特開 2022-144848 ＡＭ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】P2022144848

(43)【公開日】2022-10-03

(54)【発明の名称】ＡＭ装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/53 20210101AFI20220926BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220926BHJP

   B29C 64/209 20170101ALI20220926BHJP

   B29C 64/141 20170101ALI20220926BHJP

   B29C 64/236 20170101ALI20220926BHJP

   B29C 64/232 20170101ALI20220926BHJP

   B22F 10/25 20210101ALI20220926BHJP

   B22F 12/52 20210101ALI20220926BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20220926BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20220926BHJP

【ＦＩ】

B22F12/53

B33Y30/00

B29C64/209

B29C64/141

B29C64/236

B29C64/232

B22F10/25

B22F12/52

B22F3/105

B22F3/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021046034

(22)【出願日】2021-03-19

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100146710

【弁理士】

【氏名又は名称】鐘ヶ江 幸男

(74)【代理人】

【識別番号】100186613

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 誠

(72)【発明者】

【氏名】浅井 潤樹

【テーマコード（参考）】

4F213

4K018

【Ｆターム（参考）】

4F213AC04

4F213AP09

4F213AP13

4F213AP14

4F213WA25

4F213WB01

4F213WL03

4F213WL13

4F213WL74

4F213WL76

4F213WL85

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

(57)【要約】

【課題】ＡＭ法による造形中に、材料供給装置に粉体材料を補充するための構造を提供する。
【解決手段】一実施形態によれば、ＡＭ装置が提供され、かかるＡＭ装置は、粉体材料を出射するためのＤＥＤノズルと、前記ＤＥＤノズルを移動させるためのガントリ機構と、前記ＤＥＤノズルへ粉体材料を供給するための材料供給装置と、を有し、前記ガントリ機構は、水平方向であるＸ方向に移動可能な、前記Ｘ方向に垂直でありかつ水平方向であるＹ方向に延びるＹ軸部材を有し、前記ＤＥＤノズルおよび前記材料供給装置は、前記ガントリ機構の前記Ｙ軸部材に取り付けられ、前記ガントリ機構は、前記ＤＥＤノズルおよび前記材料供給装置を、前記Ｙ軸部材上で、Ｙ方向に沿って移動させるためのＹ軸移動機構を有する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＡＭ装置であって、
粉体材料を出射するためのＤＥＤノズルと、
前記ＤＥＤノズルを移動させるためのガントリ機構と、
前記ＤＥＤノズルへ粉体材料を供給するための材料供給装置と、を有し、
前記ガントリ機構は、水平方向であるＸ方向に移動可能な、前記Ｘ方向に垂直でありかつ水平方向であるＹ方向に延びるＹ軸部材を有し、
前記ＤＥＤノズルおよび前記材料供給装置は、前記ガントリ機構の前記Ｙ軸部材に取り付けられ、
前記ガントリ機構は、前記ＤＥＤノズルおよび前記材料供給装置を、前記Ｙ軸部材上で、Ｙ方向に沿って移動させるためのＹ軸移動機構を有する、
ＡＭ装置。

【請求項2】

請求項１に記載のＡＭ装置であって、
前記ガントリ機構は、前記ＤＥＤノズルを、前記Ｘ方向および前記Ｙ方向に直交するＺ方向に移動させるためのＺ軸移動機構を有する、
ＡＭ装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のＡＭ装置であって、
前記材料供給装置は、粉体材料を保持するための容器と、前記容器の上端に取り付けられるキャップと、を有し、
前記キャップは、
前記容器の内部に連通する開口と、
前記開口を閉鎖する閉鎖位置と開放する開放位置との間で移動可能な閉鎖部材と、
前記閉鎖部材を前記閉鎖位置に付勢する弾性部材と、
を有する、
ＡＭ装置。

【請求項4】

請求項３記載のＡＭ装置であって、
前記キャップの前記開口に挿入可能な粉体補充管を有し、
前記粉体補充管は、
粉体材料が通過するための粉体通路と、
気体が通過するための、前記粉体通路とは別の気体通路と、を有する、
ＡＭ装置。

【請求項5】

請求項４に記載のＡＭ装置であって、
前記粉体補充管は、前記キャップの前記開口に挿入される先端側はテーパー面を有し、前記テーパー面の最も低い位置に隣接する側面に、粉体材料を前記容器に供給するための粉体口が形成されている、
ＡＭ装置。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載のＡＭ装置であって、
前記材料供給装置から前記ＤＥＤノズルに供給される粉体材料の重量を測定するための重量センサを有する、
ＡＭ装置。

【請求項7】

請求項６に記載のＡＭ装置であって、
前記Ｙ軸移動機構は、前記重量センサに与えられる水平方向の加速度が所定値以下となるように前記材料供給装置の移動を制御するように構成されている、
ＡＭ装置。

【請求項8】

請求項６または７に記載のＡＭ装置であって、
前記重量センサ与えられる加速度を測定するための加速度センサを有する、
ＡＭ装置。

【請求項9】

請求項６から８のいずれか一項に記載のＡＭ装置であって、
前記重量センサは、前記材料供給装置が静止しているときまたは等速直線運動をしているときにだけ前記材料供給装置の重量を測定するように構成されている、
ＡＭ装置。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか一項に記載のＡＭ装置であって、
前記材料供給装置から、前記ＤＥＤノズルへ粉体材料を供給するための粉体供給管と、
前記粉体供給管を通過する粉体材料の量を測定するためのセンサと、
を有する、
ＡＭ装置。

【請求項11】

請求項１０に記載のＡＭ装置であって、
前記粉体供給管の少なくとも一部は光学的に透明な透明管で構成され、
前記透明管に向けて光を照射するための光源と、
前記透明管を通った光を受光するための受光素子と、を有する、
ＡＭ装置。

【請求項12】

請求項１１に記載のＡＭ装置であって、
前記透明管は、帯電防止材料から形成されている、
ＡＭ装置。

【請求項13】

請求項１１または１２に記載のＡＭ装置であって、
前記粉体供給管は、前記透明管よりも上流で、ガス源に連結されている、
ＡＭ装置。

【請求項14】

請求項１１から１３のいずれか一項に記載のＡＭ装置であって、
前記透明管の内面の表面粗さは、粉体材料の平均粒径の１／２以となるように構成されている、
ＡＭ装置。

【請求項15】

請求項１から１４までのいずれか一項に記載のＡＭ装置であって、
前記材料供給装置は、粉体材料を保持するための容器を有し、
前記容器の第１高さにおいて、前記容器の内部に向けて光を照射するための光源と、
前記第１高さにおいて前記容器内を通った光を受光するための受光素子と、を有する、ＡＭ装置。

【請求項16】

請求項１から１５までのいずれか一項に記載のＡＭ装置であって、
前記材料供給装置は、前記材料供給装置に粉体材料が供給されたときに、前記材料供給装置に振動が与えられるように構成されている、
ＡＭ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、ＡＭ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

三次元物体を表現したコンピュータ上の三次元データから、三次元物体を直接的に造形する技術が知られている。たとえば、Additive Manufacturing（ＡＭ）（付加製造）法が知られている。一例として、デポジション方式のＡＭ法としてダイレクトエナジーデポジション（ＤＥＤ）がある。ＤＥＤは、金属材料を局所的に供給しながら適当な熱源を用いて基材と共に溶融、凝固させることで造形を行う技術である。また、ＡＭ法の一例として、パウダーベッドフュージョン（ＰＢＦ）がある。ＰＢＦは、二次元的に敷き詰められた金属紛体に対して、造形する部分に熱源であるレーザービームや電子ビームを照射して、金属紛体を溶融・凝固または焼結させることで三次元物体の各層を造形する。ＰＢＦでは、このような工程を繰り返すことで、所望の三次元物体を造形することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０－２７８９０２号公報

【特許文献2】特開２０１９－１３７０３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＤＥＤ方式およびＰＢＦ方式のいずれにおいても、ＡＭ法による造形は、現在のところ比較的に小型の造形物を製造するのに用いられている。ＡＭ法により相対的に大型の造形物を製造するとなると粉体材料を大量に必要とすることになり、粉体材料を適切に供給することが重要になる。ＤＥＤ方式で大型の造形物を製造する場合、ＤＥＤノズルに粉体材料を供給する材料供給装置を必要とするが、造形物が大きい場合、材料供給装置に十分な量の粉体材料を保持することができないことがある。たとえば、造形領域の外部に材料供給装置を設けて、移動可能なＤＥＤノズルに粉体材料を供給するようにすれば、大型の材料供給装置をＡＭ装置に設けることが可能になる。しかし、ＤＥＤノズルは造形領域内を移動しながら造形を行うので、材料供給装置からＤＥＤノズルへの材料供給管がＤＥＤノズルの移動にともない変形することがあり、安定した材料の供給が難しくなる。一方、材料供給装置をＤＥＤノズルとともに移動可能に構成すると、材料供給管の流路が安定し、粉体材料を安定してＤＥＤノズルに供給することができる。しかし、材料供給装置をＤＥＤノズルとともに移動可能にすると、材料供給装置を大型にすることは難しい。そのため、造形中に、材料供給装置に粉体材料を補充することが必要になる。本願発明は、ＡＭ法による造形中に、材料供給装置に粉体材料を補充するための構造を提供することを１つの目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態によれば、ＡＭ装置が提供され、かかるＡＭ装置は、粉体材料を出射するためのＤＥＤノズルと、前記ＤＥＤノズルを移動させるためのガントリ機構と、前記ＤＥＤノズルへ粉体材料を供給するための材料供給装置と、を有し、前記ガントリ機構は、水平方向であるＸ方向に移動可能な、前記Ｘ方向に垂直でありかつ水平方向であるＹ方向に延びるＹ軸部材を有し、前記ＤＥＤノズルおよび前記材料供給装置は、前記ガントリ機構の前記Ｙ軸部材に取り付けられ、前記ガントリ機構は、前記ＤＥＤノズルおよび前記材料供給装置を、前記Ｙ軸部材上で、Ｙ方向に沿って移動させるためのＹ軸移動機構を有する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】一実施形態による、造形物を製造するためのＡＭ装置を概略的に示す図である。

【図2】一実施形態による、ＤＥＤノズルおよび材料供給装置が搭載されたＹ軸部材を概略的に示す斜視図である。

【図3】一実施形態による、材料供給装置を概略的に示す斜視図である。

【図4】一実施形態による、材料供給装置の構造を示す概略的な断面図である。

【図5】一実施形態によるホッパに取り付けられるキャップを概略的に示す断面図である。

【図6】一実施形態による材料補充管の構造を概略的に示す断面図である。

【図7】一実施形態よる、材料補充管が、ホッパに挿入された状態を概略的に示す断面図である。

【図8】図３に示されるセンサ付近の拡大図である。

【図9】一実施形態による、透明管を通過する粉体流量と受光素子で検出した光度との関係を示すグラフの一例である。

【図10】一実施形態による、図３に示されるセンサ付近の拡大図である。

【図11】一実施形態による、透明管の表面に粉体材料が全く残留していない新品の状態の場合の検量線、粉体材料が中程度に付着・残留した状態の検量線、および粉体材料が高程度に付着・残留した状態の検量線の例を示す図である。

【図12】一実施形態による、材料供給装置のホッパの断面を概略的に示す図である。

【図13A】一実施形態による、ＡＭ装置を概略的に示す上面図である。

【図13B】一実施形態による、ＡＭ装置を概略的に示す上面図である。

【図13C】一実施形態による、ＡＭ装置を概略的に示す上面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に、本発明に係る造形物を製造するためのＡＭ装置の実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。

【0008】

図１は、一実施形態による、造形物を製造するためのＡＭ装置を概略的に示す図である。図１に示されるように、ベースプレート１０２を備える。ベースプレート１０２上に造形物が造形されることになる。ベースプレート１０２は、造形物を支持することができる任意の材料から形成されるプレートとすることができる。一実施形態において、ベースプレート１０２は、高さ方向（Ｚ方向）に移動可能なリフト機構に連結される。たとえば、ＤＥＤノズル１５０により１層分の造形をしたら、造形した１層分だけリフト機構によりベースプレート１０２を下げて次の層を造形する、ということを繰り返すことで３次元の構造物を造形することができる。一実施形態において、ベースプレート１０２は、水平面内で直交するＸ方向およびＹ方向に移動可能なＸＹステージに連結されていてもよい。

【0009】

ＡＭ装置１００は、粉体材料を出射するためのＤＥＤノズル１５０を備える。ＤＥＤノズル１５０は、ＤＥＤノズル１５０を水平面内で直交するＸＹ方向に移動させるためのガントリ機構２００に取り付けられる。また、ガントリ機構２００には、ＤＥＤノズル１５０にキャリアガスおよび粉体材料を供給するための、材料供給装置３００が取り付けられている。

【0010】

一実施形態において、図１に示されるように、ガントリ機構２００は、Ｘ方向に移動可能であり、且つ、Ｘ方向に直交するＹ方向に延びるＹ軸部材２０２を備える。Ｙ軸部材２
０２は、図１に示されるように造形領域１１０の上をＹ方向に延びる水平部分２０２ａと、水平部分２０２ａの両端から造形領域１１０に向かって下方向（Ｚ方向）に延びる垂直部分２０２ｂ部分とを備えるゲート状の構造物である。Ｙ軸部材２０２の垂直部分２０２ｂは、Ｘ軸移動機構２０４に連結されている。一実施形態において、Ｘ軸移動機構２０４は、たとえばボールネジを備える移動機構とすることができる。図１に示されるように、Ｘ軸移動機構２０４は、造形領域１１０のＹ方向の両端にＸ軸に沿って配置されている。

【0011】

一実施形態において、ガントリ機構２００のＹ軸部材２０２は、ＤＥＤノズル１５０および材料供給装置３００をＹ軸部材２０２の水平部分２０２ａ上でＹ方向に沿って移動させるためのＹ軸移動機構２０６を備える。一実施形態において、Ｙ軸移動機構２０６はボールネジを備える移動機構とすることができる。図１に示される実施形態において、ＤＥＤノズル１５０および材料供給装置３００は、Ｙ軸移動機構２０６により同時にＹ方向に移動される。

【0012】

一実施形態において、Ｙ軸部材２０２は、ＤＥＤノズル１５０をＺ方向に移動させるためのＺ軸移動機構を有する。一実施形態において、Ｚ軸移動機構は、たとえばボールネジを備える移動機構とすることができる。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向であり、高さ方向ともいえる。ＤＥＤノズル１５０をＺ方向に移動させることで、ＤＥＤノズル１５０の造形領域１１０に対する距離を調整することができる。

【0013】

一実施形態において、ＡＭ装置は制御装置５００を備える。制御装置５００は、ＡＭ装置の各種動作機構の動作を制御するように構成されている。制御装置５００は、一般的なコンピュータまたは専用コンピュータから構成することができる。

【0014】

図２は、一実施形態による、ＤＥＤノズル１５０および材料供給装置３００が搭載されたＹ軸部材２０２を概略的に示す斜視図である。図２に示される実施形態において、Ｙ軸部材２０２には、２つのＤＥＤノズル１５０および２つの材料供給装置３００が備えられている。図２に示される実施形態においては、１つのＤＥＤノズル１５０に対して粉体材料を供給するための材料供給装置３００が１つ備えられているが、１つの材料供給装置３００から２つのＤＥＤノズル１５０に粉体材料を供給できるように構成してもよい。

【0015】

図３は、一実施形態による、材料供給装置３００を概略的に示す斜視図である。図４は、一実施形態による、材料供給装置３００の構造を示す概略的な断面図である。一実施形態による材料供給装置３００は、粉体材料を保持するためのホッパ３０２を備える。ホッパ３０２は、粉体材料を保持する容器としての機能を持つ。ホッパ３０２の上面には開口３０４が設けられている。粉体材料は開口３０４からホッパ３０２内に供給される。図４に示されるように、ホッパ３０２の上面に、開口３０４を閉鎖するための閉鎖部材３０６が取り付けられている。閉鎖部材３０６は、弾性部材３０８により、開口３０４を閉鎖する方向に付勢されている。一実施形態において、弾性部材３０８はねじりバネとすることができる。

【0016】

一実施形態において、ホッパ３０２の上端には、上述のような開口３０４、閉鎖部材３０６、および弾性部材３０８を備えるキャップ３１０を備えることができる。図５は、一実施形態によるホッパ３０２に取り付けられるキャップ３１０を概略的に示す断面図である。また、一実施形態において、ホッパ３０２に取り付けられるキャップ３１０として、特願２０２０－１６９３６９号に開示のカバーを使用することもできる。

【0017】

一実施形態において、材料補充管を用いて開口３０４を通じてホッパ３０２内に粉体材料を供給することができる。図６は、一実施形態による材料補充管４００の構造を概略的に示す断面図である。図６に示される実施形態において、材料補充管４００は、略円筒形
の構造である。一実施形態において、材料補充管４００は、粉体材料が通過するための粉体通路４０２を備える。図６に示される実施形態において、ホッパ３０２の開口３０４に挿入される材料補充管４００の端部はテーパー面４０４を備える。図示の材料補充管４００において、テーパー面４０４の最も低い位置に隣接する材料補充管４００の側面に、粉体材料をホッパ３０２に供給するための粉体口４０６が設けられている。

【0018】

一実施形態において、材料補充管４００は、図６に示されるように、気体が通過するための気体通路４０８を備える。テーパー面４０４には、気体通路４０８に連絡する開口４１０が設けられている。

【0019】

図７は、一実施形態よる、材料補充管４００が、ホッパ３０２に挿入された状態を概略的に示す断面図である。図６、７に示される実施形態においては、材料補充管４００をホッパ３０２の開口３０４に挿入することで、材料補充管４００が閉鎖部材３０６を押し下げ、ホッパ３０２内にアクセスすることができる。図６、７に示される実施形態においては、材料補充管４００の端部はテーパー面４０４であり、側面に粉体口４０６が設けられている。そのため、粉体通路４０２を通った粉体材料は、底面であるテーパー面４０４に沿って、粉体口４０６から斜め方向に粉体材料が供給される。そのため、粉体材料が閉鎖部材３０６の上面に付着することを防止することができる。閉鎖部材３０６の上面に粉体材料が付着すると、閉鎖部材３０６のシール性能が損なわれる原因になる。また、材料補充管４００からホッパ３０２内に粉体材料を供給しているときに、ホッパ３０２内の空気は、開口４１０および気体通路４０８を通ってホッパ３０２の外部に排出することができる。

【0020】

一実施形態において、材料供給装置３００は、図４に示されるように、ホッパ３０２からＤＥＤノズル１５０に供給される粉体材料の重力を測定するための重量センサ３２０を備える。図４に示されるように、重量センサ３２０は、ホッパ３０２のホッパ出口３１２に連結されているケース３１２内に配置されている計量ディスク３２２および計量ディスク３２２に供給された粉体材料の重量を測定できるように構成されている。計量ディスク３２２は、モータ３２３に連結されており、回転可能に構成されている。ケース３１２には、キャリアガス源３３０からのガス供給管３３２が連結されている。さらに、計量ディスク３２２には、キャリアガスおよび粉体材料をＤＥＤノズル１５０に供給ための粉体供給管３３４が連結されている。ホッパ３０２から計量ディスク３２２に供給された粉体材料は、キャリアガスとともに粉体供給管３３４からＤＥＤノズル１５０に供給される。上述のような重量センサ３２０を備える材料供給装置３００を使用することで、ホッパ３０２からＤＥＤノズル１５０に供給された粉体材料、すなわち使用した粉体材料の重量が分かる。また、一実施形態において、重量センサ３２０は、ホッパ３０２およびホッパ３０２内に保持された粉体材料の重量を測定するように構成してもよい。

【0021】

図１とともに上述したように、材料供給装置３００は、Ｙ軸移動機構２０６によりＹ方向（水平方向）に移動可能であり、また、Ｙ軸部材２０２は、Ｘ軸移動機構２０４に連結されているため、Ｘ方向にも移動可能である。そのため、重量センサ３２０を備える材料供給装置３００は、Ｘ方向およびＹ方向（つまり水平面内で直交する２方向）に移動可能であるので、重量センサ３２０にもＸ方向およびＹ方向に加速度がかかる。そのため、重量センサ３２０は、Ｘ方向およびＹ方向の加速度が与えられても故障しないものを使用することが望ましい。たとえば、定格容量１５ｋｇで許容負荷が１５０％の重量センサの場合、重量センサに１５ｋｇの負荷（ホッパ３０２と粉体材料などの合計の重量）を載せている場合、合計で０．５ＧのＸ方向および／またはＹ方向の加速度まで許容できると考えられる。なお、「Ｇ」は重力加速度（＝９．８ｍ／ｓ^２）である。

【0022】

ただし、定格容量の大きな重量センサ３２０は、重量の測定分解能が小さくなる。その
ため、重量センサ３２０の定格容量をあまり大きくせずに、水平方向の加速度が小さくなるように、Ｘ軸移動機構２０４およびＹ軸移動機構２０６の動作を制御してもよい。一実施形態において、材料供給装置３００は、図３に示されるように、加速度センサ３４０を備える。加速度センサ３４０は、Ｘ方向およびＹ方向の２方向の加速度を測定できるものであることが望ましい。あるいは、Ｘ方向およびＹ方向の加速度を測定できるように、１方向の加速度を測定できる加速度センサを２つ材料供給装置３００に設けてもよい。一実施形態において、加速度センサ３４０は、静電容量式の加速度センサや他の任意の測定方式の加速度センサを使用することができる。

【0023】

一実施形態において、Ｘ軸移動機構２０４およびＹ軸移動機構２０６は、Ｘ方向およびＹ方向の加速度が所定値以下となるように制御される。具体的には、加速度センサ３４０からの出力を制御装置５００が受け取り、加速度センサ３４０からの出力に基づいて制御装置５００が、Ｘ軸移動機構２０４およびＹ軸移動機構２０６の動作を制御する。一実施形態において、材料供給装置３００は、加速度センサ３４０を備えずに、Ｘ方向およびＹ方向の加速度が所定値以下の範囲でＸ軸移動機構２０４およびＹ軸移動機構２０６の動作を制御するようにしてもよい。

【0024】

一実施形態において、重量センサ３２０は、材料供給装置３００が停止しているとき、または等速運動をしているときにだけ重量測定を行うように構成される。重量センサ３２０が停止しているとき、または等速運動をしているときにだけ重量測定を行うようにすることで、重量センサに水平方向の加速度が作用していない状態で重量測定を行うことができ、正確な重量を測定することができる。

【0025】

図３、４に示されるように、材料供給装置３００は、ホッパ３０２から供給された粉体材料をＤＥＤノズル１５０に供給するための粉体供給管３３４を備えている。図示の実施形態においては、計量ディスク３２２に粉体供給管３３４の一端が連結され、他端がＤＥＤノズル１５０に連結されている。

【0026】

一実施形態において、材料供給装置３００は、粉体供給管３３４を通過する粉体材料の量を測定するためのセンサ３５０を備える。図８は、図３に示されるセンサ３５０付近の拡大図である。一実施形態において、図８に示されるように、粉体供給管３３４の一部は、光学的に透明な透明管３３４ｔで構成される。本実施形態において、センサ３５０は、透明管３３４ｔに向けて光を照射するための光源３５２と、透明管３３４ｔを通った光を受光するための受光素子３５４と、を備える。図８に示されるように、光源３５２は、透明管３３４ｔを挟んで一方の側に配置され、受光素子３５４は他方の側に配置される。一実施形態において、光源３５２はＬＥＤ光源とすることができる。また、図８におけるセンサ３５０は透過型のセンサであるが、他の実施形態として、反射型のセンサを採用してもよい。反射型のセンサとしては、たとえば、上述の図８にける受光素子３５４の位置に反射板を配置し、上述の図８における光源３５２の位置に光源および受光素子を配置し、反射板から反射した光を受光素子で受光するように構成してもよい。

【0027】

図８に示される光学的なセンサ３５０を用いる場合、透明管３３４ｔを通過する粉体材料の流れに光を照射する。透明管３３４ｔを通過する粉体材料の量が多いほど光が減衰し、受光素子３５４で受光する光の光度は小さくなる。たとえば、図９は、透明管３３４ｔを通過する粉体流量と受光素子３５４で検出した光度との関係を示すグラフの一例である。図示のような透明管３３４ｔを通過する粉体材料の量と光度との関係を示す検量線を予め測定しておくことで、光度を測定することで透明管３３４ｔを通過する粉体材料の流量を検出することができる。受光素子３５４で受光した光の光度を時間積分することで、ホッパ３０２からＤＥＤノズル１５０に供給した粉体材料の量、すなわちＡＭ造形に使用した粉体材料の量を測定することができる。また。使用した粉体材料の量が分かれば、ホッ
パ３０２に保持されている粉体材料の残量も推定することができる。

【0028】

なお、透明管３３４ｔの材料として非導電性の材料を使用すると、静電気力により透明管３３４ｔの内面に粉体材料が付着し、透明管３３４ｔを通過する粉体材料の量を適切に測定できなくなる可能性がある。そこで、一実施形態において、透明管３３４ｔは導電性の材料から形成することができる。また、一実施形態において、透明管３３４ｔは帯電防止処理が施された導電性または非導電性の材料から構成されてもよい。導電性の透明な材料としては、半導電性ポリウレタンや透明導電ガラス、その他の任意の材料を利用することができる。また、帯電防止処理が施された透明管３３４ｔとして、ＰＦＡ－ＡＳチューブ（ニチアス社）を利用することもできる。

【0029】

図１０は、一実施形態による、図３に示されるセンサ３５０付近の拡大図である。図１０に示される実施形態においては、透明管３３４ｔの上流に分岐部が設けられており、分岐部の一端がガス源３５６に連結されている。図１０に示される実施形態において、ガス源３５６から透明管３３４ｔに加圧ガスを供給することができる。ガス源３５６のガスは、キャリアガスと同一のものとすることができ、たとえばアルゴンガスとすることができる。また、ガス源３５６として、キャリアガスのガス源３３０を使用してもよい。図１０に示される実施形態においては、ガス源３５６から透明管３３４ｔに加圧ガスを流すことにより、透明管３３４ｔの表面に付着した粉体材料を押し流すことができる。たとえば、ＤＥＤノズル１５０により１層分の造形が終了したら、ガス源３５６から透明管３３４ｔに加圧ガスを流して透明管３３４ｔの表面に付着した粉体材料を押し流すようにすることができる。また、一実施形態として、図１０のような分岐部およびガス源３５６を設けずに、粉体材料を供給しない状態で、ホッパ３０２から供給された粉体材料をＤＥＤノズル１５０に輸送するためのキャリアガスを、キャリアガス源３３０から高圧で粉体供給管３３４および透明管３３４ｔに供給してもよい。

【0030】

上述のように、透明管３３４ｔに帯電防止のための措置を施したり、高圧ガスにより透明管３３４ｔに付着した粉体材料を除去したりしても、透明管３３４ｔの内部表面の凹凸に粉体材料が入り込み、透明管３３４ｔに付着した粉体材料が取れなくなることがある。そうすると、使用時間とともに透明管３３４ｔの透明度が変化して、上述のような光学的な方法による粉体材料の使用量の測定を正確に行うことができなくなる。そのため、粉体材料が付着しにくい内面が平滑な透明管３３４ｔを使用することが望ましい。透明管３３４ｔの内面の表面粗さは、使用する粉体材料の平均粒子径の１／２以下であることが望ましい。表面粗さは、透明管３３４ｔの内面の凹凸の凹部の幅寸法を意味する。一例として、平均粒子径が５０μｍの粉体材料を使用する場合、透明管３３４ｔの内面の凹凸の凹部の寸法は２５μｍ以下とすることが望ましい。

【0031】

一実施形態において、透明管３３４ｔを新しいものに交換したときに、一定時間だけ透明管３３４ｔに粉体材料を流し続け、一定量の粉体材料を透明管３３４ｔに付着させてからＡＭ造形を行うようにすることができる。新品の透明管３３４ｔの場合は粉体材料の付着が起きやすく、ＡＭ造形を行っているときの透明管３３４ｔの透明度の変化が大きくなる。本実施形態のように、透明管３３４ｔを交換した後に、ＡＭ造形で使用する前に、透明管３３４ｔに粉体材料を流してある程度の量の粉体材料が透明管３３４ｔの内面に付着した状態にすることで、ＡＭ造形で使用中における透明管３３４ｔの透明度の変化を小さくすることができる。たとえば、粉体材料を流していないときの透明管３３４ｔの透明度が所定値となるまで粉体材料を透明管３３４ｔに流してから、透明管３３４ｔをＡＭ造形で使用するようにすることができる。また、ＡＭ造形において透明管３３４ｔを使用し続けることで、粉体材料を流していないときの透明管３３４ｔの透明度がさらに低い所定値となったら、透明管３３４ｔを新しい物に交換するようにする。

【0032】

また、一実施形態において、透明管３３４ｔの内側表面に粉体材料が残留している程度に応じて粉体流量を算出する検量線を変更してもよい。たとえば、図１１は、透明管３３４ｔの表面に粉体材料が全く残留していない新品の状態の場合の検量線、粉体材料が中程度に付着・残留した状態の検量線、および粉体材料が高程度に付着・残留した状態の検量線の例を示している。一例として、造形を始める前に、粉体材料を通さない状態で透明管３３４ｔの光度の測定を行い、透明管３３４ｔに粉体材料が付着・残留した程度を検出し、使用する検量線を選択するようにすることができる。また、造形を行っている際に、定期的に粉体材料を通さない状態で透明管３３４ｔの光度の測定を行い、透明管３３４ｔに粉体材料が付着・残留した程度を検出し、使用する検量線を選択するようにしてもよい。一例として、１層分の造形が終了し、次の層の造形を始める前に、上記の手順で検量線を選択してもよい。

【0033】

一実施形態において、材料供給装置３００は、ホッパ３０２に保持されている粉体材料の高さを測定するためのセンサ３６０を備える。図１２は、一実施形態による、材料供給装置３００のホッパ３０２の断面を概略的に示す図である。図１２に示される実施形態において、材料供給装置３００のセンサ３６０は、ホッパ３０２の第１高さの位置において、ホッパ３０２の内部に向けて水平に光を照射するように向けられた光源３６２と、ホッパ３０２の内部を通った光を受光するための受光素子３６４を備える。かかる実施形態による材料供給装置３００においては、粉体材料をホッパ３０２に補充しているときに、粉体材料がホッパ３０２内を通過する光を遮って受光素子３６４で光を検出できなくなったときに、十分な量の粉体材料がホッパ３０２内に補充されたとして、粉体材料のホッパ３０２への供給を停止することができる。また、図１２におけるセンサ３６０は透過型のセンサであるが、他の実施形態として、反射型のセンサを採用してもよい。反射型のセンサとしては、たとえば、上述の図１２にける受光素子３６４の位置に反射板を配置し、上述の図１２における光源３６２の位置に光源および受光素子を配置し、反射板から反射した光を受光素子で受光するように構成してもよい。

【0034】

なお、図１２に示される実施形態において、粉体材料をホッパ３０２に補充しているときに、供給された粉体材料が山を形成し、ホッパ３０２内に供給された粉体材料の量を正しく検出できない場合があり得る。そこで、一実施形態において、ホッパ３０２内に粉体材料を供給しているときに、ホッパ３０２に振動を与えて粉体材料が山を形成しないようにしてもよい。ホッパ３０２に与える振動は、たとえば、上述のＸ軸移動機構２０４またはＹ軸移動機構２０６により発生させてもよい。

【0035】

また、一実施形態において、ホッパ３０２への粉体材料の補充量の検出は、上述の重量センサ３２０により行ってもよい。

【0036】

図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃは、ＡＭ造形を行っているときのＡＭ装置１００を概略的に示す上面図である。図１３Ａ～Ｃに示される実施形態においては、ＡＭ装置１００は、複数のガントリ機構２００および複数のＤＥＤノズル１５０を備えている。各ＤＥＤ各１５０は、それぞれのガントリ機構２００により所定の造形領域１１０内を移動できるように構成されている。本実施形態によるＡＭ装置１００は、複数のＤＥＤノズル１５０およびガントリ機構２００により、大きな造形領域を備え、相対的に大きな造形物を製造することができる。

【0037】

図１３Ａ～Ｃは、一実施形態による、ＡＭ装置を概略的に示す上面図であり、造形中の様子を示す図である。図１３Ａは、造形中の様子を示しており、ガントリ機構２００およびＤＥＤノズル１５０の位置は造形位置に応じて様々な位置に移動する。図１３Ｂは、一層分の造形が終了し、各ＤＥＤノズル１５０が退避位置で待機しており、また、各ガントリ機構２００が所定の位置で待機している状態を示している。なお、各ガントリ機構２０
０およびＤＥＤノズル１５０が待機している際に、材料供給装置３００への粉体材料の補充を行ってもよい。

【0038】

図１３Ａ～Ｃに示される実施形態において、ＡＭ装置１００は、粉体敷詰機構１３０を備える。粉体敷詰機構１３０は、造形領域１１０に粉体材料を敷き詰める機能を持つ。粉体敷詰機構１３０は、任意の構造のものを使用することができ、ＰＢＦ方式のＡＭ装置に使用される粉体敷詰機構などを使用することができる。図１３Ｃに示されるように、ＤＤＥＤノズル１５０およびガントリ機構２００が退避位置にあり待機しているときに、粉体敷詰機構１３０が、造形領域１１０に粉体材料を敷き詰めることができる。一例として、粉体敷詰機構１３０は、ガントリ機構２００のＹ軸部材２０２の下をくぐって移動し、造形領域１１０に粉体材料を敷き詰める。その後、図１３Ａに示されるように、次の層の造形を行うことができる。

【0039】

上述の実施形態から少なくとも以下の技術的思想が把握される。
［形態１］形態１によれば、ＡＭ装置が提供され、かかるＡＭ装置は、粉体材料を出射するためのＤＥＤノズルと、前記ＤＥＤノズルを移動させるためのガントリ機構と、前記ＤＥＤノズルへ粉体材料を供給するための材料供給装置と、を有し、前記ガントリ機構は、水平方向であるＸ方向に移動可能な、前記Ｘ方向に垂直でありかつ水平方向であるＹ方向に延びるＹ軸部材を有し、前記ＤＥＤノズルおよび前記材料供給装置は、前記ガントリ機構の前記Ｙ軸部材に取り付けられ、前記ガントリ機構は、前記ＤＥＤノズルおよび前記材料供給装置を、前記Ｙ軸部材上で、Ｙ方向に沿って移動させるためのＹ軸移動機構を有する。

【0040】

［形態２］形態２によれば、形態１によるＡＭ装置において、前記ガントリ機構は、前記ＤＥＤノズルを、前記Ｘ方向および前記Ｙ方向に直交するＺ方向に移動させるためのＺ軸移動機構を有する。

【0041】

［形態３］形態３によれば、形態１または形態２によるＡＭ装置において、前記材料供給装置は、粉体材料を保持するための容器と、前記容器の上端に取り付けられるキャップと、を有し、前記キャップは、前記容器の内部に連通する開口と、前記開口を閉鎖する閉鎖位置と開放する開放位置との間で移動可能な閉鎖部材と、前記閉鎖部材を前記閉鎖位置に付勢する弾性部材と、を有する。

【0042】

［形態４］形態４によれば、形態３によるＡＭ装置において、前記キャップの前記開口に挿入可能な粉体補充管を有し、前記粉体補充管は、粉体材料が通過するための粉体通路と、気体が通過するための、前記粉体通路とは別の気体通路と、を有する。

【0043】

［形態５］形態５によれば、形態４によるＡＭ装置において、前記粉体補充管は、前記キャップの前記開口に挿入される先端側はテーパー面を有し、前記テーパー面の最も低い位置に隣接する側面に、粉体材料を前記容器に供給するための粉体口が形成されている。

【0044】

［形態６］形態６によれば、形態１から形態５のいずれか１つの形態によるＡＭ装置において、前記材料供給装置から前記ＤＥＤノズルに供給される粉体材料の重量を測定するための重量センサを有する。

【0045】

［形態７］形態７によれば、形態６によるＡＭ装置において、前記Ｙ軸移動機構は、前記重量センサに与えられる水平方向の加速度が所定値以下となるように前記材料供給装置の移動を制御するように構成されている。

【0046】

［形態８］形態８によれば、形態６または形態７によるＡＭ装置において、前記重量セ
ンサ与えられる加速度を測定するための加速度センサを有する。

【0047】

［形態９］形態９によれば、形態６から形態８のいずれか１つの形態によるＡＭ装置において、前記重量センサは、前記材料供給装置が静止しているときまたは等速直線運動をしているときにだけ前記材料供給装置の重量を測定するように構成されている。

【0048】

［形態１０］形態１０によれば、形態１から形態９のいずれか１つの形態によるＡＭ装置において、前記材料供給装置から、前記ＤＥＤノズルへ粉体材料を供給するための粉体供給管と、前記粉体供給管を通過する粉体材料の量を測定するためのセンサと、を有する。

【0049】

［形態１１］形態１１によれば、形態１０によるＡＭ装置において、前記粉体供給管の少なくとも一部は光学的に透明な透明管で構成され、前記透明管に向けて光を照射するための光源と、前記透明管を通った光を受光するための受光素子と、を有する。

【0050】

［形態１２］形態１２によれば、形態１１によるＡＭ装置において、前記透明管は、帯電防止材料から形成されている。

【0051】

［形態１３］形態１３によれば、形態１１または形態１２によるＡＭ装置において、前記粉体供給管は、前記透明管よりも上流で、ガス源に連結されている。

【0052】

［形態１４］形態１４によれば、形態１１から形態１３のいずれか１つの形態によるＡＭ装置において、前記透明管の内面の表面粗さは、粉体材料の平均粒径の１／２以となるように構成されている。

【0053】

［形態１５］形態１５によれば、形態１から形態１４のいずれか１つの形態によるＡＭ装置において、前記材料供給装置は、粉体材料を保持するための容器を有し、前記容器の第１高さにおいて、前記容器の内部に向けて光を照射するための光源と、前記第１高さにおいて前記容器内を通った光を受光するための受光素子と、を有する。

【0054】

［形態１６］形態１６によれば、形態１から形態１５のいずれか１つの形態によるＡＭ装置において、前記材料供給装置は、前記材料供給装置に粉体材料が供給されたときに、前記材料供給装置に振動が与えられるように構成されている。

【符号の説明】

【0055】

１００…ＡＭ装置
１１０…造形領域
１３０…粉体敷詰機構
１５０…ＤＥＤノズル
２００…ガントリ機構
２０２…Ｙ軸部材
２０４…Ｘ軸移動機構
２０６…Ｙ軸移動機構
３００…材料供給装置
３０２…ホッパ
３０４…開口
３０６…閉鎖部材
３０８…弾性部材
３１０…キャップ
３１２…ホッパ出口
３２０…重量センサ
３２２…計量ディスク
３３０…キャリアガス源
３３０…ガス源
３３２…ガス供給管
３３４…粉体供給管
３３４ｔ…透明管
３４０…加速度センサ
３５２…光源
３５４…受光素子
３５６…ガス源
３６２…光源
３６４…受光素子
４００…材料補充管
４０２…粉体通路
４０４…テーパー面
４０６…粉体口
４０８…気体通路
４１０…開口
５００…制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図13C】