(57)【要約】【課題】粉末焼結方式の積層造形技術による造形物の形成を、より効率よく行う。【解決手段】所望する造形物のうち、高精度部分の生成に用いる細粉である第１粉末と、通常精度部分の生成に用いる粗粉である第２粉末とを、一度の積層造形の中で、敷設する層ごとに、または敷設する領域ごとに、使い分ける。粉末コスト、造形時間および寸法精度の全ての面で有利に、造形物の形成を行うことが出来る。【選択図】図６
2018118442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末を積層する供給部と、
積層された前記粉末を、溶融・凝固するように加熱する加熱部と
を具備し、
前記供給部は、
第１粒径分布を有する第１粉末を第１領域に敷設する第１供給部と、
前記第１粒径分布とは異なる第２粒径分布を有し、かつ、材料が前記第１粉末と同じである第２粉末を、前記第１領域に隣接する第２領域に敷設する第２供給部と
を具備する
積層造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の積層造形装置において、
前記第１粉末の平均粒径は、前記第２粉末の平均粒径よりも小さく、
造形物の形状を示す情報を格納する記憶部と、
前記情報に基づいて、前記第１供給部および前記第２供給部を制御する制御部と
をさらに具備し、
前記制御部は、前記造形物の空洞部分と、前記造形物との境界面の近傍部分に、前記第１粉末を選択的に敷設するように、前記第１供給部および前記第２供給部を制御する
積層造形装置。
【請求項３】
請求項２に記載の積層造形装置において、
前記制御部は、前記造形物の凹凸部分を含む領域の近傍部分に、前記第１粉末を選択的に敷設するように、前記第１供給部および前記第２供給部を制御する
積層造形装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の積層造形装置において、
前記制御部は、前記第１領域の積層厚さが、前記第２領域の積層厚さよりも選択的に小さくなるように、前記第１供給部および前記第２供給部を制御する
積層造形装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層造形装置において、
前記第１領域または前記第２領域の一方は、積層する第１層であり、
前記第１領域または前記第２領域の他方は、前記第１層の直上に積層される第２層である
積層造形装置。
【請求項６】
粉末を積層することと、
積層された前記粉末を、溶融・凝固するように加熱することと
を具備し、
前記積層することは、
第１粒径分布を有する第１粉末を第１領域に敷設することと、
前記第１粒径分布とは異なる第２粒径分布を有し、かつ、材料が前記第１粉末と同じである第２粉末を、前記第１領域に隣接する第２領域に敷設することと
を具備する
積層造形方法。
【請求項７】
請求項６に記載の積層造形方法において、
前記第１粉末の平均粒径は、前記第２粉末の平均粒径よりも小さく、
造形物の形状を示す情報を格納することと、
前記情報に基づいて、前記第１粉末の敷設および前記第２粉末の敷設を制御することと
をさらに具備し、
前記制御することは、
前記造形物の空洞部分と、前記造形物との境界面の近傍部分に、前記第１粉末を選択的に敷設するように、前記第１粉末の敷設および前記第２粉末の敷設を制御すること
を具備する
積層造形方法。
【請求項８】
請求項７に記載の積層造形方法において、
前記制御することは、
前記造形物の凹凸部分を含む領域の近傍部分に、前記第１粉末を選択的に敷設するように、前記第１粉末の敷設および前記第２粉末の敷設を制御すること
をさらに具備する
積層造形方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の積層造形方法において、
前記制御することは、
前記第１領域の積層厚さが、前記第２領域の積層厚さよりも選択的に小さくなるように、前記第１粉末の敷設および前記第２粉末の敷設を制御すること
をさらに具備する
積層造形方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか一項に記載の積層造形方法において、
前記第１領域または前記第２領域の一方は、積層する第１層であり、
前記第１領域または前記第２領域の他方は、前記第１層の直上に積層される第２層である
積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層造形装置およびこれを用いる積層造形方法に関し、例えば、粉末を積層し、積層した粉末を溶融・凝固させる積層造形装置およびこれを用いる積層造形方法に好適に利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
国際規格では「Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ」と呼ばれ、一般的には「３Ｄプリンタ」などと呼ばれる積層造形技術が知られている。この造形技術は、金型や鋳型などのモールドを用いずに複雑な形状を有する造形物を生成することを可能とする。
【０００３】
積層造形技術では、まず、所望する造形物の形状を示すデータを、例えば３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）などにより製作し、このデータを、所定の方向に直交する複数の層に分割する。それぞれの層に対応する板状の造形物を生成しながら、同時に、板状造形物同士を積層、かつ、付着させる。このような動作を繰り返すことで、造形物の全体を生成することが出来る。
【０００４】
積層造形技術には複数の方式が知られており、その一つに粉末焼結方式がある。粉末焼結方式の積層造形技術では、層状に敷設した粉末を加熱により溶融・凝固させることで各層の板状の造形物を生成しながら、同時に、直下の層の板状造形物に付着させて積層する。
【０００５】
積層造形技術によって生成される造形物の寸法精度は、主に、分割する層の厚さに依存する。粉末焼結方式の場合は、使用する粉末の粒径に層の厚さが依存するので、寸法精度も粒径に依存する。ただし、分割する層の厚さが薄ければ薄いほど、積層する回数は反比例して増大する。また、粒径がより小さい細粉は、粒径がより大きい粗粉と比べて、その生成コストが高くなる傾向がある。
【０００６】
すなわち、粗粉を用いる積層造形では、粉末コストが比較的安くなり、造形時間が比較的短くなる一方で、形成される造形物の寸法精度が比較的低くなる。反対に、細粉を用いる積層造形では、形成される造形物の寸法精度が比較的高くなる一方で、粉末コストが比較的高くなり、造形時間が比較的長くなる。
【０００７】
上記に関連して、特許文献１（特開２０１６−１５５３３７号公報）には、積層造形装置に係る記載が開示されている。特許文献１の積層造形装置は、第１の材料と第２の材料とを同一の層内に造形する。この積層造形装置は、第１の材料供給部と、第２の材料供給部と、加熱部と、部分冷却部とを備える。ここで、第１の材料供給部は、第１の材料を層内の所定の位置に供給する。第２の材料供給部は、第２の材料を層内の所定の位置に供給する。加熱部は、少なくとも第２の材料を供給する際に第２の材料を加熱する。部分冷却部は、第２の材料の周囲に存在する第１の材料を冷却する。
【０００８】
また、特許文献２（特開２０１６−５３４２３４号公報）には、構築チャンバ中のワークテーブル上に供給される少なくとも１つの粉体層の部分の連続的な融合を通して３次元物品を成形する方法に係る記載が開示されている。この方法において、これらの部分は、前記３次元物品の連続的な断面構成に対応する。この方法は、以下のステップを含む。少なくとも第１の粉体タンクおよび少なくとも第２の粉体タンクを設けるステップ。第１の粉体タンク中に第１の粒度分布を有する第１の種類の粉体を供給するステップ。第２の粉体タンク中に第１の粒度分布とは異なる第２の粒度分布を有する第２の種類の粉体を供給するステップであって、第２の粒度分布中の最小の粒子サイズは第１の粒度分布中の最小の粒子サイズよりも小さい、ステップ。ワークテーブル上に第１の種類の粉体の第１のサブ層を分配するステップ。第１の種類の粉体の第１のサブ層の最上部上に第２の種類の粉体の第２のサブ層を分配するステップであって、第１および第２のサブ層は前記少なくとも１つの粉体層の１つを形成する、ステップ。３次元物品の第１の断面構成を形成するように、高エネルギビーム源からの高エネルギビームによって第１および第２のサブ層を融合するステップ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１６−１５５３３７号公報
【特許文献２】特開２０１６−５３４２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
粉末焼結方式の積層造形技術による造形物の形成を、より効率よく行う。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
一実施の形態によれば、積層造形装置（１）は、供給部（１３Ａ、１３Ｂ）と、加熱部（１２）とを具備する。ここで、供給部（１３Ａ、１３Ｂ）は、粉末（１７Ａ、１７Ｂ）を積層する。加熱部（１２）は、積層された粉末（１７Ａ、１７Ｂ）を、溶融・凝固するように加熱する。供給部（１３Ａ、１３Ｂ）は、第１供給部（１３Ａ）と、第２供給部（１３Ｂ）とを具備する。ここで、第１供給部（１３Ａ）は、第１粒径分布を有する第１粉末（１７Ａ）を第１部分に敷設する。第２供給部（１３Ｂ）は、第１粒径分布とは異なる第２粒径分布を有し、かつ、材料が前記第１粉末と同じである第２粉末（１７Ｂ）を、第１部分に隣接する第２部分に敷設する。
【００１３】
一実施形態によれば、積層造形方法は、粉末を積層すること（Ｓ２０３、Ｓ２０５）と、積層された粉末を、溶融・凝固するように加熱すること（Ｓ２０４、Ｓ２０６）とを具備する。積層すること（Ｓ２０３、Ｓ２０５）は、第１粒径分布を有する第１粉末（１７Ａ）を第１部分に敷設すること（Ｓ２０３）と、第１粒径分布とは異なる第２粒径分布を有し、かつ、材料が第１粉末（１７Ａ）と同じである第２粉末（１７Ｂ）を、第１部分に隣接する第２部分に敷設すること（Ｓ２０５）とを具備する。
【発明の効果】
【００１４】
前記一実施の形態によれば、粉末焼結方式の積層造形技術による造形物の形成を、より効率よく行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、粉末を溶融・凝固させる積層造形装置一構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１に示した積層造形装置を用いる積層造形方法の一例を示すフローチャートである。
【図３Ａ】図３Ａは、図２Ａに示したフローチャートのうち、粉末の１度目のスキージングについて説明するための図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図２Ａに示したフローチャートのうち、粉末の１度目の溶融・凝固について説明するための図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図２Ａに示したフローチャートのうち、粉末の２度目のスキージングについて説明するための図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図２Ａに示したフローチャートのうち、粉末の２度目の溶融・凝固について説明するための図である。
【図４Ａ】図４Ａは、粉末の粒径と、造形物の寸法精度との関係について説明するための図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの部分拡大図である。
【図５Ａ】図５Ａは、一実施形態による積層造形装置の一構成例を示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、一実施形態による制御部１１の一構成例を示すブロック回路図である。
【図６】図６は、一実施形態による積層造形装置を用いる積層造形方法の一例を示すフローチャートである。
【図７Ａ】図７Ａは、第１粉末および第２粉末を使い分けて敷設する方法の一例を示す部分断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、第１粉末および第２粉末を使い分けて敷設する方法の別の一例を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図面を参照して、本発明による積層造形装置１およびこれを用いる積層造形方法を実施するための形態を以下に説明する。
【００１７】
本発明の課題のより良い理解のために、まず、別の積層造形装置１０００およびこれを用いる積層造形方法について説明する。図１は、粉末１００７を溶融・凝固させる積層造形装置１０００の一構成例を示す図である。
【００１８】
図１に示した積層造形装置１０００が備える構成要素について説明する。図１の積層造形装置１０００は、制御部１００１と、加熱部１００２と、粉末供給部１００３と、コーター１００４と、造形台１００５と、造形枠１００６と、記憶部２０００とを備えている。なお、記憶部２０００は、図１に示した構成例では積層造形装置１０００に含まれているが、別の構成例においては積層造形装置１０００に接続された外部装置であっても良い。
【００１９】
図１に示した積層造形装置１０００の各構成要素の形状および接続関係について説明する。まず、粉末供給部１００３は、造形物３０００を生成する材料である粉末１００７を格納している。粉末供給部１００３は、積層造形装置１０００の図示しない本体に対して固定されていても良いが、より望ましくは、図示しない駆動装置によって水平方向に移動可能に支持されている。この駆動装置は、制御部１００１と電気的に接続されており、制御部１００１の制御により粉末供給部１００３を水平方向に移動させる。また、粉末供給部１００３は、やはり制御部１００１と電気的に接続されており、制御部１００１の制御により粉末１００７を下方に落下させる。
【００２０】
造形台１００５は、その表面上にこの粉末１００７を支持するための台である。したがって、造形台１００５は、粉末供給部１００３から落下する粉末１００７を受け止めるために、粉末供給部１００３の下方に、かつ、その表面が水平になるように配置されていることが望ましい。造形台１００５の形状は、例えば、直方体であり、造形台の表面の形状は、例えば、長方形である。造形台１００５は、図示しない駆動装置によって上下方向に移動可能に支持されている。この駆動装置は、制御部１００１と電気的に接続されており、制御部１００１の制御により造形台１００５を上下方向に移動させる。
【００２１】
造形枠１００６は、造形台１００５の表面上に敷設された粉末１００７が外部に落下しないように、造形台１００５の表面の周囲を囲い、かつ、造形台１００５の表面の周囲に密接するように配置されている。また、造形台１００５が造形枠１００６の内側を上下方向に摺動出来るように、造形枠１００６の内側の形状は、造形台１００５の表面の形状を底面として有する直柱体の側面の形状を有することが望ましい。
【００２２】
コーター１００４は、図示しない駆動装置によって水平方向に移動可能に支持されている。この駆動装置は、制御部１００１と電気的に接続されており、制御部１００１の制御によりコーター１００４を水平方向に移動させる。コーター１００４は、水平方向に移動することによって、造形台１００５の上に供給された粉末１００７の上側表面を水平に整える。このような動作は、スキージングと呼ばれる。スキージングによって粉末１００７の表面が整えられる際、余剰の粉末は、造形枠１００６の上端を越えて外部に排除されることが望ましい。したがって、造形枠１００６の上側端部は水平であり、コーター１００４の下側端部は造形枠１００６の上側端部に対して摺動するように水平方向に移動することが望ましい。
【００２３】
加熱部１００２は、造形台１００５の上方に配置されており、造形台１００５の表面上に支持されている粉末１００７に向けて、レーザ光や電子線などの熱線５０００を照射する。加熱部１００２は、制御部１００１と電気的に接続されており、造形台１００５の表面のうち、熱線５０００が照射される範囲は、制御部１００１によって制御される。
【００２４】
記憶部２０００は、所望する造形物３０００の形状を示す形状情報を格納している。記憶部２０００は、制御部１００１と電気的に接続されており、制御部１００１からの要求に応じて、造形物の形状情報の全体または層毎に分割した一部分を出力する。
【００２５】
図１に示した構成例による積層造形装置１０００の全体的な動作、すなわち積層造形方法、の一例について説明する。図２は、図１に示した積層造形装置を用いる積層造形方法の一例を示すフローチャートである。
【００２６】
図２に示したフローチャートは、第０ステップＳ１００〜第５ステップＳ１０５の合計６個のステップを含んでいる。図２のフローチャートは、第０ステップＳ１００から開始する。
【００２７】
第０ステップＳ１００において、積層造形装置１０００がその動作、すなわち、積層造形方法を開始する。第０ステップの次には、第１ステップＳ１０１が実行される。
【００２８】
第１ステップＳ１０１において、所望する造形物３０００の形状を示す形状情報が用意される。ここで、形状情報は、予め外部の設計装置などで作成された後、記憶部２０００に格納されても良い。この形状情報は、積層造形の層毎に分解されて、層毎の形状情報が記憶部２０００に格納されていても良い。ここで、各層の厚さは、使用する粉末１００７の粒径分布や、使用する粉末１００７の材料や、加熱部１００２の出力強度や、利用者の希望などに基づいて設定される。第１ステップＳ１０１の次には、第２ステップＳ１０２が実行される。
【００２９】
第２ステップＳ１０２において、粉末１００７を敷設する。ここで、まず、造形第１００５の表面の高さと、造形枠１００６の上端の高さとの差が、設定された層の厚さに等しくなるように、造形台１００５の上下方向の位置が調整される。次に、粉末供給部１００３が造形台１００５の表面上に一層分の粉末１００７を供給し、コーター１００４がスキージングを行う。図３Ａは、図２Ａに示したフローチャートのうち、粉末の１度目のスキージングについて説明するための図である。図３Ａにおいて、第１層１００８は、粉末１００７が造形台１００５の上に敷設された後、その表面が、方向４０００に沿って移動したコーター１００４によってスキージングされた直後の状態にある。第２ステップの次には、第３ステップＳ１０３が実行される。
【００３０】
第３ステップＳ１０３において、敷設した粉末１００７を溶融・凝固させる。ここで、制御部１００１は、記憶部２０００に格納されている形状情報のうち、粉末１００７のその時点における最上層部分である第１層１００８の形状情報を読み出す。制御部１００１は、敷設した一層分の粉末のうち、この一層分の形状情報に対応する範囲を選択的に加熱するように、加熱部１００２を制御する。加熱部１００２は、制御部１００１に制御されて、敷設した一層分の粉末１００７のうち、所望する造形物３０００を構成する部分を加熱し、溶融・凝固させる。このとき、加熱部１００２は、粉末１００７のうち、加熱する部分に向けて熱線５０００を照射する。この熱線５０００は、例えば、レーザ光や電子ビームなどであっても良い。図３Ｂは、図２Ａに示したフローチャートのうち、粉末１００７の１度目の溶融・凝固について説明するための図である。図３Ｂにおいて、造形物３０００は、第１層１００８として敷設された粉末１００７の一部が、加熱部１００２から照射される熱線５０００によって加熱され、溶融・凝固した直後の状態にある。第３ステップＳ１０３の次には、第４ステップＳ１０４が実行される。
【００３１】
第４ステップＳ１０４において、造形物３０００が完成したかどうかの判定を行う。この判定は、例えば、制御部１００１が、最後に敷設した粉末１００７の層番号が、層の総数に達したかどうかを判定することで行うことが出来る。造形物３０００が完成したと判定された場合（ＹＥＳ）は、第４ステップＳ１０４の次に第５ステップＳ１０５が実行される。反対に、造形物３０００がまだ完成していないと判定された場合（ＮＯ）は、制御部１００１が層番号をインクリメントした上で、第４ステップＳ１０４の次に第２ステップＳ１０２が再度実行される。図３Ｃは、図２Ａに示したフローチャートのうち、粉末の２度目のスキージングについて説明するための図である。図３Ｃにおいて、第２層１００９は、粉末１００７が第１層１００８の上に敷設された後、その表面が、方向４０００に沿って移動したコーター１００４によってスキージングされた直後の状態にある。また、第２ステップＳ１０２の次には、第３ステップＳ１０３が再度実行される。図３Ｄは、図２Ａに示したフローチャートのうち、粉末の２度目の溶融・凝固について説明するための図である。図３Ｄにおいて、造形物３０００は、第２層１００９として敷設された粉末１００７の一部が、加熱部１００２から照射される熱線５０００によって加熱されて溶融し、第１層１００８の造形物３０００と一体化して凝固した直後の状態にある。
【００３２】
第５ステップＳ１０５において、積層造形方法は終了し、積層造形装置１０００はその動作を終了する。利用者は、積層されても溶融・凝固はしなかった粉末１００７の中から、成形された造形物３０００を取り出すことが出来る。
【００３３】
図１に示した構成例による積層造形装置１０００と、図２に示したフローチャートの一例による積層造形方法とを用いた、粉末焼結方式の積層造形技術では、生成される造形物３０００の寸法精度が一様である。その主な理由は、一種類の粉末１００７を使用し、かつ、積層厚さが全て同じであるからである。このような場合は、前述したとおり、寸法精度よりも粉末コストの節約や造形時間の短縮を優先するなら、粒径が比較的大きい粗粉を粉末１００７として用いれば良い。反対に、粉末コストや造形時間よりも寸法精度を優先するなら、粒径が比較的小さい細粉を粉末１００７として用いれば良い。
【００３４】
ここで、細粉による積層造形が適する部分と、粗粉による積層造形が適する部分とが混在する造形物３０００を積層造形する場合について考える。図４Ａは、粉末１００７の粒径と、造形物３０００の寸法精度との関係について説明するための図である。図４Ｂは、図４Ａの部分拡大図である。
【００３５】
図４Ａに示した造形物３０００は、高い寸法精度が求められる高精度部分３０００Ａと、通常の寸法精度で十分とされる通常精度部分３０００Ｂとを含んでいる。このような造形物３０００としては、例えば、ガスタービンのタービン翼などがある。ガスタービンのタービン翼は、その回転軸部分が通常の精度でも十分な性能を発揮する一方で、翼部は精密に設計された形状を有するのみならず、冷媒を通す流路を内蔵する場合があるため、より高い寸法精度が要求される。
【００３６】
図４Ａに示した造形物３０００は、積層造形の途中の状態である。造形台１５に敷設された粉末１００７のうち、最上層１００７Ａは、何度目かの第２ステップＳ１０２として粉末１００７が敷設された直後の状態にある。言い換えれば、最上層１００７Ａは、何度目かの第３ステップＳ１０３として粉末１００７の一部が溶融・凝固するように加熱部１００２によって加熱される直前の状態にある。この状態において、溶融予定部分３０００Ｃは、高精度部分３０００Ａの一部であって、その寸法精度は粉末１００７を敷設する層毎の厚さに依存している。また、各層の厚さは、敷設される粉末１００７の粒径、厳密にはその粒径分布、に依存しており、各層の厚さの縮小には限界がある。あくまでも一例として、一般的には、１０〜５０マイクロメートルの粒径分布を有する粉末１００７を用いる場合の積層厚さは、５０マイクロメートル程度に設定される。
【００３７】
そこで、発明者は、全体の造形物３０００のうち、形状が比較的複雑な部分については細粉を粉末１００７として用い、その他の部分については粗粉を粉末１００７として用いることを提案する。
【００３８】
（実施形態）
図５Ａは、一実施形態による積層造形装置１の一構成例を示す図である。図５Ａに示した積層造形装置１の構成要素について説明する。
【００３９】
図５Ａの積層造形装置１は、制御部１１と、加熱部１２と、第１粉末供給部１３Ａと、第２粉末供給部１３Ｂと、第１コーター１４Ａと、第２コーター１４Ｂと、造形台１５と、造形枠１６と、記憶部２とを備える。
【００４０】
図５Ａの積層造形装置１は、図１の積層造形装置１０００とほぼ同様に構成されているが、以下の点で異なる。すなわち、図１の粉末供給部１００３に変わって、図５Ａの積層造形装置１は第１粉末供給部１３Ａおよび第２粉末供給部１３Ｂを備える。また、図１のコーター１００４に変わって、図５Ａの積層造形装置１は第１コーター１４Ａおよび第２コーター１４Ｂを備える。その他、図５Ａの加熱部１２、造形台１５、造形枠１６および記憶部２は、それぞれ、図１の加熱部１００２、造形台１００５、造形枠１００６および記憶部２０００に対応し、同様に構成され、同様に動作する。
【００４１】
第１粉末供給部１３Ａは、造形物３のうち、より高い寸法精度が求められる部分を生成する材料である第１粉末１７Ａを格納している。第１粉末供給部１３Ａは、積層造形装置１の図示しない本体に対して固定されていても良いが、より望ましくは、図示しない駆動装置によって水平方向に移動可能に支持されている。この駆動装置は、制御部１１と電気的に接続されており、制御部１１の制御により第１粉末供給部１３Ａを水平方向に移動させる。また、第１粉末供給部１３Ａは、やはり制御部１１と電気的に接続されており、制御部１１の制御により第１粉末１７Ａを下方に落下させる。
【００４２】
第２粉末供給部１３Ｂは、造形物３のうち、通常の寸法精度が求められる部分を生成する材料である第２粉末１７Ｂを格納している。第２粉末供給部１３Ｂは、積層造形装置１の図示しない本体に対して固定されていても良いが、より望ましくは、図示しない駆動装置によって水平方向に移動可能に支持されている。この駆動装置は、制御部１１と電気的に接続されており、制御部１１の制御により第２粉末供給部１３Ｂを水平方向に移動させる。また、第２粉末供給部１３Ｂは、やはり制御部１１と電気的に接続されており、制御部１１の制御により第２粉末１７Ｂを下方に落下させる。
【００４３】
第１コーター１４Ａは、図示しない駆動装置によって水平方向に移動可能に支持されている。この駆動装置は、制御部１１と電気的に接続されており、制御部１１の制御により第１コーター１４Ａを水平方向に移動させる。第１コーター１４Ａは、水平方向に移動することによって、造形台１５の上に供給された第１粉末１７Ａの上側表面を水平に整えるスキージングを行う。第１コーター１４Ａによるスキージングによって第１粉末１７Ａの表面が整えられる際、余剰の粉末は、造形枠１６の上端を越えて外部に排除されることが望ましい。また、第１コーター１４Ａが第１粉末１７Ａのスキージングを行う際に、第１粉末１７Ａと同じ層に第２粉末１７Ｂが敷設されている場合には、第１コーター１４Ａは第１粉末１７Ａと一緒に第２粉末１７Ｂをスキージングしても良い。
【００４４】
第２コーター１４Ｂは、図示しない駆動装置によって水平方向に移動可能に支持されている。この駆動装置は、制御部１１と電気的に接続されており、制御部１１の制御により第２コーター１４Ｂを水平方向に移動させる。第２コーター１４Ｂは、水平方向に移動することによって、造形台１５の上に供給された第２粉末１７Ｂの上側表面を水平に整えるスキージングを行う。第２コーター１４Ｂによるスキージングによって第２粉末１７Ｂの表面が整えられる際、余剰の粉末は、造形枠１６の上端を越えて外部に排除されることが望ましい。また、第２コーター１４Ｂが第２粉末１７Ｂのスキージングを行う際に、第２粉末１７Ｂと同じ層に第１粉末１７Ａが敷設されている場合には、第２コーター１４Ｂは第２粉末１７Ｂと一緒に第１粉末１７Ａをスキージングしても良い。
【００４５】
なお、第１コーター１４Ａおよび第２コーター１４Ｂのうち、片方が第１粉末１７Ａおよび第２粉末１７Ｂのスキージングを担当しても良い。この場合、第１コーター１４Ａおよび第２コーター１４Ｂのうち、もう片方は省略可能である。
【００４６】
造形台１５は、図示しない駆動装置によって上下方向に移動可能に支持されている。この駆動装置は、制御部１１と電気的に接続されており、制御部１１の制御により造形台１５を上下方向に移動させる。
【００４７】
加熱部１２は、制御部１１と電気的に接続されており、造形台１５の表面のうち、熱線５が照射される範囲は、制御部１１によって制御される。
【００４８】
記憶部２は、所望する造形物３の形状を示す形状情報を格納している。記憶部２は、制御部１１と電気的に接続されており、制御部１１からの要求に応じて、造形物３の形状情報の全体または層毎に分割した一部分を出力する。
【００４９】
ここで、制御部１１は、記憶部２に格納されている形状情報に含まれる、より高い寸法精度が求められる高精度部分と、通常の寸法精度が求められる通常精度部分とを区別する。高精度部分とは、一般的には複雑な構造を有する領域の近傍部分であり、より具体的には、造形物３の表面の近傍部分や、造形物３の空洞部分および造形物３の境界面の近傍部分や、造形物３の凹凸部分を含む領域の近傍部分などを含む。
【００５０】
記憶部２に格納されている形状情報に予め高精度部分または通常精度部分が設定されていて、制御部１１はこれらの設定を読み出しても良い。または、制御部１１は、高精度部分および通常精度部分の区別を、所定のプログラムを演算装置で実行することによって自動的に行っても良い。この場合、制御部１１は、図５Ｂに示すように構成されていることが好ましい。
【００５１】
図５Ｂは、本実施形態による制御部１１の一構成例を示すブロック回路図である。図５Ｂの制御部１１は、バス１１１と、入出力インタフェース１１２と、演算装置１１３と、記憶装置１１４と、外部記憶装置１１５とを備える。入出力インタフェース１１２、演算装置１１３、記憶装置１１４および外部記憶装置１１５は、バス１１１を介して電気的に接続されており、相互に通信可能である。入出力インタフェース１１２は、加熱部１２、第１粉末供給部１３Ａ、第２粉末供給部１３Ｂ、第１コーター１４Ａ、第２コーター１４Ｂ、造形台１５および記憶部２に電気的に接続されている。外部記憶装置１１５は、演算装置１１３が実行するためのプログラムを記録媒体１１６から読み出して記憶装置１１４に格納し、記憶装置１１４に格納されているデータを記録媒体１１６に書き込む。記憶装置１１４は、演算装置１１３が実行するためのプログラムを記憶し、演算装置１１３が生成するデータを記憶する。演算装置１１３は、記憶装置１１４に格納されているプログラムを読み出して実行し、積層造形装置１の各構成要素を制御するための制御信号を生成し、入出力インタフェース１１２を介して各構成要素の動作を制御し、演算の結果として生成するデータを記憶装置１１４に格納する。
【００５２】
図６を参照して、本実施形態による積層造形装置１の動作、すなわち本実施形態による積層造形方法、について説明する。図６は、一実施形態による積層造形装置１を用いる積層造形方法の一例を示すフローチャートである。図６に示したフローチャートは、第０ステップＳ２００〜第８ステップＳ２０８の合計９個のステップを含んでいる。図６のフローチャートは、第０ステップＳ２００から開始する。
【００５３】
第０ステップＳ２００において、積層造形装置１がその動作、すなわち、積層造形方法を開始する。第０ステップＳ２００の次には、第１ステップＳ２０１が実行される。
【００５４】
第１ステップＳ２０１において、所望する造形物３の形状を示す形状情報が用意される。ここで、形状情報は、外部の設計装置などで作成された後、記憶部２に格納されることが望ましい。第１ステップＳ２０１の次には、第２ステップＳ２０２が実行される。
【００５５】
第２ステップＳ２０２において、形状情報に基づいて、第１粉末１７Ａまたは第２粉末１７Ｂを選択する。この選択は、層単位で行われても良いし、同一層の領域ごとに行われても良い。
【００５６】
図７Ａを参照して、第１粉末１７Ａまたは第２粉末１７Ｂの選択を層単位で行う場合について説明する。図７Ａは、第１粉末１７Ａおよび第２粉末１７Ｂを使い分けて敷設する方法の一例を示す部分断面図である。図７Ａの例では、高精度部分３Ａおよび通常精度部分３Ｂが、粉末の積層方向である上下方向に並ぶように、造形物３の配置を設定している。図７Ａの例では、造形物３のうち主に高精度部分３Ａを生成する層に第１粉末１７Ａを敷設し、その他の層に第２粉末１７Ｂを敷設している。第１粉末１７Ａと、第２粉末１７Ｂとでは、前者の方が後者よりも粒径分布の中心値（または平均粒径）がより小さいので、前者を敷設する層の積層厚さを、後者を敷設する層よりも選択的に小さくすることが可能である。こうすることで、第１粉末１７Ａだけを用いて造形物３の全てを生成する場合と比較して、粉末コストおよび造形時間が有利になる一方で、高精度部分３Ａの寸法精度の高さも確保出来る。反対に、第２粉末１７Ｂだけを用いて造形物３の全てを生成する場合と比較して、粉末コストが高くなり過ぎず、かつ、製造時間が長くなり過ぎないように調整しつつ、高精度部分３Ａの寸法精度を高めることが出来る。
【００５７】
図７Ｂを参照して、第１粉末１７Ａまたは第２粉末１７Ｂの選択を同一層の領域ごとに行う場合について説明する。図７Ｂは、第１粉末１７Ａおよび第２粉末１７Ｂを使い分けて敷設する方法の別の一例を示す部分断面図である。図７Ｂの例では、高精度部分３Ａおよび通常精度部分３Ｂが、粉末の積層方向に直交する水平方向に並ぶように、造形物３の配置を設定している。図７Ｂの例では、層毎に、造形物３のうち主に高精度部分３Ａを生成する第１領域に第１粉末１７Ａを敷設し、その他の第２領域に第２粉末１７Ｂを敷設している。なお、造形物３の材料として第１粉末１７Ａおよび第２粉末１７Ｂだけを用いる限り、第１領域および第２領域は必然的に隣接する。図７Ａの場合と同様に、こうすることでも、第１粉末１７Ａだけを用いて造形物３の全てを生成する場合と比較して、粉末コストおよび造形時間が有利になる一方で、高精度部分３Ａの寸法精度の高さも確保出来る。また、第２粉末１７Ｂだけを用いて造形物３の全てを生成する場合と比較して、粉末コストが高くなり過ぎず、かつ、製造時間が長くなり過ぎないように調整しつつ、高精度部分３Ａの寸法精度を高めることが出来る。
【００５８】
次に敷設する粉末として第１粉末１７Ａが選択された場合には、第２ステップＳ２０２の次に第３ステップＳ２０３が実行される。次に敷設する粉末として第２粉末１７Ｂが選択された場合には、第２ステップＳ２０２の次に第５ステップＳ２０５が実行される。
【００５９】
第３ステップＳ２０３において、第１粉末供給部１３Ａが、制御部１１に制御されて、第１粉末１７Ａを敷設する。第３ステップＳ２０３は、図２の第２ステップＳ１０２と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。第３ステップＳ２０３の次には、第４ステップＳ２０４が実行される。
【００６０】
第４ステップＳ２０４において、第１コーター１４Ａが、制御部１１に制御されて、第３ステップＳ２０３で敷設された第１粉末１７Ａを溶融・凝固させる。ここで、第１粉末１７Ａを加熱するための諸条件は、第２粉末１７Ｂを加熱するための諸条件とは異なる。加熱のための諸条件には、例えば、加熱部１２が照射する熱線５の強度や、加熱部１２が熱線５を照射する時間の長さなどが含まれる。第４ステップＳ２０４のその他の要素は、図２の第３ステップＳ１０３の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。第４ステップＳ２０４の次には、第７ステップＳ２０７が実行される。
【００６１】
第５ステップＳ２０５において、第２粉末供給部１３Ｂが、制御部１１に制御されて、第２粉末１７Ｂを敷設する。第５ステップＳ２０５は、図２の第２ステップＳ１０２と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。第５ステップＳ２０５の次には、第６ステップＳ２０６が実行される。
【００６２】
第６ステップＳ２０６において、第２コーター１４Ｂが、制御部１１に制御されて、第５ステップＳ２０５で敷設された第２粉末１７Ｂを溶融・凝固させる。ここで、第２粉末１７Ｂを加熱するための諸条件は、第１粉末１７Ａを加熱するための諸条件とは異なる。第６ステップＳ２０６のその他の要素は、図２の第３ステップＳ１０３の場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。第６ステップＳ２０６の次には、第７ステップＳ２０７が実行される。
【００６３】
第７ステップＳ２０７において、制御部１１が、造形物３が完成したかどうかの判定を行う。第７ステップＳ２０７は、図２の第４ステップＳ１０４と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。造形物３が完成されたと判定された場合（ＹＥＳ）は、第７ステップＳ２０７の次に第８ステップＳ２０８が実行される。反対に、造形物３がまだ完成していないと判定された場合（ＮＯ）は、制御部１１が層番号をインクリメントした上で、第７ステップＳ２０７の次に第２ステップＳ２０２が再度実行される。
【００６４】
第８ステップＳ２０８において、積層造形方法は終了し、積層造形装置１はその動作を終了する。利用者は、積層されても溶融・凝固はしなかった第１粉末１７Ａおよび第２粉末１７Ｂの中から、成形された造形物３を取り出すことが出来る。
【００６５】
このように、本実施形態による積層造形装置１およびこれを用いる積層造形方法では、所望する造形物３のうち、高精度部分３Ａの生成に用いる細粉である第１粉末１７Ａと、通常精度部分３Ｂの生成に用いる粗粉である第２粉末１７Ｂとを、一度の積層造形の中で、敷設する層ごとに、または敷設する領域ごとに、使い分ける。こうすることで、本実施形態による積層造形装置１およびこれを用いる積層造形方法では、粉末コスト、造形時間および寸法精度の全ての面で有利に、すなわちより効率よく、粉末焼結方式の積層造形技術による造形物の形成を行うことが出来る。
【００６６】
以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１  積層造形装置
１１  制御部
１１１  バス
１１２  入出力インタフェース
１１３  演算装置
１１４  記憶装置
１１５  外部記憶装置
１１６  記録媒体
１２  加熱部
１３Ａ  第１粉末供給部
１３Ｂ  第２粉末供給部
１４Ａ  第１コーター
１４Ｂ  第２コーター
１５  造形台
１６  造形枠
１７Ａ  第１粉末（細粉）
１７Ｂ  第２粉末（粗粉）
２  記憶部
３  造形物
３Ａ  高精度部分
３Ｂ  通常精度部分
１０００  積層造形装置
１００１  制御部
１００２  加熱部
１００３  粉末供給部
１００４  コーター
１００５  造形台
１００６  造形枠
１００７  粉末
１００８  第１層
１００９  第２層
１０１０  第３層
２０００  記憶部
３０００  造形物
３０００Ａ  高精度部分
３０００Ｂ  通常精度部分
３０００Ｃ  溶融予定部分
【図１】
2018118442.tif 000003
【図２】
2018118442.tif 000004
【図３Ａ】
2018118442.tif 000005
【図３Ｂ】
2018118442.tif 000006
【図３Ｃ】
2018118442.tif 000007
【図３Ｄ】
2018118442.tif 000008
【図４Ａ】
2018118442.tif 000009
【図４Ｂ】
2018118442.tif 000010
【図５Ａ】
2018118442.tif 000011
【図５Ｂ】
2018118442.tif 000012
【図６】
2018118442.tif 000013
【図７Ａ】
2018118442.tif 000014
【図７Ｂ】
2018118442.tif 000015