特許 6019268 ３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6019268

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラム

(51)【国際特許分類】

   B29C 67/00 20060101AFI20161020BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20161020BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20161020BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20161020BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20161020BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   B29C67/00

   B33Y30/00

   B33Y10/00

   B33Y50/00

   B22F3/105

   B22F3/16

【請求項の数】17

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-510878(P2016-510878)

(86)(22)【出願日】2015年11月13日

(86)【国際出願番号】JP2015081971

【審査請求日】2016年2月29日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度 経済産業省「産業技術研究開発（三次元造形技術を核としたものづくり革命プログラム（次世代型産業用３Ｄプリンタ技術開発及び超精密三次元造形システム技術開発））」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】514227988

【氏名又は名称】技術研究組合次世代３Ｄ積層造形技術総合開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】100134430

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 卓士

(74)【代理人】

【識別番号】100198960

【弁理士】

【氏名又は名称】奥住 忍

(72)【発明者】

【氏名】古川 哲義

【審査官】 田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１９６２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２４８２３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６７／００

Ｂ２２Ｆ ３／１０５

Ｂ２２Ｆ ３／１６

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

３次元積層造形物が造形される造形室と、
前記造形室に搬送される粉末を貯蔵する粉末貯蔵手段と、
前記造形室と前記粉末貯蔵手段との間に設けられ、第１バルブを介して前記造形室と接続され、第２バルブを介して前記粉末貯蔵手段と接続され、前記粉末を一時的に貯蔵する中間粉末貯蔵手段と、
前記第１バルブおよび前記第２バルブの開閉を制御するバルブ制御手段と、
前記中間粉末貯蔵手段の内部の雰囲気と、前記造形室の内部の雰囲気とを制御する雰囲気制御手段と、
を備えた３次元積層造形装置。

【請求項2】

前記雰囲気制御手段は、前記中間粉末貯蔵手段の内部の雰囲気と、前記造形室の内部の雰囲気とを同じ雰囲気にする請求項１に記載の３次元積層造形装置。

【請求項3】

前記中間粉末貯蔵手段は、前記造形室の上方に配置されている請求項１または２に記載の３次元積層造形装置。

【請求項4】

前記中間粉末貯蔵手段は、前記第１バルブと前記第２バルブとの間に第３バルブをさらに備え、
前記バルブ制御手段は、前記第１バルブおよび前記第３バルブを制御して、前記中間粉末貯蔵手段から前記造形室へ、前記粉末を供給する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。

【請求項5】

前記バルブ制御手段は、
前記中間粉末貯蔵手段への前記粉末の供給が終了したタイミングで、前記第２バルブを閉じ、
前記中間粉末貯蔵手段の雰囲気制御が終了したタイミングで、前記第１バルブおよび前記第３バルブを開く請求項４に記載の３次元積層造形装置。

【請求項6】

前記中間粉末貯蔵手段は、前記粉末の重量を測定する重量測定手段をさらに備え、
前記バルブ制御手段は、前記重量測定手段が所定の重量変化を検出した場合に、前記第１バルブを閉鎖する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。

【請求項7】

前記中間粉末貯蔵手段は、加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。

【請求項8】

前記粉末貯蔵手段から前記中間粉末貯蔵手段へ前記粉末を搬送する粉末搬送手段をさらに備えた請求項１乃至７のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。

【請求項9】

前記粉末搬送手段は、前記粉末を撹拌する撹拌手段を備えた請求項１乃至８のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。

【請求項10】

前記造形室は、
前記粉末を散布する粉末散布手段と、
前記粉末散布手段へ前記粉末を供給する粉末供給手段と、をさらに備え、
前記粉末供給手段は、前記粉末の供給量を検知する供給量検知手段を有し、
前記供給量検知手段によって所定量の粉末の供給を検知した場合に、前記中間粉末貯蔵手段から前記粉末供給手段へ前記粉末を補充する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。

【請求項11】

前記雰囲気制御手段は、前記中間粉末貯蔵手段を真空に排気する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。

【請求項12】

前記真空は、６．７Ｐａ以下の真空度である請求項１１に記載の３次元積層造形装置。

【請求項13】

前記雰囲気制御手段は、前記中間粉末貯蔵手段に所定の気体を充填する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の次元積層造形装置。

【請求項14】

前記所定の気体は、ヘリウム、アルゴンまたは窒素である請求項１３に記載の３次元積層造形装置。

【請求項15】

前記所定の気体の濃度は、９５％以上である請求項１４に記載の３次元積層造形装置。

【請求項16】

請求項１に記載の３次元積層造形装置の制御方法であって、
前記中間粉末貯蔵手段に対して、前記粉末貯蔵手段から前記粉末を送出する送出ステップと、
前記粉末貯蔵手段から送出された前記粉末を前記中間粉末貯蔵手段で一時的に貯蔵する中間粉末貯蔵ステップと、
前記中間粉末貯蔵手段の内部の雰囲気と、前記造形室の内部の雰囲気とを制御する雰囲気制御ステップと、
を含む３次元積層造形装置の制御方法。

【請求項17】

請求項１に記載の３次元積層造形装置の制御プログラムであって、
前記中間粉末貯蔵手段に対して、前記粉末貯蔵手段から前記粉末を送出する送出ステップと、
前記粉末貯蔵手段から送出された前記粉末を前記中間粉末貯蔵手段で一時的に貯蔵する中間粉末貯蔵ステップと、
前記中間粉末貯蔵手段の内部の雰囲気と、前記造形室の内部の雰囲気とを制御する雰囲気制御ステップと、
をコンピュータに実行させる３次元積層造形装置の制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、粉末を積層することにより３次元積層造形物を製造する製造装置において、造形室へ粉末を供給する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

上記技術分野において、特許文献１には、造形物の製造に必要な量の粉末を、造形室に設けられた粉末供給容器にあらかじめ貯蔵しておく技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００６−５０９９１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記文献に記載の技術では、３次元積層造形物の造形処理を中断することなく、造形室に粉末を供給することができなかった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するため、本発明に係る装置は、
３次元積層造形物が造形される造形室と、
前記造形室に搬送される粉末を貯蔵する粉末貯蔵手段と、
前記造形室と前記粉末貯蔵手段との間に設けられ、第１バルブを介して前記造形室と接続され、第２バルブを介して前記粉末貯蔵手段と接続され、前記粉末を一時的に貯蔵する中間粉末貯蔵手段と、
前記第１バルブおよび前記第２バルブの開閉を制御するバルブ制御手段と、
前記中間粉末貯蔵手段の内部の雰囲気と、前記造形室の内部の雰囲気とを制御する雰囲気制御手段と、
を備えた３次元積層造形装置である。

【0006】

上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置の制御方法は、
上記３次元積層造形装置の制御方法であって、
前記中間粉末貯蔵手段に対して、前記粉末貯蔵手段から前記粉末を送出する送出ステップと、
前記粉末貯蔵手段から送出された前記粉末を前記中間粉末貯蔵手段で一時的に貯蔵する中間粉末貯蔵ステップと、
前記中間粉末貯蔵手段の内部の雰囲気と、前記造形室の内部の雰囲気とを制御する雰囲気制御ステップと、
を含む。

【0007】

上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置の制御プログラムは、
請求項１に記載の３次元積層造形装置の制御プログラムであって、
前記中間粉末貯蔵手段に対して、前記粉末貯蔵手段から前記粉末を送出する送出ステップと、
前記粉末貯蔵手段から送出された前記粉末を前記中間粉末貯蔵手段で一時的に貯蔵する中間粉末貯蔵ステップと、
前記中間粉末貯蔵手段の内部の雰囲気と、前記造形室の内部の雰囲気とを制御する雰囲気制御ステップと、
をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、３次元積層造形物の造形処理を中断することなく、造形室に粉末を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る３次元積層造形装置の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の構成を示す図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の備えるロードロック室の構成を説明する図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の備えるロードロック室からプロセスチャンバへの粉末供給の概要を説明する図である。

【図5A】本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の粉末供給処理手順を説明するフローチャートである。

【図5B】本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の粉末供給処理手順を説明するフローチャートである。

【図6】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置の構成を示す図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置の備えるロードロック室からプロセスチャンバへの粉末供給の概要を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明記載する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。

【0011】

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての３次元積層造形装置１００について、図１を用いて説明する。３次元積層造形装置１００は、粉末を積層して、硬化させることにより３次元積層造形物１１１を製造する装置である。図１に示すように、３次元積層造形装置１００は、造形室１０１と、粉末貯蔵部１０２と、中間粉末貯蔵部１０３と、バルブ制御部１０４と、雰囲気制御部１０５とを含む。

【0012】

造形室１０１は、３次元積層造形物１１１が造形される。粉末貯蔵部１０２は、造形室１０１に搬送される粉末１２１を貯蔵する。中間粉末貯蔵部１０３は、造形室１０１と粉末貯蔵部１０２との間に設けられ、２つのバルブ１３１、１３２を備え、第１バルブ１３１を介して造形室１０１と接続され、第２バルブ１３２を介して粉末貯蔵部１０２と接続され、粉末１２１を一時的に貯蔵する。バルブ制御部１０４は、第１バルブ１３１および第２バルブ１３２の開閉を制御する。雰囲気制御部１０５は、中間粉末貯蔵部１０３の内部の雰囲気と、造形室１０１の内部の雰囲気とを制御する。

【0013】

本実施形態によれば、３次元積層造形物の造形処理を中断することなく、造形室に粉末を供給することができる。

【0014】

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係る３次元積層造形装置２００の構成を説明するための図である。３次元積層造形装置２００は、プロセスチャンバ２０１と、粉末タンク２０２と、ロードロック室２０３と、バルブ制御部２０４と、雰囲気制御部２０５と、ビーム照射部２０６とを備える。

【0015】

≪プロセスチャンバ（造形室）≫
プロセスチャンバ２０１は、３次元積層造形物２１４の造形室であり、粉末供給容器２１１と、リコータ２１２と、ワーク２１３とを備える。粉末供給容器２１１は、リコータ２１２に粉末２２１を供給する。リコータ２１２は、ワーク２１３上を左右に移動しながら、供給された粉末２２１をワーク２１３上に散布して、粉末２２１をワーク２１３上に敷き詰める。そして、ワーク２１３上に敷き詰められた粉末２２１に、ビーム照射部２０６からレーザビームや電子ビームなどのビーム２６１が照射され、ビーム２６１が照射された部分の粉末２２１が硬化し、１層分の断面形状が形成される。

【0016】

１層分の断面形状の形成が完了すると、ワーク２１３が下降して、１層分の粉末２２１が敷き詰められるスペースができるので、リコータ２１２から１層分の粉末２２１が散布される。そして、散布された粉末２２１にビーム２６１が照射され、ビーム２６１が照射された部分の粉末が硬化し、さらに１層分の断面形状が形成される。以上の処理を所定の回数繰り返すと、所望の３次元積層造形物２１４が造形される。

【0017】

≪粉末タンク（粉末貯蔵部）≫
粉末タンク２０２は、プロセスチャンバ２０１に供給する粉末２２１を貯蔵するタンクである。粉末タンク２０２には、粉末搬送路２２２が接続されており、粉末タンク２０２から送出された粉末２２１が、この粉末搬送路２２２を通って、最終的にプロセスチャンバ２０１に供給される。粉末搬送路２２２の先には、粉末搬送ポンプ２２３が設けられており、この粉末搬送ポンプ２２３により粉末タンク２０２から粉末２２１が吸い上げられて、最終的にプロセスチャンバ２０１に搬送される仕組みとなっている。

【0018】

なお、粉末２２１を搬送する仕組みはこれには限定されず、例えば、粉末タンク２０２にコンプレッサーなどを設けて、圧送により粉末２２１を搬送してもよい。また、粉末搬送ポンプ２２３に、粉末２２１を撹拌したり、混合したりできる、例えば、棒状、板状、プロペラ状などの撹拌子を設けてもよい。この撹拌子により粉末２２１を撹拌や混合すれば、粉末２２１がロードロック室２０３に落下するときに、粉末２２１の偏析を防止できる。なお、粉末２２１の撹拌は、撹拌子を用いる撹拌には限定されず、例えば、粉末２２１をポンプなどで加圧して、勢いよく吹き込んでもよい。また、粉末搬送ポンプ２２３において、３次元積層造形物２１４の造形条件や使用用途などに合わせて、粉末２２１を選り分けたり、分級したりしてもよい。さらに、粉末搬送ポンプ２２３に対して、ユーザの手で粉末２２１を投入してもよい。

【0019】

≪ロードロック室（中間粉末貯蔵部）≫
ロードロック室２０３は、プロセスチャンバ２０１の上方に配置されており、粉末タンク２０２とプロセスチャンバ２０１との間に設けられている。ロードロック室２０３は、粉末タンク２０２から搬送される粉末２２１がプロセスチャンバ２０１に供給される前に、一時的に粉末２２１を貯蔵する。粉末２２１は、粉末タンク２０２から粉末搬送路２２２を介してロードロック室２０３へ供給される。

【0020】

ロードロック室２０３には、２つのバルブが設けられており、プロセスチャンバ２０１側にゲートバルブ２３１が、粉末タンク２０２側に材料供給バルブ２３２がそれぞれ設けられている。バルブ制御部２０４は、ゲートバルブ２３１および材料供給バルブ２３２の開閉を制御する。材料供給バルブ２３２が開くと、粉末タンク２０２とロードロック室２０３とが粉末搬送路２２２を介して繋がり、粉末２２１が粉末タンク２０２からロードロック室２０３へ供給される。そして、材料供給バルブ２３２が閉じると、粉末タンク２０２からロードロック室２０３への粉末２２１の供給が遮断される。

【0021】

同様に、ゲートバルブ２３１が開くと、プロセスチャンバ２０１とロードロック室２０３とが繋がり、粉末２２１がロードロック室２０３から粉末供給容器２１１へ供給される。そして、材料供給バルブ２３２が閉じると、ロードロック室２０３からプロセスチャンバ２０１への粉末２２１の供給が遮断される。

【0022】

そして、ロードロック室２０３に一定量の粉末２２１が貯まると、バルブ制御部２０４により、材料供給バルブ２３２が閉じられ、粉末２２１の供給が停止する。この状態では、ゲートバルブ２３１および材料供給バルブ２３２は閉じられており、ロードロック室２０３は、粉末２２１供給系のいずれの装置とも繋がっていない。

【0023】

雰囲気制御部２０５は、ロードロック室２０３の内部の雰囲気を制御して、例えば、ロードロック室２０３内部の雰囲気とプロセスチャンバ２０１の内部の雰囲気とを同じ雰囲気とする。具体的には、雰囲気制御部２０５は、例えば、プロセスチャンバ２０１が真空に排気されていれば、ロードロック室２０３の内部を真空排気し、プロセスチャンバ２０１の内部の真空度と同じ真空度にする。ロードロック室２０３の容積は、プロセスチャンバ２０１の容積と比較して十分に小さいので、このような小さな空間で真空排気すると、粉末２２１からガスなどが抜けるので、粉末２２１を供給した際に、粉末２２１が舞ったりすることがない。粒径の小さい粉末２２１は、粉末２２１が舞い易く取り扱いが難しいので、このように真空排気しておくと、粉末２２１の取り扱いが容易になる。

【0024】

このように、ロードロック室２０３の内部の真空度とプロセスチャンバ２０１の内部の真空度とを同じ真空度にすることで、ゲートバルブ２３１を開放しても、プロセスチャンバ２０１の内部の雰囲気、つまり真空度は一切変化しない。したがって、プロセスチャンバ２０１の真空を破って、粉末２２１を補充して、粉末２２１の補充後、プロセスチャンバ２０１を再度真空排気するという処理が不要となるので、造形プロセスが中断することがなく、連続して粉末２２１を供給できる。

【0025】

ロードロック室２０３の内部の真空度は、６．７Ｐａ以下の真空度とするのがよいが、真空度はこれには限定されず、３次元積層造形物２１４の造形条件に応じて適宜選択することができ、より高真空にしてもよいし、低真空にしてもよい。そして、ロードロック室２０３の真空排気が完了して、ロードロック室２０３とプロセスチャンバ２０１との真空度が同じになった後に、ゲートバルブ２３１を開けば、粉末２２１は、自重により落下する。したがって、バルブ制御部２０４により、ゲートバルブ２３１を開放するように制御すれば、粉末供給容器２１１に粉末２２１を自動的に供給することができる。

【0026】

また、雰囲気制御部２０５は、ロードロック室２０３の雰囲気を真空に制御するだけではなく、所定の気体の雰囲気になるように制御してもよく、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）などの所定の気体の雰囲気に制御してもよい。

【0027】

例えば、粉末２２１の搬送時には、粉末２２１同士の摩擦などにより静電気が発生することがあり、発火する恐れがある。この場合、粉末２２１を通常の空気雰囲気で搬送していると、空気中に含まれる酸素（О₂）により、粉末２２１の燃焼が促進され、非常に危険である。金属粉末のように反応性が高く、発火の可能性が高い粉末２２１の場合、粉末２２１の搬送経路を空気雰囲気ではなく、その粉末２２１にふさわしい雰囲気で搬送するとよく、例えば、窒素雰囲気などにしておけば粉末２２１の燃焼を未然に防止できる。また、窒素雰囲気中では窒化してしまう粉末２２１であれば、例えば、ヘリウム雰囲気やアルゴン雰囲気にすればよい。また、粉末タンク２０２側に、気体の回収タンクを設けて、気体を循環させて再利用すれば、気体を無駄にすることがない。

【0028】

ここで、所定の気体は、ここに例示した気体には限定されず、３次元積層造形物の造形条件に応じて適宜選択してもよい。この場合の気体濃度は、９５％以上とするのがよいが、気体濃度はこれには限定されず、３次元積層造形物２１４の造形条件に応じて適宜選択することができ、９５％未満の気体濃度であってもよい。

【0029】

なお、プロセスチャンバ２０１の雰囲気制御は、雰囲気制御部２０５により行ってもよいし、プロセスチャンバ２０１用の雰囲気制御装置により行ってもよい。雰囲気制御部２０５によりプロセスチャンバ２０１の雰囲気制御をする場合は、プロセスチャンバ２０１およびロードロック室２０３の雰囲気制御が連動するようにしてもよいし、それぞれ別個に制御してもよい。

【0030】

次に、ロードロック室２０３に粉末２２１を予備加熱するためのヒータを設けてもよい。粉末２２１をあらかじめ加熱しておけば、プロセスチャンバ２０１内で、予備加熱用のビーム２６１を照射して粉末２２１を予備加熱する必要がなくなるか、または、予備加熱に要する時間を短縮できる。これにより、造形速度を低下させずに３次元積層造形物２１４の造形を行うことが可能となる。ヒータによる予備加熱は、３００℃位まで加熱するのが望ましいが、これには限定されない。なお、ここでは、予備加熱用のヒータをロードロック室２０３に設ける例で説明したが、ヒータを設ける場所はこれには限定されず、例えば、プロセスチャンバ２０１内の粉末供給容器２１１に設けてもよい。ただし、粉末供給容器に２１１にヒータを設けると、粉末供給容器２１１が大型化するので、プロセスチャンバ２０１も大型化し、ひいては、３次元積層造形装置２００も大型化する。よって、プロセスチャンバ２０１の大型化を回避するためには、ロードロック室２０３にヒータを設けるのが好ましい。

【0031】

図３は、本実施形態に係る３次元積層造形装置の備えるロードロック室の構成を説明する図である。ロードロック室２０３は、さらに、粉末貯蔵容器３０１と、粉末供給バルブ３１１と、重量センサ３１２とを備える。

【0032】

粉末貯蔵容器３０１は、粉末２２１を一時的に貯蔵する。粉末供給バルブ３１１を開閉することにより、粉末貯蔵容器３０１に貯蔵された粉末２２１の供給を調整できる。重量センサ３１２は、粉末２２１などの重量を測定可能なセンサであり、ロードセルなどが代表的であるが、重量測定が可能な装置であれば、これには限定されない。また、粉末供給バルブ３１１は、粉末貯蔵容器３０１に貯蔵される粉末２２１の重量に耐え得るものであればよいので、ゲートバルブ２３１と比較すると、ゲートバルブ２３１よりも厚みなどが薄いバルブとなっている。

【0033】

そして、粉末タンク２０２から所定量の粉末２２１がロードロック室２０３の粉末貯蔵容器３０１に供給されると、バルブ制御部２０４により、材料供給バルブ２３２が閉じられ、雰囲気制御部２０５による、雰囲気制御が実行される。その後、雰囲気制御が完了すると、バルブ制御部２０４により、ゲートバルブ２３１および粉末供給バルブ３１１が開放され、粉末２２１が自重で落下することにより、ロードロック室２０３からプロセスチャンバ２０１へ粉末２２１が供給される。

【0034】

重量センサ３１２が、所定の重量変化、例えば、粉末２２１の重量があらかじめ設定した量だけ減少したことを検出すると、バルブ制御部２０４は、ゲートバルブ２３１および粉末供給バルブ３１１を閉じて、粉末２２１のプロセスチャンバ２０１への供給を停止する。このように、重量センサ３１２を用いて、粉末２２１の供給量を検知すれば、３次元積層造形物の造形に必要な分量の粉末２２１を正確に供給できるので、粉末２２１を無駄に供給することがなく、粉末２２１を無駄に消費することもない。また、重量センサ３１２で粉末２２１の重量を測定しているので、粉末貯蔵容器３０１が空になったか否かを確実に把握することができる。さらに、３次元積層造形物の造形に使われなかった粉末２２１を回収するなどの手間も省くことができる。

【0035】

図４は、本実施形態に係る３次元積層造形装置の備えるロードロック室からプロセスチャンバへの粉末供給の概要を説明する図である。

【0036】

バルブ制御部２０４は、ロードロック室２０３への粉末２２１の供給が終了したタイミングで、材料供給バルブ２３２を閉じる。そして、雰囲気制御部２０５によるロードロック室２０３の雰囲気制御が終了したタイミングでゲートバルブ２３１および粉末供給バルブ３１１を開く。以下、具体的に説明する。

【0037】

まず、バルブ制御部２０４により、材料供給バルブ２３２が開かれ、粉末タンク２０２から粉末搬送路２２２を通過して搬送された粉末２２１が、ロードロック室２０３に搬送され、粉末貯蔵容器３０１に貯蔵される。

【0038】

そして、粉末貯蔵容器３０１に所定量の粉末２２１が貯蔵されると、バルブ制御部２０４により材料供給バルブ２３２が閉じられて、ロードロック室２０３が密閉される。

【0039】

次に、ロードロック室２０３が密閉されると、雰囲気制御部２０５により、ロードロック室２０３の内部の雰囲気を、例えば、真空に排気する。ロードロック室２０３内が、所定の真空度に達すると、雰囲気制御部２０５は、雰囲気制御を停止する。

【0040】

そして、バルブ制御部２０４は、ゲートバルブ２３１を開放し、それに続いて粉末供給バルブ３１１を開放する。粉末供給バルブ３１１が開放されると、粉末２２１は、自重により自動的に落下し、粉末供給容器２１１へ粉末２２１が供給される。所定量の粉末２２１が、粉末供給容器２１１へ供給されると、バルブ制御部２０４は、ゲートバルブ２３１および粉末供給バルブ３１１を閉鎖して、ロードロック室２０３からプロセスチャンバ２０１への粉末２２１の供給を停止する。

【0041】

図５Ａおよび図５Ｂは、本実施形態に係る３次元積層造形装置の粉末供給処理手順を説明するフローチャートである。

【0042】

まず、３次元積層造形装置２００は、造形開始時には、粉末供給容器２１１が粉末２２１で満タンになっており、ゲートバルブ２３１は閉じられている。そして、プロセスチャンバ２０１の内部を、例えば、真空に排気し、排気が完了すると、３次元積層造形装置２００は、３次元積層造形物２１４の造形をスタートする。なお、粉末供給容器２１１に粉末２２１を充填した状態でプロセスチャンバ２０１を真空排気すると、粉末２２１が、プロセスチャンバ２０１内に飛び散る可能性があるので、粉末供給容器２１１に粉末２２１を充填しない状態で真空排気してもよい。

【0043】

ステップＳ５０１において、３次元積層造形装置２００は、粉末供給容器２１１に粉末２２１の供給が必要か否かを判定し、粉末２２１の供給が必要ない場合は（ステップＳ５０１のＮＯ）、粉末２２１の供給が必要になるまで待機する。

【0044】

粉末２２１の供給が必要であると判定した場合（ステップＳ５０１のＹＥＳ）、ステップＳ５０３において、３次元積層造形装置２００は、粉末タンク２０２からロードロック室２０３まで、粉末２２１を粉末搬送路２２２を通じて搬送する。

【0045】

ステップＳ５０５において、バルブ制御部２０４は、材料供給バルブ２３２を開放して、粉末２２１がロードロック室２０３へ搬送されるようにする。そして、ステップＳ５０７において、３次元積層造形装置２００は、所定量の粉末２２１がロードロック室２０３へ供給されたか否かを判定する。所定量の粉末２２１が供給されていない場合（ステップＳ５０７のＮＯ）、３次元積層造形装置２００は、所定量の粉末２２１が供給されるまで待機する。

【0046】

所定量の粉末２２１がロードロック室２０３へ供給された場合（ステップＳ５０７のＹＥＳ）、バルブ制御部２０４は、材料供給バルブ２３２を閉じて、粉末２２１の供給を停止し、ロードロック室２０３を密閉する。

【0047】

そして、ステップＳ５１１において、雰囲気制御部２０５は、ロードロック室２０３内の雰囲気を、例えば、真空排気するように制御する。そして、ロードロック室２０３が所定の真空度、例えば、プロセスチャンバ２０１の真空度と同じ真空度に達したら、雰囲気制御部２０５は、ロードロック室２０３の雰囲気制御を停止する。なお、雰囲気制御部２０５による雰囲気制御が真空排気の場合、所定の真空度に達した場合でも、排気を継続したままにしてもよい。

【0048】

ステップＳ５１３において、雰囲気制御部２０５は、ロードロック室２０３内の雰囲気が所定の雰囲気に到達したか否かを判定する。所定の雰囲気に到達していない場合（ステップＳ５１３のＮＯ）、雰囲気制御部２０５は、ロードロック室２０３内の雰囲気が所定の雰囲気に到達するまで待機する。

【0049】

ロードロック室２０３内の雰囲気が所定の雰囲気に到達した場合（ステップＳ５１３のＹＥＳ）、ステップＳ５１５において、雰囲気制御部２０５は、ロードロック室２０３の雰囲気制御を停止する。

【0050】

ステップＳ５１７において、バルブ制御部２０４は、ゲートバルブ２３１を開いて、粉末２２１が、ロードロック室２０３からプロセスチャンバ２０１内の粉末供給容器２１１へ供給されるようにする。

【0051】

そして、ステップＳ５１９において、バルブ制御部２０４は、所定量の粉末２２１がプロセスチャンバ２０１の粉末供給容器２１１へ供給されたか否かを判定する。所定量の粉末２２１が、プロセスチャンバ２０１の粉末供給容器２１１へ供給されていない場合（ステップＳ５１９のＮＯ）、バルブ制御部２０４は、所定量の粉末２２１が供給されるまで待機する。

【0052】

所定量の粉末２２１が、プロセスチャンバ２０１の粉末供給容器２１１へ供給された場合（ステップＳ５１９のＹＥＳ）、ステップＳ５２１において、バルブ制御部２０４は、ゲートバルブ２３１を閉じて、粉末２２１の供給を停止する。

【0053】

なお、本実施形態の説明では、ロードロック室２０３が粉末供給容器２１１の上方に配置された例で説明をしたが、両者の配置はこれには限られない。例えば、ロードロック室２０３と粉末供給容器２１１とが、横位置に配置されてもよい。この場合、粉末２２１は自重によりロードロック室２０３から粉末供給容器２１１へは落下できないので、粉末２２１を粉末供給容器２１１へ供給する機構をロードロック室２０３に設けてもよい。

【0054】

本実施形態によれば、プロセスチャンバ２０１内部の雰囲気と、ロードロック室２０３内部の雰囲気とが同じ雰囲気となるように、雰囲気制御を行うので、３次元積層造形物の造形処理を中断することなく、造形室に粉末を供給することができる。また、３次元積層造形物の造形処理が中断させずに、連続的に粉末を供給可能なので、３次元積層造形物の造形処理を高速化することができる。

【0055】

［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置６００について、図６および図７を用いて説明する。図６は、本実施形態に係る３次元積層造形装置６００の構成を説明するための図である。本実施形態に係る３次元積層造形装置６００は、上記第２実施形態と比べると、粉末供給容器を有しない点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

【0056】

３次元積層造形装置６００は、プロセスチャンバ２０１と、粉末タンク２０２と、ロードロック室２０３とを備える。プロセスチャンバ２０１は、３次元積層造形物２１４の造形室であり、リコータ２１２と、ワーク２１３とを備える。

【0057】

粉末タンク２０２から粉末２２１が搬送され、粉末２２１を貯蔵したロードロック室２０３は、雰囲気制御部２０５による雰囲気制御、例えば、真空排気により、プロセスチャンバ２０１と同じ真空度となるまで排気される。そして、ロードロック室２０３とプロセスチャンバ２０１との真空度が同じ真空度になると、バルブ制御部２０４によりゲートバルブ２３１が開放され、粉末２２１が自重により落下し、リコータ２１２に粉末２２１が直接補充される。粉末２２１を補充されたリコータ２１２は、ワーク２１３上に粉末２２１を散布する。

【0058】

図７は、本実施形態に係る３次元積層造形装置の備えるロードロック室からプロセスチャンバへの粉末供給の概要を説明する図である。粉末２２１は、ゲートバルブ２３１および粉末供給バルブ３１１が開くと、自重により落下する。そして、落下した粉末２２１は、ロードロック室２０３からプロセスチャンバ２０１内のリコータ２１２に直接供給される。

【0059】

本実施形態によれば、粉末供給容器２１１を省いて、リコータ２１２に対して粉末２２１を直接供給できるようにしたので、３次元積層造形物の造形処理をさらに高速化することができる。

【0060】

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。

【0061】

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。

【要約】

３次元積層造形物の造形処理を中断することなく、造形室に粉末を供給する。３次元積層造形装置であって、３次元積層造形物が造形される造形室と、前記造形室に搬送される粉末を貯蔵する粉末貯蔵手段と、前記造形室と前記粉末貯蔵手段との間に設けられ、第１バルブを介して前記造形室と接続され、第２バルブを介して前記粉末貯蔵手段と接続され、前記粉末を一時的に貯蔵する中間粉末貯蔵手段と、前記第１バルブおよび前記第２バルブの開閉を制御するバルブ制御手段と、前記中間粉末貯蔵手段の内部の雰囲気と、前記造形室の内部の雰囲気とを制御する雰囲気制御手段と、を備えた。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】