本發明涉及通過層疊來制造三維形狀物的三維層疊裝置及三維層疊方法。

背景技術：

作為制造三維形狀物的技術，已知有通過向金屬粉末材料照射光束來制造三維形狀物的層疊造形技術。例如，在專利文獻1中記載有制造三維形狀造形物的方法，該三維形狀造形物通過向由金屬粉末材料形成的粉末層照射光束來形成燒結層，并將其反復而將多個燒結層層疊作為一體來得到。而且，在專利文獻2中記載有如下的裝置：從形成在拆裝自如的圓錐形管嘴的中央開口輸出激光束和粉末化金屬，向加工對象的工件照射激光，形成液化的金屬的淺的積存處，通過向此位置供給粉末化金屬而進行堆焊。

【在先技術文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開2009-1900號公報

【專利文獻2】日本特表平10-501463號公報

技術實現要素：

【發明要解決的課題】

然而，在制造三維形狀物的層疊造形技術中，要求高精度地制造三維形狀物的技術。

本發明目的在于提供一種高精度地制造三維形狀物的三維層疊裝置及三維層疊方法。

【用于解決課題的方案】

為了解決上述的課題，實現目的，本發明涉及一種三維層疊裝置，在基臺部層疊成形層而形成三維形狀，其中，所述三維層疊裝置具有：粉末供給部，供給粉末材料；光照射部，向所述粉末材料照射光束，使被照射所述光束的所述粉末材料的至少一部分燒結或熔融固化來形成所述成形層；加熱部，對通過了所述基臺部或成形層的被照射所述光束的位置的區域或者通過被照射所述光束的位置之前的區域選擇性地進行加熱；及控制裝置，控制所述粉末供給部、所述光照射部及所述加熱部的動作。

另外，優選的是，所述粉末供給部朝向所述基臺部噴射所述粉末材料，所述光照射部向從所述粉末供給部朝向所述基臺部移動的所述粉末材料照射光束，使所述粉末材料熔融，使熔融了的所述粉末材料在所述基臺部上固化而形成所述成形層。

另外，優選的是，所述粉末供給部呈同心圓狀地配置在所述光照射部的外周，將所述光照射部的所述光束通過的路徑包圍的內管與覆蓋所述內管的外管之間成為所述粉末材料流動的粉末流路。

另外，優選的是，所述三維層疊裝置具有移動機構，該移動機構使所述光照射部及所述粉末供給部與所述基臺部相對移動，所述控制裝置通過所述移動機構來決定所述光照射部及所述粉末供給部相對于所述基臺部通過的路徑。

另外，優選的是，所述加熱部具有光源單元，該光源單元輸出光束，所述加熱部照射從所述光源單元輸出的光束來進行加熱。

另外，優選的是，所述光束是激光。

另外，優選的是，所述加熱部具備照射位置調整機構，該照射位置調整機構具備對從所述光源單元輸出的光束進行反射的反射鏡及調整所述反射鏡的角度的角度調整機構。

另外，優選的是，所述光源單元具有輸出激光的半導體激光器、對從所述半導體激光器輸出的激光進行聚光的聚光部、及入射有由所述聚光部聚光后的激光的光纖。

另外，優選的是，所述光源單元具有多個所述半導體激光器和所述聚光部，由多個所述半導體激光器輸出并由各個所述聚光部聚光后的激光向一個光纖入射。

另外，優選的是，所述半導體激光器是垂直發光型半導體激光器。

另外，優選的是，所述三維層疊裝置具有多個所述半導體激光器，所述聚光部具有：準直透鏡，配置于多個所述半導體激光器的每一個半導體激光器；及合波部，使由多個所述準直透鏡準直后的激光合波而向所述光纖入射。

另外，優選的是，所述三維層疊裝置具有溫度檢測部，該溫度檢測部檢測所述成形層的表面的溫度和分布，所述控制裝置根據所述溫度檢測部產生的所述成形層的表面溫度的計測結果，來控制所述加熱部進行的加熱。

另外，優選的是，所述控制裝置基于所述溫度檢測部產生的所述成形層的表面溫度的計測結果和所述基臺部及所述成形層的特性，來控制所述加熱部進行的加熱。

另外，優選的是，所述三維層疊裝置具有等離子發光檢測部，該等離子發光檢測部檢測所述成形層的表面的等離子發光，所述控制裝置根據所述等離子發光檢測部產生的計測結果，來控制所述加熱部進行的加熱。

另外，優選的是，所述三維層疊裝置具有反射光檢測部，該反射光檢測部檢測來自所述成形層的表面的反射光，所述控制裝置根據所述反射光檢測部產生的計測結果，來控制所述加熱部進行的加熱。

另外，優選的是，所述加熱部對通過了被照射所述光束的位置的區域進行加熱。

另外，優選的是，所述加熱部對通過被照射所述光束的位置之前的區域進行加熱。

另外，優選的是，所述三維層疊裝置具有切換機構，該切換機構切換所述光照射部與所述加熱部的相對位置，所述控制裝置根據所述光照射部和所述加熱部與所述基臺部的相對移動的方向、及由所述加熱部加熱的區域是通過了所述基臺部或成形層的被照射所述光束的位置的區域還是通過被照射所述光束的位置之前的區域，而通過所述切換機構來控制所述光照射部與所述加熱部的相對位置。

為了解決上述的課題，實現目的，本發明涉及一種三維層疊方法，在基臺部層疊成形層而形成三維形狀物，其中，所述三維層疊方法具有：層疊步驟，將粉末材料朝向基臺部噴射，并通過向所述粉末材料照射光束而使所述粉末材料熔融，使所述熔融了的粉末材料在所述基臺部上固化，從而在所述基臺部上形成成形層，并將該成形層層疊；及向通過了所述基臺部或成形層的被照射所述光束的位置的區域或者通過被照射所述光束的位置之前的區域照射光束而選擇性地進行加熱的步驟。

【發明效果】

根據本發明，能夠提供一種具備將三維形狀物層疊的機構和加熱部，能夠將通過了被照射光束的位置的區域或通過被照射光束的位置之前的區域選擇性地進行加熱的新的裝置及方法。由此，能夠高精度地制造三維形狀物。

附圖說明

圖1是表示本實施方式的三維層疊裝置的示意圖。

圖2是表示層疊頭的前端部的一例的剖視圖。

圖3是表示層疊頭的供給粉末材料的構造的概略結構的示意圖。

圖4是表示層疊頭的分配部和分支管的概略結構的展開圖。

圖5是表示層疊頭的管嘴周邊的供給粉末材料的構造的概略結構的立體圖。

圖6是表示控制裝置的結構的示意圖。

圖7是表示設置于層疊頭收納室的各部的概略結構的示意圖。

圖8是表示加熱頭的概略結構的示意圖。

圖9是表示加熱頭的光源單元的概略結構的示意圖。

圖10是表示加熱頭的概略結構的立體圖。

圖11是表示加熱頭的光源單元的另一例的概略結構的示意圖。

圖12是表示加熱頭的另一例的概略結構的示意圖。

圖13是表示機械加工部計測部的一例的示意圖。

圖14A是表示粉末導入部的一例的示意圖。

圖14B是表示粉末導入部的一例的示意圖。

圖15是表示粉末回收部的一例的示意圖。

圖16是表示本實施方式的三維層疊裝置的三維形狀物的制造方法的說明圖。

圖17A是表示本實施方式的三維層疊裝置的三維形狀物的制造方法的說明圖。

圖17B是表示本實施方式的三維層疊裝置的三維形狀物的制造方法的說明圖。

圖17C是表示本實施方式的三維層疊裝置的三維形狀物的制造方法的說明圖。

圖18是表示本實施方式的三維層疊裝置的三維形狀物的制造工序的流程圖。

圖19是表示決定本實施方式的三維層疊裝置的成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。

圖20是表示決定成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。

圖21是表示三維層疊裝置的層疊頭的周邊部的另一例的示意圖。

圖22是表示決定成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。

圖23是表示決定成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。

圖24是表示決定成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。

圖25是表示層疊頭收納室的另一例的示意圖。

圖26是表示三維層疊裝置的處理動作的一例的流程圖。

具體實施方式

以下，參照附圖，詳細說明本發明的優選的實施方式。需要說明的是，沒有通過該實施方式來限定本發明，而且，存在多個實施方式的情況下，也包括將各實施例組合而構成的情況。

圖1是表示本實施方式的三維層疊裝置1的示意圖。在此，在本實施方式中，將水平面內的一方向設為X軸方向，將在水平面內與X軸方向正交的方向設為Y軸方向，將與X軸方向及Y軸方向分別正交的方向(即鉛垂方向)設為Z軸方向。

圖1所示的三維層疊裝置1是在基臺部100制造三維形狀物的裝置。基臺部100是形成三維形狀物的成為基座的構件，由三維層疊裝置1搬運到規定的位置，在表面形成三維形成物。本實施方式的基臺部100是板狀的構件。需要說明的是，基臺部100沒有限定于此。基臺部100可以使用成為三維形狀物的基座的構件，也可以使用附加三維形狀物的構件。通過在規定的位置形成三維形成物而將成為部件、產品的構件使用作為基臺部100。

三維層疊裝置1具有三維層疊室2、預備室3、層疊頭收納室4、機械加工部收納室5、床身10、臺部11、層疊頭12、機械加工部13、控制裝置20、加熱頭31、機械加工部計測部32、工具更換部33、管嘴更換部34、粉末導入部35、空氣排出部37、氣體導入部38、粉末回收部39、溫度檢測部120、質量檢測部130。

三維層疊室2是將連接的配管等的除了設計的連通部分以外從外部進行密封的殼體(腔室)。需要說明的是，設計的連通部分設有對密閉狀態與開放狀態進行切換的閥等，根據需要，能夠使三維層疊室2為密閉狀態。三維層疊室2在內部配置有床身10、臺部11、層疊頭12、機械加工部13的一部分、加熱頭31的一部分、機械加工部計測部32、工具更換部33、管嘴更換部34。

預備室3與三維層疊室2相鄰設置。預備室3將連接的配管等的除了設計的連通部分以外從外部進行密封。預備室3成為將外部與三維層疊室2連接的減壓室。在預備室3內設有基臺移動部36。在此，預備室3在三維層疊室2的連接部設有例如具有氣密性的門6。而且，預備室3通過具有氣密性的門7而與外部連接。而且，在預備室3設有從預備室3排出空氣的空氣排出部25。預備室3通過打開門7而能夠從外部將所需的構件向內部搬入。而且，預備室3通過打開門6而與三維層疊室2之間能夠進行構件的搬入、搬出。

層疊頭收納室4設置在三維層疊室2的Z軸方向上側的面上。層疊頭收納室4由Z軸滑動部4a支承為相對于三維層疊室2能夠沿Z軸方向(箭頭102)移動的狀態。層疊頭收納室4的Z軸方向下側的面通過波紋管18而與三維層疊室2相連。波紋管18將層疊頭收納室4的Z軸方向下側的面與三維層疊室2相連，并將層疊頭收納室4的Z軸方向下側的面作為三維層疊室2的一部分。而且，三維層疊室2在由波紋管18包圍的區域形成開口。由層疊頭收納室4的Z軸方向下側的面和波紋管18包圍的空間與三維層疊室2相連，且與三維層疊室2一起被密閉。層疊頭收納室4對層疊頭12、形狀計測部30、加熱頭31進行支承。而且，層疊頭收納室4中，層疊頭12的包含管嘴23的一部分和加熱頭31的包含前端部24的一部分從Z軸方向下側的面朝向三維層疊室2突出。

層疊頭收納室4通過Z軸滑動部4a而沿Z軸方向移動，由此使保持的層疊頭12、形狀計測部30、加熱頭31沿Z軸方向移動。而且，層疊頭收納室4經由波紋管18而與三維層疊室2連接，由此波紋管18對應于Z軸方向的移動而變形，能夠維持三維層疊室2與層疊頭收納室4之間的密閉狀態。

機械加工部收納室5設置在三維層疊室2的Z軸方向上側的面上。而且，機械加工部收納室5與層疊頭收納室4相鄰配置。機械加工部收納室5由Z軸滑動部5a支承為相對于三維層疊室2能夠沿Z軸方向(箭頭104的方向)移動的狀態。機械加工部收納室5的Z軸方向下側的面通過波紋管19而與三維層疊室2相連。波紋管19將機械加工部收納室5的Z軸方向下側的面與三維層疊室2相連，并將機械加工部收納室5的Z軸方向下側的面作為三維層疊室2的一部分。而且，三維層疊室2在由波紋管19包圍的區域形成開口。由機械加工部收納室5的Z軸方向下側的面和波紋管19包圍的空間與三維層疊室2相連，且與三維層疊室2一起被密閉。機械加工部收納室5對機械加工部13進行支承。而且，機械加工部收納室5中，機械加工部13的包含工具22的一部分從Z軸方向下側的面朝向三維層疊室2突出。

機械加工部收納室5通過Z軸滑動部5a而沿Z軸方向移動，由此使保持的機械加工部13沿Z軸方向移動。而且，機械加工部收納室5經由波紋管19而與三維層疊室2連接，由此波紋管19對應于Z軸方向的移動而變形，能夠維持三維層疊室2與機械加工部收納室5之間的密閉狀態。

床身10設置在三維層疊室2內的Z軸方向的底部。床身10對臺部11進行支承。床身10配置有各種配線或配管或驅動機構。

臺部11配置在床身10的上表面，對基臺部100進行支承。臺部11具有Y軸滑動部15、X軸滑動部16、旋轉臺部17。臺部11安裝有基臺部100并使基臺部100在床身10上移動。

Y軸滑動部15使X軸滑動部16相對于床身10沿Y軸方向(箭頭106的方向)移動。X軸滑動部16固定在成為Y軸滑動部15的運轉部的構件上，使旋轉臺部17相對于Y軸滑動部15沿X軸方向(箭頭108的方向)移動。旋轉臺部17固定在成為X軸滑動部16的運轉部的構件上，對基臺部100進行支承。旋轉臺部17是例如傾斜圓臺，具有固定臺17a、旋轉臺17b、傾斜臺17c、旋轉臺17d。固定臺17a固定在成為X軸滑動部16的運轉部的構件上。旋轉臺17b支承于固定臺17a，以與Z軸方向平行的旋轉軸110為旋轉軸而旋轉。傾斜臺17c支承于旋轉臺17b，以旋轉軸112為軸而轉動，該旋轉軸112與旋轉臺17b的被支承的面正交。旋轉臺17d支承于傾斜臺17c，以旋轉軸114為軸而旋轉，該旋轉軸114與傾斜臺17c的被支承的面正交。傾斜臺17d將基臺部100固定。這樣，旋轉臺部17以旋轉軸110、112、114為軸而使各部旋轉，由此能夠使基臺部100繞著正交的3個軸旋轉。臺部11通過Y軸滑動部15及X軸滑動部16，使固定于旋轉臺部17的基臺部100沿Y軸方向及X軸方向移動。而且，臺部11通過旋轉臺部17而以旋轉軸110、112、114為軸使各部旋轉，由此使基臺部100繞著正交的3個軸旋轉。臺部11還可以使基臺部100沿Z軸方向移動。

層疊頭12朝向基臺部100噴射粉末材料，進而通過向噴射的粉末材料照射激光而使粉末熔融，使熔融的粉末在基臺部100上固化而形成成形層。向層疊頭12導入的粉末是成為三維形狀物的原料的材料的粉末。在本實施方式中，粉末可以使用例如鐵、銅、鋁或鈦等的金屬材料等。需要說明的是，作為粉末，可以使用陶瓷等金屬材料以外的材料。層疊頭12設置在于床身10的Z軸方向的上側的面相面對的位置，與臺部11面對。層疊頭12在Z軸方向的下部設置管嘴23。層疊頭12在主體46上裝配管嘴23。

首先，使用圖2來說明管嘴23。圖2是表示層疊頭12的管嘴23的一例的剖視圖。如圖2所示，管嘴23是雙重管，具有外管41和插入到外管41的內部的內管42。外管41是管狀的構件，朝向前端(Z軸方向下側)而直徑減小。內管42插入到外管41的內部。內管42也是管狀的構件，為朝向前端(Z軸方向下側)而直徑減小的形狀。管嘴23的外管41的內周與內管42的外周之間成為粉末材料(粉末)P通過的粉末流路43。內管42的內周面側成為激光L通過的激光路徑44。在此，裝配管嘴23的主體46與管嘴23同樣是雙重管，粉末流路43和激光路徑44也同樣地形成。層疊頭12以包圍激光路徑44的周圍的方式配置粉末流路43。在本實施方式中，粉末流路43成為噴射粉末的粉末噴射部。層疊頭12使從粉末導入部35導入的粉末材料P在粉末流路43中流動，從外管41與內管42之間的端部的開口即管嘴噴射口部45噴射。

另外，層疊頭12具有光源47、光纖48、聚光部49。光源47輸出激光L。光纖48將從光源47輸出的激光L向激光路徑44引導。聚光部49配置在激光路徑44上，配置在從光纖48輸出的激光L的光路上。聚光部49對從光纖48輸出的激光L進行聚光。由聚光部49聚光的激光L從內管42的端部輸出。

三維層疊裝置1具有焦點位置調整部140。焦點位置調整部140使聚光部49沿著激光L的行進方向移動。焦點位置調整部140通過使聚光部49的位置沿著激光L的行進方向移動，從而能夠調整激光L的焦點位置。需要說明的是，作為焦點位置調整部140，也可以使用對聚光部49的焦距進行調整的機構。而且，三維層疊裝置1的Z軸滑動部4a也成為焦點位置調整部之一。Z軸滑動部4a的激光L的焦點位置P1和噴射粉末材料的位置(例如噴射的粉末材料的焦點位置P2)一體移動，焦點位置調整部140相對于噴射粉末材料的焦點位置P2也能夠使激光L的焦點位置P1移動。三維層疊裝置1根據調整的對象而能夠切換控制的對象。

層疊頭12從粉末流路43噴射粉末P，從激光路徑44輸出激光L。從層疊頭12噴射的粉末P向從層疊頭12輸出的激光L照射的區域侵入，由激光L加熱。被照射激光L的粉末P熔融之后，到達基臺部100上。以熔融的狀態到達基臺部100上的粉末P被冷卻而固化。由此，在基臺部100上形成成形層。

在此，本實施方式的層疊頭12將從光源47輸出的激光L利用光纖48引導，但也可以利用光纖以外的光學構件引導。而且，聚光部49可以設置于主體46，也可以設置于管嘴23，還可以設置于這兩方。本實施方式的層疊頭12為了能夠有效地加工而同軸地設置噴射粉末P的粉末流路43和照射激光L的激光路徑44，但是沒有限定于此。層疊頭12也可以使噴射粉末P的機構與照射激光L的機構為分體。本實施方式的層疊頭12向粉末材料照射激光L，但是只要能夠使粉末材料熔化或燒結即可，也可以照射激光以外的光束。

接下來，更詳細地說明層疊頭12的供給粉末材料的路徑。圖3是表示層疊頭的供給粉末材料的構造的概略結構的示意圖。圖4是表示層疊頭的分配部和分支管的概略結構的展開圖。圖5是表示層疊頭的管嘴周邊的供給粉末材料的構造的概略結構的立體圖。圖6是表示混合部的概略結構的示意圖。圖7是表示混合部的剖面的遷移的說明圖。如圖3所示，層疊頭12從粉末導入部35經由粉末供給管150供給粉末材料。層疊頭12具有分配部152和多個分支管154作為將供給的粉末材料向粉末流路43供給的機構。

分配部(分配器)152使從粉末供給管150供給的粉末均勻化而向分支管154供給。多個分支管154是將分配部152與粉末流路43連接的管路，將從分配部152供給的粉末P向粉末流路43供給。本實施方式的層疊頭12如圖5所示將3根分支管154沿周向均等地即以120°間隔配置。

分支管154在內部設有混合部156。混合部156是使在分支管154內流動的粉末P在分支管154內實現均勻化的機構，配置有多個攪拌板156a。攪拌板156a是沿著分支管154的流動方向而繞分支管154的軸向扭轉的構造。而且，攪拌板156a與沿流動方向相鄰的攪拌板156a的扭轉的方向相反。由此，通過混合部156的流體的流動成為根據分支管154的軸向的位置而變化的流動。由此促進攪拌。需要說明的是，在本實施方式中，分支管154設為3根，但是根數沒有特別限定。分支管154優選沿周向均等地即以恒定角度間隔配置。

另外，層疊頭12在粉末流路43設置整流裝置158。整流裝置158對于從3根分支管154供給的包含粉末材料的流動進行整流。由此，層疊頭12能夠使從粉末流路43噴射的粉末材料的流動成為平整的流動，能夠以更高的精度向目標的位置供給。

機械加工部13例如對成形層等進行機械加工。如圖1所示，機械加工部13設置在與床身10的Z軸方向的上側的面相面對的位置，與臺部11面對。機械加工部13在Z軸方向的下部裝配工具22。需要說明的是，機械加工部13只要在比床身10靠Z軸方向上側處設置在基于臺部11的基臺部100的可移動范圍即可，配置位置并不局限于本實施方式的位置。

圖6是表示控制裝置20的結構的示意圖。控制裝置20與三維層疊裝置1的各部電連接，控制三維層疊裝置1的各部的動作。控制裝置20設置在三維層疊室2或預備室3的外部。如圖6所示，控制裝置20具有輸入部51、控制部52、存儲部53、輸出部54、通信部55。輸入部51、控制部52、存儲部53、輸出部54、通信部55這各部被電連接。

輸入部51例如是操作面板。作業者向輸入部51輸入信息或指令等。控制部52例如是CPU(Central Processing Unit)及存儲器。控制部52向三維層疊裝置1的各部輸出對三維層疊裝置1的各部的動作進行控制的指令。而且，向控制部52輸入來自三維層疊裝置1的各部的信息等。存儲部53例如是RAM(Random Access Memory)或ROM(Read Only Memory)等存儲裝置。在存儲部53存儲有通過利用控制部52執行而控制各部的動作的三維層疊裝置1的運轉程序、或三維層疊裝置1的信息、或三維形狀物的設計信息等。輸出部54例如是顯示器。輸出部54例如顯示來自三維層疊裝置1的各部的信息等。通信部55例如與互聯網或LAN(Local Area Network)等那樣的通信回線進行通信，與通信回線之間交接信息。需要說明的是，控制裝置20只要至少具有控制部52及存儲部53即可。控制裝置20若具有控制部52及存儲部53，則能夠向三維層疊裝置1的各部輸出指令。

形狀計測部30固定于層疊頭收納室4。形狀計測部30與層疊頭12相鄰配置。形狀計測部30計測形成在基臺部100上的成形層的表面形狀。形狀計測部30可以使用例如3D掃描器或計測相對距離的裝置。形狀計測部30例如使激光在基臺部100上的成形層的表面掃描(掃掠)，根據其反射光來算出成形層的表面的位置信息(箭頭160的距離)，由此計測成形層的表面形狀。而且，在本實施方式中，形狀計測部30安裝于層疊頭收納室4，但是只要能夠計測形成在基臺部100上的成形層的表面形狀即可，也可以安裝在其他的位置。

圖7是表示設置于層疊頭收納室的各部的概略結構的示意圖。加熱頭31對基臺部100、基臺部100上的成形層或熔融的粉末P等進行加熱。如圖1及圖7所示，加熱頭31與層疊頭12相鄰配置，對于由層疊頭12加工的區域的上游側的部分(加工前的部分)、下游側的部分(加工后的部分)選擇性地進行加熱。加熱頭31固定于層疊頭收納室4。加熱頭31與層疊頭12相鄰配置。加熱頭31照射激光162，對基臺部100、成形層、熔融的粉末P(熔融體A)、固化體B等進行加熱。通過利用加熱頭31對成形層或熔融的粉末P進行加熱，從而能夠控制成形層或熔融的粉末P的溫度。由此，能夠抑制成形層或熔融的粉末P的急劇的溫度下降，或者形成粉末P容易熔融的氣氛(高的溫度環境)。而且，加熱頭31也可以對于熔融體A附著之前，即利用層疊頭12形成成形層之前的成形層或基臺部100進行加熱。

使用圖8至圖10，說明加熱頭31的一例。圖8是表示加熱頭的概略結構的示意圖。圖9是表示加熱頭的光源單元的概略結構的示意圖。圖10是表示加熱頭的概略結構的立體圖。加熱頭31具有光源單元502、加熱位置調整機構504。

光源單元502輸出對成形層或基臺部100等進行加熱的激光162。如圖9所示，光源單元502具有2個半導體激光器540、2個聚光部542、光纖544。2個半導體激光器540分別輸出激光。聚光部542分別設置于半導體激光器540，對從半導體激光器540輸出的激光進行聚光。分別由2個聚光部542聚光的激光向光纖544入射。光纖544將入射的激光朝向加熱位置調整機構504輸出。

光源單元502利用聚光部542對從2個半導體激光器540入射的光進行聚光，向1個光纖544入射。由此，從光源單元502輸出由2個半導體激光器540輸出的激光合波(合流)的激光162。需要說明的是，在本實施方式中，將2個半導體激光器540的激光進行了匯總，但是半導體激光器的個數沒有限定為2個，可以為1個也可以為3個以上。光源單元502通過增加半導體激光器的個數而能夠增大激光162的輸出。

加熱位置調整機構504具有反射鏡512和檢流鏡514。加熱位置調整機構504使從光源單元502輸出的激光162利用反射鏡512反射之后，向檢流鏡514反射，由此改變朝向，使其向基臺部100的區域532照射。檢流鏡514具有反射鏡520和以旋轉軸521為軸而使反射鏡520轉動來改變反射鏡520的朝向的角度位置調整機構522。檢流鏡514使反射鏡520繞著旋轉軸521旋轉，由此如圖10所示，通過反射鏡520的朝向，能夠使基臺部100的表面上的被照射激光162的位置移動。在本實施方式中，在區域532的范圍內能夠使激光162的照射位置移動。加熱位置調整機構504利用檢流鏡514使反射鏡520以規定的速度模式轉動，由此能夠使激光掃描。加熱位置調整機構504使激光沿著與箭頭528的方向正交的方向掃描，該箭頭528是基臺部100或成形層與加熱頭31的相對移動方向。由此，區域532的與箭頭528正交的方向成為長度方向。需要說明的是，利用加熱位置調整機構504使激光移動的方向沒有限定于此，只要根據需要而形成為任意的方向即可。加熱位置調整機構504例如通過調整檢流鏡514的旋轉軸521的朝向而能夠調整激光可移動的朝向。

加熱頭31通過利用加熱位置調整機構504使從光源單元502輸出的激光162移動而對處于區域532的基臺部100或成形層進行加熱。加熱頭31通過激光的照射位置能夠移動而能夠高精度地調整進行加熱的基臺部100的位置，能夠高精度地進行加熱。

加熱頭31通過使用半導體激光器540作為激光源，能夠輸出波長較短的激光，能夠提高對于基臺部100、成形層等的能量吸收率。由此，能夠高效率地進行加熱。而且由于能夠高效率地進行加熱，從而能夠減小振蕩器，能夠減小光源單元502。而且，在上述實施方式中，為了裝置能夠小型化而將光源單元502配置在加熱頭31的殼體的內部，但也可以配置在殼體外。

在此，加熱頭的光源單元優選使用沿垂直方向向基板面輸出射束的垂直共振器型面發光激光器(VCSEL，Vertical Cavity Surface EmittingLaser)作為激光源。

圖11是表示加熱頭的光源單元的另一例的概略結構的示意圖。光源單元502a具有2個半導體激光器540a、合波部550、光纖544。合波部550具有2個準直透鏡551、衍射光柵552、聚光部554。2個半導體激光器540a分別輸出激光。半導體激光器540a是垂直共振器型面發光激光器。準直透鏡551分別設置于半導體激光器540a，對從半導體激光器540a輸出的激光進行準直。由2個準直透鏡551準直后的激光向衍射光柵552入射。衍射光柵552使從不同的2個方向入射的激光中的至少一方衍射，形成為相同方向的激光。聚光部554對通過了衍射光柵552的激光進行聚光而向光纖544入射。由聚光部554聚光后的激光向光纖544入射。光纖544將入射的激光朝向加熱位置調整機構504輸出。

光源單元502a通過使用垂直共振器型面發光激光器而能夠進一步減小光源單元。而且，在上述實施方式中，使激光向光纖入射，但也可以不使用光纖。

另外，上述實施方式的加熱頭能夠沿1軸方向掃描，但是優選能夠使激光沿多軸方向掃描。圖12是表示加熱頭的另一例的概略結構的示意圖。圖12所示的加熱頭31a具有光源單元502和加熱位置調整機構504a。加熱位置調整機構504a取代加熱位置調整機構504的反射鏡512而具有檢流鏡512a。

加熱位置調整機構504a具有檢流鏡512a和檢流鏡514。加熱位置調整機構504a使從光源單元502輸出的激光162利用檢流鏡512a反射之后，使檢流鏡514反射，由此改變朝向，使其向基臺部100的區域532照射。檢流鏡512a具有反射鏡560和以旋轉軸564為軸而使反射鏡560轉動來改變反射鏡560的朝向的角度位置調整機構562。在此，旋轉軸564是與旋轉軸521不同的朝向的軸。檢流鏡512a使反射鏡562繞著旋轉軸564旋轉，由此如圖12所示，通過反射鏡560的朝向能夠使到達檢流鏡520的激光162的位置移動。

加熱位置調整機構504a使檢流鏡512a的反射鏡560轉動而使到達反射鏡520的激光的位置變化，而且使檢流鏡514的反射鏡520轉動而使到達基臺部100的激光的位置變化，由此能夠使到達基臺部100的激光的位置沿二維方向移動。這樣，加熱頭31a通過使激光162的照射位置在基臺部100的表面沿二軸方向移動，從而能夠二維地調整照射位置。由此，加熱頭31a能夠更高精度地調整在基臺部100上進行加熱的位置，能夠更高精度地進行加熱。

需要說明的是，本實施方式的加熱頭31a照射激光而將對象的區域加熱，但是沒有限定于此。加熱頭31a只要能夠將加熱區域選擇性地進行加熱即可，可以是激光以外的光，例如可以使用紅外光的光束進行加熱，也可以照射電磁波等進行加熱。

溫度檢測部120與加熱頭31相鄰配置。如圖7所示，溫度檢測部120向照射激光L的位置和包含由加熱頭31照射激光162且加熱的范圍的范圍內輸出測定波164，并計測溫度。溫度檢測部120可以使用對形成成形層的表面的溫度進行計測的各種溫度傳感器。

質量檢測部130檢測安裝在旋轉臺部17的旋轉臺17d上的基臺部100的質量。質量檢測部130可以使用負載傳感器。

機械加工部計測部32計測機械加工部13的工具22的前端56的位置。圖13是表示機械加工部計測部32的一例的示意圖。如圖13所示，機械加工部計測部32具有光源部57和攝像部58。機械加工部計測部32使機械加工部13的工具22的前端56位于光源部57與攝像部58之間。光源部57例如是LED。攝像部58例如是CCD(Charge Coupled Device)相機。機械加工部計測部32在光源部57與攝像部58之間配置有工具22的前端56的狀態下，從光源部57朝向攝像部58照射光LI，通過攝像部58取得圖像。由此，能夠取得由工具22的前端56遮擋了光的圖像。機械加工部計測部32對由攝像部58取得的圖像進行解析，具體而言，通過檢測光入射的位置與光未入射的位置的交界，能夠取得前端56的形狀、位置。控制裝置20基于取得的工具22的前端56的位置和機械加工部13的位置(機械加工部收容室5的位置)，來檢測裝配于機械加工部13的工具22的前端56的準確的位置。需要說明的是，機械加工部計測部32只要是計測機械加工部13的前端56的位置的結構即可，并不局限于此結構，例如可以通過激光進行計測。

工具更換部33配置在三維層疊室2的內部。工具更換部33對裝配于機械加工部13的工具22進行更換。工具更換部33使未把持工具22的部分移動到與機械加工部13面對的位置。然后，工具更換部33在與機械加工部13面對的位置移動到未把持工具22的部分。然后，執行將裝配于機械加工部13的工具22拆卸的處理。然后，使對裝配于機械加工部13的另一工具22進行把持的部分移動到與機械加工部13面對的位置，向機械加工部13安裝另一工具22。這樣，工具更換部33通過拆裝機械加工部13的工具22，能夠對機械加工部13的工具22進行更換。需要說明的是，工具更換部33只要能夠對機械加工部13的工具22進行更換即可，并不局限于該結構。

管嘴更換部34配置在三維層疊室2的內部。管嘴更換部34對裝配于層疊頭12的管嘴23進行更換。管嘴更換部34可以使用與工具更換部33同樣的構造。

粉末導入部35向層疊頭12導入成為三維形狀物的原料的粉末材料。圖14A及圖14B分別是表示粉末導入部的一例的示意圖。如圖14A所示，在本實施方式中，粉末P以封入到盒83內的狀態進行管理。即，粉末P例如按照材料的各種類封入到盒83內而出庫。在盒83設有材料顯示部84。材料顯示部84是例如表示材料的種類等的粉末的信息的顯示。材料顯示部84沒有限定為通過目視能夠確認的信息，可以是IC芯片、二維碼或標記等通過讀取器進行讀取而能夠取得信息的顯示。材料顯示部84只要能夠表示粉末的材料的種類即可，并不局限于此。材料顯示部84除了表示粉末的材料的種類以外，還能夠表示例如粉末的粒度、重量、純度或氧含有量等的在三維形狀物制造上所需的粉末的信息。而且，材料顯示部84可以包含表示粉末是否為正規品的信息。

粉末導入部35具有粉末收納部81及粉末識別部82。粉末收納部81是例如箱狀的構件，在內部收納有盒83。粉末收納部81連接有用于搬出粉末的搬運空氣供給部、將粉末向層疊頭12搬運的搬運路徑。粉末收納部81在收納有盒83的情況下，將積存于盒83的粉末向層疊頭12導入。粉末識別部82檢測到粉末收納部81收納有盒83的情況時，讀取盒83的材料顯示部84，并讀取積存于盒83的粉末的信息。粉末導入部35通過利用粉末識別部82取得粉末的信息，能夠向層疊頭12供給已知的粉末。

在此，粉末導入部35可以將未以封入到盒83內的狀態管理的粉末向層疊頭12供給。圖14B表示粉末未封入到盒83內的情況的粉末導入部35A。粉末導入部35A具有粉末收納部81A、粉末識別部82A、將粉末收容部81A與粉末識別部82A相連的粉末引導管89。粉末收納部81A是例如箱狀的構件，在內部收納粉末P。粉末識別部82A對經由粉末引導管89供給的粉末P進行分析，計測粉末P的材料的種類、粒度、重量、純度、氧化物覆膜或氧含有量等的在三維形狀物制造上所需的粉末P的信息。作為粉末識別部82A，可以具有通過分光分析來識別粉末的材料的分光分析裝置，使用通過粒度分析來計測粉末P的粒度的粒度分析裝置、計測粉末的重量的重量計等。粉末識別部82A根據例如計測的粉末P的材料的種類、粒度及重量等，來計測粉末的純度。而且，粉末識別部82例如通過導電率來計測粉末的氧化物覆膜。粉末導入部35A也通過利用粉末識別部82A取得粉末的信息，能夠向層疊頭12供給已知的粉末。

基臺移動部36配置于預備室3。基臺移動部36使基臺部100a從預備室3內向三維層疊室2內移動，使三維層疊室2內的基臺部100向預備室3內移動。基臺移動部36安裝有從外部向預備室3內搬入基臺部100a。基臺移動部36將安裝的基臺部100a從預備室3向三維層疊室2內搬入。更詳細而言，基臺移動部36使安裝于基臺移動部36的基臺部100向三維層疊室2內移動，安裝于旋轉臺部17。基臺移動部36例如通過機械臂或正交軸搬運機構而使基臺部100移動。

空氣排出部37例如是真空泵，將三維層疊室2內的空氣排出。氣體導入部38向三維層疊室2內導入規定成分的氣體，例如氬、氮等惰性氣體。三維層疊裝置1通過空氣排出部37排出三維層疊室2的空氣，通過氣體導入部38向三維層疊室2導入氣體。由此，三維層疊裝置1能夠使三維層疊室2內成為所希望的氣體氣氛。在此，在本實施方式中，氣體導入部38設置在比空氣排出部37靠Z軸方向下方處。通過將氣體導入部38設置在比空氣排出部37靠Z軸方向下方處，在使用導入比重比空氣中的氧等氣體高的氬的氣體的情況下，能夠適當地使三維層疊室2內充滿氬氣。需要說明的是，在導入的氣體是比空氣輕的氣體的情況下，只要使配管的配置相反即可。

粉末回收部39回收從層疊頭12的管嘴噴射口部45噴射的粉末P即未形成成形層的粉末P。粉末回收部39吸引三維層疊室2內的空氣，對空氣包含的粉末P進行回收。從層疊頭12噴射的粉末P通過激光L而熔融固化，形成成形層。然而，存在粉末P的一部分例如未被照射激光L而仍殘留在三維層疊室2內的情況。而且，通過機械加工部13切削而從成形層排出的切屑粉殘留于三維層疊室2。粉末回收部39對殘留于三維層疊室2的粉末P或切屑粉進行回收。粉末回收部39可以具備刷等機械性地回收粉末的機構。

圖15是表示粉末回收部39的一例的示意圖。如圖15所示，粉末回收部39具有導入部85、旋風分離器部86、氣體排出部87、粉末排出部88。導入部85例如是管狀的構件，一方的端部連接于例如三維層疊室2內。旋風分離器部86例如是中空的圓錐臺形狀的構件，例如朝向鉛垂方向下方而直徑減小。導入部85的另一方的端部沿著旋風分離器部86的外周的切線方向而與旋風分離器部86連接。氣體排出部87是管狀的構件，一方的端部與旋風分離器部86的鉛垂方向上方的端部連接。粉末排出部88是管狀的構件，一方的端部與旋風分離器部86的鉛垂方向下方的端部連接。

在氣體排出部87的另一方的端部連接有例如吸引氣體的泵。因此，氣體排出部87從旋風分離器部86吸引氣體，使旋風分離器部86成為負壓。由于旋風分離器部86成為負壓，因此導入部85從三維層疊室2吸引氣體。導入部85將未形成成形層的粉末P與三維層疊室2內的氣體一起吸引。導入部85沿著旋風分離器部86的外周的切線方向而與旋風分離器部86連接。因此，由導入部85吸引的氣體及粉末P沿著旋風分離器部86的內周回旋。粉末P的比重比氣體高，因此向旋風分離器部86的內周的放射方向外側被離心分離。粉末P因自重而朝向延伸方向下方的粉末排出部88，從粉末排出部88排出。而且，氣體由氣體排出部87排出。

粉末回收部39對這樣未形成成形層的粉末P進行回收。而且，本實施方式的粉末回收部39將粉末P按照各比重分開回收。例如比重低的粉末由于自重小，因此不朝向粉末排出部88而由氣體排出部87吸引。因此，粉末回收部39能夠按照各比重而分別回收粉末P。需要說明的是，粉末回收部39只要能夠回收未形成成形層的粉末P即可，并不局限于這樣的結構。

接下來，說明基于三維層疊裝置1的三維形狀物的制造方法。圖16是表示基于本實施方式的三維層疊裝置1的三維形狀物的制造方法的示意圖。而且，通過控制裝置20控制各部的動作而能夠執行圖16所示的制造方法。在本實施方式中，說明在底座91上制造三維形狀物的情況。底座91例如是金屬制的板狀構件，但是只要在上部制造三維形狀物即可，形狀及材料任意。底座91安裝在基臺部100上。基臺部100與底座91一起固定于臺部11的旋轉臺部17。需要說明的是，也可以將底座91設為基臺部100。

控制裝置20如步驟S1所示，通過臺部11，以將基臺部100上的底座91配置在層疊頭12的Z軸方向下方的方式使基臺部100移動。

接下來，如步驟S2所示，控制裝置20從粉末導入部35向層疊頭12導入粉末P，從層疊頭12將粉末P與氣體一起噴射，并掃射激光L。粉末P以規定的收斂徑朝向基臺部100上的底座91噴射。激光L在層疊頭12與底座91之間，以規定的點徑向粉末P照射。在此，相對于粉末P的收斂徑的Z軸方向上的位置的激光L的點徑的Z軸方向上的位置及粉末P的收斂徑的Z軸方向上的位置的點徑例如通過移動聚光部49的位置能夠控制。

控制裝置20通過層疊頭12照射激光L并噴射粉末P，由此如步驟S3所示，粉末P因激光L的照射而熔融。熔融的粉末P作為熔融體A，朝向基臺部100上的底座91而向Z軸方向下方落下。

向Z軸方向下方落下的熔融體A到達基臺部100上的底座91的規定的位置。底座91上的熔融體A在底座91上的規定的位置，例如通過放冷而被冷卻。冷卻的熔融體A如步驟S4所示在底座91上作為固化體B而固化。

控制裝置20通過臺部11而在基臺部100上向規定的位置移動，并按照步驟S2至步驟S4所示的步驟通過層疊頭12在基臺部100上形成固化體B。通過反復上述的步驟，如步驟S5所示，固化體B在底座91上形成具有規定的形狀的成形層92。

控制裝置20如步驟S6所示，以使形成于底座91的成形層92配置在機械加工部13的Z軸方向下方的方式，通過臺部11使基臺部100的底座91移動。此外，控制裝置20通過機械加工部13對成形層92進行機械加工。控制裝置20選擇是否實施機械加工部13的機械加工，在不需要的情況下也可以不執行。因此，步驟S6所示的機械加工按照控制裝置20的指令而存在不實施的情況。

接下來，控制裝置20如步驟S7所示，臺部11按照控制裝置20的指令，使基臺部100以例如成形層92位于層疊頭12的Z軸方向下方的方式移動。并且，反復步驟S2至步驟S6所示的步驟，在成形層92的上方依次層疊成形層93，來制造三維形狀物。

對以上進行總結的話，本實施方式的三維層疊裝置1如下制造三維形狀物。層疊頭12的粉末噴射部將粉末P朝向基臺部100上的底座91噴射。而且，層疊頭12的內管42在層疊頭12與底座91之間，向粉末P照射激光L。被照射激光L的粉末P熔融，在基臺部100上的底座91上固化，形成成形層92。三維層疊裝置1在成形層92上依次層疊成形層93，通過機械加工部13向成形層92、93適當施加機械加工，來制造三維形狀物。

在本實施方式中，三維形狀物在底座91上制造，但是三維形狀物也可以不在底座91上制造。三維形狀物例如可以在基臺部100上直接制造。而且，三維層疊裝置1可以通過在已存的造形物上層疊成形層而進行所謂堆焊。

在本實施方式中，機械加工部13例如對成形層92的表面進行機械加工，但也可以進行除此以外的機械加工。圖17A至圖17C分別是表示本實施方式的三維層疊裝置1的三維形狀物的制造方法的說明圖。圖17A至圖17C表示三維層疊裝置1制造圖17C所示的構件99的步驟。

構件99具有圓板部95、軸部97、圓錐臺部98。而且，構件99在圓板部95形成有螺紋孔部96。如圖17C所示，圓板部95是圓板狀的構件。軸部97是直徑比圓板部95小的軸狀的構件，從圓板部95的一方的面的中央部延伸。螺紋孔部96設置在比圓板部95的軸部97靠外側處。圓錐臺部98設置在軸部97的前端，隨著朝向與圓板部95相反的方向而外徑增大。圓錐臺部98的長徑例如是與圓板部95的外徑相同的大小。即，螺紋孔部96位于比圓錐臺部98的長徑靠內側處。

接下來，說明三維層疊裝置1的構件99的制造步驟。三維層疊裝置1如圖17A所示，通過層疊頭12的成形層的層疊而形成圓板部95及軸部97。三維層疊裝置1在制造了圓板部95及軸部97之后，如圖17B所示，通過機械加工部13形成螺紋孔部96。三維層疊裝置1在形成了螺紋孔部96之后，通過層疊頭12的成形層的層疊，在軸部97上形成圓錐臺部98。這樣來制造構件99。

在此，圓錐臺部98的長徑部分位于比螺紋孔部96靠外側處。換言之，螺紋孔部96由圓錐臺部98覆蓋上部。因此，例如通過機械加工制造構件99的情況下，無法使螺紋孔部96的加工工具從圓錐臺部98的上部朝向圓板部95移動。然而，三維層疊裝置1在制造圓錐臺部98之前，形成螺紋孔部96。這種情況下，螺紋孔部96的上部未被覆蓋。因此，三維層疊裝置1使機械加工部13從Z軸方向上部沿Z軸方向移動，由此能夠加工螺紋孔部96。這樣，機械加工部13通過調整成形層的形成和機械加工的定時，能夠使機械加工容易。

接下來，說明基于本實施方式的三維層疊裝置1的三維形狀物的制造的詳細工序。圖18是表示本實施方式的三維層疊裝置1的三維形狀物的制造工序的流程圖。控制裝置20例如讀出存儲在存儲部53內的三維形狀物的設計信息。

接下來，控制裝置20通過空氣排出部37排出三維層疊室2內的空氣(步驟S11)。在此，三維層疊室2將門6關閉，與預備室3分離。而且，三維層疊室2的其他的與外氣連通的部分也關閉且密封。控制裝置20例如通過空氣排出部37排出空氣，由此三維層疊室2內的氧濃度成為100ppm以下，優選成為10ppm以下。控制裝置20通過使三維層疊室2內的氧濃度成為100ppm以下而能夠為惰性狀態，通過成為10ppm以下而能夠更可靠地為惰性狀態。

接下來，將具有底座91的基臺部100向預備室3內的基臺移動部36安裝(步驟S12)。需要說明的是，三維層疊裝置1可以比步驟S11的處理先進行步驟S12的處理。

控制裝置20安裝了預備室3內的基臺移動部36之后，將預備室3的門7關閉，通過空氣排出部25排出預備室3內的空氣(步驟S13)。控制裝置20通過空氣排出部25排出空氣，由此使預備室3內的氧濃度下降。預備室3內的氧濃度優選成為例如與三維層疊室2內相同的氧濃度。

控制裝置20在預備室3的空氣的排出完成之后，將三維層疊室2的門6打開，通過基臺移動部36向三維層疊室2內的旋轉臺部17安裝基臺部100(步驟S14)。基臺部100固定于旋轉臺部17。控制裝置20在將基臺部100安裝于旋轉臺部17之后，使基臺移動部36返回預備室3內，將門6關閉。

控制裝置20在將基臺部100設置于旋轉臺部17之后，通過氣體導入部38向三維層疊室2內導入氣體(步驟S15)。控制裝置20通過氣體導入部38，使三維層疊室2內成為導入的氣體氣氛。在本實施方式中，氣體導入部38導入的氣體是氮或氬等的惰性氣體。氣體導入部38導入惰性氣體，以使三維層疊室2內的殘留氧濃度成為100ppm以下。

另外，三維層疊裝置1根據粉末材料的種類，也可以省略步驟S11、步驟S13、步驟S15。例如在即使由于粉末材料的氧化而三維形狀物的品質等也不會成為問題的情況下，可以省略這些步驟，使三維層疊室2及預備室3為大氣氣氛。

控制裝置20在惰性氣體向三維層疊室2的導入完成之后，判斷對于基臺部100上的底座91是否進行機械加工(步驟S16)。例如，控制裝置20使形狀計測部30計測底座91的表面形狀。控制裝置20基于形狀計測部30的計測結果，判斷對于底座91是否進行機械加工。控制裝置20例如在底座91的表面粗糙度大于規定的值的情況下，判斷為進行底座91的機械加工。但是，是否需要控制裝置20的底座91的機械加工的判斷并不局限于此，可以不根據形狀計測部30的計測結果。控制裝置20例如可以在存儲部53內存儲底座91的信息，根據底座91的信息和三維形狀物的設計信息來判斷是否需要底座91的加工。而且，控制裝置20可以設為始終對底座91進行加工的設定。

控制裝置20在判斷為需要底座91的機械加工的情況下(步驟S16為“是”)，通過機械加工部13以規定的條件進行底座91的機械加工(步驟S17)。控制裝置20例如基于形狀計測部30的底座91的形狀計測結果或底座91的信息、三維形狀物的設計信息等，來決定底座91的機械加工的條件。

控制裝置20在判斷為不需要底座91的加工的情況下(步驟S16為“否”)，或者以規定的條件進行了底座91的機械加工的情況下，例如基于從存儲部53讀出的三維形狀物的設計信息，來決定成形層的形成條件(步驟S18)。成形層的形成條件是指例如成形層的各層的形狀、粉末P的種類、粉末P的噴射速度、粉末P的噴射壓力、激光L的照射條件、粉末P的收斂徑與激光L的點徑與成形層表面的位置關系、在氣中熔融的粉末P的尺寸、溫度、形成中的成形層表面熔融池的尺寸、冷卻速度、或臺部11的基臺部100的移動速度等在形成成形層上所需的條件。

控制裝置20在決定了成形層的形成條件之后，通過層疊頭12，將粉末P朝向基臺部100上的底座91噴射，開始激光L的照射、基臺部100的加熱(步驟S19)。控制裝置20噴射粉末P并照射激光L，由此通過激光L使粉末P熔融，能夠使熔融的粉末P固化，從而在底座91上形成固化體B。而且，控制裝置20從加熱頭31向基臺部100照射激光L，開始基臺部100的加熱。

控制裝置20噴射粉末P并照射激光L，通過臺部11使基臺部100移動，由此在底座91上形成成形層92(步驟S20)。控制裝置20可以對通過加熱頭31進行加熱而形成的成形層92進行加熱或者對固化體B附著之前的部分進行加熱。

控制裝置20在形成了成形層92之后，判斷成形層92是否需要機械加工(步驟S21)。控制裝置20例如使形狀計測部30計測成形層92的表面形狀。控制裝置20基于形狀計測部30的計測結果，判斷是否需要成形層92的機械加工。例如，控制裝置20在成形層92的表面粗糙度大于規定的值的情況下，判斷為進行成形層92的機械加工。但是，是否需要成形層92的機械加工的判斷的基準并不局限于此。控制裝置20例如可以根據三維形狀物的設計信息和成形層的形成條件來判斷是否需要成形層92的機械加工。例如，控制裝置20可以在根據成形層的形成條件而算出的成形層92的表面粗糙度比基于三維形狀物的設計信息的所需的表面粗糙度大的情況下，判斷為成形層92需要機械加工。

控制裝置20在判斷為不需要成形層92的機械加工的情況下(步驟S21為“否”)，進入步驟S24。控制裝置20在判斷為需要成形層92的機械加工的情況下(步驟S21為“是”)，決定成形層92的機械加工的加工條件(步驟S22)。例如，控制裝置20基于形狀計測部30的計測結果或三維形狀物的設計信息、成形層的形成條件等，來決定加工條件。控制裝置20在決定了成形層加工條件之后，通過機械加工部13基于決定的加工條件對成形層92進行機械加工(步驟S23)。

控制裝置20在進行了成形層92的機械加工的情況下，或者判斷為不需要成形層92的機械加工的情況下，判斷為在成形層92的上方是否還需要層疊成形層93(步驟S24)。控制裝置20例如基于從存儲部53讀出的三維形狀物的設計信息，判斷在成形層92的上方是否還需要層疊成形層93。

控制裝置20在判斷為需要成形層93的層疊的情況下(步驟S24為“是”)，返回步驟S18，在成形層92上層疊成形層93。控制裝置20在判斷為不需要成形層93的層疊的情況下(步驟S24為“否”)，三維形狀物的制造完成。

三維層疊裝置1這樣制造三維形狀物。本實施方式的三維層疊裝置1通過層疊頭12噴射粉末P，并向粉末P照射激光L，由此制造三維形狀物。具體而言，三維層疊裝置1向朝著對象物的粉末P照射激光L，使粉末P在到達對象物之前熔融，使熔融體A附著于對象物。由此，不會通過激光L使對象物熔化或者減少熔化的量而能夠形成成形層。由此，能夠減少激光對制造的對象物或成形層造成的影響，能夠進行在形成的結構上再層疊固化體B的加工。通過以上所述，三維層疊裝置1能夠高精度地制造三維形狀物。

另外，三維層疊裝置1使用加熱頭31，一邊選擇加熱位置，一邊對基臺部或成形層進行加熱，由此能夠更適當地控制形成成形層的條件。例如，使用加熱頭31，對通過了成形層的被照射激光的位置的區域，即形成了成形層之后的區域進行加熱，由此能夠調整成形層的降溫速度。由此能夠更高精度地控制成形層的狀態，能夠調整成形層的強度等。或者，加工頭31通過對通過被照射激光的位置之前的區域，即熔融體A附著之前的基臺部或成形層進行加熱，能夠抑制熔融體在附著的情況下急劇地冷卻的情況，能夠使粉末更可靠地成為熔融體。由此，三維層疊裝置1能夠進行更高精度的加工，能夠高精度地制造三維形狀物。

此外，三維層疊裝置1通過機械加工部13能夠對成形層92適當地施加機械加工。因此，三維層疊裝置1能夠高精度地制造三維形狀物。需要說明的是，在上述實施方式中，使用機械加工部13，對成形層92或基臺部100進行機械加工，由此能夠進行更高精度的加工，但是也可以不設置機械加工部13而不進行機械加工。

另外，基臺移動部36使基臺部100向三維層疊室2的內部移動。三維層疊室2的內部有時被排出空氣。例如即使作業者未進入三維層疊室2的內部，基臺移動部36也能夠使基臺部100向三維層疊室2的內部移動。

在此，三維層疊裝置1優選具有形狀計測部30，由此來決定成形層的形成條件。圖19使表示決定本實施方式的三維層疊裝置1的成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。圖19的處理可以作為圖18的步驟S18的處理的一部分而執行。控制裝置20通過形狀計測部30，計測成形層92的形狀(步驟S31)。控制裝置20可以一邊在層疊頭12上形成成形層92，一邊使形狀計測部30測定成形層92的形狀。形狀計測部30能夠計測層疊頭12要形成固化體B的部位的形狀和形成于該部位的固化體B的形狀這雙方的形狀。即，形狀計測部30能夠計測成形層92的形成前后的表面形狀。控制裝置20在計測了成形層92的形狀之后，基于形狀計測部30的測定結果，來決定包括加熱條件在內的成形層92的形成條件(步驟S33)。

控制裝置20根據形狀計測部30產生的成形層92的表面形狀的計測結果來決定加熱條件，由此能夠根據成形層92的形狀來決定各位置的加熱量，能夠更適當地對各位置進行加熱。由此，能夠使各位置的溫度均勻或者使溫度變化均勻，能夠進行更高精度的加工。

而且，控制裝置20根據形狀計測部30產生的成形層92的表面形狀的計測結果，來決定成形層的形成條件，控制層疊頭12的動作。因此，三維層疊裝置1能夠使形成成形層的部位與層疊頭12之間的距離恒定等更適當地進行成形層的形成。此外，三維層疊裝置1能夠一邊通過層疊頭12形成成形層，一邊通過形狀計測部30計測成形層92的形狀。因此，三維層疊裝置1能夠使成形層的形成條件更適當，能夠更高精度地制造三維形狀物。在此，在上述實施方式中，說明了通過層疊頭12進行加工的情況，但是機械加工部13的加工也可以同樣進行。而且，在上述實施方式中決定的成形層的形成條件可以設為根據位置進行變動的條件，也可以設為恒定的條件。

三維層疊裝置1優選基于檢測結果，決定層疊頭12的移動路徑，即，層疊頭12的Z軸方向的位置與臺部11的移動的相對關系作為成形層的形成條件。由此，能夠使層疊的成形層的厚度或凝固部溫度、層疊速度均勻化。

三維層疊裝置1可以基于由溫度檢測部120檢測到的溫度分布來決定處理動作。圖20是表示決定成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。控制裝置20通過溫度檢測部120檢測成形層的表面的溫度分布(步驟S42)。控制裝置20通過臺部11使基臺部100移動，并通過溫度檢測部120進行計測，由此能夠檢測成形層的表面的整個區域的溫度分布。控制裝置20可以在進行層疊頭12的加工之前進行計測，也可以在進行層疊頭12的加工的期間進行計測。

控制裝置20在檢測了溫度分布之后，通過形狀計測部30檢測成形層的形狀(表面形狀)(步驟S44)。成形層的表面形狀的檢測和溫度分布的檢測可以同時進行。

控制裝置20在檢測了成形層的形狀之后，基于成形層的形狀和溫度分布，來確定通過溫度檢測部檢測溫度的檢測位置(步驟S46)，并檢測確定的位置的溫度(步驟S48)。控制裝置20基于檢測的溫度來決定包括加熱條件在內的成形層的形成條件(步驟S49)，結束本工序。

三維層疊裝置1對于特定的位置例如難以冷卻的部位或容易發熱的部位，計測溫度而決定加熱條件，由此，能夠高精度地控制各位置的溫度或溫度變化，能夠進行更適當的加工。

此外，三維層疊裝置1基于溫度分布和形狀，決定層疊頭12的移動路徑作為加工條件，即也考慮溫度分布地決定加工條件，由此能夠使層疊的成形層的厚度或凝固部溫度、層疊速度均勻化。即能夠掌握難以冷卻的部位或容易發熱的部位，決定加工條件，進行更均勻的加工。

另外，在圖20所示的例子中，再次檢測了溫度，但是也可以不進行步驟S46和步驟S48的處理而決定包含加熱條件的成形層的形成條件。三維層疊裝置1基于溫度分布和形狀來決定加熱條件，由此能夠高精度地控制各位置的溫度或溫度變化。

另外，三維層疊裝置1也可以使用質量檢測部130的檢測結果來決定處理動作。例如，可以檢測由于形成的成形物而產生的質量的變化，評價制造的三維層疊物。具體而言，通過檢測形成的大小和質量的變化，能夠算出三維層疊物的密度，能夠判定在三維層疊物是否未形成空隙。而且，三維層疊裝置1也可以基于質量檢測部130的重量，來檢測基臺部100是否未附著異物，具體而言，未熔融的粉末材料或因機械加工部13的加工而生成的切屑粉。由此，能夠使用于粉末回收部39的動作的控制。

三維層疊裝置還可以具備其他的檢測部作為檢測用于控制形成條件的參數的裝置。圖21是表示三維層疊裝置的層疊頭的周邊部的另一例的示意圖。圖21所示的三維層疊裝置在層疊頭的激光的路徑的周邊具有溫度檢測部120a、半透半反鏡182、等離子發光檢測部190、反射光檢測部192。半透半反鏡182配置在光源47與聚光部49之間，使從光源47朝向聚光部49的激光透過，并反射從聚光部49朝向光源47的激光。即半透半反鏡182將由基臺部100或成形層反射的激光向規定的方向反射。

等離子發光檢測部190檢測由于向基臺部100或成形層、供給的粉末照射激光L而產生的等離子。反射光檢測部192檢測由半透半反鏡182反射的激光L。而且，溫度檢測部120a基于由半透半反鏡182反射而映照的激光的照射位置的狀態來檢測溫度。

接下來，使用圖22至圖24，說明使用各部執行的控制的一例。圖22是表示決定成形層的形成條件，具體而言決定加熱頭的加熱條件的工序的一例的流程圖。圖22至圖24的處理優選在層疊頭的加工時并行進行，但也可以在決定形成條件時執行。控制裝置20通過溫度檢測部120a檢測溫度(步驟S102)，基于檢測到的溫度(結果)來決定加熱條件(步驟S104)，結束本處理。控制裝置20基于通過溫度檢測部120a檢測到的結果來決定加熱頭31的加熱的條件，由此能夠使成形層的溫度更均勻，能夠進行更高精度的加工。需要說明的是，溫度檢測部120的情況也能夠進行同樣的控制。

圖23是表示決定成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。控制裝置20通過等離子發光檢測部190檢測等離子發光(步驟S112)，基于檢測到的等離子發光來決定加熱條件(步驟S114)，結束本處理。控制裝置20即便基于通過等離子發光檢測部190檢測到的結果來決定加熱頭31的加熱的條件，也能夠使成形層的溫度更均勻，能夠進行更高精度的加工。在此，控制裝置20通過等離子發光檢測部190檢測等離子發光，由此能夠監控激光的焦點位置的溫度。而且，通過檢測在噴射的粉末進入激光而熔融的情況下發光的等離子，能夠監控氣中的粉末熔融狀態。

圖24是表示決定成形層的形成條件的工序的一例的流程圖。控制裝置20通過反射光檢測部192檢測反射光(步驟S122)，基于檢測到的反射光來決定加熱條件(步驟S124)，結束本處理。控制裝置20即便基于由反射光檢測部192檢測到的結果來決定加熱頭31的加熱的條件，也能夠使成形層的溫度更均勻，能夠進行更高精度的加工。在此，控制裝置20通過利用反射光檢測部192檢測反射光，能夠監控熔融體A附著的位置的溫度。

在此，三維層疊裝置1優選使溫度檢測部120及加熱頭31相對于層疊頭12能夠繞Z軸旋轉。由此，根據臺部11的移動方向，能夠使層疊頭12與溫度檢測部120及加熱頭31的相對位置恒定，或者切換層疊頭12與溫度檢測部120及加熱頭31的相對位置。而且，三維層疊裝置1也可以將溫度檢測部120及加熱頭31相對于層疊頭12設置2個，以夾入層疊頭12的方式配置。

圖25是表示層疊頭收納室的另一例的示意圖。圖25所示的層疊頭收納室570對層疊頭12、形狀計測部30、加熱頭31進行支承。層疊頭收納室570的對層疊頭12、形狀計測部30、加熱頭31進行支承的部分成為切換機構580。切換機構580具有固定部581、可動部582、旋轉機構584、密封部586。固定部581支承于Z軸滑動部4a，且底面與波紋管18相連。可動部582內置于固定部581，將層疊頭12、形狀計測部30、加熱頭31固定。旋轉機構584使可動部582相對于固定部581繞軸590旋轉。密封586將鉛垂方向下側的面，即，使向三維層疊室2露出的面的固定部581與可動部582之間密閉成旋轉自如的狀態。

切換機構580通過使可動部582相對于固定部581旋轉，能夠切換可動部582支承的層疊頭12與加熱頭31的相對位置。由此，切換機構580相對于層疊頭12與基臺部100的相對移動方向，即臺部11使基臺部100移動的方向，能夠切換層疊頭12處于比加熱頭31靠上游側的狀態與層疊頭12處于比加熱頭31靠下游側的狀態。即，在基臺部100沿相同方向移動的情況下，通過使可動部582旋轉180度而能夠改換層疊頭12與加熱頭31的相對于加工位置的前后關系。由此，加熱頭31能夠切換是對于通過層疊頭12之前(進行成形層的形成之前)的基臺部100或成形層進行加熱，還是對于通過層疊頭12之后(進行成形層的形成之后)的基臺部100或成形層進行加熱。

圖26是表示三維層疊裝置的處理動作的一例的流程圖。控制裝置20檢測層疊頭12與基臺部100的相對移動方向(步驟S170)，確定加熱頭31的加熱區域(步驟S172)。加熱頭31的加熱區域相對于由層疊頭12加工的基臺部100來設定，包括對于通過層疊頭12之前的基臺部100或成形層進行加熱的區域、對于通過層疊頭12之后的基臺部100或成形層進行加熱的區域。

控制裝置20判定加熱頭31相對于層疊頭12是否為適當的位置(步驟S174)。即，基于層疊頭12與基臺部100的相對移動方向、加熱區域、當前的層疊頭12與加熱頭31的相對位置，來判定加熱頭是否為能夠對加熱區域進行加熱的位置。

控制裝置20在判定為加熱頭31相對于層疊頭12為適當的位置的情況下(步驟S174為“是”)，進入步驟S178。控制裝置20在判定為加熱頭31相對于層疊頭12不是適當的位置的情況下(步驟S174為“否”)，通過切換機構580切換加熱頭31與層疊頭12的相對位置(步驟S176)，進入步驟S178。

控制裝置20在步驟S174為“是”或者進行了步驟S176的處理的情況下，判定層疊頭12與基臺部100的相對移動方向是否被變更(步驟S178)。控制裝置20在判定為移動方向被變更的情況下(步驟S178為“是”)，返回步驟S170。控制裝置20在判定為移動方向未變更的情況下(步驟S178為“否”)，判定制造是否結束(步驟S179)。控制裝置20在判定為制造未結束的情況下(步驟S179為“否”)，返回步驟S178，在判定為制造結束的情況下(步驟S179為“是”)，結束本處理。

三維層疊裝置1進行圖26所示的處理，根據層疊頭與基臺部的相對移動方向來切換層疊頭與加熱頭的相對位置，由此能夠使相對于加工位置的層疊頭與加熱頭的關系成為與設定對應的位置。由此，能夠抑制由于層疊頭與基臺部的相對移動而加熱頭進行加熱的位置相對于層疊頭進行加工的位置發生變化的情況。由此，能夠進行更高精度的加工。

以上，說明了本發明的實施方式，但是沒有通過這些實施方式的內容來限定這些實施方式。而且，前述的構成要素包括本領域技術人員能夠容易想到的要素、實質上相同的要素、所謂等同的范圍的要素。此外，前述的構成要素可以適當組合。此外，在不脫離前述的實施方式等的主旨的范圍內能夠進行構成要素的各種省略、置換或變更。例如，三維層疊裝置1并不局限于通過層疊頭12噴射粉末P并向粉末P照射激光L的結構。三維層疊裝置1只要能夠供給粉末P并通過向粉末P照射激光L來形成成形層，對成形層適當地施加機械加工即可。例如，三維層疊裝置1也可以通過粉末供給部形成粉末層，向粉末層的局部照射激光L而使粉末燒結，由此形成成形層。

【標號說明】

1 三維層疊裝置

2 三維層疊室

3 預備室

4 層疊頭收納室

4a、5a Z軸滑動部

5 機械加工部收納室

6、7 門

10 床身

11 臺部

12 層疊頭

13 機械加工部

15 Y軸滑動部

16 X軸滑動部

17 旋轉臺部

18、19 波紋管

20 控制裝置

22 工具

23 管嘴

24 前端部

25 空氣排出部

30 形狀計測部

31、31a 加熱頭

32 機械加工部計測部

33 工具更換部

34 管嘴更換部

35、35A 粉末導入部

36 基臺移動部

37 空氣排出部

38 氣體導入部

39 粉末回收部

41 外管

42 內管

43 粉末流路

44 激光路徑

46 主體

47 光源

48 光纖

49 聚光部

51 輸入部

52 控制部

53 存儲部

54 輸出部

55 通信部

56 前端

57 光源部

58 攝像部

81、81A 粉末收納部

82、82A 粉末識別部

83 盒

84 材料顯示部

85 導入部

86 旋風分離器部

87 氣體排出部

88 粉末排出部

91 底座

92、93 成形層

95 圓板部

96 螺紋孔部

97 軸部

98 圓錐臺部

99 構件

100 基臺部

102、104、106、108 箭頭

110、112、114 旋轉軸

120、120a 溫度檢測部

130 質量檢測部

140 焦點位置調整部

150 粉末供給管

152 分配部

154 分支管

156 混合部

156a 攪拌板

158 整流裝置

162 激光

164 測定波

182 半透半反鏡

190 等離子發光檢測部

192 反射光檢測部

502、502a 光源單元

504、504a 加熱位置調整機構

512、520、560 反射鏡

512a、514 檢流鏡

522、562 角度位置調整機構

532 區域

540、540a 半導體激光器

542 聚光部

544 光纖

550 合波部

551 準直透鏡

552 衍射光柵

554 聚光部

A 熔融體

B 固化體

L 激光

P 粉末

P1、P2 焦點位置