特許 6188103 積層造形装置

(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】6188103

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】積層造形装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/16 20060101AFI20170821BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20170821BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20170821BHJP

【ＦＩ】

   B22F3/16

   B22F3/105

   B33Y30/00

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-222919(P2016-222919)

(22)【出願日】2016年11月16日

【審査請求日】2017年4月4日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000132725

【氏名又は名称】株式会社ソディック

(72)【発明者】

【氏名】川田 秀一

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 秀二

【審査官】 國方 康伸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１２４７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５３０２０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ ３／１６

Ｂ２２Ｆ ３／１０５

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ２９Ｃ ６７／００

Ｂ２３Ｋ ２６／１６

Ｆ２３Ｌ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属の材料粉末が敷かれるテーブルと、
水平一軸方向に往復移動して前記テーブル上に材料粉末を供給するとともに平坦化して粉末層を形成するリコータヘッドと、
密閉空間を形成し、前記密閉空間内に前記テーブルおよび前記リコータヘッドを収容するチャンバと、
粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させ、焼結層を形成するレーザ照射装置と、
前記チャンバ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、
前記不活性ガス供給装置に接続され、前記チャンバの第１の壁面に設けられた不活性ガス供給口と、
前記第１の壁面に対向する前記チャンバの第２の壁面から天井部にかけて設けられたガス回収機構と、
前記ガス回収機構によって回収されたガスを回収するガス回収装置と、
を備え、
前記ガス回収機構は、
所定間隔を空けて前記第２の壁面に沿って天井部まで延びる仕切部と、
前記仕切部に形成された第１のガス回収口と、
前記第１のガス回収口に設けられた吸引装置と、
前記仕切部と前記第２の壁面との間に形成された第１のガス誘導空間部と、
前記第１のガス誘導空間部と連通し、前記天井部に設けられる第１のダクトと、
前記第２の壁面近傍の前記天井部に設けられた第２のガス回収口と、
前記第２のガス回収口と連通する第２のダクトと、
を有してることを特徴とする積層造形装置。

【請求項2】

前記第１のガス回収口、前記第１のガス誘導空間部および前記第１のダクトは、第１のガス回収流路を形成し、
前記第２のガス回収口および前記第２のダクトは、第２のガス回収流路を形成し、
前記第１のガス回収流路と前記第２のガス回収流路とは、少なくとも前記第１のガス回収口から前記第１のダクトの上流部分までの区間と前記第２のガス回収口から前記第２のダクトの上流部分までの区間とが分離されていることを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。

【請求項3】

前記吸引装置の両側には、前記第１のガス誘導空間部に送られたガスの流れを上方向に整える整流板が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の積層造形装置。

【請求項4】

前記第２のガス回収口には、前記第２の壁面側に開口し、前記第１の回収口から回収されることなく、前記仕切部に沿って前記天井部まで上昇したガスを前記第２の回収口へと案内するガス案内部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の積層造形装置。

【請求項5】

前記仕切部は、前記第１のガス回収口から前記チャンバの底面の手前まで前記第２の壁面の内壁に沿って延びるように形成され、
前記ガス回収機構は、前記第１のガス供給口から下側の前記仕切部と前記第２の壁面との間に形成された第２のガス誘導空間部をさらに有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の積層造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属の積層造形物を製造する積層造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金属の積層造形物を製造するための装置として、特許文献１に記載の積層造形装置がある。この積層造形装置では、リコータヘッドを水平一軸方向に移動させ、リコータヘッドに設けられた材料貯蓄箱およびブレードにより、金属の材料粉末を供給、且つ、平坦化させることによってテーブル上に粉末層を形成し、レーザ照射装置によって粉末層の所定範囲にレーザを照射して焼結層を形成する。そして、この焼結層の上に新たな粉末層を形成してレーザを照射し、焼結層を形成することを繰り返し行うことによって、金属の積層造形物を製造している。

【0003】

また、材料粉末をレーザによって焼結する場合は、粉末材料が変質しないように保護するとともに、所要のエネルギーのレーザを常時安定して照射できるようにするために、所定の照射領域の周囲の環境を可能な限り酸素が存在しない雰囲気にする必要がある。そのために、粉末層が形成されるテーブルと粉末材料を敷くためのリコータヘッドとを可能な限り密閉されたチャンバ内に収容し、チャンバ内に不活性ガスを供給することによって、酸素濃度が十分に低い雰囲気下で粉末材料を焼結させる方法が知られている。

【0004】

また、レーザによって材料粉末を焼結させると、熱で昇華した金属を含む金属ヒュームと称される特有の蒸気が発生する。このヒュームは、黒煙のように発生して上昇して拡散する。ヒュームが霧のようにチャンバに充満すると、チャンバ内を縦断して照射されるレーザの一部が遮られるため、所望のエネルギーのレーザを材料粉末に照射することができず、焼結層形成過程において焼結不良を引き起こすおそれがある。また、浮遊した微細な金属の粒子が落下して粉末層に付着し、レーザ焼結された後の焼結層の品質を低下させるおそれもある。

【0005】

そこで、特許文献２に記載の積層造形装置では、直方体形状のチャンバの第１の壁面およびリコータヘッドに不活性ガスの供給口を設けるとともに、第１の壁面に対向する第２の壁面に主排出口、第２の壁面近傍のチャンバの天井部に副排出口を設けている。さらに、第２の壁面の主排出口の裏側に吸引装置を設け、吸引装置とヒュームコレクタとを直結させている。これにより、チャンバの底面に沿って、ヒュームの発生源である照射スポットを含む所定の照射領域を横切る不活性ガスの流れを形成することにより、レーザ焼結によって生じたヒュームが上昇してチャンバ内で拡散することを防止するとともに、第１の壁面から第２の壁面に向けた不活性ガスの流れに乗せてヒュームを運んでいる。そして、吸引装置によって主供給口から水平方向にヒュームを含む不活性ガス（以下、汚染ガスと称する）を強制的に吸引し、直結するヒュームコレクタへと送ることによって、汚染ガスをチャンバの外に排出している。さらに、主排出口から回収されることなく漏れてしまった汚染ガスを副排出口から回収することによって、焼結に影響しない程度に汚染ガスをチャンバの外に排出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特表平１−５０２８９０号公報

【特許文献2】特許第５９６０３３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、最近は、例えば、複数の箇所を同時に焼結したり、より高速に高エネルギーのレーザを照射したりすることが可能になってきている。このように、ヒュームの発生量が通常の造形加工よりも多い場合、或いは、チャンバの容量がより大きい場合であっても、長時間の連続運転に耐えるように、汚染ガスの排出に関してさらなる改良が望まれている。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、汚染ガスをチャンバの外により効率的に排出することができる、積層造形装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

第１の発明の積層造形装置は、金属の材料粉末が敷かれるテーブルと、水平一軸方向に往復移動して前記テーブル上に材料粉末を供給するとともに平坦化して粉末層を形成するリコータヘッドと、密閉空間を形成し、前記密閉空間内に前記テーブルおよび前記リコータヘッドを収容するチャンバと、粉末層の所定領域にレーザを照射して焼結させ、焼結層を形成するレーザ照射装置と、前記チャンバ内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、前記不活性ガス供給装置に接続され、前記チャンバの第１の壁面に設けられた不活性ガス供給口と、前記第１の壁面に対向する前記チャンバの第２の壁面から天井部にかけて設けられたガス回収機構と、前記ガス回収機構によって回収されたガスを回収するガス回収装置と、を備え、前記ガス回収機構は、所定間隔を空けて前記第２の壁面に沿って天井部まで延びる仕切部と、前記仕切部に形成された第１のガス回収口と、前記第１のガス回収口に設けられた吸引装置と、前記仕切部と前記第２の壁面との間に形成された第１のガス誘導空間部と、前記第１のガス誘導空間部と連通し、前記天井部に設けられる第１のダクトと、前記第２の壁面近傍の前記天井部に設けられた第２のガス回収口と、前記第２のガス回収口と連通する第２のダクトと、を有してることを特徴とするものである。

【0010】

ここで、チャンバ内におけるガスの流れは、チャンバの壁面に沿って形成される。より具体的には、チャンバの第１の壁面に設けられた不活性ガス供給口から第１の壁面に対向する第２の壁面に向けて噴射されたガスは、チャンバの底面に沿って流れを形成し、第２の壁面まで到達したガスは、第２の壁面に沿って天井部まで上昇していく。

【0011】

本発明では、ガス回収機構は、所定間隔を空けて第２の壁面に沿ってチャンバの天井部まで延びる仕切部と、仕切部に形成された第１のガス回収口と、第１のガス回収口に設けられた吸引装置と、仕切部と第２の壁面との間に形成された第１のガス誘導空間部と、第１のガス誘導空間部と連通し、天井部に設けられる第１のダクトと、を有してる。これにより、仕切部に沿って上昇する汚染ガスの流れの方向の変更を最小限に抑えながら、仕切部に設けられた第１のガス回収口から汚染ガスを第１のガス誘導空間内に吸引し、本来の汚染ガスの流れに乗せて第２の壁面に沿って上方向へと誘導し、天井部に設けられた第１のダクトからガス回収装置へと送ることができる。従って、本発明によれば、本来チャンバ内に形成される汚染ガスの流れを活かすことにより、汚染ガスをチャンバの外により効率的に排出することができる。

【0012】

また、第１のガス回収口、第１のガス誘導空間部および第１のダクトへと続く効率的な汚染ガスの回収の流れを作ることにより、第１のガス回収口から回収されることなく漏れてしまう汚染ガスの量を少なくすることができる。従って、第２のガス回収口に吸引装置を設ける等、積層造形装置の構成を増やすことなく、第１のガス回収口から回収されることなく漏れてしまった汚染ガスを第２のガス回収口から漏れなく回収することができる。以上により、本発明によれば、汚染ガスをチャンバの外に漏れなく排出することができる。

【0013】

第２の発明の積層造形装置は、前記第１の発明において、前記第１のガス回収口、前記第１のガス誘導空間部および前記第１のダクトは、第１のガス回収流路を形成し、前記第２のガス回収口および前記第２のダクトは、第２のガス回収流路を形成し、前記第１のガス回収流路と前記第２のガス回収流路とは、少なくとも前記第１のガス回収口から前記第１のダクトの上流部分までの区間と前記第２のガス回収口から前記第２のダクトの上流部分までの区間とが分離されていることを特徴とするものである。

【0014】

ここで、第１のガス回収口には吸引装置が設けられているため、第１のガス回収流路からガス回収装置に単位時間あたりに送られる汚染ガスの量と、第２のガス回収流路からガス回収装置に単位時間あたりに送られる汚染ガスの量とでは、第１のガス回収流路からガス回収装置に送られる汚染ガスの量が圧倒的に多くなる。つまり、第１のガス回収流路と第２のガス回収流路とでは、その内部を流れる汚染ガスの勢いに差が生じている。従って、第１のガス回収口から第１のダクトの上流部分までの区間と第２のガス回収口から第２のダクトの上流部分までの区間とが連通している場合、第１のガス回収流路から送られてきた汚染ガスが第２のガス回収流路との連通部分で滞留、もしくは、第２のガス回収流路へと逆流し、チャンバ内に戻ってしまうおそれがある。

【0015】

本発明では、第１のガス回収流路と第２のガス回収流路とは、少なくとも第１のガス回収口から第１のダクトの上流部分までの区間と第２のガス回収口から第２のダクトの上流部分までの区間とが分離されている。従って、第１のガス回収流路から送られてきた汚染ガスが第２のガス回収流路との連通部分で滞留、もしくは、第２のガス回収流路へと逆流し、第２の回収口からチャンバ内に戻ることを防止することができる。

【0016】

第３の発明の積層造形装置は、前記第１または第２の発明において、前記吸引装置の両側には、前記第１のガス誘導空間部に送られたガスの流れを上方向に整える整流板が設けられていることを特徴とするものである。

【0017】

本発明では、吸引装置の両側には、第１のガス誘導空間部に送られたガスの流れを上方向に整える整流板が設けられている。これにより、第１のガス誘導空間部内で汚染ガスが滞留することを防止し、第１のダクトへとより効率的に誘導することができる。

【0018】

第４の発明の積層造形装置は、前記第１〜第３のいずれかの発明において、前記第２のガス回収口には、前記第２の壁面側に開口し、前記第１の回収口から回収されることなく、前記仕切部に沿って前記天井部まで上昇したガスを前記第２の回収口へと案内するガス案内部が設けられていることを特徴とするものである。

【0019】

本発明では、第２のガス回収口には、第２の壁面側に開口し、第１の回収口から回収されることなく、仕切部に沿って天井部まで上昇したガスを第２の回収口へと案内するガス案内部が設けられている。これにより、第１の回収口から回収されることなく天井部まで達した汚染ガスを第２のガス回収口へと確実に導き、第２のダクトを通ってガス回収装置に送ることができる。

【0020】

第５の発明の積層造形装置は、前記第１〜第４のいずれかの発明において、前記仕切部は、前記第１のガス回収口から前記チャンバの底面の手前まで前記第２の壁面の内壁に沿って延びるように形成され、前記ガス回収機構は、前記第１のガス供給口から下側の前記仕切部と前記第２の壁面との間に形成された第２のガス誘導空間部をさらに有していることを特徴とするものである。

【0021】

本発明では、仕切部は、第１のガス回収口からチャンバの底面の手前まで第２の壁面の内壁に沿って延びるように形成され、ガス回収機構は、第１のガス供給口から下側の仕切部と第２の壁面との間に形成された第２のガス誘導空間部をさらに有している。これにより、吸引装置による吸引力が小さくなる第１のガス回収口から離れた場所、すなわち、チャンバの底面近くに運ばれた汚染ガスを本来の汚染ガスの流れに乗せて、第２の壁面に沿って上方向に誘導することができる。従って、吸引装置による吸引力が小さくなる場所に運ばれたガスを第１のガス誘導空間へと確実に導くことができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、汚染ガスをチャンバの外により効率的に排出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本実施形態に係る積層造形装置の正面図である。

【図2】本実施形態に係る積層造形装置の側面図である。

【図3】図１に示す積層造形装置のリコータヘッドを斜め上方向から見た斜視図である。

【図4】図１に示す積層造形装置のリコータヘッドを斜め下方向から見た斜視図である。

【図5】図１に示す積層造形装置の造形ベースの斜視図である。

【図6】図１に示す積層造形装置のチャンバ内の拡大側面図である。

【図7】図１に示す積層造形装置の仕切部材およびチャンバの右壁面の仕切部材断面斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0025】

積層造形装置は、レーザによる金属粉末焼結積層造形法によって金属製の三次元造形物を生成するためのものである。積層造形装置は、機械本機と、機械本機に収容される電源装置および制御装置と、機械本機の前側に設けられる操作パネルと、機械本機の後側に設定されるヒュームコレクタのような周辺機器等で構成されている。なお、以下では、図１の図面向かって手前側を前側、奥側を後側、左側を左側、右側を右側、上側を上側、下側を下側と定義して、適宜、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」の方向語を使用して説明する。

【0026】

図１、図２に示すように、積層造形装置は、密閉空間を形成して密閉空間内にレーザＬの所定の照射領域を収容するチャンバ１と、チャンバ１内において後述する造形ベース６Ａ上を前後方向に往復移動し少なくとも所定の照射領域に粉末層を形成するリコータヘッド３と、チャンバ１内に不活性ガスを循環供給する不活性ガス給排装置４とを備える。

【0027】

チャンバ１は、酸素濃度が所定値未満の材料粉末を焼結するために適する環境を形成する手段である。図２に示すように、チャンバ１は、機械本機の前後方向に伸縮自在の仕切りであるジャバラ１Ａによって後側の密閉空間である造形室１Ｂと前側の密閉空間である駆動室１Ｃとに分割される。造形室１Ｂと駆動室１Ｃとの間には、不活性ガスが通過できる僅かな隙間が存在する。駆動室１Ｃには、適宜レーザＬの照射によって生成された焼結体の表面の仕上げ加工をするための切削装置５が収容される。

【0028】

造形室１Ｂには、レーザＬの所定の照射領域を含む造形領域が形成される。造形領域は、造形を行なう作業領域全体であって、造形テーブル２の上面全面に相当する。所定の照射領域は、造形領域内に存在し、所望の三次元造形物の輪郭形状で囲繞される領域とおおよそ一致する。従って、所定の照射領域は、任意の形状の三次元造形物を所定の高さ毎に分割した分割層毎に面積が異なることがある。

【0029】

機械本機の基台であるベッド６の上には、作業台である平板形状の造形ベース６Ａが固定されている。図１、図２、図５に示されるように、造形ベース６Ａの中央部には、上から見て正方形の貫通部が設けられている。造形ベース６Ａの貫通部に連通するベッド６の内側空間の中央空間に上面の外形が貫通部の内形に対して相似である造形テーブル２が造形ベース６Ａの上面を上限として昇降自在に嵌装される。実施の形態の積層造形装置においては、造形テーブル２の上面を含めた造形ベース６Ａの上をリコータヘッド３が移動して材料粉末が撒布されることにより、造形テーブル２の上面に造形領域が形成される。

【0030】

造形ベース６Ａと造形テーブル２との間には、造形テーブル２を囲繞するように中央空間を形成し、中央空間に粉体材料を溜める材料保持壁６Ｂが設けられる。造形テーブル２の周縁に環状のパッキンまたはシールが設けられ、材料粉末が敷かれる中央空間を密閉する。パッキンまたはシールは、造形テーブル２が材料保持壁６Ｂで囲繞されている中央空間内を上下方向に移動できるように、材料保持壁６Ｂの壁面に対して摺動可能な材質で形成されている。

【0031】

ベッド６の内側空間には、中央空間内において造形テーブル２を上下方向に往復移動させる駆動機構２Ｗが設けられている。また、ベッド６の内側空間における密閉された中央空間の下側には、造形テーブル２の上面を含む造形ベース６上に撒布された材料粉末を自由落下させて収容し回収するバケット６Ｃが配置されている。

【0032】

リコータヘッド３は、材料粉末を造形ベース６Ａ上の少なくとも所定の照射領域に所定の均一な厚さで撒布する手段である。リコータヘッド３は、チャンバ１の造形室１Ｂにおいて、図示しない駆動機構によって左右方向に交互に往復移動する。

【0033】

図３、図４に示すように、リコータヘッド３は、材料粉末を貯留する材料貯留箱３Ａと、材料貯留箱３Ａに貯留されている材料粉末を造形ベース６Ａ上に撒布して均一な厚さに均すブレード３Ｂと、リコータヘッド３の往復移動を案内するガイドユニット３Ｃとを含んでなる。

【0034】

材料貯留箱３Ａは、実質的にリコータヘッド３の本体を形成する。図２に示すように、材料貯留箱３Ａは、機械本機の前後方向において、造形領域の奥行よりも長い全長を有する。

【0035】

ブレード３Ｂは、機械本機の前後方向における造形領域の奥行とほぼ同じ刃長を有する。ブレード３Ｂは、刃先と造形ベース６Ａの上面との間の距離が粉末層の厚さと等しくなるように、材料貯留箱３Ａの下側に取り付けられる。同一形状の２枚のブレード３Ｂがリコータヘッド３の移動方向に直交する方向の中心軸線に対して対称に材料貯留箱３Ａに設けられる。

【0036】

一対のブレード３Ｂのうちのリコータヘッド３が移動方向に対して前側になるブレード３Ｂは、リコータヘッド３の移動中に、焼結工程において障害になる切削加工による切粉のような障害物を造形領域の外に押し出して排除する。後側になるブレード３Ｂは、リコータヘッド３の移動中に、下面の中央が開放されている材料貯留箱３Ａから落下し供給される材料粉末を刃先と造形ベース６Ａとの間に形成される間隙から流出させることによって、所定の厚さで材料粉末を撒布する。リコータヘッド３の移動方向が反転するときは、前後のブレード３Ｂが入れ替わる。

【0037】

ヒューム拡散装置８は、所定の照射領域において発生するヒュームがウィンドウ１Ｅに微細な金属の粒子を含む煤が付着することを防止する手段である。ヒューム拡散装置８は、円板形状の筐体８Ａと、筐体８Ａ内にウィンドウ１Ｅを囲繞するように設けられ筐体８Ａ内に不活性ガス供給空間を形成する円筒形状の仕切板８Ｂとを備える。

【0038】

ヒューム拡散装置８の筐体８Ａの底面の中央には、ウィンドウ１Ｅを透過して下向きに照射されるレーザＬを所定の照射領域に向けて通過させる円形口８Ｃが設けられている。仕切板８Ｂには、多数の細孔が穿設されており、後述する不活性ガス供給装置４の第１の供給装置４０Ａから供給されてくる清浄な不活性ガスを細孔を通して清浄空間に充満させる。清浄空間に充満した不活性ガスは、円形口８ＣからレーザＬの照射経路とおおよそ同軸方向に下方に向かって流れ出る。

【0039】

ヒューム拡散装置８は、円形口８Ｃから不活性ガスを噴出することにより、チャンバ１の天井まで上昇してレーザＬの照射経路を横断するヒュームを照射経路から排除する。

【0040】

レーザ照射装置９は、少なくとも造形領域の範囲内において、レーザＬを二次元方向に走査できるように設けられている。図５に示すように、レーザ照射装置９は、レーザＬを生成するレーザ源９Ａと、レーザＬを走査するガルバノスキャナ９Ｂとを含んでなる。レーザＬは、材料粉末を焼結可能であるならば、種類は限定されず、例えば、ＣＯ２レーザ、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザがある。ウィンドウ１Ｅは、可能な限りレーザＬのエネルギーを低下させず、進行方向を歪めずに透過し得る材料で形成される。例えば、レーザＬの種類がファイバレーザまたはＹＡＧレーザである場合は、石英ガラスである。

【0041】

図１、図２に示すように、レーザ照射装置９から発振されるレーザＬは、ウィンドウ１Ｅを透過して造形室１Ｂの中を縦断するように照射される。レーザ照射装置９は、所望の形状の三次元造形物を所定高さで分割してなる複数の分割層の各分割層毎に材料粉末を所定の高さで均一に撒布して形成される粉末層上の所定の照射領域に所要のエネルギーのレーザＬを照射して焼結層を形成する。

【0042】

駆動装置５は、スピンドルに取り付けられた切削工具を任意の三次元方向に相対移動させるために、移動体を左右方向に往復移動させる駆動装置５Ｘと、移動体を前後方向に往復移動させる駆動装置５Ｙと、加工ヘッドを上下方向に往復移動させる駆動装置５Ｚとを有する。実施の形態の積層造形装置においては、駆動装置５Ｘの上に駆動装置５Ｙが搭載され、駆動装置の先端部位に駆動装置５Ｚが設けられている。

【0043】

不活性ガス給排装置４は、新しい不活性ガスの供給源である不活性ガス供給装置４Ａからチャンバ１内に不活性ガスを供給し、造形室１Ｂ内の酸素濃度を所定値未満に抑える手段である。また、不活性ガス給排装置４は、造形室１Ｂに発生する汚染ガスを回収し、不純物を除去して造形室１Ｂに戻す手段である。

【0044】

不活性ガス給排装置４は、不活性ガス供給装置４Ａと、チャンバ１から回収した汚染ガスを浄化する集塵機であるヒュームコレクタ４Ｂとを含んでなる。不活性ガスは、材料粉末と実質的に反応しないガスであって、例えば、窒素ガスである。実施の形態の不活性ガス供給装置４Ａは、高純度の不活性ガスの供給源であって、具体的には、バルブを含む液体窒素ボンベである。不活性ガスは、窒素ガス以外に、例えば、アルゴンガス、ヘリウムガスが適用できる。不活性ガス供給装置４Ａは、造形室１Ｂに不活性ガスを供給する第１の供給装置４０Ａと、駆動室１Ｃに不活性ガスを供給する第２の供給装置４０Ｂからなる。

【0045】

図１、図２に示すように、積層造形装置には、ヒュームコレクタ４Ｂによって不純物が取り除かれた不活性ガスを造形室１Ｂに供給する第１の不活性ガス供給口Ｆ１と、第１の供給装置４０Ａから送られた不活性ガスを造形室１Ｂに供給する第２、第３の不活性ガス供給口Ｆ２，Ｆ３が設けられている。

【0046】

第１の不活性ガス供給口Ｆ１は、チャンバ１の左壁面に設けられている。第１の不活性ガス供給口Ｆ１は、チャンバ１の底面から天井までの中央より下側の高さに設けられている。第２の不活性ガス供給口Ｆ２は、リコータヘッド３の右側面に設けられている。第３の不活性ガス供給口Ｆ３は、造形フレーム６Ａの左端直上に敷設された配管に設けられている。第３の不活性ガス供給口Ｆ３は、リコータヘッド３が所定の照射領域を通過して第２の不活性ガス供給口Ｆ２が所定の照射領域を間に置かずに第１のガス回収口Ｖ１に直面する位置にあるとき、第２の不活性ガス供給口Ｆ２から第３の不活性ガス供給口Ｆ３に選択的に切り換えられて開放される。その際、第３の不活性ガス供給口Ｆ３は、第２の不活性ガス供給口Ｆ２から供給される不活性ガスと同じ所定の圧力と流量の不活性ガスをチャンバ１内に供給する。

【0047】

積層造形装置には、第２の供給装置４０Ｂから送られた不活性ガスを造形室１Ｃに供給する第４の不活性ガス供給口Ｆ４が設けられている。第４の不活性ガス供給口Ｆ４は、チャンバ１の左壁面の前側上端部に設けられている。

【0048】

また、積層造形装置には、汚染ガスを回収する第１〜第５のガス回収口Ｖ１〜Ｖ５が設けられている。

【0049】

第１のガス回収口Ｖ１は、後述するガス回収機構１０のチャンバ１の底面から天井までの中央より下側の高さに設けられている。第２のガス回収口Ｖ２は、チャンバ１の天井部の右壁面近傍に設けられている。第３のガス回収口Ｖ３は、リコータヘッド３の左側面に設けられている。第４のガス回収口Ｖ４は、リコータヘッド３を案内するガイドレールに沿って排出管を設置し、造形領域に近接して造形領域に向かって開口するように排出管に形成されている。第５のガス回収口Ｖ５は、造形領域を挟んで第４のガス回収口Ｖ４に対向するように設けられている。なお、第１のガス回収口Ｖ１および第２のガス回収口Ｖ２についての詳細な説明は後述する。

【0050】

次に、汚染ガスを回収するためのガス回収機構１０について説明する。図６に示すように、ガス回収機構１０は、チャンバ１の右壁面から天井部にかけて設けられている。ガス回収機構１０は、仕切部材１４と、第１のガス回収口Ｖ１と、ガス吸引ファン１１と、第１のガス誘導空間部Ｓ１と、第１のダクト１２と、第２のガス回収口Ｖ２と、第２のダクト１３と、第２のガス誘導空間部Ｓ２などを有している。

【0051】

第１のガス回収口Ｖ１は、チャンバ１の右壁面の略全面を覆うように、右壁面の下側から天井部までチャンバ１の右壁面の内壁に沿って延びる板状の仕切部材１４に形成されている。第１のガス回収口Ｖ１は、第１の不活性ガス供給口Ｆ１と高さが等しく、前後方向において対向して配置されている。第１のガス回収口Ｖ１は、前後方向に長い直方体形状である。第１のガス回収口Ｖ１の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅と略等しい。第１のガス回収口Ｖ１内には、複数のガス吸引ファン１１が設けられている。

【0052】

図７に示すように、複数のガス吸引ファン１１は、所定の間隔を空けて前後方向に並べて配置されている。本実施形態では、第１のガス回収口Ｖ１内には、３つのガス吸引ファン１１が設けられている。ガス吸引ファン１１の前後方向両端部には、上方向に延びる整流板１５が設けられている。

【0053】

第１のガス誘導空間部Ｓ１は、第１のガス回収口Ｖ１内に導かれた汚染ガスをチャンバ１の天井部に設けられた第１のダクト１２へと誘導するためのものである。第１のガス誘導空間部Ｓ１は、第１のガス回収口Ｖ１よりも上側の仕切部材１４と、チャンバ１の右壁面との間に形成されている。第１のガス誘導空間部Ｓ１の上側部分は、その上端に近づくに連れて前後方向の幅が狭くなるように形成されている。第１のガス誘導空間部Ｓ１は、第１のダクト１２と連通している。

【0054】

第１のダクト１２は、略筒状である。図６に示すように、第１のダクト１２は、チャンバ１の右壁面の上端近傍の天井部に設けられている。第１のダクト１２は、左右方向から見て、チャンバ１の右壁面の前後方向における中央線の延長線上に配置されている。すなわち、第１のダクト１２は、第１のガス誘導空間Ｓ１の上端部、つまり、前後方向の幅が最も狭くなる部分の上側に設けられている。第１のダクト１２は、配管を介してヒュームコレクタ４Ｂと接続されている。第１のガス回収口Ｖ１、第１のガス誘導空間部Ｓ１および第１のダクト１２によって、第１のガス回収流路Ｐ１が形成されている。

【0055】

第２のガス回収口Ｖ２は、チャンバ１の右壁面近傍の天井部に設けられている。第２のガス回収口Ｖ２は、前後方向に長い直方体形状である。第２のガス回収口Ｖ２の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅と略等しい。第２のガス回収口Ｖ２には、前後方向から見て、その開口部左側から右壁面に向かってＬ字状に延びる略板状のガス案内板１６が設けられている。ガス案内板１６の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅と略等しい。第２のガス回収口Ｖ２は、第２のダクト１３と連通している。

【0056】

第２のダクト１３は、略筒状である。第２のダクト１３は、第１のダクト１２と分離された状態で、チャンバ１の天井部の第１のダクト１２の左側に隣接して設けられている。第２のダクト１３は、配管を介してヒュームコレクタ４Ｂと接続されている。第２のダクト１３とヒュームコレクタ４Ｂとを接続する配管と、第１のダクト１２とヒュームコレクタ４Ｂとを接続する配管とは独立している。第２のガス回収口Ｖ２および第２のダクト１３によって、第２のガス回収流路Ｐ２が形成されている。

【0057】

図６に示すように、第１のガス回収流路Ｐ１と第２のガス回収流路Ｐ２とは、第１のガス回収流路Ｐ１における第１のガス回収口Ｖ１から第１のダクト１２までの区間と第２のガス回収流路Ｐ２における第２のガス回収口Ｖ２から第２のダクト１３のまでの区間とが仕切部材１４によって分離されている。

【0058】

第２のガス誘導空間部Ｓ２は、ガス吸引ファン１１の吸引力が弱くなる第１のガス回収口Ｖ１から離れた位置、より具体的には、チャンバ１の底面近くに運ばれた汚染ガスを第１のガス回収口Ｖ１へと誘導するためのものである。第２のガス誘導空間部Ｓ２は、第１のガス回収口Ｖ１よりも下側の仕切部材１４と、チャンバ１の右壁面との間に形成されている。また、仕切部材１４の下端には、前後方向から見て、仕切部材１４の下端から左下方向に延びる略板状のガス案内板１７が設けられている。ガス案内板１７の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅と略等しい。

【0059】

次に、図６、図７を参照しつつ、造形室１Ｂに供給される不活性ガスおよび汚染ガスの流れと、ヒュームコレクタ４Ｂに至る回収経路について説明する。なお、図６では、不活性ガスおよび汚染ガスの流れの明瞭化のためにリコータヘッド３の記載を省略し、第３の不活性ガス供給口Ｆ３から不活性ガスを供給する場合について説明する。また、図６、図７では、不活性ガスおよび汚染ガスの流れを一点鎖線矢印にて示している。

【0060】

図６に示すように、第１の不活性ガス供給口Ｆ１および第３の不活性ガス供給口Ｆ３から供給された不活性ガスは、ヒュームの発生源である照射スポットを含む所定の造形領域を横切るように、チャンバ１の底面に沿って流れを形成する。このとき、レーザの焼結によって造形領域から発生したヒュームは、第３〜第５のガス回収口Ｖ５から回収される。そして、第３〜第５のガス回収口Ｖ５から回収しきれなかったヒュームは、不活性ガスとともに汚染ガスとしてチャンバ１の右壁面に向かって運ばれる。

【0061】

汚染ガスは、チャンバ１の右壁面近くまで到達すると、ガス吸引ファン１１の吸引力によって第１のガス回収口Ｖ１から吸引され、第１のガス誘導空間部Ｓ１へと送られる。また、チャンバ１の底面近くに運ばれた汚染ガスは、ガス案内板１７によって案内されることにより、第２のガス誘導空間部Ｓ２へと導かれる。そして、汚染ガス本来の流れに乗ってチャンバ１の右壁面に沿って第２のガス誘導空間部Ｓ２を上昇し、第１のガス誘導空間部Ｓ１へと送られる。

【0062】

そして、図７に示すように、第１の回収口Ｖ１および第２のガス誘導空間Ｓ２から第１のガス誘導空間部Ｓ１に送られた汚染ガスは、ガス吸引ファン１１の前後両端部に設けられた２つの整流板１５によってガスの流れの前後方向の幅が規定されるとともに、その流れの向きが上方向に整えられる。より具体的には、本実施形態のように、第１のガス回収口Ｖ１内に３つのガス吸引ファン１１が設けられている場合、第１のガス誘導空間内Ｓ１では、上方向に向かう３本の汚染ガスの流れが発生し、それらはガス誘導空間部Ｓ１の幅が細くなる上端部で合流して第１のダクト１２へと送られる。

【0063】

また、図６に示すように、第１のガス回収口Ｖ１から回収しきれなかった汚染ガスは、仕切部材１４に沿ってチャンバ１の天井部まで上昇する。そして、ガス案内板１６によって案内されることにより、第２のガス回収口Ｖ２から第２のダクト１３へと導かれる。

【0064】

第１のダクト１２および第２のダクト１３まで到達したガスは、それぞれ独立した配管を通ってヒュームコレクタ４Ｂへと送られる。

【0065】

（作用効果）
本実施形態では、第１のガス回収口Ｖ１は、チャンバ１の右壁面の略全面を覆うように、右壁面の下側から天井部までチャンバ１の右壁面の内壁に沿って延びる板状の仕切部材１４に形成され、第１のガス回収口Ｖ１よりも上側の仕切部材１４と、チャンバ１の右壁面との間には、第１のガス誘導空間部Ｓ１が形成されている。また、第１のガス回収口Ｖ１内には、３つのガス吸引ファン１１が設けられている。また、第１のガス誘導空間部Ｓ１は、チャンバ１の右壁面の上端近傍の天井部に設けられた第１のダクト１３と連通している。これにより、仕切部材１４に沿って上昇する汚染ガスの流れの方向の変更を最小限に抑えながら、仕切部材１４に設けられた第１の回収口Ｖ１から汚染ガスを第１のガス誘導空間Ｓ１内に吸引し、本来の汚染ガスの流れに乗せてチャンバ１の右壁面に沿って上方向へと誘導し、第１のダクト１２からヒュームコレクタ４Ｂへと送ることができる。従って、本来チャンバ１内に形成される汚染ガスの流れを活かすことにより、汚染ガスをチャンバ１の外により効率的に排出することができる。

【0066】

また、第１のガス回収口Ｖ１、第１のガス誘導空間部Ｓ１および第１のダクト１２へと続く効率的な汚染ガスの回収の流れを作ることにより、第１のガス回収口Ｖ１から回収されることなく漏れてしまう汚染ガスの量を少なくすることができる。従って、第１のガス回収口Ｖ２にガス吸引ファン１１を設ける等、積層造形装置の構成を増やすことなく、第１のガス回収口Ｖ１から回収されることなく漏れてしまった汚染ガスを第２のガス回収口Ｖ２から漏れなく回収することができる。以上により、本実施形態によれば、汚染ガスをチャンバ１の外に漏れなく排出することができる。

【0067】

また、第１のガス回収流路Ｐ１と第２のガス回収流路Ｐ２とは、第１のガス回収流路Ｐ１における第１のガス回収口Ｖ１から第１のダクト１２までの区間と第２のガス回収流路Ｐ２における第２のガス回収口Ｖ２から第２のダクト１３のまでの区間とが仕切部材１４によって分離されている。従って、第１のガス回収流路Ｐ１から送られてきた汚染ガスが第２のガス回収流路Ｐ２へと逆流し、第２の回収口Ｖ２からチャンバ１内に戻ることを防止することができる。

【0068】

また、ガス吸引ファン１１の前後方向両端部には、上方向に延びる整流板１５が設けられている。これにより、汚染ガスの流れの前後方向の幅が規定されるとともに、その流れの向きが上方向に整えられる。従って、第１のガス誘導空間部Ｓ１内で汚染ガスが滞留することを防止し、第１のダクト１２へとより効率的に導くことができる。

【0069】

また、第２のガス回収口Ｖ２には、前後方向から見て、その開口部左側から右壁面に向かってＬ字状に延びる略板状のガス案内板１６が設けられている。これにより、第１の回収口Ｖ１から回収されることなくチャンバ１の天井部まで達した少量の汚染ガスを第２のガス回収口Ｖ２へと確実に案内し、第２のダクト１３からヒュームコレクタ４Ｂへと送ることができる。

【0070】

また、仕切部材１４の下端には、前後方向から見て、仕切部材１４の下端から左下方向に延びる略板状のガス案内板１７が設けられている。これにより、ガス吸引ファン１１による吸引力が小さくなる第１の回収口Ｖ１から離れた場所、すなわち、チャンバ１の底面近くに運ばれた汚染ガスを本来の流れに乗せて第２のガス誘導空間部Ｓ２へと導くことができる。そして、チャンバ１の右壁面に沿って汚染ガスを上方向に誘導することにより、ガス吸引ファン１１による吸引力が小さくなる場所に運ばれた汚染ガスを第１のガス誘導空間Ｓ１へと確実に導くことができる。

【0071】

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態や実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

【0072】

本実施形態では、第１のガス回収流路Ｐ１とヒュームコレクタ４Ｂとを接続する配管と第２のガス回収流路Ｐ２とヒュームコレクタ４Ｂとを接続する配管とは、独立して分離されていると記載したが、第１のダクト１２および第２のダクト１３よりも下流側部分、すなわち、ヒュームコレクタ４Ｂと接続される配管は、その途中部で合流してヒュームコレクタ４Ｂに接続されていても構わない。

【0073】

また、本実施形態では、ガス吸引ファン１１は、３つ設けられていると記載したが、ガス吸引ファン１１は、特定の数に限らずいくつ設けられていても構わない。

【0074】

また、本実施形態では、第１のガス回収口Ｖ１は、前後方向に長い直方体形状であると記載したが、第１のガス回収口Ｖ１の形状は、例えば、前後方向に長い楕円形状等、如何なる形状であっても構わない。

【0075】

また、本実施形態では、第１のガス回収口Ｖ１の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅と略等しいと記載したが、第１のガス回収口Ｖ１の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅よりも小さくても構わない。第１のガス回収口Ｖ１の前後方向の幅は、例えば、テーブル２上に形成される造形領域の前後方向の幅と略等しくても構わない。

【0076】

また、本実施形態では、第２のガス回収口Ｖ２は、前後方向に長い直方体形状であると記載したが、第２のガス回収口Ｖ２の形状は、例えば、前後方向に長い楕円形状等、如何なる形状であっても構わない。

【0077】

また、本実施形態では、第２のガス回収口Ｖ２の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅と略等しいと記載したが、第２のガス回収口Ｖ２の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅よりも小さくても構わない。第２のガス回収口Ｖ２の前後方向の幅は、例えば、テーブル２上に形成される造形領域の前後方向の幅と略等しくても構わない。

【0078】

また、本実施形態では、ガス案内板１６の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅と略等しい。ガス案内板１６の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅よりも小さくても構わない。ガス案内板１６の前後方向の幅は、例えば、テーブル２上に形成される造形領域の前後方向の幅と略等しくても構わない。

【0079】

また、本実施形態では、ガス案内板１６は、第２のガス回収口Ｖ２の開口部左側から右壁面に向かってＬ字状に延びる略板状部材であると記載したが、ガス案内板１６の形状は、チャンバ１の右壁面側に開口し、汚染ガスを第２のガス回収口Ｖ２に案内可能であれば如何なる形状であっても構わない。

【0080】

また、本実施形態では、ガス案内板１７の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅と略等しいと記載したが、ガス案内板１７の前後方向の幅は、チャンバ１の右壁面の内壁の前後方向の幅よりも小さくても構わない。ガス案内板１７の前後方向の幅は、例えば、テーブル２上に形成される造形領域の前後方向の幅と略等しくても構わない。

【0081】

また、本実施形態では、ガス案内板１７は、前後方向から見て、仕切部材１４の下端から左下方向に延びるように設けられた略板状部材であると記載したが、ガス案内板１７の形状は、チャンバ１の左壁面側に開口し、汚染ガスを第２のガス誘導空間部Ｓ２に案内可能であれば如何なる形状であっても構わない。

【0082】

また、本実施形態では、第１、第２のダクト１２，１３は、略筒状であると記載したが第１、第２のダクト１２，１３は、下流側の配管と連通可能であれば如何なる形状であっても構わない。また、第１、第２のダクト１２，１３は、複数設けられていても構わない。

【0083】

また、本実施形態では、仕切部材１４とチャンバ１の右壁面とが別部材からなる場合について記載したが、仕切部材１４とチャンバ１の右壁面とは、それぞれ別部材でなくても構わない。例えば、チャンバ１の右壁面に仕切部が一体的に形成されていても構わない。

【符号の説明】

【0084】

１ チャンバ
３ リコータヘッド
４Ｂ ヒュームコレクタ
１０ ガス回収機構
１１ ガス吸引ファン
１２ 第１のダクト
１３ 第２のダクト
１４ 仕切部材
１５ 整流板
１６ ガス案内板
１７ ガス案内板
Ｐ１ 第１のガス回収流路
Ｐ２ 第２のガス回収流路
Ｓ１ 第１のガス誘導空間部
Ｓ２ 第２のガス誘導空間部
Ｖ１ 第１のガス回収口
Ｖ２ 第２のガス回収口

【要約】      （修正有）

【課題】汚染ガスをチャンバの外により効率的に排出することができる、積層造形装置を提供すること。
【解決手段】積層造形装置に設けられたガス回収機構は、所定間隔を空けて第２の壁面に沿ってチャンバの天井部まで延びる仕切部と、仕切部に形成された第１のガス回収口Ｖ１と、第１のガス回収口Ｖ１に設けられた吸引装置と、仕切部と第２の壁面との間に形成された第１のガス誘導空間部Ｓ１と、第１のガス誘導空間部Ｓ１と連通し、天井部に設けられる第１のダクト１２と、第２の壁面近傍の天井部に設けられた第２のガス回収口Ｖ２と、第２のガス回収口Ｖ２と連通する第２のダクト１３と、を有してる。
【選択図】図６

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】