(57)【要約】【課題】造形の準備段階で、吸着装置の酸素や水蒸気の吸着量が上限に達することを抑制することのできる造形装置を提供する。【解決手段】造形装置１は、ガスに含まれる酸素及び水蒸気を吸着する吸着装置７０と、吸着装置７０が設けられた第１分岐路５３と、吸着装置７０が設けられていない第２分岐路５４とを含み、チャンバー２０ａ内がガスで満たされたことを判定する判定部と、判定部によりチャンバー２０ａ内がガスで満たされたと判定されるまでは、第１分岐路５３及び第２分岐路５４のうち第２分岐路５４にのみガスが通過し、判定部によりチャンバー２０ａ内がガスで満たされたと判定された以降は、第１分岐路５３及び第２分岐路５４のうち少なくとも第１分岐路５３にガスが通過するように循環路におけるガスの流通状態を切り替える第１切替弁６２、第２切替弁６４及び制御部とを備える。【選択図】図１
2018103462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉状材料からなる粉体層に対してレーザを照射して前記粉体層を部分的に固化させる処理を繰り返すことにより三次元造形物を製造する造形装置であって、
ヒュームを除去するためのガスをチャンバー内に吐出する吐出口と、
前記チャンバー内の前記ガスを吸引する吸引口と、
前記ガスに含まれる酸素及び水蒸気の少なくとも一方を吸着する吸着装置と、
前記吐出口と前記吸引口とを連通し前記ガスを前記吸引口から前記吐出口に循環させる循環路であって、前記吸着装置が設けられた第１の循環路と、前記吸着装置が設けられていない第２の循環路とを含む複数の循環路と、
前記チャンバー内が前記ガスで満たされたことを判定する判定部と、
前記判定部により前記チャンバー内が前記ガスで満たされたと判定されるまでは、前記第１の循環路及び前記第２の循環路のうち前記第２の循環路にのみ前記ガスが通過し、前記判定部により前記チャンバー内が前記ガスで満たされたと判定された以降は、前記第１の循環路及び前記第２の循環路のうち少なくとも前記第１の循環路に前記ガスが通過するように、前記複数の循環路における前記ガスの流通状態を切り替える切替部と、を備える
造形装置。
【請求項２】
前記第２の循環路を流れる前記ガスの流量を検出する流量計を備え、
前記判定部は、前記流量計により検出される前記ガスの流量の積算値が所定量に達したことに基づいて前記チャンバー内が前記ガスで満たされたと判定する
請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記チャンバー内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出部を備え、
前記吸着装置は、酸素を吸着する酸素吸着部を含み、
前記判定部は、前記チャンバー内が前記ガスで満たされたか否かを、前記チャンバー内の酸素濃度が所定値以下となったか否かによって判定する
請求項１又は２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記ガスを吐出し始めてから、予め設定された時間を経過したことに基づいて前記チャンバー内が前記ガスで満たされたと判定する
請求項１に記載の造形装置。
【請求項５】
前記切替部は、前記三次元造形物の造形が終了したときに、前記第１の循環路及び前記第２の循環路のうち前記第２の循環路にのみ前記ガスが通過するように変更する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の造形装置。
【請求項６】
前記吸着装置は、前記吸着装置の前記ガスが流入する流入口を閉じる流入側弁と、前記吸着装置の前記ガスが流出する流出口を閉じる流出側弁と、を備える
請求項５に記載の造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されるように、粉状材料にレーザを照射して三次元造形物を製造する造形装置が知られている。この造形装置は、三次元造形物の各横断面領域に相当する各層にレーザを照射して順次固化することで三次元造形物を製造する。
【０００３】
このような造形装置では、粉状材料にレーザを照射した際にヒュームと呼ばれる煙状の物質（粉状材料の加熱や昇華によって生じる粉塵、煙霧、蒸気、揮発性粒子をいう。）が照射箇所から発生する。そこで、特許文献２に記載の造形装置では、発生したヒュームが上昇してレーザの経路を遮ることでレーザの照射量が低下することを抑制するために、レーザの経路が遮られないようにチャンバー内において局所的にガスを流している。そして、造形装置は、チャンバー内からガスを吸引してチャンバー内にガスを供給する循環路にフィルタを設けて、ガスに含まれるヒュームを当該フィルタによって除去することでガスを再生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１１−５２６２２２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１１／０４９１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、造形装置には、ガスに含まれる酸素や水蒸気を吸着する吸着装置が設けられることがある。こうした吸着装置は、ガスに含まれる酸素や水蒸気を吸着する一方で、適宜のタイミングでその吸着した酸素や水蒸気を例えば大気中に放出する。しかしながら、造形の準備段階（主には造形装置を起動した直後）はチャンバー内の酸素濃度や水蒸気濃度が高い状態であるため、吸着装置の吸着量が上限に達するおそれがある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、造形の準備段階で、吸着装置の酸素や水蒸気の吸着量が上限に達することを抑制することのできる造形装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する造形装置は、粉状材料からなる粉体層に対してレーザを照射して前記粉体層を部分的に固化させる処理を繰り返すことにより三次元造形物を製造する造形装置であって、ヒュームを除去するためのガスをチャンバー内に吐出する吐出口と、前記チャンバー内の前記ガスを吸引する吸引口と、前記ガスに含まれる酸素及び水蒸気の少なくとも一方を吸着する吸着装置と、前記吐出口と前記吸引口とを連通し前記ガスを前記吸引口から前記吐出口に循環させる循環路であって、前記吸着装置が設けられた第１の循環路と、前記吸着装置が設けられていない第２の循環路とを含む複数の循環路と、前記チャンバー内が前記ガスで満たされたことを判定する判定部と、前記判定部により前記チャンバー内が前記ガスで満たされたと判定されるまでは、前記第１の循環路及び前記第２の循環路のうち前記第２の循環路にのみ前記ガスが通過し、前記判定部により前記チャンバー内が前記ガスで満たされたと判定された以降は、前記第１の循環路及び前記第２の循環路のうち少なくとも前記第１の循環路に前記ガスが通過するように、前記複数の循環路における前記ガスの流通状態を切り替える切替部と、を備える。
【０００８】
上記構成によれば、造形装置が起動されてからチャンバー内がガスで満たされるまでは、ガスが吸着装置を通過しないため、吸着装置の酸素や水蒸気の吸着量が上限に達することを抑制することができる。
【０００９】
上記造形装置について、前記第２の循環路を流れる前記ガスの流量を検出する流量計を備え、前記判定部は、前記流量計により検出される前記ガスの流量の積算値が所定量に達したことに基づいて前記チャンバー内が前記ガスで満たされたと判定することが好ましい。
【００１０】
上記構成によれば、第２の循環路のガスの流量を積算することでチャンバー内がガスで満たされたと判定することができるので、ガスの流量に応じた適切な判定を行うことができる。
【００１１】
上記造形装置について、前記チャンバー内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出部を備え、前記吸着装置は、酸素を吸着する酸素吸着部を含み、前記判定部は、前記チャンバー内が前記ガスで満たされたか否かを、前記チャンバー内の酸素濃度が所定値以下となったか否かによって判定することが好ましい。
【００１２】
上記構成によれば、チャンバー内の酸素濃度に基づいて直接判定するため、吸着装置の酸素の吸着量が上限に達することを抑制することができる。
上記造形装置について、前記判定部は、前記ガスを吐出し始めてから、予め設定された時間を経過したことに基づいて前記チャンバー内が前記ガスで満たされたと判定することが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、予め設定された時間に基づいてチャンバー内がガスで満たされたと判定することができるので、当該判定のために特別な検出手段を設ける必要が無い。
上記造形装置について、前記切替部は、前記三次元造形物の造形が終了したときに、前記第１の循環路及び前記第２の循環路のうち前記第２の循環路にのみ前記ガスが通過するように変更することが好ましい。
【００１４】
上記構成によれば、三次元造形物の造形の終了後に、吸着装置にガスが無駄に通過することがないため、ガスが通過することによる吸着装置の性能低下を抑制することができる。
【００１５】
上記造形装置について、前記吸着装置は、前記吸着装置の前記ガスが流入する流入口を閉じる流入側弁と、前記吸着装置の前記ガスが流出する流出口を閉じる流出側弁と、を備えることが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、例えば三次元造形物の造形の終了後に、吸着装置の流入口と流出口とが閉じられるため、密閉空間とすることで吸着装置の性能低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、造形の準備段階で、吸着装置の酸素や水蒸気の吸着量が上限に達することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】造形装置の一実施形態において、その概略構成を示す図。
【図２】同実施形態の造形装置の電気的構成を示すブロック図。
【図３】同実施形態の造形装置の動作を示すタイミングチャートであって、（ａ）は酸素濃度の変化を示す図、（ｂ）は第１切替弁の動作を示す図、（ｃ）は第２切替弁の動作を示す図、（ｄ）は吸着装置の開閉弁の動作を示す図。
【図４】同実施形態の造形装置の制御を示すフローチャート。
【図５】同実施形態の造形装置の制御を示すフローチャート。
【図６】同実施形態の造形装置の循環路を示す図。
【図７】同実施形態の造形装置の循環路を示す図。
【図８】同実施形態の造形装置の循環路を示す図。
【図９】造形装置の循環路の変形例を示す図。
【図１０】造形装置の循環路の変形例を示す図。
【図１１】造形装置の循環路の変形例を示す図。
【図１２】造形装置の循環路の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１〜図８を参照して、造形装置の一実施形態について説明する。
まず、図１を参照して、造形装置の概略構成について説明する。
図１に示すように、造形装置１は、三次元物体の造形を行う造形部２０と、造形部２０に不活性ガスを供給するヒューム除去流形成部２６と、循環されるガスから酸素及び水蒸気を吸着する吸着装置７０と、を備えている。造形部２０の内部（以下、「チャンバー２０ａ」という）には、不活性ガスが充填されている。不活性ガスとしてはＡｒガスが用いられている。なお、ヒューム除去流はヒュームを除去するための流れであって、ラミナフローと呼ばれるものも含む概念である。
【００２０】
造形部２０は、造形される三次元造形物Ｏを支持する造形テーブル２２を有するコンテナ２１と、造形テーブル２２上に粉状材料Ｍからなる粉体層２５を所定の厚さで積層するリコータ２４と、造形テーブル２２上の粉体層２５にレーザ光を照射するレーザ照射部１０と、を備えている。
【００２１】
コンテナ２１の造形テーブル２２は、上下に昇降可能であって、粉体層２５が一層固化される毎に一層分降下する。造形テーブル２２の上面には、三次元造形物Ｏの載置台となる造形プレート２３が設置されている。
【００２２】
リコータ２４は、粉体層２５が一層固化される毎に、粉体層２５を一層分の厚みだけ造形プレート２３上に積層する。造形テーブル２２（造形プレート２３）上に積層された粉体層２５のレーザ照射部１０側の面はレーザが照射されるレーザ照射面２５ａである。
【００２３】
レーザ照射部１０は、図示しないレーザ発振器から出射されたレーザ光を、ガルバノミラー等の走査系によって走査することで、粉体層２５のレーザ照射面２５ａの所望の位置に照射する。
【００２４】
ヒューム除去流形成部２６は、チャンバー２０ａ内に新たな不活性ガスを供給するとともに、チャンバー２０ａ内に供給された不活性ガスを循環させる。ヒューム除去流形成部２６は、このように不活性ガスを循環させる循環経路５０を備えている。
【００２５】
ヒューム除去流形成部２６は、チャンバー２０ａ内にヒュームを除去するための不活性ガスを吐出する複数の吐出口３１を有する吐出部３０と、吐出口３１から吐出された不活性ガスを吸引する複数の吸引口４１を有する吸引部４０と、を備えている。ヒューム除去流形成部２６は、複数の吐出口３１から吐出されるガスにより粉体層２５の上方にレーザ照射面２５ａに沿ったヒューム除去流Ｆを形成する。なお、ヒューム除去流Ｆは、レーザ照射面２５ａに沿って、粉体層２５の上方に層状に形成されるガスの流れである。
【００２６】
循環経路５０は、チャンバー２０ａ内を経由する吐出口３１から吸引口４１までの第１経路５１と、チャンバー２０ａ外を経由する吸引口４１から吐出口３１までの第２経路５２と、を備えている。第２経路５２は、吸引口４１及び吐出口３１を連通し不活性ガスを吸引口４１から吐出口３１に循環させる循環路である。
【００２７】
第２経路５２の吸引口４１の下流には、不活性ガスに含まれる微小粉末等を除去する微粉除去フィルタ５８が設けられている。微粉除去フィルタ５８は、送風機５９を有し、送風機５９によって微粉除去フィルタ５８内に不活性ガスが送り込まれる。このように吸着装置７０に不活性ガスが導入される前に微小粉末等を除去することで吸着装置７０における目詰まり等を抑制することができ、フィルタ等の交換頻度を低減することができる。
【００２８】
第２経路５２は、微粉除去フィルタ５８の下流において分岐した分岐路を有し、吐出口３１の上流において合流している。分岐路は、吸着装置７０が設けられた第１の循環路に相当する第１分岐路５３と、吸着装置７０が設けられていない第２の循環路に相当する第２分岐路５４とを備えている。
【００２９】
第１分岐路５３の吸着装置７０の上流には、送風機６１が設置されている。送風機６１は、吸着装置７０にガスを通過させることで低下する流量を補うためのものである。第１分岐路５３の吸着装置７０の下流には、第１切替弁６２、第１流量計６３の順に設置されている。第１切替弁６２は、例えばバタフライ弁であって、外部からの指示によって第１分岐路５３を通過する不活性ガスの流量を変更するとともに、第１分岐路５３を閉じることができる。第１流量計６３は、ダイヤフラムや超音波式等の流量計であって、第１分岐路５３を流れる不活性ガスの流量を計測して出力する。第１流量計６３が計測した流量をＱ１と示す。
【００３０】
第２分岐路５４には、吸着装置７０は設けられておらず、第２切替弁６４、第２流量計６５の順に上流側から設置されている。第２切替弁６４は、例えばバタフライ弁であって、外部からの指示によって第２分岐路５４を通過する不活性ガスの流量を変更するとともに、第２分岐路５４を閉じることができる。第２流量計６５は、ダイヤフラムや超音波式等の流量計であって、第２分岐路５４を流れる不活性ガスの流量を計測して出力する。第２流量計６５が計測した流量をＱ２と示す。第２分岐路５４の最大流量は、チャンバー２０ａ内に吐出する必要があるガスの流量と同じ、又はそれよりも多い。
【００３１】
第２経路５２の第１分岐路５３と第２分岐路５４とが合流した部分と吐出口３１との間には、第３流量計６６が設置されている。第３流量計６６は、ダイヤフラムや超音波式等の流量計であって、第２経路５２の第１分岐路５３と第２分岐路５４とが合流した部分の下流を流れる不活性ガスの流量を計測して出力する。第３流量計６６が計測した流量をＱ３と示す。
【００３２】
吸着装置７０は、第１分岐路５３を通過する不活性ガスに含まれる酸素濃度を低下させる酸素吸着部７１を備えている。酸素吸着部７１は、酸素を吸着する触媒を有している。なお、酸素吸着部７１は、２系統備えて、交互に再生を行うことで連続して使用することができるようにしてもよい。また、吸着装置７０は、第１分岐路５３を通過する不活性ガスに含まれる水蒸気濃度を低下させる水蒸気吸着部７２を備えている。水蒸気吸着部７２は、水蒸気を除去する中空糸膜を含むフィルタや、水蒸気を吸着するシリカゲルを含むフィルタを有している。なお、水蒸気吸着部７２は、２系統備えて、交互に再生を行うことで連続して使用することができるようにしてもよい。吸着装置７０は、不活性ガスに含まれる酸素や水蒸気を吸着する一方で、適宜のタイミングでその吸着した酸素や水蒸気を例えば大気中に放出する。
【００３３】
吸着装置７０は、不活性ガスが流入する流入口７０ａと不活性ガスが流出する流出口７０ｂとを備えている。流入口７０ａには、流入口７０ａを開閉する流入側弁である第１開閉弁７３が設置されている。第１開閉弁７３は、２位置電磁弁であって、通常時は閉じていて、通電時に開くようになっている。流出口７０ｂには、流出口７０ｂを開閉する流出側弁である第２開閉弁７４が設置されている。第２開閉弁７４は、２位置電磁弁であって、通常時は閉じていて、通電時に開くようになっている。
【００３４】
第２経路５２の吐出口３１の上流には、新しい不活性ガスを供給する供給部７５が設けられている。供給部７５は、造形装置１が作動している間、タンク７６から新しい不活性ガスを一定量ずつ第２経路５２に導入する。
【００３５】
粉体層２５の上方には、ヒューム除去流形成部２６によってヒューム除去流Ｆが形成される。ヒューム除去流Ｆの高さや幅は、任意に設定可能であり、造形材料や造形方法等によって定められるものである。ヒューム除去流Ｆは、スパッタが飛散する高さを含む高さに形成されることが好ましい。
【００３６】
吐出口３１及び吸引口４１は、粉体層２５を挟む位置で互いに対向する態様で吐出部３０及び吸引部４０に配設されている。吐出部３０及び吸引部４０は、チャンバー２０ａの対向する側壁２０ｂにそれぞれ配置されている。
【００３７】
次に、図２を参照して、造形装置１の電気的構成について説明する。
図２に示すように、造形装置１は、造形装置１を制御する制御部８０を備えている。制御部８０は、三次元造形物Ｏを造形するためにコンテナ２１、リコータ２４、レーザ照射部１０を制御するとともに、チャンバー２０ａに不活性ガスを循環させる制御を行う。なお、図２では、三次元造形物Ｏ自体の造形に係る構成は割愛している。なお、制御部８０及び第１切替弁６２及び第２切替弁６４が切替部として機能するとともに、流量調整部としても機能する。
【００３８】
チャンバー２０ａには、酸素センサ８１及び水蒸気センサ８２が設けられている。酸素センサ８１は、チャンバー２０ａの酸素濃度を計測して、計測結果を制御部８０に出力する。水蒸気センサ８２は、チャンバー２０ａの水蒸気濃度を計測して、計測結果を制御部８０に出力する。また、第１流量計６３、第２流量計６５、及び第３流量計６６は、流量を計測し、計測結果を制御部８０に出力する。
【００３９】
制御部８０は、第１分岐路５３の第１切替弁６２の開度を制御することで、第１分岐路５３を通過する不活性ガスの流量を調整する。制御部８０は、第２分岐路５４の第２切替弁６４の開度を制御することで、第２分岐路５４を通過する不活性ガスの流量を調整する。また、制御部８０は、吸着装置７０に設けられる第１開閉弁７３及び第２開閉弁７４を制御することで開閉を切り替える。第１開閉弁７３及び第２開閉弁７４は、同じように開閉することで吸着装置７０内への不活性ガスの不要な進入を抑制する。よって、制御部８０は、第１切替弁６２及び第２切替弁６４を制御することで、循環経路５０における不活性ガスの循環を制御する。
【００４０】
制御部８０には、造形装置１の起動後にチャンバー２０ａ内が不活性ガスで満たされたことを判定する判定部８０ａを備えている。造形装置１を起動した直後（造形の準備段階）はチャンバー２０ａ内の酸素濃度や水蒸気濃度が高い状態であるため、吸着装置７０の吸着量が上限に達するおそれがある。そこで、判定部８０ａは、チャンバー２０ａ内が不活性ガスで満たされたか否かを、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が所定値以下となったか否かによって判定する。すなわち、図３（ａ）に示すように、判定部８０ａは、所定値として第３閾値以下となったときにチャンバー２０ａ内が不活性ガスで満たされたと判定する。なお、第３閾値は例えば１００ｐｐｍである。
【００４１】
ここで、図３を参照して、制御部８０による酸素濃度に基づく制御を説明する。
図３（ａ）に示すように、判定部８０ａは、酸素濃度について第１閾値、第２閾値、第３閾値を設定している。酸素濃度が第１閾値以上では、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が高すぎて三次元造形物Ｏを造形することは不適な状態である。図３（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、酸素濃度が第１閾値以上では、制御部８０は、第１切替弁６２を閉じて第１分岐路５３に不活性ガスが通過しない状態とし、第２切替弁６４を開いて第２分岐路５４にのみ不活性ガスが通過する状態とする。またこのとき、制御部８０は、吸着装置７０の第１開閉弁７３及び第２開閉弁７４を閉じて酸素濃度が高い不活性ガスの吸着装置７０への進入を抑制する。なお、第１閾値は例えば２，０００ｐｐｍであって、第２閾値は例えば１，０００ｐｐｍである。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、酸素濃度が第２閾値以上では、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が比較的高いため吸着装置７０に不活性ガスを通過させると吸着装置７０の吸着量が上限に達した状態（破過）となる可能性が高い状態である。図３（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、酸素濃度が第２閾値以上では、制御部８０は、酸素濃度が第１閾値以上であるときと同様に、第１切替弁６２を閉じ、第２切替弁６４を開く。一方、酸素濃度が第２閾値未満では、制御部８０は、第１切替弁６２を開いて第１分岐路５３に不活性ガスが通過する状態とし、第２切替弁６４を閉じて第２分岐路５４に不活性ガスが通過しない状態とする。またこのとき、制御部８０は、吸着装置７０の第１開閉弁７３及び第２開閉弁７４を開いて不活性ガスを吸着装置７０に通過させ、酸素及び水蒸気を低減させる。
【００４３】
酸素濃度が第２閾値未満において吸着装置７０に不活性ガスを通過させるときには、不活性ガスを第１分岐路５３に通過させるだけでなく、不活性ガスを第２分岐路５４にも通過させてもよい。すなわち、チャンバー２０ａ内への不活性ガスの供給量が増大すると、酸素や水蒸気を放出前に吸着装置７０の吸着能力が限界に達してしまうおそれがある。一方、吸着能力が限界に達しないように、チャンバー２０ａ内に吐出されるガスの供給量を制限すると、ヒューム除去に必要な量のガスをチャンバー２０ａ内に吐出することができなくなる。そこで、チャンバー２０ａ内に供給する必要がある不活性ガスの流量に対して第１分岐路５３を通過する不活性ガスの流量が足りない場合には、第２分岐路５４に不活性ガスを通過させることでチャンバー２０ａに吐出する必要がある不活性ガスの流量を満たす。制御部８０は、チャンバー２０ａ内に供給する必要がある不活性ガスの流量を保持しており、チャンバー２０ａに吐出される不活性ガスの流量を第３流量計６６によって計測する。そして、制御部８０は、足りない不活性ガスの流量を満たすように第２切替弁６４を制御して第２分岐路５４を通過する不活性ガスの流量を調整する。
【００４４】
図３（ａ）に示すように、酸素濃度が第３閾値以下では、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が低いため吸着装置７０にそのまま通過させても吸着装置７０の吸着量が上限に達することがない状態であるとともに、造形開始条件が成立した状態である。図３（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、酸素濃度が第３閾値以下では、制御部８０は、酸素濃度が第２閾値未満であるときと同様に、第１切替弁６２を開いて第１分岐路５３に不活性ガスが通過する状態とし、第２切替弁６４を閉じて第２分岐路５４に不活性ガスが通過しない状態とする。またこのとき、制御部８０は、吸着装置７０の第１開閉弁７３及び第２開閉弁７４を開いて不活性ガスを吸着装置７０に通過させ、酸素及び水蒸気を低減させる。
【００４５】
制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が終了すると、第１開閉弁７３及び第２開閉弁７４を閉じることで吸着装置７０の流入口７０ａ及び流出口７０ｂを閉じて吸着装置７０に不活性ガスが進入しないようにする。また、制御部８０は、このとき第１切替弁６２を閉じることで第１分岐路５３に不活性ガスが通過しないようにする。
【００４６】
次に、図１〜図８を参照して、上記のように構成された造形装置１の動作について説明する。図６に示すように、造形装置１は、起動する前には、第１切替弁６２が閉じており、第２切替弁６４が開いており、第１開閉弁７３及び第２開閉弁７４が閉じた状態である。
【００４７】
まず、図４に示すように、造形装置１が起動されると、制御部８０は、チャンバー２０ａ内を不活性ガスで満たすように不活性ガスの供給と循環とを行う。すなわち、制御部８０は、不活性ガスを供給部７５から循環経路５０に供給させつつ、送風機５９を駆動させて不活性ガスを循環させる。
【００４８】
制御部８０は、第２の循環路である第２分岐路５４のみに不活性ガスを流させる（ステップＳ１１）。造形装置１が起動された直後はチャンバー内の酸素濃度や水蒸気濃度が高い状態であるため、吸着装置７０の吸着量が上限に達しないように吸着装置７０が設けられていない第２分岐路５４にのみガスを通過させる。すなわち、図６に示すように、制御部８０は、起動前の状態である第１切替弁６２が閉じており、第２切替弁６４が開いており、第１開閉弁７３及び第２開閉弁７４が閉じた状態を維持する。このとき、第３流量計６６によって計測される流量Ｑ３は、第２流量計６５によって計測される流量Ｑ２と一致する（Ｑ３＝Ｑ２）。図３に示すように、第１閾値以上であった酸素濃度が不活性ガスの供給によって低下していく。
【００４９】
続いて、図４に示すように、制御部８０は、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第２閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。すなわち、判定部８０ａは、酸素センサ８１が計測した酸素濃度と第２閾値とを比較して、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第２閾値以上であると判定した場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、ステップＳ１１に移行する。
【００５０】
一方、判定部８０ａは、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第２閾値未満であると判定した場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、第１の循環路である第１分岐路５３に不活性ガスを流させる（ステップＳ１３）。図３のタイミングｔ１に示すように、第１閾値以上であった酸素濃度が不活性ガスの供給によって低下して第２閾値未満となる。つまり、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が比較的低くなっており、吸着装置７０の吸着量が上限に達することがないため、ガスに含まれる酸素及び水蒸気を吸着するべく吸着装置７０が設けられている第１分岐路５３にガスを通過させる。すなわち、図８に示すように、制御部８０は、第１切替弁６２を開き、第２切替弁６４を閉じ、第１開閉弁７３及び第２開閉弁７４を開き、送風機６１を駆動させることで、第１分岐路５３のみにガスを通過させる。なお、図７に示すように、制御部８０は、第１分岐路５３を通過する流量Ｑ１のみによって、チャンバー２０ａ内に吐出する必要があるガスの流量ＱＣが足りない場合には（Ｑ１＜ＱＣ）、第２切替弁６４も開いて、第２分岐路５４にもガスを通過させる。このようにすることで、チャンバー２０ａ内に吐出する必要があるガスの流量ＱＣが第１分岐路５３の流量Ｑ１と第２分岐路５４の流量Ｑ２との和（Ｑ３＝Ｑ１＋Ｑ２）以下となる（Ｑ３＝Ｑ１＋Ｑ２≧ＱＣ）。図３（ｃ）の破線で示すように、制御部８０は、第２切替弁６４を必要な流量に合わせて開く。
【００５１】
続いて、図４に示すように、制御部８０は、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第３閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。すなわち、判定部８０ａは、酸素センサ８１が計測した酸素濃度と第３閾値とを比較して、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第３閾値以上であると判定した場合には（ステップＳ１４：ＮＯ）、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第３閾値未満となるまで継続する。
【００５２】
一方、判定部８０ａは、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第３閾値未満であると判定した場合には（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、三次元造形物Ｏの造形の開始条件が成立したと判定する（ステップＳ１５）。図３のタイミングｔ２に示すように、酸素濃度が不活性ガスの供給によって更に低下して第３閾値未満となる。つまり、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が十分低くなっており、三次元造形物Ｏを造形したとしても酸化や水蒸気の含有を規定値以内に抑制することができるため、三次元造形物Ｏの造形開始を許可して終了する。
【００５３】
次に、図４に示すように、造形装置１が造形を開始すると、制御部８０は、不活性ガスの供給と循環とを継続することで、三次元造形物Ｏの造形に伴って発生したヒューム等を除去する。すなわち、制御部８０は、不活性ガスを供給部７５から循環経路５０に供給させつつ、送風機５９を駆動させて不活性ガスを循環させる。
【００５４】
造形装置１は、粉状材料Ｍからなる粉体層２５を積層する処理と、粉体層２５のレーザ照射面２５ａに対してレーザを照射して粉体層２５を部分的に固化させる処理とを交互に繰り返すことにより三次元造形物Ｏを製造する。
【００５５】
レーザを粉体層２５に照射する際には、吸着装置７０によって酸素濃度及び水蒸気濃度が低減された不活性ガスによってレーザ照射面２５ａに沿ったヒューム除去流Ｆが形成される。
【００５６】
粉体層２５のレーザ照射面２５ａにレーザが照射されると、レーザ照射部位からヒュームが発生するとともに、スパッタが飛散する。レーザ照射部位から発生したヒュームは、ヒューム除去流Ｆによってただちに流されるので、上昇してレーザの経路を遮ることはなく吸引口４１から吸引される。また、レーザ照射部位から飛散したスパッタは、酸素濃度及び水蒸気濃度が低減されたヒューム除去流Ｆ内に飛散するため、飛散中における酸化を抑制することができ、スパッタが酸化して落下することも抑制することができる。さらに、吸着装置７０により酸素濃度及び水蒸気濃度が低減された不活性ガスによりヒューム除去流Ｆが形成されるため、ヒューム除去流Ｆによる粉体層２５の粉状材料Ｍの酸化が抑制される。このように酸素濃度及び水蒸気濃度が低減された不活性ガスをチャンバー２０ａ内に流しながら三次元造形物Ｏを造形することで、粉状材料Ｍが酸化、すなわち三次元造形物Ｏの酸化を抑制することができる。
【００５７】
制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形中には、第１の循環路である第１分岐路５３にガスを流す（ステップＳ２１）。続いて、制御部８０は、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。すなわち、判定部８０ａは、酸素センサ８１が計測した酸素濃度と第１閾値とを比較して、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第１閾値以上であると判定した場合には（ステップＳ２２：ＮＯ）、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が高過ぎるので三次元造形物Ｏの造形を停止する（ステップＳ２７）。図３のタイミングｔ５に示すように、不活性ガスの供給ができなくなったり、チャンバー２０ａ内に酸素が流入してしまったりした場合に第１閾値以上となる。
【００５８】
一方、判定部８０ａは、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第１閾値未満であると判定した場合には（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第２閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。すなわち、判定部８０ａは、酸素センサ８１が計測した酸素濃度と第２閾値とを比較して、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第２閾値未満であると判定した場合には（ステップＳ２３：ＮＯ）、ステップＳ２１に移行する。
【００５９】
一方、判定部８０ａは、酸素センサ８１が計測した酸素濃度と第２閾値とを比較して、チャンバー２０ａ内の酸素濃度が第２閾値以上であると判定した場合には（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、第２の循環路である第２分岐路５４のみに不活性ガスを流させる（ステップＳ２４）。図３のタイミングｔ４に示すように、不活性ガスの供給ができなくなったり、チャンバー２０ａ内に酸素が流入してしまったりして酸素濃度が上昇して第２閾値以上となる。
【００６０】
続いて、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が完了したか否かを判定する（ステップＳ２５）。すなわち、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が完了していなければ（ステップＳ２５：ＮＯ）、ステップＳ２１に移行する。つまり、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形中は、不活性ガスの供給と循環とを継続しているので、上記の処理を繰り返す。
【００６１】
一方、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が完了していれば（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、第１の循環路である第１分岐路５３を閉じて（ステップＳ２６）、処理を終了する。すなわち、制御部８０は、吸着装置７０にガスが進入しないように、第１切替弁６２を閉じ、第１開閉弁７３及び第２開閉弁７４を閉じて吸着装置７０を密閉する。また、制御部８０は、送風機５９及び送風機６１の駆動を停止する。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）造形装置１が起動されてからチャンバー２０ａ内がガスで満たされるまで（造形の準備段階）は、ガスが吸着装置７０を通過しないため、吸着装置７０の酸素や水蒸気の吸着量が上限に達することを抑制することができる。
【００６３】
（２）チャンバー２０ａ内の酸素濃度に基づいて直接判定するため、吸着装置７０の酸素の吸着量が上限に達することを効果的に抑制することができる。
（３）三次元造形物の造形の終了後に、吸着装置７０にガスが無駄に通過することがないため、ガスが通過することによる吸着装置７０の性能低下を抑制することができる。
【００６４】
（４）三次元造形物Ｏの造形の終了後に、吸着装置７０の流入口７０ａと流出口７０ｂとが閉じられるため、密閉空間とすることで吸着装置７０の性能低下を抑制することができる。
【００６５】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、三次元造形物Ｏの造形の終了後に、吸着装置７０の流入口７０ａと流出口７０ｂとを閉じたが、吸着装置７０の流入口７０ａと流出口７０ｂとを閉じなくてもよい。
【００６６】
・また、第１開閉弁７３と第２開閉弁７４との構成を省略してもよい。
・上記実施形態において、第１分岐路５３に設けた送風機６１の構成を省略してもよい。
【００６７】
・上記実施形態では、三次元造形物Ｏの造形が終了したときに、第２分岐路５４にのみガスが通過するように変更したが、三次元造形物Ｏの造形が終了したときにおける第１分岐路５３と第２分岐路５４との通過状態のままにしてもよい。
【００６８】
・上記実施形態では、チャンバー２０ａ内の酸素濃度に基づいて判定部８０ａが判定して、制御部８０が第１分岐路５３と第２分岐路５４とを切り替えた。しかしながら、流量計が計測したガスの流量の積算値がチャンバー２０ａ内の容量に基づいて予め算出された所定量に達したことに基づいてチャンバー２０ａ内がガスで満たされたと判定部８０ａが判定してもよい。これによれば、高価な酸素センサを複数用いることなく判定することができる。また、流量が一定であれば、チャンバー２０ａ内の容量に基づいて予め算出された所定量をガスの流量で割ることでチャンバー２０ａ内がガスで満たされる時間を推定することができるため、制御部８０が内蔵するタイマを用いて、ガスを流し始めてから前記時間が経過したことに基づいてチャンバー２０ａ内がガスで満たされたと判定部８０ａが判定してもよい。これによれば、判定のための特別なセンサを用いることなく、判定することができる。
【００６９】
・上記実施形態において、吸着装置７０がガスに含まれる水素を吸着して、ガスから水素を除去してもよい。
・上記実施形態では、第２分岐路５４の最大流量をチャンバー２０ａ内に吐出する必要があるガスの流量をそれよりも少なくしてもよい。
【００７０】
・上記実施形態では、吸着装置７０が酸素及び水蒸気の両方を吸着する装置としたが、吸着装置７０が酸素及び水蒸気のいずれか一方のみを吸着する装置としてもよい。
【００７１】
・上記実施形態では、チャンバー２０ａ内に充填される不活性ガスとしてＡｒガスを用いたがＡｒガスに限らず、ＨｅガスやＮｅガス、Ｎガス等を用いてもよい。また、チャンバー２０ａ内に充填されるガスとしてＣＯガスを用いてもよい。さらに、水素脆性の可能性が低ければ、チャンバー内に充填されるガスとしてＨガスを用いてもよい。
【００７２】
・上記実施形態では、循環経路５０の第２経路５２に第１分岐路５３と第２分岐路５４との２つの分岐路を設けたが、第１の循環路及び第２の循環路ともに循環経路５０の第２経路５２にそれぞれ複数設けてもよい。例えば、図９に示すように、第１の循環路に相当する第１分岐路５３及び第３分岐路５５と、第２の循環路に相当する第２分岐路５４とを備えてもよい。また、図１０に示すように、第１の循環路に相当する第１分岐路５３と、第２の循環路に相当する第２分岐路５４及び第３分岐路５５とを備えてもよい。また、図１１に示すように、第１の循環路に相当する第１分岐路５３と、第２の循環路に相当する第２分岐路５４及び第３分岐路５５及び第４分岐路５６とを備えてもよい。また、図１２に示すように、第１の循環路に相当する第１分岐路５３及び第３分岐路５５と、第２の循環路に相当する第２分岐路５４及び第４分岐路５６とを備えてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１…造形装置、１０…レーザ照射部、２０…造形部、２０ａ…チャンバー、２０ｂ…側壁、２１…コンテナ、２２…造形テーブル、２３…造形プレート、２４…リコータ、２５…粉体層、２５ａ…レーザ照射面、２６…ヒューム除去流形成部、３０…吐出部、３１…吐出口、４０…吸引部、４１…吸引口、５０…循環経路、５１…第１経路、５２…第２経路、５３…第１分岐路、５４…第２分岐路、５５…第３分岐路、５６…第４分岐路、５８…微粉除去フィルタ、５９…送風機、６１…送風機、６２…第１切替弁、６３…第１流量計、６４…第２切替弁、６５…第２流量計、６６…第３流量計、６７…第４流量計、６８…第５流量計、７０…吸着装置、７０ａ…流入口、７０ｂ…流出口、７１…酸素吸着部、７２…水蒸気吸着部、７３…第１開閉弁、７４…第２開閉弁、７５…供給部、７６…タンク、８０…制御部、８０ａ…判定部、８１…酸素センサ、８２…水蒸気センサ、８３…第１流量計、８４…第２流量計、８５…第３流量計、Ｆ…ヒューム除去流、Ｍ…粉状材料、Ｏ…三次元造形物。
【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】
2018103462.tif 000009
【図８】
2018103462.tif 000010
【図９】
2018103462.tif 000011
【図１０】
2018103462.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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