特許 7550624 三次元造形装置および造形物の製造方法

(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】2024-09-05

(45)【発行日】2024-09-13

(54)【発明の名称】三次元造形装置および造形物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/30 20210101AFI20240906BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20240906BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240906BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20240906BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240906BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

B22F12/30

B22F10/28

B29C64/153

B29C64/268

B33Y10/00

B33Y30/00

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020201577

(22)【出願日】2020-12-04

(65)【公開番号】P2021155845

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-09-21

(31)【優先権主張番号】P 2020056359

(32)【優先日】2020-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591041369

【氏名又は名称】多田電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】丸小 恭諒

(72)【発明者】

【氏名】田中 啓祐

(72)【発明者】

【氏名】竹下 勝

【審査官】河野 一夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１５１５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０８９９７００（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１２７５１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １２／３０

Ｂ２２Ｆ １０／２８

Ｂ２９Ｃ ６４／１５３

Ｂ２９Ｃ ６４／２６８

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバ内に設けられ、高さ方向に移動可能なステージと、
前記ステージ上に配置され、三次元状に積層される造形物を造形する土台となるベースプレートと、
粉末を前記ベースプレート上に敷き詰めて粉末床を形成する粉末床形成部と、
電子ビームを生成し、前記ベースプレートまたは前記粉末床に前記電子ビームを照射する電子銃と、
前記ステージと前記ベースプレートとの間に配置され、前記ベースプレートから前記ステージに向かう熱の移動を抑制する熱損失抑制部材と、
を備え、
前記熱損失抑制部材は、前記ベースプレートを前記ステージ上で支持する複数の支柱であり、
前記支柱は、本体部と、前記ベースプレートと接触する接触部と、を有し、
前記接触部は、前記ベースプレートよりも熱伝導率の小さい材料で構成されることを特徴とする三次元造形装置。

【請求項2】

前記接触部が前記ベースプレートと接触する部分の面積は、前記本体部の高さ方向に垂直な断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。

【請求項3】

前記接触部は、ジルコニウムで構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元造形装置。

【請求項4】

前記支柱は、前記高さ方向に高さを調整可能な高さ調整部をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の三次元造形装置。

【請求項5】

チャンバ内に設けられ、高さ方向に移動可能なステージと、
前記ステージ上に配置され、三次元状に積層される造形物を造形する土台となるベースプレートと、
粉末を前記ベースプレート上に敷き詰めて粉末床を形成する粉末床形成部と、
電子ビームを生成し、前記ベースプレートまたは前記粉末床に前記電子ビームを照射する電子銃と、
前記ステージと前記ベースプレートとの間に配置され、前記ベースプレートから前記ステージに向かう熱の移動を抑制する熱損失抑制部材と、
を備え、
前記熱損失抑制部材は、前記ベースプレートと前記ステージとの間に空間を形成するように設けられる前記ステージに対向する面が開口した直方体状である輻射シールドであり、
前記輻射シールドの開口部を構成する側面部が配置される前記ステージの上面の位置に溝が設けられていることを特徴とする三次元造形装置。

【請求項6】

チャンバ内に設けられ、高さ方向に移動可能なステージと、
前記ステージ上に配置され、三次元状に積層される造形物を造形する土台となるベースプレートと、
粉末を前記ベースプレート上に敷き詰めて粉末床を形成する粉末床形成部と、
電子ビームを生成し、前記ベースプレートまたは前記粉末床に前記電子ビームを照射する電子銃と、
前記ステージと前記ベースプレートとの間に配置され、前記ベースプレートから前記ステージに向かう熱の移動を抑制する熱損失抑制部材と、
を備え、
前記熱損失抑制部材は、前記ベースプレートと前記ステージとの間に、前記高さ方向に複数の空間が形成されるように設けられる複数の輻射シールドであることを特徴とする三次元造形装置。

【請求項7】

前記輻射シールドは、前記ステージに対向する面が開口した直方体状であることを特徴とする請求項６に記載の三次元造形装置。

【請求項8】

チャンバ内に設けられ、高さ方向に移動可能なステージと、
前記ステージ上に配置され、三次元状に積層される造形物を造形する土台となるベースプレートと、
粉末を前記ベースプレート上に敷き詰めて粉末床を形成する粉末床形成部と、
電子ビームを生成し、前記ベースプレートまたは前記粉末床に前記電子ビームを照射する電子銃と、
前記ステージと前記ベースプレートとの間に配置され、前記ベースプレートから前記ステージに向かう熱の移動を抑制する熱損失抑制部材と、
を備え、
前記熱損失抑制部材は、前記ベースプレートと前記ステージとの間に設けられ、粉末を充填した耐熱性の容器であることを特徴とする三次元造形装置。

【請求項9】

三次元状に積層される造形物を造形する土台となるベースプレート上に敷き詰められた粉末に電子ビームを照射し、前記粉末を溶融および凝固させて前記造形物を造形する造形物の製造方法であって、
前記粉末が敷き詰められ、高さ方向に移動可能なステージ上に、前記ベースプレートから前記ステージに向かう熱の移動を抑制する熱損失抑制部材を介して前記ベースプレートを載置する工程と、
前記ベースプレートに前記電子ビームを照射して、前記ベースプレートを予熱する工程と、
前記ベースプレート上に、前記粉末を敷き詰めて粉末床を形成する工程と、
前記ベースプレート上の前記粉末床に前記粉末を溶融しないように前記電子ビームを照射する工程と、
前記造形物を形成するためのパターンに沿って、前記粉末が溶融するように前記電子ビームを前記粉末床に照射する工程と、
を含むことを特徴とする造形物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、粉末材料を選択的に固化させる工程を繰り返すことによって三次元形状の造形物を製造する三次元造形装置および造形物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子ビームを照射することによって溶融固化させることができる金属粉末を使用した層を複数積層させて三次元形状の造形物を製造する三次元造形装置が知られている。三次元造形装置を用いて三次元形状の造形物を製造する場合には、造形物を形成する領域に金属粉末を供給し、供給した金属粉末に選択的に電子ビームを照射して金属粉末を溶融凝固させるという工程が複数回繰り返し行われる。

【0003】

このような三次元造形装置においては、電子ビームを金属粉末に照射する時点で、照射した電子ビームによって金属粉末に供給される電荷量が、互いに帯電した粉末がクーロン力により反発する電荷量の許容量を超えない条件を満たすことが重要である。この条件を満たしていない状態で電子ビームを金属粉末に照射した場合には、金属粉末同士の反発によって造形領域に供給した金属粉末が飛散してしまい、その後の造形を継続することが不可能となってしまう。

【0004】

そのため、金属粉末に対して電子ビームを照射する際には、予め金属粉末の帯電を抑制する処置が必要不可欠となっている。特許文献１には、電子ビームを金属粉末に照射したときの金属粉末の帯電を抑制する三次元造形装置が開示されている。特許文献１に記載の三次元造形装置では、三次元形状の造形物を形成する真空チャンバ内にガスが導入され、導入されたガスに電子ビームが照射されることによって陽イオンが生成される。そして、生成される陽イオンによって負に帯電した金属粉末が電気的に中和されるので、クーロン力による金属粉末同士の反発が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特表２０１０－５２６６９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、三次元造形装置においては、金属粉末の温度を数百度程度まで予熱するため、金属粉末の表面からの輻射熱放出による投入エネルギの損失が発生する。また、造形物の土台となるベースプレートも同時に加熱されていくため、ベースプレートからの輻射および周囲の金属粉末への損失熱が大きくなる。しかしながら、上記従来の技術によれば、ベースプレートから下部に存在する金属粉末への熱の損失を抑制する機構が備わっていないので、損失分を考慮して、ベースプレート上に敷き詰める粉末を予熱するための電子ビームを余計に照射しなければならない。そのため、金属粉末を所望の温度に保持するためには、膨大なエネルギを要するという問題があった。つまり、電子ビームを用いた三次元造形装置においては、造形対象の金属粉末および造形土台であるベースプレートを含む領域を予め定められた温度に容易に維持することができる技術が望まれていた。

【0007】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、造形対象の金属粉末および造形物の土台となるベースプレートを含む領域を従来に比して予め定められた温度に維持することができる三次元造形装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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造形装置は、ステージと、ベースプレートと、粉末床形成部と、電子銃と、熱損失抑制部材と、を備える。ステージは、チャンバ内に設けられ、高さ方向に移動可能である。ベースプレートは、ステージ上に配置され、三次元状に積層される造形物を造形する土台となる。粉末床形成部は、粉末をベースプレート上に敷き詰めて粉末床を形成する。電子銃は、電子ビームを生成し、ベースプレートまたは粉末床に電子ビームを照射する。熱損失抑制部材は、ステージとベースプレートとの間に配置され、ベースプレートからステージに向かう熱の移動を抑制する。熱損失抑制部材は、ベースプレートをステージ上で支持する複数の支柱であり、支柱は、本体部と、ベースプレートと接触する接触部と、を有する。接触部は、ベースプレートよりも熱伝導率の小さい材料で構成される。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、造形対象の金属粉末および造形物の土台となるベースプレートを含む領域を従来に比して予め定められた温度に維持することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態１による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図

【図2】実施の形態２による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図

【図3】実施の形態３による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図

【図4】実施の形態３による三次元造形装置の熱損失抑制部材の構成の一例を示す断面図

【図5】実施の形態４による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図

【図6】実施の形態４による三次元造形装置の熱損失抑制部材の構成の一例を示す断面図

【図7】実施の形態５による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本開示の実施の形態に係る三次元造形装置および造形物の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

【0012】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。三次元造形装置１は、チャンバ１０を備える。チャンバ１０は、内部を真空にすることができるように、密閉された構造を有する。チャンバ１０には、排気装置である真空ポンプ１６が接続され、チャンバ１０内を排気することで予め定められた圧力にすることができる。

【0013】

三次元造形装置１は、チャンバ１０の上部に設けられる電子銃室２０内に、電子銃２１を備える。電子銃２１は、チャンバ１０内の任意の位置に電子ビームＥＢを照射する。電子銃２１は、電子を放出する機構と、放出した電子の照射位置を定め、収束させる機構と、を有する。

【0014】

三次元造形装置１は、チャンバ１０の内部に、ステージ１１と、ステージ側壁部１２と、ベースプレート１３と、粉末ボックス１４と、粉末床形成部１５と、をさらに備える。ステージ１１は、三次元状に積層された造形物１１０を構築するために高さ方向の位置を任意に調節可能である。ステージ側壁部１２は、ステージ１１の外周に接触し、高さ方向に延在する筒状の構成を有する。ステージ側壁部１２は、ステージ１１が高さ方向に移動するときのガイドとしての役割を有するとともに、ステージ１１上に敷設される粉末１００がステージ１１よりも水平方向の外部へ移動することを抑制する役割を有する。ベースプレート１３は、造形物１１０を造形するための土台であり、形成された造形物１１０を支持する。ベースプレート１３は、ステージ１１上に敷き詰められた粉末１００の上に設置される。ベースプレート１３は、電子銃２１からの電子ビームＥＢの照射に対して高い耐熱性を有する材料で構成される。一例では、ベースプレート１３は、ステンレス鋼、炭素鋼、銅、チタン、アルミニウムから構成される。

【0015】

粉末ボックス１４は、造形物１１０の原料となる粉末１００を貯蔵する。粉末１００の一例は、金属粉末である。金属粉末はチタン（Ｔｉ）、各種鋼、銅（Ｃｕ）など、用途に応じた金属粉末が使用される。金属粉末の平均粒径の一例は、２０μｍ以上２００μｍ以下であり、用途に応じた平均粒径の金属粉末が使用される。粉末床形成部１５は、ベースプレート１３上を移動することによって、粉末ボックス１４から供給された粉末１００をベースプレート１３上に敷き詰めて粉末床を形成する。

【0016】

三次元造形装置１は、ベースプレート１３とステージ１１との間に熱損失抑制部材をさらに備える。実施の形態１における熱損失抑制部材は、ステージ１１上でベースプレート１３を支持する支柱３１である。ベースプレート１３が矩形状である場合には、ベースプレート１３の四隅に対応する位置に、支柱３１が設けられる。なお、支柱３１の数は、これに限定されるものではなく、ステージ１１上でベースプレート１３を支持することができれば、何本でもよい。支柱３１の下端部は、ステージ１１に接触し、上端部は、ベースプレート１３と接触している。支柱３１は、本体部３１１と、ベースプレート１３と接触する接触部３１２と、を有する。接触部３１２は、図１の例では、支柱３１の上端部分である。接触部３１２がベースプレート１３と接触する面積は、本体部３１１の延在方向、すなわち高さ方向に垂直な断面積に比して小さくなっている。図１の例では、接触部３１２は、本体部３１１との接続部からベースプレート１３に向かって先細り形状となっているが、接触部３１２の形状は、本体部３１１の断面積よりも小さければ、どのような形状であってもよい。これによって、支柱３１とベースプレート１３との接触面積が小さくなり、ベースプレート１３から支柱３１への熱移動を抑制している。

【0017】

支柱３１は、一例では、ベースプレート１３よりも小さい熱伝導率を有する材料によって構成されることが望ましい。また、接触部３１２は、本体部３１１と同じ材料で構成されてもよいし、本体部３１１と異なる材料によって構成されていてもよい。一例では、接触部３１２は、ベースプレート１３よりも小さい熱伝導率を有する材料によって構成されることが望ましい。接触部３１２は、一例では、ジルコニウム（Ｚｒ）によって構成される。

【0018】

なお、ステージ側壁部１２で囲まれるステージ１１上には、粉末１００が充填されている。そのため、造形処理中においては、ステージ１１とベースプレート１３との間にも、粉末１００が充填された状態となっている。

【0019】

つぎに、三次元造形装置１での動作について説明する。まず、粉末ボックス１４に予め定められた量の粉末１００が充填される。また、ステージ側壁部１２で囲まれたステージ１１上には、予め粉末１００が敷き詰められている。ついで、ステージ１１上の支柱３１に支持されるようにベースプレート１３が載置される。その後、チャンバ１０内が予め定められた真空度となるように、チャンバ１０内を真空ポンプ１６によって真空引きする。ついで、ベースプレート１３には電子銃２１からの電子ビームＥＢが照射され、ベースプレート１３は予熱される。この予熱は、第１層目の造形の前に行われる。また、ベースプレート１３の予熱では、ベースプレート１３が溶融しないように照射条件、すなわち出力を調整した電子ビームＥＢが照射される。

【0020】

出力を調整した電子ビームＥＢの照射によってベースプレート１３が予め定められた温度に予熱された後、ステージ１１を粉末床１層分の高さだけ下げる。その後、粉末ボックス１４より供給された粉末１００を有する粉末床形成部１５が、ベースプレート１３上を一回または複数回通過することによって、ベースプレート１３上に１層分の粉末床が敷設される。形成された粉末床は予熱されたベースプレート１３からの熱伝導によって予熱される。その結果、粉末１００の電気抵抗が低下し、後の工程で電子ビームＥＢが照射されても、粉末１００はクーロン力により反発しない状態となる。

【0021】

粉末床を敷設してから、予め定められた時間が経過するまで、そのままの状態とする。すなわち、この期間中に、ベースプレート１３からの熱伝導によって、敷設された粉末床が予熱される。その後、電子ビームＥＢの予め設定されている照射パターンに従って、粉末１００を溶融しないように条件調整した電子ビームＥＢが粉末床全体に照射され、粉末床が加熱される。電子ビームＥＢの照射によって、粉末床の全体が加熱された後、造形用に条件が設定された電子ビームＥＢが、予め定められた造形物１１０を形成するためのパターンである造形パターンに沿って照射される。この照射によって、必要部分の粉末１００が溶融凝固される。これによって、１層目の造形物１１０が形成される。

【0022】

造形パターンに沿った電子ビームＥＢの照射後、温度が低下した粉末床を再予熱するために、粉末１００が溶融しないように条件調整された電子ビームＥＢが、予め設定されている照射パターンに従って、粉末床に照射される。

【0023】

その後、ステージ１１を粉末床１層分の高さだけ下げて、粉末床を形成する処理から、電子ビームＥＢによる粉末床の予熱処理、造形パターンに従った電子ビームＥＢの照射処理、および電子ビームＥＢによる粉末床の再予熱処理までが繰り返し実施される。これによって、前層の上に次層の粉末床が形成される処理が繰り返され、その結果、三次元状に積層された造形物１１０が完成する。

【0024】

上記の粉末床の予熱時および再予熱時において、ベースプレート１３は、接触部３１２を有する支柱３１を介してステージ１１に支持されているので、予熱されたベースプレート１３と低温のステージ１１との接触面積を最低限に抑えられる。また、上記した手順で造形が進行していくと、ベースプレート１３周辺の粉末１００の焼結が進行し、ベースプレート１３の周辺の粉末１００が仮焼結した金属のブロック状の物体であるブロック体が形成される。このブロック体は粉末１００よりも熱伝導率が高いため、より多くの熱がベースプレート１３からブロック体を介して周囲に逃げていく。しかし、支柱３１が存在する場所ではブロック体が形成されない。そのため、ブロック体がベースプレート１３と接触する面積が、支柱３１が存在しない場合に比して小さくなる。その結果、ベースプレート１３からステージ１１への熱伝導による熱損失が従来に比して抑制される。また、支柱３１の接触部３１２がベースプレート１３と接触する部分の面積は、支柱３１の本体部３１１の延在方向に垂直な断面積よりも小さい面積であるので、ベースプレート１３から支柱３１を介したステージ１１への熱伝導をさらに抑制することができる。さらに、接触部３１２を、例えばベースプレート１３よりも熱伝導率の小さいジルコニウムのような材料で構成することで、熱伝導による熱損失がさらに抑制される。そのため、粉末床の予熱時および再予熱時において、電子ビームＥＢを照射するために投入するエネルギを従来に比して小さくすることができる。

【0025】

実施の形態１では、三次元造形装置１において、ベースプレート１３をステージ１１上に支柱３１によって支持する構成とした。また、支柱３１の接触部３１２がベースプレート１３と接触する部分の面積は、支柱３１の本体部３１１の延在方向に垂直な断面積よりも小さくした。これによって、ベースプレート１３のステージ１１上への設置作業を簡便化しつつ、粉末床の予熱時において、予熱されたベースプレート１３から低温の外部構造であるステージ１１へと熱伝導によって熱が流れることが抑制される。すなわち、ベースプレート１３からの熱伝導による熱損失が抑制される。その結果、造形対象の粉末１００および造形土台を含む領域を従来に比して、少ないエネルギで予め定められた温度に維持することができるという効果を有する。

【0026】

実施の形態２．
図２は、実施の形態２による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。なお、三次元造形装置１の全体的な構成は、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略し、異なる部分について説明する。実施の形態２では、支柱３１が高さの調節が可能な構成を有する。一例では、支柱３１の本体部３１１に高さ調整部３１３を備える。具体的には、高さ調整部３１３は、接触部３１２と接触する本体部３１１の上端に設けられるレベル調整ネジである。これによって、支柱３１のそれぞれは独立して高さ方向、すなわち上下に調節可能となる。その結果、造形前の段取りであるベースプレート１３の設置時の平行度を調整する平行度調整作業が容易に実施可能となる。

【0027】

従来では、造形領域に敷き詰められた粉末１００の上に載せられたベースプレート１３を上から少しずつ衝撃を加えることでベースプレート１３の表面の平行度が調整されていた。しかし、この方法では、作業者の熟練度によってベースプレート１３の設置時の平行度が変化する可能性がある。しかし、実施の形態２では、それぞれの支柱３１に高さ調整部３１３を設けた。支柱３１が高さ調整部３１３によってそれぞれ独立して高さ方向に高さを変えることが可能であるため、作業者の熟練度にかかわらず容易にベースプレート１３の平行度調整作業を実施することが可能となる。

【0028】

実施の形態３．
図３は、実施の形態３による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。なお、三次元造形装置１の全体的な構成は、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略し、異なる部分について説明する。実施の形態３の三次元造形装置１では、支柱３１ではなく、ベースプレート１３とステージ１１との間に粉末１００が配置されない空間３２が設けられる。この場合、高温に熱したベースプレート１３からの輻射熱による熱損失が大きくなるため、ベースプレート１３の保温のために輻射熱を抑制する必要がある。そこで、実施の形態３による三次元造形装置１は、ベースプレート１３の下部からの輻射熱を抑制するために、ベースプレート１３の下方の位置に輻射シールド３３を備える。輻射シールド３３は、空間３２を形成するために、ベースプレート１３とステージ１１との間に設けられる。一般的に、三次元造形装置１の動作中は、チャンバ１０内が真空にされるので、輻射シールド３３によって形成された空間３２も真空となる。理論上、真空での輻射熱損失はないため、輻射シールド３３および空間３２によって、ベースプレート１３からの熱が逃げてしまうことが抑制される。つまり、輻射シールド３３で形成された真空の空間３２がベースプレート１３とステージ１１との間に設けられることによって、空間３２での輻射熱損失が生じないので、ベースプレート１３から接触による熱伝導によって逃げていく熱が抑制される。図３では、輻射シールド３３の水平方向の面積は、ベースプレート１３よりも小さくなっているが、ベースプレート１３よりも大きくしてもよい。

【0029】

図４は、実施の形態３による三次元造形装置の熱損失抑制部材の構成の一例を示す断面図である。輻射シールド３３の形状は、一例では、１面だけが開いた直方体状である。ステージ１１の移動方向である上下方向に垂直な面のうち下方の面が開いた状態となっている。ステージ１１の上面には、直方体状の輻射シールド３３を設置する位置に対応して、溝１１１が設けられている。輻射シールド３３の開口部がステージ１１の上面と対向するように、そして、開口部を構成する輻射シールド３３の側面部３３１が溝１１１と一致するように、ステージ１１上に輻射シールド３３が配置される。これによって、周りに粉末１００が充填されている箇所であっても、粉末１００が側面部３３１から輻射シールド３３の内部に入り込むことを防止した構造となっている。なお、実施の形態３に、実施の形態１，２を組み合わせることも可能である。

【0030】

実施の形態３では、ステージ１１とベースプレート１３との間に空間３２を形成するための輻射シールド３３を設けた。理論上、真空での輻射熱損失がないため、高温に熱されたベースプレート１３からの熱の逃げが抑制される。そのため、ベースプレート１３の温度が下がりにくくなり、従来に比して少ないエネルギの投入量で、ベースプレート１３を予め定められた温度で保温することができるという効果を有する。

【0031】

実施の形態４．
図５は、実施の形態４による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。なお、三次元造形装置１の全体的な構成は、実施の形態１，３と同様であるので、その説明を省略し、異なる部分について説明する。実施の形態４における熱損失抑制部材は、複数層の空間３２，３２ｂ，３２ｃと、複数の輻射シールド３３，３３ｂ，３３ｃと、が積層された構造を有する。図５の例では、３層の輻射シールド３３，３３ｂ，３３ｃが積層された場合が示されている。

【0032】

図６は、実施の形態４による三次元造形装置の熱損失抑制部材の構成の一例を示す断面図である。図６に示されるように、実施の形態３で説明した輻射シールド３３の上部を囲むように、輻射シールド３３よりも大きな水平方向の面積を有する輻射シールド３３ｂが配置される。また、輻射シールド３３ｂの上部を囲むように、輻射シールド３３ｂよりも大きな水平方向の面積を有する輻射シールド３３ｃが配置される。輻射シールド３３の上面と輻射シールド３３ｂの上面との間の距離、および輻射シールド３３ｂの上面と輻射シールド３３ｃの上面との間の距離が、予め定められた距離となるように、輻射シールド３３ｂ，３３ｃは配置される。輻射シールド３３，３３ｂの上面間および輻射シールド３３ｂ，３３ｃの上面間の距離を予め定められた距離とするには、一例では、輻射シールド３３ｂ，３３ｃの内部に、予め定められた距離と等しい長さの図示しない１以上の支持部材が設けられる。これによって、輻射シールド３３の内部と、輻射シールド３３ｂの内部と、輻射シールド３３ｃの内部と、に、それぞれ空間３２，３２ｂ，３２ｃが形成される。

【0033】

輻射シールド３３ｂ，３３ｃの形状は、１面だけが開いた直方体状である。高さ方向に垂直な面のうち下方の面が開いた状態となっている。また、複数の輻射シールド３３，３３ｂ，３３ｃを積層した場合でも、それぞれの輻射シールド３３，３３ｂ，３３ｃは、内側に粉末１００が入り込まないような構造を有している。一例では、内側にある輻射シールド３３，３３ｂの側面部３３１，３３１ｂを外側にある輻射シールド３３ｂ，３３ｃの側面部３３１ｂ，３３１ｃの一部が覆い被さるように外側の輻射シールド３３ｂ，３３ｃが設置される。これによって、輻射シールド３３，３３ｂ間に設けられる空間３２ｂ内、および輻射シールド３３ｂ，３３ｃ間に設けられる空間３２ｃ内に、輻射シールド３３，３３ｂ，３３ｃの周囲に充填されている粉末１００が入り込むことが抑制される。なお、実施の形態４に、実施の形態１，２を組み合わせることも可能である。

【0034】

実施の形態４では、ベースプレート１３とステージ１１との間に複数の輻射シールド３３，３３ｂ，３３ｃを重ねて配置し、複数層の空間３２，３２ｂ，３２ｃが配置されるようにした。これによって、実施の形態３の場合に比して、高温に熱されたベースプレート１３からの輻射による熱の空間３２，３２ｂ，３２ｃへの輻射をさらに抑えることができる。その結果、実施の形態３の場合に比して、ベースプレート１３を予め定められた温度に保温する際に投入するエネルギ量を減少させることができるという効果を有する。

【0035】

実施の形態５．
図７は、実施の形態５による三次元造形装置の構成の一例を模式的に示す断面図である。なお、三次元造形装置１の全体的な構成は、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略し、異なる部分について説明する。また、図７では、実施の形態２に実施の形態５の構成を適用した場合を示している。実施の形態５による三次元造形装置１は、ステージ１１とベースプレート１３との間に、粉末２１０を充填した熱損失抑制部材である耐熱性の容器２００をさらに備える。一例では、容器２００は、＋字形状である。容器２００内に充填される粉末２１０は、造形に使用される粉末１００と同じものでもよいし、他の種類の粉末でもよい。

【0036】

実施の形態１，２に示されるように、ステージ１１とベースプレート１３との間に粉末１００が存在する三次元造形装置１では、造形が進むにつれ、ベースプレート１３からの熱を受けたステージ１１とベースプレート１３との間の粉末１００の焼結が進行し、仮焼結状態となる。粉末１００が仮焼結状態になると粉末１００の場合に比して熱伝導率が高くなるため、熱損失が大きくなり保温性が低下してしまう。しかし、実施の形態５の三次元造形装置１は、ステージ１１とベースプレート１３との間に粉末２１０を充填させた耐熱性の容器２００を備える。これによって、容器２００は、耐熱性を有するので、ベースプレート１３からの熱を受けた場合でも、容器２００内に熱が伝わりにくくなり、容器２００内で熱伝導による粉末２１０の焼結の進行を遅らせることができる。その結果、容器２００を備えない場合に比して長時間にわたって粉末状態を維持することが可能となる。このように、熱抵抗の大きな状態である粉末状態を維持することにより、結果として造形領域全体の保温性を向上させることが可能である。

【0037】

また、ステージ１１上に容器２００を配置した後にベースプレート１３を支柱３１上に配置するので、ベースプレート１３の設置作業を簡便化することができる。つまり、造形を行うための前段取り作業に要する時間を従来に比して短縮することができる。

【0038】

なお、上記した説明では、実施の形態２の構成に粉末２１０を充填した容器２００を設ける場合を示したが、実施の形態１の構成に粉末２１０を充填した容器２００を設けてもよい。

【0039】

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ 三次元造形装置、１０ チャンバ、１１ ステージ、１２ ステージ側壁部、１３ ベースプレート、１４ 粉末ボックス、１５ 粉末床形成部、１６ 真空ポンプ、２０ 電子銃室、２１ 電子銃、３１ 支柱、３２，３２ｂ，３２ｃ 空間、３３，３３ｂ，３３ｃ 輻射シールド、１００，２１０ 粉末、１１０ 造形物、１１１ 溝、２００ 容器、３１１ 本体部、３１２ 接触部、３１３ 高さ調整部、３３１，３３１ｂ，３３１ｃ 側面部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】