知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】
(24)【登録日】2022-12-05
(45)【発行日】2022-12-13
(54)【発明の名称】金属造形物の製造方法
(51)【国際特許分類】
B22F 12/70 20210101AFI20221206BHJP
B22F 10/32 20210101ALI20221206BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20221206BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20221206BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20221206BHJP
【ＦＩ】
B22F12/70
B22F10/32
B33Y10/00
B33Y30/00
B33Y50/02
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019150142
(22)【出願日】2019-08-20
(65)【公開番号】P2021031696
(43)【公開日】2021-03-01
【審査請求日】2021-05-06
(73)【特許権者】
【識別番号】320011650
【氏名又は名称】大陽日酸株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山口 祐典
(72)【発明者】
【氏名】野村 祐司
(72)【発明者】
【氏名】天野 宏紀
(72)【発明者】
【氏名】赤松 亮
【審査官】祢屋 健太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１０３４６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７９５７６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２２Ｆ １２／７０
Ｂ２２Ｆ １０／３２
Ｂ２２Ｆ ３／１０５
Ｂ２２Ｆ ３／１６
Ｂ３３Ｙ １０／００
Ｂ３３Ｙ ３０／００
Ｂ３３Ｙ ５０／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
シールドガスの存在下で、エネルギー線を用いて金属粉体に熱を供給して金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする金属造形物の製造装置であって、
前記金属層の造形が行われるチャンバーと、
シールドガス供給源から前記チャンバー内にシールドガスを供給する供給ラインと、
前記チャンバー内のガス中の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を測定する濃度測定器と、
前記チャンバー内のガスの一部を前記チャンバー外に導出し、導出されたガスを前記チャンバー内に導入する循環ラインと、
前記循環ラインによって前記チャンバーから導出されたガスを前記チャンバー内で循環させるための循環装置と、
前記チャンバーから前記チャンバー内のガスを系外に排出する排出ラインと、
を備える、金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法であり、
前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程と、
前記第１の工程の後に、前記チャンバー内の前記金属粉体に熱を供給して前記金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする第２の工程と、を有し、
前記第１の工程で、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値より高いとき、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御を行う、金属造形物の製造方法。
【請求項2】
前記金属造形物の製造装置として、前記循環ラインに設けられ、前記循環ラインを流れるガス中の水分及び酸素を除去する第１の精製器をさらに備える、金属造形物の製造装置を用いる、請求項１に記載の金属造形物の製造方法。
【請求項3】
前記第２の工程で、下記の第１の制御、第２の制御、第３の制御及び第４の制御からなる群から選ばれる少なくとも１つ以上の制御を行う、請求項１又は２に記載の金属造形物の製造方法。第１の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第２の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第３の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第４の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
【請求項4】
シールドガスの存在下で、エネルギー線を用いて金属粉体に熱を供給して金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする金属造形物の製造装置であって、
前記金属層の造形が行われるチャンバーと、
シールドガス供給源から前記チャンバー内にシールドガスを供給する供給ラインと、
前記チャンバー内のガス中の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を測定する濃度測定器と、
前記チャンバー内のガスの一部を前記チャンバー外に導出し、導出されたガスを前記チャンバー内に導入する循環ラインと、
前記循環ラインによって前記チャンバーから導出されたガスを前記チャンバー内で循環させるための循環装置と、
前記チャンバーから前記チャンバー内のガスを系外に排出する排出ラインと、
前記循環ラインに設けられ、前記循環ラインを流れるガス中の水分及び酸素を除去する第１の精製器と、
前記第１の精製器の一次側の部分の前記循環ラインと前記第１の精製器の二次側の部分の前記循環ラインとを接続するバイパスラインと、
を備える、金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法であり、
前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程と、
前記第１の工程の後に、前記チャンバー内の前記金属粉体に熱を供給して前記金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする第２の工程と、を有し、
前記第１の工程で、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値より高いとき、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御を行う、金属造形物の製造方法。
【請求項5】
前記第２の工程で、下記の第５の制御、第６の制御、第７の制御及び第８の制御からなる群から選ばれる少なくとも１つ以上の制御を行う、請求項４に記載の金属造形物の製造方法。第５の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記バイパスラインから前記循環ラインへ、シールドガスの一部又は全量を通過させて、前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第６の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインから前記バイパスラインに切り替えて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第７の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第８の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
【請求項6】
シールドガスの存在下で、エネルギー線を用いて金属粉体に熱を供給して金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする金属造形物の製造装置であって、
前記金属層の造形が行われるチャンバーと、
シールドガス供給源から前記チャンバー内にシールドガスを供給する供給ラインと、
前記チャンバー内のガス中の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を測定する濃度測定器と、
前記チャンバー内のガスの一部を前記チャンバー外に導出し、導出されたガスを前記チャンバー内に導入する循環ラインと、
前記循環ラインによって前記チャンバーから導出されたガスを前記チャンバー内で循環させるための循環装置と、
前記チャンバーから前記チャンバー内のガスを系外に排出する排出ラインと、
前記循環ラインに設けられ、前記循環ラインを流れるガス中の水分及び酸素を除去する第１の精製器と、
前記第１の精製器の一次側の部分の前記循環ラインと前記第１の精製器の二次側の部分の前記循環ラインとを接続するバイパスラインと、
前記チャンバー内の圧力を監視するための圧力計と、
を備える、金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法であり、
前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程と、
前記第１の工程の後に、前記チャンバー内の前記金属粉体に熱を供給して前記金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする第２の工程と、を有し、
前記第２の工程において、下記第１の制御から第８の制御のいずれかがなされている際に、前記圧力計の圧力値が第４の閾値以下になったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスの排出を停止又は抑制し、前記圧力計の圧力値が第５の閾値を超えたとき、下記第１の制御から第８の制御のいずれかがなされる、金属造形物の製造方法。
第１の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第２の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第３の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第４の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第５の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記バイパスラインから前記循環ラインへ、シールドガスの一部又は全量を通過させて、前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第６の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインから前記バイパスラインに切り替えて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第７の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第８の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属造形物の製造装置、金属造形物の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
Ａｄｄｉｔｉｖｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇと称される付加製造技術がある。付加製造技術は、任意の形状の立体構造物を任意の材料で製造できるため、航空機産業及び医療等の先端技術分野で有望な技術として注目されている。
付加製造技術を利用する装置の一例として、金属３Ｄプリンターが知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１には、積層造形装置が記載されている。特許文献１に記載の積層造形装置は、不活性ガス（シールドガス）で充満される造形室と、材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して材料粉体を焼結させて焼結体を形成するレーザ光照射部とを備える。
付加製造技術を利用する装置の一例として、金属３Ｄプリンターが知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１には、積層造形装置が記載されている。特許文献１に記載の積層造形装置は、不活性ガス（シールドガス）で充満される造形室と、材料粉体層の所定箇所にレーザ光を照射して材料粉体を焼結させて焼結体を形成するレーザ光照射部とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－０７４９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、特許文献１に記載の積層造形装置にあっては、造形室内の気密性を保つことが困難であり、造形室内に空気中の水分及び酸素が混入してしまうことがある。加えて、レーザーによって材料粉体を焼結させる際に、材料粉体に付着していた水分が蒸発して水蒸気となり、造形室内で水分濃度が高くなってしまうことがある。
造形室内の水蒸気及び酸素は、材料粉体の酸化の原因であるため、金属造形物の酸素含有量の増加、造形室内におけるスパッタ及びヒュームの発生量の増加を引き起こす。加えて、水蒸気及び酸素の存在下で金属造形物を製造すると、金属造形物の内部の空孔率が上昇することが懸念される。したがって、特許文献１に記載の積層造形装置にあっては、造形物の製造の過程でシールドガス中の水分濃度及び酸素濃度が上昇してしまい、金属造形物の機械的特性が低下するおそれがある。
造形室内の水蒸気及び酸素は、材料粉体の酸化の原因であるため、金属造形物の酸素含有量の増加、造形室内におけるスパッタ及びヒュームの発生量の増加を引き起こす。加えて、水蒸気及び酸素の存在下で金属造形物を製造すると、金属造形物の内部の空孔率が上昇することが懸念される。したがって、特許文献１に記載の積層造形装置にあっては、造形物の製造の過程でシールドガス中の水分濃度及び酸素濃度が上昇してしまい、金属造形物の機械的特性が低下するおそれがある。
【0005】
一方、造形室内の水分濃度及び酸素濃度の低減を目的としてシールドガスの流量を多くすることが考えられる。しかし、金属３Ｄプリンターで使用される希ガス等のシールドガスは、一般に高価であり、シールドガスの使用量が多くなると金属造形物の製造コストが増大する。
加えて、金属造形物の機械的特性の向上には、シールドガス中の酸素濃度が低いことも求められる。
本発明は、シールドガス中の水分濃度及び酸素濃度を低減した状態で金属造形物を製造でき、機械的特性に優れる金属造形物を低コストで製造できる金属造形物の製造装置を提供することを課題とする。
加えて、金属造形物の機械的特性の向上には、シールドガス中の酸素濃度が低いことも求められる。
本発明は、シールドガス中の水分濃度及び酸素濃度を低減した状態で金属造形物を製造でき、機械的特性に優れる金属造形物を低コストで製造できる金属造形物の製造装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は以下の構成を備える。
［１］ シールドガスの存在下で、エネルギー線を用いて金属粉体に熱を供給して金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする金属造形物の製造装置であって、前記金属層の造形が行われるチャンバーと、前記チャンバー内にシールドガスを供給する供給ラインと、前記チャンバー内のガス中の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を測定する濃度測定器と、前記チャンバー内のガスの一部を前記チャンバー外に導出し、導出されたガスを前記チャンバー内に導入する循環ラインと、前記循環ラインによって前記チャンバーから導出されたガスを前記チャンバー内で循環させるための循環装置と、前記チャンバーから前記チャンバー内のガスを排出する排出ラインと、を備える、金属造形物の製造装置。
［２］ 前記循環ラインに設けられ、前記循環ラインを流れるガス中の水分及び酸素を除去する第１の精製器をさらに備える、［１］の金属造形物の製造装置。
［３］ 前記第１の精製器の一次側の部分の前記循環ラインと前記第１の精製器の二次側の部分の前記循環ラインとを接続するバイパスラインをさらに備える、［２］の金属造形物の製造装置。
［４］ 前記チャンバー内の圧力を監視するための圧力計をさらに備える、［３］の金属造形物の製造装置。
［５］ ［１］又は［２］の金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法であり、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程と、前記第１の工程の後に、前記チャンバー内の前記金属粉体に熱を供給して前記金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする第２の工程と、を有し、前記第１の工程で、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値より高いとき、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御を行う、金属造形物の製造方法。
［６］ 前記第２の工程で、下記の第１の制御、第２の制御、第３の制御及び第４の制御からなる群から選ばれる少なくとも１つ以上の制御を行う、［５］の金属造形物の製造方法。
第１の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第２の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第３の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第４の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
［７］ ［３］の金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法であり、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程と、
前記第１の工程の後に、前記チャンバー内の前記金属粉体に熱を供給して前記金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする第２の工程と、を有し、
前記第１の工程で、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値より高いとき、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御を行う、金属造形物の製造方法。
［８］ 前記第２の工程で、下記の第５の制御、第６の制御、第７の制御及び第８の制御からなる群から選ばれる少なくとも１つ以上の制御を行う、［７］の金属造形物の製造方法。
第５の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記バイパスラインから前記循環ラインへ、シールドガスの一部又は全量を通過させて、前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第６の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインから前記バイパスラインに切り替えて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第７の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第８の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
［９］ ［４］の金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法であり、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程と、前記第１の工程の後に、前記チャンバー内の前記金属粉体に熱を供給して前記金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする第２の工程と、を有し、前記第２の工程において、下記第１の制御から第８の制御のいずれかがなされている際に、前記圧力計の圧力値が第４の閾値以下になったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスの排出を停止又は抑制し、前記圧力計の圧力値が第５の閾値を超えたとき、下記第１の制御から第８の制御のいずれかがなされる、金属造形物の製造方法。
第１の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第２の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第３の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第４の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第５の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記バイパスラインから前記循環ラインへ、シールドガスの一部又は全量を通過させて、前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第６の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインから前記バイパスラインに切り替えて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第７の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第８の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
［１］ シールドガスの存在下で、エネルギー線を用いて金属粉体に熱を供給して金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする金属造形物の製造装置であって、前記金属層の造形が行われるチャンバーと、前記チャンバー内にシールドガスを供給する供給ラインと、前記チャンバー内のガス中の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を測定する濃度測定器と、前記チャンバー内のガスの一部を前記チャンバー外に導出し、導出されたガスを前記チャンバー内に導入する循環ラインと、前記循環ラインによって前記チャンバーから導出されたガスを前記チャンバー内で循環させるための循環装置と、前記チャンバーから前記チャンバー内のガスを排出する排出ラインと、を備える、金属造形物の製造装置。
［２］ 前記循環ラインに設けられ、前記循環ラインを流れるガス中の水分及び酸素を除去する第１の精製器をさらに備える、［１］の金属造形物の製造装置。
［３］ 前記第１の精製器の一次側の部分の前記循環ラインと前記第１の精製器の二次側の部分の前記循環ラインとを接続するバイパスラインをさらに備える、［２］の金属造形物の製造装置。
［４］ 前記チャンバー内の圧力を監視するための圧力計をさらに備える、［３］の金属造形物の製造装置。
［５］ ［１］又は［２］の金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法であり、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程と、前記第１の工程の後に、前記チャンバー内の前記金属粉体に熱を供給して前記金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする第２の工程と、を有し、前記第１の工程で、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値より高いとき、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御を行う、金属造形物の製造方法。
［６］ 前記第２の工程で、下記の第１の制御、第２の制御、第３の制御及び第４の制御からなる群から選ばれる少なくとも１つ以上の制御を行う、［５］の金属造形物の製造方法。
第１の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第２の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第３の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第４の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
［７］ ［３］の金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法であり、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程と、
前記第１の工程の後に、前記チャンバー内の前記金属粉体に熱を供給して前記金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする第２の工程と、を有し、
前記第１の工程で、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値より高いとき、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御を行う、金属造形物の製造方法。
［８］ 前記第２の工程で、下記の第５の制御、第６の制御、第７の制御及び第８の制御からなる群から選ばれる少なくとも１つ以上の制御を行う、［７］の金属造形物の製造方法。
第５の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記バイパスラインから前記循環ラインへ、シールドガスの一部又は全量を通過させて、前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第６の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインから前記バイパスラインに切り替えて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第７の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第８の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
［９］ ［４］の金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法であり、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程と、前記第１の工程の後に、前記チャンバー内の前記金属粉体に熱を供給して前記金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物とする第２の工程と、を有し、前記第２の工程において、下記第１の制御から第８の制御のいずれかがなされている際に、前記圧力計の圧力値が第４の閾値以下になったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスの排出を停止又は抑制し、前記圧力計の圧力値が第５の閾値を超えたとき、下記第１の制御から第８の制御のいずれかがなされる、金属造形物の製造方法。
第１の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第２の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第３の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第４の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第５の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記バイパスラインから前記循環ラインへ、シールドガスの一部又は全量を通過させて、前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第６の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインから前記バイパスラインに切り替えて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第７の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第８の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ライン又は前記バイパスラインを用いる前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
【発明の効果】
【0007】
本発明の金属造形物の製造装置によれば、シールドガス中の水分濃度及び酸素濃度を低減した状態で金属造形物を製造でき、機械的特性に優れる金属造形物を低コストで製造できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１の形態の金属造形物の製造装置の構成を示す模式図である。
【図2】第２の形態の金属造形物の製造装置の構成を示す模式図である。
【図3】第３の形態の金属造形物の製造装置の構成を示す模式図である。
【図4】第２の形態の金属造形物の製造装置で用いられるシールドガスの動作の簡易図である。
【図5】第２の形態の金属造形物の製造装置で用いられるシールドガスの動作の簡易図である。
【図6】第２の形態の金属造形物の製造装置で用いられるシールドガスの動作の簡易図である。
【図9】第３の形態の金属造形物の製造装置で用いられるシールドガスの動作の簡易図である。
【図10】第３の形態の金属造形物の製造装置で用いられるシールドガスの動作の簡易図である。
【図11】第３の形態の金属造形物の製造装置で用いられるシールドガスの動作の簡易図である。
【図13】第４の形態の金属造形物の製造装置で用いられるシールドガスの動作の簡易図である。
【図14】第４の形態の金属造形物の製造装置で用いられるシールドガスの動作の簡易図である。
【図15】第４の形態の金属造形物の製造装置で用いられるシールドガスの動作の簡易図である。
【図16】第４の形態の金属造形物の製造装置で用いられるシールドガスの動作の簡易図である。
【図17】第４の形態の金属造形物の製造装置で用いられるシールドガスの動作の簡易図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本実施形態に係る金属造形物の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【0010】
（金属造形物の製造装置）
［第１の形態］
図１は、第１の形態に係る金属造形物の製造装置１０Ａを示す模式図である。図１に示すように、金属造形物の製造装置１０Ａは、チャンバー１と金属粉体Ｍの供給槽２と造形槽３とリコーター４と金属粉体の回収槽５と第１の濃度測定器Ｃ１と第２の濃度測定器Ｃ２と制御装置８とを備える。加えて、金属造形物の製造装置１０Ａは、供給ラインＬ１と循環ラインＬ２と循環装置Ｐと排出ラインＬ４とバルブＶ１、Ｖ４とをさらに備える。
金属造形物の製造装置１０Ａは、シールドガスの存在下で、エネルギー線を用いて金属粉体Ｍに熱を供給して金属層を造形し、金属層を積層して金属造形物とする金属造形物の製造装置である。例えば、金属造形物の製造装置１０Ａは、図示略のレーザー照射部をさらに備えてもよい。レーザー照射部は、例えば、レーザー（エネルギー線）の照射源であるレーザー発振機と光学系とを有する形態でもよい。光学系は、あらかじめ入力されたデータにしたがって金属粉体Ｍに照射されるレーザーの位置を制御することで、任意の形状の金属層を造形する。
［第１の形態］
図１は、第１の形態に係る金属造形物の製造装置１０Ａを示す模式図である。図１に示すように、金属造形物の製造装置１０Ａは、チャンバー１と金属粉体Ｍの供給槽２と造形槽３とリコーター４と金属粉体の回収槽５と第１の濃度測定器Ｃ１と第２の濃度測定器Ｃ２と制御装置８とを備える。加えて、金属造形物の製造装置１０Ａは、供給ラインＬ１と循環ラインＬ２と循環装置Ｐと排出ラインＬ４とバルブＶ１、Ｖ４とをさらに備える。
金属造形物の製造装置１０Ａは、シールドガスの存在下で、エネルギー線を用いて金属粉体Ｍに熱を供給して金属層を造形し、金属層を積層して金属造形物とする金属造形物の製造装置である。例えば、金属造形物の製造装置１０Ａは、図示略のレーザー照射部をさらに備えてもよい。レーザー照射部は、例えば、レーザー（エネルギー線）の照射源であるレーザー発振機と光学系とを有する形態でもよい。光学系は、あらかじめ入力されたデータにしたがって金属粉体Ｍに照射されるレーザーの位置を制御することで、任意の形状の金属層を造形する。
【0011】
金属粉体Ｍとしては、カーボン、ホウ素、マグネシウム、カルシウム、クロム、銅、鉄、マンガン、モリブテン、コバルト、ニッケル、ハフニウム、ニオブ、チタン、アルミニウム等の各種の金属及びこれらの合金の粉末が例示される。これらの金属及びその合金は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
金属粉体Ｍが粒子状である場合、金属粉体の金属粒子の粒径は特に限定されないが、例えば１０～２００μｍ程度とすることができる。
金属粉体Ｍが粒子状である場合、金属粉体の金属粒子の粒径は特に限定されないが、例えば１０～２００μｍ程度とすることができる。
【0012】
チャンバー１は、金属層の造形が行われる筐体である。チャンバー１では、金属粉体Ｍへのエネルギー線の照射、エネルギー線の照射による金属層の造形、造形した金属層の積層の各操作が繰り返し行われる。エネルギー線の照射と、金属層の造形と、金属層の積層とがチャンバー１内で繰り返されることで、金属層が順次積層されて金属造形物が製造される。
チャンバー１の上方の側面は、供給ラインＬ１と接続されている。チャンバー１には供給ラインＬ１を介して、図示略のシールドガスの供給源からシールドガスが供給される。
シールドガスは、チャンバー１内の金属粉体の周囲に供給される不活性ガスである。シールドガスの具体例としては、水素、ヘリウム、窒素、ネオン、アルゴン、キセノン等が挙げられる。これらのシールドガスは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
チャンバー１の上方の側面は、供給ラインＬ１と接続されている。チャンバー１には供給ラインＬ１を介して、図示略のシールドガスの供給源からシールドガスが供給される。
シールドガスは、チャンバー１内の金属粉体の周囲に供給される不活性ガスである。シールドガスの具体例としては、水素、ヘリウム、窒素、ネオン、アルゴン、キセノン等が挙げられる。これらのシールドガスは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【0013】
供給ラインＬ１は、チャンバー１内にシールドガスを供給するためのラインである。
供給ラインＬ１には、バルブＶ１が設けられている。バルブＶ１は、制御装置８と電気的に接続されている。これにより、バルブＶ１の開閉は、制御装置８から受信する信号により制御可能となる。バルブＶ１の開閉の制御により、供給ラインＬ１によるチャンバー１内へのシールドガスの供給の開始と停止を切り替えることができる。
バルブＶ１は、バルブの開度を完全に開いた状態と完全に閉じた状態の２段階で調節する形態でも、バルブの開度を連続的又は段階的に調節する形態でもよい。
供給ラインＬ１には、バルブＶ１が設けられている。バルブＶ１は、制御装置８と電気的に接続されている。これにより、バルブＶ１の開閉は、制御装置８から受信する信号により制御可能となる。バルブＶ１の開閉の制御により、供給ラインＬ１によるチャンバー１内へのシールドガスの供給の開始と停止を切り替えることができる。
バルブＶ１は、バルブの開度を完全に開いた状態と完全に閉じた状態の２段階で調節する形態でも、バルブの開度を連続的又は段階的に調節する形態でもよい。
【0014】
供給ラインＬ１の材質としては、空気中の水分、酸素ガスが供給ラインＬ１内に透過しにくいものが好ましい。供給ラインＬ１の材質としては、例えば、フッ素系チューブが好ましい。供給ラインＬ１の構造は、単管構造でも多管構造でもよい。
【0015】
第１の濃度測定器Ｃ１（濃度測定器）は、チャンバー１内のガス中の水分濃度を測定するための機器である。第１の濃度測定器Ｃ１は、チャンバー１内の水分濃度を測定でき、かつ金属造形に関わる構成に影響しない位置、例えばチャンバー１の側面の内壁に設けられている。第１の濃度測定器Ｃ１は、気体中の水分濃度を測定できる形態であれば特に限定されない。
第１の濃度測定器Ｃ１は、制御装置８と電気的に接続されている。これにより、第１の濃度測定器Ｃ１は、チャンバー１内のガス中の水分濃度の測定値を制御装置８に電気的に送信できる。金属造形物の製造装置１０Ａは、第１の濃度測定器Ｃ１と制御装置８とを備えるため、チャンバー１内のガス中の水分濃度を監視できる。
第１の濃度測定器Ｃ１は、制御装置８と電気的に接続されている。これにより、第１の濃度測定器Ｃ１は、チャンバー１内のガス中の水分濃度の測定値を制御装置８に電気的に送信できる。金属造形物の製造装置１０Ａは、第１の濃度測定器Ｃ１と制御装置８とを備えるため、チャンバー１内のガス中の水分濃度を監視できる。
【0016】
第２の濃度測定器Ｃ２は、チャンバー１内のガス中の酸素濃度を測定するための機器である。第２の濃度測定器Ｃ２は、チャンバー１内の水分濃度を測定でき、かつ金属造形に関わる構成に影響しない位置、例えばチャンバー１内の側面の内壁に設けられている。第２の濃度測定器Ｃ２は、気体中の酸素濃度を測定できる形態であれば特に限定されない。
第２の濃度測定器Ｃ２は、制御装置８と電気的に接続されている。これにより、第２の濃度測定器Ｃ２は、チャンバー１内のガス中の酸素濃度の測定値を制御装置８に電気的に送信できる。金属造形物の製造装置１０Ａは、第２の濃度測定器Ｃ２と制御装置８とを備えるため、チャンバー１内のガス中の酸素濃度を監視できる。
第２の濃度測定器Ｃ２は、制御装置８と電気的に接続されている。これにより、第２の濃度測定器Ｃ２は、チャンバー１内のガス中の酸素濃度の測定値を制御装置８に電気的に送信できる。金属造形物の製造装置１０Ａは、第２の濃度測定器Ｃ２と制御装置８とを備えるため、チャンバー１内のガス中の酸素濃度を監視できる。
【0017】
循環ラインＬ２は、チャンバー１内のガスの一部をチャンバー１外に導出し、導出されたガスをチャンバー１内に導入するためのラインである。
循環ラインＬ２の第１の端部は、チャンバー１の下方の側面に接続され、循環ラインＬ２の第２の端部は、チャンバー１の上方の側面に接続されている。循環ラインＬ２の第１の端部では、チャンバー１内のガスの一部がチャンバー１外に導出される。そして、循環ラインＬ２の第２の端部では、循環ラインＬ２内のガスがチャンバー１内に導入される。
循環ラインＬ２には、循環装置Ｐが設けられ、チャンバー１内のガスの一部をチャンバー１外から導出し、導出されたガスをチャンバー１内に導入することで、図１のチャンバー１内の矢印で示すようなチャンバー１内のガスの循環流を発生させることができる。このように、金属造形物の製造装置１０Ａは、循環ラインＬ２によって、チャンバー１内のガスをチャンバー１内で循環させることができる。
循環装置Ｐとして、チャンバー１内のガスの一部をチャンバー１の下方から導出するための吸引ポンプを設けてもよい。又は、循環装置Ｐとして、循環ラインＬ２内のガスをチャンバー１内にチャンバー１の上方から導入するための圧入ポンプを設けてもよい。
循環ラインＬ２の循環流の循環／停止については循環装置Ｐの起動／停止で行う他、循環ラインＬ２にバルブを設け、そのバルブの開閉により行うこともできる。
循環ラインＬ２の第１の端部は、チャンバー１の下方の側面に接続され、循環ラインＬ２の第２の端部は、チャンバー１の上方の側面に接続されている。循環ラインＬ２の第１の端部では、チャンバー１内のガスの一部がチャンバー１外に導出される。そして、循環ラインＬ２の第２の端部では、循環ラインＬ２内のガスがチャンバー１内に導入される。
循環ラインＬ２には、循環装置Ｐが設けられ、チャンバー１内のガスの一部をチャンバー１外から導出し、導出されたガスをチャンバー１内に導入することで、図１のチャンバー１内の矢印で示すようなチャンバー１内のガスの循環流を発生させることができる。このように、金属造形物の製造装置１０Ａは、循環ラインＬ２によって、チャンバー１内のガスをチャンバー１内で循環させることができる。
循環装置Ｐとして、チャンバー１内のガスの一部をチャンバー１の下方から導出するための吸引ポンプを設けてもよい。又は、循環装置Ｐとして、循環ラインＬ２内のガスをチャンバー１内にチャンバー１の上方から導入するための圧入ポンプを設けてもよい。
循環ラインＬ２の循環流の循環／停止については循環装置Ｐの起動／停止で行う他、循環ラインＬ２にバルブを設け、そのバルブの開閉により行うこともできる。
【0018】
排出ラインＬ４は、チャンバー１からチャンバー１内のガスを排出するためのラインである。排出ラインＬ４の端部は、チャンバー１の下方の側面と接続されている。これにより、排出ラインＬ４はチャンバー１内の下方からチャンバー１内のガスをチャンバー１外に排出できる。
排出ラインＬ４にはバルブＶ４が設けられている。バルブＶ４は、制御装置８と電気的に接続されている。これにより、バルブＶ４の開閉は、制御装置８から受信する信号により制御可能となる。バルブＶ４の開閉の制御により、排出ラインＬ４によるチャンバー１内のガスの排出の開始と停止を切り替えることができる。
バルブＶ４は、バルブの開度を完全に開いた状態と完全に閉じた状態の２段階で調節する形態でも、バルブの開度を連続的又は段階的に調節する形態でもよい。
排出ラインＬ４にはバルブＶ４が設けられている。バルブＶ４は、制御装置８と電気的に接続されている。これにより、バルブＶ４の開閉は、制御装置８から受信する信号により制御可能となる。バルブＶ４の開閉の制御により、排出ラインＬ４によるチャンバー１内のガスの排出の開始と停止を切り替えることができる。
バルブＶ４は、バルブの開度を完全に開いた状態と完全に閉じた状態の２段階で調節する形態でも、バルブの開度を連続的又は段階的に調節する形態でもよい。
【0019】
制御装置８は、図１中の点線で示すように第１の濃度測定器Ｃ１、第２の濃度測定器Ｃ２、バルブＶ１及びバルブＶ４のそれぞれと電気的に接続されている。制御装置８は、第１の濃度測定器Ｃ１及び第２の濃度測定器Ｃ２の少なくとも一方から送信されるチャンバー１内のガス中の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が、あらかじめ設定された閾値以下であるか否かを判定する。制御装置８は、チャンバー１内のガス中の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値の判定結果に基づいて、バルブＶ１及びバルブＶ４に信号を送信することで、バルブＶ１及びバルブＶ４の開閉を制御する。
一般に吸着性の高い水分は置換されにくいため水分濃度が低減すれば、酸素濃度は当然に許容濃度になっていると仮定すれば、シールドガスの供給や循環を制御する濃度測定器は第１の濃度測定器Ｃ１のみでよい。より精密に水分濃度と酸素濃度それぞれに閾値を設けて制御するとすれば、第１の濃度測定器Ｃ１での水分濃度の閾値と、第２の濃度測定器Ｃ２での酸素濃度の閾値とのそれぞれ論理和を閾値とすればよい。
制御装置８の具体例としては、例えば、コンピューターのＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）等が挙げられる。
一般に吸着性の高い水分は置換されにくいため水分濃度が低減すれば、酸素濃度は当然に許容濃度になっていると仮定すれば、シールドガスの供給や循環を制御する濃度測定器は第１の濃度測定器Ｃ１のみでよい。より精密に水分濃度と酸素濃度それぞれに閾値を設けて制御するとすれば、第１の濃度測定器Ｃ１での水分濃度の閾値と、第２の濃度測定器Ｃ２での酸素濃度の閾値とのそれぞれ論理和を閾値とすればよい。
制御装置８の具体例としては、例えば、コンピューターのＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）等が挙げられる。
【0020】
供給槽２は、金属粉体Ｍを貯蔵するとともに、金属粉体Ｍを造形槽３に供給するための槽である。供給槽２の底面２ａは、図１中の上方向に移動可能である。供給槽２の底面２ａが上方向に移動することで、金属槽２に貯蔵された金属粉体Ｍの一部が、基準面Ｂの高さより高い位置に上昇する。基準面Ｂより高い場所に位置する金属粉体Ｍは、リコーター４によって搬送されて、造形槽３に供給される。
【0021】
造形槽３はチャンバー１内に収容されている。造形槽３は、金属粉体Ｍの焼結による金属層の造形と金属層の積層とを繰り返すための場である。造形槽３の底面３ａは、図１中の下方向に移動可能である。造形槽３の底面３ａが下方向に移動することで、造形槽３に貯蔵された金属粉体のすべてと造形済みの金属層とが、基準面Ｂの高さより低い位置に下降する。底面３ａの下降によって、基準面Ｂと造形槽３内の金属粉体及び金属層の上面との間に空間が生じる。リコーター４によって造形槽３に搬送される金属粉体Ｍは、造形槽３内の金属粉体及び金属層の上面に生じた空間に敷き詰められる。
【0022】
リコーター４は、供給槽２に貯蔵された金属粉体Ｍを造形槽３に供給するための部品である。リコーター４は、造形槽３の上面に沿って、図１中の水平方向に移動可能である。リコーター４が図１中の左方向に移動することで、基準面Ｂより高い場所に位置する金属粉体Ｍが図１中の左方向に搬送され、造形槽３に金属粉体Ｍが供給される。
リコーター４は、造形槽３に金属粉体Ｍを供給した後、余剰量の金属粉体Ｍを回収槽５まで搬送する。その後、リコーター４は、図１中の右方向に移動し、図１に示す位置に戻る。
回収槽５は、リコーター４によって供給槽２から搬送される金属粉体Ｍのうち、余剰量の金属粉体を貯蔵する。回収槽５に貯蔵される金属粉体Ｍは、金属造形物の造形に再利用可能である。
リコーター４は、造形槽３に金属粉体Ｍを供給した後、余剰量の金属粉体Ｍを回収槽５まで搬送する。その後、リコーター４は、図１中の右方向に移動し、図１に示す位置に戻る。
回収槽５は、リコーター４によって供給槽２から搬送される金属粉体Ｍのうち、余剰量の金属粉体を貯蔵する。回収槽５に貯蔵される金属粉体Ｍは、金属造形物の造形に再利用可能である。
【0023】
［第２の形態］
図２は、第２の形態の金属造形物の製造装置１０Ｂの構成を示す模式図である。第２の形態では、第１の形態の循環ラインＬ２に第１の精製器７が設けられている。第１の精製器７は、循環ラインＬ２内を流れるガス中の水分及び酸素を除去する。これにより、循環ラインＬ２は、チャンバー１から導入されたガス中の水分及び酸素を除去できる。
図２は、第２の形態の金属造形物の製造装置１０Ｂの構成を示す模式図である。第２の形態では、第１の形態の循環ラインＬ２に第１の精製器７が設けられている。第１の精製器７は、循環ラインＬ２内を流れるガス中の水分及び酸素を除去する。これにより、循環ラインＬ２は、チャンバー１から導入されたガス中の水分及び酸素を除去できる。
【0024】
［第３の形態］
図３は、第３の形態に係る金属造形物の製造装置１０Ｃの構成を示す模式図である。第３の形態では、第２の形態の循環ラインＬ２にバルブＶ２が設けられている。バルブＶ２は、制御装置８と電気的に接続されている。これにより、バルブＶ２の開閉は、制御装置８から受信する信号により制御可能となる。循環ラインＬ２Ｂには、循環装置Ｐが設けられ、チャンバー１内のガスの一部をチャンバー１外から導出し、導出されたガスをチャンバー１内に導入することで、図３のチャンバー１内の矢印で示すようなチャンバー１内のガスの循環流を発生させることができる。
循環装置Ｐとしては、チャンバー１内のガスの一部をチャンバー１の下方から導出するための吸引ポンプを設けてもよい。又は、循環装置Ｐとして、循環ラインＬ２又はバイパスラインＬ３のガスをチャンバー１内にチャンバー１の上方から導入するための圧入ポンプを設けてもよい。
バイパスラインＬ３には、循環装置Ｐよりもガス循環能力が小さい補助循環装置Ｐ２を設けてもよい。
図３は、第３の形態に係る金属造形物の製造装置１０Ｃの構成を示す模式図である。第３の形態では、第２の形態の循環ラインＬ２にバルブＶ２が設けられている。バルブＶ２は、制御装置８と電気的に接続されている。これにより、バルブＶ２の開閉は、制御装置８から受信する信号により制御可能となる。循環ラインＬ２Ｂには、循環装置Ｐが設けられ、チャンバー１内のガスの一部をチャンバー１外から導出し、導出されたガスをチャンバー１内に導入することで、図３のチャンバー１内の矢印で示すようなチャンバー１内のガスの循環流を発生させることができる。
循環装置Ｐとしては、チャンバー１内のガスの一部をチャンバー１の下方から導出するための吸引ポンプを設けてもよい。又は、循環装置Ｐとして、循環ラインＬ２又はバイパスラインＬ３のガスをチャンバー１内にチャンバー１の上方から導入するための圧入ポンプを設けてもよい。
バイパスラインＬ３には、循環装置Ｐよりもガス循環能力が小さい補助循環装置Ｐ２を設けてもよい。
【0025】
循環ラインＬ２又はバイパスラインＬ３の循環流の循環／停止については循環装置Ｐの起動／停止で行う他、バルブＶ２又はＶ３の開閉により行うこともできる。
バルブＶ２は、バルブの開度を完全に開いた状態と完全に閉じた状態の２段階で調節する形態でも、バルブの開度を連続的又は段階的に調節する形態でもよい。
バルブＶ２は、バルブの開度を完全に開いた状態と完全に閉じた状態の２段階で調節する形態でも、バルブの開度を連続的又は段階的に調節する形態でもよい。
【0026】
バイパスラインＬ３は、第１の精製器７の一次側の部分の循環ラインＬ２と、第１の精製器７の二次側の部分の循環ラインＬ２とを接続する。具体的には、バイパスラインＬ３の第１の端部は、バルブＶ２及び第１の精製器７の一次側の部分の循環ラインＬ２Ａに接続されている。そして、バイパスラインＬ３の第２の端部は、第１の精製器７の二次側の部分の循環ラインＬ２Ｂに接続されている。
【0027】
ここで、「一次側」とは、循環ラインＬ２の第１の端部側を意味し、循環ラインＬ２内を流れるガスの向きにおける上流側を意味する。同様に、「二次側」とは、循環ラインＬ２の第２の端部側を意味し、循環ラインＬ２内を流れるガスの向きにおける下流側を意味する。
【0028】
バイパスラインＬ３は、第１の精製器７の一次側の部分の循環ラインＬ２と、第１の精製器７の二次側の部分の循環ラインＬ２とを接続することで、チャンバー１内から導出されたガスの一部を、第１の精製器７を経由させずに循環ラインＬ２Ｂに導入できる。これにより、バイパスラインＬ３は、チャンバー１から循環ラインＬ２Ａに導出されたガスを第１の精製器７を経由させずに、図１のチャンバー１内の矢印で示すようなチャンバー１内のガスの循環流を発生させることができる。
【0029】
バイパスラインＬ３にはバルブＶ３が設けられている。バルブＶ３は、制御装置８と電気的に接続されている。これにより、バルブＶ３の開閉は、制御装置８から受信する信号により制御可能となる。バルブＶ３の開閉の制御により、バイパスラインＬ３によるチャンバー１内のガスの循環流の発生の開始と停止を切り替えることができる。
【0030】
バルブＶ３は、バルブの開度を完全に開いた状態と完全に閉じた状態の２段階で調節する形態でも、バルブの開度を連続的又は段階的に調節する形態でもよい。
【0031】
［第４の形態］
第４の形態に係る金属造形物の製造装置は、上述の金属造形物の製造装置１０Ａ、金属造形物の製造装置１０Ｂ、金属造形物の製造装置１０Ｃが備える各構成に加えて、チャンバー１内の圧力を監視する圧力計をさらに備える。
第４の形態に係る金属造形物の製造装置は、上述の金属造形物の製造装置１０Ａ、金属造形物の製造装置１０Ｂ、金属造形物の製造装置１０Ｃが備える各構成に加えて、チャンバー１内の圧力を監視する圧力計をさらに備える。
【0032】
（金属造形物の製造方法）
［金属造形物の製造装置１０Ａ又は金属造形物の製造装置１０Ｂを用いる、金属造形物の製造方法］
次に、金属造形物の製造装置１０Ａ又は金属造形物の製造装置１０Ｂを用いる、金属造形物の製造方法について説明する。
金属造形物の製造方法は下記の第１の工程と第２の工程とを有する。
第１の工程：前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる。
第２の工程：前記第１の工程の後に、前記チャンバー内の前記金属粉体に熱を供給して前記金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物する。
［金属造形物の製造装置１０Ａ又は金属造形物の製造装置１０Ｂを用いる、金属造形物の製造方法］
次に、金属造形物の製造装置１０Ａ又は金属造形物の製造装置１０Ｂを用いる、金属造形物の製造方法について説明する。
金属造形物の製造方法は下記の第１の工程と第２の工程とを有する。
第１の工程：前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる。
第２の工程：前記第１の工程の後に、前記チャンバー内の前記金属粉体に熱を供給して前記金属層を造形し、前記金属層を順次積層して金属造形物する。
【0033】
第１の工程では、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値より高いとき、前記排出ラインから前記チャンバー内のガスを排出し、前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記チャンバー内へのシールドガスの供給及び前記チャンバー内のガスの排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御を行う。
【0034】
第２の工程では、下記の第１の制御、第２の制御、第３の制御及び第４の制御からなる群から選ばれる少なくとも１つ以上の制御を行う。
第１の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へシールドガスの供給及び排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第２の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第３の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第４の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第１の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、前記供給ラインから前記チャンバー内へシールドガスの供給及び排出を停止し、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させる制御。
第２の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第３の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、前記循環ラインを用いて前記チャンバー内のガスを循環させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
第４の制御：前記水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第３の閾値を超えたとき、前記循環ラインの前記チャンバー内のガスの循環を停止させるとともに、前記供給ラインから前記チャンバー内にシールドガスを供給し、前記排出ラインを用いて前記チャンバー内のガスを排出する制御。
【0035】
図４～６は本発明の第２の形態の金属造形物の製造装置１０Ｂで用いられるシールドガスの動作を簡易図で示したものである。ここで、図４～６では循環ラインＬ２にバルブＶ２を設け、循環流をバルブの開閉で制御する形態で示している。図４～６において、太線で示すラインは、ガスが流れているラインを示す。
図４は、第１の工程を行っているとき、第２の工程で第２の制御がなされたとき、及び第２の工程で第４の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図５は、第２の工程で第１の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図６は、第２の工程で第３の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図７は本発明の第１の形態及び第２の形態で、図４、図５及び表１の制御パターンによって金属造形物を造形したときの測定濃度推移とシールドガスの供給有無を模式的に比較した図である。図７の濃度は水分濃度を対象としている。
表１は、第２の工程における、第１の制御から第４の制御を行う際の、濃度閾値によるバルブの開閉状態を示している。
図４は、第１の工程を行っているとき、第２の工程で第２の制御がなされたとき、及び第２の工程で第４の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図５は、第２の工程で第１の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図６は、第２の工程で第３の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図７は本発明の第１の形態及び第２の形態で、図４、図５及び表１の制御パターンによって金属造形物を造形したときの測定濃度推移とシールドガスの供給有無を模式的に比較した図である。図７の濃度は水分濃度を対象としている。
表１は、第２の工程における、第１の制御から第４の制御を行う際の、濃度閾値によるバルブの開閉状態を示している。
【0036】
【表1】
【0037】
金属造形物の造形を開始する前に、チャンバー１内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程を行う。チャンバー１へのシールドガスの供給は、バルブＶ１を開くことにより、供給ラインＬ１より行われる。供給されるシールドガス中の水分や酸素が高い、すなわち供給ガスの純度が相対的に低い場合には、供給ラインに第２の精製器６を用いて、水分や酸素を除去してもよい。
【0038】
水分濃度及び酸素濃度が充分低いシールドガスがチャンバー１に供給されるとともに、チャンバー１内のまだ水分や酸素が多量に含んだシールドガスは、バルブＶ４を開くことにより、排出ラインＬ４より排出される。
シールドガスの供給及び排出が継続すると図７の区間００１のように水分濃度が低下していく。水分濃度が低下して、第１の閾値まで到達したら、金属造形物の造形する第２の工程へ移行する。
このようにして、水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値より高いとき、排出ラインＬ４からチャンバー１内のガスを排出し、水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、チャンバー１内へのシールドガスの供給及びチャンバー１内のガスの排出を停止し、循環ラインＬ２を用いてチャンバー１内のガスを循環させる制御を行う。
シールドガスの供給及び排出が継続すると図７の区間００１のように水分濃度が低下していく。水分濃度が低下して、第１の閾値まで到達したら、金属造形物の造形する第２の工程へ移行する。
このようにして、水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値より高いとき、排出ラインＬ４からチャンバー１内のガスを排出し、水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、チャンバー１内へのシールドガスの供給及びチャンバー１内のガスの排出を停止し、循環ラインＬ２を用いてチャンバー１内のガスを循環させる制御を行う。
【0039】
第２の工程の最初において、水分濃度は充分に低下していることから、シールドガスの供給及び排出を、バルブＶ１及びバルブＶ４をそれぞれ閉じることにより停止することもできる。しかしながら、チャンバー１内は外気に対する気密性が必ずしも高くない場合もある。また、金属粉体Ｍの隙間に留まった残留ガスも徐々に放出される。加えて、金属粉体Ｍを焼結させるレーザー照射が開始されれば、金属粉体Ｍに付着していた水分が蒸発して水蒸気となり放出される。
このため、シールドガスの供給及び排出を停止すると、チャンバー１内の水分濃度は徐々に、局所的に上昇する。局所的な変化であるため、濃度計の設置された場所の周辺以外の領域における濃度は不明となり、そのチャンバー１内で製造される金属造形物の機械強度等に与える影響もわからない。さらにチャンバー１内の水分濃度の上昇も抑えられないことから、シールドガスの供給を停止できず、従来装置ではバルブＶ１及びバルブＶ４を閉じないで、そのまま供給を続けることとなる。このように従来装置においては、チャンバー１内の水分濃度は充分（濃度計の測定限界以下）に低下し得るものの、その分シールドガスの消費量を抑えることができないという問題があった。
このため、シールドガスの供給及び排出を停止すると、チャンバー１内の水分濃度は徐々に、局所的に上昇する。局所的な変化であるため、濃度計の設置された場所の周辺以外の領域における濃度は不明となり、そのチャンバー１内で製造される金属造形物の機械強度等に与える影響もわからない。さらにチャンバー１内の水分濃度の上昇も抑えられないことから、シールドガスの供給を停止できず、従来装置ではバルブＶ１及びバルブＶ４を閉じないで、そのまま供給を続けることとなる。このように従来装置においては、チャンバー１内の水分濃度は充分（濃度計の測定限界以下）に低下し得るものの、その分シールドガスの消費量を抑えることができないという問題があった。
【0040】
このような従来装置に対して、本発明では循環ラインＬ２を用いて、チャンバー１内のシールドガスを循環する制御（第１の制御）を行う。
第１の制御では、水分濃度が第１の閾値以下になった場合、バルブＶ１とバルブＶ４を閉じた上で、循環装置Ｐを起動するとともにバルブＶ２を開く制御であり、これによって、チャンバー１内のシールドガスを循環させる。
第１の制御がなされた後、図７の区間００２、００４、００６、００８のように水分濃度は徐々に上がっていく。しかしながら、シールドガスの供給を停止しているため、高コストのガス消費量を抑えることができる。
第１の制御がなされた後、チャンバー１内の水分濃度は上昇し、ついには第２の閾値に到達する。第２の閾値に到達すると、それ以上チャンバー１内の水分濃度が上昇しないように、第２の制御を行う。
第１の制御では、水分濃度が第１の閾値以下になった場合、バルブＶ１とバルブＶ４を閉じた上で、循環装置Ｐを起動するとともにバルブＶ２を開く制御であり、これによって、チャンバー１内のシールドガスを循環させる。
第１の制御がなされた後、図７の区間００２、００４、００６、００８のように水分濃度は徐々に上がっていく。しかしながら、シールドガスの供給を停止しているため、高コストのガス消費量を抑えることができる。
第１の制御がなされた後、チャンバー１内の水分濃度は上昇し、ついには第２の閾値に到達する。第２の閾値に到達すると、それ以上チャンバー１内の水分濃度が上昇しないように、第２の制御を行う。
【0041】
第２の制御は、水分濃度が第２の閾値を超えたら、バルブＶ２が閉じている上で、バルブＶ１及びバルブＶ４を開く制御である。これにより水分濃度及び酸素濃度が充分低いシールドガスがチャンバー１に供給されるとともに、チャンバー１内で上昇した水分や酸素を含んだシールドガスを、排出ラインＬ４より排出する。ここで、第２の制御においては、循環装置Ｐは停止したほうがよいが、起動にかかる時間を考慮した上で停止／動作継続を選択してもよい。
第２の制御がなされたら、図７の区間００３、００５、００７のように水分濃度は徐々に低下する。循環ラインＬ２を備える本発明の各形態例に係る装置は、第２の工程において第１の制御と第２の制御をすることで、シールドガスを常に供給する従来法と比べて必要十分な水分濃度を維持しつつ、ガス消費量を抑えることができる。
第２の制御がなされたら、図７の区間００３、００５、００７のように水分濃度は徐々に低下する。循環ラインＬ２を備える本発明の各形態例に係る装置は、第２の工程において第１の制御と第２の制御をすることで、シールドガスを常に供給する従来法と比べて必要十分な水分濃度を維持しつつ、ガス消費量を抑えることができる。
【0042】
図８は本発明の第１の形態及び第２の形態で、図４～６及び表１の制御パターンによって金属造形物を造形したときの測定濃度推移とシールドガスの供給有無を模式的に比較した図である。なお、図８の濃度は水分濃度を対象としている。
【0043】
金属造形物の造形を開始する前に、チャンバー１内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程を行う。チャンバー１へのシールドガスの供給は、バルブＶ１を開くことにより、供給ラインＬ１より行われる。
【0044】
水分濃度及び酸素濃度が充分低いシールドガスがチャンバー１に供給されるとともに、チャンバー１内のまだ水分や酸素が多量に含んだシールドガスは、バルブＶ４を開くことにより、排出ラインＬ４より排出される。
シールドガスの供給及び排出が継続すると図８の区間１のように水分濃度が低下していく。水分濃度が低下して、第１の閾値まで到達したら、金属造形物の造形する第２の工程へ移行する。
シールドガスの供給及び排出が継続すると図８の区間１のように水分濃度が低下していく。水分濃度が低下して、第１の閾値まで到達したら、金属造形物の造形する第２の工程へ移行する。
【0045】
第２の工程の最初において、水分濃度は充分に低下していることから、シールドガスの供給及び排出を、バルブＶ１及びバルブＶ４をそれぞれ閉じることにより停止させる。
チャンバー１内は外気に対する気密性が必ずしも高くない場合もある。また、金属粉体Ｍの隙間に留まった残留ガスも徐々に放出される。加えて、金属粉体Ｍを焼結させるレーザー照射が開始されれば、金属粉体Ｍに付着していた水分が蒸発して水蒸気となり放出される。
このため、シールドガスの供給及び排出を停止すると、チャンバー１内の水分濃度は徐々に、局所的に上昇する。これを平均化するために、チャンバー１内のシールドガスを循環する制御（第１の制御）を開始する。
チャンバー１内は外気に対する気密性が必ずしも高くない場合もある。また、金属粉体Ｍの隙間に留まった残留ガスも徐々に放出される。加えて、金属粉体Ｍを焼結させるレーザー照射が開始されれば、金属粉体Ｍに付着していた水分が蒸発して水蒸気となり放出される。
このため、シールドガスの供給及び排出を停止すると、チャンバー１内の水分濃度は徐々に、局所的に上昇する。これを平均化するために、チャンバー１内のシールドガスを循環する制御（第１の制御）を開始する。
【0046】
第１の制御は、水分濃度が第１の閾値以下になったとき、バルブＶ１とバルブＶ４を閉じた上で、循環装置Ｐを起動するとともにバルブＶ２を開く制御であり、これによって、チャンバー１内のシールドガスを循環させる。
第１の制御がなされた後は図８の区間２のように水分濃度は徐々に上がっていく。しかしながら、シールドガスは停止しているため、高コストのガス消費量を抑えることができる。
さらに第１の形態と、第２の形態を比較すると、循環ラインＬ２に精製器を有さない第１の形態は、第１の精製器７を持つ第２の形態に比べて水分の上昇が早い。
このように、第１の精製器７を有する第２の形態は、シールドガスを停止させられる時間（区間１０２）が、第１の形態の時間（区間２）より長く、よりガス消費量を抑えることができる。
第１の制御がなされた後、チャンバー１内の水分濃度は上昇し、ついには第２の閾値に到達する。第２の閾値に到達すると、それ以上チャンバー内の水分濃度が上昇しないように、第３の制御を開始する。
第１の制御がなされた後は図８の区間２のように水分濃度は徐々に上がっていく。しかしながら、シールドガスは停止しているため、高コストのガス消費量を抑えることができる。
さらに第１の形態と、第２の形態を比較すると、循環ラインＬ２に精製器を有さない第１の形態は、第１の精製器７を持つ第２の形態に比べて水分の上昇が早い。
このように、第１の精製器７を有する第２の形態は、シールドガスを停止させられる時間（区間１０２）が、第１の形態の時間（区間２）より長く、よりガス消費量を抑えることができる。
第１の制御がなされた後、チャンバー１内の水分濃度は上昇し、ついには第２の閾値に到達する。第２の閾値に到達すると、それ以上チャンバー内の水分濃度が上昇しないように、第３の制御を開始する。
【0047】
第３の制御は、水分濃度が第２の閾値を超えたとき、循環装置Ｐが動作しバルブＶ２が開いている上で、バルブＶ１及びバルブＶ４を開く制御である。これにより水分濃度及び酸素濃度が充分低いシールドガスがチャンバー１に供給されるとともに、チャンバー１内で上昇した水分や酸素を含んだシールドガスを、排出ラインＬ４より排出する制御である。
第３の制御がなされた後は図８の区間３のように水分濃度は徐々に低下する。この間、シールドガスの供給が行われているため、供給時間が短ければ、よりガス消費量を抑えることができる。
第３の制御がなされた後は図８の区間３のように水分濃度は徐々に低下する。この間、シールドガスの供給が行われているため、供給時間が短ければ、よりガス消費量を抑えることができる。
【0048】
第１の形態と、第２の形態を比較すると、循環ラインＬ２に精製器を有さない第１の形態は、第１の精製器７を持つ第２の形態に比べて水分の低下が遅い。
このように、第１の精製器７を有する第２の形態は、シールドガスを供給する時間（区間１０３）が、第１の形態の時間（区間３）より短く、よりガス消費量を抑えることができる。
このように、第１の精製器７を有する第２の形態は、シールドガスを供給する時間（区間１０３）が、第１の形態の時間（区間３）より短く、よりガス消費量を抑えることができる。
【0049】
第２の工程において、第１の制御と第３の制御がなされれば、シールドガスを常に供給する従来法と比べ、必要十分な水分濃度を維持しつつ、よりガス消費量を抑えることができる。
図８において、第２の工程中継続的に供給（ＯＮ）する従来法に比べ、第１の形態で供給（ＯＮ）している時間は１／２以下となっている。さらに第２の形態で供給している時間は、第１の形態の１／３以下であり、ガス消費量も同様に削減される。
図８において、第２の工程中継続的に供給（ＯＮ）する従来法に比べ、第１の形態で供給（ＯＮ）している時間は１／２以下となっている。さらに第２の形態で供給している時間は、第１の形態の１／３以下であり、ガス消費量も同様に削減される。
【0050】
第２の閾値について、第２の工程中、チャンバー１内のシールドガスの水分濃度を１００ｐｐｍ以内に抑えたい場合、第２の閾値を１００ｐｐｍ、さらには安全率を１０％とみなして９０ｐｐｍなどのように設定すればよい。
第１の閾値について、低ければ低いほど、第１の閾値に到達するまでシールドガスを要するため、運用などの実績を考慮して決定すればよい。例えば第２の閾値の半分（５０ｐｐｍ）などが考えられる。
第１の閾値について、低ければ低いほど、第１の閾値に到達するまでシールドガスを要するため、運用などの実績を考慮して決定すればよい。例えば第２の閾値の半分（５０ｐｐｍ）などが考えられる。
【0051】
第２の工程の造形中になんらかのイレギュラーが発生し、第３の制御がなされた後も水分濃度がどんどん上昇し、ついには第３の閾値を超えた場合は、金属造形を一時停止し、水分濃度を最初の状態へもどす、すなわち第１の工程と同じ動作を行う必要がある。これが第４の制御である。
【0052】
第４の制御は、水分濃度が第３の閾値を超えた場合、バルブＶ２が閉じている上でバルブＶ１及びバルブＶ４を開く制御である。これにより水分濃度及び酸素濃度が充分低いシールドガスがチャンバー１に供給されるとともに、チャンバー１内で上昇した水分や酸素を含んだシールドガスを、排出ラインＬ４より排出する。第４の制御においては、循環装置Ｐは停止したほうがよりよいが、起動にかかる時間を考慮した上で停止／動作継続を選択してもよい。
第４の制御はイレギュラーな状態を想定しているもので、そのような場合の第３の閾値は、造形中のチャンバー１内のシールドガスの水分濃度を１００ｐｐｍ以内に抑えたい場合、例えば危険率を１０％とみなし１１０ｐｐｍに設定できる。
第４の制御はイレギュラーな状態を想定しているもので、そのような場合の第３の閾値は、造形中のチャンバー１内のシールドガスの水分濃度を１００ｐｐｍ以内に抑えたい場合、例えば危険率を１０％とみなし１１０ｐｐｍに設定できる。
【0053】
図４～６及び表１では、３種の閾値と４種の制御パターンを示しているが、閾値の選択や制御パターンの組み合わせは、より細かく設定できる。例えば閾値を５種にして、制御パターンをそれぞれ実用に合わせて割り振ることは充分に可能である。
ところで、第２の形態は第１の形態において大幅にガス消費量を抑えることができるが、その効果は第１の精製器７によって得られる。すなわち精製器７によって、循環流の不純物が除去されるものであるが、逆に言えば第１の精製器７の消耗が激しく寿命が短い。これに対し、第１の精製器の消耗を押さえつつ、合わせてガス消費量を抑えることができれば、より経済効果の高いものとなる。
ところで、第２の形態は第１の形態において大幅にガス消費量を抑えることができるが、その効果は第１の精製器７によって得られる。すなわち精製器７によって、循環流の不純物が除去されるものであるが、逆に言えば第１の精製器７の消耗が激しく寿命が短い。これに対し、第１の精製器の消耗を押さえつつ、合わせてガス消費量を抑えることができれば、より経済効果の高いものとなる。
【0054】
［金属造形物の製造装置１０Ｃを用いる、金属造形物の製造方法］
次に、金属造形物の製造装置１０Ｃを用いる、金属造形物の製造方法について説明する。図９～１１は本発明の第３の形態の金属造形物の製造装置１０Ｃで用いられるシールドガスの制御パターンを簡易図で示したものである。図９～１１において、太線で示すラインは、ガスが流れているラインを示す。
図９は、第２の工程で第５の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図１０は、第２の工程で第６の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図１１は、第１の工程を行っているとき、第２の工程で第７の制御がなされたとき及び第２の工程で第８の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
表２は、第２の工程における、第５から第８の制御を行う際の、濃度閾値によるバルブの開閉状態を示している。
次に、金属造形物の製造装置１０Ｃを用いる、金属造形物の製造方法について説明する。図９～１１は本発明の第３の形態の金属造形物の製造装置１０Ｃで用いられるシールドガスの制御パターンを簡易図で示したものである。図９～１１において、太線で示すラインは、ガスが流れているラインを示す。
図９は、第２の工程で第５の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図１０は、第２の工程で第６の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図１１は、第１の工程を行っているとき、第２の工程で第７の制御がなされたとき及び第２の工程で第８の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
表２は、第２の工程における、第５から第８の制御を行う際の、濃度閾値によるバルブの開閉状態を示している。
【0055】
【表2】
【0056】
図１２は第２の形態及び第３の形態で、図４～６及び図９～１１の動作の制御パターンによって金属造形物を造形したときの測定濃度推移とシールドガスの供給有無を模式的に比較した図である。なお、図１２中の「濃度」は水分濃度である。
【0057】
金属造形物の造形を開始する前に、チャンバー１内の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を低下させる第１の工程を行う。チャンバー１へのシールドガスの供給は、バルブＶ１を開くことにより、供給ラインＬ１より行われる。
【0058】
水分濃度及び酸素濃度が充分低いシールドガスがチャンバー１に供給されるとともに、チャンバー１内のまだ水分や酸素が多量に含んだシールドガスは、バルブＶ４を開くことにより、排出ラインＬ４より排出される。
シールドガスの供給及び排出が継続すると図１２の区間２０１のように水分濃度が低下していく。水分濃度が低下して、第１の閾値まで到達したら、金属造形物の造形する第２の工程へ移行する。
シールドガスの供給及び排出が継続すると図１２の区間２０１のように水分濃度が低下していく。水分濃度が低下して、第１の閾値まで到達したら、金属造形物の造形する第２の工程へ移行する。
【0059】
第２の工程の最初において、水分濃度は充分に低下していることから、シールドガスの供給及び排出を、バルブＶ１及びバルブＶ４をそれぞれ閉じることにより停止させる。
チャンバー１内は外気に対する気密性が必ずしも高くない場合もある。また、金属粉体の隙間に留まった残留ガスも徐々に放出される。加えて、金属粉体Ｍを焼結させるレーザー照射が開始されれば、金属粉体Ｍに付着していた水分が蒸発して水蒸気となり放出される。
このため、シールドガスの供給及び排出を停止すると、チャンバー内の水分濃度は徐々に、局所的に上昇する。これを平均化するために、チャンバー１内のシールドガスを循環する制御（第５の制御）を開始する。
チャンバー１内は外気に対する気密性が必ずしも高くない場合もある。また、金属粉体の隙間に留まった残留ガスも徐々に放出される。加えて、金属粉体Ｍを焼結させるレーザー照射が開始されれば、金属粉体Ｍに付着していた水分が蒸発して水蒸気となり放出される。
このため、シールドガスの供給及び排出を停止すると、チャンバー内の水分濃度は徐々に、局所的に上昇する。これを平均化するために、チャンバー１内のシールドガスを循環する制御（第５の制御）を開始する。
【0060】
第５の制御は、水分濃度が第１の閾値以下になった場合、バルブＶ１とバルブＶ４を閉じた上で、循環装置Ｐを起動するとともにバルブＶ２を開き、バルブＶ３を閉じる制御であり、これによって、チャンバー１内のシールドガスを循環させる。このとき、第１の精製器７の消耗を抑えるために、バルブＶ３を開放し、循環ラインＬ２およびバイパスラインＬ３の両方の経路にガスを分岐して循環させてもよい。このとき循環ラインＬ２に補助循環装置ポンプＰ２を用いてもよい。このように、第５の制御は、水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第１の閾値以下となったとき、供給ラインＬ１からチャンバー１内へのシールドガスの供給及びチャンバー１内のガスの排出を停止し、バイパスラインＬ３から循環ラインＬ２へ、シールドガスの一部又は全量を通過させて、チャンバー１内のガスを循環させる。第５の制御は、チャンバー１内のガスの排出を停止し、循環ラインＬ２のみを用いて、又はバイパスラインＬ３と循環ラインＬ２の両方を用いて、チャンバー１内のガスを循環させる制御であるとも言える。
第５の制御がなされた後は図１２の区間２０２、２０４、２０６のように水分濃度は徐々に上がっていく。しかしながら、シールドガスは停止しているため、高コストのガス消費量を抑えることができる。
第５の制御がなされた後は図１２の区間２０２、２０４、２０６のように水分濃度は徐々に上がっていく。しかしながら、シールドガスは停止しているため、高コストのガス消費量を抑えることができる。
【0061】
第５の制御がなされた後、チャンバー１内の水分濃度は上昇し、ついには第２の閾値に到達する。第２の閾値に到達すると、それ以上チャンバー内の水分濃度が上昇しないように、第６の制御を開始する。
第６の制御は、水分濃度が第２の閾値を超えたら、循環装置Ｐが動作しバルブＶ２を閉じてＶ３を開き、循環ラインＬ２をバイパスラインＬ３に切り替えるとともに、バルブＶ１及びバルブＶ４を開く制御である。これにより水分濃度及び酸素濃度が充分低いシールドガスがチャンバー１に供給されるとともに、チャンバー１内で上昇した水分や酸素を含んだシールドガスを、排出ラインＬ４より排出する制御である。
第６の制御がなされた後は図１２の区間２０３、２０５のように水分濃度は徐々に低下する。
第６の制御は、水分濃度が第２の閾値を超えたら、循環装置Ｐが動作しバルブＶ２を閉じてＶ３を開き、循環ラインＬ２をバイパスラインＬ３に切り替えるとともに、バルブＶ１及びバルブＶ４を開く制御である。これにより水分濃度及び酸素濃度が充分低いシールドガスがチャンバー１に供給されるとともに、チャンバー１内で上昇した水分や酸素を含んだシールドガスを、排出ラインＬ４より排出する制御である。
第６の制御がなされた後は図１２の区間２０３、２０５のように水分濃度は徐々に低下する。
【0062】
第３の形態と、第２の形態を比較すると、区間２０２後、バイパスラインＬ３に切り替えた第３の形態の区間２０３は、第１の精製器７で循環させる第２の形態の区間１０３に比べて水分の低下が遅い。
その分、第３の形態は第１の精製器７の劣化を防ぐことができるため、第１の精製器７を延命できる。
図１２において、第２の形態の区間１０３の水分量を第１の精製器７に通過させないため、その分の劣化を防ぐことが可能である。
第１の精製器７とガス消費量との経済効果はケースバイケースとなるため、実施に際してどちらが有効か比較して、実施の形態を選択するとよい。
第３の形態においても、第２の制御と同様に、第２工程で水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、循環ラインおよびバイパスラインともにガスの循環を停止させ、供給ラインからチャンバー内にシールドガスを供給し、排出ラインからチャンバー内のガスを排出する制御（第７の制御）が、第２の制御と同様の効果をもって実施できる。
さらには、第４の制御と同様に、第２の工程の造形中になんらかのイレギュラーが発生し、第６の制御でも水分濃度がどんどん上昇し、ついには第３の閾値を超えた場合は、金属造形を一時停止し、水分濃度を最初の状態へもどす、すなわち第１の工程と同じ制御を行う必要がある第８の制御も実施可能である。
その分、第３の形態は第１の精製器７の劣化を防ぐことができるため、第１の精製器７を延命できる。
図１２において、第２の形態の区間１０３の水分量を第１の精製器７に通過させないため、その分の劣化を防ぐことが可能である。
第１の精製器７とガス消費量との経済効果はケースバイケースとなるため、実施に際してどちらが有効か比較して、実施の形態を選択するとよい。
第３の形態においても、第２の制御と同様に、第２工程で水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方の測定値が第２の閾値を超えたとき、循環ラインおよびバイパスラインともにガスの循環を停止させ、供給ラインからチャンバー内にシールドガスを供給し、排出ラインからチャンバー内のガスを排出する制御（第７の制御）が、第２の制御と同様の効果をもって実施できる。
さらには、第４の制御と同様に、第２の工程の造形中になんらかのイレギュラーが発生し、第６の制御でも水分濃度がどんどん上昇し、ついには第３の閾値を超えた場合は、金属造形を一時停止し、水分濃度を最初の状態へもどす、すなわち第１の工程と同じ制御を行う必要がある第８の制御も実施可能である。
【0063】
［第４の形態に係る金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法］
次に、第４の形態に係る金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法について説明する。
図１３～１７は本発明の第４の形態の金属造形物の製造装置１０Ｄで用いられるシールドガスの動作を簡易図で示したものである。図１３～１７において、太線で示すラインは、ガスが流れているラインを示す。
第４の形態は、金属造形物の製造装置１０Ａ、金属造形物の製造装置１０Ｂ、金属造形物の製造装置１０Ｃのチャンバー１内の圧力を監視する圧力計ｐをチャンバー１に設けた場合である。
これは、金属造形物を造形する条件として、造形雰囲気の圧力条件の変化によって、造形物の機械的強度が変化する場合に用いると有効な形態である。
次に、第４の形態に係る金属造形物の製造装置を用いる、金属造形物の製造方法について説明する。
図１３～１７は本発明の第４の形態の金属造形物の製造装置１０Ｄで用いられるシールドガスの動作を簡易図で示したものである。図１３～１７において、太線で示すラインは、ガスが流れているラインを示す。
第４の形態は、金属造形物の製造装置１０Ａ、金属造形物の製造装置１０Ｂ、金属造形物の製造装置１０Ｃのチャンバー１内の圧力を監視する圧力計ｐをチャンバー１に設けた場合である。
これは、金属造形物を造形する条件として、造形雰囲気の圧力条件の変化によって、造形物の機械的強度が変化する場合に用いると有効な形態である。
【0064】
図１３は、第２の工程で第９の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図１４は、第２の工程で第１０の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図１５は、第２の工程で第１１の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図１６は、第２の工程で第１２の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図１７は、第２の工程で第１３の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
表３は、第２の工程における、第９から第１３の制御を行う際の、圧力閾値によるバルブの開閉状態を示している。
図１４は、第２の工程で第１０の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図１５は、第２の工程で第１１の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図１６は、第２の工程で第１２の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
図１７は、第２の工程で第１３の制御がなされたときの金属造形物の製造装置の簡易図である。
表３は、第２の工程における、第９から第１３の制御を行う際の、圧力閾値によるバルブの開閉状態を示している。
【0065】
【表3】
【0066】
図４から図６及び図９から図１１の動作中に、造形雰囲気の圧力が低下する、すなわち圧力計ｐの測定値が第４の閾値以下となったとき、バルブＶ１を開いて、シールドガスを供給し、さらにバルブＶ４を停止又は、開度を狭くする調整を行って、チャンバー１内の圧力を上昇させる。その後、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたとき、通常の図４から図６及び図９から図１１の動作に戻す。
これにより、造形中のチャンバー１内の圧力状態を一定に保つことができ、圧力変動による影響を少なくすることができる。
例えば、第９の制御としては、図４の動作中に圧力計ｐの圧力値が第４の閾値以下となったとき、図１３の動作に移行する。その後、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、図４の動作に戻す。
例えば、第１０の制御としては、図５又は図６の動作中に圧力計ｐの圧力値が第４の閾値以下となったとき、図１４の動作に移行する。その後、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、図５、もしくは図６の動作に戻す。
例えば、第１１の制御としては、図９の動作中に圧力計ｐの圧力値が第４の閾値以下となったとき、図１５の動作に移行する。その後、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、図９の動作に戻す。
例えば、第１２の制御としては、図１０の動作中に圧力計ｐの圧力値が第４の閾値以下となったとき、図１６の動作に移行する。その後、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、図１０の動作に戻す。
例えば、第１３の制御としては、図１１の動作中に圧力計ｐの圧力値が第４の閾値以下となったとき、図１７の動作に移行する。その後、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、図１１の動作に戻す。
なお、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、制御前の動作に戻らなくとも、その時点の水分濃度を参照して、適宜に動作を選択することもできる。
特に、チャンバー１内の圧力が低下すると、チャンバー１内に外気が侵入しやすくなるため、水分濃度や酸素濃度も上昇しやすくなる。よって、一定の圧力で制御することも課題解決に効果を奏する。
これにより、造形中のチャンバー１内の圧力状態を一定に保つことができ、圧力変動による影響を少なくすることができる。
例えば、第９の制御としては、図４の動作中に圧力計ｐの圧力値が第４の閾値以下となったとき、図１３の動作に移行する。その後、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、図４の動作に戻す。
例えば、第１０の制御としては、図５又は図６の動作中に圧力計ｐの圧力値が第４の閾値以下となったとき、図１４の動作に移行する。その後、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、図５、もしくは図６の動作に戻す。
例えば、第１１の制御としては、図９の動作中に圧力計ｐの圧力値が第４の閾値以下となったとき、図１５の動作に移行する。その後、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、図９の動作に戻す。
例えば、第１２の制御としては、図１０の動作中に圧力計ｐの圧力値が第４の閾値以下となったとき、図１６の動作に移行する。その後、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、図１０の動作に戻す。
例えば、第１３の制御としては、図１１の動作中に圧力計ｐの圧力値が第４の閾値以下となったとき、図１７の動作に移行する。その後、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、図１１の動作に戻す。
なお、圧力計ｐの圧力値が第５の閾値を超えたら、制御前の動作に戻らなくとも、その時点の水分濃度を参照して、適宜に動作を選択することもできる。
特に、チャンバー１内の圧力が低下すると、チャンバー１内に外気が侵入しやすくなるため、水分濃度や酸素濃度も上昇しやすくなる。よって、一定の圧力で制御することも課題解決に効果を奏する。
【0067】
チャンバー１内のゲージ圧力は、０．０５～０．３０ＭＰａが好ましく、０．１０～０．２５ＭＰａがより好ましく、０．１０～０．２０ＭＰａがさらに好ましい。ゲージ圧力が前記下限値以上であると、経路内が陽圧となり外部からの不純部混入が低減される傾向がある。ゲージ圧力が前記上限値以下であると、シールドガスの使用量が低減され、金属造形物の製造コストがさらに低下する。
【0068】
（作用効果）
以上説明した本実施形態に係る金属造形物の製造装置は、チャンバー内のガスを循環させるための循環ラインを備える。そのため、チャンバー内に新たに導入するシールドガスを低減できる。
さらに、本実施形態に係る金属造形物の製造装置は、チャンバー内のガスを循環させるための循環ラインに第１の精製器を備える。そのため、金属造形物の製造の過程でエネルギー線によって金属粉体を焼結させる際に、金属粉体に付着していた水分に起因して水蒸気、酸素ガスがチャンバー内で発生したとしても、循環ラインに設けられた第１の精製器によって酸素ガス及び水分を除去できる。よって、金属造形物の製造中においても、チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度を充分に低減した状態を維持でき、金属造形物の機械的特性がよくなる。
また、第１の精製器を備えている循環ラインには、バイパスラインも設けられ、それらを切り替えることにより、第１の精製器の寿命を延ばすことができる。
さらに、本実施形態に係る金属造形物の製造装置は、チャンバー内のガス中の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を測定する濃度測定器と、チャンバー内にシールドガスを供給する供給ラインと、チャンバー内のガスを排出する排出ラインとを備える。そのため、チャンバー内のガスの水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方が高くなったとき、供給ラインからチャンバー内にシールドガスを供給するとともに、排出ラインからチャンバー内のガスの一部を排出する制御を行うことができる。よって、チャンバー内のガスの水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方が高い状態で金属造形物が製造されることを防止でき、水分に起因する金属造形物の機械的特性の低下を確実に防止できる。
さらに、チャンバー内の圧力を監視し、シールドガスの供給／排出以外によりある一定の範囲の圧力に維持できる。これにより、過度なガス供給を抑制しつつ、外気からの水分及び酸素の浸入を防止することができる。
このように本実施形態の金属造形物の製造装置によれば、シールドガス中の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を必要十分に低減した状態で金属造形物を製造でき、シールドガスの供給量を抑えることで機械的特性に優れる金属造形物を低コストで製造できる。
以上説明した本実施形態に係る金属造形物の製造装置は、チャンバー内のガスを循環させるための循環ラインを備える。そのため、チャンバー内に新たに導入するシールドガスを低減できる。
さらに、本実施形態に係る金属造形物の製造装置は、チャンバー内のガスを循環させるための循環ラインに第１の精製器を備える。そのため、金属造形物の製造の過程でエネルギー線によって金属粉体を焼結させる際に、金属粉体に付着していた水分に起因して水蒸気、酸素ガスがチャンバー内で発生したとしても、循環ラインに設けられた第１の精製器によって酸素ガス及び水分を除去できる。よって、金属造形物の製造中においても、チャンバー内の水分濃度及び酸素濃度を充分に低減した状態を維持でき、金属造形物の機械的特性がよくなる。
また、第１の精製器を備えている循環ラインには、バイパスラインも設けられ、それらを切り替えることにより、第１の精製器の寿命を延ばすことができる。
さらに、本実施形態に係る金属造形物の製造装置は、チャンバー内のガス中の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を測定する濃度測定器と、チャンバー内にシールドガスを供給する供給ラインと、チャンバー内のガスを排出する排出ラインとを備える。そのため、チャンバー内のガスの水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方が高くなったとき、供給ラインからチャンバー内にシールドガスを供給するとともに、排出ラインからチャンバー内のガスの一部を排出する制御を行うことができる。よって、チャンバー内のガスの水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方が高い状態で金属造形物が製造されることを防止でき、水分に起因する金属造形物の機械的特性の低下を確実に防止できる。
さらに、チャンバー内の圧力を監視し、シールドガスの供給／排出以外によりある一定の範囲の圧力に維持できる。これにより、過度なガス供給を抑制しつつ、外気からの水分及び酸素の浸入を防止することができる。
このように本実施形態の金属造形物の製造装置によれば、シールドガス中の水分濃度及び酸素濃度の少なくとも一方を必要十分に低減した状態で金属造形物を製造でき、シールドガスの供給量を抑えることで機械的特性に優れる金属造形物を低コストで製造できる。
【0069】
例えば、従来の金属造形物の製造装置においては、チャンバー内のガス中の水分濃度、酸素濃度を必要十分に抑えるためには、相当量のガス量を必要とするため、ガス量を抑えると１５００～３０００ｐｐｍ程度の状態で金属造形物が製造されていた。これに対して、本実施形態の金属造形物の製造装置によれば、チャンバー内のガス中の水分濃度及び酸素濃度をともに１００ｐｐｍ以下に低下させた状態にしても適度なガス量で金属造形物を製造できる。したがって、金属造形物の製造装置によれば、従来の製造装置と比較して、機械的特性に優れる金属造形物を製造できる。
【0070】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されない。また、本発明は特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が加えられてよい。
【0071】
例えば、以上説明した本実施形態では、金属造形物の製造装置は、ベースプレートの上側に敷き詰められている金属粉体にレーザーを照射する形態である。しかし、他の実施形態では、金属造形物の製造装置は、レーザーの照射位置に金蔵粉体を吹き付けながら供給する形態でもよい。
【0072】
例えば、以上説明した本実施形態では、排出ラインＬ４の端部が、チャンバー１の下方の側面と接続されている形態である。しかし、他の実施形態では、排出ラインＬ４の端部が第１の精製器７の一次側の部分の循環ラインＬ２Ａに接続されている形態でもよい。すなわち、他の実施形態においては、排出ラインＬ４が第１の精製器７の一次側の部分の循環ラインＬ２Ａから分岐している形態でもよい。
【0073】
他にも、本実施形態の金属造形物の製造方法では、金属粉体の種類に合わせて、シールドガスの組成を選択してもよい。
【符号の説明】
【0074】
１…チャンバー、２…供給槽、３…造形槽、４…リコーター、５…回収槽、６…第２の精製器、７…第１の精製器、８…制御装置、Ｂ…基準面、Ｃ１…第１の濃度測定器（濃度測定器）、Ｃ２…第２の濃度測定器、Ｌ１…供給ライン、Ｌ２…循環ライン、Ｌ３…バイパスライン、Ｌ４…排出ライン、Ｖ１～Ｖ４…バルブ、Ｐ…循環装置、ｐ・・・圧力計
【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13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】