特開 2022-106332 三次元積層造形装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022106332

(43)【公開日】2022-07-20

(54)【発明の名称】三次元積層造形装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 3/16 20060101AFI20220712BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220712BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220712BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20220712BHJP

   B29C 64/245 20170101ALI20220712BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20220712BHJP

【ＦＩ】

B22F3/16

B33Y30/00

B33Y10/00

B29C64/153

B29C64/245

B22F3/105

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021001226

(22)【出願日】2021-01-07

(71)【出願人】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000925

【氏名又は名称】特許業務法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清水 崇行

【テーマコード（参考）】

4F213

4K018

【Ｆターム（参考）】

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL03

4F213WL13

4F213WL72

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

(57)【要約】

【課題】チャンバーに設けられた窓を、有色のフィルムを用いることなく保護することができる三次元積層造形装置を提供する。
【解決手段】三次元積層造形装置は、三次元の造形物を形成するためのステージが内部に配置されるチャンバー１２と、チャンバー１２の内部を観察するためにチャンバー１２に設けられた窓３９と、チャンバー１２の内部に配置されて窓３９を開閉するシャッター４２と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元の造形物を形成するためのステージが内部に配置されるチャンバーと、
前記チャンバーの内部を観察するために前記チャンバーに設けられた窓と、
前記チャンバーの内部に配置されて前記窓を開閉するシャッターと、
を備える三次元積層造形装置。

【請求項2】

前記シャッターを動作させるための駆動源と、
あらかじめ設定された条件に基づいて前記駆動源を駆動することにより、前記シャッターの動作を制御する制御部と、
を備える請求項１に記載の三次元積層造形装置。

【請求項3】

前記シャッターが着脱可能である
請求項１に記載の三次元積層造形装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記ステージ上に一層分の粉末が敷き詰められるたびに繰り返される複数の工程のうち、所定量以上の汚染物質の発生が見込まれる工程においては前記シャッターによって前記窓を閉じるように、前記シャッターの動作を制御する
請求項２に記載の三次元積層造形装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記ステージ上に一層分の粉末が敷き詰められるたびに繰り返される複数の工程のうち、所定以上の熱量の発生が見込まれる工程においては前記シャッターによって前記窓を閉じるように、前記シャッターの動作を制御する
請求項２に記載の三次元積層造形装置。

【請求項6】

前記シャッターの開閉指示をユーザーから受け付ける指示受付部を備え、
前記制御部は、前記指示受付部が受け付けた前記開閉指示にしたがって前記シャッターの動作を制御する
請求項２～５のいずれか一項に記載の三次元積層造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元積層造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ステージ上に敷き詰められた金属の粉末に電子ビームを照射して粉末を溶融および凝固させるとともに、凝固させた層をステージの移動により順に積層させて三次元の造形物を形成する三次元積層造形装置が開発されている。

【0003】

三次元積層造形装置に関して、たとえば特許文献１には、真空チャンバーに窓を設け、この窓を通してパウダーヘッドにおける表面層の温度分布を記録する技術が記載されている。また、特許文献１には、窓をフィルムによって保護し、このフィルムを窓に沿って送ることにより、窓の透明性を維持する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２００３－５３１０３４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、特許文献１に記載された技術には次のような課題がある。
三次元積層造形装置で粉末を溶融させる場合、チャンバーの内部は高温になるため、窓を保護するフィルムには耐熱性が求められる。しかし、一般に、耐熱性を有するフィルムは有色であるため、チャンバー内部の観察には不向きである。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、チャンバーに設けられた窓を、有色のフィルムを用いることなく保護することができる三次元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】

本発明に係る三次元積層造形装置は、三次元の造形物を形成するためのステージが内部に配置されるチャンバーと、チャンバーの内部を観察するためにチャンバーに設けられた窓と、チャンバーの内部に配置されて窓を開閉するシャッターと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、チャンバーに設けられた窓を、有色のフィルムを用いることなく保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る三次元積層造形装置の構成を概略的に示す側断面図である。

【図2】図１に示す三次元積層造形装置をＡ方向から見た概略図である。

【図3】本発明の実施形態に係る三次元積層造形装置の主要部を示す縦断面図である。

【図4】シャッターによって窓を閉じた状態を示す図である。

【図5】シャッターによって窓を開けた状態を示す図である。

【図6】シャッター機構の配置を示す側断面概略図である。

【図7】シャッター機構の配置をチャンバーの上壁よりも上方から見た斜視図である。

【図8】シャッター機構の配置をチャンバーの上壁よりも下方から見た斜視図である。

【図9】本発明の実施形態に係るシャッター制御回路の構成を示すブロック図である。

【図10】本発明の実施形態に係る三次元積層造形装置を用いた造形物の形成方法を工程順に示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。本明細書および図面において、実質的に同一の機能または構成を有する要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係る三次元積層造形装置の構成を概略的に示す側断面図である。図２は、図１に示す三次元積層造形装置１０をＡ方向から見た概略図である。
以降の説明では、三次元積層造形装置の各部の形状や位置関係などを明確にするために、図１の左右方向をＸ方向、図１の奥行き方向をＹ方向、図１の上下方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する方向である。また、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向に平行な方向であり、Ｚ方向は鉛直方向に平行な方向である。方向の定義は、他の図でも同様である。

【0012】

図１に示すように、三次元積層造形装置１０は、チャンバー１２と、ビーム照射装置１４と、粉末供給装置１６と、造形テーブル１８と、造形ボックス２０と、ステージ２２と、ステージ移動装置２４と、を備えている。粉末供給装置１６、造形テーブル１８およびステージ２２は、チャンバー１２の内部に配置されている。

【0013】

チャンバー１２は、図示しない真空ポンプによってチャンバー内の空気を排気することにより、真空状態を作り出すチャンバー、すなわち真空チャンバーである。チャンバー１２は、上壁１２ａ、側壁１２ｂおよび底壁１２ｃを有している。上壁１２ａおよび底壁１２ｃは、Ｚ方向で対向している。

【0014】

ビーム照射装置１４は、造形面３２ａに電子ビーム１５を照射する装置である。造形面３２ａは、ステージ２２上に敷き詰められる粉末３２の上面に相当する。ビーム照射装置１４は、電子ビームの発生源となる電子銃２６と、電子銃２６が発生した電子ビーム１５を制御する光学系２７とを備える。

【0015】

光学系２７は、集束レンズ２８と、対物レンズ２９と、偏向レンズ３０とを備えている。集束レンズ２８は、電子銃２６が発生する電子ビーム１５を集束させるレンズである。対物レンズ２９は、集束レンズ２８で集束させた電子ビーム１５を造形面３２ａに合焦させるレンズである。偏向レンズ３０は、対物レンズ２９によって合焦させた電子ビーム１５を造形面３２ａ上で走査させるために電子ビーム１５を偏向するレンズである。なお、ビームは電子ビームに限らず、レーザービームであってもよい。また、光学系２７における各レンズ２８，２９，３０の配置は必要に応じて変更可能であり、光学系２７の構成についても必要に応じて変更可能である。

【0016】

ビーム照射装置１４は、チャンバー１２の上壁１２ａに取り付けられている。ビーム照射装置１４は、電子銃２６および光学系２７の中心軸３１がＺ方向と平行となるように配置されている。ビーム照射装置１４の下端部にはビーム出射口３４が設けられている。ビーム出射口３４は、光学系２７によって制御された電子ビーム１５を出射させる開口である。すなわち、電子ビーム１５は、このビーム出射口３４から出射される。ビーム出射口３４は、電子ビーム１５を制御する光学部品（レンズ等）に形成されていてもよいし、光学部品を保持する筐体に形成されていてもよい。

【0017】

ビーム出射口３４は、光学系２７の中心軸方向から見て円形に形成されている。ビーム出射口３４は、電子ビーム１５の進行方向の上流側から下流側に向かって徐々に直径が大きくなる形状、すなわちラッパ状に形成されている。ビーム出射口３４をラッパ状に形成する理由は、偏向レンズ３０による電子ビーム１５の偏向を許容するためである。具体的には、ビーム出射口３４は、偏向レンズ３０によって電子ビーム１５を偏向するときに、電子ビーム１５がビーム出射口３４の内周面３４ａに干渉（接触）しないよう、その内周面３４ａが中心軸３１に対して所定の角度で傾斜している。

【0018】

ビーム照射装置１４はカバー部材３６を備えている。カバー部材３６は、ビーム出射口３４の内周面３４ａを覆う部材であり、ビーム出射口３４の形状にあわせてラッパ状に形成されている。カバー部材３６は、後述する蒸発物質がビーム出射口３４の内周面３４ａに付着することを防止する部材である。カバー部材３６は、内周面３４ａの全面を覆っている。光学系２７を構成する部品は耐熱温度に制限があるため、あまり高温にすることはできない。これに対し、ビーム出射口３４の内周面３４ａをカバー部材３６によって覆った場合は、光学系２７に対してカバー部材３６が断熱（遮熱）効果を発揮する。このため、光学系２７の構成部品を熱から保護することができる。

【0019】

粉末供給装置１６は、造形物３８の原材料となる金属の粉末３２を造形テーブル１８上に供給する装置である。粉末供給装置１６は、ホッパー１６ａと、粉末投下器１６ｂと、スキージ１６ｃとを有している。ホッパー１６ａは、粉末を貯蔵するための容器である。粉末投下器１６ｂは、ホッパー１６ａに貯蔵されている粉末を造形テーブル１８上に投下する機器である。粉末投下器１６ｂは、予め決められた量の粉末を造形テーブル１８の端に投下する。スキージ１６ｃは、Ｙ方向に長い長尺状の部材である。スキージ１６ｃは、粉末投下器１６ｂによって投下された粉末を造形テーブル１８上に敷き詰める。スキージ１６ｃは、造形テーブル１８の全面に粉末を均一に敷き詰めるために、Ｘ方向に移動可能に設けられている。

【0020】

造形テーブル１８は、チャンバー１２の内部に水平に配置されている。造形テーブル１８は、粉末供給装置１６よりも下方に配置されている。造形テーブル１８の中央部には開口部１８ａが形成されている。開口部１８ａは、平面視円形または平面視四角形に形成される。本実施形態においては、一例として、開口部１８ａが平面視円形に形成されているものとする。

【0021】

造形ボックス２０は、造形テーブル１８の開口部１８ａの下方に造形用の空間を形成するボックスである。造形ボックス２０の上端部は、開口部１８ａの縁で造形テーブル１８の下面に接続されている。造形ボックス２０の下端部は、チャンバー１２の底壁１２ｃに接続されている。

【0022】

ステージ２２は、金属の粉末３２を用いて三次元の造形物３８を形成するためのステージである。ステージ２２は、造形テーブル１８の開口部１８ａの形状にあわせて平面視円形に形成されている。ステージ２２は、上面２２ａおよび下面２２ｂを有する。三次元積層造形装置１０によって造形物３８を形成する場合、ステージ２２の上面２２ａには所定の厚さで粉末３２が敷き詰められる。所定の厚さは、三次元の造形物を一層ずつ積み重ねて形成する場合の一層分の厚さに相当する。ステージ２２の上面２２ａは、Ｚ方向においてビーム照射装置１４と対向するように配置されている。ステージ２２の下面２２ｂは、Ｚ方向において、チャンバー１２の底壁１２ｃと対向するように配置されている。

【0023】

ステージ移動装置２４は、ステージ２２を上下方向に移動させる装置である。ステージ移動装置２４は、シャフト２４ａと、駆動機構部２４ｂとを備えている。シャフト２４ａは、ステージ２２の下面２２ｂに接続されている。駆動機構部２４ｂは、図示しないモータを駆動源として駆動することにより、シャフト２４ａと一体にステージ２２を上下方向に移動させる。なお、駆動機構部２４ｂについては、シャフト２４ａをチャンバー１２の底壁１２ｃに貫通させることで、チャンバー１２の外部に配置することも可能である。

【0024】

図２に示すように、チャンバー１２の上壁１２ａには窓３９が設けられている。窓３９は、チャンバー１２の内部を観察するために設けられる。窓３９を利用して行われる観測には、測定を伴う場合と測定を伴わない場合とがあるが、本実施形態においては、いずれの場合でもかまわない。つまり、本実施形態では、観測の目的、観測の仕方、観測の方法は問わない。窓３９は、チャンバー１２の内部を観測するのに適した透明性が確保されていれば、どのような構成であってもよく、窓１９の数も一つに限らず、複数であってもよい。一例を挙げると、窓３９は、図示はしないが、チャンバー１２の上壁１２ａに形成された少なくとも一つの開口部を、無色透明なＸ線遮蔽用鉛ガラスを用いて塞いだ構成になっている。Ｘ線遮蔽用鉛ガラスは、チャンバー１２の上壁１２ａに直接取り付けてもよいし、チャンバー１２の開口部を塞ぐように上壁１２ａに取り付けられた観察用の部材に取り付けてもよい。

【0025】

窓３９は、ビーム照射装置１４とは水平方向（図例ではＹ方向）に位置をずらして設けられている。チャンバー１２の上壁１２ａの上面には、窓３９を通してチャンバー１２の内部を観察するための機器（図示せず）が取り付けられる。観察用の機器としては、たとえば、カメラと照明、あるいは各種のセンサ類などが考えられる。

【0026】

図３は、本発明の実施形態に係る三次元積層造形装置の主要部を示す縦断面図である。
図３に示すように、チャンバー１２の内部にはシャッター４２が配置されている。具体的には、シャッター４２は、チャンバー１２の上壁１２ａの下面側に配置されている。シャッター４２は、モータ４４の駆動にしたがって動作することにより、窓３９を開閉する。窓３９の開閉とは、蒸発物質の付着による汚染やビーム照射に伴う熱などから窓３９を保護するために窓３９を閉状態とする場合と、窓３９を通してチャンバー１２の内部を観測するために窓３９を開状態とする場合の両方を含む。

【0027】

シャッター４２は、チャンバー１２の上壁１２ａを下方から見た場合に、図４に示すように窓３９を遮蔽する閉位置と、図５に示すように窓３９を露出（開放）させる開位置との間で動作する。本実施形態においては、一例として、シャッター４２の動作は回転移動動作となっている。ただし、シャッター４２の動作は回転移動動作に限らず、たとえば直線移動動作であってもよいし、図示しないヒンジを用いた開閉移動動作であってもよい。すなわち、シャッター４２の動作は、窓３９を開閉できる動作であれば、どのような動作であってもよい。

【0028】

本実施形態におけるシャッター４２の動作は、連結シャフト４６の回転中心軸を中心とした回転移動動作となっている。連結シャフト４６は、モータ４４の駆動にしたがって回転するシャフトである。モータ４４は、シャッター４２を動作させるための駆動源の一例として設けられている。連結シャフト４６は、シャッター４２およびモータ４４と共に、シャッター機構４０を構成している。以下、シャッター機構４０の構成について詳しく説明する。なお、以降の説明において、窓３９を開閉することと、シャッター４２を開閉することは、実質的に同じ意味である。

【0029】

図６は、シャッター機構４０の配置を示す側断面概略図である。また、図７は、シャッター機構４０の配置をチャンバー１２の上壁１２ａよりも上方から見た斜視図であり、図８は、シャッター機構４０の配置をチャンバー１２の上壁１２ａよりも下方から見た斜視図である。なお、図６における符号１１は、チャンバー１２の内部で汚染源または発熱源となる部分を模式的に示している。三次元積層造形装置１０で造形物を形成する際の主たる汚染源または発熱源は、電子ビーム１５が照射されるステージ２２上に存在する。

【0030】

図６～図８に示すように、シャッター機構４０は、上述したシャッター４２、モータ４４および連結シャフト４６の他に、モータマウント部４８、回転導入機５０およびアーム５２を備えている。モータ４４は、モータマウント部４８に実装されている。

【0031】

モータマウント部４８は、複数（本形態例では４つ）の支持脚４９によってチャンバー１２の上壁１２ａに取り付けられている。図３に示すように、モータ４４の出力軸４４ａは、カップリング部材５４によって連結シャフト４６に接続されている。モータ４４の出力軸４４ａと連結シャフト４６とは、同軸状に配置されている。これにより、連結シャフト４６は、モータ４４の出力軸４４ａと一体に回転する。

【0032】

連結シャフト４６は、モータ４４とアーム５２とを連結するシャフトである。回転導入機５０は、チャンバー１２内の気密性を維持した状態で、チャンバー１２の外部から内部へと連結シャフト４６を導入する機器である。アーム５２は、連結シャフト４６の下端部に取り付けられている。アーム５２は、チャンバー１２の上壁１２ａよりも下方に、上壁１２ａの下面と平行に配置されている。アーム５２は、モータ４４の駆動によって連結シャフト４６が回転した場合に、連結シャフト４６の回転にしたがって揺動する。

【0033】

シャッター４２は、アーム５２に着脱可能に取り付けられている。シャッター４２、アーム５２および連結シャフト４６は、それぞれ帯電防止のために金属（合金を含む）で構成されている。図３に示すように、アーム５２には、位置決め部材としての位置決めネジ５３が取り付けられている。位置決めネジ５３は、シャッター４２を位置決めするためのネジである。位置決めネジ５３は、アーム５２に形成されたネジ孔に位置決めネジ５３を噛み合わせて締め込むことにより、アーム５２に固定されている。位置決めネジ５３の雄ネジ部は、アーム５２を貫通して下方に突き出している。これに対して、シャッター４２には位置決め用孔５５が形成されている。位置決め用孔５５は、シャッター４２を厚み方向に貫通している。シャッター４２は、位置決め用孔５５を位置決めネジ５３の雄ネジ部に嵌め込むことにより位置決めされる。

【0034】

図４および図５に示すように、シャッター４２には切り欠き部５６が形成されている。切り欠き部５６は、位置決め用孔５５を中心に円弧状に形成されている。切り欠き部５６には、回転式の留め具５７が取り付けられている。留め具５７は、ネジ孔５７ａ（図３参照）を有する断面Ｔ字形の部材である。留め具５７のネジ孔５７ａには、留めネジ５８（図３参照）の雄ネジ部が噛み合っている。留めネジ５８の雄ネジ部は、アーム５２に形成された貫通孔とシャッター４２に形成された切り欠き部５６とを通して、留め具５７のネジ孔５７ａに噛み合っている。

【0035】

アーム５２にシャッター４２を取り付ける場合は、まず、位置決めネジ５３の雄ネジ部にシャッター４２の位置決め用孔５５を嵌め込んだ状態で、シャッター４２の切り欠き部５６の端を留めネジ５８の雄ネジ部に突き当てる。次に、留め具５７を一方向（たとえば、時計回り方向）に回して締め付ける。そうすると、シャッター４２とアーム５２は、留め具５７と留めネジ５８とによって挟み込まれる。このため、シャッター４２は留め具５７の締め付け力によって固定される。これにより、シャッター４２をアーム５２に取り付けることができる。

【0036】

これに対し、アーム５２からシャッター４２を取り外す場合は、まず、留め具５７を他方向（たとえば、反時計回り方向）に回して留め具５７の締め付け力を緩める。次に、位置決めネジ５３の雄ネジ部を中心にシャッター４２を回転させることにより、シャッター４２の切り欠き部５６を留め具５７から離脱させる。これにより、シャッター４２をアーム５２から取り外すことができる。

【0037】

上記構成からなるシャッター機構４０において、チャンバー１２の窓３９を保護する場合は、モータ４４の駆動によってシャッター４２を閉じる。これにより、窓３９がシャッター４２によって遮蔽される。このため、チャンバー１２に設けられた窓３９を、有色のフィルムを用いることなく保護することができる。また、窓３９を通してチャンバー１２の内部を観察する場合は、モータ４４の駆動によってシャッター４２を開ける。これにより、窓３９が開放される。このため、チャンバー１２に設けられた窓３９を通して、チャンバー１２の内部を直接、観察することができる。したがって、有色のフィルムを通してチャンバー１２の内部を観察する場合に比べて、チャンバー１２内の様子や状態を正確に観察することができる。

【0038】

また、シャッター４２は、アーム５２に対して着脱可能に構成されている。これにより、汚染源から発生した蒸発物質（後述）の付着によってシャッター４２が汚れた場合に、シャッター４２を交換することができる。

【0039】

図９は、本発明の実施形態に係るシャッター制御回路の構成を示すブロック図である。
図９に示すように、シャッター機構４０のモータ４４には制御部６０が接続されている。制御部６０は、あらかじめ設定された条件に基づいてモータ４４を駆動することにより、シャッター４２の動作を制御する。制御部６０は、たとえば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのコンピュータハードウェアによって構成される。

【0040】

制御部６０には、指示受付部６２が接続されている。指示受付部６２は、たとえば操作パネルなどのユーザーインタフェースによって構成され、シャッター４２の開閉指示を受け付ける。シャッター４２の開閉指示には、シャッター４２を開ける指示と、シャッター４２を閉じる指示とがある。シャッター４２を開ける指示とは、上記閉位置に配置されたシャッター４２を上記開位置へと移動させて窓３９を開放するための指示である。シャッター４２を閉じる指示とは、上記開位置に配置されたシャッター４２を上記閉位置へと移動させて窓３９を遮蔽するための指示である。指示受付部６２は、ユーザーから受け付けた開閉指示の内容を制御部６０に通知する。これに対し、制御部６０は、指示受付部６２が受け付けた開閉指示にしたがってシャッター４２の動作を制御する。

【0041】

続いて、本発明の実施形態に係る三次元積層造形装置を用いた造形物の形成方法（三次元積層造形方法）について説明する。
三次元積層造形装置１０を用いて三次元の造形物を形成する工程は、造形準備工程および造形物取り出し工程を除くと、図１０に示すように、ステージ加熱工程→粉末敷き詰め工程→第１予備加熱工程→本溶融工程→第２予備加熱工程の順に行われる。そして、第２予備加熱工程を行なった後は粉末敷き詰め工程に戻り、以降は粉末敷き詰め工程によってステージ２２上に一層分の粉末３２が敷き詰められるたびに、第１予備加熱工程、本溶融工程および第２予備加熱工程が繰り返される。また、粉末敷き詰め工程から第２予備加熱工程までの工程は、所定の回数（積層数）だけ繰り返される。以下、各工程について順に説明する。

【0042】

（ステージ加熱工程）
ステージ加熱工程においては、ビーム照射装置１４によってステージ２２の上面２２ａに電子ビーム１５を照射することにより、ステージ２２を加熱する。

【0043】

（粉末敷き詰め工程）
粉末敷き込み工程においては、ステージ２２の上面２２ａを造形テーブル１８の上面よりも所定量だけ下げた状態で、粉末供給装置１６により造形テーブル１８上に金属の粉末３２を供給する。その際、ホッパー１６ａに貯蔵されている粉末は、粉末投下器１６ｂによって造形テーブル１８上に投下される。造形テーブル１８上に投下された粉末３２は、スキージ１６ｃの移動によって造形テーブル１８上に敷き詰められる。スキージ１６ｃは、移動中にステージ２２の上を通過する。このため、ステージ２２上にも粉末３２が敷き詰められる。

【0044】

（第１予備加熱工程）
第１予備加熱工程においては、ビーム照射装置１４によってステージ２２上の粉末３２に電子ビーム１５を照射することにより、粉末３２を仮焼結させる。その際、ビーム照射装置１４は、目的とする造形物よりも広い範囲、たとえばステージ２２上の粉末３２全体に電子ビーム１５を走査することにより、ステージ２２上の粉末３２を仮焼結させる。第１予備加熱工程は、パウダーヒート工程とも呼ばれる。

【0045】

（本溶融工程）
本溶融工程においては、ビーム照射装置１４によってステージ２２上の粉末３２に電子ビーム１５を照射することにより、粉末３２を溶融および凝固させる。その際、ビーム照射装置１４は、目的とする造形物の三次元ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データを一定の厚みにスライスした２次元データに基づいて電子ビーム１５を走査することにより、ステージ２２上の粉末３２を選択的に溶融する。電子ビーム１５の照射によって溶融した粉末３２は、電子ビーム１５が通過した後に凝固する。これにより、一層分の造形が完了する。また、本溶融工程において金属の粉末３２に電子ビーム１５を照射すると、溶融した金属の一部が蒸発物質となって霧状に立ち昇る。蒸発物質は、チャンバー１２の内壁などに付着して、そこを汚染する。すなわち、蒸発物質は汚染物質となる。

【0046】

（第２予備加熱工程）
第２予備加熱工程においては、次の層の形成に備えてステージ２２上の造形物に電子ビーム１５を照射することにより、造形物を昇温させる。第２予備加熱工程は、アフターヒート工程とも呼ばれる。

【0047】

以上述べた工程のうち、制御部６０は、所定量以上の汚染物質の発生が見込まれる工程においては窓３９をシャッター４２によって閉じるように、シャッター４２の動作を制御する。所定量以上の汚染物質とは、窓３９への付着によってチャンバー１２内の観測に悪影響を与えるおそれがある汚染物質をいう。また、制御部６０は、所定以上の熱量の発生が見込まれる工程においても窓３９をシャッター４２によって閉じるように、シャッター４２の動作を制御する。所定以上の熱量とは、直接的な熱の入射によって窓３９がダメージを受けるおそれがある熱量をいう。本実施形態においては、所定量以上の汚染物質の発生が見込まれる工程、および、所定以上の熱量の発生が見込まれる工程が、いずれも本溶融工程である場合を例に挙げて説明する。

【0048】

制御部６０は、次のようにモータ４４の駆動を制御する。
まず、制御部６０は、ステージ加熱工程、粉末敷き詰め工程、第１予備加熱工程および第２予備加熱工程の各工程では、シャッター４２を開位置に配置し、本溶融工程では、シャッター４２を閉位置に配置するように、モータ４４の駆動を制御する。また、制御部６０は、本溶融工程を開始する場合に、モータ４４を駆動してシャッター４２を開位置から閉位置へと移動させる。これにより、窓３９がシャッター４２によって覆い隠される。また、制御部６０は、本溶融工程を終了する場合に、モータ４４を駆動してシャッター４２を閉位置から開位置へと移動させる。これにより、窓３９が開放される。

【0049】

このように、制御部６０によってシャッター４２を自動的に開閉することにより、本溶融工程において汚染源や発熱源から窓３９を保護することができる。具体的には、本溶融工程で発生する蒸発物質が窓３９に付着しないよう、シャッター４２によって窓３９を保護することができる。また、本溶融工程で発生する熱が窓３９に直接入射しないよう、シャッター４２によって窓３９を保護することができる。また、制御部６０は、あらかじめ設定された条件に基づいてシャッター４２の動作を制御する。このため、ユーザーが手動操作でシャッター４２を動作させる必要がない。したがって、ユーザーの介在なしに窓３９を汚染源や発熱源から保護することができる。特に、三次元積層造形装置１０を用いて造形物を形成する場合は、粉末３２を積層する回数が非常に多いため、造形を開始してから終了するまで数時間から数日間を要する場合がある。そのような場合でも、あらかじめ決められた条件に基づいて制御部６０がシャッター４２を自動的に開閉することにより、チャンバー１２の窓３９を汚れや熱から確実に保護することができる。

【0050】

また、指示受付部６２がユーザーからシャッター４２の開閉指示を受け付けると、制御部６０は、その指示内容を基にモータ４４を駆動してシャッター４２の動作を制御する。たとえば、シャッター４２が閉位置に配置されている状況下で、シャッター４２を開ける指示を指示受付部６２がユーザーから受け付けると、制御部６０は、モータ４４を駆動してシャッター４２を閉位置から開位置へと移動させる。また、シャッター４２が開位置に配置されている状況下で、シャッター４２を閉じる指示を指示受付部６２がユーザーから受け付けると、制御部６０は、モータ４４を駆動してシャッター４２を開位置から閉位置へと移動させる。

【0051】

このように、ユーザーによるシャッター４２の開閉指示にしたがってシャッター４２を動作させることにより、ユーザーが所望するタイミングでチャンバー１２内を観察したり、窓３９を汚染源や発熱源から保護したりすることができる。このため、三次元積層造形装置１０の利便性を向上させることができる。

【0052】

＜変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

【0053】

たとえば、上記実施形態においては、本溶融工程を開始する場合に窓３９をシャッター４２によって閉じるとしたが、シャッター４２を閉じるタイミングは、本溶融工程の開始タイミングと必ずしも一致させる必要はなく、本溶融工程を開始する少し前でも少し後でもよい。同様に、シャッター４２を開けるタイミングは、本溶融工程の終了タイミングと必ずしも一致させる必要はなく、本溶融工程を終了する少し前でも少し後でもよい。

【0054】

また、上記実施形態においては、シャッター４２によって窓３９を閉じる工程として、本溶融工程のみを挙げたが、本発明はこれに限らず、本溶融工程以外の工程、たとえば第１予備加熱工程あるいは第２予備加熱工程においても、シャッター４２によって窓３９を閉じるようにしてもよい。つまり、シャッター４２を閉じる対象となる工程は１つに限らず、複数であってもよい。また、各工程に適用されるプロセスパラメータは、金属の粉末３２として、どのような材料を用いるかによって異なるため、材料によっては複数の工程でシャッター４２を閉じるように制御してもよい。複数の工程でシャッター４２を閉じる場合としては、たとえば高融点金属の粉末３２を用いる場合が考えられる。

【0055】

また、上記実施形態においては、制御部６０によってシャッター４２を自動的に開閉する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、ユーザーの手動操作によってシャッター４２を開閉する構成を採用してもよい。また、シャッター４２を開閉するための駆動源は、モータ以外のアクチュエータであってもよい。

【符号の説明】

【0056】

１０…三次元積層造形装置
１２…チャンバー
２２…ステージ
３９…窓
４２…シャッター
４４…モータ（駆動源）
６０…制御部
６２…指示受付部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】