(57)【要約】【課題】粉末材料の薄層を形成するのに常に十分な量の粉末材料を造形用容器に供給することができるようにするとともに、粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料によりその残余の粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内が十分に広い範囲にわたり粉末材料で埋められるようにすること。【解決手段】底板１３ｂが上下に移動する第１の粉末材料容器１２ａと、底板１３ａが上下に移動する造形用容器１１と、底板１３ｃが上下に移動する第２の粉末材料容器１２ｂと、第１又は第２の粉末材料容器１２ａ、１２ｂから粉末材料１６を運び出し、造形用容器１１に粉末材料１６を運び入れ、造形用容器１１の底板１３ａ上に粉末材料の薄層１６ａを形成し、さらに粉末材料の薄層１６ａを形成した後の残余の粉末材料１6を、第２又は第１の粉末材料容器１２ｂ、１２ａに表面を均しながら運び入れる粉末材料運搬手段１５と、残余の粉末材料１６の量を検出する手段とを有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料の薄層を形成し、レーザ光を照射して前記粉末材料の薄層を焼結させ、複数の焼結薄層を積層して３次元造形物を作製する粉末焼結積層造形装置であって、
底板が上下に移動する第１の粉末材料容器と、
前記第１の粉末材料容器と連結部を介して連結された、底板が上下に移動する造形用容器と、
前記造形用容器と連結部を介して連結された、底板が上下に移動する第２の粉末材料容器と、
前記第１又は第２の粉末材料容器から粉末材料を運び出し、前記造形用容器に前記粉末材料を運び入れ、前記造形用容器の底板上に前記粉末材料の薄層を形成し、さらに前記粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料を、前記第２又は第１の粉末材料容器に表面を均しながら運び入れる粉末材料運搬手段と、
前記残余の粉末材料の量を検出する手段と
を有することを特徴とする粉末焼結積層造形装置。
【請求項２】
前記残余の粉末材料の量を検出する手段は、前記残余の粉末材料を前記第２又は第１の粉末材料容器内に表面を均しながら運び入れている間に、運搬中の前記残余の粉末材料の量が規定量より少なくなった時点の前記粉末材料運搬手段の位置又は移動距離を検出する手段であることを特徴とする請求項１記載の粉末焼結積層造形装置。
【請求項３】
（ｉ）前記第１の粉末材料容器の底板を上昇させて前記第１の粉末材料容器の表面よりも上に前記粉末材料を突出させ、かつ前記第２の粉末材料容器の底板を降下させるとともに、前記造形用容器の底板を降下させ、その状態で、前記粉末材料運搬手段を移動させて、前記第１の粉末材料容器から前記粉末材料を運び出し、前記造形用容器に前記粉末材料を運び入れ、前記造形用容器の底板上に前記粉末材料の薄層を形成し、さらに該粉末材料の薄層を形成した後の残余の前記粉末材料を前記第２の粉末材料容器内に運び入れ、
（ii）次に、前記第２の粉末材料容器の底板を上昇させて前記第２の粉末材料容器の表面よりも上に前記粉末材料を突出させ、かつ前記第１の粉末材料容器の底板を降下させるとともに、前記造形用容器の底板を降下させ、その状態で、前記粉末材料運搬手段を移動させて、前記第２の粉末材料容器から前記粉末材料を運び出し、前記造形用容器に前記粉末材料を運び入れ、前記造形用容器の底板上に前記粉末材料の薄層を形成し、さらに該粉末材料の薄層を形成した後の残余の前記粉末材料を前記第１の粉末材料容器内に運び入れる
という一連の動作を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２の何れか一に記載の粉末焼結積層造形装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記（ii）の動作を行わせた後、さらに前記（ｉ）乃至（ii）の動作を繰り返させることを特徴とする請求項３記載の粉末焼結積層造形装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記残余の粉末材料の量に基づいて、次に前記粉末材料を運び出す側となる粉末材料容器の底板の上昇量、又は次に前記粉末材料を運び入れる側となる粉末材料容器の底板の降下量のうちの少なくとも何れか一を調整することを特徴とする請求項３又は４の何れか一に記載の粉末焼結積層造形装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一に記載の粉末焼結積層造形装置を用いた粉末焼結積層造形方法であって、
前記第１の粉末材料容器を交互に前記粉末材料を運び出す側及び運び入れる側とし、それに対応させて前記第２の粉末材料容器を交互に前記粉末材料を運び入れる側及び運び出す側とし、
前記粉末材料運搬手段を移動させて前記粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料を、前記第２又は第１の粉末材料容器に表面を均しながら運び入れ、かつ前記残余の粉末材料の量を検出し、
前記残余の粉末材料の量に基づき、次に前記粉末材料を運び出す側となる粉末材料容器の底板の上昇量、又は次に前記粉末材料を運び入れる側となる粉末材料容器の底板の降下量のうち少なくとも何れか一を調整する
ことを特徴とする粉末焼結積層造形方法。
【請求項７】
請求項１乃至５の何れか一に記載の粉末焼結積層造形装置を用いた粉末焼結積層造形方法であって、
（１）前記第１の粉末材料容器の底板上に前記粉末材料を載せ、かつ前記第２の粉末材料容器の底板上に前記粉末材料を載せ、
（２）前記第１の粉末材料容器を上昇させて前記第１の粉末材料容器の表面に前記粉末材料を突出させ、
（３）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記第１の粉末材料容器の表面に突出した部分の粉末材料を運び出し、
（４）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記運び出した粉末材料を前記造形用容器に運び入れ、かつ前記造形用容器の底板上に粉末材料の薄層を形成し、
（５）前記第２の粉末材料容器の底板を降下させ、
（６）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料を、前記降下させた第２の粉末材料容器の底板上に表面を均しながら運び入れ、前記残余の粉末材料の量を検出し、
（７）前記残余の粉末材料の量に基づき、次に前記粉末材料を運び出す側となる前記第２の粉末材料容器の底板の上昇量、又は次に前記粉末材料を運び入れる側となる前記第１の粉末材料容器の底板の降下量のうち少なくとも何れか一を調整することを決め、
（８）前記第２の粉末材料容器を上昇させて前記第２の粉末材料容器の表面に前記粉末材料を突出させ、
（９）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記第２の粉末材料容器の表面に突出した部分の粉末材料を運び出し、
（１０）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記運び出した粉末材料を前記造形用容器に運び入れ、かつ前記造形用容器の底板上に粉末材料の薄層を形成し、
（１１）前記第１の粉末材料容器の底板を降下させ、
（１２）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料を、前記降下させた第１の粉末材料容器の底板上に表面を均しながら運び入れる
ことを特徴とする粉末焼結積層造形方法。
【請求項８】
前記（１２）の動作において、さらに前記残余の粉末材料の量を検出し、
（１３）前記残余の粉末材料の量に基づき、次に前記粉末材料を運び出す側となる前記第１の粉末材料容器の底板の上昇量、又は次に前記粉末材料を運び入れる側となる前記第２の粉末材料容器の底板の降下量のうち少なくとも何れか一を調整することを決め、
（１４）前記（２）乃至（１３）の工程を繰り返す
ことを特徴とする請求項７記載の粉末焼結積層造形方法。
【請求項９】
請求項２乃至５の何れか一に記載の粉末焼結積層造形装置を用いた粉末焼結積層造形方法であって、
前記第１の粉末材料容器を交互に前記粉末材料を運び出す側及び運び入れる側とし、それに対応させて前記第２の粉末材料容器を交互に前記粉末材料を運び入れる側及び運び出す側とし、
前記粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内において、前記粉末材料運搬手段の移動方向に沿って、前記造形用容器側から順に不足領域、適量領域及び過剰領域に予め区分し、
前記粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料を、前記粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内に表面を均しながら運び入れている間に、運搬中の前記残余の粉末材料の量が前記規定量より少なくなった時点の前記粉末材料運搬手段の位置又は移動距離を検出し、
前記粉末材料運搬手段の位置又は移動距離が前記不足領域、適量領域及び過剰領域のうちどの領域に入るかにより、次に前記粉末材料を運び出す側となる粉末材料容器の底板の上昇量、又は次に前記粉末材料を運び入れる側となる粉末材料容器の底板の降下量のうち少なくとも何れか一を調整する
ことを特徴とする粉末焼結積層造形方法。
【請求項１０】
請求項２乃至５の何れか一に記載の粉末焼結積層造形装置を用いた粉末焼結積層造形方法であって、
（１）前記第２の粉末材料容器内において、前記粉末材料運搬手段の移動方向に沿って、前記造形用容器側から順に不足領域、適量領域及び過剰領域に予め区分し、
（２）前記第１の粉末材料容器の底板上に前記粉末材料を載せ、かつ前記第２の粉末材料容器の底板上に前記粉末材料を載せ、
（３）前記第１の粉末材料容器を上昇させて前記第１の粉末材料容器の表面に前記粉末材料を突出させ、
（４）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記第１の粉末材料容器の表面に突出した部分の粉末材料を運び出し、
（５）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記運び出した粉末材料を前記造形用容器に運び入れ、かつ前記造形用容器の底板上に粉末材料の薄層を形成し、
（６）前記第２の粉末材料容器の底板を降下させ、
（７）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料を、前記降下させた第２の粉末材料容器の底板上に表面を均しながら運び入れ、運搬中の前記残余の粉末材料の量が前記規定量より少なくなった時点の前記粉末材料運搬手段の位置又は移動距離を検出し、
（８）前記粉末材料運搬手段の位置又は移動距離が前記不足領域、適量領域及び過剰領域のうちどの領域に入るかにより、次に前記粉末材料を運び出す側となる前記第２の粉末材料容器の底板の上昇量、又は次に前記粉末材料を運び入れる側となる前記第１の粉末材料容器の底板の降下量のうち少なくとも何れか一を調整することを決め、
（９）前記第２の粉末材料容器を上昇させて前記第２の粉末材料容器の表面に前記粉末材料を突出させ、
（１０）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記第２の粉末材料容器の表面に突出した部分の粉末材料を運び出し、
（１１）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記運び出した粉末材料を前記造形用容器に運び入れ、かつ前記造形用容器の底板上に粉末材料の薄層を形成し、
（１２）前記第１の粉末材料容器の底板を降下させ、
（１３）前記粉末材料運搬手段を移動させて前記粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料を、前記降下させた第１の粉末材料容器の底板上に表面を均しながら運び入れる
ことを特徴とする粉末焼結積層造形方法。
【請求項１１】
前記（１）の動作に加えて、さらに前記第１の粉末材料容器内において、前記粉末材料運搬手段の移動方向に沿って、前記造形用容器側から順に不足領域、適量領域及び過剰領域に予め区分し、前記（１３）の動作に加えて、さらに前記運搬中の残余の粉末材料が前記規定量より少なくなった時点の前記第１の粉末材料容器内での前記粉末材料運搬手段の位置又は移動距離を検出し、
（１４）前記粉末材料運搬手段の位置又は移動距離が前記不足領域、適量領域及び過剰領域のうちどの領域に入るかにより、次に前記粉末材料を運び出す側となる前記第１の粉末材料容器の底板の上昇量、又は次に前記粉末材料を運び入れる側となる前記第２の粉末材料容器の底板の降下量のうち少なくとも何れか一を調整することを決め、
（１５）前記（３）乃至（１４）の工程を繰り返す
ことを特徴とする請求項１０記載の粉末焼結積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末焼結積層造形装置及び粉末焼結積層造形方法に関し、パートテーブル上に複数の焼結薄層を積層して３次元造形物を作製する粉末焼結積層造形装置及び粉末焼結積層造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、機能試験用試作部品や少量多品種の製品に使用される部品等を造形することができる造形装置への要望が増えてきつつある。
【０００３】
この要求を満たすものとして、光造形装置や粉末焼結積層造形装置などがある。なかでも、粉末焼結積層造形装置は、紫外線硬化性樹脂を使用した造形装置（以下「光造形装置」）と異なり、多種類かつ強靭な材料が使用できることが大きな特徴の一つであり、市場での認知度も向上し、さまざまな用途で使用されはじめている。
【０００４】
従来市販されている粉末焼結積層造形装置は、レーザ光出射部と、造形部と、制御装置とから構成されている。図１１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、従来市販されている粉末焼結積層造形装置のうち造形部の上面図及び断面図である。なお、図１１（ａ）、（ｂ）において、レーザ光出射部及び制御装置は図示されていないが、レーザ光出射部は、造形部の上方に設置されている。
【０００５】
レーザ光出射部においては、レーザ光の光源とレーザ光の照射方向を制御するミラーとが設けられている。
【０００６】
造形部１０１においては、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、中央部に設置された造形用容器１と、その両側に設置された粉末材料容器２ａ、２ｂと、粉末材料容器２ａ、２ｂの各端部に設置された供給過剰粉末材料７ｃの収納容器３ａ、３ｂとを備えている。造形用容器１では、パートテーブル４ａ上に形成した粉末材料の薄層７ａをレーザ光の照射により焼結させて焼結薄層７ｂが形成され、パートテーブル４ａを下方に移動させて焼結薄層７ｂが順次積層され、３次元造形物が作製される。造形用容器１の上部開口面を造形領域と称する。粉末材料容器２ａ、２ｂでは、フィードテーブル４ｂ、４ｃ上に粉末材料７が収納され、フィードテーブル４ｂ、４ｃが上方に移動して粉末材料７が供給される。粉末材料容器２ａ、２ｂの上部開口面を粉末材料収納領域と称する。
【０００７】
また、粉末材料容器２ａ、２ｂの上方には収納された粉末材料７の予備加熱のため図示しない赤外線ヒータが設けられ、造形用容器１の上方には粉末材料の薄層７ａの予備加熱のため図示しない赤外線ヒータが設けられている。予備加熱で粉末材料などの温度を予めその融点近くまで上昇させておき、レーザ照射により粉末材料の薄層７ａの温度を素早く上昇させて粉末材料の薄層７ａを均一に焼結するために行われる。
【０００８】
制御装置は、パートテーブル４ａを薄層一層分降下させ、左側のフィードテーブル４ｂを上昇させて粉末材料容器２ａの表面から粉末材料７を突出させ、リコータ５によって粉末材料容器２ａから粉末材料７を運び出させ、パートテーブル４ａ上に粉末材料７を供給させて粉末材料の薄層７ａを形成させる。次いで、レーザ光及び制御ミラーによって作製すべき３次元造形物のスライスデータ（描画パターン）に基づき粉末材料の薄層７ａを選択的に加熱して焼結させ、焼結薄層７ｂを形成させる。次に、パートテーブル４ａを薄層一層分降下させ、右側のフィードテーブル４ｃを上昇させて粉末材料容器２ｂの表面から粉末材料７を突出させる。次いで、リコータ５によって粉末材料容器２ｂから粉末材料７を運び出させ、パートテーブル４ａ上の焼結薄層７ｂの上に粉末材料７を供給させて粉末材料の薄層７ａを形成する。次に、粉末材料の薄層７ａを選択的に加熱して焼結させ、焼結薄層７ｂを形成させる。これらの動作を繰り返させて焼結薄層７ｂを積層し、３次元造形物を形成させる。最後に、３次元造形物を冷却させる。
【特許文献１】特許第２６２０３５３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来の粉末焼結積層造形装置では、造形用容器１内のパートテーブル４ａ上に形成された粉末材料の薄層７ａに選択的にレーザ光を照射し焼結すると、焼結した部分が溶融して体積が減少するため、最低でもパートテーブル４ａが下がった分の体積と、焼結により減少した分の体積を補うだけの粉末材料を供給する必要がある。
【００１０】
しかし、パートテーブル４ａが下がった分の体積が一定であるのに対して、焼結により減少した部分の体積は、各層の焼結部の断面積や、断面位置の偏りにより一部分のみ多く減少するなど予測がしにくい。
【００１１】
この場合、最悪、粉末材料７の供給不足だけは防止しなくてはならないため、常に多めに粉末材料７を供給する必要がある。しかし、造形領域が大きくて焼結領域（焼結薄層７の表面）が小さい場合には、真に必要な補給量は少なくてよいのであるが、フィードテーブル４ｂ、４ｃ全体が上昇するため、体積が減少していない部分にも粉末材料７が余分に供給されてしまう。このような場合、各層ごとに、過剰な粉末材料７の量が多くなり、造形用容器１から溢れる粉末材料７が生じてしまう。そこで、従来の装置では、フィードテーブル４ｂ又は４ｃを降下させて粉末材料容器２ａ又は２ｂ内上部に収納部を形成し、その収納部に供給過剰の粉末材料７を運び入れるとともに、図１１（ａ）、（ｂ）に示すような収納容器３ａ、３ｂを設け、そこにさらに供給過剰の粉末材料７ｃを落とし込むなどの対策を採っている。
【００１２】
しかしながら、供給過剰の粉末材料７ｃがあまり多く生じると供給すべき粉末材料７が不足して造形物を完成できなくなる事態も生じてくる。これを防ぐため、粉末材料容器２ａ、２ｂを大きくする必要があるが、その場合装置を大きくする必要があり、好ましくない。
【００１３】
一方で、多くの供給過剰が出ないように、粉末材料７の供給不足を防止するには十分であるが、少なめに粉末材料７を供給すると、上記したような収納部を形成した粉末材料容器２ａ、２ｂ内に残余の粉末材料７を運び入れたとき、その収納部が半分程度しか埋まらず、凸凹が生じる。このため、予備加熱のための赤外線ヒータによる粉末材料７の加熱むらが生じてしまう。これは、造形領域における粉末材料の薄層７ａの焼結に不均一を引き起こす恐れがある。
【００１４】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、粉末材料の薄層を形成するのに常に十分な量の粉末材料を造形用容器に供給することができるようにするとともに、粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料によりその残余の粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内が十分に広い範囲にわたり粉末材料で埋められるようにすることができる粉末焼結積層造形装置及びその使用方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明は、粉末焼結積層造形装置に係り、粉末材料の薄層を形成し、レーザ光を照射して前記粉末材料の薄層を焼結させ、複数の焼結薄層を積層して３次元造形物を作製する粉末焼結積層造形装置であって、底板が上下に移動する第１の粉末材料容器と、前記第１の粉末材料容器と連結部を介して連結された、底板が上下に移動する造形用容器と、前記造形用容器と連結部を介して連結された、底板が上下に移動する第２の粉末材料容器と、前記第１又は第２の粉末材料容器から粉末材料を運び出し、前記造形用容器に前記粉末材料を運び入れ、前記造形用容器の底板上に前記粉末材料の薄層を形成し、さらに前記粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料を、前記第２又は第１の粉末材料容器に表面を均しながら運び入れる粉末材料運搬手段と、前記残余の粉末材料の量を検出する手段とを有することを特徴とし、
本発明は、上記粉末焼結積層造形装置に係り、前記残余の粉末材料の量を検出する手段は、前記残余の粉末材料を前記第２又は第１の粉末材料容器内に表面を均しながら運び入れている間に、運搬中の前記残余の粉末材料の量が規定量より少なくなった時点の前記粉末材料運搬手段の位置又は移動距離を検出する手段であることを特徴とし、
本発明は、上記粉末焼結積層造形装置に係り、（ｉ）前記第１の粉末材料容器の底板を上昇させて前記第１の粉末材料容器の表面よりも上に前記粉末材料を突出させ、かつ前記第２の粉末材料容器の底板を降下させるとともに、前記造形用容器の底板を降下させ、その状態で、前記粉末材料運搬手段を移動させて、前記第１の粉末材料容器から前記粉末材料を運び出し、前記造形用容器に前記粉末材料を運び入れ、前記造形用容器の底板上に前記粉末材料の薄層を形成し、さらに該粉末材料の薄層を形成した後の残余の前記粉末材料を前記第２の粉末材料容器内に運び入れ、（ii）次に、前記第２の粉末材料容器の底板を上昇させて前記第２の粉末材料容器の表面よりも上に前記粉末材料を突出させ、かつ前記第１の粉末材料容器の底板を降下させるとともに、前記造形用容器の底板を降下させ、その状態で、前記粉末材料運搬手段を移動させて、前記第２の粉末材料容器から前記粉末材料を運び出し、前記造形用容器に前記粉末材料を運び入れ、前記造形用容器の底板上に前記粉末材料の薄層を形成し、さらに該粉末材料の薄層を形成した後の残余の前記粉末材料を前記第１の粉末材料容器内に運び入れるという一連の動作を行わせる制御手段を備えたことを特徴とし、
本発明は、上記粉末焼結積層造形装置に係り、前記制御手段は、前記（ii）の動作を行わせた後、さらに前記（ｉ）乃至（ii）の動作を繰り返させることを特徴とし、
本発明は、上記粉末焼結積層造形装置に係り、前記制御手段は、前記残余の粉末材料の量に基づいて、次に前記粉末材料を運び出す側となる粉末材料容器の底板の上昇量、又は次に前記粉末材料を運び入れる側となる粉末材料容器の底板の降下量のうちの少なくとも何れか一を調整することを特徴とし、
本発明は、粉末焼結積層造形方法に係り、上記粉末焼結積層造形装置を用いた粉末焼結積層造形方法であって、前記第１の粉末材料容器を交互に前記粉末材料を運び出す側及び運び入れる側とし、それに対応させて前記第２の粉末材料容器を交互に前記粉末材料を運び入れる側及び運び出す側とし、前記粉末材料運搬手段を移動させて前記粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料を、前記第２又は第１の粉末材料容器に表面を均しながら運び入れ、かつ前記残余の粉末材料の量を検出し、前記残余の粉末材料の量に基づき、次に前記粉末材料を運び出す側となる粉末材料容器の底板の上昇量、又は次に前記粉末材料を運び入れる側となる粉末材料容器の底板の降下量のうち少なくとも何れか一を調整することを特徴とし、
本発明は、粉末焼結積層造形方法に係り、上記粉末焼結積層造形装置を用いた粉末焼結積層造形方法であって、前記第１の粉末材料容器を交互に前記粉末材料を運び出す側及び運び入れる側とし、それに対応させて前記第２の粉末材料容器を交互に前記粉末材料を運び入れる側及び運び出す側とし、  前記粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内において、前記粉末材料運搬手段の移動方向に沿って、前記造形用容器側から順に不足領域、適量領域及び過剰領域に予め区分し、前記粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料を、前記粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内に表面を均しながら運び入れている間に、運搬中の前記残余の粉末材料の量が前記規定量より少なくなった時点の前記粉末材料運搬手段の位置又は移動距離を検出し、前記粉末材料運搬手段の位置又は移動距離が前記不足領域、適量領域及び過剰領域のうちどの領域に入るかにより、次に前記粉末材料を運び出す側となる粉末材料容器の底板の上昇量、又は次に前記粉末材料を運び入れる側となる粉末材料容器の底板の降下量のうち少なくとも何れか一を調整することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の粉末焼結積層造形装置においては、第１又は第２の粉末材料容器から粉末材料を運び出し、造形用容器に粉末材料を運び入れ、造形用容器の底板上に粉末材料の薄層を形成し、さらに粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料を、第２又は第１の粉末材料容器に表面を均しながら運び入れる粉末材料運搬手段と、残余の粉末材料の量を検出する手段とを備えている。
【００１７】
粉末焼結積層造形装置においては、粉末材料の薄層を選択的に焼結して形成した焼結薄層を順次積層しているが、通常、連続する焼結薄層間で焼結領域の面積が大きく変化しない。このため、一の焼結薄層を形成した後、すぐ次の粉末材料の薄層を作製するための粉末材料の供給量は、一の焼結薄層を形成した時の粉末材料の供給量とほぼ同じとなり、次の供給量の調整が必要な場合、前の供給量が参考になる。特に、残余の粉末材料の量が問題になるような場合、焼結薄層の形成に必要な量はほぼ前と同じと考えられるため、一の焼結薄層を形成した時の残余の粉末材料の量に基づき、次の供給量（粉末材料を運び出す側の粉末材料容器の底板の上昇量に相当）の増減量を決めればよい。
【００１８】
以上のような観点から、本発明では、残余の粉末材料の量を検出する手段、一例として、第２又は第１の粉末材料容器内で運搬中の残余の粉末材料の量が規定量より少なくなった時点の粉末材料運搬手段の位置又は移動距離を検出する手段を備えている。この場合、大よそ、第２又は第１の粉末材料容器内で運搬中の残余の粉末材料の量が規定量より少なくなった時点の粉末材料運搬手段の位置で粉末材料の供給が途絶え、表面の凹凸が生じると考えてもよい。また、残余の粉末材料を運び入れた側の粉末材料容器内での粉末材料運搬手段の移動距離と、同じ粉末材料容器の底板の降下量とを掛け合わせれば、ほぼ残余の粉末材料の量となる。即ち、残余の粉末材料の量と、底板の降下量と、粉末材料運搬手段の移動距離とのうち何れか２つが決まれば、他の一つを算出することができる。
【００１９】
したがって、上記装置構成で、以下のような粉末材料の供給量の調整方法を採ることができる。即ち、残余の粉末材料によって第２又は第１の粉末材料容器内で十分に広い範囲が埋め尽くされた後に凹凸が生じたのであれば、粉末材料の供給量は適量であり、前の粉末材料の供給量、及び残余の粉末材料を運び入れた側の粉末材料容器の底板の降下量と同じでよい。一方、その範囲が狭いときには、粉末材料の供給量は不足しており、残余の粉末材料の量を基にして次にどれ位粉末材料の供給量を増やせばよいか、或いは残余の粉末材料を運び入れた側の粉末材料容器の底板の降下量を基にして次にどれ位降下量を減らせばよいかを検討することになるが、それらは容易に見当がつく。また、粉末材料の供給量が過剰な場合には、逆に、次にどれ位その供給量を減らせばよいか、或いは次にどれ位底板の降下量を増やせばよいかを検討することになるが、同じくそれらも容易に見当がつく。
【００２０】
また、上記装置構成で、以下のように、より簡便な方法を採ることもできる。即ち、粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内において、粉末材料運搬手段の移動方向に沿って、造形用容器側から順に不足領域、適量領域及び過剰領域に予め区分し、かつこの領域にそれぞれ対応させて次の粉末材料の供給量に関し、前の供給量に対して増減すべき量、或いは次に粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器の底板の降下量に関し、前の底板の降下量に対して増減すべき量を予め決めておけば、その粉末材料容器内で、残余の粉末材料の運搬量が規定量より少なくなった時点の粉末材料運搬手段の位置又は移動距離がどの領域に入るかを検出することにより、容易に次の粉末材料の供給量（次に粉末材料を運び出す側の粉末材料容器の底板の上昇量に相当）、或いは次に粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器の底板の降下量のうち少なくとも何れか一を決めることができる。
【００２１】
以上のように、本発明によれば、粉末材料の薄層を形成するのに常に十分な量の粉末材料を造形用容器に供給することができるようにするとともに、粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料によりその残余の粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内が十分に広い範囲にわたり粉末材料で埋められるようにすることができる。
【００２２】
これにより、粉末材料容器内の粉末材料を均一に予備加熱することができ、これにより造形領域において粉末材料の薄層の温度を均一に保ち、ひいては粉末材料の薄層を均一に焼結することができる。これにより、熱応力の発生を抑制することができるため、精度のよい造形物を作製することができる。
【００２３】
さらに、制御手段に、粉末材料運搬手段の制御、粉末材料運搬手段の位置情報に基づく各粉末材料容器の底板の上昇量又は降下量の制御、レーザ光源の照射制御などを行わせるようにすることで、本発明の粉末焼結積層造形方法に必要な動作を自動的に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（粉末焼結積層造形装置の説明）
本発明の実施の形態に係る粉末焼結積層造形装置は、レーザ光出射部と、造形部１１１と、制御装置１１２とから構成されている。
【００２６】
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る粉末焼結積層造形装置のうち造形部１１１の構成を示す上面図である。図１（ｂ）は、同じく図１（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【００２７】
図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係る粉末焼結積層造形装置を横方向から見た造形部１１１の構成を示す側面図である。図２（ｂ）は、同じく前から見た正面図である。
【００２８】
発明の実施の形態に係る粉末焼結積層造形装置において、図１（ａ）、（ｂ）には示していないが、レーザ光出射部はその造形部１１１の造形用容器１１の上方に配置され、下記のような機能を有する。以下に、各部の詳細について説明する。
【００２９】
（ａ）レーザ光出射部の構成
まず、レーザ光出射部の構成について説明する。
【００３０】
レーザ光出射部においては、レーザ光の光源とレーザ光の照射方向を制御するミラーとが設けられている。光源から出射したレーザ光はコンピュータによるミラー制御により、造形部１１１のパートテーブル１３ａ上の粉末材料の薄層１６ａに選択的に照射されるようになっている。例えば、作製すべき３次元造形物のスライスデータ（描画パターン）に基づき、コンピュータによるミラー制御が行われる。
【００３１】
（ｂ）造形部１１１の構成
次に、造形部１１１の構成について説明する。
【００３２】
造形部１１１においては、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、３次元造形物が作製される四角い筒状の造形用容器１１と、その両側に設置された四角い筒状の第１及び第２の粉末材料容器１２ａ、１２ｂとを備えている。
【００３３】
造形用容器１１では、パートテーブル（底板）１３ａ上で、粉末材料の薄層１６ａが形成され、粉末材料の薄層１６ａをレーザ光の照射により焼結させて焼結薄層７ｂが形成される。そして、パートテーブル１３を下方に移動させて焼結薄層１６ｂを順次積層し、３次元造形物が作製される。第１及び第２の粉末材料容器１２ａ、１２ｂでは、フィードテーブル（底板）１３ｂ又は１３ｃ上に粉末材料１６が収納され、フィードテーブル（底板）１３ｂ、１３ｃを上方に移動させて粉末材料７が供給され、かつフィードテーブル１３ｃ、１３ｂを下方に移動させて粉末材料の薄層１６ａを形成した後の残余の粉末材料１６が運び入れられる。造形用容器１１の内壁に囲まれた上部開口面を造形領域と称し、第１及び第２の粉末材料容器１２ａ、１２ｂの内壁に囲まれた上部開口面を第１及び第２の粉末材料収納領域と称する。
【００３４】
また、第１の粉末材料容器１２ａと造形用容器１１の間は連結部１７ａによって連結され、造形用容器１１と第２の粉末材料容器１２ｂの間は連結部１７ｂによって連結されている。連結部１７ａ、１７ｂの上面を連結領域と称する。第１の粉末材料容器１２ａの左側、及び第２の粉末材料容器１２ｂの右側にそれぞれフランジ部１７を有し、第１の粉末材料容器１２ａ、連結部１７ａ、造形用容器１１、連結部１７ｂ及び第２の粉末材料容器１２ｂの全領域に渡って、手前及び奥にフランジ部１７を有する。
【００３５】
造形用容器１１内には、内壁に沿って昇降可能なパートテーブル１３ａが設置されている。パートテーブル１３ａ上で、順次粉末材料の薄層１６ａが形成され、粉末材料の薄層１６ａごとに加熱され、焼結される。また、第１及び第２の粉末材料容器１２ａ、１２ｂ内には、容器１２ａ、１２ｂ内壁に沿って昇降し、粉末材料１６を供給する第１及び第２のフィードテーブル１３ｂ、１３ｃがそれぞれ設置されている。
【００３６】
なお、図示してはいないが、パートテーブル１３ａを造形用容器１１内にセットしたときに、パートテーブル１３ａと容器１１内壁との間で隙間が生じて粉末材料１６ａが漏れることがないように、パートテーブル１３ａと容器１１内壁との間の密着性を保つためパートテーブル１３ａの側面全体にわたってパッキング用のゴムなどが取り付けられている。
【００３７】
また、第１及び第２のフィードテーブル１３ｂ、１３ｃに関しても、パートテーブル１３ａと同様に、図示してはいないが、テーブル１３ｂ、１３ｃを粉末材料容器１２ａ、１２ｂ内にセットしたときに、テーブル１３ｂ、１３ｃと収納容器１２ａ、１２ｂ内壁との間で隙間が生じて粉末材料１６が漏れることがないように、テーブル１３ｂ、１３ｃと収納容器１２ａ、１２ｂ内壁との間の密着性を保つためテーブル１３ｂ、１３ｃの側面全体にわたってパッキング用のゴムなどが取り付けられている。
【００３８】
パートテーブル１３ａ、及び、第１及び第２のフィードテーブル１３ｂ、１３ｃには、該テーブルを上下移動させる図示しない駆動装置が接続されている。
【００３９】
パートテーブル１３ａは、造形用容器１１への取り付け、取り外しが自在になっている。また、第１及び第２のフィードテーブル１３ｂ、１３ｃは、第１及び第２の粉末材料容器１２ａ、１２ｂへの取り付け、取り外しが自在になっている。
【００４０】
更に、第１の粉末材料収納領域、連結領域、造形領域、連結領域及び第２の粉末材料収納領域の全領域に渡って領域表面に沿って移動するリコータ（粉末材料運搬手段）１５が設けられている。
【００４１】
リコータ１５は粉末材料容器１２ａ又は１２ｂ表面に突出させた粉末材料１６を掻き取り運搬する運搬機構１５ａを備えている。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、リコータ１５は、粉末材料容器１２ａ又は１２ｂ表面に沿い、かつ粉末材料容器１２ａ又は１２ｂ表面に接触して移動することにより、第１又は第２のフィードテーブル１３ｂ又は１３ｃ上に収納された粉末材料１６を運び出してパートテーブル１３ａ上に供給し、かつ粉末材料１６の表面を均してパートテーブル１３ａ上に粉末材料の薄層１６ａを形成する。さらに、粉末材料の薄層１６ａを形成した後の残余の粉末材料１６を、第２又は第１の粉末材料容器１２ｂ又は１２ａ内に表面を均しながら運び入れる。粉末材料１６の供給量は第１又は第２のフィードテーブル１３ｂ又は１３ｃの上昇量で決まり、粉末材料の薄層１６ａの厚さはパートテーブル１３ａの降下量で決まる。
【００４２】
粉末材料１６として、ナイロン、ポリプロピレン、ポリ乳酸、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリルにトリル・ブタジエン・スチレンコポリマ（ＡＢＳ）、エチレン・酢酸ビニルコポリマー（ＥＶＡ）、スチレン・アクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ）、及びポリカプロラクトンよりなる群から選ばれた少なくとも１種、または、金属粉末などを用いることができる。
【００４３】
（ｃ）リコータ１５の詳細な構成及び機能
リコータ１５は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、垂直な運搬板１５ａの前後２箇所に、かつ下端から適当な間隔を置いて水平に保持された検知板１５ｄを備えている。検知板１５ｄは、運搬板１５ａの上端に取り付けられて前後に水平に張り出した第１の支持板１５ｂの前後端２箇所において垂直に取り付けられた第２の支持板１５ｃの下端に水平に保持されており、保持箇所が支点となって水平の位置から支点を中心に上側に回動する。リコータ１５は、さらに、図示しないセンサスイッチを備え、検知板１５ｄが水平の位置から少しでも持ち上げられると、センサスイッチがオンするようになっている。センサスイッチは、例えば、第１の支持板１５ｂ又は第２の支持板１５ｃに取り付けられ、検知板１５ｄ又は検知板１５ｄに取り付けられた部品の動きを検知して動作するようになっている。
【００４４】
また、リコータ１５は、粉末材料１６が運び入れられる側の粉末材料容器１２ａ又は１２ｂ内で、造形用容器１１側からリコータ１５の移動方向に沿ってリコータ１５の位置或いは移動距離を検出する図示しないセンサを備えている。センサとして、リコータ１５の移動に同期して発生させたパルスを検出する手段などが用いられる。例えば、リコータ１５を移動制御するサーボモータの回転に応じてパルス列を発生させ、パルス数を検出することにより、リコータ１５の位置或いは移動距離を検出する。
【００４５】
以上のような構成のリコータ１５により、第１又は第２の粉末材料容器１２ａ又は１２ｂ内に残余の粉末材料を運び入れているときに運搬中の粉末材料の量が規定量より少なくなった時点のリコータ１５の位置又は移動距離を検出することができる。さらに、第１又は第２の粉末材料容器１２ａ又は１２ｂ内で第１又は第２のフィードテーブル１３ｂ又は１３ｃの降下量がわかれば、その降下量に上記リコータ１５の移動距離を掛ければ、粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料の大よその量を算出することができる。
【００４６】
（ｉ）リコータ１５を用いた残余の粉末材料の一の検出方法
次に、図３（ａ）〜（ｃ）を参照して、上記リコータ１５を用いた残余の粉末材料の一の検出方法について説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、図１の粉末焼結積層造形装置において、それぞれ残余の粉末材料の量が異なっている場合に、リコータ１５を移動させて粉末材料容器１２ｂに残余の粉末材料を運び入れている様子を示す側面図である。
【００４７】
粉末材料の薄層が形成された直後には運搬板１５ａの進行方向前側に十分な粉末材料１６が残り、センサスイッチがオンしているとする。また、残余の粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器１２ｂ内で、フィードテーブル１３ｃを所定の降下量だけ下方に移動させて、粉末材料容器１２ｂ内の上部に残余の粉末材料１６を運び入れるための収納部１２ｃが空けられている。
【００４８】
このような状態で、リコータ１５が粉末材料容器１２ｂ表面を移動して粉末材料１６表面を均しながら粉末材料容器１２ｂ内に粉末材料１６を運び入れていく。そして、リコータ１５の移動につれて運搬中の粉末材料１６が次第に少なくなり、検知板１５ｄが次第に水平に近づいてくる。そして、検知板１５ｄが完全に水平になるとセンサスイッチがオフする。このときのリコータ１５の位置又は移動距離が検出される。
【００４９】
検出されたリコータ１５の位置又は移動距離に基づき、粉末材料１６が十分に広い範囲を埋めていないと判断され、したがってリコータ１５の移動距離（図３の（ａ）のＰ１位置で示される。）が不足していると判断されると、次に残余の粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器１２ａ内で残余の粉末材料１６が十分に広い範囲を埋めることができるように、次の粉末材料の供給量（次に粉末材料を運び出す側の粉末材料容器１２ｂのフィードテーブル１３ｃの上昇量に相当）の増加量、或いは次に残余の粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器１２ａのフィードテーブル１３ｂの降下量の低減量の何れか一が、又は両方が計算される。計算方法は以下の通り。
【００５０】
すなわち、残余の粉末材料を運び入れた側の粉末材料容器のフィードテーブルの降下量と、同じ粉末材料容器内でのリコータ１５の移動距離とを掛け合わせたものが大よそ残余の粉末材料１６の量であるという関係にある。また、次の粉末材料の薄層の形成に必要な粉末材料の量は前の粉末材料の薄層の形成に必要な粉末材料の量とほぼ同じである。これにより、次の粉末材料の供給量の増加量は残余の粉末材料の増加量と同じになり、したがって、必要なリコータ１５の移動距離の増加量を設定すれば、フィードテーブル１３ｂの降下量を前と同じとすると、対応する次の粉末材料の供給量の増加量を計算できる。また、次の粉末材料の供給量が前の粉末材料の供給量と同じとすると、次の残余の粉末材料の量は前の残余の粉末材料の量とほぼ同じになり、従って、必要なリコータ１５の移動距離の増加量を設定すれば、フィードテーブル１３ｂの降下量の低減量を計算できる。また、必要なリコータ１５の移動距離の増加量を設定すれば、粉末材料の供給量の増加量と、フィードテーブル１３ｂの降下量の低減量との両方を考慮して、それらが適当な割合になるように計算できる。
【００５１】
また、粉末材料１６が十分に広い範囲を埋めていると判断され、したがってリコータ１５の移動距離（図３の（ｂ）のＰ２位置で示される。）が適当であると判断されると、次も前と同じ量の粉末材料を供給するよう、及び次に粉末材料を運び入れる側のテーブル１３ｂの降下量が前と同じになるよう指示される。
【００５２】
また、粉末材料１６が過剰と判断され、したがってリコータ１５の移動距離（図３の（ｃ）のＰ３位置で示される。）が行き過ぎていると判断されると、次の供給量の低減量或いは次に粉末材料を運び入れる側のテーブル１３ｂの降下量の増加量の何れか一が、又はそれらの両方が計算される。
【００５３】
即ち、上記リコータ１５の移動距離が不足している場合と同じようにして、適切な量だけリコータ１５の移動距離を短くするための、粉末材料の供給量の低減量、或いはフィードテーブル１３ｂの降下量の増加量のいずれか一を計算でき、又は粉末材料の供給量の低減量及びフィードテーブル１３ｂの降下量の増加量の両方を考慮して、それらが適当な割合になるように計算できる。
【００５４】
このように、上記方法では現在のリコータ１５の移動距離から、比較的精密に、次のリコータ１５の移動距離を調整できる。
【００５５】
（ii）リコータ１５を用いた残余の粉末材料の他の検出方法
次に、図４（ａ）乃至（ｃ）、図５（ａ）乃至（ｃ）、図６（ａ）乃至（ｃ）を参照して、リコータ１５を用いた残余の粉末材料の他の検出方法について説明する。図４（ａ）乃至（ｃ）、図５（ａ）乃至（ｃ）、図６（ａ）乃至（ｃ）は、図１の粉末焼結積層造形装置において、それぞれ残余の粉末材料の量が異なっている場合に、リコータ１５を移動させて残余の粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器１２ｂに粉末材料を運び入れている様子を示す側面図である。
【００５６】
まず、残余の粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器１２ｂ内において、リコータ１５の移動方向に沿って、造形用容器１１側から順に不足領域（左端〜Ａまで）、適量領域（Ａ〜Ｂまで）及び過剰領域（Ｂ〜右端まで）に予め区分する。この場合、リコータ１５の位置或いは移動距離を検出する上述のセンサを用いてもよいが、リコータ１５の位置或いは移動距離を直接検出せずに、リコータ１５がどの領域にあるのかを特定するためのセンサを各領域ごとに設置してもよい。例えば、各領域の境界に信号源を設置し、リコータ１５が移動する間にリコータ１５が信号源からの信号を幾つ検出したかでリコータ１５がどの領域にあるのかを特定することができる。
【００５７】
そして、これらの領域に対応させて次の粉末材料の供給量に関し、前の供給量に対して増加すべき量、同じ量、低減すべき量を予め決めておく。或いは、これらの領域に対応させて次に残余の粉末材料を運び入れる側のテーブル１３ｂの降下量に関し、前のテーブル１３ｃの降下量に対して増加すべき量、同じ量、低減すべき量を予め決めておく。
【００５８】
また、粉末材料の薄層が形成された直後にはリコータ１５の運搬板１５ａの進行方向前側に十分な量の粉末材料１６が残り、センサスイッチがオンしているとする。さらに、残余の粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器１２ｂ内で、フィードテーブル１３ｃを所定の降下量だけ下方に移動させて、粉末材料容器１２ｂ上部に収納部１２ｃを空けている。
【００５９】
このような状態で、リコータ１５が粉末材料容器１２ｂ表面を移動して粉末材料１６表面を均しながら粉末材料容器１２ｂ内に粉末材料１６を運び入れていく。
【００６０】
図４（ａ）〜（ｃ）に示す場合、位置Ａではリコータ１５のセンサスイッチがオンし、位置Ｂでオフしているので、検出されたリコータ１５の位置は適量領域に該当し、粉末材料１６が十分に広い範囲を埋めていると判断される。この場合、次の粉末材料の供給量に関しては現供給量と前と同じ量とし、かつ次に残余の粉末材料を運び入れる側のテーブル１３ｂの降下量を前と同じとする。
【００６１】
図５（ａ）〜（ｃ）に示す場合、位置Ａでも位置Ｂでもリコータ１５のセンサスイッチがオンしているので、検出されたリコータ１５の位置は過剰領域に該当し、粉末材料１６の量が過剰と判断される。したがって、次には、粉末材料１６を現供給量に対して予め決められた量だけ低減させるか、或いは次に粉末材料を運び入れる側のテーブル１３ｂの降下量を予め決められた量だけ増加させるかの少なくともいずれか一を採る。
【００６２】
図６（ａ）〜（ｃ）に示す場合、位置Ａで、すでにリコータ１５のセンサスイッチがオフしているので、検出されたリコータ１５の位置は不足領域に該当し、粉末材料１６が十分に広い範囲を埋めていないと判断される。したがって、次には、粉末材料１６を現供給量に対して予め決められた量だけ増加させるか、或いは次に残余の粉末材料を運び入れる側のテーブル１３ｂの降下量を現降下量に対して予め決められた量だけ低減させるかの少なくともいずれか一を採る。
【００６３】
このように、上記方法では、その粉末材料容器１２ｂ内で、残余の粉末材料の運搬量が規定量より少なくなった時点のリコータ１５の位置又は移動距離がどの領域に入るかを検出することにより、簡単に次の粉末材料の供給量、或いは次に粉末材料１６を運び入れる側のテーブル１３ｂの降下量の少なくともいずれか一を決めることができる。
【００６４】
なお、上記（ｉ）（ii）において、次の粉末材料１６の供給量と次に粉末材料１６を運び入れる側のフィードテーブル１３ｂ又は１３ｃの降下量とがともに調整される場合、両方の量の調整を合わせて、次に残余の粉末材料１６を運び入れる側の粉末材料容器１２ａ又は１２ｂ内で十分に広い範囲が粉末材料１６で埋め尽くされるようにする。
【００６５】
（ｄ）造形部１１１のその他の構成
造形部１１１では、さらに、図１（ａ）、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の粉末材料収納領域、連結領域、造形領域、連結領域及び第２の粉末材料収納領域の全領域に渡って、前及び後のフランジ部１７上に、リコータ１５の移動領域を挟み、粉末材料１６の流出防護壁１８を備えている。粉末材料１６は流動性を有するため、移動するリコータ１５に掻きとられてリコータ１５の進行方向前側で造形エリア等の表面に盛り上がった粉末材料１６は造形領域等の周囲に流出しようとするが、流出防護壁１８のため粉末材料１６が周囲に流出するのを防止することができる。これにより、より一層、粉末材料１６のリサイクル率を向上させることができる。
【００６６】
（ｅ）制御装置１１２の構成及び機能
次に、制御装置１１２の構成及び機能について説明する。
【００６７】
制御装置１１２は以下のような構成及び機能を有する。即ち、粉末材料を載せた第１のフィードテーブル１３ｂを上昇させるとともに、パートテーブル１３ａを薄層一層分だけ下降させ、リコータ１５を移動させて第１の粉末材料容器１２ａから造形用容器１１に粉末材料１６を供給し、パートテーブル１３ａ上に粉末材料の薄層１６ａを形成させ、第２の粉末材料容器１２ｂ内の第２のフィードテーブル１３ｃを下降させ、第２の粉末材料容器１２ｂの表面を均しながらリコータ１５を移動させて粉末材料の薄層１６ａを形成した後の残余の粉末材料１６を第２のフィードテーブル１３ｃ上に収納させる。次いで、レーザ光及び制御ミラー（加熱焼結手段）によって作製すべき３次元造形物のスライスデータ（描画パターン）に基づき粉末材料の薄層１６ａを選択的に加熱して焼結させる。
【００６８】
また、上記と逆に、粉末材料１６を載せた第２のフィードテーブル１３ｃを上昇させるとともに、パートテーブル１３ａを薄層一層分だけ下降させ、リコータ１５を移動させて第２の粉末材料容器１２ｂから造形用容器１１に粉末材料１６を供給し、パートテーブル１３ａ上の粉末材料の薄層１６ａの上に新たな粉末材料の薄層１６ａを形成させ、第１の粉末材料容器１２ａ内の第１のフィードテーブル１３ｂを下降させ、第１の粉末材料容器１２ａの表面を均しながらリコータ１５を移動させて新たな粉末材料の薄層１６ａを形成した後の残余の粉末材料１６を第１のフィードテーブル１３ｂ上に収納させる。次いで、レーザ光及び制御ミラー（加熱焼結手段）によって作製すべき３次元造形物のスライスデータ（描画パターン）に基づき粉末材料の薄層１６ａを選択的に加熱して焼結させる。
【００６９】
そして、これらの動作を繰り返して、複数の焼結薄層１６ｂを積層させ、３次元造形物を作成させる。
【００７０】
さらに、制御装置は、リコータ１５に備えられたセンサにより、粉末材料が運び入れられた側の粉末材料容器１２ｂ又は１２ａ内で、造形用容器１１側からリコータ１５の移動方向に沿って検出されたリコータ１５の位置或いは移動距離に基づき、次に粉末材料１６を運び出す側の粉末材料容器１２ｂ又は１２ａ内のフィードテーブル１３ｃ又は１３ｂの上昇量（粉末材料の供給量に相当）、及び次に粉末材料１６を運び入れる側の粉末材料容器１２ａ又は１２ｂ内のフィードテーブル１３ｂ又は１３ｃの降下量のうち、少なくとも何れか一を調整する。これにより、粉末材料の薄層を形成するために十分な量の供給量で粉末材料を供給し、かつ粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内で十分広い範囲にわたり粉末材料を運び入れることができる。
【００７１】
以上のように、本発明によれば、粉末材料の薄層を形成するのに常に十分な量の粉末材料を造形用容器１１に供給することができるとともに、残余の粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内を十分に広い範囲にわたり残余の粉末材料で埋めることができる。
【００７２】
これにより、粉末材料容器内の粉末材料を均一に予備加熱することができ、このため、造形領域において粉末材料の薄層の温度を融点近くで均一に保ち、レーザ光による選択加熱により粉末材料の薄層を素早く昇温して粉末材料の薄層を均一に焼結することができる。これにより、熱応力の発生を抑制することができるため、精度のよい造形物を作成することができる。
【００７３】
さらに、制御装置１１２に、リコータ１５の制御、リコータ１５の位置情報に基づく各粉末材料容器１２ａ、１２ｂのテーブル１３ｂ、１３ｃの上昇量又は降下量の制御、レーザ光源の照射制御などを行わせるようにすることで、本発明の粉末焼結積層造形方法に必要な動作を自動的に行わせることができる。
【００７４】
（粉末焼結積層造形方法の説明）
次に、図７乃至図１０を参照しながら上記粉末焼結積層造形装置を用いた粉末焼結積層造形方法について説明する。図７乃至図１０は断面図である。
【００７５】
まず、テーブル１３ａ、１３ｂ、１３ｃを、造形用容器１１、第１及び第２の粉末材料容器１２ａ、１２ｂの内壁に沿って上下移動可能なように、造形用容器１１、第１及び第２の粉末材料容器１２ａ、１２ｂに取り付ける。
【００７６】
次に、造形部１１１において、左右のフィードテーブル１３ｂ、１３ｃを降下させ、フィードテーブル１３ｂ、１３ｃ上に十分な量の粉末材料１６を収納する。
【００７７】
図７（ａ）は、このような準備をした後、一層分の焼結層１６ｂが形成された後であって、次の粉末材料の薄層１６ａを形成する前の状態を示す。
【００７８】
次いで、図７（ｂ）に示すように、パートテーブル１３ａを薄層一層分に相当する量だけ降下させる。次いで、左側のフィードテーブル１３ｂを上昇させて粉末材料１６が第１の粉末材料容器１２ａの表面から上に出てくるようにする。このとき、右側のフィードテーブル１３ｃを降下させて、粉末材料の薄層１６ａを形成した後の残余の粉末材料１６が収納できるように収納部１２ｃを空けておく。
【００７９】
次いで、図８（ａ）に示すように、リコータ１５を移動させて左側のフィードテーブル１３ｂ上、第１の粉末材料容器１２ａの表面から上に出ている粉末材料１６を掻きとりつつ造形用容器１１内のパートテーブル１３ａ上に移動させる。このとき、リコータ１５に設置された、粉末材料１６を検知するセンサにより、十分な量の粉末材料１６が供給されることを確認する。
【００８０】
次に、図８（ｂ）に示すように、造形用容器１１の表面を均しつつパートテーブル１３ａ上に粉末材料を運び入れる。これにより、パートテーブル１３ａ上の第一層目の焼結薄層１６ｂの上に新たな一層分の粉末材料の薄層１６ａが形成される。このとき、造形用容器１１内壁に設置されたヒータ（図示しない）、或いは造形用容器１１の斜め上に設けられた赤外線加熱装置（図示しない）などにより粉末材料の薄層１６ａの表面を、粉末材料の融点よりも５〜１５℃程度低い温度に予備加熱する。
【００８１】
さらに図９（ａ）、（ｂ）に示すように、リコータ１５を移動させて残余の粉末材料１６を第２の粉末材料容器１２ｂ内に表面を均しつつ運び入れ、第２の粉末材料容器１２ｂ内の第２のフィードテーブル１３ｃ上に収納させる。このとき、運搬中の粉末材料の量が規定量より少なくなった時点のリコータ１５の位置又は移動距離を検出する。
【００８２】
次に、レーザ光出射部の光源からレーザ光を出射させるとともに、作製すべき３次元造形物のスライスデータに基づき、コンピュータによりミラーを制御して、粉末材料の薄層１６ａに選択的にレーザ光を照射する。これにより、図９（ｂ）に示すように、粉末材料の薄層１６ｂが加熱されて焼結する。
【００８３】
次に、上記検出された第２の粉末材料容器１２ｂ内でのリコータ１５の位置情報に基づき、次に、残余の粉末材料を運び入れる側の第１の粉末材料容器１２ａ内を十分広い範囲にわたり粉末材料で埋めることができるように次の粉末材料の供給量（第２のフィードテーブル１３ｃの上昇量に相当）、又は次に第1のフィードテーブル１３ｂの降下量のうち少なくとも何れか一を算出する。
【００８４】
次いで、図１０（ａ）に示すように、パートテーブル１３ａを薄層一層分降下させるとともに、算出された上昇量及び降下量に基づき、第２のフィードテーブル１３ｃを上昇させ、さらに、第1のフィードテーブル１３ｂを降下させる。
【００８５】
次いで、図１０（ｂ）に示すように、上記説明した場合とは逆にリコータ１５を右側から左側に移動させる。そして、第２の粉末材料容器１２ｂから新たな粉末材料１６をパートテーブル１３ａ上に供給し、焼結薄層１６ｂ上に新たな粉末材料の薄層１６aを形成する。
【００８６】
さらに、リコータ１５を移動させて残余の粉末材料１６を第１の粉末材料容器１２ａ内に表面を均しつつ運び入れ、第１の粉末材料容器１２ａ内の第１のフィードテーブル１３ｂ上に収納させる。このとき、第１の粉末材料容器１２ａ内で残余の粉末材料１６を運搬中に、粉末材料の量が規定量より少なくなった時点のリコータ１５の位置又は移動距離を検出する。
【００８７】
次いで、新たな粉末材料の薄層１６aを加熱焼結し、焼結薄層１６ｂ上に新たな焼結薄層１６ｂを形成する。
【００８８】
次に、上記検出された第１の粉末材料容器１２ａ内でのリコータ１５の位置情報に基づき、次に残余の粉末材料を運び入れる側の第２の粉末材料容器１２ｂ内を十分広い範囲にわたり粉末材料で埋めることができるように次の供給量（第１のフィードテーブル１３ｂの上昇量に相当）、又は次に第２のフィードテーブル１３ｃの降下量のうち少なくとも何れか一を算出する。
【００８９】
次いで、図７（ｂ）に示した方法と同じように、パートテーブル１３ａを薄層一層分降下させるとともに、算出された上昇量及び降下量に基づき、第１のフィードテーブル１３ｂを上昇させ、さらに、第２のフィードテーブル１３ｃを降下させる。
【００９０】
次いで、上記したような方法で、粉末材料の薄層１６ａの形成→加熱焼結→粉末材料の薄層１６ａの形成→加熱焼結・・を繰り返す。
【００９１】
このようにして、順次焼結薄層１６ｂが積層されて３次元造形物が完成する。そして、最後に予備加熱を止めて自然冷却を行い、常温付近になったら、造形用容器１１から粉末材料１６に埋もれた３次元造形物を取り出す。
【００９２】
以上のように、本発明の粉末焼結積層造形方法によれば、第２の粉末材料容器１２ｂ内の第２のフィードテーブル１３ｃを下降させ、リコータ１５を移動させて粉末材料の薄層１６ａを形成した後の残余の粉末材料１６を第２のフィードテーブル１３ｃ上に収納させている。さらに、その後に、第２の粉末材料容器１２ｂ内の第２のフィードテーブル１３ｃを上昇させ、リコータ１５により第２の粉末材料容器１２ｂから造形用容器１１に粉末材料１６を供給している。
【００９３】
これにより、過剰な粉末材料をすぐに再使用することが可能となるので、粉末材料のリサイクル率を向上させることができる。
【００９４】
また、次の粉末材料の供給量、又は、第１の粉末材料容器１２ａ内の第1のフィードテーブル１３ｂの降下量のうち少なくとも何れか一を調整して、どんな場合でも、粉末材料の薄層を形成するのに常に十分な量の粉末材料を供給し、かつ残余の粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内を十分に広い範囲にわたり残余の粉末材料で埋めるようにしている。
【００９５】
これにより、粉末材料容器１２ａ、１２ｂ内の粉末材料を均一に予備加熱することができ、このため、造形領域において粉末材料の薄層の温度を融点近くで均一に保ち、レーザ光による選択加熱により粉末材料の薄層を素早く昇温して粉末材料の薄層を均一に焼結することができる。これにより、熱応力の発生を抑制することができるため、精度のよい造形物を作成することができる。
【００９６】
（本発明の他の実施の形態の説明）
以上、実施の形態によりこの発明の粉末焼結積層造形装置及び粉末焼結積層造形方法を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
【００９７】
例えば、この実施の形態の粉末焼結造形装置においては、リコータ１５に設置された、粉末材料の供給量を検知するセンサ１５ｄは、検知板１５ｄが支点を中心に回転し、センサスイッチオンさせる構成であるが、検知板１５ｄがエレベータ式に上下し、センサスイッチをオンさせるような構成としてもよい。
【００９８】
また、粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料の量が検出できるようなものであれば、上記実施の形態のセンサの構成に限定されるものではない。粉末材料の薄層を形成した後の残余の粉末材料の量が検出できれば、次に粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器内において、フィードテーブルの降下量との関係で十分に広い範囲を粉末材料で埋めるための、次の粉末材料の供給量を設定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態である粉末焼結積層造形装置のうち造形部の構成を示す上面図であり、（ｂ）は同じく断面図である。
【図２】（ａ）は、図１の粉末焼結積層造形装置においてリコータを移動させて粉末材料を供給している様子を示す側面図であり、（ｂ）は同じく正面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１の粉末焼結積層造形装置において、残余の粉末材料の量がそれぞれ異なっている場合に、リコータ１５を移動させて粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器に粉末材料を運び入れている様子を示す側面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、図１の粉末焼結積層造形装置において、リコータ１５を移動させて粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器に粉末材料を運び入れている様子を示す側面図（その１）である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、図１の粉末焼結積層造形装置において、リコータ１５を移動させて粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器に粉末材料を運び入れている様子を示す側面図（その２）である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図１の粉末焼結積層造形装置において、リコータ１５を移動させて粉末材料を運び入れる側の粉末材料容器に粉末材料を運び入れている様子を示す側面図（その３）である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態である粉末焼結積層造形方法を示す断面図（その１）である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態である粉末焼結積層造形方法を示す断面図（その２）である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態である粉末焼結積層造形方法を示す断面図（その３）である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態である粉末焼結積層造形方法を示す断面図（その４）である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、従来例の粉末焼結造形装置を示す上面図及び断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１１  造形用容器
１２ａ  第１の粉末材料容器
１２ｂ  第２の粉末材料容器
１３ａ  パートテーブル
１３ｂ  第１のフィードテーブル
１３ｃ  第２のフィードテーブル
１５  リコータ
１５ａ  運搬板
１５ｄ  検知板
１６  粉末材料
１６ａ  粉末材料の薄層
１６ｂ  焼結薄層
１７  フランジ部
１７ａ、１７ｂ  連結部
１８  粉末材料の流出防護壁
１１１  造形部
１１２  制御装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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