(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所要の造形領域を覆い且つ所定濃度の不活性ガスで充満されるチャンバと、
前記チャンバ内で移動しながら前記造形領域上に材料粉体を供給し且つ平坦化して材料粉体層を形成するリコータヘッドと、
前記材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して照射位置の材料粉体を焼結させて焼結層を形成するレーザ光照射部を備え、
前記リコータヘッドは、リコータヘッド駆動機構によって移動可能に構成され、
前記リコータヘッド駆動機構は、前記リコータヘッドを移動させるサーボモータと、前記リコータヘッドの移動量を検出するエンコーダと、前記エンコーダの検出値に基いて前記サーボモータを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記リコータヘッドが障害に衝突したことが検出されると前記サーボモータをトルクがなくなる非制御状態にし前記リコータヘッドが空走するように構成される、積層造形装置。
【請求項２】
前記制御装置は、所定の復帰条件が充足した後に前記サーボモータを制御状態にするように構成される、請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記チャンバ内で移動可能に構成されたスピンドルヘッドを備え、
前記制御装置は、前記リコータヘッドを移動させて前記材料粉体層を形成しているときに前記リコータヘッドが障害に衝突して前記材料粉体層の形成が中断されると、前記スピンドルヘッドに装着した回転切削工具を用いて前記障害を除去し、前記障害を除去する前又は後に前記サーボモータを制御状態にし、その後に、前記リコータヘッドの移動を再開することによって前記材料粉体層の形成を再開するように構成される、請求項１又は請求項２に記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記サーボモータへ供給される電流を検出する電流検出器を備え、前記制御装置は、前記電流が所定の電流設定値を超えたときに、前記衝突が生じたと判断して前記サーボモータを前記非制御状態にする、請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の積層造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、積層造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光による金属の積層造形においては、窒素ガスで充満された造形室内に配置され且つ上下方向に移動可能な造形テーブル上に非常に薄い材料粉体層を形成し、この材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して照射位置の材料粉体を焼結させて焼結層を形成する工程を繰り返すことによって、所望の造形物を形成する。材料粉体層は、リコータヘッドを移動させながら造形テーブル上に材料粉体を供給し且つ平坦化することによって形成される（特許文献１）。
【０００３】
ところで、レーザ光の照射条件によっては、焼結層に隆起部が形成される場合がある。リコータヘッドと焼結層の間の隙間は非常に狭いので、焼結層に隆起部が形成されると、リコータヘッドが隆起部に衝突してしまう場合がある。
【０００４】
このような衝突が生じた場合でも、積層造形を停止させないように、特許文献１では、リコータヘッドのブレードが隆起部に衝突したときに回転して一時的に退避可能なように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４７９２９０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ブレード自体が可動であると、ブレードを可動にするためにリコータヘッドの構成がより複雑になる。厚さ３００μｍ以下の薄い材料粉体層を安定して形成するために、ブレードの高さは厳密に調整されてリコータヘッドに取り付けられている。ブレードを取り付ける作業が大変難しいので、ブレードは動かないようにして可能な限り簡単な構成にしておくことが望ましい。
また、ブレードが受ける負荷に対する破損の程度を考慮して回避動作を行うように設計しなくてはならない。ブレードが破損するかどうかは、主にリコータヘッド（ブレード）の移動速度あるいは材料粉体の材質（焼結後の嵩密度と硬度）の影響を受けるので、ブレードの設計がより難しくなる。安全を見込んでおく必要があるので、程度の小さい負荷でブレードが回避動作したり、リコートを停止させてしまうことが多くなって、常時安定してリコートを行なうことができなくなるおそれがある。
さらに、負荷を検出する手段を設けることによって負荷に応じてブレードに回避動作を行なうようにすることが考えられる。しかしながら、負荷を検出してからブレードを回避動作させるので、回避動作が間に合わないおそれがある。また、ブレードの回避動作を実質的に制御することになるため、プログラム運転している一連の造形動作を中断させ、制御装置において復旧させる作業が必要になって、造形時間を不必要に長くしてしまう。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、リコータヘッドが障害に衝突したときにリコータヘッドが破損することを防ぐことができ且つ材料粉体層の形成工程を速やかに再開することができる積層造形装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、所要の造形領域を覆い且つ所定濃度の不活性ガスで充満されるチャンバと、前記チャンバ内で移動しながら前記造形領域上に材料粉体を供給し且つ平坦化して材料粉体層を形成するリコータヘッドと、前記材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して照射位置の材料粉体を焼結させて焼結層を形成するレーザ光照射部を備え、前記リコータヘッドは、リコータヘッド駆動機構によって移動可能に構成され、前記リコータヘッド駆動機構は、前記リコータヘッドを移動させるサーボモータと、前記リコータヘッドの移動量を検出するエンコーダと、前記エンコーダの検出値に基いて前記サーボモータを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記リコータヘッドが障害に衝突したことが検出されると前記サーボモータを非制御状態にするように構成される、積層造形装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、リコータヘッドが障害に衝突し破損のおそれがあることを検知したときにサーボモータを非制御状態にすることが最大の特徴である。この操作によって、瞬時に実質的にトルクがなくなるので、リコータヘッドが障害に当たっても破損することがない。そして、リコータヘッドが障害に弾性的に反発するので、リコータヘッドが反対方向に"空走"して、主にガイドおよび伝達機構の摩擦抵抗とモータのイナーシャによって減速しながら衝撃緩和された状態で停止する。そのため、単にリコータヘッドの損傷を防ぐというだけではなく、直ぐにプログラム運転を再開することができるので、材料粉体層の形成工程を速やかに再開することができる。
【００１０】
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、前記制御装置は、所定の復帰条件が充足した後に前記サーボモータを制御状態にするように構成される。
好ましくは、前記チャンバ内で移動可能に構成されたスピンドルヘッドを備え、前記制御装置は、前記スピンドルヘッドに装着した回転切削工具を用いて前記障害を除去した後に前記材料粉体層の形成を再開するように構成される。
好ましくは、前記サーボモータへ供給される電流を検出する電流検出器を備え、前記制御装置は、前記電流が所定の電流設定値を超えたときに、前記衝突が生じたと判断して前記サーボモータを非制御状態にする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の積層造形装置の概略構成図である。
【図２】粉体層形成装置３及びレーザ光照射部１３の斜視図である。
【図３】リコータヘッド１１の斜視図である。
【図４】リコータヘッド１１の別の角度から見た斜視図である。
【図５】図２からリコータヘッド１１の近傍の構成を抜き出してリコータヘッド駆動機構５１を露出させた状態を示す斜視図である。
【図６】リコータヘッド駆動機構５１の構成図である。
【図７】（ａ）は所望形状の造形物４７の斜視図、（ｂ）は、（ａ）の造形物のモデルの斜視図、（ｃ）は、（ｂ）のモデルを所定単位高で水平面で分割した状態を示す斜視図である。
【図８】焼結層５０を積層させて得られる造形物４７の斜視図である。
【図９】図１の積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図１０】図１の積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。
【００１３】
図１に示すように、本発明の一実施形態の積層造形装置は、所要の造形領域Ｒを覆い且つ所定濃度の不活性ガスで充満されるチャンバ１と、チャンバ１内で移動しながら造形領域Ｒ上に材料粉体を供給し且つ平坦化して材料粉体層８を形成するリコータヘッド１１と、材料粉体層８の所定箇所にレーザ光Ｌを照射して照射位置の材料粉体を焼結させて焼結層を形成するレーザ光照射部１３を備える。
【００１４】
チャンバ１内には、粉体層形成装置３が設けられる。粉体層形成装置３は、造形領域Ｒを有するベース４と、ベース４上に配置され且つ水平１軸方向（矢印Ｂ方向）に移動可能に構成されたリコータヘッド１１と、リコータヘッド１１の移動方向に沿って造形領域Ｒの両側に設けられた細長部材９ｒ，９ｌとを備える。造形領域Ｒには、駆動機構３１によって駆動されて上下方向（図１の矢印Ａ方向）に移動可能な造形テーブル５が設けられる。積層造形装置の使用時には、造形テーブル５上に造形プレート７が配置され、造形テーブル５上に材料粉体層８が形成される。
【００１５】
造形テーブル５を取り囲むように粉体保持壁２６が設けられており、粉体保持壁２６と造形テーブル５によって囲まれる粉体保持空間に未焼結の材料粉体が保持される。粉体保持壁２６の下側には、粉体保持空間内の材料粉体を排出可能な粉体排出部２７が設けられ、積層造形の完了後に、造形テーブル５を降下させることによって、未焼結の材料粉体が粉体排出部２７から排出され、排出された材料粉体は、シューターガイド２８によってシューターに案内され、シューターを通じてバケット（共に図示せず）に収容される。
【００１６】
リコータヘッド１１は、図２〜図５に示すように、材料収容部１１ａと、材料収容部１１ａの上面に設けられた上面開口部１１ｂと、材料収容部１１ａの底面に設けられ且つ材料収容部１１ａ内の材料粉体を排出する材料排出口１１ｃとを備える。材料排出口１１ｃは、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｃ方向）に延びるスリット状の細長い形状を有する。リコータヘッド１１の両側面には材料排出口１１ｃから排出された材料粉体を平坦化して材料粉体層８を形成するスキージングブレード１１ｆｂ，１１ｒｂが設けられる。また、リコータヘッド１１の両側面には、材料粉体の焼結時に発生するヒュームを吸引するヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓが設けられる。ヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓは、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｃ方向）に沿って設けられる。材料粉体は、例えば、金属粉（例：鉄粉）であり、例えば平均粒径２０μｍの球形である。
【００１７】
細長部材９ｒ，９ｌにはそれぞれリコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に沿って開口部が設けられる。これらの開口部の一方が不活性ガス供給口として利用され、他方が不活性ガス排出口として利用されることによって、造形領域Ｒ上に矢印Ｃ方向の不活性ガスの流れができるので、造形領域Ｒで発生したヒュームがこの不活性ガスの流れに沿って容易に排出される。なお、本明細書において、「不活性ガス」とは、材料粉体と実質的に反応しないガスであり、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどが例示される。
【００１８】
チャンバ１の上方にはレーザ光照射部１３が設けられる。図２に示すように、レーザ光照射部１３は、レーザ光Ｌを出力するレーザ光源４２と、レーザ光源４２から出力されたレーザ光Ｌを二次元走査する一対のガルバノスキャナ４３ａ，４３ｂと、レーザ光Ｌを集光する集光レンズ４４とを備える。ガルバノスキャナ（Ｘ軸スキャナ）４３ａは、レーザ光Ｌを矢印Ｂ方向（Ｘ軸方向）に走査し、ガルバノスキャナ（Ｙ軸スキャナ）４３ｂは、レーザ光Ｌを矢印Ｃ方向（Ｙ軸方向）に走査する。スキャナ４３ａ，４３ｂは、それぞれ、回転角度制御信号の大きさに応じて回転角度が制御されるので、スキャナ４３ａ，４３ｂに入力する回転角度制御信号の大きさを変化させることによって所望の位置にレーザ光Ｌの照射位置を移動させることが可能になっている。集光レンズ４４の例は、fθレンズである。
【００１９】
集光レンズ４４を通過したレーザ光Ｌは、チャンバ１に設けられたウィンドウ１ａを透過して造形領域Ｒに形成された材料粉体層８に照射される。レーザ光Ｌは、材料粉体を焼結可能なものであればその種類は限定されず、例えば、ＣＯ２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザなどである。ウィンドウ１ａは、レーザ光Ｌを透過可能な材料で形成される。例えば、レーザ光Ｌがファイバーレーザ又はＹＡＧレーザの場合、ウィンドウ１ａは石英ガラスで構成可能である。
【００２０】
チャンバ１の上面には、ウィンドウ１ａを覆うようにヒューム付着防止部１７が設けられる。付着防止部１７は、円筒状の筐体１７ａと、筐体１７ａ内に配置された円筒状の拡散部材１７ｃを備える。筐体１７ａと拡散部材１７ｃの間に不活性ガス供給空間１７ｄが設けられる。また、筐体１７ａの底面には、拡散部材１７ｃの内側に開口部１７ｂが設けられる。拡散部材１７ｃには多数の細孔１７ｅが設けられており、不活性ガス供給空間１７ｄに供給された清浄な不活性ガスは細孔１７ｅを通じて清浄空間１７ｆに充満される。そして、清浄空間１７ｆに充満された清浄な不活性ガスは、開口部１７ｂを通じて付着防止部１７の下方に向かって噴出される。
【００２１】
リコータヘッド１１は、図５〜図６に示すリコータヘッド駆動機構５１によって移動可能に構成されている。リコータヘッド１１は、ボールネジ３２に螺合されたスライド部材３３に対してブラッケット３４，３５を介して固定されているので、ボールネジ３２の回転に伴ってスライド部材３３が移動すると、リコータヘッド１１もスライド部材３３と共に移動する。ボールネジ３２は、軸受３７によって回転可能に支持されており、サーボモータ３８によって回転駆動される。サーボモータ３８は、モータ駆動装置４０から供給された電流によって駆動される。モータ駆動装置４０は、モーションコントローラ４１の制御下で動作し、モーションコントローラ４１からのモータ制御信号に基づいてサーボモータ３８に電流を供給する。従って、サーボモータ３８は、モータ駆動装置４０を介してモーションコントローラ４１によってその回転角度が制御される。また、モーションコントローラ４１は、ＮＣ装置５４からの移動指令に従ってモーションコントローラ４１に対してモータ制御信号を出力する。モーションコントローラ４１と、リレー５３と、ＮＣ装置５４によって、特許請求の範囲の「制御装置」５６が構成される。制御装置５６の構成は、ここで示したものに限定されず、例えば、リレー５３を省略したり、モーションコントローラ４１に内蔵させたりすることが可能である。また、モーションコントローラ４１とＮＣ装置５４の機能を１台の装置で実現させることも可能である。
【００２２】
サーボモータ３８の回転角度は、エンコーダ３９によって検出される。検出された回転角度は、モーションコントローラ４１にフィードバックされる（位置フィードバック）。サーボモータ３８の回転角度からリコータヘッド１１の位置が分かる。また、モータ駆動装置４０からサーボモータ３８へ供給される電流は、電流検出器５２によって検出される。検出された電流の値は、モーションコントローラ４１にフィードバックされる（電流フィードバック）。モーションコントローラ４１は、フィードバックされた電流の値に基づく電流信号をＮＣ装置５４に対して出力する。本発明において「サーボモータ」とは、エンコーダによるフィードバック下で動作可能なモータであり、本実施形態のように回転形のものに限定されず、リニア形のものであってもよい。この場合、エンコーダとしては、リニアエンコーダが用いられる。
【００２３】
モーションコントローラ４１は、フィードバックされたサーボモータ３８の回転角度が、目標とする回転角度に到達しているかどうかを判定し、到達していない場合にはサーボモータ３８に供給する電流を増大させる。このため、リコータヘッド１１が移動中に障害に衝突して移動が妨げられると、サーボモータ３８に供給される電流が増大する。
【００２４】
ＮＣ装置は、電流検出器５２によって検出される電流の値を常時監視し、その値が、設定装置５５を通じて設定された電流設定値を超えると、直ちに、モーションコントローラ４１に対して、制御遮断指令を行う。モーションコントローラ４１は、この指令に基づいてリレー５３に対して制御遮断信号を出力することによって、リレー５３を開状態にしてモータ駆動装置４０へのモータ制御信号を直ちに遮断する。
【００２５】
モータ制御信号が遮断されるとモータ駆動装置４０からサーボモータ３８への電流の供給が直ちに停止されると共にサーボモータ３８が非制御状態となり、ボールネジ３２は自由に回転可能な状態となる。そして、リコータヘッド１１は、障害に弾性的に反発して、元々の移動方向とは反対方向に"空走"して、主にガイドおよび伝達機構の摩擦抵抗とモータのイナーシャによって減速しながら衝撃緩和された状態で停止する。このような空走状態の間にも、サーボモータ３８の回転角度は、常時、フィードバックされているので、リコータヘッド１１の位置は捕捉されているが、リコータヘッド１１を特定位置に移動させたり、特定の移動速度で移動させたりするといった制御が行われていないので、リコータヘッド１１は、非制御状態となる。なお、サーボモータ３８を非制御状態にするための方法としては、図６に示したものに限定されず、例えば、サーボモータ３８とモータ駆動装置４０の間にリレーを設けて、このリレーを開状態にすることによってサーボモータ３８を非制御状態にしたり、モーションコントローラ４１からのモータ制御信号の出力を停止することによってサーボモータ３８を非制御状態にしたりしてもよい。後者の場合は、外付けのリレーが不要である。
【００２６】
障害に衝突したときにサーボモータ３８に対してブレーキをかけたり、サーボモータ３８を逆方向に回転させたりする制御を行う代わりに、サーボモータ３８を非制御状態とすることの利点は、サーボモータ３８に加わっているトルクを除去するまでの時間が短いことにある。この時間を短くすることにより、リコータヘッド１１が障害に衝突したときにリコータヘッド１１が損傷することを防ぐことができるからである。本発明者らが実験を行ったところ、障害への衝突を検出したときに、サーボモータ３８を非制御状態にした場合には、サーボモータ３８に対してブレーキをかけたり、サーボモータ３８を逆方向に回転させたりする制御を行う場合よりも、リコータヘッド１１が素早く反対方向に向かって移動を開始することが確認された。また、スキージングブレード１１ｆｂ，１１ｒｂは損傷していなかった。以上より、本実施形態のように、障害への衝突時にサーボモータ３８を非制御状態にすることによって、リコータヘッド１１の損傷を最小限にすることができることが分かった。
【００２７】
非制御状態から制御状態への復帰は、所定の復帰条件が充足したかどうかを基準にして行う。復帰条件としては、空走したリコータヘッド１１がリミット部材３６に到達することや、衝突の検出から所定時間が経過することが挙げられるが、リコータヘッド１１がリミット部材３６に到達するという保証がないので、経過時間を基準にすることが好ましい。サーボモータ３８を制御状態に復帰させるための具体的な方法としては、リレー５３が所定時間経過後に自発的に閉状態になるように設定したり、所定時間経過後にモーションコントローラ４１からリレー５３を閉状態にする制御信号を出力したりする方法が挙げられる。また、リレーを用いない構成例では、ＮＣ装置５４がモーションコントローラ４１への位置指令の出力を所定時間経過後に開始し、この指令に従ってモーションコントローラ４１がモータ制御信号の出力を開始することによってサーボモータ３８を制御状態に復帰させることができる。
【００２８】
ところで、チャンバ１内には、エンドミルなどの回転切削工具を装着して回転させることができるように構成されたスピンドルヘッド（不図示）が三次元移動可能に配置されている。ＮＣ装置５４は、リコータヘッド１１による材料粉体層形成工程を再開する前に、スピンドルヘッドに装着した回転切削工具を用いて障害を除去する工程を実施することができる。このような工程を行うことによって、リコータヘッド１１が障害に再度衝突することを防ぐことができる。障害は、通常は、焼結層の隆起部であるので、回転切削工具で隆起部を除去することによって障害を除去することが可能である。なお、隆起部のみを除去する代わりに、焼結層の全面に対して切削加工を行ってもよい。この場合、隆起部の位置を特定することなく、障害を除去することが可能になるという利点がある。なお、切削加工を行う代わりに、造形テーブル５を降下させることによって障害への衝突の再発を防いでもよい。サーボモータ３８を非制御状態から制御状態に復帰させるタイミングは、障害の除去工程の前であっても後であってもよい。
【００２９】
ＮＣ装置５４は、障害を除去した後、材料粉体層形成工程を再開し、以後、継続して積層造形が行われる。具体的には、ＮＣ装置５４は、障害への衝突が発生して中断した材料粉体層形成工程の開始時点から移動指定の出力を再開する。ＮＣ装置５４は、通常、プログラムを途中から実行することができないので、障害への衝突を検出したときにＮＣ装置５４がエラーで停止すると、その後は、積層造形を最初からやり直すか、又は停止した時点から始まるプログラムを作成して、そのプログラムを実行することが必要になり、どちらも面倒である。これに対して、本実施形態は、ＮＣ装置５４を停止させることなく、処理を継続させることができるという利点がある。
【００３０】
次に、チャンバ１への不活性ガス供給系統と、チャンバ１からのヒューム排出系統について説明する。
【００３１】
チャンバ１への不活性ガス供給系統には、不活性ガス供給装置１５と、ヒュームコレクタ１９が接続されている。不活性ガス供給装置１５は、不活性ガスを供給する機能を有し、例えば、不活性ガスのガスボンベである。ヒュームコレクタ１９は、その上流側及び下流側にダクトボックス２１，２３を有する。チャンバ１から排出されたガス（ヒュームを含む不活性ガス）は、ダクトボックス２１を通じてヒュームコレクタ１９に送られ、ヒュームコレクタ１９においてヒュームが除去された不活性ガスがダクトボックス２３を通じてチャンバ１へ送られる。このような構成により、不活性ガスの再利用が可能になっている。
【００３２】
不活性ガス供給系統は、図１に示すように、チャンバ１の上部供給口１ｂと、付着防止部１７の不活性ガス供給空間１７ｄと、細長部材９ｌにそれぞれ接続される。上部供給口１ｂを通じてチャンバ１の造形空間１ｄ内に不活性ガスが充填される。細長部材９ｌ内に供給された不活性ガスが開口部を通じて造形領域Ｒ上に排出される。
【００３３】
本実施形態では、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが上部供給口１ｂに送られ、不活性ガス供給装置１５からの不活性ガスが不活性ガス供給空間１７ｄ及び細長部材９ｌに送られるように構成されている。ヒュームコレクタ１９からの不活性ガス中には除去しきれなかったヒュームが残留するおそれがあるが、本実施形態の構成では、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが特に高い清純度が要求される空間（清浄空間１７ｆ及び造形領域Ｒ近傍の空間）に供給されないので、残留ヒュームの影響を最小限にすることができる。
【００３４】
チャンバ１からのヒューム排出系統は、図１に示すように、チャンバ１の上部排出口１ｃと、リコータヘッド１１のヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓ、及び細長部材９ｒにそれぞれ接続される。上部排出口１ｃを通じてチャンバ１の造形空間１ｄ内の、ヒュームを含む不活性ガスが排出されることによって、造形空間１ｄ内に上部供給口１ｂから上部排出口１ｃに向かう不活性ガスの流れが形成される。リコータヘッド１１のヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓは、リコータヘッド１１が造形領域Ｒ上を通過する際に造形領域Ｒで発生したヒュームを吸引することができる。また、細長部材９ｒの開口部を通じてヒュームを含む不活性ガスがチャンバ１外に排出される。ヒューム排出系統は、ダクトボックス２１を通じてヒュームコレクタ１９に接続されており、ヒュームコレクタ１９においてヒュームが取り除かれた後の不活性ガスが再利用される。
【００３５】
次に、上記の積層造形装置を用いた粉末焼結積層造形方法について説明する。
【００３６】
ここでは、図７（ａ）に示す三次元形状を有する造形物４７を積層造形によって生成する場合を例に挙げて説明を進める。
【００３７】
まず、図７（ｂ）〜（ｃ）に示すように、所望の三次元形状を有する造形物４７をコンピュータ上でモデル化した造形物モデル４８を所定単位高で水平面で分割して分割層４９ａ，４９ｂ，・・・４９ｆを形成する。次に、図７〜図１０に示すように、材料粉体層８に対してレーザ光Ｌを照射して材料粉体を選択的に焼結させて分割層４９ａ，４９ｂ，・・・４９ｆに対応した形状を有する焼結層５０ａ，５０ｂ，・・・５０ｆを形成すると共にこれらの層を互いに融合させることによって、造形物４７を形成する。分割層４９ａ，４９ｂ，・・・４９ｆのそれぞれの輪郭形状で囲まれた領域がレーザ光Ｌを照射すべき照射領域４５ａ，４５ｂ，・・・４５ｆとなる。分割層、焼結層、及び照射領域は、それぞれ、分割層４９、焼結層５０、及び照射領域４５とも称する。
【００３８】
このように、造形物モデル４８の各分割層４９の輪郭形状で囲まれた照射領域４５にレーザ光Ｌを照射して照射領域４５内の材料粉体層８の材料粉体を選択的に焼結することを繰り返することによって、造形物４７が生成される。
【００３９】
次に、焼結層５０を形成する方法を詳細に説明する。
まず、造形テーブル５上に造形プレート７を載置した状態で造形テーブル５の高さを適切な位置に調整する。この状態で材料収容部１１ａ内に材料粉体が充填されているリコータヘッド１１を図１の矢印Ｂ方向に造形領域Ｒの左側から右側に移動させることによって、造形テーブル５上に１層目の材料粉体層８を形成する。
【００４０】
次に、材料粉体層８中の所定部位にレーザ光Ｌを照射することによって材料粉体層８のレーザ光照射部位を焼結させることによって、図９に示すように、１層目の焼結層５０ａを得る。
【００４１】
次に、造形テーブル５の高さを材料粉体層８の１層分下げ、リコータヘッド１１を造形領域Ｒの右側から左側に移動させることによって、焼結層５０ａを覆うように造形テーブル５上に２層目の材料粉体層８を形成する。
次に、上記と同様の方法に従って、材料粉体層８中の所定部位にレーザ光Ｌを照射することによって材料粉体層８のレーザ光照射部位を焼結させることによって、図１０に示すように、２層目の焼結層５０ｂを得る。
以上の工程を繰り返すことによって、３層目の焼結層５０ｃ、４層目の焼結層５０ｄ、５層目以降の焼結層が形成される。隣接する焼結層は、互いに強く固着される。
【００４２】
レーザ光Ｌの照射条件等によっては、焼結層に隆起部が形成されてしまい、リコータヘッド１１のスキージングブレード１１ｆｂ，１１ｒｂが焼結層の隆起部に衝突してしまう場合がある。本実施形態では、このような衝突が検出されると、サーボモータ３８が直ちに非制御状態になり、その結果、リコータヘッド１１が隆起部に衝突したときの反発力によって元々の移動方向とは反対方向に移動する。所定時間経過後にサーボモータ３８を制御状態に復帰させてリコータヘッド１１を粉体層形成工程の開始位置に移動させ、その後、スピンドルヘッドに装着した回転切削工具を用いて焼結層の全面に対して切削加工を施すことによって隆起部を除去する。次に、ＮＣ装置５４は、隆起部への衝突が発生して中断した材料粉体層形成工程の開始時点から移動指定の出力を再開し、積層造形を継続する。このように、本実施形態では、リコータヘッド１１が焼結層の隆起部に衝突した場合でもエラーが発生せずに、積層造形が継続される。また、サーボモータ３８を非制御状態にすることによって、サーボモータ３８のトルクが瞬時に除去されるので、スキージングブレード１１ｆｂ，１１ｒｂが傷つくことを防ぐことができる。このため、スキージングブレード１１ｆｂ，１１ｒｂの傷が原因で生じる材料粉体層８の凹凸の発生を防ぐことができる。また、スキージングブレード１１ｆｂ，１１ｒｂを交換する手間を省くことができる。
【００４３】
積層造形の完了後は、粉体排出部２７を通じて未焼結の材料粉体を排出することによって、造形物を得ることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１：チャンバ、３：粉体層形成装置、５：造形テーブル、８：材料粉体層、１１：リコータヘッド、１３：レーザ光照射部、１７：ヒューム付着防止部、２６：粉体保持壁、２７：粉体排出部、２８：シューターガイド、３１：駆動機構、３２：ボールネジ、３３：スライド移動、３４，３５：ブラケット、３６：リミット部材、３７：軸受、３８：サーボモータ、３９：エンコーダ、４０：モータ駆動装置、４１：モーションコントローラ、４２：レーザ光源、４３ａ，４３ｂ：ガルバノスキャナ、４４：集光レンズ、４５：照射領域、４７：造形物、４８：造形物モデル、４９：分割層、５０：焼結層、５１：リコータヘッド駆動機構、５２：電流検出器、５３：リレー、５４：ＮＣ装置、５５：設定装置、５６：制御装置、Ｌ：レーザ光
【要約】      （修正有）【課題】リコータヘッドが障害に衝突した時にリコータヘッドの破損を防止でき且つ材料粉体層の形成工程を速やかに再開可能な積層造形装置の提供。【解決手段】所要の造形領域を覆い且つ所定濃度の不活性ガスで充満されるチャンバと、前記チャンバ内で移動しながら前記造形領域上に材料粉体を供給し且つ平坦化して材料粉体層を形成するリコータヘッド１１と、材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射し材料粉体を焼結させて焼結層を形成するレーザ光照射部を備え、リコータヘッド１１は、駆動機構によって移動可能に構成され、前記駆動機構は、リコータヘッド１１を移動させるサーボモータ３８と、リコータヘッド１１の移動量を検出するエンコーダ３９と、エンコーダ３９の検出値に基いてサーボモータを制御する制御装置１６とを備え、制御装置５６は、リコータヘッド１１が障害に衝突したことが検出されるとサーボモータ３８を非制御状態にするように構成される。【選択図】図６【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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