(57)【要約】      （修正有）【課題】積層造形装置において、チャンバー内からヒュームを含んだ不活性ガスの漏出を防止できる積層造形装置の提供。【解決手段】不活性ガスを積層造形装置外に排気する排気装置８を備え、排気装置８が、不活性ガスを送出する吸気口８１と、不活性ガスの排気量を調整する排気量調整手段８４と、チャンバ内の気圧が可能な限り外気圧を超えないように不活性ガスの排気を行うよう排気量調整手段８４を制御する制御装置８５と、ヒュームが除去された不活性ガスを排出する排気口８６と、を含み、吸気口８１がチャンバと接続され、排気口８６がチャンバから排出された不活性ガスからフィルター部８３でヒュームを除去した上で排気する、又は、吸気口８１が集塵装置からチャンバへ不活性ガスが返送される下流側に接続され、排気口は少なくとも集塵装置によってヒュームが除去された不活性ガスを排気する、積層造形装置。【選択図】図６
2019090090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形領域を覆うチャンバと、
前記造形領域に対して所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる複数の分割層毎に形成された材料粉体層の所定の照射領域にレーザ光を照射して焼結層を形成するレーザ照射装置と、
前記チャンバに不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、
前記チャンバから排出された前記不活性ガスからヒュームを除去する集塵装置を含み、前記ヒュームを除去した前記不活性ガスを前記チャンバに返送するヒュームコレクタと、を備える、積層造形装置であって、
前記不活性ガスを前記積層造形装置外に排気する排気装置を備え、
前記排気装置は、
前記不活性ガスが送出される吸気口と、
前記不活性ガスの排気量を調整する排気量調整手段と、
前記チャンバ内の気圧が可能な限り外気圧を超えないように前記不活性ガスの排気を行うよう前記排気量調整手段を制御する制御装置と、
前記ヒュームが除去された前記不活性ガスを排出する排気口と、を含み、
前記吸気口は前記チャンバと接続され、前記排気口は前記チャンバから排出された前記不活性ガスから前記ヒュームを除去した上で排気する、または、
前記吸気口は前記集塵装置から前記チャンバへ前記不活性ガスが返送される下流側に接続され、前記排気口は少なくとも前記集塵装置によって前記ヒュームが除去された前記不活性ガスを排気する、積層造形装置。
【請求項２】
前記チャンバ内の酸素濃度を測定する酸素濃度計をさらに備え、
前記排気装置は、前記酸素濃度が所定値以下のときに前記不活性ガスの排気を行う、請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記チャンバ内の気圧を測定する内気圧測定計をさらに備え、
前記排気装置は、前記内気圧測定計の測定値と前記外気圧の値との差が所定範囲に収まるよう前記不活性ガスの排気を行う、請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記積層造形装置外の気圧を測定する外気圧測定計をさらに備え、
前記排気装置は、前記内気圧測定計の測定値と前記外気圧測定計の測定値との差が所定範囲に収まるよう前記不活性ガスの排気を行う、請求項３に記載の積層造形装置。
【請求項５】
前記排気量調整手段は、前記不活性ガスの排出を制限する弁体を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項６】
前記弁体は、前記不活性ガスの排気量を調整する調整弁と、前記不活性ガスの流路を開閉する開閉弁と、を有する、請求項５に記載の積層造形装置。
【請求項７】
前記排気量調整手段は、排気方向の気流を形成する送風装置を有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項８】
前記排気装置は、前記ヒュームを除去するフィルタ部を含む、請求項１から請求項７のいずれか１項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】
粉末積層造形法においては、造形テーブル上に材料粉体を均一に撒布して材料粉体層を形成し、材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して焼結させることによって焼結層を形成し、この焼結層の上に金属材料粉体を均一に撒布して新たな材料粉体層を形成し、その新たな材料粉体層にレーザ光を照射して焼結させることによって下の焼結層と接合した新たな焼結層を形成し、そしてこれらを繰り返すことによって、複数の焼結層を積層して一体となる焼結体からなる所望の三次元造形物を形成する。
【０００３】
金属材料粉体をレーザ光によって焼結する場合は、材料粉体を変質させないように保護するとともに、所要のエネルギのレーザ光を安定して照射できるようにするために、所定の造形領域の周囲を可能な限り酸素が存在しない状態に維持することが要求される。そのため、粉末焼結積層造形法を実施するための積層造形装置は、密閉されたチャンバ内に不活性ガスを供給し、チャンバ内において酸素濃度が十分に低い雰囲気下で所定の照射領域にレーザ光を照射することができるように構成されている。
【０００４】
また、金属材料粉体にレーザ光を照射して焼結させるときに、ヒュームと称される特有の煙が発生する。ヒュームがチャンバ内に充満すると、レーザ光を遮蔽して、所要のエネルギのレーザ光が焼結部位に届かなくなり、焼結不良が発生するおそれがある。
【０００５】
そのため、粉末積層造形法を行う積層造形装置は、チャンバ内に清浄な不活性ガスを供給するとともに、チャンバ内からヒュームを含む不活性ガスを排出することで、チャンバ内を清浄な不活性ガス雰囲気下に維持するよう構成される。ここで、特許文献１に開示されるように、ヒュームコレクタによってチャンバ外に排出されたヒュームを含む不活性ガスからヒュームを除去し、再度チャンバ内へと返送することでチャンバ内の不活性ガスを循環させている積層造形装置が公知である。このようにすれば、不活性ガスを再利用することができるので、不活性ガスの使用量を削減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５９８２０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような積層造形装置においては、避けることができない隙間が存在し、不活性ガスの漏出や外部空気の侵入が起こりうる。ヒュームを造形領域から確実に効果的に排除するとともに材料粉体の変質を防ぐために、少なくとも造形中は、常時漏出量を上回る所要量の不活性ガスが供給されているので、チャンバ内の気圧は加圧傾向にある。
【０００８】
チャンバ内の気圧が外気圧よりも高いと、チャンバ内の不活性ガスが微小な隙間を介して積層造形装置外に漏出する。チャンバから漏出する不活性ガスにはヒュームが含まれている可能性があるため、労働衛生上好ましくない。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、チャンバ内の気圧が可能な限り外気圧を超えないようにヒュームを除去した不活性ガスを排気することで、ヒュームを含んだ不活性ガスの漏出を防止する積層造形装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、造形領域を覆うチャンバと、造形領域に対して所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる複数の分割層毎に形成された材料粉体層の所定の照射領域にレーザ光を照射して焼結層を形成するレーザ照射装置と、チャンバに不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、チャンバから排出された不活性ガスからヒュームを除去する集塵装置を含み、ヒュームを除去した不活性ガスをチャンバに返送するヒュームコレクタと、を備える、積層造形装置であって、不活性ガスを積層造形装置外に排気する排気装置を備え、排気装置は、不活性ガスが送出される吸気口と、不活性ガスの排気量を調整する排気量調整手段と、チャンバ内の気圧が可能な限り外気圧を超えないように不活性ガスの排気を行うよう排気量調整手段を制御する制御装置と、ヒュームが除去された不活性ガスを排出する排気口と、を含み、吸気口はチャンバと接続され、排気口はチャンバから排出された不活性ガスからヒュームを除去した上で排気する、または、吸気口は集塵装置からチャンバへ不活性ガスが返送される下流側に接続され、排気口は少なくとも集塵装置によってヒュームが除去された不活性ガスを排気する、積層造形装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る積層造形装置においては、チャンバ内の気圧が可能な限り外気圧を超えないように、ヒュームが除去された不活性ガスの排気を行うので、ヒュームを含んだ不活性ガスの漏出を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態の積層造形装置１の構成図である。
【図２】図１のＤ−Ｄ矢視断面図である。
【図３】リコータヘッド３３の斜視図である。
【図４】リコータヘッド３３の斜視図である。
【図５】ヒュームコレクタ７３の詳細を示す構成図である。
【図６】排気装置８の詳細を示す構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の積層造形装置１の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に説明される複数の各構成部材における変形例は、それぞれ任意に組み合わせて実施することができる。
【００１４】
図１および図２に示すように、本発明の第１の実施形態の積層造形装置１は、実質的に密閉されるように構成されたチャンバ１０を備える。なお、本実施形態の積層造形装置１は、焼結層９５に対して切削加工を行う切削装置２を備える。このとき、チャンバ１０は、三次元造形物の形成を行う造形室１１と、切削装置２のＸ軸駆動装置２５およびＹ軸駆動装置２７の大部分が収容される駆動室１２とに蛇腹１３によって仕切られている。造形室１１と駆動室１２との間には、不活性ガスが通過できるだけのわずかな隙間である連通部１４が存在している。
【００１５】
切削装置２は、造形室１１内に配置されスピンドル２３を内蔵する加工ヘッド２１と、加工ヘッド２１をＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動装置２９と、Ｚ軸駆動装置２９を含んで加工ヘッド２１をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動装置２７と、Ｙ軸駆動装置２７およびＺ軸駆動装置２９を含んで加工ヘッド２１をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動装置２５と、を備える。スピンドル２３は、エンドミルなどの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ている。以上の構成によって、加工ヘッド２１は、スピンドル２３を造形室１１内の任意の位置に移動させて、焼結層９５に対して切削加工を施すことができるようになっている。この切削工具を用いて、所定数の焼結層９５が形成される度に、焼結層９５の端面に対して切削加工を行ってもよい。また、リコータヘッド３３が焼結層９５の隆起部に衝突したときにも、隆起部を除去するために焼結層９５の上面に対して切削加工を行ってもよい。
【００１６】
造形室１１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を有するベース台３１と、ベース台３１上に配置されかつ水平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３３を備える。造形領域Ｒには、上下方向（矢印Ａ方向）に移動可能な造形テーブル３９が設けられる。積層造形装置１の使用時には、造形テーブル３９上に造形プレート９１が配置され、その上に材料粉体層９３が形成される。造形領域Ｒは、造形を行う作業領域、すなわち材料粉体層９３が形成され焼結層９５を形成することのできる、三次元造形物の生成が可能な最大の領域の全体を示し、実質的に造形テーブル３９の上面全面に相当する。
【００１７】
リコータヘッド３３は、図３および図４に示すように、不図示の材料供給装置から供給される材料粉体を貯留する材料収容部３３１と、材料収容部３３１の上面に設けられ材料粉体の受口となる材料供給部３３２と、材料収容部３３１の底面に設けられかつ材料収容部３３１内の材料粉体を吐出する材料吐出部３３３とを備える。材料吐出部３３３は、リコータヘッド３３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）に延びるスリット形状である。また、リコータヘッド３３の両側面には、一対のブレード３５，３７がそれぞれ設けられる。ブレード３５，３７は、材料吐出部３３３から排出された材料粉体を平坦化して材料粉体層９３を形成する。なお、材料粉体は、例えば鉄粉等の金属粉体であり、例えば平均粒径２０μｍの球形である。
【００１８】
造形室１１の上方にはレーザ照射装置４が設けられ、レーザ照射装置４から出力されたレーザ光Ｌは、チャンバ１０に設けられたウィンドウ１５を透過して造形領域Ｒに形成された材料粉体層９３の所定の照射領域に照射され、焼結層９５を形成する。所定の照射領域は、造形領域Ｒ内に存在し、所望の三次元造形物の輪郭形状で囲繞される領域とおおよそ一致する。レーザ照射装置４は、造形領域Ｒにおいてレーザ光Ｌを二次元走査可能に構成されていればよく、例えば、レーザ光Ｌを生成するレーザ光源と、レーザ光Ｌを造形領域Ｒにおいて二次元走査可能とする一対のガルバノスキャナとを備える。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、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザなどである。ウィンドウ１５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がファイバレーザ又はＹＡＧレーザの場合、ウィンドウ１５は石英ガラスで構成可能である。
【００１９】
チャンバ１０の上面には、ウィンドウ１５を覆うようにヒューム拡散装置５が設けられる。ヒューム拡散装置５は、円筒状の筺体５１と、筺体５１内に配置された円筒状の拡散部材５２を備える。筺体５１と拡散部材５２の間に不活性ガス供給空間５３が設けられる。また、筺体５１の底面には、拡散部材５２の内側に開口部５４が設けられる。拡散部材５２には多数の細孔５５が設けられており、不活性ガス供給空間５３に供給された清浄な不活性ガスは細孔５５を通じて清浄室５６に充満される。そして、清浄室５６に充満された清浄な不活性ガスは、開口部５４を通じてヒューム拡散装置５の下方に向かって噴出される。ヒューム拡散装置５は、ウィンドウ１５が焼結層９５の形成時に発生するヒュームによって汚染されることを防止するとともに、レーザ光Ｌの照射経路を横断しようとするヒュームを照射経路から排除することを助ける。
【００２０】
チャンバ１０の造形室１１内には酸素濃度を測定する酸素濃度計１６が設けられる。酸素濃度計１６は例えば、直接的に酸素濃度を計測するものでもよいし、不活性ガスの濃度を計測して相対的に酸素濃度を算出するものであってもよい。チャンバ１０内の酸素濃度が、材料粉体が実質的に変質しない濃度に維持されているときに、レーザ光Ｌによる焼結層の形成が行われる。例えば、酸素濃度が３．０ｖｏｌ％以下のときに焼結層の形成が行われる。
【００２１】
次に、不活性ガスの給排経路について説明する。チャンバ１０には、不活性ガス供給装置７１から供給される不活性ガスおよびヒュームコレクタ７３から返送される不活性ガスの供給口と、チャンバ１０からヒュームコレクタ７３へとヒュームを含んだ不活性ガスを排出する排出口がそれぞれ１つ以上設けられる。本実施形態においては、供給口として第１供給口６１１、第２供給口６１２、第３供給口６１３、第４供給口６１４および第５供給口６１５を備え、排出口として第１排出口６２１、第２排出口６２２および第３排出口６２３を備える。また、詳細は後述するが、不活性ガス供給装置７１は、第１の不活性ガス供給装置７１１と、第２の不活性ガス供給装置７１２とを含む。各部はホースやパイプ等の管路で接続される。
【００２２】
第１供給口６１１は、リコータヘッド３３の一方の側面に設けられる。第２供給口６１２は、第１供給口６１１が設けられた側と反対側のベース台３１の端面上に敷設された配管に設けられる。第１供給口６１１および第２供給口６１２はそれぞれ第１の不活性ガス供給装置７１１に接続され、リコータヘッド３３の移動位置に応じて、択一的に第１供給口６１１または第２供給口６１２を通じて所定の圧力と流量の不活性ガスがチャンバ１０に供給される。すなわち、照射領域に対して第１供給口６１１が対面する位置にあるときは第１供給口６１１を通じて不活性ガスを供給し、照射領域に対して第１供給口６１１が対面しない位置にあるときは第２供給口６１２を通じて不活性ガスを供給する。第３供給口６１３は、第２供給口６１２が設けられた側のチャンバ１０の側壁に設けられ、造形室１１の中央より下側の高さに位置する。第３供給口６１３はヒュームコレクタ７３と接続され、ヒュームが除去された清浄な不活性ガスが第３供給口６１３を通じてチャンバ１０に返送される。第４供給口６１４は、駆動室１２の上部に設けられる。第２の不活性ガス供給装置７１２から駆動室１２に供給された不活性ガスは連通部１４を通じて造形室１１１内に供給される。第５供給口６１５は、ヒューム拡散装置５の上部に設けられ、第１の不活性ガス供給装置７１１からヒューム拡散装置５の不活性ガス供給空間５３に不活性ガスが供給される。
【００２３】
第２供給口６１２および第３供給口６１３が設けられた側と反対側のチャンバ１０の側壁を覆うように仕切板６３が設けられる。仕切板６３と側壁とで区切られる空間のチャンバ１０の上端部に第１排気口６２１が設けられ、仕切板６３付近のチャンバ１０の照射領域側の上端部に第２排気口６２２が設けられる。また、第２排気口６２２の下には、第２排気口６２２を囲むように仕切板６３側に断面Ｌ字状に延びる上部案内板６４が設けられる。仕切板６３の下端には、下部が照射領域側に延びる下部案内板６５が設けられ、仕切板６３と下部案内板６５との間には所定の間隙６６が形成される。間隙６６は、造形室１１の中央より下側の高さに位置する。間隙６６付近には仕切板６３と側壁とで区切られる空間に不活性ガスを吸引する複数のファン６７が設けられ、各ファン６７の両端には上方向に延びる整流板６８が設けられる。仕切板６３付近に送られた不活性ガスは、間隙６６または下部案内板６５の下から、仕切板６３と側壁とで区切られる空間を通り、第１排気口６２１へと送られる。また、間隙６６から回収しきれなかった不活性ガスは仕切板６３に沿って上昇し、上部案内板６４に案内されて第２排気口６２２へと送られる。第３排出口６２３は、リコータヘッド３３の第１供給口６１１が設けられていない側の側面に設けられる。第１排出口６２１、第２排出口６２２および第３排出口６２３を通じて、不活性ガスがチャンバ１０から排出され、ヒュームコレクタ７３へと送られる。
【００２４】
不活性ガス供給装置７１は、窒素などの不活性ガスをチャンバ１０へ供給する。不活性ガス供給装置７１は、所定濃度の不活性ガスを供給できるものであればよいが、本実施形態では、第１の不活性ガス供給装置７１１と、第２の不活性ガス供給装置７１２とを含んでなる。第１の不活性ガス供給装置７１１は、第２の不活性ガス供給装置７１２よりもより高濃度の不活性ガスを供給できるものが望ましく、例えば、第１の不活性ガス供給装置７１１はＰＳＡ式窒素発生装置であり、第２の不活性ガス供給装置７１２は膜分離式窒素発生装置である。前述の通り、第１の不活性ガス供給装置７１１と第１供給口６１１、第２供給口６１２および第５供給口６１５とが接続され、第２の不活性ガス供給装置７１２と第４供給口６１４とが接続される。このように構成することで、不活性ガス濃度が直接的に造形に影響する造形室１１により高濃度の不活性ガスを供給できるとともに、所要の不活性ガス供給量を維持することができる。なお、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、ヘリウムガスなどから材料粉体の種類に応じて適当なものが選択される。
【００２５】
ヒュームコレクタ７３は、例えば乾式電気集塵機である。図５に示すように、ヒュームコレクタ７３は内部にヒュームを荷電させる荷電部７３３と荷電したヒュームを捕集する集塵部７３４とを有する集塵装置７３２を含み、集塵装置７３２によって不活性ガスからヒュームを除去する。また、ヒュームコレクタ７３の上流側及び下流側にそれぞれダクトボックス７５，７７が設けられる。チャンバ１０から排出されたヒュームを含む不活性ガスは、ダクトボックス７５を通じてヒュームコレクタ７３の上流口７３１に送られ、集塵装置７３２によってヒュームが除去され、清浄な不活性ガスが下流口７３５から排出され、ダクトボックス７７を通じてチャンバ１０の第３供給口６１３に送られる。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。また、本実施形態では、集塵装置７３２と下流口７３５との間に清浄な不活性ガスを分岐させる分岐路７３６が設けられ、後述するように分岐路７３６と排気装置８とが接続される。なお、ヒュームコレクタ７３は他の方式であってもよく、集塵装置としてフィルタを含む濾過式集塵機であってもよい。また、ヒュームコレクタ７３内部の不活性ガスを効率的に循環させるため、ファンモータを設けてもよい。
【００２６】
ここで、図６に基づいて排気装置８の構成を説明する。排気装置８は、吸気口８２と、フィルタ部８３と、排気量調整手段８４と、制御装置８５と、排気口８６と、を含む。
【００２７】
吸気口８２は、集塵装置７３２からチャンバ１０へ不活性ガスが返送される下流側に接続され、集塵装置７３２によって大部分のヒュームが除去された不活性ガスが吸気口８２から排気装置８内部へと送られる。本実施形態では、吸気口８２は、吸気管８１を介してヒュームコレクタ７３の分岐路７３６と接続されるが、他の形態であってもよい。例えば、吸気口８２はヒュームコレクタ７３の下流口７３５とチャンバ１０とを接続する管路と接続されてもよいし、チャンバ１０の第３供給口６１３と接続されてもよい。また、ヒュームコレクタ７３内部に排気装置８を設け、集塵装置７３２を通過した不活性ガスが直接吸気口８２に分岐して流入するよう構成してもよい。
【００２８】
フィルタ部８３は、不活性ガスからヒュームを除去する。フィルタ部８３は、好ましくは、比較的捕集率の低いプレフィルタ８３１と、比較的捕集率の高いメインフィルタ８３３を有し、プレフィルタ８３１は例えば不織布フィルタであり、メインフィルタ８３３は例えばＨＥＰＡフィルタである。このように構成すれば、高捕集率のメインフィルタ８３３により好適にヒュームが除去できるとともに、メインフィルタ８３３の汚染を抑えることができる。フィルタ部８３は排気装置８内の任意の位置に設けてよいが、排気装置８内の各構成部材がヒュームによって汚染されるのを防止するため、比較的上流に設けることが望ましい。特に、フィルタ部８３は送風装置８４７よりも上流に設けることが望ましい。また、フィルタ部８３の目詰まりを検出する不図示の目詰まり検出センサを設けてもよい。目詰まり検出センサは、不活性ガスの流量を検知するよう構成されてもよいし、プレフィルタ８３１およびメインフィルタ８３３前後の差圧を検出するよう構成されてもよい。なお、本実施形態においては、あらかじめ集塵装置７３２によって大部分のヒュームが除去された不活性ガスが排気装置８へと送出されるため、フィルタ部８３を設けることは必須ではない。但し、排気される不活性ガスをより清浄にすることができるため、フィルタ部８３を設けることが望ましい。
【００２９】
排気量調整手段８４は、不活性ガスの排気量を調整する。本実施形態では、排気量調整手段８４は、不活性ガスの排出を制限する弁体８４１と、排気方向の気流を形成する送風装置８４７である。排気量調整手段８４は不活性ガスの排気量が調整できるよう構成されればよく、例えば弁体８４１と送風装置８４７の一方のみ設けられてもよい。弁体８４１は、不活性ガスの排気量を調整する調整弁８４３と、不活性ガスの流路を開閉する開閉弁８４５とを有する。調整弁８４３は例えばボールバルブであり、開閉弁８４５は例えば電磁弁である。不活性ガスの漏出量は積層造形装置１毎に異なるので、調整弁８４３により排気量を調整することが望ましい。排気装置８からの時間あたりの排気量と漏出量の総和が、不活性ガス供給装置７１からの時間あたりの供給量以上になるよう調整される。なお、本実施形態では弁体８４１が調整弁８４３および開閉弁８４５を有するよう構成したが、例えば両者の機能を兼ねる、制御信号に比例した流量制御が可能な比例弁からなるよう構成してもよい。また、本実施形態では送風装置８４７を２つのファンモータから構成したが、排気方向に所望の気流を形成できるのであれば他の構成でもよい。
【００３０】
制御装置８５は排気量調整手段８４を制御する。具体的には、開閉弁８４５および送風装置８４７と接続され、排気のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。チャンバ１０内は材料粉体が変質しないよう、所定の酸素濃度に保たれている必要がある。そこで、制御装置８５はさらに酸素濃度計１６と接続され、チャンバ１０内の酸素濃度に応じて排気の制御を行う。すなわち、酸素濃度計１６によって測定されたチャンバ１０内の酸素濃度が所定値以下のときは、開閉弁８４５を開けるとともに送風装置８４７を稼働させ排気方向の気流を生成する。一方、酸素濃度が所定値を超えているときは、開閉弁８４５を閉じ送風装置８４７を停止する。このようにすれば、可能な限りチャンバ１０内の昇圧を防止することができる。すなわち、制御装置８５は、チャンバ１０内の不活性ガスが材料粉体と実質的に反応しない所定濃度を維持しつつ、不活性ガスの供給量以上の排気を行うよう排気量調整手段８４を制御する。なお、排気のＯＮ／ＯＦＦの切替基準となる酸素濃度の所定値は、材料粉体が実質的に変質しない値以上に設定され、例えば、３．２ｖｏｌ％である。なお、排気装置８の制御装置８５は単独に設けてもよいし、積層造形の制御を行う数値制御装置と兼用であってもよい。
【００３１】
排気口８６は、排気管８７を介してヒュームが除去された清浄な不活性ガスを積層造形装置１外に排気する。清浄な不活性ガスを排気するので、積層造形装置１が設置される部屋の室内に直接排気してもよく、その場合においても周辺雰囲気を汚染する心配がない。
【００３２】
排気装置８を以上のように構成し、チャンバ１０内の気圧（内気圧）が積層造形装置１外の気圧（外気圧）以下になるよう排気を制御することで、内気圧と外気圧とが略均一に保持される。不活性ガスの供給量以上に排気が行われるため、排気中は少なくともチャンバ１０内が昇圧することはない。また、チャンバ１０内が負圧状態のときは、チャンバ１０内に外部空気が侵入しやすくなるが、酸素濃度が所定値を超えたときは排気が中断されるため、チャンバ１０内が過剰に減圧されることもない。なお、内気圧と外気圧はチャンバ１０からの不活性ガスの流出が抑制される範囲で均一であればよい。
【００３３】
次に、図７に基づき、第２の実施形態の積層造形装置１について説明する。図７は図２同様、造形室１１が紙面手前側になるよう表示している。なお、第１の実施形態と同等の構成部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３４】
本実施形態では、チャンバ１０に通風口１７が設けられ、通風口１７と吸気口８２とが吸気管８１を介して接続される。このような構成においては、排気装置８に送られる不活性ガスは、ヒュームを多く含んでいる可能性がある。そのため、通風口１７、吸気管８１または排気装置８の少なくともいずれかに不活性ガスからヒュームを除去する集塵手段を設ける必要がある。本実施形態では、排気装置８に設けられるフィルタ部８３が集塵手段として機能する。フィルタ部８３は第１の実施形態と同様、プレフィルタ８３１とメインフィルタ８３３を有することが好ましい。
【００３５】
また、本実施形態では、内気圧の値を測定して排気の制御を行うよう構成される。具体的に、積層造形装置１は、内気圧を測定する内気圧測定計１８を備え、内気圧測定計１８の測定値と外気圧の値との差が所定範囲に収まるように、排気装置８の制御装置８５は排気量調整手段８４を制御して排気のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。外気圧の値として所定の値（例えば、１気圧）を事前に設定してもよいが、外気圧を測定する外気圧測定計１９をさらに備え、内気圧測定計１８の測定値と、外気圧測定計１９の測定値との差が所定範囲内に収まるよう、排気のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるよう構成すれば、より正確に内気圧と外気圧を均一にさせることができ、好適である。なお、排気のＯＮ／ＯＦＦの切替基準となる内気圧と外気圧との差の所定範囲は、チャンバ１０からの不活性ガスの漏出が抑制される範囲に設定されればよい。
【００３６】
排気のＯＮ／ＯＦＦについて、第１の実施形態においてはチャンバ１０内の酸素濃度を基準に制御し、第２の実施形態においては内気圧の値を基準に制御したが、不活性ガスの流出が抑制される範囲で内気圧と外気圧が略均等に保持されるのであれば、他の制御方法でもよい。また、両者の制御方法を組み合わせてもよく、すなわち、チャンバ１０内の酸素濃度が所定値以下でありかつ内気圧と外気圧との差が所定範囲外であるときに排気を行うよう構成してもよい。また、例えば、ヒュームコレクタ７３は集塵装置７３２内部に付着するヒュームを造形中に清掃するよう構成されてもよいが、清掃中はヒュームの除去が行えないので、清掃中は排気装置８による排気を停止するよう構成してもよい。
【００３７】
本発明は、すでにいくつかの例が具体的に示されているように、図面に示される実施形態の構成に限定されず、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形または応用が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  積層造形装置
４  レーザ照射装置
８  排気装置
１０  チャンバ
１６  酸素濃度計
１８  内気圧測定計
１９  外気圧測定計
７１  不活性ガス供給装置
７３  ヒュームコレクタ
８１  吸気口
８３  フィルタ部
８４  排気量調整手段
８５  制御装置
８６  排気口
９３  材料粉体層
９５  焼結層
７３２  集塵装置
８４１  弁体
８４３  調整弁
８４５  開閉弁
８４７  送風装置
Ｌ  レーザ光
Ｒ  造形領域
【図１】
2019090090.tif 000003
【図２】
2019090090.tif 000004
【図３】
2019090090.tif 000005
【図４】
2019090090.tif 000006
【図５】
2019090090.tif 000007
【図６】
2019090090.tif 000008
【図７】
2019090090.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月7日(2018.8.7)
【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】
造形領域を覆うチャンバと、
前記造形領域に対して所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる複数の分割層毎に形成された材料粉体層の所定の照射領域にレーザ光を照射して焼結層を形成するレーザ照射装置と、
前記チャンバに不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、
前記チャンバから排出された前記不活性ガスからヒュームを除去する集塵装置を含み、前記ヒュームを除去した前記不活性ガスを前記チャンバに返送するヒュームコレクタと、を備える、積層造形装置であって、
前記不活性ガスを前記積層造形装置外に排気する排気装置を備え、
前記排気装置は、
前記不活性ガスが送出される吸気口と、
前記不活性ガスの前記積層造形装置外への排気量を調整する排気量調整手段と、
前記チャンバ内の気圧と外気圧が前記チャンバからの前記不活性ガスの漏出が抑制される範囲で均一になるように前記不活性ガスの前記積層造形装置外への排気を行うよう前記排気量調整手段を制御する制御装置と、
前記ヒュームが除去された前記不活性ガスを前記積層造形装置外に排気する排気口と、を含み、
前記吸気口は前記チャンバと接続され、前記排気口は前記チャンバから排出された前記不活性ガスから前記ヒュームを除去した上で前記積層造形装置外に排気する、または、
前記吸気口は前記集塵装置から前記チャンバへ前記不活性ガスが返送される下流側に接続され、前記排気口は少なくとも前記集塵装置によって前記ヒュームが除去された前記不活性ガスを前記積層造形装置外に排気する、積層造形装置。
【請求項２】
前記チャンバ内の酸素濃度を測定する酸素濃度計をさらに備え、
前記排気装置は、前記酸素濃度が所定値以下のときに前記不活性ガスの前記積層造形装置外への排気を行う、請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記チャンバ内の気圧を測定する内気圧測定計をさらに備え、
前記排気装置は、前記内気圧測定計の測定値と前記外気圧の値との差が所定範囲に収まるよう前記不活性ガスの前記積層造形装置外への排気を行う、請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記積層造形装置外の気圧を測定する外気圧測定計をさらに備え、
前記排気装置は、前記内気圧測定計の測定値と前記外気圧測定計の測定値との差が所定範囲に収まるよう前記不活性ガスの前記積層造形装置外への排気を行う、請求項３に記載の積層造形装置。
【請求項５】
前記排気量調整手段は、前記不活性ガスの前記積層造形装置外への排気を制限する弁体を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項６】
前記弁体は、前記不活性ガスの前記積層造形装置外への排気量を調整する調整弁と、前記不活性ガスの流路を開閉する開閉弁と、を有する、請求項５に記載の積層造形装置。
【請求項７】
前記排気量調整手段は、前記積層造形装置外への排気方向の気流を形成する送風装置を有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の積層造形装置。
【請求項８】
前記排気装置は、前記ヒュームを除去するフィルタ部を含む、請求項１から請求項７のいずれか１項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】
本発明によれば、造形領域を覆うチャンバと、造形領域に対して所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる複数の分割層毎に形成された材料粉体層の所定の照射領域にレーザ光を照射して焼結層を形成するレーザ照射装置と、チャンバに不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、チャンバから排出された不活性ガスからヒュームを除去する集塵装置を含み、ヒュームを除去した不活性ガスをチャンバに返送するヒュームコレクタと、を備える、積層造形装置であって、不活性ガスを積層造形装置外に排気する排気装置を備え、排気装置は、不活性ガスが送出される吸気口と、不活性ガスの積層造形装置外への排気量を調整する排気量調整手段と、チャンバ内の気圧と外気圧がチャンバからの不活性ガスの漏出が抑制される範囲で均一になるように不活性ガスの積層造形装置外への排気を行うよう排気量調整手段を制御する制御装置と、ヒュームが除去された不活性ガスを積層造形装置外に排気する排気口と、を含み、吸気口はチャンバと接続され、排気口はチャンバから排出された不活性ガスからヒュームを除去した上で積層造形装置外に排気する、または、吸気口は集塵装置からチャンバへ不活性ガスが返送される下流側に接続され、排気口は少なくとも集塵装置によってヒュームが除去された不活性ガスを積層造形装置外に排気する、積層造形装置を提供するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
第２供給口６１２および第３供給口６１３が設けられた側と反対側のチャンバ１０の側壁を覆うように仕切板６３が設けられる。仕切板６３と側壁とで区切られる空間のチャンバ１０の上端部に第１排出口６２１が設けられ、仕切板６３付近のチャンバ１０の照射領域側の上端部に第２排出口６２２が設けられる。また、第２排出口６２２の下には、第２排出口６２２を囲むように仕切板６３側に断面Ｌ字状に延びる上部案内板６４が設けられる。仕切板６３の下端には、下部が照射領域側に延びる下部案内板６５が設けられ、仕切板６３と下部案内板６５との間には所定の間隙６６が形成される。間隙６６は、造形室１１の中央より下側の高さに位置する。間隙６６付近には仕切板６３と側壁とで区切られる空間に不活性ガスを吸引する複数のファン６７が設けられ、各ファン６７の両端には上方向に延びる整流板６８が設けられる。仕切板６３付近に送られた不活性ガスは、間隙６６または下部案内板６５の下から、仕切板６３と側壁とで区切られる空間を通り、第１排出口６２１へと送られる。また、間隙６６から回収しきれなかった不活性ガスは仕切板６３に沿って上昇し、上部案内板６４に案内されて第２排出口６２２へと送られる。第３排出口６２３は、リコータヘッド３３の第１供給口６１１が設けられていない側の側面に設けられる。第１排出口６２１、第２排出口６２２および第３排出口６２３を通じて、不活性ガスがチャンバ１０から排出され、ヒュームコレクタ７３へと送られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
排気量調整手段８４は、不活性ガスの排気量を調整する。本実施形態では、排気量調整手段８４は、不活性ガスの排気を制限する弁体８４１と、排気方向の気流を形成する送風装置８４７である。排気量調整手段８４は不活性ガスの排気量が調整できるよう構成されればよく、例えば弁体８４１と送風装置８４７の一方のみ設けられてもよい。弁体８４１は、不活性ガスの排気量を調整する調整弁８４３と、不活性ガスの流路を開閉する開閉弁８４５とを有する。調整弁８４３は例えばボールバルブであり、開閉弁８４５は例えば電磁弁である。不活性ガスの漏出量は積層造形装置１毎に異なるので、調整弁８４３により排気量を調整することが望ましい。排気装置８からの時間あたりの排気量と漏出量の総和が、不活性ガス供給装置７１からの時間あたりの供給量以上になるよう調整される。なお、本実施形態では弁体８４１が調整弁８４３および開閉弁８４５を有するよう構成したが、例えば両者の機能を兼ねる、制御信号に比例した流量制御が可能な比例弁からなるよう構成してもよい。また、本実施形態では送風装置８４７を２つのファンモータから構成したが、排気方向に所望の気流を形成できるのであれば他の構成でもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
排気装置８を以上のように構成し、チャンバ１０内の気圧（内気圧）が積層造形装置１外の気圧（外気圧）以下になるよう排気を制御することで、内気圧と外気圧とが略均一に保持される。不活性ガスの供給量以上に排気が行われるため、排気中は少なくともチャンバ１０内が昇圧することはない。また、チャンバ１０内が負圧状態のときは、チャンバ１０内に外部空気が侵入しやすくなるが、酸素濃度が所定値を超えたときは排気が中断されるため、チャンバ１０内が過剰に減圧されることもない。なお、内気圧と外気圧はチャンバ１０からの不活性ガスの漏出が抑制される範囲で均一であればよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
排気のＯＮ／ＯＦＦについて、第１の実施形態においてはチャンバ１０内の酸素濃度を基準に制御し、第２の実施形態においては内気圧の値を基準に制御したが、不活性ガスの漏出が抑制される範囲で内気圧と外気圧が略均等に保持されるのであれば、他の制御方法でもよい。また、両者の制御方法を組み合わせてもよく、すなわち、チャンバ１０内の酸素濃度が所定値以下でありかつ内気圧と外気圧との差が所定範囲外であるときに排気を行うよう構成してもよい。また、例えば、ヒュームコレクタ７３は集塵装置７３２内部に付着するヒュームを造形中に清掃するよう構成されてもよいが、清掃中はヒュームの除去が行えないので、清掃中は排気装置８による排気を停止するよう構成してもよい。