特許 7484310 積層造形装置および積層造形方法

(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】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】積層造形装置および積層造形方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/30 20170101AFI20240509BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20240509BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240509BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240509BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240509BHJP

   B22F 12/20 20210101ALI20240509BHJP

   B22F 10/60 20210101ALI20240509BHJP

   B28B 1/30 20060101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

B29C64/30

B29C64/268

B29C64/153

B33Y10/00

B33Y30/00

B22F12/20

B22F10/60

B28B1/30

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020057432

(22)【出願日】2020-03-27

(65)【公開番号】P2021154618

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-02-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100149618

【弁理士】

【氏名又は名称】北嶋 啓至

(72)【発明者】

【氏名】柳田 優輝

【審査官】▲高▼橋 理絵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１１１８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１８３１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１４６２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４３０６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

Ｂ２２Ｆ １０／００－１２／９０

Ｂ２８Ｂ １／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

層状に配置された材料の粉体を局所的に溶融した層を積層して所定の造形を行う造形部と、
前記造形の過程で前記粉体から形成される所定の中空部材の第１の端部から、前記造形の完結に先立って冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記中空部材の第２の端部から前記冷媒を吸引する冷媒吸引部と
を有し、
前記冷媒供給部を複数有し、
少なくとも１つの前記冷媒供給部が、他の前記冷媒供給部と異なる温度の冷媒を供給する
ことを特徴とする積層造形装置。

【請求項2】

前記造形部が、
前記粉体を載置するステージと
前記ステージに接続し、前記ステージの上方に側面を形成する造形壁とを有し、
前記冷媒供給部が前記造形壁を介して前記冷媒を供給し、
前記冷媒吸引部が前記造形壁を介して前記冷媒を吸引する
ことを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。

【請求項3】

前記冷媒供給部が前記造形壁に形成された第１の貫通孔を介して前記冷媒を供給し、
前記冷媒吸引部が前記造形壁に形成された第２の貫通孔を介して前記冷媒を吸引する
ことを特徴とする請求項２に記載の積層造形装置。

【請求項4】

前記第１の貫通孔を開閉する第１のシャッターと、前記第２の貫通孔を開閉する第２のシャッターのうちの少なくとも一方を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の積層造形装置。

【請求項5】

前記冷媒供給部と前記第１の貫通孔とを接続する第１の接続管と、
前記冷媒吸引部と前記第２の貫通孔とを接続する第２の接続管と
を有することを特徴とする請求項３または４に記載の積層造形装置。

【請求項6】

前記第１の接続管を前記第１の貫通孔に挿入するように移動させる第１の接続管移動手段と、
前記第２の接続管を前記第２の貫通孔に挿入するように移動させる第２の接続管移動手段と、
のうちの少なくとも一方を有する
ことを特徴とする請求項５に記載の積層造形装置。

【請求項7】

前記第１の接続管の前記冷媒の流路を制御する第１のバルブと、
前記第２の接続管の前記冷媒の流路を制御する第２のバルブと、
のうちの少なくとも一方を有する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の積層造形装置。

【請求項8】

層状に配置された材料の粉体を局所的に溶融した層を積層して所定の造形を行い、前記粉体を載置するステージと、前記ステージに接続し、前記ステージの上方に側面を形成する造形壁とを有する造形部と、
前記造形の過程で前記粉体から形成される所定の中空部材に、前記造形の完結に先立って冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記中空部材から前記冷媒を吸引する冷媒吸引部と、
前記冷媒供給部と前記冷媒吸引部のいずれかと、前記造形壁に形成された第１の貫通孔とを接続する第１の接続管と、
前記冷媒供給部と前記冷媒吸引部のいずれかと、前記造形壁に形成された第２の貫通孔とを接続する第２の接続管と
を有し、
前記第１の接続管の前記冷媒の流路を制御する第１のバルブと、
前記第２の接続管の前記冷媒の流路を制御する第２のバルブと、
のうちの少なくとも一方を有し、
前記第１のバルブと前記第２のバルブのうちの少なくとも一方が、接続先として前記冷媒供給部と前記冷媒吸引部のいずれかを選択する三方弁である
ことを特徴とする積層造形装置。

【請求項9】

材料の粉体を層状に配置し、
前記粉体を局所的に溶融し、
前記粉体を局所的に溶融した層を積層して所定の中空部材を含む所定の造形を行い、
前記中空部材の第１の端部から、前記造形の完結に先立って冷媒を供給し、
前記中空部材の第２の端部から前記冷媒を吸引し、
前記造形を行う過程で、供給する前記冷媒の温度を切り替える
ことを特徴とする積層造形方法。

【請求項10】

材料の粉体を層状に配置し、
前記粉体を局所的に溶融し、
前記粉体を局所的に溶融した層を積層して所定の中空部材を含む所定の造形を行い、
前記中空部材に、前記造形の完結に先立って冷媒を供給し、
前記中空部材から前記冷媒を吸引し、
前記粉体を載置するステージの上方に側面を形成する造形壁に形成された第１の貫通孔に接続された第１の接続管の前記冷媒の流路を制御する第１のバルブと、前記造形壁に形成された第２の貫通孔に接続された第２の接続管の前記冷媒の流路を制御する第２のバルブのうちの少なくとも一方が、前記中空部材への前記冷媒の供給と前記中空部材からの前記冷媒の吸引のいずれかを選択する三方弁である
ことを特徴とする積層造形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層造形装置および積層造形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年３Ｄプリンタの利用が盛んになっている。３Ｄプリンタの造形方式の１つにパウダーベッド方式（Ｐｏｗｄｅｒ Ｂｅｄ Ｆｕｓｉｏｎ、粉末床溶融結合法）がある。パウダーベッド方式では、一層ずつ、造形エリアに粉末を敷き詰め、造形部分を溶融結合させ、層を積層しながら造形する。この方法では、造形部分にレーザまたは電子ビームを照射するか、光吸収剤を吹き付けて光を照射するなどして、粉末を局所的に溶融する。この時、造形部分の溶融分の周りは未溶融の粉末で囲まれている。その結果、積層が進むにつれて、三次元造形物およびその周囲の粉末には熱が蓄積していく。そして、造形が完了する頃には、三次元造形物の温度は高温になっている。このため、造形直後に造形エリアから三次元造形物を取り出そうとすると、三次元造形物が完全に硬化しておらず、変形してしまう場合がある。そこで、造形完了後に長時間放置し、三次元造形物を十分に冷却してから取り出すことが一般的である。このような長時間の冷却は非効率であるため、冷却時間の短縮を図る方法が検討されている。

【0003】

例えば特許文献１には、三次元造形物の造形と同時に一枚壁の筒状のダクトを形成する方法が開示されている。この方法では、三次元造形物の造形が完了したときに、端部が頂面に配置するようにダクトを形成し、端部からダクト内の未溶融粉末を排出し、空洞となったダクト内に冷媒を供給する。このようにすることによって、未溶融粉末に埋まっている三次元造形物の近傍を冷却することができる。造形完了から、三次元造形物の取り出しまでの冷却時間を短縮することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－１８３１４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１の技術では、三次元造形物の造形が完了してから冷却を開始しているため、冷却時間短縮の効果が小さいという問題があった。

【0006】

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、三次元造形物の造形中に造形物の冷却を行う積層造形装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するため、本発明の積層造形装置は、造形部と、冷媒供給部と、冷媒吸引部とを有する。造形部は、層状に配置された材料の粉体を局所的に溶融し、その層における造形を行う。そして、造形部は、このようにして形成した層を順次積層して、三次元造形物の造形を行う。また、造形部は、三次元造形物の造形を行う過程で、所定の中空部材も造形する。冷媒供給部は、中空部材の第１の端部から、三次元造形物の造形の完結に先立って所定の冷媒を供給する。冷媒吸引部は、中空部材の第２の端部から冷媒を吸引する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の効果は、三次元造形物の造形中に造形物の冷却を行う積層造形装置を提供できることである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態の積層造形装置を示す平面模式図である。

【図2】第２の実施形態の積層造形装置を示す斜視図である。

【図3】第３の実施形態の積層造形装置を示す側面図である。

【図4】第３の実施形態の積層造形装置を示す正面図と上面図である。

【図5】第３の実施形態の積層造形装置の造形を示す上面図と断面図である。

【図6】第３の実施形態の積層造形装置の造形を示す別の断面図である。

【図7】第３の実施形態の粉末排出動作を示す断面図である。

【図8】第４の実施形態の積層造形装置の一例を示す斜視図である。

【図9】第４の実施形態の積層造形装置の別の一例を示す斜視図である。

【図10】第４の実施形態の積層造形装置の配管構成を示す配管図である。

【図11】第４の実施形態の積層造形装置の別の配管構成を示す配管図である。

【図12】第４の実施形態の積層造形装置の動作を示すフローチャートである。

【図13】第５の実施形態の積層造形装置の配管構成を示す配管図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。なお各図面の同様の構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する場合がある。

【0011】

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の積層造形装置１の構成を示す平面模式図である。積層造形装置１は、造形部２と、冷媒供給部３と、冷媒吸引部４とを有する。造形部２は、層状に配置された材料の粉体を局所的に溶融し、その層における造形を行う。そして、造形部２は、このようにして形成した層を順次積層して、三次元造形物の造形を行う。また、造形部２は、三次元造形物８の造形を行う過程で、所定の中空部材９も造形する。

【0012】

冷媒供給部３は、中空部材９の第１の端部９ａから、三次元造形物８の造形の完結に先立って所定の冷媒を供給する。冷媒吸引部４は、中空部材９の第２の端部９ｂから冷媒を吸引する。

【0013】

以上の構成とすることにより、三次元造形物を造形している間に、三次元造形物の近傍を冷却することができる。

【0014】

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態の積層造形装置１０を示す斜視図である。積層造形装置１０は、造形部２０と、材料供給部３０と、冷媒供給部４０と、冷媒吸引部５０とを有する。

【0015】

造形部２０は、造形ステージ２１と、造形ヘッド２２と、ステージ昇降手段２３とを有する。造形ステージ２１は、造形ステージ２１上に敷き詰められた粉末の層を保持する。造形部２０の第１の側面には、造形ステージ２１に固定された第１の造形壁２４が配置され、造形部２０の第２の側面には、造形ステージ２１に固定された第２の造形壁２５が配置される。第１の造形壁２４または第２の造形壁２５には、造形部２０と外部とをつなぐ第１の貫通孔２６と、第２の貫通孔２７が形成されている。図２の例では、第１の貫通孔２６と第２の貫通孔２７を、共に第１の造形壁２４に設けているが、いずれか一方、あるいは両方を第２の造形壁２５に設けても良い。

【0016】

材料供給部３０は、造形ステージ２１上に１層分ずつ材料の粉末を供給する。

【0017】

造形ヘッド２２は、造形ステージ２１上の粉末を局所的に溶融し、所定パターンの造形を行う。

【0018】

ステージ昇降手段２３は、１層分の造形が完了したら、１層分だけ造形ステージ２１を下降させる。すると、材料供給部３０は、下降した造形ステージ２１上に、次の１層分の粉末を供給し、造形ヘッド２２が次の１層分の造形を行う。上記の動作を繰り返すことにより、積層造形を行うことができる。

【0019】

冷媒供給部４０は、第１の貫通孔２６に接続され、第１の貫通孔２６を介して、造形部２０に向けて冷媒を供給する。冷媒吸引部５０は、第２の貫通孔２７に接続され、第２の貫通孔２７を介して、造形部２０から冷媒を吸引する。

【0020】

造形ステージ２１上で造形が完了した層に、第１の貫通孔２６と第２の貫通孔２７を連結する中空部が設けられていれば、冷媒供給部４０から供給された冷媒は、その中空部を介して、冷媒吸引部５０に吸引される。この動作により、中空部の周囲の粉末が冷却されるので、中空部の近傍で三次元造形物の造形を行うようにすれば、造形を行いながら、三次元造形物の冷却を行うことができる。

【0021】

以上説明したように、本実施形態の積層造形装置によれば、造形を行っている間にも、造形中の粉末層内で冷媒を流動させ、造形中の三次元造形物を冷却することができる。

【0022】

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態の積層造形装置１０００を示す側面図である。積層造形装置１０００は、造形部１００と、材料供給部２００と、材料供給部２０１とを有している。

【0023】

造形部１００は、造形ステージ１１０と、造形ステージに固定され、造形部１００の第１の側面を担う第１の造形壁１２０と、造形ヘッド１３０と、造形ステージ１１０を昇降させるエレベータ１４０とを有している。また、図３には示していないが、第１の造形壁１２０に対向する第２の側面には、造形ステージ１１０に固定された第２の造形壁が設けられている。

【0024】

第１の造形壁１２０には、第１の貫通孔と第２の貫通孔が設けられ、第１の貫通孔には、第１の接続管３１０によって、冷媒供給部３００が接続され、第２の貫通孔には、第２の接続管４１０によって、冷媒吸引部４００が接続されている。

【0025】

材料供給部２００は、粉末９００を保持し、リコータ２１０が、その粉末をスキージングして、造形ステージ１１０上に、造形１層分の粉末９００を供給し、造形ステージ１１０上に粉末層９１０を形成する。リコータ２１０は造形ステージ１１０を通過すると、材料供給部２０１から供給された粉末９００を逆向きにスキージングして、造形ステージ１１０上に１層分の粉末を供給し、造形ステージ１１０上に次の粉末層９１０を形成する。すなわちリコータ２１０は、材料供給部２００と材料供給部２０１の間を往復し、両者から交互に粉末９００の供給を受けて、粉末９００を造形ステージ１１０上に供給する。なお、上記の説明では、第１の貫通孔と第２の貫通孔が、共に第１の造形壁１２０に設けられている例を用いたが、これらのいずれか、あるいは両方を第２の造形壁に設けても良い。この場合は、それぞれの貫通孔に接続する接続管と冷媒供給部、冷媒吸引部もセットで移動させる。

【0026】

図４（ａ）、（ｂ）は、材料供給部２００と材料供給部２０１を取り去った積層造形装置１０００の正面図と、上面図である。図４に示すように、第１の造形壁１２０に対向する側面には第２の造形壁１５０が設けられている。第１の造形壁１２０には、第１の貫通孔１２１と第２の貫通孔１２２とが設けられ、造形部１００の内側と外側とをつないでいる。第１の貫通孔１２１には第１の接続管３１０が接続され、第１の貫通孔１２１と冷媒供給部３００とを接続している。第２の貫通孔１２２には第２の接続管４１０が接続され、第２の貫通孔１２２と冷媒吸引部４００とを接続している。

【0027】

次に積層造形装置１０００の造形動作について説明する。積層造形装置１０００では、造形ヘッド１３０が造形ステージ１１０上に供給された粉末を局所的に溶融し、所定パターンの造形を行う。造形は、例えば、レーザ光を照射したり、電子ビームを照射したりして行うことができる。これらの方法は、一般的な技術であるため、詳細な説明は省略する。そして、一つの層の造形が完了したら、次の層の造形を行う。これを繰り返すことで三次元造形物を造形する。つまり、一般的な、パウダーベッド方式の積層造形を行う。

【0028】

具体的な粉末の材料としては、プラスチック材料であれば、ナイロン、ポリ乳酸、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン等があり、これらの材料に、ガラス等を所定量添加して用いても良い。金属材料としては、銅、ステンレス、アルミ、チタン等があげられる。ただし、これらの金属に限定されるものではない。また、セラミックやカーボン等の材料を用いてもよい。

【0029】

図５に、積層造形装置１０００による造形の一例を示す。図５（ａ）は上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ－Ａ´における断面図である。図５の例では、造形ステージ１１０上には、造形された三次元造形物９２０と、冷却管９３０とが造形され、これらの周囲の空間は、未溶融の粉末９００で埋められている。

【0030】

冷却管９３０は、三次元造形物９２０と同時に造形され、管状の固化部を有し、その固化部の両端部が、それぞれ第１の貫通孔１２１と、第２の貫通孔１２２に接触している。そして、図５に示すように、冷却管９３０は、第１の貫通孔１２１と第２の貫通孔１２２を結ぶ配置になっている。また冷却管９３０は、三次元造形物９２０の近傍を通るように配置されている。具体的な冷却管９３０の形状に関しては、特に限定はないが、例えば、内径１０ｍｍとし、三次元造形物から距離１０ｍｍ程度離した箇所に配置すると、効率よく冷却を行うことができる。

【0031】

図６は、図５（ａ）のＢ－Ｂ´における、三次元造形物９２０を含む領域の断面図である。図６の中央には粉末９００が溶融固化した三次元造形物９２０があり、その近傍に冷却管９３０が配置されている。冷却管９３０の断面は、中空管形状の固化部となっているが、固化部の内側には、未溶融の粉末９００が詰まっている。

【0032】

そこで、冷却管９３０の内部から粉末９００を排出し、中空管構造にする必要がある。図７は第２の貫通孔１２２の近傍の断面を拡大した断面図である。図７に示すように、第２の貫通孔１２２の造形部側にはシャッター１６０が設けられ、開閉機構１６１で開閉するようになっている。また、第２の貫通孔１２２の外側からは、第２の接続管４１０が挿入されている。第２の接続管４１０は、接続管移動機構４１１に接続されている。第２の接続管４１０は、接続管移動機構４１１の働きにより、第２の貫通孔１２２に対し、挿抜される方向の移動を行うことができる。なお、シャッター１６０は、第２の貫通孔１２２の外側に設けられていても良い。

【0033】

次に、粉末９００の排出動作について説明する。図７（ａ）に示すように、最初の状態では、シャッター１６０が第２の貫通孔１２２を塞いでおり、第２の接続管４１０の先端が、シャッター１６０の外側に接している。粉末９００を排出する場合は、図７（ｂ）に示すように、シャッター１６０を開き、接続管移動機構４１１を動作させて接続管４１０の先端を冷却管９３０に挿入する。この時、図７（ｂ）に示すように、第２の接続管４１０の先端を先細りのテーパー状にしておき、冷却管９３０の端部をそれに嵌合するテーパー形状にしておくと、スムーズに挿入を行うことができる。次に第２の接続管４１０に接続された冷媒吸引部を動作させ、接続管４１０の先端から吸引を行う。この動作により、冷却管９３０内部の粉末が吸引され、排出、除去される。冷却管９３０の反対の端部に当たる第１の貫通孔１２１との接触部まで粉末９００が排出されれば、冷却管９３０は中空構造になる。

【0034】

以上の動作により、図５に示す中空構造の冷却管９３０が形成された状態となる。次に図５を参照しながら、冷却動作について説明する。冷媒供給部３００からは冷媒が押し出され、冷媒は、冷却管９３０を通って冷媒吸引部４００に吸引される。冷媒には任意のものを用いることができるが、最も簡単には大気を用いればよい。この場合、例えば、冷媒供給部３００をエアコンプレッサーとし、冷媒吸引部４００をエアーバキュームとすることができる。冷媒の種類は任意であるが、例えば、水その他の液体冷媒を用いることができる。冷媒の循環は一般的な技術であるため、冷媒の循環機構に関する説明は省略する。

【0035】

以上のようにして、積層体の内部に冷却管を形成し、冷却管内に冷媒を流すことで、造形部での造形を継続しながら、造形が完了した三次元造形物の周囲を冷却することができる。このため、三次元造形物の造形が完了してから、三次元造形物を取り出すまで冷却時間を大幅に短縮することができる。

【0036】

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態の積層造形装置２０００を示す斜視図である。基本的な構成と動作は、第２の実施形態の積層造形装置１０００と同様であるが、積層造形装置２０００は、第１の貫通孔１２１を２つ、第２の貫通孔１２２を２つ有している。これに対応して、第１の接続管３１０と第２の接続管４１０も２つ設けられ、それぞれが、冷媒供給部３００、冷媒吸引部４００に接続されている。図８から明らかなように、上記の構成とすると、冷媒供給－吸引機構を２組形成することができ、造形層中に冷却管９３０を２つ設ければ、２系統で三次元造形物９２０の近傍を冷却することができる。このため、１系統の場合よりも冷却効率を向上することができる。なお、上記の説明は、２系統の接続管を、１つの冷媒供給部や冷媒吸引部に接続する例を用いて行ったが、冷媒供給部や冷媒吸引部を複数設けて、別々の冷媒を用いることも可能である。

【0037】

また上記の説明は、冷却が２系統の場合について行ったが、貫通孔と接続管を増やすことにより、任意の数とすることができる。図９は、第１の貫通孔１２１ａを６個、第２の貫通孔１２２ａを６個設けた積層造形装置３０００を示す斜視図である。第１の貫通孔１２１ａ、第２の貫通孔１２２ａに対応して、同数の第１の接続管３１０ａ、第２の接続管４１０ａを接続し、それぞれを冷媒供給部３００、冷媒吸引部４００に接続している。この構成では、最大６系統で造形中の造形物を冷却することができる。

【0038】

また、図９の例では、それぞれの第１の接続管３１０ａが、第１の貫通孔１２１ａと冷媒供給部３００とを接続し、それぞれの第１の接続管３１０ａにはバルブ３１２が設けられている。同様に、第２の接続管４１０ａが、第２の貫通孔１２２と冷媒吸引部４００とを接続し、それぞれの第２の接続管４１０ａにはバルブ４１２が設けられている。この構成により、複数設けられた第１の貫通孔１２１ａ、第２の貫通孔１２２ａの使用、不使用を簡単に選択することができる。図１０に、この構成の配管図を示す。

【0039】

図１１は配管構成の別の例を示す配管図である。図１１の構成では、一つの第１の接続管３１０ａに、接続先を冷媒供給部３００とするか、冷媒吸引部４００とするかを切り替える三方弁３１３が設けられている。同様に第２の接続管４１０ａにも、接続先を冷媒供給部３００とするか、冷媒吸引部４００とするかを切り替える三方弁４１３が設けられている。このようにすると、冷媒の供給－吸引の方向を切り替えることができる。これを利用すると、例えば、粉末の吸引を冷却管の両方の端部から行うことが可能になる。また冷媒の流す方向を切り替えることができる。冷媒の、冷却管通過による温度上昇が大きい場合には、上流では冷却効率が高く、下流では冷却効率が低くなる。冷媒の流れる向きを反転することで、上記の冷却効率の偏りを低減することができる。

【0040】

以上、本実施形態の積層造形装置について説明したが、積層造形装置の基本動作は図１２のフローチャートに示すとおりである。まず粉末を造形ステージに敷き詰め、造形ヘッドで、三次元造形物のための造形を行う（Ｓ１）。この時、同時に冷却管の造形を行う（Ｓ２）。冷却管の造形は１番目の冷却管から開始する（Ｓ３）。冷却管が造形出来たら、シャッターを開け、接続管を接続する（Ｓ４）。次に、冷却管内の未溶融粉末を、例えば、吸引によって排出する（Ｓ５）。続いて、冷却管に冷媒を供給し、三次元造形物の周囲を冷却する（Ｓ６）。そして、Ｓ２に戻るループ処理により、次の冷却管の造形と冷却を行う。そし所定数Ｎの冷却管の造形と冷却を行って、Ｓ２からＳ６までのループ処理を完了する。このループ処理を行っている間も、Ｓ１の三次元造形物の造形は継続している。以上のようにして、三次元造形物の造形と、その周囲の冷却を同時に行うことができる。その結果、三次元造形物の造形完了から取り出しまでの時間を大幅に短縮することができる。

【0041】

（第５の実施形態）
図１３は、第４の実施形態の積層造形装置４０００を示す配管図である。積層造形装置４０００では、３つの冷媒供給部３０１、３０２、３０３と、１つの冷媒吸引部４０１とを設けている。冷媒供給部を３つ設けているのは、それぞれの冷媒供給部から、異なる温度の冷媒を供給するためである。

【0042】

このような機能を実現するため。本実施形態では、第１の貫通孔１２１ａと第２の貫通孔１２２ａの役割が、冷媒供給、冷媒吸引の一方に限定されず、どちらの役割も行うようになっている。それぞれの第１の貫通孔１２１ａと第２の貫通孔１２２ａには、接続管３２０が接続し、接続管３２０の先には、流路を４方向に切り替えるバルブ４１４が接続されている。バルブ４１４の先は、第１の冷媒供給部３０１、第２の冷媒供給部３０２、第３の冷媒供給部３０３、冷媒吸引部４０１に接続されている。なお、図１３では記載を省略しているが、それぞれの貫通孔には、同様の配管が接続している。

【0043】

複数設けられた貫通孔の１つを第１～３の冷媒供給部のいずれかに接続し、別の貫通孔を冷媒吸引部４０１に接続することで、冷媒供給と冷媒吸引のペアを作るように、各バルブ４１４の流路を切り替る。

【0044】

３つの冷媒供給部は、例えば、それぞれで冷媒の温度が異なるように使い分けることができる。例えば、まず、１番目に温度が高い冷媒を、第１の冷媒供給部３０１から供給する。そして、一定時間冷媒を流した後に、バルブ４１４の流路を切り替えて、２番目に温度が高い冷媒を第２の冷媒供給部３０２から供給する。さらに、一定時間冷媒を流した後に、３番目に温度が高い冷媒を第３の冷媒供給部３０３から供給する。このように、使用する冷媒の温度を段階的に下げる事で、三次元造形物を冷却する温度を段階的に下げることができる。三次元造形物の冷却を急激に行うと、造形材料内部の温度勾配が急峻となり、三次元造形物が変形してしまう恐れがあるが、上記のように、三次元造形物を段階的に冷却する事で変形を防止することができる。

【0045】

なお上記の説明は、冷媒供給部が３系統の場合について行ったが、４つ以上であっても良い。また、冷媒吸引部が複数設けられていても良い。

【0046】

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上記実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

【0047】

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
層状に配置された材料の粉体を局所的に溶融した層を積層して所定の造形を行う造形部と、
前記造形の過程で前記粉体から形成される所定の中空部材の第１の端部から、前記造形の完結に先立って冷媒を供給する冷媒供給部と、
前記中空部材の第２の端部から前記冷媒を吸引する冷媒吸引部と
を有することを特徴とする積層造形装置。
（付記２）
前記造形部が、
前記粉体を載置するステージと
前記ステージに接続し、前記ステージの上方に側面を形成する造形壁とを有し、
前記冷媒供給部が前記造形壁を介して前記冷媒を供給し、
前記冷媒吸引部が前記造形壁を介して前記冷媒を吸引する
ことを特徴とする付記１に記載の積層造形装置。
（付記３）
前記冷媒供給部が前記造形壁に形成された第１の貫通孔を介して前記冷媒を供給し、
前記冷媒吸引部が前記造形壁に形成された第２の貫通孔を介して前記冷媒を吸引する
ことを特徴とする付記２に記載の積層造形装置。
（付記４）
前記第１の貫通孔を開閉する第１のシャッターと、前記第２の貫通孔を開閉する第２のシャッターのうちの少なくとも一方を有する
ことを特徴とする付記３に記載の積層造形装置。
（付記５）
前記冷媒供給部と前記第１の貫通孔とを接続する第１の接続管と、
前記冷媒吸引部と前記第２の貫通孔とを接続する第２の接続管と
を有することを特徴とする付記３または４に記載の積層造形装置。
（付記６）
前記第１の接続管を前記第１の貫通孔に挿入するように移動させる第１の接続管移動手段と、
前記第２の接続管を前記第２の貫通孔に挿入するように移動させる第２の接続管移動手段と、
のうちの少なくとも一方を有する
ことを特徴とする付記５に記載の積層造形装置。
（付記７）
前記第１の接続管の前記冷媒の流路を制御する第１のバルブと、
前記第２の接続管の前記冷媒の流路を制御する第２のバルブと、
のうちの少なくとも一方を有する
ことを特徴とする付記５または６に記載の積層造形装置。
（付記８）
前記第１のバルブと前記第２のバルブのうちの少なくとも一方が、接続先として前記冷媒供給部と前記冷媒吸引部のいずれかを選択する三方弁である
ことを特徴とする付記７に記載の積層造形装置。
（付記９）
前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔の対を複数有する
ことを特徴とする付記３乃至８のいずれか一つに記載の積層造形装置。
（付記１０）
前記冷媒供給部を複数有し、
少なくとも１つの前記冷媒供給部が、他の前記冷媒供給部と異なる温度の冷媒を供給する
ことを特徴とする付記１乃至９のいずれか一つに記載の積層造形装置。
（付記１１）
材料の粉体を層状に配置し、
前記粉体を局所的に溶融し、
前記粉体を局所的に溶融した層を積層して所定の中空部材を含む所定の造形を行い、
前記中空部材の第１の端部から、前記造形の完結に先立って冷媒を供給し、
前記中空部材の第２の端部から前記冷媒を吸引する
ことを特徴とする積層造形方法。
（付記１２）
前記粉体を載置するステージの上方に側面を形成する造形壁を介して前記冷媒を供給し、
前記造形壁を介して前記冷媒を吸引する
ことを特徴とする付記１１に記載の積層造形方法。
（付記１３）
前記造形壁に形成された第１の貫通孔を介して前記冷媒を供給し、
前記造形壁に形成された第２の貫通孔を介して前記冷媒を吸引する
ことを特徴とする付記１２に記載の積層造形方法。
（付記１４）
前記第１の貫通孔を第１のシャッターで開閉する動作と、前記第２の貫通孔を第２のシャッターで開閉する動作のうちの少なくとも一方の動作を行う
ことを特徴とする付記１３に記載の積層造形方法。
（付記１５）
前記第１の貫通孔に接続する第１の接続管を介して前記冷媒を供給し、
前記第２の貫通孔に接続する第２の接続管を介して前記冷媒を吸引する
ことを特徴とする付記１３または１４のいずれか一つに記載の積層造形方法。
（付記１６）
前記第１の接続管を前記第１の貫通孔に挿入するように移動させる動作と、
前記第２の接続管を前記第２の貫通孔に挿入するように移動させる動作
のうちの少なくとも一方の動作を行う
ことを特徴とする付記１５に記載の積層造形方法。
（付記１７）
前記第１の接続管の前記冷媒の流路を第１のバルブで制御する動作と、
前記第２の接続管の前記冷媒の流路を第２のバルブで制御する動作、
のうちの少なくとも一方の動作を行う
ことを特徴とする付記１５または１６に記載の積層造形方法。
（付記１８）
前記第１の貫通孔と前記第２の貫通孔の対を複数有する
ことを特徴とする付記３乃至８のいずれか一つに記載の積層造形方法。
（付記１９）
複数の前記中空部材を形成する
ことを特徴とする付記１１乃至１８のいずれか一つに記載の積層造形方法。
（付記２０）
前記造形を行う過程で、供給する前記冷媒の温度を切り替える
ことを特徴とする付記１１乃至１９のいずれか一つに記載の積層造形方法。

【符号の説明】

【0048】

１、１０、１０００、２０００、３０００、４０００ 積層造形装置
２、２０、１００ 造形部
３、４０、３００ 冷媒供給部
４、５０、４００ 冷媒吸引部
８、９２０ 三次元造形物
９ 中空部材
２１、１１０ 造形ステージ
２２、１３０ 造形ヘッド
２３ ステージ昇降手段
２４、１２０ 第１の造形壁
２５、１５０ 第２の造形壁
２６、１２１ 第１の貫通孔
２７、１２２ 第２の貫通孔
３０、２００ 材料供給部
１４０ エレベータ
１６０ シャッター
１６１ 開閉機構
２１０ リコータ
３１０ 第１の接続管
３１２ バルブ
４１０ 第２の接続管
４１１ 接続管移動機構
４１２ バルブ
４１３ 三方弁
９００ 粉末
９１０ 粉末層
９３０ 冷却管

【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】