(57)【要約】【課題】ホッパーに貯留される粉末材料の種類が多岐にわたる場合であっても、適切に凝集を防止することができる凝集抑制装置、積層造形装置及び凝集抑制方法を提供する。【解決手段】凝集抑制装置１５は、ガスボンベ１５１と、気体噴出ノズル１５３、１５４と、気体選択バルブ１５２とを有する。ガスボンベ１５１は、異なる種類の気体を貯留する。気体噴出ノズル１５３、１５４は、ホッパー１４０内の粉末材料５０に、ガスボンベ１５１により貯留された気体を噴出する。気体選択バルブ１５２は、ガスボンベ１５１から気体噴出ノズル１５３、１５４への気体の流路の間に設けられ、複数のガスボンベ１５１にそれぞれ貯留された気体のうち選択された気体を気体噴出ノズル１５３、１５４に供給するよう調節する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる種類の気体を貯留する複数の気体貯留手段と、
粉末材料を供給するホッパー内の前記粉末材料に、前記気体貯留手段により貯留された気体を噴出する気体噴出手段と、
前記気体貯留手段から前記気体噴出手段への気体の流路の間に設けられ、前記複数の気体貯留手段にそれぞれ貯留された気体のうち選択された気体を前記気体噴出手段に供給するよう調節する調節手段と
を有する凝集抑制装置。
【請求項２】
前記気体貯留手段から供給される気体の流量を調整する流量調整手段
をさらに有する請求項１に記載の凝集抑制装置。
【請求項３】
前記気体噴出手段を複数有する請求項１に記載の凝集抑制装置。
【請求項４】
前記調節手段は、複数の前記気体噴出手段が異なる種類の気体を噴出するよう調節する
請求項３に記載の凝集抑制装置。
【請求項５】
前記ホッパーは、筒状側壁部と、該筒状側壁部の下側のテーパー部とにより側壁が形成されており、
前記気体噴出手段として、
前記気体の吐き出し口が、前記テーパー部の内側に設けられ、かつ、前記ホッパーの下部に設けられた排出口の中心を通る鉛直軸側かつ側方に向く第１の気体噴出手段と、
前記気体の吐き出し口が、前記筒状側壁部の内側の下端に設けられ、かつ、鉛直上方向に向く第２の気体噴出手段と
を有する請求項３又は４に記載の凝集抑制装置。
【請求項６】
前記第１の気体噴出手段が噴出する気体の流量及び前記第２の気体噴出手段が噴出する気体の流量を調整する流量調整手段
をさらに有する請求項５に記載の凝集抑制装置。
【請求項７】
前記流量調整手段は、前記第２の気体噴出手段により噴出される気体の流量よりも前記第１の気体噴出手段により噴出される気体の流量の方が大きくなるよう流量を調整する
請求項６に記載の凝集抑制装置。
【請求項８】
前記調節手段は、前記第１の気体噴出手段に供給する気体よりも低い化学的安定性を有する気体を前記第２の気体噴出手段に供給するよう調節する
請求項７に記載の凝集抑制装置。
【請求項９】
前記流量調整手段は、さらに、前記第１の気体噴出手段に対して第１の混合比で混合された第１の気体を生成するよう前記気体貯留手段から供給される気体の流量を調整し、前記第２の気体噴出手段に対して第２の混合比で混合された第２の気体を生成するよう前記気体貯留手段から供給される気体の流量を調整する
請求項７に記載の凝集抑制装置。
【請求項１０】
前記第１の気体及び前記第２の気体は、前記気体貯留手段にそれぞれ貯留された不活性ガスとドライエアとを混合した気体であり、前記第１の気体の濃度よりも前記第２の気体の濃度の方が低い
請求項９に記載の凝集抑制装置。
【請求項１１】
前記ホッパー内に発生したラットホールを検出する検出手段をさらに有し、
前記検出手段によりラットホールが検出されている間、前記気体噴出手段が気体の噴出を繰り返す
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の凝集抑制装置。
【請求項１２】
ホッパーから供給された粉末材料を光ビームで固化して積層することにより立体造形を行う積層造形装置であって、
異なる種類の気体を貯留する複数の気体貯留手段と、
前記ホッパー内の前記粉末材料に、前記気体貯留手段により貯留された気体を噴出する気体噴出手段と、
前記気体貯留手段から前記気体噴出手段への気体の流路の間に設けられ、前記複数の気体貯留手段にそれぞれ貯留された気体のうち選択された気体を前記気体噴出手段に供給するよう調節する調節手段と
を有する積層造形装置。
【請求項１３】
複数のガスボンベに貯留された異なる種類の気体のうち選択された気体をノズルに供給するよう、前記ガスボンベから前記ノズルへの気体の流路の間に設けられたバルブによって調節し、
粉末材料を供給するホッパー内の前記粉末材料に、選択された前記気体を前記ノズルから噴出する
凝集抑制方法。
【請求項１４】
前記ホッパーは、筒状側壁部と、該筒状側壁部の下側のテーパー部とにより側壁が形成されており、
前記気体の吐き出し口が、前記テーパー部の内側に設けられ、かつ、前記ホッパーの下部に設けられた排出口の中心を通る鉛直軸側かつ側方に向く第１のノズルと、前記気体の吐き出し口が、前記筒状側壁部の内側の下端に設けられ、かつ、鉛直上方向に向く第２のノズルとが前記ホッパーに設けられており、
前記第１のノズルから噴出される気体の流量が、前記第２のノズルから噴出される気体の流量よりも大きくなるよう流量を調整し、
前記第１のノズル及び前記第２のノズルから前記粉末材料に前記気体を噴出する
請求項１３に記載の凝集抑制方法。
【請求項１５】
前記第２のノズルから噴出される気体は、前記第１のノズルから噴出される気体よりも低い化学的安定性を有する
請求項１４に記載の凝集抑制方法。
【請求項１６】
それぞれ貯留された不活性ガスとドライエアとを混合した第１の気体を前記第１のノズルから噴出し、前記不活性ガスと前記ドライエアとを混合した第２の気体を前記第２のノズルから噴出し、
前記第１の気体の濃度よりも前記第２の気体の濃度の方が低い
請求項１４に記載の凝集抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は凝集抑制装置、積層造形装置及び凝集抑制方法に関し、特に粉末材料に気体を噴出する凝集抑制装置、積層造形装置及び凝集抑制方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末材料に光ビームを照射し、焼結または溶融固化させることにより、三次元形状の積層造形物を製造する積層造形装置が知られている。このような装置では、具体的には、ホッパーから供給された粉末材料を定盤上に敷き詰め、粉末層を形成する工程と、この粉末層の所定領域に光ビ−ムを照射し、焼結または溶融固化させることにより硬化層を形成する工程とを繰り返す。これにより、多数の硬化層を積層一体化して三次元形状の造形物を製造することができる。
【０００３】
ここで、ホッパー内の粉末材料がホッパー内で凝集してしまい、ラットホールが形成されることがある。ラットホールは、粉末材料がホッパーから排出されるのを阻害する。これに対し、ラットホールを破壊する方法が提案されている。例えば、特許文献１では、ホッパー内部へ圧縮空気を間欠的に噴射することにより、ラットホールを破壊する破壊装置について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３５７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
積層造形装置で用いられる粉末材料の種類は、多岐にわたることがある。このため、粉末材料に応じて、適切に凝集を抑制することが求められている。しかしながら、引用文献１に記載された破壊装置では、一種類の気体を噴射する構成であり、粉末材料に応じて柔軟に凝集を抑制することができない。
【０００６】
本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、ホッパーに貯留される粉末材料の種類が多岐にわたる場合であっても、適切に凝集を防止することができる凝集抑制装置、積層造形装置及び凝集抑制方法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】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、異なる種類の気体を貯留する複数の気体貯留手段と、粉末材料を供給するホッパー内の前記粉末材料に、前記気体貯留手段により貯留された気体を噴出する気体噴出手段と、前記気体貯留手段から前記気体噴出手段への気体の流路の間に設けられ、前記複数の気体貯留手段にそれぞれ貯留された気体のうち選択された気体を前記気体噴出手段に供給するよう調節する調節手段とを有する凝集抑制装置である。
この一態様において、前記気体貯留手段から供給される気体の流量を調整する流量調整手段をさらに有してもよい。
この一態様において、前記気体噴出手段を複数有してもよい。
この一態様において、前記調節手段は、複数の前記気体噴出手段が異なる種類の気体を噴出するよう調節してもよい。
この一態様において、前記ホッパーは、筒状側壁部と、該筒状側壁部の下側のテーパー部とにより側壁が形成されており、前記気体噴出手段として、前記気体の吐き出し口が、前記テーパー部の内側に設けられ、かつ、前記ホッパーの下部に設けられた排出口の中心を通る鉛直軸側かつ側方に向く第１の気体噴出手段と、前記気体の吐き出し口が、前記筒状側壁部の内側の下端に設けられ、かつ、鉛直上方向に向く第２の気体噴出手段とを有してもよい。
この一態様において、前記第１の気体噴出手段が噴出する気体の流量及び前記第２の気体噴出手段が噴出する気体の流量を調整する流量調整手段をさらに有してもよい。
この一態様において、前記流量調整手段は、前記第２の気体噴出手段により噴出される気体の流量よりも前記第１の気体噴出手段により噴出される気体の流量の方が大きくなるよう流量を調整してもよい。
この一態様において、前記調節手段は、前記第１の気体噴出手段に供給する気体よりも低い化学的安定性を有する気体を前記第２の気体噴出手段に供給するよう調節してもよい。
この一態様において、前記流量調整手段は、さらに、前記第１の気体噴出手段に対して第１の混合比で混合された第１の気体を生成するよう前記気体貯留手段から供給される気体の流量を調整し、前記第２の気体噴出手段に対して第２の混合比で混合された第２の気体を生成するよう前記気体貯留手段から供給される気体の流量を調整してもよい。
この一態様において、前記第１の気体及び前記第２の気体は、前記気体貯留手段にそれぞれ貯留された不活性ガスとドライエアとを混合した気体であり、前記第１の気体の濃度よりも前記第２の気体の濃度の方が低くてもよい。
この一態様において、前記ホッパー内に発生したラットホールを検出する検出手段をさらに有し、前記検出手段によりラットホールが検出されている間、前記気体噴出手段が気体の噴出を繰り返してもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、ホッパーから供給された粉末材料を光ビームで固化して積層することにより立体造形を行う積層造形装置であって、異なる種類の気体を貯留する複数の気体貯留手段と、前記ホッパー内の前記粉末材料に、前記気体貯留手段により貯留された気体を噴出する気体噴出手段と、前記気体貯留手段から前記気体噴出手段への気体の流路の間に設けられ、前記複数の気体貯留手段にそれぞれ貯留された気体のうち選択された気体を前記気体噴出手段に供給するよう調節する調節手段とを有する積層造形装置であってもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、複数のガスボンベに貯留された異なる種類の気体のうち選択された気体をノズルに供給するよう、前記ガスボンベから前記ノズルへの気体の流路の間に設けられたバルブによって調節し、粉末材料を供給するホッパー内の前記粉末材料に、選択された前記気体を前記ノズルから噴出する凝集抑制方法であってもよい。
この一態様において、前記ホッパーは、筒状側壁部と、該筒状側壁部の下側のテーパー部とにより側壁が形成されており、前記気体の吐き出し口が、前記テーパー部の内側に設けられ、かつ、前記ホッパーの下部に設けられた排出口の中心を通る鉛直軸側かつ側方に向く第１のノズルと、前記気体の吐き出し口が、前記筒状側壁部の内側の下端に設けられ、かつ、鉛直上方向に向く第２のノズルとが前記ホッパーに設けられており、前記第１のノズルから噴出される気体の流量が、前記第２のノズルから噴出される気体の流量よりも大きくなるよう流量を調整し、前記第１のノズル及び前記第２のノズルから前記粉末材料に前記気体を噴出してもよい。
この一態様において、前記第２のノズルから噴出される気体は、前記第１のノズルから噴出される気体よりも低い化学的安定性を有してもよい。
この一態様において、それぞれ貯留された不活性ガスとドライエアとを混合した第１の気体を前記第１のノズルから噴出し、前記不活性ガスと前記ドライエアとを混合した第２の気体を前記第２のノズルから噴出し、前記第１の気体の濃度よりも前記第２の気体の濃度の方が低くてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ホッパーに貯留される粉末材料の種類が多岐にわたる場合であっても、適切に凝集を防止することができる凝集抑制装置、積層造形装置及び凝集抑制方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる積層造形装置の概要を示す模式的断面図である。
【図２】実施の形態１にかかる凝集抑制装置を示す模式図である。
【図３】凝集の発生要因を図示した模式図である。
【図４】実施の形態１にかかる凝集抑制装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１にかかる気体噴出処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２にかかる凝集抑制装置を示す模式図である。
【図７】実施の形態２にかかる凝集抑制装置の気体噴出処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態２にかかる凝集抑制方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１１】
（実施の形態１）
まず、図１を参照して、実施の形態１に係る積層造形装置１００について説明する。図１は、実施の形態１に係る積層造形装置１００の概要を示す模式的断面図である。
図１に示すように、実施の形態１に係る積層造形装置１００は、ベース１、定盤２、造形槽３、造形槽支持部４、造形槽駆動部５、支柱６、支持部７、レーザスキャナ８、光ファイバ９、レーザ発振器１０、スキージ１１、樋１２、粉末分配器１３、粉末供給部１４、及び凝集抑制装置１５を備えている。このような構成により、積層造形装置１００は、後述するホッパー１４０（図２参照）から供給された粉末材料を、光ビームで固化して積層することにより立体造形を行う。
【００１２】
ベース１は、定盤２及び支柱６を固定するための台である。ベース１は、定盤２が載置される上面が水平になるように、床面に設置される。
【００１３】
定盤２は、ベース１の水平な上面に載置、固定されている。定盤２の上面も水平であって、この定盤２の上面に粉末材料が敷き詰められ、造形物５１が形成されていく。図１の例では、定盤２は、四角柱状の部材である。図１に示すように、定盤２の上面の周縁全体に、水平方向に張り出したフランジ状の凸部２ａが形成されている。この凸部２ａの外周面が全体に亘り造形槽３の内側面と接触しているため、定盤２の上面及び造形槽３の内側面に囲われた空間に積層粉末５２を保持することができる。ここで、造形槽３の内側面と接触している凸部２ａの外周面に、例えばフェルトからなるシール部材（不図示）を設けることにより、積層粉末５２の保持力を高めることができる。
【００１４】
造形槽３は、この定盤２の上面に敷き詰められた粉末材料を側面から保持する筒状の部材である。図１の例では、定盤２が四角柱状であるため、造形槽３は、上端にフランジ部３ａを備えた角パイプである。造形槽３は、例えば厚さ１〜６ｍｍ程度（好適には３〜５ｍｍ程度）のステンレス鋼鈑から構成され、軽量である。造形槽３の上部開口端３ｂに粉末層を形成し、この粉末層にレーザビームＬＢを照射することにより硬化層を形成する。上部開口端３ｂの形状は、例えば６００ｍｍ×６００ｍｍである。
また、造形槽３は、上下方向（ｚ軸方向）に移動可能に設置されている。硬化層を形成する度に造形槽３を定盤２に対して一定量ずつ上昇させ、造形物５１を形成していく。
【００１５】
造形槽支持部４は、造形槽３のフランジ部３ａの上面が水平となるように、フランジ部３ａの下面を３点で支持している支持部材である。
造形槽支持部４は、造形槽３を上下方向（ｚ軸方向）に移動させる造形槽駆動部５の連結部５ｃに連結されている。
【００１６】
造形槽駆動部５は、造形槽３を上下方向（ｚ軸方向）に移動させるための駆動機構である。造形槽駆動部５は、モータ５ａ、ボールねじ５ｂ、連結部５ｃを備えている。モータ５ａが駆動すると、ｚ軸方向に延設されたボールねじ５ｂが回転する。そして、ボールねじ５ｂが回転すると、ボールねじ５ｂに沿って、連結部５ｃが上下方向（ｚ軸方向）に移動する。上述の通り、造形槽３を支持する造形槽支持部４が連結部５ｃに連結されているため、造形槽駆動部５により造形槽３が上下方向（ｚ軸方向）に移動可能となる。なお、造形槽駆動部５の駆動源は、モータに限らず、油圧シリンダなどを用いてもよい。
ここで、造形槽駆動部５は、ベース１から略垂直に（すなわち鉛直方向に）立設された支柱６の上部に固定されている。
【００１７】
レーザスキャナ８は、造形槽３の上部開口端３ｂに形成された粉末層に対して、レーザビームＬＢを照射する。レーザスキャナ８は、図示されないレンズ及びミラーを有している。そのため、図１に示すように、レーザスキャナ８は、粉末層における水平面（ｘｙ平面）上の位置に関わらず、粉末層にレーザビームＬＢの焦点を合わせることができる。
ここで、レーザビームＬＢは、レーザ発振器１０において生成され、光ファイバ９を介して、レーザスキャナ８に導入される。
【００１８】
また、レーザスキャナ８は、支持部７を介して、造形槽３のフランジ部３ａに固定されている。そのため、レーザスキャナ８とレーザビームＬＢの照射対象である粉末層との距離を一定に保つことができる。
【００１９】
スキージ１１は、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂから構成されている。第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂは、いずれもｙ軸方向に延設されている。また、スキージ１１は、造形槽３の上部開口端３ｂを介して、一方のフランジ部３ａから対向するフランジ部３ａまでｘ軸方向にスライドすることができる。
【００２０】
図１に示すように、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂが、ｘ軸マイナス側のフランジ部３ａ上に設置された状態で、両者の間に粉末が供給される。ここで、２回分の粉末層を形成するための粉末が供給される。すなわち、スキージ１１がｘ軸マイナス側のフランジ部３ａからｘ軸プラス側のフランジ部３ａまでスライドすることにより、１回分の粉末層が造形槽３の上部開口端３ｂに形成される。図１に破線で示したように、この粉末層に対してレーザビームＬＢを照射し、硬化層を形成している間、スキージ１１はｘ軸プラス側のフランジ部３ａ上で待機している。そして、スキージ１１がｘ軸プラス側のフランジ部３ａからｘ軸マイナス側のフランジ部３ａまでスライドすることにより、もう１回分の粉末層が造形槽３の上部開口端３ｂに形成される。
【００２１】
樋１２及び粉末分配器１３は、粉末供給部１４から投下された粉末をスキージ１１の長手方向に均一に分配するためのものである。
樋１２の下面には、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂの間隔（ｘ軸方向）より狭く、スキージ１１の粉末投入領域と同程度の長さ（ｙ軸方向）を有する開口部が形成されている。但し、樋１２において開口部が形成されていない端部に、粉末供給部１４から粉末材料が投下される。
【００２２】
粉末分配器１３は、樋１２の溝の断面形状と同形状の板状部材である。粉末分配器１３は、図示しない駆動機構によりｙ軸方向にスライドすることができる。ここで、図１では、分かり易くするため、粉末分配器１３を樋１２から離して描いている。しかし、実際には、粉末分配器１３は樋１２の溝の両側面と隙間なく接触しながらスライドする。粉末分配器１３が、樋１２において粉末材料が投下された一端から他端までスライドすることにより、粉末が樋１２の開口部を介して、スキージ１１の長手方向に均一に分配される。
【００２３】
粉末供給部１４は、造形に用いられる粉末材料を供給する。本実施の形態では、上述の通り、粉末供給部１４は、樋１２に粉末材料を供給する。ここで、粉末供給部１４は、後述する通り、ホッパー１４０（図２参照）を有しており、ホッパー１４０内に貯留された粉末材料を供給する。なお、粉末材料は、例えば、無機材料（金属やセラミック）もしくは有機材料（プラスチック）からなる。本実施の形態にかかる積層造形装置１００では、種々の粉末材料が用いられることが想定される。すなわち、ホッパー１４０が供給のために貯留する粉末材料の種類は、１種類に限られない。
【００２４】
粉末供給部１４には、凝集抑制装置１５が接続されており、粉末材料の凝集の発生が抑制される。なお、凝集抑制装置１５の詳細については、図２を用いて後述する。
以上の構成により、積層造形装置１００は、スキージ１１への粉末の供給、造形槽３の上方への移動、スキージ１１のスライドによる粉末層の形成（往路）、硬化層の形成、造形槽３の上方への移動、スキージ１１のスライドによる粉末層の形成（復路）、及び硬化層の形成が繰り返される。これにより、多数の硬化層が積層一体化された三次元形状の造形物５１が得られる。
【００２５】
次に、凝集抑制装置１５の詳細について説明する。図２は、実施の形態１に係る凝集抑制装置１５を示す模式図である。なお、図２では、凝集抑制装置１５に加え、粉末供給部１４のホッパー１４０が図示されている。また、図２では、ホッパー１４０にラットホール２０が発生した様子が図示されている。
【００２６】
ここで、凝集抑制装置１５の説明に先立ち、ホッパー１４０及びラットホール２０について、図２を用いて説明する。ホッパー１４０は、筒状側壁部１４１と、この筒状側壁部１４１の下側のテーパー部１４２とにより側壁が形成された容器であり、内部に粉末材料５０を貯留する。なお、図２に示した例では、筒状側壁部１４１の上側、すなわちホッパー１４０の上側は開口しているが、蓋などにより覆われていてもよい。また、ホッパー１４０の下部には排出口１４３が設けられており、ホッパー１４０は下端が開口している。
【００２７】
筒状側壁部１４１は、筒状の形状（例えば円筒形状）である。テーパー部１４２は、筒状側壁部１４１と排出口１４３との間をつなぐ側壁部分である。テーパー部１４２は、所定の角度に傾斜した側壁部分である。テーパー部１４２があることにより、ホッパー１４０は、排出口１４３に向かって先細りとなる形状となっている。すなわち、ホッパー１４０は、テーパー部１４２において、下側ほど内径が狭くなっている。ホッパー１４０は、このような構造により、内部に貯留された粉末材料５０を排出口１４３から吐き出すことにより粉末材料５０を供給する。
【００２８】
ここで、ホッパー１４０に、ラットホール２０が発生することがある。ラットホール２０は、紛体圧力等の要因により、ホッパー１４０の内周面の周辺の粉粒体が排出口１４３から排出されず、ホッパー１４０の中央部の粉粒体のみが排出されることで形成される穴である。すなわち、ラットホール２０は、排出口１４３から伸びる、粉末材料５０により形成された穴である。ラットホール２０が発生すると、ホッパー１４０による粉末材料５０の供給が阻害されてしまう。
【００２９】
ラットホール２０は、粉末材料５０が凝縮することにより発生すると考えられる。ここで、凝集の発生要因としては、種々の要因が考えられる。図３は、凝集の発生要因を図示した模式図である。図３に示されるように、凝集は粉粒体に圧縮力（圧力）が働くことに起因して発生したり、粒子間引力が大きいことに起因して発生したりする。また、粒子間引力は、水分があることに起因する液架橋力の発生や、磁力の発生、静電力の発生、ファンデルワールス力の発生又は表面付着物の存在などに起因する固体架橋力の発生により生じる。
【００３０】
ラットホール２０を破砕するために、振動を与えるための機構を設けることが考えられるが、レーザスキャナ８又はレーザ発振器１０の動作に、振動が悪影響を及ぼす恐れがある。このため、本実施の形態では、凝集抑制装置１５を用いて、粉粒体に対して気体を噴出することでラットホール２０を破砕する。
【００３１】
ところで、凝集を抑制するために噴出される気体によっては、粉末材料と化学的に反応してしまう恐れがある。例えば、噴出される気体として空気を用いた場合、空気中の酸素による酸化反応のリスクがある。また、空気がドライエアではない場合、空気に含まれる水分による反応のリスクがある。また、粉末材料としてリチウムやマグネシウムが用いられる場合、これらの有する高い反応性が問題となる。また、粉末材料としてアルミニウムが用いられる場合、化学反応を起こして酸化被膜が形成され、溶融及び合金化を阻害することが考えられる。
【００３２】
このようなことから、噴出する気体として、化学的に安定している不活性ガスを用いることが考えられる。しかしながら、不活性ガスは、他の気体よりも一般的に高価であるため、不活性ガスを用いる凝集抑制装置は、コストの上昇を招いてしまう。ここで、粉末材料の種類によって粉末材料の有する反応性は異なるにも関わらず、凝集抑制装置において一律の不活性ガスを用いることが、コストの上昇の要因となっていると考えられる。そこで、本実施の形態にかかる凝集抑制装置１５は、気体を選択して粉末材料に噴射する。
【００３３】
図２に戻り、凝集抑制装置１５の構成について説明する。凝集抑制装置１５は、複数のガスボンベ１５１、気体選択バルブ１５２、気体噴出ノズル１５３、１５４を含む。
【００３４】
各ガスボンベ１５１は、異なる種類の気体を貯留する。ガスボンベ１５１は、気体貯留手段を構成する。各ガスボンベ１５１は、例えば圧縮ガス又は液化ガスとして気体を貯留する。各ガスボンベ１５１は、気体選択バルブ１５２に接続されている。具体的には、本実施の形態では、ガスボンベ１５１は、接続管１５７を介して気体選択バルブ１５２と接続している。なお、図２においては、３つのガスボンベ１５１が図示されているが、ガスボンベ１５１は２以上であればよく、３つに限定されない。すなわち、貯留されるガスの種類は、２以上であればよい。
【００３５】
貯留されるガスの種類としては、例えば、ヘリウム、窒素、アルゴンなどに代表される不活性ガス（ドライ不活性ガス）や、ドライエア、ドライ炭酸ガスなどが挙げられる。
【００３６】
気体噴出ノズル１５３、１５４は、それぞれ、ホッパー１４０内の粉末材料５０に、ガスボンベ１５１により貯留された気体を噴出するノズルである。気体噴出ノズル１５３、１５４は、それぞれ、気体噴出手段を構成する。なお、気体噴出ノズル１５３は第１の気体噴出手段と呼ばれることがあり、気体噴出ノズル１５４は第２の気体噴出手段と呼ばれることがある。
【００３７】
気体噴出ノズル１５３は、気体の吐き出し口がテーパー部１４２の内側に設けられたノズルである。また、気体噴出ノズル１５３の気体の吐き出し口は、排出口１４３の中心を通る鉛直軸Ｌ側かつ側方Ａに向いている。すなわち、気体噴出ノズル１５３は、気体を側方Ａに噴出する。なお、気体噴出ノズル１５３の気体の吐き出し口のこのような向きの例として、図２では、気体噴出ノズル１５３の気体の吐き出し口が水平方向に向いた様子を図示しているが、向きは必ずしも水平方向でなくてもよい。例えば、気体噴出ノズル１５３の気体の吐き出し口は、鉛直軸Ｌ側かつテーパー部の勾配に沿った方向に向いてもよい。
【００３８】
気体噴出ノズル１５４は、気体の吐き出し口が、筒状側壁部１４１の内側の下端に設けられたノズルである。また、気体噴出ノズル１５４の気体の吐き出し口は、鉛直上方向Ｂに向いている。すなわち、気体噴出ノズル１５４は、気体を鉛直上方向Ｂに噴出する。
このような構成により、気体噴出ノズル１５３、１５４は、ホッパー１４０に貯留された粉末材料５０の内部から気体を噴出することとなる。
【００３９】
気体選択バルブ１５２は、ガスボンベ１５１から気体噴出ノズル１５３、１５４への気体の流路の間に設けられたバルブであり、複数のガスボンベ１５１にそれぞれ貯留された気体のうち選択された気体を気体噴出ノズル１５３、１５４に供給するよう調節する。ここで、気体選択バルブ１５２は、気体噴出ノズル毎に調節を行う。すなわち、気体噴出ノズル１５３から噴出するよう選択された気体の種類と、気体噴出ノズル１５４から噴出するよう選択された気体の種類とが異なる場合、気体選択バルブ１５２は、気体噴出ノズル１５３及び気体噴出ノズル１５４に対し、それぞれ選択された異なる種類の気体を供給するよう調節する。言い換えると、気体選択バルブ１５２は、複数の気体噴出ノズルが異なる種類の気体を噴出するよう調節する。なお、気体選択バルブ１５２による調節は、気体選択バルブ１５２の開閉を調節することにより実現される。このように、気体選択バルブ１５２は、調節手段を構成する。
【００４０】
気体選択バルブ１５２は、例えば、複数のガスボンベ１５１のうち一つのガスボンベ１５１の気体を気体噴出ノズル１５３、１５４に供給するよう調節してもよいし、複数のガスボンベ１５１のうち二以上のガスボンベ１５１の気体を気体噴出ノズル１５３、１５４に供給するよう調節してもよい。なお、本実施の形態において、気体選択バルブ１５２が複数のガスボンベ１５１のうち二以上のガスボンベ１５１の気体を気体噴出ノズル１５３又は気体噴出ノズル１５４に供給する場合、選択された各ガスボンベ１５１の気体が混合された混合気体が気体噴出ノズル１５３又は気体噴出ノズル１５４から噴出することとなる。このように、凝集抑制装置１５は、気体選択バルブ１５２により、粉末材料５０の種類に応じて、噴出させるガスを切替えられるようにしてある。なお、本実施の形態では、気体選択バルブ１５２は、制御装置１５６の制御信号に基づいて、上述の調節動作を実施する。
【００４１】
ラットホール検出装置１５５は、ホッパー１４０内を撮像するカメラを備えており、ホッパー１４０内の撮影画像を画像解析処理することで、ラットホールの発生を検出する。ラットホール検出装置１５５は、ラットホールの検出結果を制御装置１５６に通知する。具体的には、ラットホール検出装置１５５は、ラットホールの発生を検出した場合、制御装置１５６に対し、ラットホール発生検出信号を出力する。このように、ラットホール検出装置１５５は、ホッパー１４０内に発生したラットホールを検出する検出手段として機能する。なお、ラットホール検出装置１５５は、他の方法により検出を行ってもよい。例えば、ホッパー１４０の排出口１４３から排出される粉末材料の量が、基準量よりも低下したことを検出すことにより、ラットホールの発生を検出してもよい。
【００４２】
制御装置１５６は、コンピュータとしての機能を備え、制御プログラムに基づいて、この凝集抑制装置１５の各種処理を制御する。具体的には、制御装置１５６は、例えば、キーボード、マウス等の入力手段及びＣＲＴ、液晶ディスプレイ等の出力手段を備えており、操作者からの入力情報を受付け、気体選択バルブ１５２の調節動作を制御する。
【００４３】
次に、凝集抑制装置１５の動作の一例について説明する。図４は、凝集抑制装置１５の動作の一例を示すフローチャートである。以下、図４に示されるフローチャートに沿って、説明する。
【００４４】
ステップ１０（Ｓ１０）において、制御装置１５６は、凝集抑制装置１５の稼働条件を満たすか否かを判定する。具体的には、例えば、制御装置１５６は、ホッパー１４０に粉末材料５０を搬送又は供給するための図示しない装置（例えば、負圧ポンプ）の稼働信号を監視し、この装置の稼働信号を検知した場合、凝集抑制装置１５の稼働条件を満たしたと判定して、ステップ１１の処理へ移行する。一方、稼働信号を検知しない場合、処理を終了する。
【００４５】
ステップ１１（Ｓ１１）において、制御装置１５６は、ラットホールが発生したか否かを判定する。ラットホールが発生したと判定された場合、処理はステップ１２へ移行し、ラットホールが発生していないと判定された場合、処理はステップ１０に戻る。具体的には、ラットホール検出装置１５５がラットホールの検出処理を行い、制御装置１５６は、ラットホール検出装置１５５からラットホール検出信号を受信した場合に、ラットホールが発生したと判定する。
【００４６】
ステップ１２（Ｓ１２）において、制御装置１５６は、気体選択バルブ１５２に制御信号を出力し、気体を噴出するよう制御する。なお、ステップ１２における処理の詳細は、図５を参照して後述する。
【００４７】
ステップ１３（Ｓ１３）において、制御装置１５６は、ラットホールが解消したか否かを判定する。ラットホールが解消していないと判定された場合、処理はステップ１０へ戻り、ラットホールが解消したと判定された場合、処理を終了する。具体的には、ラットホール検出装置１５５がラットホールの検出処理を行い、制御装置１５６は、ラットホール検出装置１５５からラットホール検出信号を受信した場合、ラットホールが解消されていないと判定する。
このように、ラットホール検出装置１５５によりラットホールが検出されている間、気体噴出ノズル１５３、１５４は、気体の噴出を繰り返す。
【００４８】
次に、ステップ１２の気体噴出処理の詳細について説明する。図５は、気体噴出処理にかかる動作の一例を示すフローチャートである。以下、図５に示されるフローチャートに沿って、説明する。
【００４９】
ステップ１２０（Ｓ１２０）において、制御装置１５６は、噴出に使用する気体を選択する。例えば、制御装置１５６は、ガスボンベ１５１の識別番号であるガスボンベ番号の入力を受付け、受け付けた入力情報に従って噴出に使用する気体を選択する。なお、制御装置１５６は、例えば、ガス種別、ガスボンベ番号、噴出量などの情報をデータテーブルなどの形式で予め記憶しておき、操作者からのガス種別の入力に応じて、噴出に利用するガスボンベ１５１を特定し（すなわち、ガスボンベ番号を特定し）、噴出量を決定してもよい。
【００５０】
ステップ１２１（Ｓ１２１）において、制御装置１５６は、全ての気体噴出ノズルで同じ気体を噴出するか否かを判定する。すなわち、本実施の形態では、制御装置１５６は、気体噴出ノズル１５３から噴出する気体と、気体噴出ノズル１５４から噴出する気体とを同じにするか否かを判定する。例えば、制御装置１５６は、操作者から、各気体噴出ノズルから噴出する気体を同じにするか否かを指示する入力情報を受付け、受け付けた入力情報に従って判定する。各気体噴出ノズルから噴出する気体を同じにしない場合、処理はステップ１２２へ移行し、各気体噴出ノズルから噴出する気体を同じにする場合、処理はステップ１２３へ移行する。
【００５１】
ステップ１２２（Ｓ１２２）において、制御装置１５６は、気体噴出ノズルごとに、噴出に使用する気体を選択する。例えば、制御装置１５６は、使用される気体を気体噴出ノズルごとに指示する入力を操作者から受付け、受け付けた入力情報に従って気体噴出ノズル毎の気体を選択する。ステップ１２２の後、処理は、ステップ１２３へ移行する。
なお、ステップ１２０、１２２における設定は、気体選択バルブ１５２において行われる調整についての設定に相当する。
【００５２】
ステップ１２３（Ｓ１２３）において、制御装置１５６は、気体選択バルブ１５２の開閉を調節するよう制御する。これにより、気体選択バルブ１５２は、ステップ１２０、１２２で選択された気体を気体噴出ノズル１５３、１５４に供給するよう調節する。
【００５３】
そして、気体選択バルブ１５２による調節が行われると、ステップ１２４（Ｓ１２４）において、気体噴出ノズル１５３、１５４から気体が噴出される。これにより、筒状側壁部１４１及びテーパー部１４２周辺の粉末材料５０が飛ばされ、ラットホール２０が破壊される。
【００５４】
このように、凝集抑制装置１５は、ホッパー１４０における粉末材料５０の凝集を抑制することができる。すなわち、ラットホールにより粉末材料５０の供給が妨げられることを抑制することができる。
【００５５】
そして、粉末材料の種類に応じて噴出する気体の種類を適宜選択することができるため、ホッパーに貯留される粉末材料の種類が多岐にわたる場合であっても、適切に凝集を防止することができる。すなわち、以下に述べるように、コストを抑制しつつ凝集を防止するという点、及び粉末材料に応じた最適な気体を選択することができるという点で、適切に凝集を防止することができる。
【００５６】
凝集抑制装置１５によれば、粉末材料に応じた気体を選択して噴出することが可能であるため、一律に不活性ガスを用いずに済むため、コストの増大を抑制することができる。例えば、定常状態、すなわち常温及び常圧の状態で安定した材料に対してはドライエアを噴出し、酸化性が非常に高い材料にはアルゴンガスを噴出する、などといった気体の選択を行うことで全体のコストを抑制することができる。なお、定常状態で安定した材料は、例えば、貴金属系材料、プラスチック樹脂材料、紙、小麦粉などの粉末食材などが該当する。酸化性が非常に高い材料としては、例えば、リチウム、カリウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウムなどが挙げられる。
【００５７】
また、金属系の粉末材料が用いられる場合、積層造形装置における溶融及び固化は、溶接と同様の領域と考えられるため、溶接における、金属とシールドガスの組み合わせが参考となる。すなわち、例えば、アルミニウム合金や銅合金に対しては、アルゴン、ヘリウム、又はアルゴンとヘリウムの混合気体などを噴出する気体として用いることが考えられる。また、ステンレス鋼、炭素鋼、及び高張力鋼に対しては、例えばアルゴン、ヘリウム、アルゴンとヘリウムの混合気体、アルゴンと水素の混合気体などを噴出する気体として用いることが考えられる。
【００５８】
このように、凝集抑制装置１５によれば、材料に応じて、化学的に安定するよう最適な気体を噴出することができる。なお、凝集抑制装置１５によれば、材料が金属である場合に限らず、鉄系材料と非鉄系材料の使用、金属材料と樹脂などの非金属材料の使用などといった異種材料の使用にも適応できる。すなわち、凝集抑制装置１５によれば、積層造形装置で複数種類の材料が使用されるとしても、各材料に応じて適切な気体を選択して噴出することができる。ここで、積層造形装置１００における複数種類の材料の使用としては、次の３つのパターンが考えられる。
【００５９】
第１のパターンは、材料ｐを使用して造形物Ｐを作成後、次に別の材料ｑを使用して別の造形物Ｑを作成するパターンである。第２のパターンは、同一造形物を作成する過程において、材料ｐでこの造形物の部位を形成後、材料ｑでこの部位と同じ部位又は異なる部位を形成するパターンである。そして、第３のパターンは、材料ｐと材料ｑを混合した材料ｒにより造形物を作成するパターンである。
【００６０】
第１のパターン及び第２のパターンについては、例えば、鉄系材料を積層及び溶融後、非鉄系材料のアルミニウムを積層及び溶融する場合が考えられる。この場合、上述のように溶接と同様に考えると、アルミニウムを積層及び溶融する際には、溶接欠陥が発生する可能性があるため、炭酸ガス以外の気体を用いて噴出を行う。また、第３の場合については、具体的には金属多孔質体を造形する場合などが考えられ、この場合、ヘリウム、窒素、空気などを噴出する気体として用いることが考えられる。なお、材料に適した気体は、科学的計算やシミュレーションなどにより決定されてもよいし、トライアンドエラーによる試験及び評価を行って調整することにより決定されてもよい。なお、この試験及び評価では、実際に、ある材料に対してある気体を使用し、凝集が発生しないか、すなわちラットホールが発生しないかを評価する。
【００６１】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。積層造形装置１００は、凝集抑制装置１５に代えて、凝集抑制装置２５を備えてもよい。以下、実施の形態２にかかる凝集抑制装置２５について説明する。図６は、実施の形態２に係る凝集抑制装置２５を示す模式図である。なお、図６においても、凝集抑制装置２５に加え、粉末供給部１４のホッパー１４０が図示されている。
【００６２】
図６に示されるように、実施の形態２にかかる凝集抑制装置２５は、流量調整バルブ２５０をさらに有している点で、実施の形態１にかかる凝集抑制装置１５と異なる。以下、実施の形態１にかかる凝集抑制装置１５と同様の構成については、説明を省略する。なお、流量調整バルブ２５０は、流量調整手段と呼ばれることがある。
【００６３】
流量調整バルブ２５０は、流路の一方が各気体噴出ノズルに接続し、流路の他方が気体選択バルブ１５２に接続している。すなわち、流量調整バルブ２５０は、気体噴出ノズル１５３及び気体噴出ノズル１５４に接続するとともに、気体選択バルブ１５２に接続している。したがって、本実施の形態では、気体噴出ノズル１５３、１５４は、流量調整バルブ２５０及び気体選択バルブ１５２に接続されている。
【００６４】
流量調整バルブ２５０は、次の２つの流量を調整するバルブである。１つ目の調整として、流量調整バルブ２５０は、ガスボンベ１５１から供給される気体の流量を調整する。すなわち、複数のガスボンベ１５１のうち、選択されたガスボンベ１５１それぞれから供給される気体の流量を調整する。
【００６５】
凝集抑制装置２５が、ガスボンベ番号がＸであるガスボンベ１５１と、ガスボンベ番号がＹであるガスボンベ１５１と、ガスボンベ番号がＺであるガスボンベ１５１とを備えている場合を例にして説明すると、流量調整バルブ２５０は例えば以下の流量を調整する。
例えば、噴出に使用する気体として、ガスボンベ番号がＸのガスボンベ１５１に貯留されている気体が選択されている場合、流量調整バルブ２５０は、ガスボンベ番号がＸのガスボンベ１５１から供給される気体の流量を調整する。
また、例えば、噴出に使用する気体として、ガスボンベ番号がＹのガスボンベ１５１に貯留されている気体とガスボンベ番号がＺのガスボンベ１５１に貯留されている気体が選択されている場合、流量調整バルブ２５０は、選択された気体に対応するガスボンベ１５１のそれぞれの流量を調整する。すなわち、流量調整バルブ２５０は、ガスボンベ番号がＹのガスボンベ１５１から供給される気体の流量を調整とともに、ガスボンベ番号がＺのガスボンベ１５１から供給される気体の流量を調整する。以下、流量調整バルブ２５０の上記１つ目の調整機能について、第１の調整と呼ぶことがある。
【００６６】
流量調整バルブ２５０の第１の調整によれば、ガスボンベ１５１毎の流量が調整されるため、所望の混合比で複数の種類の気体を混合した混合気体を生成することができる。すなわち、流量調整バルブ２５０は、ガスボンベ１５１に貯留された複数の種類の気体を所望の混合比で混合した混合気体を気体噴出ノズル１５３、１５４が噴出するよう流量を調整する。例えば、噴出対象の気体として、複数種類の不活性ガスが選択されている場合、流量調整バルブ２５０の第１の調整により、これら複数種類の不活性ガスを所望の混合比で混合した混合気体が生成される。また、例えば、噴出対象の気体として、ドライエアと不活性ガスが選択されている場合、流量調整バルブ２５０の第１の調整により、所望の濃度の不活性ガスが生成される。また、流量調整バルブ２５０の第１の調整により、所望の混合比の所望の濃度の混合気体が生成されてもよい。なお、流量調整バルブ２５０は、気体噴出ノズル毎に、ガスボンベ１５１から供給される気体の流量を調整してもよい。すなわち、流量調整バルブ２５０は、気体噴出ノズル１５３に対して第１の混合比で混合された第１の混合気体を生成し、気体噴出ノズル１５４に対して第２の混合比で混合された第２の混合気体を生成するよう調整してもよい。
【００６７】
また、流量調整バルブ２５０の第１の調整によれば、例えば、化学的反応性が予め定められた基準よりも鈍い材料には、ドライエアを混合することで濃度を抑えた混合気体を作成することができる。また、化学的反応性が予め定められた基準よりも高い材料には、アルゴンにヘリウム又は窒素を混合した混合気体を作成することもできる。
【００６８】
２つ目の調整として、流量調整バルブ２５０は、各気体噴出ノズルに供給される気体の流量を調整する。すなわち、流量調整バルブ２５０は、気体噴出ノズル１５３が噴出する気体の流量と、気体噴出ノズル１５４が噴出する気体の流量とをそれぞれ調整する。以下、流量調整バルブ２５０の上記２つ目の調整機能について、第２の調整と呼ぶことがある。
【００６９】
流量調整バルブ２５０の第２の調整によれば、気体噴出ノズルごとの気体の噴出量を調整することができる。このため、例えば、気体噴出ノズル１５３と気体噴出ノズル１５４とで異なる流量の気体を噴出することができる。また、気体選択バルブ１５２と流量調整バルブ２５０と用いることにより、気体噴出ノズル毎に、異なる種類の気体を異なる流量で噴出をさせることができる。
【００７０】
なお、流量調整バルブ２５０による調整は、流量調整バルブ２５０の開閉を調整することにより実現される。また、本実施の形態では、流量調整バルブ２５０は、制御装置１５６の制御信号に基づいて、上述の調整動作を実施する。このため、本実施の形態にかかる制御装置１５６は、操作者からの入力情報を受付け、流量調整バルブ２５０の調整動作を制御する。
【００７１】
次に、実施の形態２にかかる凝集抑制装置２５の動作の一例について説明する。実施の形態２にかかる凝集抑制装置２５は、実施の形態１にかかる凝集抑制装置１５と同様、図４に示される動作を行う。ただし、実施の形態２にかかる凝集抑制装置２５は、図４に示される気体噴出処理（ステップ１２）の具体的な処理内容が異なる。すなわち、実施の形態２にかかる凝集抑制装置２５は、図５に示される動作に代えて、以下の気体噴出処理を実行する。図７は、実施の形態２にかかる凝集抑制装置２５の気体噴出処理にかかる動作の一例を示すフローチャートである。以下、図７に示されるフローチャートに沿って、説明する。
【００７２】
ステップ２２０（Ｓ２２０）において、図５のステップ１２０と同様、制御装置１５６は、噴出に使用する気体を選択する。例えば、制御装置１５６は、操作者からガスボンベ番号の入力を受付け、受け付けた入力情報に従って噴出に使用する気体を選択する。
【００７３】
ステップ２２１（Ｓ２２１）において、図５のステップ１２１と同様、制御装置１５６は、全ての気体噴出ノズルで同じ気体を噴出するか否かを判定する。例えば、制御装置１５６は、操作者から、各気体噴出ノズルから噴出する気体を同じにするか否かを指示する入力情報を受付け、受け付けた入力情報に従って判定する。各気体噴出ノズルから噴出する気体を同じにしない場合、処理はステップ２２２へ移行し、各気体噴出ノズルから噴出する気体を同じにする場合、処理はステップ２２３へ移行する。
【００７４】
ステップ２２２（Ｓ２２２）において、図５のステップ１２２と同様、制御装置１５６は、気体噴出ノズルごとに、噴出に使用する気体を選択する。例えば、制御装置１５６は、使用される気体を気体噴出ノズルごとに指示する入力を操作者から受付け、受け付けた入力情報に従って気体噴出ノズル毎の気体を選択する。ステップ２２２の後、処理は、ステップ２２３へ移行する。
【００７５】
ステップ２２３（Ｓ２２３）において、制御装置１５６は、全ての気体噴出ノズルで同じ流量で気体を噴出するか否かを判定する。すなわち、本実施の形態では、制御装置１５６は、気体噴出ノズル１５３が噴出する気体の流量と、気体噴出ノズル１５４が噴出する気体の流量とを同じにするか否かを判定する。例えば、制御装置１５６は、操作者から、全ての気体噴出ノズルで同じ流量で気体を噴出するか否かを指示する入力を受付け、受け付けた入力情報に従って判定する。同じ流量で気体を噴出しない場合、処理はステップ２２４へ移行し、同じ流量で気体を噴出する場合、処理はステップ２２５へ移行する。なお、同じ流量で気体を噴出する場合、流量は、操作者から入力された流量であってもよいし、予め定められた流量であってもよい。
【００７６】
ステップ２２４（Ｓ２２４）において、制御装置１５６は、気体噴出ノズルごとの流量、すなわち気体噴出ノズルごとの気体の噴出量についての入力を受付ける。ステップ２２４の後、処理は、ステップ２２５へ移行する。
なお、ステップ２２４における設定は、気体噴出ノズル１５３と気体噴出ノズル１５４とで異なる流量の気体を噴出するための上記第２の調整についての設定に相当する。
【００７７】
ステップ２２５（Ｓ２２５）において、制御装置１５６は、全ての気体噴出ノズルで同じ濃度又は成分の気体を噴出するか否かを判定する。すなわち、本実施の形態では、制御装置１５６は、気体噴出ノズル１５３が噴出する気体の濃度又は成分と、気体噴出ノズル１５４が噴出する気体の濃度又は成分とを同じにするか否かを判定する。
【００７８】
ここでは、噴出する気体に含まれるドライエアの比率（ただし、比率が０である場合もある）が異なる場合、濃度が異なるという。また、噴出する混合気体に含まれる各気体の混合比率が異なる場合又は噴出する混合気体に含まれる気体の種類が異なる場合、成分が異なるという。よって、全ての気体噴出ノズルで同じ濃度の気体を噴出するとは、各気体噴出ノズルから噴出される気体に含まれるドライエアの比率が同じであることを意味する。また、全ての気体噴出ノズルで同じ成分の気体を噴出するとは、各気体噴出ノズルから噴出される気体の混合比率が同じであることを意味する。
【００７９】
ステップ２２５において、例えば、制御装置１５６は、操作者から、全ての気体噴出ノズルで同じ濃度又は成分の気体を噴出するか否かを指示する入力を受付け、受け付けた入力情報に従って判定する。同じ濃度又は成分の気体を噴出しない場合、処理はステップ２２６へ移行し、同じ濃度又は成分の気体を噴出する場合、処理はステップ２２７へ移行する。なお、同じ濃度又は成分の気体を噴出する場合、濃度又は成分は、予め定められた濃度又は成分であってもよいし、操作者から入力された濃度又は成分であってもよい。
【００８０】
ステップ２２６（Ｓ２２６）において、制御装置１５６は、気体噴出ノズルごとの気体の濃度又は成分についての入力を受付ける。ステップ２２６の後、処理は、ステップ２２７へ移行する。以上のステップにより、気体選択バルブ１５２及び流量調整バルブ２５０を制御するための設定が完了する。
なお、ステップ２２６における設定は、所望の混合比で複数の種類の気体を混合した混合気体を生成するための上記第１の調整についての設定に相当する。
【００８１】
ステップ２２７（Ｓ２２７）において、制御装置１５６は、設定に基づいて、気体選択バルブ１５２の開閉を調節するよう制御する。これに対し、気体選択バルブ１５２は、制御装置１５６の制御に従って調節を実施する。
【００８２】
ステップ２２８（Ｓ２２８）において、制御装置１５６は、設定に基づいて、流量調整バルブ２５０の開閉を調節するよう制御する。これに対し、流量調整バルブ２５０は、制御装置１５６の制御に従って調整を実施する。なお、図７に示した例では、ステップ２２７の後に、ステップ２２８を実施しているが、実施順序が逆であってもよいし、並行して実施されてもよい。
【００８３】
そして、気体選択バルブ１５２による調節及び流量調整バルブ２５０による調整が行われると、ステップ２２９（Ｓ２２９）において、気体噴出ノズル１５３、１５４から気体が噴出される。これにより、筒状側壁部１４１及びテーパー部１４２周辺の粉末材料５０が飛ばされ、ラットホール２０が破壊される。
【００８４】
以上、実施の形態２にかかる凝集抑制装置２５の動作について説明した。このような凝集抑制装置２５では、実施の形態１にかかる凝集抑制装置１５と同様、コストを抑制しつつ凝集を防止するという点、及び粉末材料に応じた最適な気体を選択することができるという点で、適切に凝集を防止することができる。
【００８５】
ここで、流量調整バルブ２５０は、気体噴出ノズル１５４により噴出される気体の流量よりも気体噴出ノズル１５３により噴出される気体の流量の方が大きくなるよう流量を調整することが好ましい。すなわち、上記ステップ２２４において、気体噴出ノズル１５４の流量よりも気体噴出ノズル１５３の流量の方が大きくなるよう流量が設定されることが好ましい。なお、この設定は、操作者により設定されてもよいし、制御装置１５６が自動的に設定してもよい。
【００８６】
気体噴出ノズル１５３はラットホールの付け根部分を破砕するために側方に向けて気体を噴出するのに対し、気体噴出ノズル１５４は筒状側壁部１４１の内側面付近に残存する堆積粉を破砕するために鉛直上方向に気体を噴出する。このため、気体噴出ノズル１５４からの気体の流量が気体噴出ノズル１５３から気体の流量よりも大きい場合には、次のような事態が起こりうる。万一、ラットホールの付け根部分を構成する粉末材料５０、すなわちテーパー部１４２の内側面上で凝集した粉末材料５０が、気体の噴出によっても破砕せずに残存してしまった場合、上方に吹き上げられた粉末材料５０が落下した際に、タッピングと同様の力が作用し、再び凝集が起こる可能性があるためである。したがって、気体噴出ノズル１５４よりも気体噴出ノズル１５３の流量の方が大きくなるよう流量を調整した方がよい。このように流量を調整することにより、効果的に凝集を抑制することが可能となる。
【００８７】
また、ステップ２２２では、気体噴出ノズルごとに、異なる気体を噴出するよう設定できるため、例えば、流量が比較的に大きい気体噴出ノズル１５３からはアルゴンを噴出し、流量が比較的に小さい気体噴出ノズル１５４からは窒素を噴出することも可能である。ここで、コスト低減のために用いられる窒素の噴出が、流量が比較的に小さい気体噴出ノズル１５４から行われる理由は、気体噴出ノズル１５４の噴出量が気体噴出ノズル１５３の噴出量よりも少ないため、気体噴出ノズル１５３から窒素を噴出する場合に比べて、アルゴンの使用目的である化学的安定性を損なう恐れが低いためである。凝集抑制装置２５では、このように粉末材料が気体と反応することを抑制しつつアルゴンの使用量を抑えることもできる。つまり、凝集抑制装置２５が、気体噴出ノズル１５３から噴出される気体よりも低い化学的安定性を有する気体を、気体噴出ノズル１５３の流量よりも大きい流量で気体噴出ノズル１５４から噴出することにより、コストの低減が図られてもよい。なお、これは、気体選択バルブ１５２が、気体噴出ノズル１５３に供給する気体よりも低い化学的安定性を有する気体を気体噴出ノズル１５４に供給し、流量調整バルブ２５０が気体噴出ノズル１５４により噴出される気体の流量よりも気体噴出ノズル１５３により噴出される気体の流量の方が大きくなるよう流量を調整することで実現される。
【００８８】
また、凝集抑制装置２５では、流量調整バルブ２５０の第１の調整により、所望の混合比で複数の種類の気体を混合した混合気体を生成することができる。このため、混合気体を事前に作る作業工程を省略することができるという利点がある。また、最適な混合比の調整をその場で行うことができるため、その時のその場所での温度、湿度、又は気圧などの環境条件に即した調整が可能となる。このため、化学的反応性が非常に高いセンシティブな材料を用いる場合には、より効果的である。
【００８９】
また、凝集抑制装置２５では、流量調整バルブ２５０の第１の調整により、純度１００％のガスではなく、濃度を低下させた混合ガスを作成することで、コストを低減させることも可能である。ここで、濃度下げることが可能であるか、及びどの程度下げても問題ないかは、例えば、実際に、ある材料に対してある濃度の気体を使用し、凝集が発生しないかを評価することで判定することができる。
【００９０】
また、流量調整バルブ２５０の第１の調整では所望の混合比を実現できるため、凝集抑制装置２５は、実施の形態１にかかる凝集抑制装置１５に比べて、材料に応じた気体を噴出するための調整をより細かく行うことができる。また、ステップ２２６では、気体噴出ノズルごとに気体の濃度を設定することができるので、流量調整バルブ２５０の第１の調整により、例えば、流量が比較的に大きい気体噴出ノズル１５３からは所定の濃度の気体を噴出し、流量が比較的に小さい気体噴出ノズル１５４からはこの所定の濃度よりも低濃度の気体を噴出してもよい。より具体的には、例えば、混合気体として不活性ガスとドライエアとを混合した気体を想定した場合、気体噴出ノズル１５３から噴出される気体の不活性ガスの濃度よりも気体噴出ノズル１５４から噴出される気体の不活性ガスの濃度を低くしてもよい。このようにすることで、粉末材料が気体と反応することを抑制しつつ不活性ガスなどの気体の使用量を抑えてもよい。
【００９１】
次に、実施の形態２にかかる凝集抑制方法について説明する。図８は、実施の形態２にかかる凝集抑制方法の一例を示すフローチャートである。以下、図８に示されるフローチャートに沿って、凝集抑制方法について説明する。
【００９２】
ステップ３００（Ｓ３００）において、複数のガスボンベ１５１に貯留された異なる種類の気体のうち選択された気体を気体噴出ノズル１５３、１５４に供給するよう、気体選択バルブ１５２によって調節する。
【００９３】
ステップ３０１（Ｓ３０１）において、流量調整バルブ２５０により、気体の流量を調整する。例えば、気体噴出ノズル１５３から噴出される気体の流量が、気体噴出ノズル１５４から噴出される気体の流量よりも大きくなるよう流量を調整する。
【００９４】
ステップ３０２（Ｓ３０２）において、ホッパー１４０内の粉末材料５０に、選択された気体を気体噴出ノズル１５３、１５４から噴出する。
【００９５】
以上のステップによる凝集抑制方法によれば、適切に凝集を抑制することができる。ここで、気体噴出ノズル１５３から気体噴出ノズル１５４よりも大きい流量で気体を噴出する際、気体噴出ノズル１５４から噴出される気体よりも高い化学的安定性を有する気体を気体噴出ノズル１５３から噴出してもよい。すなわち、気体噴出ノズル１５３から噴出される気体よりも低い化学的安定性を有する気体を気体噴出ノズル１５４から噴出してもよい。この場合、ステップ３００において、そのような条件を満たす気体を気体噴出ノズル１５３、１５４それぞれに供給するよう調整する。このようにすることで、粉末材料が気体と反応することを抑制しつつ化学的安定性がより高い気体の使用量を抑えてことができる。
【００９６】
また、ガスボンベ１５１のいずれかに貯留された不活性ガスなどのドライエア以外の気体と、ガスボンベ１５１の他のいずれかに貯留されたドライエアとを混合した気体を気体噴出ノズル１５３、１５４から噴出してもよい。そして、気体噴出ノズル１５３から気体噴出ノズル１５４よりも大きい流量で気体を噴出する際、気体噴出ノズル１５３から噴出される気体の濃度の方が気体噴出ノズル１５４から噴出される気体の濃度よりも高くてもよい。すなわち、気体噴出ノズル１５４から噴出される気体の濃度の方が気体噴出ノズル１５３から噴出される気体の濃度よりも低くてもよい。この場合、ステップ３０１において、そのような濃度条件を満たすよう流量調整バルブ２５０により調整する。このようにすることで、粉末材料が気体と反応することを抑制しつつ不活性ガスなどの気体の使用量を抑えることができる。
【００９７】
以上、図８に実施の形態２にかかる凝集抑制方法の一例のフローチャートを示したが、図８においてステップ３０１を省略することにより、実施の形態１にかかる凝集抑制方法の一例のフローチャートとなる。
【００９８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施の形態では、２つの気体噴出ノズルが設けられているが、気体噴出ノズルは、１つであってもいし、３つ以上であってもよい。また、気体噴出ノズルの設置箇所、向きについて、種々の変更が加えられてもよい。さらに、上記実施の形態では、気体選択バルブ１５２及び流量調整バルブ２５０が、制御装置１５６の制御により動作したが、気体選択バルブ１５２及び流量調整バルブ２５０は、手動操作によりバルブの開閉が行われてもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１    ベース
２    定盤
２ａ    凸部
３    造形槽
３ａ    フランジ部
３ｂ    上部開口端
４    造形槽支持部
５    造形槽駆動部
５ａ    モータ
５ｃ    連結部
６    支柱
７    支持部
８    レーザスキャナ
９    光ファイバ
１０    レーザ発振器
１１    スキージ
１１ａ    第１のスキージ
１１ｂ    第２のスキージ
１２    樋
１３    粉末分配器
１４    粉末供給部
１５、２５    凝集抑制装置
２０    ラットホール
５０    粉末材料
５１    造形物
５２    積層粉末
１００    積層造形装置
１４０    ホッパー
１４１    筒状側壁部
１４２    テーパー部
１４３    排出口
１５１    ガスボンベ
１５２    気体選択バルブ
１５３、１５４    気体噴出ノズル
１５５    ラットホール検出装置
１５６    制御装置
１５７    接続管
２５０    流量調整バルブ
【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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