(57)【要約】【課題】材料粉末を高密度かつ均一な厚さに敷き詰めて製品の品質を向上させることが可能な粉末床溶融結合方式の付加製造装置を提供する。【解決手段】材料粉末Ｐを均しながら敷き詰める材料敷詰部７１と、その材料敷詰部７１によって敷き詰められた材料粉末Ｐを圧縮する材料圧縮部７２と、その材料圧縮部７２によって圧縮された材料粉末Ｐの表層部を削り取る表層除去部７３、を備える付加製造装置。【選択図】図３
2019142017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末床溶融結合方式の付加製造装置であって、
材料粉末を均しながら敷き詰める材料敷詰部と、
前記材料敷詰部によって敷き詰められた前記材料粉末を圧縮する材料圧縮部と、
前記材料圧縮部によって圧縮された前記材料粉末の表層部を削り取る表層除去部と、を備えることを特徴とする付加製造装置。
【請求項２】
前記材料圧縮部の先端の高さ位置は、前記材料敷詰部の先端の高さ位置よりも低く、
前記表層除去部の先端の高さ位置は、前記材料圧縮部の前記先端の高さ位置よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項３】
前記材料敷詰部は、板状の敷詰ブレードによって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の付加製造装置。
【請求項４】
前記敷詰ブレードは、前記材料粉末に接する先端部に傾斜面を有し、
前記傾斜面は、前記敷詰ブレードの進行方向の後方側ほど前記敷詰ブレードの先端に近付くように前記進行方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の付加製造装置。
【請求項５】
前記敷詰ブレードは、前記材料粉末に接する先端部に弾性変形可能な弾性部を有することを特徴とする請求項３に記載の付加製造装置。
【請求項６】
前記材料圧縮部は、圧縮ローラによって構成され、
前記表層除去部は、板状の除去ブレードによって構成されていることを特徴とする請求項２に記載の付加製造装置。
【請求項７】
前記材料圧縮部は、前記圧縮ローラを前記材料粉末に押し付ける押付部を有することを特徴とする請求項６に記載の付加製造装置。
【請求項８】
前記除去ブレードは、前記材料粉末に接する先端部から離れるほど進行方向の後方へ後退するように傾斜し、前記材料粉末の表層部との間の角度が鋭角であることを特徴とする請求項６に記載の付加製造装置。
【請求項９】
前記除去ブレードは、前記材料粉末に接する先端部に傾斜面を有し、
前記傾斜面は、前記除去ブレードの進行方向の後方側ほど前記除去ブレードの先端から離れるように前記進行方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項６に記載の付加製造装置。
【請求項１０】
前記材料敷詰部、前記材料圧縮部および前記表層除去部を進行方向に並べて支持する支持部と、
前記支持部を前記進行方向に移動させる移動機構と、を有することを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、付加製造技術が知られている。付加製造は、材料を付着することによって物体を三次元形状の数値表現から作成するプロセスであり、除去的な製造とは対照をなすものである。付加製造は、「３Ｄプリンター」や「積層造形」とも呼ばれ、多くの場合、複数の層を積層させることによって実現される。付加製造を行う装置の一例として、リコータにより材料粉末を運び、その薄層を形成し、材料粉末の薄層にエネルギービームを選択的に照射して３次元造形物を作製する粉末積層造形装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された粉末積層造形装置は、昇降台と、第１運搬部材および第２運搬部材と、押圧ローラと、加熱用エネルギービーム出射手段とを有している（同文献、請求項２等を参照）。第１運搬部材および第２運搬部材は、材料粉末を均しながら昇降台上に運ぶ。押圧ローラは、第１運搬部材と第２運搬部材の間に配置され、第１運搬部材および第２運搬部材のそれぞれの下面よりも低い位置に下面があり、均した材料粉末を押圧して材料粉末の薄層を形成する。加熱用エネルギービーム出射手段は、材料粉末の薄層を加熱する。
【０００４】
上記従来の粉末積層造形装置は、第１運搬部材または第２運搬部材で表面を均しながら材料粉末を昇降台上に運び、次いで、均した材料粉末を押圧ローラで押圧して材料粉末の薄層を形成するため、高い分布密度の材料粉末の薄層を得ることができる。このため、その薄層を加熱して、溶融し、固化したときに薄層の体積の収縮を抑制することができ、これによって、固化層の形状変化を抑制することができる（同文献、第００１０段落等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１０７５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の粉末積層造形装置において、第１運搬部材または第２運搬部材によって昇降台上に運ばれて均された材料粉末の薄層は、押圧ローラによって押圧されることで密度分布が向上する。しかし、押圧ローラによって押圧された材料粉末の薄層は、厚さが不均一になるおそれがある。材料粉末の薄層の厚さのばらつきは、付加製造によって製造される製品の品質を低下させるおそれがある。
【０００７】
本開示は、材料粉末を高密度かつ均一な厚さに敷き詰めて製品の品質を向上させることが可能な付加製造装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様は、粉末床溶融結合方式の付加製造装置であって、材料粉末を均しながら敷き詰める材料敷詰部と、前記材料敷詰部によって敷き詰められた前記材料粉末を圧縮する材料圧縮部と、前記材料圧縮部によって圧縮された前記材料粉末の表層部を削り取る表層除去部と、を備えることを特徴とする付加製造装置である。
【発明の効果】
【０００９】
上記一態様によれば、材料粉末を高密度かつ均一な厚さに敷き詰めて製品の品質を向上させることが可能な付加製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の一実施形態に係る付加製造装置の断面図。
【図２】図１の付加製造装置のリコータの斜視図。
【図３】図１の付加製造装置の材料敷詰部、材料圧縮部および表層除去部の側面図。
【図４】図３の材料敷詰部、材料圧縮部および表層除去部の変形例を示す側面図。
【図５】図３の材料敷詰部、材料圧縮部および表層除去部の変形例を示す側面図。
【図６】図３の材料敷詰部、材料圧縮部および表層除去部の変形例を示す側面図。
【図７】図３の材料敷詰部、材料圧縮部および表層除去部の変形例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本開示に係る付加製造装置の一実施形態を説明する。
【００１２】
図１は、本開示の一実施形態に係る付加製造装置１の概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態の付加製造装置１は、たとえば、レーザや電子ビームなどの高エネルギービームＢにより材料粉末Ｐを溶融結合させて造形物Ｍを製造する粉末床溶融結合方式の付加製造装置である。
【００１３】
詳細については後述するが、本実施形態の粉末床溶融結合方式の付加製造装置１は、材料粉末Ｐを均しながら敷き詰める材料敷詰部７１と、この材料敷詰部７１によって敷き詰められた材料粉末Ｐを圧縮する材料圧縮部７２と、この材料圧縮部７２によって圧縮された材料粉末Ｐの表層部を削り取る表層除去部７３と、を備えることを特徴とする（図２および図３を参照）。以下、本実施形態の付加製造装置１の各部の構成について詳細に説明する。
【００１４】
付加製造装置１は、たとえば、チャンバー２と、減圧部３と、材料供給部４と、付加製造部５と、回収部６と、リコータ７と、ビーム源８と、を備えている。
【００１５】
チャンバー２は、たとえば、ビーム源８および減圧部３を除く付加製造装置１の各部を収容している。チャンバー２は、たとえば、保護ガラス２１がはめ込まれた透過窓２２を有している。透過窓２２は、チャンバー２の外部に配置されたビーム源８から照射される高エネルギービームＢを透過させ、チャンバー２の内部の付加製造部５のステージ５１に載置された材料粉末Ｐに到達させる。
【００１６】
減圧部３は、たとえば、真空ポンプによって構成され、チャンバー２に設けられた真空引き用の配管２３に接続される。減圧部３は、たとえば、真空引き用の配管２３を介して、チャンバー２内の空気を排出することで、チャンバー２の内圧を大気圧よりも減圧された真空圧にして、チャンバー２内を真空状態にする。
【００１７】
材料供給部４は、たとえば、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。材料供給部４は、材料粉末Ｐを供給するためのステージ４１を有している。材料供給部４の底壁は、材料供給用のステージ４１によって構成されている。材料供給部４は、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、材料供給用のステージ４１上に材料粉末Ｐが載置される。材料供給用のステージ４１は、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。
【００１８】
造形物Ｍの付加製造に用いられる材料粉末Ｐとしては、特に限定されないが、たとえば、銅、チタン合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの金属材料の粉末、ポリアミドなどの樹脂材料の粉末、セラミックスの粉末などを用いることができる。本実施形態の付加製造装置１は、材料粉末Ｐとして、たとえば、平均粒径が約３０μｍ程度で、粒径の範囲が約２０μｍから約４０μｍの金属材料の粉末を使用する。
【００１９】
付加製造部５は、たとえば、前述の材料供給部４と同様に、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。付加製造部５は、付加製造用のステージ５１を有している。付加製造部５の底壁は、付加製造用のステージ５１によって構成されている。付加製造部５は、材料供給部４と同様に、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、付加製造用のステージ５１上に、材料供給部４から供給される材料粉末Ｐと、付加製造によって製造される造形物Ｍが載置される。付加製造部５の開口部と材料供給部４の開口部は、たとえば、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。付加製造用のステージ５１は、前述の材料供給用のステージ４１と同様に、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。
【００２０】
回収部６は、たとえば、側壁と底壁によって囲まれた凹状の部分である。図示の例において、回収部６の底壁は、側壁の下端部に固定されているが、材料供給部４および付加製造部５と同様に、昇降可能なステージによって構成されていてもよい。回収部６は、上部が開放されて側壁の上端に開口部を有している。回収部６の開口部と、付加製造部５の開口部は、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。回収部６は、たとえば、リコータ７によって材料供給部４から付加製造部５に供給された余分な材料粉末Ｐを収容して回収する。
【００２１】
ビーム源８は、たとえば、真空中で数ｋＷ程度の出力の電子ビームを発生させる電子ビーム源や、数百Ｗから数ｋＷ程度の出力のレーザを発生させるレーザ光源を用いることができる。本実施形態の付加製造装置１のビーム源８は、たとえば、波長が１０８０ｎｍ、出力が５００Ｗのシングルモードファイバーレーザ、すなわちエネルギー強度がガウス分布のファイバーレーザを発生させるレーザ光源である。なお、ビーム源８が電子ビーム源である場合、ビーム源８は、チャンバー２内に配置されていてもよい。
【００２２】
図２は、本実施形態の付加製造装置１のリコータ７の一例を示す斜視図である。リコータ７は、たとえば、材料敷詰部７１と、材料圧縮部７２と、表層除去部７３と、を備えている。材料敷詰部７１は、材料供給部４から供給される材料粉末Ｐを付加製造部５のステージ５１上に運んで均しながら敷き詰める。材料圧縮部７２は、材料敷詰部７１によって付加製造部５のステージ５１上に敷き詰められた材料粉末Ｐを圧縮する。表層除去部７３は、付加製造部５のステージ５１上で材料圧縮部７２によって圧縮された材料粉末Ｐの表層部を削り取って回収部６まで運ぶ。
【００２３】
本実施形態の付加製造装置１において、材料敷詰部７１は、たとえば、板状の敷詰ブレード７１Ｂによって構成されている。材料圧縮部７２は、たとえば、円柱状または円筒状の圧縮ローラ７２Ｒによって構成されている。表層除去部７３は、たとえば、板状の除去ブレード７３Ｂによって構成されている。敷詰ブレード７１Ｂ、圧縮ローラ７２Ｒおよび除去ブレード７３Ｂは、たとえば、進行方向Ｄにおおむね直交する水平方向に延在している。
【００２４】
敷詰ブレード７１Ｂ、圧縮ローラ７２Ｒおよび除去ブレード７３Ｂは、たとえば、ステンレス鋼などの金属材料またはセラミック材料などの硬質の材料によって製作されている。なお、敷詰ブレード７１Ｂ、圧縮ローラ７２Ｒおよび除去ブレード７３Ｂの材料は、特に限定されず、たとえば樹脂材料によって製作されていてもよい。また、敷詰ブレード７１Ｂ、圧縮ローラ７２Ｒおよび除去ブレード７３Ｂは、同一の材料によって製作されていてもよいし、異なる材料によって製作されていてもよい。
【００２５】
本実施形態の付加製造装置１において、リコータ７は、たとえば、材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３を進行方向Ｄに並べて支持する支持部７４と、この支持部７４を進行方向Ｄに移動させる移動機構７５（図１参照）と、を有している。支持部７４は、たとえば、材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３を支持するフレーム部７６と、このフレーム部７６の一端に設けられてフレーム部７６を支持するとともに、材料圧縮部７２を駆動させる駆動部７７とを備えている。
【００２６】
フレーム部７６は、リコータ７の進行方向Ｄすなわち材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３の進行方向Ｄにおおむね直交する方向に延び、下端が開放された矩形の箱状または枠状の部材である。フレーム部７６は、進行方向Ｄの前方を向く正面に、材料敷詰部７１である敷詰ブレード７１Ｂが、たとえばボルトなどの締結部材によって、着脱可能に固定されている。また、フレーム部７６は、進行方向Ｄの後方を向く背面に、表層除去部７３である除去ブレード７３Ｂが、たとえばボルトなどの締結部材によって、着脱可能に固定されている。
【００２７】
フレーム部７６は、たとえば、正面および背面に、それぞれ、敷詰ブレード７１Ｂの先端７１ａの高さ位置Ｈ１および除去ブレード７３Ｂの先端７３ａの高さ位置Ｈ３を調節するための調節機構７８を有している。すなわち、敷詰ブレード７１Ｂの先端７１ａの高さ位置Ｈ１および除去ブレード７３Ｂの先端７３ａの高さ位置Ｈ３（図３を参照）は、それぞれ、調節機構７８によって調節することが可能である。また、フレーム部７６は、たとえば、長手方向の両端部に設けられた一対の軸受部７６ａによって圧縮ローラ７２Ｒの両端部を支持することで、材料圧縮部７２を構成する圧縮ローラ７２Ｒを回転可能に支持している。
【００２８】
駆動部７７は、矩形の筐体部７７ａと、筐体部７７ａに固定されたモータ７７ｂと、筐体部７７ａに収容された図示を省略する動力伝達機構とを備えている。駆動部７７は、筐体部７７ａに固定されたフレーム部７６を支持するとともに、モータ７７ｂの動力を筐体部７７ａに収容された動力伝達機構を介して圧縮ローラ７２Ｒに伝達し、圧縮ローラ７２Ｒを回転させる。圧縮ローラ７２Ｒの回転方向は、たとえば、材料粉末Ｐに接する圧縮ローラ７２Ｒの先端７２ａすなわち圧縮ローラ７２Ｒの下端において、圧縮ローラ７２Ｒの進行方向Ｄの前方を向く方向である（図３参照）。
【００２９】
移動機構７５は、図１に示すように、たとえば、リコータ７の進行方向Ｄに延在して、リコータ７を進行方向Ｄの前後に移動させる。すなわち、移動機構７５は、フレーム部７６および駆動部７７を進行方向Ｄの前後に移動させる。これにより、移動機構７５は、フレーム部７６に支持された材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３としての敷詰ブレード７１Ｂ、圧縮ローラ７２Ｒおよび除去ブレード７３Ｂを、進行方向Ｄの前後に移動させる。移動機構７５の構成は、特に限定されないが、たとえば、モータ等の動力発生部、ギヤや減速機などの動力伝達部、またはボールねじやレールなど各部材を適宜組み合わせることによって構成することができる。
【００３０】
図３は、材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３の模式的な側面図である。本実施形態の付加製造装置１において、材料粉末Ｐに接する材料圧縮部７２の先端７２ａの高さ位置Ｈ２は、材料粉末Ｐに接する材料敷詰部７１の先端７１ａの高さ位置Ｈ１よりも低い。また、材料粉末Ｐに接する表層除去部７３の先端７３ａの高さ位置Ｈ３は、材料粉末Ｐに接する材料圧縮部７２の先端７２ａの高さ位置Ｈ２よりも低い。ここで、高さ位置Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、たとえば、鉛直方向における高さ位置Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３であり、付加製造装置１の任意の水平な基準面からの高さ位置Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３である。
【００３１】
すなわち、進行方向Ｄの前方から後方へ、材料敷詰部７１、材料圧縮部７２、および表層除去部７３が、この順に並んで配置されている。また、進行方向Ｄの前方から後方へ、材料敷詰部７１の先端７１ａの高さ位置Ｈ１、材料圧縮部７２の先端７２ａの高さ位置Ｈ２、および表層除去部７３の先端７３ａの高さ位置Ｈ３が、漸次、低くなっている。
【００３２】
また、本実施形態の付加製造装置１において、敷詰ブレード７１Ｂは、材料粉末Ｐに接する先端部に傾斜面７１ｂを有している。傾斜面７１ｂは、敷詰ブレード７１Ｂの進行方向Ｄの後方側ほど敷詰ブレード７１Ｂの先端７１ａに近付くように進行方向Ｄに対して傾斜している。また、本実施形態の付加製造装置１において、除去ブレード７３Ｂは、材料粉末Ｐに接する先端部に傾斜面７３ｂを有している。傾斜面７３ｂは、除去ブレード７３Ｂの進行方向Ｄの後方側ほど除去ブレード７３Ｂの先端７３ａから離れるように進行方向Ｄに対して傾斜している。
【００３３】
図３に示す例において、敷詰ブレード７１Ｂの進行方向Ｄにおける厚さＴ１は、除去ブレード７３Ｂの進行方向Ｄにおける厚さＴ３よりも厚くされている。なお、敷詰ブレード７１Ｂの厚さＴ１は、特に限定されず、除去ブレード７３Ｂの厚さＴ３と等しくてもよいし、除去ブレード７３Ｂの厚さＴ３よりも薄くされていてもよい。
【００３４】
以下、本実施形態の付加製造装置１の作用について説明する。
【００３５】
本実施形態の付加製造装置１によって造形物Ｍの付加製造を行うには、まず、減圧部３によってチャンバー２の内部の空気を排出し、チャンバー２の内部を大気圧よりも減圧して真空状態にする。次に、付加製造部５のステージ５１を側壁の上端部の開口部から所定のピッチで下降させ、付加製造部５に所定量の付加製造用の材料粉末Ｐを収容可能な状態にする。
【００３６】
次に、材料供給部４のステージ４１を所定のピッチで上昇させ、開口部よりも上方に所定量の付加製造用の材料粉末Ｐを押し上げる。次に、材料供給部４の開口部を横断するようにリコータ７を進行方向Ｄの前方へ移動させ、材料供給部４の開口部の上方に押し上げられた材料粉末Ｐをリコータ７によって付加製造部５に移動させる。
【００３７】
ここで、本実施形態の粉末床溶融結合方式の付加製造装置１は、前述のように、材料粉末Ｐを均しながら敷き詰める材料敷詰部７１と、この材料敷詰部７１によって敷き詰められた材料粉末Ｐを圧縮する材料圧縮部７２と、この材料圧縮部７２によって圧縮された材料粉末Ｐの表層部を削り取る表層除去部７３と、を備えている。
【００３８】
この構成により、図３に示すように、まず、材料敷詰部７１によって付加製造部５のステージ５１上に目標とする材料粉末Ｐの厚さＴｐ３よりも厚い厚さＴｐ１で材料粉末Ｐを均しながら敷き詰めることができる。さらに、材料敷詰部７１によって敷き詰められた材料粉末Ｐを材料圧縮部７２によって圧縮することができる。これにより、材料粉末Ｐを付加製造部５のステージ５１上で厚さＴｐ１よりも薄い厚さＴｐ２に圧縮して密度分布を向上させることができる。したがって、材料粉末Ｐを付加製造部５のステージ５１上に高密度に敷き詰めることができる。
【００３９】
しかし、材料粉末Ｐは、圧縮されることで密度が向上する一方、圧縮後の材料粉末Ｐの表層部に、たとえば、凹凸、波打ち、または筋などの不均一な形状が形成される場合がある。このような場合、従来の粉末床溶融結合方式の付加製造装置では、敷き詰められた材料粉末の厚さが不均一になり、敷き詰められた材料粉末を溶融結合させることで製造される製品の品質を低下させるおそれがある。
【００４０】
これに対し、本実施形態の付加製造装置１は、前述のように、材料圧縮部７２によって圧縮された材料粉末Ｐの表層部を削り取る表層除去部７３を備えている。これにより、材料圧縮部７２によって圧縮された材料粉末Ｐの表層部に凹凸などの不均一な形状が形成された場合でも、材料粉末Ｐの表層部を表層除去部７３によって削り取ることができる。
【００４１】
したがって、本実施形態の付加製造装置１によれば、圧縮後の材料粉末Ｐの高い密度を維持しつつ、圧縮後の材料粉末Ｐの厚さＴｐ２よりも薄く、極めて平坦かつ均一な厚さＴｐ３で、付加製造部５のステージ５１上に材料粉末Ｐを敷き詰めることができる。また、材料敷詰部７１および表層除去部７３によって回収部６まで運ばれた余分な材料粉末は、回収部６の開口部へ導入され、回収部６に収容されて回収される。
【００４２】
次に、造形物Ｍの三次元形状のデータに基づいて、ビーム源８から、付加製造部５のステージ５１に載置された材料粉末Ｐの所定の領域に、レーザや電子ビームなどの高エネルギービームＢを照射する。これにより、所定の領域の材料粉末Ｐが溶融結合されて造形物Ｍの一部が形成される。このとき、材料粉末Ｐは、材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３によって、付加製造部５のステージ５１上に高密度かつ均一な厚さＴｐ３に敷き詰められている。
【００４３】
これにより、材料粉末Ｐが溶融結合されて形成された造形物Ｍの一部に意図しない空洞や凹凸が発生することが防止される。その後、リコータ７を移動機構７５によって進行方向Ｄの後方へ移動させて元の位置に戻し、再度、前述の手順を繰り返す。これにより、欠陥の少ない高品質の造形物Ｍを三次元形状のデータに基づいて高い精度で製造することができる。したがって、本実施形態によれば、材料粉末Ｐを高密度かつ均一な厚さＴｐ３に敷き詰めて製品の品質を向上させることが可能な付加製造装置１を提供することができる。
【００４４】
なお、本実施形態の付加製造装置１は、材料粉末Ｐとして、前述のように粒径にばらつきを有する金属材料の粉末を使用した場合にも、優れた効果を発揮することができる。より具体的には、材料粉末Ｐとして、平均粒径が約３０μｍ程度で、粒径の範囲が約２０μｍから約４０μｍ程度の金属材料の粉末を使用し、約４０μｍ程度の均一な厚さで材料粉末Ｐを付加製造部５のステージ５１上に敷き詰める場合を想定する。
【００４５】
この場合、前記従来の粉末積層造形装置では、第１運搬部材または第２運搬部材で表面を均しながら材料粉末を昇降台上に運び、次いで、均した材料粉末を押圧ローラで押圧して材料粉末の薄層を形成する。しかし、上記のような材料粉末Ｐを押圧ローラで押圧して約４０μｍ程度の均一な厚さに調節することは、極めて困難である。そのため、前記従来の粉末積層造形装置によって敷き詰められた材料粉末Ｐの薄層は、所々で途切れたり、局所的に材料粉末Ｐが集まったりして、極めて不均一な状態になる。
【００４６】
これに対し、本実施形態の付加製造装置１は、付加製造部５のステージ５１上に敷き詰められた材料粉末Ｐを圧縮した後も、材料粉末Ｐの厚さＴｐ２が目標とする材料粉末Ｐの厚さＴｐ３よりも厚くなっている。そして、圧縮後の密度が上昇した材料粉末Ｐの表層部を表層除去部７３によって削り取ることで、材料粉末Ｐの厚さＴｐ３を圧縮後の厚さＴｐ２よりも薄い約４０μｍ程度の均一な厚さに調整することができる。
【００４７】
したがって、本実施形態の付加製造装置１は、上記のような粒径のばらつきがある材料粉末Ｐを使用した場合にも、圧縮によって材料粉末Ｐの密度を向上させつつ、材料粉末Ｐを約４０μｍ程度の均一な厚さＴｐ３で付加製造部５のステージ５１上に敷き詰めることが可能である。これにより、材料粉末Ｐのコストを低減しつつ、高品質の造形物Ｍを製品として製造することができる。
【００４８】
また、本実施形態の付加製造装置１は、前述のように、材料圧縮部７２の先端７２ａの高さ位置Ｈ２は、材料敷詰部７１の先端７１ａの高さ位置Ｈ１よりも低くなっている。また、表層除去部７３の先端７３ａの高さ位置Ｈ３は、材料圧縮部７２の先端７２ａの高さ位置Ｈ２よりも低くなっている。
【００４９】
この構成により、本実施形態の付加製造装置１は、材料敷詰部７１によって敷き詰められた厚さＴｐ１の材料粉末Ｐを、材料圧縮部７２によって厚さＴｐ１よりも薄い厚さＴｐ２まで厚さ方向に圧縮して、材料粉末Ｐの密度を向上させることができる。さらに、材料圧縮部７２によって圧縮された厚さＴｐ２の材料粉末Ｐの表層部を、表層除去部７３によって厚さＴｐ２よりも薄い厚さＴｐ３まで削り取ることができる。したがって、材料粉末Ｐを高密度かつ均一な厚さＴｐ３に敷き詰めて、製品の品質を向上させることできる。
【００５０】
また、本実施形態の付加製造装置１において、材料敷詰部７１は、板状の敷詰ブレード７１Ｂによって構成されている。これにより、材料敷詰部７１の構成を簡潔にして、交換やメンテナンスを容易にすることができる。また、板状の敷詰ブレード７１Ｂを進行方向Ｄの前方へ移動させることで、敷詰ブレード７１Ｂによって材料供給部４のステージ４１上の材料粉末Ｐを、付加製造部５のステージ５１上に押し運んで均しながら敷き詰めることができる。
【００５１】
また、本実施形態の付加製造装置１において、材料圧縮部７２は、圧縮ローラ７２Ｒによって構成され、表層除去部７３は、板状の除去ブレード７３Ｂによって構成されている。この構成により、材料敷詰部７１によって付加製造部５のステージ５１上に敷き詰められた材料粉末Ｐを、圧縮ローラ７２Ｒによって確実に安定して圧縮することができ、材料粉末Ｐを高密度に圧縮することができる。また、高密度に圧縮された材料粉末Ｐの表層部を板状の除去ブレード７３Ｂによって正確かつ均一に削り取ることができる。なお、圧縮ローラ７２Ｒは、回転させずに固定することも可能であるが、回転させることでより安定した圧縮が可能になる。
【００５２】
また、本実施形態の付加製造装置１において、敷詰ブレード７１Ｂは、材料粉末Ｐに接する先端部に傾斜面７１ｂを有している。傾斜面７１ｂは、敷詰ブレード７１Ｂの進行方向Ｄの後方側ほど敷詰ブレード７１Ｂの先端７１ａに近付くように進行方向Ｄに対して傾斜している。この構成により、敷詰ブレード７１Ｂによって付加製造部５のステージ５１上に均されて敷き詰められた材料粉末Ｐは、敷詰ブレード７１Ｂの進行方向Ｄの前方への移動により、傾斜面７１ｂによってステージ５１に向けて押しつけられて圧縮される。これにより、敷詰ブレード７１Ｂによって、材料粉末Ｐの密度を向上させることができる。
【００５３】
また、本実施形態の付加製造装置１において、除去ブレード７３Ｂは、材料粉末Ｐに接する先端部に傾斜面７３ｂを有している。傾斜面７３ｂは、除去ブレード７３Ｂの進行方向Ｄの後方側ほど除去ブレード７３Ｂの先端７３ａから離れるように進行方向Ｄに対して傾斜している。この構成により、圧縮ローラ７２Ｒによって圧縮されて密度が上昇し、除去ブレード７３Ｂによって表層部が削り取られた後の材料粉末Ｐの表面が乱れるのを防止して、付加製造部５のステージ５１上に材料粉末Ｐをより均一な厚さＴｐ３で敷き詰めることができる。
【００５４】
より具体的には、除去ブレード７３Ｂの先端部の傾斜面７３ｂによって、材料粉末Ｐに接する除去ブレード７３Ｂの先端７３ａの進行方向Ｄの後方側に逃げを形成することができる。これにより、除去ブレード７３Ｂの刃先に相当する先端７３ａによって材料粉末Ｐの表層部が削り取られた後に、材料粉末Ｐに除去ブレード７３Ｂの一部が接触するのを防止して、材料粉末Ｐの表面の乱れを防止できる。したがって、付加製造部５のステージ５１上に材料粉末Ｐをより均一な厚さＴｐ３で敷き詰めることができる。
【００５５】
また、本実施形態の付加製造装置１は、材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３を進行方向Ｄに並べて支持する支持部７４と、この支持部７４を進行方向Ｄに移動させる移動機構７５と、を有している。この構成により、材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３を進行方向Ｄに同時に移動させ、材料粉末Ｐの敷き詰め、圧縮、および表層部の削り取りを、連続的に行うことができる。また、材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３に対して個別に移動機構を設ける必要がなく、付加製造装置１の構成を簡潔にすることができる。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば、材料粉末Ｐを付加製造部５のステージ５１上に高密度かつ均一な厚さＴｐ３に敷き詰めて、製品である造形物Ｍの品質を向上させることが可能な付加製造装置１を提供することができる。なお、本開示の付加製造装置は、前述の実施形態に係る付加製造装置１の構成に限定されない。以下、前述の実施形態に係る付加製造装置１の変形例について説明する。
【００５７】
前述の実施形態に係る付加製造装置１において、敷詰ブレード７１Ｂは、材料粉末Ｐに接する先端部に弾性変形可能な弾性部７１ｃ（図２参照）を有してもよい。たとえば、敷詰ブレード７１Ｂの先端部に複数のスリットを設け、敷詰ブレード７１Ｂの先端部を櫛歯状にすることによって、敷詰ブレード７１Ｂの先端部に弾性部７１ｃを形成することができる。
【００５８】
すなわち、敷詰ブレード７１Ｂの弾性部７１ｃは、敷詰ブレード７１Ｂのその他の部分よりも容易に弾性変形するように構成されている。このような構成により、敷詰ブレード７１Ｂによって付加製造部５のステージ５１上に材料粉末Ｐを均しながら敷き詰めるときに、敷詰ブレード７１Ｂまたは造形物Ｍの破損を防止できる。
【００５９】
より具体的には、付加製造部５のステージ５１上に造形物Ｍの一部が形成された状態で、敷詰ブレード７１Ｂによって付加製造部５のステージ５１上に材料粉末Ｐを均しながら敷き詰める場合がある。このとき、敷詰ブレード７１Ｂの先端部が造形物Ｍの一部に引っ掛かったとしても、弾性部７１ｃが弾性変形することで敷詰ブレード７１Ｂまたは造形物Ｍに過大な力が作用することが防止され、敷詰ブレード７１Ｂまたは造形物Ｍの破損を防止できる。なお、除去ブレード７３Ｂの先端部に同様の弾性部７３ｃ（図２参照）を設けることで、同様の効果を奏することができる。
【００６０】
図４は、前述の実施形態に係る付加製造装置１の材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３の他の変形例を示す図３に相当する模式的な側面図である。材料敷詰部７１を構成する敷詰ブレード７１Ｂは、先端部に傾斜面７１ｂを有しなくてもよく、表層除去部７３を構成する除去ブレード７３Ｂは、先端部に傾斜面７３ｂを有しなくてもよい。
【００６１】
この場合、敷詰ブレード７１Ｂによる材料粉末Ｐの圧縮効果は得られないが、敷詰ブレード７１Ｂによって材料粉末Ｐを均しながら敷き詰めることは可能である。また、除去ブレード７３Ｂは、必要な剛性が得られる範囲で可能な限り厚さＴ３を薄くすることで、材料粉末Ｐの表面の乱れを防止しつつ、材料粉末Ｐの表層部を均一に削り取ることができる。
【００６２】
図５は、前述の実施形態に係る付加製造装置１の材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３の他の変形例を示す図３に相当する模式的な側面図である。材料敷詰部７１は、たとえば、敷詰ローラ７１Ｒによって構成されていてもよい。敷詰ローラ７１Ｒは、たとえば、圧縮ローラ７２Ｒと同一の回転方向に回転させてもよい。この構成により、敷詰ローラ７１Ｒによって、材料供給部４から供給される材料粉末Ｐを付加製造部５のステージ５１上に運んで均しながら敷き詰めるのと同時に、材料粉末Ｐを圧縮して密度を向上させることができる。なお。敷詰ローラ７１Ｒは、回転不能に固定されていてもよい。
【００６３】
図６は、前述の実施形態に係る付加製造装置１の材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３の他の変形例を示す図３に相当する模式的な側面図である。材料圧縮部７２は、たとえば、圧縮ローラ７２Ｒを材料粉末Ｐに押し付ける押付部７２Ｐを有してもよい。押付部７２Ｐは、たとえば、圧縮ローラ７２Ｒを回転可能に支持する軸受部と、その軸受部に力を付与するスプリングとによって構成することができる。このような構成により、材料粉末Ｐの表面状態に応じた力で圧縮ローラ７２Ｒを材料粉末Ｐの表面に押しつけて、材料粉末Ｐをより均一に圧縮することが可能になる。
【００６４】
図７は、前述の実施形態に係る付加製造装置１の材料敷詰部７１、材料圧縮部７２および表層除去部７３の他の変形例を示す図３に相当する模式的な側面図である。表層除去部７３を構成する除去ブレード７３Ｂは、たとえば、材料粉末Ｐに接する先端部から離れるほど進行方向Ｄの後方へ後退するように傾斜し、材料粉末Ｐの表層部との間の角度Ａが鋭角になっている。このような構成により、材料粉末Ｐの表層部を掬い取るようにして削り取ることができ、材料粉末Ｐをより均一な厚さＴｐ３にすることができる。
【００６５】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１      付加製造装置
７１    材料敷詰部
７１ａ  先端
７１Ｂ  敷詰ブレード
７１ｂ  傾斜面
７２    材料圧縮部
７２ａ  先端
７２Ｐ  押付部
７２Ｒ  圧縮ローラ
７３    表層除去部
７３ａ  先端
７３Ｂ  除去ブレード
７３ｂ  傾斜面
７４    支持部
７５    移動機構
Ａ      角度
Ｄ      進行方向
Ｈ１    高さ位置
Ｈ２    高さ位置
Ｈ３    高さ位置
Ｐ      材料粉末
【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】
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