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公開番号2025085862
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-06
出願番号2023199534
出願日2023-11-27
発明の名称三次元積層造形評価システム、および、三次元積層造形評価方法
出願人三菱重工業株式会社
代理人SSIP弁理士法人
主分類B23K 26/34 20140101AFI20250530BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】溶融池の品質を正確に評価できる三次元積層造形評価システム、および、三次元積層造形評価方法を提供する。
【解決手段】三次元積層造形評価システムは、敷設された粉末層を溶融させるためのビームを照射するように構成された照射装置と、照射装置からのビームを粉末層に向けて反射すると共に、ビームの反射角度を変更することで、粉末層におけるビームの照射位置を移動させるための走査装置と、粉末層の照射位置に形成される溶融池からの発光の強度を計測するための光計測装置と、走査装置と照射装置の間に配置され、走査装置によって反射される発光を、光計測装置に向けて反射するように構成された反射装置と、反射装置と光計測装置との間に配置される第1レンズを含み、第1レンズの光軸方向である第1光軸方向に第1レンズを移動するように構成された第1集光位置変更装置とを備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
敷設された粉末層を溶融させるためのビームを照射するように構成された照射装置と、
前記照射装置からの前記ビームを前記粉末層に向けて反射すると共に、前記ビームの反射角度を変更することで、前記粉末層における前記ビームの照射位置を移動させるための走査装置と、
前記粉末層の前記照射位置に形成される溶融池からの発光の強度を計測するための光計測装置と、
前記走査装置と前記照射装置の間に配置され、前記走査装置によって反射される前記発光を、前記光計測装置に向けて反射するように構成された反射装置と、
前記反射装置と前記光計測装置との間に配置される第１レンズを含み、前記第１レンズの光軸方向である第１光軸方向に前記第１レンズを移動するように構成された第１集光位置変更装置と
を備える三次元積層造形評価システム。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記走査装置による前記反射角度の変更に応じて前記第１レンズが前記第１光軸方向に移動するよう、前記第１集光位置変更装置を制御するための第１集光制御部をさらに備える
請求項１に記載の三次元積層造形評価システム。
【請求項３】
前記第１集光位置変更装置と前記反射装置の間で固定される第１集光レンズをさらに備え、
前記第１レンズは、第１拡散レンズを有し、
前記第１集光制御部は、前記走査装置による前記反射角度の変更によって前記走査装置と前記照射位置との間のビーム経路長が増大する場合に、前記第１拡散レンズが前記第１集光レンズから離れる方向へ移動するよう、前記第１集光位置変更装置を制御するように構成される
請求項２に記載の三次元積層造形評価システム。
【請求項４】
前記光計測装置によって計測される前記発光の強度が許容範囲に収まらない場合、前記溶融池に異常があると判定するための異常判定部をさらに備える
請求項１乃至３の何れか１項に記載の三次元積層造形評価システム。
【請求項５】
前記異常判定部によって参照される前記許容範囲は、前記粉末層における前記照射位置によらず、同じである
請求項４に記載の三次元積層造形評価システム。
【請求項６】
前記反射装置と前記照射装置との間に配置される第２レンズを含み、前記第２レンズの光軸方向である第２光軸方向に前記第２レンズを移動するように構成された第２集光位置変更装置をさらに備える
請求項１または２に記載の三次元積層造形評価システム。
【請求項７】
前記走査装置による前記反射角度の変更に応じて前記第２レンズが前記第２光軸方向に移動するよう、前記第２集光位置変更装置を制御するための第２集光制御部をさらに備える
請求項６に記載の三次元積層造形評価システム。
【請求項８】
前記第２集光位置変更装置と前記反射装置の間に配置される第２集光レンズをさらに備え、
前記第２レンズは、第２拡散レンズを有し、
前記第２集光制御部は、前記走査装置による前記反射角度の変更によって前記走査装置と前記照射位置の間のビーム経路長が増大する場合に、前記第２拡散レンズが前記第２集光レンズから離れる方向へ移動するよう、前記第２集光位置変更装置を制御するように構成される
請求項７に記載の三次元積層造形評価システム。
【請求項９】
粉末層のビームの照射位置に形成される溶融池からの発光の強度を、光計測装置を用いて計測する計測ステップと、
前記計測ステップの実行時、前記発光を前記光計測装置に向けて反射する反射装置と前記光計測装置の間に配置される第１レンズを、前記粉末層における前記照射位置に応じて、前記第１レンズの光軸方向である第１光軸方向に前記第１レンズを移動する第１レンズ移動ステップと
を備える三次元積層造形評価方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元積層造形評価システム、および、三次元積層造形評価方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、敷設された粉末層にビームを照射することで造形物を形成する三次元造形装置が知られている。例えば、特許文献１に開示される三次元造形装置は、粉末敷設面（構築面）にレーザビームを照射するためのレーザを備える。照射されるレーザビームは、集束システムを通過して粉末敷設面に投影される。粉末敷設面において形成される溶融池が放つ光などに起因する光エネルギーは、集束システムおよび部分反射ミラーを経由して、軸上光学センサに入射する。軸上光学センサによって生成されるデータは、造形プロセス中の熱エネルギー密度の決定に利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２０２３－５３１１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の三次元造形装置では、粉末敷設面上の投影位置が移動すると、溶融池から軸上光学センサまでの光路長が変化する。この場合、溶融池から放たれる光が軸上光学センサで集光されず、溶融池における熱エネルギー密度が正確に計測されない虞がある。よって、溶融池における品質を正確に評価できない虞がある。
より具体的な一例を挙げると、上記の三次元造形装置では、溶融池の真上にある金属プルームの光が軸上光学センサにて集光し、溶融池において異常があるか正確に評価できない虞がある。
【０００５】
本開示の目的は、溶融池の品質を正確に評価できる三次元積層造形評価システム、および、三次元積層造形評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の少なくとも一実施形態に係る三次元積層造形評価システムは、
敷設された粉末層を溶融させるためのビームを照射するように構成された照射装置と、
前記照射装置からの前記ビームを前記粉末層に向けて反射すると共に、前記ビームの反射角度を変更することで、前記粉末層における前記ビームの照射位置を移動させるための走査装置と、
前記粉末層の前記照射位置に形成される溶融池からの発光の強度を計測するための光計測装置と、
前記走査装置と前記照射装置の間に配置され、前記走査装置によって反射される前記発光を、前記光計測装置に向けて反射するように構成された反射装置と、
前記反射装置と前記光計測装置との間に配置される第１レンズを含み、前記第１レンズの光軸方向である第１光軸方向に前記第１レンズを移動するように構成された第１集光位置変更装置と
を備える。
【０００７】
本開示の少なくとも一実施形態に係る三次元積層造形評価方法は、
粉末層のビームの照射位置に形成される溶融池からの発光の強度を、光計測装置を用いて計測する計測ステップと、
前記計測ステップの実行時、前記発光を前記光計測装置に向けて反射する反射装置と前記光計測装置の間に配置される第１レンズを、前記粉末層における前記照射位置に応じて、前記第１レンズの光軸方向である第１光軸方向に前記第１レンズを移動する第１レンズ移動ステップと
を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、溶融池の品質を正確に評価できる三次元積層造形評価システム、および、三次元積層造形評価方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
一実施形態に係る三次元積層造形装置の概略図である。
一実施形態に係る三次元積層造形評価システムの概略図である。
一実施形態に係る粉末層におけるビームの照射位置を示す概略図である。
一実施形態に係るコントローラの概略図である。
一実施形態に係る三次元積層造形評価方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
（【００１１】以降は省略されています）

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