(57)【要約】【課題】レーザ焼結による積層造形において、駆動機構、周壁および周辺部材が熱変形することを防止しつつ、材料粉末を高温で予熱して造形物を造形できる積層造形装置を提供すること。【解決手段】積層造形装置の熱源隔離機構は、第１のテーブルに取り付けられる冷却板と、冷却板の上面に設置され、温度調節可能に構成された第２のテーブルと、第２のテーブルを内側に配置するとともに、下端が前記冷却板に設置され、上端が周壁に取り付けられ、第１のテーブルの降下にともなって伸長する蛇腹部材と、を有し、蛇腹部材は、断熱材からなり、リコータヘッドにより蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して第２のテーブルの上側に粉末層を形成し、レーザ照射部から粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させる【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平一軸方向に往復移動して金属の材料粉末を供給するとともに平坦化して粉末層を形成するリコータヘッドと、
粉末層の照射領域にレーザを照射して焼結層を形成するレーザ照射部と、
第１のテーブルと、
前記第１のテーブルを取り囲むように設けられた周壁と、
前記周壁によって囲まれた空間と、
前記第１のテーブルに接続され、前記第１のテーブルを降下させることによって前記空間の容積を増加させる駆動機構と、
前記第１のテーブルの上側に配置される熱源隔離機構と、
を備え、
前記熱源隔離機構は、
前記第１のテーブルに取り付けられる冷却板と、
前記冷却板の上面に設置され、温度調節可能に構成された第２のテーブルと、
前記第２のテーブルを内側に配置するとともに、下端が前記冷却板に設置され、上端が前記周壁に取り付けられ、前記第１のテーブルの降下にともなって伸長する蛇腹部材と、
を有し、
前記蛇腹部材は、断熱材からなり、
前記リコータヘッドにより前記蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して前記第２のテーブルの上側に粉末層を形成し、前記レーザ照射部から粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形する積層造形装置。
【請求項２】
積層造形物の造形時、前記第２のテーブルは、１２０度以上３００度以下の範囲で温度調節されることを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記熱源隔離機構は、断熱部材をさらに有し、
前記断熱部材は、前記蛇腹部材と前記周壁との間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記周壁は、温度調節可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の積層造形装置。
【請求項５】
前記第１のテーブルの下面に設置される冷却部をさらに有し、
前記冷却板は、前記第１のテーブルに着脱自在に取り付けられ、
前記蛇腹部材は、前記周壁に着脱自在に取り付けられ、
前記第１のテーブルは、温度調節可能に構成され、
前記熱源隔離機構を取り外した場合には、前記リコータヘッドにより前記蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して前記第１のテーブルの上側に粉末層を形成し、前記レーザ照射部から粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の積層造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属の積層造形物を造形する積層造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の積層造形物を製造するための装置として、特許文献１に記載の積層造形装置がある。この積層造形装置では、造形槽内の造形テーブル直上において、リコータヘッドを水平一軸方向に移動させ、リコータヘッドに設けられた材料貯蓄箱およびブレードにより、金属の材料粉末を供給、且つ、平坦化させることによって粉末層を形成し、レーザ照射部によって粉末層の照射領域にレーザ照射して焼結層を形成する。そして、この焼結層の上に新たな粉末層を形成してレーザ照射を行い、焼結層を形成することを繰り返し行うことによって金属の積層造形物を造形している。
【０００３】
ここで、望ましい硬度および密度を有する焼結層を得るためには、粉末層の照射領域に位置する材料粉末を約１２０度まで予熱してから焼結する必要がある。そのため、材料粉末が敷かれる造形テーブルは、造形途中の造形物、および、次の粉末層のレーザの照射領域に位置する材料粉末に熱を伝達するために、上記温度範囲まで加熱された状態で保持される。
【０００４】
しかしながら、このように造形テーブルを加熱した場合、造形途中の造形物、および、次の粉末層のレーザの照射領域に位置する材料粉末のみならず、造形テーブルを降下させる駆動機構、および、造形テーブルと隣接する周辺部材にまで熱が伝達されてしまう。これにより、駆動機構および周辺部材に熱変形が生じ、造形精度の低下、常温に戻ったにも関わらず変形部の形状が元に戻らない、さらには、装置の早期故障などの問題を引き起こすおそれがある。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載の積層造形装置では、造形テーブルの上側に冷却管またはヒートパイプを支持する基台を設け、基台の上に基板を取り付け、基台と造形テーブルとの間に空隙または断熱材を設けている。これにより、造形テーブルの熱が駆動機構および周辺部材に直接的に伝達されることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５６６２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、一般的に、一回の造形に要する時間は数十時間に及ぶ。そのため、加熱された造形テーブルから発せられる熱は、造形途中の造形物、および、次の粉末層のレーザの照射領域に位置する材料粉末のみならず、その外側に位置する材料粉末にまで伝達される。また、造形時に供給される材料粉末は、造形テーブルを取り囲む周壁の内側の空間全域に敷き詰められる。従って、加熱された材料粉末から伝達される熱によって、それと隣接する周壁および周辺部材に熱変形が生じてしまうおそれがある。
【０００８】
さらに、選択する材料粉末の材質によっては、上記温度範囲よりも高い温度で予熱すべきものがある。このような高い温度で造形を行う場合、上述した熱影響がより顕著となる。とりわけ、造形テーブルに接して設けられるゴム製あるいは樹脂製の部材、例えば、周壁と造形テーブルとの間に設けられ材料粉末の落下を防止するワイパのような周辺部材は、長時間高温に曝されると、変形したまま硬化し元の形に復元できない程度まで劣化するおそれがある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、駆動機構、周壁および周辺部材が熱変形することを防止しつつ、材料粉末を高温で予熱して造形物を造形できる積層造形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明の積層造形装置は、水平一軸方向に往復移動して金属の材料粉末を供給するとともに平坦化して粉末層を形成するリコータヘッドと、粉末層の照射領域にレーザを照射して焼結層を形成するレーザ照射部と、第１のテーブルと、前記第１のテーブルを取り囲むように設けられた周壁と、前記周壁によって囲まれた空間と、前記第１のテーブルに接続され、前記第１のテーブルを降下させることによって前記空間の容積を増加させる駆動機構と、前記第１のテーブルの上側に配置される熱源隔離機構と、を備え、前記熱源隔離機構は、前記第１のテーブルに取り付けられる冷却板と、前記冷却板の上面に設置され、温度調節可能に構成された第２のテーブルと、前記第２のテーブルを内側に配置するとともに、下端が前記冷却板に設置され、上端が前記周壁に取り付けられ、前記第１のテーブルの降下にともなって伸長する蛇腹部材と、を有し、前記蛇腹部材は、断熱材からなり、前記リコータヘッドにより前記蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して前記第２のテーブルの上側に粉末層を形成し、前記レーザ照射部から粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形するものである。
【００１１】
本発明では、熱源隔離機構は、第１のテーブルに取り付けられる冷却板と、冷却板の上面に設置され、温度調節可能に構成された第２のテーブルと、第２のテーブルを内側に配置するとともに、下端が冷却板に設置され、上端が周壁に取り付けられ、第１のテーブルの降下にともなって伸長する蛇腹部材と、を有し、蛇腹部材は、断熱材からなり、蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して第２のテーブルの上側に粉末層を形成し、粉末層にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形する。従って、第２のテーブルと第１のテーブルとの間に配置された冷却板によって、第２のテーブルから第１のテーブルおよび第１のテーブルを介して駆動機構に熱が伝達されることを防止できる。また、断熱材からなる蛇腹部材によって、蛇腹部材の内側の造形空間に敷き詰められる材料粉末を隔離して断熱している。これにより、材料粉末から周壁および周辺部材に熱が伝達されることを防止できる。以上により、第２の造形テーブルの熱が第１のテーブル、駆動機構、周壁および周辺部材に直接または間接的に伝達されることを防止できるため、第１のテーブル、駆動機構、周壁および周辺部材の熱変形を防止しつつ、材料粉末を高温で予熱して造形物を造形することができる。
【００１２】
第２の発明の積層造形装置は、前記第１の発明において、積層造形物の造形時、前記第２のテーブルは、１２０度以上３００度以下の範囲で温度調節されるものである。
【００１３】
本発明では、積層造形物の造形時、第２のテーブルは、１２０度以上３００度以下の範囲で温度調節される。従って、第１のテーブル、駆動機構、周壁および周辺部材の熱変形を防止しつつ、材料粉末を１２０度以上３００度以下の温度範囲まで予熱して造形物を造形することができる。
【００１４】
第３の発明の積層造形装置は、前記第１または２の発明において、前記熱源隔離機構は、断熱部材をさらに有し、前記断熱部材は、前記蛇腹部材と前記周壁との間に配置されているものである。
【００１５】
本発明では、熱源隔離機構は、断熱部材をさらに有し、断熱部材は、蛇腹部材と周壁との間に配置されている。これにより、加熱された材料粉末から周壁に伝達される熱を２つの異なる部材によって二重に断熱することができる。
【００１６】
第４の発明の積層造形装置は、前記１から３のいずれかの発明において、前記周壁は、温調調節可能に構成されているものである。
【００１７】
本発明では、周壁は、温調調節可能に構成されている。従って、積層造形物の造形中、周壁の温度を所望の温度に温調することにより、蛇腹部材から伝達される熱による温度変化を抑制することができる。
【００１８】
第５の発明の積層造形装置は、前記第１から４のいずれかの発明において、前記第１のテーブルの下面に設置される冷却部をさらに有し、前記冷却板は、前記第１のテーブルに着脱自在に取り付けられ、前記蛇腹部材は、前記周壁に着脱自在に取り付けられ、前記第１のテーブルは、温度調節可能に構成され、前記熱源隔離機構を取り外した場合には、前記リコータヘッドにより前記蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して前記第１のテーブルの上側に粉末層を形成し、前記レーザ照射部から粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明では、冷却板は、第１のテーブルに着脱自在に取り付けられ、蛇腹部材は、周壁に着脱自在に取り付けられている。従って、熱源隔離機構を容易に着脱することができる。また、第１のテーブルの下面に設置される冷却部をさらに有し、第１のテーブルは、温度調節可能に構成され、熱源隔離機構を取り外した場合には、リコータヘッドにより蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して第１のテーブルの上側に粉末層を形成し、レーザ照射部から粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形する。従って、熱源隔離機構を取り外して、第１のテーブル上に粉末層を供給して粉末層を形成するとともに、当該粉末層を予熱しながら第１のテーブル上で造形物を造形することができる。以上より、例えば、材料粉末を高温で予熱したい場合には、熱源隔離機構を取り付けて第２のテーブル上で造形物を造形し、周壁によって囲まれた空間を広く使用して大きな造形物を造形する場合には、熱源隔離機構を取り外して第１のテーブル上で造形物を造形するなど、粉末材料の材質や造形物の大きさに応じて造形形態を適宜変更することができる。また、積層造形物の造形中、第１のテーブルの温度を所望の温度に温調することにより、第２のテーブルから伝達される熱による温度変化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、材料粉末を高温で予熱しつつ、駆動機構、周壁および周辺部材が熱変形することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係る積層造形装置の正面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、リコータヘッドを示す斜視図である。
【図３】粉体層形成装置およびレーザ照射部の斜視図である。
【図４】駆動機構を構成するスライドベースとガイドベースとを示す斜視図である。
【図５】熱源隔離機構周辺の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
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、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造形槽１と、造形槽１内で移動しながら材料粉末を供給して粉末層を形成するリコータヘッド１１と、粉末層の所定領域にレーザを照射して材料粉末を焼結させるレーザ照射部１３とを備えている。
【００２４】
造形槽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、水平１軸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設けられた細長部材９ｒ，９ｌとを備える。周壁２６に取り囲まれた空間には、駆動機構３１によって駆動されることにより上下方向に移動可能なメインテーブル５が設けられる。
【００２５】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、リコータヘッド１１は、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内の材料粉末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の移動方向に直交する水平１軸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の両側面には材料粉末排出口１１ｃから排出された材料粉末を平坦化して粉末層を形成するブレード１１ｆｂ，１１ｒｂが設けられる。
【００２６】
図３に示すように、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、造形槽１内に不活性ガスの流れが形成され、発生したヒュームが不活性ガスの流れに沿って容易に排出される。なお、不活性ガスとは、材料粉末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。
【００２７】
造形槽１の上方にはレーザ照射部１３が設けられる。レーザ照射部１３は、レーザを出力するレーザ源４２と、レーザ源４２から出力されたレーザを二次元走査する一対のガルバノスキャナ４３ａ，４３ｂと、レーザを集光する集光レンズ４４とを備える。ガルバノスキャナ４３ａは、レーザを矢印Ｂ方向に走査し、ガルバノスキャナ４３ｂは、レーザを矢印Ｃ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。
【００２８】
集光レンズ４４を通過したレーザは、造形槽１に設けられたウィンドウ１ａを透過して粉末層に照射される。レーザは、材料粉末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、レーザを透過可能な材料で形成される。例えば、レーザ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。
【００２９】
図１に示すように、造形槽１には、ウィンドウ１ａに接続されたヒューム付着防止部１７が設けられる。付着防止部１７は、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。
【００３０】
図３に示すように、駆動機構３１は、ガイドベース８５と、ガイドベース８５に対して上下方向に駆動可能であり且つメインテーブル５の下側に配置されるスライドベース８６を備える。ガイドベース８５には、スライド機構８７とネジ送り機構８８が取り付けられている。
【００３１】
図４に示すように、スライド機構８７は、レール８７ａと、レール８７ａに沿ってスライド移動可能なスライド部材８７ｂを備える。一方、ネジ送り機構８８は、ネジ軸８８ａと、ネジ軸８８ａに螺合されたナット部材８８ｂと、ネジ軸８８ａを回転駆動するモーター８８ｃを備える。４つのスライド部材８７ｂがスライドベース８６の取付部８６ａに固定され、ナット部材８８ｂがスライドベース８６の取付部８６ｂに固定される。そして、モーター８８ｃの回転に伴ってナット部材８８ｂがネジ送りされて上下方向に移動すると、それに伴ってスライドベース８６がスライド機構８７によって案内されながら上下方向に移動し、その結果、メインテーブル５が上下方向に移動する。
【００３２】
メインテーブル５は、天板５ａおよび３つの支持板５ｂ，５ｃ，５ｄを備える。天板５ａと天板５ａに隣接する支持板５ｂの間には天板５ａを加熱可能な加熱器が配置されている。造形中、メインテーブル５は、約１２０度で温度調節されている、また、支持板５ｂの下側の２枚の支持板５ｃ，５ｄの間には天板５ａを冷却可能な冷却器が配置されている。これにより、メインテーブル５は、加熱器および冷却器によって温度調節可能に構成されている。
【００３３】
スライドベース８６の上部には、梁状の一対の取付部８６ｃが設けられており、取付部８６ｃ上に温度が略一定に維持される恒温部９１が配置される。恒温部９１は、配管と、その内部を流れる略一定の温度の媒体によって構成される。配管は、一対の支持板９１ａ，９１ｂによって挟まれて支持されている。造形中、恒温部２１は、配管内に常温の水などを循環させることにより、当該温度で一定に保たれている。
【００３４】
恒温部９１とメインテーブル５の間には、断熱板９０が設けられている。断熱板９０を設けることによって、メインテーブル５から恒温部９１への熱の移動が抑制される。
【００３５】
また、本実施形態では、熱源隔離機構２０によって、熱源である補助テーブル２２および補助テーブル２２によって加熱される材料粉末を隔離して断熱した状態で造形物を造形する。以下、熱源隔離機構２０の構成について、図５を参照しつつ詳細に説明する。
【００３６】
熱源隔離機構２０は、補助テーブル２２と、補助テーブル２２の直下に設けられた中間テーブル２１と、補助テーブル２２を内側に配置しつつ中間テーブル２１の上面から上側に設けられる蛇腹部材２３と、蛇腹部材２３と周壁２６との間に設けられた断熱部材２５とを備えている。
【００３７】
補助テーブル２２は、レーザ照射前に、各粉末層ごとに設定されるレーザの照射領域に位置する材料粉末を高温で予熱するためのものである。補助テーブル２２は、ヒータ２２ａを有している。ヒータ２２ａは、室温以上で温度調節可能に構成されている。造形物の造形時、ヒータ２２ａの温度は、１２０度から３００度の範囲に設定される。なお、ヒータ２２ａの温度は、造形物の材料となる材料粉末の材質によって異なる。例えば、材料粉末がステンレス鋼からなる場合、ヒータ２２ａの温度は約１２０度に設定され、材料粉末が合金工具鋼からなる場合、ヒータ２２ａの温度は２００度から３００度の範囲に設定される。これにより、造形物の造形時、粉末材料が敷かれる補助テーブル２２の上面は、ヒータ２２ａの設定温度と略等しい温度に加熱された状態で保持される。
【００３８】
中間テーブル２１は、補助テーブル２２からメインテーブル５に熱が伝達されることを防止するためのものである。中間テーブル２１には、その内部に配管が設けられている。造形物の造形時、配管内には、８０度から１００度の温度範囲の水などの媒体が常時循環される。これにより、造形物の造形時、中間テーブル２１は、上述した温度範囲に一定温度で保持される。この温度範囲によれば、中間テーブル２１の熱によってメインテーブル５が設定温度以上に加熱されることを防止しつつ、補助テーブル２２が設定温度より低い温度に冷えてしまうことを防止できる。中間テーブル２１は、メインテーブル５に設けられた中間テーブル２１取付け用のタップに取り付けられる。
【００３９】
蛇腹部材２３は、補助テーブル２２および補助テーブル２２上に供給される材料粉末を隔離して断熱するためのものである。蛇腹部材２３は、蛇腹部２３ａと、蛇腹部２３ａの伸縮方向両端にそれぞれ設けられた板状部２３ｂ，２３ｃとからなる。板状部２３ｂ，２３ｃは、蛇腹部２３ａ両端の淵に対応する穴が形成され、略ロの字型形状を有している。蛇腹部２３ａの内側には、補助テーブル２２が配置される。蛇腹部材２３は、下端の板状部２３ｃと中間テーブル２１とがねじ止めされて固定され、上端の板状部２３ｂが周壁２６の上端内側に形成されたＬ字溝２６ａに嵌めこまれて取り付けられる。これにより、蛇腹部材２３は、スライドベース８６の降下とともに伸張する。また、上端の板状部２３ｂが周壁２６のＬ字溝２６ａに嵌めこまれて取り付けられることにより、周壁２６によって取り囲まれた空間は、蛇腹部２３ａの内側の造形空間Ｒを除いて覆われ、閉じられた状態となる。蛇腹部材２３は、断熱材からなる。
【００４０】
断熱部材２５は、蛇腹部材２３から周壁２６に熱が伝達されることを防止するためのものである。断熱部材２５は、蛇腹部材２３の上端に設けられた板状部２３ｂと略等しい形状を有している。断熱部材２５は、板状部２３ｂと同様に、周壁２６の上端内側に形成されたＬ字溝２６ａに嵌めこまれて配置される。断熱部材２５は、周壁２６と蛇腹部材２３とを物理的に隔てるように、周壁２６のＬ字溝２６ａと板状部２３ｂとの間に配置される。断熱部材２５は、断熱材からなる。
【００４１】
次に、熱源隔離機構２０を用いて、合金工具鋼からなる造形物を造形する手順について詳細に説明する。
【００４２】
まず、メインテーブル５に内蔵されたヒータを作動し、約１２０度までメインテーブル５を加熱する。また、恒温部９１の配管内に常温の水を循環させ、恒温部９１の温度を一定に保持させる。
【００４３】
次に、中間テーブル２１の配管内に８０度から１００度の水を循環させ、中間テーブル２１の温度を一定に保持させる。そして、補助テーブル２２に内蔵されたヒータ２２ａを作動し、補助テーブル２２上面が３００度となるように調節して保持させる。
【００４４】
補助テーブル２２を加熱した後、リコータヘッド１１は、造形槽１内を水平一軸方向に移動して材料貯蓄箱１１ｂから蛇腹部２３ａ内側の造形空間Ｒに材料粉末を供給しつつ、ブレード１１ｆｂ，１１ｒｂによって材料粉末を平坦化させることより補助テーブル２２上に粉末層を形成する。そして、レーザ照射部１３は、各粉末層ごとに設定された照射領域にレーザを照射して焼結層を形成する。焼結層形成後、スライドベース８６を駆動し、次に形成する粉末層の厚さ分だけ補助テーブル２２を降下させる。そして、上記と同様に焼結層の上に新たな粉末層を形成し、照射領域にレーザを照射して焼結層を形成することを繰り返し行うことにより造形物を造形する。
【００４５】
造形物の造形後、補助テーブル２２のヒータ２２ａを停止させ、中間テーブル２１によって補助テーブル２２を８０度から１００度まで冷却させる。また、メインテーブル５のヒータを停止させ、冷却器を作動させることによってメインテーブル５を常温まで冷却させる。
【００４６】
（作用・効果）
本実施形態では、熱源隔離機構２０は、メインテーブル５の上面に取り付けられる中間テーブル２１と、中間テーブル２１の上面に設置され、内蔵されたヒータ２２ａによって温度調節可能に構成された補助テーブル２２と、下端の板状部２３ｃと中間テーブル２１とがねじ止めされて固定され、上端の板状部２３ｂが周壁２６の上端内側に形成されたＬ字溝２６ａに嵌めこまれて取り付けられ、補助テーブル２２を内側に配置する蛇腹部材２３とを有し、蛇腹部材２３は、断熱材からなり、蛇腹部材２３の内側の造形領域Ｒに合金工具鋼からなる材料粉末を供給して補助テーブル２２の上側に粉末層を形成し、各粉末層ごとに設定された照射領域にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形する。従って、補助テーブル２２とメインテーブル５との間に配置された中間テーブル２１によって、高温に加熱された補助テーブル２２から駆動機構３１に、メインテーブル５を介して熱が伝達されることを防止できる。また、断熱材からなる蛇腹部材２３によって、蛇腹部２３ａの内側の造形空間Ｒに敷き詰められる材料粉末を隔離して断熱している。これにより、補助テーブル２２の熱によって加熱された材料粉末から周壁２６および周辺部材９４に熱が伝達されることを防止できる。以上により、補助テーブル２２の熱がメインテーブル５、駆動機構３１、周壁２６および周辺部材９４に直接または間接的に伝達されることを防止できる。これにより、メインテーブル５、駆動機構３１、周壁２６および周辺部材９４の熱変形を防止しつつ、３００度で合金工具鋼からなる材料粉末を高温で予熱して造形物を造形することができる。
【００４７】
また、断熱部材２５を板状部２３ｂと周壁２６のＬ字溝２６ａとの間に配置している。これにより、加熱された材料粉末から周壁２６に伝達される熱を２つの異なる部材によって二重に断熱することができる。
【００４８】
また、中間テーブル２１はメインテーブル５に設けられた中間テーブル２１取付け用のタップに取り付けられ、蛇腹部材２３は上端の板状部２３ｂが周壁２６の上端部内側に形成されたＬ字溝２６ａに嵌めこまれて取り付けられている。従って、熱源隔離機構２０は、容易に着脱可能である。また、メインテーブル５は、加熱器および冷却器によって温度調節可能に構成されている。従って、熱源隔離機構２０を取り外して、メインテーブル５上に材料粉末を供給して粉末層を形成するとともに、メインテーブル５上で当該粉末層を予熱しながら造形物を造形することができる。これにより、例えば、材料粉末を高温で予熱したい場合には、熱源隔離機構２０を取り付けて補助テーブル２２上で造形物を造形し、周壁２６によって囲まれた空間を広く使用して大きな造形物を造形する場合には、熱源隔離機構２０を取り外してメインテーブル５上で造形物を造形するなど、造形する造形物の性質に応じて造形形態を適宜変更することができる。また、積層造形物の造形中、メインテーブル５の温度を所望の温度に温調することにより、補助テーブル２２から伝達される熱による温度変化を抑制することができる。
【００４９】
また、周壁２６によって取り囲まれた空間は、蛇腹部２３ａの内側の造形空間Ｒを除いて覆われ、閉じられた状態となっている。これにより、加熱された材料粉末の熱が造形領域Ｒ外に熱放射されることを抑制することができる。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
【００５１】
本実施形態では、補助テーブル２２の上で造形物を造形する場合について記載したが、例えば、補助テーブル２２の上面に熱伝導材からなる造形プレートを設置し、造形プレート上で造形物を造形しても構わない。
【００５２】
また、中間テーブル２１は、メインテーブル５に設けられた中間テーブル２１取付け用のタップに着脱自在に取り付けられると記載したが、中間テーブル２１がメインテーブル５に着脱可能であれば、中間テーブル２１は、メインテーブル５に対してどのように取り付けられていても構わない。
【００５３】
また、蛇腹部材２３は、上端の板状部２３ｂが周壁２６の上端部内側に形成されたＬ字溝２６ａに嵌めこまれて取り付けられると記載したが、板状部２３ｂが周壁２６に着脱可能であれば、板状部２３ｂは、周壁２６に対してどのように取り付けられていても構わない。
【００５４】
また、周壁２６のＬ字溝２６ａと板状部２３ｂとの間に断熱部材２５が配置されると記載したが、断熱部材２５を設けることなく、板状部２３ｂをＬ字溝２６ａに嵌め込み、蛇腹部材２３を周壁２６に接触させた状態で取り付けても構わない。
【００５５】
また、メインテーブル５を約１２０度まで加熱した状態で造形物を造形する場合について記載したが、メインテーブル５のヒータを停止し、メインテーブル５を加熱させなくても構わない。このとき、メインテーブル５の冷却器および恒温部９１の配管内には媒体を循環させなくても構わない。
【００５６】
また、蛇腹部材２３や断熱部材２５を設置しても、蛇腹部材２３の輻射熱および断熱部材２５の接触熱が周壁２６に伝達される場合がある。そこで、周壁２６内に配管を設け、熱変形による影響が生じない常温から５０度の範囲内で周壁２６を温調しても構わない。このように周壁２６が一定温度となるように温調することにより、蛇腹部材２３の板状部２３ｂから伝達される熱による温度変化を抑制することができる。
【００５７】
また、本実施形態のように、１２０度から３００度の温度範囲まで補助テーブル２２を加熱すると、補助テーブル２２自体の熱変形が大きくなってしまい、補助テーブル２２上面の平行度が低下して造形精度が低下してしまう場合がある。そこで、熱変形完了後に上面の平行度が保持されるように、上記設定温度まで補助テーブル２２を加熱したときに補助テーブル２２上面に生じる変形量を算出し、補助テーブル２２上面に予め切削加工を施しておいても構わない。より具体的には、例えば、補助テーブル２２上面の基準高さに対して凸となるように熱変形する部分に対して、同変形量だけ凹となるように切削加工を施しても構わない。これにより、熱変形完了後に補助テーブル２２の上面が凹凸のない平面となるように熱変形するため、高温に加熱された造形時に補助テーブル２２上面の平行度を確保することができる。
【符号の説明】
【００５８】
５  メインテーブル
１１  リコータヘッド
１３  レーザ照射部
２０  熱源隔離機構
２１  中間テーブル
２２  補助テーブル
２３  蛇腹部材
２５  断熱部材
２６  周壁
３１  駆動部
Ｒ  造形領域
【図１】
2018178179.tif 000003
【図２】
2018178179.tif 000004
【図３】
2018178179.tif 000005
【図４】
2018178179.tif 000006
【図５】
2018178179.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月19日(2018.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平一軸方向に往復移動して金属の材料粉末を供給するとともに平坦化して粉末層を形成するリコータヘッドと、
粉末層の照射領域にレーザを照射して焼結層を形成するレーザ照射部と、
メインテーブルと、
前記メインテーブルを取り囲むように設けられた周壁と、
前記周壁によって囲まれた空間と、
前記メインテーブルに接続され、前記メインテーブルを降下させることによって前記空間の容積を増加させる駆動機構と、
前記メインテーブルの上側に配置される熱源隔離機構と、
を備え、
前記熱源隔離機構は、
前記メインテーブルの上面に取り付けられる中間テーブルと、
前記中間テーブルの上面に設置され、温度調節可能に構成された補助テーブルと、
前記補助テーブルを内側に配置するとともに、下端が前記中間テーブルに設置され、上端が前記周壁に取り付けられ、前記メインテーブルの降下にともなって伸長する蛇腹部材と、
を有し、
前記蛇腹部材は、断熱材からなり、
前記リコータヘッドにより前記蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して前記補助テーブルの上側に粉末層を形成し、前記レーザ照射部から粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形する積層造形装置。
【請求項２】
積層造形物の造形時、前記補助テーブルは、１２０度以上３００度以下の範囲で温度調節されることを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記熱源隔離機構は、断熱部材をさらに有し、
前記断熱部材は、前記蛇腹部材と前記周壁との間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記周壁は、温度調節可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の積層造形装置。
【請求項５】
前記メインテーブルの下面に設置される冷却部をさらに有し、
前記中間テーブルは、前記メインテーブルに着脱自在に取り付けられ、
前記蛇腹部材は、前記周壁に着脱自在に取り付けられ、
前記メインテーブルは、温度調節可能に構成され、
前記熱源隔離機構を取り外した場合には、前記リコータヘッドにより前記蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して前記メインテーブルの上側に粉末層を形成し、前記レーザ照射部から粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の積層造形装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第１の発明の積層造形装置は、水平一軸方向に往復移動して金属の材料粉末を供給するとともに平坦化して粉末層を形成するリコータヘッドと、粉末層の照射領域にレーザを照射して焼結層を形成するレーザ照射部と、メインテーブルと、前記メインテーブルを取り囲むように設けられた周壁と、前記周壁によって囲まれた空間と、前記メインテーブルに接続され、前記メインテーブルを降下させることによって前記空間の容積を増加させる駆動機構と、前記メインテーブルの上側に配置される熱源隔離機構と、を備え、前記熱源隔離機構は、前記メインテーブルの上面に取り付けられる中間テーブルと、前記中間テーブルの上面に設置され、温度調節可能に構成された補助テーブルと、前記補助テーブルを内側に配置するとともに、下端が前記中間テーブルに設置され、上端が前記周壁に取り付けられ、前記メインテーブルの降下にともなって伸長する蛇腹部材と、を有し、前記蛇腹部材は、断熱材からなり、前記リコータヘッドにより前記蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して前記補助テーブルの上側に粉末層を形成し、前記レーザ照射部から粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明では、熱源隔離機構は、メインテーブルの上面に取り付けられる中間テーブルと、中間テーブルの上面に設置され、温度調節可能に構成された補助テーブルと、補助テーブルを内側に配置するとともに、下端が中間テーブルに設置され、上端が周壁に取り付けられ、メインテーブルの降下にともなって伸長する蛇腹部材と、を有し、蛇腹部材は、断熱材からなり、蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して補助テーブルの上側に粉末層を形成し、粉末層にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形する。従って、補助テーブルとメインテーブルとの間に配置された中間テーブルによって、補助テーブルからメインテーブルおよびメインテーブルを介して駆動機構に熱が伝達されることを防止できる。また、断熱材からなる蛇腹部材によって、蛇腹部材の内側の造形空間に敷き詰められる材料粉末を隔離して断熱している。これにより、材料粉末から周壁および周辺部材に熱が伝達されることを防止できる。以上により、補助テーブルの熱がメインテーブル、駆動機構、周壁および周辺部材に直接または間接的に伝達されることを防止できるため、メインテーブル、駆動機構、周壁および周辺部材の熱変形を防止しつつ、材料粉末を高温で予熱して造形物を造形することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
第２の発明の積層造形装置は、前記第１の発明において、積層造形物の造形時、前記補助テーブルは、１２０度以上３００度以下の範囲で温度調節されるものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明では、積層造形物の造形時、補助テーブルは、１２０度以上３００度以下の範囲で温度調節される。従って、メインテーブル、駆動機構、周壁および周辺部材の熱変形を防止しつつ、材料粉末を１２０度以上３００度以下の温度範囲まで予熱して造形物を造形することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
第５の発明の積層造形装置は、前記第１から４のいずれかの発明において、前記メインテーブルの下面に設置される冷却部をさらに有し、前記中間テーブルは、前記メインテーブルに着脱自在に取り付けられ、前記蛇腹部材は、前記周壁に着脱自在に取り付けられ、前記メインテーブルは、温度調節可能に構成され、前記熱源隔離機構を取り外した場合には、前記リコータヘッドにより前記蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給して前記メインテーブルの上側に粉末層を形成し、前記レーザ照射部から粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形することを特徴とするものである。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明では、中間テーブルは、メインテーブルに着脱自在に取り付けられ、蛇腹部材は、周壁に着脱自在に取り付けられている。従って、熱源隔離機構を容易に着脱することができる。また、メインテーブルの下面に設置される冷却部をさらに有し、メインテーブルは、温度調節可能に構成され、熱源隔離機構を取り外した場合には、リコータヘッドにより蛇腹部材の内側の造形領域に金属の材料粉末を供給してメインテーブルの上側に粉末層を形成し、レーザ照射部から粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させることにより造形物を造形する。従って、熱源隔離機構を取り外して、メインテーブル上に粉末層を供給して粉末層を形成するとともに、当該粉末層を予熱しながらメインテーブル上で造形物を造形することができる。以上より、例えば、材料粉末を高温で予熱したい場合には、熱源隔離機構を取り付けて補助テーブル上で造形物を造形し、周壁によって囲まれた空間を広く使用して大きな造形物を造形する場合には、熱源隔離機構を取り外してメインテーブル上で造形物を造形するなど、粉末材料の材質や造形物の大きさに応じて造形形態を適宜変更することができる。また、積層造形物の造形中、メインテーブルの温度を所望の温度に温調することにより、補助テーブルから伝達される熱による温度変化を抑制することができる。