特許 6971427 レーザ積層造形装置

(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】6971427

(24)【登録日】2021年11月4日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】レーザ積層造形装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/34 20140101AFI20211111BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/34

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2021-117980(P2021-117980)

(22)【出願日】2021年7月16日

【審査請求日】2021年7月26日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000146847

【氏名又は名称】ＤＭＧ森精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104662

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 智司

(74)【代理人】

【識別番号】100184631

【弁理士】

【氏名又は名称】大久保 隆

(72)【発明者】

【氏名】近藤 昌樹

【審査官】 柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１９−０５５４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０６６５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１６７９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−０９３４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００９５２１４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／３４

Ｂ２３Ｋ ２６／１４

Ｂ２９Ｃ ６４／２０９

Ｂ２２Ｆ ３／１０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉末材料の供給路を形成する供給路形成部材を含み、該供給路を介して積層予定面に向けて粉末材料を供給する粉末材料供給部と、該粉末材料供給部より積層予定面に供給された前記粉末材料にレーザ光を照射することで、前記粉末材料を溶融固化させて硬化層を形成するレーザ照射部と、前記供給路形成部材の外周面を囲むように配置され、該外周面との間にシールドガス供給路を形成する外筒部と、前記シールドガス供給路を通じて、前記積層予定面における粉末材料が供給される領域の外側を囲むようにシールドガスを供給するシールドガス供給部とを備えたレーザ積層造形装置であって、
前記外筒部における前記シールドガスの吐出側の端部である先端部には、該外筒部の径方向内側のシールドガス供給路と該外筒部の径方向外側の外部空間とを連通する連通孔が形成されていることを特徴とするレーザ積層造形装置。

【請求項2】

前記外筒部は、第１外筒部と、該第１外筒部の外側を囲む第２外筒部とからなる二重筒構造であり、
前記供給路形成部材と前記第１外筒部との間の空間、及び、前記第１外筒部と前記第２外筒部との間の空間がそれぞれ前記シールドガス供給路を構成し、
前記連通孔は、前記第２外筒部の先端部に形成されて、該第２外筒部及び前記第１外筒部間に形成されたシールドガス供給路と、該第２外筒部の外側の外部空間とを連通するように形成されていることを特徴とする請求項１記載のレーザ積層造形装置。

【請求項3】

前記連通孔は複数設けられており、
複数の前記連通孔は、該連通孔が形成される外筒部の周方向において、互いに間隔を空けて全周に亘って配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ積層造形装置。

【請求項4】

前記複数の連通孔は、該連通孔が形成される外筒部の軸方向に長い長孔状に形成されていることを特徴とする請求項３記載のレーザ積層造形装置。

【請求項5】

前記複数の連通孔は、該連通孔が形成される外筒部の周方向に長い長孔状に形成されていることを特徴とする請求項３記載のレーザ積層造形装置。

【請求項6】

前記連通孔は、該連通孔が形成される外筒部の径方向外側から内側に向かって前記先端部側に傾斜していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のレーザ積層造形装置。

【請求項7】

前記シールドガス供給路は、前記レーザ照射部より前記積層予定面に向けて出射されるレーザ光の光学路として兼用されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のレーザ積層造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層予定面に向けて粉末材料を供給する粉末材料供給部と、粉末材料供給部より積層予定面に供給された前記粉末材料に光ビームを照射することで、粉末材料を溶融固化させて硬化層を形成するレーザ照射部とを備えたレーザ積層造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的なレーザ積層造形装置では、粉末材料供給部とレーザ照射部とを１つの加工ヘッドに搭載し、該加工ヘッドを移動機構部により所定経路に沿って移動させつつ、粉末材料供給部から積層予定面に向けて粉末材料を供給するとともに、レーザ照射装置から積層予定面における粉末材料の供給領域に向けてレーザ光を照射することで粉末材料を溶融固化して所望の形状の硬化層を形成する。粉体供給部の構成として、例えば、加工ヘッドの中心部を囲む環状の粉体吐出口から粉末材料を噴射する構成、加工ヘッドの中心軸回りに等間隔に配置した複数の粉体吐出口から粉末材料を噴射する構成、及び、加工ヘッドの中心部に配置した粉体吐出口から粉末材料を噴射する構成が採用される。

【0003】

この種のレーザ積層造形装置では、例えば、特許文献１及び２に示すように、積層予定面における粉末材料の供給箇所を囲むようにシールドガスを供給する場合がある。シールドガスは、レーザ光により加熱、溶融される粉末材料（金属）の酸化を防止するとともに該粉末材料の飛散を防止してその直進性を確保する役割を担っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９−０５５４８４号公報

【特許文献2】特開２０１５−１９６２６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、特許文献１及び２に示すレーザ積層造形装置では、シールドガスの外側に誘起された空気流が積層予定面に衝突した後、上方に巻き上がる渦流となってシールドガスを径方向外側に引き寄せるように作用する。シールドガスが径方向外側に引き寄せされると、シールドガスが積層予定面に到達するまでに径方向外側に広がってしまうため、シールドガスによる外気のシールド性及び粉末材料の直進案内性が低下するという問題が生じる。

【0006】

本発明は、以上の実情に鑑みてなされたものであって、シールドガスの広がりを抑制することで、シールドガスによる外気のシールド性及び粉末材料の直進案内性を向上させることが可能なレーザ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】

【0007】

前記課題を解決するための本発明の一局面は、
粉末材料の供給路を形成する供給路形成部材を含み、該供給路を介して積層予定面に向けて粉末材料を供給する粉末材料供給部と、該粉末材料供給部より積層予定面に供給された前記粉末材料にレーザ光を照射することで、前記粉末材料を溶融固化させて硬化層を形成するレーザ照射部と、前記供給路形成部材の外周面を囲むように配置され、該外周面との間にシールドガス供給路を形成する外筒部と、前記シールドガス供給路を通じて、前記積層予定面における粉末材料が供給される領域の外側を囲むようにシールドガスを供給するシールドガス供給部とを備えたレーザ積層造形装置であって、
前記外筒部における前記シールドガスの吐出側の端部である先端部には、該外筒部の径方向内側のシールドガス供給路と該外筒部の径方向外側の外部空間とを連通する連通孔が形成されているレーザ積層造形装置に係る。

【0008】

このレーザ積層造形装置によれば、粉末材料供給部より積層予定面に供給された粉末材料が、レーザ照射部より照射されたレーザ光により溶融固化されることでレーザ積層造形が行われる。レーザ積層造形に際しては、粉末材料の供給路形成部材と外筒部との間に形成されたシールドガス供給路を介してシールドガス供給部より積層予定面に向けてシールドガスが供給され、積層予定面における粉末材料の供給箇所が該シールドガスによって囲まれる。これにより、粉末材料が外気と反応して溶融効率が低下するのを防止することができるとともに、粉末材料の直進性が低下して積層造形精度が低下するのを防止することができる。シールドガス供給部によって供給されるシールドガスの外側にはその慣性力によって誘起された外部空気流が発生する。この外部空気流は積層予定面に衝突した後、上方に巻き上げて渦流を発生する。このため、この巻き上げた渦流によってシールドガスの吐出先端側の端部が径方向外側に引き寄せられて、シールドガス全体が径方向外側に広がる虞がある。これに対して、本発明では、外筒部の先端部に、シールドガス供給路と外部空間とを連通する連通孔を形成するようにしたので、シールドガスの外側に誘起される外部空気流を、前記渦流に発展する前に前記連通孔から前記シールドガス供給路内に吸い込むことができる。したがって、前記渦流の発生を抑制し、延いては該渦流によるシールドガスの広がりを抑制して、シールドガスによる外気のシールド性を確保するとともに粉末材料の直進性を向上させることができる。

【0009】

前記外筒部は、第１外筒部と、該第１外筒部の外側を囲む第２外筒部とからなる二重筒構造であり、前記供給路形成部材と前記第１外筒部との間の空間、及び、前記第１外筒部と前記第２外筒部との間の空間がそれぞれ前記シールドガス供給路を構成し、前記連通孔は、前記第２外筒部の先端部に形成されて、該第２外筒部及び前記第１外筒部間に形成されたシールドガス供給路と、該第２外筒部の外側の外部空間とを連通するように形成されていることが好ましい。

【0010】

この構成によれば、外筒部を第１外筒部と第２外筒部との二重筒構造とすることで、シールドガス供給路を径方向において二重に形成することができる。内側のシールドガス供給路は、前記粉末材料の供給路形成部材と前記第１外筒部との間の空間により構成され、外側のシールドガス供給路は、第１外筒部と第２外筒部との間の空間により構成される。この第２外筒部には連通孔が形成されているので、第２外筒部の外側の外部空気流は、前記渦流に発展する前にこの連通孔から前記外側のシールドガス供給路に吸い込まれることとなる。したがって、上述した渦流の発生に起因するシールドガスの広がりの問題を回避することができる。また、連通孔から吸い込まれた外部空気流は、外側のシールドガス供給路内に流入するが、内側のシールドガス供給路には流入しない。したがって、粉末材料の供給箇所に近い側である内側のシールドガス供給路内のシールドガスに空気が混入するのを防止することができる。よって、シールドガスに混入した空気と粉末材料（金属）との酸化反応を確実に防止することができる。

【0011】

前記連通孔は複数設けられており、複数の前記連通孔は、該連通孔が形成される外筒部の周方向において、互いに間隔を空けて全周に亘って配置されていることが好ましい。

【0012】

この構成によれば、外筒部の外側の外部空気流を、周方向の全周に亘って形成された複数の連通孔からシールドガス供給路内に吸引することができる。よって、外筒部の外側の外部空気流が渦流に発展することに起因するシールドガスの広がりを確実に防止することができる。

【0013】

前記複数の連通孔は、該連通孔が形成される外筒部の軸方向に長い長孔状に形成されていることが好ましい。

【0014】

この構成によれば、連通孔が該外筒部の軸方向、つまり径方向から見て外部空気流の流れる方向に長く形成されている。よって外筒部の外側の外部空気流を、円滑に且つ確実に連通孔から外筒部に導くことができる。

【0015】

前記複数の連通孔は、該連通孔が形成される外筒部の周方向に長い長孔状に形成されていることが好ましい。

【0016】

この構成によれば、各連通孔を単なる円孔に形成した場合に比べて、隣接する連通孔同士の間隔を狭くすることができる。これにより、外筒部の外側の外部空気流を、周方向の全域において効率良く連通孔内に導くことができる。

【0017】

前記連通孔は、該連通孔が形成される外筒部の径方向外側から内側に向かって前記先端部側に傾斜していることが好ましい。

【0018】

この構成によれば、連通孔は、外筒部の径方向外側から内側に向かって先端部側（つまりシールドガスの吐出側）に傾斜している。したがって、外筒部の外側の外部空気流を、シールドガスの流れに逆らうことなくシールドガス供給路内にスムーズに吸い込むことができる。

【0019】

前記シールドガス供給路は、前記レーザ照射部より前記積層予定面に向けて出射されるレーザ光の光学路として兼用されていることが好ましい。

【0020】

この構成によれば、シールドガス供給路がレーザ光の光学路として兼用されているので、レーザ光の光学路とシールドガス供給路とを別々に設ける場合に比べて装置全体を小型化することができる。

【発明の効果】

【0021】

以上のように、本発明に係るレーザ積層造形装置によれば、粉末材料の供給路形成部材を囲むように配置された外筒部の先端部に、該外筒部の径方向内側のシールドガス供給路と径方向外側の外部空間とを連通する連通孔を形成するようにしたことで、シールドガス流により誘起された外部空気流が渦流に発展する前に、該外部空気流を連通孔からシールドガス流路内に吸い込んでシールドガスの広がりを抑制することができる。延いては、シールドガスによる外気のシールド性及び粉末材料の直進案内性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施形態１に係るレーザ積層造形装置の構成を示す概略図である。

【図2】実施形態１に係るレーザ積層造形装置の照射ハウジングの先端部を示す拡大側面図である。

【図3】図１のIII−III線断面図である。

【図4】実施形態１のレーザ積層造形装置におけるシールドガスの流れを説明するための説明図である。

【図5】変形例１に係るレーザ積層造形装置における照射ハウジングの先端部の拡大断面図である。

【図6】変形例２を示す図２相当図である。

【図7】変形例３を示す図２相当図である。

【図8】実施形態２を示す図４相当図である。

【図9】他の実施形態に係るレーザ積層造形装置の一例を示す概略図である。

【図10】従来例を示す図４相当図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

【0024】

［実施形態１］
図１に示すように、本実施形態のレーザ積層造形装置１は、加工ヘッド２、移動機構部３及び制御装置４０を備えていて、制御装置４０による制御の下、移動機構部３により加工ヘッド２を積層予定面Ｓに沿って移動させながらレーザ積層造形を行う。尚、図１の例では、積層予定面ＳはワークＷ（被積層体の一例）の表面とされているが、これに限ったものではなく、例えば既に積層された硬化層の表面や装置の基台であってもよい。

【0025】

前記移動機構部３は、加工ヘッド２をＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向に直線移動させるためのボールネジ機構や、加工ヘッド２を揺動させるためのチルト機構などから構成され、ワークＷに対する加工ヘッド２の３次元の相対位置を変更可能に構成されている。

【0026】

前記加工ヘッド２は、積層予定面Ｓに粉末材料Ｐを供給する粉末材料供給部１０と、積層予定面Ｓに向けてレーザ光Ｌを照射するレーザ照射部２０と、シールドガスを供給するシールドガス供給部３０と、レーザ光Ｌが通過する光学路及びシールドガス供給路を形成する照射ハウジング２４とを有している。粉末材料供給部１０、レーザ照射部２０、シールドガス供給部３０及び照射ハウジング２４は、筐体等を介してユニット化されていて前記移動機構部３により一体で駆動される。

【0027】

レーザ照射部２０は、レーザ発振器２１、変換光学系２２、及び集光レンズ２３を有している。

【0028】

レーザ発振器２１は、レーザ光Ｌを出力する発振器で、一般的には、ＣＯ_２レーザ発振器が採用されるが、これに限られるものではない。図１の例では、レーザ発振器２１は、加工ヘッド２に搭載されているが、これに限ったものではなく、加工ヘッド２とは別の場所に固定しておき、レーザ発振器２１から出射されるレーザ光Ｌを光ファイバー等の光学伝送路を介して加工ヘッド２に導くようにしてもよい。

【0029】

変換光学系２２は、レーザ発振器２１から出射されたレーザ光Ｌを環状光に変換する光学要素からなる。変換光学系２２については、例えば特開２０１９−０９８３７３号公報に記載の周知の構成を採用することができるため、その詳細な説明を省略する。

【0030】

集光レンズ２３は、変換光学系２２にて環状に変換されたレーザ光Ｌを、後述する照射ハウジング２４内の空間２４ａに導くとともに、積層予定面Ｓにおける粉末材料Ｐの供給箇所を囲むように集光する。集光レンズ２３の軸心部には、後述する粉末材料供給部１０の一部である供給ノズル１１が上下方向に貫通している。

【0031】

照射ハウジング２４（外筒部の一例）は、供給ノズル１１と同軸に配置された逆円錐台状の筒状部材からなる。照射ハウジング２４は、供給ノズル１１（供給路形成部材の一例）を囲むように配置されており、供給ノズル１１の外周面と照射ハウジング２４の内周面との間には、下側に向かうほど外径が小さくなる空間２４ａが設けられている。この空間２４ａは、集光レンズ２３を通過したレーザ光Ｌの光学路を構成するとともにシールドガス供給路としても兼用される。照射ハウジング２４の下端部には、空間２４ａの内外を連通する複数の連通孔２４ｃが形成されている。連通孔２４ｃの詳細については後述する。

【0032】

斯くして、前記加工ヘッド２によれば、レーザ発振器２１から出力されたレーザ光Ｌは変換光学系２２を介して環状光に変換された後、集光レンズ２３を通過して照射ハウジング２４の上端開口２４ｄから照射ハウジング２４内の空間２４ａに進入し、照射ハウジング２４の下端開口２４ｂから積層予定面Ｓに向けて照射される。尚、集光レンズ２３は、下端開口２４ｂから所定距離離れた点で焦点が合うように前記レーザ光Ｌを集光する。

【0033】

前記粉末材料供給部１０は、照射ハウジング２４の軸心部に配置された供給ノズル１１を有している。供給ノズル１１は、上下方向に延びる中空管により構成されていて、供給ノズル１１の内側の中空部が粉末材料Ｐの供給路１１ａとして機能する。そして、粉末材料供給部１０は、供給ノズル１１の供給路１１ａを介して、積層予定面Ｓ上における硬化層を形成する領域に、粉末材料（具体的には、金属粉末）Ｐをアルゴン等の不活性ガスからなるキャリアガスとともに供給する。前記レーザ光Ｌは、この粉末材料Ｐの収束箇所に焦点が位置するように集光レンズ２３により集光される。キャリアガスとともに積層予定面Ｓに供給された金属粉末は、レーザ光Ｌのエネルギによって加熱、溶融されて溶融池が形成され、加工ヘッド２の移動によりレーザ光Ｌが照射されなくなった溶融池の溶融金属が凝固することにより所望の形状の硬化層が積層される（このような加工現象を「レーザ積層造形」という）。

【0034】

前記シールドガス供給部３０は、積層予定面Ｓにおける粉末材料Ｐの供給箇所を囲むようにシールドガスを供給する。具体的には、シールドガス供給部３０は、照射ハウジング２４の上端開口２４ｄから照射ハウジング２４内の空間２４ａを経由して積層予定面Ｓにシールドガスを供給する。シールドガスは、粉末材料Ｐの供給箇所を囲むことによりその外側の空気が粉末材料Ｐと反応するのを防止する役割と、粉末材料Ｐの飛散を防止してその直線性を確保する役割とを担っている。シールドガスとしては、例えばアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスが一般的に用いられる。

【0035】

前記制御装置４０は、加工プログラムを記憶する加工プログラム記憶部４１と、この加工プログラム記憶部４１に記憶された加工プログラムを基に、移動機構部３、粉末材料供給部１０、レーザ発振器２１、及びシールドガス供給部３０を制御する制御部４２とを備えている。

【0036】

前記加工プログラムは、レーザ発振器２１のＯＮ，ＯＦＦなどの動作、前記加工ヘッド２を位置制御する前記移動機構部３の動作などをコードによって指令したものであり、この加工プログラムにより、ワークＷに対する加工ヘッド２の移動軌跡が画定される。

【0037】

制御部４２は、不図示の操作盤より加工サイクルの実行指令を受け付けると、前記加工プログラムを実行、即ち、加工プログラム中に指令されたコードを解釈してこれに応じた制御信号を出力することでレーザ積層造形制御を実行する。レーザ積層造形制御では、移動機構部３、粉末材料供給部１０、レーザ発振器２１、及びシールドガス供給部３０を動作させて積層予定面Ｓに所望の形状の硬化層を形成する。

【0038】

以上の構成を備えた本実施形態のレーザ積層造形装置１によれば、加工プログラム記憶部４１に格納された加工プログラムが制御部４２によって実行され、この加工プログラムに従って、前記制御部４２によって前記レーザ発振器２１、移動機構部３、粉末材料供給部１０、及びシールドガス供給部３０の動作が制御され、加工ヘッド２と前記ワークＷとが相対的に移動しながら、当該加工ヘッド２によりワークＷに対してレーザ積層造形が実行される。

【0039】

即ち、前記レーザ発振器２１から出力されたレーザ光Ｌは変換光学系２２を介して環状光に変換された後、集光レンズ２３を通過して照射ハウジング２４内の空間２４ａに導入され、照射ハウジング２４の下端開口２４ｂから所定距離離れた焦点位置に集光される。また、照射ハウジング２４内の空間２４ａには、シールドガス供給部３０からシールドガスが供給されており、このシールドガスが照射ハウジング２４の下端開口２４ｂから噴出している。

【0040】

そして、この状態で、前記照射ハウジング２４から照射されるレーザ光Ｌの焦点領域に、前記供給ノズル１１を介して粉末材料供給部１０からレーザ積層造形用の粉末材料（金属粉末）Ｐがキャリアガスとともに供給される。斯くして、金属粉末がレーザ光Ｌの焦点領域に供給されると、これがレーザ光Ｌにより加熱、溶融されて、ワークＷの積層予定面Ｓ上に堆積される。その際、レーザ光Ｌにより加熱、溶融される金属粉末はシールドガスによってその酸化が防止されるとともに、径方向への広がりが抑制されて直進性が確保される。そして、加工ヘッド２の照射ハウジング２４とワークＷとは移動機構部３によって３次元空間内で相対移動するように位置制御されており、このような相対移動によって、ワークＷの積層予定面Ｓ上に所定形状の積層造形物が堆積される。

【0041】

ところで、従来のレーザ積層造形装置では、シールドガス供給部によって供給されるシールドガスが径方向外側に広がってしまうために該シールドガスによる外気のシールド性の低下及び粉末材料Ｐの直進案内性の低下を招くという問題がある。

【0042】

図１０は、この問題を説明するための説明図であって従来のレーザ積層造形装置におけるシールドガス流ｇ及び外部空気流ｈを模式的に示している。尚、図１０では、本実施形態のレーザ積層造形装置１と同じ構成要素には、本実施形態で使用した各構成要素の符号に１００を加算して示す。

【0043】

従来のレーザ積層造形装置において、レーザ積層造形を実行する際には、本実施形態と同様に、シールドガス供給部（図示省略）から照射ハウジング１２４内の空間１２４ａにシールドガス流ｇが導入され、導入されたシールドガス流ｇが、照射ハウジング１２４の下端開口１２４ｂから積層予定面Ｓ上に粉末材料Ｐの収束領域を囲むように供給される。照射ハウジング１２４の周囲には、シールドガス流ｇの慣性力によって誘起される外部空気流ｈが発生する。この外部空気流ｈは、照射ハウジング１２４の外壁面に沿って下方に流れた後、シールドガス流ｇに引き寄せされるように径方向内側に僅かに進路を変えた後、積層予定面Ｓに衝突し、径方向外側の斜め上方に巻き上げて渦流化する。そして、この巻き上げた渦流によって、シールドガス流ｇの吐出先端部が径方向外側に引き寄せられ、シールドガス流ｇの全体が径方向外側（図１０のＡ方向）に広がってしまう。シールドガス流ｇが外側に広がると、シールドガスによる外部空気のシールド性及び粉末材料Ｐの直進案内性が低下するという問題が生じる。

【0044】

この問題を回避するべく、本実施形態では、照射ハウジング２４に連通孔２４ｃを形成するようにしている。図１〜図３に示すように、連通孔２４ｃは、照射ハウジング２４におけるシールドガスの吐出側の端部である先端部に形成されている。本例では、連通孔２４ｃは合計で６つ設けられている。６つの連通孔２４ｃは、平面視で、照射ハウジング２４の軸心を中心として放射状に形成されていて周方向に等間隔に配置されている。そして、各連通孔２４ｃは、照射ハウジング２４の内側の空間２４ａ（シールドガス供給路）と外部空間とを連通するように照射ハウジング２４の径方向に貫通している。尚、連通孔２４ｃの数は、６つに限ったものではなく、例えば７つ以上であってもよいし、５つ以下であってもよい。

【0045】

このように、本実施形態のレーザ積層造形装置１によれば、照射ハウジング２４の先端部に連通孔２４ｃを形成するようにしたことで、図４に示すように、シールドガス流ｇによって誘起された外部空気流ｈが、上述した渦流に発展する前に、シールドガス流ｇの負圧によって連通孔２４ｃから照射ハウジング２４内の空間２４ａに吸い込まれる。したがって、シールドガス流ｇが渦流の影響で径方向外側に広がるのを防止することができる。延いては、シールドガス流ｇによる外部空気のシールド性を確保して粉末材料Ｐの酸化反応を抑制するとともに、シールドガス流ｇによる粉末材料Ｐの直進案内性を向上させて積層造形物の形状精度を向上させることができる。

【0046】

また、連通孔２４ｃは複数設けられており、該複数の前記連通孔２４ｃは、照射ハウジング２４の周方向において、互いに間隔を空けて全周に亘って配置されている。

【0047】

この構成によれば、照射ハウジング２４の外側の外部空気流ｈを、周方向の全周に亘って形成された複数の連通孔２４ｃから照射ハウジング２４内の空間２４ａ（シールドガス供給路内）に吸い込むことができる。よって、照射ハウジング２４の外側の外部空気流ｈが渦流に発展するのを確実に防止することができる。

【0048】

また、照射ハウジング２４内の空間２４ａは、シールドガス供給路としてのみでなくレーザ光Ｌの光学路としても使用される。

【0049】

この構成によれば、照射ハウジング２４内の空間２４ａをシールドガス供給路とレーザ光Ｌの光学路との２つの用途に使用するようにしたことでレーザ積層造形装置１全体を小型化することができる。

【0050】

［変形例１］
図５は、実施形態１の変形例１を示している。この変形例１では、連通孔２４ｃの形状が前記実施形態１とは異なっている。尚、以下の変形例及び実施形態において、実施形態１と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

【0051】

すなわち、本変形例では、各連通孔２４ｃは、照射ハウジング２４の径方向外側から内側に向かってその先端部側（本例では下側）に傾斜している。

【0052】

この構成によれば、連通孔２４ｃが実施形態１のように径方向に貫通している場合に比べて、外部の空気流を連通孔２４ｃ内に緩やかな角度で吸い込むことができる。また、吸込んだ空気をシールドガスの流れに沿ってスムーズに流動させることができるので、吸い込んだ空気がシールドガス内に混入するのを防止することができる。よって、混入した空気が金属粉末（粉末材料Ｐ）と反応して溶融効率が低下するのを防止することができる。

【0053】

［変形例２］
図６は、実施形態１の変形例２を示している。この変形例１では、連通孔２４ｃの形状が前記実施形態１とは異なっている。

【0054】

すなわち、本変形例では、各連通孔２４ｃは、照射ハウジング２４の軸方向に長い長孔状に形成されている。

【0055】

この構成によれば、連通孔２４ｃを照射ハウジング２４の軸方向、つまり、径方向から見て外部空気流ｈの流れる方向に長く形成することができる。よって、照射ハウジング２４の外壁面に沿って流れる外部空気流ｈを、円滑に且つ確実に連通孔２４ｃから照射ハウジング２４内に導くことができる。尚、変形例１と変形例２とを組み合わせることで連通孔２４ｃへの外気流の導入をより一層円滑化することができる。

【0056】

［変形例３］
図７は変形例３を示している。この変形例３では、連通孔２４ｃの形状が前記実施形態１とは異なっている。

【0057】

すなわち、本変形例では、各連通孔２４ｃは、照射ハウジング２４の周方向に長い長孔状に形成されている。

【0058】

この構成によれば、各連通孔２４ｃを単なる円孔で形成した場合に比べて、隣接する連通孔２４ｃ同士の間隔を狭くすることができる。これにより、照射ハウジング２４の外側の外部空気流ｈを、周方向の全域において効率良く各連通孔２４ｃ内に導くことができる。

【0059】

［実施形態２］
図８は実施形態２を示している。この実施形態２では、照射ハウジング２４の構成が実施形態１及び各変形例とは異なっている。

【0060】

すなわち、本実施形態では、照射ハウジング２４は、第１ハウジング２４１と、該第１ハウジング２４１の外側を囲む第２ハウジング２４２とからなる二重筒構造を有している。そうして、第１ハウジング２４１が第１外筒部に相当し、第２ハウジング２４２が第２外筒部に相当する。第１及び第２ハウジング２４１，２４２は共に逆三角錐状の筒状部材からなり、第１ハウジング２４１内の空間２４ａと、第１及び第２ハウジング２４１，２４２間の空間２４ｅとがそれぞれシールドガス供給路を構成している。第１ハウジング２４１内の空間２４ａは、実施形態１と同様に、集光レンズ２３を通過したレーザ光Ｌの光学路としても兼用されている。

【0061】

そして、第２ハウジング２４２の先端部には複数の連通孔２４ｃが形成されている。各連通孔２４ｃの形状及び配置は実施形態１と同様である。そして、各連通孔２４ｃは、第２ハウジング２４２及び第１ハウジング２４１間に形成されるシールドガス供給路としての空間２４ｅと、第２ハウジング２４２の径方向外側の外部空間とを連通するように形成されている。

【0062】

この構成によれば、第２ハウジング２４２の外側の外部空気流ｈは、前記渦流に発展する前に、外側の空間２４ｅ内を流れるシールドガス流ｇ２の負圧によって連通孔２４ｃから該空間２４ｅ内に吸い込まれる。したがって、上述した渦流の発生に起因するシールドガス流ｇ１の広がりの問題を回避することができる。よって、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。また、連通孔２４ｃから吸い込まれた外部空気流ｈは、内側（粉末材料Ｐの供給箇所に近い側）の空間２４ａに進入することはない。よって、内側の空間２４ａ内を流れるシールドガス流ｇ２に外部空気流ｈが混入して粉末材料Ｐと反応するのを防止することができる。

【0063】

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

【0064】

前記各施形態及び変形例では、供給ノズル１１の外側を囲むように照射ハウジング２４を配置して、供給ノズル１１の外周面と照射ハウジング２４の内壁面との間の空間２４ａをレーザ光Ｌの光学路及びシールドガス供給路として利用する構成を説明したが、これに限ったものではなく、例えば、図９に示すように、シールドガス供給路と光学路とを別々に設けるようにしてもよい。この例では、環状の粉末供給路１２ａを有する供給ノズル１２を使用し、供給ノズル１２（供給路形成部材の一例）の外側を囲むように外筒ハウジング２６（外筒部の一例）を配置している。そして、供給ノズル１２の内側の空間２６ａをレーザ光Ｌの光学路として利用し、供給ノズル１２の外周面と外筒ハウジング２６との間の空間２６ｂをシールドガス供給路として利用している。この外筒ハウジング２６の下端部には各実施形態と同様に連通孔２６ｃが形成されている。これにより、外筒ハウジング２６の外側に誘起された外部空気流ｈを、渦流に発展する前に連通孔２６ｃからシールドガス流路としての外側の空間２６ｂ内に吸い込むことができる。よって、前記各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。尚、供給ノズル１２は、環状の粉末供給路１２ａを有する構成に限らず、例えば、周方向に並ぶ複数の吐出口を有するマルチノズルであってもよい。

【0065】

また、前記各実施形態では、移動機構部３は、加工ヘッド２を移動させることでワークＷと加工ヘッド２との相対位置を変更可能に構成されているが、これに限ったものではない。すなわち、移動機構部３は、加工ヘッド２及びワークＷの双方を移動させるか、又は、固定された加工ヘッド２に対してワークＷを移動させることで両者の相対位置を変更するように構成されていてもよい。また、ワークＷと加工ヘッド２との相対位置の変更は三次元空間内に限らず、二次元平面内で行うものであってもよい。

【0066】

また、本発明は、前記各実施形態及び各変形例の任意の組合せを含む。

【0067】

繰り返しになるが、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形及び変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。

【符号の説明】

【0068】

Ｐ 粉末材料
Ｌ レーザ光
Ｓ 積層予定面
１ レーザ積層造形装置
１０ 粉末材料供給部
１１ 供給ノズル（供給路形成部材）
１１ａ 粉末材料の供給路
１２ 供給ノズル（供給路形成部材）
１２ａ 粉末材料の供給路
２０ レーザ照射部
２４ 照射ハウジング（外筒部）
２４ａ 空間（光学路、シールドガス供給路）
２４ｃ 連通孔
２４ｅ 空間（シールドガス供給路）
２６ 外筒ハウジング（外筒部）
２６ａ 空間（光学路）
２６ｂ 空間（シールドガス供給路）
２６ｃ 連通孔
３０ シールドガス供給部
２４１ 第１ハウジング（第１外筒部）
２４２ 第２ハウジング（第２外筒部）

【要約】

【課題】粉末材料の供給路を形成する供給路形成部材を含み、該供給路を介して積層予定面に向けて粉末材料を供給する粉末材料供給部と、粉末材料供給部より積層予定面に供給された粉末材料にレーザ光を照射するレーザ照射部と、供給路形成部材の外周面を囲むように配置され、該外周面との間にシールドガス供給路を形成する外筒部と、シールドガス供給路を通じて、積層予定面における粉末材料が供給される領域の外側を囲むようにシールドガスを供給するシールドガス供給部とを備えたレーザ積層造形装置において、シールドガスの広がりを抑制することで、シールドガスによる外気のシールド性及び粉末材料の直進案内性を向上させる。
【解決手段】外筒部２４におけるシールドガスの吐出側の端部である先端部に、該外筒部２４の径方向内側のシールドガス供給路２４ａと該外筒部２４の径方向外側の外部空間とを連通する連通孔２４ｃを形成する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】