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(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】6348214
(24)【登録日】2018年6月8日
(45)【発行日】2018年6月27日
(54)【発明の名称】積層造形装置
(51)【国際特許分類】
B22F 3/16 20060101AFI20180618BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20180618BHJP
B29C 64/153 20170101ALI20180618BHJP
B29C 64/236 20170101ALI20180618BHJP
B29C 64/241 20170101ALI20180618BHJP
B29C 64/232 20170101ALI20180618BHJP
B22F 3/105 20060101ALI20180618BHJP
【ＦＩ】
B22F3/16
B33Y30/00
B29C64/153
B29C64/236
B29C64/241
B29C64/232
B22F3/105
【請求項の数】3
【全頁数】22
(21)【出願番号】特願2017-196348(P2017-196348)
(22)【出願日】2017年10月6日
【審査請求日】2018年2月27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
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】ＳＫ特許業務法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】岡崎 秀二
【審査官】
米田 健志
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０６−０９３４１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０１−０７８７１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開平０５−３４５２４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ２２Ｆ １／００〜８／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
所望の最終製品の形状まで別の加工機で加工する前の積層造形物の形状を所定厚で分割してなる分割層ごとに、鉛直１軸方向に移動可能な造形テーブル上に前記所定厚の材料粉体層を形成し、続いて前記材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射することで焼結層を形成することを繰り返すことによって前記積層造形物を形成するように構成される積層造形装置であって、
一対の第１水平移動機構と、
前記一対の第１水平移動機構に設けられているガントリと、
前記ガントリに取り付けられている第２水平移動機構と、
前記第２水平移動機構に設けられている加工ヘッドとを備え、
前記一対の第１水平移動機構のうちの一方と他方との間には、前記造形テーブルが配置され、
前記第２水平移動機構は、前記造形テーブルよりも上側に配置され、
前記加工ヘッドは、バイトを有し、
前記バイトは、前記積層造形物を前記別の加工機で加工する際の位置決めに使われる基準面として、前記積層造形物に対して前記造形テーブルに平行な前記基準面と前記造形テーブルに垂直で且つ互いに垂直な２つの前記基準面の形削りを実施可能に構成され、
前記加工ヘッドは、前記バイトを前記造形テーブルと平行な水平２軸方向に移動可能とし、且つ
前記鉛直１軸方向に中心軸を有して旋回可能とする、積層造形装置。
一対の第１水平移動機構と、
前記一対の第１水平移動機構に設けられているガントリと、
前記ガントリに取り付けられている第２水平移動機構と、
前記第２水平移動機構に設けられている加工ヘッドとを備え、
前記一対の第１水平移動機構のうちの一方と他方との間には、前記造形テーブルが配置され、
前記第２水平移動機構は、前記造形テーブルよりも上側に配置され、
前記加工ヘッドは、バイトを有し、
前記バイトは、前記積層造形物を前記別の加工機で加工する際の位置決めに使われる基準面として、前記積層造形物に対して前記造形テーブルに平行な前記基準面と前記造形テーブルに垂直で且つ互いに垂直な２つの前記基準面の形削りを実施可能に構成され、
前記加工ヘッドは、前記バイトを前記造形テーブルと平行な水平２軸方向に移動可能とし、且つ
前記鉛直１軸方向に中心軸を有して旋回可能とする、積層造形装置。
【請求項2】
前記ガントリは、第１方向に移動可能に、前記一対の第１水平移動機構に設けられ、
前記加工ヘッドは、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能に、前記第２水平移動機構に設けられ、
前記第１方向及び前記第２方向は、水平方向である、請求項１に記載の積層造形装置。
前記加工ヘッドは、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能に、前記第２水平移動機構に設けられ、
前記第１方向及び前記第２方向は、水平方向である、請求項１に記載の積層造形装置。
【請求項3】
前記加工ヘッドは、前記バイトが第１状態及び第２状態の何れか一方であるように旋回可能に構成され、
前記第２状態とは、前記第１状態である前記バイトを９０度旋回させた状態である、
請求項１又は請求項２に記載の積層造形装置。
前記第２状態とは、前記第１状態である前記バイトを９０度旋回させた状態である、
請求項１又は請求項２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、積層造形装置に関する。
【背景技術】
【0002】
レーザ光による積層造形法では、不活性ガスが充満された密閉されたチャンバ内において、上下方向に移動可能な造形テーブル上に非常に薄い材料粉体層を形成し、この材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して照射位置の材料粉体を焼結させることを繰り返すことによって、複数の焼結層を積層して一体となる焼結体からなる所望の三次元形状を造形する。このような積層造形法を実現するには、積層造形装置が使用される。
【0003】
例えば、特許文献１で開示されている積層造形装置は、上述の積層造形法に加え、鉛直１軸及び水平２軸方向に同期させて移動可能なエンドミル等の切削工具を用いて、造形物の造形途中に、材料粉体を焼結して得られた焼結体の輪郭を切削加工して必要な形状に仕上げていく。かかる工程の組み合わせと繰り返しとを経て、所望の積層造形物が形成される。このような積層造形装置（いわゆる複合加工機）は、１つの装置で所望の積層造形物を形成できる点が優れているといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１６−１１３６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、複合加工機にあっては切削工具を適切に動作させる駆動装置を含むこととなり、複合加工機全体又はこれに含まれるチャンバが大型化する傾向にある。例えば、切削工具がエンドミルであれば、複合加工機は、切削工具を取り付けて移動する加工ヘッドを鉛直１軸方向及び水平２軸方向の合わせて３軸方向に移動させる移動装置を備える。加えて、加工ヘッドは、切削工具を高速回転させる高速回転機構が必要である。しかも切削加工を行う雰囲気は、ドライな状態である。ドライ切削加工は、加工位置に切削油及び冷却水をかけずに切削する。ドライ切削加工は、切削油等を掛けるウェット切削加工に比べて潤滑作用がなく摩擦が大きいので、加工中の切削工具の振れを抑制するために高精度で振れ精度を維持する必要がある。そのため、複合加工機は、加工ヘッドに取り付けた切削工具の位置および切削工具の長さを測定する精度、工具を交換する際の工具を取り付ける精度も重要視される。また、レーザ加工と切削加工とを同時に行うことはできないため、生産ラインの観点からも不利である。
【0006】
一方で、大部分の積層造形装置は切削機構がないので、造形後に当該造形物を他の加工装置へと移動させ、高精細な切削加工を行う必要がある。切削機構を搭載しない積層造形装置は、上述の複合加工機に比して小型化及び生産ライン上有利な実施が可能ではあるが、造形物をわざわざ別の装置に換装して加工（いわゆる２次加工）を行うため、複合加工機に比して加工時に大きな寸法の誤差等が生じやすく、２次加工後の最終製品を高精度の製品に仕上げられない。その結果、造形物は、位置ずれを見込んだ設計及び造形となり、切削取り代を大きめに設計する等、２次加工時の位置ずれを想定した十分に余裕を持った設計を余儀なくされて、積層造形の加工時間も２次加工の加工時間も総じて増大する。
【0007】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来に比して大型化及び高コスト化を抑制しつつ且つ、その後の切削加工においても加工誤差を小さくすることができる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】
【0008】
本発明によれば、所望の最終製品の形状まで別の加工機で加工する前の積層造形物の形状を所定厚で分割してなる分割層ごとに、鉛直１軸方向に移動可能な造形テーブル上に前記所定厚の材料粉体層を形成し、続いて前記材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射することで焼結層を形成することを繰り返すことによって前記積層造形物を形成するように構成される積層造形装置であって、一対の第１水平移動機構と、前記一対の第１水平移動機構に設けられているガントリと、前記ガントリに取り付けられている第２水平移動機構と、前記第２水平移動機構に設けられている加工ヘッドとを備え、前記一対の第１水平移動機構のうちの一方と他方との間には、前記造形テーブルが配置され、前記第２水平移動機構は、前記造形テーブルよりも上側に配置され、前記加工ヘッドは、バイトを有し、前記バイトは、前記積層造形物を前記別の加工機で加工する際の位置決めに使われる基準面として、前記積層造形物に対して前記造形テーブルに平行な前記基準面と前記造形テーブルに垂直で且つ互いに垂直な２つの前記基準面の形削りを実施可能に構成され、前記加工ヘッドは、前記バイトを前記造形テーブルと平行な水平２軸方向に移動可能とし、且つ前記鉛直１軸方向に中心軸を有して旋回可能とする、積層造形装置が提供される。
【発明の効果】
【0009】
本発明の積層造形装置は、加工ヘッドにバイトが設けられ、これが前記積層造形物に対して前記造形テーブルに平行な面（基準面）と、前記造形テーブルに垂直でかつ互いに垂直な２つの面（基準面）の形削りを実施可能に構成することを特徴とする。すなわち、本発明の積層造形装置では、従来の複合加工機のように大型な駆動装置を要さないので、装置全体を小型化できる。また、本発明の積層造形装置で造形された造形物は、その後に別の２次加工を行う装置で切削加工が行われるにあたり基準面が予め削り出されている状態のため、基準面と造形物の関係を保てるので、２次加工後の最終製品として高精度に仕上げられることが可能である。また、本発明の積層造形装置は、切削機構を有しない従来の積層造形装置を使用した場合に比して、２次加工時の位置ずれを見込んだ設計及び造形が不要になるので切削取り代を必要最低限の寸法に小さくすることを可能にして２次加工時間を短縮して、最終製品の加工時間を総じて短縮することを可能にする。
【0010】
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。
【0011】
好ましくは、前記加工ヘッドは、ガントリ構造によって前記水平２軸方向に移動可能である。好ましくは、前記加工ヘッドは、前記バイトが第１及び第２状態の何れか一方であるように旋回可能に構成され、前記第２状態とは、前記第１状態である前記バイトを９０度旋回させた状態である。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態に係る積層造形装置の概略構成図である。
【図2】本発明の実施形態に係る粉体層形成装置３等の斜視図である。
【図4】積層造形装置を用いた積層造形方法（積層工程）の説明図である。
【図5】積層造形装置を用いた積層造形方法（積層工程）の説明図である。
【図6】積層造形装置を用いた積層造形方法（積層工程）の説明図である。
【図7】積層造形装置を用いた積層造形方法（積層工程）の説明図である。
【図8】積層造形装置を用いた積層造形方法（積層工程）の説明図である。
【図9】積層造形装置を用いた積層造形方法（積層工程）の説明図である。
【図10】積層造形装置を用いた積層造形方法（積層工程）の説明図である。
【図11】積層造形装置を用いた積層造形方法（基準面形削り工程）の説明図である。
【図12】図１２Ａ〜図１２Ｅは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の上方、図１２Ｆ〜図１２Ｇは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の前方、図１２Ｈは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の左方から見た際の概略図である。
【図13】図１３Ａ〜図１３Ｅは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の上方、図１３Ｆ〜図１３Ｇは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の後方、図１３Ｈは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の右方から見た際の概略図である。
【図14】図１４Ａ〜図１４Ｅは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の上方、図１４Ｆ〜図１４Ｇは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の左方、図１４Ｈは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の前方から見た際の概略図である。
【図15】図１５Ａ〜図１５Ｅは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の上方、図１５Ｆ〜図１５Ｇは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の右方、図１５Ｈは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の後方から見た際の概略図である。
【図16】図１６Ａ〜図１６Ｌは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の上方、図１６Ｍは、第２仮造形物８６の前方、図１６Ｎは、第２仮造形物８６の左方、図１６Ｏは、第２仮造形物８６の後方、図１６Ｐは、第２仮造形物８６の右方から見た際の概略図である。
【図17】積層造形装置を用いた積層造形方法（基準面形削り工程）の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
１．実施形態以下、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。
【0015】
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。チャンバ１には、内部に粉体層形成装置３が設けられ、上面部にヒューム拡散装置１７が設けられる。粉体層形成装置３は、ベース台４とリコータヘッド１１とを有する。
【0016】
ベース台４は、積層造形物が形成される造形領域Ｒを有する。造形領域Ｒには、造形テーブル５が設けられる。造形テーブル５は、造形テーブル駆動機構３１によって駆動されて上下方向（図１の矢印Ｕ方向）で示される鉛直方向に移動することができる。積層造形装置の使用時には、造形テーブル５上に造形プレート７が配置され、その上に材料粉体層８が形成される。また、所定の照射領域は、造形領域Ｒ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。
【0017】
造形テーブル５の周りには、粉体保持壁２６が設けられる。粉体保持壁２６と造形テーブル５とによって囲まれる粉体保持空間には、未焼結の材料粉体が保持される。図１においては不図示であるが、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粉体排出部が設けられてもよい。かかる場合、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、未焼結の材料粉体が粉体排出部から排出される。排出された材料粉体は、シューターガイドによってシューターに案内され、シューターを通じてバケットに収容されることになる。
【0018】
図２及び図３は、本発明の実施形態に係る粉体層形成装置３等の斜視図である。また、図４は、図中において、本発明の実施形態に係るリコータヘッド１１の側面の概略図を示している。リコータヘッド１１は、材料収容部１１ａと材料供給部１１ｂと材料排出部１１ｃとを有する。
【0019】
材料収容部１１ａは材料粉体を収容する。なお、材料粉体は、例えば金属粉（例：鉄粉）であり、例えば平均粒径２０μｍの球形である。材料供給部１１ｂは、材料収容部１１ａの上面に設けられ、不図示の材料供給装置から材料収容部１１ａに供給される材料粉体の受口となる。材料排出部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。なお、材料排出部１１ｃは、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｘ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｙ方向）に延びる不図示のスリット形状である。なお、リコータヘッド１１は、図２に示されるように、一対のリコータヘッド水平移動機構１１ｄ、１１ｄによって水平移動可能に構成されている。
【0020】
リコータヘッド水平移動機構１１ｄは、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｘ方向）に延びるガイドレール１１ｅと、ガイドレール１１ｅに係合して移動するガイドブロック１１ｆを含む。リコータヘッド１１は、その両端が一対のガイドブロック１１ｆ、１１ｆに固定されて、所定の移動方向（矢印Ｙ方向）にガイドされる。一対のリコータヘッド水平移動機構１１ｄ、１１ｄは、ベース台４上で造形テーブル５を挟んで配置される。一対のリコータヘッド水平移動機構１１ｄ、１１ｄは、どちらか片方又は両方に、回転モータ１１ｇと、回転モータ１１ｇで回転し回転軸がガイドレール１１ｅに平行して配置される不図示のボールねじ軸と、正回転又は逆回転するボールねじ軸に螺合して回転軸の軸方向に進退移動する不図示のナットを含む。移動するナットは、ガイドブロック１１ｆを介してリコータヘッド１１に取り付けられている。
【0021】
また、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、材料粉体を撒布する。換言するとブレード１１ｆｂ、１１ｒｂは、材料排出部１１ｃから排出された材料粉体を平坦化して材料粉体層８を形成する。
【0022】
チャンバ１の上面には、ウィンドウ１ａを覆うようにヒューム拡散装置１７が設けられる。ヒューム拡散装置１７は、円筒状の筐体１７ａと、筐体１７ａ内に配置された円筒状の拡散部材１７ｃを備える。筐体１７ａと拡散部材１７ｃの間に不活性ガス供給空間１７ｄが設けられる。また、筐体１７ａの底面には、拡散部材１７ｃの内側に開口部１７ｂが設けられる。拡散部材１７ｃには多数の細孔（不図示）が設けられており、不活性ガス供給空間１７ｄに供給された清浄な不活性ガスはかかる細孔を通じて清浄室１７ｆに充満される。そして、清浄室１７ｆに充満された清浄な不活性ガスは、開口部１７ｂを通じてヒューム拡散装置１７の下方に向かって噴出される。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。
【0023】
レーザ光照射部１３は、チャンバ１の上方に設けられる。レーザ光照射部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焼結させる。具体的には、レーザ光照射部１３は、レーザ光源４２とフォーカス制御ユニット４４とレーザ光走査ユニットとを有する。本実施形態のレーザ走査ユニットは、２軸のガルバノミラー４３ａ、４３ｂである。なお、各ガルバノミラー４３ａ、４３ｂは、それぞれガルバノミラー４３ａ、４３ｂを回転させるアクチュエータを備えている。
【0024】
レーザ光源４２はレーザ光Ｌを照射する。ここで、レーザ光Ｌは、材料粉体を焼結可能なレーザであって、例えば、ＣＯ２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザ等である。
【0025】
フォーカス制御ユニット４４は、レーザ光源４２より出力されたレーザ光Ｌを集光し所望のスポット径に調整する。２軸のガルバノミラー４３ａ、４３ｂは、レーザ光源４２より出力されたレーザ光Ｌを制御可能に２次元走査する。特にガルバノミラー４３ａは、レーザ光Ｌを矢印Ｘに走査し、ガルバノミラー４３ｂは、レーザ光Ｌを矢印Ｙに走査する。ガルバノミラー４３ａ、４３ｂは、それぞれ、不図示の制御装置から入力される回転角度制御信号の大きさに応じて回転軸ｘの軸周りの回転角度および回転軸ｙの軸周りの回転角度が制御される。かかる特徴により、ガルバノミラー４３ａ、４３ｂの各アクチュエータに入力する回転角度制御信号の大きさを変化させることによって、所望の位置にレーザ光Ｌを照射することができる。
【0026】
ガルバノミラー４３ａ、４３ｂを通過したレーザ光Ｌは、チャンバ１に設けられたウィンドウ１ａを透過して造形領域Ｒに形成された材料粉体層８に照射される。ウィンドウ１ａは、レーザ光Ｌを透過可能な材料で形成される。例えば、レーザ光Ｌがファイバーレーザ又はＹＡＧレーザの場合、ウィンドウ１ａは石英ガラスで構成可能である。なお、ガルバノミラー４３ａ、４３ｂを採用することはあくまでも例であり、レーザ光Ｌを別の手段によって走査させてもよい。
【0027】
１．２ 不活性ガス給排系統次に、不活性ガス給排系統について説明する。不活性ガス給排系統は、チャンバ１に設けられる複数の不活性ガスの供給口及び排出口と、各供給口及び各排出口と不活性ガス供給装置１５及びヒュームコレクタ１９とを接続する配管を含む。本実施形態では、チャンバ供給口１ｂ、副供給口１ｅ、及びヒューム拡散装置供給口１７ｇを含む供給口と、チャンバ排出口１ｃ、副排出口１ｆを含む排出口とを備える。
【0028】
チャンバ排出口１ｃは、チャンバ１の側板に設けられる。また、チャンバ排出口１ｃに接続するように不図示の吸引装置が設けられるとよい。当該吸引装置は、レーザ光Ｌの照射経路からヒュームを効率よく排除することを助ける。また、吸引装置によってチャンバ排出口１ｃにおいて、より多くの量のヒュームを排出することができ、造形空間１ｄ内にヒュームが拡散しにくくなる。
【0029】
チャンバ供給口１ｂは、ベース台４の端上に所定の照射領域を間に置いてチャンバ排出口１ｃに対面するように設けられる。チャンバ供給口１ｂは、不活性ガスをチャンバ排出口１ｃに向けて供給するので、常に同じ方向に不活性ガスの流れを作り出し、安定した焼結を行える点で有利である。チャンバ供給口１ｂとチャンバ排出口１ｃは、図１に示すように、造形テーブル５を挟んでリコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｘ方向）に並べて配置されてもよい。また、チャンバ供給口１ｂとチャンバ排出口１ｃは、造形テーブル５を挟んでリコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｘ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｙ方向）に並べて配置されてもよい。
【0030】
また、本実施形態の不活性ガス給排系統は、チャンバ排出口１ｃに対面するようにチャンバ１の側板に設けられヒュームコレクタ１９から送給されるヒュームが除去された清浄な不活性ガスを造形空間１ｄに供給する副供給口１ｅと、チャンバ１の上面に設けられヒューム拡散装置１７へ不活性ガスを供給するヒューム拡散装置供給口１７ｇと、チャンバ排出口１ｃの上側に設けられチャンバ１の上側に残留するヒュームを多く含む不活性ガスを排出する副排出口１ｆとを備える。
【0031】
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、周囲の空気から窒素ガスを取り出す膜式窒素セパレータを備える装置である。本実施形態では、図１に示すように、チャンバ供給口１ｂ、及びヒューム拡散装置供給口１７ｇと接続される。
【0032】
ヒュームコレクタ１９は、その上流側及び下流側にそれぞれダクトボックス２１、２３を有する。チャンバ１からチャンバ排出口１ｃ及び副排出口１ｆを通じて排出された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清浄な不活性ガスがダクトボックス２３を通じてチャンバ１の副供給口１ｅ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。
【0033】
ヒューム排出系統として、図１に示すように、チャンバ排出口１ｃ及び副排出口１ｆとヒュームコレクタ１９とがダクトボックス２１を通じてそれぞれ接続される。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清浄な不活性ガスは、チャンバ１へと返送され再利用される。
【0034】
１．３ 形削り装置続いて、本実施形態に係る積層造形装置の形削り装置５０について詳細に説明する。図１〜図３に示されるように、形削り装置５０は、旋回機構６０が設けられた加工ヘッド５７を有する。また、旋回機構６０には形削り用のバイト６１が取り付けられている。本実施形態の加工ヘッド５７は、造形テーブル５の上下方向（矢印Ｕ方向）に平行し移動可能な矢印Ｘ方向および矢印Ｙ方向のそれぞれに垂直な図示省略の矢印Ｚ方向にバイト６１を上下移動させるための機構を有していないことで小型化、軽量化および低価格化を実現可能である。なお、本実施形態に限定されることなく加工ヘッド５７にバイト６１を上下移動させる機構を備えてもよい。
【0035】
特に図２に示されるように、加工ヘッド５７は２軸のブリッジ機構（いわゆるガントリ機構）に設けられており、水平２軸方向に移動させることができる。より詳細には、図２に示されるように、一対のリコータヘッド水平移動機構１１ｄ、１１ｄよりも外側に、一対の第１水平移動機構６３ａ、６３ａが設けられており、かかる一対の第１水平移動機構６３ａ、６３ａによって、第２水平移動機構６３ｂが矢印Ｘ方向に移動可能となっている。そして、第２水平移動機構６３ｂに加工ヘッド５７が設けられることによって、加工ヘッド５７が矢印Ｙ方向に移動可能となっている。これらを合わせることで、加工ヘッド５７が水平２軸方向（矢印Ｘ方向及びＹ方向）に移動可能な構成を実現している。そして、旋回機構６０に取り付けられたバイト６１を用いて、造形テーブル５に平行な面（矢印Ｘ方向と矢印Ｙ方向で示す面）、および、造形テーブル５に垂直で且つ互いに垂直な２つの面（矢印Ｚ方向と矢印Ｘ方向で示す面および矢印Ｚ方向と矢印Ｙ方向で示す面）の形削り加工を行うことができる。バイト６１は、例えば、実施形態のように刃の形が丸い形状あるいはそれに限定されず必要に応じて各種形状が採用されるとよい。
【0036】
第１水平移動機構６３ａは、ガントリ６３ｃが移動する矢印Ｘ方向に延びるガイドレール６３ａａと、ガイドレール６３ａａに係合して移動するガイドブロック６３ａｂを含む。ガントリ６３ｃは、その両端が一対の第１水平移動機構６３ａ、６３ａのガイドブロック６３ａｂ、６３ａｂに固定されて、移動方向が矢印Ｘ方向にガイドされている。一対の第１水平移動機構６３ａ、６３ａは、ベース台４上で一対のリコータヘッド水平移動機構１１ｄ、１１ｄのガイドレール１１ｅ、１１ｅの外側に配置される。一対の第１水平移動機構６３ａ、６３ａは、どちらか片方又は両方に、回転モータ６３ａｃと、回転モータ６３ａｃで回転し回転軸がガイドレール６３ａａに平行して配置される不図示のボールねじ軸と、正回転又は逆回転するボールねじ軸に螺合して回転軸の軸方向に進退移動する不図示のナットを含む。移動するナットは、ガイドブロック６３ａｂを介してガントリ６３ｃに取り付けられている。
【0037】
第２水平移動機構６３ｂは、加工ヘッド５７が移動する矢印Ｙ方向に延びるガイドレール６３ｂａと、ガイドレール６３ｂａに係合して移動するガイドブロック６３ｂｂを含む。ガイドレール６３ｂａは、ガントリ６３ｃに取り付けられている。第２水平移動機構６３ｂは、回転モータ６３ｂｃと、回転モータ６３ｂｃで回転し回転軸がガイドレール６３ｂａに平行して配置される不図示のボールねじ軸と、正回転又は逆回転するボールねじ軸に螺合して回転軸の軸方向に進退移動する不図示のナットを含む。移動するナットは、ガイドブロック６３ｂｂを介して加工ヘッド５７に取り付けられている。なお、本発明の実施形態では、第１水平移動機構６３ａがガントリ６３ｃと第２水平移動機構６３ｂと加工ヘッド５７を一緒に矢印Ｘ方向に移動させているのに対して、第２水平移動機構６３ｂは加工ヘッド５７を矢印Ｙ方向に移動させているだけである。本発明の実施形態は、矢印Ｘ方向よりも矢印Ｙ方向に形削りするための構成の方が単純なため剛性がより高いことから矢印Ｙ方向に形削りする方が加工精度がより高い。
【0038】
旋回機構６０は、高さ方向を示す図示省略の矢印Ｚ方向（鉛直１軸方向）の回転軸Ｃを中心軸として軸周りに回動して、バイト６１の向きを変更することができる。例えばエンドミル等の工具では高速回転させる構成が必須となるが、本実施形態にあっては単にバイト６１の刃の向きさえ変えられればよい。より好ましくは、バイト６１の刃の向きを矢印Ｘ方向に沿うものとした状態（第１状態）と、バイト６１の刃の向きを矢印Ｙ方向に沿うものとした状態（第２状態）とが切り替えられればよい。第１状態では、加工ヘッド５７を矢印Ｘ方向に移動させることで形削り加工が実施される。一方、第２状態では、加工ヘッド５７を矢印Ｙ方向に移動させることで形削り加工が実施される。図１に示される概略図においては、バイト６１が第２状態として描かれており、図２及び図３に示される斜視図においては、第１状態にあるバイト６１の態様が示されている。本実施形態では、例えば、第１状態において左側から右側に移動して形削りするバイト６１の刃先の向きと第２状態において手前側ら奥側に移動して形削りするバイト６１の刃先の向きのうちのいずれか一方から他方に９０度回動する。
【0039】
なお、従来の複合加工機においては、いくつかの焼結層ごとに切削加工を行うことが一般的であった。本実施形態に係る積層造形装置では、まずは積層工程（詳細については第２節において説明）によって積層造形物（便宜上、第１仮造形物と称する）を造形してしまうことに留意されたい。その後、第１仮造形物に対して上述のバイト６１を用いて、造形テーブル５に平行な面（基準面）と造形テーブル５に垂直で且つ互いに垂直な２つの面（基準面）の少なくとも１つの基準面の形削りを行うことで、基準面だけが削り出された第２仮造形物が造形される。そして、本実施形態に係る積層造形装置とは異なる別の加工装置を用いて第２仮造形物を切削加工（２次加工）することによって、最終的な所望の造形物を得ることができる。
【0040】
本実施形態に係る積層造形装置は、このような構成や特徴を採用することによって、次に示すような効果が期待されうる。
【0041】
第１に、積層造形装置の小型化が期待されうる。例えば従来の複合加工機においては、切削工具としてスピンドル等が用いられため、これを高速回転させる巨大なモータと、鉛直方向の移動機構が必要となる。さらに加工環境は、ドライ切削加工が必要である。ドライ切削加工は、潤滑作用がなく摩擦が大きくなるので切削工具の振れを抑えるために、主軸の振れ精度を高精度に維持する必要がある。また、従来の複合加工機においては、荒加工、加工形状により複数の工具が必要になるので、工具長測定装置、工具交換装置を備えることが必須となる。一方で、本実施形態に係る積層造形装置にあっては、形削り用のバイト６１であるため、高速回転させる必要がなく、当然それを実現しうる巨大なモータも必要とならない。また、形削りをするだけなので、造形テーブル５の高さを調節すればよく、加工ヘッド５７を鉛直方向に移動可能に構成する必要もない。このため、従来の複合加工機に比して、加工ヘッド５７及びこれを駆動させる機構全体を大幅に小型にすることができる。その結果、チャンバ１、ひいては装置全体を例えば２０〜４０％小型化することができる。また、本実施形態に係る積層造形装置は、主軸を有する必要がなく、主軸を鉛直方向に移動させる構成を有する必要がないので、安価で装置が構成できる。
【0042】
第２に、装置の小型化によって、不活性ガスの供給量が減り、不活性ガスを使用する量を少なくすることができる。また、窒素充填時間を短縮し、酸素濃度をより低く保持することができる。また、チャンバ１の小型化によってチャンバ１の中のヒュームの処理もしやすくなり造形品質が向上し、造形品質を安定化しやすくなる。
【0043】
第３に、従来に比して材料粉体への切削屑の混入防止対策が比較的容易になると考えられる。これは、第１仮造形物の造形終了後に基準面を切削することだけに注力するため、従来の複合加工機のように造形途中の切削による混入切削屑の発生がないことに由来するものである。なお、主軸を有する複合加工機でも造形途中の切削加工を行わずに造形後に基準面だけを加工するようにすれば第３の効果を得ることも可能である。
【0044】
第４に、第２仮造形物は基準面加工が終了しているため、その後の２次加工の際に、第２仮造形物の基準面を使って位置決めが確実にできるので、２次加工を含め最終の造形物の形状まで高精度に仕上げられる。例えば、射出成形用の金型では、積層造形装置によって３次元の内部配管を自由に配置できる。金型の内部配管は、例えば、温度調節された水を循環させて金型の温度を調整するための温度調整用配管であって、成形時間の短縮に大きく寄与できる代表例である。内部配管から成形面までの肉厚は、金型の性能に影響して、薄すぎると水漏れや金型寿命に影響し、厚すぎると冷却性能に影響する。したがって、金型第２仮造形物が金型であれば、２次加工の際に位置決め精度が安定するため、最終の形状まで仕上げられた金型の内部配管から成形面までの肉厚がバラツキなく形成されて、十分な冷却効果が設計通りに得られる。なお、主軸を有する複合加工機でも造形後に基準面の切削加工を行うことで第４の効果を得ることも可能である。
【0045】
２．積層造形方法続いて、図１及び図４〜図１８を用いて、上記の積層造形装置を用いた積層造形方法について説明する。特に、図４〜図１８は、本発明の実施形態に係る積層造形装置を用いた積層造形方法の説明図である。ただし、これらの図では視認性を考慮し図１では示していた構成要素を一部省略している。また、以下に示す積層造形方法の手順は、予め作成されたプロジェクトファイルに基づいて行われるものであってよい。
【0046】
（積層工程）本積層工程では、第１仮造形物８５（図９等参照）が造形されることを特徴とする。まず、造形テーブル５上に造形プレート７を載置した状態で造形テーブル５の高さを矢印Ｕ方向の適切な位置に調整する（図４）。この状態で材料収容部１１ａ内に材料粉体が充填されているリコータヘッド１１を矢印Ｘ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って、造形プレート７上に１層目の材料粉体層８を形成する（図５）。
【0047】
次に、材料粉体層８中の所定部位にレーザ光Ｌを照射することで材料粉体層８のレーザ光照射部位を焼結させることによって、図６に示すように、積層造形物全体に対して鉛直方向（矢印Ｕ方向に平行する図示省略の矢印Ｚ方向）に所定厚を有する分割層である１層目の焼結層８１ｆを得る。
【0048】
次に、造形テーブル５の高さを矢印Ｕ方向に材料粉体層８の所定厚（１層）分下げ、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って、焼結層８１ｆ上に２層目の材料粉体層８を形成する。
【0049】
次に、材料粉体層８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焼結させることによって、図７に示すように、２層目の焼結層８２ｆを得る。また、同様の手順によって、３層目の焼結層８３ｆを得る（図８）。
【0050】
以上の工程を繰り返すことによって、４層目以降の焼結層が形成され、ひいては、第１仮造形物８５が造形される（図９）。隣接する焼結層は、互いに強く固着される。
【0051】
（基準面形削り工程）続く基準面形削り工程では、第１仮造形物８５の一部の表面８５ａの少なくとも一部を形削りすることで、造形テーブル５に平行な基準面８５ｂ（図１３）および造形テーブル５に垂直で且つ互いに垂直な２つの基準面がそれぞれ削り出されることを特徴とする。まず、加工ヘッド５７及び造形テーブル５を初期位置に移動させる。第１仮造形物８５は、造形プレート７に載置されている。造形プレート７は、造形テーブル５に載置されている。造形テーブル５の初期位置は、第１仮造形物８５がバイト６１の高さよりも低い位置であることに留意されたい（図１０）。加工ヘッド５７の初期位置は、バイト６１が第１仮造形物８５の高さよりも高い位置である。また、加工ヘッド５７の初期位置は、造形テーブル５を矢印Ｕ方向に上昇させても、すなわち造形テーブル５に対して相対的にバイト６１が矢印Ｚ方向に下降しても第１仮造形物８５とは接触しないことに留意されたい。
【0052】
次に、第１仮造形物８５の表面８５ａの少なくとも一部に対して形削りが行われる。これについて、図１１、図１２Ａ〜図１２Ｈ、図１３Ａ〜図１３Ｈ、図１４Ａ〜図１４Ｈ、図１５Ａ〜図１５Ｈ及び図１６Ａ〜図１６Ｐを用いて詳述する。特に、図１２Ａ〜図１２Ｅ、図１３Ａ〜図１３Ｅ、図１４Ａ〜図１４Ｅ、図１５Ａ〜図１５Ｅおよび図１６Ａ〜図１６Ｌは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の上方から見た際の概略図である。図１２Ａ〜図１２Ｅ、図１３Ａ〜図１３Ｅ、図１４Ａ〜図１４Ｅ、図１５Ａ〜図１５Ｅおよび図１６Ａ〜図１６Ｌは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の上方から見た際の概略図である。図１２Ｆ〜図１２Ｈ、図１３Ｆ〜図１３Ｈ、図１４Ｆ〜図１４Ｈ、図１５Ｆ〜図１５Ｈおよび図１６Ｍ〜図１６Ｐは、基準面形削り工程を第１仮造形物８５の正面、後面または側面からそれぞれ見た際の概略図である。本実施形態の基準面８５ｂは、第１仮造形物８５の表面８５ａのうちの第１仮造形物８５の上面および第１仮造形物８５の側面の上部に形成される。
【0053】
まず、第１仮造形物８５の矢印Ｘ方向に平行な側面のうちの手前側（図１２Ａにおいて下方）の側面の上部を形削りして基準面８５ｂを形成する。バイト６１は、矢印Ｘ方向に沿って左側から右側に移動する際に形削り可能な方向に刃先が向くように予め回動させられる。既にバイト６１が必要な方向を向いていればバイト６１を回動させる動作を省略できる。次に、造形テーブル５を初期位置（図１０及び図１２Ａ）から矢印Ｕ方向に上昇させることで、第１仮造形物８５において形削りされる表面８５ａの高さがバイト６１の先端よりも所定の距離だけ高くなる状態とする（図１１及び図１２Ａ）。所定の寸法は、所望する基準面８５ｂの矢印Ｚ方向の距離よりも大きくてもよい。所定の距離は、所望する基準面８５ｂの矢印Ｚ方向の寸法よりも小さくてもよい。小さい場合は、造形テーブル５を所定ピッチで上昇させて形削りする回数を複数回行えばよい。
【0054】
次に、バイト６１を矢印Ｙ方向に沿って手前側から奥側（図１２Ｂにおいて上方）の所定の位置まで移動させることにより位置合わせが行われる。かかる所定の位置は、図１２Ｃに示されるように、バイト６１を矢印Ｘ方向に移動させた際に、第１仮造形物８５の手前側の側面上部がバイト６１に接触するような位置であることに留意されたい。
【0058】
さらに基準面８５ｂを大きく形成する場合には、例えば、造形テーブル５を矢印Ｕ方向に所定の距離だけ再び上昇させて、バイト６１を矢印Ｙ方向に沿って手前側から奥側の所定の位置まで移動させて、バイト６１を矢印Ｘ方向に沿って左側から右側に移動させて第１仮造形物８５の側面上部の手前側の端部近傍にさらに形削りを実施することを繰り返す（図１２Ｇ、図１２Ｈ及び図１８Ｂ）。さらに第１仮造形物８５の表面８５ａの凹凸が大きい場合等には、例えば、バイト６１を矢印Ｙ方向に沿って手前側から前回の位置よりも離れた奥側の所定の位置まで移動させて、造形テーブル５の矢印Ｕ方向の位置を初期位置まで下降させた上で、造形テーブル５を矢印Ｕ方向に所定の距離だけ再び上昇させて、バイト６１を矢印Ｘ方向に沿って左側から右側に移動させて第１仮造形物８５の側面上部の手前側の端部近傍にさらに形削りを実施することを繰り返してもよい（図１７Ｃ）。
【0059】
次に、第１仮造形物８５の矢印Ｘ方向に平行な側面のうちの奥側（図１３Ａにおいて上方）の側面の上部を形削りして基準面８５ｂを形成する。バイト６１は、矢印Ｘ方向に沿って左側から右側に移動する際に形削り可能な方向に刃先が向くように予め回動させられる。既にバイト６１が必要な方向を向いていればバイト６１を回動させる動作を省略できる。加工ヘッド５７及び造形テーブル５を初期位置に移動させる。このときの初期位置は、これから形削りされる基準面５８Ｂの近くに変更されてもよい（図１３Ａ）。次に、造形テーブル５を初期位置から矢印Ｕ方向に上昇させることで、第１仮造形物８５において形削りされる表面８５ａの高さがバイト６１の先端よりも所定の距離だけ高くなる状態とする。所定の寸法は、前述の通りである。
【0060】
次に、バイト６１を矢印Ｙ方向に沿って奥側から手前側（図１３Ｂにおいて上方）の所定の位置まで移動させることにより位置合わせが行われる。かかる所定の位置は、前述の通りである。
【0064】
さらに基準面８５ｂを大きく形成する場合には、例えば、造形テーブル５を矢印Ｕ方向に所定の距離だけ再び上昇させて、バイト６１を矢印Ｙ方向に沿って奥側から手前側の所定の位置まで移動させて、バイト６１を矢印Ｘ方向に沿って左側から右側に移動させて第１仮造形物８５の側面上部の奥側の端部近傍にさらに形削りを実施することを繰り返す（図１３Ｇ、図１３Ｈ及び図１８Ｂ）。さらに第１仮造形物８５の表面８５ａの凹凸が大きい場合等には、手前側と奥側の記載が反対になるだけで、前述と同じである。なお、バイト６１は、矢印Ｘ方向に対して右側かつ矢印Ｙ方向に対して奥側を初期位置として、矢印Ｘ方向に沿って右側から左側に移動する際に形削り可能な方向に刃先が向くように予め回動し、矢印Ｘ方向に沿って右側から左側に移動して、第１仮造形物８５の表面８５ａを形削りしてもよい。
【0065】
次に、第１仮造形物８５の矢印Ｙ方向に平行な側面のうちの左側（図１４Ａにおいて左側）の側面の上部を形削りして基準面８５ｂを形成する。バイト６１は、矢印Ｙ方向に沿って奥側から手前側に移動する際に形削り可能な方向に刃先が向くように予め回動させられる。既にバイト６１が必要な方向を向いていればバイト６１を回動させる動作を省略できる。加工ヘッド５７及び造形テーブル５を初期位置に移動させる。このときの初期位置は、これから形削りされる基準面５８Ｂの近くに変更されてもよい。次に、造形テーブル５を初期位置から矢印Ｕ方向に上昇させることで、形削りされる表面８５ａの高さがバイト６１の先端よりも所定の距離だけ高くなる状態とする。所定の寸法は、前述の通りである。
【0066】
次に、バイト６１を矢印Ｘ方向に沿って左側から右側（図１４Ｂにおいて右側）の所定の位置まで移動させることにより位置合わせが行われる。かかる所定の位置は、前述の通りである。
【0070】
さらに基準面８５ｂを大きく形成する場合には、例えば、造形テーブル５を矢印Ｕ方向に所定の距離だけ再び上昇させて、バイト６１を矢印Ｘ方向に沿って左側から右側の所定の位置まで移動させて、バイト６１を矢印Ｙ方向に沿って奥側から手前側に移動させて第１仮造形物８５の側面上部の左側の端部近傍にさらに形削りを実施することを繰り返す（図１４Ｇ、図１４Ｈ及び図１８Ｂ）。さらに第１仮造形物８５の表面８５ａの凹凸が大きい場合等には、例えば、バイト６１を矢印Ｘ方向に沿って左側から前回の位置よりも離れた右側の所定の位置まで移動させて、造形テーブル５の矢印Ｕ方向の位置を初期位置まで下降させた上で、造形テーブル５を矢印Ｕ方向に所定の距離だけ再び上昇させて、バイト６１を矢印Ｘ方向に沿って左側から前回よりも離れた右側の所定の位置まで移動させたあと、バイト６１を矢印Ｙ方向に沿って奥側から手前側に移動させて第１仮造形物８５の側面上部の左側の端部近傍にさらに形削りを実施することを繰り返してもよい（図１７Ｃ）。
【0071】
次に、第１仮造形物８５の矢印Ｙ方向に平行な側面のうちの右側（図１５Ａにおいて右側）の側面の上部を形削りして基準面８５ｂを形成する。バイト６１は、矢印Ｙ方向に沿って奥側から手前側に移動する際に形削り可能な方向に刃先が向くように予め回動させられる。既にバイト６１が必要な方向を向いていればバイト６１を回動させる動作を省略できる。加工ヘッド５７及び造形テーブル５を初期位置に移動させる。このときの初期位置は、これから形削りされる基準面５８Ｂの近くに変更されてもよい。次に、造形テーブル５を初期位置から矢印Ｕ方向に上昇させることで、第１仮造形物８５において形削りされる表面８５ａの高さがバイト６１の先端よりも所定の距離だけ高くなる状態とする。所定の寸法は、前述の通りである。
【0072】
次に、バイト６１を矢印Ｘ方向に沿って右側から左側（図１５Ｂにおいて左側）の所定の位置まで移動させることにより位置合わせが行われる。かかる所定の位置は、前述の通りである。
【0076】
さらに基準面８５ｂを大きく形成する場合には、例えば、再び造形テーブル５を矢印Ｕ方向に所定の距離だけ再び上昇させて、バイト６１を矢印Ｘ方向に沿って右側から左側の所定の位置まで移動させて、バイト６１を矢印Ｙ方向に沿って奥側から手前側に移動させて第１仮造形物８５の側面上部の左側の端部近傍にさらに形削りを実施することを繰り返す（図１５Ｇ、図１５Ｈ及び図１８Ｂ）。さらに第１仮造形物８５の表面８５ａの凹凸が大きい場合等には、左側と右側の記載が反対になるだけで、前述と同じである。なお、バイト６１は、矢印Ｘ方向に対して右側かつ矢印Ｙ方向に対して手前側を初期位置として、矢印Ｙ方向に沿って手前側から奥側に移動する際に形削り可能な方向に刃先が向くように予め回動し、矢印Ｙ方向に沿って手前側から奥側に移動して、第１仮造形物８５の表面８５ａを形削りしてもよい。
【0077】
次に、第１仮造形物８５の上面を形削りして基準面８５ｂを形成する。まず、バイト６１は、矢印Ｙ方向に沿って奥側から手前側に移動する際に形削り可能な方向に刃先が向くように予め回動させられる。既にバイト６１が必要な方向を向いていればバイト６１を回動させる動作を省略できる。加工ヘッド５７及び造形テーブル５を初期位置に移動させる。このときの初期位置は、これから形削りされる基準面５８Ｂの近くに変更されてもよい。次に、造形テーブル５を初期位置（図１６Ａ）から矢印Ｕ方向に上昇させることで、第１仮造形物８５において形削りされる表面８５ａの高さがバイト６１の先端よりも所定の距離だけ高くなる状態とする。所定の寸法は、前述の通りである。
【0078】
次に、バイト６１を矢印Ｘ方向に沿って右側（図１６Ａにおいて右側）から左側（図１６Ｂにおいて左側）に移動させることにより位置合わせが行われる（図１６Ｂ）。かかる位置は、図１６Ｃに示される状態までバイト６１を矢印Ｙ方向に移動させた際に、第１仮造形物８５の表面８５ａの右側の端部近傍とバイト６１が接触するような位置であることに留意されたい。
【0079】
次に、バイト６１を矢印Ｙ方向に沿って奥側から手前側に移動させることによって、第１仮造形物８５の表面８５ａの左側の端部近傍について形削りが実施される（図１６Ｃ）。このように形削りがなされた面が基準面８５ｂ（この時点ではあくまでも左側の端部近傍のみ）となる。
【0082】
次に、バイト６１を矢印Ｘ方向に沿って右側から左側に移動させることにより位置合わせが行われる（図１６Ｆ）。かかる位置は、図１６Ｇに示される状態までバイト６１を移動させた際に、第１仮造形物８５の表面８５ａの手前側の端部近傍とバイト６１が接触するような位置であることに留意されたい。
【0083】
次に、バイト６１を矢印Ｙ方向に沿って奥側から手前側に移動させることによって、第１仮造形物８５の表面８５ａの右側の端部（ここでは第１仮造形物８５の表面８５ａと基準面８５ｂの境界）近傍について形削りが実施される（図１６Ｇ）。
【0085】
図１８Ａに示すように同様に繰り返していくと、図１６Ｉ〜図１６Ｌに示されるように、第１仮造形物８５の上面に対して最終的に基準面８５ｂの形削りがなされる。その結果、第２仮造形物８６が造形される（図１６Ｍ〜図１６Ｐ、図１７）。
【0086】
さらに第１仮造形物８５の表面８５ａの凹凸が大きい場合等には、例えば、造形テーブル５を矢印Ｕ方向に所定の距離だけ再び上昇させた上で、第１仮造形物８５の上面に対する形削りが同様に繰り返し実施されてもよい（図１８Ｃ）。
【0087】
バイト６１を初期位置まで戻す方法は、前述の方法に限定されない。例えば、いったんバイト６１よりも第１仮造形物８５の方が低い位置まで造形テーブル５を矢印Ｕ方向に下降させてから、造形テーブル５が矢印Ｕ方向に再び上昇しても第１仮造形物とバイト６１が接触することがない所定の位置までバイト６１を移動させて、再び形削りができる高さ（図１１に示される高さ）まで造形テーブル５を戻してもよい。なお、バイト６１は、矢印Ｘ方向に対して右側かつ矢印Ｙ方向に対して手前側を初期位置として、矢印Ｙ方向に沿って手前側から奥側に移動する際に形削り可能な方向に刃先が向くように予め回動し、矢印Ｙ方向に沿って手前側から奥側に移動して、第１仮造形物８５の表面８５ａを形削りしてもよい。
【0088】
なお、基準面８５ｂは、図１９Ａ〜図１９Ｃに示すように、第１仮造形物８５に形成された少なくとも１つの凸部に必要に応じて少なくとも１面に形成されてもよい。また、基準面８５ｂは、図２０Ａ〜図２０Ｃに示すように、造形プレート７の上面又は側面に必要に応じて少なくとも１面が形成されるとよい。また、基準面８５ｂは、造形プレート７上に基準面８５ｂを形成するだめだけに造形された少なくとも１つの凸部に必要に応じて少なくとも１面に形成されてもよい。
【0089】
（２次加工工程）最後に、本実施形態に係る積層造形装置とは異なる別の装置によって、２次加工工程が実施される。つまり、第２仮造形物８６が切削加工されて所望の積層造形物が造形される。なお、かかる２次加工工程に使用する装置は特に限定されるものではない。従来の複合加工機であれば切削油及び冷却水を使用しないドライ加工を余儀なくされるが、例えば、本２次加工工程では、積層造形装置と別のウェット加工を採用する切削加工装置を使用することができる。
【0090】
第２仮造形物８６の基準面８５ｂは、第２仮造形物８６を２次加工工程に使用する装置に固定する際の位置合わせに使用される。例えば、２次加工工程に使用する装置は、鉛直方向のＲ軸周りに回転する主軸と、主軸に平行するＺ方向に主軸を上下移動させる加工ヘッドと、Ｚ方向に垂直で且つ互いに垂直なＸ方向およびＹ方向に移動する加工テーブルとを有する切削加工装置である。
【0091】
第２仮造形物８６は、加工テーブルの上に固定される。ダイヤルゲージが加工ヘッドに取り付けられる。ダイヤルゲージは、加工ヘッドと同じ方向に移動する。ダイヤルゲージを第２仮造形物８６の矢印Ｘ方向に平行する基準面８５ｂに当接させた状態で加工テーブルと一緒に第２仮造形物８６をＸ方向に移動させる。その際にダイヤルゲージが示す値の変化量が所定の範囲内におさまるまで第２仮造形物８６を加工テーブルに固定する位置を調整する。同様に、ダイヤルゲージを第２仮造形物８６の矢印Ｙ方向に平行する基準面８５ｂに当接させた状態で加工テーブルと一緒に第２仮造形物８６をＹ方向に移動させる。その際にダイヤルゲージが示す値の変化量が所定の範囲内におさまるまで第２仮造形物８６を加工テーブルに固定する位置を調整する。また、ダイヤルゲージを第２仮造形物８６の上面に形成された基準面８５ｂに当接させた状態で加工テーブルと一緒に第２仮造形物８６をＸ方向及びＹ方向に移動させる。その際にダイヤルゲージが示す値の変化量がＸ方向及びＹ方向でそれぞれ所定の範囲内におさまるまで第２仮造形物８６と加工テーブルの間にシム板を挟む等して固定する位置を調整する。
【0092】
さらに、切削加工装置は、例えば、主軸に取り付けた基準球を使って、加工テーブル上の第２仮造形物８６の各種座標値を検出し、自身の座標系と第２仮造形物８６の座標系が一致するように補正する。
【0093】
例えば、図１６Ｍ〜図１６Ｐで示す第２仮造形物８６であれば、一般的に、切削加工装置は、主軸に取り付けた基準球を使って、第２仮造形物８６の左右の２つの基準面５８ｂに対して同一のＹ座標且つ同一のＺ座標におけるそれぞれのＸ座標を検出してそれら座標の中間のＸ座標を演算し、第２仮造形物８６の前後の２つの基準面５８ｂに対して同一のＸ座標且つ同一のＺ座標におけるそれぞれのＹ座標検出してそれら座標の中間のＹ座標を演算し、加工テーブルの所定の位置のＺ座標と第２仮造形物８６の上面の基準面５８ｂの所定のＸ座標且つ所定のＹ座標におけるＺ座標を検出してそれら座標の中間のＺ座標を演算して、第２仮造形物８６の中心座標を検出する。
【0094】
また例えば、図１６Ｍ〜図１６Ｐで示す第２仮造形物８６であれば、一般的に、切削加工装置は、前後の２つの基準面５８ｂのうちのどちらか一方の基準面５８ｂに対して、２つの異なるＸ座標且つ同一のＺ座標における２つのＹ座標を検出し、左右の２つの基準面５８ｂのうちのどちらか一方の基準面５８ｂに対して、２つの異なるＹ座標且つ同一のＺ座標における２つのＹ座標を検出して、回転方向のズレを検出する。
【0095】
また例えば、図１６Ｍ〜図１６Ｐで示す第２仮造形物８６であれば、一般的に、切削加工装置は、第２仮造形物８６の前後の２つの基準面５８ｂのうちのどちらか一方の基準面５８ｂに対して、２つの異なるＸ座標且つ同一のＺ座標における２つのＹ座標を検出し、第２仮造形物８６の左右の２つの基準面５８ｂのうちのどちらか一方の基準面５８ｂに対して、２つの異なるＹ座標且つ同一のＺ座標における２つのＸ座標を検出して、ＸＹ平面上における回転方向のズレを検出する。
【0096】
また例えば、図１６Ｍ〜図１６Ｐで示す第２仮造形物８６であれば、一般的に、切削加工装置は、第２仮造形物８６の上面の基準面５８ｂに対して、２つの異なるＸ座標且つ同一のＹ座標における２つのＺ座標を検出して、Ｘ方向の傾きを検出する。また例えば、図１６Ｍ〜図１６Ｐで示す第２仮造形物８６であれば、一般的に、切削加工装置は、第２仮造形物８６の上面の基準面５８ｂに対して、２つの異なるＹ座標且つ同一のＸ座標における２つのＺ座標を検出して、Ｙ方向の傾きを検出する。
【0097】
それにより、別の加工機で積層造形物の２次加工を行う場合でも精度の高い加工を容易に行うことを可能にする。
【0098】
なお、以上のように、例えば、造形テーブル５に平行な面として１つの基準面８５ｂの形削りを実施してもよいし、造形テーブル５に平行な面として複数の基準面８５ｂの形削りを実施してもよい。また、造形テーブル５に平行な面の形削り（図１８Ａ）だけでなく、これに垂直な面の形削りをすることもでき（図１８Ｂ）、更に第１仮造形物８５の表面８５ａの凹凸が大きい場合などには、これらを組み合わせて表面８５ａから深い位置に基準面８５ｂを形削りするようにしてもよい（図１８Ｃ）。また、加工ヘッド５７に有する旋回機構６０は、例えば、形削りに使用されるバイト６１にもよるが、行きの移動で形削りしたあとに、バイト６１を１８０度回動させて、帰りの移動でも形削りできるようにして、行きと帰りでバイト６１を交互に１８０度回動させるようにしてもよい。なお、以上に示す実施の形態に限定されずに、旋回機構６０、第１水平移動機構および第２水平移動機構のうちの必要な機構を同時または必要なタイミングでそれぞれ駆動させて、基準面８５ｂを形削りするとよい。
【0099】
３．結言本発明の実施形態やその変形例を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0100】
１ ：チャンバ１ａ ：ウィンドウ
１ｂ ：チャンバ供給口
１ｃ ：チャンバ排出口
１ｄ ：造形空間
１ｅ ：副供給口
１ｆ ：副排出口
２ ：水平
３ ：粉体層形成装置
４ ：ベース台
５ ：造形テーブル
７ ：造形プレート
８ ：材料粉体層
１１ ：リコータヘッド
１１ａ ：材料収容部
１１ｂ ：材料供給部
１１ｃ ：材料排出部
１１ｄ ：リコータヘッド水平移動機構
１１ｅ ：ガイドレール
１１ｆ ：ガイドブロック
１１ｆｂ ：ブレード
１１ｇ ：回転モータ
１１ｒｂ ：ブレード
１３ ：レーザ光照射部
１５ ：不活性ガス供給装置
１７ ：ヒューム拡散装置
１７ａ ：筐体
１７ｂ ：開口部
１７ｃ ：拡散部材
１７ｄ ：不活性ガス供給空間
１７ｆ ：清浄室
１７ｇ ：ヒューム拡散装置供給口
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
３１ ：造形テーブル駆動機構
４２ ：レーザ光源
４３ａ ：ガルバノミラー
４３ｂ ：ガルバノミラー
４４ ：フォーカス制御ユニット
５０ ：装置
５７ ：加工ヘッド
６０ ：旋回機構
６１ ：バイト
６３ａ ：第１水平移動機構
６３ａａ ：ガイドレール
６３ａｂ ：ガイドブロック
６３ａｃ ：回転モータ
６３ｂ ：第２水平移動機構
６３ｂａ ：ガイドレール
６３ｂｂ ：ガイドブロック
６３ｂｃ ：回転モータ
６３ｃ ：ガントリ
８１ｆ ：焼結層
８２ｆ ：焼結層
８３ｆ ：焼結層
８５ ：第１仮造形物
８５ａ ：表面
８５ｂ ：基準面
８６ ：第２仮造形物
Ｌ ：レーザ光
Ｒ ：造形領域
【要約】
【課題】従来に比して大型化及び高コスト化を抑制しつつ且つ、その後の切削加工においても加工誤差を小さく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】本発明によれば、所望の積層造形物の形状を所定厚で分割してなる分割層ごとに、鉛直１軸方向に移動可能な造形テーブル上に前記所定厚の材料粉体層を形成し、続いて前記材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射することで焼結層を形成することを繰り返すことによって積層造形物を形成するように構成される積層造形装置であって、バイトを有する加工ヘッドを備え、前記バイトは、前記積層造形物に対して前記造形テーブルに平行な面と前記造形テーブルに垂直で且つ互いに垂直な２つの面の形削りを実施可能に構成され、前記加工ヘッドは、前記バイトを前記造形テーブルと平行な水平２軸方向に移動可能とし、且つ前記鉛直１軸方向に中心軸を有して旋回可能とする、積層造形装置が提供される。
【選択図】図１