特許ウォッチ

公開番号2025069158
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-30
出願番号2025002806,2023508246
出願日2025-01-08,2021-03-24
発明の名称造形装置及び造形方法
出願人株式会社ニコン
代理人個人
主分類B29C 64/393 20170101AFI20250422BHJP(プラスチックの加工;可塑状態の物質の加工一般)
要約【課題】構造物を適切に造形可能な造形装置を提供する。
【解決手段】造形装置は、第1位置をビームの照射位置としてビームを照射して第1造形物を造形し、且つ、第1造形物の第2位置をビームの照射位置として第1造形物にビームを照射して第2造形物を造形することにより、第1構造層を造形する。造形装置は更に、第1構造層の第3位置をビームの照射位置として第1構造層にビームを照射して第3造形物を造形し、且つ、第3造形物の第4位置をビームの照射位置として第3造形物にビームを照射して第4造形物を造形することにより、第2構造層を造形する。第1位置と第2位置の距離及び第3位置と第4位置の距離の少なくとも一つは、第2位置と第3位置の距離よりも短い。その結果、造形装置は、第1及び第2構造層を含み且つ光軸方向に対して傾斜した構造物を造形する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
エネルギビームを射出する光学系を含むビーム照射部と、前記エネルギビームの照射位置に造形材料を供給する材料供給部とを少なくとも備える造形部と、
前記造形部による構造物の造形を制御する造形制御部と
を備える造形装置であって、
前記造形制御部は、
第１位置を前記エネルギビームの照射位置としてエネルギビームを照射して第１造形物を造形し、且つ、前記第１造形物の第２位置を前記エネルギビームの照射位置として前記第１造形物に前記エネルギビームを照射して第２造形物を造形することにより、第１構造層を造形するように、前記造形部を制御し、且つ、
前記第１構造層の第３位置を前記エネルギビームの照射位置として前記第１構造層に前記エネルギビームを照射して第３造形物を造形し、且つ、前記第３造形物の第４位置を前記エネルギビームの照射位置として前記第３造形物に前記エネルギビームを照射して第４造形物を造形することにより、第２構造層を造形するように、前記造形部を制御し、且つ、
前記第１位置と前記第２位置の前記光学系の光軸方向に沿った距離、及び、前記第３位置と前記第４位置の前記光軸方向に沿った距離の少なくとも一つが、前記第２位置と前記第３位置の前記光軸方向に沿った距離よりも短くなるように、前記造形部を制御し、且つ、
前記第１位置と前記第２位置の前記光軸方向と交差する交差方向に沿った距離、及び、前記第３位置と前記第４位置の前記交差方向に沿った距離の少なくとも一つが、前記第２位置と前記第３位置の前記交差方向に沿った距離よりも短くなるように、前記造形部を制御し、且つ、
少なくとも前記第１構造層、及び、前記第２構造層を含み、前記光軸方向に対して傾斜した構造物を造形するように、前記造形部を制御する
造形装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記造形制御部は、前記光軸方向において前記第１位置と前記第２位置とが同じ位置となる、前記交差方向において前記第１位置と前記第２位置とが同じ位置となる、前記光軸方向において前記第３位置と前記第４位置とが同じ位置となる、及び／又は、前記交差方向において前記第３位置と前記第４位置とが同じ位置となるように、前記造形部を制御する
請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記造形制御部は、前記光軸方向に沿った前記第１位置と前記第２位置との間の距離、及び、前記交差方向に沿った前記第１位置と前記第２位置との間の距離、前記光軸方向に沿った前記第３位置と前記第４位置との間の距離、及び、前記交差方向に沿った前記第３位置と前記第４位置との間の距離の少なくとも一つが所定距離よりも短くなるように、前記造形部を制御する
請求項１又は２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記造形制御部は、前記交差方向に沿った前記第２位置と前記第３位置との間の距離が所定距離よりも長くなるように、前記造形部を制御する
請求項１から３のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項５】
前記第１構造層の幅は、前記第１造形物の幅よりも大きく、
前記第２構造層の幅は、前記第３造形物の幅よりも大きい
請求項１から４のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項６】
前記第１構造層の高さは、前記第１造形物の高さよりも高く
前記第２構造層の高さは、前記第３造形物の高さよりも高い
請求項１から５のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項７】
前記造形制御部は、（ｉ）前記交差方向を含む面内において、走査方向に沿って前記照射位置が相対的に移動するように前記造形部を制御し、且つ、（ｉｉ）前記走査方向に沿って前記照射位置を相対的に移動させることにより造形された前記第１構造層及び前記第２構造層を含む前記構造物が、前記走査方向に沿って倒れるように傾斜した傾斜面を含むように、前記造形部を制御する
請求項１から６のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項８】
前記造形制御部は、前記第１構造層を形成する期間中に前記エネルギビームが照射される領域の第１端部と、前記第１構造層上に形成される前記第２構造層を形成する期間中に前記エネルギビームが照射される領域の第２端部とが、前記走査方向において離れるように、前記造形部を制御する
請求項７に記載の造形装置。
【請求項９】
前記第３位置は、前記第１構造層の表面上の位置を含み、
前記第４位置は、前記第３造形物の内部の位置、又は、前記第１構造層の表面上の位置を含む
請求項１から８のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項１０】
前記造形制御部は、前記第２造形物を前記第１造形物上に造形し、前記第３造形物を前記第２造形物上に造形し、且つ、前記第４造形物を前記第３造形物上に造形するように、前記造形部を制御する
請求項１から９のいずれか一項に記載の造形装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、構造物を造形可能な造形装置及び造形方法の技術分野に関する。
続きを表示（約 5,500 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、構造物を造形可能な造形装置の一例が記載されている。このような造形装置では、構造物を適切に造形することが技術的課題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開第２０１４／０１９７５７６号明細書
【発明の概要】
【０００４】
第１の態様によれば、エネルギビームを射出する光学系を含むビーム照射部と、前記エネルギビームの照射位置に造形材料を供給する材料供給部とを少なくとも備える造形部と、前記造形部による構造物の造形を制御する造形制御部とを備える造形装置であって、前記造形制御部は、第１位置を前記エネルギビームの照射位置としてエネルギビームを照射して第１造形物を造形し、且つ、前記第１造形物の第２位置を前記エネルギビームの照射位置として前記第１造形物に前記エネルギビームを照射して第２造形物を造形することにより、第１構造層を造形するように、前記造形部を制御し、且つ、前記第１構造層の第３位置を前記エネルギビームの照射位置として前記第１構造層に前記エネルギビームを照射して第３造形物を造形し、且つ、前記第３造形物の第４位置を前記エネルギビームの照射位置として前記第３造形物に前記エネルギビームを照射して第４造形物を造形することにより、第２構造層を造形するように、前記造形部を制御し、且つ、前記第１位置と前記第２位置の前記光学系の光軸方向に沿った距離、及び、前記第３位置と前記第４位置の前記光軸方向に沿った距離の少なくとも一つが、前記第２位置と前記第３位置の前記光軸方向に沿った距離よりも短くなるように、前記造形部を制御し、且つ、前記第１位置と前記第２位置の前記光軸方向と交差する交差方向に沿った距離、及び、前記第３位置と前記第４位置の前記交差方向に沿った距離の少なくとも一つが、前記第２位置と前記第３位置の前記交差方向に沿った距離よりも短くなるように、前記造形部を制御し、且つ、少なくとも前記第１構造層、及び、前記第２構造層を含み、前記光軸方向に対して傾斜した構造物を造形するように、前記造形部を制御する造形装置が提供される。
【０００５】
第２の態様によれば、エネルギビームを射出する光学系を含むビーム照射部と、前記エネルギビームの照射位置に造形材料を供給する材料供給部を少なくとも備える造形部と、前記造形部による構造物の造形を制御する造形制御部とを備える造形装置であって、前記造形制御部は、重力方向に対して第１の角度で交差する傾斜面を含む第１構造物を造形するための第１動作モードと、前記重力方向に対して第２の角度で交差する傾斜面を含む第２構造物を造形するための第２動作モードとを、ユーザによる入力に応じて切替え可能である造形装置が提供される。
【０００６】
第３の態様によれば、エネルギビームを射出する光学系を含むビーム照射部と、前記エネルギビームの照射位置に造形材料を供給する材料供給部とを少なくとも備える造形部と、前記造形部による構造物の造形を制御する造形制御部とを備える造形装置であって、前記造形制御部は、前記光学系の光軸方向と交差する交差面内における走査方向に沿って、第１位置を前記エネルギビームの照射位置又は集光位置として、前記エネルギビームを移動させることによって前記走査方向に沿って延びる第１造形物を造形し、前記交差面内における走査方向に沿って、第２位置を前記エネルギビームの照射位置又は集光位置として、前記エネルギビームを移動させることによって前記走査方向に沿って延びる第２造形物を造形することにより第１構造層を造形するように、前記造形部を制御し、且つ、前記第１造形物の少なくとも一部の第３位置を前記エネルギビームの照射位置又は集光位置として、前記エネルギビームを移動させることによって前記走査方向に沿って延びる第３造形物を造形し、前記第２造形物の少なくとも一部の第４位置を前記エネルギビームの照射位置又は集光位置として、前記エネルギビームを移動させることによって前記走査方向に沿って延びる第４造形物を造形することにより、第２構造層を造形するよう前記造形部を制御し、且つ、前記第１造形物と前記第２造形物とは、前記走査方向と交差する方向に並んで造形され、前記第３造形物と前記第４造形物とは、前記走査方向と交差する方向に並んで造形されるよう、前記造形部を制御し、且つ、少なくとも前記第１構造層及び前記第２構造層を含む構造層を形成することにより前記光軸方向に対して傾斜した構造物を造形するように、前記造形部を制御する造形装置が提供される。
【０００７】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、本実施形態の造形装置のシステム構成を示すブロック図である。
図２は、本実施形態の造形装置の構造を示す断面図である。
図３は、本実施形態の造形装置の構造を示す断面図である。
図４（ａ）から図４（ｅ）のそれぞれは、ワーク上のある領域に造形光を照射し且つ造形材料を供給した場合の様子を示す断面図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）のそれぞれは、造形光の照射目標位置を示す断面図である。
図６（ａ）及び図６（ｂ）のそれぞれは、造形光の照射目標位置を示す断面図である。
図７（ａ）から図７（ｃ）のそれぞれは、３次元構造物を造形する過程を示す断面図である。
図８（ａ）は、傾斜構造物の一例を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、傾斜構造物の一例を示す断面図である。
図９（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図１０（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図１１は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図１２（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図１２（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図１３は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図１４（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図１４（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図１５（ａ）から図１５（ｂ）のそれぞれは、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図１６（ａ）から図１６（ｃ）のそれぞれは、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図１７（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図１７（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図１８（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図１８（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図１９（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図１９（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図２０（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図２１（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図２１（ａ）は、傾斜構造物の一例を示す斜視図であり、図２１（ｂ）は、傾斜構造物の一例を示す断面図である。
図２２（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図２２（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図２３（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図２３（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図２４（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図２４（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図２５（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図２５（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図２６（ａ）は、傾斜構造物の一例を示す斜視図であり、図２６（ｂ）は、傾斜構造物の一例を示す断面図である。
図２７（ａ）及び図２７（ｂ）のそれぞれは、重力方向に対する傾斜面の傾斜角度を示す断面図である。
図２８は、第１動作モードと第２動作モードとを示すグラフである。
図２９は、第１動作モードと第２動作モードとを示すグラフである。
図３０は、第１動作モードと第２動作モードとを示すグラフである。
図３１は、第１動作モードと第２動作モードとを示すグラフである。
図３２は、第１動作モードと第２動作モードとを示すグラフである。
図３３（ａ）は、厚板状の傾斜構造物の一例を示す斜視図であり、図３３（ｂ）は、厚板状の傾斜構造物の一例を示す断面図である。
図３４は、厚板状の傾斜構造物を構成する構造層を示す平面図である。
図３５は、厚板状の傾斜構造物を構成する構造層を示す平面図である。
図３６（ａ）は、外壁面及び内壁面の双方が傾斜面となる厚板状の傾斜構造物の一例を示す斜視図であり、図３６（ｂ）は、外壁面及び内壁面の双方が傾斜面となる厚板状の傾斜構造物の一例を示す断面図である。
図３７は、外壁面及び内壁面の双方が傾斜面となる厚板状の傾斜構造物を構成する構造層を示す平面図である。
図３８（ａ）は、走査方向に沿って倒れるように傾斜した傾斜面を備える傾斜構造物の一例を示す斜視図であり、図３８（ｂ）は、走査方向に沿って倒れるように傾斜した傾斜面を備える傾斜構造物の一例を示す断面図である。
図３９（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図３９（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図４０（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図４０（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図４１（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図４１（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図４２（ａ）は、傾斜構造物の一例を示す斜視図であり、図４２（ｂ）は、傾斜構造物の一例を示す断面図である。
図４３は、空隙構造物の一例を示す断面図である。
図４４は、空隙構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図４５は、空隙構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図４６は、空隙構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図４７は、空隙構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図４８（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図４８（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図４９（ａ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す斜視図であり、図４９（ｂ）は、傾斜構造物を造形する一の工程を示す断面図である。
図５０は、回転するステージを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、造形装置及び造形方法の実施形態について説明する。以下では、物体の一例であるワークＷに対する加工を行うことが可能な造形装置ＳＹＳを用いて、造形装置及び造形方法の実施形態を説明する。特に、以下では、レーザ肉盛溶接法（ＬＭＤ：ＬａｓｅｒＭｅｔａｌＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）に基づく付加加工を行う造形装置ＳＹＳを用いて、造形装置及び造形方法の実施形態を説明する。レーザ肉盛溶接法に基づく付加加工は、ワークＷに供給した造形材料Ｍを造形光ＥＬ（つまり、光の形態を有するエネルギビーム）で溶融することで、ワークＷと一体化された又はワークＷから分離可能な造形物を造形する付加加工である。但し、造形装置ＳＹＳは、レーザ肉盛溶接法とは異なる方法に基づく付加加工を行ってもよい。或いは、造形装置ＳＹＳは、付加加工とは異なる任意の加工（例えば、除去加工）を行ってもよい。
【００１０】
尚、レーザ肉盛溶接法（ＬＭＤ）は、ダイレクト・メタル・デポジション、ディレクテッド・エナジー・デポジション、レーザクラッディング、レーザ・エンジニアード・ネット・シェイピング、ダイレクト・ライト・ファブリケーション、レーザ・コンソリデーション、シェイプ・デポジション・マニュファクチャリング、ワイヤ－フィード・レーザ・デポジション、ガス・スルー・ワイヤ、レーザ・パウダー・フージョン、レーザ・メタル・フォーミング、セレクティブ・レーザ・パウダー・リメルティング、レーザ・ダイレクト・キャスティング、レーザ・パウダー・デポジション、レーザ・アディティブ・マニュファクチャリング、レーザ・ラピッド・フォーミングと称してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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