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(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】2023-03-17
(45)【発行日】2023-03-28
(54)【発明の名称】三次元積層装置及びファイバーの取替方法
(51)【国際特許分類】
B23K 26/34 20140101AFI20230320BHJP
B23K 26/21 20140101ALI20230320BHJP
B23K 26/064 20140101ALI20230320BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20230320BHJP
B29C 64/153 20170101ALI20230320BHJP
B29C 64/268 20170101ALI20230320BHJP
B29C 64/209 20170101ALI20230320BHJP
B29C 64/241 20170101ALI20230320BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20230320BHJP
B29C 64/393 20170101ALI20230320BHJP
B22F 3/105 20060101ALI20230320BHJP
B22F 3/16 20060101ALI20230320BHJP
【ＦＩ】
B23K26/34
B23K26/21 Z
B23K26/064 K
B33Y30/00
B29C64/153
B29C64/268
B29C64/209
B29C64/241
B33Y50/02
B29C64/393
B22F3/105
B22F3/16
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019039898
(22)【出願日】2019-03-05
(65)【公開番号】P2020142270
(43)【公開日】2020-09-10
【審査請求日】2022-03-01
(73)【特許権者】
【識別番号】315017775
【氏名又は名称】日本電産マシンツール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100138689
【弁理士】
【氏名又は名称】梶原 慶
(74)【代理人】
【識別番号】100188673
【弁理士】
【氏名又は名称】成田 友紀
(74)【代理人】
【識別番号】100179833
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 将尚
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】廣野 陽子
(72)【発明者】
【氏名】田内 拓至
(72)【発明者】
【氏名】山本 雄介
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１７１６５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１９６２６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２８４６９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／００２２３６（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／３４
Ｂ２３Ｋ ２６／２１
Ｂ２３Ｋ ２６／０６４
Ｂ３３Ｙ ３０／００
Ｂ２９Ｃ ６４／１５３
Ｂ２９Ｃ ６４／２６８
Ｂ２９Ｃ ６４／２０９
Ｂ２９Ｃ ６４／２４１
Ｂ３３Ｙ ５０／０２
Ｂ２９Ｃ ６４／３９３
Ｂ２２Ｆ ３／１０５
Ｂ２２Ｆ ３／１６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
粉末を噴射する粉末噴射口、光ビームを照射する光ビーム照射口、及び、前記光ビームを導くファイバーが接続されるファイバー接続口が設けられる積層ヘッドと、前記積層ヘッドを鉛直方向に沿って移動させるヘッド移動部と、
前記積層ヘッドから、前記粉末が噴射されて前記光ビームが照射される基台部と、
前記基台部を、前記鉛直方向に直交する第１方向と、前記鉛直方向及び前記第１方向に直交する第２方向とに沿って移動させる基台移動部と、
前記積層ヘッドに接続され、鉛直方向に交差する回転軸を中心として前記積層ヘッドを回転させる回転機構と、
前記ファイバーを覆う取り外し可能なカバー部と、
を備え、
前記回転機構は、前記積層ヘッドを回転させることで、
前記ファイバー接続口が、鉛直方向上方側を向いて開口する第１状態と、
前記ファイバー接続口が、鉛直方向上方側に対して交差する方向を向いて開口する第２状態と、を切り替え、
前記カバー部は、前記第１状態において前記積層ヘッドに干渉せず、前記第２状態において前記積層ヘッドに干渉する、
三次元積層装置。
【請求項2】
前記回転機構の最大回転角度は、前記積層体の成形時において前記積層ヘッドの中心軸が鉛直方向に対してなす角度よりも大きい、請求項１に記載の三次元積層装置。
【請求項3】
前記ファイバー接続口は、前記第２状態において、鉛直方向に対して、８５度以上９５度以下交差する方向に向いて開口する、請求項１又は請求項２に記載の三次元積層装置。
【請求項4】
前記ファイバー接続口は、前記積層ヘッドにおいて前記光ビーム照射口が設けられる面と反対側の面に設けられる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の三次元積層装置。
【請求項5】
前記回転機構は、表面が鉛直方向に直交する平面に交差する第１板部と、
前記積層ヘッドに固定され、前記第１板部の表面に表面が接触した状態で前記第１板部に対して回転可能に接続される第２板部と、
を備え、
前記第２板部が前記第１板部に対して回転することで、前記第１状態と前記第２状態とを切り替える、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の三次元積層装置。
【請求項6】
前記回転機構は、前記第２板部の前記第１板部に対する回転軸となる回転軸部と、前記第２板部を前記第２状態で位置決めする位置決め部と、前記第２板部を前記第２状態で固定する固定部と、を有する、請求項５に記載の三次元積層装置。
【請求項7】
前記積層ヘッドよりも鉛直方向上方に設けられ、前記ファイバーを移動可能に挟持する滑車部をさらに有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の三次元積層装置。
【請求項8】
粉末を噴射する粉末噴射口、光ビームを照射する光ビーム照射口、及び、前記光ビームを導くファイバーが接続されるファイバー接続口が設けられる積層ヘッドと、前記積層ヘッドを鉛直方向に沿って移動させるヘッド移動部と、前記積層ヘッドから、前記粉末が噴射されて前記光ビームが照射される基台部と、前記基台部を、前記鉛直方向に直交する第１方向と、前記鉛直方向及び前記第１方向に直交する第２方向とに沿って移動させる基台移動部と、を有する三次元積層装置から、前記ファイバーを取り替えるファイバーの取替方法であって、前記ファイバー接続口に前記ファイバーが取付けられ、前記ファイバー接続口が鉛直方向上方側を向く第１状態から、鉛直方向に交差する回転軸を中心として前記積層ヘッドを回転させることで、前記積層ヘッドを、前記ファイバー接続口が鉛直方向上方側に対して交差する方向を向く第２状態に切り替える第１回転ステップと、
前記第２状態となった前記積層ヘッドの前記ファイバー接続口から、前記ファイバーを取り外す取外しステップと、
前記取外しステップによって前記ファイバーが取り外された前記積層ヘッドの前記ファイバー接続口に、前記ファイバー又は別のファイバーを取り付ける取付けステップと、
前記取付けステップによって前記ファイバーが取り付けられた積層ヘッドを回転させて、第２状態から第１状態に切り替える第２回転ステップと、
を有する、
ファイバーの取替方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、三次元積層装置及びファイバーの取替方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、金属粉末などの粉末を原料として三次元積層体を成形する積層体成形方法が実用化されている。例えば特許文献１には、積層ヘッドから光ビームを照射しつつ粉末を噴射することで三次元積層体を製造する、デポジション方式の三次元積層装置が記載されている。特許文献１のようなデポジション方式においては、一般的に、光ビームを導くためのファイバーが積層ヘッドに接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１５－１９６２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
積層ヘッドに接続されるファイバーは、メンテナンス時などにおいては、積層ヘッドから取り外される。しかし、取り外された際に、ファイバーと接続されていた箇所から積層ヘッド内に、ほこりなどの異物が混入するおそれがある。異物が混入すると、光ビームが異物に照射されるなどの原因により、積層ヘッド、ファイバー、積層ヘッドに接続される光源などが破損する可能性がある。従って、積層ヘッドにおいては、異物の侵入を抑制するように、ファイバーが接続される位置を設定することが求められる。さらに、ファイバーが接続される位置、すなわち光ビームの入射位置と、光ビームの出射位置との関係によっては、積層ヘッド内の光学部品の数を多くする必要が生じて、装置サイズが大きくなってしまうおそれもある。従って、装置サイズが大きくなることを抑制しつつ、メンテナンス時に異物の混入を抑制する三次元積層装置が求められている。
【0005】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、装置サイズが大きくなることを抑制しつつ、メンテナンス時に異物の混入を抑制する三次元積層装置及びファイバーの取替方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る三次元積層装置は、粉末を噴射する粉末噴射口、光ビームを照射する光ビーム照射口、及び、前記光ビームを導くファイバーが接続されるファイバー接続口が設けられる積層ヘッドと、前記積層ヘッドを鉛直方向に沿って移動させるヘッド移動部と、前記積層ヘッドから、前記粉末が噴射されて前記光ビームが照射される基台部と、前記基台部を、前記鉛直方向に直交する第１方向と、前記鉛直方向及び前記第１方向に直交する第２方向とに沿って移動させる基台移動部と、前記積層ヘッドに接続され、鉛直方向に交差する回転軸を中心として前記積層ヘッドを回転させる回転機構と、前記ファイバーを覆う取り外し可能なカバー部と、を備え、前記回転機構は、前記積層ヘッドを回転させることで、前記ファイバー接続口が、鉛直方向上方側を向いて開口する第１状態と、前記ファイバー接続口が、鉛直方向上方側に対して交差する方向を向いて開口する第２状態と、を切り替え、前記カバー部は、前記第１状態において前記積層ヘッドに干渉せず、前記第２状態において前記積層ヘッドに干渉する。
【0007】
この三次元積層装置は、第２状態に切り替えてからファイバーを取り外すことにより、異物の混入を抑制しつつ、第１状態にも切り替え可能とすることで、装置サイズが大きくなることを抑制することができる。
【0008】
前記回転機構の最大回転角度は、前記積層体の成形時において前記積層ヘッドの中心軸が鉛直方向に対してなす角度よりも大きいことが好ましい。この三次元積層装置によると、ファイバー接続口の向きを水平方向に近づけて、異物の混入を抑制できる。
【0009】
前記ファイバー接続口は、前記第２状態において、鉛直方向に対して、８５度以上９５度以下交差する方向に向いて開口することが好ましい。この三次元積層装置は、ファイバー接続口の向きを水平方向に近づけて、異物の混入を抑制できる。
【0010】
前記ファイバー接続口は、前記積層ヘッドにおいて前記光ビーム照射口が設けられる面と反対側の面に設けられることが好ましい。この三次元積層装置は、光ビーム照射口と粉末噴射口とを反対の面に設けることで、光ビームの光路を簡易にすることができ、装置サイズが大きくなることを抑制できる。
【0011】
前記回転機構は、表面が鉛直方向に直交する平面に交差する第１板部と、前記積層ヘッドに固定され、前記第１板部の表面に表面が接触した状態で前記第１板部に対して回転可能に接続される第２板部と、を備え、前記第２板部が前記第１板部に対して回転することで、前記第１状態と前記第２状態とを切り替えることが好ましい。この三次元積層装置は、回転機構として第１板部と第２板部とを備えることで、第１状態と第２状態とを適切に切り替えることができる。
【0012】
前記回転機構は、前記第２板部の前記第１板部に対する回転軸となる回転軸部と、前記第２板部を前記第２状態で位置決めする位置決め部と、前記第２板部を前記第２状態で固定する固定部と、を有することが好ましい。この三次元積層装置は、回転軸部を中心に第２板部を回転させて、位置決め部で位置決めした状態で、固定部で第２状態に固定することができるため、第２状態に適切に切り替えることができる。
【0013】
前記ファイバーを覆う取り外し可能なカバー部をさらに有し、前記カバー部は、前記第１状態において前記積層ヘッドに干渉せず、前記第２状態において前記積層ヘッドに干渉してもよい。この三次元積層装置は、カバー部がある場合にも、第１状態と第２状態とを適切に切り替えて、異物の混入を抑制することができる。
【0014】
前記積層ヘッドよりも鉛直方向上方に設けられ、前記ファイバーを移動可能に挟持する滑車部をさらに有することが好ましい。この三次元積層装置は、滑車部でファイバーを挟持することで、ファイバーを適切に保持することができる。
【0015】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るファイバーの取替方法は、粉末を噴射する粉末噴射口、光ビームを照射する光ビーム照射口、及び、前記光ビームを導くファイバーが接続されるファイバー接続口が設けられる積層ヘッドと、前記積層ヘッドを鉛直方向に沿って移動させるヘッド移動部と、前記積層ヘッドから、前記粉末が噴射されて前記光ビームが照射される基台部と、前記基台部を、前記鉛直方向に直交する第１方向と、前記鉛直方向及び前記第１方向に直交する第２方向とに沿って移動させる基台移動部と、を有する三次元積層装置から、前記ファイバーを取り替えるファイバーの取替方法であって、前記ファイバー接続口に前記ファイバーが取付けられ、前記ファイバー接続口が鉛直方向上方側を向く第１状態から、鉛直方向に交差する回転軸を中心として前記積層ヘッドを回転させることで、前記積層ヘッドを、前記ファイバー接続口が鉛直方向上方側に対して交差する方向を向く第２状態に切り替える第１回転ステップと、前記第２状態となった前記積層ヘッドの前記ファイバー接続口から、前記ファイバーを取り外す取外しステップと、前記取外しステップによって前記ファイバーが取り外された前記積層ヘッドの前記ファイバー接続口に、前記ファイバー又は別のファイバーを取り付ける取付けステップと、前記取付けステップによって前記ファイバーが取り付けられた積層ヘッドを回転させて、第２状態から第１状態に切り替える第２回転ステップと、を有する。この取替方法によると、第２状態に切り替えてからファイバーを取り外すことにより、異物の混入を抑制しつつ、第１状態にも切り替え可能とすることで、装置サイズが大きくなることを抑制することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、装置サイズが大きくなることを抑制しつつ、メンテナンス時に異物の混入を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。
【0019】
図１及び図２は、本実施形態の三次元積層装置の模式図である。ここで、本実施形態では、水平面内の一方向を方向Ｘ、水平面内において方向Ｘと直交する方向を方向Ｙ、方向Ｘ及び方向Ｙのそれぞれと直交する方向、すなわち鉛直方向を、方向Ｚとする。また、方向Ｙに沿う方向のうち一方の方向を、方向Ｙ１とし、方向Ｙに沿う方向のうち他方の方向、すなわち方向Ｙ１の反対方向を、方向Ｙ２とする。本実施形態においては、三次元積層装置１の方向Ｙ２側が、三次元積層装置１の正面側であり、三次元積層装置１の方向Ｙ１側が、三次元積層装置１の背面側である。三次元積層装置１の正面側とは、例えば、作業者が積層体を成形するために三次元積層装置１を操作する側である。また、方向Ｚに沿う方向のうち一方の方向を、方向Ｚ１とし、方向Ｚに沿う方向のうち他方の方向、すなわち方向Ｚ１の反対方向を、方向Ｚ２とする。本実施形態では、方向Ｚ１が鉛直方向上方に向かう方向であり、方向Ｚ２が鉛直方向下方に向かう方向である。図１は、本実施形態に係る三次元積層装置１を方向Ｙから見た模式図であり、図２は、三次元積層装置１を方向Ｘから見た模式図である。
【0020】
図１に示すように、三次元積層装置１は、三次元積層室Ｒ内に、台部１０と、基台移動部１２と、基台部１４と、台部１６と、積層ヘッド１８と、回転機構２０と、ヘッド移動部２２と、ファイバー２４と、管２６と、滑車部２８と、台部３０と、カバー部３２と、光源部３３と、粉末供給部３４と、制御部３６とを備える。
【0021】
三次元積層装置１は、基台部１４に、三次元形状物である積層体を成形する装置である。基台部１００は、積層体が成形される土台となる部材である。本実施形態の基台部１４は、板状の部材である。なお、基台部１４は、これに限定されない。基台部１４は、積層体とは別体として積層体の土台となる部材であってもよいし、積層体と結合されて積層体の一部となる部材であってもよい。
【0022】
台部１０は、基台移動部１２や基台部１４などを支持する台である。基台移動部１２は、台部１０上に設けられ、基台部１４を支持する。基台移動部１２は、制御部３６の制御により、基台部１４を移動させる機構である。基台移動部１２は、第１移動部１２Ａと、第２移動部１２Ｂと、回転部１２Ｃとを有する。第１移動部１２Ａは、水平方向に沿った（鉛直方向に直交する）第１方向に基台部１４を移動させる機構である。本実施形態では、第１移動部１２Ａは、基台部１４を方向Ｙに沿って移動させる。さらに言えば、本実施形態においては、第１移動部１２Ａ上に、第２移動部１２Ｂ、回転部１２Ｃ、及び基台部１４が配置され、第１移動部１２Ａは、第２移動部１２Ｂ、回転部１２Ｃ、及び基台部１４を、方向Ｙに沿って移動させる。
【0023】
第２移動部１２Ｂは、水平方向に沿った（鉛直方向に直交する）第２方向に基台部１４を移動させる機構であり、第２方向は、第１方向に直交する方向である。本実施形態では、第２移動部１２Ｂは、基台部１４を方向Ｘに沿って移動させる。さらに言えば、本実施形態においては、第２移動部１２Ｂ上に、回転部１２Ｃ及び基台部１４が配置され、第２移動部１２Ｂは、回転部１２Ｃ及び基台部１４を方向Ｘに沿って移動させる。なお、本実施形態では、第１移動部１２Ａと第２移動部１２Ｂは、上部に載せた基台部１４を移動させるスライダであるが、スライダ以外の機構であってもよい。
【0024】
回転部１２Ｃは、基台部１４が配置される回転テーブルである。回転部１２Ｃは、少なくとも１つの回転軸を中心として回転することで、上部に配置されている基台部１４を回転させる。本実施形態では、回転部１２Ｃは、互いに直交する３つの回転軸を回転中心として基台部１４を回転させる。
【0025】
このように、基台移動部１２は、第１移動部１２Ａと第２移動部１２Ｂとにより、基台部１４を方向Ｘ及び方向Ｙに沿って移動させる。さらに、基台移動部１２は、回転部１２Ｃにより、基台部１４を３つの回転軸を回転中心として回転させる。すなわち、基台移動部１２は、基台部１４を、２つの軸に沿って移動させ３つの回転軸を中心に回転させる、５軸の移動機構である。ただし、基台移動部１２は、５軸の移動機構に限られず、例えば、基台部１４を方向Ｘ及び方向Ｙに沿って移動させる２軸の移動機構であってもよい。
【0026】
台部１６は、三次元積層室Ｒ内に設けられる台座であり、本実施形態ではヘッド移動部２２が設けられている。
【0027】
積層ヘッド１８は、基台部１４の方向Ｚ１側、すなわち基台部１４の鉛直方向上方側に設けられる。積層ヘッド１８は、光ビーム照射口４２Ｂから、基台部１４に向けて光ビームＬを照射し、粉末噴射口４４Ｂから、基台部１４に向けて粉末Ｐを噴射することで、基台部１４上で積層体を形成する。すなわち、本実施形態に係る三次元積層装置１は、積層ヘッド１８を備えるデポジション方式の三次元積層装置である。
【0028】
図３は、本実施形態に係る積層ヘッドの模式図である。図３に示すように、積層ヘッド１８は、内管４２と外管４４とを有する。外管４４は、管状の部材であり、先端、すなわち方向Ｚ２に向かって径が小さくなっている。内管４２も、管状の部材であり、先端、すなわち方向Ｚ２に向かって径が小さくなっている。内管４２は、外管４４の内部に挿入されているため、内管４２と外管４４とで、二重管を構成している。積層ヘッド１８は、内管４２の内周面側の空間が、光ビームＬが通過するビーム経路４２Ａとなる。また、積層ヘッド１８は、内管４２の外周面と外管４４の内周面との間の空間が、粉末Ｐが通過する粉末流路４４Ａとなる。すなわち、粉末流路４４Ａは、ビーム経路４２Ａの周囲を囲う形状の流路となる。本実施形態では、粉末流路４４Ａは、ビーム経路４２Ａの外周に同心円状に配置される。
【0029】
積層ヘッド１８は、方向Ｚ２側の端部４０Ａに、光ビーム照射口４２Ｂが開口している。また、積層ヘッド１８は、方向Ｚ１側の端部４０Ｂ、すなわち端部４０Ａとは反対側の端部に、ファイバー接続口４８が設けられる。ファイバー接続口４８は、端部４０Ｂに設けられた開口である。光ビーム照射口４２Ｂとファイバー接続口４８とは、ビーム経路４２Ａを介して連通している。すなわち、光ビーム照射口４２Ｂは、ビーム経路４２Ａの方向Ｚ２側の開口であり、ファイバー接続口４８は、ビーム経路４２Ａの方向Ｚ１側の開口である。また、積層ヘッド１８は、ビーム経路４２Ａの光ビーム照射口４２Ｂとファイバー接続口４８との間の位置に、光学素子４６が設けられる。光学素子４６は、例えば、光ビームＬをコリメートするコリメートレンズと、コリメートした光ビームＬを集光する集光レンズと、を備える。ただし、光学素子４６の構成はこれに限られず任意である。
【0030】
ファイバー接続口４８には、ファイバー２４が接続される。ファイバー２４は、光ビームＬの光源となる光源部３３に接続されるファイバーであり、端部２４Ａがファイバー接続口４８に接続される。ファイバー２４は、光源部３３からの光ビームＬが入射され、入射した光ビームＬを端部２４Ａまで導き、端部２４Ａから積層ヘッド１８のビーム経路４２Ａ内に光ビームＬを出射する。ビーム経路４２Ａ内に出射された光ビームＬは、ビーム経路４２Ａ内を方向Ｚ２に向けて進行し、光学素子４６を通って、光ビーム照射口４２Ｂから積層ヘッド１８の外部に出射される。光ビーム照射口４２Ｂから出射された光ビームＬは、方向Ｚ２に向けて進み、基台部１４に向けて照射される。
【0031】
また、積層ヘッド１８は、方向Ｚ２側の端部４０Ａに、粉末噴射口４４Ｂが開口している。粉末噴射口４４Ｂは、光ビーム照射口４２Ｂを囲うように開口する。また、積層ヘッド１８は、方向Ｚ１側の端部４０Ｂに、管接続口４９が設けられる。管接続口４９は、端部４０Ｂに設けられた開口である。粉末噴射口４４Ｂと管接続口４９とは、粉末流路４４Ａを介して連通している。すなわち、粉末噴射口４４Ｂは、粉末流路４４Ａの方向Ｚ２側の開口であり、管接続口４９は、粉末流路４４Ａの方向Ｚ１側の開口である。
【0032】
管接続口４９には、管２６が接続される。管２６は、粉末Ｐが貯留されるタンクである粉末供給部３４に接続される管であり、端部２６Ａが管接続口４９に接続される。管２６は、粉末供給部３４からの粉末Ｐを端部２６Ａまで導き、端部２６Ａから積層ヘッド１８の粉末流路４４Ａ内に粉末Ｐを供給する。粉末流路４４Ａ内に供給された粉末Ｐは、粉末流路４４Ａ内を方向Ｚ２に向けて流れ、粉末噴射口４４Ｂから積層ヘッド１８の外部に噴射される。粉末噴射口４４Ｂから噴射された粉末Ｐは、方向Ｚ２に向けて進み、基台部１４に向けて噴射される。
【0033】
ここで、光ビームＬは、所定のスポット径をもって基台部１４に向かって照射される。図３の例では、光ビームＬは、基台部１４上の基材Ａに、スポット径、すなわち光ビームの収束位置が重なるように、照射される。基材Ａは、三次元積層装置１に積層されている最中の積層体であってもよいし、積層体の母材となる部材であってもよい。基材Ａは、光ビームＬによって溶融され、基材Ａが溶融した溶融プールＡ１を形成する。また、粉末Ｐは、所定の収束径をもって、基台部１４に向かって噴射される。粉末Ｐは、溶融プールＡ１に向けて、すなわち収束位置が溶融プールＡ１と重なるように噴射される。従って、粉末噴射口４４Ｂから噴射された粉末Ｐは、溶融プールＡ１内で溶融される。そして、基台部１４は、積層ヘッド１８に対して移動するため、光ビームＬが照射される位置が変化する。従って、光ビームＬが照射されて溶融プールＡ１を形成していた箇所は、光ビームＬが照射されなくなることで冷却されて固化して、ビードＡ２を形成する。このビードＡ２を三次元状に積層することで、積層体が成形される。
【0034】
なお、本実施形態における光ビームＬは、レーザ光であるが、レーザ光に限られず、例えば電子ビームなどであってもよい。また、本実施形態における粉末Ｐは、金属粉末であるが、粉末であれば、金属粉末に限られない。
【0035】
なお、図１及び図３の例では、光ビームＬを伝送するファイバー２４と、粉末Ｐを供給する管２６とが、積層ヘッド１８に接続されているが、それ以外の管が積層ヘッド１８に接続されていてもよい。例えば、積層ヘッド１８に気体を供給する管や、積層ヘッド１８に冷却水を供給する管などが、積層ヘッド１８に接続されていてもよい。これらの管も、積層ヘッド１８の端部４０Ｂに接続されることが好ましい。なお、積層ヘッド１８に接続される管により供給される気体としては、粉末流路４４Ａに供給されて粉末Ｐを流すためのガスや、粉末Ｐ及び光ビームＬが供給される箇所の外周を覆うように供給される不活性ガスなどが挙げられる。
【0036】
図１に戻り、回転機構２０は、積層ヘッド１８に接続され、方向Ｚに交差する回転軸を中心として積層ヘッド１８を回転させる機構である。回転機構２０は、ヘッド移動部２２を介して台部１６に取付けられているが、ヘッド移動部２２を介さずに台部１６に取付けられてもよいし、台部１６に取付けられていなくてもよい。すなわち、回転機構２０の取付け位置は、任意である。
【0037】
図１に示すように、回転機構２０は、第１板部５０と、第２板部５２と、接続部５４とを有する。第１板部５０は、板状の部材である。本実施形態においては、第１板部５０は、表面５０Ａの反対側の面である背面５０Ｂが、ヘッド移動部２２を介して台部１６に取付けられている。第２板部５２は、表面５２Ａが、第１板部５０の表面５０Ａに回転可能に取り付けられている。接続部５４は、第２板部５２と積層ヘッド１８とを接続する部材である。接続部５４は、例えば、第２板部５２の表面５２Ａの反対側の面である背面５２Ｂと、積層ヘッド１８の側面（ここでは方向Ｘ側の面）とを接続する。接続部５４は、第２板部５２と積層ヘッド１８とを、互いの相対位置が固定されるように接続する。すなわち、積層ヘッド１８は、第２板部５２に対して位置が固定されている。回転機構２０の詳細な構造は、後述する。
【0038】
ヘッド移動部２２は、積層ヘッド１８を方向Ｚに沿って移動させる。本実施形態では、ヘッド移動部２２は、台部１６に取付けられている。ヘッド移動部２２は、回転機構２０と、回転機構２０に接続される積層ヘッド１８とを、方向Ｚに沿って移動させる。本実施形態では、ヘッド移動部２２は、回転機構２０と積層ヘッド１８とを移動させるスライダであるが、スライダ以外の機構であってもよい。また、ヘッド移動部２２は、台部１６に取付けられることに限られず、取付け位置は任意である。
【0039】
図１及び図２に示すように、滑車部２８は、積層ヘッド１８よりも方向Ｚ１側に設けられ、ファイバー２４を移動可能に挟持する。滑車部２８は、滑車２８Ａと滑車２８Ｂとを有する。滑車２８Ａと滑車２８Ｂとは、軸状の部材である。滑車２８Ａは、台部１６から、積層ヘッド１８が設けられる側に向けて方向Ｘに沿って延在し、方向Ｘに沿った軸を中心に回転する。滑車２８Ｂは、滑車２８Ａよりも方向Ｚ２側に設けられる。滑車２８Ｂは、台部１６から、積層ヘッド１８が設けられる側に向けて方向Ｘに沿って延在し、方向Ｘに沿った軸を中心に回転する。また、図２に示すように、滑車２８Ａと滑車２８Ｂとは、スライド部２８Ｃ内に設けられており、スライド部２８Ｃ内を、方向Ｚに沿って移動する。滑車２８Ａと滑車２８Ｂとは、回転機構２０に接続されており、回転機構２０及び積層ヘッド１８と一体で、方向Ｚに沿って移動する。
【0040】
滑車２８Ａと滑車２８Ｂとの間には、ファイバー２４が設けられる。図２に示すように、ファイバー２４は、積層ヘッド１８のファイバー接続口４８に接続される端部２４Ａと、光源部３３に接続される端部２４Ｂとの間の箇所の中間部２４Ｃが、滑車２８Ａと滑車２８Ｂとの間に位置している。すなわち、ファイバー２４は、中間部２４Ｃにおいて、滑車２８Ａと滑車２８Ｂとに挟持されている。滑車２８Ａと滑車２８Ｂとは回転するため、ファイバー２４は、滑車２８Ａと滑車２８Ｂと対して移動可能である。
【0041】
図１に示すように、管２６も、ファイバー２４と同様に、滑車部２８に移動可能に挟持されている。ファイバー２４と管２６とは、滑車２８Ａに設けられた仕切り部２８Ａ１を介して、互いに接触しないように滑車部２８に挟持されている。なお、積層ヘッド１８にファイバー２４及び管２６以外の管が接続されている場合、その管も、ファイバー２４と同様に、滑車部２８に移動可能に挟持されることが好ましい。
【0042】
なお、滑車部２８は、ファイバー２４と管２６とを取り外し可能な構成となっている。図１に示すように、滑車２８Ａは、台部１６側の箇所２８Ａ２を中心として、方向Ｙ回りに回転する。これにより、滑車２８Ａは、図１の破線に示すように開き、ファイバー２４と管２６との取付け及び取外しが可能なスペースを形成する。
【0043】
図１及び図２に示すように、台部３０は、上面にカバー部３２が設けられる台である。カバー部３２は、ファイバー２４を覆うカバーである。図２に示すように、カバー部３２は、積層ヘッド１８の方向Ｙ１側、すなわち、積層ヘッド１８よりも三次元積層装置１の背面側に、配置される。カバー部３２の面３２Ａは、方向Ｙにおいて、積層ヘッド１８と対向するよう配置されている。カバー部３２の面３２Ａは、方向Ｙにおいて、ファイバー２４と積層ヘッド１８との間に設けられているといえる。カバー部３２は、積層ヘッド１８の方向Ｚ１側が開口しており、方向Ｚ１側の開口から、カバー部３２内に、すなわち面３２Ａより方向Ｙ１側に、ファイバー２４が挿入される。なお、カバー部３２は、ファイバー２４に加え、管２６も覆っている。また、積層ヘッド１８にファイバー２４及び管２６以外の管が接続されている場合、その管も、ファイバー２４と同様に、カバー部３２に覆われることが好ましい。
【0044】
カバー部３２は、このようにファイバー２４を覆うことで、積層時の光ビームＬなどによる熱が、ファイバー２４に伝わることを抑制している。なお、カバー部３２は、三次元積層装置１から取り外し可能に構成されている。
【0045】
図１に示す制御部３６は、三次元積層装置１を制御する制御装置、ここでは数値制御装置である。制御部３６は、基台移動部１２を制御して基台部１４を移動させ、ヘッド移動部２２を制御して積層ヘッド１８を方向Ｚに沿って移動させ、積層ヘッド１８による光ビームＬの照射を制御して、積層ヘッド１８による粉末Ｐの噴射を制御する。なお、本実施形態においては、回転機構２０は、例えば人力によって回転する機構であり、制御部３６の制御により自動で回転する機構ではない。ただし、回転機構２０は、制御部３６の制御により回転するものであってもよい。
【0046】
次に、回転機構２０について詳細に説明する。回転機構２０は、積層ヘッド１８を回転させることで、積層ヘッド１８を、第１状態と第２状態とに切り替える。第１状態と第２状態については、後述する。最初に、第１板部５０及び第２板部５２の構成について説明する。図４は、第１板部の模式図である。図１及び図４に示すように、回転機構２０の第１板部５０は、表面５０Ａ及び背面５０Ｂが、方向Ｚに沿っている。図４の例では、第１板部５０は、方向Ｙ１側よりも方向Ｙ２側の方が、表面が広い形状となっているが、そのような形状は一例である。
【0047】
図４に示すように、第１板部５０は、回転軸受部６０と、開口部６２、６４と、突起部６６とが設けられる。回転軸受部６０は、後述の第２板部５２の軸部７０と共に、回転機構２０の回転軸部２０ａを構成する。回転軸受部６０は、開口部６０Ａと軸受部６０Ｂとを有する。開口部６０Ａは、表面５０Ａに開口する穴である。開口部６０Ａは、中心軸が表面５０Ａに直交するように、ここでは中心軸が方向Ｘに沿うように、設けられている。軸受部６０Ｂは、開口部６０Ａに挿入される軸受けである。軸受部６０Ｂは、例えば、転がり軸受けや、滑り軸受けなどである。
【0048】
開口部６２、６４は、表面５０Ａから背面５０Ｂまで貫通する穴である。開口部６２、６４は、後述の第２板部５２の開口部７２、７４と共に、回転機構２０の固定部２０ｂ１、２０ｂ２を構成する。突起部６６は、表面５０Ａから突出する突起である。突起部６６は、後述の第２板部５２の切欠き部７６と共に、回転機構２０の位置決め部２０ｃ１を構成する。なお、回転軸受部６０と開口部６２、６４と突起部６６とが設けられる位置は、図４の例に限られない。
【0049】
図５は、第２板部の模式図である。図５は、第１状態の向きにおける第２板部５２を示している。図５に示すように、第２板部５２は、表面５２Ａ及び背面５２Ｂが、方向Ｚに沿っている。第２板部５２は、軸部７０と、開口部７２、７４と、切欠き部７６とが設けられる。軸部７０は、表面５２Ａから方向Ｘに沿って突出する軸状の部材である。開口部７２、７４は、表面５２Ａから背面５２Ｂまで貫通する穴である。切欠き部７６は、第２板部５２の側面に設けられる切欠きである。また、第２板部５２は、側面に把持部７８を有してもよい。把持部７８は、作業者が把持するための部材である。作業者は、把持部７８を把持して第２板部５２に回転方向のモーメントを加えることで、第２板部５２を回転させることができる。
【0050】
なお、以上説明したように、第１板部５０の表面５０Ａと第２板部５２の表面５２Ａとは、方向Ｚに沿っているが、方向Ｚに沿っていることに限られない。例えば、第１板部５０の表面５０Ａと第２板部５２の表面５２Ａとは、方向Ｚに対して直交していなければよい。言い換えれば、第１板部５０の表面５０Ａと第２板部５２の表面５２Ａとは、方向Ｚに直交する平面に対して交差していればよい。
【0051】
第２板部５２は、第１板部５０に対して回転可能に接続される。より詳しくは、図１に示すように、第２板部５２は、表面５２Ａが、第１板部５０の表面５０Ａに接触するように第１板部５０に接続される。そして、第２板部５２は、第１板部５０が接触する表面５０Ａと反対側の背面５０Ｂにおいて、積層ヘッド１８と接続される。以下、第２板部５２が第１板部５０に接続された構成について説明する。
【0052】
図６及び図７は、本実施形態に係る回転機構の模式図である。図６は第１状態を示しており、図７は第２状態を示している。図６に示すように、第１状態は、第２板部５２に取付けられた積層ヘッド１８のファイバー接続口４８が、方向Ｚ１側を向いて開口する状態である。また、第１状態は、積層ヘッド１８の中心からファイバー接続口４８に向かう方向が、方向Ｚ１に沿っていると言ってもよい。また、ファイバー接続口４８の中心軸を中心軸ＡＸ２とすると、第１状態は、ファイバー接続口４８が方向Ｚ１側を向いて開口し、かつ、中心軸ＡＸ２が方向Ｚ１に沿っている状態であると言ってもよい。また、第１状態は、積層ヘッド１８の光ビーム照射口４２Ｂ及び粉末噴射口４４Ｂが、方向Ｚ２側を向いて開口する状態であるともいえる。
【0053】
図６に示すように、第１板部５０と第２板部５２とは、第１板部５０の回転軸受部６０と第２板部５２の軸部７０とが重なるように接続される。より詳しくは、第２板部５２の表面５２Ａが、第１板部５０の表面５０Ａに接触し、表面５２Ａに設けられた軸部７０が、回転軸受部６０内に挿入されている。軸部７０は、回転軸受部６０に挿入された状態で、回転可能となっている。すなわち、軸部７０は、第２板部５２の回転軸となるため、回転軸受部６０と軸部７０とで、回転軸部２０ａを構成しているということができる。このように、本実施形態における回転軸部２０ａは、軸部７０が回転軸受部６０内で回転する機構であるが、回転可能な機構であれば、このような軸と軸受けとの構造に限られない。
【0054】
また、第１状態においては、第１板部５０の開口部６２と、第２板部５２の開口部７２とが、方向Ｘから見て、重畳する。本実施形態においては、開口部６２と開口部７２とにボルトなどの部材を挿入して、第１板部５０と第２板部５２とを、開口部６２と開口部７２とが重畳した状態で固定する。これにより、第１板部５０と第２板部５２とは、開口部６２と開口部７２とが重畳した状態、すなわち第１状態で固定される。このように、開口部６２と開口部７２とは、第１板部５０と第２板部５２とを第１状態で固定する固定部２０ｂ１になっている。ただし、第１状態で固定する固定部２０ｂ１は、開口部６２と開口部７２とに限られず、別の構成であってもよい。
【0055】
また、第２板部５２の切欠き部７６と第１板部５０の突起部６６とは、切欠き部７６内に突起部６６が位置した状態で開口部６２と開口部７２とが重畳するような位置に、設けられている。言い換えれば、切欠き部７６と突起部６６とは、切欠き部７６内に突起部６６が位置した状態で第１状態となるような位置に、設けられている。従って、例えば第２状態から第１状態に変化させる場合は、切欠き部７６内に突起部６６が位置する状態まで、第２板部５２を回転させて、その状態で開口部６２と開口部７２とにボルトを挿入することで、第１板部５０と第２板部５２とが、第１状態で固定される。このように、切欠き部７６と突起部６６とは、第１板部５０と第２板部５２とを、第１状態の位置に規定する位置決め部２０ｃ１となっている。ただし、第１状態の位置に規定する位置決め部２０ｃ１は、切欠き部７６と突起部６６とに限られず、別の構成であってもよい。
【0056】
次に、第２状態について説明する。図７に示すように、第２状態は、第２板部５２に取付けられた積層ヘッド１８のファイバー接続口４８が、方向Ｚ１に対して交差する方向を向いて開口する状態である。また、第２状態は、積層ヘッド１８の中心からファイバー接続口４８に向かう方向が、方向Ｚ１に交差している状態と言ってもよい。また、第２状態は、中心軸ＡＸ２が方向Ｚ１に対して交差する方向に沿っている状態であると言ってもよい。ここで、方向Ｚ１に沿った仮想的な軸ＡＸと中心軸ＡＸ２とがなす角度を、角度θとする。この場合、第２状態において、角度θは、８５度以上９５度以下であることが好ましい。さらに、第２状態においては、角度θが９０度、すなわち中心軸ＡＸ２が方向Ｚ１に対して直交する水平方向に沿っていることがより好ましい。なお、第２状態においては、積層ヘッド１８の光ビーム照射口４２Ｂ及び粉末噴射口４４Ｂも、方向Ｚ１側に対して交差する方向を向いて開口する状態となっている。さらに言えば、回転機構２０の最大回転角度は、積層体Ａの成形時において積層ヘッド１８の中心軸ＡＸ２が鉛直方向に対してなす角度よりも、大きい。
【0057】
図７に示すように、第２状態においては、第２板部５２の表面５２Ａが第１板部５０の表面５０Ａに接触し、表面５２Ａに設けられた軸部７０が回転軸受部６０内に挿入された状態で、第２板部５２の位置が第１状態から変化している。すなわち、第２状態は、第２板部５２が、第１状態から、回転軸部２０ａ（軸部７０及び回転軸受部６０）を中心として回転した後の状態となっている。第２状態においては、第１板部５０の開口部６４と、第２板部５２の開口部７４とが、方向Ｘから見て、重畳する。本実施形態においては、開口部６４と開口部７４とにボルトなどの部材を挿入して、第１板部５０と第２板部５２とを、開口部６４と開口部７４とが重畳した状態で固定する。これにより、第１板部５０と第２板部５２とは、開口部６４と開口部７４とが重畳した状態、すなわち第２状態で固定される。このように、開口部６４と開口部７４とは、第１板部５０と第２板部５２とを第２状態で固定する固定部２０ｂ２になっている。ただし、第２状態で固定する固定部２０ｂ２は、開口部６４と開口部７４とに限られず、別の構成であってもよい。
【0058】
また、第２板部５２の側面５２Ｃと第１板部５０の突起部６６とは、側面５２Ｃと突起部６６とが接触した状態で開口部６４と開口部７４とが重畳するような位置に、設けられている。言い換えれば、側面５２Ｃと突起部６６とは、側面５２Ｃと突起部６６とが接触した状態で第２状態となるような位置に、設けられている。従って、例えば第１状態から第２状態に変化させる場合は、側面５２Ｃと突起部６６とが接触する状態まで、第２板部５２を回転させて、その状態で開口部６４と開口部７４とにボルトを挿入することで、第１板部５０と第２板部５２とが、第２状態で固定される。このように、側面５２Ｃと突起部６６とは、第１板部５０と第２板部５２とを、第２状態の位置に規定する位置決め部２０ｃ２となっている。ただし、第２状態の位置に規定する位置決め部２０ｃ２は、側面５２Ｃと突起部６６とに限られず、別の構成であってもよい。
【0059】
回転機構２０は、第１状態と第２状態とにおいて、以上のような状態となっている。第１状態と第２状態とを切り替える場合、第２板部５２を、回転軸部２０ａの中心軸である回転軸ＡＸ１を回転中心として回転させる。積層ヘッド１８は、第２板部５２に対して位置が固定されているため、第２板部５２と一体で回転して、第１状態と第２状態とが切り替えられる。第１状態から第２状態に切り替える場合、図６の第１状態において、例えば開口部６２と開口部７２とからボルトを外して第１状態での固定を解除した後、第２板部５２を、回転軸ＡＸ１を回転中心として（図６及び図７の例では反時計回りに）回転させる。そして、例えば図７に示した状態で開口部６４と開口部７４とにボルトを挿入することで、第２状態に固定する。第２状態から第１状態に切り替える場合は、図７の第２状態において、例えば開口部６４と開口部７４とからボルトを外して第２状態での固定を解除した後、第２板部５２を、回転軸ＡＸ１を回転中心として（図６及び図７の例では時計回りに）回転させる。そして、例えば図６に示した状態で開口部６２と開口部７２とにボルトを挿入することで、第１状態に固定する。
【0060】
ここで、三次元積層装置１は、メンテナンスなどの際に、光ビームＬを導通するファイバー２４を、積層ヘッド１８から取り外す。ファイバー２４が取り外されると、積層ヘッド１８は、ファイバー接続口４８が露出した状態となるため、ほこりなどの異物が、ファイバー接続口４８から積層ヘッド１８内に侵入するおそれがある。ファイバー接続口４８が方向Ｚ１側、すなわち鉛直方向上方側に向けて開口している場合、重力などによって異物の侵入する可能性が高くなる。従って、ファイバー接続口４８は、鉛直方向上方側から交差した方向、例えば鉛直方向に直交する水平方向に向けて開口することが好ましい。一方、三次元積層装置１は、光ビーム照射口４２Ｂ及び粉末噴射口４４Ｂが、方向Ｚ２側、すなわち鉛直方向下方側を向いて開口した状態で、積層体の積層を行うことが好ましい。従って、三次元積層装置１は、ファイバー接続口４８が鉛直方向上方に対して交差し、光ビーム照射口４２Ｂが鉛直方向下方に向くことが好ましいといえる。これを満たすために、例えば、積層ヘッド１８の底面（鉛直方向下方側の面）に光ビーム照射口４２Ｂを配置し、積層ヘッド１８の側面（水平方向側の面）にファイバー接続口４８を配置することも考えられる。しかし、この場合、側面のファイバー接続口４８から入射された光ビームＬを底面の光ビーム照射口４２Ｂに導くために、光ビームＬの光路を曲げるなどの措置が必要となり、内部の光学部品の数を増やす必要性が生じるおそれがある。この場合、装置サイズが大きくなってしまう。
【0061】
また、光ビーム照射口４２Ｂを側面に設けた上で、すなわち例えば横向きに光ビームＬや粉末Ｐを供給させる構成とした上で、積層条件を工夫して積層を適切に行わせることも考えられる。この場合は、例えば、光ビーム照射口４２Ｂとは反対側の側面にファイバー接続口４８を設ける設計となる。しかし、この場合、積層ヘッド１８が水平方向に長くなるため、積層ヘッド１８が、積層ヘッド１８に水平方向で隣り合うカバー部３２に干渉するおそれもある。
【0062】
それに対し、本実施形態に係る三次元積層装置１は、回転機構２０により、ファイバー接続口４８を鉛直方向上方に向けた第１状態と、ファイバー接続口４８を鉛直方向に交差する方向に向けた第２状態とを切り替えることができる。従って、メンテナンス時には、第２状態に切り替えてからファイバー２４を取り外すことで、光ビーム照射口４２Ｂを鉛直方向上方から交差した向きに開口させて、異物の混入を抑制することができる。また、例えば第１状態において光ビーム照射口４２Ｂを鉛直方向下方に向くように設計することで、第１状態において積層を適切に行いつつ、装置サイズが大きくなることを抑制することも可能となる。このように、本実施形態に係る三次元積層装置１によると、第１状態と第２状態とを切り替えることで、異物の混入を抑制しつつ、装置サイズが大きくなることを抑制することができる。また、カバー部３２は、積層時の熱がファイバー２４などに伝わることを抑制するものである。三次元積層装置１は、カバー部３２を設けることが必要な積層を行う際に、第１状態とすることで、積層時に積層ヘッド１８がカバー部３２に干渉することを防止することができる。また、第２状態においては、積層ヘッド１８が横向きとなるため、カバー部３２に干渉するおそれがあるが、第２状態とするメンテナンス時には高温とならないため、カバー部３２を取り外すことができる。すなわち、第２状態にする前にカバー部３２を取り外すことで、カバー部３２の干渉も防止することができる。
【0063】
次に、ファイバー２４の取替方法のフローを、フローチャートに基づき説明する。図８は、ファイバーの取替方法のフローを説明するフローチャートである。図８は、第１状態であってファイバー２４が積層ヘッド１８に接続された状態から、ファイバー２４を取り替えるフローを示している。図８に示すように、ファイバー２４を取り替える際には、積層ヘッド１８の駆動（粉末Ｐ及び光ビームＬの供給）を停止した状態で、カバー部３２を三次元積層装置１から取り外す（ステップＳ１０）。そして、第２板部５２を第１板部５０に対して回転させることで、第１状態から第２状態に切り替える（ステップＳ１２；第１回転ステップ）。第２状態においては、積層ヘッド１８は、ファイバー接続口４８が鉛直方向下方に対して交差する方向に向けて開口した状態となる。なお、第２板部５２を回転させる前に、ファイバー２４（及び管２６）を、滑車部２８から取り外すことが好ましいが、ファイバー２４（及び管２６）を滑車部２８に取付けたまま第２板部５２を回転させてもよい。
【0064】
第２状態に切り替えたら、積層ヘッド１８のファイバー接続口４８から、ファイバー２４を取り外し（ステップＳ１４；取外しステップ）、メンテナンスなどが終了して、ファイバー２４を再度取付けるまで、第２状態のままに保持する。そして、ファイバー２４を再度取付ける場合は、第２状態のまま、積層ヘッド１８のファイバー接続口４８にファイバー２４を取り付ける（ステップＳ１６；取付けステップ）。なお、取り付けるファイバー２４は、取り外したファイバー２４と別のものであってもよいし、同じものであってもよい。例えば、ビームの形状を変更する際に、別のファイバーに交換する。ファイバー２４を取り付けたら、第２板部５２を第１板部５０に対して回転させることで、第２状態から第１状態に切り替え（ステップＳ１８；第２回転ステップ）、カバー部３２を再度取付けて（ステップＳ２０）、本処理を終了する。なお、カバー部３２の取付け及び取外しは必須ではない。
【0065】
以上説明したように、本実施形態に係る三次元積層装置１は、積層ヘッド１８と、回転機構２０とを有する。積層ヘッド１８は、粉末Ｐを噴射する粉末噴射口４４Ｂと、光ビームＬを照射する光ビーム照射口４２Ｂと、光ビームＬを導くファイバー２４が接続されるファイバー接続口４８が設けられる。回転機構２０は、積層ヘッド１８に接続され、鉛直方向に交差する回転軸ＡＸ１を中心として積層ヘッド１８を回転させる。回転機構２０は、積層ヘッド１８を回転させることで、ファイバー接続口４８が、方向Ｚ１（鉛直方向上方側）を向いて開口する第１状態と、ファイバー接続口４８が、方向Ｚ１（鉛直方向上方側）に対して交差する方向を向いて開口する第２状態と、を切り替える。
【0066】
本実施形態に係る三次元積層装置１は、回転機構２０により、ファイバー接続口４８を鉛直方向上方に向けた第１状態と、ファイバー接続口４８を鉛直方向に交差する方向に向けた第２状態とを切り替えることができる。従って、第２状態に切り替えてからファイバー２４を取り外すことにより、異物の混入を抑制しつつ、第１状態にも切り替え可能とすることで、装置サイズが大きくなることを抑制することができる。
【0067】
また、ファイバー接続口４８は、第２状態において、方向Ｚ（鉛直方向）に対して、８５度以上９５度以下交差する方向に向いて開口する。ファイバー接続口４８を方向Ｚに対してこのような角度で傾斜させることで、ファイバー接続口４８の向きを水平方向に近づけて、異物の混入を抑制できる。さらに、ファイバー接続口４８を鉛直方向下方に向けないことで、ファイバー２４の取付けの際に、ファイバー２４が鉛直方向上方に向くことを抑制して、ファイバー２４側への異物の混入も抑制することができる。
【0068】
また、三次元積層装置１は、積層ヘッド１８を方向Ｚに沿って移動させるヘッド移動部２２と、積層ヘッド１８から粉末Ｐが噴射されて光ビームＬが照射される基台部１４と、基台移動部１２とを有することが好ましい。基台移動部１２は、基台部１４を鉛直方向に直交する第１方向と、鉛直方向及び第１方向に直交する第２方向とに沿って移動させる。この三次元積層装置１は、積層ヘッド１８が方向Ｚに沿った一軸に沿って移動する構成である。
【0069】
ただし、三次元積層装置１は、積層ヘッド１８が多軸に沿って移動する構成であってよいし、所定の回転軸（例えば３つの回転軸）を中心として回転する構成であってもよい。この場合においては、回転機構２０の回転軸ＡＸ１は、積層ヘッド１８が回転する回転軸とは別の回転軸であることが好ましい（回転方向は同じであってもよい）。すなわち、回転機構２０の回転軸ＡＸ１は、積層ヘッド１８で積層を行う際に用いられる回転軸とは別の回転軸であることが好ましく、さらに言えば、回転機構２０は、積層ヘッド１８で積層を行う際に用いられる回転機構とは、別の機構であることが好ましい。例えば、積層ヘッド１８で積層を行う際に用いられる回転機構（回転軸）を、回転機構２０（回転軸ＡＸ１）と共通にした場合、積層ヘッド１８で積層を行う際に用いられる回転機構（回転軸）に対し、異物混入を好適に抑制するような回転角度を実現させる必要が生じる。この場合、積層を行う際に用いられる回転機構が、鉛直方向に対し、例えば８５度以上９５度以下の大きな回転角度を実現する必要が生じる。しかし、積層を行う際に用いられる回転機構にこのような大きな回転角度を持たせた場合、積層ヘッド構造の複雑化や長大化を招きかねず、積層精度に影響を及ぼすおそれが生じる。それに対し、積層を行う際に用いられる回転機構（回転軸）と、回転機構２０（回転軸ＡＸ１）とを別にすることで、積層を行う際に用いられる回転機構の回転角度を大きくする必要がなくなり、回転機構２０によって異物混入を抑えつつ、積層ヘッド構造を複雑化、長大化させることなく、積層精度の低下も抑制することができる。
【0070】
また、ファイバー接続口４８は、積層ヘッド１８において、粉末噴射口４４Ｂ及び光ビーム照射口４２Ｂが設けられる面（端部４０Ａ）と反対側の面（端部４０Ｂ）に設けられる。例えば、積層ヘッド１８の側面（水平方向側の面）にファイバー接続口４８を配置すると、側面のファイバー接続口４８から入射された光ビームＬを底面の光ビーム照射口４２Ｂに導くために、光ビームＬの光路を曲げるなどの、光路が複雑となり、装置サイズが大きくなるおそれがある。それに対し、ファイバー接続口４８を、光ビーム照射口４２Ｂと粉末噴射口４４Ｂとを反対の面に設けることで、光ビームＬの光路を簡易にすることができ、装置サイズが大きくなることを抑制できる。
【0071】
また、回転機構２０は、第１板部５０と第２板部５２とを備える。第１板部５０は、表面５０Ａが鉛直方向に直交する平面に交差する。第２板部５２は、積層ヘッド１８に固定され、第１板部５０の表面５０Ａに表面５２Ａが接触した状態で、第１板部５０に対して回転可能に接続される。回転機構２０は、第２板部５２が第１板部５０に対して回転することで、第１状態と第２状態とを切り替える。この三次元積層装置１は、回転機構２０として第１板部５０と第２板部５２とを備えることで、第１状態と第２状態とを適切に切り替えることができる。さらに、第１板部５０と第２板部５２との表面同士を接触させることで、積層ヘッド１８の軸ずれを好適に抑制することができる。
【0072】
また、回転機構２０は、第２板部５２の第１板部５０に対する回転軸となる回転軸部２０ａと、第２板部５２を第２状態で位置決めする位置決め部２０ｃ２と、第２板部５２を第２状態で固定する固定部２０ｂ２と、を有する。この三次元積層装置１は、回転軸部２０ａを中心に第２板部５２を回転させて、位置決め部２０ｃ２で位置決めした状態で、固定部２０ｂ２で第２状態に固定することができるため、第２状態に適切に切り替えることができる。
【0073】
また、三次元積層装置１は、ファイバー２４を覆う取り外し可能なカバー部３２をさらに有する。カバー部３２は、積層時の熱がファイバー２４などに伝わることを抑制するものである。カバー部３２は、第１状態において積層ヘッド１８に干渉せず、第２状態において積層ヘッド１８に干渉する。三次元積層装置１は、積層を行う第１状態ではカバー部３２が積層ヘッド１８と干渉せず、カバー部３２が不要となる第２状態においてはカバー部３２を取り外すことができるため、カバー部３２がある場合にも、第１状態と第２状態とを適切に切り替えて、異物の混入を抑制することができる。なお、カバー部３２は、第２状態においても積層ヘッド１８に干渉しないものであってもよい。
【0074】
また、三次元積層装置１は、積層ヘッド１８よりも方向Ｚ１側に設けられ、ファイバー２４を移動可能に挟持する滑車部２８をさらに有する。三次元積層装置１は、滑車部２８でファイバー２４を挟持することで、ファイバー２４を適切に保持することができる。
【0075】
また、本実施形態に係るファイバー２４の取替方法は、第１状態から、鉛直方向に交差する回転軸ＡＸ１を中心として積層ヘッド１８を回転させることで、積層ヘッド１８を第２状態に切り替える第１回転ステップと、第２状態となった積層ヘッド１８のファイバー接続口４８からファイバー２４を取り外す取外しステップと、取外しステップによってファイバー２４が取り外された積層ヘッド１８のファイバー接続口４８に、ファイバー２４又は別のファイバーを取り付ける取付けステップと、取付けステップによってファイバー２４が取り付けられた積層ヘッド１８を回転させて、第２状態から第１状態に切り替える第２回転ステップと、を有する。この取替方法によると、第２状態に切り替えてからファイバー２４を取り外すことにより、異物の混入を抑制しつつ、第１状態にも切り替え可能とすることで、装置サイズが大きくなることを抑制することができる。
【0076】
なお、本実施形態に係る回転機構２０は、第２板部５２が回転軸部２０ａを中心に第１板部５０に対して回転する構成であったが、回転機構２０の構成はこれに限られない。図９及び図１０は、本実施形態に係る回転機構の別の例を示す模式図である。図９及び図１０の例においては、回転機構２０の第１板部５０が、溝部６０ａを有している。溝部６０ａは、第１板部５０の表面５０Ａに設けられる溝であり、回転軸ＡＸ１を中心とした円弧状となっている。また、図９及び図１０の例では、第２板部５２の軸部７０ａは、溝部６０ａ内に移動可能に挿入される。図９の第１状態では、軸部７０ａは、溝部６０ａの一方の端部側に位置している。そして、軸部７０ａを溝部６０ａに沿って移動させることで、第２板部５２が回転軸ＡＸ１を中心軸として回転して、軸部７０ａが溝部６０ａの他方の端部側に位置する第２状態となる。このように、回転機構２０は、溝部６０ａを設けて第２板部５２を回転させてもよい。
【0077】
また、回転機構２０は、積層ヘッド１８を回転させて第１状態と第２状態とを切り替えるものであれば、第１板部５０及び第２板部５２を有する構成でなくてもよい。例えば、回転機構２０は、シャフト及びカップリングを備え、モータを駆動源として積層ヘッド１８を回転させる機構であってもよいし、クランク機構とシリンダとを備え、シリンダを駆動させることでクランク機構により積層ヘッド１８を回転させる機構であってもよい。この場合のシリンダの駆動源は任意であり、例えば、エア、電動、手動などであってよい。また、回転機構２０は、円形レールにより積層ヘッド１８を回転させる機構であってもよい。また、位置決め部として、キーを設けてもよいし、外周の一部を平面とし、他の一部を円周状としてもよい。また、回転機構２０は、遊星歯車により積層ヘッド１８を回転させる機構であってもよい。また、減速機として歯車を用い、回転に要する力を小さくする機構を加えてもよい。
【0078】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【符号の説明】
【0079】
１ 三次元積層装置
１２ 基台移動部
１４ 基台部
１８ 積層ヘッド
２０ 回転機構
２２ ヘッド移動部
２４ ファイバー
４２Ｂ 光ビーム照射口
４４Ｂ 粉末噴射口
４８ ファイバー接続口
５０ 第１板部
５２ 第２板部
１２ 基台移動部
１４ 基台部
１８ 積層ヘッド
２０ 回転機構
２２ ヘッド移動部
２４ ファイバー
４２Ｂ 光ビーム照射口
４４Ｂ 粉末噴射口
４８ ファイバー接続口
５０ 第１板部
５２ 第２板部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】