(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末を貯蔵するホッパと、
造形面に前記粉末を散布する粉末散布手段と、
前記ホッパと前記粉末散布手段との間に設けられ、前記粉末散布手段に一定量の粉末を補充する粉末補充手段と、
前記粉末補充手段を回動させる回動手段と、
前記ホッパと前記粉末補充手段との間に設けられた中間ホッパと、
を有し、
前記ホッパは、前記中間ホッパへ前記粉末を供給し、
前記粉末補充手段および前記中間ホッパの移動方向に垂直な方向である幅方向の長さは、少なくとも前記造形面の幅方向の長さを有し、
前記中間ホッパは、前記ホッパから供給された前記粉末を前記中間ホッパの前記幅方向の全体に移送する粉末移送機構を備える、
ことを特徴とする粉末供給装置。
【請求項２】
前記ホッパは、前記中間ホッパの前記幅方向の一部に前記粉末を供給することを特徴とする請求項１に記載の粉末供給装置。
【請求項３】
前記粉末移送機構は、スクリューコンベアまたはスクリューフィーダであることを特徴とする請求項２に記載の粉末供給装置。
【請求項４】
前記粉末補充手段は、柱状部材であり、側面に、中心軸に沿った方向に、前記粉末を収容するための溝を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の粉末供給装置。
【請求項５】
前記溝の断面形状は、矩形、半円形または三角形であることを特徴とする請求項４に記載の粉末供給装置。
【請求項６】
前記溝は、スリット状であって、前記中心軸に沿った方向に複数個設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の粉末供給装置。
【請求項７】
前記回動手段は、サーボモータであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の粉末供給装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の粉末供給装置の制御方法であって、
前記ホッパに粉末を貯蔵して、前記粉末移送機構が起動された前記中間ホッパに供給するステップと、
前記粉末を前記中間ホッパから前記粉末補充手段に供給するステップと、
前記粉末補充手段を前記回動手段で回動させて、前記ホッパから供給された前記粉末を粉末散布手段へ供給して、補充するステップと、
前記粉末補充手段から補充された前記粉末を造形面に散布するステップと、
を含むことを特徴とする粉末供給装置の制御方法。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の粉末供給装置の制御プログラムであって、
前記ホッパに粉末を貯蔵して、前記粉末移送機構が起動された前記中間ホッパに供給するステップと、
前記粉末を前記中間ホッパから前記粉末補充手段に供給するステップと、
前記粉末補充手段を前記回動手段で回動させて、前記ホッパから供給された前記粉末を粉末散布手段へ供給して、補充するステップと、
前記粉末補充手段から補充された前記粉末を造形面に散布するステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする粉末供給装置の制御プログラム。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の粉末供給装置と、
前記粉末にバインダを噴射する噴射手段および前記粉末にレーザ光または電子線を照射する照射手段の少なくとも一方と、
を含む３次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末供給装置、粉末供給装置の制御方法、粉末供給装置の制御プログラムおよび３次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において、特許文献１には、スクリュー部材を備える筒状部材により粉末材料を供給する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７９９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、一定量の粉末を迅速に供給することができなかった。【０００５】
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る粉末供給装置は、
粉末を貯蔵するホッパと、
造形面に前記粉末を散布する粉末散布手段と、
前記ホッパと前記粉末散布手段との間に設けられ、前記粉末散布手段に一定量の粉末を補充する粉末補充手段と、
前記粉末補充手段を回動させる回動手段と、
前記ホッパと前記粉末補充手段との間に設けられた中間ホッパと、
を有し、
前記ホッパは、前記中間ホッパへ前記粉末を供給し、
前記粉末補充手段および前記中間ホッパの移動方向に垂直な方向である幅方向の長さは、少なくとも前記造形面の幅方向の長さを有し、
前記中間ホッパは、前記ホッパから供給された前記粉末を前記中間ホッパの前記幅方向の全体に移送する粉末移送機構を備える、
ことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る粉末供給装置の制御方法は、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の粉末供給装置の制御方法であって、
前記ホッパに粉末を貯蔵して、前記粉末移送機構が起動された前記中間ホッパに供給するステップと、
前記粉末を前記中間ホッパから前記粉末補充手段に供給するステップと、
前記粉末補充手段を前記回動手段で回動させて、前記ホッパから供給された前記粉末を粉末散布手段へ供給して、補充するステップと、
前記粉末補充手段から補充された前記粉末を造形面に散布するステップと、
を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る粉末供給装置の制御プログラムは、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の粉末供給装置の制御方法であって、
前記ホッパに粉末を貯蔵して、前記粉末移送機構が起動された前記中間ホッパに供給するステップと、
前記粉末を前記中間ホッパから前記粉末補充手段に供給するステップと、
前記粉末補充手段を前記回動手段で回動させて、前記ホッパから供給された前記粉末を粉末散布手段へ供給して、補充するステップと、
前記粉末補充手段から補充された前記粉末を造形面に散布するステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ホッパからリコータへ一定量の粉末を迅速に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る粉末供給装置の構成を示す概略側面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る粉末供給装置の構成を示す概略側面図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態に係る粉末供給装置の構成を示す概略正面図である。
【図３Ｂ】本発明の第２実施形態に係る粉末供給装置の構成を示す概略正面図である。
【図３Ｃ】本発明の第２実施形態に係る粉末供給装置の構成を示す概略正面図である。
【図４Ａ】本発明の第２実施形態に係る粉末供給装置の備える粉末補充部の斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の第２実施形態に係る粉末供給装置の備える粉末補充部の斜視図である。
【図５Ａ】本発明の第２実施形態に係る粉末供給装置の備える粉末補充部の断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第２実施形態に係る粉末供給装置の備える粉末補充部の断面図である。
【図５Ｃ】本発明の第２実施形態に係る粉末供給装置の備える粉末補充部の断面図である。
【図５Ｄ】本発明の第２実施形態に係る粉末供給装置の備える粉末補充部の断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る３次元造形装置の構成を示す概略正面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る３次元造形装置の備える粉末散布部の制御手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態に係る３次元造形装置の備える粉末補充部の制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明記載する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての粉末供給装置１００について、図１を用いて説明する。粉末供給装置１００は、積層造形により造形される３次元造形物の造形材料である金属や樹脂などの粉末を造形面上に供給する装置である。
【００１３】
図１に示すように、粉末供給装置１００は、ホッパ１０１と、粉末散布部１０２と、粉末補充部１０３と、回動部１０４とを備える。ホッパ１０１は、３次元造形物の造形材料である粉末１２０を貯蔵する。粉末散布部１０２は、造形面１１０に粉末を散布する。粉末補充部１０３は、ホッパ１０１と粉末散布部１０２との間に設けられ、粉末散布部１０２に一定量の粉末を補充する。回動部１０４は、粉末補充部１０３を回動させる。
【００１４】
本実施形態によれば、ホッパからリコータへ一定量の粉末を迅速に供給することができる。
【００１５】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る粉末供給装置について、図２〜図５Ｄを用いて説明する。図２は、本実施形態に係る粉末供給装置２００の構成を説明するための概略側面図である。粉末供給装置２００は、ホッパ２０１と、粉末散布部２０２と、粉末補充部２０３と、回動部２０４と、中間ホッパ２０５とを備える。
【００１６】
ホッパ２０１は、３次元造形物の造形材料である金属や樹脂などの粉末２２０を貯蔵する。そして、ホッパ２０１は、中間ホッパ２０５へ粉末２２０を供給する。中間ホッパ２０５は、ホッパ２０１から供給された粉末２２０を粉末補充部２０３へと供給する。
【００１７】
粉末補充部２０３は、図示したような断面矩形の溝が側面に設けられた円柱状の部材である。粉末補充部２０３は、回動部２０４により回動し、粉末散布部２０２が所定位置にあるときに回動することにより、一定量の粉末２２０を迅速に粉末散布部２０２に供給する。粉末補充部２０３は、粉末散布部２０２への粉末２２０の補充が完了すると、再度回動部２０４により回動されて元の位置に戻る。回動部２０４は、例えば、サーボモータやステッピングモータであるが、これらには限定されない。
【００１８】
粉末散布部２０２は、リコータ２２１と中間貯蔵部２２２とを備える。リコータ２２１への粉末２２０の補充は、粉末補充部２０３から直接行われるのではなく、リコータ２２１に一体に設けられた中間貯蔵部２２２を介して行われる。粉末散布部２０２は、造形面２１０上を走査しながら、粉末補充部２０３から補充された粉末２２０を散布して、造形物２３０の造形材料となる粉末２２０を積層する。
【００１９】
粉末散布部２０２が造形面２１０上を移動して粉末２２０を散布する場合、粉末散布部２０２と粉末補充部２０３とは切り離されて、粉末散布部２０２が移動する。したがって、粉末散布部２０２が造形面２１０上を走査している間は、リコータ２２１が、粉末補充部２０３から粉末２２０の補充を受けられない。したがって、リコータ２２１に中間貯蔵部２２２を一体に設けることにより、リコータ２２１は、中間貯蔵部２２２から粉末２２０の供給を受けながら、造形面２１０上に粉末２２０を散布する。
【００２０】
図３Ａ〜図３Ｃは、本実施形態に係る粉末供給装置２００の構成を説明するための概略正面図である。同図に示したように、粉末補充部２０３および中間ホッパ２０５は、左右方向に横長の形状をしている。粉末補充部２０３の全長は約１〜２ｍであり、全体を１つの部材で構成してもよいし、複数の部材、例えば、数１０ｃｍ程度の部材を複数個連結して構成してもよい。複数個の部材を連結することにより、例えば、粉末補充部２０３の強度を上げることや、メンテナンスを容易に行うことなどが可能となる。
【００２１】
ホッパ２０１は、中間ホッパ２０５のほぼ中央に配置されている。ホッパ２０１は、狭い範囲にしか粉末２２０を供給できない。そのため、粉末散布部２０２および粉末補充部２０３が横長の部材の場合には、均一に粉末２２０を供給できない。また、ホッパ２０１のみで、粉末２２０を横長の粉末供給部２０３に供給しようとすると、ホッパ２０１自体を大きくしなければならず、装置全体が大型化してしまう。
【００２２】
そこで、中間ホッパ２０５は、スクリューコンベア２５１などの粉末移送機構を備えた構成とした。中間ホッパ２０５に対して、ホッパ２０１から供給された粉末２２０は、スクリューコンベア２５１により、中間ホッパ２０５の左右両端方向へ撹拌されながら移送される。
【００２３】
また、ホッパ２０１の設置数は１つには限定されず、複数でもよい。ホッパ２０１を複数設置することにより、１つのホッパに粉末２２０を補充している間であっても、残りのホッパで粉末２２０の供給ができるので、装置を停止させることなく造形物２３０の造形を継続することができる。なお、ホッパ２０１の配置位置は、中間ホッパ２０５の中央位置には限定されず、図３Ｂおよび図３Ｃに示したように、中間ホッパ２０５の左右両端位置でもよい。
【００２４】
また、ホッパ２０１を複数設置することにより、粉末２２０を補充する時間を短縮することが可能となる。さらに、中間ホッパ２０５は全長が長いので、複数のホッパ２０１を設置することにより、粉末２２０が中間ホッパ２０５の全体に万遍なく行き渡らないなどの不具合が生じることを防止できる。
【００２５】
ホッパ２０１の設置数が１つの場合に、大量の粉末２２０を散布したり、積層造形を長時間行うには、ホッパ２０１が大型化する。また、粉末供給装置２００の上部に重量物を配置しなければならず、この場合、装置全体の重量が増大するなどのデメリットが生じる。したがって、図示はしないが、ホッパ２０１の代わりに中間ホッパ２０５にホースなどを接続しておき、粉末２２０を粉末供給元から圧送などによりホースの中を通して中間ホッパ２０５に供給してもよい。これにより、多量の粉末２２０が必要な場合や、長時間の造形が必要な場合、装置全体を小型化したい場合などであっても対応可能となる。
【００２６】
中間ホッパ２０５に設けられたスクリューコンベア２５１は、有軸または無軸であってもよいし、また、粉末移送機構としてスクリューフィーダを設けてもよく、粉末２２０を移送できる機構であればこれらには限定されない。また、スクリューコンベア２５１などを用いずに、中間ホッパ２０５を傾斜させたり、中間ホッパ２０５にテーパーなどを設けたりしてもよい。さらに、スクリューコンベア２５１などと傾斜などとを組み合わせてもよい。このような粉末移送機構を設けることで、造形面２１０に散布する粉末２２０の偏析を少なくすることができる。
【００２７】
図４Ａおよび図４Ｂは、本実施形態に係る粉末供給装置２００が備える粉末補充部２０３の斜視図である。これらの図では、粉末補充部２０３は、円柱状の形状をしているが、粉末補充部２０３の形状はこれには限定されず、四角柱状や多角柱状などであってもよい。
【００２８】
図４Ａに示したように、溝２３１は、粉末補充部２０３の側面に１つ設けられている。また、溝２３１は、円柱状の形状をした粉末補充部２０３の中心軸に沿った方向に設けられている。また、図４Ｂに示したように、溝２３２を、スリット状に複数個設けてもよい。
【００２９】
図５Ａ〜図５Ｄは、粉末補充部２０３の溝２３１の形状の説明をするための断面図である。同図に示したように、溝２３１の断面形状は、矩形、三角形、半円形など粉末を一定量貯めることができる形状であればいずれの形状でもよい。
【００３０】
図５Ａのように、溝２３１の断面形状を矩形とすることにより、溝２３１の容積を大きく取ることが可能となり、粉末２２０の処理量や収容量を増やすことができる。さらに、粉末補充部２０３の製造に要する費用を低減できる。
【００３１】
図５Ｂのように、溝２３１の断面形状を三角形とすることにより、粉末２２０が落下し易くなる。例えば、水分などを含んだ湿った粉末２２０の場合などには特に、溝２３１の内面に粉末２２０が付着しにくくなる。また、粉末補充部２０３の強度も比較的維持し易くなる。例えば、上述の矩形の場合、溝２３１の深さを大きくし過ぎると、粉末補充部２０３が折れ易くなるが、扇形や三角形であれば折損の可能性を低減できる。
【００３２】
さらに、図５Ｃのように、溝２３１の断面形状を半円形とすることにより、粉末２２０を収容するための容積を保つことが可能となる。さらに、溝２３１の形状が矩形や三角形の場合のように、粉末２２０が、溝２３１の角に付着して、溝２３１の中に残ることを防止し易くなる。
【００３３】
図５Ｄのように、粉末補充部２０３に設ける溝２３１は１つには限定されず、複数個設けてもよい。これにより、溝２３１に粉末２２０を供給している間に、別の溝２３２から粉末２２０を粉末散布部２０２に供給することができるので、溝２３１に粉末２２０を供給する時間が長くかかる場合には効果的である。また、粉末２２０をより迅速に粉末散布部２０２に供給することも可能となる。
【００３４】
同図に示した例では、溝２３１を４個設けているが、溝２３１の数は、２個でも、３個でもよいし、４個以上でもよい。この場合、粉末補充部２０３は、回動させてもよく、また、一方向に回転させてもよく、使用用途などに合わせてユーザが適宜設定することができる。
【００３５】
本実施形態によれば、上述のような構成としたので、粉末を一定量、例えば、１層分だけ正確かつ迅速に計量でき、ホッパからリコータへ一定量の粉末を高速で供給できる。また、ホッパを振動させる必要もないので、粉末の流動性を気にすることなく粉末を取り扱うことができる。さらに、一定量を正確に量り取ることができるので、材料、例えば、粉末などの無駄が生じない。
【００３６】
［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る３次元造形装置について、図６〜図８を用いて説明する。図６は、本実施形態に係る３次元造形装置の全体構成を説明するための概略正面図である。本実施形態に係る３次元造形装置６００は、上記第２実施形態に係る粉末供給装置を用いた装置である。したがって、図６における粉末供給装置の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【００３７】
３次元造形装置６００は、粉末供給装置２００と、噴射部６０１と、供給部６０２とを備える。噴射部６０１は、造形面２１０上に散布された粉末２２０にバインダ６１１を噴射して、粉末２２０を固化させる。なお、噴射部６０１の代わりに造形面２１０上の粉末２２０にレーザ光や電子線などを照射する照射部を設けてもよく、粉末２２０の性質や造形物２３０の種類や用途などに応じて適宜選択できる。供給部６０２は、バインダやパージガスなどを供給するが、供給物はこれらには限定されず、３次元造形に必要な供給物を適宜供給することができる。なお、図６においては、３次元造形装置６００が有するその他の汎用的な装置や機構などは図示を省略している。
【００３８】
図７は、本実施形態に係る３次元造形装置の備える粉末散布部２０２の制御手順を説明するフローチャートである。ステップＳ７０１において、３次元造形装置６００は、３次元造形物の造形作業を行っているか否かを判断する。造形作業中でなければ、３次元造形装置６００は、造形作業が開始されるまで待機する。
【００３９】
造形作業中であれば、ステップＳ７０３において、３次元造形装置６００は、粉末散布部２０２の中間貯蔵部２２２やリコータ２２１が空になっているか否かを判断する。粉末散布部２０２などが空になっていなければ、３次元造形装置６００は、粉末散布部２０２などが空になるまで待機する。粉末散布部２０２などが空になっていれば、３次元造形装置は、次のステップへ進む。
【００４０】
ステップＳ７０５において、３次元造形装置６００は、粉末散布部２０２が供給位置にあるか否かを判断する。粉末散布部２０２が供給位置になければ、３次元造形装置６００は、粉末散布部２０２が供給位置に戻るまで待機する。粉末散布部２０２が供給位置に戻っていれば、３次元造形装置６００は、次のステップに進む。
【００４１】
ステップＳ７０７において、３次元造形装置６００は、粉末補充部２０３が満タンか否かを判断する。粉末補充部２０３が満タンでなければ、３次元造形装置６００は、粉末補充部２０３が満タンになるまで待機する。粉末補充部２０３が満タンであれば、３次元造形装置６００は、次のステップに進む。
【００４２】
ステップＳ７０９において、３次元造形装置６００は、粉末補充部２０３を動かして粉末散布部２０２に粉末２２０を補充する。
【００４３】
図８は、本実施形態に係る３次元造形装置の備える粉末補充部２０３の制御手順を説明するフローチャートである。ステップＳ８０１において、３次元造形装置６００は、３次元造形物の造形作業を行っているか否かを判断する。造形作業中でなければ、３次元造形装置６００は、造形作業が開始されるまで待機する。
【００４４】
造形作業中であれば、ステップＳ８０３において、３次元造形装置６００は、粉末補充部２０３が空か否かを判断する。粉末補充部２０３が空でなければ、３次元造形装置６００は、粉末補充部２０３が空になるまで待機する。
【００４５】
粉末補充部２０３が空であれば、ステップＳ８０５において、３次元造形装置６００は、中間ホッパ２０５などから粉末補充部２０３に粉末２２０を供給する。
【００４６】
ステップＳ８０７において、３次元造形装置６００は、粉末散布部２０２が満タンか否かを判断する。粉末散布部２０２が満タンであれば、３次元造形装置６００は、粉末散布部２０２が空になるまで待機する。粉末散布部２０２が空であれば、３次元造形装置６００は、次のステップに進む。
【００４７】
ステップＳ８０９において、３次元造形装置６００は、粉末補充部２０３を動かして粉末散布部２０２に粉末２２０を補充する。
【００４８】
なお、図７および図８では、粉末散布部２０２と粉末補充部２０３との制御手順を分けて説明をしたが、粉末散布部２０２と粉末補充部２０３とは互いに連動して動作するようにしてもよいし、それぞれ別個に動作するようにしてもよい。
【００４９】
本実施形態によれば、粉末を一定量、例えば、１層分だけ正確かつ迅速に計量でき、ホッパからリコータへ一定量の粉末を高速で供給できるので、リコータが粉末の供給を待つ必要がなく、粉末などの材料の無駄が生じず、造形物を正確に積層することができる。また、振動などを用いて粉末を供給していないので、粉末供給の速度を制限する機構がなく、粉末を高速で供給できる。さらに、余分な機構がないので、機械の故障やメンテナンスなども必要なく、ランニングコストやメンテナンスコストも低減し、３次元造形装置の稼働率も向上する。
【００５０】
［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
【００５１】
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。
【要約】
ホッパからリコータへ一定量の粉末を迅速に供給すること。粉末供給装置であって、ホッパと、粉末散布手段と、粉末補充手段と、回動手段とを備えることを特徴とする。粉末供給装置のホッパは、粉末を貯蔵する。粉末供給装置の粉末補充手段は、造形面に前記粉末を散布する粉末散布手段と、前記ホッパと前記粉末散布手段との間に設けられ、前記粉末散布手段に一定量の粉末を補充する。粉末供給装置の回動手段は、前記粉末補充手段を回動させる。【図１】
0006050550.tif 000002
【図２】
0006050550.tif 000003
【図３Ａ】
0006050550.tif 000004
【図３Ｂ】
0006050550.tif 000005
【図３Ｃ】
0006050550.tif 000006
【図４Ａ】
0006050550.tif 000007
【図４Ｂ】
0006050550.tif 000008
【図５Ａ】
0006050550.tif 000009
【図５Ｂ】
0006050550.tif 000010
【図５Ｃ】
0006050550.tif 000011
【図５Ｄ】
0006050550.tif 000012
【図６】
0006050550.tif 000013
【図７】
0006050550.tif 000014
【図８】
0006050550.tif 000015