(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、リコータヘッドと、リコータヘッド駆動機構とを備える積層造形装置であって、
前記チャンバは、所要の造形領域を覆い、且つ所定濃度の不活性ガスで充満され、
前記リコータヘッドは、材料粉体を収容する材料ケースと、前記材料ケースを支持する外枠とを備え、前記チャンバ内で移動しながら前記造形領域上に前記材料粉体を供給し平坦化して材料粉体層を形成するように前記リコータヘッド駆動機構によって水平方向に移動可能に構成され、
前記材料ケースは、内部の前記材料粉体を排出するケース出口と、前記ケース出口を挟んで配置される一対の傾斜側面とを有し、
前記一対の傾斜側面は、各前記傾斜側面と水平面との間になす傾斜角度の差が１０°以上５０°以下となるように、前記ケース出口に向かって傾斜し、
前記リコータヘッド駆動機構は、前記リコータヘッドを移動させるモータと、制御部とを備え、
前記制御部は、前記リコータヘッドを振動させて前記材料粉体の排出を促進可能に構成される、積層造形装置。
【請求項２】
請求項１に記載の積層造形装置であって、
前記材料ケースは前記外枠に対して揺動可能な状態で支持される、積層造形装置。
【請求項３】
請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記材料ケースは、長手方向両端部に突出する一対の袖部を備え、且つ各前記袖部上に配置された支点で支持される、積層造形装置。
【請求項４】
請求項３に記載の積層造形装置であって、
前記一対の袖部上の支点は、前記材料ケースの短手方向に、互いにずれている、積層造形装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の積層造形装置であって、
前記制御部は、前記モータを用いて前記リコータヘッドを振動させる、積層造形装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項４の何れか１つに記載の積層造形装置であって、
前記リコータヘッドは、前記制御部により制御される超音波振動子をさらに備え、
前記制御部は、前記超音波振動子を用いて前記リコータヘッドを振動させる、積層造形装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか１つに記載の積層造形装置であって、
前記制御部は、前記リコータヘッドが前記造形領域外にあるときに前記リコータヘッドを振動させ、前記リコータヘッドが前記造形領域内にあるときには前記リコータヘッドを振動させない、積層造形装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか１つに記載の積層造形装置であって、
前記リコータヘッドは、前記材料粉体の量を検知するセンサを前記材料ケース内にさらに備え、
前記センサは、前記材料ケースの上下方向の中央よりも上方に配置される、積層造形装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか１つに記載の積層造形装置であって、
前記リコータヘッドは、前記材料ケースの前記ケース出口の直下に設けられ前記ケース出口から流出する前記材料粉体が前記造形領域の上の所定の位置に自由落下するように前記材料粉体を案内するパウダーガイドを備える、積層造形装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の積層造形装置であって、
前記パウダーガイドは、前記材料粉体の流動性又は凝集性に対応して開口のサイズを変更されることを特徴とする、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】
金属の積層造形においては、例えば、不活性ガスが充満され密閉されたチャンバ内において、造形領域が含まれる造形テーブル上に材料粉体層を形成し、所望の三次元形状に対応する所定の照射領域にレーザ光又は電子ビームを照射して所定の照射領域における材料粉体を焼結又は溶融後に冷却し固化させる工程を繰り返すことによって、複数の固化層を積層して所望の三次元造形物を生成する積層造形装置が知られている。材料粉体層は、リコータヘッドを造形テーブル上を通過するように水平方向に移動させながら、材料粉体を自由落下させて造形テーブル上の造形領域に供給し平坦化することによって形成される。
【０００３】
材料粉体として、一般には、合金の微小な金属粒子でなる金属粉末が用いられており、その流動性及び凝集性は、金属粒子の種類、大きさ、あるいは形状等によって変化する。材料粉体層の形成に際し、まず、材料粉体をリコータヘッドの材料収容部に安定的に供給及び収容する必要がある。特許文献１では、材料粉体をリコータヘッドに安定的に供給可能な材料供給ユニットを備える積層造形装置が開示されている。さらに、リコータヘッドによる材料粉体の撒布時には、材料収容部に収容された材料粉体をリコータヘッドの材料排出口から造形テーブル上に安定的に供給する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５８４１６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
流動性が高く、凝集性が低い金属粉末を材料粉体として使用する場合は、固まったり、詰まったりすることなく、安定して均一に造形テーブル上に供給することができる。しかしながら、比較的流動性が低く、あるいは凝集性が高い種類の金属粉末を材料粉体として使用する場合は、しばしば、材料粉体が凝集して供給が滞る場合がある。このとき、金属粉末が常にリコータヘッドの同じ位置で凝集するとは限らない。また、高流動性あるいは低凝集性の金属粉末であっても、一度造形に供されてから余剰分として回収され再利用される場合には、流動性が低下して、あるいは凝集性が高くなって、材料粉体の供給が円滑に行えなくなることがある。一度散布された金属粉末の流動性が低下したり、凝集性が高くなったりする原因としては、例えば、回収時ないしは保管時に金属粉末が湿気を吸収したり、回収時における金属粒子の衝突によって金属粒子の表面が削れて金属粒子間の空間が減り、金属粒子同士がより密接した状態になって充填性が高まる、言い換えると、嵩密度が高くなることが考えられる。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、金属粒子の種類に関わらず、リコータヘッドにおける材料粉体の詰まりを抑制し、材料粉体を造形テーブル上に安定的に供給することが可能な積層造形装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、チャンバと、リコータヘッドと、リコータヘッド駆動機構とを備える積層造形装置であって、前記チャンバは、所要の造形領域を覆い、且つ所定濃度の不活性ガスで充満され、前記リコータヘッドは、材料粉体を収容する材料ケースと、前記材料ケースを支持する外枠とを備え、前記チャンバ内で移動しながら前記造形領域上に前記材料粉体を供給し平坦化して材料粉体層を形成するように前記リコータヘッド駆動機構によって水平方向に移動可能に構成され、前記材料ケースは、内部の前記材料粉体を排出するケース出口と、前記ケース出口を挟んで配置される一対の傾斜側面とを有し、前記一対の傾斜側面は、水平面との間になす傾斜角度が相互に異なるように、前記ケース出口に向かって傾斜し、前記リコータヘッド駆動機構は、前記リコータヘッドを移動させるモータと、制御部とを備え、前記制御部は、前記リコータヘッドを振動させて前記材料粉体の排出を促進可能に構成される、積層造形装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の積層造形装置では、材料ケースの一対の側面を異なる傾斜角度で構成することによって、材料粉体が一対の傾斜側面に沿って異なる速度でケース出口に向かって落下するため、材料粉体の凝集を抑制することができる。さらに、制御部がリコータヘッドを振動させて凝集した材料粉体による詰まりを解消し材料粉体の落下を促進することで、材料粉体を造形テーブル上により確実に安定的に供給できる。また、金属粉末に何らかの添加物を加えることによって材料粉体の凝集を抑制しようとするものではないので、添加物による材料の組成の変化ないし三次元造形物の特性への影響を考慮する必要がない。
【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。
好ましくは、前記材料ケースは、前記外枠に対して揺動可能な状態で支持される。
好ましくは、前記材料ケースは、長手方向両端部に突出する一対の袖部を備え、且つ各前記袖部上に配置された支点で支持される。
好ましくは、前記一対の袖部上の支点は、前記材料ケースの短手方向に、互いにずれている。
好ましくは、前記制御部は、前記モータを用いて前記リコータヘッドを振動させる。
好ましくは、前記リコータヘッドは、前記制御部により制御される超音波振動子をさらに備え、前記制御部は、前記超音波振動子を用いて前記リコータヘッドを振動させる。
好ましくは、前記制御部は、前記リコータヘッドが前記造形領域外にあるときに前記リコータヘッドを振動させ、前記リコータヘッドが前記造形領域内にあるときには前記リコータヘッドを振動させない。
好ましくは、前記リコータヘッドは、前記材料粉体の量を検知するセンサを前記材料ケース内にさらに備え、前記センサは、前記材料ケースの上下方向の中央よりも上方に配置される。
好ましくは、前記リコータヘッドは、前記材料ケースの前記ケース出口の直下に設けられ前記ケース出口から流出する前記材料粉体が前記造形領域の上の所定の位置に自由落下するように前記材料粉体を案内するパウダーガイドを備える。
好ましくは、前記パウダーガイドは、前記材料粉体の流動性又は凝集性に対応して開口のサイズを変更されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の積層造形装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の積層造形装置の概略構成図である。
【図３】粉体層形成装置３の斜視図である。
【図４】リコータヘッド１１の斜視図である。
【図５】リコータヘッド１１の別の角度から見た斜視図である。
【図６】材料ケース１２の斜視図である。
【図７】図４のリコータヘッド１１について、センサ１８の固定板９１に沿う平面ｚにおける断面をｙ方向に見た概略図である。
【図８】本発明の一実施形態の積層造形装置を用いた積層造形方法を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態の積層造形装置を用いた積層造形方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
（積層造形装置）
図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態の積層造形装置は、チャンバ１と、リコータヘッド１１と、リコータヘッド駆動機構５１とを備える。
【００１３】
チャンバ１は、所要の造形領域Ｒを覆い且つ所定濃度の不活性ガスで充満される。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。
【００１４】
チャンバ１の内部には、粉体層形成装置３が設けられる。図３に示すように、粉体層形成装置３は、造形領域Ｒを有するベース４と、ベース４上に配置されるリコータヘッド１１とを備える。リコータヘッド１１は、リコータヘッド駆動機構５１によって水平１軸方向（矢印Ｂ方向）に往復移動可能に構成され、チャンバ１内で移動しながら造形領域Ｒ上に材料粉体を供給し平坦化して材料粉体層８を形成する。
【００１５】
図２に示すように、造形領域Ｒは、造形テーブル５の上に位置する。造形テーブル５は、造形テーブル駆動機構３１によって駆動され上下方向（矢印Ａ方向）に移動可能である。造形時には、造形テーブル５上にベースプレート６が配置され、その上に材料粉体層８が形成される。
【００１６】
図４及び図５に示すように、リコータヘッド１１は、材料収容部１１ａと、材料供給口１１ｂと、材料排出口１１ｃとを備える。材料収容部１１ａは、材料粉体を収容する材料ケース１２と、材料ケース１２を支持する外枠１４とを備える。材料粉体は、複数の種類の金属元素を所定の割合で含む金属粉末（例：炭素鋼構成元素）であり、各金属粒子は、例えば平均粒径２０μｍの球形である。材料ケース１２及び外枠１４は、リコータヘッド１１の移動方向（図１及び図３の矢印Ｂ方向）に直交する他の水平１軸方向（矢印Ｃ方向）に延び、当該水平１軸方向に沿った材料ケース１２のそれぞれの長手方向の長さが、造形領域Ｒの矢印Ｃ方向の幅以上の大きさとなるように構成されている。材料ケース１２の内部には、材料ケース１２内の材料粉体の量を検知するセンサ１８が固定板９１により固定されている。尚、本実施形態では１つのセンサ１８が設けられているが、後述する中間ダクトシャッター７０の数及び位置に応じてセンサ１８を複数設けてもよい。
【００１７】
材料供給口１１ｂは、材料収容部１１ａの上面に設けられ、材料供給ユニット５５から材料収容部１１ａの材料ケース１２に供給される材料粉体の受け口となる。材料排出口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。材料排出口１１ｃは、材料ケース１２の長手方向である矢印Ｃ方向に延びるスリット形状を有する。リコータヘッド１１の両側面には、ブレード１１ｆｂ，１１ｒｂが設けられる。ブレード１１ｆｂ，１１ｒｂは、材料排出口１１ｃから排出される材料粉体を平坦化して、材料粉体層を形成する。また、リコータヘッド１１の両側面には、材料粉体の固化時に発生するヒュームを吸引するヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓが設けられる。ヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓは、矢印Ｃ方向に沿って設けられる。
【００１８】
図２に示すように、チャンバ１の上方には、照射装置１３が設けられる。照射装置１３は、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固化させる。照射装置１３はレーザ光又は電子ビームを照射して材料粉体を固化可能なものであればよい。レーザ光Ｌは、例えば、ＣＯ２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザ等を用いることができる。また、チャンバ１内には、造形物の造形後又は造形途中に、固化層が積層されて得られた固化体の表面や不要部分に対して機械加工を施すための切削装置（不図示）が設けられてもよい。
【００１９】
図６は、材料ケース１２の斜視図であり、図７は、図４のリコータヘッド１１について、センサ１８の固定板９１に沿う平面ｚにおける断面をｙ方向に見た概略図である。材料収容部１１ａの材料ケース１２は、内部の材料粉体を排出するケース出口１２ｅと、第１傾斜側面１２ａと、第２傾斜側面１２ｂとを有する。ケース出口１２ｅは、材料排出口１１ｃと略同一方向に延びている。第１傾斜側面１２ａ及び第２傾斜側面１２ｂは、ケース出口１２ｅを挟むように図４の矢印Ｃ方向に沿って配置され、水平面との間になす傾斜角度α，βが相互に異なるように、前記ケース出口１２ｅに向かって傾斜している。第１傾斜側面１２ａ及び第２傾斜側面１２ｂの傾斜角度α，βは相互に異なる角度であれば限定されないが、実用上、第１傾斜側面１２ａの傾斜角度αは、１０度〜４５度が適当であり、例えば、図７に示される実施形態の場合は、３０度である。第２傾斜側面１２ｂの傾斜角度βは、４５度〜８５度が適当であり、例えば、図７に示される実施形態の場合は、６０度である。第１傾斜側面１２ａの傾斜角度αと第２傾斜側面１２ｂの傾斜角度βの差は、例えば、１０度〜５０度が適当であり、図７に示される実施形態の場合は、３０度である。このような構成により、材料ケース１２内の材料粉体が各傾斜側面１２ａ，１２ｂに沿って異なる速度でケース出口１２ｅに向かって落下するので、材料ケース内で材料粉体が凝集しにくくなるという利点がある。尚、本実施形態では、図７の断面図において、より緩やかな傾斜角度αを有する第１傾斜側面１２ａが左側に、より急な傾斜角度βを有する第２傾斜側面１２ｂが右側に配置されているが、第１傾斜側面１２ａ及び第２傾斜側面１２ｂの配置を逆転させてもよい。
【００２０】
本実施形態におけるリコータヘッド１１においては、材料ケース１２のケース出口１２ｅと材料排出口１１ｃとの間のケース出口１２ｅの直下にパウダーガイド１６が設けられる。パウダーガイド１６は、ケース出口１２ｅから流下する材料粉体がベースプレート６の上面と材料収容部１１ａの下面との間に形成される空間において、ベースプレート６の上の所定の位置に材料粉体が自由落下して供給されるように材料粉体の流動を案内する。望ましくは、パウダーガイド１６は、粉体材料の種類、例えば、流動性に対応して材料排出口１１ｃの開口幅もしくは開口面積を可変にされる。
【００２１】
尚、本実施形態では、ケース出口１２ｅ近傍における材料ケース１２とパウダーガイド１６との間の干渉を避けるために、第１傾斜側面１２ａはケース出口１２ｅ近傍で鉛直方向に延びるように構成されている。このように、他の部品との構造的関係に応じて、ケース出口１２ｅ近傍で傾斜側面の傾斜角度を適宜変化させてもよい。
【００２２】
図２及び図３に示すように、リコータヘッド駆動機構５１は、リコータヘッド１１を移動させるモータ１１ｇと、制御部５７とを備える。リコータヘッド１１は、ボールネジ（不図示）に螺合されたスライド部材（不図示）に固定されており、ボールネジの回転に伴ってスライド部材が移動すると、リコータヘッド１１もスライド部材と共に矢印Ｂ方向に移動する。ボールネジは回転可能に支持されており、モータ１１ｇによって回転駆動される。
【００２３】
制御部５７は、リコータヘッド１１を振動させて材料ケース１２内の材料粉体の排出を促進可能に構成される。本実施形態においては、制御部５７は、モータ１１ｇの正転及び逆転を繰り返し切り替えるように制御してリコータヘッド１１を水平１軸方向（矢印Ｂ方向）の前後に移動させることで、リコータヘッド１１を振動させる。本実施形態においては、移動距離（幅）１ｍｍで１Ｈｚ以上２０Ｈｚ以下の一定の周波数で振動させているが、不規則に振動させてもよい。これにより、材料ケース１２内の材料粉体の凝集をさらに抑制し、且つ凝集した材料粉体による詰まりを解消して、ケース出口１２ｅからの材料粉体の排出を促進することができる。尚、リコータヘッド１１の駆動は、回転モータとボールネジとを組み合わせた構成を用いる上記の方法に限定されず、例えば、リニアモータを用いることも可能である。
【００２４】
図４及び図７において、材料ケース１２は、外枠１４に対して揺動可能な状態で支持される。このような構成により、リコータヘッド１１が振動すると材料ケース１２が外枠１４に対してリコータヘッド１１の移動方向である材料ケース１２の長手方向に直交する水平１軸方向、言い換えると、一対の傾斜側面１２ａ，１２ｂに対して直交する方向に揺動するので、材料ケース１２内の材料粉体の凝集をさらに抑制し、且つ凝集した材料粉体による詰まりを解消して、ケース出口１２ｅからの材料粉体の排出を促進することができる。図４及び図６に示すように、本実施形態においては、材料ケース１２は、長手方向両端部に突出する一対の袖部１２ｃを備え、且つ各袖部１２ｃ上に配置された２つの支点１２ｄにおいて、外枠１４に支持されている。材料ケース１２は、２点で支持されているため、外枠１４に対して完全には固定されておらず揺動可能である。尚、材料ケース１２は、支点１２ｄにおいて、例えばネジ１２ｆを介して外枠１４に支持されているが、他の支持手段を用いてもよい。
【００２５】
また、袖部１２ｃ上の２つの支点１２ｄは材料ケース１２の短手方向にずれている。２つの支点１２ｄの位置は、短手方向に相互にずれていれば特に限定されないが、例えば、材料ケース１２の短手方向の中心を通る線をはさむように、２つの支点１２ｄを配置することができる。つまり、図６において、材料ケース１２の短手方向の長さをＷとすると、２つの支点１２ｄは、材料ケース１２の短手方向の一端から長さ０．５Ｗの位置を通る線Ｊをはさむように、各袖部１２ｃ上に配置されている。このような配置により、材料ケース１２が２つの支点１２ｄを結ぶ揺動軸の周りで揺動して内部の材料粉体に不規則な振動を与え、材料粉体の凝集をさらに抑制することができる。
【００２６】
材料ケース１２の中の材料粉体の量を検出するセンサ１８は、センサ１８の重心Ｇの位置が材料ケース１２の上下方向の中央よりも上方となるように配置される。つまり、図７において、材料ケース１２の高さをＨとすると、センサ１８の重心Ｇは、材料ケース１２の下端から０．５Ｈの高さよりも上方に配置される。材料収容部１１ａへの材料粉体の補充の必要性は、センサ１８による検出に基づき判断される。従って、このような配置とすることで、材料ケース１２に比較的多量の材料粉体が収容された状態が持続し、センサ１８及び充填された粉体材料を含む材料ケース１２全体の重心が材料ケース１２の支点１２ｄにより近づくようにされ、材料ケース１２が揺動しやすくなり、内部の材料粉体の凝集をさらに抑制することができる。
【００２７】
（不活性ガス供給系統及びヒューム排出系統）
次に、チャンバ１への不活性ガス供給系統と、チャンバ１からのヒューム排出系統について説明する。
【００２８】
図１に示すように、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、不活性ガスのガスボンベである。ヒュームコレクタ１９は、その上流側及び下流側にダクトボックス２１，２３を有する。チャンバ１から排出されたガス（ヒュームを含む不活性ガス）は、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不活性ガスがダクトボックス２３を通じてチャンバ１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。
【００２９】
不活性ガス供給系統は、チャンバ１の供給口１ｂと、付着防止部１７と、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に沿って造形領域Ｒの両側に設けられる２つの細長部材（不図示）の一方とにそれぞれ接続される。供給口１ｂを通じてチャンバ１の造形空間１ｄ内に不活性ガスが充填される。細長部材内に供給された不活性ガスは、開口部を通じて造形領域Ｒ上から排出される。
【００３０】
本実施形態では、ヒュームコレクタ１９からの不活性ガスが供給口１ｂに送られ、不活性ガス供給装置１５からの不活性ガスが付着防止部１７と２つの細長部材の一方とに送られるように構成されている。従って、本実施形態の不活性ガス供給系統によると、チャンバ１の上面に取り付けられているウィンドウにヒュームが付着してレーザ光の透過性が低下することを防止するために設けられる付着防止部１７には、不活性ガス供給装置１５から新鮮な不活性ガスが供給され、チャンバ１の中の不活性ガスを循環供給する供給口１ｂからはヒュームコレクタ１９で浄化された不活性ガスが供給されるので、使用量に制限がある新鮮な不活性ガスの消費量が抑えられる利点がある。
【００３１】
チャンバ１からのヒューム排出系統は、排気ファン（不図示）が設けられているチャンバ１の排出口１ｃと、リコータヘッド１１のヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓと、２つの細長部材の他方とにそれぞれ接続される。チャンバ１の造形空間１ｄ内のヒュームを含む不活性ガスが排出口１ｃを通じて排出されることによって、造形空間１ｄ内に供給口１ｂから排出口１ｃに向かう不活性ガスの流れが形成される。リコータヘッド１１のヒューム吸引部１１ｆｓ，１１ｒｓは、リコータヘッド１１が造形領域Ｒ上を通過する際に造形領域Ｒで発生したヒュームを吸引することができる。また、細長部材の他方の開口部を通じてヒュームを含む不活性ガスがチャンバ１外に排出される。ヒューム排出系統は、ダクトボックス２１を通じてヒュームコレクタ１９に接続されており、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不活性ガスが再利用される。
【００３２】
（材料粉体の供給・回収系統）
次に、チャンバ１への材料粉体の供給系統と、チャンバ１からの材料粉体回収系統について説明する。
【００３３】
図１に示すように、チャンバ１の壁面１ｅ，１ｆ，１ｇに近接した位置には、材料供給ユニット５５が設けられる。材料供給ユニット５５は、中間ダクト６９とメインダクト８２とを備える。メインダクト８２には、材料タンク７６から新規材料粉体が供給される。メインダクト８２は、メインダクト下部７３と、メインダクト下部７３よりも上側に設けられたメインダクト上部７２を備え、メインダクト上部７２に供給された材料粉体がメインダクト下部７３を通じて中間ダクト６９に供給されるように構成されている。
【００３４】
中間ダクト６９は、上下方向に移動可能であり且つ細長い形状（本実施形態では長方形状）を有する中間ダクト出口６９ａから材料粉体を排出するように構成されている。中間ダクト出口６９ａは、リコータヘッド１１の材料排出口１１ｃと略同一方向に伸びている。
【００３５】
中間ダクト出口６９ａは、１つ以上の中間ダクトシャッター７０によって開閉される。中間ダクト出口６９ａは、通常時は中間ダクトシャッター７０によって閉じられている。センサ１８により材料収容部１１ａへの材料粉体の補充が必要と判断されると、リコータヘッド１１が材料供給ユニット５５の中間ダクト６９の直下に移動され、材料粉体が補充される。材料収容部１１ａの材料ケース１２に材料粉体を供給する際には、材料ケース１２の上端よりも低い位置で開かれて、中間ダクト出口６９ａから材料粉体が排出され、材料ケース１２内に供給される。
【００３６】
造形テーブル５の周りには粉体保持壁２６が設けられており、粉体保持壁２６と造形テーブル５によって囲まれる粉体保持空間に未固化の材料粉体が保持される。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下部の粉体排出部２７ａが設けられている。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、未固化の材料粉体と切削屑などの不純物とが下部の粉体排出部２７ａ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２８ａによってシューター２９に案内され、シューター２９を通じて材料回収用バケット３０に収容される。
【００３７】
チャンバ１内のベース４には、粉体保持壁２６の外側に形成されかつ材料回収用バケット３０に連通する少なくとも１つの上部の粉体排出部２７ｂが設けられる。移動するリコータヘッド１１によって押し出される余剰の未固化の材料粉体と不純物とは、粉体保持壁２６の外側にある粉体排出部２７ｂから排出されて、シューターガイド２８ｂによってシューター２９に案内され、材料回収用バケット３０に収容される。尚、上部の粉体排出部２７ｂは、シャッタ（不図示）によって適時に開閉されるように構成されていても良い。
【００３８】
チャンバ１からの材料粉体回収系統には、材料回収用搬送装置４１と、不純物除去装置４３と、吸引装置４４と、材料供給用バケット４６と、材料乾燥装置４７と、材料供給用搬送装置４８とが接続されている。材料回収用搬送装置４１は、材料回収用バケット３０の中の不純物を含んだ材料粉体を不純物除去装置４３へと搬送する。不純物除去装置４３は、搬送されてくる不純物を含んだ材料粉体の中から不純物を除去し、不純物除去装置４３によって不純物が取り除かれた材料粉体は、材料供給用バケット４６内に収容される。材料乾燥装置４７は、材料供給用バケット４６内の材料粉体を乾燥させる。材料供給用搬送装置４８は、材料供給ユニット５５のメインダクト８２の上方に設置され、メインダクト上部７２に接続されている。材料乾燥装置４７によって乾燥された材料粉体は、材料供給用搬送装置４８によりメインダクト上部７２に供給される。材料回収用搬送装置４１及び材料供給用搬送装置４８はサイクロン方式のフィルタを内部に有し、フィルタの排気口４１ａ及び排気口４８ａは切換弁４５を介して吸引装置４４に配管等により接続されている。吸引装置４４は、気体と固体を一緒に吸引可能な吸引力を有し、例えば、クリーナー等が採用されてもよい。吸引装置４４により材料粉体及び不純物等の固体が気体と共に吸引されると、フィルタは比重差を利用して固体のみを気流から分離し落下させる。これにより、固体が搬送され、気体のみが排気口４１ａ，４８ａから吸引装置４４に吸い込まれる。尚、吸引装置４４は、切換弁４５を用いて材料回収用搬送装置４１及び材料供給用搬送装置４８に切り替え可能に接続しても、材料回収用搬送装置４１及び材料供給用搬送装置４８それぞれに１台ずつ独立して接続してもよい。
【００３９】
（三次元造形物の製造方法）
次に、上記の積層造形装置を用いた積層造形物の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、造形テーブル５上にベースプレート６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。この際、材料収容部１１ａの材料ケース１２内に材料粉体が充填されているリコータヘッド１１は、造形領域Ｒの外（図１における造形領域Ｒの左側）に位置する。この状態で、制御部５７は、モータ１１ｇを用いてリコータヘッド１１を振動させ、材料ケース１２内で凝集した材料粉体による詰まりを解消する。
【００４１】
制御部５７は、リコータヘッド１１を所定の時間振動させた後に振動を停止する。振動が停止した状態で、リコータヘッド１１を図１の矢印Ｂ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り、造形テーブル５上に１層目の材料粉体層８が形成される。
【００４２】
次に、図８に示すように、材料粉体層中の所定部位にレーザ光Ｌを照射することによって材料粉体層８のレーザ光照射部位を固化させ、１層目の固化層５０ａを得る。
【００４３】
１層目の材料粉体層を形成した後、リコータヘッド１１は造形領域Ｒの外（図８における造形領域Ｒの右側）に移動する。この状態で、制御部５７は、モータ１１ｇを用いてリコータヘッド１１を再び振動させ、材料ケース１２内で凝集した材料粉体による詰まりを解消する。
【００４４】
１層目の固化層５０ａを形成後、造形テーブル５の高さを材料粉体層の１層分下げる。制御部５７は、リコータヘッド１１を所定の時間振動させた後に振動を停止する。振動が停止した状態で、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り、固化層５０ａを覆うように造形テーブル５上に２層目の材料粉体層が形成される。次に、上記と同様の方法で、材料粉体層中の所定部位にレーザ光Ｌを照射して材料粉体層のレーザ光照射部位を固化させることにより、図９に示すように、２層目の固化層５０ｂを得る。
【００４５】
２層目の固化層５０ｂを形成した後、リコータヘッド１１は造形領域Ｒの外（図９における造形領域Ｒの左側）に戻る。以上の工程を繰り返すことによって、３層目以降の固化層が形成される。隣接する固化層は、互いに強く固着される。
【００４６】
積層造形の完了後は、粉体排出部２７ａを通じて未固化の材料粉体を排出することによって、造形物を得ることができる。
【００４７】
制御部５７は、層を形成する毎に、リコータヘッド１１が造形領域Ｒの外にある状態でリコータヘッド１１を振動させる。これにより、材料ケース１２内の材料粉体の凝集を抑制し、凝集した材料粉体による詰まりが解消され、ケース出口１２ｅからパウダーガイド１６へ排出されやすい状態になる。さらに、制御部５７は、リコータヘッド１１を所定の時間振動させた後に、振動を停止し、振動が停止した状態で、リコータヘッド１１は造形領域Ｒ内へと移動する。これにより、形成される材料粉体層に対して、振動により表面状態が悪化するなどの影響が生じない。
【００４８】
制御部５７によるリコータヘッド１１の振動は、１層を形成する毎に行っても、所定の複数の層を形成する毎に行ってもよい。例えば、リコータヘッド１１が造形領域Ｒの左側（図１の状態）に位置するときのみ、つまりは、リコータヘッド１１が造形領域Ｒを往復し２層を形成する毎に振動を行ってもよい。
【００４９】
（他の実施形態）
制御部５７によるリコータヘッド１１の振動は、モータ１１ｇを用いる上記の方法に限定されない。例えば、材料ケース１２の側面の外側に超音波振動子を取り付け、制御部５７により超音波振動子を制御してリコータヘッド１１を振動させてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１        ：チャンバ
１ｂ      ：供給口
１ｃ      ：排出口
１ｄ      ：造形空間
１ｅ      ：壁面
１ｆ      ：壁面
１ｇ      ：壁面
３        ：粉体層形成装置
４        ：ベース
５        ：造形テーブル
６        ：ベースプレート
８        ：材料粉体層
１１      ：リコータヘッド
１１ａ    ：材料収容部
１１ｂ    ：材料供給口
１１ｃ    ：材料排出口
１１ｆｂ  ：ブレード
１１ｆｓ  ：ヒューム吸引部
１１ｇ    ：モータ
１１ｒｂ  ：ブレード
１１ｒｓ  ：ヒューム吸引部
１２      ：材料ケース
１２ａ    ：第１傾斜側面
１２ｂ    ：第２傾斜側面
１２ｃ    ：袖部
１２ｄ    ：支点
１２ｅ    ：ケース出口
１２ｆ    ：ネジ
１３      ：照射装置
１４      ：外枠
１５      ：不活性ガス供給装置
１６      ：パウダーガイド
１７      ：付着防止部
１８      ：センサ
１９      ：ヒュームコレクタ
２１      ：ダクトボックス
２３      ：ダクトボックス
２６      ：粉体保持壁
２７ａ    ：粉体排出部
２７ｂ    ：粉体排出部
２８ａ    ：シューターガイド
２８ｂ    ：シューターガイド
２９      ：シューター
３０      ：材料回収用バケット
３１      ：造形テーブル駆動機構
４１      ：材料回収用搬送装置
４３      ：不純物除去装置
４４      ：吸引装置
４５      ：切換弁
４６      ：材料供給用バケット
４７      ：材料乾燥装置
４８      ：材料供給用搬送装置
５０ａ    ：固化層
５０ｂ    ：固化層
５１      ：リコータヘッド駆動機構
５５      ：材料供給ユニット
５７      ：制御部
６９      ：中間ダクト
６９ａ    ：中間ダクト出口
７０      ：中間ダクトシャッター
７２      ：メインダクト上部
７３      ：メインダクト下部
７６      ：材料タンク
８２      ：メインダクト
９１      ：固定板
Ｇ        ：重心
Ｌ        ：レーザ光
Ｒ        ：造形領域
【要約】      （修正有）【課題】材料粉体を造形テーブル上に安定的に供給することが可能な積層造形装置の提供。【解決手段】チャンバと、リコータヘッドと、リコータヘッド駆動機構とを備える積層造形装置が提供される。チャンバは、造形領域を覆い、且つ不活性ガスで充満され、リコータヘッドは、材料粉体を収容する材料ケース１２と外枠１４とを備え、チャンバ内で移動しながら造形領域上に材料粉体を供給し平坦化して材料粉体層を形成するようにリコータヘッド駆動機構によって水平方向に移動可能に構成され、材料ケースは、内部の材料粉体を排出するケース出口１２ｅと、ケース出口を挟んで配置される一対の傾斜側面１２ａ，１２ｂとを有し、傾斜側面は、水平面との間になす傾斜角度α，βが相互に異なるように、ケース出口に向かって傾斜し、リコータヘッド駆動機構は、モータと、制御部とを備え、制御部は、リコータヘッドを振動させて材料粉体の排出を促進可能に構成される。【選択図】図７【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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