(57)【要約】【課題】より大型な造形物を造形可能な積層造形装置を提供すること。【解決手段】本発明によれば、造形テーブルを有する積層造形装置であって、ガルバノスキャナと、ヒューム吸引ダクトと、移動装置とを備え、前記ガルバノスキャナは、所定の照射領域内にレーザ光を走査可能に構成され、前記ヒューム吸引ダクトは、前記レーザ光の照射に伴って発生したヒュームを吸引するためのヒューム吸引口を備え、前記移動装置は、前記ガルバノスキャナと前記ヒューム吸引ダクトを一体で移動可能に構成されている、積層造形装置が提供される。【選択図】図１
2019094515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形テーブルを有する積層造形装置であって、
ガルバノスキャナと、ヒューム吸引ダクトと、移動装置とを備え、
前記ガルバノスキャナは、所定の照射領域内にレーザ光を走査可能に構成され、
前記ヒューム吸引ダクトは、前記レーザ光の照射に伴って発生したヒュームを吸引するためのヒューム吸引口を備え、
前記移動装置は、前記ガルバノスキャナと前記ヒューム吸引ダクトを一体で移動可能に構成されている、
積層造形装置。
【請求項２】
不活性ガスを供給するための不活性ガス供給口を有する不活性ガス供給ノズルを更に備え、
前記不活性ガス供給ノズルは、前記ガルバノスキャナによって走査されるレーザ光と干渉しないように配置され、
前記移動装置は、前記ガルバノスキャナと、前記ヒューム吸引ダクト、前記不活性ガス供給ノズルを一体で移動可能に構成されている、
請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記不活性ガス供給口と前記ヒューム吸引口は、前記ガルバノスキャナに隣接して配置される、
請求項２に記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記不活性ガス供給口と前記ヒューム吸引口は、前記ガルバノスキャナを挟んで対応するように設けられる、
請求項３に記載の積層造形装置。
【請求項５】
前記ガルバノスキャナは、第１及び第２ガルバノスキャナを含む複数のガルバノスキャナであり、
前記第１ガルバノスキャナを介して走査される第１レーザ光を、前記造形テーブル上における第１領域内に照射可能に構成され、
前記第２ガルバノスキャナを介して走査される第２レーザ光を、前記造形テーブル上において前記第１領域とは異なる第２領域内に照射可能に構成される、
請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の積層造形装置。
【請求項６】
前記第１及び第２領域は、互い重複又は隣接している、
請求項５に記載の積層造形装置。
【請求項７】
水平１軸方向に往復移動し材料の金属粉体を撒布しながら平坦に均すリコータヘッドを更に備え、
前記不活性ガス供給口は、前記水平１軸方向又はこれに垂直な方向に沿って前記所定照射領域に不活性ガスを供給する向きに配置され、
前記ヒューム排出口は、前記水平１軸方向又はこれに垂直な方向に沿って前記所定照射領域からヒュームを排出する向きに配置される、
請求項１〜請求項６の何れか１つ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、積層造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光による積層造形法では、不活性ガスが充満された密閉されたチャンバ内において、上下方向に移動可能な造形テーブル上に非常に薄い材料粉体層を形成し、この材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して照射位置の材料粉体を焼結させること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形状を造形する。このような積層造形法を実現するには、積層造形装置が使用される。近年、このような積層造形装置を大型化することによって、より大きな造形物を造形可能とすることが求められている。
【０００３】
さて、特許文献１に開示されているような既存の積層造形装置は、造形テーブルのほぼ中央直上のチャンバの上板にガルバノスキャナが配置されている。ガルバノスキャナと光源との間には、集光レンズが設けられ、ガルバノスキャナと造形テーブルとの間には、ウィンドウが設けられている。ガルバノスキャナは、１対の（２軸）ガルバノミラーを有し、Ｘ軸とＹ軸にレーザ光を走査する構成である。ウィンドウの枠と干渉しない範囲であるならレーザ光の照射可能領域には物理的な制約はない。ただし、鉛直軸に対するレーザ光の照射角度が大きくなると、照射スポットの形状の変形が大きくなったり、照射エネルギーに差が生じたりして、材料粉体を均一に焼結する精度が低下する。また、ガルバノスキャナを高い位置に配置すればレーザ光の照射領域を広げることができる。ただし、長い照射距離を大きな照射角度で照射されるレーザ光は、チャンバの熱変形によるガルバノスキャナの取り付け位置の僅かな変化で照射スポットの照射位置を大きく変化させる。実際には、最大の照射可能範囲は、ある程度までに制限されるという問題がある。
【０００４】
また、従来の積層造形装置は、主にチャンバの側壁及びチャンバの天板から不活性ガスを給排し、レーザ光を照射して材料粉体を焼結させる際に発生するヒュームを除去する。上述の大型化の目的を達成しようとするとき、従来の積層造形装置は、照射スポットと不活性ガスの供給口及びヒュームの排出口との間の距離がより大きくなり、現在の標準的な造形時間から算出されるスキャン速度及び照射エネルギーでレーザ光を走査すると、ヒュームの除去が間に合わなくなって、チャンバ内の造形が可能な程度に清浄な環境を維持できなくなり、造形に支障をきたすおそれがある。適切な造形を可能にするためには、スキャン速度を十分に遅くするとともに照射エネルギーを小さくして、しかも断続的にレーザ光を照射しない休止時間を設けてヒュームを排除し、適する環境を維持する必要がある。しかしながら、造形領域は、より大きくなっているわけであるから、造形における作業効率は、相当に低くなり、造形時間が許容できないほど長くなるという問題が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−００６２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、より大型な造形物を造形可能な積層造形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、造形テーブルを有する積層造形装置であって、ガルバノスキャナと、ヒューム吸引ダクトと、移動装置とを備え、前記ガルバノスキャナは、所定の照射領域内にレーザ光を走査可能に構成され、前記ヒューム吸引ダクトは、前記レーザ光の照射に伴って発生したヒュームを吸引するためのヒューム吸引口を備え、前記移動装置は、前記ガルバノスキャナと前記ヒューム吸引ダクトを一体で移動可能に構成されている、積層造形装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、ガルバノスキャナと、ヒューム吸引ダクトとが一体となって移動することを特徴とする。このような構成により、常にレーザ光Ｌの照射位置に近い位置の間において不活性ガスの流れを実現することができ、従来では困難であったチャンバ１の大型化を実現して短い造形時間で品質の高い大型な造形物を造形することができるという効果を奏する。
【０００９】
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
【００１０】
好ましくは、不活性ガスを供給するための不活性ガス供給口を有する不活性ガス供給ノズルを更に備え、前記不活性ガス供給ノズルは、前記ガルバノスキャナによって走査されるレーザ光と干渉しないように配置され、前記移動装置は、前記ガルバノスキャナと、前記ヒューム吸引ダクト、前記不活性ガス供給ノズルを一体で移動可能に構成されている。
好ましくは、前記不活性ガス供給口と前記ヒューム吸引口は、前記ガルバノスキャナに隣接して配置される。
好ましくは、前記不活性ガス供給口と前記ヒューム吸引口は、前記ガルバノスキャナを挟んで対応するように設けられる。
好ましくは、前記ガルバノスキャナは、第１及び第２ガルバノスキャナを含む複数のガルバノスキャナであり、前記第１ガルバノスキャナを介して走査される第１レーザ光を、前記造形テーブル上における第１領域内に照射可能に構成され、前記第２ガルバノスキャナを介して走査される第２レーザ光を、前記造形テーブル上において前記第１領域とは異なる第２領域内に照射可能に構成される。
好ましくは、前記第１及び第２領域は、互い重複又は隣接している。
好ましくは、水平１軸方向に往復移動し材料の金属粉体を撒布しながら平坦に均すリコータヘッドを更に備え、前記不活性ガス供給口は、前記水平１軸方向又はこれに垂直な方向に沿って前記所定照射領域に不活性ガスを供給する向きに配置され、前記ヒューム排出口は、前記水平１軸方向又はこれに垂直な方向に沿って前記所定照射領域からヒュームを排出する向きに配置される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る積層造形装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るリコータヘッド１１の概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係るレーザ光照射部１３を表す概要図である。
【図４】本発明の実施形態に係る一体化ユニット６０及びその周辺部を示す概要図ある。
【図５】本発明の実施形態に係る一体化ユニット６０及びその周辺部を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る一体化ユニット６０の斜視図である。
【図７】本発明の実施形態に係る一体化ユニット６０を別の角度から見た斜視図である。
【図８】照射領域Ｒ１、Ｓ１を示す概略図である。
【図９】照射領域Ｒ２、Ｓ２を示す概略図である。
【図１０】照射領域Ｒ１、Ｒ２、Ｓ３を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図２１】本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図２２】本発明の実施形態の変形例に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図２３】本発明の実施形態の変形例に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。
【図２４】変形例に係る一体化ユニット６０及びその周辺部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。
【００１３】
１．装置概要
まず、本発明の実施形態に係る積層造形装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る積層造形装置の概略構成図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る積層造形装置は、不活性ガスが充満されるチャンバ１内に粉体層形成装置３が設けられる。
【００１４】
粉体層形成装置３は、造形領域Ｒを有するベース台４と、ベース台４上に配置され且つ水平１軸方向（矢印Ｘ方向）に移動可能に構成されたリコータヘッド１１と、を備える。造形領域Ｒには、上下方向（図１の矢印Ｕ方向）に移動可能な造形テーブル５が設けられる。積層造形装置の使用時には、造形テーブル５上に造形プレート７が配置され、その上に材料粉体層８が形成される。また、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。
【００１５】
造形テーブル５の周りには、粉体保持壁２６が設けられる。粉体保持壁２６と造形テーブル５とによって囲まれる粉体保持空間には、未焼結の材料粉体が保持される。図１においては不図示であるが、粉体保持壁２６の下側には、粉体保持空間内の材料粉体を排出可能な粉体排出部が設けられてもよい。かかる場合、積層造形の完了後に造形テーブル５を降下させることによって、未焼結の材料粉体が粉体排出部から排出される。排出された材料粉体は、シューターガイドによってシューターに案内され、シューターを通じてバケットに収容されることになる。
【００１６】
図２に示すように、リコータヘッド１１は、ガイドレール及びガイドブロックのような案内部材で矢印Ｘ方向に移動方向が案内されて、図示省略されている駆動装置で矢印Ｘ方向に移動する。リコータヘッド１１は、図１及び図２に示すように、材料収容部１１ａと材料供給部１１ｂと材料排出部１１ｃとを有する。
【００１７】
材料収容部１１ａは材料粉体を収容する。なお、材料粉体は、例えば金属粉（例：鉄粉）であり、例えば平均粒径２０μｍの球形である。材料供給部１１ｂは、材料収容部１１ａの上面に設けられ、不図示の材料供給装置から材料収容部１１ａに供給される材料粉体の受口となる。材料排出部１１ｃは、材料収容部１１ａの底面に設けられ、材料収容部１１ａ内の材料粉体を排出する。なお、材料排出部１１ｃは、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｘ方向）に直交する水平１軸方向（矢印方向）に延びるスリット形状である。
【００１８】
また、リコータヘッド１１の両側面には、ブレード１１ｆｂと１１ｒｂが設けられる。ブレード１１ｆｂ、１１ｒｂは、材料排出部１１ｃから排出された材料粉体を平坦化して材料粉体層８を形成する。
【００１９】
２．一体化ユニット
続いて、本発明の技術的特徴に係る一体化ユニット６０について説明する。図３は、本発明の実施形態に係るレーザ光照射部１３を表す概要図である。図４は、本発明の実施形態に係る一体化ユニット６０及びその周辺部を示す概要図である。図５〜図７は、本発明の実施形態に係る一体化ユニット６０を示す斜視図である。一体化ユニット６０は、レーザ光照射部１３と、不活性ガス供給ノズル４５、５５と、ヒューム吸引ダクト４６、５６とが一体化されたユニットである。レーザ光照射部１３は、第１及び第２レーザ光源４２、５２と、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３と、第１及び第２フォーカス制御ユニット４４、５４とを備え、造形領域Ｒ上に形成される材料粉体層８の所定箇所にレーザ光Ｌを照射して照射位置の材料粉体を焼結させる。本明細書において、「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、ヘリウムガス等が例示される。
【００２０】
不活性ガス供給ノズル４５、５５は、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３で走査されるレーザ光Ｌに物理的に干渉しないように配置され、ノズル供給口４５ａ、５５ａ（特許請求の範囲における「不活性ガス供給口」の一例）から不活性ガスを供給するように構成される。より詳細には、ノズル供給口４５ａ、５５ａは、後述する不活性ガス供給装置１５と接続され、清浄な不活性ガスがレーザ光Ｌの照射軌道に向かって流れ込むように構成される。また、ヒューム吸引ダクト４６、５６は、ダクト排出口４６ａ、５６ａ（特許請求の範囲における「ヒューム排出口」の一例）を有し且つここからヒュームを排出するように構成される。より詳細には、ダクト排出口４６ａ、５６ａは、ヒューム吸引ダクトボックス２１を介して後述するヒュームコレクタ１９と接続され、ヒュームを含んだ不活性ガスがチャンバ１の外部に排出されるように構成される。
【００２１】
第１レーザ光源４２はレーザ光Ｌ１（レーザ光Ｌの一方）を照射する。なお後述の通り、第１レーザ光源４２は、第１フォーカス制御ユニット４４と光ファイバ４１を介して接続されているため、一体化ユニット６０に第１レーザ光源４２を組み込んでもよいし、チャンバ１の外等に外付けしてもよい。ここで、レーザ光Ｌ１は、材料粉体を焼結可能なレーザであって、例えば、ＣＯ２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザ等である。
【００２２】
第１フォーカス制御ユニット４４は、第１レーザ光源４２と光ファイバ４１により接続されており、レーザ光Ｌ１を集光し所望のスポット径に調整する。第１ガルバノミラーユニット４３は、２軸の第１ガルバノミラー４３ａ、４３ｂからなり、第１レーザ光源４２より出力されたレーザ光Ｌ１を制御可能に２次元走査する。特に第１ガルバノミラー４３ａは、レーザ光Ｌ１を矢印Ｘ方向に走査し、第１ガルバノミラー４３ｂは、レーザ光Ｌ１を矢印Ｙ方向に走査する。第１ガルバノミラーユニット４３は、それぞれ、不図示の制御装置から入力される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。かかる特徴により、第１ガルバノミラーユニット４３の各アクチュエータ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光Ｌを照射することができる。そして、第１ガルバノミラーユニット４３を通過したレーザ光Ｌ１は、造形領域Ｒに形成された材料粉体層８に照射される。
【００２３】
第２レーザ光源５２はレーザ光Ｌ２（レーザ光Ｌの他方）を照射する。なお後述の通り、第２レーザ光源５２は、第２フォーカス制御ユニット５４と光ファイバ５１を介して接続されているため、一体化ユニット６０に第２レーザ光源５２を組み込んでもよいし、チャンバ１の外等に外付けしてもよい。
【００２４】
第２フォーカス制御ユニット５４は、第２レーザ光源５２と光ファイバ５１により接続されており、レーザ光Ｌ２を集光し所望のスポット径に調整する。第２ガルバノミラーユニット５３は、２軸の第２ガルバノミラー５３ａ、５３ｂからなり、第２レーザ光源５２より出力されたレーザ光Ｌ２を制御可能に２次元走査する。特に第２ガルバノミラー５３ａは、レーザ光Ｌ２を矢印Ｘ方向に走査し、第２ガルバノミラー５３ｂは、レーザ光Ｌ２を矢印Ｙ方向に走査する。第２ガルバノミラーユニット５３は、それぞれ、不図示の制御装置から入力される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。かかる特徴により、第２ガルバノミラーユニット５３の各アクチュエータ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光Ｌ２を照射することができる。そして、第２ガルバノミラーユニット５３を通過したレーザ光Ｌ２は、造形領域Ｒに形成された材料粉体層８に照射される。
【００２５】
ここで、図４及び５に示されるように、ステージ台６１には、矢印Ｘ方向に水平移動可能に構成されるＸ方向ステージ６２と、矢印Ｙ方向に水平移動可能に構成されるＹ方向ステージ６３とが設けられる。そして、Ｙ方向ステージ６３に一体化ユニット６０が設けられている。このような構成により、一体化ユニット６０が矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に水平移動可能となっている。より詳細には、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３と、不活性ガス供給ノズル４５、５５と、ヒューム吸引ダクト４６、５６の相対的な位置関係を不変として、造形テーブル５に対して一体に移動させることができる（一体化ユニット６０やステージ台６１等を一例としたものが、特許請求の範囲における「移動装置」）。なおここでは、図５に示されるように、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３が矢印Ｙ方向に並列するように配置されている。
【００２６】
ステージ台６１は、例えば、ベース台４の上の４つの脚部６１ａで支持される。ステージ台６１は、中央に一体化ユニット６０を通す開口部が形成されている。Ｘ方向ステージ６２は、ステージ台６１の開口部を挟んで主ガイドレールと、主ガイドレールに移動方向がガイドされている主ガイドブロックと、副ガイドレールと、副ガイドレールに移動方向がガイドされている副ガイドブロックを有する。主ガイドレール及び副ガイドレールは、それぞれ矢印Ｘ方向に平行している。例えば、主ガイドレールは、回転軸が矢印Ｘ方向に平行するボールねじと、ボールねじに螺合し且つ回転が規制されているボールねじナットと、ボールねじを軸周りに回転させることで回転が規制されているボールねじナットを回転軸方向に進退移動させるためのモータとを有する。主ガイドブロックは、ボールねじナットに固定されて一緒に移動する。Ｘ方向ステージ６２は、Ｙ方向ステージ６２の両端を主ガイドブロックと副ガイドブロックでそれぞれ支持して、主ガイドブロックを矢印Ｘ方向に移動させることでＹ方向ステージ６２を矢印Ｘ方向に移動させる。Ｙ方向ステージ６３は、ガイドレールと、ガイドレールに移動方向がガイドされているガイドブロッを有する。ガイドレールは、矢印Ｙ方向に平行している。例えば、ガイドレールは、回転軸が矢印Ｙ方向に平行するボールねじと、ボールねじに螺合し且つ回転が規制されているボールねじナットと、ボールねじを軸周りに回転させることで回転が規制されているボールねじナットを回転軸方向に進退移動させるためのモータとを有する。ガイドブロックは、ボールねじナットに固定されて一緒に移動する。Ｙ方向ステージ６３は、ガイドブロックに一体化ユニット６０を取り付けて、ガイドブロックを矢印Ｙ方向に移動させることで、一体化ユニット６０をＹ方向に移動させる。
【００２７】
特に上述の課題においても記載した通り、通常はチャンバ１を大型化するとヒュームの除去が間に合わなくなって、チャンバ１内の造形が可能な程度に清浄な環境を維持できなくなり、造形に支障をきたすこととなるが、このような一体化ユニットを採用することで、常にレーザ光Ｌの照射位置に近い位置間において不活性ガスの流れを実現することができる。すなわち、従来では困難であったチャンバ１の大型化を実現することができるという有利な効果を奏する。好ましくは、ノズル供給口４５ａ、５５ａと、ダクト排出口４６ａ、５６ａとは、互いに対向して位置する。ここでは、図５〜図７に示されるように、ノズル供給口４５ａ、５５ａと、ダクト排出口４６ａ、５６ａとが矢印Ｘ方向に沿って、レーザ光Ｌの照射軌道を挟んで互いに対向するように配置されている。ただし、図１や図９〜図２３においては、あくまでも概要図としての簡易表記であることに留意されたい。何れにしても、このような構成によって特に効率的な不活性ガスの流れを実現することができると考えられる。
【００２８】
図４〜図６に示されるように、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３は、それぞれ密閉された第１及び第２筐体４３ｃ、５３ｃに収容される。そして、第１及び第２筐体４３ｃ、５３ｃそれぞれの下部にレーザー光Ｌ（Ｌ１及びＬ２）が通る先細りした円筒状の第１及び第２カバーユニットを有して、第１及び第２カバーユニットの下面にレーザ光Ｌ（Ｌ１及びＬ２）を通過させる孔４３ｄ、５３ｄが設けられ、上面に不図示のウィンドウが設けられるように構成される（これらをまとめたものの一例が、特許請求の範囲における「ガルバノスキャナ」）。なお、ウィンドウは、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がファイバーレーザ又はＹＡＧレーザの場合、ウィンドウ４３ｄ、５３ｄは石英ガラスで構成可能である。
【００２９】
ところで、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３には、それぞれ所定の照射領域Ｒ１、Ｒ２が定まることとなる。そして、本実施形態に係る積層造形装置にあっては、一体化ユニット６０を移動させることによって、これらの照射領域Ｒ１、Ｒ２を移動させることができる。このような特徴を利用すると、例えば大きい造形物を造形するためには、照射領域Ｒ１又はＲ２の範囲で、レーザ光Ｌを第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３によって矢印Ｘ／Ｙ方向に走査して材料粉体層８にレーザ光Ｌを照射する。かかる照射領域Ｒ１又はＲ２におけるレーザ光Ｌの照射が終わると、一体化ユニット６０を移動させることによって照射領域Ｒ１、Ｒ２を移動させ、再度新たに定まる照射領域Ｒ１又はＲ２の範囲内でレーザ光Ｌの照射を行うようにすればよい。
【００３０】
図８〜図１０は、照射領域Ｒ１、Ｒ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を示す概略図である。図８〜図１０に示されるように、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３を配置する上で物理的干渉を避ける必要があり、同時に照射領域Ｒ１、Ｒ２は重複しない構成となっている。一方で、図８に示すように一体化ユニット６０を移動させることによって照射領域Ｒ１がカバーしうる最大の照射領域Ｓ１（特許請求の範囲における「第１領域」の一例）と、図９に示すように同じく照射領域Ｒ２がカバーしうる最大の照射領域Ｓ２とは、図１０に示す照射領域Ｓ３のように重複していることに留意されたい。つまり、照射領域Ｓ１、Ｓ２の間にレーザ光Ｌを照射できない領域がないように実施する必要があるためである。なお、照射領域Ｓ１、Ｓ２の論理和にあたる領域が、造形領域Ｒに相当する。
【００３１】
３．不活性ガス給排系統
次に、不活性ガス給排系統について説明する。不活性ガス給排系統は、チャンバ１に設けられる複数の不活性ガスの供給口及び排出口と、各供給口及び各排出口と不活性ガス供給装置１５及びヒュームコレクタ１９とを接続する配管を含む。本実施形態では、チャンバ供給口１ｂ、副供給口１ｅ、及びノズル供給口４５ａ、５５ａを含む供給口と、チャンバ排出口１ｃ及びダクト排出口４６ａ、５６ａとを含む排出口を備える。
【００３２】
チャンバ排出口１ｃは、チャンバ１の側板に所定の照射領域から所定距離離れて設けられる。また、チャンバ排出口１ｃに接続するように不図示の吸引装置が設けられるとよい。当該吸引装置は、レーザ光Ｌの照射経路からヒュームを効率よく排除することを助ける。また、吸引装置によってチャンバ排出口１ｃにおいて、より多くの量のヒュームを排出することができ、造形空間１ｄ内にヒュームが拡散しにくくなる。
【００３３】
チャンバ供給口１ｂは、ベース台４の端上に所定の照射領域を間に置いてチャンバ排出口１ｃに対面するように設けられる。チャンバ供給口１ｂは、不活性ガスをチャンバ排出口１ｃに向けて供給するので、常に同じ方向に不活性ガスの流れを作り出し、安定した焼結を行なえる。
【００３４】
また、本実施形態の不活性ガス給排系統は、チャンバ排出口１ｃに対面するようにチャンバ１の側板に設けられヒュームコレクタ１９から送給されるヒュームが除去された清浄な不活性ガスを造形空間１ｄに供給する副供給口１ｅと、レーザ光Ｌの照射軌道に向かって不活性ガスを供給するノズル供給口４５ａ、５５ａと、同じくレーザ光Ｌの照射軌道付近におけるヒュームを多く含む不活性ガスを排出するダクト排出口４６ａ、５６ａとを備える。なお、不活性ガス給排系統は、所定の照射領域を間に置いてチャンバ供給口１ｂ又は副供給口１ｅから供給される不活性ガスがチャンバ排出口１ｃまで流れる方向と、レーザ光Ｌの照射軌道を間に置いて各ノズル供給口４５ａ、５５ａから供給される不活性ガスがそれぞれに対応するダクト排出口４６ａ、５６ａまで流れる方向とが同一方向であるとよい。
【００３５】
チャンバ１への不活性ガス供給系統には、不活性ガス供給装置１５と、ヒュームコレクタ１９が接続されている。不活性ガス供給装置１５は、不活性ガスを供給する機能を有し、例えば、周囲の空気から窒素ガスを取り出す膜式窒素セパレータを備える装置である。本実施形態では、図１に示すように、不活性ガス供給装置１５がチャンバ供給口１ｂ及びノズル供給口４５ａ、５５ａと接続される。
【００３６】
ヒュームコレクタ１９は、その上流側及び下流側にそれぞれヒューム吸引ダクトボックス２１、２３を有する。チャンバ１から排出されたヒュームを含む不活性ガスは、ヒューム吸引ダクトボックス２１を通じてヒュームコレクタ１９に送られ、ヒュームコレクタ１９においてヒュームが除去された清浄な不活性ガスがヒューム吸引ダクトボックス２３を通じてチャンバ１の副供給口１ｅへ送られる。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。
【００３７】
ヒューム排出系統として、図１に示すように、チャンバ排出口１ｃ及びダクト排出口４６ａ、５６ａとヒュームコレクタ１９とがヒューム吸引ダクトボックス２１を通じてそれぞれ接続される。ヒュームコレクタ１９においてヒュームが取り除かれた後の清浄な不活性ガスは、チャンバ１へと返送され再利用される。
【００３８】
特に、ノズル供給口４５ａ、５５ａから不活性ガスが供給されることによって、レーザ光Ｌの照射軌道上をヒュームの無い清浄な状態に保つことができる。その結果、レーザ光Ｌがヒュームに遮断されることなく材料粉体層８に照射されることとなる。
【００３９】
好ましくは、ノズル供給口４５ａ、５５ａから供給される不活性ガスは、他の供給口に供給される不活性ガスの圧力よりも若干高い（例えば５％以上高い）圧力に設定されるとよい。これにより、造形空間１ｄへ向かう気流が形成されやすくなる。更に特に清浄に保つために、ダクト排出口４６ａ、５６ａへ向かう気流の流速を、材料粉体を巻き上げない程度に速めることが好ましい。また、不活性ガスはレーザ光Ｌの照射位置に対して局所的に供給されることが好ましい。
【００４０】
ヒュームコレクタ１９においてヒュームが除去された清浄な不活性ガスがヒューム吸引ダクトボックス２３を通じてチャンバ供給口１ｂ及びノズル供給口４５ａ、５５ａに送られてもよい。また、不活性ガス供給装置１５が副供給口１ｅと接続されてもよい。しかしながら、本実施形態では、より好ましい構成として、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが副供給口１ｅに送られ、不活性ガス供給装置１５からの不活性ガスがチャンバ供給口１ｂ、及びノズル供給口４５ａ、５５ａに送られるように構成されている。ヒュームコレクタ１９からの不活性ガス中には除去しきれなかったヒュームが残留するおそれがあるが、本実施形態の構成では、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが特に高い清純度が要求される空間（レーザ光Ｌの軌道周辺や造形領域Ｒ近傍の空間）に供給されないので、残留ヒュームの影響を最小限にすることができる。また、不活性ガス供給装置１５からの不活性ガスの供給圧力を、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスの供給圧力よりも高くすることによって、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスがレーザ光Ｌの軌道上及び造形領域Ｒ近傍の空間に近づくことが抑制され、残留ヒュームの影響が更に効果的に抑制される。
【００４１】
４．積層造形方法
図１１〜図２１は、本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の一例を説明する図である。なお、図１１〜図２１では、視認性を考慮して図１においては図示した構成要素の一部を省略している。
【００４２】
まず、造形テーブル５上に造形プレート７を載置した状態で造形テーブル５の高さを適切な位置に調整する（図１１）。この状態で材料収容部１１ａ内に材料粉体が充填されているリコータヘッド１１を図１の矢印Ｘ方向に造形領域Ｒの左側から右側に移動させることによって、造形プレート７上に１層目の材料粉体層８を形成する（図１２）。
【００４３】
続いて、図１３に示すように、材料粉体層８中の所定部位にレーザ光Ｌ（Ｌ１及びＬ２）を照射して、材料粉体層８の当該所定部位を焼結させて１層目の焼結層８１ｆを形成する。
【００４４】
最初に造形領域Ｒは、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向にそれぞれ区切られて複数のセルに分割されている。図３及び図１３に示すように、例えば、造形領域Ｒは、矢印Ｘ方向に８分割されて、矢印Ｙ方向に８分割されて、６４個の小さい領域（以下、セルと称する）に分割されている。また、図８〜図１０に示すように、例えば、各セルは、照射領域Ｓ１〜Ｓ３にそれぞれ含まれる。セルの大きさは、レーザ光Ｌ１が照射される照射領域Ｒ１及びレーザ光Ｌ２が照射される照射領域Ｒ２の中に納まる大きさである。照射領域Ｒ１及び照射領域Ｒ２の間の距離は、常に所定の距離が維持される。
【００４５】
図１４に示すように、例えば、レーザ光Ｌ１、Ｌ２がそれぞれ照射される１対のセルの間は、常に２つのセルが存在する。また１層目の焼結層８１ｆを示す複数のセルは、レーザ光Ｌ１の照射領域Ｓ１の中の２４個のセルＡ０１〜Ａ２４及びレーザ光Ｌ２の照射領域Ｓ２の中の２４個のセルＢ０１〜Ｂ２４で構成されている。
【００４６】
１層目の焼結層８１ｆを示す複数のセルは、矢印Ｙ方向において奥側から手前側に向かってセルＡ０１、セルＡ０２、セルＡ０３、セルＢ０１、セルＢ０２、セルＢ０３の順に並ぶ列、同向かってセルＡ０４、セルＡ０５、セルＡ０６、セルＢ０４、セルＢ０５、セルＢ０６の順に並ぶ列、同向かってセルＡ０７、セルＡ０８、セルＡ０９、セルＢ０７、セルＢ０８、セルＢ０９の順に並ぶ列、同向かってセルＡ１０、セルＡ１１、セルＡ１２、セルＢ１０、セルＢ１１、セルＢ１２の順に並ぶ列、同向かってセルＡ１３、セルＡ１４、セルＡ１５、セルＢ１３、セルＢ１４、セルＢ１５の順に並ぶ列、同向かってセルＡ１６、セルＡ１７、セルＡ１８、セルＢ１６、セルＢ１７、セルＢ１８の順に並ぶ列、同向かってセルＡ１９、セルＡ２０、セルＡ２１、セルＢ１９、セルＢ２０、セルＢ２１の順に並ぶ列及び同向かってセルＡ２２、セルＡ２３、セルＡ２４、セルＢ２２、セルＢ２３、セルＢ２４の順に並ぶ列を有し、矢印Ｘ方向において右側から左側に向かって、セルＡ０１の列、セルＡ０４の列、セルＡ０７の列、セルＡ１０の列、セルＡ１３の列、セルＡ１６の列、セルＡ１９の列及びセルＡ２２の列の順に並んでいる。セルが示す領域の材料粉体層８は、すべてが焼結される場合と、一部が焼結される場合と、及び、焼結されない場合とがある。例えば、造形領域の中で焼結層が一切形成されない部分を示すセルの中の材料粉体層８は焼結されない。ただし、１対のセルのうちの何れか一方のセルの中の材料粉体層８が一部でも焼結されるとともに他方のセルの中の材料粉体層８が一切焼結されない場合でも、１対のセルのそれぞれの上方に第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３がそれぞれ移動する。
【００４７】
次に図１３〜図１９に示す一例によって、１層目の焼結層８１ｆを焼結する過程を説明する。まず一体化ユニット６０が移動して、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３が同時に移動する。第１ガルバノミラーユニット４３は、セルＡ０１の上方に移動する。それと同時に第２ガルバノミラーユニット５３は、セルＢ０１の上方に移動する。セルＡ０１中の材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ１を照射してる１層目の焼結層８１ｆの一部を構成する部分焼結層ａ０１を得る。セルＢ０２中の材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ２を照射して、１層目の焼結層８１ｆの一部を構成する部分焼結層ｂ０１を得る。
【００４８】
第１ガルバノミラーユニット４３は、セルＡ０１の中のすべてを２次元走査してもよい。このとき所定のタイミングで第１レーザ光源４２の出力をオンオフさせることで、材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ１が照射されて、所望の形状の部分焼結層ａ０１を得ることができる。第１ガルバノミラーユニット４３は、セルＡ０１の中の必要な部位にレーザ光Ｌ１を照射するように２次元走査してもよい。同様に、第２ガルバノミラーユニット５３は、セルＢ０１の中のすべてを２次元走査してもよい。このとき所定のタイミングで第２レーザ光源５２の出力をオンオフさせることで、材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ２が照射されて、所望の形状の部分焼結層ｂ０１を得ることができる。また、第２ガルバノミラーユニット５３は、セルＢ０１の中の必要な部位にレーザ光Ｌ２を照射するように２次元走査してもよい。
【００４９】
例えば、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３にそれぞれのセルＡ０１、Ｂ０１の中を同じ走査経路で２次元走査を行わせて、第１及び第２レーザ光源４２、５２のそれぞれの出力のオンオフするタイミングを異ならせることで、部分焼結層ａ０１と部分焼結層ｂ０１で異なる形状の部分焼結層を形成することもできる（例えば、図１６の部分焼結層ａ２４と部分焼結層ｂ２４）。なお、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３が行う２次元走査は、矢印Ｘ方向に平行な方向に走査されてもよいし（図１８）、矢印Ｙ方向に平行な方向に走査されてもよいし（図１７）、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に対してどちらにも所定の角度で傾き且つＸＹ平面に平行な方向に走査されてもよいし（図１３及び図１６）、あるいは、それらに限定されずに各種手法が適用可能である。
【００５０】
部分焼結層ａ０１と部分焼結層ｂ０１の焼結の際に発生するヒュームは、主に、一体化ユニット６０に有するヒューム吸引ダクト４６、５６におけるダクト排出口４６ａ、５６ａから吸引されてチャンバ１の外に排出される。ダクト排出口４６ａ、５６ａは、常に照射領域Ｒ１、Ｒ２の近傍に配置されて、照射領域Ｒ１、Ｒ２の中にセルＡ０１、Ｂ０１が配置されているので、ヒュームを確実に除去することができる。更に、照射領域Ｒ１、Ｒ２の近傍で且つ照射領域Ｒ１、Ｒ２を挟んで対面する位置に不活性ガス供給ノズル４５、５５のノズル供給口４５ａ、５５ａが配置されている。ノズル供給口４５ａ、５５ａから照射領域Ｒ１、Ｒ２の上方を通りダクト排出口４６ａ、５６ａまで不活性ガスの気流を発生させてヒュームを確実にレーザ光Ｌ１、Ｌ２の照射経路から排除することができる。
【００５１】
続いて、部分焼結層ａ０１と部分焼結層ｂ０１の造形が完了したら、一体化ユニット６０が矢印Ｙ方向において奥側から手前側にセル１つ分の距離を移動して、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３が同時に移動する。第１ガルバノミラーユニット４３は、セルＡ０２の上方に移動する。それと同時に第２ガルバノミラーユニット５３は、セルＢ０２の上方に移動する。セルＡ０２中の材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ１を照射して１層目の焼結層８１ｆの一部を構成し隣接する他の部分焼結層と結合するする部分焼結層ａ０２を得る。セルＢ０２中の材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ２を照射して、１層目の焼結層８１ｆの一部を構成し隣接する他の部分焼結層と結合する部分焼結層ｂ０２を得る。
【００５２】
次に、部分焼結層ａ０２と部分焼結層ｂ０２の造形が完了したら、一体化ユニット６０が矢印Ｙ方向において奥側から手前側にセル１つ分の距離を移動して、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３が同時に移動する。第１ガルバノミラーユニット４３は、セルＡ０３の上方に移動する。それと同時に第２ガルバノミラーユニット５３は、セルＢ０３の上方に移動する。セルＡ０３中の材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ１を照射して１層目の焼結層８１ｆの一部を構成し隣接する他の部分焼結層と結合するする部分焼結層ａ０３を得る。セルＢ０３中の材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ２を照射して、１層目の焼結層８１ｆの一部を構成し隣接する他の部分焼結層と結合する部分焼結層ｂ０３を得る。これで、部分焼結層ａ０１、ａ０２、ａ０３、ｂ０１、ｂ０２、ｂ０３の６つの部分焼結層の結合した１つの部分焼結層を得る。
【００５３】
次に、部分焼結層ａ０３と部分焼結層ｂ０３の造形が完了したら、一体化ユニット６０が矢印Ｙ方向において手前側から奥側にセル２つ分の距離を移動して、更に一体化ユニット６０が矢印Ｘ方向において右側から左側にセル１つ分の距離を移動して、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３が同時に移動する。第１ガルバノミラーユニット４３は、セルＡ０４の上方に移動する。それと同時に第２ガルバノミラーユニット５３は、セルＢ０４の上方に移動する。セルＡ０４中の材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ１を照射して１層目の焼結層８１ｆの一部を構成し隣接する他の部分焼結層と結合するする部分焼結層ａ０４を得る。セルＢ０４中の材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ２を照射して、１層目の焼結層８１ｆの一部を構成し隣接する他の部分焼結層と結合する部分焼結層ｂ０４を得る。
【００５４】
これらを繰り返して部分焼結層ａ２４、ｂ２４まで造形することにより、部分焼結層ａ０１から部分焼結層ａ２４までと部分焼結層ｂ０１から部分焼結層ｂ２４までが結合した１層目の焼結層８１ｆが得られる（図１３及び図１９）。
【００５５】
続いて、図２０に示すように、造形テーブル５の高さを材料粉体層８の１層分下げ、リコータヘッド１１を造形領域Ｒの右側から左側に移動させることによって、焼結層８１ｆ上に２層目の材料粉体層８を形成する。
【００５６】
同様に、２層目の焼結層８２ｆを示す複数のセルに対して、１対のセル毎にそれらのセルの中の材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ照射して複数の部分焼結層を得る。これにより、複数の部分焼結層を結合した２層目の焼結層８２ｆが得られる（図２１）。
【００５７】
以上の工程を繰り返すことによって、３層目以降の焼結層が形成される。隣接する部分焼結層及び焼結層は、互いに強く固着される。
【００５８】
必要数の焼結層を形成した後、未焼結の材料粉体を除去することによって、造形した焼結体を得ることができる。この焼結体は、例えば樹脂成形用の金型として利用可能である。
【００５９】
５．変形例
本発明に係る積層造形装置は、例えば以下の態様によっても実施することができる。
【００６０】
第１に、上述の実施形態では、一体化ユニット６０を所定の１対のセルの上方に移動させて、一旦停止させて、１対のセルの中の材料粉体層８の所定部位にレーザ光Ｌ１、Ｌ２をそれぞれ照射して部分焼結層を得たあと、再び一体化ユニット６０を他の１対のセルの上方に移動させることを繰り返す。しかし、上述の実施形態に限定されない。図２２及図２３に示すように、一体化ユニットを所定の方向に移動させながら材料粉体層８にレーザ光Ｌ１、Ｌ２を照射して部分焼結層を得ることも可能である。以下、上述の実施形態と相違する部分を説明する。
【００６１】
例えば、図２２に示すように、一体化ユニット６０に有する第１及び第２ガルバノユニット４３、５３が矢印Ｙ方向に並べて配置されている場合において、造形領域Ｒを矢印Ｘ方向に区切って複数のセルに分割されてもよい。それぞれのセルの矢印Ｘ方向の長さは、照射領域Ｒ１及びＲ２の矢印Ｘ方向の長さよりも大きい。それぞれのセルの矢印Ｙ方向の長さは、照射領域Ｒ１及びＲ２の矢印Ｙ方向の長さ以下である。例えば、１層目の焼結層８１ｆを示す複数のセルは、矢印Ｙ方向において手前側から奥側に順番に並ぶセルＤ０１、セルＤ０２、セルＤ０３、セルＣ０１、セルＣ０２、セルＣ０３によって示される。セルＣ０１〜Ｃ０３及びセルＤ０３は、照射領域Ｓ１に含まれる。セルＤ０１〜Ｄ０３及びセルＣ０１は、照射領域Ｓ２に含まれる。セルＣ０１及びセルＤ０３は、照射領域Ｓ３に含まれる。第１及び第２ガルバノユニット４３、５３は、矢印Ｙ方向に往復する一次元走査を行う。レーザ光Ｌ１、Ｌ２は、矢印Ｙ方向において手前側又は奥側の何れか一方から他方に走査される際に照射されて、他方から一方に走査される際に照射されない。
【００６２】
それで、一体化ユニット６０は、第１ガルバノユニット４３をセルＣ０１の左側の上方に配置されるとともに第２ガルバノユニット５３をセルＤ０１の左側の上方に配置される。一体化ユニット６０は、矢印Ｘ方向において左側から右側に移動する。一体化ユニット６０は、第１及び第２ガルバノユニット４３、５３が矢印Ｙ方向に一次元走査を１回往復させる間に、レーザ光Ｌ１、Ｌ２のスポット径（直径）以下の距離を移動する。一体化ユニット６０は、セルＣ０１及びセルＤ０１の中の材料粉体層８の所定部位を焼結して部分焼結層が得られたあと、レーザ光Ｌ１、Ｌ２の照射を停止して、第１ガルバノユニット４３をセルＣ０２の左側の上方に配置するとともに第２ガルバノユニット５３をセルＤ０２の左側の上方に配置するために移動する。これらを繰り返すことで１層目の焼結層８１ｆを得る。
【００６３】
また例えば、図２３に示すように、一体化ユニット６０に有する第１及び第２ガルバノユニット４３、５３が矢印Ｙ方向に並べて配置されている場合において、造形領域Ｒを矢印Ｘ方向に２つに区切り且つＹ方向に複数に区切って複数のセルに分割されてよい。それぞれのセルの矢印Ｘ方向の長さは、照射領域Ｒ１及びＲ２の矢印Ｘ方向の長さ以下である。それぞれのセルの矢印Ｙ方向の長さは、照射領域Ｒ１及びＲ２の矢印Ｙ方向の長さよりも大きい。例えば、１層目の焼結層８１ｆを示す複数のセルは、矢印Ｙ方向において奥側から順番に向かって、セルＣ０１の次にセルＤ０１、セルＣ０２の次にセルＤ０２、...、及びセルＣ０８の次にセルＤ０８をそれぞれ並べて、矢印Ｘ方向において右側から左側に向かって、セルＣ０１、セルＣ０２、...、及びセルＣ０８の順番に並べて、矢印Ｘ方向において右側から左側に向かって、セルＤ０１、セルＤ０２、...、及びセルＤ０８の順番に並べてある。セルＣ０１〜Ｃ０８は、照射領域Ｓ１に含まれる。セルＤ０１〜Ｄ０８は、照射領域Ｓ２に含まれる。セルＣ０１〜Ｃ０８の一部及びセルＤ０１〜Ｄ０８の一部は、照射領域Ｓ３に含まれる。第１及び第２ガルバノユニット４３、５３は、矢印Ｘ方向に往復する一次元走査を行う。レーザ光Ｌ１、Ｌ２は、矢印Ｘ方向において左側又は右側の何れか一方から他方に走査される際に照射されて、他方から一方に走査される際に照射されない。
【００６４】
それで、一体化ユニット６０は、第１ガルバノユニット４３をセルＣ０１の奥側の上方に配置されるとともに第２ガルバノユニット５３をセルＤ０１の奥側の上方に配置される。一体化ユニット６０は、矢印Ｙ方向において奥側から手前側に移動する。一体化ユニット６０は、第１及び第２ガルバノユニット４３、５３が矢印Ｘ方向に一次元走査を１回往復させる間に、レーザ光Ｌ１、Ｌ２のスポット径（直径）以下の距離を移動する。一体化ユニット６０は、セルＣ０１及びセルＤ０１の中の材料粉体層８の所定部位を焼結して部分焼結層が得られたあと、レーザ光Ｌ１、Ｌ２の照射を停止して、第１ガルバノユニット４３をセルＣ０２の奥側の上方に配置するとともに第２ガルバノユニット５３をセルＤ０２の奥側の上方に配置するために移動する。これらを繰り返すことで１層目の焼結層８１ｆを得る。
【００６５】
なお、一体化ユニット６０が移動している間に１次元走査されるレーザ光Ｌ１、Ｌ２で焼結される焼結痕は、一体化ユニット６０の移動方向に僅かに傾斜する。焼結痕の僅かな傾斜は、一体化ユニット６０の移動する際の速度を低速にするか、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を照射する往路の走査の速度を高速にすることで抑えることが可能である。レーザ光Ｌ１、Ｌ２を照射する往路の走査の速度を高速にする場合には、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を照射しない復路の走査の速度を低速にするか、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を照射しない復路の開始前に待機時間を設けるか、又は、レーザ光Ｌ１、Ｌ２を照射する往路の走査の前に待機時間を設けるとよい。また、１次元走査は、矢印Ｘ方向及び矢印Ｙ方向に対してどちらにも所定の角度で傾き且つＸＹ平面に平行な方向に走査されてもよい。また、２次元走査されるレーザ光Ｌ１，Ｌ２によって、例えば、一体化ユニット６０の移動中でもＸ方向またはＹ方向に平行してレーザ光Ｌ１，Ｌ２が走査されるようにしてもよい。その他、一体化ユニット６０の移動中にレーザ光Ｌ１，Ｌ２を２次元走査して所望の焼結層を得るようにしもよい。
【００６６】
第２に、上述の実施形態では、１対の第１ガルバノミラー４３ａ、４３ｂを有する第１ガルバノミラーユニット４３及び１対の第２ガルバノミラー５３ａ、５３ｂを有する第２ガルバノミラーユニット５３という２つのガルバノミラーユニットを採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ガルバノミラーユニットは、１つであってもよいし３つ以上配置してもよい。ただし、ガルバノミラーユニットは、１つよりも２つ以上ある方が加工時間を短縮する上で有利である。
【００６７】
第３に、上述の実施形態における第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３は、矢印Ｙ方向に沿って並んで設けられているが、これに限定されるものではなく、例えば、図２４に示されるように矢印Ｘ方向に沿って並んで設けてもよい。かかる場合、矢印Ｙ方向（リコータヘッド１１が水平移動する向きに直交する水平１軸方向）に沿ってノズル供給口４５ａ、５５ａと、ダクト排出口４６ａ、５６ａ（図７参照）とが互いに対向するように配置されることにも留意されたい。また、ノズル供給口４５ａ、５５ａから供給される不活性ガスが矢印Ｙ方向に沿ってダクト排出口４６ａ、５６ａまで流れる方向と、その他のチャンバ１内の不活性ガスの流れる方向とが同じ方向になるように、チャンバ１に設けられるチャンバ供給口１ｂ、副供給口１ｅおよびチャンバ排出口１ｃを配置するとよい。
【００６８】
第４に、上述の実施形態では、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３が並んでいる水平１軸方向に対して直交する水平１軸方向に沿って、ノズル供給口４５ａ、５５ａとダクト排出口４６ａ、５６ａとを互いに対向するように配置しているが、これに限定されるものではなく、例えば、第１及び第２ガルバノミラーユニット４３、５３が並んでいる水平１軸方向と同じ方向に沿ってノズル供給口４５ａ、５５ａとダクト排出口４６ａ、５６ａとを互いに対向するように配置してもよい。
【００６９】
第５、上述の実施形態では、照射領域Ｓ１、Ｓ２間に照射することができない領域さえなければよいので、照射領域Ｓ１、Ｓ２が互いに隣接する（照射領域Ｓ３を有しない）ように実施しているが、照射領域Ｓ１、Ｓ２が互いに重複する（照射領域Ｓ３を有する）ように実施してもよい。
【００７０】
第６に、本発明に係る積層造形装置は、切削工具を取り付け可能なスピンドルを有する加工ヘッドを備えてもよい。この場合、所定数（例：１０層）の焼結層を形成する度に造形物に対して切削加工を行うことができる。
【００７１】
第７に、本発明に係る積層造形装置においては、第１及び第２レーザ光源４２、５２と、第１及び第２フォーカス制御ユニット４４、５４とを光ファイバ４１、５１を介して接続しているが、第１及び第２レーザ光源４２、５２を一体化ユニット６０に含める場合は、光ファイバ４１、５１無しに光学系をセットアップしてもよい。
【００７２】
６．結言
本発明の実施形態やその変形例を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７３】
１        ：チャンバ
１ｂ      ：チャンバ供給口
１ｃ      ：チャンバ排出口
１ｄ      ：造形空間
１ｅ      ：副供給口
２        ：水平
３        ：粉体層形成装置
４        ：ベース台
５        ：造形テーブル
７        ：造形プレート
８        ：材料粉体層
１１      ：リコータヘッド
１１ａ    ：材料収容部
１１ｂ    ：材料供給部
１１ｃ    ：材料排出部
１１ｆｂ  ：ブレード
１１ｆｓ  ：リコータヘッド供給口
１１ｒｂ  ：ブレード
１１ｒｓ  ：リコータヘッド排出口
１３      ：レーザ光照射部
１５      ：不活性ガス供給装置
１９      ：ヒュームコレクタ
２１      ：ヒューム吸引ダクトボックス
２３      ：ヒューム吸引ダクトボックス
２６      ：粉体保持壁
４１      ：光ファイバ
４２      ：第１レーザ光源
４３      ：第１ガルバノミラーユニット
４３ａ    ：第１ガルバノミラー
４３ｂ    ：第１ガルバノミラー
４３ｃ    ：第１筐体
４３ｄ    ：ウィンドウ
４４      ：第１フォーカス制御ユニット
４５      ：不活性ガス供給ノズル
４５ａ    ：ノズル供給口
４６      ：ヒューム吸引ダクト
４６ａ    ：ダクト排出口
５１      ：光ファイバ
５２      ：第２レーザ光源
５３      ：第２ガルバノミラーユニット
５３ａ    ：第２ガルバノミラー
５３ｂ    ：第２ガルバノミラー
５３ｃ    ：第２筐体
５３ｄ    ：ウィンドウ
５４      ：第２フォーカス制御ユニット
５５      ：不活性ガス供給ノズル
５５ａ    ：ノズル供給口
５６      ：ヒューム吸引ダクト
５６ａ    ：ダクト排出口
６０      ：一体化ユニット
６１      ：ステージ台
６２      ：Ｂ方向ステージ
６３      ：Ｃ方向ステージ
８１ｆ    ：焼結層
８１ｆａ  ：部分焼結層
８２ｆ    ：焼結層
８２ｆａ  ：部分焼結層
Ｌ        ：レーザ光
Ｌ１      ：レーザ光
Ｌ２      ：レーザ光
Ｒ        ：造形領域
Ｒ１      ：照射領域
Ｒ２      ：照射領域
Ｓ１      ：照射領域
Ｓ２      ：照射領域
Ｓ３      ：照射領域
【図１】
2019094515.tif 000003
【図２】
2019094515.tif 000004
【図３】
2019094515.tif 000005
【図４】
2019094515.tif 000006
【図５】
2019094515.tif 000007
【図６】
2019094515.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月31日(2018.7.31)
【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】
造形テーブルを有する積層造形装置であって、
前記造形テーブル上における第１領域内に第１レーザ光を走査して照射可能な第１のガルバノスキャナと、
前記造形テーブル上における前記第１領域とは異なる第２領域内に第２レーザ光を走査して照射可能な第２のガルバノスキャナと、
前記第１のガルバノスキャナと前記第２のガルバノスキャナとは、それぞれ、ヒューム吸引ダクトと、不活性ガス供給ノズルと、移動装置とを備え、
前記第１のガルバノスキャナと前記第２のガルバノスキャナの各ガルバノミラーユニットは、所定の照射領域内にレーザ光を走査可能に構成され、
前記各ヒューム吸引ダクトは、前記レーザ光の照射に伴って発生したヒュームを吸引するためのヒューム吸引口を備え、
前記各不活性ガス供給ノズルは、それぞれ不活性ガスを供給するための不活性ガス供給口を備え、
前記第１のガルバノスキャナと前記第２のガルバノスキャナとのそれぞれにおいて、前記不活性ガス供給口と前記ヒューム吸引口とは、レーザ光の照射軌道を挟んで対向するように設けられ、
前記移動装置は、前記第１のガルバノスキャナと前記第２のガルバノスキャナとによって共有され、前記第１のガルバノスキャナと前記第２のガルバノスキャナとを一体で移動させるとともに、前記各ガルバノミラーユニットと前記ヒューム吸引ダクトと前記不活性ガス供給ノズルとを一体で移動可能に構成されている、積層造形装置。
【請求項２】
前記各不活性ガス供給ノズルは、前記第１のガルバノスキャナおよび前記第２のガルバノスキャナのそれぞれにおいて、前記各ガルバノミラーユニットによって走査されるレーザ光と干渉しないように配置されている、請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項３】
前記各不活性ガス供給口と前記各ヒューム吸引口は、前記第１のガルバノスキャナおよび前記第２のガルバノスキャナのそれぞれにおいて、前記各ガルバノミラーユニットに隣接して配置される、請求項２に記載の積層造形装置。
【請求項４】
前記第１領域と第２領域とは、互いに重複し又は隣接している、請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項５】
水平１軸方向に往復移動し材料の金属粉体を撒布しながら平坦に均すリコータヘッドを更に備え、前記各不活性ガス供給口は、それぞれ前記水平１軸方向又はこれに垂直な方向に沿って前記所定照射の領域に不活性ガスを供給する向きに配置され、前記各ヒューム吸引口は、それぞれ前記水平１軸方向又はこれに垂直な方向に沿って前記所定の照射領域からヒュームを排出する向きに配置される、請求項１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】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明によれば、造形テーブルを有する積層造形装置であって、前記造形テーブル上における第１領域内に第１レーザ光を走査して照射可能な第１のガルバノスキャナと、前記造形テーブル上における前記第１領域とは異なる第２領域内に第２レーザ光を走査して照射可能な第２のガルバノスキャナと、前記第１のガルバノスキャナと前記第２のガルバノスキャナとは、それぞれ、ヒューム吸引ダクトと、不活性ガス供給ノズルと、移動装置とを備え、前記第１のガルバノスキャナと前記第２のガルバノスキャナの各ガルバノミラーユニットは、所定の照射領域内にレーザ光を走査可能に構成され、前記各ヒューム吸引ダクトは、前記レーザ光の照射に伴って発生したヒュームを吸引するためのヒューム吸引口を備え、前記各不活性ガス供給ノズルは、それぞれ不活性ガスを供給するための不活性ガス供給口を備え、前記第１のガルバノスキャナと前記第２のガルバノスキャナとのそれぞれにおいて、前記不活性ガス供給口と前記ヒューム吸引口とは、レーザ光の照射軌道を挟んで対向するように設けられ、前記移動装置は、前記第１のガルバノスキャナと前記第２のガルバノスキャナとによって共有され、前記第１のガルバノスキャナと前記第２のガルバノスキャナとを一体で移動させるとともに、前記各ガルバノミラーユニットと前記ヒューム吸引ダクトと前記不活性ガス供給ノズルとを一体で移動可能に構成されている、積層造形装置が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明では、ガルバナスキャナから照射されるレーザ光を挟んで不活性ガスの供給口とヒュームの排出口とをレーザ光のスポット近くで対向配置させ、不活性ガス供給ノズルとヒューム吸引ダクトとを一体の複数のガルバノスキャナの各レーザ光の照射範囲が重複しないように、複数のガルバノスキャナを並べて配置して１つの移動装置で一体に動かすことを特徴とする。このような構成により、ヒュームの排除効率を上げることができるとともに、不活性ガス供給ノズルまたはヒューム吸引ダクトに他のレーザ光が干渉して破損させてしまうことを防ぐことができ、従来では困難であったチャンバの大型化を実現して短い造形時間で品質の高い大型な造形物を造形することができるといった効果を奏する。
【手続補正４】
【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】
好ましくは、前記各不活性ガス供給ノズルは、前記第１のガルバノスキャナおよび前記第２のガルバノスキャナのそれぞれにおいて、前記各ガルバノミラーユニットによって走査されるレーザ光と干渉しないように配置されている。
好ましくは、前記各不活性ガス供給口と前記各ヒューム吸引口は、前記第１のガルバノスキャナおよび前記第２のガルバノスキャナのそれぞれにおいて、前記各ガルバノミラーユニットに隣接して配置される。
好ましくは、前記第１領域と第２領域とは、互いに重複し又は隣接している。
好ましくは、水平１軸方向に往復移動し材料の金属粉体を撒布しながら平坦に均すリコータヘッドを更に備え、前記各不活性ガス供給口は、それぞれ前記水平１軸方向又はこれに垂直な方向に沿って前記所定照射の領域に不活性ガスを供給する向きに配置され、前記各ヒューム吸引口は、それぞれ前記水平１軸方向又はこれに垂直な方向に沿って前記所定の照射領域からヒュームを排出する向きに配置される。