特許 6962080 積層造形装置及び積層造形方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6962080

(24)【登録日】2021年10月18日

(45)【発行日】2021年11月5日

(54)【発明の名称】積層造形装置及び積層造形方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/295 20170101AFI20211025BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20211025BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20211025BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20211025BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20211025BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20211025BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20211025BHJP

【ＦＩ】

   B29C64/295

   B33Y30/00

   B33Y10/00

   B29C64/153

   B29C64/393

   B33Y50/02

   B28B1/30

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-169791(P2017-169791)

(22)【出願日】2017年9月4日

(65)【公開番号】特開2019-43069(P2019-43069A)

(43)【公開日】2019年3月22日

【審査請求日】2020年8月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100124154

【弁理士】

【氏名又は名称】下坂 直樹

(72)【発明者】

【氏名】大内 明

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 拓也

(72)【発明者】

【氏名】鍋島 弘樹

【審査官】 坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１７／０７９０９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１８３１４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２９Ｃ ６４／１０，６４／１５３，６４／２０，６４／２６８，６４／２９５，６４／３９３

Ｂ３３Ｙ １０／００，３０／００，５０／０２

Ｂ２８Ｂ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

硬化層を積層して３次元造形物を造形する造形面を有する造形手段と、
前記造形面に所定の材料を供給する供給手段と、
供給された前記材料の所定の領域を硬化して前記硬化層とする硬化手段と、
前記造形面を昇降させる昇降手段と、
前記造形面の垂直方向に延伸し前記造形面に連動して昇降する可動壁と、
前記可動壁に設けられたガイドと、
前記ガイドに挿通され、前記ガイドに沿って前記材料に挿入することで前記硬化層の温度を制御する温度制御手段と、
を有する積層造形装置。

【請求項2】

前記温度制御手段は前記材料を冷却もしくは加熱する、請求項１記載の積層造形装置。

【請求項3】

前記温度制御手段は前記材料の温度を測定する、請求項１または２記載の積層造形装置。

【請求項4】

前記温度制御手段を前記材料に対して挿抜する送り手段を有する、請求項１から３の内の１項記載の積層造形装置。

【請求項5】

前記送り手段は、歯車により前記温度制御手段を挿抜する、請求項４記載の積層造形装置。

【請求項6】

前記供給手段は粉末材料を供給する、請求項１から５の内の１項記載の積層造形装置。

【請求項7】

前記硬化手段は前記材料を加熱して硬化する、請求項１から６の内の１項記載の積層造形装置。

【請求項8】

硬化層を積層して３次元造形物を造形する造形面に所定の材料を供給し、
供給された前記材料の所定の領域を硬化して前記硬化層とし、
前記造形面を昇降させ、
前記造形面の垂直方向に延伸する可動壁を前記造形面に連動して昇降させ、
前記可動壁に設けられたガイドに挿通され、前記ガイドに沿って前記材料に挿抜される温度制御手段を、前記材料に挿入して前記硬化層の温度を制御する、積層造形方法。

【請求項9】

前記温度制御手段は前記材料を冷却もしくは加熱する、請求項８記載の積層造形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、層を積層して３次元造形物を造形する積層造形技術に関する。

【背景技術】

【0002】

３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データを層分割し、分割した層ごとに層の上に層を積むようにして材料を付加して３次元の造形物を製造する方法は、国際規格でＡｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇと定義されている。１９８０年代に発明されたこの製造方法は、一般的には３Ｄプリンタ（スリー ディー プリンタ）と呼ばれる。３Ｄプリンタは、３次元ＣＡＤデータがあれば、金型を使わずに複雑な形状を容易に製造できることから、近年、新たなものづくり手法として注目されている。

【0003】

３Ｄプリンタでは、切削による除去的な加工や、型に材料を流し込んで固める成形加工とは異なり、メッシュ形状やポーラス形状をはじめとする、かつては製造が難しかった形状を容易に正確に製造できる。更には、複数の種類の材料を造形物内に自由に配置した構造を可能とすることも期待されている。複数の材料を用いた構造により、それぞれの材料の特性を活かした新たな機能を付与した造形物が実現できるからである。

【0004】

粉末材料を硬化し積層して３次元造形物を形成する「粉末焼結積層法」では、造形ステージに粉末材料を敷き詰め、敷き詰められた粉末材料の所定の箇所をレーザ照射することで焼結または溶融硬化する。これを繰り返して硬化層を積層することで造形物を形成する。この工法に使用される粉末材料は、樹脂粉末だけではなく金属粉末の使用も可能である。そのため、粉末焼結積層法は、特に金属の造形において主要な造形工法の一つとなっている。

【0005】

金属粉末による造形の際には、溶融温度が高いことから、造形中の造形物や粉末材料の内部の温度分布が大きくなる。これにより、造形物には熱応力による反り変形が発生し、造形物の寸法精度が劣化する。また、造形条件や造形物の形状によっては、熱応力により亀裂が発生して造形不良となる。

【0006】

これらの問題に対して、特許文献１には、造形物を支持して造形ステージに熱を逃がす造形プレートを用いることで、熱応力を低減する方法が開示されている。特許文献１の方法によれば、造形プレートに熱処理を施して収縮応力による反り変形を発生させ、その造形プレートの反り変形を積極的に利用して造形プレートを造形ステージ上に固定する。このため、造形完了後の造形物においては応力が残留しにくいものとなっている。すなわち、造形プレートの固定を解除した際に発生するプレート反り変形は減じられるとしている。

【0007】

また、特許文献２には、粉末材料の薄層の表面の温度が全造形領域にわたって均一になるようにする粉末焼結積層造形装置が開示されている。特許文献２によれば、粉末材料の薄層の焼結時に、粉末材料の薄層全体の焼結をより均一に行うことができるので、造形領域の境界付近で焼結した焼結薄層の部分と中央部で焼結した焼結薄層の部分とを比較しても熱応力の差は小さい。これにより造形された造形物の反り変形を抑制し、精度の高い造形ができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１２−２２４９０６号公報

【特許文献2】特開２００８−３７０２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献１、２の方法では、造形物の熱は造形ステージのみに放熱される。このため、造形物を形成する硬化層の積層数が増すと、上層ほど硬化層の熱が放熱されにくくなり、造形物内での温度分布が大きくなる。この結果、加工後の熱収縮により造形物に反り変形が生じて加工精度が低下するという、解決すべき課題が生じている。

【0010】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、硬化層を積層して形成される３次元造形物を効率よく冷却することで、反り変形の生じにくい造形を可能とする積層造形装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の積層造形装置は、硬化層を積層して３次元造形物を造形する造形面を有する造形手段と、前記造形面に所定の材料を供給する供給手段と、供給された前記材料の所定の領域を硬化して前記硬化層とする硬化手段と、前記材料に前記造形面に沿って挿抜自在に設けられ、前記材料に挿入することで前記硬化層の温度を制御する温度制御手段と、を有する。

【0012】

本発明の積層造形方法は、硬化層を積層して３次元造形物を造形する造形面に所定の材料を供給し、供給された前記材料の所定の領域を硬化して前記硬化層とし、前記材料に前記造形面に沿って挿抜自在に設けられた温度制御手段を、前記材料に挿入することで前記硬化層の温度を制御する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、硬化層を積層して形成される３次元造形物を効率よく冷却することで、反り変形の生じにくい造形を可能とする積層造形装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１の実施形態の積層造形装置の構成を示す図である。

【図2】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の構成を示す図である。

【図3A】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の温度制御ロッドの構成を示す図である。

【図3B】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の温度制御ロッドの構成を示す図である。

【図3C】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の温度制御ロッドの構成を示す図である。

【図4】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の温度制御ロッドの送り機構の構成を示す図である。

【図5】本発明の第２の実施形態の積層造形装置の温度制御ロッドの別の送り機構の構成を示す図である。

【図6A】本発明の第２の実施形態の積層造形装置による造形方法を説明するための図である。（造形の初期段階）

【図6B】本発明の第２の実施形態の積層造形装置による造形方法を説明するための図である。（温度制御ロッドを材料層に挿入する段階：挿入前）

【図6C】本発明の第２の実施形態の積層造形装置による造形方法を説明するための図である。（温度制御ロッドを材料層に挿入する段階：挿入後）

【図6D】本発明の第２の実施形態の積層造形装置による造形方法を説明するための図である。（造形の終了段階）

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の積層造形装置の構成を示す図である。本実施形態の積層造形装置１は、硬化層を積層して３次元造形物を造形する造形面１１ａを有する造形手段１１と、前記造形面１１ａに所定の材料を供給する供給手段１２と、供給された前記材料の所定の領域を硬化して前記硬化層とする硬化手段１３とを有する。さらに、前記材料に前記造形面１１ａに沿って挿抜自在に設けられ、前記材料に挿入することで前記硬化層の温度を制御する温度制御手段１４を有する。

【0016】

積層造形装置１によれば、３次元造形物の熱は、造形物が接する造形面１１ａを介して造形手段１１に放熱されるだけでなく、造形物の表面から温度制御手段１４にも放熱される。これにより、造形物を形成する硬化層の積層数が増した場合でも、上層の熱は造形物の表面から温度制御手段１４にも放熱されるため、造形物の熱は効率よく放熱され、造形物内の温度分布を小さくすることができる。この結果、３次元造形物の熱による反り変形が抑制される。

【0017】

以上のように本実施形態によれば、硬化層を積層して形成される３次元造形物を効率よく冷却することで、反り変形の生じにくい造形を可能とする積層造形装置を提供することができる。
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の積層造形装置の構成を示す図である。本実施形態の積層造形装置１００は、造形ステージ１０３と、材料チャンバ１０６と、供給筒１１６と、材料硬化部１０４と、スキージ１０５と、制御部１１４とを有する。さらに、可動壁１０７と、温度制御ロッド１０８と、温度制御ロッドガイド１０９と、送り機構１１０と、送り機構制御部１１１と、温度制御部１１２と、昇降動作制御部１１３とを有する。

【0018】

造形ステージ１０３は、供給筒１１６から供給された材料１０１を積層して３次元造形物１０２を造形する造形エリア１１７（造形面）を備えている。さらに、造形ステージ１０３は油圧や空圧による昇降機構を有し、材料１０１の積層に合わせて造形エリア１１７を昇降することができる。造形エリア１１７には、供給筒１１６により所定の材料１０１が供給され、供給された材料１０１がスキージ１０５により平坦化された材料層となる。さらに、平坦化された材料１０１の所定の領域が材料硬化部１０４により硬化され硬化層となる。この硬化層が積層されて３次元造形物１０２が形成される。

【0019】

造形ステージ１０３はまた、造形エリア１１７の材料層や硬化層の温度調節を行うことのできる、冷却機構や加熱機構を備えることができる。冷却機構としては、例えば、造形ステージ１０３内に水などの冷媒を流す流路を設けることができる。加熱機構としては、例えば、造形ステージ１０３内にヒータを設けることができる。

【0020】

材料チャンバ１０６は、材料を保管する。また、供給筒１１６は、材料チャンバ１０６に保管された材料を、造形ステージ１０３の造形エリア１１７の所定の位置に所定の量を供給する。ここで所定の量とは、造形エリア１１７に材料１０１を所定の厚さの材料層として敷き詰めるために必要な量である。

【0021】

材料１０１は粉体（粉末材料）とすることができ、粉体の形状は球形とすることができる。球形状の生成方法としてはアトマイズ法を用いることができるが、これには限定されない。粉体の粒径は１０μｍ〜１００μｍとすることができ、平均粒径は２０μｍ〜５０μｍとすることができるが、これには限定されない。粉体の形状は、また、鱗片状の平板形状（円板形状）とすることができる。平板形状は、アトマイズ法等で製造した球形の粉体を、さらにスタンピング等の方法で鱗片状に平板化することで得られるが、これには限定されない。さらに、紛体の形状は球形や平板には限定されず、任意の多面体や楕円体などでもよい。

【0022】

材料１０１の材質は、プラスチック材料とすることができ、例えば、ナイロン、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトンとすることができる。また、これらの材料にガラスやカーボン等を所定量添加していても良い。また、金属材料とすることもでき、例えば、銅、ステンレス、アルミ、チタンとすることができる。また、セラミックやカーボンとすることもできる。

【0023】

スキージ１０５は、造形エリア１１７に供給された材料１０１を、造形エリア１１７に平坦に引き延ばして均一の厚さに敷き詰めた材料層とする。スキージ１０５は、平スキージ、角スキージ、剣スキージ等、目的に合わせた形状とすることができる。また、スキージ１０５をローラとし、ローラを転がすことによって材料１０１を平坦化し均一な厚さに敷き詰めても良い。スキージ１０５の材質は、ゴム、プラスチック、金属等から、目的に合わせて選択することができる。

【0024】

材料硬化部１０４は、スキージ１０５により平坦化され均一な厚さに敷き詰められた材料１０１の所定の領域、すなわち造形物を形成する領域に、レーザ光を照射することでエネルギー１１５を供給して加熱し、材料１０１を焼結または溶融硬化して硬化層を形成する。硬化層の形成方法としては、ＡＳＴＭ（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）がＡｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇの方式として分類している粉末床溶融結合方式（Ｐｏｗｄｅｒ ｂｅｄ ｆｕｓｉｏｎ）を用いることができる。レーザとしては、Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇで使用されるファイバーレーザ等を用いることができる。

【0025】

なお、材料１０１を加熱して焼結または溶融硬化して硬化層を形成する方法は、レーザ照射には限定されない。材料１０１を加熱して焼結または溶融硬化して硬化層を形成する方法としては、材料１０１に電子線を照射してエネルギー１１５を供給してもよい。

【0026】

温度制御ロッド１０８は、造形エリア１１７（造形面）に沿って材料１０１に挿抜自在に設けられ、材料１０１に挿入することで材料１０１及び硬化層の温度を制御する。温度制御ロッド１０８の外周は、銅やアルミニウムやステンレスなどの熱伝導性の良い金属などの材質とすることができるが、これには限定されない。また、造形時の造形エリア１１７の温度に耐えられるようにするために、耐熱性及び耐腐食性の観点からステンレスが好ましいが、これには限定されない。

【0027】

温度制御ロッド１０８の形状は、筒状であり、その断面形状は円形、楕円形、４角形などの任意の多角形とすることができる。特に、温度制御ロッド１０８を造形エリア１１７の材料１０１に挿入する際に、温度制御ロッド１０８を回転させて挿入する場合は、断面形状は円形であることが望ましい。また、温度制御ロッド１０８の先端部の形状は、材料１０１に挿入しやすくするために、先端が細くなっている形状、例えば円錐状や角錐状が望ましい。さらに、材料１０１に挿入しやすくするために、温度制御ロッド１０８の外周にスクリューもしくはネジのような溝を形成し、回転させながら挿入することもできる。

【0028】

図３Ａ〜３Ｃは、温度制御ロッド１０８の内部の構成を示す図である。

【0029】

図３Ａは、温度制御ロッド１０８に加熱用のヒータ１２１を内蔵した構成を示す。ヒータ１２１には、カートリッジヒータを用いることができる。また、ヒータの温度を測定する熱電対をヒータ１２１とともに内蔵することができる。温度制御部１１２は、熱電対で測定されたヒータの温度に基づいて、ヒータの温度を制御することができる。

【0030】

図３Ｂは、温度制御ロッド１０８に冷却用の冷媒を循環させる流路を設けた構成を示す。図３Ｂに示すように、筒状の温度制御ロッド１０８の内部に仕切り板１２２を設け、ＩＮ側から入った冷媒が図中の矢印で示す経路をたどることで、ＯＵＴ側から出る流路を形成することができるが、これには限定されない。筒状の温度制御ロッド１０８に配管を内蔵し、配管中に冷媒を流すようにしてもよい。冷媒としては、水や油などを使用することができる。また、冷媒の温度を測定する熱電対を冷媒の流路に内蔵することができる。温度制御部１１２は、熱電対で測定された冷媒の温度に基づいて、冷媒の温度を制御することができる。

【0031】

図３Ｃは、温度制御ロッド１０８に、材料１０１の温度を測定するための温度センサ１２３を内蔵した構成を示す。温度センサ１２３には、熱電対を用いることができる。温度センサ１２３で測定された材料１０１の温度を、温度制御部１１２を介するなどして、後述する制御部１１４に送ることができる。制御部１１４は、温度センサ１２３で測定された材料１０１の温度に基づいて、材料１０１に照射するレーザ光の照射パターンや出力や走査速度等の照射条件を調整することができる。

【0032】

温度センサ１２３は、図３Ｃに示すように、温度制御ロッド１０８の先端部に組み込むことには限定されない。温度センサ１２３は、温度制御ロッド１０８の先端部以外の位置に、また一個に限らず複数個を組み込むことができる。

【0033】

また、材料１０１の温度を測定するための温度センサ１２３と、図３Ａに示す加熱用のヒータ１２１や図３Ｂに示す冷却用の冷媒を循環させる機構とを、組み合わせて設けることができる。これにより、温度制御部１１２は、温度センサ１２３で測定された材料１０１の温度に基づいて、ヒータ１２１や冷媒の温度を制御することができる。なお、この場合は、温度センサ１２３により測定される温度が、ヒータ１２１や冷媒の温度の影響を受けにくくすることが望ましく、温度センサ１２３とヒータ１２１や冷媒との間に隙間を設ける等により断熱層を形成することが望ましい。

【0034】

温度制御ロッドガイド１０９は、温度制御ロッド１０８を保持する。温度制御ロッドガイド１０９は、温度制御ロッド１０８が一定の向きを保って造形エリア１１７内に挿入できるようにしている。温度制御ロッドガイド１０９には、ステンレスなどの金属を用いることができるが、これには限定されない。

【0035】

温度制御ロッドガイド１０９は、可動壁１０７に取り付けられている。温度制御ロッドガイド１０９は、可動壁１０７の動きによって、温度制御ロッド１０８を造形エリア１１７内に挿入する位置を調整することができる。昇降動作制御部１１３は、造形ステージ１０３の動きに連動させて、可動壁１０７を動かすことができる。造形ステージ１０３及び可動壁１０７の動作は、昇降動作制御部１１３により造形プロセスに合わせて制御される。

【0036】

送り機構１１０は、温度制御ロッド１０８を挟んで配置されており、それぞれ矢印の方向に回転することで、温度制御ロッド１０８を造形エリア１１７内に挿入する。送り機構１１０のａ部の拡大図を図４に示す。図４では、送り機構１１０は、温度制御ロッド１０８を造形エリア１１７内に送り出すための推進力を得るために、歯車を有する。送り機構１１０の材質は、各種金属材料を使用することができる。特に摩耗等を考慮すると、温度制御ロッド１０８よりも硬い材料を使用することが望ましい。送り機構１１０は、送り機構制御部１１１により動作を制御される。

【0037】

図５は、本実施形態の積層造形装置の温度制御ロッド１０８の別の送り機構の構成を示す図である。温度制御ロッド１０８の別の送り機構では、回転ベルト１１９と回転軸１２０を用いて、温度制御ロッド１０８を回転させながら造形エリア１１７内に挿入する。回転ベルト１１９には、歯付ベルト等を用いることができる。回転軸１２０は、送り機構制御部１１１により動作制御される。回転軸１２０を回転させつつ、温度制御ロッド１０８の挿入方向に回転軸１２０を移動させることにより、温度制御ロッド１０８を造形エリア１１７に挿入することができる。

【0038】

なお、温度制御ロッド１０８は複数個配置しても良く、また可動壁１０７を複数配置することで、異なる方向から複数の温度制御ロッド１０８を造形エリア１１７内に挿入するようにすることができる。

【0039】

制御部１１４は、所定の造形物を造形するために、造形ステージ１０３や材料チャンバ１０６や供給筒１１６や材料硬化部１０４やスキージ１０５や送り機構制御部１１１や温度制御部１１２や昇降動作制御部１１３に接続し、これらの動作を制御して連携させる。すなわち、造形ステージ１０３の昇降の量や温度、材料の供給量や供給位置や供給タイミング、スキージ１０５の動作、材料硬化部１０４のレーザ光の照射の出力や位置や時間、温度制御ロッド１０８の温度や造形エリア１１７への挿入量やタイミングなどの、造形物の積層造形に関わる制御を行なう。なお、送り機構制御部１１１や温度制御部１１２や昇降動作制御部１１３は、制御部１１４に組み込まれていてもよい。

【0040】

制御部１１４は、サーバなどの情報処理装置をプログラムにより動作させて実現することができる。このプログラムによる動作の内で、積層造形に関わる動作は、造形物の３次元ＣＡＤデータに基づいて設定される。すなわち、制御部１１４は、３次元ＣＡＤデータに基づいて３次元造形物の造形を制御することができる。

【0041】

図６Ａ〜６Ｄは、本実施形態の積層造形装置１００による造形方法を説明するための図である。

【0042】

図６Ａは、３次元造形物１０２の造形の初期段階を示している。まず、造形エリア１１７に粉末の材料１０１を敷き詰めて材料層とし、当該材料層の所定の箇所にレーザ光を照射して材料１０１を硬化する。当該材料層の造形が完了すると、再び造形エリア１１７に材料１０１を敷き詰めて新たな材料層とし、新たな材料層の所定の箇所にレーザ光を照射して材料１０１を硬化し、下層の硬化層と一体化する。これを繰り返すことで３次元造形物１０２を造形して行く。

【0043】

図６Ａの３次元造形物１０２の造形の初期段階では、温度制御ロッド１０８は、造形エリア１１７の外で待機している。このとき、送り機構１１０は動作せず、可動壁１０７は、造形ステージ１０３が材料層を積層するごとに下降しても停止している。

【0044】

図６Ｂは、積層造形が進み、温度制御ロッド１０８を材料１０１に挿入する位置まで、造形ステージ１０３が下がった状態を示す。温度制御ロッド１０８を挿入する位置は、予め制御部１１４に設定しておくことができる。制御部１１４は、造形ステージ１０３が所定の位置になると一旦造形を中断し、送り機構制御部１１１に温度制御ロッド１０８を挿入する指示を送る。送り機構制御部１１１は、この指示を受けると、送り機構１１０を動作させて温度制御ロッド１０８を挿入する。

【0045】

図６Ｃは、温度制御ロッド１０８の材料１０１への挿入が完了した状態を示す。この時、制御部１１４に、３次元造形物１０２の配置に合わせて、３次元造形物１０２に温度制御ロッド１０８がぶつからないように、温度制御ロッド１０８の挿入量を予め設定しておくことができる。

【0046】

温度制御ロッド１０８挿入後は、温度制御ロッド１０８内に配置した温度センサ１２３にて材料層内の温度を検知し、次の材料層の造形時に、検知した温度に基づいて、レーザ光の照射パターンや照射条件を変更することができる。これにより、材料層内の温度を均一化することができる。また、検知した温度に基づいて、温度制御ロッド１０８に組み込んだヒータ１２１に流す電流を制御することで、材料層内の温度を均一化することができる。また、温度制御ロッド１０８に冷却機構を組み込んだ場合は、検知した温度に基づいて、材料層の冷却が必要な時は冷媒を循環させ、冷却が不要な時は冷媒の循環を停止させることができる。さらに、検知した温度に基づいて、温度が上がりやすい箇所に温度制御ロッド１０８を挿入して冷媒を循環させることで、材料層内の温度を均一化することができる。

【0047】

図６Ｄは、以上のようにして材料層内の温度を調整しながら造形を進めて、３次元造形物１０２が完成した状態を示す。造形エリア１１７内に温度制御ロッド１０８を挿入した後は、積層に伴う造形ステージ１０３の昇降に合わせて、可動壁１０７を昇降させる。これにより、温度制御ロッド１０８と３次元造形物１０２の位置関係を一定に保つことができる。

【0048】

造形が完了した後、温度制御ロッド１０８を造形エリア１１７から抜去する。なお、造形の途中であっても、温度制御ロッド１０８が必要なくなった場合、温度制御ロッド１０８を造形エリア１１７から抜去することができる。また、抜去した温度制御ロッド１０８を、抜去した材料層とは別の材料層、例えば、抜去した材料層より後に積層された材料層に挿入することができる。

【0049】

本実施形態の積層造形装置１００によれば、３次元造形物の熱は、造形物が接する造形エリア１１７を介して造形ステージ１０３に放熱されるだけでなく、造形物の表面から温度制御ロッド１０８にも放熱される。これにより、造形物を形成する硬化層の積層数が増した場合でも、上層の熱は造形物の表面から温度制御ロッド１０８にも放熱されるため、造形物の熱は効率よく放熱され、造形物内の温度分布を小さくすることができる。その結果、造形物の熱による反り変形が抑制される。

【0050】

以上のように本実施形態によれば、硬化層を積層して形成される３次元造形物を効率よく冷却することで、反り変形の生じにくい造形を可能とする積層造形装置を提供することができる。

【0051】

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものである。

【0052】

また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
硬化層を積層して３次元造形物を造形する造形面を有する造形手段と、
前記造形面に所定の材料を供給する供給手段と、
供給された前記材料の所定の領域を硬化して前記硬化層とする硬化手段と、
前記材料に前記造形面に沿って挿抜自在に設けられ、前記材料に挿入することで前記硬化層の温度を制御する温度制御手段と、を有する積層造形装置。
（付記２）
前記温度制御手段は前記材料を冷却もしくは加熱する、付記１記載の積層造形装置。
（付記３）
前記温度制御手段は前記材料の温度を測定する、付記１または２記載の積層造形装置。
（付記４）
前記造形面は前記硬化層を積層する方向に移動し、前記温度制御手段は前記造形面に連動して移動する、付記１から３の内の１項記載の積層造形装置。
（付記５）
前記温度制御手段を挿抜する送り手段を有する、付記１から４の内の１項記載の積層造形装置。
（付記６）
前記送り手段は、歯車により前記温度制御手段を挿抜する、付記５記載の積層造形装置。
（付記７）
前記供給手段は粉末材料を供給する、付記１から６の内の１項記載の積層造形装置。
（付記８）
前記硬化手段は前記材料を加熱して硬化する、付記１から７の内の１項記載の積層造形装置。
（付記９）
前記硬化手段はレーザまたは電子線を前記材料に照射する、付記１から８の内の１項記載の積層造形装置。
（付記１０）
硬化層を積層して３次元造形物を造形する造形面に所定の材料を供給し、
供給された前記材料の所定の領域を硬化して前記硬化層とし、
前記材料に前記造形面に沿って挿抜自在に設けられた温度制御手段を、前記材料に挿入することで前記硬化層の温度を制御する、積層造形方法。
（付記１１）
前記温度制御手段は前記材料を冷却もしくは加熱する、付記１０記載の積層造形方法。
（付記１２）
前記温度制御手段は前記材料の温度を測定する、付記１０または１１記載の積層造形方法。
（付記１３）
前記造形面は前記硬化層を積層する方向に移動し、前記温度制御手段は前記造形面に連動して移動する、付記１０から１２の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１４）
送り手段で前記温度制御手段を挿抜する、付記１０から１３の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１５）
前記送り手段は、歯車により前記温度制御手段を挿抜する、付記１４記載の積層造形方法。
（付記１６）
前記材料は粉末材料を有する、付記１０から１５の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１７）
前記材料を加熱して前記硬化層とする、付記１０から１６の内の１項記載の積層造形方法。
（付記１８）
レーザもしくは電子線を前記材料に照射して硬化する、付記１０から１７の内の１項記載の積層造形方法。

【符号の説明】

【0053】

１、１００ 積層造形装置
１１ 造形手段
１１ａ 造形面
１２ 供給手段
１３ 硬化手段
１４ 温度制御手段
１０１ 材料
１０２ ３次元造形物
１０３ 造形ステージ
１０４ 材料硬化部
１０５ スキージ
１０６ 材料チャンバ
１０７ 可動壁
１０８ 温度制御ロッド
１０９ 温度制御ロッドガイド
１１０ 送り機構
１１１ 送り機構制御部
１１２ 温度制御部
１１３ 昇降動作制御部
１１４ 制御部
１１５ エネルギー
１１６ 供給筒
１１７ 造形エリア
１１９ 回転ベルト
１２０ 回転軸
１２１ ヒータ
１２２ 仕切り板
１２３ 温度センサ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】