特許 7508992 三次元造形装置

(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】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】三次元造形装置

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/371 20170101AFI20240625BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240625BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

B29C64/371

B29C64/153

B33Y30/00

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020176550

(22)【出願日】2020-10-21

(65)【公開番号】P2022067772

(43)【公開日】2022-05-09

【審査請求日】2023-06-07

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100116920

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 光

(72)【発明者】

【氏名】須田 一志

(72)【発明者】

【氏名】吉江 淳

【審査官】坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０８０３９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ ３／１０５，３／１６，１０／２８，１０／３２，１０／３２２，

１２／７０

Ｂ２８Ｂ １／１６

Ｂ２９Ｃ ６４／１５３，６４／３７１

Ｂ３３Ｙ １０／００，３０／００，４０／００，５０／００，７０／００，

８０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバ内の造形材料にエネルギビームを照射し前記造形材料を溶融させ積層させて三次元の物体を造形する三次元造形装置において、
前記エネルギビームを出射し、カバーガラスを通じて前記エネルギビームを前記チャンバ内へ入射させ、前記エネルギビームを前記造形材料に照射させるビーム出射部と、
前記チャンバに設けられ、前記造形材料の周辺に対し不活性ガスを供給する第一ガス供給部と、
前記チャンバに設けられ、前記第一ガス供給部より上方に設置され、前記カバーガラスの周辺に対し前記不活性ガスを供給する第二ガス供給部と、を備え、
前記第二ガス供給部から噴き出される前記不活性ガスの流速は、前記第一ガス供給部から噴き出される前記不活性ガスの流速より遅く、
前記チャンバは、前記カバーガラスが設けられる天面及び前記天面に交差する側面を含み、
前記第二ガス供給部は、前記天面に取り付けられ、前記カバーガラスの下方の造形空間に前記不活性ガスを噴きかけるように構成されている、
三次元造形装置。

【請求項2】

前記第一ガス供給部及び前記第二ガス供給部は、前記エネルギビームの照射方向に対し交差する方向へ前記不活性ガスを噴き出す、
請求項１に記載の三次元造形装置。

【請求項3】

前記第二ガス供給部は、前記不活性ガスを貯留するためのタンク及び前記タンクの下流側に設けられ前記不活性ガスの流速を減速する減速部材を有し、
前記減速部材の下流側に前記不活性ガスを噴き出すための噴出し口が形成されている、
請求項１又は２に記載の三次元造形装置。

【請求項4】

前記第二ガス供給部から噴き出される前記不活性ガスの流速は、０．１～０．２ｍ／ｓである、
請求項１～３のいずれか一項に記載の三次元造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元の物体を造形する三次元造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、三次元造形装置として、例えば、特開２０２０－０１５９３１号公報に記載されるように、チャンバ内に不活性ガスを噴き出すノズルを設けた装置が知られている。この装置は、ノズルから不活性ガスを噴き出させ、この不活性ガスによりビーム照射により生ずるヒュームを排除しようとするものである。ヒュームがビーム入射用のカバーガラス（窓部）に付着してしまうと、所望のビームを照射できず、物体の造形に支障を生ずる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－０１５９３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような三次元造形装置において、カバーガラスをヒュームから的確に保護することが難しい。例えば、多量のヒュームを確実に排除するために、噴き付ける不活性ガスの流速を速くすることが考えられる。しかしながら、不活性ガスの流速を速くすると、不活性ガスを噴き付けられたヒュームは排除することができるが、不活性ガスの速い流れにヒュームが巻き込まれ、新たなヒュームを呼び込むこととなる。このため、ヒュームがカバーガラスに付着して適切な物体の造形が行えないおそれがある。

【0005】

そこで、ヒュームの影響を抑制して物体を適切に造形することができる三次元造形装置の開発が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る三次元造形装置は、チャンバ内の造形材料にエネルギビームを照射し造形材料を溶融させ積層させて三次元の物体を造形する三次元造形装置において、エネルギビームを出射し、カバーガラスを通じてエネルギビームをチャンバ内へ入射させエネルギビームを造形材料に照射させるビーム出射部と、チャンバに設けられ造形材料の周辺に対し不活性ガスを供給する第一ガス供給部と、チャンバに設けられ第一ガス供給部より上方に設置されカバーガラスの周辺に対し不活性ガスを供給する第二ガス供給部とを備え、第二ガス供給部から噴き出される不活性ガスの流速は、第一ガス供給部から噴き出される不活性ガスの流速より遅く設定されている。この三次元造形装置によれば、第二ガス供給部から噴き出される不活性ガスの流速を第一ガス供給部から噴き出される不活性ガスの流速より遅くすることにより、ビーム照射で生ずるヒュームが第二ガス供給部から噴き出される不活性ガスの流れに巻き込まれてカバーガラスの方向へ流れることを抑制することができる。このため、第二ガス供給部から噴き出される不活性ガスによってカバーガラスを的確に保護することができる。

【0007】

また、本開示の一態様に係る三次元造形装置において、第一ガス供給部及び第二ガス供給部はエネルギビームの照射方向に対し交差する方向へ不活性ガスを噴き出してもよい。この場合、第一ガス供給部及び第二ガス供給部がエネルギビームの照射方向に対し交差する方向へ不活性ガスを噴き出すことにより、エネルギビームの照射により生じたヒュームを側方へ流すことができる。

【0008】

また、本開示の一態様に係る三次元造形装置において、第二ガス供給部は、不活性ガスを貯留するためのタンク及びタンクの下流側に設けられ不活性ガスの流速を減速する減速部材を有し、減速部材の下流側に不活性ガスを噴き出すための噴出し口が形成されていてもよい。この場合、不活性ガスの流速を減速する減速部材を有することにより、タンクに送られてくる不活性ガスを減速して噴出し口から噴き出すことができる。このため、噴出し口を大きく形成しても、不活性ガスの流量が多大とならず、高さ方向に幅広い状態で不活性ガスを供給することができる。これにより、ヒュームからカバーガラスを的確に保護することができる。

【0009】

また、本開示の一態様に係る三次元造形装置において、第二ガス供給部から噴き出される不活性ガスの流速は０．１～０．２ｍ／ｓであってもよい。この場合、第二ガス供給部から噴き出される不活性ガスの流速を０．１～０．２ｍ／ｓとすることにより、緩やかに不活性ガスを流すことができる。このため、ヒュームが第二ガス供給部から噴き出される不活性ガスの流れに巻き込まれてカバーガラスの方向へ流れることを抑制することができる。従って、第二ガス供給部から噴き出される不活性ガスによってカバーガラスを的確に保護することができる。

【発明の効果】

【0010】

本開示の発明によれば、ヒュームの影響を抑制して物体を適切に造形することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の実施形態に係る三次元造形装置の構成概要図である。

【図2】図１の三次元造形装置における第二ガス供給部の拡大断面図である。

【図3】図１の三次元造形装置における第二ガス供給部の斜視図である。

【図4】図１の三次元造形装置の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0013】

図１は、本開示の実施形態に係る三次元造形装置の構成概要図である。三次元造形装置１は、粉末材料ＡにレーザビームＢを照射して粉末材料Ａを溶融させ積層することにより三次元の物体を造形する装置である。この三次元造形装置１は、粉末床溶融結合法（PBF: Powder Bed Fusion）を用いた装置であり、エネルギビームとしてレーザビームＢを用いレーザビーム積層造形 (LBM: Laser Beam Melting) によって物体を造形する。粉末材料Ａは、物体を造形するための造形材料であり、多数の粉末体により構成される。粉末材料Ａとしては、例えば金属製の粉末が用いられる。また、粉末材料Ａとしては、レーザビームＢの照射により溶融及び固化できるものであれば、粉末より粒径の大きい粒体を用いてもよい。レーザビームＢは、粉末材料Ａを溶解するためのエネルギビームである。

【0014】

三次元造形装置１は、ビーム出射部２、第一ガス供給部３及び第二ガス供給部４を備えている。ビーム出射部２は、チャンバ１１内の粉末材料Ａに対しレーザビームＢを出射し、粉末材料Ａを溶融させる。レーザビームＢは、レーザ光により形成されるビームである。例えば、ビーム出射部２は、粉末材料ＡにレーザビームＢを照射し粉末材料Ａを溶融させて三次元の物体の造形を行っていく。ビーム出射部２は、チャンバ１１の外部に設けられ、例えばチャンバ１１の上方に設置される。チャンバ１１は、物体を造形するための空間を形成する箱体である。チャンバ１１内の下部には、テーブル１２が設けられ、テーブル１２の上方で物体の造形が行われる。例えば、テーブル１２は、チャンバ１１内に配置されるベース台１５に取り付けられ、上下移動可能に設けられている。テーブル１２上には、粉末材料Ａが敷き均され、レーザビームＢが粉末材料Ａに照射されることにより粉末材料Ａが溶融され固化される。そして、テーブル１２を下方へ移動させて、再び粉末材料Ａの敷き均し及びレーザビームＢの照射が行われる。この工程を繰り返すことにより、物体が積層造形される。なお、図１では、テーブル１２の移動機構、粉末材料Ａを貯留するタンク及び粉末材料Ａの敷き均しを行うリコータなどの図示を省略している。この移動機構、タンク及びリコータなどは公知の機構や機器などを用いることができる。

【0015】

ビーム出射部２は、例えば、図示しないレーザ発振器を有している。レーザ発振器は、レーザ光を発するレーザ光源であり、レーザ光をレーザビームＢとして発し、図示しないガルバノスキャナに入射させる。そして、レーザビームＢは、ガルバノスキャナで反射され、カバーガラス２１を通じてチャンバ１１に入射し、粉末材料Ａに照射される。レーザ発振器としては、粉末材料Ａを溶融できるレーザビームＢを出射できるものであれば、いずれのものを用いてもよい。また、ガルバノスキャナは、所望の位置にレーザビームＢを照射できるものであれば、いずれのタイプのものを用いてもよい。また、レーザビームＢの照射位置の調整を行う機構は、ガルバノスキャナ以外のものを用いてもよい。

【0016】

ビーム出射部２は、レーザビームＢの照射制御を行う。例えば、ビーム出射部２は、物体の三次元ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データを用い、二次元のスライスデータを生成する。物体の三次元ＣＡＤデータは、物体の三次元の形状データである。スライスデータは、物体の水平断面のデータであり、物体の上下位置に応じた多数のデータの集合体である。ビーム出射部２は、スライスデータに基づいて、レーザビームＢが粉末材料Ａに対し照射すべき造形領域を設定し、造形領域上の粉末材料ＡにレーザビームＢを照射する。なお、上述した照射制御は、ビーム出射部２とは別の制御器により行ってもよい。

【0017】

レーザビームＢが粉末材料Ａに照射されることにより、ヒュームＦが発生する。ヒュームＦは、粉末材料Ａの加熱、溶融により生ずる煙である。ヒュームＦがカバーガラス２１に触れて付着すると、所望のレーザビームＢが得られず、物体の造形に支障を来すこととなる。このため、物体の造形に悪影響を及ぼさないように、ヒュームＦをチャンバ１１内の造形空間から的確に排出することが望ましい。

【0018】

第一ガス供給部３及び第二ガス供給部４は、不活性ガスＧによりビーム照射で発生するヒュームＦを排除する機構であり、レーザビームＢの照射方向に対し交差する方向へ不活性ガスＧを噴き出すように構成されている。例えば、レーザビームＢの照射方向が垂直方向である場合、第一ガス供給部３及び第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの噴き出し方向は水平とされる。なお、ここで垂直方向にはほぼ垂直な方向が含まれ、水平方向にはほぼ水平な方向が含まれる。このように、第一ガス供給部３及び第二ガス供給部４がレーザビームＢの照射方向に対し交差する方向へ不活性ガスＧを噴き出すことにより、レーザビームＢの照射により生じたヒュームＦを側方へ流して造形空間から排出することができる。

【0019】

第一ガス供給部３は、チャンバ１１内に設けられ、粉末材料Ａの周辺に対し不活性ガスＧを供給する。不活性ガスＧは、シールドガスとも称され、例えばアルゴンなどの気体が用いられる。不活性ガスＧの流れは、図１中に矢印で示している。第一ガス供給部３は、テーブル１２の上方であってその側方の位置に取り付けられている。第一ガス供給部３は、例えばベース台１５又はチャンバ１１に支持して取り付ければよい。第一ガス供給部３は、水平方向に不活性ガスＧを噴出し、粉末材料Ａの上方の造形空間に不活性ガスＧを噴きかける。これにより、レーザ照射により生ずるヒュームＦが造形空間から排除される。造形空間は、チャンバ１１内の空間であって、主に造形に用いられる空間である。具体的には、レーザビームＢが通る光路の周辺の空間が該当する。第一ガス供給部３は、不活性ガスＧの噴出するためのノズル３１を有している。ノズル３１の先端は粉末材料Ａの上方の造形空間へ向けられており、ノズル３１から水平方向に不活性ガスＧが噴出される。

【0020】

第二ガス供給部４は、チャンバ１１内に設けられ、カバーガラス２１の周辺に対し不活性ガスＧを供給する。第二ガス供給部４は、カバーガラス２１の下方であってその側方の位置に取り付けられ、水平方向に不活性ガスＧを噴出し、カバーガラス２１の下方の造形空間に不活性ガスＧを噴きかける。これにより、下方から上昇するヒュームＦを側方へ排出することができ、カバーガラス２１にヒュームＦが触れることが抑制される。

【0021】

第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速は、第一ガス供給部３から噴き出される不活性ガスＧの流速より遅い。例えば、第二ガス供給部４から噴き出されてカバーガラス２１の下方を流れる不活性ガスＧの流速は、第一ガス供給部３から噴き出されてヒュームＦに噴き付けられる不活性ガスＧの流速より遅い。具体的には、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速は、０．０５～０．５ｍ／ｓとされる。また、望ましくは、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速は、０．１～０．２ｍ／ｓとされる。

【0022】

このように第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速を設定することにより、カバーガラス２１の周辺に対し緩やかに不活性ガスＧを流すことができる。このため、カバーガラス２１の周辺を流れる不活性ガスＧの流れによって、下方にあるヒュームＦが巻き上げられることを抑制することができる。従って、ヒュームＦがカバーガラス２１に触れることを抑制することができる。

【0023】

第一ガス供給部３から噴き出される不活性ガスＧの流速は、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速より速く設定される。例えば、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速は、１．０～３．０ｍ／ｓとされる。ビーム照射で生ずる大量のヒュームＦを造形空間から的確に排出するため、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速は速いことが望ましい。しかし、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速が速過ぎると、テーブル１２上の粉末材料Ａが舞い上がるおそれがある。このため、粉末材料Ａが舞い上がらない程度の流速に設定される。また、粉末材料Ａの種類に応じて第一ガス供給部から噴き出される不活性ガスＧの流速を設定してもよい。例えば、粉末材料Ａが重い素材の場合、粉末材料Ａがそれより重くない素材の場合と比べて、第一ガス供給部３から噴き出される不活性ガスＧの流速を速く設定してもよい。

【0024】

第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの高さ方向の幅Ｗ４は、第一ガス供給部３から噴き出される不活性ガスＧの高さ方向の幅Ｗ３より大きい。つまり、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの高さ方向の厚みは、第一ガス供給部３から噴き出される不活性ガスＧの高さ方向の厚みより大きい。例えば、第二ガス供給部４の噴出し口の高さ方向の幅を第一ガス供給部３の噴出し口の高さ方向の幅より大きくすることにより、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの高さ方向の幅Ｗ４を第一ガス供給部３から噴き出される不活性ガスＧの高さ方向の幅Ｗ３より大きくすることができる。このように、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの高さ方向の幅Ｗ４を第一ガス供給部３から噴き出される不活性ガスＧの高さ方向の幅Ｗ３より大きくすることにより、カバーガラス２１の下方を緩やかに流れる不活性ガスＧに厚みを持たせることができる。このため、厚みのある不活性ガスＧの流れによって、下方から上昇するヒュームＦを側方へ流すことができ、ヒュームＦがカバーガラス２１の近傍へ進入することを抑制することができる。

【0025】

図２は第二ガス供給部４の拡大した垂直断面図であり、図３は第二ガス供給部４の斜視図である。第二ガス供給部４は、タンク４１及び減速部材４２を備えており、減速部材４２の下流側に不活性ガスＧを噴き出すための噴出し口４３を形成している。タンク４１は、不活性ガスＧを貯留するため収容体であり、例えば箱型のものが用いられる。タンク４１の下流側には、減速部材４２が設けられている。減速部材４２は、タンク４１から流出する不活性ガスＧの流速を減速する部材である。減速部材４２としては、例えばメッシュ部材などが用いられる。図２及び図３に示すように、減速部材４２として矩形の板状のメッシュ部材を用い、所望の圧力に不活性ガスＧを減圧するために複数のメッシュ部材を重ねて用いてもよい。なお、減速部材４２としては、不活性ガスＧを減速できるものであればメッシュ部材以外のものを用いる場合もある。また、不活性ガスＧを圧力調整してタンク４１に流入することができる場合には、減速部材４２の設置を省略する場合もある。

【0026】

減速部材４２の下流側には、整流部材４４が設けられている。整流部材４４は、不活性ガスＧの流れを整流する部材であり、例えばハニカム構造体が用いられる。つまり、整流部材４４は、断面六角形の複数の孔を配列して構成したハニカム構造体であり、複数の孔を不活性ガスＧの流通方向へ向けて設けられている。減速部材４２を透過した不活性ガスＧは、整流部材４４により整流されて送り出される。整流部材４４の下流側の開口は、噴出し口４３となっている。すなわち、整流部材４４を通過した不活性ガスＧは、噴出し口４３からカバーガラス２１の下方の造形空間へ向けて噴出される。なお、整流部材４４としては、不活性ガスＧの流れを整流できるものであれば、ハニカム構造体以外のものを用いてもよい。

【0027】

整流部材４４の下流側には、ガイド板４５が形成されている。ガイド板４５は、整流部材４４から噴出される不活性ガスＧをカバーガラス２１の下方の位置へ導くための板体である。ガイド板４５は、整流部材４４の両脇部分に垂直方向に向けてそれぞれ一つずつ設けられ、不活性ガスＧの噴出方向に向けて延びている。このガイド板４５により、不活性ガスＧをカバーガラス２１の下方の位置へ向けて確実に流すことができる。なお、図２及び図３では、一つの筐体内にタンク４１、減速部材４２及び整流部材４４を横並びに収容して、第二ガス供給部４を構成しているが、タンク４１、減速部材４２及び整流部材４４を個別に形成し、それぞれ連結して第二ガス供給部４を構成してもよい。

【0028】

このように、第二ガス供給部４に減速部材４２を設けることにより、タンク４１に送られてくる不活性ガスＧを減速して噴出し口４３から噴き出すことができる。このため、噴出し口４３を大きく形成しても、不活性ガスの流量が多大とならず、高さ方向に幅広い状態で不活性ガスＧを供給することができる。これにより、ヒュームＦからカバーガラス２１を的確に保護することができる。

【0029】

図１において、チャンバ１１内には、排出路１３及び案内部材１４が設けられている。排出路１３は、不活性ガスＧをチャンバ１１から排出するための流路である。案内部材１４は、チャンバ１１内の不活性ガスＧを排出路１３へ導くための部材である。例えば、案内部材１４は、レーザビームＢの光路を挟んで、第一ガス供給部３及び第二ガス供給部４の反対側に設けられている。案内部材１４は、第一ガス供給部３及び第二ガス供給部４から噴出した不活性ガスＧを排出路１３へ導くような形状に構成すればよい。

【0030】

チャンバ１１の外部には、ポンプ１６、フィルタ１７及び配管１８が設けられている。ポンプ１６は、不活性ガスＧを第一ガス供給部３及び第二ガス供給部４に圧送する。配管１８は、ポンプ１６の出力側と第一ガス供給部３及び第二ガス供給部４を連結すると共に、ポンプ１６の入力側と排出路１３を連結するように構成されている。フィルタ１７は、ヒュームＦを除去するためのものであり、排出路１３とポンプ１６の入力側の間に設置されている。配管１８の第一ガス供給部３にはバルブ５３が設けられ、第二ガス供給部４の入力側にはバルブ５４が設けられている。バルブ５３は、第一ガス供給部３に送られる不活性ガスＧの流量を調整するバルブである。バルブ５４は、第二ガス供給部４に送られる不活性ガスＧの流量を調整するバルブである。なお、ポンプ１６の出力調整などによって、不活性ガスＧの流量を調整できる場合には、バルブ５３及びバルブ５４の設置を省略する場合もある。また、図１に示すように、配管１８は、チャンバ１１の下部からチャンバ１１内へ不活性ガスＧを供給できるように構成してもよい。

【0031】

次に、本実施形態に係る三次元造形装置１の動作について説明する。

【0032】

図１において、ベース台１５のテーブル１２が上方の位置にセットされ、そのテーブル１２上に粉末材料Ａが敷き均される。そして、ポンプ１６が作動し、配管１８を通じて第一ガス供給部３及び第二ガス供給部４にそれぞれ不活性ガスＧが送られる。そして、第一ガス供給部３及び第二ガス供給部４から不活性ガスＧが噴出し、造形空間に不活性ガスＧが供給される。

【0033】

そして、ビーム出射部２が作動し、ビーム出射部２からレーザビームＢが出射される。レーザビームＢは、カバーガラス２１を通じてチャンバ１１内へ入射し、テーブル１２上の粉末材料Ａに照射される。レーザビームＢの粉末材料Ａへの照射により、ヒュームＦが生ずる。このとき、第一ガス供給部３が不活性ガスＧを粉末材料Ａの周辺に向けて噴出しているため、粉末材料Ａで発生したヒュームＦの多くは造形空間から側方へ排出される。

【0034】

ところが、ヒュームＦの一部は、第一ガス供給部３からの不活性ガスＧで排出しきれず、上方へ移動する場合がある。これに対し、第二ガス供給部４がカバーガラス２１の周辺に対して不活性ガスＧを噴出している。このため、下方から上昇するヒュームＦは、第二ガス供給部４から噴出する不活性ガスＧにより造形空間から排出される。このとき、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速は、第一ガス供給部３から噴き出される不活性ガスＧの流速より遅く設定され、緩やかなものとなっている。例えば、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速は、０．０５～０．５ｍ／ｓの速度範囲内の速度とされ、望ましくは０．１～０．２ｍ／ｓの速度範囲内の速度とされる。

【0035】

このようにカバーガラス２１の周辺に対し緩やかに不活性ガスＧを流すことにより、不活性ガスＧの流れによって下方のヒュームＦが巻き上げられることを抑制することができる。従って、ヒュームＦがカバーガラス２１に触れることを抑制することができる。仮に、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速が上述した速度範囲より速い場合、不活性ガスＧの強い流れによりヒュームＦが上方へ巻上げられる。一方、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速が上述した速度範囲より遅い場合、不活性ガスＧの流れが弱過ぎて、下方から上昇するヒュームＦを十分に排出することができない。これらの場合、上昇するヒュームＦがカバーガラス２１に接触してカバーガラス２１にヒュームＦが付着するおそれがある。カバーガラス２１にヒュームＦが付着すると、レーザビームＢの強度が低下したり、熱レンズ効果と呼ばれる現象によりレーザビームＢの焦点位置が変化したり、レーザビームＢのレーザ径が拡大してエネルギ密度が低下する場合がある。このため、粉末材料Ａの溶融が不適切となり物体に所望の特性が得られなかったり、溶融不備により造形面の盛り上がりを生じて造形を中止せざるを得ないという不具合を生ずる。これに対し、本実施形態に係る三次元造形装置１では、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流れを適度に緩やかにすることにより、ヒュームＦの巻上げを抑制し、適切にヒュームＦを造形空間から排除することができる。このため、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧによってカバーガラス２１を的確に保護することができる。

【0036】

また、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧは、高さ方向に幅広く流れている。つまり、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧは、高さ方向に厚みを持ってカバーガラス２１の下方を流れている。このため、下方から上昇するヒュームＦは、不活性ガスＧと共にチャンバ１１の側方へ流される。従って、ヒュームＦがカバーガラス２１の近傍へ進入することを抑制することができ、ヒュームＦからカバーガラス２１を的確に保護することができる。

【0037】

そして、粉末材料Ａの所定の範囲にレーザビームＢを照射したら、テーブル１２が下方へ移動し、新たに粉末材料Ａが敷き均され、再びレーザビームＢの照射が行われる。これらの工程が繰り返されることにより、物体が積層造形される。

【0038】

以上説明したように、本実施形態に係る三次元造形装置１によれば、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速を第一ガス供給部３から噴き出される不活性ガスＧの流速より遅くすることにより、ビーム照射で生ずるヒュームＦが第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流れに巻き上げられてカバーガラス２１の方向へ流れることを抑制することができる。このため、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧによってカバーガラス２１を的確に保護することができる。従って、ヒュームＦの影響を抑制して物体を適切に造形することができる。

【0039】

また、本実施形態に係る三次元造形装置１によれば、第一ガス供給部３及び第二ガス供給部４がレーザビームＢの照射方向に対し交差する方向へ不活性ガスＧを噴き出す。これにより、レーザビームＢの照射により生じたヒュームＦを造形空間の側方へ流すことができ、ヒュームＦがカバーガラス２１に付着することを抑制することができる。

【0040】

また、本実施形態に係る三次元造形装置１によれば、第二ガス供給部４が、不活性ガスＧを貯留するためのタンク４１及びタンク４１の下流側に設けられ不活性ガスＧの流速を減速する減速部材４２を有し、減速部材４２の下流側に不活性ガスＧを噴き出すための噴出し口４３が形成されている。不活性ガスＧの流速を減速する減速部材４２を有することにより、タンク４１に送られてくる不活性ガスＧを減速して噴出し口４３から噴き出すことができる。このため、噴出し口４３を大きく形成しても、不活性ガスＧの流量が多大とならず、高さ方向に幅広い状態で不活性ガスＧを供給することができる。これにより、下方から上昇するヒュームＦからカバーガラス２１を的確に保護することができる。

【0041】

また、本実施形態に係る三次元造形装置１によれば、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流速は、０．１～０．２ｍ／ｓとしてもよい。この場合、第二ガス供給部から噴き出される不活性ガスが緩やかに流れることとなる。このため、ヒュームＦが第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧの流れに巻き込まれてカバーガラス２１の方向へ流れることを抑制することができる。従って、第二ガス供給部４から噴き出される不活性ガスＧによってカバーガラス２１を的確に保護することができる。

【0042】

以上のように本開示の実施形態に係る三次元造形装置１について説明したが、本開示の三次元造形装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本開示の発明は、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形態様をとることができる。

【0043】

例えば、上述した実施形態においては、エネルギビームとしてレーザビームＢを粉末材料Ａに照射して物体を造形する場合について説明したが、レーザビームＢ以外のエネルギビームを照射するものであってもよい。

【0044】

また、上述した実施形態では、ビーム出射部２が一つのレーザビームＢの出射する場合について説明したが、ビーム出射部２が複数のレーザビームＢを出射してもよい。例えば、図４に示すように、複数のレーザビームＢを用いて物体の造形を行うマルチビーム式であってもよい。この場合、各レーザビームＢに対し第二ガス供給部４を設けることにより、それぞれのカバーガラス２１をヒュームＦから的確に保護することができ、物体の造形を適切に行うことができる。

【符号の説明】

【0045】

１ 三次元造形装置
２ ビーム出射部
３ 第一ガス供給部
４ 第二ガス供給部
１１ チャンバ
１２ テーブル
１３ 排出路
１４ 案内部材
１５ ベース台
１６ ポンプ
１７ フィルタ
１８ 配管
２１ カバーガラス
３１ ノズル
４１ タンク
４２ 減速部材
４３ 噴出し口
４４ 整流部材
４５ ガイド板
５３ バルブ
５４ バルブ
Ａ 粉末材料
Ｂ レーザビーム
Ｆ ヒューム
Ｇ 不活性ガス
Ｗ３ 高さ方向の幅
Ｗ４ 高さ方向の幅

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】