本發(fā)明關(guān)于造形裝置及造形方法，更詳言之，關(guān)于在對(duì)象面上形成三維造形物的造形裝置及造形方法。本發(fā)明的造形裝置及造形方法，能非常合適地用于基于快速原型設(shè)計(jì)(有時(shí)也被稱為3d打印或附加制造、或直接數(shù)字制造)的三維造形物的形成。

背景技術(shù)：

從cad數(shù)據(jù)直接生成3d(三維)形狀的技術(shù)，被稱為快速原型設(shè)計(jì)(有時(shí)也被稱為3d打印或附加制造、或直接數(shù)字制造，但以下使用快速原型設(shè)計(jì)作為總稱)，有助于在極短的前置時(shí)間制作主要以形狀確認(rèn)為目的的試作品。通過3d打印機(jī)等快速原型設(shè)計(jì)來形成三維造形物的造形裝置，若以處理材料分類，能大分為處理樹脂者與處理金屬者。以快速原型設(shè)計(jì)制作的金屬制三維造形物，與樹脂制的場(chǎng)合不同地專作為實(shí)際零件使用。即，并非形狀確認(rèn)用的試作零件，而使之作為實(shí)際機(jī)械構(gòu)造物的一部分(不論其為量產(chǎn)品或試作品)來發(fā)揮功能。作為既有的金屬用3d打印機(jī)(以下簡(jiǎn)稱為m3dp(metal3dprinter))，有pbf(powderbedfusion)與ded(directedenergydeposition)的兩種類為眾所皆知。

pbf在搭載被加工物的底床上積層較薄的燒結(jié)金屬粉末，對(duì)該處利用電流鏡等掃描一高能量的激光束，并使光束接觸的部分熔融并凝固。在一層量的描繪結(jié)束后，底床下降一層量的厚度，在該處再度涂抹燒結(jié)金屬的粉末，反復(fù)相同動(dòng)作。以此方式逐層反復(fù)進(jìn)行造形，而制得所欲的三維形狀。

pbf因其造形原理，本質(zhì)上存在幾個(gè)問題點(diǎn)：(1)零件的制作精度不充分，(2)完工的表面粗度差，(3)處理速度慢，以及(4)燒結(jié)金屬粉末的處理麻煩且費(fèi)事等。

ded采取使熔解后的金屬材料附著于加工對(duì)象的方法。例如，對(duì)以聚光透鏡聚集的激光束的焦點(diǎn)附近噴射粉末金屬。之后，該粉末金屬因激光照射而熔解成為液體狀。若在該焦點(diǎn)附近有加工對(duì)象，則該液體化的金屬附著于加工對(duì)象，被冷卻而再度凝固。此焦點(diǎn)部分即為所謂筆尖，能在加工對(duì)象表面陸續(xù)描繪“具有厚度的線”。通過加工對(duì)象及加工頭(激光及粉末噴射頭等其他)的一方相對(duì)另一方基于cad數(shù)據(jù)適切地相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而能形塑出所欲形狀(參照例如專利文獻(xiàn)1)。

由此點(diǎn)可知，在ded，由于粉末材料從加工頭視需要而噴射所需的量，不會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi)且也無須在大量剩余粉末中進(jìn)行加工。

如上所述，ded相較于pbf，雖在作為原材料的粉末金屬的處理等已有謀求改善，但應(yīng)改善的點(diǎn)仍多。

在此種背景下，被強(qiáng)烈期待能提升作為形成三維造形物的造形裝置的工作機(jī)械的便利性、最終能提升制造的經(jīng)濟(jì)合理性。

先行技術(shù)文獻(xiàn)

[專利文獻(xiàn)1]美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2003/02606820號(hào)說明書

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

用以解決課題的手段

根據(jù)本發(fā)明的第1態(tài)樣，提供一種造形裝置，在對(duì)象面上形成三維造形物，其具備：移動(dòng)系統(tǒng)，使前述對(duì)象面移動(dòng)；光束造形系統(tǒng)，具有包含射出光束的聚光光學(xué)系的光束照射部、以及供給被來自前述光束照射部的光束照射的造形材料的材料處理部；以及控制裝置，根據(jù)形成于前述對(duì)象面上的三維造形物的3d數(shù)據(jù)控制前述移動(dòng)系統(tǒng)與前述光束造形系統(tǒng)，以一邊使前述對(duì)象面與來自前述光束照射部的光束相對(duì)移動(dòng)、一邊從前述材料處理部供給前述造形材料從而對(duì)前述對(duì)象面上的目標(biāo)部位施加造形；能變更在前述聚光光學(xué)系的射出面?zhèn)鹊募榷鎯?nèi)的前述光束的強(qiáng)度分布。

此處的對(duì)象面為設(shè)定造形的目標(biāo)部位的面，既定面也可為在造形時(shí)應(yīng)將該對(duì)象面對(duì)齊的假想面。該既定面例如也可為與聚光光學(xué)系的光軸垂直的面。該既定面也可為聚光光學(xué)系的后側(cè)焦點(diǎn)面或其附近的面。

由此，能將加工精度良好的三維造形物形成于對(duì)象面上。

根據(jù)本發(fā)明的第2態(tài)樣，提供一種造形方法，在對(duì)象面上形成三維造形物，其包含：以一邊使從包含聚光光學(xué)系的光束照射部的光束與對(duì)象面相對(duì)移動(dòng)、一邊供給被以前述光束照射的造形材料從而對(duì)前述對(duì)象面上的目標(biāo)部位施加造形的方式，根據(jù)形成于前述對(duì)象面上的三維造形物的3d數(shù)據(jù)控制前述對(duì)象面的移動(dòng)與來自前述光束照射部的前述光束的射出狀態(tài)及前述造形材料的供給狀態(tài)的至少一方的動(dòng)作；能變更在前述聚光光學(xué)系的射出面?zhèn)鹊募榷鎯?nèi)的前述光束的強(qiáng)度分布。

由此，能將加工精度良好的三維造形物形成于對(duì)象面上。

附圖說明

圖1是顯示一實(shí)施形態(tài)的造形裝置的整體構(gòu)成的方塊圖。

圖2是將移動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成與測(cè)量系統(tǒng)一起概略顯示的圖。

圖3是顯示搭載有工件的移動(dòng)系統(tǒng)的立體圖。

圖4是將光束造形系統(tǒng)與搭載有工件的載臺(tái)一起顯示的圖。

圖5是顯示構(gòu)成光束造形系統(tǒng)所具備的光束照射部的一部分的光源系構(gòu)成一例的圖。

圖6是顯示來自光源系的平行光束照射于反射鏡陣列，來自多個(gè)反射鏡元件各個(gè)的反射光束對(duì)聚光光學(xué)系的入射角度被個(gè)別控制的狀態(tài)的圖。

圖7是將光束造形系統(tǒng)所具備的材料處理部與聚光光學(xué)系一起顯示的圖。

圖8是顯示形成于材料處理部的噴頭的多個(gè)供給口與開閉該多個(gè)供給口的各個(gè)的開閉構(gòu)件的圖。

圖9(a)是將圖4的圓a內(nèi)放大顯示的圖，圖9(b)是顯示圖9(a)所示的一文字區(qū)域與掃描方向的關(guān)系的圖。

圖10是顯示形成于造形面上的光束照射區(qū)域的一例的圖。

圖11是顯示以造形裝置的控制系為中心構(gòu)成的控制裝置的輸出入關(guān)系的方塊圖。

圖12(a)及圖12(b)是用以將一實(shí)施形態(tài)的造形裝置的一個(gè)效果與以往技術(shù)比較說明的圖。

圖13是用以說明使用分別形成于三個(gè)一文字區(qū)域的三個(gè)一文字光束對(duì)工件進(jìn)行附加加工的例的圖。

圖14是顯示圖13所示的三個(gè)一文字區(qū)域的配置與掃描方向的關(guān)系的圖。

圖15(a)及圖15(b)是用以說明通過稍微加粗一文字區(qū)域的寬度以增厚涂布層厚度的例的圖。

具體實(shí)施方式

以下，根據(jù)圖1～圖15(b)說明一實(shí)施形態(tài)。圖1是以方塊圖顯示一實(shí)施形態(tài)的造形裝置100的整體構(gòu)成。

造形裝置100是ded方式的m3dp。造形裝置100雖能用于通過快速原型設(shè)計(jì)在后述的載臺(tái)12上形成三維造形物，但也能用于對(duì)工件(例如既有的零件)進(jìn)行三維造形的附加加工。本實(shí)施形態(tài)中，以后者的對(duì)工件進(jìn)行附加加工的場(chǎng)合為中心進(jìn)行說明。在實(shí)際的制造業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，一般而言會(huì)對(duì)以別的制法、別的材料或別的工作機(jī)械作成的零件進(jìn)一步反復(fù)加工而完工成所欲的零件，而對(duì)于三維造形的附加加工，其要求也潛在相同。

造形裝置100具備移動(dòng)系統(tǒng)200、測(cè)量系統(tǒng)400及光束造形系統(tǒng)500、以及包含這些系統(tǒng)且控制造形裝置100整體的控制裝置600。其中，測(cè)量系統(tǒng)400、光束造形系統(tǒng)500，在既定方向分離配置。以下說明中為了方便，測(cè)量系統(tǒng)400與光束造形系統(tǒng)500在后述的x軸方向(參照?qǐng)D2)分離配置。

圖2是將移動(dòng)系統(tǒng)200的構(gòu)成與測(cè)量系統(tǒng)400一起概略顯示。又，圖3因此立體圖顯示搭載有工件w的移動(dòng)系統(tǒng)200。以下，將圖2中紙面內(nèi)的左右方向定為y軸方向，將與紙面正交的方向定為x軸方向，將與x軸及y軸正交的方向定為z軸方向，將繞x軸、y軸及z軸的旋轉(zhuǎn)(傾斜)方向分別定為θx、θy及θz方向以進(jìn)行說明。

移動(dòng)系統(tǒng)200，變更造形的對(duì)象面(此處為設(shè)定工件w上的目標(biāo)部位ta的面)tas(參照例如圖4及圖9(a))的位置及姿勢(shì)。具體而言，通過將具有對(duì)象面的工件及搭載該工件的后述載臺(tái)驅(qū)動(dòng)于6自由度方向(x軸、y軸、z軸、θx、θy及θz的各方向)，來進(jìn)行對(duì)象面的6自由度方向的位置變更。本說明書中，針對(duì)載臺(tái)、工件或?qū)ο竺娴?，將θx、θy及θz方向的3自由度方向的位置適當(dāng)?shù)乜偡Q為“姿勢(shì)”，對(duì)應(yīng)于此，將剩余的3自由度方向(x軸、y軸及z軸方向)的位置適當(dāng)?shù)乜偡Q為“位置”。

移動(dòng)系統(tǒng)200，作為變更載臺(tái)的位置及姿勢(shì)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一例具備史都華(stewart)平臺(tái)型的6自由度平行連結(jié)機(jī)構(gòu)。此外，移動(dòng)系統(tǒng)200不限于能將載臺(tái)驅(qū)動(dòng)于6自由度方向者。

移動(dòng)系統(tǒng)200(不過，不合后述平面馬達(dá)的定子)，如圖2所示，配置于以其上面與xy平面大致平行的方式設(shè)置于地f上的底座bs上。移動(dòng)系統(tǒng)200，如圖3所示具有構(gòu)成底座平臺(tái)的俯視正六角狀的滑件10、構(gòu)成末端效應(yīng)器的載臺(tái)12、連結(jié)滑件10與載臺(tái)12的6支能伸縮的桿(連結(jié)件)141～146、以及分別設(shè)于桿141～146而使該各桿伸縮的伸縮機(jī)構(gòu)161～166(在圖3中未圖示，參照?qǐng)D11)。移動(dòng)系統(tǒng)200通過以伸縮機(jī)構(gòu)161～166分別獨(dú)立地調(diào)整桿141～146的長(zhǎng)度而能在三維空間內(nèi)于6自由度控制載臺(tái)12的移動(dòng)的構(gòu)造。移動(dòng)系統(tǒng)200，由于具備史都華平臺(tái)型的6自由度平行連結(jié)機(jī)構(gòu)作為載臺(tái)12的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此有高精度、高剛性、支撐力大、逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算容易等特征。

本實(shí)施形態(tài)的造形裝置100，在對(duì)工件的附加加工時(shí)等，為了對(duì)工件形成所欲形狀的造形物等，相對(duì)光束造形系統(tǒng)500、更具體而言相對(duì)來自后述光束照射部的光束控制工件(載臺(tái)12)的位置及姿勢(shì)。原理上，此相反地來自光束照射部的光束也可為可動(dòng)，光束與工件(載臺(tái))的兩方也可為可動(dòng)。如后所述，由于光束造形系統(tǒng)500為復(fù)雜的構(gòu)成，因此使工件移動(dòng)的方式較為簡(jiǎn)便。

載臺(tái)12，此處是由將正三角形的各頂點(diǎn)部分切離的形狀的板構(gòu)件構(gòu)成。在載臺(tái)12的上面搭載附加加工對(duì)象的工件w。在載臺(tái)12，設(shè)有用以固定工件w的夾具機(jī)構(gòu)13(在圖3中未圖示，參照?qǐng)D11)。作為夾具機(jī)構(gòu)13，使用例如機(jī)械式夾具或真空夾具等。此外，載臺(tái)12不限于圖3所示的形狀，也可為矩形板狀、圓盤狀等任意形狀。

此情形下，如由圖3可清楚得知，桿141～146的各個(gè)的兩端經(jīng)由萬向接頭18而分別連接于滑件10與載臺(tái)12。又，桿141，142連接于載臺(tái)12的三角形的一個(gè)頂點(diǎn)位置附近，通過滑件10與這些桿141，142而成為構(gòu)成大略三角形的配置。同樣地，桿143，144、及桿145，146分別連接于載臺(tái)12的三角形的剩余的各頂點(diǎn)位置附近，而通過滑件10與桿143，144及桿145，146分別成為構(gòu)成大略三角形的配置。

這些桿141～146的各個(gè)，如在圖3針對(duì)桿141代表地顯示般，具有能于各個(gè)的軸方向相對(duì)移動(dòng)的第1軸構(gòu)件20與第2軸構(gòu)件22，第1軸構(gòu)件20的一端(下端)經(jīng)由萬向接頭18安裝于滑件10，第2軸構(gòu)件22的另一端(上端)經(jīng)由萬向接頭安裝于載臺(tái)12。

在第1軸構(gòu)件20的內(nèi)部形成有具段差的圓柱狀中空部，在此中空部的下端側(cè)，收納有例如伸縮型的氣缸。在此氣缸連接有空壓回路及空氣壓源(均未圖示)。又，通過經(jīng)由空壓回路控制從該空氣壓源供給的壓縮空氣以控制氣缸的內(nèi)壓，由此氣缸所具有的活塞往返移動(dòng)于軸方向。在氣缸，返回步驟利用組裝于平行連結(jié)機(jī)構(gòu)時(shí)作用于活塞的重力。

又，在第1軸構(gòu)件20的中空部?jī)?nèi)的上端側(cè)，配置有排列配置于軸方向的多個(gè)電樞線圈所構(gòu)成的電樞單元(未圖標(biāo))。

另一方面，第2軸構(gòu)件22，其一端部(下端部)插入第1軸構(gòu)件20的中空部?jī)?nèi)。在此第2軸構(gòu)件22的一端部，形成有直徑較其他部分小的小徑部，在此小徑部的周圍設(shè)有由磁性體構(gòu)件構(gòu)成的圓管狀可動(dòng)軛。在可動(dòng)軛的外周部設(shè)有由同一尺寸的多個(gè)永久磁石構(gòu)成的中空?qǐng)A柱狀、即圓筒狀的磁石體。此情形下，通過可動(dòng)軛與磁石體，構(gòu)成有中空?qǐng)A柱狀的磁石單元。本實(shí)施形態(tài)中，通過電樞單元與磁石單元，構(gòu)成電磁力線性馬達(dá)的一種即軸馬達(dá)。以此方式構(gòu)成的軸馬達(dá)，通過對(duì)定子即電樞單元的各線圈供給既定周期及既定振幅的正弦波狀驅(qū)動(dòng)電流，而利用磁石單元與電樞單元之間的電磁氣相互作用的一種的電磁相互作用而產(chǎn)生的勞倫茲力(驅(qū)動(dòng)力)使第2軸構(gòu)件22相對(duì)第1軸構(gòu)件20被驅(qū)動(dòng)于軸方向。

即，本實(shí)施形態(tài)中，通過上述的氣缸與軸馬達(dá)將第1軸構(gòu)件20與第2軸構(gòu)件22在軸方向相對(duì)驅(qū)動(dòng)，而分別構(gòu)成使桿141～146的各個(gè)伸縮的前述伸縮機(jī)構(gòu)161～166(參照?qǐng)D11)。

又，軸馬達(dá)的動(dòng)子即磁石單元，經(jīng)由設(shè)于第1軸構(gòu)件20內(nèi)周面的空氣墊而相對(duì)定子即電樞單元以非接觸方式被支撐。

又，在圖3中雖省略圖示，但于桿141～146分別設(shè)有檢測(cè)以第1軸構(gòu)件20作為基準(zhǔn)的第2軸構(gòu)件22的軸方向位置的絕對(duì)型的線性編碼器241～246，這些線性編碼器241～246的輸出供給至控制裝置600(參照?qǐng)D11)。以線性編碼器241～246檢測(cè)出的第2軸構(gòu)件22的軸方向位置，對(duì)應(yīng)于桿141～146各個(gè)的長(zhǎng)度。

根據(jù)線性編碼器241～246的輸出，伸縮機(jī)構(gòu)161～166被控制裝置600所控制(參照?qǐng)D11)。與本實(shí)施形態(tài)的移動(dòng)系統(tǒng)200相同的平行鏈接機(jī)構(gòu)的構(gòu)成詳細(xì)，揭示于例如美國(guó)發(fā)明專利第6,940,582號(hào)說明書，控制裝置600通過與上述美國(guó)發(fā)明專利說明書所揭示相同的方法，使用逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算經(jīng)由伸縮機(jī)構(gòu)161～166控制載臺(tái)12的位置及姿勢(shì)。

移動(dòng)系統(tǒng)200中，分別設(shè)于桿141～146的伸縮機(jī)構(gòu)161～1663，由于具有相互串聯(lián)(或并聯(lián))配置的氣缸與電磁力線性馬達(dá)的一種即軸馬達(dá)，因此控制裝置600能通過氣缸的空壓控制，將載臺(tái)12粗略大幅驅(qū)動(dòng)，且通過軸馬達(dá)細(xì)幅地使的微動(dòng)。此結(jié)果，能在短時(shí)間且正確地進(jìn)行載臺(tái)12的6自由度方向的位置(即位置及姿勢(shì))控制。

又，桿141～146的各個(gè)，由于具有將軸馬達(dá)的動(dòng)子即磁石單元相對(duì)定子即電樞單元以非接觸方式支撐的空氣墊，因此能避免在控制藉伸縮機(jī)構(gòu)對(duì)桿的伸縮時(shí)的作為非線性成分的摩擦，由此，能更高精度地進(jìn)行載臺(tái)12的位置及姿勢(shì)的控制。

又，本實(shí)施形態(tài)中，由于作為構(gòu)成伸縮機(jī)構(gòu)944～946的電磁力線性馬達(dá)使用軸馬達(dá)，在該軸馬達(dá)中使用在動(dòng)子側(cè)使用了圓筒狀磁石的磁石單元，因此能于該磁石的放射方向全方向產(chǎn)生磁通(磁場(chǎng))，使該全方向的磁通有助于因電磁相互作用所致的勞倫茲力(驅(qū)動(dòng)力)的產(chǎn)生，與例如一般線性馬達(dá)等相較能使明顯較大的推力產(chǎn)生，相較于油壓汽缸等更容易小型化。

因此，通過各桿分別包含軸馬達(dá)的移動(dòng)系統(tǒng)200，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型且輕量化與輸出的提升，而能非常合適地用于造形裝置100。

又，控制裝置600，能通過控制分別構(gòu)成伸縮機(jī)構(gòu)的氣缸的空壓來將低頻振動(dòng)制振且通過對(duì)軸馬達(dá)的電流控制使高頻振動(dòng)絕緣。

移動(dòng)系統(tǒng)200，進(jìn)一步具備平面馬達(dá)26(參照?qǐng)D11)。在滑件10的底面設(shè)有由磁石單元(或線圈單元)所構(gòu)成的平面馬達(dá)26的動(dòng)子，對(duì)應(yīng)于此在底座bs內(nèi)部收容有由線圈單元(或磁石單元)所構(gòu)成的平面馬達(dá)26的定子。在滑件10底面以包圍動(dòng)子的方式設(shè)有多個(gè)空氣軸承(空氣靜壓軸承)，通過多個(gè)空氣軸承，滑件10隔著既定的空隙(間隔或間隙)懸浮支撐于作成高平坦度的底座bs的上面(導(dǎo)引面)上。通過利用平面馬達(dá)26的定子與動(dòng)子之間的電磁相互作用而產(chǎn)生的電磁力(勞倫茲力)，滑件10相對(duì)底座bs的上面以非接觸方式在xy平面內(nèi)被驅(qū)動(dòng)。本實(shí)施形態(tài)中，移動(dòng)系統(tǒng)200如圖1所示，能在測(cè)量系統(tǒng)400及光束造形系統(tǒng)500、以及工件搬送系300(在圖1中未圖示，參照?qǐng)D11)的配置位置相互間使載臺(tái)12移動(dòng)自如。此外，移動(dòng)系統(tǒng)200也可分別具備搭載工件w的多個(gè)載臺(tái)12。例如也可在對(duì)多個(gè)載臺(tái)的一個(gè)所保持的工件進(jìn)行使用了光束造形系統(tǒng)500的加工的期間，對(duì)另一個(gè)載臺(tái)所保持的工件進(jìn)行使用了測(cè)量系統(tǒng)400的測(cè)量。在此種情形下，只要在測(cè)量系統(tǒng)400及光束造形系統(tǒng)500、以及工件搬送系300(在圖1中未圖示，參照?qǐng)D11)的配置位置相互間使各個(gè)載臺(tái)移動(dòng)自如即可?；蛘?，在采用設(shè)置專用測(cè)量系統(tǒng)400的測(cè)量時(shí)保持工件的載臺(tái)與專用光束造形系統(tǒng)500的加工時(shí)保持工件的載臺(tái)，且工件對(duì)該兩個(gè)載臺(tái)的搬入及搬出可通過工件搬送系等進(jìn)行的構(gòu)成時(shí)，各個(gè)滑件10也可固定于底座bs上。即使在設(shè)置多個(gè)載臺(tái)12的場(chǎng)合，各個(gè)載臺(tái)12也可移動(dòng)于6自由度方向，且其6自由度方向的位置也能控制。

此外，作為平面馬達(dá)26并不限于氣浮方式，也可使用磁浮式的平面馬達(dá)。在后者的場(chǎng)合，不需對(duì)滑件10設(shè)置空氣軸承。又，作為平面馬達(dá)26，也可使用動(dòng)磁型、動(dòng)圈型的任一者。

控制裝置600，通過控制對(duì)構(gòu)成平面馬達(dá)26的線圈單元的各線圈供給的電流的大小及方向的至少一方，而能將滑件10在底座bs上自由驅(qū)動(dòng)于x、y二維方向。

本實(shí)施形態(tài)中，移動(dòng)系統(tǒng)200具備測(cè)量滑件10在x軸方向及y軸方向的位置信息的位置測(cè)量系28(參照?qǐng)D11)。作為位置測(cè)量系28能使用二維絕對(duì)編碼器。具體而言，在底座bs的上面設(shè)置具有涵蓋x軸方向全長(zhǎng)的既定寬度的帶狀絕對(duì)碼(code)的二維標(biāo)尺，與此對(duì)應(yīng)地，在滑件10底面設(shè)置發(fā)光元件等光源與x讀頭及y讀頭，該x讀頭及y讀頭由分別接收來自被從該光源射出的光束照明的二維標(biāo)尺的反射光的排列于x軸方向的一維受光元件陣列及排列于y軸方向的一維受光元件陣列所構(gòu)成。作為二維標(biāo)尺，使用例如在非反射性的基材(反射率0％)上沿著彼此正交的2方向(x軸方向及y軸方向)以一定周期二維排列有多個(gè)正方形反射部(標(biāo)記)且反射部的反射特性(反射率)具有依循既定規(guī)則的階度者。作為二維絕對(duì)編碼器，也可采用例如與美國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開第2014/0070073號(hào)公報(bào)所揭示的二維絕對(duì)編碼器相同的構(gòu)成。通過與美國(guó)發(fā)專利申請(qǐng)公開第2014/0070073號(hào)公報(bào)相同構(gòu)成的絕對(duì)型二維編碼器，能進(jìn)行與以往的遞增編碼器同等的高精度二維位置信息的測(cè)量。由于是絕對(duì)編碼器，因此與遞增編碼器不同地，不需要進(jìn)行原點(diǎn)檢測(cè)。位置測(cè)量系28的測(cè)量信息被送至控制裝置600。

本實(shí)施形態(tài)中，如后所述，通過測(cè)量系統(tǒng)400測(cè)量搭載于載臺(tái)12上的工件w上的對(duì)象面(例如上面)的至少一部分的三維空間內(nèi)的位置信息(在本實(shí)施形態(tài)中為形狀信息)，在該測(cè)量后進(jìn)行對(duì)工件w的附加加工(造形)。因此，控制裝置600，在已測(cè)量工件w上的對(duì)象面的至少一部分形狀信息時(shí)，通過使其測(cè)量結(jié)果與其測(cè)量時(shí)設(shè)于桿141～146的線性編碼器241～246的測(cè)量結(jié)果及位置測(cè)量系28的測(cè)量結(jié)果建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，而能將搭載于載臺(tái)12的工件w上的對(duì)象面的位置及姿勢(shì)與造形裝置100的基準(zhǔn)坐標(biāo)系(以下稱為載臺(tái)坐標(biāo)系)建立關(guān)聯(lián)。由此，在其后通過基于線性編碼器241～246及位置測(cè)量系28的測(cè)量結(jié)果的載臺(tái)12的6自由度方向位置的開環(huán)(openloop)控制，即能控制工件w上的對(duì)象面tas的相對(duì)于目標(biāo)值的在6自由度方向的位置。本實(shí)施形態(tài)中，由于作為線性編碼器241～246及位置測(cè)量系28使用絕對(duì)型編碼器而不需要找出原點(diǎn)，因此重設(shè)容易。此外，能用于控制載臺(tái)12在6自由度方向位置的通過開環(huán)控制所致的工件w上的對(duì)象面的相對(duì)于目標(biāo)值的在6自由度方向的位置的、待以測(cè)量系統(tǒng)400測(cè)量的前述三維空間內(nèi)的位置信息，不論形狀為何，只要為對(duì)應(yīng)對(duì)象面形狀的至少3點(diǎn)三維位置信息即足夠。

此外，上述實(shí)施形態(tài)中，雖說明了作為將滑件10在xy平面內(nèi)驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置使用平面馬達(dá)26的場(chǎng)合，但也可取代平面馬達(dá)26而使用線性馬達(dá)。此情形下，也可構(gòu)成取代前述二維絕對(duì)編碼器而改由絕對(duì)型線性編碼器測(cè)量滑件10的位置信息的位置測(cè)量系。又，測(cè)量滑件10的位置信息的位置測(cè)量系不限于編碼器，也可使用干涉儀系統(tǒng)構(gòu)成。

又，上述實(shí)施形態(tài)中，雖例示了使用將滑件在xy平面內(nèi)驅(qū)動(dòng)的平面馬達(dá)與通過滑件構(gòu)成底座平臺(tái)的史都華平臺(tái)型的6自由度平行鏈接機(jī)構(gòu)來構(gòu)成驅(qū)動(dòng)載臺(tái)的機(jī)構(gòu)的場(chǎng)合，但不限于此，也可使用其他類型的平行連結(jié)機(jī)構(gòu)或平行連結(jié)機(jī)構(gòu)以外的機(jī)構(gòu)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)載臺(tái)的機(jī)構(gòu)。例如，也可采用在xy平面內(nèi)移動(dòng)的滑件與在滑件上將載臺(tái)12驅(qū)動(dòng)于z軸方向及相對(duì)于xy平面的傾斜方向的z傾斜驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。作為此種z傾斜驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一例，可舉出將載臺(tái)12在三角形的各頂點(diǎn)位置經(jīng)由例如萬向接頭等其他接頭從下方予以支撐且具有能將各支撐點(diǎn)彼此獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)于z軸方向的三個(gè)致動(dòng)器(音圈馬達(dá)等)的機(jī)構(gòu)。不過，驅(qū)動(dòng)移動(dòng)系統(tǒng)200的載臺(tái)的機(jī)構(gòu)的構(gòu)成不限于這些，只要能將載置工件的載臺(tái)(可動(dòng)構(gòu)件)驅(qū)動(dòng)于xy平面內(nèi)的3自由度方向及z軸方向、以及相對(duì)于xy平面的傾斜方向的至少5自由度方向的構(gòu)成即可，也可不具備在xy平面內(nèi)移動(dòng)的滑件。例如也可通過載臺(tái)與驅(qū)動(dòng)此載臺(tái)的機(jī)器人構(gòu)成移動(dòng)系統(tǒng)。不論是何種構(gòu)成，只要使用絕對(duì)型的線性編碼器的組合或該線性編碼器與絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器的組合來構(gòu)成測(cè)量載臺(tái)位置的測(cè)量系，則能使重設(shè)容易。

此外，也可取代移動(dòng)系統(tǒng)200，而采用能將載臺(tái)12驅(qū)動(dòng)于xy平面內(nèi)的3自由度方向及z軸方向、以及相對(duì)于xy平面的傾斜方向(θx或θy)的至少5自由度方向的系統(tǒng)。此情形下，可將載臺(tái)12本身通過氣浮或磁浮隔著既定空隙(間隔或間隙)懸浮支撐(非接觸支撐)于底座bs等的支撐構(gòu)件的上面上。若采用此種構(gòu)成，載臺(tái)由于相對(duì)于支撐載臺(tái)的構(gòu)件以非接觸方式移動(dòng)，因此在定位精度方面極為有利，大幅有助于造形精度的提升。

測(cè)量系統(tǒng)400，進(jìn)行用以將搭載于載臺(tái)12的工件的位置及姿勢(shì)與載臺(tái)坐標(biāo)系建立關(guān)聯(lián)的工件三維位置信息例如形狀的測(cè)量。測(cè)量系統(tǒng)400如圖2所示具備激光非接觸式的三維測(cè)量機(jī)401。三維測(cè)量機(jī)401具備設(shè)置于底座bs上的框架30、安裝于框架30的讀頭部32、安裝于讀頭部32的z軸導(dǎo)件34、設(shè)于z軸導(dǎo)件34下端的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)36、以及連接于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)36下端的傳感器部38。

框架30由延伸于y軸方向的水平構(gòu)件40與將水平構(gòu)件40在y軸方向兩端部從下方予以支撐的一對(duì)柱構(gòu)件42所構(gòu)成。

讀頭部32安裝于框架30的水平構(gòu)件40。

z軸導(dǎo)件34，在讀頭部32安裝成能移動(dòng)于z軸方向，通過z驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)44(在圖2中未圖示，參照?qǐng)D11)被驅(qū)動(dòng)于z軸方向。z軸導(dǎo)件34的z軸方向位置(或自基準(zhǔn)位置起的變位)通過z編碼器46(在圖2中未圖示，參照?qǐng)D11)測(cè)量。

旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)36，將傳感器部38相對(duì)于讀頭部32(z軸導(dǎo)件34)在既定角度范圍(例如90度(π/2)或180度(π)的范圍)內(nèi)繞與z軸平行的旋轉(zhuǎn)中心軸連續(xù)地(或以既定角度步進(jìn))旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。本實(shí)施形態(tài)中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)36的傳感器部38的旋轉(zhuǎn)中心軸，與從構(gòu)成傳感器部38的后述照射部照射的線光的中心軸一致。基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)36的傳感器部38的自基準(zhǔn)位置起的旋轉(zhuǎn)角度(或傳感器部的θz方向位置)是通過例如旋轉(zhuǎn)編碼器等旋轉(zhuǎn)角度傳感器48(在圖2中未圖示，參照?qǐng)D11)被測(cè)量。

傳感器部38是以對(duì)載置于載臺(tái)12上的被檢測(cè)物(圖2中為工件w)照射用以進(jìn)行光切斷的線光的照射部50、以及檢測(cè)因被照射線光而出現(xiàn)光切斷面(線)的被檢測(cè)物的表面的檢測(cè)部52為主體構(gòu)成。又，對(duì)傳感器部38連接有根據(jù)通過檢測(cè)部52檢測(cè)出的影像數(shù)據(jù)求出被檢測(cè)物形狀的運(yùn)算處理部54。運(yùn)算處理部54被本實(shí)施形態(tài)中用以統(tǒng)籌控制造形裝置100的構(gòu)成各部的控制裝置600所包含(參照?qǐng)D11)。

照射部50，由未圖示的圓柱透鏡及具有細(xì)帶狀缺口的狹縫板等構(gòu)成，是接收來自光源的照明光并使扇狀的線光50a產(chǎn)生的部件。作為光源能使用led、激光光源或sld(superluminescentdiode)等。在使用led的場(chǎng)合能廉價(jià)地形成光源。又，在使用激光光源的場(chǎng)合，由于是點(diǎn)光源而能作出像差少的線光，波長(zhǎng)穩(wěn)定性優(yōu)異且半值寬度小，由于能將半值寬度小的濾光器用于雜散光截止，因此能減少干擾的影響。又，在使用sld的場(chǎng)合，除了激光光源的特性以外，由于可干涉性較激光光低，因此能抑制在被檢測(cè)物面的班點(diǎn)的產(chǎn)生。檢測(cè)部52是用以從與照射部50的光照射方向不同的方向拍攝投影于被檢測(cè)物(工件w)表面的線光50a的部件。又，檢測(cè)部52由未圖示的成像透鏡或ccd等構(gòu)成，如后所述使載臺(tái)12移動(dòng)而在線光50a每隔既定間隔掃描時(shí)拍攝被檢測(cè)物(工件w)。此外，照射部50及檢測(cè)部52的位置，被決定成被檢測(cè)物(工件w)表面上的線光50a對(duì)檢測(cè)部52的入射方向與照射部50的光照射方向成既定角度θ。本實(shí)施形態(tài)中，上述既定角度θ設(shè)定為例如45度。

以檢測(cè)部52拍攝的被檢測(cè)物(工件w)的影像數(shù)據(jù)被送至運(yùn)算處理部54，在此處進(jìn)行既定的影像運(yùn)算處理而算出被檢測(cè)物(工件w)表面的高度，以求出被檢測(cè)物(工件w)的三維形狀(表面形狀)。運(yùn)算處理部54，在被檢測(cè)物(工件w)的影像中，根據(jù)對(duì)應(yīng)于被檢測(cè)物(工件w)凹凸而變形的線光50a對(duì)光切斷面(線)的位置信息，就光切斷面(線)(線光91a)延伸的長(zhǎng)度方向的各像素使用三角測(cè)量原理算出被檢測(cè)物(工件w)表面自基準(zhǔn)平面起的高度，進(jìn)行求出被檢測(cè)物(工件w)的三維形狀的運(yùn)算處理。

本實(shí)施形態(tài)中，控制裝置600，使載臺(tái)12移動(dòng)于與投影于被檢測(cè)物(工件w)的線光50a的長(zhǎng)度方向大致直角的方向，由此使線光50a掃描被檢測(cè)物(工件w)的表面?？刂蒲b置600，以旋轉(zhuǎn)角度傳感器48檢測(cè)出傳感器部38的旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)其檢測(cè)結(jié)果使載臺(tái)12移動(dòng)于與線光50a的長(zhǎng)度方向大致直角的方向。如此，本實(shí)施形態(tài)中，由于在測(cè)量被檢測(cè)物(工件w)形狀等時(shí)使載臺(tái)12移動(dòng)，因此作為其前提，在保持工件w而移動(dòng)至測(cè)量系統(tǒng)400的傳感器部38下方的時(shí)點(diǎn)，載臺(tái)12的位置及姿勢(shì)(6自由度方向的位置)隨時(shí)設(shè)定為既定基準(zhǔn)狀態(tài)?；鶞?zhǔn)狀態(tài)，例如是桿141～146均成為相當(dāng)于伸縮動(dòng)程范圍中立點(diǎn)的長(zhǎng)度(或最小長(zhǎng)度)的狀態(tài)，此時(shí)，載臺(tái)12在z軸、θx、θy及θz的各方向的位置為(z，θx，θy，θz)＝(z0，0，0，0)。又，在此基準(zhǔn)狀態(tài)下，載臺(tái)12在xy平面內(nèi)的位置(x，y)，與通過位置測(cè)量系28測(cè)量的滑件10的x，y位置一致。

其后，雖開始對(duì)被檢測(cè)物(工件w)的上述測(cè)量，但包含此測(cè)量中在內(nèi)，載臺(tái)12的6自由度方向位置是通過控制裝置600在載臺(tái)坐標(biāo)系上被管理。即，控制裝置600，根據(jù)位置測(cè)量系28的測(cè)量信息控制平面馬達(dá)26，且根據(jù)線性編碼器241～246的測(cè)量值，控制伸縮機(jī)構(gòu)161～166，由此控制載臺(tái)12的6自由度方向位置。

此外，在如本實(shí)施形態(tài)的三維測(cè)量機(jī)401般使用光切斷法的場(chǎng)合，較佳為使從傳感器部38的照射部50照射于被檢測(cè)物(工件w)的線光50a配置于與傳感器部38與載臺(tái)12(被檢測(cè)物(工件w))的相對(duì)移動(dòng)方向正交的方向。例如，圖2中，在將傳感器部38與被檢測(cè)物(工件w)的相對(duì)移動(dòng)方向設(shè)定為y軸方向的場(chǎng)合，較佳為將線光50a沿著x軸方向配置。若采用此方式，即能進(jìn)行在測(cè)量時(shí)有效地利用了線光50a全區(qū)的相對(duì)被檢測(cè)物(工件w)的相對(duì)移動(dòng)，能以最佳方式測(cè)量被檢測(cè)物(工件w)的形狀。以使線光50a的方向與上述相對(duì)移動(dòng)方向能隨時(shí)正交的方式設(shè)有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)36。

上述的三維測(cè)量機(jī)401是與例如美國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開第2012/0105867號(hào)公報(bào)所揭示的形狀測(cè)定裝置同樣地構(gòu)成。不過，線光對(duì)被檢測(cè)物在與x，y平面平行的方向的掃描，相較于美國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)第2012/0105867號(hào)公報(bào)所記載的裝置系通過傳感器部的移動(dòng)來進(jìn)行，本實(shí)施形態(tài)中則是通過載臺(tái)12的移動(dòng)來進(jìn)行，此點(diǎn)不同。此外，本實(shí)施形態(tài)中，也可在線光對(duì)被檢測(cè)物在與z軸平行的方向的掃描時(shí)，驅(qū)動(dòng)z軸導(dǎo)件34及載臺(tái)12的任一者。

在使用本實(shí)施形態(tài)的三維測(cè)量機(jī)401的測(cè)量方法，通過使用光切斷法，將由一條線光構(gòu)成的線狀投影圖案投影于被檢測(cè)物的表面，并每在使線狀投影圖案掃描被檢測(cè)物表面的全區(qū)時(shí)，從與投影方向不同的角度拍攝投影于被檢測(cè)物的線狀投影圖案。接著，從被拍攝的被檢測(cè)物表面的拍攝影像，就線狀投影圖案的長(zhǎng)度方向的各像素使用三角測(cè)量原理等算出被檢測(cè)物表面的自基準(zhǔn)平面起的高度，以求出被檢測(cè)物表面的三維形狀。

此外，作為構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)400的三維測(cè)量機(jī)，也能使用與例如美國(guó)發(fā)明專利第7,009,717號(hào)說明書所揭示的光探針相同構(gòu)成的裝置。此光探針是以兩個(gè)以上的光學(xué)群構(gòu)成，包含2個(gè)以上的視野方向與2個(gè)以上的投影方向。在一個(gè)光學(xué)群中包含一個(gè)以上的視野方向與一個(gè)以上的投影方向，至少一個(gè)視野方向與至少一個(gè)投影方向在光學(xué)群間不同，依視野方向所取得的數(shù)據(jù)，僅會(huì)通過依相同光學(xué)群的投影方向所投影的圖案被生成。

測(cè)量系統(tǒng)400，也可取代上述的三維測(cè)量機(jī)401、或除了上述的三維測(cè)量機(jī)以外進(jìn)一步地，具備以光學(xué)方式檢測(cè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的標(biāo)記檢測(cè)系56(參照?qǐng)D11)。標(biāo)記檢測(cè)系56，能檢測(cè)出例如形成于工件的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記?？刂蒲b置600，通過使用標(biāo)記檢測(cè)系56分別正確地檢測(cè)出至少三個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的中心位置(三維坐標(biāo))，來算出工件(或載臺(tái)12)的位置及姿勢(shì)。此種標(biāo)記檢測(cè)系56，能包含例如立體攝影機(jī)而構(gòu)成。也可通過標(biāo)記檢測(cè)系56，以光學(xué)方式檢測(cè)出預(yù)先形成于載臺(tái)12上的最少三處的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。

本實(shí)施形態(tài)中，控制裝置600以上述方式使用三維測(cè)量機(jī)401掃描工件w的表面(對(duì)象面)，以取得其表面形狀資料。接著，控制裝置600使用該表面形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行最小平方法處理而將工件上的對(duì)象面的三維位置及姿勢(shì)與載臺(tái)坐標(biāo)系建立關(guān)連關(guān)系。此處，由于包含對(duì)被檢測(cè)物(工件w)的上述測(cè)量中在內(nèi)，載臺(tái)12的6自由度方向位置是通過控制裝置600在載臺(tái)坐標(biāo)系上被管理，因此在工件的三維位置及姿勢(shì)與載臺(tái)坐標(biāo)系建立關(guān)連關(guān)系后，包含三維造形的附加加工時(shí)在內(nèi)，工件w的6自由度方向位置(即位置及姿勢(shì))的控制均能通過依照載臺(tái)坐標(biāo)系的載臺(tái)12的開環(huán)控制進(jìn)行。

圖4顯示光束造形系統(tǒng)500與搭載有工件w的載臺(tái)12。如圖4所示，光束造形系統(tǒng)500具備包含光源系510而射出光束的光束照射部520、供給粉狀造形材料的材料處理部530、以及灑水頭540(在圖4中未圖示，參照?qǐng)D11)。此外，光束造形系統(tǒng)500也可不具備灑水頭540。

光源系510如圖5所示具備光源單元60、連接于光源單元60的光導(dǎo)引光纖62、配置于光導(dǎo)引光纖62的射出側(cè)的雙復(fù)眼光學(xué)系64、以及聚光透鏡系66。

光源單元60具備外殼68與收納于外殼68內(nèi)部且彼此平行地排列成矩陣狀的多個(gè)激光單元70。作為激光單元70，能使用進(jìn)行脈沖振蕩或連續(xù)波振蕩動(dòng)作的各種激光、例如碳酸氣體激光、nd：yag激光、光纖激光、或gan系半導(dǎo)體激光等的光源單元。

光導(dǎo)引光纖62是將多數(shù)條光纖素線隨機(jī)捆束構(gòu)成的光纖束，具備個(gè)別連接于多個(gè)激光單元70的射出端的多個(gè)入射口62a與具有較入射口62a數(shù)量多的射出口的射出部62b。光導(dǎo)引光纖62將從多個(gè)激光單元70各個(gè)射出的多個(gè)激光束(以下適當(dāng)?shù)睾?jiǎn)稱為“光束”)經(jīng)由各入射口62a來接收并分配至多數(shù)個(gè)射出口，使各激光束的至少一部分從共通射出口射出。以此方式，光導(dǎo)引光纖62將從多個(gè)激光單元70各個(gè)射出的光束混合射出。由此，與使用單一激光單元的場(chǎng)合相較，能使總輸出與激光單元70數(shù)量相應(yīng)地增加。不過，在以單一激光單元即能取得充分的輸出的場(chǎng)合，也可不使用多個(gè)激光單元。

此處，射出部62b具有與如下說明的構(gòu)成雙復(fù)眼光學(xué)系64入射端的第1復(fù)眼透鏡系的入射端的整體形狀相似的剖面形狀，在該剖面內(nèi)以大致均等的配置設(shè)有射出口。因此，光導(dǎo)引光纖62也兼具將以上述方式混合的光束整形為與第1復(fù)眼透鏡系的入射端的整體形狀相似的整形光學(xué)系的作用。

雙復(fù)眼光學(xué)系64用以使光束(照明光)的剖面照度分布(剖面強(qiáng)度分布)一樣，由在光導(dǎo)引光纖62后方的激光束的光束路(光路)上依序配置的第1復(fù)眼透鏡系72、透鏡系74、及第2復(fù)眼透鏡系76構(gòu)成。此外，在第2復(fù)眼透鏡系76周圍設(shè)有光闌。

此情形下，第1復(fù)眼透鏡系72的入射面第2復(fù)眼透鏡系76的入射面設(shè)定成在光學(xué)上彼此共軛。又，第1復(fù)眼透鏡系72的射出側(cè)焦點(diǎn)面(在此處形成后述的面光源)、第2復(fù)眼透鏡系76的射出側(cè)焦點(diǎn)面(在此處形成后述的面光源)、及后述的聚光光學(xué)系82的光瞳面(入射光瞳)pp設(shè)定成在光學(xué)上彼此共軛。此外，本實(shí)施形態(tài)中，聚光光學(xué)系82的光瞳面(入射光瞳)pp與前側(cè)焦點(diǎn)面一致(參照例如圖4、圖6、圖7等)。

通過光導(dǎo)引光纖62而混合的光束射入雙復(fù)眼光學(xué)系64的第1復(fù)眼透鏡系72。由此，在第1復(fù)眼透鏡系72的射出側(cè)焦點(diǎn)面形成面光源、即多數(shù)個(gè)光源像(點(diǎn)光源)所構(gòu)成的2次光源。來自這些多數(shù)個(gè)點(diǎn)光源的各個(gè)的激光光經(jīng)由透鏡系74而射入第2復(fù)眼透鏡系76。由此，在第2復(fù)眼透鏡系76的射出側(cè)焦點(diǎn)面形成使多數(shù)個(gè)微小光源像一樣地分布于既定形狀的區(qū)域內(nèi)而成的面光源(3次光源)。

聚光透鏡系66將從上述3次光源射出的激光光作為照度分布均一的光束射出。

此外，通過第2復(fù)眼透鏡系76的入射端的面積、聚光透鏡系66的焦點(diǎn)距離等的優(yōu)化，從聚光透鏡系66射出的光束能視為平行光束。

本實(shí)施形態(tài)的光源系510具備具有光導(dǎo)引光纖62與雙復(fù)眼光學(xué)系64與聚光透鏡系66的照度均一化光學(xué)系，使用此照度均一化光學(xué)系，將從多個(gè)激光單元70分別射出的光束混合，以生成剖面照度分布被均一化的平行光束。

此外，照度均一化光學(xué)系不限于上述的構(gòu)成。也可使用例如桿狀積分器、準(zhǔn)直透鏡系等來構(gòu)成照度均一化光學(xué)系。

光源系510的光源單元60連接于控制裝置600，通過控制裝置600，構(gòu)成光源單元60的多個(gè)激光單元70的on/off系被個(gè)別控制。由此，調(diào)整從光束照射部520照射于工件w(上的對(duì)象面)的激光束的光量(激光輸出)。

此外，造形裝置100也可不具備光源單元60、或光源單元60與照度均一化光學(xué)系。例如也可將具有所欲光量(能量)與所欲照度均一性的平行光束從外部裝置供給至造形裝置100。

光束照射部520如圖4所示，除了光源系510以外，還具有依序配置于來自光源系510(聚光透鏡系66)的平行光束的光路上的光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系78及空間光調(diào)制器(slm：spatiallightmodulator)的一種即反射鏡陣列80、使來自反射鏡陣列80的光聚集的聚光光學(xué)系82。此處所謂空間光調(diào)制器是將往既定方向行進(jìn)的光的振幅(強(qiáng)度)、相位或偏光狀態(tài)在空間上予以調(diào)制的元件的總稱。

光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系78轉(zhuǎn)換來自光源系510(聚光透鏡系66)的平行光束的剖面的強(qiáng)度分布。本實(shí)施形態(tài)中，光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系78將來自光源系510的平行光束轉(zhuǎn)換成包含其剖面中心的區(qū)域的強(qiáng)度大致為零的甜甜圈狀(環(huán)帶狀)的平行光束。光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系78，在本實(shí)施形態(tài)中是通過例如依序配置于來自光源系510的平行光束的光路上的凸型圓錐反射鏡及凹型圓錐反射鏡所構(gòu)成。凸型圓錐反射鏡，在其光源系510側(cè)具有外周面為圓錐狀的反射面，凹型圓錐反射鏡由其內(nèi)徑較凸型圓錐反射鏡的外徑大的環(huán)狀構(gòu)件構(gòu)成，在其內(nèi)周面具有與凸型圓錐反射鏡的反射面對(duì)向的反射面。此情形下，若以通過凹型圓錐反射鏡中心的任意剖面觀察，則凸型圓錐反射鏡的反射面與凹型圓錐反射鏡的反射面為平行。因此，來自光源系510的平行光束被凸型圓錐反射鏡的反射面反射成放射狀，此反射光束在凹型圓錐反射鏡的反射面被反射，由此轉(zhuǎn)換成環(huán)帶狀的平行光束。

本實(shí)施形態(tài)中，經(jīng)由光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系78的平行光束，如后所述系經(jīng)由反射鏡陣列80及聚光光學(xué)系82而照射于工件。通過使用光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系78轉(zhuǎn)換來自光源系510的平行光束的剖面強(qiáng)度分布，而能變更從反射鏡陣列80射入聚光光學(xué)系82的光瞳面(入射光瞳)pp的光束的強(qiáng)度分布。又，通過使用光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系78轉(zhuǎn)換來自光源系510的平行光束的剖面強(qiáng)度分布，而也能實(shí)質(zhì)地變更從聚光光學(xué)系82射出的光束在聚光光學(xué)系82的射出面的強(qiáng)度分布。

此外，光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系78，不限于凸型圓錐反射鏡與凹型圓錐反射鏡的組合，也可使用例如美國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開第2008/0030852號(hào)公報(bào)所揭示的繞射光學(xué)元件、遠(yuǎn)焦透鏡、及圓錐旋轉(zhuǎn)三棱鏡系的組合來構(gòu)成。光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系78，只要是轉(zhuǎn)換光束的剖面強(qiáng)度分布的光學(xué)系即可，可考慮各種構(gòu)成。依光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系78的構(gòu)成不同，也能將來自光源系510的平行光束，非使在包含其剖面中心(聚光光學(xué)系82的光軸)的區(qū)域的強(qiáng)度大致為零而使較在其外側(cè)的區(qū)域的強(qiáng)度小。

反射鏡陣列80在本實(shí)施形態(tài)中，具有在一面具有相對(duì)xy平面及xz平面成45度(π/4)的面(以下為了說明方便而稱為基準(zhǔn)面)的底座構(gòu)件80a、在底座構(gòu)件80a的基準(zhǔn)面上配置成例如p列q行的矩陣狀的例如m(＝p×q)個(gè)的反射鏡元件81p，q(p＝1～p，q＝1～q)、以及包含個(gè)別驅(qū)動(dòng)各反射鏡元件81p，q的m個(gè)致動(dòng)器(未圖標(biāo))的驅(qū)動(dòng)部87(在圖4中未圖示，參照?qǐng)D11)。反射鏡陣列80，通過調(diào)整多數(shù)個(gè)反射鏡元件81p，q相對(duì)基準(zhǔn)面的傾斜，而能實(shí)質(zhì)地形成與基準(zhǔn)面平行的較大反射面。

反射鏡陣列80的各反射鏡元件81p，q，例如構(gòu)成為能繞與各反射鏡元件81p，q的一方的對(duì)角線平行的旋轉(zhuǎn)軸旋動(dòng)，能將其反射面相對(duì)于基準(zhǔn)面的傾斜角度設(shè)定成既定角度范圍內(nèi)的任意角度。各反射鏡元件的反射面角度是通過檢測(cè)旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度的傳感器、例如旋轉(zhuǎn)編碼器83p，q(在圖4中未圖示，參照?qǐng)D11)來測(cè)量。

驅(qū)動(dòng)部87，例如包含電磁石或音圈馬達(dá)作為致動(dòng)器，各個(gè)反射鏡元件81p，q被致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)而以非常高響應(yīng)動(dòng)作。

構(gòu)成反射鏡陣列80的多個(gè)反射鏡元件中被來自光源系510的環(huán)帶狀平行光束照明的反射鏡元件81p，q的各個(gè)，往對(duì)應(yīng)其反射面的傾斜角度的方向射出反射光束(平行光束)，而射入聚光光學(xué)系82(參照?qǐng)D6)。此外，本實(shí)施形態(tài)中，雖關(guān)于使用反射鏡陣列80的理由及使環(huán)帶狀平行光束射入反射鏡陣列80的理由將于后述，但不一定要設(shè)為環(huán)帶狀，也可使射入反射鏡陣列80的平行光束的剖面形狀(剖面強(qiáng)度分布)不同于環(huán)帶形狀，也可不設(shè)置光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系78。

聚光光學(xué)系82是數(shù)值孔徑n.a.為例如0.5以上、較佳為0.6以上的高na且低像差的光學(xué)系。聚光光學(xué)系82由于是大口徑、低像差且高na，因此能將來自反射鏡陣列80的多個(gè)平行光束聚光于后側(cè)焦點(diǎn)面上。詳細(xì)雖留待后述，但光束照射部520，能將從聚光光學(xué)系82射出的光束聚光成例如點(diǎn)狀或狹縫狀。又，聚光光學(xué)系82由于以一片或多片的大口徑透鏡構(gòu)成(在圖4等，代表性地圖示一片大口徑透鏡)，因此能使入射光的面積增大，由此，能較使用數(shù)值孔徑n.a.小的聚光光學(xué)系的場(chǎng)合擷取更多量的光能量。因此，通過本實(shí)施形態(tài)的聚光光學(xué)系82而聚光的光束極為尖銳而具有高能量密度，此事直接關(guān)連于提高基于造形的附加加工的加工精度。

本實(shí)施形態(tài)中，說明通過如后所述將載臺(tái)12移動(dòng)于與xy平面平行的掃描方向(圖4中例如為y軸方向)，一邊使光束與在上端具有造形的對(duì)象面tas的工件w相對(duì)掃描于掃描方向(scan方向)、一邊進(jìn)行造形(加工處理)的情形。此外，進(jìn)行造形時(shí)，當(dāng)然也可在載臺(tái)12往y軸方向的移動(dòng)中，使載臺(tái)12移動(dòng)于x軸方向、z軸方向、θx方向、θy方向、及θz方向的至少一個(gè)方向。又，如后所述，通過激光束的能量使通過材料處理部530而被供給的粉狀造形材料(金屬材料)熔融。因此，如前所述，只要聚光光學(xué)系82所擷取的能量總量變大，則從聚光光學(xué)系82射出的光束的能量即變大，每單位時(shí)間能熔解的金屬量即增加。而只要與其相應(yīng)地提升造形材料的供給量與載臺(tái)12的速度，則提升光束造形系統(tǒng)500的造形加工的產(chǎn)能。

然而，即使以如前述的手法大幅提高激光的總輸出，現(xiàn)實(shí)上由于無法無限地使載臺(tái)12的掃描動(dòng)作高速化，因此并無法實(shí)現(xiàn)完全活用其激光功率的產(chǎn)能。為了解決此問題，本實(shí)施形態(tài)的造形裝置100如后所述，非將點(diǎn)狀光束的照射區(qū)域而是將狹縫狀光束的照射區(qū)域(以下稱為一文字區(qū)域(參照?qǐng)D9(b)的符號(hào)ls))形成于應(yīng)對(duì)齊造形的對(duì)象面tas的既定面(以下稱為造形面)mp(參照例如圖4及圖9(a))上，能一邊相對(duì)形成該一文字區(qū)域ls的光束(以下稱為一文字光束)在與其長(zhǎng)度方向垂直的方向相對(duì)掃描工件w、一邊進(jìn)行造形(加工處理)。由此，能一口氣處理較以點(diǎn)狀光束掃描(scan)工件的情形寬廣極多的面積(例如數(shù)倍至數(shù)十倍左右的面積)。此外，如后所述，本實(shí)施形態(tài)中，雖上述的造形面mp是聚光光學(xué)系82的后側(cè)焦點(diǎn)面(參照例如圖4及圖9(a))，但造形面也可以是后側(cè)焦點(diǎn)面附近的面。又，本實(shí)施形態(tài)中，造形面mp雖然與聚光光學(xué)系82的射出側(cè)的光軸ax成垂直，但也可為非垂直。

作為設(shè)定或變更在造形面mp上的光束的強(qiáng)度分布的方法(例如形成如上述的一文字區(qū)域的方法)，能采用例如控制射入聚光光學(xué)系82的多個(gè)平行光束的入射角度分布的方法。如本實(shí)施形態(tài)的聚光光學(xué)系82般將平行光聚光于一點(diǎn)的透鏡系以光瞳面(入射光瞳)pp中的平行光束lb(參照例如圖4、圖6等)的入射角度決定在后側(cè)焦點(diǎn)面(聚光面)的聚光位置。此處的入射角度是由a.射入聚光光學(xué)系82的光瞳面pp的平行光束相對(duì)與聚光光學(xué)系82的光軸ax平行的軸所構(gòu)成的角度α(0≤α＜90度(πr/2))、b.在光瞳面pp上以光軸ax上的點(diǎn)作為原點(diǎn)，而設(shè)定有與光軸ax正交的二維正交坐標(biāo)系(x，y)時(shí)射入光瞳面pp的平行光束往光瞳面pp(xy坐標(biāo)平面)正射影的二維正交坐標(biāo)系(x，y)上相對(duì)基準(zhǔn)軸(例如x軸(x≥0)的角度β(0≤β＜360度(2π))所決定。例如，對(duì)聚光光學(xué)系82的光瞳面pp成垂直地(與光軸成平行地)射入的光束聚光于光軸ax上，相對(duì)聚光光學(xué)系82(相對(duì)光軸ax)稍微傾斜的光束聚光于從該光軸ax上稍微偏離的位置。利用此關(guān)系，使來自光源系510的平行光束反射并使的射入聚光光學(xué)系82時(shí)，通過對(duì)射入聚光光學(xué)系82的光瞳面pp的多個(gè)平行光束lb的入射角度(入射方向)賦予適當(dāng)?shù)姆植?，即能任意變更造形面mp內(nèi)光束的強(qiáng)度分布、例如造形面mp中照射區(qū)域的位置、數(shù)量、大小、及形狀的至少一個(gè)。因此，例如一文字區(qū)域、三行區(qū)域、缺損一文字區(qū)域等(參照?qǐng)D10)也當(dāng)然能容易地形成，且形成點(diǎn)狀照射區(qū)域也容易。此外，此處雖使用角度α與角度β來說明入射角度(入射方向)，但入射角度(入射方向)的表示方法當(dāng)然可考慮各種方式，射入光瞳面pp的平行光束的入射角度(入射方向)并不限定于以角度α與角度β作為參數(shù)的控制。

此外，本實(shí)施形態(tài)的聚光光學(xué)系82由于是其光瞳面(入射光瞳)pp與前側(cè)焦點(diǎn)面為一致的構(gòu)成，因此雖通過變更使用了反射鏡陣列80的多個(gè)平行光束lb的入射角度，能正確且簡(jiǎn)便地控制該多個(gè)平行光束lb的聚光位置，但也可以是聚光光學(xué)系82的光瞳面(入射光瞳)與前側(cè)焦點(diǎn)面非一致的構(gòu)成。

又，只要形成于造形面的照射區(qū)域的形狀及大小非為可變，則只要使用所欲形狀的固體(solid)的反射鏡，即也能控制射入聚光光學(xué)系82的光瞳面的一個(gè)平行光束的入射角度而變更照射區(qū)域的位置。

然而，在進(jìn)行對(duì)工件的附加加工(造形)的場(chǎng)合，不限于設(shè)定有其造形的目標(biāo)部位的對(duì)象面的區(qū)域均為平坦面。即不限于能夠進(jìn)行一文字光束的相對(duì)掃描。在工件的輪廓邊緣附近或中實(shí)區(qū)域與中空區(qū)域的邊界附近的位置，邊界傾斜、或變窄、或附有r角的類，難以適用一文字光束的相對(duì)掃描。舉例而言，寬度寬的刷毛，由于難以涂滿此種位置，因此必須有對(duì)應(yīng)其的寬度窄的刷毛或細(xì)鉛筆，即，實(shí)時(shí)且連續(xù)地自由區(qū)分使用刷毛與細(xì)鉛筆。與此同樣地，在工件的輪廓邊緣附近或中實(shí)區(qū)域與中空區(qū)域的邊界附近的位置，即產(chǎn)生要變更光束照射區(qū)域的掃描方向(相對(duì)移動(dòng)方向)寬度或使照射區(qū)域的大小(例如一文字光束的長(zhǎng)度)、數(shù)量或位置(光束的照射點(diǎn)位置)變化的要求。

因此，本實(shí)施形態(tài)中，采用反射鏡陣列80，控制裝置600以非常高響應(yīng)使各反射鏡元件81p，q動(dòng)作，由此分別控制射入聚光光學(xué)系82的光瞳面pp的多個(gè)平行光束lb的入射角度。由此，設(shè)定或變更造形面mp上的光束的強(qiáng)度分布。此情形下，控制裝置600，能于光束與對(duì)象面tas(系設(shè)定有造形的目標(biāo)部位ta的面，本實(shí)施形態(tài)中為工件w上的面)的相對(duì)移動(dòng)中使造形面mp上的光束的強(qiáng)度分布、例如光束的照射區(qū)域的形狀、大小、數(shù)量的至少一個(gè)變化。此情形下，控制裝置600能連續(xù)地或斷續(xù)地變更造形面mp上的光束的強(qiáng)度分布。例如，也能在光束與對(duì)象面tas的相對(duì)移動(dòng)中使一文字區(qū)域的相對(duì)移動(dòng)方向?qū)挾冗B續(xù)地或斷續(xù)地變化?？刂蒲b置600也能按照光束與對(duì)象面tas的相對(duì)位置使造形面mp上的光束的強(qiáng)度分布變化?？刂蒲b置600也能按照被要求的造形精度與產(chǎn)能，使在造形面mp的光束的強(qiáng)度分布變化。

又，本實(shí)施形態(tài)中，控制裝置600由于使用前述的旋轉(zhuǎn)編碼器83p，q檢測(cè)出各反射鏡元件的狀態(tài)(此處為反射面的傾斜角度)，由此實(shí)時(shí)監(jiān)控各反射鏡元件的狀態(tài)，因此能正確地控制反射鏡陣列80的各反射鏡元件的反射面傾斜角度。

材料處理部530如圖7所示具有：具有設(shè)于聚光光學(xué)系82的射出面下方的噴嘴構(gòu)件(以下簡(jiǎn)稱為噴嘴)84a的噴嘴單元84、經(jīng)由配管90a連接于噴嘴單元84的材料供給裝置86、以及經(jīng)由配管分別連接于材料供給裝置86的多個(gè)例如兩個(gè)的粉末匣88a，88b。圖7顯示從-y方向觀看較圖4的聚光光學(xué)系82下方的部分。

噴嘴單元84，具備在聚光光學(xué)系82下方延伸于x軸方向且具有供給造形材料的粉末的至少一個(gè)供給口的噴嘴84a、以及支撐噴嘴84a的長(zhǎng)度方向兩端部且各上端部連接于聚光光學(xué)系82的殼體的一對(duì)支撐構(gòu)件84b，84c。對(duì)一方的支撐構(gòu)件84b經(jīng)由配管90a連接有材料供給裝置86的一端(下端)，在內(nèi)部形成有連通配管90a與噴嘴84a的供給路徑。本實(shí)施形態(tài)中，噴嘴84a配置于聚光光學(xué)系82的光軸的正下方，在下面(底面)設(shè)有后述的多個(gè)供給口。此外，噴嘴84a不一定要配置于聚光光學(xué)系82的光軸上，也可配置于從光軸往y軸方向的一側(cè)些許偏離的位置。

在材料供給裝置86的另一端(上端)連接有做為對(duì)材料供給裝置86的供給路徑的配管90b，90c，分別經(jīng)由配管90b，90c而對(duì)材料供給裝置86連接有粉末匣88a，88b。在一方的粉末匣88a收容有第1造形材料(例如鈦)的粉末。又，在另一方的粉末匣88b收容有第2造形材料(例如不銹鋼)的粉末。

此外，本實(shí)施形態(tài)中，造形裝置100雖為了將2種類的造形材料供給至材料供給裝置86而具備兩個(gè)粉末匣，但造形裝置100所具備的粉末匣也可為一個(gè)。

從粉末匣88a，88b對(duì)材料供給裝置86的粉末的供給，雖也能使粉末匣88a，88b的各個(gè)具有強(qiáng)制對(duì)材料供給裝置86供給粉末的功能，但在本實(shí)施形態(tài)中，使材料供給裝置86具有配管90b，90c切換的功能，且也具有從粉末匣88a，88b的任一方利用真空吸引粉末的功能。材料供給裝置86連接于控制裝置600(參照?qǐng)D11)。在造形時(shí)，通過控制裝置600，使用材料供給裝置86進(jìn)行配管90b，90c的切換，來自粉末匣88a的第1造形材料(例如鈦)的粉末與來自粉末匣88b的第2造形材料(例如不銹鋼)的粉末被擇一地供給至材料供給裝置86，從材料供給裝置86經(jīng)由配管90a將任一方的造形材料粉末供給至噴嘴84a。此外，也可通過變更材料供給裝置86的構(gòu)成，而能在必要的場(chǎng)合同時(shí)將來自粉末匣88a的第1造形材料與來自粉末匣88b的第2造形材料對(duì)材料供給裝置86供給，并將兩個(gè)造形材料的混合物經(jīng)由配管90a供給至噴嘴84a。此外，也可將能連接于粉末匣88a的噴嘴與能連接于粉末匣88b的另一噴嘴設(shè)于聚光光學(xué)系82下方，在造形時(shí)從任一噴嘴供給粉末或從或兩噴嘴供給粉末。

又，控制裝置600能調(diào)整從粉末匣88a，88b經(jīng)由材料供給裝置86供給至噴嘴84a的造形材料的每單位時(shí)間的供給量。例如，通過調(diào)整從粉末匣88a，88b的至少一方對(duì)材料供給裝置86供給的粉末量，即能調(diào)整經(jīng)由材料供給裝置86供給至噴嘴84a的造形材料的每單位時(shí)間的供給量。例如，通過調(diào)整來自粉末匣88a，88b的對(duì)材料供給裝置86的粉末供給所利用的真空等級(jí)，即能調(diào)整供給至噴嘴84a的造形材料的每單位時(shí)間的供給量?；蛘撸材茉O(shè)置從材料供給裝置86供給至配管90a粉末量的閥，以調(diào)整供給至噴嘴84a的造形材料的每單位時(shí)間的供給量。

此處，圖7中雖未圖示，但實(shí)際上，在噴嘴84a的下面(底面)如圖8所示，在x軸方向以等間隔形成有多個(gè)例如n個(gè)供給口91i(i＝1～n)，各供給口91i能通過開閉構(gòu)件93i個(gè)別地開閉。此外，圖8中，為了圖示方便，供給口91i作為一例圖示有12個(gè)，且為了了解供給口與開閉構(gòu)件的關(guān)系而圖示有兩者。然而實(shí)際上形成有比12個(gè)多的數(shù)量的供給口，且相鄰供給口間的分隔的部分更為狹窄。不過，只要供給口是涵蓋噴嘴84a的長(zhǎng)度方向大致全長(zhǎng)來配置，則供給口的數(shù)量不論是幾個(gè)均可。例如，供給口也可為涵蓋噴嘴84a的長(zhǎng)度方向大致全長(zhǎng)的一個(gè)狹縫狀開口。

開閉構(gòu)件93i，如在圖8中針對(duì)第k個(gè)的開閉構(gòu)件93k賦予箭頭而代表性地顯示，能滑動(dòng)驅(qū)動(dòng)于+y方向及-y方向，以將供給口91i開閉。開閉構(gòu)件93i并不限于滑動(dòng)驅(qū)動(dòng)，也可以是能以一端部為中心往傾斜方向旋動(dòng)的構(gòu)成。

各開閉構(gòu)件93i，通過控制裝置600經(jīng)由未圖標(biāo)的致動(dòng)器被驅(qū)動(dòng)控制?？刂蒲b置600按照造形面上的光束的強(qiáng)度分布、例如形成于造形面上的光束的照射區(qū)域的形狀、大小、配置等的設(shè)定(或變更)，而使用各開閉構(gòu)件93i開閉控制多個(gè)例如n個(gè)的供給口91i的各個(gè)。由此，材料處理部530供給造形材料的供給動(dòng)作受到控制。此情形下，通過控制裝置600選擇多個(gè)供給口91i中的至少一個(gè)供給口，僅關(guān)閉該被選擇的至少一個(gè)供給口的開閉構(gòu)件93i被開放控制、例如被驅(qū)動(dòng)于一y方向。因此，本實(shí)施形態(tài)中，能僅從多個(gè)例如n個(gè)的供給口91i中的一部分供給造形材料。

又，控制裝置600也能通過經(jīng)由前述材料供給裝置86供給至噴嘴84a的造形材料的每單位時(shí)間的供給量控制、以及使用了任意開閉構(gòu)件93i的開閉控制的至少一方，來調(diào)整來自以該開閉構(gòu)件93i開閉的供給口91i的造形材料的每單位時(shí)間供給量?？刂蒲b置600按照造形面上的光束的強(qiáng)度分布、例如形成于造形面上的光束的照射區(qū)域的形狀、大小、配置等的設(shè)定(或變更)決定來自任意供給口91i的造形材料的每單位時(shí)間供給量。控制裝置600例如根據(jù)前述的一文字區(qū)域的掃描方向?qū)挾葲Q定來自各供給口91i的每單位時(shí)間供給量。

此外，也可構(gòu)成為能通過各開閉構(gòu)件93i調(diào)整各供給口91i的開度。此情形下，控制裝置600也可按照例如前述的一文字區(qū)域的掃描方向?qū)挾葋碚{(diào)整各開閉構(gòu)件93i的各供給口的開度。

此外，供給造形材料的粉末的至少一個(gè)供給口也可為可動(dòng)。例如也可在噴嘴84a的下面形成一個(gè)延伸于x軸方向的狹縫狀供給口，并使噴嘴84a相對(duì)一對(duì)支撐構(gòu)件84b，84c能移動(dòng)于例如x軸方向與y軸方向的至少一方，而控制裝置600則按照造形面上的光束的強(qiáng)度分布的變更、即光束的照射區(qū)域的形狀、大小、位置的變更，來移動(dòng)在下面形成有供給口的噴嘴84a。此外，也可使噴嘴84a在z軸方向?yàn)榭蓜?dòng)。

或者，也可將噴嘴84a以本體部與相對(duì)該本體部能在例如xy平面內(nèi)移動(dòng)于x軸方向與y軸方向的至少一方且在其底面形成有供給口的至少兩個(gè)可動(dòng)構(gòu)件構(gòu)成，并由控制裝置600按照造形面上的光束的強(qiáng)度分布的變更使可動(dòng)構(gòu)件的至少一部分移動(dòng)。此情形下也同樣地也可使可動(dòng)構(gòu)件的至少一部分在z軸方向?yàn)榭蓜?dòng)。

又，多個(gè)供給口中的一個(gè)供給口與另一供給口也可為能相對(duì)移動(dòng)的構(gòu)成?；蛘?，例如上述一個(gè)供給口的y軸方向位置與上述另一個(gè)供給口的y軸方向位置也可為不同?；蛘?，上述一個(gè)供給口的z軸方向位置與上述另一個(gè)供給口的z軸方向位置也可為不同。

此外，至少一個(gè)供給口的移動(dòng)，不僅配合光束的強(qiáng)度分布的設(shè)定或變更來進(jìn)行，也可因別的目的使其移動(dòng)。

如前所述，設(shè)于噴嘴84a的多個(gè)供給口91i是與聚光光學(xué)系82的光軸正交而于x軸方向涵蓋噴嘴84a全長(zhǎng)以等間隔配置且在相鄰供給口91i彼此之間僅有些微間隙。因此，如以圖9(a)中的黑箭頭所示，只要從噴嘴84a的多個(gè)供給口91i的各個(gè)將粉末狀造形材料pd沿著與聚光光學(xué)系82的光軸ax平行的z軸方向往正下方供給，則會(huì)對(duì)聚光光學(xué)系82的光軸ax正下方的前述一文字區(qū)域ls(一文字光束的照射區(qū)域)供給該造形材料pd。此情形下，來自噴嘴84a的造形材料pd的供給，能通過利用造形材料pd的自重或施加了些微噴出壓力的噴出動(dòng)作進(jìn)行。因此，不需要如對(duì)造形的對(duì)象面從傾斜方向供給造形材料的場(chǎng)合般用以產(chǎn)生導(dǎo)引造形材料的供給的氣流的產(chǎn)生機(jī)構(gòu)等的復(fù)雜機(jī)構(gòu)。又，若能如本實(shí)施形態(tài)般對(duì)工件以極近距離垂直地供給造形材料，則在確保造形的加工精度方面極為有利。

此外，也可于噴嘴84a設(shè)置氣體供給口。從該氣體供給口供給的氣體，也可為了導(dǎo)引造形材料的供給而使的流動(dòng)，或?yàn)榱藙e的目的例如使有助于造形的氣體流動(dòng)。

本實(shí)施形態(tài)中，由于環(huán)帶狀的平行光束照射于反射鏡陣列80，因此來自反射鏡陣列80的反射光束射入聚光光學(xué)系82的周緣附近的部分區(qū)域(n.a.較大的部分區(qū)域)，并經(jīng)由位于聚光光學(xué)系82的射出端、即位于光束照射部520射出端的終端透鏡的與光軸相距一距離的周緣部區(qū)域，聚光于聚光光學(xué)系82的造形面mp(與本實(shí)施形態(tài)中聚光光學(xué)系82的后側(cè)焦點(diǎn)面一致)(參照?qǐng)D4)。即，僅通過通過同一聚光光學(xué)系82的周緣附近部分的光形成例如一文字光束。因此，與將經(jīng)由各個(gè)光學(xué)系的光聚光于同一區(qū)域以形成光束點(diǎn)(激光點(diǎn))的情形相較，能形成更高質(zhì)量的光束點(diǎn)。又，本實(shí)施形態(tài)，能限制對(duì)設(shè)于聚光光學(xué)系82射出面(下端面)的中央下方的噴嘴84a的光束照射。因此，本實(shí)施形態(tài)中，能將來自反射鏡陣列80的反射光束均利用于光束點(diǎn)的形成，且不需于聚光光學(xué)系82的入射面?zhèn)鹊呐c噴嘴84a對(duì)應(yīng)的部分設(shè)置用以限制光束照射于噴嘴84a的遮光構(gòu)件等。因上述理由，而通過環(huán)帶狀的平行光束照明反射鏡陣列80。

此外，位于聚光光學(xué)系82射出端的光學(xué)構(gòu)件至少在從其射出側(cè)的面的光軸離開的區(qū)域形成光學(xué)面，只要能經(jīng)由該光學(xué)面將光束聚光于造形面(后側(cè)焦點(diǎn)面)即可。因此，此光學(xué)構(gòu)件，在包含光軸的區(qū)域中射出面與入射面的至少一方也可為與聚光光學(xué)系82的光軸垂直的平面，或者在包含光軸的區(qū)域形成孔。也可通過在包含光軸的中央部區(qū)域開孔的甜甜圈狀的聚光透鏡構(gòu)成位于聚光光學(xué)系82射出端的光學(xué)構(gòu)件。

此外，為了限制從聚光光學(xué)系82射入噴嘴84a的光束，也可將例如圖7中以二點(diǎn)鏈線顯示的限制構(gòu)件85設(shè)于聚光光學(xué)系82的入射面?zhèn)?例如光瞳面pp)。通過限制構(gòu)件85限制來自聚光光學(xué)系82的光束對(duì)噴嘴84a的入射。作為限制構(gòu)件85雖能使用遮光構(gòu)件，但也可使用減光濾光器等。此種情形下，射入聚光光學(xué)系82的平行光束也可為剖面圓形的平行光束，也可為環(huán)帶狀的平行光束。若為后者，由于光束不會(huì)照射于限制構(gòu)件85，因此能將來自反射鏡陣列80的反射光束均利用于光束點(diǎn)的形成。

此外，雖不一定要將從聚光光學(xué)系82射入噴嘴84a的光束完全遮蔽，但為了防止來自聚光光學(xué)系82的光束射入噴嘴84a，也可僅從聚光光學(xué)系82的終端透鏡的射出面的在y軸方向分離于光軸兩側(cè)的周緣部區(qū)域(例如兩個(gè)圓弧區(qū)域)射出光束。

灑水頭540(參照?qǐng)D11)用于所謂淬火時(shí)。灑水頭540具有供給冷卻液(冷卻水)的供給口，用以將冷卻液對(duì)冷卻對(duì)象物噴射。灑水頭540連接于控制裝置600(參照?qǐng)D11)。控制裝置600在進(jìn)行淬火時(shí)控制光源單元60將來自光束照射部520的光束的熱能量調(diào)節(jié)成適于淬火的值。接著，控制裝置600能在對(duì)工件表面照射光束以使的呈高溫后，經(jīng)由灑水頭540將冷卻液對(duì)該高溫部噴射以使的急冷，由此進(jìn)行淬火。此情形下，也能在通過三維造形對(duì)工件進(jìn)行的附加加工同時(shí)進(jìn)行淬火步驟。此外，在與附加加工同時(shí)進(jìn)行淬火步驟的場(chǎng)合，作為造形材料較佳為使用淬火性良好的金屬。

本實(shí)施形態(tài)中，在對(duì)工件的附加加工時(shí)等，如將圖4及圖4的圓a內(nèi)放大顯示的圖9(a)所示，通過聚光光學(xué)系82周緣部附近且通過噴嘴84a的+y側(cè)及-y側(cè)(工件w(載臺(tái)12)的掃描方向前方及后方)的光路的光束(在圖9(a)為了方便而顯示為光束lb11，lb12)聚光于噴嘴84a的正下方，以x軸方向(圖9(a)中的紙面正交方向)作為長(zhǎng)度方向的一文字區(qū)域ls形成于造形面上(參照?qǐng)D9(b))，對(duì)形成該一文字區(qū)域ls的一文字光束，經(jīng)由噴嘴84a的多個(gè)供給口91i沿著與聚光光學(xué)系82的光軸ax平行的z軸(沿著包含光軸ax的xz面)供給粉末狀的造形材料pd。由此，在噴嘴84a正下方形成延伸于x軸方向的線狀熔融池wp。又，此種熔融池wp的形成是一邊將載臺(tái)12掃描于掃描方向(圖9(a)中為+y方向)、一邊進(jìn)行。由此，能形成涵蓋一文字光束(熔融池wp)的長(zhǎng)度方向(x軸方向)長(zhǎng)度的既定寬度的焊珠(熔融凝固后的金屬)(bead)be。此外，圖9(a)所示的光束lb11，lb12也可是被反射鏡陣列80的各反射鏡元件81p，q分別反射且以不同入射角度射入聚光光學(xué)系82的光瞳面pp的不同平行光束，也可以是同一平行光束、例如剖面環(huán)帶狀的平行光束的一部分。

在使多個(gè)平行光束射入聚光光學(xué)系82的光瞳面pp的情形下，例如不減少射入聚光光學(xué)系82的平行光束lb的數(shù)量，而是以一文字光束的x軸方向?qū)挾然騳軸方向?qū)挾?、或兩者和緩變窄的方式，調(diào)整射入聚光光學(xué)系82的多個(gè)平行光束lb的入射角度的情形，光束的聚光密度(能量密度)變高。因此，通過相應(yīng)于此地，增加每單位時(shí)間的粉末(造形材料)的供給量且提升對(duì)象面tas的掃描速度，即能將所形成的焊珠be的層厚度保持于一定且以高等級(jí)保持產(chǎn)能。不過，并不限于此種調(diào)整方法，也能使用其他調(diào)整方法來將所形成的焊珠be的層厚度保持于一定。例如，也可按照一文字光束的x軸方向?qū)挾然騳軸方向?qū)挾?、或兩者寬度調(diào)節(jié)多個(gè)激光單元70中至少一個(gè)的激光輸出(激光束的能量)，也可變更從反射鏡陣列80射入聚光光學(xué)系82的平行光束lb的數(shù)量。此情形下，相較于上述調(diào)整方法雖產(chǎn)能略微降低，但調(diào)整簡(jiǎn)便。

圖11顯示有表示以造形裝置100的控制系為中心構(gòu)成的控制裝置600的輸出入關(guān)系的方塊圖。控制裝置600包含工件站(或微電腦)等，統(tǒng)籌控制造形裝置100的構(gòu)成各部。

以上述方式構(gòu)成的本實(shí)施形態(tài)的造形裝置100的基本功能是對(duì)既有零件(工件)通過三維造形附加所欲的形狀。工件被投入造形裝置100，在被正確地附加了所欲形狀后從造形裝置100搬出。此時(shí)，該附加的形狀的實(shí)際形狀數(shù)據(jù)從裝置送至外部裝置例如上位裝置。以造形裝置100進(jìn)行的一連串動(dòng)作大致如下所述。

在載臺(tái)12位于既定的裝載/卸除位置時(shí)，通過工件搬送系300將工件搭載于載臺(tái)12。此時(shí)載臺(tái)12位于前述的基準(zhǔn)狀態(tài)(z，θx，θy，θz)＝(z0，0，0，0)，其xy位置與通過位置測(cè)量系28測(cè)量的滑件10的x，y位置一致。

其次，通過控制裝置600，搭載有工件w的載臺(tái)12移動(dòng)至測(cè)量系統(tǒng)400下方。載臺(tái)12的移動(dòng)是通過控制裝置600根據(jù)位置測(cè)量系28的測(cè)量信息控制平面馬達(dá)26以使滑件10在底座bs上驅(qū)動(dòng)于x軸方向(及y軸方向)來進(jìn)行。在此移動(dòng)中，載臺(tái)12被維持前述的基準(zhǔn)狀態(tài)。

通過控制裝置600，使用測(cè)量系統(tǒng)400，進(jìn)行處于基準(zhǔn)狀態(tài)的載臺(tái)12上的工件w上的對(duì)象面tas的至少一部分在三維空間內(nèi)的位置信息(在本實(shí)施形態(tài)中為形狀信息)的測(cè)量。在此測(cè)量以后，即能根據(jù)此測(cè)量結(jié)果，在載臺(tái)坐標(biāo)系(基準(zhǔn)坐標(biāo)系)上通過開環(huán)控制管理工件w上的對(duì)象面tas的6自由度方向位置。

其次通過控制裝置600，搭載有已結(jié)束對(duì)象面tas至少一部分形狀信息測(cè)量的工件w的載臺(tái)12，移動(dòng)至光束造形系統(tǒng)500下方。

其次，對(duì)載臺(tái)12上的工件進(jìn)行附加與3d數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的形狀的三維造形的附加加工。此附加加工是以下述方式進(jìn)行。

即，控制裝置600將待通過附加加工附加的形狀(從附加加工后所制作的物體的形狀去除作為附加加工對(duì)象的工件的形狀后的形狀)的三維cad數(shù)據(jù)作為三維造形用的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為例如stl(stereolithography)數(shù)據(jù)，進(jìn)而從此三維stl資料生成于z軸方向切片的各層(layer)的資料。接著，控制裝置600根據(jù)各層的數(shù)據(jù)，為了進(jìn)行對(duì)工件的各層的附加加工，控制移動(dòng)系統(tǒng)200及光束造形系統(tǒng)500，針對(duì)各層反復(fù)進(jìn)行如下動(dòng)作：一邊將載臺(tái)12掃描于掃描方向、一邊進(jìn)行前述的一文字區(qū)域的形成及對(duì)一文字光束的來自噴嘴84a的造形材料的供給所致的線狀(狹縫狀)熔融池的形成。此處，附加加工時(shí)工件上的對(duì)象面的位置及姿勢(shì)的控制是考慮先前測(cè)量的對(duì)象面的形狀信息來進(jìn)行。

此處，以上的說明中，以工件w的設(shè)定為附加加工的目標(biāo)部位ta的對(duì)象面(例如上面)tas，為通過調(diào)整載臺(tái)12的傾斜而設(shè)定成與聚光光學(xué)系82的光軸垂直的面(與xy平面平行的面)的平面作為前提，來進(jìn)行伴隨載臺(tái)12的掃描動(dòng)作的造形。然而，工件的設(shè)定為附加加工的目標(biāo)部位的對(duì)象面，不限于一定要為能使用一文字光束的平面?？墒?，本實(shí)施形態(tài)的造形裝置100具備能將搭載有工件的載臺(tái)12的6自由度方向位置設(shè)定成任意位置的移動(dòng)系統(tǒng)200。因此，此種情形下，控制裝置600根據(jù)使用測(cè)量系統(tǒng)400測(cè)量的工件的三維形狀，控制移動(dòng)系統(tǒng)200及光束造形系統(tǒng)500的光束照射部520，一邊將造形面mp上的光束照射區(qū)域的x軸方向?qū)挾日{(diào)整成對(duì)齊于造形面mp的工件w上的對(duì)象面(例如上面)能視為可在造形面mp上的光束照射區(qū)域內(nèi)進(jìn)行附加加工的平坦的程度，一邊經(jīng)由噴嘴84a的各開閉構(gòu)件93i進(jìn)行各供給口91i的開閉操作，從必要的供給口將造形材料供給至照射于照射區(qū)域的光束。由此，即使工件上面(對(duì)象面)非為平坦，也能對(duì)必要的部分施加造形。

此外，也可在進(jìn)行基于焊珠積層的造形時(shí)，以在造形面的照射區(qū)域的x軸方向?qū)挾刃〉墓馐M(jìn)行附加加工(焊珠形成)，在形成較大面積的平面后，使用使在造形面的照射區(qū)域的x軸方向?qū)挾仍龃蟮囊晃淖止馐瑢?duì)該平面上進(jìn)行附加加工(焊珠形成)。例如也可在對(duì)有凹凸的對(duì)象面上進(jìn)行造形時(shí)，以在造形面的照射區(qū)域的x軸方向?qū)挾刃〉墓馐M(jìn)行填埋凹部的附加加工(焊珠形成)而形成平面后，使用使在造形面mp的照射區(qū)域的x軸方向?qū)挾仍龃蟮囊晃淖止馐?，?duì)該平面上進(jìn)行附加加工(焊珠形成)。此種情形下當(dāng)然也同樣地，從按照在造形面mp的光束的照射區(qū)域大小(寬度)變化而選擇的一個(gè)或多個(gè)供給口供給造形材料的粉末。

在對(duì)工件w的附加加工結(jié)束后，通過控制裝置600，將搭載有附加加工完畢的工件w的載臺(tái)12移動(dòng)至前述的裝載/卸除位置。

其次，通過控制裝置600，對(duì)工件搬送系300指示工件的卸除。依據(jù)此指示，通過工件搬送系300，附加加工完畢的工件w從載臺(tái)12上被取出而被搬送至造形裝置100外部。接著，通過控制裝置600，移動(dòng)系統(tǒng)200的載臺(tái)12被設(shè)定為基準(zhǔn)狀態(tài)。由此，移動(dòng)系統(tǒng)200，在裝載/卸除位置準(zhǔn)備次一工件的搬入而待機(jī)。

如以上所詳細(xì)說明，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的造形裝置100及以該造形裝置100進(jìn)行的造形方法，前述的在造形面mp內(nèi)的光束的強(qiáng)度分布，能不僅在經(jīng)由光束與對(duì)象面tas的相對(duì)移動(dòng)的造形開始前，在光束與對(duì)象面tas的相對(duì)移動(dòng)中，在必要情形下也能連續(xù)地變更，且能按照對(duì)象面tas與光束的相對(duì)位置，進(jìn)而能按照被要求的造形精度與產(chǎn)能予以變更。由此，造形裝置100，例如能通過快速原型設(shè)計(jì)將造形物以高加工精度且高產(chǎn)能形成于工件w的對(duì)象面tas上。

又，造形裝置100及以該造形裝置100進(jìn)行的造形方法，當(dāng)在平坦對(duì)象面tas上進(jìn)行較寬廣面積的附加加工(造形)時(shí)，采用對(duì)前述的一文字光束從噴嘴84a供給粉末狀的造形材料pd以在噴嘴84a正下方形成線狀的熔融池wp，一邊使載臺(tái)12掃描于掃描方向(在圖4中為+y方向)一邊進(jìn)行此種熔融池wp的形成的方法。根據(jù)此方法，經(jīng)由以往的3d打印機(jī)等若不使圖12(b)所示的點(diǎn)狀光束往返數(shù)十次即無法生成的形狀，能如圖12(a)所示，以相對(duì)一文字光束的載臺(tái)12的數(shù)次往返即能生成。根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，與通過以往點(diǎn)狀光束的造形的所謂一筆到底的造形的情形相較，能以格外短的時(shí)間將造形物形成于工件的對(duì)象面上。即，此點(diǎn)也能提升產(chǎn)能。

又，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)的造形裝置100及以該造形裝置100進(jìn)行的造形方法，由于通過變更反射鏡陣列80的各反射鏡元件的反射面傾斜角度，來進(jìn)行聚光光學(xué)系82在造形面內(nèi)的光束的強(qiáng)度分布的變更，因此作為該強(qiáng)度分布的變更，能容易地變更在造形面內(nèi)的光束的照射區(qū)域的位置、數(shù)量、大小、及形狀的至少一個(gè)。因此，例如將照射區(qū)域設(shè)定為點(diǎn)狀、狹縫狀(線狀)等，即能以前述手法對(duì)工件上的對(duì)象面施加三維造形，由此形成高精度的三維造形物。

又，本實(shí)施形態(tài)的造形裝置100具有多個(gè)例如兩個(gè)的粉末匣88a，88b，在粉末匣88a，88b各個(gè)的內(nèi)部收容有第1造形材料(例如鈦)的粉末、第2造形材料(例如不銹鋼)的粉末。又，在附加加工時(shí)(造形時(shí))，通過控制裝置600，進(jìn)行使用了材料供給裝置86的對(duì)噴嘴單元84的粉末供給路徑、即配管90b，90c的切換。由此，來自粉末匣88a的第1造形材料(例如鈦)的粉末與來自粉末匣88b的第2造形材料(例如不銹鋼)的粉末被擇一地供給至噴嘴單元84。因此，僅將控制裝置600所供給的粉末材料對(duì)應(yīng)部位做切換，即能容易地生成異種材料的接合形狀。又，其切換能大致在瞬間進(jìn)行。進(jìn)而，也能通過混合異種材料來供給而當(dāng)場(chǎng)制作“合金”，也能將其組成視場(chǎng)所來改變或使的漸層(gradation)。

此外，上述實(shí)施形態(tài)中，說明了通過光束造形系統(tǒng)500形成單一直線狀光束(一文字光束)的照射區(qū)域，并相對(duì)該一文字光束將工件w掃描于掃描方向(例如y軸方向)的情形。然而，光束造形系統(tǒng)500，如前所述可通過對(duì)射入聚光光學(xué)系82的多個(gè)平行光束lb的入射角度賦予適當(dāng)?shù)姆植紒碜杂傻刈兏煨蚊鎚p上的光束的強(qiáng)度分布。因此，造形裝置100，能變更造形面mp上的光束的照射區(qū)域的位置、數(shù)量、大小及形狀的至少一個(gè)，也能如前所述形成例如一文字區(qū)域、三行區(qū)域、缺損一文字區(qū)域等(參照?qǐng)D10)來作為光束的照射區(qū)域。

圖13顯示例如使用分別照射于構(gòu)成前述三行區(qū)域的三個(gè)一文字區(qū)域的三個(gè)一文字光束對(duì)工件w進(jìn)行附加加工的情形。如圖13所示，通過聚光光學(xué)系82周緣部附近且通過相對(duì)噴嘴84a的工件w(載臺(tái)12)的掃描方向前方及后方光路的光束lb11，lb12聚光于噴嘴84a(的多個(gè)供給口)的正下方而成為以x軸方向(圖13中的紙面正交方向)作為長(zhǎng)度方向的狹縫狀(線狀)第1一文字區(qū)域ls1形成于造形面上。此時(shí)，工件w的設(shè)定有目標(biāo)部位ta的對(duì)象面tas對(duì)齊于造形面mp。又，通過聚光光學(xué)系82周緣部附近且通過相對(duì)噴嘴84a的掃描方向后方的光路的光束lb21，lb22聚光，而在往第1一文字區(qū)域ls1的掃描方向后方相隔既定距離的位置，形成有與第1一文字區(qū)域ls1平行地以與第1一文字區(qū)域ls1相同長(zhǎng)度延伸于x軸方向的第2一文字區(qū)域ls2。又，通過聚光光學(xué)系82周緣部附近且通過相對(duì)噴嘴84a的掃描方向前方的光路的光束lb31，lb32聚光，而在往第1一文字區(qū)域ls1的掃描方向前方相隔既定距離的位置，形成有與第1一文字區(qū)域ls1平行地以與第1一文字區(qū)域ls1相同長(zhǎng)度延伸于x軸方向的第3一文字區(qū)域ls3。圖14在xy平面內(nèi)顯示圖13所示的三個(gè)一文字區(qū)域ls1、ls2、ls3與掃描方向的關(guān)系。

此外，圖13所示的lb11、lb12、lb21、lb22、lb31、lb12是示意顯示，射入各一文字區(qū)域的至少一個(gè)光束的光路、光束數(shù)量等例如可通過控制反射鏡陣列80來設(shè)定及變更。

此處，如前所述，通過對(duì)形成三個(gè)一文字區(qū)域ls1、ls2、ls3中位于載臺(tái)12的掃描方向中央的第1一文字區(qū)域ls1的一文字光束(以下為了說明方便，稱為第1一文字光束)從噴嘴84a供給粉末狀造形材料pd，以在噴嘴84a的多個(gè)供給口正下方形成線狀的熔融池wp，一邊使工件w(載臺(tái)12)掃描于掃描方向(在圖13中為+y方向)一邊進(jìn)行此種熔融池wp的形成。

形成相對(duì)第1一文字區(qū)域ls1位于載臺(tái)12的掃描方向后方(行進(jìn)方向后方)的第2一文字區(qū)域ls2的一文字光束(以下為了說明方便，稱為第2一文字光束)，例如具有在施加造形前將工件w表面(對(duì)象面的目標(biāo)部為)溫度預(yù)熱(先加熱至剛好的溫度)的作用。在不進(jìn)行此種預(yù)熱的場(chǎng)合，會(huì)因通過激光束熔融的高溫金屬與低溫工件(對(duì)象面)之間的較大溫度差而產(chǎn)生熔融金屬的急速冷卻，會(huì)瞬間凝固而成為干硬的塊體。此事是使加工面(造形部的表面)的面精度、面粗糙度等惡化的一大要因。相對(duì)于此，通過先以第2一文字光束事前加熱工件w(對(duì)象面)的表面以減小熔融金屬與工件w(對(duì)象面)的溫度差，而使工件w(對(duì)象面)上的熔融金屬的凝固速度和緩，熔融金屬因表面張力的作用而于工件w表面(對(duì)象面)擴(kuò)展，能充分取得時(shí)間上的余裕。其結(jié)果可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的面精度及面粗糙度。

形成相對(duì)第1一文字區(qū)域ls1位于載臺(tái)12的掃描方向前方(行進(jìn)方向前方)的第3一文字區(qū)域ls3的一文字光束(以下為了說明方便，稱為第3一文字光束)，例如發(fā)揮激光研磨附著于工件w表面(對(duì)象面的目標(biāo)部位)而凝固(固化)的造形材料(金屬材料)、即激光研磨焊珠be表面的作用。雖通過激光束進(jìn)行的表面研磨為公知的一般技術(shù)，但通常通過一次附加加工(造形)無法取得的面精度、面粗糙度，可通過第3一文字光束立即研磨來予以實(shí)現(xiàn)。

尤其是，在圖13所示的對(duì)工件w的附加加工，能在將工件w(載臺(tái)12)往掃描方向一次掃描的期間進(jìn)行上述的工件w表面的事前加熱(預(yù)熱)、對(duì)工件的熔融池及焊珠的形成、以及所形成的焊珠表面的激光研磨。此外，圖13的場(chǎng)合的第2一文字光束并不限于預(yù)熱也可用于其他用途。同樣地，第3一文字光束也可用于激光研磨以外的用途。例如，也可對(duì)應(yīng)于第1、第2及第3一文字區(qū)域ls1、ls2及l(fā)s3的配置，設(shè)置三個(gè)噴嘴，并通過第1、第2及第3一文字光束在工件w的造形面上同時(shí)形成三個(gè)既定寬度的直線狀熔融池。

此外，在與圖13相反地往-y方向設(shè)定有工件w(載臺(tái)12)的掃描方向時(shí)，第3一文字光束具有在施加造形前將工件w表面溫度先加熱至剛好的溫度的作用，而第2一文字光束則具有將附著于工件w表面而暫時(shí)凝固的金屬材料表面激光研磨的作用。

此外，上述說明中，雖說明了除了用于對(duì)工件形成熔融池的第1一文字光束的照射區(qū)域(第1一文字區(qū)域)以外，用于工件w表面的事前加熱的第2一文字光束的照射區(qū)域(第2一文字區(qū)域)、以及用于所形成的焊珠表面的激光研磨的第3一文字光束的照射區(qū)域(第3一文字區(qū)域)在造形面上彼此分離形成的情形，但例如第1一文字區(qū)域與第2一文字區(qū)域也可至少一部份重迭。又，第2一文字區(qū)域ls2與第3一文字區(qū)域ls3的至少一方，其形狀與尺寸的至少一方也可與第1一文字區(qū)域不同。又，第2一文字區(qū)域與第3一文字區(qū)域的至少一方也可不一定要使用，因此在造形面上，不一定非要形成第2一文字區(qū)域與第3一文字區(qū)域的至少一方。

至此為止，使一文字區(qū)域成為盡可能細(xì)的尖銳狀，利用散焦時(shí)照射于該一文字區(qū)域的光束的能量密度急遽下降來極力地增高熔融池(涂布層)的厚度控制性的方法為前提進(jìn)行了說明。然而，此情形下，涂布層的厚度變得非常薄，在附加相同厚度的層時(shí)，必須區(qū)分成更多層來進(jìn)行附加加工(造形)(必須重新涂布好幾次)，就生產(chǎn)性觀點(diǎn)而言并不利。

因此，考慮到被要求的造形精度與產(chǎn)能的均衡，而也能考慮欲增厚涂布層厚度的情形。此種情形下，控制裝置600按照被要求的造形精度與產(chǎn)能，使造形面內(nèi)的光束的強(qiáng)度分布變化，具體而言只要控制反射鏡陣列80的各反射鏡元件81p，q的傾斜角以稍微加寬一文字區(qū)域?qū)挾燃纯?。例如圖15(b)所示的一文字區(qū)域ls變化成一文字區(qū)域ls’。如此一來，散焦時(shí)的能量密度變化變得和緩，而如圖15(a)所示，鉛垂方向的高能量區(qū)域的厚度h變厚，由此能增厚一次掃描能生成的層厚度，據(jù)以使生產(chǎn)性提升。

如以上所述，本實(shí)施形態(tài)的造形裝置100與以往金屬用3d打印機(jī)相較，其具備多數(shù)個(gè)便利性、依照實(shí)際加工現(xiàn)場(chǎng)的要求的解決方案，為其一大特征。

此外，上述實(shí)施形態(tài)中，雖說明了使用反射鏡陣列80作為空間光調(diào)制器的情形，但也可取代此方式，使用將多數(shù)個(gè)通過mems技術(shù)制作的數(shù)字微鏡元件(digitalmicromirrordevice：dmd(注冊(cè)商標(biāo)))配置成矩陣狀而成的大面積數(shù)字微鏡元件。在此種情形下，難以使用編碼器等測(cè)量各反射鏡元件的狀態(tài)(例如傾斜角)。而在此種情形下，也可使用檢測(cè)系統(tǒng)，其對(duì)該大面積數(shù)字微鏡元件表面照射檢測(cè)光，并接收來自構(gòu)成數(shù)字微鏡元件的多數(shù)個(gè)反射鏡元件的反射光，根據(jù)其強(qiáng)度分布檢測(cè)各反射鏡元件的狀態(tài)。在此情形，檢測(cè)系統(tǒng)也可根據(jù)以拍攝手段拍攝由數(shù)字微鏡元件形成的像所取得的影像信息來檢測(cè)多數(shù)個(gè)反射鏡元件各個(gè)的狀態(tài)。

此外，上述實(shí)施形態(tài)的造形裝置100中，也可連同旋轉(zhuǎn)編碼器83p，q一起使用圖11中以假想線顯示的檢測(cè)系統(tǒng)89。作為此檢測(cè)系統(tǒng)89，能使用例如經(jīng)由配置于反射鏡陣列80與聚光光學(xué)系82之間的分束器接收來自構(gòu)成反射鏡陣列80的多數(shù)個(gè)反射鏡元件81p，q的反射光，再根據(jù)其強(qiáng)度分布檢測(cè)各反射鏡元件81p，q的狀態(tài)的檢測(cè)系統(tǒng)。作為檢測(cè)系統(tǒng)，能使用與例如美國(guó)發(fā)明專利8,456,624號(hào)說明書所揭示者相同構(gòu)成的系統(tǒng)。

又，上述實(shí)施形態(tài)中，雖例示了使用各反射鏡元件81p，q的反射面相對(duì)基準(zhǔn)面的傾斜角度為能變更類型的反射鏡陣列80的情形，但不限于此，也可采用各反射鏡元件能相對(duì)基準(zhǔn)面傾斜且能位移于與基準(zhǔn)面正交的方向的構(gòu)造的反射鏡陣列。又，各反射鏡元件，也可不一定可相對(duì)基準(zhǔn)面傾斜。如上述，能位移于與基準(zhǔn)面正交的方向的反射鏡陣列，例如揭示于美國(guó)發(fā)明專利第8,456,624號(hào)說明書。此外，也可采用各反射鏡元件能繞與基準(zhǔn)面平行的彼此正交的二軸旋轉(zhuǎn)(即能變更正交的兩方向的傾斜角度)類型的反射鏡陣列。如上述的能變更正交的兩方向的傾斜角度的反射鏡陣列，揭示于例如美國(guó)發(fā)明專利第6,737,662號(hào)說明書。這些情形中也能使用上述美國(guó)發(fā)明專利第8,456,624號(hào)說明書所揭示的檢測(cè)系統(tǒng)來檢測(cè)各反射鏡元件的狀態(tài)。

此外，也可使用對(duì)反射鏡陣列80表面照射檢測(cè)光并接收來自構(gòu)成反射鏡陣列80的多數(shù)個(gè)反射鏡元件81p，q的反射光的檢測(cè)系統(tǒng)。或者，作為檢測(cè)系統(tǒng)，也可將個(gè)別檢測(cè)各反射鏡元件的相對(duì)基準(zhǔn)面(底座)的傾斜角及間隔的傳感器設(shè)于反射鏡陣列(光學(xué)元件)。

此外，上述實(shí)施形態(tài)中，雖說明了通過個(gè)別控制射入聚光光學(xué)系82的光瞳面的多個(gè)平行光束的入射角度來進(jìn)行在造形面上的光束的強(qiáng)度分布的變更的情形，但也可非為能控制(變更)射入聚光光學(xué)系82的光瞳面的多個(gè)平行光束的所有入射角度。因此，在與上述實(shí)施形態(tài)同樣地使用反射鏡陣列控制射入聚光光學(xué)系82的平行光束的入射角度時(shí)等，所有反射鏡元件也可非能變更反射面狀態(tài)(反射面的位置及傾斜角度的至少一方)。又，上述實(shí)施形態(tài)中，雖說明了為了進(jìn)行射入聚光光學(xué)系82的多個(gè)平行光束的入射角度的控制、即為了變更造形面上的光束的強(qiáng)度分布而使用反射鏡陣列80的情形，但也可取代反射鏡陣列而使用以下說明的空間光調(diào)制器(非發(fā)光型影像顯示元件)。作為透射型空間光調(diào)制器，除了透射型液晶顯示元件(lcd：liquidcrystaldisplay)以外，還能例舉出電致變色顯示器(ecd)等。又，作為反射型空間光調(diào)制器，除了上述的微鏡陣列以外，還能例舉出反射型液晶顯示元件、電泳顯示器(epd：electrophoneticdisplay)、電子紙(或電子墨)、光繞射型光閥(gratinglightvalve)等。又，上述實(shí)施形態(tài)中，雖說明了為了進(jìn)行造形面上的光束的強(qiáng)度分布的變更而使用反射鏡陣列(空間光調(diào)制器的一種)的情形，但也可因其他目的使用空間光調(diào)制器。

又，如上述，聚光光學(xué)系82雖較佳為大口徑，但也可使用數(shù)值孔徑n.a.較0.5小的聚光光學(xué)系。

又，上述實(shí)施形態(tài)中，為了管理光束的強(qiáng)度分布，造形裝置100也可具備于聚光光學(xué)系82或其附近能配置受光部的傳感器。例如較佳為于載臺(tái)12上搭載ccd影像傳感器，通過該ccd影像傳感器以適當(dāng)頻率校正光束的強(qiáng)度分布(在造形面的照射區(qū)域內(nèi)的強(qiáng)度分布)。此時(shí)，雖也可在傳感器的受光部(例如載臺(tái)12)停止的狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量，但也可使傳感器的受光部(例如載臺(tái)12)一邊移動(dòng)、一邊進(jìn)行從聚光光學(xué)系82接收光束的掃描測(cè)量。通過一邊移動(dòng)傳感器的受光部一邊進(jìn)行測(cè)量，例如能排除ccd影像傳感器、反射鏡陣列等有限像素?cái)?shù)量的影響，得到正確的測(cè)量結(jié)果。如此，通過以接收來自聚光光學(xué)系82的光束的傳感器測(cè)量光束的強(qiáng)度分布，而能進(jìn)行也加入了聚光光學(xué)系82的熱像差等變動(dòng)要因后的光束的強(qiáng)度分布管理。又，通過根據(jù)其結(jié)果控制反射鏡陣列80等，而能以良好精度將在聚光光學(xué)系82后側(cè)焦點(diǎn)面等的光束的強(qiáng)度分布設(shè)定成所欲狀態(tài)。

此外，上述實(shí)施形態(tài)中，雖例示了使用鈦、不銹鋼的粉末作為造形材料的情形，但當(dāng)然也可使用鐵粉等其他金屬的粉末，也能使用尼龍、聚丙烯、abs等的粉末等金屬以外的粉末。又，作為造形材料除了粉末以外的物，在使用例如用于熔接的焊線等的情形，也能適用上述實(shí)施形態(tài)的造形裝置100。不過，在此情形下取代粉末匣及噴嘴單元等粉末供給系而設(shè)有送線裝置等。

又，上述實(shí)施形態(tài)中，雖說明了從噴嘴84a的多個(gè)供給口91i的各個(gè)將粉末狀的造形材料pd沿著與聚光光學(xué)系82的光軸ax平行的z軸方向供給的情形，但不限于此，也可從相對(duì)光軸ax傾斜的方向供給造形材料(粉末)。且也可從相對(duì)鉛垂方向傾斜的方向供給造形材料(粉末)。

此外，上述實(shí)施形態(tài)的造形裝置100中，材料處理部530所具備的噴嘴84a，也可具有前述造形材料的供給口與用以將未熔融的粉末狀造形材料回收的回收口(吸引口)。

至此為止，雖說明了對(duì)既有的工件附加形狀的例，但本實(shí)施形態(tài)的造形裝置100的使用用途并不限于此，也可與一般3d打印機(jī)等同樣地，在載臺(tái)12上從無任何物的處通過造形而生成三維形狀。此情形下，無非是對(duì)所謂“無”的工件施加附加加工。當(dāng)在此種載臺(tái)12上進(jìn)行三維造形物的造形時(shí)，控制裝置600，只要通過測(cè)量系統(tǒng)400所具備的標(biāo)記檢測(cè)系56(參照?qǐng)D11)，以光學(xué)方式檢測(cè)預(yù)先形成于載臺(tái)12上的最少三處的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，由此求出設(shè)定于載臺(tái)12上的造形的對(duì)象面于6自由度方向的位置信息，并一邊根據(jù)此結(jié)果控制相對(duì)光束(的照射區(qū)域)的載臺(tái)12上的對(duì)象面的位置及姿勢(shì)、一邊進(jìn)行三維造形即可。

此外，上述實(shí)施形態(tài)中，作為一例，說明了控制裝置600控制移動(dòng)系統(tǒng)200、測(cè)量系統(tǒng)400及光束造形系統(tǒng)500的構(gòu)成各部的情形，但不限于此，也可由分別包含微處理器等處理裝置的多個(gè)硬件構(gòu)成造形系統(tǒng)的控制裝置。此情形下，移動(dòng)系統(tǒng)200、測(cè)量系統(tǒng)400及光束造形系統(tǒng)500也可分別具備處理裝置，也可以是控制移動(dòng)系統(tǒng)200、搬送系統(tǒng)300、測(cè)量系統(tǒng)400及光束造形系統(tǒng)500中的兩個(gè)的第1處理裝置與控制剩余的一個(gè)系統(tǒng)的第2處理裝置的組合。不論是哪一種情形，各個(gè)處理裝置皆是負(fù)責(zé)上述控制裝置600的功能的一部分。或者，也可通過多個(gè)微處理器等處理裝置與統(tǒng)籌管理此等處理裝置的主計(jì)算機(jī)來構(gòu)成造形系統(tǒng)的控制裝置。

上述各實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成要件的至少一部分能與上述各實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成要件的至少其他一部分適當(dāng)?shù)亟M合。也可不使用上述各實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成要件中的一部分。又，在法令所許容范圍內(nèi)，援用上述各實(shí)施形態(tài)中所引用的與曝光裝置等相關(guān)的所有公開公報(bào)及美國(guó)發(fā)明專利的揭示以作為本文記載的一部分。

產(chǎn)業(yè)上可利用性

如以上所說明，本發(fā)明的造形裝置及造形方法適于三維造形物的形成。

符號(hào)說明

12載臺(tái)

62光導(dǎo)引光纖

64雙復(fù)眼光學(xué)系

66聚光透鏡系

70激光單元

78光束剖面強(qiáng)度轉(zhuǎn)換光學(xué)系

80反射鏡陣列

81反射鏡元件

82聚光光學(xué)系

83旋轉(zhuǎn)編碼器

85限制構(gòu)件

89檢測(cè)系統(tǒng)

91供給口

100造形裝置

200移動(dòng)系統(tǒng)

500光束造形系統(tǒng)

520光束照射部

530材料處理部

540灑水頭

600控制裝置

bs底座

pd造形材料

ls一文字區(qū)域

ls1第1一文字區(qū)域

ls2第2一文字區(qū)域

ls3第3一文字區(qū)域

mp造形面

ta目標(biāo)部位

tas對(duì)象面

w工件

wp熔融池