(57)【要約】  三次元積層造形装置は、造形物を収容する造形タンクを含み、造形タンク内で造形物を造形する造形部と、造形部を収容する圧力容器と、圧力容器に接続されて圧力容器内にガスを供給し、圧力容器の内部を加圧するように構成されたガス供給部と、を備える。
2019088043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形物を収容する造形タンクを含み、前記造形タンク内で前記造形物を造形する造形部と、
前記造形部を収容する圧力容器と、
前記圧力容器に接続されて前記圧力容器内にガスを供給し、前記圧力容器の内部を加圧するように構成されたガス供給部と、を備える三次元積層造形装置。
【請求項２】
前記造形タンクの壁部には、前記壁部の内外を連通させる孔部が設けられている、請求項１に記載の三次元積層造形装置。
【請求項３】
前記造形タンクは、前記孔部が前記造形物の造形中は閉鎖されており前記造形物の造形後に開口するように構成されている、請求項２に記載の三次元積層造形装置。
【請求項４】
造形タンク内で三次元積層造形物を造形する造形部と、前記造形部を収容する圧力容器とを用いた三次元積層造形物の製造方法であって、
前記造形タンク内で前記三次元積層造形物を造形する造形工程と、
前記造形工程の終了後、前記圧力容器内にガスを供給して前記圧力容器の内部を加圧するガス供給工程と、を含む三次元積層造形物の製造方法。
【請求項５】
前記造形タンクの壁部には、前記壁部の内外を連通させる孔部が設けられており、
前記造形工程では前記孔部を閉鎖し、
前記ガス供給工程では前記孔部を開口して前記ガスを前記孔部に導入する、請求項４に記載の三次元積層造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元積層造形装置および三次元積層造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末に電子ビームまたはレーザ光等を照射して三次元積層造形物を造形する装置が知られている。これらの装置では、造形物が高温になるため、造形物の冷却が必要となる。たとえば装置が特段の冷却手段を備えない場合には、金属粉等の粉末中に造形物が埋まった状態で、造形物を真空中または大気中で保持する。そして、造形物が所定温度以下に冷えるまで、造形物を保持した状態を維持する。この場合、造形物は粉末によって断熱された状態になり、非常に長い冷却時間を要する。一方で、造形物の冷却時間を短縮する方法が検討されている。たとえば、特許文献１に記載された装置では、造形ボックスの壁の中に、冷媒が流される流路が設けられており、流路に冷媒を流すことによって、造形ボックスを冷却している。特許文献２に記載された装置では、小型の物を造形する際、小さな第２の造形領域を用いることにより、造形物の周囲に残留する粉末材料を減らし、冷却時間を短縮している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０８１８１２号
【特許文献２】特開２００７−３０３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２に記載された装置では、造形物の冷却の促進という観点で、十分な効果が見込めない。本開示は、造形物の冷却を効果的に促進することができる三次元積層造形装置および三次元積層造形物の製造方法を説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る三次元積層造形装置は、造形物を収容する造形タンクを含み、造形タンク内で造形物を造形する造形部と、造形部を収容する圧力容器と、圧力容器に接続されて圧力容器内にガスを供給し、圧力容器の内部を加圧するように構成されたガス供給部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本開示の一態様によれば、造形物の冷却を効果的に促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係る三次元積層造形装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、圧力容器内の造形タンクおよび造形タンク内において造形される造形物を示す図である。
【図３】図３は、三次元積層造形装置におけるガス供給工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示の一態様に係る三次元積層造形装置は、造形物を収容する造形タンクを含み、造形タンク内で造形物を造形する造形部と、造形部を収容する圧力容器と、圧力容器に接続されて圧力容器内にガスを供給し、圧力容器の内部を加圧するように構成されたガス供給部と、を備える。
【０００９】
この三次元積層造形装置によれば、造形部は圧力容器に収容され、ガス供給部によって、その圧力容器内にガスが供給される。たとえば、真空中での粉末積層造形後に、圧力容器の内部が加圧される。圧力が高められたガスは造形タンクを包囲すると共に造形タンクの内部にまで流入し得るので、ガスによる造形物の急速な冷却が可能になっている。よって、従来のように真空中または大気中で造形物を保持して放冷したり、造形ボックスの流路に冷媒を流して造形ボックスを冷却したりするよりも、造形物の冷却を効果的に促進することができる。
【００１０】
いくつかの態様において、造形タンクの壁部には、壁部の内外を連通させる孔部が設けられている。この場合、造形タンクの壁部に設けられた孔部を通じて、圧力が高められたガスが造形タンク内に流入し易い。よって、ガスによる造形物の冷却がより一層効果的に促進される。
【００１１】
いくつかの態様において、造形タンクは、孔部が造形物の造形中は閉鎖されており造形物の造形後に開口するように構成されている。このように構成された造形タンクによれば、造形物の造形中には造形タンク内の雰囲気（真空状態を含む）が維持され、造形物の造形後に、造形タンク内にガスが流入する。これにより、造形および冷却が適切に行われる。
【００１２】
本開示の別の態様は、造形タンク内で三次元積層造形物を造形する造形部と、造形部を収容する圧力容器とを用いた三次元積層造形物の製造方法であって、造形タンク内で三次元積層造形物を造形する造形工程と、造形工程の終了後、圧力容器内にガスを供給して圧力容器の内部を加圧するガス供給工程と、を含む。
【００１３】
この三次元積層造形物の製造方法によれば、造形工程の終了後に、ガス供給工程が実施され、圧力容器内にガスが供給され、圧力容器の内部が加圧される。圧力が高められたガスは造形タンクを包囲すると共に造形タンクの内部にまで流入し得るので、ガスによる三次元積層造形物の急速な冷却が可能になっている。よって、従来のように真空中または大気中で造形物を保持して放冷したり、造形ボックスの流路に冷媒を流して造形ボックスを冷却したりするよりも、三次元積層造形物の冷却を効果的に促進することができる。
【００１４】
いくつかの態様において、造形タンクの壁部には、壁部の内外を連通させる孔部が設けられており、造形工程では孔部を閉鎖し、ガス供給工程では孔部を開口してガスを孔部に導入する。このようなタイミングで孔部が開閉されれば、造形物の造形中には造形タンク内の雰囲気（真空状態を含む）が維持され、造形物の造形後に、造形タンク内にガスが流入する。これにより、造形および冷却が適切に行われる。
【００１５】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１を参照して、本実施形態に係る三次元積層造形装置１の基本構成について説明する。図１に示されるように、三次元積層造形装置１は、粉末Ａに電子ビームＢを照射して粉末Ａを溶融させ凝固させて三次元の物体を造形する装置である。三次元積層造形装置１は、電子ビーム出射部２、造形部３及び制御部４を備えている。
【００１７】
電子ビーム出射部２は、造形部３の粉末Ａに対し電子ビームＢを出射し、粉末Ａを溶融させる。電子ビーム出射部２は、物体の造形を行う前に粉末Ａに対し電子ビームＢを照射して粉末Ａの予備加熱を行ってもよい。
【００１８】
電子ビーム出射部２は、電子銃部２１と、収差コイル２２と、フォーカスコイル２３と、偏向コイル２４とを備えている。電子銃部２１は、制御部４と電気的に接続され、制御部４からの制御信号を受けて作動し、電子ビームＢを出射する。電子銃部２１は、たとえば、下方に向けて電子ビームＢを出射するように設けられている。収差コイル２２は、制御部４と電気的に接続され、制御部４からの制御信号を受けて作動する。収差コイル２２は、電子銃部２１から出射される電子ビームＢの周囲に設置され、電子ビームＢの収差を補正する。フォーカスコイル２３は、制御部４と電気的に接続され、制御部４からの制御信号を受けて作動する。フォーカスコイル２３は、電子銃部２１から出射される電子ビームＢの周囲に設置され、電子ビームＢを収束させ、電子ビームＢの照射位置におけるフォーカス状態を調整する。偏向コイル２４は、制御部４と電気的に接続され、制御部４からの制御信号を受けて作動する。偏向コイル２４は、電子銃部２１から出射される電子ビームＢの周囲に設置され、制御信号に応じて電子ビームＢの照射位置を調整する。なお、収差コイル２２が省略されてもよい。
【００１９】
電子銃部２１、収差コイル２２、フォーカスコイル２３及び偏向コイル２４は、たとえば、筒状を呈するコラム２６内に設置される。電子ビーム出射部２は、コラム２６の下端に設けられた出射口２ａから、造形部３内に形成された造形面に向けて、電子ビームＢを出射させる。
【００２０】
造形部３は、所望の物体である造形物Ｃ（三次元積層造形物。図２参照）を造形する部位である。造形部３は、造形タンク３６と、プレート３１と、昇降装置１０と、２つのホッパ３４と、塗布機構３３とを備えている。造形部３は、電子ビーム出射部２の下方に設けられている。造形部３は、造形タンク３６内で造形物Ｃを造形する。造形部３を構成するこれらの機器は、ユニット化されていてもよい。
【００２１】
プレート３１は、造形タンク３６内に配置された平板状の部材である。プレート３１は、造形される物体を支持する。プレート３１は、たとえば円形をなしている。プレート３１の形状は、造形領域の形状に対応する。プレート３１は造形タンク３６の内径よりも小さな直径を有しており、プレート３１と側壁３６ａの側壁３６ａとの間には隙間が形成されている。プレート３１は、電子ビームＢの出射方向の延長線上に配置され、たとえば水平方向に向けて設けられる。プレート３１と造形タンク３６とは、同心円状に設置される。
【００２２】
昇降装置１０は、プレート３１を支持すると共に、造形タンク３６内でプレート３１を上下方向に昇降させる。昇降装置１０は、プレート３１の下方に設置されて、プレート３１を支持する昇降ステージ３５と、プレート３１および昇降ステージ３５を昇降させる昇降機３２とを有する。昇降機３２は、制御部４と電気的に接続され、制御部４からの制御信号を受けて作動する。昇降機３２は、物体の造形の初期において昇降ステージ３５と共にプレート３１を上部へ移動させ、プレート３１上で粉末Ａが溶融凝固されて積層されるごとにプレート３１を降下させる。プレート３１上には造形物Ｃが造形されていく。造形物Ｃの上面に、造形面が形成される。昇降装置１０および昇降機３２の具体的構成は、上記構成に限られず、他の公知の構成とされてもよい。プレート３１、昇降ステージ３５、および造形タンク３６の形状は、造形物Ｃの形状等に応じて、適宜に変更可能である。
【００２３】
造形タンク３６は、プレート３１上に造形されていく造形物Ｃと、溶融されていない粉末Ａとを収容する。造形タンク３６は、たとえば、円筒状に形成され、プレート３１の移動方向に向けて延びている。この造形タンク３６は、プレート３１と同心円状の断面円形に形成される。図２に示されるように、造形タンク３６は、円筒状の側壁（壁部）３６ａと、側壁３６ａの下端を閉鎖する底壁３６ｂとを含む。造形タンク３６すなわち側壁３６ａの内面形状に合わせて、昇降ステージ３５が形成される。造形タンク３６の内面形状が水平断面で円形の場合、昇降ステージ３５の外形も円形とされる。これにより、造形タンク３６に供給される粉末Ａが昇降ステージ３５の下方へ漏れ落ちることが抑制される。なお、粉末Ａが昇降ステージ３５の下方へ漏れ落ちることを抑制するために、昇降ステージ３５の外縁部にシール材が設けられてもよい。造形タンク３６の形状は、円筒状に限定されず、断面矩形の角筒状であってもよい。
【００２４】
塗布機構３３は、プレート３１の上方に粉末Ａを供給し粉末Ａの表面を均す部材であり、リコータとして機能する。たとえば、塗布機構３３は、棒状又は板状の部材が用いられ、水平方向に移動することにより電子ビームＢの照射領域に粉末Ａを供給し、粉末Ａの表面を均す。塗布機構３３は、図示しないアクチュエータ及び機構により移動制御される。塗布機構３３は、制御部４からの制御信号を受けて作動する。なお、粉末Ａを均す機構として、塗布機構３３以外の公知の機構が用いられてもよい。
【００２５】
ホッパ３４は、粉末Ａを収容する収容器である。ホッパ３４の下部には、粉末Ａを排出する排出口３４ａが形成されている。排出口３４ａから排出された粉末Ａは、プレート３１上へ流入し、又は、塗布機構３３によりプレート３１上へ供給される。なお、プレート３１上に粉末Ａを層状に供給する機構としては、塗布機構３３及びホッパ３４以外の機構を用いることができる。
【００２６】
粉末Ａは、多数の粉末体により構成される。粉末Ａとしては、たとえば金属製の粉末が用いられる。また、粉末Ａとしては、電子ビームＢの照射により溶融及び凝固できるものであれば、粉末より粒径の大きい粒体を用いてもよい。
【００２７】
制御部４は、三次元積層造形装置１の装置全体の制御を行う電子制御ユニットである。制御部４は、たとえばＣＰＵ（Central  Processing  Unit)、ＲＯＭ(Read  Only  Memory)、およびＲＡＭ(Random  Access  Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータを含んで構成される。制御部４は、プレート３１の昇降制御、塗布機構３３の作動制御、電子ビームＢの出射制御および偏向コイル２４の作動制御などを実行する。制御部４は、プレート３１の昇降制御として、昇降機３２に制御信号を出力して昇降機３２を作動させ、プレート３１の上下位置を調整する。制御部４は、塗布機構３３の作動制御として、電子ビームＢの出射前に塗布機構３３を作動させ、プレート３１上へ粉末Ａを供給して均す。制御部４は、電子ビームＢの出射制御として、電子銃部２１に制御信号を出力し、電子銃部２１から電子ビームＢを出射させる。
【００２８】
制御部４は、偏向コイル２４の作動制御として、偏向コイル２４に制御信号を出力して、電子ビームＢの照射位置を制御する。たとえば、制御部４には造形すべき物体である造形物Ｃの三次元ＣＡＤ（Computer-Aided  Design）データが入力される。制御部４は、この三次元ＣＡＤデータに基づいて二次元のスライスデータを生成する。スライスデータは、たとえば、造形物Ｃの水平断面のデータであり、上下位置に応じた多数のデータの集合体である。このスライスデータに基づいて、電子ビームＢが造形面上の粉末Ａに対し照射する領域が決定され、その領域に応じて偏向コイル２４に制御信号が出力される。
【００２９】
本実施形態の三次元積層造形装置１では、造形部３が、たとえば円筒状の圧力容器４０の内部に設けられている。言い換えれば、三次元積層造形装置１は、造形タンク３６とプレート３１と昇降装置１０とホッパ３４と塗布機構３３とを含む造形部３を収容する。三次元積層造形装置１における造形物Ｃを造形する造形工程中は、圧力容器４０内が真空又はほぼ真空な状態とされる。一方、造形物Ｃの造形が終了した後すなわち造形工程の終了後、圧力容器４０内には、不活性ガスが供給されて圧力容器４０の内部空間Ｓが加圧される。三次元積層造形装置１を用いた造形物Ｃの製造方法では、このような工程を含むことにより、造形物Ｃの冷却が効果的に促進されるようになっている。
【００３０】
以下、造形物Ｃの冷却に関わる構成について詳細に説明する。圧力容器４０は、たとえば鋼板製である。圧力容器４０は、たとえば、円筒部と、円筒部の軸方向の両端に接合された鏡板とを含む。円筒部と鏡板との接合部に、クラッチリング等が設けられてもよい。圧力容器４０は、円筒部の中心軸線が水平方向に向けられた状態で設置されている。すなわち、圧力容器４０の中心軸線の方向と、コラム２６および造形タンク３６の各中心軸線の方向とは略直交している。
【００３１】
圧力容器４０は、電子ビーム出射部２のコラム２６の下端に連結されている。電子ビーム出射部２および圧力容器４０の内部は、外部に対して気密性を有する。コラム２６の下端は、圧力容器４０の円筒部に形成された貫通孔にはめ込まれた上で、溶接等によって円筒部に接合されてもよい。若しくは、圧力容器４０の円筒部に取り付けられたノズル（配管およびフランジ等）に、締結部材等を用いてコラム２６の下端が接合されてもよい。コラム２６に対する圧力容器４０の連結形態は、上記に限られず、気密性を保ちうる他の形態であってもよい。圧力容器４０は、たとえば、円筒部の中心軸線が水平方向（横置き）ではなく、鉛直方向に向けられた状態（縦置き）で設置されていてもよい。すなわち、圧力容器４０の中心軸線の方向と、コラム２６および造形タンク３６の各中心軸線の方向とが同じ方向を向いていてもよい。
【００３２】
圧力容器４０は、たとえば、約１ＭＰａの圧力に耐え得る構造を有する。圧力容器４０は、たとえば、第二種圧力容器の規格に準拠するように構成されてもよい。圧力容器４０の形状は、円筒状に限定されず、断面矩形の角筒状であってもよい。
【００３３】
造形部３の造形タンク３６、昇降装置１０、ホッパ３４、および塗布機構３３は、圧力容器４０の内面側に、直接に又は支持部材などを介して固定されている。造形部３の各機器がユニット化されている場合は、そのユニットが、圧力容器４０の内面側に固定されてもよい。圧力容器４０の外周面の下部には、圧力容器４０および電子ビーム出射部２を自立した状態で設置するための複数の脚部が取り付けられる。
【００３４】
三次元積層造形装置１は、さらに、圧力容器４０に接続されて、圧力容器４０内に不活性ガスを供給するガス供給部４１を備える。三次元積層造形装置１において用いられる不活性ガスは、たとえば窒素である。ガス供給部４１は、圧力容器４０の外部に配置される。ガス供給部４１は、たとえばガスライン４２によって圧力容器４０に接続されている。配管であるガスライン４２は、圧力容器４０の内部空間Ｓに連通しており、ガス供給部４１から送られる不活性ガスを圧力容器４０の内部空間Ｓに導入する。ガスライン４２には、圧力容器４０へのガス供給を可能または不能にするバルブ類等が設けられてもよい。
【００３５】
ガス供給部４１は、たとえば、不活性ガスを貯留する貯留タンクと、貯留タンクに貯留された不活性ガスを圧力容器４０に送るためのポンプ又はブロワ等の送気手段と（いずれも図示せず）を含む。すなわち、本実施形態において、不活性ガスのガス源は、圧力容器４０の外部に配置される。ガス供給部４１の送気手段は、たとえば、制御部４からの制御信号を受けて作動する。圧力容器４０には、内部空間Ｓの圧力を検知する圧力計（図示せず）が設けられてもよい。制御部４は、圧力計から出力される内部空間Ｓの圧力を示す信号に基づいて、ガス供給部４１の送気手段を制御してもよい。
【００３６】
ガス供給部４１は、制御部４によって制御されて、圧力容器４０の内部空間Ｓの圧力がたとえば０．１〜１ＭＰａの範囲の値となるように、圧力容器４０内に不活性ガスを供給する。このようにして、ガス供給部４１は、圧力容器４０の内部を大気圧以上に加圧するように構成されている。ガス供給部４１による加圧の度合いは、造形タンク３６の大きさ、造形物Ｃの大きさ、粉末Ａの材質、求められる冷却時間等に応じて適宜に設定され得る。なお、不活性ガスを供給が供給されて圧力容器４０の内部が加圧される際、圧力容器４０の内部のガスは外部へ排出されない。
【００３７】
圧力容器４０の円筒部には、ファン４６およびラジエータ（熱交換器）４７が取り付けられてもよい。ファン４６およびラジエータ４７は、制御部４によって制御され得る。外部の電源から電流が供給されてファン４６の羽根部が回転し、たとえば冷却水等が流れるラジエータ４７に対して圧力容器４０の内部空間Ｓの不活性ガスが通される。これにより、圧力容器４０内の不活性ガスが冷却され、造形物Ｃの冷却が更に促進される。不活性ガスの対流を促進するためのダクト４８が、圧力容器４０の内面側に設けられてもよい。ファン４６、ラジエータ４７およびダクト４８によれば、造形物Ｃの冷却が加速され得る。ファン４６およびラジエータ４７は、圧力容器４０の外部に設置されてもよい。ファン４６およびラジエータ４７は、図示しないパイプ（流路）を介して、圧力容器４０の内部空間Ｓに接続されてもよい。
【００３８】
図２を参照して、造形タンク３６およびその周辺の構成について詳細に説明する。円筒状の造形タンク３６の側壁３６ａには、側壁３６ａの内外を連通させる複数の孔部３６ｃが設けられている。複数の孔部３６ｃは、側壁３６ａの下部に形成されてもよい。複数の孔部３６ｃは、周方向に等間隔に形成されてもよい。なお、１つのみの孔部３６ｃが形成されてもよい。
【００３９】
造形タンク３６の側壁３６ａには、各孔部３６ｃを覆って閉鎖する複数の開閉部３７が取り付けられている。開閉部３７は、たとえば制御部４によって制御されて、各孔部３６ｃを開閉自在である。孔部３６ｃの開閉機構の構造は特に限定されない。たとえば、造形タンク３６の外周側に配置された駆動リングに、複数の開閉部３７が取り付けられており、駆動リングがアクチュエータによって周方向に沿って移動することにより、各孔部３６ｃが開閉されてもよい。
【００４０】
昇降ステージ３５には、昇降ステージ３５を板厚方向（上下方向）に貫通する複数の通気孔３５ａが設けられている。複数の通気孔３５ａは、プレート３１の下方に位置する領域の全体において一様に形成されてもよい。なお、１つのみの通気孔３５ａが形成されてもよい。
【００４１】
さらにプレート３１には、プレート３１を板厚方向（上下方向）に貫通する１つ又は複数の通気孔３１ａが設けられている。通気孔３１ａは、造形物Ｃの底部の形状に対応して形成されてもよい。すなわち、通気孔３１ａは、造形物Ｃの間隙Ｃａに対応する位置に形成されてもよい。なお、図２の例では、複数の柱状の構造を有する造形物Ｃが示されており、柱と柱の間に間隙Ｃａが形成されている。そして、間隙Ｃａの下端の位置に通気孔３１ａが形成されている。
【００４２】
これらの孔部３６ｃ、通気孔３５ａおよび通気孔３１ａは、造形物Ｃの造形が終了した後に、ガス供給部４１から供給された不活性ガスを造形タンク３６内に導入して造形タンク３６の内部の冷却を促進させる。なお、通気孔３５ａおよび通気孔３１ａが省略されてもよい。また、造形タンク３６の底壁３６ｂに１つ又は複数の孔部が設けられてもよい。その場合に、底壁３６ｂに設けられた孔部を開閉させる開閉機構が設けられてもよい。
【００４３】
上記したように、コラム２６内の空間と圧力容器４０の内部空間Ｓとは連結されている。圧力容器４０の内部空間は、コラム２６の内部空間と連通している。造形工程中は、連通したこれらの空間を電子ビームＢが通る（図２参照）。図１に示されるように、電子ビーム出射部２の下端すなわちコラム２６の下端には、Ｏリング４４を介して封止弁４３が取り付けられている。この封止弁４３は、たとえば制御部４によって制御されて、出射口２ａを開閉自在である。封止弁４３は、閉じられた状態において、コラム２６内の空間を、圧力容器４０の内部空間Ｓに対して遮蔽する。具体的には、造形工程の終了後であって、ガス供給部４１により不活性ガスが圧力容器４０に供給されるよりも前に、封止弁４３は出射口２ａを封止する。これにより、電子ビーム出射部２の内部への不活性ガスの侵入が防止され、電子ビーム出射部２が保護される。なお、図２においては、封止弁４３およびＯリング４４の図示は省略されている。
【００４４】
続いて、図２および図３を参照して、本実施形態の造形物Ｃの製造方法について説明する。まず、造形物Ｃを造形する造形工程が実施される。図２に示されるように、造形工程では、圧力容器４０内が真空又はほぼ真空な状態とされ、出射口２ａは開放される。造形タンク３６の孔部３６ｃは、開閉部３７によって閉鎖されている。一方、ホッパ３４の排出口３４ａを通じて、粉末Ａが排出され、塗布機構３３によってプレート３１上に粉末Ａが供給される。制御部４によって電子ビーム出射部２が制御され、電子ビームＢが造形面上の粉末Ａに対し照射される。たとえば、造形工程では、各層につき、１回または複数回の予備加熱工程と、本溶融工程とが実施される。複数層のそれぞれにおいて、所定の領域に電子ビームＢが照射され、粉末Ａが所望の形状に溶融凝固される。造形工程により、造形物Ｃが造形される。造形物Ｃの間隙Ｃａ、および、造形物Ｃと底壁３６ｂとの間の隙間３６ｄには、粉末Ａが充填されたままである。
【００４５】
次に、図３に示されるように、電子ビームＢの出射は停止され、封止弁４３が閉じられる。造形工程の終了後、圧力容器４０内にガスを供給するガス供給工程が実施される。ガス供給工程では、圧力容器４０の内部空間Ｓにガス供給部４１から不活性ガスが供給され、圧力容器４０内がたとえば０．１〜１ＭＰａの範囲の所定の値になるまで、圧力容器４０の内部が加圧される。造形工程が終了した時点で、昇降ステージ３５が孔部３６ｃよりも下方に位置している。開閉部３７が開く方向に駆動され、孔部３６ｃが外部に開口する。これにより、不活性ガスが孔部３６ｃに導入され、通気孔３１ａを通じて間隙Ｃａを通り抜けると共に、プレート３１と側壁３６ａとの間を通じて隙間３６ｄを通り抜ける（図中の矢印参照）。不活性ガスは、間隙Ｃａおよび隙間３６ｄに存在する粉末Ａを冷却すると共に、造形物Ｃを冷却する。また、不活性ガスは、造形タンク３６を包囲し、造形タンク３６を外周側から冷却する。一方で、圧力容器４０に不活性ガスが供給されると、ファン４６およびラジエータ４７が作動させられ、不活性ガスの対流が促進される。造形物Ｃの温度が所定の値以下になって冷却が完了すると、造形物Ｃが取り出される。なお、図３では、開閉部３７が開く様子は、模式的に示されている。
【００４６】
なお、造形工程が終了した時点で、プレート３１は、孔部３６ｃよりも上方に位置していることとしてもよい。この場合、孔部３６ｃを通じて造形タンク３６内に導入されたガスが、プレート３１の下方から通気孔３１ａを通じて、プレート３１の上方に供給される。
【００４７】
また、上記の形態では、造形工程が終了した時点で、昇降ステージ３５が孔部３６ｃよりも下方に位置していることとしたが、昇降ステージ３５が孔部３６ｃよりも上方に位置していることとしてもよい。すなわち、造形工程が終了した時点で、通気孔３５ａおよび通気孔３１ａが、孔部３６ｃよりも上方に位置してもよい。その場合は、孔部３６ｃを通じて造形タンク３６内に導入されたガスは、昇降ステージ３５の下方から通気孔３５ａおよび通気孔３１ａを通じて、プレート３１の上方に流入し得る。
【００４８】
造形タンク３６の底壁３６ｂに孔部が設けられている場合は、底壁３６ｂの孔部を通じて造形タンク３６内に導入されたガスは、昇降ステージ３５の下方から通気孔３５ａ、通気孔３１ａを通じて、プレート３１の上方に流入し得る。
【００４９】
本実施形態の三次元積層造形装置１および造形物Ｃの製造方法によれば、造形工程の終了後に、ガス供給工程が実施され、圧力容器４０内に不活性ガスが供給され、圧力容器４０の内部が加圧される。たとえば、真空中での粉末積層造形後に、圧力容器４０の内部が加圧される。圧力が高められた不活性ガスは造形部３の造形タンク３６を包囲すると共に造形タンク３６の内部にまで流入し得るので、不活性ガスによる造形物Ｃの急速な冷却が可能になっている。よって、従来のように真空中または大気中で造形物を保持して放冷したり、造形ボックスの流路に冷媒を流して造形ボックスを冷却したりするよりも、造形物Ｃの冷却を効果的に促進することができる。本実施形態によれば、造形物Ｃが急速に冷却される。本実施形態による造形物Ｃの冷却時間は、従来の真空中または大気中における冷却時間に比して大幅に（たとえば１０分の１程度に）短縮される。
【００５０】
造形タンク３６の側壁３６ａに設けられた孔部３６ｃを通じて、圧力が高められた不活性ガスが造形タンク３６内に流入し易い。よって、不活性ガスによる造形物Ｃの冷却がより一層効果的に促進される。
【００５１】
孔部３６ｃは、造形物Ｃの造形中は閉鎖されており造形物Ｃの造形後に開口する。すなわち、造形工程では孔部３６ｃを閉鎖し、ガス供給工程では孔部３６ｃを開口して不活性ガスを孔部３６ｃに導入する。造形タンク３６において、このようなタイミングで孔部３６ｃが開閉されれば、造形物Ｃの造形中には造形タンク３６内の雰囲気（真空状態を含む）が維持され、造形物Ｃの造形後に、造形タンク３６内に不活性ガスが流入する。これにより、造形および冷却が適切に行われる。
【００５２】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。たとえば、冷却に用いられるガスの種類は、窒素以外の不活性ガスであってもよい。たとえば、粉末材料は金属に限られず、樹脂やセラミック等であってもよい。また、冷却用のガスとして、アルゴンやヘリウム等が用いられてもよい。また、造形物Ｃに対して悪影響のないガスであれば、他の種類のガスが用いられてもよい。たとえば、造形物Ｃに触れても反応を生じさせないガスであれば、他の種類のガスが用いられてもよい。たとえばセラミック製の造形物Ｃに対して、酸素を含むガス（空気など）が用いられてもよい。
【００５３】
造形タンク３６の側壁３６ａの下部以外の部分に孔部が設けられてもよい。孔部は、造形中に開口される構成であってもよい。孔部が側壁３６ａの上部に設けられてもよいし、孔部３６ｃを覆う開閉部３７が省略されてもよい。造形タンク３６に対して孔部が設けられてなくてもよい。
【００５４】
また、三次元積層造形物の製造方法において、三次元積層造形装置１とは別の装置を用いた冷却を行うこともできる。すなわち、三次元積層造形装置１の内部で冷却までを行うのではなく、三次元積層造形装置１から圧力容器４０を取り外し、別の場所でガス供給・加圧による造形部３および造形物Ｃの冷却を行ってもよい。この場合、圧力容器４０は、造形部３を内蔵した状態で三次元積層造形装置１から取り外し可能な構造とされてもよい。三次元積層造形装置１において、ガス供給部４１およびガスライン４２は省略され得る。また、造形部３を収容する容器が圧力容器ではなく真空引きに耐え得る他の容器であり、当該容器から造形後の造形部３を取り出して造形部３を何らかの真空環境下で移動させ、造形エリアとは別の場所に設けられた圧力容器内で造形物Ｃを冷却してもよい。造形物Ｃが大気中に露出させても酸素等と反応しない材料（金属以外の材料）からなる場合であれば、造形後の造形物Ｃを大気中で移動させてもよい。その場合、その圧力容器に対してガス供給部が接続される。
【００５５】
圧力容器の内部を加圧する場合の圧力は、適宜に変更可能である。圧力容器は、規格に準拠するように構成されていなくてもよい。圧力容器に対し、定められた規格に基づかない圧力の設定がなされてもよい。
【００５６】
三次元積層造形装置は、電子ビーム溶融法が適用された造形装置に限られず、たとえばレーザ溶融法が適用された造形装置であってもよい。すなわち、三次元積層造形装置において粉末Ａに照射されるビームは、レーザビームであってもよい。三次元積層造形装置において粉末Ａに照射されるビームは、電子ビームおよびイオンビームを含む概念である荷電粒子ビームであってもよい。三次元積層造形装置において粉末Ａに照射されるビームは、粉末Ａに対してエネルギーを供給し得るエネルギービームであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本開示のいくつかの態様によれば、造形物の冷却を効果的に促進することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  三次元積層造形装置
２  電子ビーム出射部
３  造形部
４  制御部
３１  プレート
３３  塗布機構
３４  ホッパ
３５  昇降ステージ
３６  造形タンク
３６ａ  側壁（壁部）
３６ｃ  孔部
３７  開閉部
４０  圧力容器
４１  ガス供給部
４２  ガスライン
Ａ  粉末
Ｃ  造形物（三次元積層造形物）
Ｃａ  間隙
Ｓ  内部空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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