(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機質或いは有機質の粉末材料の層を形成する粉末層形成手段と、三次元の加工データに基づいて上記粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該当箇所の粉末層を焼結し、該焼結層を積層することで三次元形状の造形物を作成する造形物作成手段を備えた三次元形状造形物の製造装置において、造形物の表面部及びまたは不要部分の余剰粉末材料の除去を行う除去手段と、除去された余剰粉末材料を回収する手段と、上記加工データを使用粉末材料量を管理するためのデータとして外部へ送出する情報送出手段とを具備するとともに、前記除去手段で除去された余剰粉末材料を、再使用不可の成分と再使用可能な粉末材料とに分離する分離部と、分離された再使用可能な粉末材料を夫々回収する回収部と、再使用不可の成分をストックするストック部とで構成されている分別手段を具備していることを特徴とする三次元形状造形物の製造装置。
【請求項２】
粉末材料を予め一定量充填したカードリッジ容器を装着し、カードリッジ容器から粉末材料を排出させて粉末層形成手段へ供給する供給手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の三次元形状造形物の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元形状造形物の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、三次元形状造形物を製造する方法として、金属粉や樹脂粉などの粉末材料や、光硬化性の樹脂液を造形物製作材料として用い、この造形物製作材料に光ビームを照射して硬化させることで三次元形状造形物を形作っていく方法がある。
【０００３】
その一例としては、特許第２６２０３５３号などに示される製造方法がある。この方法は、無機質或いは有機質の粉末材料の層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結することで焼結層を形成し、この焼結層の上に粉末材料の新たな層を被覆して該粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該当個所の粉末を焼結することで下層の焼結層と一体になった新たな焼結層を形成するということを繰り返すことで、複数の焼結層が積層一体化された粉末焼結部品（三次元形状造形物）を作成するものであり、三次元形状造形物の設計データ（ＣＡＤデータ）であるモデルの所望の層厚みにスライスして生成する各層の断面形状データをもとに作成した加工データ（ＣＡＭデータ）によって製造装置は光ビームの照射を制御して、任意形状の三次元形状造形物を製造することができ、切削加工などによる製造方法に比して、迅速に所望の形状の造形物を得ることができるという特徴がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような三次元造形製造方法では、焼結（固化）させた粉末材料以外は余剰粉末材料となり、この余剰粉末材料を造形物完成後にバキューム装置等で回収されるようになっているが、焼結層を形成するたびにブレードで粉末層及び焼結層表面を均すため焼結層の余分な部位が削り落ち、回収タンク内に余剰粉末材料と混入された状態で回収される。その際、粉末材料の固まった状態のものや、焼結層から削られた焼結物が不純物となり、そのままでは再使用することができず、無駄が生じることによるコスト高を招いていた。
【０００５】
一方粉末材料は三次元形状造形物の製造装置を備えた加工業者が材料販売業者に大して在庫量が或る程度減ってきたときに注文を行っていた。そのため加工業者では、粉末材料の在庫管理や発注の処理など負担が大きかった。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、回収した余剰粉末材料の分別再使用も可能とし、しかも再使用可能な粉末材料の回収が自動的に行え利便性に富む三次元形状造形物の製造装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の三次元形状造形物の製造装置の発明では、無機質或いは有機質の粉末材料の層を形成する粉末層形成手段と、三次元の加工データに基づいて上記粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該当箇所の粉末層を焼結し、該焼結層を積層することで三次元形状の造形物を作成する造形物作成手段を備えた三次元形状造形物の製造装置において、造形物の表面部及びまたは不要部分の余剰粉末材料の除去を行う除去手段と、除去された余剰粉末材料を回収する手段と、上記加工データを使用粉末材料量を管理するためのデータとして外部へ送出する情報送出手段とを具備するとともに、前記除去手段で除去された余剰粉末材料を、再使用不可の成分と再使用可能な粉末材料とに分離する分離部と、分離された再使用可能な粉末材料を夫々回収する回収部と、再使用不可の成分をストックするストック部とで構成されている分別手段を具備していることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の三次元形状造形物の製造装置の発明は、請求項１の発明において、粉末材料を予め一定量充填したカードリッジ容器を装着し、カードリッジ容器から粉末材料を排出させて粉末層形成手段へ供給する供給手段を備えていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施形態により説明する。
（実施形態１）
図２は本実施形態に用いる製造装置１の概略斜視図を示しており、造形タンク２５で外周が囲まれた空間内を上下に昇降する昇降テーブル２０上に供給した無機質或いは有機質の粉末材料をスキージング用ブレード２１でならすことで所定厚みの粉末層１０を形成する粉末層形成手段２と、レーザー発振器３０から出力されたレーザーをガルバノミラー３１等のスキャン光学系を介して上記粉末層１０に照射することで粉末を焼結して焼結層１１を形成する焼結層形成手段３を備えるとともに、上記粉末層形成手段２のベース部にＸＹ駆動機構（高速化の点で直動リニアモータ駆動のものが好ましい）４０を介してミーリングヘッド４１を設けた除去手段４を備えている。
【００１６】
このものにおける三次元形状造形物の製造は、焼結層形成手段３と焼結層との相対距離を調整する調整手段であるところの昇降テーブル２０上面の造形用ベース表面に無機質または有機質の粉末材料Ｋを供給部５（図１参照）により供給してブレード２１でならすことで第１層目の粉末層１０を形成し、この粉末層１０の硬化させたい箇所に光ビーム（レーザー）を照射して粉末を焼結させてベースと一体化した焼結層１１を形成する。この後、昇降テーブル２０を少し下げて再度無機質または有機質の粉末材料Ｋを供給部５（図１参照）より供給してブレード２１でならすことで第２層目の粉末層１０を形成し、この粉末層１０の硬化させたい箇所に光ビーム（レーザー）を照射して粉末を焼結させて下層の焼結層１１と一体化した焼結層１１を形成するものであり、昇降テーブル２０を下降させて新たな粉末層１０を形成し、光ビームを照射して所要箇所を焼結層１１とする工程を繰り返すことで、目的とする三次元形状の造形物Ｘを製造するのである。
【００１７】
図１は本発明の実施形態のシステム構成を示し、加工業者Ａ側に設置される製造装置１はブレード２１と、バキューム装置６を用いた回収手段で回収される余剰粉末材料と、ブレード２１で焼結層１１の表面及び粉末層１０の表面を均した際に回収する余剰粉末材料は製造装置１に具備する回収タンク７内へ納められるようになっている。Ｙは除去手段４によって焼結層１１の一部が削られた焼結物や粉末材料の塊等の不純物が入った余剰粉末材料である。６ａは回収用ホースである。
【００１８】
尚図における製造装置１は本発明における要部となる部分のみを示し、その他の構成は省略している。
【００１９】
製造装置１の制御を行う制御部８にはインターネット等のネットワークＮＴを介して材料販売業者側の販売管理用サーバ９との間でデータの授受を行うための情報送受信部８０を設けてあって、新たな三次元形状の造形物Ｘの製造を開始するに当たり、制御部８の制御の下で情報送受信部８０から販売管理用サーバ９をリモートアクセスし、制御部８にロードされている加工データを販売管理用サーバ９へ転送するようになっている。販売管理用サーバ９はネットワークＮＴを通じて情報の授受を行う情報通信部９ａを備えたコンピュータシステムから構成されたもので、後述するデータ処理から、材料代金の計算、粉末材料の納品要否の判断、課金処理、請求書発行処理までの粉末材料販売管理に必要な機能をアプリケーションソフトをコンピュータシステムの中央演算装置で実行させることで実現されている。
【００２０】
尚図１では説明を簡単化するために１台の製造装置１と販売管理用サーバ９とをネットワークＮＴで接続しているシステムを示しているが、複数の加工業者の製造装置１に対する管理を行うため、製造装置１がネットワークＮＴ上に接続されているのは言うまでもない。
【００２１】
次に本実施形態の販売管理の過程について説明する。
【００２２】
まず販売管理用サーバ９へ転送されてくる加工データは当該製造装置１で使用する材料種類、一粉末層当たりの供給粉末材料の重量、供給手段５０からの粉末材料Ｋの供給回数α（焼結層積層数に対応）、各粉末層１１の光ビーム照射面積、積層厚さ。ＣＡＤモデル形状の体積データから構成されており、販売管理用サーバ９では図３に示すようにデータを入手すると（ステップＳ１）と材料データベースＤＢ１から材料種類に対応する材料比重、材料単価のデータを検索する（ステップＳ２）。この検索後、粉末材料Ｋの使用量（重量）の計算と、余剰粉末材料Ｙの量（再使用可能な重量、再使用不可能な重量）の計算とを行う（ステップＳ３）。
【００２３】
この場合粉末材料Ｋの使用重量Ｗｐは、
一層当たりの供給粉末材料重量（α）×粉末材料供給回数
から求まる。
【００２４】
次にまず造形物Ｘの重量Ｗｓを
材料比重×Σ（ｎ層目の光ビームの照射面積×積層厚さ）
から求める。
【００２５】
そして上記の使用重量Ｗｐから重量Ｗｓを差し引くことで、余剰粉末材料Ｙの量（重量）Ｗｒを求める。
【００２６】
次に材料比重×（焼結層の体積（＝Σ（ｎ層目の光ビームの照射面積×積層厚さ））−粉末材料除去後の体積（＝ＣＡＤモデル形状の体積）
から再使用不可能な焼結物（切粉を含む）や粉末材料の塊の重量を求め、この重量を重量Ｗｒから差し引くことで再使用可能な粉末材料の重量を求める。
【００２７】
そして販売管理用サーバ９は、使用量Ｗｓ及び使用可能な粉末材料の重量を記憶装置ＤＢ２に加工業者別に累積保存するとともに、使用量Ｗｓに対応する材料代金を材料単価から演算し、その演算された材料代金を記憶装置に累積保存する。
【００２８】
さて当該加工業者Ａの製造装置１での造形物製造が何度か行われ、記憶装置ＤＢ２に保存した累積使用量が所定量を超え、加工業者Ａに対して粉末材料Ｋを新たに納品する必要があると販売管理用サーバ１が判断すると、当該加工業者Ａへ粉末材料を納品する手配及び余剰粉末材料Ｙの回収を指示する処理と、再使用可能な粉末材料の累積重量に対応する代金を求めてその代金から割引料金を所定の乗率で計算し、この値引料金を上記累積代金から差し引いた額を納品代金として請求する課金処理及び請求書発行処理とを行う（ステップＳ４）。
【００２９】
このステップＳ４で販売管理用サーバ９から指示が出ると、販売担当者は当該加工業者Ａに対して補充する粉末材料を納品するとともに発行された請求書を加工業者Ａへ渡す処理を行う。また納品時に余剰粉末材料Ｙを引き取り、販売者側で使用可能な粉末材料を分別回収して再使用する。
【００３０】
（実施形態２）
実施形態１では販売管理用サーバ９は加工データから使用粉末材料量と、余剰粉末材料量とを演算により求めるようにしているが、本実施形態では図４に示すように再使用不可能な焼結物や粉末材料の塊等の再使用不可の成分である不純物を振るい５０ａにより粉末材料と分別する分別装置５０を設け、この分別装置５０で分別された再使用可能な粉末材料Ｙａと、削られた焼結物（切粉）や粉末材料の塊等の再使用不可の成分である不純物Ｙｂとを別々の回収部用のタンク７ａ，ストック部用のタンク７ｂで分離回収するようなっている。そして夫々の量を重量センサ６０ａ、６０ｂで測定し、その測定データを三次元形状の造形物Ｘの製造完了と同時に制御部８の制御の下で情報送受信部８０から販売管理用サーバ９にリモートアクセスにより転送するとともに、使用した材料種類、一粉末層当たりの供給粉末材料の重量、供給部５からの粉末材料Ｋの供給回数αのデータを加工データから抽出して販売管理用サーバ９へ転送する処理が行われる。尚その他の構成は実施形態１と同じであるので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００３１】
而して販売管理用サーバ９では図５に示すようにデータを入手すると（ステップＳ１）と材料データベースＤＢ１から材料種類に対応する材料比重、材料単価のデータを検索する（ステップＳ２）。この検索後、実施形態１と同様に粉末材料の使用量（重量）の計算を行うとともに、重量測定データから、再使用可能な粉末材料Ｙａの重量、再使用不可能な不純物Ｙｂの重量を求める（ステップＳ３）。
【００３２】
そして販売管理用サーバ９は、使用材料の重量から再使用可能な粉末材料の重量と再使用不可能な不純物Ｙｂの重量を差し引くことで、当該三次元形状造形物Ｘで使用した実際の粉末材料Ｋの重量を求め、この重量値を記憶装置ＤＢ２に加工業者別に累積保存するとともに、実使用量に対応する材料代金を材料単価から演算し、その演算された材料代金を記憶装置ＤＢ２に累積保存する。
【００３３】
さて当該加工業者Ａの製造装置１での造形物製造が何度か行われ、記憶装置ＤＢ２に保存した累積実使用量が所定量を超え、加工業者Ａに対して粉末材料を新たに納品する必要があると販売管理用サーバ１が判断すると、当該加工業者Ａへ粉末材料を納入する手配を指示する処理と、累積実使用量代金を納品代金とする課金処理及び請求書発行処理とを行う（ステップＳ４）。
【００３４】
このステップＳ４によって販売管理用サーバ９から指示が出ると、販売担当者は当該加工業者Ａに対して補充する粉末材料Ｋを納品するとともに発行された請求書を加工業者Ａへ渡す処理を行う。
【００３５】
一方加工業者Ａでは分別回収した再使用可能な粉末材料Ｙａを供給部５に戻して再使用する。
（実施形態３）
上記実施形態１，２では材料粉末Ｋは供給部５に設けたホッパー（図示せず）に投入して製造装置１へ供給するようになっているが、本実施形態の供給部５は図６に示すように一定量の材料粉末Ｋを充填したカートリッジ１００をカートリッジストッカー１０１の装填溝１０１ａの上から落とし込んで装填し、最下段のカートリッジ１００を装着溝１０１ａの下端開口のストッパ（図示せず）を駆動することで、下端開口下方のカートリッジ装着部１０１ｂに移動してきているカートリッジホルダ１０２内へ落とし込み装着するようになっている。そして制御部８の制御の下でカートリッジホルダ１０２の搬送装置１０４を駆動し、カートリッジホルダ１０２を製造装置１の粉末供給部位１０３に移動させ、その後造形物Ｘの製造開始時に、カートリッジホルダ１０２の下面に設けた粉末材料排出孔（図示せず）を閉じているシャッター（図示せず）を制御部８の制御により開成することで所定量の粉末材料Ｋを製造装置１へ供給するようになっている。そしてカートリッジホルダ１０２側に設けた光電センサ（図示せず）がカートリッジ１０２から粉末材料Ｋが排出されないことを検知した場合、この検知に呼応して制御部８が搬送装置１０４を制御し、カートリッジホルダ１０２をカートリッジストッカー１０１のカートリッジ装着部１０２ｂ内へ移動させた後、カートリッジホルダ１０２内のカートリッジ１００を回収機構（図示せず）でカートリッジストッカー１０１内に回収し、その後装填溝１０１ａの下端のストッパ（図示せず）を駆動して装填溝１０１ａの最下端のカートリッジ１００を上述のようにカートリッジホルダ１０２へ装填するものである。
【００３６】
尚図６において、Ｍは分別装置５０の振るい網５０ａを無端ベルト５０ｂと駆動軸５０ｃを介して振動せるためのモータである。その他の構成は実施形態２と基本的は同じ構成であるので、要部のみを図示し、図示している構成要素で実施形態２又は実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付し説明を省略する。また販売管理用サーバ９での処理も同じであるので制御部８の情報送受信部８０及び販売管理用サーバ９の図示及びその動作説明を略する。
【００３７】
本実施形態では販売業者が加工業者Ａに納品する粉末材料Ｋの量をカートリッジの本数で管理でき、また加工業者Ａでは粉末材料Ｋの製造装置１への装填が容易に行えることになる。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１の三次元形状造形物の製造装置の発明は、無機質或いは有機質の粉末材料の層を形成する粉末層形成手段と、三次元の加工データに基づいて上記粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該当箇所の粉末層を焼結し、該焼結層を積層することで三次元形状の造形物を作成する造形物作成手段を備えた三次元形状造形物の製造装置において、造形物の表面部及びまたは不要部分の余剰粉末材料の除去を行う除去手段と、除去された余剰粉末材料を回収する手段と、上記加工データを使用粉末材料量を管理するためのデータとして外部へ送出する情報送出手段とを具備するとともに、前記除去手段で除去された余剰粉末材料を、再使用不可の成分と再使用可能な粉末材料とに分離する分離部と、分離された再使用可能な粉末材料を夫々回収する回収部と、再使用不可の成分をストックするストック部とで構成されている分別手段を具備しているので、回収した余剰粉末材料の分別再使用も可能とし、しかも再使用可能な粉末材料の回収が自動的に行え利便性に富むという製造装置を提供することができる。
【００４５】
請求項２の三次元形状造形物の製造装置の発明は、請求項１の発明において、粉末材料を予め一定量充填したカードリッジ容器を装着し、カードリッジ容器から粉末材料を排出させて粉末層形成手段へ供給する供給手段を備えているので、粉末材料の製造装置への装填が容易となる上に粉末材料の取り扱いが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１のシステム構成図である。
【図２】同上に用いる製造装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】同上の動作説明図である。
【図４】本発明の実施形態２のシステム構成図である。
【図５】同上の動作説明図である。
【図６】本発明の実施形態３に用いる製造装置の一部省略破断せる斜視図である。
【符号の説明】
１  製造装置
８  制御装置
８０  情報送受信部
９  販売管理用サーバ
９０  情報送受信部
【図１】
0003770206.tif 000002
【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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