特許 7476042 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-19

(45)【発行日】2024-04-30

(54)【発明の名称】三次元積層造形装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/44 20210101AFI20240422BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240422BHJP

   B22F 12/41 20210101ALI20240422BHJP

【ＦＩ】

B22F12/44

B33Y30/00

B22F12/41

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020149659

(22)【出願日】2020-09-07

(65)【公開番号】P2022044168

(43)【公開日】2022-03-17

【審査請求日】2023-02-27

(73)【特許権者】

【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】津田 貴

【審査官】池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０８８１０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－３２３３６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６０５０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１１７１３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３１１７５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－００６２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１９３７４４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １０／００－１２／９０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｈ０１Ｊ ３７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形物の原材料となる粉末が敷き詰められるステージと、
前記ステージ上に敷き詰められる前記粉末にビームを照射するとともに、前記ビームが出射されるビーム出射口を有するビーム照射装置と、
前記ステージと前記ビーム照射装置との間に配置され、前記粉末に前記ビームを照射した際に発生する輻射熱をシールドする輻射シールド部と、
前記輻射シールド部と前記ビーム照射装置との間に配置され、前記粉末に前記ビームを照射した際に発生する蒸発物質が前記ビーム出射口の開口エッジに付着することを抑制する付着抑制部と、
を備え、
前記付着抑制部は、前記ビームが通る筒穴を有する筒状に形成されており、
前記付着抑制部の前記ビーム出射口側の開口径は、前記ビーム出射口の開口径よりも小さく、
前記付着抑制部は、前記粉末に前記ビームを照射した際に発生する輻射熱で高温に加熱される
三次元積層造形装置。

【請求項2】

前記輻射シールド部と前記付着抑制部とが別体構造になっている
請求項１に記載の三次元積層造形装置。

【請求項3】

前記輻射シールド部と前記付着抑制部とが一体構造になっている
請求項１に記載の三次元積層造形装置。

【請求項4】

前記輻射シールド部と前記付着抑制部とが接触している
請求項２に記載の三次元積層造形装置。

【請求項5】

前記ビーム出射口は、前記ビームの進行方向の上流側から下流側に向かって徐々に直径が大きくなるラッパ状であり、
前記ビーム照射装置は、前記ビーム出射口の形状に合わせてラッパ状に形成され、前記ビーム出射口の内側を覆うカバー部材を備える
請求項１～４のいずれか一項に記載の三次元積層造形装置。

【請求項6】

前記カバー部材は、前記ビーム照射装置の前記ビーム出射口に対して着脱自在に構成されている
請求項５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、ステージ上に敷き詰められた金属の粉末に電子ビームを照射して粉末を溶融および凝固させるとともに、凝固させた層をステージの移動により順に積層させて三次元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】

【文献】国際公開第２０１７／１６３４０４号

【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、金属の粉末に電子ビームを照射すると、溶融した金属の一部が蒸発物質となって霧状に立ち昇る。その際、蒸発物質は、ステージの上方に存在する輻射シールド部の開口を通過してビーム照射装置のビーム出射口に到達し、ビーム出射口の内周面に付着する。これにより、ビーム出射口の内周面には、金属の蒸着物が付着した状態になる。蒸着物は、造形プロセス中に成長して被膜を形成し、この被膜にひび割れ等が生じると、蒸着物が自重で落下する。落下した蒸着物は造形面の上に落ちる。その結果、蒸着物が造形途中の造形物に取り込まれ、造形物に欠陥が生じるおそれがある。

【0005】

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、造形面上への蒸着物の落下を抑制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】

【0006】

本発明に係る三次元積層造形装置は、造形物の原材料となる粉末が敷き詰められるステージと、ステージ上に敷き詰められる粉末にビームを照射するとともに、ビームが出射されるビーム出射口を有するビーム照射装置と、ステージとビーム照射装置との間に配置され、粉末にビームを照射した際に発生する輻射熱をシールドする輻射シールド部と、輻射シールド部とビーム照射装置との間に配置され、粉末にビームを照射した際に発生する蒸発物質がビーム出射口の開口エッジに付着することを抑制する付着抑制部と、を備える。付着抑制部は、ビームが通る筒穴を有する筒状に形成されている。付着抑制部のビーム出射口側の開口径は、ビーム出射口の開口径よりも小さい。付着抑制部は、粉末にビームを照射した際に発生する輻射熱で高温に加熱される。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、造形面上への蒸着物の落下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【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断面図である。

【図2】図１に示す三次元積層造形装置の一部を拡大した図である。

【図3】本発明の第２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断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

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。

【0010】

＜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断面図である。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。

【0011】

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、ステージ２２と、ステージ移動装置２４と、輻射シールド部４０と、付着抑制部４２と、を備えている。

【0012】

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。真空チャンバー１２は、上壁１２ａ、側壁１２ｂおよび底壁１２ｃを有している。上壁１２ａおよび底壁１２ｃは、Ｚ方向で対向している。

【0013】

ビーム照射装置１４は、造形面３２ａに電子ビーム１５を照射する装置である。造形面３２ａは、ステージ２２上に敷き詰められる粉末３２の上面に相当する。ビーム照射装置１４は、電子ビームの発生源となる電子銃２６と、電子銃２６が発生した電子ビーム１５を制御する光学系２７とを備える。

【0014】

光学系２７は、集束レンズ２８と、対物レンズ２９と、偏向レンズ３０とを備えている。集束レンズ２８は、電子銃２６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２９は、集束レンズ２８で集束させた電子ビーム１５を造形面３２ａに合焦させるレンズである。偏向レンズ３０は、対物レンズ２９によって合焦させた電子ビーム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。なお、ビームは電子ビームに限らず、レーザービームであってもよい。また、光学系２７における各レンズ２８，２９，３０の配置は必要に応じて変更可能であり、光学系２７の構成についても必要に応じて変更可能である。

【0015】

ビーム照射装置１４は、真空チャンバー１２の上壁１２ａに取り付けられている。ビーム照射装置１４は、電子銃２６および光学系２７の中心軸３１がＺ方向と平行となるように配置されている。ビーム照射装置１４の下端部にはビーム出射口３４が設けられている。ビーム出射口３４は、光学系２７によって制御された電子ビーム１５を出射させる開口である。すなわち、電子ビーム１５は、このビーム出射口３４から出射される。ビーム出射口３４は、電子ビーム１５を制御する光学部品（レンズ等）に形成されていてもよいし、光学部品を保持する筐体に形成されていてもよい。

【0016】

ビーム出射口３４は、光学系２７の中心軸方向から見て円形に形成されている。ビーム出射口３４は、電子ビーム１５の進行方向の上流側から下流側に向かって徐々に直径が大きくなる形状、すなわちラッパ状に形成されている。ビーム出射口３４をラッパ状に形成する理由は、偏向レンズ３０による電子ビーム１５の偏向を許容するためである。具体的には、ビーム出射口３４は、偏向レンズ３０によって電子ビーム１５を偏向するときに、電子ビーム１５がビーム出射口３４の内周面３４ａに干渉（接触）しないよう、その内周面３４ａが中心軸３１に対して所定の角度で傾斜している。

【0017】

ビーム照射装置１４はカバー部材３６を備えている。カバー部材３６は、ビーム出射口３４の内周面３４ａを覆う部材であり、ビーム出射口３４の形状にあわせてラッパ状に形成されている。カバー部材３６は、後述する蒸発物質がビーム出射口３４の内周面３４ａに付着することを防止する部材である。カバー部材３６は、内周面３４ａの全面を覆っている。光学系２７を構成する部品は耐熱温度に制限があるため、あまり高温にすることはできない。これに対し、ビーム出射口３４の内周面３４ａをカバー部材３６によって覆った場合は、光学系２７に対してカバー部材３６が断熱（遮熱）効果を発揮する。このため、光学系２７の構成部品を熱から保護することができる。

【0018】

カバー部材３６は、たとえば、金属製の薄い板を曲げ成形することによって得られる部材であり、ビーム出射口３４に対して着脱可能に構成されている。ビーム出射口３４に対してカバー部材３６を着脱するための構成としては、たとえば図示はしないが、カバー部材３６の円周方向の一箇所に細い切れ目を形成し、カバー部材３６を構成する金属材料（たとえば、ステンレス鋼）の弾性を利用してカバー部材３６を径方向に伸縮させる構成が考えられる。この構成を採用した場合は、ビーム出射口３４にカバー部材３６を装着するときは、外力によりカバー部材３６を径方向に縮めた状態でカバー部材３６をビーム出射口３４に挿入した後、外力の解放によりカバー部材３６が径方向に拡がる力を利用してカバー部材３６をビーム出射口３４の内周面３４ａに圧着させる。これにより、ビーム出射口３４にカバー部材３６を取り付けることができる。この場合、ビーム出射口３４からカバー部材３６が脱落しないよう、図示しないストッパーをビーム出射口３４に設けてもよい。一方、ビーム出射口３４からカバー部材３６を取り外す場合は、ビーム出射口３４の内周面３４ａに対するカバー部材３６の圧着力よりも強い力でビーム出射口３４からカバー部材３６を引き込む。これにより、ビーム出射口３４からカバー部材３６を取り外すことができる。

【0019】

粉末供給装置１６は、造形物３８の原材料となる金属の粉末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、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に貯蔵されている粉末を造形テーブル１８上に投下する機器である。粉末投下器１６ｂは、予め決められた量の粉末を造形テーブル１８の端に投下する。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粉末を造形テーブル１８上に敷き詰める。アーム１６ｃは、造形テーブル１８の全面に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。

【0020】

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の中央部には開口部１８ａが形成されている。開口部１８ａは、平面視円形または平面視四角形に形成される。本実施形態においては、一例として、開口部１８ａが平面視円形に形成されているものとする。

【0021】

造形ボックス２０は、造形テーブル１８の開口部１８ａの下方に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の上端部は、開口部１８ａの縁で造形テーブル１８の下面に接続されている。造形ボックス２０の下端部は、真空チャンバー１２の底壁１２ｃに接続されている。

【0022】

ステージ２２は、金属の粉末３２を用いて造形物３８を形成するためのステージである。ステージ２２は、造形テーブル１８の開口部１８ａの形状にあわせて平面視円形に形成されている。ステージ２２は、上面２２ａおよび下面２２ｂを有する。三次元積層造形装置１０によって造形物３８を形成する場合、ステージ２２の上面２２ａには所定の厚さ（一層分の厚さ）で粉末３２が敷き詰められる。ステージ２２の上面２２ａは、Ｚ方向においてビーム照射装置１４と対向するように配置されている。ステージ２２の下面２２ｂは、Ｚ方向において、真空チャンバー１２の底壁１２ｃと対向するように配置されている。

【0023】

ステージ移動装置２４は、ステージ２２を上下方向に移動させる装置である。ステージ移動装置２４は、シャフト２４ａと、駆動機構部２４ｂとを備えている。シャフト２４ａは、ステージ２２の下面２２ｂに接続されている。駆動機構部２４ｂは、図示しないモータを駆動源として駆動することにより、シャフト２４ａと一体にステージ２２を上下方向に移動させる。

【0024】

輻射シールド部４０は、Ｚ方向において、ステージ２２とビーム照射装置１４との間に配置されている。輻射シールド部４０は、ビーム照射装置１４によって粉末３２に電子ビーム１５を照射した際に発生する輻射熱をシールドする部分である。ここで、図２に示すように、金属の粉末３２に電子ビーム１５を照射すると粉末３２が溶融するが、このとき粉末３２から放射される熱、すなわち輻射熱が真空チャンバー１２内に広く拡散してしまうと熱効率が悪くなる。これに対し、ステージ２２の上方に輻射シールド部４０を配置した場合は、粉末３２から放射される熱（輻射熱）が輻射シールド部４０によってシールドされるとともに、シールドされた熱が輻射シールド部４０により反射されてステージ２２側に戻される。このため、電子ビーム１５の照射によって発生する熱を効率良く利用することができる。

【0025】

輻射シールド部４０は、ステンレス鋼などの金属によって構成されるとともに、ブラケット４４によって真空チャンバー１２の上壁１２ａに取り付けられている。輻射シールド部４０は、真空チャンバー１２の内部で、かつ造形面３２ａの上方に配置されている。造形面３２ａに電子ビーム１５を照射すると、溶融した金属の一部が霧状の蒸発物質４６（図２参照）となって造形面３２ａから立ち昇る。輻射シールド部４０は、ステージ２２と対向する状態で造形面３２ａの上方空間を覆うことにより、蒸発物質４６が真空チャンバー１２の内壁に付着（蒸着）することを抑制する機能を果たす。

【0026】

輻射シールド部４０は、電子ビーム１５の進行方向の上流側から下流側に向かって徐々に径が大きくなる形状に形成されている。輻射シールド部４０は、上部開口４０ａおよび下部開口４０ｂを有する筒状の部材によって構成されている。下部開口４０ｂは、上部開口４０ａよりも大きく形成されている。下部開口４０ｂの口径は、ステージ２２の径と同等か、それよりも大きく設定されている。なお、光学系２７の中心軸方向から輻射シールド部４０を見たときの形状は、円形でもよいし、四角形などの角形でもよい。本実施形態では、造形テーブル１８の開口部１８ａおよびステージ２２の形状にあわせて輻射シールド部４０の開口形状が円形に形成されているものとする。

【0027】

付着抑制部４２は、Ｚ方向において、輻射シールド部４０とビーム照射装置１４との間に配置されている。付着抑制部４２は、図２に示すように、ビーム照射装置１４によって粉末３２に電子ビーム１５を照射した際に発生する蒸発物質４６がビーム照射装置１４のビーム出射口３４の開口エッジ３４ｂに付着することを抑制する機能を果たす。蒸発物質４６は、電子ビーム１５の照射によって溶融した金属の一部が霧状の物質となって造形面３２ａから立ち昇ったものである。付着抑制部４２は、ステンレス鋼などの金属によって構成されている。また、輻射シールド部４０と付着抑制部４２とは別体構造になっている。そして、輻射シールド部４０の上面と付着抑制部４２の下面とを密着（接触）させることにより、輻射シールド部４０と付着抑制部４２とが熱的に接続されている。付着抑制部４２は、たとえばネジ止めなどによって輻射シールド部４０上に固定される。

【0028】

ここで、造形面３２ａから立ち昇る蒸発物質４６は、水平方向に少し広がりながら上方に移動する。このため、ビーム出射口３４の開口エッジ３４ｂに蒸発物質４６が付着しないようにするには、ビーム照射装置１４の下端部に付着抑制部４２を近づけて配置することが好ましい。そこで本実施形態において、付着抑制部４２の上端部はビーム照射装置１４の下端部に近接して配置されている。

【0029】

付着抑制部４２の上端部とビーム照射装置１４の下端部との近接距離Ｌは、好ましくは２６ｍｍ以下であり、より好ましくは１３ｍｍ以下である。また、付着抑制部４２の上端部は、ビーム照射装置１４の下端部と同じ高さ位置に配置されていてもよい。この場合、近接距離Ｌはゼロとなる。
また、付着抑制部４２の上端部は、ビーム照射装置１４の下端部よりも上側に配置されていてもよい。この場合、付着抑制部４２の上端部は、ビーム出射口３４の内部に配置される。

【0030】

付着抑制部４２は、電子ビーム１５の進行方向の上流側から下流側に向かって徐々に径が大きくなる形状に形成されている。付着抑制部４２は、上部開口４２ａおよび下部開口４２ｂを有する筒状の部材によって構成されている。下部開口４２ｂは、上部開口４２ａよりも大きく形成されている。下部開口４２ｂの口径は、輻射シールド部４０の上部開口４０ａの口径よりも小さく設定されている。また、図２に示すように、ビーム照射装置１４におけるビーム出射口３４の大径側の開口径をＤ１（ｍｍ）とし、付着抑制部４２の上端の開口径である上部開口４２ａの開口径をＤ２（ｍｍ）とすると、開口径Ｄ１，Ｄ２の大小関係は、Ｄ１＞Ｄ２の条件を満たしている。開口径Ｄ１，Ｄ２の寸法比は、付着抑制部４２が電子ビーム１５の偏向を阻害しない条件の下で、好ましくは、０．９Ｄ１≧Ｄ２であり、より好ましくは、０．８Ｄ１≧Ｄ２である。

【0031】

続いて、三次元積層造形装置１０の動作について説明する。
まず、ステージ２２の上面２２ａを造形テーブル１８の上面よりも所定量だけ下げた状態で、粉末供給装置１６により造形テーブル１８上に粉末３２を供給する。その際、ホッパー１６ａに貯蔵されている粉末は、粉末投下器１６ｂによって造形テーブル１８上に投下される。造形テーブル１８上に投下された粉末３２は、アーム１６ｃの移動によって造形テーブル１８上に敷き詰められる。アーム１６ｃは、移動中にステージ２２の上を通過する。このため、ステージ２２上にも粉末３２が敷き詰められる。

【0032】

次に、ビーム照射装置１４によって電子ビーム１５を照射することにより、ステージ２２上の粉末３２を溶融および凝固させる。その際、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２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２２上の粉末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粉末３２は、電子ビーム１５が通過した後に凝固する。これにより、一層分の造形が完了する。

【0033】

次に、ステージ２２は、ステージ移動装置２４の駆動によって一層分だけ下方に移動する。次に、上記同様に、粉末供給装置１６によって造形テーブル１８上に粉末３２を供給するとともに、ビーム照射装置１４によって電子ビーム１５を照射する。以降は、このような動作を所定の層数分だけ繰り返すことにより、目的とする造形物３８が得られる。

【0034】

上述した三次元積層造形装置１０の動作においては、ステージ２２上の粉末３２に電子ビーム１５を照射した際に粉末３２から立ち昇る霧状の蒸発物質４６は、まず、ステージ２２の上方空間を覆っている輻射シールド部４０の内面に付着する。これにより、蒸発物質４６の多くは輻射シールド部４０によって捕捉される。ただし、蒸発物質４６の一部は、輻射シールド部４０の上部開口４０ａを通過する。

【0035】

次に、輻射シールド部４０の上部開口４０ａを通過した蒸発物質４６は、付着抑制部４２の下部開口４０ｂを通して付着抑制部４２の内部に進入する。輻射シールド部４０とビーム照射装置１４との間では、蒸発物質４６の上方への移動を許容する空間が付着抑制部４２によって狭められている。このため、蒸発物質４６は付着抑制部４２の内面に付着する。これにより、蒸発物質４６が付着抑制部４２によって捕捉される。ただし、蒸発物質４６の一部は、付着抑制部４２の上部開口４２ａを通過する。

【0036】

本発明の第１実施形態において、付着抑制部４２の上部開口４２ａは、ビーム照射装置１４のビーム出射口３４よりも小さく絞られている。このため、付着抑制部４２の上部開口４２ａを通過した蒸発物質４６は、ビーム出射口３４の開口エッジ３４ｂよりも中心軸３１（図１参照）に近い位置を通って上方に移動し、カバー部材３６の内面に付着する。これにより、ビーム出射口３４の開口エッジ３４ｂに蒸発物質４６が付着することを抑制できる。

【0037】

ここで、蒸着物の落下は、主としてビーム出射口３４の開口エッジ３４ｂの部分で発生する。このため、ビーム出射口３４の開口エッジ３４ｂの部分に蒸発物質４６が付着しないよう、輻射シールド部４０とビーム照射装置１４との間に付着抑制部４２を配置することにより、蒸着物の落下を効果的に抑制することができる。以下、更に詳しく説明する。

【0038】

まず、蒸着物は、被蒸着部材に蒸発物質４６が付着することによって生成される物質である。蒸着物は被蒸着部材の表面に被膜を形成し、この被膜がひび割れ等によって剥がれると、蒸着物が落下する。また、被膜は、蒸発物質４６の温度と、この蒸発物質４６が付着する被蒸着部材の表面温度との差が大きい箇所で、ひび割れを起こしやすくなる。

【0039】

輻射シールド部４０は、造形面３２ａから放射される熱で高温に加熱され、かつ高温状態に維持される。このため、蒸発物質４６の温度と輻射シールド部４０の表面温度との差は小さくなる。したがって、輻射シールド部４０に蒸発物質４６が付着しても、輻射シールド部４０の表面では被膜のひび割れが発生しにくい状況となる。このため、輻射シールド部４０から蒸着物が落下することはほとんどない。

【0040】

付着抑制部４２は、造形面３２ａから放射される熱で高温に加熱され、かつ、輻射シールド部４０とは熱的に接続されているため、輻射シールド部４０と同様に高温状態に維持される。このため、蒸発物質４６の温度と付着抑制部４２の表面温度との差は小さくなる。したがって、付着抑制部４２に蒸発物質４６が付着しても、付着抑制部４２の表面では被膜のひび割れが発生しにくい状況となる。このため、付着抑制部４２から蒸着物が落下することはほとんどない。

【0041】

一方、カバー部材３６は、造形面３２ａから放射される熱で高温に加熱されるが、ビーム出射口３４の開口エッジ３４ｂの部分では熱が逃げやすくなる。このため、ビーム出射口３４の開口エッジ３４ｂの部分では、蒸発物質４６の温度とカバー部材３６の表面温度との差が大きくなる。したがって、ビーム出射口３４の開口エッジ３４ｂの部分は、被膜のひび割れが発生しやすい箇所になる。

【0042】

本発明の第１実施形態においては、ビーム出射口３４の開口エッジ３４ｂの部分を覆っているカバー部材３６の表面に蒸発物質４６が付着しないよう、輻射シールド部４０の上方空間において蒸発物質４６が通過できる領域を付着抑制部４２によって狭めている。このため、ビーム出射口３４の開口エッジ３４ｂを覆っているカバー部材３６の表面に蒸発物質４６が付着することはなく、仮に付着しても極少量にとどまる。したがって、開口エッジ３４ｂを覆っているカバー部材３６の表面には、蒸着物の成長によって被膜が形成されることがなくなる。よって、開口エッジ３４ｂを覆っているカバー部材３６の表面から蒸着物が落下することはほとんどない。一方、開口エッジ３４ｂ以外の部分を覆っているカバー部材３６の表面は、造形面３２ａからの輻射熱によって高温状態に維持される。このため、開口エッジ３４ｂ以外の部分を覆っているカバー部材３６の表面では、被膜のひび割れが発生しにくい状況となる。したがって、開口エッジ３４ｂ以外の部分を覆っているカバー部材３６からも蒸着物が落下することはほとんどない。

【0043】

したがって、本発明の第１実施形態によれば、造形面３２ａ上への蒸着物の落下を抑制することができる。その結果、造形途中の造形物３８に蒸着物が混入して欠陥が発生することを未然に防ぐことができる。

【0044】

なお、上記第１実施形態において、ビーム照射装置１４は、ビーム出射口３４の内周面３４ａを覆うカバー部材３６を備えた構成になっているが、付着抑制部４２の存在による蒸着物の落下抑制効果は、カバー部材３６を備えない構成でも得られる。ただし、光学系２７の構成部品を熱から保護し、かつ蒸着物の落下をより効果的に抑制するうえでは、カバー部材３６を備えた構成を採用することが好ましい。

【0045】

＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２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断面図である。
本発明の第２実施形態に係る三次元積層造形装置は、上記第１実施形態に係る三次元積層造形装置１０と比較して、輻射シールド部４０と付着抑制部４２とが一体構造になっている点が異なる。輻射シールド部４０と付着抑制部４２との境界部分には段付き部４３が形成されており、この段付き部４３を境に輻射シールド部４０と付着抑制部４２とが区分されている。具体的には、段付き部４３よりも下側の部分が輻射シールド部４０を構成し、段付き部４３よりも上側の部分が付着抑制部４２を構成している。

【0046】

このように輻射シールド部４０と付着抑制部４２とを一体構造とした場合でも、上記第１実施形態と同様に、造形面上への蒸着物の落下を抑制し、造形物における欠陥の発生を未然に防ぐことができる。また、輻射シールド部４０と付着抑制部４２とを一体構造とすることで、部品点数を削減することができる。

【0047】

なお、上記第２実施形態においては、輻射シールド部４０と付着抑制部４２との境界部分に段付き部４３を形成したが、本発明はこれに限らず、輻射シールド部４０と付着抑制部４２とを段付き部なしの一体構造としてもよい。

【符号の説明】

【0048】

１０…三次元積層造形装置
１４…ビーム照射装置
２２…ステージ
３２…粉末
３４…ビーム出射口
３４ａ…内周面
３４ｂ…開口エッジ
３６…カバー部材
４０…輻射シールド部
４２…付着抑制部

【図1】

【図2】

【図3】