特許 7192615 粉末供給装置、三次元造形装置及び三次元造形物を造形する方法

(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】2022-12-12

(45)【発行日】2022-12-20

(54)【発明の名称】粉末供給装置、三次元造形装置及び三次元造形物を造形する方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/35 20170101AFI20221213BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20221213BHJP

   B22F 12/67 20210101ALI20221213BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20221213BHJP

   B29C 64/214 20170101ALI20221213BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20221213BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20221213BHJP

   B33Y 40/00 20200101ALI20221213BHJP

【ＦＩ】

B29C64/35

B22F10/28

B22F12/67

B29C64/153

B29C64/214

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y40/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019065872

(22)【出願日】2019-03-29

(65)【公開番号】P2020163670

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2021-11-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】松岡 修史

(72)【発明者】

【氏名】須田 一志

【審査官】▲高▼村 憲司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１５７４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８７８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５５６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３７２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１４３５８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ２２Ｆ １／００－１２／９０

Ｂ２８Ｂ １／３０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

敷き均された粉末を処理して造形物を形成する三次元造形装置に用いられる粉末供給装置であって、
前記粉末を収容する粉末収容部と、
前記粉末収容部と前記粉末への処理によって前記造形物が形成される造形領域との間を移動可能に配置されて、前記粉末を前記粉末収容部から前記造形領域に移動させる塗布部と、
前記塗布部に付着した残留粉末を除去する粉末除去部と、を備え、
前記塗布部は、
前記粉末収容部から前記造形領域に向かう第１方向に前記粉末を押圧する塗布押圧部と、
前記第１方向と交差する第２方向に前記塗布押圧部が突出するように、前記塗布押圧部を把持する塗布本体と、を有し、
前記粉末除去部は、
前記塗布押圧部に対面する押圧除去面と、
前記塗布本体に対面する本体除去面と、
前記本体除去面を含む本体除去部と、を有し、
前記本体除去部の弾性率は、前記塗布本体の弾性率よりも小さく、
前記本体除去部が前記塗布本体に押圧されたとき、前記本体除去部は、前記塗布本体の形状に倣うように変形する、粉末供給装置。

【請求項2】

前記粉末除去部は、前記押圧除去面を含む押圧除去部を有し、
前記押圧除去部の弾性率は、前記塗布押圧部の弾性率よりも小さく、
前記押圧除去部が前記塗布押圧部に押圧されたとき、前記押圧除去部は、前記塗布押圧部の形状に倣うように変形する、請求項１に記載の粉末供給装置。

【請求項3】

前記粉末除去部は、固定されている、請求項１又は２に記載の粉末供給装置。

【請求項4】

前記粉末除去部は、前記押圧除去面及び前記本体除去面を含む可動片部と、
前記可動片部を前記第１方向及び前記第２方向のそれぞれに交差する第３方向に移動させる移動機構と、を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の粉末供給装置。

【請求項5】

敷き均された粉末を処理して造形物を形成する三次元造形装置であって、
前記粉末が敷き均されて、前記粉末への処理によって前記造形物が形成される造形領域部と、
前記造形領域部に前記粉末を敷き均す粉末供給部と、
を備え、
前記粉末供給部は、
前記粉末を収容する粉末収容部と、
前記粉末収容部と前記造形領域部との間を移動可能に配置されて、前記粉末を前記粉末収容部から前記造形領域部に移動させる塗布部と、
前記塗布部に付着した残留粉末を除去する粉末除去部と、を有し、
前記塗布部は、
前記粉末収容部から前記造形領域部に向かう第１方向に前記粉末を押圧する塗布押圧部と、
前記第１方向と交差する第２方向に前記塗布押圧部が突出するように、前記塗布押圧部を把持する塗布本体と、を有し、
前記粉末除去部は、
前記塗布押圧部に対面する押圧除去面と、
前記塗布本体に対面する本体除去面と、
前記本体除去面を含む本体除去部と、を有し、
前記本体除去部の弾性率は、前記塗布本体の弾性率よりも小さく、
前記本体除去部が前記塗布本体に押圧されたとき、前記本体除去部は、前記塗布本体の形状に倣うように変形する、三次元造形装置。

【請求項6】

三次元造形装置によって三次元造形物を造形する方法であって、
前記三次元造形装置は、粉末が敷き均されて、前記粉末への処理によって前記造形物が形成される造形領域部と、前記造形領域部に粉末を敷き均す粉末供給部と、を備え、
前記粉末供給部の塗布部を所定方向に移動させることによって、前記粉末を前記造形領域部に敷き均す工程と、
敷き均された前記粉末を処理して、前記三次元造形物を造形する工程と、
前記塗布部に付着する残留粉末を除去する粉末除去部と前記塗布部とを相対的に近接させることによって、前記残留粉末を除去する工程と、を有し、
前記残留粉末を除去する工程は、
前記粉末を押圧する塗布押圧部を把持する塗布本体に付着した前記残留粉末を除去する工程と、
前記塗布押圧部に付着した前記残留粉末を除去する工程と、を含み、
前記粉末除去部は、前記塗布本体に対面する本体除去面を含む本体除去部を有し、
前記塗布本体に付着した前記残留粉末を除去する工程では、前記塗布本体の弾性率よりも小さい弾性率である前記本体除去部が前記塗布本体に押圧されて、前記本体除去部は、前記塗布本体の形状に倣うように変形する、三次元造形物を造形する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、粉末供給装置、三次元造形装置及び三次元造形物を造形する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１～７は、三次元造形装置に関する技術を開示する。三次元造形装置は、粉末状の材料を敷き均し、当該敷き均された材料に対して所定の領域にエネルギビームを照射する。エネルギビームが照射された領域における材料は、溶融したのちに固化する。そして、再び粉末状の材料を敷き均す。このように、三次元造形装置は、粉末状の材料の敷き均しとエネルギビームの照射とを繰り返すことにより、三次元の造形物を得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１７／１８８１５２号

【文献】国際公開第２０１７／００２９２６号

【文献】実用新案登録第３１９０９５５号

【文献】特開２００４－１７５０９３号公報

【文献】特開２０１５－１５０８２５号公報

【文献】特開２０１６－５５６２５号公報

【文献】特開２０１８－２０５２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

粉末材料は、所定の供給機構によって、貯蔵されている領域からエネルギビームが照射される領域に供給される。この供給機構は、粉末材料に直接触れる部分を有する。そうすると、当該触れる部分に粉末材料が付着することがあり得る。このような残留粉末が造形領域に敷き均された未処理の粉末材料に落下すると、造形物の品質に影響を及ぼしてしまう。

【0005】

そこで、本開示は、残留粉末を確実に取り除くことが可能な粉末供給装置、当該粉末供給装置を備えた三次元造形装置及び三次元造形物を造形する方法を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一形態は、敷き均された粉末を処理して造形物を形成する三次元造形装置に用いられる粉末供給装置であって、粉末を収容する粉末収容部と、粉末収容部と粉末への処理によって造形物が形成される造形領域との間を移動可能に配置されて、粉末を粉末収容部から造形領域に移動させる塗布部と、塗布部に付着した残留粉末を除去する粉末除去部と、を備え、塗布部は、粉末収容部から造形領域に向かう第１方向に粉末を押圧する塗布押圧部と、第１方向と交差する第２方向に塗布押圧部が突出するように、塗布押圧部を把持する塗布本体と、を有し、粉末除去部は、塗布押圧部に対面する押圧除去面と、塗布本体に対面する本体除去面と、を有する。

【0007】

塗布部は、粉末を押圧する塗布押圧部によって粉末を造形領域に移動させる。この粉末は、塗布押圧部及び塗布押圧部の近傍における塗布本体に付着して、残留粉末となることがある。粉末供給装置は、塗布押圧部に対面する押圧除去面を有しているので、当該押圧除去面を塗布押圧部に相対的に近づけることによって、塗布押圧部に付着した残留粉末を取り除くことが可能である。さらに、粉末供給装置は、塗布本体に対面する本体除去面を有しているので、当該本体除去面を塗布本体に相対的に近づけることによって、塗布本体に付着した残留粉末を取り除くことが可能である。つまり、粉末供給装置は、塗布押圧部及び塗布本体における残留粉末を取り除くことができる。

【0008】

上記の粉末供給装置における押圧除去面の形状は、押圧除去面が対面する塗布押圧部の形状に倣っており、本体除去面の形状は、本体除去面が対面する塗布本体の形状に倣っていてもよい。この構成によれば、塗布押圧部及び塗布本体における残留粉末を確実に取り除くことができる。

【0009】

上記の粉末供給装置における粉末除去部は、本体除去面を含む本体除去部を有し、本体除去部の弾性率は、塗布本体の弾性率よりも小さく、本体除去部が塗布本体に押圧されたとき、本体除去部は、塗布本体の形状に倣うように変形してもよい。この構成によれば、本体除去部が塗布本体に近接したときに、本体除去部が塗布本体に付着した残留粉末を塗布本体に押し付ける力が低減される。従って、さらに確実に塗布本体に付着した残留粉末を取り除くことができる。

【0010】

上記の粉末供給装置における粉末除去部は、押圧除去面を含む押圧除去部を有し、押圧除去部の弾性率は、塗布押圧部の弾性率よりも小さく、押圧除去部が塗布押圧部に押圧されたとき、押圧除去部は、塗布押圧部の形状に倣うように変形してもよい。この構成によれば、押圧除去部が塗布押圧部に近接したときに、押圧除去部が塗布押圧部に付着した残留粉末を塗布押圧部に押し付ける力が低減される。従って、さらに確実に塗布押圧部における残留粉末を取り除くことができる。

【0011】

上記の粉末供給装置における粉末除去部は、固定されてもよい。この構成によれば、塗布部が移動して、粉末除去部に近づくことによって、残留粉末が取り除かれる。つまり、粉末除去部を移動させる構成が不要であるので、粉末供給装置の構成を簡易にできる。

【0012】

上記の粉末供給装置における粉末除去部は、押圧除去面及び本体除去面を含む可動片部と、可動片部を第１方向及び第２方向のそれぞれに交差する第３方向に移動させる移動機構と、を有してもよい。この構成によれば、さらに確実に残留粉末を取り除くことができる。

【0013】

本開示の別の形態は、敷き均された粉末を処理して造形物を形成する三次元造形装置であって、粉末が敷き均されて、粉末への処理によって造形物が形成される造形領域部と、造形領域部に粉末を敷き均す粉末供給部と、備え、粉末供給部は、粉末を収容する粉末収容部と、粉末収容部と造形領域部との間を移動可能に配置されて、粉末を粉末収容部から造形領域部に移動させる塗布部と、塗布部に付着した残留粉末を除去する粉末除去部と、を有し、塗布部は、粉末収容部から造形領域部に向かう第１方向に粉末を押圧する塗布押圧部と、第１方向と交差する第２方向に塗布押圧部が突出するように、塗布押圧部を把持する塗布本体と、を有し、粉末除去部は、塗布押圧部に対面する押圧除去面と、塗布本体に対面する本体除去面と、を有する。

【0014】

三次元造形装置は、上記の粉末供給装置と同様の構成を有する粉末供給部を有する。従って、塗布押圧部及び塗布本体における残留粉末は、確実に取り除かれる。

【0015】

本開示の更に別の形態は、三次元造形装置は、粉末が敷き均されて、粉末への処理によって造形物が形成される造形領域部と、造形領域部に粉末を敷き均す粉末供給部と、を備え、粉末供給部の塗布部を所定方向に移動させることによって、粉末を造形領域部に敷き均す工程と、敷き均された粉末を処理して、三次元造形物を造形する工程と、塗布部に付着する残留粉末を除去する粉末除去部と塗布部とを相対的に近接させることによって、残留粉末を除去する工程と、を有し、残留粉末を除去する工程は、粉末を押圧する塗布押圧部を把持する塗布本体に付着した残留粉末を除去する工程と、塗布押圧部に付着した残留粉末を除去する工程と、を含む。

【0016】

この三次元造形物を造形する方法によれば、残留粉末を除去する工程において残留粉末を確実に取り除くことができる。その結果、造形物の品質へ及ぼす残留粉末の影響を抑制することができる。

【発明の効果】

【0017】

本開示の粉末供給装置、当該粉末供給装置を備えた三次元造形装置及び三次元造形物を造形する方法によれば、残留粉末を確実に取り除くことができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】図１は、本開示の三次元造形装置を示す図である。

【図2】図２は、図１に示す三次元造形装置の主要部を拡大して示す図である。

【図3】図３は、図２に示す主要部を平面視した図である。

【図4】図４は、リコータの構造を示す図である。

【図5】図５は、除去機構と塗布機構とを示す斜視図である。

【図6】図６は、三次元造形装置の動作を示すフロー図である。

【図7】図７の（ａ）部、同（ｂ）部及び同（ｃ）部は、除去動作を説明する図である。

【図8】図８は、変形例１の除去機構と塗布機構とを示す斜視図である。

【図9】図９は、変形例２の除去機構と塗布機構とを示す図である。

【図10】図１０の（ａ）部及び同（ｂ）部は、変形例３の除去機構と塗布機構との構成及び動作を示す図である。

【図11】図１１は、変形例４の除去機構と塗布機構とを示す図である。

【図12】図１２は、変形例５の三次元造形装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0020】

図１に示す三次元造形装置１は、三次元造形物１００を得る。三次元造形装置１は、まず、造形領域に粉末１０１を供給する。そして、三次元造形装置１は、粉末１０１にエネルギビームとしてのレーザビーム（以下、単に「レーザＬ」）を照射する。この照射によって、粉末１０１は、溶融する。レーザＬの照射が停止されると、溶融した粉末１０１は固化する。つまり、三次元造形装置１は、粉末１０１の供給と、レーザＬの照射と、を繰り返す。

【0021】

以下の説明において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を用いることがある。Ｘ軸とは、作業台主面１１ａの面内方向であって、リコータ２４が移動する方向（第１方向）である。Ｙ軸とは、作業台主面１１ａの面内方向であって、Ｘ軸と直交する方向（第３方向）である。Ｚ軸とは、作業台主面１１ａの法線方向であってレーザＬが照射される方向（第２方向）である。

【0022】

三次元造形物１００は、例えば機械部品などである。また、三次元造形物１００は、その他の構造物であってもよい。粉末１０１は、多数の粉末体により構成される。粉末１０１の材料は、金属であり、例えばチタン系金属粉末、インコネル（登録商標）粉末、アルミニウム粉末、ステンレス粉末等である。粉末１０１の材料は、金属材料に限定されない。粉末１０１の材料は、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）など、炭素繊維と樹脂とを含む材料であってもよい。また、粉末１０１の材料は、その他の材料であってもよい。粉末１０１の材料は、導電性を有する材料であってもよい。また、粉末１０１は、レーザＬの照射により溶融できるものであればよい。例えば、粉末１０１として、粉末より粒径の大きい粒体を用いてもよい。

【0023】

三次元造形装置１は、主要な構成要素として、造形部２と、レーザ出射部３と、制御部４と、を有する。造形部２は、所望の物体である三次元造形物１００を造形する部位である。レーザ出射部３は、粉末１０１に向けてレーザＬを出射する。制御部４は、三次元造形装置１の装置全体の制御を行う電子制御ユニットである。制御部４は、例えばＣＰＵ（CentralProcessing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータを含むものとしてよい。

【0024】

レーザ出射部３は、粉末１０１を溶融し固化させるレーザ照射装置である。レーザ出射部３から出射されたレーザＬは、チャンバ９の中に照射されて、粉末１０１を加熱する。レーザ出射部３は、粉末１０１にエネルギを付与して、粉末１０１を加熱して溶融することができる。レーザ出射部３は、粉末１０１にエネルギを付与するエネルギ付与部である。レーザ出射部３は、レーザＬを偏光させるミラー、ミラーを動かすためのミラー駆動部、レーザＬを集光する集光レンズ等の光学部品を含んでもよい。

【0025】

制御部４は、レーザ出射部３におけるレーザＬの出射制御およびミラー駆動部などの動作制御などを実行する。例えば、制御部４は、レーザ出射部３の動作制御として、ミラー駆動部に制御信号を出力して、レーザＬの照射位置を制御する。制御部４には造形すべき物体である三次元造形物１００の三次元ＣＡＤ（Computer-AidedDesign）データが入力される。制御部４は、この三次元ＣＡＤデータに基づいて二次元のスライスデータを生成する。スライスデータは、例えば、三次元造形物１００の水平断面のデータであり、上下位置に応じた多数のデータの集合体である。このスライスデータに基づいて、レーザＬが照射される領域が決定され、その領域に応じてミラー駆動部に制御信号が出力される。また、制御部４は、後述する粉末１０１の供給制御も実行する。

【0026】

造形部２は、所望の物体である三次元造形物１００を造形する空間を形成し、造形に要するいくつかの装置を収容する。造形部２は、チャンバ９と、作業台１１と、造形タンク１２と、粉末供給装置１３（粉末供給部）と、を有する。

【0027】

チャンバ９は、作業台１１、造形タンク１２（造形領域部）及び粉末供給装置１３を収容する造形空間Ｓを形成する。チャンバ９は、内部を真空（低圧）状態とすることが可能な容器であり、図示しない真空ポンプが接続されている。チャンバ９の内部には例えばアルゴンガスが充填されている。

【0028】

作業台１１は、作業台主面１１ａを有する。作業台主面１１ａには、後述する造形タンク１２の開口部と、収容タンク１７Ａ、１７Ｂの開口部と、回収タンク１８Ａ、１８Ｂの開口部とが設けられている。

【0029】

図２に示すように、造形タンク１２は、Ｚ軸の方向に延びる。造形タンク１２は、例えば円形状のタンク穴１２ａを含み、その内部には造形ピストン１４が配置されている。

【0030】

造形ピストン１４は、造形タンク１２内に配置された平板部材と、当該平板状の部材の裏面に設けられた軸体部材と、を有する。造形タンク１２と造形ピストン１４とは、同心円状に配置される。造形ピストン１４の形状は、造形領域の形状に対応する。造形領域の形状とは、例えば、作業台主面１１ａに設けられた造形タンク１２の開口部の形状としてよい。造形ピストン１４は、平坦なプレート主面（造形テーブル）を有する。プレート主面は、三次元造形物１００及び粉末１０１を支持する。造形ピストン１４は、レーザＬの出射方向の延長線上に配置され、例えば水平なＸＹ平面に平行に設けられる。

【0031】

造形ピストン１４上に配置された粉末１０１に対してレーザＬが照射されることから、造形ピストン１４の主面は、レーザＬが照射される領域（図３参照）とみなしてよい。換言すると、造形タンク１２の開口部を造形領域Ｍとみなしてもよい。造形領域Ｍは、造形ピストン１４の主面や造形タンク１２の開口部よりも大きい範囲であってもよいし、造形ピストン１４の主面や造形タンク１２の開口部の一部であってもよい。

【0032】

造形ピストン１４には、ピストン駆動装置１６が取り付けられている。ピストン駆動装置１６は、造形ピストン１４を支持すると共に、造形タンク１２内で造形ピストン１４を上下方向に昇降させる。ピストン駆動装置１６は、制御部４と電気的に接続され、制御部４から制御信号を受けて動作する。ピストン駆動装置１６は、物体の造形の初期において造形ピストン１４を上部へ移動させ、造形ピストン１４上で粉末１０１が積層されるごとに造形ピストン１４を降下させる。

【0033】

上記した造形タンク１２及び造形ピストン１４の形状は、三次元造形物１００の形状等に応じて、適宜に変更してよい。本開示の三次元造形装置１は、造形タンク１２及び造形ピストン１４の形状が四角形であり、造形タンク１２の形状が角筒状である場合について説明する。造形ピストン１４が造形タンク１２内に配置され、造形ピストン１４上に造形面が形成されるので、平面視において、これらは等しい形状および大きさを有する。なお、造形タンク１２及び造形ピストン１４の平面視における形状は、四角形には限定されず、例えば円形であってもよい。造形タンク１２の形状は円筒状であってもよい。

【0034】

以下、図２及び図３を参照しながら粉末供給装置１３について詳細に説明する。粉末供給装置１３は、造形タンク１２に粉末１０１を供給する。この粉末１０１の供給とは、造形タンク１２の外部から造形タンク１２へ粉末１０１を移動させる動作と、造形タンク１２（具体的には造形ピストン１４上）において粉末１０１を所定の厚みに均す動作と、を含む。

【0035】

粉末供給装置１３は、一対の収容タンク１７Ａ、１７Ｂ（粉末収容部）と、一対の回収タンク１８Ａ、１８Ｂと、塗布機構１９（塗布部）と、一対の除去機構２１Ａ、２１Ｂ（粉末除去部）と、を有する。

【0036】

一対の収容タンク１７Ａ、１７Ｂは、未固化の粉末１０１をそれぞれ収容する。一対の収容タンク１７Ａ、１７Ｂは、造形タンク１２を挟むように、造形タンク１２の両脇に配置されている。収容タンク１７Ａ、１７Ｂは、平面視して矩形状を呈する（図３参照）。収容タンク１７Ａ、１７Ｂは、それぞれ、タンク穴１７ａと、フィードピストン２２と、を有する。タンク穴１７ａは、作業台主面１１ａに開口部を有する穴である。タンク穴１７ａは、収容タンク１７Ａ、１７Ｂにおける側壁をそれぞれ構成する。フィードピストン２２は、平面視してタンク穴１７ａと同じ形状を有しており、タンク穴１７ａの内部において上下方向に移動可能に配置されている。フィードピストン２２は、収容タンク１７Ａ、１７Ｂにおける底面を構成する。フィードピストン２２には、フィードピストン２２を上下方向（タンク穴１７ａの軸線方向）に移動させるピストン駆動装置２３が設けられている。

【0037】

粉末１０１は、塗布機構１９によって収容タンク１７Ａ、１７Ｂから造形タンク１２上に移動する。このとき、必要な粉末１０１を確実に供給するために、フィードピストン２２は、必要量よりも多く粉末１０１を押し出す。そして、押し出された粉末１０１は、塗布機構１９によって、造形タンク１２上に移動する。そうすると、余剰粉末が生じる。回収タンク１８Ａ、１８Ｂは、この余剰粉末を回収する。

【0038】

回収タンク１８Ａ、１８Ｂは、一対の収容タンク１７Ａ、１７Ｂを挟むように配置されている。例えば、回収タンク１８Ａは、収容タンク１７Ａに隣接する。回収タンク１８Ｂは、収容タンク１７Ｂに隣接する。つまり、塗布機構１９の移動方向（例えば、負のＸ方向）に沿って、回収タンク１８Ａ、収容タンク１７Ａ、造形タンク１２、収容タンク１７Ｂ、回収タンク１８Ｂの順に配置されている。回収タンク１８Ａ、１８Ｂは、作業台主面１１ａに形成された回収開口１８ａと、回収開口１８ａに連通する回収領域１８ｂと、を有する。回収開口１８ａは、Ｙ方向に沿って延びており、少なくとも、造形タンク１２のＹ方向の長さよりも長い。

【0039】

塗布機構１９は、粉末１０１を造形タンク１２に移動させる。さらに、塗布機構１９は、粉末１０１を均す。この均すとは、作業台主面１１ａを基準として、未固化の粉末１０１の厚みを一定にする動作と規定してもよい。塗布機構１９は、リコータ２４と、リコータ駆動部２６と、を有する。リコータ２４は、正のＸ方向に沿って移動可能であると共に、負のＸ方向へも移動可能である。つまり、リコータ駆動部２６は、リコータ２４をＸ方向に沿って、往復移動させる。さらに、リコータ駆動部２６は、制御部４から提供される制御信号に応じて、リコータ２４を回収タンク１８Ａ、１８Ｂにおける回収開口１８ａ上まで移動させる。

【0040】

リコータ２４は、Ｙ方向に延びる。リコータ２４の長手方向（Ｙ方向）の長さは、少なくとも、造形タンク１２の直径よりも長い。そして、リコータ２４がＸ方向に沿って移動するとき、リコータ２４は、造形タンク１２の開口部の全ての領域を通過する。

【0041】

図４に示すように、リコータ２４は、リコータ本体２７（塗布本体）と、スクレーパ２８（塗布押圧部）と、を有する。

【0042】

リコータ本体２７は、例えば、金属材料により構成された硬質の部品である。リコータ本体２７の剛性（強度）は、少なくとも、スクレーパ２８の剛性よりも高い。リコータ本体２７の両端は、リコータ駆動部２６に連結されている。リコータ本体２７は、スクレーパ基端２８ａを把持する。リコータ本体２７は、作業台主面１１ａに対面するリコータ主面２７ａを有する。リコータ本体２７は、このリコータ主面２７ａからＺ方向（下向き）にスクレーパ２８が突出するように、スクレーパ２８を把持している。

【0043】

スクレーパ２８は、粉末１０１を移動させると共に粉末１０１を均す。スクレーパ２８は、比較的柔軟性を有する軟質の材料により構成されている。例えば、スクレーパ２８は、シリコーン樹脂により構成されてもよい。スクレーパ２８は、スクレーパ基端２８ａと、スクレーパ先端２８ｂと、スクレーパ主面２８ｃと、を有する。

【0044】

スクレーパ基端２８ａは、上記のとおり、リコータ本体２７に把持されている。スクレーパ先端２８ｂは、スクレーパ基端２８ａと逆側の端部であり、作業台主面１１ａと対面する。スクレーパ先端２８ｂは、リコータ主面２７ａよりも作業台主面１１ａに近接している。スクレーパ主面２８ｃは、粉末１０１に対して直接に接触する面である。スクレーパ主面２８ｃは、スクレーパ２８の移動方向（正又は負のＸ方向）に対して交差する面である。スクレーパ主面２８ｃは、リコータ主面２７ａから下方（Ｚ方向）に起立する。リコータ主面２７ａとスクレーパ主面２８ｃとのなす角度は、概ね直角であってよい。なお、リコータ主面２７ａとスクレーパ主面２８ｃとのなす角度は、直角に限定されず、直角よりも大きい鈍角としてもよい。

【0045】

スクレーパ２８が正のＸ方向に移動するとき、一方のスクレーパ主面２８ｃが粉末１０１に接触する。スクレーパ２８が負のＸ方向に移動するとき、他方のスクレーパ主面２８ｃが粉末１０１に接触する。スクレーパ２８が移動するとき、リコータ主面２７ａと、スクレーパ主面２８ｃと、粉末１０１の表面と、に囲まれた空間が形成される。そうすると、スクレーパ主面２８ｃの近傍に存在する粉末１０１は、スクレーパ２８の移動に伴って押圧されやすくなる。特に、粉末１０１は、リコータ主面２７ａとスクレーパ主面２８ｃとの境界部分に滞留しやすい。この滞留した粉末１０１は、互いに吸着しあって、塊となり、スクレーパ主面２８ｃ及びリコータ主面２７ａに付着することがあり得る。このような粉末１０１を残留粉末２００（図７参照）と呼ぶ。

【0046】

図３～図５に示す除去機構２１Ａ、２１Ｂは、残留粉末２００を取り除く。除去機構２１Ａ、２１Ｂは、回収開口１８ａ上に配置されている。除去機構２１Ａ、２１Ｂは、板状の除去板２９と、除去板２９を支持する支持部３１と、を有する。つまり、除去板２９は、作業台主面１１ａに対して相対的に移動しないように固定されている。除去板２９の厚み（Ｚ方向の長さ）は、スクレーパ主面２８ｃの長さよりも短くてもよい。また、除去板２９の幅（Ｘ方向の長さ）は、スクレーパ主面２８ｃからリコータ本体２７の側面（除去機構２１Ａの場合はＸ方向において正側に位置する側面、除去機構２１Ｂの場合は負側に位置する側面）までの長さよりも長い。この構成によれば、除去機構２１Ａ、２１Ｂの先端をスクレーパ主面２８ｃに接触させることができる。さらに、除去機構２１Ａ、２１Ｂの奥行（Ｙ方向の長さ）は、少なくとも、スクレーパ２８の奥行よりも長い。

【0047】

次に、三次元造形装置１の動作について、図６を参照しながら説明する。

【0048】

まず、粉末１０１を敷き均す（塗布動作）。例えば、リコータ２４は、一方の除去機構２１Ｂと一方の収容タンク１７Ｂとの間に位置するとする。制御部４は、リコータ２４を正のＸ方向に移動させる。この移動により、粉末１０１は、一方の収容タンク１７Ｂから造形ピストン１４（造形テーブル）上に移動する。その結果、造形ピストン１４上に粉末層が形成される（工程Ｓ１）。

【0049】

次に、粉末層を処理する（溶融動作）。制御部４は、レーザ出射部３を制御して、造形ピストン１４上の粉末１０１に対してレーザＬを照射する（工程Ｓ２）。このレーザＬの照射によって、粉末１０１の溶融がなされる。なお、必要に応じて、粉末１０１の溶融の前に、レーザＬによる粉末１０１の予備加熱を行ってもよい。レーザＬの照射が終了したのちに、制御部４は、ピストン駆動装置１６を制御して、造形ピストン１４を粉末層の一層分の厚さだけ下降させる。

【0050】

上記の処理の前又は処理と並行して、余剰粉末を回収する。制御部４は、リコータ２４を移動させるにあたり、造形ピストン１４を経て一方の収容タンク１７Ｂから回収タンク１８Ａまで移動させる。その結果、造形ピストン１４において塗布されなかった粉末（以下「余剰粉末」）は、収容タンク１７Ａを通過して、回収タンク１８Ａの回収開口１８ａまで移動する。つまり、余剰粉末は、回収開口１８ａを通じて回収タンク１８Ａに回収される。その後、制御部４は、さらにリコータ２４を正のＸ方向に移動させる。その結果、除去機構２１Ａにより、後述する除去動作（工程Ｓ３）が行われる。除去動作については、後に詳細に説明する。

【0051】

粉末１０１の塗布動作、粉末１０１の溶融動作（造形処理）及び除去動作が行われた後、リコータ２４は、他方の除去機構２１Ａと他方の収容タンク１７Ａとの間に位置してよい。そして、制御部４は、当該リコータ２４を負のＸ方向に移動させる。この移動により、粉末１０１は、他方の収容タンク１７Ａから造形ピストン１４上に移動する。その結果、造形ピストン１４上に粉末１０１が敷き均される（工程Ｓ１）。

【0052】

次に、制御部４は、レーザ出射部３を制御して、造形ピストン１４上の粉末１０１に対してレーザＬを照射する（工程Ｓ２）。このレーザＬの照射によって、粉末１０１の溶融がなされる。レーザＬの照射が終了したのちに、制御部４は、ピストン駆動装置１６を制御して、造形ピストン１４を粉末層の一層分の厚さだけ下降させる。

【0053】

そして、制御部４は、リコータ２４を移動させるにあたり、造形ピストン１４を経て他方の収容タンク１７Ａから回収タンク１８Ｂまで移動させる。その結果、余剰粉末は、収容タンク１７Ｂを通過して、回収タンク１８Ｂの回収開口１８ａまで移動する。つまり、余剰粉末は、回収タンク１８Ｂに回収される。その後、制御部４は、さらにリコータ２４を負のＸ方向に移動させる。その結果、除去機構２１Ｂにより、後述する除去動作（工程Ｓ３）が行われる。

【0054】

以上のような工程Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を繰り返すことで、三次元造形物１００の積層造形が行われる。

【0055】

以下、図７の（ａ）部、（ｂ）部、（ｃ）部を参照しながら、除去機構２１Ａのさらに詳細な構成と、除去機構２１Ａによる除去動作と、を説明する。なお、除去機構２１Ｂの構成及び除去動作は、構造や移動方向がＹＺ面に対して面対称（逆向き）である点を除いて、除去機構２１Ａと同様である。従って、除去機構２１Ｂの詳細な説明は、除去機構２１Ａの説明に代えて省略する。

【0056】

図７の（ａ）部に示すように、塗布動作を終えたリコータ２４が回収開口１８ａに近づく。この例示では、リコータ２４は、正のＸ方向に移動する。造形タンク１２上に塗布されなかった余剰粉末は、リコータ２４によって収容タンク１７Ａを超えて移動させられ、回収開口１８ａを通じて回収タンク１８Ａに回収される。リコータ２４には、残留粉末２００が付着している。残留粉末２００は、リコータ主面２７ａ及びスクレーパ主面２８ｃに付着している。

【0057】

図７の（ｂ）部に示すように、除去機構２１Ａは、除去先端面２９ａ（押圧除去面）と、除去主面２９ｂ（本体除去面）と、を有する。除去先端面２９ａは、スクレーパ主面２８ｃに対面する。また、除去板２９は、除去先端面２９ａが回収開口１８ａ上に配置されるように、支持部３１によって保持されている。除去主面２９ｂは、リコータ２４が除去機構２１Ａに近接した位置において、リコータ主面２７ａに対面する。除去機構２１Ａは、除去主面２９ｂとリコータ主面２７ａとの間にわずかな隙間が形成されるように保持されている。

【0058】

リコータ２４は、移動方向（正のＸ方向）を維持したままで、収容タンク１７Ａから除去機構２１Ａに近づく（図７（ａ）参照）。このとき、図７の（ａ）部に示すように、リコータ主面２７ａ及びスクレーパ主面２８ｃには、残留粉末２００が付着している場合がある。この状態において、リコータ２４が、さらに正のＸ方向に移動すると、除去先端面２９ａが残留粉末２００に当接する。また、除去機構２１Ａの除去主面２９ｂがリコータ主面２７ａと対面する。この状態では、除去主面２９ｂと対面するリコータ主面２７ａに付着していた残留粉末２００の一部２０１が取り除かれる（図７の（ｂ）部参照、工程Ｓ３ａ：塗布本体に付着した残留粉末を除去する工程）。

【0059】

図７の（ｃ）部に示すように、リコータ２４がさらに移動する。この移動は、除去先端面２９ａがスクレーパ主面２８ｃに当接する直前に停止される。つまり、除去先端面２９ａは、スクレーパ主面２８ｃに接触しない。なお。除去先端面２９ａは、スクレーパ主面２８ｃにわずかに接触させてもよい。この移動に伴って、除去主面２９ｂと対面するリコータ主面２７ａに付着した残留粉末２００がさらに取り除かれる。そのうえ、除去主面２９ｂがスクレーパ主面２８ｃに近接することにより、スクレーパ主面２８ｃ上の残留粉末２００にも刺激が与えられるので、スクレーパ主面２８ｃに付着した残留粉末２００の一部２０２も取り除かれる（工程Ｓ３ｂ：塗布押圧部に付着した残留粉末を除去する工程）。

【0060】

つまり、除去機構２１Ａは、スクレーパ主面２８ｃに付着した残留粉末２００だけでなく、リコータ主面２７ａに付着した残留粉末２００も除去の対象としている。その結果、残留粉末２００を確実に取り除くことが可能になる。

【0061】

要するに、塗布機構１９は、スクレーパ２８によって粉末１０１を移動させる。この粉末１０１は、スクレーパ２８及びスクレーパ２８の近傍におけるリコータ本体２７に付着して、残留粉末２００となることがある。粉末供給装置１３の除去板２９は、スクレーパ２８に対面する除去先端面２９ａを有しているので、当該除去先端面２９ａをスクレーパ２８に相対的に近づけることによって、スクレーパ２８に付着した残留粉末２００を取り除くことが可能である。さらに、粉末供給装置１３の除去板２９は、リコータ本体２７に対面する除去主面２９ｂを有しているので、当該除去主面２９ｂをリコータ本体２７に相対的に近づけることによって、リコータ本体２７に付着した残留粉末２００を取り除くことが可能である。つまり、除去機構２１Ａ、２１Ｂは、スクレーパ２８及びリコータ本体２７における残留粉末２００を確実に取り除くことができる。リコータ２４から取り除かれた残留粉末２００は、回収開口１８ａを通じて回収タンク１８Ａ、１８Ｂに回収できる。

【0062】

残留粉末２００を除去する工程Ｓ３を実施した後、制御部４は、リコータ２４を図７の（ｃ）部に示されている位置から、負のＸ方向に移動させる。そして、制御部４は、他方の収容タンク１７Ａから造形ピストン１４上に粉末１０１を移動させるように、リコータ２４を移動させる（工程Ｓ１）。このとき、リコータ２４からは残留粉末２００が除去されている。その結果、残留粉末２００が造形ピストン１４（粉末床）上（エネルギビームの照射領域）に落下することを防止できる。

【0063】

本開示は、前述した実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。

【0064】

＜変形例１＞
上記の除去機構２１Ａ、２１Ｂは、固定された除去板２９を備えており、リコータ２４と除去板２９との相対的な位置関係は、リコータ２４の移動によって変更されていた。例えば、図８に示すように、変形例１に係る粉末供給装置１３Ａは、リコータ２４に対して移動する可動片３２（可動片部）を有する除去機構２１Ｃを備えてもよい。具体的には、除去機構２１Ｃは、可動片３２と、可動片駆動部３３（移動機構）と、を有する。可動片３２は、除去板２９と同様に除去先端面２９ａと、除去主面２９ｂとを有する。一方、可動片３２は、その奥行長さが除去板２９よりも短い。そして、可動片３２は、可動片駆動部３３によって、奥行方向（Ｙ軸に沿う方向）に往復移動する。この動作によって、リコータ２４に付着した残留粉末を好適に取り除くことができる。

【0065】

＜変形例２＞
例えば、図９に示すように、変形例２に係る粉末供給装置１３Ｂの除去機構２１Ｄが有する除去板３４は、スクレーパ主面２８ｃの形状に倣う除去先端面３４ａと、リコータ主面２７ａの形状に倣う除去主面３４ｂと、を有してもよい。図９の例示のように、リコータ主面２７ａの断面形状が円弧状であるとき、除去主面３４ｂの断面形状も円弧状としてよい。このような構成によれば、スクレーパ主面２８ｃに対して除去先端面３４ａを確実に近接させることが可能であり、同様に、リコータ主面２７ａに対して除去主面３４ｂを確実に近接させることが可能である。つまり、リコータ主面２７ａと除去主面３４ｂとが近接した状態において、大きな隙間を生じさせることがない。従って、リコータ２４に付着した残留粉末をより確実に取り除くことができる。

【0066】

＜変形例３＞
例えば、図１０の（ａ）部に示すように、変形例３に係る粉末供給装置１３Ｃの除去機構２１Ｅが有する除去板３５は、互いに異なる２個の材料により構成されてもよい。具体的には、除去板３５は、除去先端面３５ａを含む本体除去部３６と、除去主面３５ｂを含む押圧除去部３７と、を有してもよい。本体除去部３６は、比較的硬質の材料により形成される。例えば、本体除去部３６の弾性率は、押圧除去部３７の弾性率よりも大きくてもよい。一方、押圧除去部３７は、比較的軟質の材料により形成される。この軟質とは、押圧除去部３７がリコータ主面２７ａに押し当てられたとき、リコータ主面２７ａの形状に倣うように容易に変形できる程度のものをいう（図１０の（ｂ）部参照）。換言すると、押圧除去部３７は、可撓性を有する材料により構成されている。また、押圧除去部３７の弾性率は、リコータ本体２７の弾性率よりも小さい。なお、本体除去部３６も押圧除去部３７と同様に、スクレーパ主面２８ｃの形状に倣うように変形できるものとしてもよい。この構成によれば、押圧除去部３７が変形可能であるので、除去主面２９ｂがリコータ主面２７ａを押圧する力が低減される。従って、リコータ主面２７ａに付着した残留粉末をより確実に取り除くことができる。

【0067】

＜変形例４＞
例えば、図１１に示すように、変形例４に係る粉末供給装置１３Ｄの除去機構２１Ｆが有する除去板３８は、側面視してＬ字状を呈していてもよい。この場合には、除去先端面３８ａの面積を除去主面３６ｂよりも大きくすることができる。また、このような形状を有する除去板３８は、図１１に示すように支持部３１に固定されていてもよいし、図示しない駆動機構によって、正及び負のＺ方向に移動可能とされてもよい。

【0068】

＜変形例５＞
三次元造形装置は、レーザ溶融法が適用された造形装置に限られない。例えば、三次元造形装置は、電子ビームを用いた造形装置であってもよい。すなわち、三次元造形装置において粉末１０１に照射されるビーム（エネルギービーム）は、電子ビームであってもよい。三次元造形装置において粉末１０１に照射されるビーム（エネルギービーム）は、電子ビームおよびイオンビームを含む概念である荷電粒子ビームであってもよい。

【0069】

例えば、図１２に示す三次元造形装置１Ａは、レーザ出射部３に代えて、電子ビーム出射部３Ａを有する。電子ビーム出射部３Ａは、電子銃部６と、収束コイル７と、偏向コイル８とを有する。電子銃部６は、制御部４と電気的に接続され、制御部４から提供される制御信号を受けて動作する。電子銃部６は、例えば、下方に向けて電子ビームＢを出射する。収束コイル７は、制御部４と電気的に接続され、制御部４から提供される制御信号を受けて動作する。収束コイル７は、電子銃部６から出射される電子ビームＢの周囲に設置される。収束コイル７は、電子ビームＢを収束させる。偏向コイル８は、制御部４と電気的に接続され、制御部４から提供される制御信号を受けて動作する。偏向コイル８は、電子銃部６から出射される電子ビームＢの周囲に設置される。偏向コイル８は、制御信号に応じて電子ビームＢの照射位置を調整する。電子銃部６、収束コイル７および偏向コイル８は、例えば、筒状を呈するコラム内に設置される。

【0070】

なお、電子ビーム出射部３Ａは、粉末１０１の予備加熱に用いてもよい。予備加熱とは、物体の造形を行う前に粉末１０１に対し電子ビームＢを照射して、粉末１０１を所定の温度まで加熱する動作をいう。

【0071】

さらに、本開示の三次元造形装置は、上記の変形例１～５のほかにも以下のような態様とすることもできる。

【0072】

実施形態の三次元造形装置１は、いわゆる粉末床溶融結合方式（PBF: Powder Bed Fusion）を採用する。例えば、除去機構が適用される三次元造形装置は、いわゆる結合剤噴射方式を採用したものであってもよい。

【0073】

上記の実施形態では、三次元造形装置１は、２個の収容タンク１７Ａ、１７Ｂと、２個の除去機構２１Ａ、２１Ｂと、を備えていた。収容タンク１７Ａ及び除去機構２１Ａは、造形ピストン１４に対して正のＸ方向側に配置されていた。収容タンク１７Ｂ及び除去機構２１Ｂは、造形ピストン１４に対して負のＸ方向側に配置されていた。この構成によれば、造形ピストン１４（粉末床）の両側から粉末を塗布できる。さらに、この構成によれば、造形ピストン１４の両側において除去機構による除去動作を行なうことができる。しかし、粉末供給装置が適用される三次元造形装置は、このような構成には限定されない。

【0074】

例えば、三次元造形装置は、造形ピストンに対して片側からのみ粉末を塗布してもよい。また、三次元造形装置は、造形ピストンに対して片側においてのみ除去動作を行ってもよい。

【0075】

例えば、三次元造形装置は、１個の収容タンクと、１個の除去機構と、を備えてもよい。この場合、収容タンクは、造形ピストンに対して負のＸ方向側に配置し、除去機構は、造形ピストンに対して正のＸ方向側に配置してもよい。換言すると、収容タンクは、造形ピストンに対して正のＸ方向の側に配置されないし、除去機構は、造形ピストンに対して負のＸ方向の側に配置されない。つまり、造形ピストンを挟むように収容タンク及び除去機構を配置する。この場合も、収容タンクからの粉末塗布によってリコータ（正のＸ方向側の部分）に付着した残留粉末を、除去機構によって除去することができる。

【0076】

この構成では、除去機構は、リコータの塗布動作の移動方向における前方に配置される。その結果、除去機構は、リコータにおける前方側に付着した残留粉末を除去することができる。従って、粉末塗布後にリコータが収容タンク側に戻るときに、リコータに付着した残留粉末が造形ピストン上に落下することを防止できる。換言すると、リコータが粉末塗布時の移動方向とは反対側に移動するときに、残留粉末が粉末床であるエネルギビームの照射領域に落下することを防止できる。

【0077】

また、上記の実施形態では、粉末塗布工程Ｓ１を一回行うごとに、除去動作Ｓ３を行う形態を例示した。例えば、除去動作Ｓ３を行うタイミングは、必ずしもこれには限定されない。例えば、粉末塗布工程Ｓ１を複数回行った後に、除去動作Ｓ３を行ってもよい。また、リコータ２４に一定量以上の残留粉末２００が付着した場合に、除去動作Ｓ３を行ってもよい。

【符号の説明】

【0078】

１，１Ａ 三次元造形装置
２ 造形部
３ レーザ出射部
３Ａ 電子ビーム出射部
４ 制御部
６ 電子銃部
７ 収束コイル
８ 偏向コイル
９ チャンバ
１１ 作業台
１１ａ 作業台主面
１２ 造形タンク
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ 粉末供給装置（粉末供給部）
１４ 造形ピストン（造形領域部）
１６ ピストン駆動装置
１７Ａ，１７Ｂ 収容タンク（粉末収容部）
１８Ａ，１８Ｂ 回収タンク
１９ 塗布機構（塗布部）
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ 除去機構（粉末除去部）
２２ フィードピストン
２３ ピストン駆動装置
２４ リコータ
２６ リコータ駆動部
２７ リコータ本体（塗布本体）
２７ａ リコータ主面
２８ スクレーパ（塗布押圧部）
２８ａ スクレーパ基端
２８ｂ スクレーパ先端
２８ｃ スクレーパ主面
２９ 除去板
２９ａ 除去先端面（押圧除去面）
２９ｂ 除去主面（本体除去面）
３１ 支持部
３２ 可動片（可動片部）
３３ 可動片駆動部（移動機構）
３４ 除去板
３４ａ 除去先端面
３４ｂ 除去主面
３５ 除去板
３６ 本体除去部
３７ 押圧除去部
３８ 除去板
１００ 三次元造形物
１０１ 粉末
２００ 残留粉末
Ｂ 電子ビーム（エネルギビーム）
Ｓ 造形空間
Ｍ 造形領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】