特開 2024-27135 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】P2024027135

(43)【公開日】2024-02-29

(54)【発明の名称】三次元積層造形装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/20 20210101AFI20240221BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20240221BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240221BHJP

   B29C 64/255 20170101ALI20240221BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240221BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240221BHJP

【ＦＩ】

B22F12/20

B22F10/28

B29C64/153

B29C64/255

B33Y30/00

B33Y50/02

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023213800

(22)【出願日】2023-12-19

(62)【分割の表示】P 2021131895の分割

【原出願日】2021-08-13

(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】弁理士法人信友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】成瀬 達雄

(72)【発明者】

【氏名】宮北 歩

(72)【発明者】

【氏名】台野 洋平

(57)【要約】

【課題】造形中に投入される熱量を従来よりも効率良く利用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】粉末材料が敷き詰められるステージと、ステージを囲む状態に配置される筒状の造形ボックスと、を備える三次元積層造形装置であり、造形ボックスは、ステージを囲む第１の筒状部材と、第１の筒状部材を介してステージを囲むとともに、第１の筒状部材との間に空間を形成する第２の筒状部材とを有する側壁部を備えている。また、造形ボックスは、空間に冷媒を供給する冷媒冷却部を備えている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

粉末材料が敷き詰められるステージと、
前記ステージを囲む状態に配置される筒状の造形ボックスと、
を備える三次元積層造形装置であって、
前記造形ボックスは、前記ステージを囲む第１の筒状部材と、前記第１の筒状部材を介して前記ステージを囲むとともに、前記第１の筒状部材との間に空間を形成する第２の筒状部材とを有する側壁部を備え、
前記空間に冷媒を供給する冷媒冷却部を備える
三次元積層造形装置。

【請求項2】

前記第１の筒状部材の外面および前記第２の筒状部材の内面のうち、少なくとも一方の面に溝が形成されており、
前記空間は、前記溝によって形成されている
請求項１に記載の三次元積層造形装置。

【請求項3】

前記溝は、螺旋状に形成されている
請求項２に記載の三次元積層造形装置。

【請求項4】

前記第１の筒状部材の外面と前記第２の筒状部材の内面とは、前記溝の形成部位を除いて、隙間を介して対向している
請求項２または３に記載の三次元積層造形装置。

【請求項5】

前記隙間は、前記第１の筒状部材の外面および前記第２の筒状部材の内面のうち、少なくとも一方の面に形成された微細な凹凸によって形成されている
請求項４に記載の三次元積層造形装置。

【請求項6】

前記溝を真空引きする真空ポンプを備える
請求項２または３に記載の三次元積層造形装置。

【請求項7】

前記溝の長さ方向の一端側に接続された第１の接続配管と、
前記溝の長さ方向の他端側に接続された第２の接続配管と、
前記第１の接続配管および前記第２の接続配管に設けられた複数のバルブと、
を備え、
前記溝を真空引きする状態と前記溝に冷媒を供給する状態とを、前記複数のバルブの開閉によって切り替え可能に構成されている
請求項２または３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、層状に敷き詰められた粉末材料にビームを照射して粉末材料を溶融および凝固させるとともに、凝固させた層を順に積み重ねて三次元構造の造形物を形成する三次元積層造形装置が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－４２４６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

三次元積層造形装置においては、造形ボックスによって囲まれるステージ上に粉末材料を敷き詰め、この粉末材料にビームを照射することにより、粉末材料を加熱する。その際、ビームの照射によって投入する熱量は、造形物の品質、造形時間、環境負荷などの観点から、極力少ない方が望ましい。

【0005】

しかしながら、従来の三次元積層造形装置では、ビームの照射によって投入した熱量の一部が、造形ボックスから輻射熱として外部に流出していた。このため、造形中に投入される熱量が必ずしも効率良く利用されているとは言えなかった。

【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、造形中に投入される熱量を従来よりも効率良く利用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】

本発明は、粉末材料が敷き詰められるステージと、ステージを囲む状態に配置される筒状の造形ボックスと、を備える三次元積層造形装置である。造形ボックスは、ステージを囲む第１の筒状部材と、第１の筒状部材を介してステージを囲むとともに、第１の筒状部材との間に空間を形成する第２の筒状部材とを有する側壁部を備えている。また、造形ボックスは、空間に冷媒を供給する冷媒冷却部を備えている。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、造形中に投入される熱量を従来よりも効率良く利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１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面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る三次元積層造形装置が備える造形ボックスの構成を示す斜視図である。

【図3】図２に示す造形ボックスの一部を拡大した縦断面図である。

【図4】図３のＡ部を拡大した図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る三次元積層造形装置が備える流体圧回路の構成例を示す概略図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係る三次元積層造形装置が備える造形ボックスの一部を拡大した縦断面図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係る三次元積層造形装置が備える造形ボックスの一部を拡大した縦断面図である。

【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】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１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面図である。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。

【0012】

図１に示すように、三次元積層造形装置１０は、真空チャンバー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、回収ボックス２２と、ステージ２４と、ステージ移動装置２６と、を備えている。

【0013】

真空チャンバー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ためのチャンバーである。

【0014】

ビーム照射装置１４は、造形面３２ａに向かって電子ビーム１５を照射する装置である。造形面３２ａは、ステージ２４の上に敷き詰められる金属粉末３２の上面に相当する。
ビーム照射装置１４は、図示はしないが、電子ビームの発生源となる電子銃と、電子銃が発生した電子ビームを制御する光学系とを備える。光学系は、集束レンズ、対物レンズ、偏向レンズなどを備える。集束レンズは、電子銃が発生する電子ビーム１５を集束させるレンズである。対物レンズは、集束レンズで集束させた電子ビーム１５を造形面３２ａの近傍に合焦させるためのレンズである。偏向レンズは、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。

【0015】

粉末供給装置１６は、造形物の原材料となる粉末材料としての金属粉末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、アーム１６ｃとを有している。ホッパー１６ａは、金属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に貯蔵されている金属粉末を造形テーブル１８上に投下する機器である。アーム１６ｃは、Ｙ方向に長い長尺状の部材である。
アーム１６ｃは、粉末投下器１６ｂによって投下された金属粉末を、造形テーブル１８およびステージ２４の上に敷き詰める。アーム１６ｃは、造形テーブル１８およびステージ２４の全面に金属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。

【0016】

造形テーブル１８は、真空チャンバー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の中央部は開口している。造形テーブル１８の開口形状は、平面視円形または平面視角形である。

【0017】

造形ボックス２０は、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は、筒状に形成されている。造形ボックス２０は、ステージ２４を囲む状態に配置されている。造形ボックス２０の横断面形状は、造形テーブル１８の開口形状と同じ形状である。たとえば、造形テーブル１８の開口形状が平面視円形であれば、造形ボックス２０の横断面形状は円形となり、造形テーブル１８の開口形状が平面角形であれば、造形ボックス２０の横断面形状は角形となる。本実施形態においては、一例として、造形ボックス２０の横断面形状が円形、すなわち造形ボックス２０が円筒形に形成されているものとする。造形ボックス２０の上端部は、造形テーブル１８の開口縁に接続されている。

【0018】

回収ボックス２２は、粉末供給装置１６によって造形テーブル１８上に供給された金属粉末３２のうち、余剰の金属粉末３２を回収するボックスである。回収ボックス２２は、Ｘ方向の一方と他方に１個ずつ設けられている。

【0019】

ステージ２４は、上下方向（Ｚ方向）に移動可能に設けられている。ステージ２４は、造形ボックス２０の内周面に沿って上下方向に摺動する。ステージ２４の外周部にはシール部材２８が取り付けられている。シール部材２８は、ステージ２４の外周部と造形ボックス２０の内周面との間で、摺動性および密閉性を保持する部材である。シール部材２８は、耐熱性および弾力性を有する材料によって構成される。

【0020】

ステージ移動装置２６は、ステージ２４を上下方向に移動させる装置である。ステージ移動装置２６は、シャフト２６ａと、駆動機構部２６ｂとを備えている。シャフト２６ａは、ステージ２４の下面に接続されている。駆動機構部２６ｂは、図示しないモータと動力伝達機構とを備え、モータを駆動源として動力伝達機構を駆動することにより、ステージ２４をシャフト２６ａと一体に上下方向に移動させる。動力伝達機構は、たとえば、ラックアンドピニオン機構、ボールネジ機構などによって構成される。

【0021】

続いて、上記構成からなる三次元積層造形装置１０を用いて三次元構造の造形物を形成する場合の基本的な手順について説明する。
まず、ステージ２４の上面を造形テーブル１８の上面よりも下げた状態で、ステージ２４の上に金属粉末３２を層状に敷き詰める。このとき、粉末供給装置１６は次のように動作する。まず、ホッパー１６ａに貯蔵されている金属粉末を粉末投下器１６ｂにて計量することにより、予め決められた量の金属粉末３２を粉末投下器１６ｂから造形テーブル１８上に投下する。次に、アーム１６ｃは、Ｘ方向に往復移動する。具体的には、アーム１６ｃは、ホームポジションＨＰから折り返しポジションＴＰへと移動した後、折り返しポジションＴＰからホームポジションＨＰへと戻る。これにより、造形テーブル１８およびステージ２４の全面に金属粉末３２が均一に敷き詰められる。また、余分な金属粉末３２は、回収ボックス２２に回収される。

【0022】

次に、ビーム照射装置１４は、金属粉末３２の上面（造形面３２ａ）に電子ビーム１５を照射することにより、金属粉末３２を仮焼結させる。このとき、ビーム照射装置１４は、目的とする造形物よりも広範囲に電子ビーム１５を照射するとともに、金属粉末３２が過度に加熱されないように電子ビーム１５をデフォーカスさせる。

【0023】

次に、ビーム照射装置１４は、金属粉末３２の上面に電子ビーム１５を照射することにより、仮焼結体としての金属粉末３２を溶融および凝固させる。この工程は本焼結工程とも呼ばれる。本焼結工程において、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二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２４上の金属粉末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金属粉末３２は、電子ビーム１５が通過した後に凝固する。

【0024】

次に、ビーム照射装置１４は、次層の金属粉末３２を敷き詰めるための準備として、金属粉末３２の上面に電子ビーム１５を照射することにより、金属粉末３２を予備加熱する。このとき、ビーム照射装置１４は、電子ビーム１５をデフォーカスさせる。

【0025】

次に、ステージ移動装置２６は、ステージ２４を所定量だけ下降させる。所定量は、造形物を積層によって造形するときの一層分の厚さに相当する。

【0026】

以降は、造形物の造形が終了するまで上記動作を繰り返す。造形物の造形は、造形物の造形に必要な層の数だけ金属粉末３２の溶融および凝固が行なわれた段階で終了となる。
これにより、目的とする造形物が得られる。

【0027】

このように、造形物の造形を終了するまでには、金属粉末３２の仮焼結、本焼結または予備加熱を繰り返し行ない、その都度、電子ビーム１５の照射によって熱量を投入する必要がある。その際、投入した熱量の一部が造形ボックス２０から輻射熱として外部に流出すると、より多くの熱量を投入する必要があり、熱効率の観点から好ましくない。そこで本実施形態においては、以下のような構成を採用している。

【0028】

図２は、本発明の第１実施形態に係る三次元積層造形装置１０が備える造形ボックス２０の構成を示す斜視図であり、図３は、図２に示す造形ボックス２０の一部を拡大した縦断面図である。

【0029】

図２および図３に示すように、造形ボックス２０は円筒状に形成されている。造形ボックス２０は側壁部４０を備えている。側壁部４０は、造形中に金属粉末３２から受ける圧力に耐えられる程度の機械強度を確保し、かつ、熱による変形を抑えるために、適度な厚みを有する。側壁部４０は２層構造になっている。具体的には、側壁部４０は、円筒状の内側パイプ４１と、内側パイプ４１よりも外径の大きい円筒状の外側パイプ４２とを有している。上記図１に示すように、造形ボックス２０の内側にステージ２４を配置した場合、内側パイプ４１は、ステージ２４を囲むように配置され、外側パイプ４２は、内側パイプ４１を介してステージ２４を囲むように配置される。

【0030】

内側パイプ４１は、第１の筒状部材に相当し、外側パイプ４２は、第２の筒状部材に相当する。また、内側パイプ４１の内周面は、第１の筒状部材の内面に相当し、内側パイプ４１の外周面は、第１の筒状部材の外面に相当する。また、外側パイプ４２の内周面は、第２の筒状部材の内面に相当し、外側パイプ４２の外周面は、第２の筒状部材の外面に相当する。

【0031】

内側パイプ４１および外側パイプ４２は、いずれも金属（合金を含む）によって構成されている。内側パイプ４１および外側パイプ４２を構成する金属の一例としてはステンレス鋼を挙げることができる。

【0032】

内側パイプ４１は、外側パイプ４２よりも肉厚に形成されている。内側パイプ４１の内周面は、上述したシール部材２８の摺動によってステージ２４の移動を円滑に行なえるよう、凹凸のない曲面となっている。これに対して、内側パイプ４１の外周面には溝４５が形成されている。溝４５は、造形ボックス２０の中心軸を中心に螺旋状に形成されている。溝４５は、ｍｍ単位で表される程度の深さ、すなわちｍｍオーダーの深さ寸法を有する。溝４５の縦断面形状は、たとえば四角形、半円形、三角形など、任意の形状を採用することができる。また、溝４５の幅および深さ寸法は、後述する冷媒を流すことができる範囲で、任意に変更可能である。また、溝４５は、後述する冷媒の流れやすさなどを考慮すると螺旋状に形成することが好ましいものの、螺旋状以外の形状に形成してもよい。

【0033】

溝４５の長さ方向の一端部４５ａは、造形ボックス２０の上端部近傍に配置され、溝４５の長さ方向の他端部４５ｂは、造形ボックス２０の下端部近傍に配置されている。そして、溝４５は、一端部４５ａから他端部４５ｂまで連続して形成されている。本実施形態においては、内側パイプ４１の外周面に溝４５が螺旋状に形成されているため、溝４５の長さ方向は、内側パイプ４１の外周面に沿う螺旋方向となる。

【0034】

また、内側パイプ４１の外周面には、突条部４６が形成されている。突条部４６は、Ｚ方向において、溝４５と隣り合わせに形成されている。突条部４６は、溝４５と同様に螺旋状に形成されている。突条部４６は、溝４５の底面から、溝４５の深さ寸法と同じ寸法で径方向外側に突き出している。つまり、内側パイプ４１の外周面は、溝４５と突条部４６がＺ方向に交互に並んだ凹凸構造になっている。

【0035】

外側パイプ４２は、内側パイプ４１の外周面の全面を覆うように配置されている。外側パイプ４２は、内側パイプ４１と溶接によって接合され、これによって造形ボックス２０の上下端が封止されている。具合的には、造形ボックス２０の上端部は、内側パイプ４１の上端面と外側パイプ４２の上端面とを、造形ボックス２０の全周にわたって溶接することにより、気体や液体などの流体が漏れないように封止されている。同様に、造形ボックス２０の下端部は、内側パイプ４１の下端面と外側パイプ４２の下端面とを、造形ボックス２０の全周にわたって溶接することにより、流体が漏れないように封止されている。なお、内側パイプ４１と外側パイプ４２とを接合する方法は、造形ボックス２０の上下端を封止できる方法であれば、溶接以外の方法を採用してもかまわない。

【0036】

外側パイプ４２の内周面は、凹凸のない曲線となっている。このため、内側パイプ４１の外周面に外側パイプ４２を被せると、内側パイプ４１と外側パイプ４２との間に空間４７が形成される。この空間４７は、側壁部４０の内部に溝４５によって形成される空間である。このため、空間４７は、溝４５の長さ方向の一端部４５ａから他端部４５ｂまで連続してつながっている。

【0037】

また、内側パイプ４１の外周面と外側パイプ４２の内周面とは、図４に示すように、溝４５の形成部位を除いて、隙間４８を介して対向している。換言すると、内側パイプ４１の突条部４６は、隙間４８を介して外側パイプ４２の内周面と対向している。隙間４８は、μｍ単位で表される程度の微小な隙間、すなわちμｍオーダーの寸法の隙間である。つまり、隙間４８の寸法は、溝４５の深さ寸法に比較して十分に小さい。また、溝４５と隙間４８の断面積を比較しても、隙間４８の断面積は溝４５の断面積に比較して十分に小さい。

【0038】

外側パイプ４２には、２つの接続配管５１ａ，５１ｂが接続されている。２つの接続配管５１ａ，５１ｂのうち、いずれか一方は第１の接続配管に相当し、他方は第２の接続配管に相当する。接続配管５１ａは、ジョイント５２ａを介して溝４５の一端部４５ａに連通し、接続配管５１ｂは、ジョイント５２ｂを介して溝４５の他端部４５ｂに連通している。連通とは、空間的につながっている状態をいう。ジョイント５２ａは、接続配管５１ａを接続するために外側パイプ４２に取り付けられ、ジョイント５２ｂは、接続配管５１ｂを接続するために外側パイプ４２に取り付けられている。

【0039】

図５は、本発明の第１実施形態に係る三次元積層造形装置１０が備える流体圧回路の構成例を示す概略図である。
図５に示すように、流体圧回路５０は、上述した溝４５に連通するように外側パイプ４２に接続された２つの接続配管５１ａ，５１ｂと、３つのバルブ５５，５６，５７と、真空ポンプ６１と、冷媒供給部６２と、を備えている。バルブ５５は、接続配管５１ａに設けられている。接続配管５１ａの終端部は大気中に開放されている。

【0040】

一方、接続配管５１ｂは分岐部５３を有し、分岐部５３で接続配管５１ｂ－１と接続配管５１ｂ－２とに分岐している。バルブ５６は接続配管５１ｂ－１に設けられ、バルブ５７は接続配管５１ｂ－２に設けられている。接続配管５１ｂ－１は、バルブ５６を介して真空ポンプ６１に接続されている。接続配管５１ｂ－２は、バルブ５７を介して冷媒供給部６２に接続されている。

【0041】

真空ポンプ６１は、溝４５を真空引きするためのポンプである。冷媒供給部６２は、溝４５に冷媒を供給する部分である。冷媒供給部６２が供給する冷媒は、水のような液体でもよいし、空気のような気体でもよい。各々のバルブ５５，５６，５７は、真空ポンプ６１を用いた真空引きに耐えられるよう、真空バルブによって構成することが望ましい。

【0042】

続いて、上記構成からなる流体圧回路５０を用いた三次元積層造形方法について説明する。
まず、三次元積層造形装置１０によって造形物の造形を開始する場合は、それに先立ってバルブ５５およびバルブ５７を共に閉状態とし、バルブ５６を開状態として、真空ポンプ６１を作動させる。これにより、造形ボックス２０の側壁部４０において、溝４５によって形成された空間４７が真空引きされる。また、溝４５によって形成された空間４７は隙間４８とつながっている。このため、真空ポンプ６１によって溝４５を真空引きすると、隙間４８の部分も真空引きされる。その結果、造形ボックス２０の側壁部４０の内部に真空断熱層が形成される。この真空断熱層は、溝４５および空間４７の形成部位と、隙間４８の形成部位の両方、つまり側壁部４０の全域に形成される。

【0043】

このように側壁部４０の内部に真空断熱層を形成することにより、造形ボックス２０の断熱性が大幅に向上する。このため、造形ボックス２０内の熱が造形ボックス２０外に逃げにくくなる。三次元積層造形装置１０によって造形物を形成する場合は、側壁部４０内に真空断熱層を形成した状態で造形物の造形を開始し、その状態を造形物の造形を終了するまで維持する。つまり、造形物の造形中は、側壁部４０の内部に真空断熱層を形成した状態に維持する。これにより、造形中に電子ビーム１５の照射によって投入される熱量のうち、造形ボックス２０から輻射熱として外部に流出する熱量を減らすことができる。このため、造形中に投入される熱量を従来よりも効率良く利用することができる。

【0044】

ただし、造形物の造形終了後に、側壁部４０内に真空断熱層を形成した状態に維持すると、造形物の温度が下がりにくくなる。このため、造形ボックス２０から造形物を取り出せるようになるまで長い時間がかかってしまう。

【0045】

そこで、三次元積層造形装置１０で造形物の造形を終了した場合は、真空チャンバー１２内を真空状態に維持しつつ、バルブ５５およびバルブ５７を共に開状態とし、バルブ５６を閉状態として、冷媒供給部６２を作動させる。これにより、造形ボックス２０の側壁部４０内の溝４５に対し、冷媒供給部６２から接続配管５１ｂを通して冷媒が供給される。

【0046】

このように造形ボックス２０の側壁部４０内の溝４５に冷媒を供給することにより、造形ボックス２０が冷却される。このため、造形物の温度を早く下げることができる。したがって、造形ボックス２０から造形物を取り出せるようになるまでの時間を短縮することができる。また、従来においては、真空チャンバー１２内に不活性ガスを供給し、不活性ガス中で造形物を冷却する技術も知られているが、この従来技術では、不活性ガスに含まれる不純物の影響で造形物が酸化する可能性がある。これに対し、本実施形態では、造形終了後も真空チャンバー１２内を真空状態に維持し、真空中で造形物を冷却するため、造形物が酸化するおそれがない。

【0047】

また、本実施形態においては、溝４５の深さ寸法に比較して隙間４８の寸法が非常に小さくなっており、その分、両者の断面積が大きく異なっている。このため、接続配管５１ｂを通して供給される冷媒は、溝４５および空間４７の形成部位には流れやすく、隙間４８の形成部位には流れにくくなる。よって、造形ボックス２０の側壁部４０内に、溝４５による空間４７とこれに通じる隙間４８とを形成した場合でも、冷媒を溝４５に優先的に流すことができる。また、溝４５による冷媒の流路を長く確保した場合でも、溝４５の長さ方向の一端から他端まで冷媒を流すことができる。このため、造形ボックス２０の全体にわたって溝４５を形成することにより、造形ボックス２０全体を冷媒によって冷却することができる。特に、溝４５を螺旋状に形成した場合は、溝４５のカーブが緩やかになって冷媒が流れやすくなるとともに、冷媒の流路長を長く確保することができる。このため、十分な熱交換によって造形物を効率良く冷却することができる。

【0048】

以上のことから、本発明の第１実施形態に係る三次元積層造形装置１０によれば、造形ボックス２０の断熱性が向上するという第１の効果と、造形物の冷却時間が短くなるという第２の効果、すなわち相反する２つの効果を同時に得ることができる。

【0049】

なお、上記第１実施形態においては、接続配管５１ｂを２つに分岐させて、接続配管５１ｂ－１に真空ポンプ６１を接続し、接続配管５１ｂ－２に冷媒供給部６２を接続したが、流体圧回路５０の構成は種々の変更が可能である。たとえば、接続配管５１ａを２つに分岐させて、一方の接続配管に真空ポンプ６１を接続し、他方の接続配管に冷媒供給部６２を接続してもよい。また、接続配管５１ａおよび接続配管５１ｂのうち、いずれか一方の接続配管に真空ポンプ６１を接続し、他方の接続配管に冷媒供給部６２を接続してもよい。

【0050】

また、上記第１実施形態においては、接続配管５１ａの終端部を大気中に開放しているが、これに限らず、接続配管５１ａの終端部を図示しない循環用の配管によって冷媒供給部６２に接続することにより、流体圧回路５０内で冷媒を循環させてもよい。

【0051】

＜第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本発明の第２実施形態においては、上述した第１実施形態と比較して、造形ボックス２０の側壁部４０の構造が異なる。具体的には、本発明の第２実施形態においては、図６に示すように、造形ボックス２０の側壁部４０を構成する内側パイプ４１および外側パイプ４２のうち、内側パイプ４１の外周面の一部である、突条部４６の頂面に微細な凹凸４４が形成され、この凹凸４４によって隙間４８Ａが形成されている。そして、内側パイプ４１の外周面と外側パイプ４２の内周面とは、溝４５の形成部位を除いて、微細な凹凸４４による隙間４８Ａを介して対向している。

【0052】

微細な凹凸４４は、溝４５の長さ方向の一端側から冷媒を供給した場合に、この冷媒が溝４５に優先的に流れるように、溝４５の深さ寸法に比べて凸部と凹部の高低差が充分に小さい凹凸であればよい。具体的には、溝４５の深さ寸法をｍｍオーダー（たとえば、数ｍｍから十数ｍｍ）とし、凹凸４４の高低差をμｍオーダー（たとえば、数μｍから数十μｍ）とすればよい。微細な凹凸４４は、突条部４６の頂面を機械的または化学的に粗面化して形成してもよい。

【0053】

このように突条部４６の頂面に微細な凹凸４４を形成することにより、上記第１実施形態の場合と同様の効果に加えて、次のような効果が得られる。
まず、内側パイプ４１の外周面に外側パイプ４２の内周面を接触させた場合に、内側パイプ４１と外側パイプ４２との間に、微細な凹凸４４による隙間４８Ａを確保することができる。また、内側パイプ４１の突条部４６と外側パイプ４２の内周面とは、微細な凹凸４４によって点接触または線接触した状態となる。このため、内側パイプ４１と外側パイプ４２との接触面積を極力小さくして、内側パイプ４１から外側パイプ４２への熱の移動を抑えることができる。また、内側パイプ４１に外側パイプ４２を被せた場合、外側パイプ４２の形状を微細な凹凸４４によって保持することができる。また、溝４５を真空引きした場合に、微細な凹凸４４の存在により、外側パイプ４２の変形や張り付きなどを抑制することができる。

【0054】

なお、上記第２実施形態においては、内側パイプ４１の突条部４６の頂面に微細な凹凸４４を形成しているが、本発明はこれに限らず、外側パイプ４２の内周面に微細な凹凸を形成してもよい。

【0055】

＜第３実施形態＞
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。なお、本発明の第３実施形態においては、上述した第１実施形態と比較して、造形ボックス２０の側壁部４０の構造が異なる。具体的には、本発明の第３実施形態においては、図７に示すように、外側パイプ４２Ａの内周面に螺旋状の溝４５Ａを形成し、この溝４５Ａによって側壁部４０Ａの内部に空間４７Ａを形成している。このような構成を採用した場合でも、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0056】

＜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。

【0057】

たとえば、上記第１実施形態および上記第２実施形態においては、内側パイプ４１の外周面に溝４５を形成し、上記第３実施形態においては、外側パイプ４２Ａの内周面に溝４５Ａを形成しているが、本発明はこれに限らず、内側パイプの外周面および外側パイプの内周面の両方に溝を形成してもよい。

【0058】

また、上記第２実施形態においては、突条部４６の頂面に微細な凹凸４４を形成しているが、これと同様の技術思想を上記第３実施形態に適用することも可能である。具体的には、図７に示す外側パイプ４２Ａの内周面のうち、溝４５Ａの形成部位を除く面に微細な凹凸を形成してもよいし、内側パイプ４１Ａの外周面に微細な凹凸を形成してもよい。

【0059】

また、上述した各実施形態においては、造形ボックス２０の側壁部４０，４０Ａを２層構造としているが、本発明はこれに限らず、造形ボックス２０の側壁部４０，４０Ａを３層以上の多層構造としてもよい。

【符号の説明】

【0060】

１０…三次元積層造形装置、２０…造形ボックス、２４…ステージ、３２…金属粉末（粉末材料）、４０，４０Ａ…側壁部、４１，４１Ａ…内側パイプ（第１の筒状部材）、４２，４２Ａ…外側パイプ（第２の筒状部材）、４４…凹凸、４５，４５Ａ…溝、４７，４７Ａ…空間、４８，４８Ａ…隙間、５１ａ…接続配管、５１ｂ…接続配管、５５，５６，５７…バルブ、６１…真空ポンプ、６２…冷媒供給部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】