(57)【要約】  一つの実施形態に係る積層造形装置は、積層造形された物体を支持する台と、前記台に対して移動可能である第１ノズルと、前記台に対して移動可能であるとともに前記第１ノズルに対して移動可能である第２ノズルと、を有し、前記第１ノズル及び前記第２ノズルの少なくとも一方から粉体を吐出し、前記第１ノズル及び前記第２ノズルの少なくとも一方からエネルギー線を照射して前記粉体を溶融又は焼結させ、前記台に支持された前記物体を積層造形する造形部と、を備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層造形された物体を支持する台と、
前記台に対して移動可能である第１ノズルと、前記台に対して移動可能であるとともに前記第１ノズルに対して移動可能である第２ノズルと、を有し、前記第１ノズル及び前記第２ノズルの少なくとも一方から粉体を吐出し、前記第１ノズル及び前記第２ノズルの少なくとも一方からエネルギー線を照射して前記粉体を溶融又は焼結させ、前記台に支持された前記物体を積層造形する造形部と、
を具備する積層造形装置。
【請求項２】
前記第２ノズルは、前記第１ノズルが前記粉体を吐出するとともに前記エネルギー線を照射する方向と異なる方向に、前記粉体を吐出するとともに前記エネルギー線を照射可能である、請求項１の積層造形装置。
【請求項３】
前記台は、当該台に支持された前記物体を第１軸まわりに回転させる、請求項１又は請求項２の積層造形装置。
【請求項４】
前記造形部は、第１移動装置を有し、
前記第１移動装置は、前記台に対して第１方向に移動する第１移動部と、前記第１移動部に接続され、前記第１移動部に対して前記第１方向と交差する第２方向に移動する第２移動部と、前記第２移動部に接続され、前記第２移動部に対して前記第２方向と交差する第３方向に移動する第３移動部と、前記第３移動部に接続された前記第１ノズルを当該第３移動部に対して第２軸まわりに回転させる第１回転部と、を有する、
請求項３の積層造形装置。
【請求項５】
前記第１方向は、前記第１軸が延びる方向と直交し、
前記第２方向は、前記第１軸が延びる方向と平行であり、
前記第３方向は、前記第１方向と直交するとともに前記第２方向と直交し、
前記第２軸は、前記第１方向に延びる、
請求項４の積層造形装置。
【請求項６】
前記造形部は、第２移動装置を有し、
前記第２移動装置は、前記台に対して第３軸まわりに回転する第２回転部と、前記第２回転部に接続され、前記第２回転部に対して第４方向に移動する第４移動部と、前記第４移動部に接続され、前記第４移動部に対して前記第４方向と交差する第５方向に移動する第５移動部と、前記第５移動部に接続された前記第２ノズルを当該第５移動部に対し、前記第３軸に対して傾いた第４軸まわりに回転させる第３回転部と、を有する、
請求項４又は請求項５の積層造形装置。
【請求項７】
前記第３軸は、前記第１軸と平行に延び、
前記第４方向は、前記第３軸が延びる方向と平行であり、
前記第５方向は、前記第４方向と直交し、
前記第４軸が延びる方向は、前記第３軸が延びる方向と直交する、
請求項６の積層造形装置。
【請求項８】
前記造形部は、前記台、前記第１ノズル、及び前記第２ノズルに対して移動可能な第３ノズル、を有し、前記第１乃至第３ノズルのうち少なくとも一つから粉体を吐出し、前記第１乃至第３ノズルのうち少なくとも一つからエネルギー線を照射して前記粉体を溶融又は焼結させ、前記台に前記物体を積層造形し、
前記第１移動装置は、前記第２移動部に接続され、前記第２移動部に対して前記第３方向に移動する第６移動部と、前記第６移動部に接続された前記第３ノズルを当該第６移動部に対して第５軸まわりに回転させる第４回転部と、を有する、請求項６又は請求項７の積層造形装置。
【請求項９】
前記第１移動装置は、前記第２移動部に接続され、前記第２移動部に対して前記第３方向に移動する第６移動部と、前記第６移動部に接続された前記第２ノズルを当該第６移動部に対して第５軸まわりに回転させる第４回転部と、を有する、請求項４又は請求項５の積層造形装置。
【請求項１０】
前記第５軸は、前記第２軸と平行に延びる、請求項８又は請求項９の積層造形装置。
【請求項１１】
第１ノズルと、前記第１ノズルに対して移動可能である第２ノズルと、を互いに異なる位置に配置することと、
前記第１ノズルと前記第２ノズルとから粉体を吐出することと、
前記第１ノズルと前記第２ノズルとからエネルギー線を照射して前記粉体を溶融又は焼結させ、層を形成することと、
を具備する積層造形方法。
【請求項１２】
前記第２ノズルは、前記第１ノズルが前記粉体を吐出するとともに前記エネルギー線を照射する方向と異なる方向に、前記粉体を吐出するとともに前記エネルギー線を照射可能である、請求項１１の積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、積層造形装置及び積層造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルから粉末状の材料を供給するとともに、レーザー光を照射することで当該材料を固化させ、固化した材料の層を形成する積層造形装置が知られる。固化した材料の層が積層されることで、立体形状の物体が積層造形される。ノズル又はワークが、例えば多関節ロボットアームの先端に配置される。これにより、種々の方向に材料の層が積層可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２１５３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一つの多関節ロボットアームにノズル又はワークを配置して積層造形する場合、多関節ロボットアームは、制御が複雑であったり、動作範囲が狭かったり、積層造形されている物体に干渉したりするため、積層造形の効率という点で改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの実施形態に係る積層造形装置は、積層造形された物体を支持する台と、前記台に対して移動可能である第１ノズルと、前記台に対して移動可能であるとともに前記第１ノズルに対して移動可能である第２ノズルと、を有し、前記第１ノズル及び前記第２ノズルの少なくとも一方から粉体を吐出し、前記第１ノズル及び前記第２ノズルの少なくとも一方からエネルギー線を照射して前記粉体を溶融又は焼結させ、前記台に支持された前記物体を積層造形する造形部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施例の積層造形装置を概略的に示す例示的な正面図である。
【図２】図２は、実施例の積層造形装置による積層造形物の第１の造形例を概略的に示す例示的な図である。
【図３】図３は、実施例の積層造形装置による積層造形物の第２の造形例を概略的に示す例示的な図である。
【図４】図４は、実施例の積層造形装置による積層造形物の第３の造形例を概略的に示す例示的な図である。
【図５】図５は、実施例の他の造形物を概略的に示す例示的な正面図である。
【図６】図６は、実施例の他の造形物を概略的に示す例示的な平面図である。
【図７】図７は、実施例の羽根の第１の例を概略的に示す例示的な図である。
【図８】図８は、実施例の羽根の第２の例を概略的に示す例示的な図である。
【図９】図９は、他の実施例の積層造形装置を概略的に示す例示的な正面図である。
【図１０】図１０は、図１の実施例に係る積層造形装置を概略的に示す例示的な斜視図である。
【図１１】図１１は、実施例の第１ノズル及び積層造形物を概略的に示す例示的な断面図である。
【図１２】図１２は、図９の実施例に係る積層造形装置を概略的に示す例示的な斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明による実施例を以下に示す。
図１は本発明の実施例である積層造形装置１の構造を示している。積層造形装置１は、テーブル２に積層造形物８を造形する。テーブル２は鉛直方向の軸（ｃ軸）まわりに回転可能である。
テーブル２の両側に一対の第１コラム３が配置され、この一対の第１コラム３によって第１クロスレール４のスパンの両端が支持されている。
第１クロスレール４には粉体材料を射出し、この粉体材料を溶融するレーザー光を射出する第１ノズル１１が支持されている。
【０００８】
第１コラム３は図示しないアクチュエーターによってＸ軸方向に移動可能である。第１クロスレール４は第１コラム３内に配置したボールねじとアクチュエーターにより、Ｚ軸方向（鉛直方向）に移動可能である。また、第１ノズル１１は第１クロスレール４内に配置したボールねじとアクチュエーターによりＹ軸方向に移動可能である。
また、第１ノズルはＸ軸と平行な軸（ａ１軸）を中心として回転可能である。
【０００９】
また、テーブル２の外側に第２コラム５が配置されている。第２コラム５は鉛直方向の軸（ｃ２軸）まわりに回転可能である。第２クロスレール６は第２コラム５に支持され、水平に延びている。第２クロスレール６は例えばテーブル２の回転中心軸に向かって延びるが、第２コラム５がｃ２軸まわりに回転することで第２クロスレール６が延びる方向は変わる。
第２クロスレール６には、粉体材料を射出し、この粉体材料を溶融するレーザー光を射出する第２ノズル１２が支持されている。
【００１０】
第２クロスレール６は第２コラム５内に配置したボールねじとアクチュエーターにより、ｗ軸方向（鉛直方向）に移動可能である。また、第２クロスレール６は第２クロスレール６内に配置したボールねじとアクチュエーターによりｖ軸方向に移動可能である。ｖ軸方向は第２コラム５から第２クロスレール６が延びる、高さ（Ｚ軸）一定の直線方向を表す。図１では正面から見て第２コラム５は右側に位置しているが、この第２コラム５を正面に配置し、ｖ軸をＸ軸と平行になるようにすると、第１コラム３、第１クロスレール４と第２コラム５、第２クロスレール６との干渉を少なくすることができる。
また、第２ノズルはｖ軸とｗ軸の両軸に直交するａ２軸を中心として回転可能である。
【００１１】
積層造形装置１は、テーブル２の上に積層造形物８を造形する。また、既存の造形物をテーブル２の上に設置し、この造形物上に新たな積層造形物８を造形してもよい。積層造形装置１は、第１ノズル１１のみで造形してもいいし、第２ノズル１２のみで造形してもよい。積層造形装置１は、第１ノズル１１、第２ノズル１２を同時に使用して造形してもよい。
第１ノズル１１と第２ノズル１２を使用して造形する場合に射出される粉体としては、第１ノズル１１と第２ノズル１２で同じ材料を用いてもいいし異なる材料を用いてもよい。
また、一方のノズルが材料噴出用に使用され、他方のノズルは材料を噴出せずにレーザーのみを照射し加熱用に用いられてもよい。加熱は、予熱や後熱、または造形と同時にされる場合もある。
【００１２】
図２に本発明の実施例の積層造形装置を用いた造形例を示す。この造形物８は円錐台３１の部分と横に張り出したつば３２の部分から構成されている。この造形例では円錐台３１を第１ノズル１１、つば３２を第２ノズル１２により造形している。
第１ノズル１１のような構造では、円錐台３１の水平方向から、つば３２を造形することが困難である。逆に第２ノズル１２だけでは、円錐台３１の造形は難しい。門型の工作機械ではテーブルを傾け（チルトさせ）ワークの横から加工できるようにしたものがある。本発明の実施例の積層造形装置ではテーブルを傾けずに造形をすることができる。
【００１３】
一本のノズルのみで図２のような造形に対応するには、テーブルを傾ける機能を付加したり、ノズルの制御にロボットなみの自由度を持たせたりすることになる。このような構造の制御は複雑になる。また、ノズルの制御にロボットのような自由度を持たせると剛性が不足したり、動作範囲が狭くなったりしてしまう。
【００１４】
図２で第２ノズル１２を使用してつば３２を造形する場合は、第２ノズル１２を適切な位置に移動させ、静止する。その後、テーブル２を回転させるだけで一周分のつば３２の部分が造形される。このように制御が単純になる。
【００１５】
図３は第１ノズル１１と第２ノズル１２の角度が造形物８に対して同じになるようにして、同時に照射し造形する例である。積層造形では結晶方位を制御し、結晶方向を任意方向にして造形することが知られている。本発明の実施例の造形装置では、ノズルの造形物に対する角度の自由度が大きいので、結晶方位の制御に適している。特定な荷重の方向に強度を持った異方性の材料を造形できる。
また図３の例で、それぞれのノズルから射出される材料を変えることで、結晶方位を制御した合金を造形することができる。材料の射出を一方のノズルのみが行い、他方が加熱のみに用いられることで他と異なった性質を持つ造形物を製造することができる。
【００１６】
図２の例でつば３２を造形しないで、円錐台３１のみを造形する場合を考える。円錐台３１を第１ノズル１１で造形した後、第２ノズル１２がレーザー照射のみを行い円錐台３１の側面を加熱すると、円錐台３１の側面の粗さを解消することができる。
【００１７】
図４は造形物８の同一な面を２本のノズルで同じ角度により造形する例である。このように第１ノズル１１、第２ノズル１２で造形する場合において、２つのノズルを平行にして造形できる面の角度に制約が生じることがある。しかし、図２の円錐台３１の側面の表面のような例においては、造形が可能である。また、後述するように第１ノズル１１と第３ノズル１３を使用する場合には、２つのノズルを平行にした造形が容易になる。
２つのノズルの距離が、互いのノズル先端から吐出される粉とガスの流れに影響されない距離まで離されて、造形が行われる。または、先に造形するノズルによって加熱された部分が冷却されないうちに、後から他のノズルによって造形を行うこともできる。
この実施例では２本のノズルの例を示してあるが、さらにノズルの数を増やし偶数個として、２本のノズルを１セットとして造形することも可能である。また、ノズルの数は偶数個でなくても良いし、１セットに含まれるノズルは２本でなくても良い。
【００１８】
図５及び図６は他の造形物２０の例である。円錐台２１の部分は他の工作機械で製造され、羽根２２の部分が積層造形される。図５が造形物２０の正面図、図６が平面図である。
図６のＡで示した部分を拡大したものが図７，８で、これらの図は別々の造形方法により製造された羽根２２を示している。
【００１９】
図７は第２ノズル１２により層２６を造形した羽根２２を示す。層２６は、Ｘ−Ｙ平面において、円錐台２１の回転中心を中心とした同心円状に造形されている。層２５は第１ノズルによりＹ軸に平行に円錐台２１の中心から放射状に造形されている。このように造形する方向を層により変化させることで、色々な方向の荷重に対して強度がある造形物を製造できる。
【００２０】
図８は第２ノズル１２により一番下の層２６を造形し、その後層２５のみを第１ノズルによりＹ軸に平行に造形した羽根２２の例である。図８の例は、この造形物２０の使用状況では層２５のような向きで造形した方が、強度的に望ましい場合のものである。
しかし、層２５のみで造形する場合には、羽根２２の下に治具等を設置しないと層２５の造形は困難である。
このような場合、最初に層２６を円錐台２１の回転中心から放射状に造形して、その後層２５を造形することにより治具等を使用しないで造形物２０の製造が可能となる。層２５は円錐台２１の中心から同心円状に造形してもよいし、放射状に造形してもよい。
【００２１】
図９は本発明の他の実施例である。第１クロスレール４に支持され、粉体材料を射出し、この粉体材料を溶融するレーザー光を射出する第３ノズル１３がさらに設けられている。この第３ノズルは第１ノズル１１と独立にＹ軸方向を移動可能な軸（Ｙ２軸）が設けてある。また、Ｘ軸方向を回転中心として第３ノズルを回転できるａ３軸を設けてある。このような構成では、図３のような造形が容易になる。図９では第１クロスレール４に第１ノズル１１と第３ノズル１３が支持されているが、それぞれ独立のクロスレールで支持してもよい。
また図９では第２ノズル１２が設けてあるが、第１ノズル１１、第３ノズル１３の２本のノズルのみでもよい。
【００２２】
以下に、以上述べた実施例について、より詳しく説明する。各図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｚ軸は、例えば鉛直方向に延びる。Ｘ軸及びＹ軸は、例えば水平方向に延びる。なお、積層造形装置１は、Ｚ軸が鉛直方向から傾斜するように配置されても良い。
【００２３】
図１０は、図１の実施例に係る積層造形装置１を概略的に示す例示的な斜視図である。積層造形装置１は、いわゆるレーザーマテリアルデポジション方式の三次元プリンターである。なお、積層造形装置１はこの例に限らない。
【００２４】
図１１は、実施例の第１ノズル１１及び積層造形物８を概略的に示す例示的な断面図である。第１ノズル１１と第２ノズル１２とは、略同一の構造を有する。このため、図１１は、第１ノズル１１を示すとともに、実質的に第２ノズル１２をも示す。
【００２５】
積層造形装置１は、例えば、粉末状の材料Ｍを層状に積み重ねることにより、所定の形状の積層造形物８を積層造形（付加製造）する。材料Ｍは、粉体の一例である。積層造形物８は、物体の一例である。
【００２６】
材料Ｍは、第１ノズル１１や第２ノズル１２により供給され、テーブル２、又はテーブル２に支持されたベースの上に積み重ねられる。材料Ｍは、例えば、粉末状の金属である。なお、材料Ｍはこれに限られず、合成樹脂及びセラミックスのような他の材料であっても良い。積層造形装置１は、複数種類の材料Ｍにより、積層造形物８を積層造形しても良い。
【００２７】
図１０に示されるように、積層造形装置１は、テーブル２と、造形部１００と、制御部１０１と、複数の信号線１０２とを有する。テーブル２は、台の一例である。テーブル２、造形部１００、及び制御部１０１は、例えば、積層造形装置１の筐体に覆われ、又は造形のための部屋の中に配置される。
【００２８】
テーブル２は、積層造形された積層造形物８や、積層造形物８の仕掛品や、材料Ｍを積層させるためのベースを支持する。以下の説明において、積層造形物８は、積層造形が完了した積層造形物８、積層造形物８の仕掛品、及びベースを含む。積層造形が完了すると、積層造形物８において、材料Ｍが積層された部分は、ベースと一体化している。
【００２９】
テーブル２は、当該テーブル２の少なくとも一部が回転することにより、当該テーブル２に支持された積層造形物８をｃ軸まわりに回転させる。ｃ軸は、第１軸の一例である。ｃ軸は、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びる。図１０は、ｃ軸と、ｃ軸まわりの回転方向を示す矢印に符号ｃを付す。
【００３０】
テーブル２は、積層造形物８をＸ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に移動させても良い。また、テーブル２は積層造形物８を、Ｙ軸方向に延びる軸や、Ｘ軸方向に延びる軸まわりにさらに回転させても良い。
【００３１】
造形部１００は、第１ノズル１１と、第２ノズル１２と、供給装置１１０と、第１移動装置１２０と、第２移動装置１３０とを有する。第１ノズル１１及び第２ノズル１２の少なくとも一方は、テーブル２、又はテーブル２の上の積層造形物８に材料Ｍを吐出する。また、図１１に示すように、レーザー光Ｌが、第１ノズル１１及び第２ノズル１２の少なくとも一方から、吐出された材料Ｍやテーブル２の上の積層造形物８に照射される。レーザー光Ｌは、エネルギー線の一例である。
【００３２】
レーザー光Ｌが、材料Ｍの供給と並行して第１ノズル１１及び第２ノズル１２から照射される。第１ノズル１１及び第２ノズル１２から、レーザー光Ｌに限らず、他のエネルギー線が照射されても良い。エネルギー線は、レーザー光Ｌのように材料Ｍを溶融又は焼結できるものであれば良く、例えば、電子ビームや、マイクロ波乃至紫外線領域の電磁波であっても良い。
【００３３】
造形部１００は、ベースや吐出された材料Ｍをレーザー光Ｌにより加熱し、溶融領域８ａを形成する。レーザー光Ｌは、溶融領域８ａにおいて、材料Ｍを溶融又は焼結させ、材料Ｍを集合させる。このように、溶融領域８ａは、供給された材料Ｍのみならず、レーザー光Ｌを照射されたベースや積層造形物８の一部を含み得る。また、溶融領域８ａは、完全に溶融した材料Ｍのみならず、部分的に溶融した材料Ｍ同士が結合したものであっても良い。
【００３４】
溶融領域８ａが固化することで、ベースや積層造形物８の上に、層状又は薄膜状等の材料Ｍの集合としての層８ｂが形成される。なお、材料Ｍは、材料Ｍの集合への伝熱によって冷却されることにより、粒状で積層され、粒状の集合（層）となっても良い。
【００３５】
造形部１００は、第１ノズル１１及び第２ノズル１２から、材料Ｍの集合にレーザー光Ｌを照射することで、アニール処理を行っても良い。材料Ｍの集合は、レーザー光Ｌにより再溶融又は再焼結され、固化することにより層８ｂになる。
【００３６】
造形部１００は、層８ｂを反復的に積み重ねることにより、積層造形物８を積層造形する。このように、造形部１００は、第１ノズル１１及び第２ノズル１２の少なくとも一方からレーザー光Ｌを照射して材料Ｍを溶融又は焼結させ、テーブル２に支持された積層造形物８を積層造形する。
【００３７】
第１ノズル１１及び第２ノズル１２はそれぞれ、ノズルヘッド１４０を有する。ノズルヘッド１４０の先端１４１は、間隔を介して積層造形物８に向く。ノズルヘッド１４０に、出射路１４２及び吐出路１４３が設けられる。出射路１４２及び吐出路１４３は、例えば、先端１４１に開口する。
【００３８】
出射路１４２は、略円形の断面を有する孔である。レーザー光Ｌが、出射路１４２を通り、ノズルヘッド１４０の外部に出射される。吐出路１４３は、略円環状の断面を有する孔であり、出射路１４２を囲むように設けられる。キャリアガス及び材料Ｍが、吐出路１４３を通り、ノズルヘッド１４０の外部に吐出される。
【００３９】
第２ノズル１２のノズルヘッド１４０は、吐出路１４３から、略水平方向に材料Ｍを吐出することがある。この場合、重力によって、狙った位置よりも下方に噴射される材料Ｍの割合が多くなる。積層造形装置１は、第２ノズル１２のノズルヘッド１４０を多少上方に向くように傾けることで、狙った位置に噴射される材料Ｍの割合を多くすることができる。
【００４０】
ノズルヘッド１４０に、複数の吐出路１４３が設けられても良い。複数の吐出路１４３は、互いに区切られるとともに、全体として略円環状の断面を有する。ノズルヘッド１４０が略水平方向に向く場合、例えば、上に位置する吐出路１４３から吐出される材料Ｍの量が、下に位置する吐出路１４３から吐出される材料Ｍの量よりも多く設定される。これにより、重力による影響を緩和することができる。
【００４１】
図１０に示すように、供給装置１１０は、光学装置１１１と、材料供給装置１１２とを有する。光学装置１１１は、例えば、光源及び光学系を有する。光源は、発振素子を有し、発振素子の発振によりレーザー光Ｌを出射する。光源は、出射されるレーザー光Ｌのパワーを変更可能である。
【００４２】
光源は、出射されたレーザー光Ｌを光学系に入射させる。レーザー光Ｌは、光学系を経て第１ノズル１１及び第２ノズル１２に入る。光学装置１１１は、第１ノズル１１及び第２ノズル１２の出射路１４２にレーザー光Ｌを供給し、出射路１４２からレーザー光Ｌを出射させる。
【００４３】
第１ノズル１１及び第２ノズル１２は、レーザー光Ｌの照射によって、吐出された材料Ｍを加熱することにより、材料Ｍの層を形成するとともにアニール処理を行うことができる。また、第１ノズル１１及び第２ノズル１２は、積層造形物８の不要な部位をレーザー光Ｌの照射によって除去することができる。
【００４４】
材料供給装置１１２は、材料供給部１１２ａと、第１タンク１１２ｂと、第２タンク１１２ｃとを有する。第１タンク１１２ｂ及び第２タンク１１２ｃは、材料Ｍを収容する。第１タンク１１２ｂに収容される材料Ｍと、第２タンク１１２ｃに収容される材料Ｍとが異なっても良い。
【００４５】
材料供給部１１２ａは、第１タンク１１２ｂの材料Ｍを、供給管１１ａを介して第１ノズル１１へ供給する。材料供給部１１２ａは、第２タンク１１２ｃの材料Ｍを、供給管１２ａを介して第２ノズル１２へ供給する。
【００４６】
材料供給部１１２ａは、例えば、キャリアガスにより材料Ｍを第１ノズル１１及び第２ノズル１２へ供給する。キャリアガスは、例えば、窒素やアルゴンのような不活性ガスである。材料供給部１１２ａは、供給管１１ａ（供給管１２ａ）を介して、ノズルヘッド１４０の吐出路１４３にキャリアガスと材料Ｍとを供給する。
【００４７】
材料供給部１１２ａは、例えば、キャリアガスを収容するタンクと、当該タンクのキャリアガスを供給管１１ａ，１２ａへ流すポンプと、キャリアガスの流れに第１タンク１１２ｂ又は第２タンク１１２ｃの材料Ｍを供給する装置と、を有する。なお、材料供給部１１２ａは、他の手段により材料Ｍを第１ノズル１１及び第２ノズル１２へ供給しても良い。
【００４８】
供給装置１１０はさらに、パージガスやシールドガスを、供給管１１ａ，１２ａを介して第１ノズル１１及び第２ノズル１２へ供給しても良い。パージガス及びシールドガスは、例えば、窒素やアルゴンのような不活性ガスである。供給管１１ａ，１２ａはそれぞれ、キャリアガス及び材料Ｍが通る管、パージガスが通る管、シールドガスが通る管、及びレーザー光Ｌが通るケーブルを包含している。
【００４９】
制御部１０１は、造形部１００及びテーブル２に、信号線１０２を介して電気的に接続される。制御部１０１は、例えば、ＣＰＵのような処理装置と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＨＤＤのような記憶装置と、他の種々の装置とを有する。
【００５０】
ＣＰＵがＲＯＭ又はＨＤＤに組み込まれたプログラムを実行することで、制御部１０１は、積層造形装置１の各部を制御する。例えば、制御部１０１は、造形部１００の第１ノズル１１、第２ノズル１２、光学装置１１１、材料供給装置１１２、第１移動装置１２０、及び第２移動装置１３０を制御する。
【００５１】
第１移動装置１２０は、一対の第１コラム３と、第１クロスレール４と、第１移動体１１ｂと、第１回転機構１１ｃとを有する。第１コラム３は、第１移動部の一例である。第１クロスレール４は、第２移動部の一例である。第１移動体１１ｂは、第３移動部の一例である。第１回転機構１１ｃは、第１回転部の一例である。
【００５２】
一対の第１コラム３は、Ｙ軸方向に互いに離間するとともに、Ｚ軸方向に延びる。Ｙ軸方向において、一対の第１コラム３の間に、テーブル２が位置する。第１コラム３は、例えば、第１コラム３及びフロアに設けられた移動機構３ａにより、テーブル２に対してＸ軸方向に移動可能である。Ｘ軸方向は、第１方向の一例である。すなわち、第１コラム３が移動する方向は、ｃ軸が延びる方向と直交する。
【００５３】
移動機構３ａは、例えば、第１コラム３の内部に設けられたアクチュエーターや、フロアに設けられてＸ軸方向に延びたレールのような、第１コラム３をＸ軸方向に移動させる種々の部品を有する。一対の第１コラム３は、互いに連結され、Ｘ軸方向に平行移動可能である。
【００５４】
第１クロスレール４は、Ｙ軸方向に略直線状に延びる。第１クロスレール４の両端が、一対の第１コラム３に支持される。言い換えると、第１クロスレール４は、第１コラム３に接続される。
【００５５】
第１クロスレール４は、例えば、第１コラム３及び第１クロスレール４に設けられた移動機構３ｂにより、第１コラム３に対してＺ軸方向に移動可能である。Ｚ軸方向は、第２方向の一例である。すなわち、第１クロスレール４が移動する方向は、Ｘ軸方向と直交し、ｃ軸が延びる方向と平行である。
【００５６】
移動機構３ｂは、例えば、第１コラム３の内部に設けられたボールねじ及びアクチュエーターのような、第１クロスレール４をＺ軸方向に移動させる種々の部品を有する。第１クロスレール４は、Ｙ軸方向に延びる状態で、Ｚ軸方向に平行移動可能である。すなわち、第１クロスレール４は、第１コラム３に沿って移動する。
【００５７】
第１移動体１１ｂは、例えば、第１クロスレール４に設けられた移動機構４ａにより、第１クロスレール４に対してＹ軸方向に移動可能である。Ｙ軸方向は、第３方向の一例である。すなわち、第１移動体１１ｂが移動する方向は、第１コラム３が移動する方向と直交するとともに、第１クロスレール４が移動する方向と直交する。
【００５８】
移動機構４ａは、例えば、第１クロスレール４の内部に設けられたボールねじ及びアクチュエーターのような、第１移動体１１ｂを移動させる種々の部品を有する。第１移動体１１ｂは、例えば、第１クロスレール４の内部に配置された、ボールねじのナットである。このため、第１移動体１１ｂは、第１クロスレール４の移動機構４ａに接続される。第１移動体１１ｂは、移動機構４ａにより、第１クロスレール４に沿って移動させられる。
【００５９】
第１ノズル１１は、第１移動体１１ｂに接続される。第１回転機構１１ｃは、第１ノズル１１を、第１移動体１１ｂに対してａ１軸まわりに回転させる。ａ１軸は、第２軸の一例であり、Ｘ軸方向に延びる。図１０は、ａ１軸と、ａ１軸まわりの回転方向を示す矢印に符号ａ１を付す。第１回転機構１１ｃは、第１ノズル１１の内部に設けられたアクチュエーターのような、第１ノズル１１を回転させる種々の部品を有する。
【００６０】
第１移動装置１２０は、第１コラム３によって、第１ノズル１１をテーブル２に対してＸ軸方向に平行移動させる。第１移動装置１２０は、第１クロスレール４によって、第１ノズル１１をテーブル２に対してＺ軸方向に平行移動させる。第１移動装置１２０は、第１移動体１１ｂによって、第１ノズル１１をテーブル２に対してＹ軸方向に平行移動させる。第１移動装置１２０は、第１回転機構１１ｃによって、第１ノズル１１をａ１軸まわりに回転させる。以上のように、第１移動装置１２０は、第１ノズル１１を、テーブル２に対して移動させる。
【００６１】
第２移動装置１３０は、第２コラム５と、第２移動体６ａと、第２クロスレール６と、第２回転機構１２ｂとを有する。第２コラム５は、第２回転部の一例である。第２移動体６ａは、第４移動部の一例である。第２クロスレール６は、第５移動部の一例である。第２回転機構１２ｂは、第３回転部の一例である。
【００６２】
第２コラム５は、テーブル２とＸ軸方向に間隔を介して並べられるとともに、Ｚ軸方向に延びる。Ｙ軸方向において、一対の第１コラム３の間に、第２コラム５が位置する。例えば、第２コラム５は、一対の第１コラム３の間の中間地点に配置される。図１０の第２コラム５は、テーブル２の正面に配置されており、第１クロスレール４と第２コラム５及び第２クロスレール６との干渉を少なくすることができる。なお、第２コラム５は、図１のように、テーブル２と第１コラム３との間に位置しても良い。
【００６３】
第２コラム５は、例えば、第２コラム５及びフロアに設けられた回転機構５ａにより、テーブル２に対してｃ２軸まわりに回転可能である。ｃ２軸は、第３軸の一例であり、Ｚ軸方向に延びる。すなわち、ｃ２軸は、ｃ軸と平行に延びる。図１０は、ｃ２軸と、ｃ２軸まわりの回転方向を示す矢印に符号ｃ２を付す。回転機構５ａは、例えば、第２コラム５の内部に設けられたアクチュエーターのような、第２コラム５をｃ２軸まわりに回転させる種々の部品を有する。
【００６４】
第２移動体６ａは、例えば、第２コラム５に設けられた移動機構５ｂにより、第２コラム５に対してｗ軸方向に移動可能である。ｗ軸方向は、第４方向の一例であり、Ｚ軸方向（鉛直方向）と平行な方向である。すなわち、第２移動体６ａが移動する方向は、ｃ２軸が延びる方向と平行である。
【００６５】
移動機構５ｂは、例えば、第２コラム５の内部に設けられたボールねじ及びアクチュエーターのような、第２移動体６ａを移動させる種々の部品を有する。第２移動体６ａは、例えば、第２コラム５の内部に配置された、ボールねじのナットである。このため、第２移動体６ａは、第２コラム５の移動機構５ｂに接続される。第２移動体６ａは、移動機構５ｂにより、第２コラム５に沿って移動させられる。
【００６６】
第２クロスレール６は、第２移動体６ａに接続される。第２クロスレール６は、ｖ軸方向に略直線状に延びる。ｖ軸方向は、第５方向の一例であり、ｗ軸方向と直交する。すなわち、第２クロスレール６は、水平方向に延びる。
【００６７】
ｖ軸方向は、第２コラム５が回転することにより変化し、図１０のようにＸ軸と平行に延びることもあれば、例えばＹ軸と平行に延びることも可能である。例えば、ｖ軸方向は、ｃ軸の径方向として設定される。すなわち、第２クロスレール６は、ｃ軸に近づく方向、又はｃ軸から遠ざかる方向に延びる。
【００６８】
第２クロスレール６は、例えば、第２クロスレール６の内部に設けられた移動機構により、第２移動体６ａに対してｖ軸方向に移動可能である。第２クロスレール６の内部の移動機構は、例えば、ボールねじ及びアクチュエーターのような、第２クロスレール６をｖ軸方向に移動させる種々の部品を有する。
【００６９】
第２ノズル１２は、第２クロスレール６に接続される。第２回転機構１２ｂは、第２ノズル１２を、第２クロスレール６に対してａ２軸まわりに回転させる。ａ２軸は、第４軸の一例である。図１０は、ａ２軸と、ａ２軸まわりの回転方向を示す矢印に符号ａ２を付す。第２回転機構１２ｂは、第２ノズル１２の内部に設けられたアクチュエーターのような、第２ノズル１２を回転させる種々の部品を有する。
【００７０】
ａ２軸は、ｗ軸方向と直交するとともにｖ軸方向と直交する方向に延びる。このため、ａ２軸はｃ２軸に対して傾いており、ａ２軸が延びる方向はｃ２軸が延びる方向と直交する。言い換えると、ａ２軸はｃ２軸と平行ではなく、ａ２軸は、ｃ２軸と交差するか、ｃ２軸に対して捩れの位置にある。
【００７１】
第２移動装置１３０は、第２コラム５によって、第２ノズル１２をテーブル２に対してｃ２軸まわりに回転させる。第２移動装置１３０は、第２移動体６ａによって、第２ノズルをテーブル２に対してｗ軸方向に平行移動させる。第２移動装置１３０は、第２クロスレール６によって、第２ノズル１２をテーブル２に対してｖ軸方向に平行移動させる。第２移動装置１３０は、第２回転機構１２ｂによって、第２ノズル１２をａ２軸まわりに回転させる。以上のように、第２移動装置１３０は、第２ノズル１２を、テーブル２に対して移動させる。また、第２移動装置１３０は、第２ノズル１２を、第１ノズル１１に対しても移動させる。すなわち、第１ノズル１１と第２ノズル１２とは、互いに独立して移動可能である。
【００７２】
以上のように、第１移動装置１２０が第１ノズル１１を平行移動及び回転させ、第２移動装置１３０が第２ノズル１２を平行移動及び回転させる。このため、第２ノズル１２は、第１ノズル１１が材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射する方向（図１０の例においてはＺ軸方向）と異なる方向（図１０の例においてはＸ軸方向）に、材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射可能である。
【００７３】
積層造形装置１は、例えば、以下のように積層造形物８又は造形物２０を積層造形する。なお、積層造形装置１が積層造形物８又は造形物２０を積層造形する方法は、以下に説明されるものに限らない。
【００７４】
まず、制御部１０１に、例えば外部のパーソナルコンピュータから、積層造形物８又は造形物２０の三次元形状のデータが入力される。当該三次元形状のデータは、例えばＣＡＤのデータであるが、他のデータであっても良い。
【００７５】
次に、制御部１０１は、取得した上記データの三次元形状を、複数の層に分割する（スライス）。制御部１０１は、スライスされた三次元形状を、例えば複数の点や直方体（ピクセル）の集まりに変換する（ラスタライズ、ピクセル化）。このように、制御部１０１は、取得した積層造形物８又は造形物２０の三次元形状のデータから、複数の二次元形状の層のデータを生成する。生成されたデータは、例えば、制御部１０１のＲＡＭ又は記憶装置に記憶される。
【００７６】
次に、制御部１０１に制御された第１移動装置１２０は、第１ノズル１１を移動及び回転させる。さらに、制御部１０１に制御された第２移動装置１３０は、第２ノズル１２を移動及び回転させる。第１ノズル１１と第２ノズル１２とは、互いに異なる位置に配置される。
【００７７】
次に、制御部１０１に制御された第１ノズル１１と第２ノズル１２との少なくとも一方が、材料Ｍを吐出するとともに、レーザー光Ｌを照射して材料Ｍを溶融又は焼結させ、材料Ｍの層を形成する。材料Ｍの層が形成される間、テーブル２は、積層造形物８又は造形物２０を回転させる。これにより、材料Ｍの層が積層され、積層造形物８又は造形物２０が積層造形される。
【００７８】
第１ノズル１１と第２ノズル１２との位置、向き（角度）、材料Ｍの吐出時期、及びレーザー光Ｌの出射時期は、三次元形状のデータに含まれても良いし、制御部１０１が三次元形状のデータに基づき算出しても良い。第１ノズル１１と第２ノズル１２との位置、向き（角度）、材料Ｍの吐出時期、及びレーザー光Ｌの出射時期は、例えば、材料Ｍの種類、表面粗さ、及び造形時間のような、要求される諸条件によって変わり得る。
【００７９】
例えば、図２の積層造形物８を積層造形する場合、第１ノズル１１は、Ｚ軸方向に材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射するように、第１移動装置１２０により移動及び回転させられる。これにより、材料Ｍの層がＺ軸方向に積層され、円錐台３１が積層造形される。
【００８０】
第１移動装置１２０は、第１ノズル１１を、所望の位置で静止させる。第１ノズル１１が材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射する間、テーブル２が積層造形物８をｃ軸まわりに回転させる。これにより、ｃ軸まわりの一周分の層が形成される。このように、単純な動作で円錐台３１が形成される。なお、第１ノズル１１が材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射する間、第１移動装置１２０が第１ノズル１１を移動させることで、ｃ軸まわりの一周分の層が形成されても良い。
【００８１】
一方、第２ノズル１２は、Ｚ軸と直交する方向（例えばＹ軸方向）に材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射するように、第２移動装置１３０により移動及び回転させられる。これにより、材料Ｍの層がＺ軸と直交する方向に積層され、つば３２が積層造形される。
【００８２】
第２移動装置１３０は、第２ノズル１２を、所望の位置で静止させる。第２ノズル１２が材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射する間、テーブル２が積層造形物８をｃ軸まわりに回転させる。これにより、ｃ軸まわりの一周分の層が形成される。このように、単純な動作でつば３２が形成される。
【００８３】
積層造形において、材料Ｍの層は、例えば、積層造形物８の既に造形された部分、治具、又はサポートの上に積層される。このため、第１ノズル１１がつば３２を積層造形する場合、Ｚ軸方向に材料Ｍの層を支持する治具やサポートが用いられる。しかし、本実施例では、第２ノズル１２がつば３２を積層造形する。第２ノズル１２は、材料Ｍの層を、既に造形された円錐台３１の上に、Ｙ軸方向に積層させることができる。このため、第２ノズル１２は、つば３２を支持する治具やサポート無しに、またテーブル２を傾けること無しに、つば３２を積層造形することができる。
【００８４】
例えば、図３の積層造形物８を積層造形する場合、第１ノズル１１及び第２ノズル１２は、互いに異なる方向から同一位置に向き、材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射するように、第１移動装置１２０及び第２移動装置１３０によって移動させられる。言い換えると、第１ノズル１１と第２ノズル１２とは、線対称又は回転対称に配置される。
【００８５】
第１ノズル１１から吐出された材料Ｍによって形成された部分と、第２ノズル１２から吐出された材料Ｍによって形成された部分とは、結晶の伸長方向及び結晶方位が異なる。例えば、積層造形物８の結晶組織は、積層方向に平行に伸長する。積層方向は、各ノズルによるレーザー光Ｌの出射方向である。このため、第１ノズル１１による材料Ｍの吐出量及び角度と、第２ノズル１２による材料Ｍの吐出量及び角度とを制御することで、積層造形物８の結晶の伸長方向及び結晶方位が制御され、特定方向の荷重に対する強度を高められた積層造形物８が積層造形される。
【００８６】
一つのノズルにより結晶の伸長方向及び結晶方位を制御する場合、当該ノズルを複雑に移動及び回転させることになり、配線も複雑化する。しかし、本実施例によれば、第１ノズル１１及び第２ノズル１２を静止させたままでも、結晶の伸長方向及び結晶方位を制御可能であり、配線も単純化可能である。
【００８７】
また、第１ノズル１１が吐出する材料Ｍと、第２ノズル１２が吐出する材料Ｍとが異なっても良い。この場合、少なくとも一部が複数種類の材料を含む合金によって作られた積層造形物８が積層造形される。
【００８８】
第１ノズル１１及び第２ノズル１２のうち、一方が材料Ｍの吐出及びレーザー光Ｌの照射により積層造形物８の積層造形を行い、他方がレーザー光Ｌの照射のみを行っても良い。レーザー光Ｌの照射のみを行うノズルは、積層造形物８の表面を加熱し、アニール処理をしたり、粗さを解消したり、不要な部分を除去したりすることができる。
【００８９】
例えば、図４の積層造形物８を積層造形する場合、第１ノズル１１と第２ノズル１２とが、同一方向に材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射するように、第１移動装置１２０及び第２移動装置１３０によって移動させられる。この場合、二つのノズルによる積層造形が行われるため、造形速度は約２倍となる。
【００９０】
第１移動装置１２０及び第２移動装置１３０は、互いに十分離間した位置に第１ノズル１１及び第２ノズル１２を配置する。これにより、第１ノズル１１から吐出される材料Ｍ及びキャリアガスと、第２ノズル１２から吐出される材料Ｍ及びキャリアガスとが、互いに影響することが抑制される。
【００９１】
例えば、図７及び図８の羽根２２を積層造形する場合、第１ノズル１１は、Ｚ軸方向に材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射するように、第１移動装置１２０により移動及び回転させられる。一方、第２ノズル１２は、Ｚ軸と直交する方向（例えばＹ軸方向）に材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射するように、第２移動装置１３０により移動及び回転させられる。
【００９２】
図７の羽根２２を形成する場合、まず、第２ノズル１２が一番下の層２６を積層造形する。第２ノズル１２は、Ｙ軸方向に材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射する。これにより、材料Ｍが溶融又は焼結され、複数の層２６がＹ軸方向に積層される。次に、第１ノズル１１が、層２６の上に層２５を形成する。第１ノズル１１は、Ｚ軸方向に材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射する。これにより、材料Ｍが溶融又は焼結され、一つの層２５が層２６の上にＺ軸方向に重ねられる。以降、第２ノズル１２によるＹ軸方向への層２６の積層と、第１ノズル１１によるＺ軸方向への層２５の積層とが繰り返されることで、図７の羽根２２が積層造形される。
【００９３】
図８の羽根２２を形成する場合、まず、第２ノズル１２が一番下の層２６を積層造形する。第２ノズル１２は、複数の層２６をＹ軸方向に積層させる。次に、第１ノズル１１が、層２６の上に複数の層２５を形成する。第１ノズル１１は、複数の層２５を層２６の上にＺ軸方向に積層させる。これにより、図８の羽根２２が積層造形される。
【００９４】
第２移動装置１３０は、第２ノズル１２を、所望の位置で静止させる。第２ノズル１２が材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射する間、テーブル２が積層造形物８をｃ軸まわりに回転させる。これにより、ｃ軸まわりの一周分の層２６が形成される。
【００９５】
第１移動装置１２０は、第１ノズル１１を、所望の位置で静止させる。第１ノズル１１が材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射する間、テーブル２が積層造形物８をｃ軸まわりに回転させる。これにより、ｃ軸まわりの一周分の層２５が形成される。第１移動装置１２０が第１ノズル１１をＹ軸方向へ移動させることで、層２５が水平方向に広がる。
【００９６】
以上のように、単純な動作で羽根２２が形成される。羽根２２は、例えば、タービンの羽根である。同様の単純な動作で積層造形可能な製品は多く、積層造形装置１は多様な製品を積層造形可能である。
【００９７】
また、制御部１０１が一つの羽根２２を積層造形するプログラムを有すれば、積層造形装置１は複数の羽根２２を積層造形可能である。積層造形装置１は、上記プログラムにより一つの羽根２２を積層造形した後、テーブル２によって造形物２０を回転させ、上記プログラムを再度実行して他の羽根２２を積層造形する。これにより、造形物２０を積層造形するためのプログラムを単純化できる。
【００９８】
以上のように、第１ノズル１１及び第２ノズル１２は、互いに異なる方向へ材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを出射することができる。このため、材料Ｍの層が、種々の方向へ積層可能となる。上述のように、材料Ｍの層は、上方向（Ｚ軸の矢印が向く方向）、及び水平方向（Ｘ軸方向やＹ軸方向）へ積層可能である。さらに、例えば、第２ノズル１２が上方向へ材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを出射することで、下方向（Ｚ軸の矢印の反対方向）へ材料Ｍの層を積層させることも可能である。
【００９９】
以上説明された実施例に係る積層造形装置１において、造形部１００は、第１ノズル１１及び第２ノズル１２の少なくとも一方から材料Ｍを吐出し、第１ノズル１１及び第２ノズル１２の少なくとも一方からレーザー光Ｌを照射して材料Ｍを溶融又は焼結させ、テーブル２に支持された積層造形物８を積層造形する。第１ノズル１１は、テーブル２に対して移動可能である。第２ノズル１２は、テーブル２に対して移動可能であるとともに第１ノズル１１に対して移動可能である。このため、第１ノズル１１及び第２ノズル１２がそれぞれ適切な位置に配置されて、協働して同時に一つの積層造形物８を積層造形できる。従って、造形時間が短縮され、積層造形物８を効率良く積層造形することができる。さらに、第１ノズル１１と第２ノズル１２とが動作範囲を補い合うことで、積層造形が可能な範囲を広くすることができる。加えて、第１ノズル１１と第２ノズル１２との個々の動作範囲を小さくすることができ、配線を単純化することができる。また、例えば、第１ノズル１１により積層造形物８を積層造形しつつ、第２ノズル１２によりレーザー光Ｌを当該積層造形物８に照射することで、積層造形物８の粗さを効率良く解消できる。
【０１００】
複数の方向に材料Ｍの層を積層させる場合、テーブル２を傾けたり、サポートを作ったり、治具を用いたりする方法がある。しかし、テーブル２を傾ける場合、積層造形装置１の大型化や動力源のコスト増を招く。また、サポートや治具を用いる場合、造形時間が長くなる。これに対し、本実施例において、第２ノズル１２は、第１ノズル１１が材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射する方向と異なる方向に、材料Ｍを吐出するとともにレーザー光Ｌを照射可能である。これにより、テーブル２を傾けたり、サポートを作ったり、治具を用いたりすることなく、複数の方向に材料Ｍの層を積層させることができる。従って、種々の形状を有する積層造形物８を、効率良く積層造形することができる。
【０１０１】
テーブル２は、当該テーブル２に支持された積層造形物８を回転させる。これにより、積層造形物８と、第１ノズル１１及び第２ノズル１２との相対的な位置を効率良く変えることができ、造形時間が短縮され、積層造形物８を効率良く積層造形することができる。
【０１０２】
第１移動装置１２０は、テーブル２に対してＸ軸方向に移動する第１コラム３と、第１コラム３に接続され、第１コラム３に対してＺ軸方向に移動する第１クロスレール４と、第１クロスレール４に接続され、第１クロスレール４に対してＹ軸方向に移動する第１移動体１１ｂと、第１移動体１１ｂに接続された第１ノズル１１を当該第１移動体１１ｂに対してａ１軸まわりに回転させる第１回転機構１１ｃと、を有する。言い換えると、第１ノズル１１は、第１コラム３、第１クロスレール４、及び第１移動体１１ｂにより互いに交差する三方向に平行移動させられ、第１回転機構１１ｃにより回転させられる。これにより、例えば、複数の回転部分（関節）を有する多関節型ロボットアームによって第１ノズル１１が平行移動する場合に比べ、第１移動装置１２０の剛性を確保しやすい。従って、例えば、材料Ｍの吐出時に第１ノズル１１が振動することが抑制され、積層造形物８を精度良く積層造形することができる。また、第１移動装置１２０の動作は多関節ロボットアームに比べて単純であるため、ロボットアームに用いられるような複雑な制御無しに第１ノズル１１を所望の位置へ移動させることができ、配線の複雑化も抑制される。
【０１０３】
第１コラム３は、移動機構３ａのレールに沿ってＸ軸方向に平行移動する。テーブル２、第１クロスレール４、第１移動体１１ｂ、及び第１回転機構１１ｃの移動及び回転を停止した状態で、第１コラム３がＸ軸方向に平行移動することで、第１ノズル１１は、Ｘ軸方向に直線状に延びる積層造形物８を容易に積層造形できる。
【０１０４】
第１クロスレール４は、第１コラム３に沿ってＺ軸方向に平行移動する。テーブル２、第１コラム３、第１移動体１１ｂ、及び第１回転機構１１ｃの移動及び回転を停止した状態で、第１クロスレール４がＺ軸方向に平行移動することで、第１ノズル１１は、Ｚ軸方向に直線状に延びる積層造形物８を容易に積層造形できる。
【０１０５】
第１移動体１１ｂは、第１クロスレール４に沿ってＹ軸方向に平行移動する。テーブル２、第１コラム３、第１クロスレール４、及び第１回転機構１１ｃの移動及び回転を停止した状態で、第１移動体１１ｂがＹ軸方向に平行移動することで、第１ノズル１１は、Ｙ軸方向に直線状に延びる積層造形物８を容易に積層造形できる。
【０１０６】
第１コラム３、第１クロスレール４、第１移動体１１ｂが同時に一定速度で移動することで、第１ノズル１１は３次元空間で任意の方向に直線状に延びる積層造形物８を容易に積層造形できる。
【０１０７】
第１コラム３が移動するＸ軸方向は、積層造形物８の回転の中心となるｃ軸が延びる方向と直交する。第１クロスレール４が移動するＺ軸方向は、ｃ軸が延びる方向と平行である。第１移動体１１ｂが移動するＹ軸方向は、Ｘ軸方向と直交するとともにＺ軸方向と直交する。第１ノズル１１の回転の中心となるａ１軸は、Ｘ軸方向に延びる。このように、第１移動装置１２０は、第１ノズル１１を互いに直交する三方向に平行移動させるため、第１ノズル１１の移動範囲をより広くすることができる。
【０１０８】
第２移動装置１３０は、テーブル２に対してｃ２軸まわりに回転する第２コラム５と、第２コラム５に接続され、第２コラム５に対してｗ軸方向に移動する第２移動体６ａと、第２移動体６ａに接続され、第２移動体６ａに対してｖ軸方向に移動する第２クロスレール６と、第２クロスレール６に接続された第２ノズル１２を当該第２クロスレール６に対し、ｃ２軸に対して傾いたａ２軸まわりに回転させる第２回転機構１２ｂと、を有する。言い換えると、第２ノズル１２は、第２移動体６ａ及び第２クロスレール６により二つの方向に平行移動させられ、第２コラム５及び第２回転機構１２ｂにより互いに傾いた二つの軸まわりに回転させられる。これにより、例えば、平行な軸まわりに回転する複数の回転部分（関節）を有する多関節型ロボットアームによって第２ノズル１２が移動する場合に比べ、第２移動装置１３０の剛性を確保しやすい。従って、例えば、材料Ｍの吐出時に第２ノズル１２が振動することが抑制され、積層造形物８を精度良く積層造形することができる。また、ロボットアームに用いられるような複雑な制御無しに、第２ノズル１２を所望の位置へ移動させることができる。
【０１０９】
第２移動体６ａは、第２コラム５に沿ってｗ軸方向に平行移動する。第２コラム５、第２クロスレール６、及び第２回転機構１２ｂの移動及び回転を停止した状態で、第２移動体６ａがｗ軸方向に平行移動することで、第２ノズル１２は、ｗ軸方向に直線状に延びる積層造形物８を容易に積層造形できる。
【０１１０】
第２クロスレール６は、当該第２クロスレール６が延びる方向であるｖ軸方向に平行移動する。第２コラム５、第２移動体６ａ、及び第２回転機構１２ｂの移動及び回転を停止した状態で、第２クロスレール６がｖ軸方向に平行移動することで、第２ノズル１２は、ｖ軸方向に直線状に延びる積層造形物８を容易に積層造形できる。
【０１１１】
第２移動体６ａがｗ軸方向に一定速度で移動すると同時にテーブル２が一定速度で回転することで、第２ノズル１２は、円柱台の側面に螺旋状に延びる積層造形物８を容易に造形できる。
【０１１２】
第２移動体６ａがｗ軸方向に一定速度で移動し、第２クロスレール６がｖ軸方向に一定速度で移動すると同時に、テーブル２が一定速度で回転することで、第２ノズル１２は、円錐台の側面に螺旋状に延びる積層造形物８を容易に造形できる。
【０１１３】
第２コラム５の回転の中心となるｃ２軸は、ｃ軸と平行に延びる。第２移動体６ａが移動するｗ軸方向は、ｃ２軸が延びる方向と平行である。第２クロスレール６が移動するｖ軸方向は、ｗ軸方向と直交する。第２ノズル１２の回転の中心となるａ２軸が延びる方向は、ｃ２軸が延びる方向と直交する。このように、第２移動装置１３０は、第２ノズル１２を互いに直交する二方向に平行移動させ、互いに直交する方向に延びる二つの軸まわりに回転させるため、第２ノズル１２の移動範囲をより広くすることができる。
【０１１４】
図１２は、図９の実施例に係る積層造形装置１を概略的に示す例示的な斜視図である。図１２の例において、造形部１００は第３ノズル１３をさらに有する。第３ノズル１３は、供給管１３ａを介して、材料供給装置１１２から第３タンク１１２ｄの材料Ｍを供給される。
【０１１５】
第１移動装置１２０は、第３移動体１３ｂと、第３回転機構１３ｃとをさらに有する。第３移動体１３ｂは、第６移動部の一例である。第３回転機構１３ｃは、第４回転部の一例である。
【０１１６】
第３移動体１３ｂは、例えば、第１クロスレール４に設けられた移動機構４ｂにより、第１クロスレール４に対してＹ２軸方向に移動可能である。Ｙ２軸方向は、第３方向の一例であり、Ｙ軸方向と平行な方向である。
【０１１７】
移動機構４ｂは、例えば、第１クロスレール４の内部に設けられたボールねじ及びアクチュエーターのような、第３移動体１３ｂを移動させる種々の部品を有する。第３移動体１３ｂを移動させる移動機構４ｂは、第１移動体１１ｂを移動させる移動機構４ａと別途設けられる。このため、第３ノズル１３は、第１ノズル１１から独立してＹ２軸方向に移動可能である。
【０１１８】
第３移動体１３ｂは、例えば、第１クロスレール４の内部に配置された、ボールねじのナットである。このため、第３移動体１３ｂは、第１クロスレール４の移動機構４ｂに接続される。第３移動体１３ｂは、移動機構４ｂにより、第１クロスレール４に沿って移動させられる。
【０１１９】
第３ノズル１３は、第３移動体１３ｂに接続される。第３回転機構１３ｃは、第３ノズル１３を、第３移動体１３ｂに対してａ３軸まわりに回転させる。ａ３軸は、第５軸の一例であり、Ｘ軸方向に延びる。すなわち、ａ３軸は、ａ１軸と平行に延びる。図１２は、ａ３軸と、ａ３軸まわりの回転方向を示す矢印に符号ａ３を付す。第３回転機構１３ｃは、第３ノズル１３の内部に設けられたアクチュエーターのような、第３ノズル１３を回転させる種々の部品を有する。
【０１２０】
第１移動装置１２０は、第１コラム３によって、第３ノズル１３をテーブル２に対してＸ軸方向に平行移動させる。第１移動装置１２０は、第１クロスレール４によって、第３ノズル１３をテーブル２に対してＺ軸方向に平行移動させる。第１移動装置１２０は、第３移動体１３ｂによって、第３ノズル１３をテーブル２に対してＹ軸方向に平行移動させる。第１移動装置１２０は、第３回転機構１３ｃによって、第３ノズル１３をａ３軸まわりに回転させる。以上のように、第１移動装置１２０は、第３ノズル１３を、テーブル２に対して移動させる。さらに、第１移動装置１２０は、第３ノズル１３を、第１ノズル１１及び第２ノズル１２に対しても移動させる。
【０１２１】
造形部１００は、第１ノズル１１、第２ノズル１２、及び第３ノズル１３のうち少なくとも一つから材料Ｍを吐出する。さらに、造形部１００は、第１ノズル１１、第２ノズル１２、及び第３ノズル１３のうち少なくとも一つからレーザー光Ｌを照射して材料Ｍを溶融又は焼結させ、テーブル２に支持された積層造形物８を積層造形する。
【０１２２】
例えば図３の例の積層造形物８を積層造形する場合、第２ノズル１２の代わりに第３ノズル１３を、第１ノズル１１と線対称に配置することができる。また、第１ノズル１１と第３ノズル１３とを、ｃ軸に対して線対称に配置しても良い。この配置で第１ノズル１１及び第３ノズル１３が同時に積層造形することで、造形時間を短縮することができる。
【０１２３】
図４に示すように、積層造形物８の同一な面を２本のノズルで造形する場合、第１ノズル１１と第３ノズル１３との組み合わせによる造形は、第１ノズル１１と第２ノズル１２との組み合わせによる造形よりも容易である。第１ノズル１１と第３ノズル１３とは共に、第１クロスレール４に支持される。このため、第１ノズル１１と第３ノズル１３とは、大きな移動をすることなく、鉛直方向（Ｚ軸方向）において略同一位置（高さ）に配置される。このため、ノズルと積層造形物８との距離を調整しやすい。さらに、第１クロスレール４は、テーブル２の上に位置することができる。加えて、第３ノズル１３は、第２ノズル１２よりも移動可能な範囲が広い。このため、第３ノズル１３は、第２ノズル１２よりもテーブル２及び積層造形物８の上に容易に配置されることができる。以上より、第３ノズル１３は第２ノズル１２よりも、第１ノズル１１と並ぶとともに、第１ノズル１１と同一方向に向く図４の例の造形に用いやすい。
【０１２４】
以上説明された実施例に係る積層造形装置１において、造形部１００は、第３ノズル１３をさらに有する。第１移動装置１２０は、第１クロスレール４に接続され、第１クロスレール４に対してＹ軸方向に移動する第３移動体１３ｂと、第３移動体１３ｂに接続された第３ノズル１３を当該第３移動体１３ｂに対してａ３軸まわりに回転させる第３回転機構１３ｃと、を有する。このように、第１移動装置１２０の第１コラム３及び第１クロスレール４が、第１及び第３ノズル１１，１３を互いに交差する二方向に平行移動させる。このため、積層造形装置１の大型化を抑制しつつ、第１ノズル１１及び第３ノズル１３を相対的に移動させることができる。なお、第３ノズル１３は、第１移動装置１２０と異なる移動装置によって移動させられても良い。
【０１２５】
第３ノズル１３の回転の中心となるａ３軸は、第１ノズル１１の回転の中心となるａ１軸と平行に延びる。これにより、第３回転機構１３ｃ及び第２ノズルを第１移動装置１２０に配置しやすく、積層造形装置１の大型化を抑制できる。
【０１２６】
上述のように、積層造形装置１は、第１ノズル１１及び第３ノズル１３のみを有し、第２ノズル１２を省略されても良い。この場合、第３ノズル１３が第２ノズルの一例である。上述のように、図４の例の造形は、第１ノズル１１と第３ノズル１３との組み合わせにより容易となる。従って、積層造形装置１は、第２ノズル１２を省略され、第１ノズル１１及び第３ノズル１３のみを有しても、積層造形の効率を向上させることができる。
【０１２７】
以上複数の実施例について説明したが、様々な形状の積層造形物８を積層造形する場合、ノズルを様々な方向へ移動及び回転させることになる。しかし、多関節型ロボットアームが一つのノズルを移動及び回転させ、積層造形物８を積層造形する場合、支持方法及び制御方法が複雑化する。さらに、旋回精度や剛性が不十分となる場合がある。これに対し、説明された実施例の積層造形装置１は、第１ノズル１１及び第２ノズル１２という複数のノズルを移動及び回転させることができる。このため、積層造形可能な範囲を広くしたとしても造形時間の増大を抑制できるとともに、多関節型ロボットアームのように複雑な支持及び制御が不要で、第１ノズル１１及び第２ノズル１２の移動及び回転を単純化でき、積層造形の高速化及び広範囲化が可能となる。さらに、複数のノズルにより同時に積層造形が行われることで、造形時間が短縮化される。従って、実施例の積層造形装置１は、積層造形の効率を向上させることができる。
【０１２８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２９】
１…積層造形装置、２…テーブル、３…第１コラム、４…第１クロスレール、５…第２コラム、６…第２クロスレール、６ａ…第２移動体、８…積層造形物、１１…第１ノズル、１１ｂ…第１移動体、１１ｃ…第１回転機構、１２…第２ノズル、１２ｂ…第２回転機構、１３…第３ノズル、１３ｂ…第３移動体、１３ｃ…第３回転機構、２０…造形物、１００…造形部、１２０…第１移動装置、１３０…第２移動装置、Ｍ…材料、Ｌ…レーザー光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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