processing, the light beam irradiation position and the processing position by the machining means are shifted from the part that was modeled before the displacement.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and can accurately correct the irradiation beam misalignment of the optical beam and the processing misalignment caused by the machining means.
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a three-dimensional shaped object capable of manufacturing a highly accurate modeled object.
  • the present invention irradiates a predetermined portion of the powder layer with a light beam to form a sintered layer, and supplies a new powder layer on the sintered layer.
  • the first position measuring means measures the initial position of at least one interlocking reference mark provided in the vicinity of the modeled object
  • the second position measuring means provided in the processing means detects the interlocking reference mark.
  • the initial position is measured, the position of the interlocking reference mark is measured by the first position measuring means and the position of the interlocking reference mark is measured by the second position measuring means during the modeling, and the interlocking before the modeling is performed.
  • the initial position of the fiducial mark and up during molding Based on the position of the interlocking reference mark measured by the first and second position measuring means, the irradiation position of the light beam and the processing position by the carburizing means are corrected based on V. .
  • the position of the stationary reference mark separated from the interlocking reference mark is measured by the first and second position measuring means before and during the modeling, and the interlocking reference mark before the modeling and the above-mentioned
  • the irradiation position of the light beam and the processing position by the machining means are corrected based on the difference between the stationary reference mark and the difference between the interlocking reference mark and the stationary reference mark in the middle of modeling.
  • the present invention provides a modeling table, a powder layer forming means for supplying a powder onto the modeling table to form a powder layer, and a predetermined portion of the powder layer formed by the powder layer forming means.
  • Light beam irradiation means for irradiating a light beam to sinter powder at an irradiation position, and a tertiary means provided with a machining means for machining the surface of a plurality of sintered layers formed by the light beam irradiation means.
  • a manufacturing apparatus for an original shaped article at least one interlocking reference mark provided in the vicinity of the modeling table, and a first position for measuring the position of the interlocking reference mark via the light beam irradiation path Measuring means, second position measuring means provided on the processing means for measuring the position of the interlocking reference mark, and the interlocking reference measured by the first and second position measuring means before and during modeling.
  • Based on the mark position It is characterized by comprising control means for correcting the irradiation position of the light beam and the processing position by the processing means.
  • control means is configured to detect the light beam based on the irradiation position correction amount of the light beam obtained by measuring the irradiation trace of the light beam emitted toward the predetermined position by the first position measurement means. The irradiation position of the beam is corrected.
  • the manufacturing apparatus for a three-dimensional shaped object includes at least one interlocking reference mark provided in the vicinity of the modeling table, the position of the interlocking reference mark, and the light beam irradiated toward the predetermined position.
  • a first position measuring means for measuring the position of the irradiation mark, a second position measuring means for measuring the position of the interlocking reference mark provided in the processing means, and the first and It may be configured to include a control means for correcting the irradiation position of the light beam and the processing position by the processing means based on the position of the interlocking reference mark measured by the second position measuring means.
  • the second position measuring means can also be used as the first position measuring means.
  • an immovable reference mark that is separated from the interlocking reference mark and is position-measured by the first and second position measuring means is provided outside the shaping table, and the control means is provided before and during shaping.
  • the irradiation position and processing position of the light beam can be corrected based on the position information of the stationary reference mark obtained from the first and second position measuring means.
  • the first position measuring means is configured to be inserted into the irradiation path of the light beam during measurement and to retract the irradiation path force of the light beam during non-measurement.
  • misalignment including various causes such as thermal deformation of the modeling table, thermal deformation or temperature drift of the scanning optical system in the light beam irradiating means, deformation due to main shaft heat generation of the processing means, etc. Correction can be performed and accurate modeling can be achieved.
  • FIG. 1 is a schematic view of a three-dimensional shaped article manufacturing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2A is a side view showing the operation of the imaging unit provided in the apparatus of FIG.
  • FIG. 2B is a side view showing another operation of the imaging unit.
  • FIG. 3A is a side view showing the operation of a part of a modification of the apparatus of FIG.
  • FIG. 3B is a side view showing another operation of the portion shown in FIG. 3A.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a correction method performed in the apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing a deviation between an irradiation trace of a light beam and a stationary reference mark.
  • Fig. 6 is an explanatory view showing a deviation between the irradiation trace of the light beam and the interlocking reference mark.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a deviation between the interlocking reference mark and the immovable reference mark when there are two interlocking reference marks.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram for obtaining a deviation between the interlocking reference mark and the stationary reference mark using the light beam irradiation trace.
  • FIG. 1 shows an apparatus for producing a three-dimensional shaped object according to the present invention, which includes a chamber 10 for maintaining an internal space in an inert state such as a nitrogen atmosphere, and a modeling tank 11 and a material tank 12 are provided at the bottom thereof.
  • a squeezing blade 16 that constitutes a powder layer forming means together with a material tank 12 and a processing means 3 are arranged inside the chamber 10.
  • a modeling table 13 that moves up and down is provided in the modeling tank 11, and an elevating table 14 that similarly moves up and down is provided in the material tank 12.
  • a light beam irradiating means 2 is disposed on the chamber 10, and the light beam irradiating means 2 includes a laser oscillator 20, a condensing lens 21 for converging the light beam output from the laser oscillator 20, and condensing. And a scanner 22 having a galvanometer force for guiding the light beam L having passed through the lens 21 onto the modeling table 13 through the light transmission window 19.
  • a reflecting mirror 41 In addition, between the condenser lens 21 and the scanner 22 in the optical path of the light beam L, a reflecting mirror 41, an imaging means 40, and a moving mechanism 42 such as a uniaxial table for moving both of them.
  • An imaging unit 4 is provided. As shown in FIG. 2B, the imaging unit 4 that constitutes the first position measuring means is retracted from the optical path while outputting the optical beam L and forming the sintered layer. When misalignment detection is performed to correct the irradiation position of the light beam L, it is inserted into the optical path as shown in Fig. 2A.
  • a half mirror can be always inserted in the optical path instead of the reflecting mirror 41. In this case, the moving mechanism 42 is not necessary.
  • the laser oscillator 20, the condenser lens 21, and the imaging means 40 may be placed on a table that is moved by the moving mechanism 42 and switched. Yo! /. Also in this case, the reflection mirror 41 is unnecessary.
  • the processing means 3 is for cutting the surface of the modeling object 9 on the modeling table 13 in the middle of modeling or after the modeling has been completed, and the cutting processing position is variable by a three-axis drive mechanism.
  • An imaging means 5 as a second position measuring means is attached to the spindle head.
  • the image output obtained from the imaging unit 4 and the imaging means 5 is input to the image processing device 6, Position information generated by image processing by the image processing device 6 is input to the control device 7 that controls the operation of the manufacturing apparatus including the light beam irradiation means 2 and the processing means 3.
  • the material powder overflowed from the material tank 12 due to the ascent of the lifting table 14 is supplied to the modeling base surface on the modeling table 13 by the blade 16 and at the same time
  • the first powder layer is formed by leveling, and the portion of the powder layer to be cured is irradiated with the light beam L to sinter the metal powder to form a sintered layer integrated with the base 23.
  • the molding table 13 is lowered by a predetermined height, the metal powder is supplied again and leveled by the blade 16, and the first powder layer (and the sintered layer) is placed on the first layer.
  • a sintered layer in which a second powder layer is formed, and the portion to be cured of the second powder layer is irradiated with the light beam L to sinter the powder and integrate with the lower sintered layer.
  • the molding table 13 is lowered to form a new powder layer, and the process of irradiating the light beam L to make the required portion a sintered layer is repeated as a laminate of sintered layers. A three-dimensional shaped object is produced.
  • the irradiation path of the light beam L also creates the three-dimensional CAD data force of the shaped object.
  • the STL data generated from the three-dimensional CAD model is created at the same pitch (for example, 0.05 mm pitch when the powder layer thickness is 0.05 mm), and the contour shape data of each cross section is created.
  • Irradiation route data may be generated by performing irradiation route generation processing and input to the manufacturing apparatus together with the contour shape data.
  • the thickness of the plurality of sintered layers is, for example, that of the cutting tool in the processing means 3.
  • the tanker 3 is operated to cut the surface (mainly the upper side surface) of the shaped object that has been shaped so far.
  • a cutting tool ball end mill
  • the processing means 3 is activated.
  • the coordinate system related to the irradiation of the light beam is first used in manufacturing the modeled object by the manufacturing apparatus.
  • the initial position correction for matching the coordinate system of the processing means is performed.
  • An interlocking reference mark M is installed at a predetermined position of the molding tank 11 to be enclosed.
  • the fixed reference mark PM is installed.
  • This immobility reference mark PM is not affected by thermal effects during irradiation with a light beam or during processing by the processing means 3, and is not affected even when the molding table 13 is heated to a high temperature. In place.
  • the interlocking reference mark M and the non-moving reference mark PM are not limited to this form in which a metal block surface with a hole having a diameter of about 1 mm is used.
  • step S1 the imaging unit 4 is inserted into the optical path, and the angle at which the stationary reference mark PM enters the imaging field of view of the imaging unit 4 (this angle (GxO, GyO ) Is obtained in advance), the fixed reference mark PM is imaged by the imaging unit 4, and the coordinates (SxO, Sy 0) of the fixed reference mark image PMO in the obtained image are processed as shown in FIG. Determined in device 6.
  • the image of the interlocking reference mark M is imaged by the imaging unit 4 as an angle at which the interlocking reference mark M enters the imaging field of the imaging unit 4 (this angle (Gxl, Gyl) is obtained in advance).
  • the coordinates (Sxl, Syl) of the interlocking reference mark image MO in the obtained image are obtained by the image processing device 6.
  • the position where the stationary reference mark PM enters the imaging field of the imaging means 5 (this position (CxO, CyO) is obtained in advance).
  • the image processing device 6 obtains the coordinates (TxO, TyO) of the immobile reference mark image PMO in the obtained image.
  • the interlocking reference mark M was captured by the imaging means 5 as a position where the interlocking reference mark M enters the imaging field of the imaging means 5 ((this position (Cxl, Cyl) is obtained in advance)).
  • the coordinates (Txl, Tyl) of the interlocking reference mark image MO in the image are obtained by the image processing device 6.
  • step S3 After obtaining the initial position in this manner, in step S3, the first layer of modeling is started, and in the next step S4, the scanner 22 is moved again to the angle (GxO, GyO ),, (Gxl, Gyl), the coordinates (SxO ', SyO') of the stationary reference mark image PMO 'and the position coordinates (Sxl,, Syl,) of the interlocking reference mark image MO are obtained.
  • the difference ( ⁇ , ⁇ ) and the difference ( ⁇ , ⁇ 1) from the initial value obtained in step 1 are calculated as the amount of displacement of the irradiation position of the light beam L, and this is used as the correction amount for the light beam irradiation.
  • step S6 After correcting the irradiation position of the light beam L based on the correction amount, the next layer is formed in step S5. In step S6, whether or not the predetermined number of formations is completed. judge. If it is determined in step S6 that the predetermined number of modeling has not been completed, the process returns to step S4, whereas if it is determined that the predetermined number of modeling has been completed, the process proceeds to step S7.
  • the predetermined number here is set to 60 or less when, for example, the thickness of the powder layer is 0.05 mm and the processing means 3 can process up to 60 powder layers.
  • step S7 the position coordinates (TxO,, TyO,) of the stationary reference mark image PMO when the processing means 3 is set to the positions (CxO, CyO), (Cxl, Cyl) and the interlocking reference mark image.
  • the position coordinates (Txl ′, Tyl ′) of the image MO ′ are obtained, and the difference from the initial value obtained in step S2 is calculated as the displacement amount of the processing position by the processing means 3, and this is used as the correction amount for processing.
  • step S8 After correcting the processing position of the processing means 3 based on this correction amount, processing by the processing means 3 is performed in step S8, and it is determined in step S9 whether or not all modeling has been completed. If it is determined in step S9 that all modeling has not been completed, the process returns to step S4, while if it is determined that all modeling has been completed, the program ends.
  • a temperature measuring means T such as a thermocouple for measuring the temperature of the processing means 3 (the heat generation temperature of the driving motor of the processing means 3) is provided and measured by the temperature measuring means T.
  • the measured temperature exceeds a predetermined value, the amount of misalignment of the machining position by the machining means 3 can be calculated to correct the misalignment.
  • the interlocking reference mark M is provided on the peripheral edge of the modeling tank 11, and is as close as possible to the modeled object as much as possible U.
  • the difference ( ⁇ , ⁇ ) is a positional deviation caused by the scanner 22, and the difference ( ⁇
  • ⁇ , ⁇ 1 includes the displacement caused by the scanner 22 and the displacement caused by the deformation of the modeling tank 11, and the coordinates (TxO, TyO), ( ⁇ ', TyO' of the fixed reference mark images PMO, PMO ' ) Is the displacement of the machining means 3 due to the heat generated by the spindle of the machining means 3, and the difference between the coordinates (Txl, Tyl) and coordinates ( ⁇ ⁇ ', Tyl') of the interlocking reference mark images MO and MO 'is the machining means 3) and thermal deformation on the modeling tank 11 side, all factors such as deformation of the scanner 22 and temperature drift, thermal deformation on the modeling tank 11 side, thermal deformation of the processing means 3 are all included.
  • the amount of misregistration included can be obtained, and modeling without being affected by the misregistration can be performed.
  • the interlocking reference mark M can be detected and corrected more reliably by providing a pair of interlocking reference marks M on, for example, a diagonal line of the modeling tank 11 and measuring these positions. it can.
  • the above correction is performed when the scanner 22 is set at angles (GxO, GyO), (Gxl, Gyl), and the irradiation position of the light beam L is the position of the stationary reference mark PM and the position of the interlocking reference mark M, respectively.
  • the optical axis of the light beam L and the optical axis of the imaging unit 4 are aligned.
  • this adjustment is not easy and may actually shift slightly, so this shift is corrected during the initial calibration to match the coordinate system of the light beam irradiation device 2 with the coordinate system of the processing means 3. Keep it.
  • This correction is achieved by placing the scanner 22 at the above-mentioned angles (GxO, GyO), (Gxl, Gyl) with the irradiation mark forming member such as acrylic paper placed in the vicinity of the stationary reference mark PM and the interlocking reference mark M.
  • the irradiation mark forming member such as acrylic paper placed in the vicinity of the stationary reference mark PM and the interlocking reference mark M.
  • Set and irradiate light beam L to form irradiation traces LMO and LM1 then set the angle of scanner 22 to the above value.
  • the coordinates (XO, YO), (XI, Y1) of the irradiation traces LM 0, LM1 are obtained by capturing the irradiation traces LMO, LM 1 with the imaging unit 4 and processing the images.
  • the irradiation trace forming member may be in any position other than the vicinity of the stationary reference mark ⁇ and the interlocking reference mark ⁇ as long as the positional relationship between the stationary reference mark ⁇ and the interlocking reference mark ⁇ is clear.
  • any member that can be marked with a light beam can be used as the irradiation trace forming member.
  • the surface paint burns and the marking marks become black, and the contrast becomes clear.
  • it can be used only with an iron plate.
  • the scanner 22 is set at an angle (GxO, GyO), (Gxl, Gyl) and the position of the irradiation traces LMO 'and LM1' when the light beam L is irradiated.
  • an optical axis shift occurs between the light beam irradiation device 2 and the imaging unit 4, this can be dealt with. Details of this correction will be described later.
  • the measurement of the stationary reference mark PM is not absolutely necessary, and the correction may be performed only by measuring the interlocking reference mark M.
  • the correction including the thermal deformation due to the main shaft heat generation (correction of relative displacement between the scanner 22 and the processing means 3 with respect to the modeled object) can be performed.
  • the correction based on the difference ( ⁇ ', ⁇ ') by measuring the interlocking reference mark M and the irradiation mark LM1 is effective. is there.
  • the interlocking reference mark ⁇ and the irradiation mark LM1 formed by irradiating the light beam L toward the interlocking reference mark ⁇ are imaged by the imaging unit 4 before processing and in the middle of modeling, so that the light beam
  • the correction amount of the processing position by the processing means 3 can be obtained by obtaining the correction amount of the irradiation position and imaging the position of the interlocking reference mark ⁇ by the imaging means 5 before calorie and in the middle of modeling.
  • the image power obtained by imaging the deviation amount for correction of the light beam irradiation device 2 by the imaging unit 4 is also obtained.
  • the imaging unit 4 is not essential. Absent.
  • the irradiation means LM and the interlocking reference mark M are photographed by the imaging means 5 attached to the cutting means 3 before and during the shaping to obtain the coordinate force and positional deviation, thereby correcting the light beam irradiation device 2. It is because it can be performed.
  • the initial position of the interlocking reference mark M is measured by the imaging means 5, and a light beam is irradiated to a predetermined position of an irradiation trace forming member provided in the vicinity of the interlocking reference mark M. Is measured as an initial position by the imaging means 5. Thereafter, each time each layer is formed, the position of the interlocking reference mark M and the position of the irradiation trace formed on the irradiation trace forming member may be measured by the imaging means 5 to correct the light beam irradiation apparatus 2.
  • a plurality of irradiation traces are formed on the irradiation trace forming member, and if the same position is irradiated with the light beam, the irradiation traces may overlap, so the light beam irradiation position is one direction or two directions orthogonal to each other.
  • the imaging means 5 may be similarly moved at a predetermined pitch.
  • the force shown when there is one interlocking reference mark M and one immobilization reference mark PM As described above, a plurality of interlocking reference marks M may be provided. The same applies to the stationary reference mark PM. Next, a specific example of correction when there are two stationary reference marks PM and two interlocking reference marks M will be described.
  • the position of the stationary reference mark PM before and during modeling is (Xml, Yml), (XmlO, YmlO), and the first interlocking reference mark M before and during modeling
  • the position is (X 2, Y2), (X20, Y20) and the position of the second interlocking reference mark M before and during modeling is (X3, ⁇ 3), ( ⁇ 30, ⁇ 30)
  • the imaging unit 5 images the immobile reference mark PM and the interlocking reference mark M, and obtains the position by image processing.
  • the irradiation trace forming member is placed at a predetermined position, and the light beam L is irradiated to irradiate the irradiation trace.
  • An LMO is formed, and the imaging means 5 is moved to the above-defined position, and the position (xO, yO) of the irradiation trace LMO is measured.
  • the position of the irradiation mark immobilization reference mark PM and the position of the interlocking reference mark M are again measured by the imaging means 5 during the modeling.
  • the position of the stationary reference mark PM at this time is (xl, yl), and the position of the interlocking reference mark M (x2, y2).
  • the irradiation trace forming member is placed again at a predetermined position to irradiate the light beam L to form an irradiation trace LMO, and the imaging means 5 is moved to the predetermined position to position the irradiation trace LMO. Measure (X, Y).
  • the correction amount of the light beam including the fluctuation of the interlocking reference mark M is AA + AC, ⁇ + AD.
  • the irradiation position deviation of the light beam and the processing position deviation by the processing means can be accurately corrected. It is useful when manufacturing.

Abstract

　造形前に、第１の位置計測手段により造形物の近傍に設けられた少なくとも１つの連動基準マークの初期位置を計測するとともに、加工手段に設けられた第２の位置計測手段により上記連動基準マークの初期位置を計測し、造形途中に上記第１の位置計測手段による上記連動基準マークの位置計測及び上記第２の位置計測手段による上記連動基準マークの位置計測を行い、造形前の上記連動基準マークの初期位置と造形途中に上記第１及び第２の位置計測手段により計測された上記連動基準マークの位置とに基づいて光ビームの照射位置及び加工手段による加工位置を補正するようにした。

Description

三次元形状造形物の製造方法及び製造装置
技術分野
[0001] 本発明は、粉末層に光ビームを照射して焼結層を形成するとともにこの焼結層を積 層することで所望の三次元形状造形物を製造する三次元形状造形物の製造技術に 関し、さらに詳しくは、造形途中に造形物の表面の除去加工を行う場合において、光 ビームの照射位置及び造形物表面の加工位置を補正するようにした三次元形状造 形物の製造方法及び製造装置に関するものである。
背景技術
[0002] 造形テーブル上に形成した粉末層に光ビーム (指向性エネルギービーム、例えば レーザ)を照射して焼結層を形成し、この焼結層の上に新たな粉末層を形成して光ビ ームを照射することで新たな焼結層を形成し、このような操作を繰り返して焼結層を 積層することで三次元形状造形物を製造するに際し、造形前に光ビームの照射位置 較正を行つていても、温度変化による光源の位置ずれや光ビーム偏向手段の温度 · 湿度によるドリフト等の影響で照射位置がずれてくることから、造形途中で照射位置 の位置ずれの補正を行うことが、例えば特許文献 1に提案されて 、る。
[0003] また、三次元形状造形物の造形途中に、焼結層の積層物としての造形物の表面や 不要部の除去加工を漸次行うことが、例えば特許文献 2に開示されている。
特許文献 1：特開平 8 - 318574号公報
特許文献 2：特開 2002 - 115004号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力しながら、除去カ卩ェのための加工手段を備えた製造装置においては、光ビー ム照射に関する座標系と、加工手段の座標系とを一致させておかなくてはならない。 また、光ビームの照射位置のずれに加えて、加工手段の主軸発熱や環境温度変化 による機械変形などに起因する切削座標のずれが造形物の加工精度に大きな影響 を与える。 [0005] さらに、高エネルギーの光ビームの照射の影響や加工手段による除去加工時の発 熱等を受けて造形テーブルも温度が上昇するとともに変位が生じる。特に加工中に 造形テーブルが変位すると、変位する前に造形していた部分に対して、光ビームの 照射位置及びカ卩工手段による加工位置の双方にずれが生じることになる。
[0006] 本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、光ビ ームの照射位置ずれやカ卩工手段による加工位置ずれを的確に補正することができ、 精度の高い造形物を製造することができる三次元形状造形物の製造方法及び製造 装置を提供することを目的として!ヽる。
課題を解決するための手段
[0007] 上記目的を達成するため、本発明は、粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼 結層を形成し、該焼結層上に新たな粉末層を供給してその所定箇所に光ビームを 照射して別の焼結層を形成し、形成された複数層の焼結層の表面の機械加工を行う ことにより目的の三次元形状造形物を製造する方法であって、造形前に、第 1の位置 計測手段により造形物の近傍に設けられた少なくとも 1つの連動基準マークの初期 位置を計測するとともに、加工手段に設けられた第 2の位置計測手段により上記連動 基準マークの初期位置を計測し、造形途中に上記第 1の位置計測手段による上記 連動基準マークの位置計測及び上記第 2の位置計測手段による上記連動基準マー クの位置計測を行 、、造形前の上記連動基準マークの初期位置と造形途中に上記 第 1及び第 2の位置計測手段により計測された上記連動基準マークの位置とに基づ Vヽて光ビームの照射位置及びカ卩工手段による加工位置を補正するようにしたことを 特徴とする。
[0008] また、上記連動基準マークより離隔した不動基準マークの位置を造形前及び造形 途中に上記第 1及び第 2の位置計測手段により計測して、造形前の上記連動基準マ ークと上記不動基準マークとの差分、及び、造形途中の上記連動基準マークと上記 不動基準マークとの差分に基づいて光ビームの照射位置及びカ卩工手段による加工 位置を補正するようにして 、る。
[0009] また、上記光ビームの照射位置の補正を少なくとも 1層毎に行う一方、上記加工手 段による加工位置の補正を複数層毎に行うのが好まし!/、。 [0010] さらに、本発明は、造形テーブルと、該造形テーブル上に粉末を供給して粉末層を 形成する粉末層形成手段と、該粉末層形成手段により形成された粉末層の所定箇 所に光ビームを照射して照射位置の粉末を焼結する光ビーム照射手段と、該光ビー ム照射手段により形成された複数層の焼結層の表面の機械加工を行う加工手段とを 備えた三次元形状造形物の製造装置であって、上記造形テーブルの近傍に設けら れた少なくとも 1つの連動基準マークと、光ビームの照射経路を介して上記連動基準 マークの位置を計測する第 1の位置計測手段と、上記加工手段に設けられ上記連動 基準マークの位置を計測する第 2の位置計測手段と、造形前及び造形途中に上記 第 1及び第 2の位置計測手段により計測された上記連動基準マークの位置に基づい て光ビームの照射位置及び上記加工手段による加工位置を補正する制御手段を備 えたことを特徴とする。
[0011] また、上記制御手段は、所定位置に向けて照射された光ビームの照射跡を上記第 1の位置計測手段で計測することで得た光ビームの照射位置補正量に基づいて光ビ ームの照射位置の補正を行う。
[0012] また、三次元形状造形物の製造装置は、造形テーブルの近傍に設けられた少なく とも 1つの連動基準マークと、該連動基準マークの位置及び所定位置に向けて照射 された光ビームの照射跡の位置とを計測する第 1の位置計測手段と、上記加工手段 に設けられ上記連動基準マークの位置を計測する第 2の位置計測手段と、造形前及 び造形途中に上記第 1及び第 2の位置計測手段により計測された上記連動基準マ ークの位置に基づいて光ビームの照射位置及び上記加工手段による加工位置を補 正する制御手段を備えた構成でもよ ヽ。
[0013] この場合、上記第 2の位置計測手段は上記第 1の位置計測手段を兼用することもで きる。
[0014] また、上記連動基準マークと離隔し、上記第 1及び第 2の位置計測手段により位置 計測される不動基準マークを上記造形テーブルの外部に設け、上記制御手段は造 形前及び造形途中に上記第 1及び第 2の位置計測手段から得られる上記不動基準 マークの位置情報に基づいて光ビームの照射位置及び加工位置を補正することもで きる。 [0015] 好ましくは、上記第 1の位置計測手段は、計測時に光ビームの照射経路中に挿入 され、非計測時に光ビームの照射経路力 退避するように構成されて 、る。
発明の効果
[0016] 本発明によれば、造形テーブルの熱変形や光ビーム照射手段におけるスキャン光 学系の熱変形あるいは温度ドリフト、加工手段の主軸発熱等に起因する変形等の各 種原因を含む位置ずれの補正を行うことができ、正確な造形を達成することができる 図面の簡単な説明
[0017] [図 1]図 1は本発明に係る三次元形状造形物の製造装置の概略図である。
[図 2A]図 2Aは図 1の装置に設けられた撮像部の動作を示す側面図である。
[図 2B]図 2Bは撮像部の別の動作を示す側面図である。
[図 3A]図 3Aは図 1の装置の変形例の一部の動作を示す側面図である。
[図 3B]図 3Bは図 3Aに示される部分の別の動作を示す側面図である。
[図 4]図 4は図 1の装置において行われる補正方法を示すフローチャートである。
[図 5]図 5は光ビームの照射跡と不動基準マークのずれを示す説明図である。
[図 6]図 6は光ビームの照射跡と連動基準マークのずれを示す説明図である。
[図 7]図 7は連動基準マークが二つある場合の連動基準マークと不動基準マークの ずれを示す説明図である。
[図 8]図 8は光ビーム照射跡を用いて連動基準マークと不動基準マークのずれを求 める場合の説明図である。
符号の説明
[0018] 2 光ビーム照射手段、 3 加工手段、 4 撮像部、 5 撮像手段、
6 画像処理装置、 7 制御装置、 9 造形物、 10 チャンバ、
11 造形タンク、 12 材料タンク、 13 造形テーブル、
14 昇降テーブル、 16 スキージングブレード、 19 光透過窓、
20 レーザ発振器、 21 集光レンズ、 22 スキャナ、 23 ベース、 40 撮像手段、 41 反射ミラー、 42 移動機構。 発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図 1は本発明に係る三次元形状造形物の製造装置を示しており、内部空間を窒素 雰囲気等の不活性状態に保持するチャンバ 10を備え、その底部には造形タンク 11 と材料タンク 12が配設されており、チャンバ 10内部には材料タンク 12とともに粉末層 形成手段を構成するスキージングブレード 16と加工手段 3等が配設されている。また 、造形タンク 11内には上下動を行う造形テーブル 13が設けられ、材料タンク 12内に も同様に上下動を行う昇降テーブル 14が設けられている。
[0020] チャンバ 10上には光ビーム照射手段 2が配設され、光ビーム照射手段 2は、レーザ 発振器 20と、レーザ発振器 20から出力された光ビームを収束させる集光レンズ 21と 、集光レンズ 21を経た光ビーム Lを光透過窓 19を通じて造形テーブル 13上に導くガ ルバノメータ力もなるスキャナ 22とを備えて 、る。
[0021] また、光ビーム Lの光路中で集光レンズ 21とスキャナ 22との間には、反射ミラー 41 と撮像手段 40とこの両者を移動させるための一軸テーブルのような移動機構 42とか らなる撮像部 4が配設されている。第 1の位置計測手段を構成する撮像部 4は、光ビ ーム Lを出力して焼結層の形成を行っている間は、図 2Bに示すように、光路から退 避しており、光ビーム Lの照射位置補正のために位置ずれ検出を行う時、図 2Aに示 すように光路中に挿入される。
[0022] 反射ミラー 41に代えてハーフミラーを光路中に常時挿入しておくこともでき、この場 合、移動機構 42は不要になる。
[0023] あるいは、図 3A及び図 3Bに示すように、移動機構 42で移動するテーブル上にレ 一ザ発振器 20及び集光レンズ 21と撮像手段 40とを載置して、切り替えるようにして もよ！/、。この場合も、反射ミラー 41は不要となる。
[0024] 加工手段 3は、造形テーブル 13上の造形途中や造形完了後の造形物 9の表面を 切削加工するためのもので、 3軸駆動機構で切削加工位置を可変として 、る切削加 工機で構成されており、その主軸ヘッドには第 2の位置計測手段である撮像手段 5が 付設されている。
[0025] 撮像部 4及び撮像手段 5から得られる画像出力は、画像処理装置 6に入力され、画 像処理装置 6による画像処理で生成された位置情報が、光ビーム照射手段 2や加工 手段 3を含む本製造装置の動作制御を司る制御装置 7に入力される。
[0026] 上記構成の三次元形状造形物の製造装置において、昇降テーブル 14の上昇で 材料タンク 12から溢れさせた材料粉末を造形テーブル 13上面の造形用ベース表面 にブレード 16で供給すると同時にブレード 16で均すことで第 1層目の粉末層を形成 し、この粉末層の硬化させたい箇所に光ビーム Lを照射して金属粉末を焼結させて ベース 23と一体ィ匕した焼結層を形成する。
[0027] この後、造形テーブル 13を所定の高さだけ下降させて、再度金属粉末を供給して ブレード 16で均すことで第 1層目の粉末層（と焼結層）の上に第 2層目の粉末層を形 成し、この第 2層目の粉末層の硬化させたい箇所に光ビーム Lを照射して粉末を焼 結させて下層の焼結層と一体化した焼結層を形成する。
[0028] すなわち、造形テーブル 13を下降させて新たな粉末層を形成し、光ビーム Lを照 射して所要箇所を焼結層とする工程を繰り返すことで、焼結層の積層物として目的と する三次元形状造形物が製造される。
[0029] 光ビーム Lの照射経路は、造形物の三次元 CADデータ力も作成する。すなわち、 三次元 CADモデルから生成した STLデータを等ピッチ（例えば粉末層の厚みを 0. 05mmとする場合、 0. 05mmピッチ)でスライスした各断面の輪郭形状データを作成 するとともに、このデータに照射経路生成処理を行って照射経路データを生成し、輪 郭形状データとともに製造装置に入力すればよい。
[0030] また、粉末層を形成しては光ビーム Lを照射して焼結層を形成することを繰り返して いく間に、複数の焼結層の厚みが例えば加工手段 3における切削加工工具の工具 長さなどから求めた所要の値になれば、 、つたんカ卩工手段 3を作動させてそれまでに 造形した造形物の表面 (主として上部側面)を切削する。例えば、切削加工工具 (ボ ールエンドミル）が直径 lmm、有効刃長 3mmで深さ 3mmの切削加工が可能であり 、粉末層の厚みが 0. 05mmであるならば、 60層以下の焼結層を形成した時点で、 加工手段 3を作動させる。この加工手段 3による切削加工により、造形物表面に付着 した粉末による低密度表面層の除去を含む表面仕上げを行う。加工手段 3による切 削加工経路は、光ビーム Lの照射経路と同様に予め三次元 CADデータ力 作成し ておく。
[0031] このように、光ビーム Lの照射による造形と、加工手段 3による切削加工とを併用す ることから、この製造装置による造形物の製造に際しては、まず光ビーム照射に関す る座標系と、加工手段の座標系とを一致させる初期位置補正を行うが、ここでは初期 位置補正を済ませた後に生ずる位置ずれ量の検出とその補正につ 、て説明すると、 上記造形テーブル 13またはこれを外包する造形タンク 11の所定位置には、連動基 準マーク Mを設置してある。また、造形タンク 11や材料タンク 12外で前記の撮像部 4 力 Sスキャナー 22を介して撮像することができるとともに加工手段 3に付設された撮像 手段 5が撮像することができる範囲内のところに、不動基準マーク PMを設置してある 。この不動基準マーク PMは、光ビーム照射時や加工手段 3による加工時の熱的影 響を受けることがない上に、造形テーブル 13を高温にする場合もその熱的影響を受 けることがない位置に設置してある。なお、連動基準マーク Mや不動基準マーク PM には、金属ブロック表面に直径 lmm程度の孔を明けたものを用いている力 この形 態に限定されるものではない。
[0032] 図 1の製造装置において行われる補正につき、図 4のフローチャート、図 5及び図 6 を参照しながら以下説明する。
[0033] 造形を開始するに際し、まずステップ S1において、撮像部 4を光路中に挿入すると ともに、スキャナ 22を不動基準マーク PMが撮像部 4の撮像視野内に入る角度 (この 角度 (GxO, GyO)は予め求めておく）として、不動基準マーク PMを撮像部 4で撮像 し、図 5に示すように、得られた画像内の不動基準マーク画像 PMOの座標（SxO, Sy 0)を画像処理装置 6において求める。同様に、スキャナ 22を連動基準マーク Mが撮 像部 4の撮像視野内に入る角度（（この角度 (Gxl, Gyl)は予め求めておく）として、 連動基準マーク Mを撮像部 4で撮像し、図 6に示すように、得られた画像内の連動基 準マーク画像 MOの座標 (Sxl, Syl)を画像処理装置 6において求める。
[0034] 次のステップ S2において、加工手段 3に付設された撮像手段 5においても、不動基 準マーク PMが撮像手段 5の撮像視野内に入る位置 (この位置 (CxO, CyO)は予め 求めておく）として、不動基準マーク PMを撮像手段 5で撮像し、得られた画像内の不 動基準マーク画像 PMOの座標（TxO, TyO)を画像処理装置 6において求める。同 様に、連動基準マーク Mが撮像手段 5の撮像視野内に入る位置（(この位置 (Cxl, Cyl)は予め求めておく）として、連動基準マーク Mを撮像手段 5で撮像し、得られた 画像内の連動基準マーク画像 MOの座標 (Txl, Tyl)を画像処理装置 6において求 める。
[0035] このようにして初期位置を求めた後、ステップ S3において、第 1層目の造形を開始 し、次のステップ S4【こお!ヽて、再度、スキャナ 22を上記角度（GxO, GyO) , (Gxl, Gyl)にした状態での不動基準マーク画像 PMO'の座標（SxO'， SyO' )及び連動基 準マーク画像 MO，の位置座標 (Sxl，， Syl，）を求め、ステップ S1で求めた初期値と の差分（ΔΧΟ, ΔΥΟ)、差分（ΔΧΙ, ΔΥ1)を光ビーム Lの照射位置の位置ずれ量 として算出し、これを光ビーム照射に関する補正量とする。
[0036] この補正量に基づ 、て光ビーム Lの照射位置を補正した後、ステップ S5にお 、て 次の層の造形を行い、ステップ S6において、所定数の造形が終了したかどうかを判 定する。ステップ S6において所定数の造形が終了していないと判定されると、ステツ プ S4に戻る一方、所定数の造形が終了したと判定されると、ステップ S7に移行する。
[0037] なお、ここでいう所定数は、例えば粉末層の厚みが 0. 05mmで、加工手段 3で 60 層までの粉末層の加工が可能な場合、 60以下に設定される。
[0038] ステップ S7においては、加工手段 3を上記位置（CxO, CyO) , (Cxl, Cyl)にした 時の不動基準マーク画像 PMO，の位置座標 (TxO， , TyO， )及び連動基準マーク画 像 MO'の位置座標 (Txl ' , Tyl ' )を求め、ステップ S2で求めた初期値との差分を 加工手段 3による加工位置の位置ずれ量として算出し、これを加工に関する補正量と する。
[0039] この補正量に基づいて加工手段 3の加工位置を補正した後、ステップ S8において 、加工手段 3による加工を行い、ステップ S9において、すべての造形が終了したかど うかを判定する。ステップ S9において、すべての造形が終了していないと判定される と、ステップ S4に戻る一方、すべての造形が終了したと判定されると、プログラムは終 了する。
[0040] なお、図 4のフローチャートにおいては、 1層の造形が終了するたびに光ビーム の 照射位置の位置ずれ量を算出するようにしたが、複数層の造形が終了するたびに光 ビーム Lの照射位置の位置ずれ量を算出し、位置ずれを補正するようにしてもよ!、。
[0041] また、図 1に示されるように、加工手段 3の温度 (加工手段 3の駆動用モータの発熱 温度等)を計測する熱電対等の温度計測手段 Tを設け、温度計測手段 Tにより計測 した温度が所定値を超えた場合に、加工手段 3による加工位置の位置ずれ量を算出 し、位置ずれを補正することもできる。
[0042] さらに、本実施の形態においては、連動基準マーク Mは造形タンク 11の周囲の縁 部に設けられて 、る力 できるだけ造形物に近 、方が望ま U、。
[0043] また、上記差分（ ΔΧΟ, ΔΥΟ)は、スキャナ 22に起因する位置ずれであり、差分（
ΔΧΙ, ΔΥ1)はスキャナ 22に起因する位置ずれと造形タンク 11の変形によるずれと を含んだものとなり、更に不動基準マーク画像 PMO, PMO'の座標（TxO, TyO) , ( ΤχΟ' , TyO' )の差分は加工手段 3の主軸発熱等に起因する加工手段 3の位置ずれ 、連動基準マーク画像 MO、 MO'の座標 (Txl, Tyl)と座標（Τχΐ ' , Tyl ' )の差分 は加工手段 3の熱変形と造形タンク 11側の熱変形を含んだものとなるために、スキヤ ナ 22の変形や温度ドリフト、造形タンク 11側の熱変形、加工手段 3の熱変形等の各 要因を全て含んだ位置ずれ量を求めることができ、位置ずれの影響を受けることがな い造形を行うことができる。
[0044] なお、連動基準マーク Mは 1点だけでなぐ例えば造形タンク 11の対角線上などに 一対設けてこれらの位置を計測することで、より確実な位置ずれ量の検出及び補正 を行うことができる。
[0045] なお、上記補正は、スキャナ 22を角度（GxO, GyO) , (Gxl, Gyl)にセットした時、 光ビーム Lの照射位置が夫々不動基準マーク PMの位置及び連動基準マーク Mの 位置にくることを前提としており、このように設定するために光ビーム Lの光軸と撮像 部 4の光軸とを合わせている。し力しながら、この調整は容易ではなく実際には多少 ずれてしまう場合があるので、光ビーム照射装置 2の座標系と加工手段 3の座標系と を一致させる初期較正時にこのずれは補正しておく。この補正は、アクリル板ゃ感熱 紙等の照射跡形成部材を不動基準マーク PM及び連動基準マーク Mの近傍に配置 した状態で、スキャナ 22を上記角度（GxO, GyO) , (Gxl, Gyl)にセットして光ビー ム Lを照射して照射跡 LMO, LM1を形成し、次いでスキャナ 22の角度を上記の値と したままで照射跡 LMO, LM 1を撮像部 4で撮像して画像処理することで照射跡 LM 0, LM1の座標（XO, YO) , (XI, Y1)を求めて、これら座標（XO, YO) , (XI, Y1) と上記座標（SxO, SyO) , (Sxl, Syl)との差分（ΔΧ, ΔΥ) , ( ΔΧ' , ΔΥ，）を求め てこの差分に基づいて行う（図 5, 6参照)。
[0046] なお、照射跡形成部材は、不動基準マーク ΡΜ及び連動基準マーク Μの近傍以外 でも、不動基準マーク ΡΜ及び連動基準マーク Μとの位置関係が明確となっている 位置であればよい。また、照射跡形成部材としては、アクリル板や感熱紙以外にも光 ビームでマーキングできるものであれば採用可能である。例えば、表面に白色塗料を 塗布したアルミ板や鉄板を使用すると、表面塗料が焼けてマーキング跡が黒くなり、 コントラストが明確になる。また、鉄板だけでも使用できる。
[0047] 造形途中にもスキャナ 22を角度（GxO, GyO) , (Gxl, Gyl)にセットして光ビーム Lを照射した時の照射跡 LMO' , LM1 'の位置を求めることで、造形中に光ビーム照 射装置 2と撮像部 4との間に光軸ずれが生じても、これに対処することができる。この 補正の詳細については後述する。
[0048] ところで、上記説明から明らかなように、不動基準マーク PMの測定は絶対に必要 なものではなぐ連動基準マーク Mの測定だけで補正を行うようにしてもよい。この場 合、スキャナ 22のみに起因するずれ量や、加工手段 3の熱変形のみに起因するずれ 量を求めることはできないが、連動基準マーク Mの座標を求めることで、スキャナ 22 や加工手段 3の主軸発熱による熱変形を含んだ補正 (造形物に対するスキャナ 22と 加工手段 3の相対的な位置ずれの補正)を行うことができる。また、連動基準マーク Mの測定だけで補正を行う場合にも、連動基準マーク Mと照射跡 LM1との測定を行 うことによる差分（ΔΧ' , ΔΥ' )に基づいた補正が有効なのはもちろんである。
[0049] 要するに、連動基準マーク Μとこの連動基準マーク Μに向けて光ビーム Lを照射し て形成された照射跡 LM1とを加工前及び造形途中に撮像部 4で撮像することにより 光ビームの照射位置の補正量を求め、撮像手段 5で連動基準マーク Μの位置をカロ ェ前及び造形途中に撮像することで、加工手段 3による加工位置の補正量を求める ことちでさる。
[0050] また、光ビーム照射装置 2の補正のためのずれ量を撮像部 4で撮像した画像力も求 める場合を示した力 スキャナ 22を角度（GxO, GyO) , (Gxl, Gyl)にセットして光 ビーム Lを照射することで照射跡 LMを形成する場合、撮像部 4も必須のものではな い。切削手段 3に付設された撮像手段 5で照射跡 LMと連動基準マーク Mとを造形 前及び造形途中で夫々撮影してその座標力 位置ずれ量を得ることで、光ビーム照 射装置 2の補正を行うことができるからである。この場合、光ビーム照射装置 2の補正 のために得た補正量から加工手段 3の熱変形の影響を取り除くために、撮像手段 5 による不動基準マーク PMの座標取得は必須となる。
[0051] さらに詳述すると、撮像手段 5により連動基準マーク Mの初期位置を計測し、連動 基準マーク Mの近傍に設けた照射跡形成部材の所定位置に光ビームを照射して、 その照射跡を撮像手段 5により初期位置として計測する。その後、各層を造形する毎 に撮像手段 5により連動基準マーク Mの位置及び照射跡形成部材に形成された照 射跡の位置を計測して、光ビーム照射装置 2の補正を行えばよい。この場合、照射跡 形成部材に複数の照射跡が形成されることになり、同じ位置に光ビームを照射すると 、照射跡が重なるおそれがあるので、光ビーム照射位置を 1方向あるいは直交する 2 方向に所定のピッチでずらすとともに、撮像手段 5も同様に所定のピッチで移動すれ ばよい。
[0052] 以上、連動基準マーク M及び不動基準マーク PMがそれぞれ一つである場合につ いて示した力 前述のように連動基準マーク Mを複数設けてもよい。不動基準マーク PMについても同様である。次に不動基準マーク PMがーつ、連動基準マーク Mが 二つである場合の補正の具体例について説明する。
[0053] 今、図 7に示すように、造形前と造形途中の不動基準マーク PMの位置が (Xml, Yml) , (XmlO, YmlO)、造形前と造形途中の第 1連動基準マーク Mの位置が (X 2, Y2) , (X20, Y20)、造形前と造形途中の第 2連動基準マーク Mの位置が (X3, Υ3) , (Χ30, Υ30)であった場合、不動基準マーク ΡΜの位置から求めた ΔΧΟ=Χ ml -XmlO, Δ YO=Yml—YmlOの値だけ、第 1連動基準マーク Mの位置及び 第 2連動基準マーク Mの位置を平行移動させて軸の原点出しを行う。つまり、 X2' = X2+ ΔΧΟ, Y2' =Υ2+ ΔΥΟ, Χ3， =Χ3+ ΔΧΟ, Υ3， =Υ3 + ΔΥΟを求め、更 に第 1連動基準マーク Μ及び第 2連動基準マーク Μの初期位置との差分 Δ Χ2, ΔΥ 2, ΔΧ3, ΔΥ3 ( ΔΧ2=Χ2' -Χ20, ΔΥ2=Υ2' -Υ20, ΔΧ3=Χ3，—Χ30, Δ Υ3=Υ3'一 Υ30)を求める。
[0054] 次ぃでォフセット補正値としての平行移動成分厶 = (厶 2+厶 3) 2, Δγρ
= ( ΔΥ2+ ΔΥ3) /2を求め、更に拡大縮小成分 LxO=X20— Χ30, LyO=Y20 -Y30, Lx=X2，— X3，， Ly=Y2，— Y3，を求め、 X軸についてのゲイン補正倍率 Kx=Lx/LxO及び Υ軸につ!、てのゲイン補正倍率 Ky =Ly/LyOを求める。そして 光ビーム照射位置は（Δ χρ, Ayp)ずらして (Kx, Ky)倍することで照射するのであ る。
[0055] なお、連動基準マーク M及び不動基準マーク PMがそれぞれ一つである場合の補 正は、求めた補正量だけ位置をずらす処理をすればょ ヽ。
[0056] 次に光ビーム照射跡を用いるとともに撮像部 4ではなく加工手段 3に設けた撮像手 段 5を利用して補正を行う場合について図 8に基づいて詳述する。切削座標系と光ビ ーム照射の座標系とを一致させた状態において、撮像手段 5によって不動基準マー ク PM及び連動基準マーク Mを撮像して画像処理によってその位置を求める。この 時に得られた不動基準マーク PMの位置 (xlO, ylO)及び連動基準マーク Mの位置
(x20, y20)が切削加工座標系の初期値となる。
[0057] ついで、照射跡形成部材を予め定めた位置に置いて光ビーム Lを照射して照射跡
LMOを形成し、そして撮像手段 5を上記の定めた位置に移動させて照射跡 LMOの 位置 (xO, yO)を計測する。
[0058] この後、造形途中で再度照射跡不動基準マーク PMの位置及び連動基準マーク M の位置の撮像手段 5による位置の再計測を行う。この時の不動基準マーク PMの位 置を (xl, yl)、連動基準マーク Mの位置（x2, y2)とする。
[0059] さらに再度照射跡形成部材を予め定めた位置に置いて光ビーム Lを照射して照射 跡 LMOを形成し、そして撮像手段 5を上記の定めた位置に移動させて照射跡 LMO の位置 (X, Y)を計測する。
[0060] 補正量は次のように算出する。まず不動基準マーク PMの初期値からの位置ずれ 量 ΔΧ1 =χ1— xlO、 AYl =yl— ylOを求めて、この値で上記 X, Yの位置及び連 動基準マーク Mの位置をずらす。つまり X， =Χ+ ΔΧ1、 Υ' =Υ+ Δ Υ1、 χ2' =χ2 + ΔΧ1, y2， =y2+ Δ Ylを求める。
[0061] さらに初期値との差分 ΔΑ=Χ， -ΧΟ, ΔΒ=Υ，一 ΥΟを求める。これが光ビーム照 射系につ 、てのみの補正量となる。
[0062] また、連動基準マーク Μの変動分を加えることで、切削系の補正量 AC=x2'— x2
0、 AD=y2，一 y20を求める。
[0063] 連動基準マーク Mの変動を含めた光ビームの補正量は AA+AC、 ΔΒ+ADと なる。
産業上の利用可能性
[0064] 本発明に係る三次元形状造形物の製造方法及び製造装置によれば、光ビームの 照射位置ずれや加工手段による加工位置ずれを的確に補正することができるので、 高精度の造形物を製造する場合に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 粉末層の所定箇所に光ビームを照射して焼結層を形成し、該焼結層上に新たな粉 末層を供給してその所定箇所に光ビームを照射して別の焼結層を形成し、形成され た複数層の焼結層の表面の機械加工を行うことにより目的の三次元形状造形物を製 造する方法であって、
造形前に、第 1の位置計測手段により造形物の近傍に設けられた少なくとも 1つの 連動基準マークの初期位置を計測するとともに、加工手段に設けられた第 2の位置 計測手段により上記連動基準マークの初期位置を計測し、造形途中に上記第 1の位 置計測手段による上記連動基準マークの位置計測及び上記第 2の位置計測手段に よる上記連動基準マークの位置計測を行!、、造形前の上記連動基準マークの初期 位置と造形途中に上記第 1及び第 2の位置計測手段により計測された上記連動基準 マークの位置とに基づいて光ビームの照射位置及び加工手段による加工位置を補 正するようにしたことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
[2] 上記連動基準マークより離隔した不動基準マークの位置を造形前及び造形途中に 上記第 1及び第 2の位置計測手段により計測して、造形前の上記連動基準マークと 上記不動基準マークとの差分、及び、造形途中の上記連動基準マークと上記不動 基準マークとの差分に基づいて光ビームの照射位置及びカ卩工手段による加工位置 を補正するようにしたことを特徴とする請求項 1に記載の三次元形状造形物の製造方 法。
[3] 上記光ビームの照射位置の補正を少なくとも 1層毎に行うようにした請求項 1あるいは 2に記載の三次元形状造形物の製造方法。
[4] 上記加工手段による加工位置の補正を複数層毎に行うようにした請求項 1乃至 3の いずれか 1項に記載の三次元形状造形物の製造方法。
[5] 造形テーブルと、該造形テーブル上に粉末を供給して粉末層を形成する粉末層形 成手段と、該粉末層形成手段により形成された粉末層の所定箇所に光ビームを照射 して照射位置の粉末を焼結する光ビーム照射手段と、該光ビーム照射手段により形 成された複数層の焼結層の表面の機械加工を行う加工手段とを備えた三次元形状 造形物の製造装置であって、 上記造形テーブルの近傍に設けられた少なくとも 1つの連動基準マークと、光ビー ムの照射経路を介して上記連動基準マークの位置を計測する第 1の位置計測手段と 、上記加工手段に設けられ上記連動基準マークの位置を計測する第 2の位置計測 手段と、造形前及び造形途中に上記第 1及び第 2の位置計測手段により計測された 上記連動基準マークの位置に基づいて光ビームの照射位置及び上記加工手段によ る加工位置を補正する制御手段を備えたことを特徴とする三次元形状造形物の製造 装置。
[6] 上記制御手段は、所定位置に向けて照射された光ビームの照射跡を上記第 1の位 置計測手段で計測することで得た光ビームの照射位置補正量に基づいて光ビーム の照射位置の補正を行うことを特徴とする請求項 5に記載の三次元形状造形物の製 造装置。
[7] 造形テーブルと、該造形テーブル上に粉末を供給して粉末層を形成する粉末層形 成手段と、該粉末層形成手段により形成された粉末層の所定箇所に光ビームを照射 して照射位置の粉末を焼結する光ビーム照射手段と、該光ビーム照射手段により形 成された複数層の焼結層の表面の機械加工を行う加工手段とを備えた三次元形状 造形物の製造装置であって、
上記造形テーブルの近傍に設けられた少なくとも 1つの連動基準マークと、該連動 基準マークの位置及び所定位置に向けて照射された光ビームの照射跡の位置とを 計測する第 1の位置計測手段と、上記加工手段に設けられ上記連動基準マークの 位置を計測する第 2の位置計測手段と、造形前及び造形途中に上記第 1及び第 2の 位置計測手段により計測された上記連動基準マークの位置に基づいて光ビームの 照射位置及び上記加工手段による加工位置を補正する制御手段を備えたことを特 徴とする三次元形状造形物の製造装置。
[8] 上記第 2の位置計測手段が上記第 1の位置計測手段を兼用することを特徴とする請 求項 7に記載の三次元形状造形物の製造装置。
[9] 上記連動基準マークと離隔し、上記第 1及び第 2の位置計測手段により位置計測さ れる不動基準マークを上記造形テーブルの外部に設け、上記制御手段は造形前及 び造形途中に上記第 1及び第 2の位置計測手段から得られる上記不動基準マーク の位置情報に基づいて光ビームの照射位置及び加工位置を補正することを特徴と する請求項 5乃至 7のいずれか 1項に記載の三次元形状造形物の製造装置。
上記第 1の位置計測手段は、計測時に光ビームの照射経路中に挿入され、非計測 時に光ビームの照射経路力 退避することを特徴とする請求項 5乃至 8のいずれか 1 項に記載の三次元形状造形物の製造装置。
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