特許 7560523 積層造形装置及び三次元造形物の製造方法

(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】2024-09-24

(45)【発行日】2024-10-02

(54)【発明の名称】積層造形装置及び三次元造形物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 64/35 20170101AFI20240925BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20240925BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240925BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20240925BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20240925BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20240925BHJP

【ＦＩ】

B29C64/35

B29C64/153

B33Y30/00

B33Y10/00

B33Y50/02

B29C64/393

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022177873

(22)【出願日】2022-11-07

(65)【公開番号】P2024067641

(43)【公開日】2024-05-17

【審査請求日】2023-07-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000132725

【氏名又は名称】株式会社ソディック

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】村中 勝隆

(72)【発明者】

【氏名】加藤 善考

(72)【発明者】

【氏名】石橋 賢治

【審査官】田村 佳孝

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－００８６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６５５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１８１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４８４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９００９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２５４４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００３９３１３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ６４／３５

Ｂ２９Ｃ ６４／１５３

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／０２

Ｂ２９Ｃ ６４／３９３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層造形装置であって、
チャンバと、不活性ガス供給装置と、ヒュームコレクタと、圧力検出装置と、制御装置とを備え、
前記チャンバは、所望の三次元造形物が形成される領域である造形領域を覆い、
前記不活性ガス供給装置は、前記チャンバに不活性ガスを供給し、
前記ヒュームコレクタは、送風機を備え、前記チャンバからヒュームと共に排出される前記不活性ガスから前記ヒュームを除去し、
前記送風機は、所定の回転数で稼働することにより前記チャンバと前記ヒュームコレクタとの間で前記不活性ガスを循環させ、
前記圧力検出装置は、前記チャンバ内の圧力を検出し、
前記制御装置は、前記圧力に基づき前記送風機の回転数を切り替えるように前記ヒュームコレクタを制御し、
前記ヒュームコレクタは、フィルタと、逆洗装置とをさらに備え、
前記フィルタは、前記チャンバから前記ヒュームと共に排出され所定の流入方向に前記フィルタを通過する前記不活性ガスから前記ヒュームを捕集可能に構成され、
前記逆洗装置は、前記フィルタに対して前記流入方向とは逆方向に不活性ガスを吹き付ける逆洗を行うように構成され、
前記ヒュームコレクタは、運転モードとして、ヒューム除去モードと、逆洗モードとを備え、前記ヒューム除去モードにおいて、前記送風機を稼働して前記フィルタにより前記不活性ガスから前記ヒュームを除去し、前記逆洗モードにおいて、前記送風機を停止して前記逆洗装置により前記逆洗を行うように構成され、
前記制御装置は、モード切替部を備え、
前記モード切替部は、前記運転モードの切替を行い、
前記制御装置は、前記圧力に基づき前記送風機の回転数を切り替えるように、前記ヒューム除去モードの前記ヒュームコレクタを制御する、積層造形装置。

【請求項2】

請求項１に記載の積層造形装置であって、
材料層形成装置と、照射装置とを備え、
前記材料層形成装置は、前記造形領域に材料粉体を供給することで材料層を形成し、
前記照射装置は、前記材料層にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層を形成し、
前記モード切替部は、前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの運転が前記材料層の形成時に行われるように、前記運転モードの切替を行う、積層造形装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記制御装置は、モード継続時間設定部を備え、
前記モード継続時間設定部は、前記ヒューム除去モードによる前記ヒュームコレクタの１回の運転あたりの時間である除去継続時間を設定し、
前記モード切替部は、前記除去継続時間に基づき前記ヒューム除去モードから前記逆洗モードへの切替を行う、積層造形装置。

【請求項4】

請求項３に記載の積層造形装置であって、
前記モード継続時間設定部は、前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの１回の運転あたりの時間である逆洗継続時間として、第１逆洗継続時間と、前記第１逆洗継続時間よりも長い第２逆洗継続時間とを設定し、
前記モード切替部は、前記逆洗継続時間に基づき前記逆洗モードから前記ヒューム除去モードへの切替を行い、
前記第１逆洗継続時間は、前記制御装置が前記ヒューム除去モードの前記ヒュームコレクタを制御することで前記圧力が所定の許容範囲に収まる場合において、その直後の前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの運転における前記逆洗継続時間であり、
前記第２逆洗継続時間は、前記制御装置が前記ヒューム除去モードの前記ヒュームコレクタを制御し前記送風機の回転数が所定の上限値に達しても前記圧力が前記許容範囲を下回る場合において、その直後の前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの運転における前記逆洗継続時間である、積層造形装置。

【請求項5】

請求項３に記載の積層造形装置であって、
前記モード継続時間設定部は、前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの１回の運転あたりの時間である逆洗継続時間として、第１逆洗継続時間と、前記第１逆洗継続時間よりも長い第３逆洗継続時間とを設定し、
前記モード切替部は、前記逆洗継続時間に基づき前記逆洗モードから前記ヒューム除去モードへの切替を行い、
前記第１逆洗継続時間は、前記三次元造形物の造形中における前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの運転での前記逆洗継続時間であり、
前記第３逆洗継続時間は、前記三次元造形物の造形が終わり次の造形段取りを始めるまでの間における前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの運転での前記逆洗継続時間である、積層造形装置。

【請求項6】

請求項１又は請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記制御装置は、前記圧力が所定の許容範囲を下回る場合に、前記送風機の回転数を増加させるように前記ヒュームコレクタを制御する、積層造形装置。

【請求項7】

請求項１又は請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記制御装置は、前記圧力が所定の許容範囲を上回る場合に、前記送風機の回転数を減少させるように前記ヒュームコレクタを制御する、積層造形装置。

【請求項8】

少なくとも所望の三次元造形物が形成される造形領域をチャンバで覆って前記チャンバに不活性ガスを供給するとともに、前記チャンバからヒュームを含む不活性ガスを排出し、前記チャンバから排出される不活性ガスに含まれるヒュームをヒュームコレクタによって除去しながら所望の三次元造形物を形成する三次元造形物の製造方法であって、
前記ヒュームコレクタは、送風機と、フィルタと、逆洗装置とを備え、
前記送風機は、所定の回転数で稼働することにより前記チャンバと前記ヒュームコレクタとの間で前記不活性ガスを循環させるように構成され、
前記フィルタは、前記チャンバから前記ヒュームと共に排出され所定の流入方向に前記フィルタを通過する前記不活性ガスから前記ヒュームを捕集可能に構成され、
前記逆洗装置は、前記フィルタに対して前記流入方向とは逆方向に不活性ガスを吹き付ける逆洗を行うように構成され、
前記造形領域に材料粉体を供給して材料層を形成する材料層形成工程と、前記材料層にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層を形成する固化工程とを繰り返すことにより、前記固化層を積層する固化層形成工程と、
ヒューム除去モードで前記送風機を稼働して前記フィルタにより前記不活性ガスから前記ヒュームを除去するヒューム除去工程と、
前記送風機を停止して前記逆洗装置により前記逆洗を行う逆洗工程と
を含み、
前記ヒューム除去工程は、前記チャンバ内の圧力に基づき前記ヒュームコレクタの前記送風機の回転数を切り替える工程を含み、
前記逆洗工程は、前記ヒュームコレクタの運転モードを前記ヒューム除去モードから逆洗モードに切り替えて実行される、三次元造形物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層造形装置及び三次元造形物の製造方法に関するものである。特に１回の固化層の形成で発生するヒューム量が多い三次元造形物の製造において、チャンバから排出した不活性ガスからヒュームを除去する装置及び方法による、造形品質の安定に関する。

【背景技術】

【0002】

三次元造形物の積層造形においては、種々の方式が知られている。例えば、不活性ガスが充満されたチャンバ内の造形領域に金属の材料粉体を供給して材料層を形成し、材料層の所定位置にレーザ光又は電子ビームを照射することで材料層を焼結又は溶融させて固化層を形成する。材料層及び固化層の形成を繰り返すことによって、複数の固化層を積層して所望の三次元造形物が製造される。

【0003】

チャンバ内は、材料粉体の変質を防止するために、不活性ガスが充満される。また、レーザ光又は電子ビームを照射すると、照射位置からヒュームと呼ばれる煙が発生する。ヒュームは、レーザ光又は電子ビームを減衰させたり、光学部品を汚染したりすることで、造形品質に影響を与える可能性がある。そのため、チャンバに新規の不活性ガスが供給されるとともに、チャンバからヒュームを含む不活性ガスを排出し、ヒュームコレクタによりヒュームを除去した清浄な不活性ガスがチャンバに返送される。

【0004】

造形物を高品質で安定して製造するためには、チャンバ内からヒュームを速やか且つ効率的に排出する必要がある。特許文献１の積層造形装置では、不活性ガスをチャンバに供給するガス供給部が上段、中段及び下段ノズルを備え、チャンバの正面から背面に向かって不活性ガスの気流を形成することでヒュームの滞留を防いでヒュームを効率よく排出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第７１０４２２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ヒュームコレクタとして、例えば、濾過式集塵機又は乾式電気集塵機等の公知の集塵機が用いられ、集塵機にはチャンバとの間で不活性ガスを循環するための送風機が設けられる。このようなヒュームコレクタを稼働させて造形を開始すると、ヒュームコレクタとチャンバとの間の循環風量が徐々に低下する場合がある。これは、集塵機に設けられたフィルタ又はフィルタ状の構成部品にヒュームが付着し目詰まりが発生するためである。例えば、濾過式集塵機にはヒュームを捕集するためのフィルタが設けられ、乾式電気集塵機には高電圧の印加により発生するオゾンを回収するためにフィルタ状の触媒ユニットが設けられている。循環風量が低下すると、ヒュームの排出効率が低下して造形品質に影響が生じる可能性がある。

【0007】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、チャンバ内の圧力を一定に保持するために、ヒュームコレクタとチャンバとの間の循環風量の低下を抑制し、チャンバから効率的にヒュームを排出することが可能な積層造形装置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】

【0008】

本発明によれば、以下の発明が提供される。
［１］積層造形装置であって、チャンバと、不活性ガス供給装置と、ヒュームコレクタと、圧力検出装置と、制御装置とを備え、前記チャンバは、所望の三次元造形物が形成される領域である造形領域を覆い、前記不活性ガス供給装置は、前記チャンバに不活性ガスを供給し、前記ヒュームコレクタは、送風機を備え、前記チャンバからヒュームと共に排出される前記不活性ガスから前記ヒュームを除去し、前記送風機は、所定の回転数で稼働することにより前記チャンバと前記ヒュームコレクタとの間で前記不活性ガスを循環させ、前記圧力検出装置は、前記チャンバ内の圧力を検出し、前記制御装置は、前記圧力に基づき前記送風機の回転数を切り替えるように前記ヒュームコレクタを制御する、積層造形装置。
［２］［１］に記載の積層造形装置であって、前記ヒュームコレクタは、フィルタと、逆洗装置とをさらに備え、前記フィルタは、前記チャンバから前記ヒュームと共に排出され所定の流入方向に前記フィルタを通過する前記不活性ガスから前記ヒュームを捕集可能に構成され、前記逆洗装置は、前記フィルタに対して前記流入方向とは逆方向に不活性ガスを吹き付ける逆洗を行うように構成される、積層造形装置。
［３］［２］に記載の積層造形装置であって、前記ヒュームコレクタは、運転モードとして、ヒューム除去モードと、逆洗モードとを備え、前記ヒューム除去モードにおいて、前記送風機を稼働して前記フィルタにより前記不活性ガスから前記ヒュームを除去し、前記逆洗モードにおいて、前記送風機を停止して前記逆洗装置により前記逆洗を行うように構成され、前記制御装置は、モード切替部を備え、前記モード切替部は、前記運転モードの切替を行い、前記制御装置は、前記圧力に基づき前記送風機の回転数を切り替えるように、前記ヒューム除去モードの前記ヒュームコレクタを制御する、積層造形装置。
［４］［３］に記載の積層造形装置であって、材料層形成装置と、照射装置とを備え、前記材料層形成装置は、前記造形領域に材料粉体を供給することで材料層を形成し、前記照射装置は、前記材料層にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層を形成し、前記モード切替部は、前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの運転が前記材料層の形成時に行われるように、前記運転モードの切替を行う、積層造形装置。
［５］［３］又は［４］に記載の積層造形装置であって、前記制御装置は、モード継続時間設定部を備え、前記モード継続時間設定部は、前記ヒューム除去モードによる前記ヒュームコレクタの１回の運転あたりの時間である除去継続時間を設定し、前記モード切替部は、前記除去継続時間に基づき前記ヒューム除去モードから前記逆洗モードへの切替を行う、積層造形装置。
［６］［５］に記載の積層造形装置であって、前記モード継続時間設定部は、前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの１回の運転あたりの時間である逆洗継続時間として、第１逆洗継続時間と、第１逆洗継続時間よりも長い第２逆洗継続時間とを設定し、前記モード切替部は、前記逆洗継続時間に基づき前記逆洗モードから前記ヒューム除去モードへの切替を行い、第１逆洗継続時間は、前記制御装置が前記ヒューム除去モードの前記ヒュームコレクタを制御することで前記圧力が所定の許容範囲に収まる場合において、その直後の前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの運転における前記逆洗継続時間であり、第２逆洗継続時間は、前記制御装置が前記ヒューム除去モードの前記ヒュームコレクタを制御し前記送風機の回転数が所定の上限値に達しても前記圧力が前記許容範囲を下回る場合において、その直後の前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの運転における前記逆洗継続時間である、積層造形装置。
［７］［５］又は［６］に記載の積層造形装置であって、前記モード継続時間設定部は、前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの１回の運転あたりの時間である逆洗継続時間として、第１逆洗継続時間と、第１逆洗継続時間よりも長い第３逆洗継続時間とを設定し、前記モード切替部は、前記逆洗継続時間に基づき前記逆洗モードから前記ヒューム除去モードへの切替を行い、第１逆洗継続時間は、前記三次元造形物の造形中における前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの運転での前記逆洗継続時間であり、第３逆洗継続時間は、前記三次元造形物の造形が終わり次の造形段取りを始めるまでの間における前記逆洗モードによる前記ヒュームコレクタの運転での前記逆洗継続時間である、積層造形装置。
［８］［１］から［７］の何れか１つに記載の積層造形装置であって、前記制御装置は、前記圧力が所定の許容範囲を下回る場合に、前記送風機の回転数を増加させるように前記ヒュームコレクタを制御する、積層造形装置。
［９］［１］から［８］の何れか１つに記載の積層造形装置であって、前記制御装置は、前記圧力が所定の許容範囲を上回る場合に、前記送風機の回転数を減少させるように前記ヒュームコレクタを制御する、積層造形装置。
［１０］少なくとも所望の三次元造形物が形成される造形領域をチャンバで覆って前記チャンバに不活性ガスを供給するとともに、前記チャンバからヒュームを含む不活性ガスを排出し、前記チャンバから排出される不活性ガスに含まれるヒュームをヒュームコレクタによって除去しながら所望の三次元造形物を形成する三次元造形物の製造方法であって、前記ヒュームコレクタは、所定の回転数で稼働することにより前記チャンバと前記ヒュームコレクタとの間で前記不活性ガスを循環させる送風機を備え、前記造形領域に材料粉体を供給して材料層を形成する材料層形成工程と、前記材料層にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層を形成する固化工程とを繰り返すことにより、前記固化層を積層する固化層形成工程と、前記チャンバ内の圧力に基づき前記ヒュームコレクタの前記送風機の回転数を切り替えるヒューム除去工程と、を含んでなる三次元造形物の製造方法。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る積層造形装置では、チャンバ内の圧力を圧力検出装置により検出し、制御装置が、当該圧力に基づき送風機の回転数を切り替えるようにヒュームコレクタを制御する。循環風量が低下するとチャンバ内の圧力が低下するため、当該圧力が一定又は所定範囲内となるように送風機の回転数を切り替えることで、循環風量の低下を抑制し、チャンバから効率的にヒュームを排出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係る積層造形装置１００の概略構成図である。

【図2】材料層形成装置３の斜視図である。

【図3】材料層形成装置３のリコータヘッド３２の上方からの斜視図である。

【図4】材料層形成装置３のリコータヘッド３２の下方からの斜視図である。

【図5】照射装置５の概略構成図である。

【図6】ヒュームコレクタ６２の概略構成図である。

【図7】制御装置８の構成を示すブロック図である。

【図8】積層造形装置１００を用いた三次元造形物の製造方法を示すフロー図である。

【図9】積層造形装置１００を用いた積層造形物の製造方法を示す図であり、造形開始時の状態を示す図である。

【図10】積層造形装置１００を用いた積層造形物の製造方法を示す図であり、１層目の固化工程を実行している状態を示す図である。

【図11】図１１Ａは、第１逆洗継続時間ｔｃ１に基づくヒューム除去モードから逆洗モードへの切替のタイミングの一例を示す図である。図１１Ｂは、第２逆洗継続時間ｔｃ２に基づくヒューム除去モードから逆洗モードへの切替のタイミングの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。

【0012】

１．積層造形装置１００
図１は、本実施形態に係る積層造形装置１００の概略構成図である。本実施形態の積層造形装置１００は、チャンバ１と、材料層形成装置３と、照射装置５と、不活性ガス給排装置６と、圧力検出装置７と、制御装置８とを備える。積層造形装置１００は、材料層形成装置３による材料層９１の形成と、照射装置５による固化層９２の形成を交互に繰り返すことで、所望の三次元造形物を製造する。

【0013】

なお、以下の説明では、図１において手前に向かう方向を積層造形装置１００の前又は正面側、奥に向かう方向を積層造形装置１００の後又は背面側と定める。そして、図１における上下方向を積層造形装置１００の上下方向（鉛直方向）と、左右方向を積層造形装置１００の左右方向と定める。

【0014】

１．１．チャンバ１
チャンバ１は、所望の三次元造形物が形成される領域である造形領域Ｒを少なくとも覆う。本実施形態では、チャンバ１内に造形テーブル４が配置され、造形テーブル４上に造形領域Ｒが設けられる。造形テーブル４は、造形テーブル駆動装置４１によって駆動され鉛直方向に移動可能である。

【0015】

チャンバ１の正面側には、三次元造形物の取り出し等に用いられる開口（不図示）が形成され、開口には開閉可能な扉（不図示）が設けられる。造形中、換言すれば、所望の三次元造形物の製造の開始から完了までの間において、扉は閉じられてチャンバ１は実質的に密閉されている。

【0016】

チャンバ１の天板には、レーザ光Ｌの透過窓となるウィンドウ１ａが設けられる。ウィンドウ１ａは、レーザ光Ｌを透過可能な材料で形成される。ウィンドウ１ａの材料はレーザ光Ｌの種類に応じて選択され、例えば、レーザ光Ｌがファイバレーザ又はＹＡＧレーザの場合、ウィンドウ１ａは石英ガラスで構成可能である。本実施形態では、２つのウィンドウ１ａが左右方向に並んで配置されている。

【0017】

１．２．材料層形成装置３
材料層形成装置３は、チャンバ１内に設けられ、造形領域Ｒに材料粉体を供給することで材料層９１を形成する。図２に示すように、材料層形成装置３は、ベース３１と、ベース３１上に配置されるリコータヘッド３２とを備える。リコータヘッド３２は、モータ等の駆動機構を内蔵するリコータヘッド駆動装置３３によって水平１軸方向に往復移動可能に構成される。

【0018】

図３及び図４に示すように、リコータヘッド３２は、材料収容部３２ａと、材料供給口３２ｂと、材料排出口３２ｃとを備える。材料供給口３２ｂは、材料収容部３２ａの上面に設けられ、材料供給ユニット（不図示）から材料収容部３２ａに供給される材料粉体の受け口となる。材料排出口３２ｃは、材料収容部３２ａの底面に設けられ、材料収容部３２ａ内の材料粉体を排出する。材料排出口３２ｃは、材料収容部３２ａの長手方向に延びるスリット形状を有する。リコータヘッド３２の両側面には、平板状のブレード３２ｆｂ，３２ｒｂが設けられる。ブレード３２ｆｂ，３２ｒｂは、材料排出口３２ｃから排出される材料粉体を平坦化して、材料層９１を形成する。なお、図１に示すように、造形にあたり造形テーブル４にベースプレート９０を載置してもよく、その場合、ベースプレート９０上に１層目の材料層９１が形成される。

【0019】

１．３．照射装置５
照射装置５は、図１及び図５に示すように、材料層９１にレーザ光Ｌ又は電子ビームを照射して固化層９２を形成する。好ましくは、照射装置５は、レーザ光Ｌ又は電子ビームを生成する少なくとも１つの光源と、レーザ光Ｌ又は電子ビームを走査する複数の走査装置と備え、複数のレーザ光Ｌ又は電子ビームを同時に照射可能に構成される。

【0020】

本実施形態の照射装置５は、チャンバ１の上方に設けられ、材料層９１の照射領域に４つのレーザ光Ｌを同時に照射可能に構成される。具体的には、照射装置５は、第１照射装置５１と、第２照射装置５２と、第３照射装置５３と、第４照射装置５４とを備える。このような構成では、最大４つのレーザ光Ｌを同時に照射可能であり、造形を高速で行うことができる。第１及び第２照射装置５１，５２、第３及び第４照射装置５３，５４とは、それぞれ同一の筐体内に収容される。

【0021】

図５に示すように、第１照射装置５１は、光源５１ａと、フォーカス制御ユニット５１ｂと、調整レンズ５１ｃと、走査装置５１ｄとを備える。光源５１ａは、レーザ光Ｌを生成する。フォーカス制御ユニット５１ｂは、内部に焦点制御レンズと、焦点制御レンズを前後させるモータとを有しており、焦点制御レンズを光軸方向に前後させることでレーザ光Ｌの焦点位置を調整する。調整レンズ５１ｃは、手動で位置の調整が可能であり、装置の組付時等に生じ得る光学系の誤差を微調整する。走査装置５１ｄは、例えばガルバノスキャナであり、水平１軸方向であるＸ軸方向にレーザ光Ｌを走査するＸ軸ガルバノミラー５１ｄ１と、Ｘ軸方向に直行する他の水平１軸方向であるＹ軸方向にレーザ光Ｌを走査するＹ軸ガルバノミラー５１ｄ２と、Ｘ軸ガルバノミラー５１ｄ１及びＹ軸ガルバノミラー５１ｄ２をそれぞれ回転させるＸ軸アクチュエータ及びＹ軸アクチュエータ（不図示）とを備える。

【0022】

第２～第４照射装置５２，５３，５４は、第１照射装置５１と同様の構成要素を備える。具体的には、第２照射装置５２は、光源５２ａと、フォーカス制御ユニット５２ｂと、調整レンズ５２ｃと、走査装置５２ｄとを備え、走査装置５２ｄは、Ｘ軸ガルバノミラー５２ｄ１と、Ｙ軸ガルバノミラー５２ｄ２と、Ｘ軸アクチュエータ及びＹ軸アクチュエータとを備える。また、第３照射装置５３は、光源５３ａと、フォーカス制御ユニット５３ｂと、調整レンズ５３ｃと、走査装置５３ｄとを備え、走査装置５３ｄは、Ｘ軸ガルバノミラー５３ｄ１と、Ｙ軸ガルバノミラー５３ｄ２と、Ｘ軸アクチュエータ及びＹ軸アクチュエータとを備える。第４照射装置５４は、光源５４ａと、フォーカス制御ユニット５４ｂと、調整レンズ５４ｃと、走査装置５４ｄとを備え、走査装置５４ｄは、Ｘ軸ガルバノミラー５４ｄ１と、Ｙ軸ガルバノミラー５４ｄ２と、Ｘ軸アクチュエータ及びＹ軸アクチュエータとを備える。

【0023】

好ましくは、第１照射装置５１のＸ軸ガルバノミラー５１ｄ１及びＹ軸ガルバノミラー５１ｄ２と、第２照射装置５２のＸ軸ガルバノミラー５２ｄ１及びＹ軸ガルバノミラー５２ｄ２とは、互いに面対称になるように配置され、下流側のガルバノミラー間の距離（本実施形態の例では、Ｘ軸ガルバノミラー５１ｄ１とＸ軸ガルバノミラー５２ｄ１との間の距離）が、近接するように構成されている。これにより、第１照射装置５１により照射されるレーザ光Ｌと、第２照射装置５２により照射されるレーザ光Ｌとの、照射スポットの形状やエネルギー密度の差を低減することができる。これら２つのレーザ光Ｌは、図１において左側のウィンドウ１ａを通過して、材料層９１へと照射される。一例において、第１及び第２照射装置５１，５２は、図１の造形領域Ｒの左半分にレーザ光Ｌを照射する。

【0024】

好ましくは、第３照射装置５３のＸ軸ガルバノミラー５３ｄ１及びＹ軸ガルバノミラー５３ｄ２と、第４照射装置５４のＸ軸ガルバノミラー５４ｄ１及びＹ軸ガルバノミラー５４ｄ２とは、互いに面対称になるように配置され、下流側のガルバノミラー間の距離（本実施形態の例では、Ｘ軸ガルバノミラー５３ｄ１とＸ軸ガルバノミラー５４ｄ１との間の距離）が、近接するように構成されている。これにより、第３照射装置５３により照射されるレーザ光Ｌと、第４照射装置５４により照射されるレーザ光Ｌとの、照射スポットの形状やエネルギー密度の差を低減することができる。これら２つのレーザ光Ｌは、図１において右側のウィンドウ１ａを通過して、材料層９１へと照射される。一例において、第３及び第４照射装置５３，５４は、図１の造形領域Ｒの右半分にレーザ光Ｌを照射する。

【0025】

なお、照射装置５の構成は、上述の例に限定されるものではない。例えば、本実施形態では第１～第４照射装置５１，５２，５３，５４がそれぞれ光源５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａを備えるが、１つの光源で生成されたレーザ光をビームスプリッタ等で分光して各走査装置５１ｄ，５２ｄ，５３ｄ，５４ｄにより走査してもよい。また、照射装置５を、電子ビームを照射するように構成してもよい。その場合、照射装置５は、例えば、電子を放出するカソード電極と、電子を収束して加速するアノード電極と、磁場を形成して電子ビームの方向を一方向に収束するソレノイドと、被照射体である材料層９１と電気的に接続されカソード電極との間に電圧を印加するコレクタ電極とを備える。この場合、カソード電極及びアノード電極が電子ビームを出力する光源の役割を果たし、ソレノイドが電子ビームを走査する走査装置の役割を果たす。

【0026】

１．４．不活性ガス給排装置６
不活性ガス給排装置６は、図１に示すように、不活性ガス供給装置６１と、ヒュームコレクタ６２と、ダクトボックス６８，６９とを備える。不活性ガス給排装置６は、チャンバ１に不活性ガスを供給するとともに、レーザ光Ｌの照射によって発生したヒュームを含む不活性ガスをチャンバ１外に排出する。なお、本開示における不活性ガスとは、材料層９１や固化層９２と実質的に反応しないガスであり、材料の種類に応じて選択され、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを不活性ガスとして使用可能である。

【0027】

チャンバ１には不活性ガスの供給口及び排出口がそれぞれ１つ以上設けられ、チャンバ１は、供給口及び排出口を介して不活性ガス給排装置６と接続されている。本実施形態では、供給口として第１供給口１ｂと第２供給口１ｃとが設けられる。第１供給口１ｂは、チャンバ１の左側の壁面に設けられ、第２供給口１ｃは、チャンバ１の天板に設けられる。チャンバ１の天板には、ウィンドウ１ａを覆うように汚染防止装置１７が設けられる。汚染防止装置１７は、円筒状の筐体１７ａと、筐体１７ａ内に配置された円筒状の拡散部材１７ｃとを備える。筐体１７ａと拡散部材１７ｃの間には、不活性ガス供給空間１７ｄが設けられる。筐体１７ａの底面には、拡散部材１７ｃの径方向の内側に開口部１７ｂが設けられる。また、拡散部材１７ｃには多数の細孔が設けられている。第２供給口１ｃは、不活性ガス供給空間１７ｄに不活性ガスを供給可能となるように設けられる。不活性ガス供給空間１７ｄに供給された清浄な不活性ガスは拡散部材１７ｃの細孔を通じて拡散部材１７ｃ内に充満され、開口部１７ｂから汚染防止装置１７の下方に向かって噴出される。このような構成により、ヒュームのウィンドウ１ａへの付着を防止し、レーザ光Ｌの照射経路からヒュームを排除することができる。なお、本実施形態では、２つのウィンドウ１ａそれぞれを覆うように２つの汚染防止装置１７が設けられ、各汚染防止装置１７に第２供給口１ｃが設けられる。

【0028】

不活性ガスの排出口１ｄは、チャンバ１の右側の壁面に設けられる。このような構成では、第１供給口１ｂから排出口１ｄに向かって、チャンバ１の左右方向に不活性ガスの気流が生成され、ヒュームが滞留しにくくなる。

【0029】

なお、不活性ガスの供給口１ｂ，１ｃ及び排出口１ｄの構成は、本実施形態の例に限定されるものではない。例えば、第１供給口１ｂ及び排出口１ｄをチャンバ１の正面側及び背面側の壁面にそれぞれ設けて、チャンバ１の前後方向に不活性ガスの気流が生成されるような構成としてもよい。

【0030】

不活性ガス供給装置６１は、チャンバ１に不活性ガスを供給する。本実施形態の不活性ガス供給装置６１は、第１供給口１ｂ及び第２供給口１ｃに接続されている。造形中のチャンバ１は、不活性ガス供給装置６１から第１供給口１ｂ及び第２供給口１ｃを介して供給される所定濃度の不活性ガスで充満されている。不活性ガス供給装置６１は、例えば、空気から不活性ガスを生成する不活性ガス生成装置、又は不活性ガスが貯留されるガスボンベである。

【0031】

ヒュームコレクタ６２は、チャンバ１からヒュームと共に排出される不活性ガスからヒュームを除去する。本実施形態のヒュームコレクタ６２は、図１及び図６に示すように、入口弁６２ａ１及び出口弁６２ｂ１と、ヒューム除去フィルタ６３と、送風機６４と、逆洗装置６５と、排気口６６とを備える。

【0032】

ヒュームコレクタ６２は、入口６２ａがダクトボックス６８を介してチャンバ１の排出口１ｄと、出口６２ｂがダクトボックス６９を介してチャンバ１の第１供給口１ｂと、循環路６０によりそれぞれ接続されており、不活性ガスは循環路６０を経由してチャンバ１とヒュームコレクタ６２との間を循環する。入口弁６２ａ１及び出口弁６２ｂ１は、ヒュームコレクタ６２の入口６２ａ側及び出口６２ｂ側にそれぞれ配置される。入口弁６２ａ１及び出口弁６２ｂ１を開くことで循環路６０が開通し、不活性ガスがチャンバ１とヒュームコレクタ６２との間で循環可能となる。また、入口弁６２ａ１及び出口弁６２ｂ１を閉じることで循環路６０が中断され、不活性ガスの循環が停止される。入口弁６２ａ１及び出口弁６２ｂ１は、後述する弁制御部８９ｄにより制御され開閉可能である。

【0033】

ヒューム除去フィルタ６３は、チャンバ１からヒュームと共に排出され所定の流入方向Ｄにヒューム除去フィルタ６３を通過する不活性ガスからヒュームを捕集可能に構成される。なお、流入方向Ｄは、図６に示すように、チャンバ１の排出口１ｄから排出されヒュームコレクタ６２の入口６２ａから流入した不活性ガスがヒューム除去フィルタ６３を通過する際の方向である。また、以下の説明においては、特に言及の無い限り、不活性ガスの流入方向Ｄにおける上流側及び下流側をそれぞれ「上流側」及び「下流側」と称する。

【0034】

ヒューム除去フィルタ６３は少なくとも１つ設けられ、複数のヒューム除去フィルタ６３を流入方向Ｄにおいて並列に設けて、各ヒューム除去フィルタ６３により同時にヒュームを捕集可能に構成してもよい。本実施形態では、４つのヒューム除去フィルタ６３が設けられる。複数のヒューム除去フィルタ６３を並列に設けることで、単位時間あたりのヒュームの捕集能力を増強可能であり、積層造形装置１００の大型化や造形の高速化に伴いヒュームの発生量が増加した場合でも効率的にヒュームを除去できる。

【0035】

送風機６４は、所定の回転数で稼働することにより、チャンバ１とヒュームコレクタ６２との間で不活性ガスを循環させる。送風機６４として、例えば、ファンモータを用いることができる。なお、送風機６４は、ヒューム除去フィルタ６３の下流側に配置することが好ましい。これにより、ヒューム除去フィルタ６３を通過後の不活性ガスが送風機６４と接触することとなり、送風機６４へのヒュームの付着を抑制できる。

【0036】

送風機６４は、インバータ装置６４ａを用いて周波数が変換された交流により、駆動される。インバータ装置６４ａは、交流電源から供給される交流を直流に変換するコンバータ回路と、変換された直流を平滑化するコンデンサと、平滑化された直流を所定の周波数の交流に変換するインバータ回路とを備え、後述するインバータ制御部８９ｃにより制御される。

【0037】

逆洗装置６５は、ヒューム除去フィルタ６３に対して流入方向Ｄとは逆方向に不活性ガスを吹き付ける逆洗を行うように構成される。逆洗を行うことで、ヒューム除去フィルタ６３に付着したヒュームを除去し目詰まりを解消できる。

【0038】

本実施形態の逆洗装置６５は、ヒュームコレクタ６２内に配置された蓄圧タンク６５ａと、ガス供給路６５ｂとを備える。蓄圧タンク６５ａは、加圧された不活性ガスを貯留する。なお、蓄圧タンク６５ａには、チャンバ１に供給される不活性ガスと同種の不活性ガスが貯留することが好ましい。ガス供給路６５ｂは、例えば、パイプ又はホースであり、一端が蓄圧タンク６５ａに接続され、他端がヒューム除去フィルタ６３の下流側においてフィルタに対向するように配置されている。ガス供給路６５ｂの中途には、ガス供給弁６５ｃが設けられる。逆洗装置６５は、後述する逆洗制御部８９ｅにより制御され開閉可能である。

【0039】

ガス供給弁６５ｃを開くことで、蓄圧タンク６５ａから供給された不活性ガスがガス供給路６５ｂの他端からヒューム除去フィルタ６３に向かって噴出して逆洗が行われ、ガス供給弁６５ｃを閉じることで不活性ガスの噴出が停止する。なお、複数のヒューム除去フィルタ６３を設ける場合は、複数のガス供給路６５ｂをヒューム除去フィルタ６３に対向するように配置してもよい。本実施形態では、図６に示すように、２本のガス供給路６５ｂが配置され、各ガス供給路６５ｂにガス供給弁６５ｃが設けられている。逆洗時には、２本のガス供給路６５ｂのガス供給弁６５ｃが交互に開閉され、４つのヒューム除去フィルタ６３の２つずつ（図６において上側に位置する２つのヒューム除去フィルタ６３と、下側に位置する２つのヒューム除去フィルタ６３）に対して交互に不活性ガスが噴出される。これにより、複数のヒューム除去フィルタ６３に対して逆洗を行う場合に、十分な圧力で不活性ガスを噴出させることができる。ヒューム除去フィルタ６３の下方には回収容器６５ｄが配置されている。逆洗によりヒューム除去フィルタ６３から除去されたヒュームは、上流側の直下に落下して回収容器６５ｄ内に収容される。

【0040】

なお、逆洗は、送風機６４を停止し、入口弁６２ａ１及び出口弁６２ｂ１を閉じた状態、換言すれば、チャンバ１とヒュームコレクタ６２との間の不活性ガスの循環が停止された状態で行うことが好ましい。また、不活性ガスの循環が中断されると、チャンバ１からのヒュームの排出が一時的に滞る。従って、逆洗は、ヒュームが発生するレーザ光Ｌ又は電子ビームの照射中以外のタイミングで行うことが好ましい。逆洗を行う好ましいタイミングとしては、例えば、材料層形成装置３による材料層９１の形成時や、三次元造形物の造形が終わり次の造形段取りを始めるまでの間が挙げられる。

【0041】

排気口６６は、入口弁６２ａ１及び出口弁６２ｂ１を閉じた状態で逆洗を行った際に、不活性ガスを外部に排出するために設けられる。本実施形態では、ヒューム除去フィルタ６３の上流側且つ入口弁６２ａ１の下流側において分岐する排気路６７が設けられ、排気路６７の先端が排気口６６として開放されている。排気路６７には排気弁６７ａが設けられ、逆洗を行う際に排気弁６７ａを開くことで不活性ガスが排気口６６から外部に排出され、排気弁６７ａを閉じることで不活性ガスの排出が停止される。排気弁６７ａは、後述する弁制御部８９ｄにより制御され開閉可能である。なお、排気口６６から外部への微量のヒュームの漏出を抑制するために、排気路６７の中途であって排気弁６７ａと排気口６６との間の位置に、ヒュームを捕集可能な排気フィルタ６７ｂを設けることが好ましい。

【0042】

本実施形態のヒュームコレクタ６２は、運転モードとしてヒューム除去モードと逆洗モードとを備え、後述する制御装置８のモード切替部８９ｆにより、運転モードの切替が行われる。ヒュームコレクタ６２は、ヒューム除去モードにおいて、送風機６４を稼働してヒューム除去フィルタ６３により不活性ガスからヒュームを除去し、逆洗モードにおいて、送風機６４を停止して逆洗装置６５により逆洗を行うように構成される。照射装置５によるレーザ光Ｌ又は電子ビームの照射中において、ヒュームコレクタ６２は、ヒューム除去モードで運転されることが好ましい。また、逆洗モードによるヒュームコレクタ６２の運転は、上述の逆洗を行う好ましいタイミングにおいて行われることが好ましい。

【0043】

１．５．圧力検出装置７
圧力検出装置７は、チャンバ１内の圧力Ｐを検出する。圧力検出装置７は、例えば、圧力センサである。検出結果は、制御装置８へと出力される。図１に示すように、本実施形態の圧力検出装置７は、チャンバ１内に配置され、チャンバ１内の圧力Ｐを常時監視可能に構成される。なお、常時監視とは、圧力検出装置７から検出圧力を示す絶え間ない連続信号を取得可能な構成の他、圧力検出装置７から検出圧力を示す信号を所定の短い周期で取得可能な構成も含まれる。

【0044】

チャンバ１内における圧力Ｐの検出位置は、特に限定されない。なお、圧力検出装置７として圧力センサを用いる場合、ヒュームによる圧力センサの劣化を抑制する観点からは、ヒュームの滞留がより少ない第１供給口１ｂ付近に圧力センサを配置することが好ましい。

【0045】

２．制御装置８
次に、積層造形装置１００を制御するための制御装置８について、本発明に関連する構成に限定して説明する。図７は、制御装置８の構成を示すブロック図である。本実施形態の制御装置８は、数値制御部８３、及び積層造形装置１００の各構成要素の制御部８６，８７，８９を備える。また、制御装置８の外部には、ＣＡＤ装置８１及びＣＡＭ装置８２が設けられる。

【0046】

制御装置８の各構成要素、ＣＡＤ装置８１、及びＣＡＭ装置８２は、ソフトウェアによって実現してもよく、ハードウェアによって実現してもよい。ソフトウェアによって実現する場合、ＣＰＵがコンピュータプログラムを実行することによって各種機能を実現することができる。プログラムは、内蔵の記憶部に格納してもよく、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体に格納してもよい。また、外部の記憶部に格納されたプログラムを読み出し、いわゆるクラウドコンピューティングにより実現してもよい。ハードウェアによって実現する場合、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はＤＲＰ（Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等の種々の回路によって実現することができる。本実施形態においては、様々な情報やこれを包含する概念を取り扱うが、これらは、０又は１で構成される２進数のビット集合体として信号値の高低によって表すことができ、上述のソフトウェア又はハードウェアの態様によって通信や演算が実行され得るものである。

【0047】

ＣＡＤ装置８１は、三次元造形物の形状及び寸法を示す三次元形状データ（ＣＡＤデータ）を作成するためのものである。ＣＡＭ装置８２は、ＣＡＤデータに基づき、積層造形装置１００の構成要素の動作手順データ（ＣＡＭデータ）を作成するためのものである。ＣＡＭデータには、例えば、各材料層９１におけるレーザ光Ｌの照射位置や照射条件のデータが含まれる。ＣＡＭデータは、数値制御部８３に出力される。ＣＡＭデータは、フラッシュメモリ等の非一時的な記録媒体に出力し、当該記録媒体を介して数値制御部８３に取り込まれてもよい。或いは、ＣＡＭ用コンピュータと数値制御部８３とをネットワークを介し接続して、ＣＡＭデータを数値制御部８３に出力する構成としてもよい。

【0048】

数値制御部８３は、積層造形装置１００の構成要素に対する動作指令を作成する。数値制御部８３は、記憶部８４及び演算部８５を備える。演算部８５は、記憶部８４に記憶されているＣＡＭデータに基づいて生成される数値制御プログラムを用いた処理を行い、積層造形装置１００の構成要素の制御部に対して動作指令を信号又は動作指令値のデータの形式で出力する。記憶部８４は、ＣＡＭデータ、数値制御プログラム等を記憶する。

【0049】

材料層形成制御部８６は、リコータヘッド駆動装置３３を制御して、リコータヘッド３２を水平１軸方向に往復移動させる。これにより、造形領域Ｒに材料層９１が形成される。

【0050】

照射制御部８７は、動作指令に基づいて照射装置５を構成する第１～第４照射装置５１，５２，５３，５４の動作を制御する。具体的には、照射制御部８７は、光源５１ａ，５２ａ，５３ａ，５４ａ、フォーカス制御ユニット５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ，５４ｂ、及び走査装置５１ｄ，５２ｄ，５３ｄ，５４ｄを制御し、これにより、レーザ光Ｌが、材料層９１の所定の位置に、所定の条件で照射される。

【0051】

ヒュームコレクタ制御部８９は、動作指令に基づいてヒュームコレクタ６２を制御する。本実施形態のヒュームコレクタ制御部８９は、入力部８９ａと、指令部８９ｂと、インバータ制御部８９ｃと、弁制御部８９ｄと、逆洗制御部８９ｅと、を備える。

【0052】

入力部８９ａは、ヒュームコレクタ６２の運転条件の決定に必要な情報を作業者が入力するためのものであり、例えば、タッチパネル、キーボード、又はマウスにより構成される。入力情報は、指令部８９ｂへ送られる。

【0053】

指令部８９ｂは、数値制御部８３から送られる動作指令、及び入力部８９ａから送られる入力情報に基づき、ヒュームコレクタ６２の具体的な運転条件を決定する。本実施形態の指令部８９ｂは、モード切替部８９ｆと、モード継続時間設定部８９ｇとを備える。

【0054】

モード切替部８９ｆは、ヒュームコレクタ６２の運転モードの切替を行う。具体的には、モード切替部８９ｆは、インバータ制御部８９ｃ、弁制御部８９ｄ、及び逆洗制御部８９ｅに対して運転モードの情報を出力する。本実施形態のモード切替部８９ｆは、後述する除去継続時間ｔｒに基づきヒューム除去モードから逆洗モードへの切替を行い、後述する逆洗継続時間ｔｃに基づき逆洗モードからヒューム除去モードへの切替を行う。

【0055】

モード継続時間設定部８９ｇは、ヒューム除去モードによるヒュームコレクタ６２の１回の運転あたりの時間である除去継続時間ｔｒを設定する。また、モード継続時間設定部８９ｇは、逆洗モードによるヒュームコレクタ６２の１回の運転あたりの時間である逆洗継続時間ｔｃを設定する。

【0056】

インバータ制御部８９ｃは、指令部８９ｂから送られる運転条件に基づき、インバータ装置６４ａが出力する交流の周波数を切替えるとともに、例えば、Ｖ／ｆ制御により、周波数に応じて電圧を増減させる。具体的には、インバータ制御部８９ｃは、ヒューム除去モードによる運転では運転条件に従った所定の回転数で送風機６４を稼働させ、逆洗モードによる運転では送風機６４を停止する。また、本実施形態のインバータ制御部８９ｃは、圧力検出装置７により検出されたチャンバ１内の圧力Ｐに基づき、送風機６４の回転数を切り替えるように構成される。

【0057】

弁制御部８９ｄは、指令部８９ｂから送られる運転条件に基づき、入口弁６２ａ１、出口弁６２ｂ１、及び排気弁６７ａの開閉を切り替える。本実施形態の弁制御部８９ｄは、ヒューム除去モードによる運転では入口弁６２ａ１及び出口弁６２ｂ１を開き、排気弁６７ａを閉じ、逆洗モードによる運転では入口弁６２ａ１及び出口弁６２ｂ１を閉じ、排気弁６７ａを開く。

【0058】

逆洗制御部８９ｅは、指令部８９ｂから送られる運転条件に基づき、逆洗装置６５を制御する。具体的には、逆洗制御部８９ｅは、ヒューム除去モードによる運転ではガス供給弁６５ｃを閉じ、逆洗モードによる運転ではガス供給弁６５ｃを所定時間開き、その後一旦ガス供給弁６５ｃを閉じ、蓄圧タンク６５ａに蓄圧後に再度ガス供給弁６５ｃを所定時間開く制御を繰り返し行う。

【0059】

３．積層造形物の製造方法
次に、本実施形態に係る積層造形装置１００を用いた積層造形物の製造方法について説明するとともに、ヒュームコレクタ６２の制御についてより詳細に説明する。本実施形態の製造方法は、固化層形成工程と、ヒューム除去工程と、逆洗工程とを備える。図８は、本実施形態の積層造形方法のフロー図である。

【0060】

造形準備として、作業者は、制御装置８の入力部８９ａに対してヒュームコレクタ６２の運転条件に係る情報を入力し、入力部８９ａが入力情報を取り込む（ステップＳ１）。また、不活性ガス供給装置６１によりチャンバ１に不活性ガスを供給してチャンバ１内に充満させる。ヒュームコレクタ制御部８９は、ヒューム除去モードでヒュームコレクタ６２の運転を開始する。具体的には、弁制御部８９ｄにより入口弁６２ａ１及び出口弁６２ｂ１を開き、排気弁６７ａを閉じ、インバータ制御部８９ｃにより所定の回転数で送風機６４を稼働させる。

【0061】

造形準備が整った後、固化層形成工程が実行される。固化層形成工程では、造形領域Ｒに材料粉体を供給して材料層９１を形成する材料層形成工程と、材料層９１にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層９２を形成する固化工程とを繰り返すことにより、固化層９２を積層する。まず、１回目の材料層形成工程が実行される。具体的には、図９に示すように、ベースプレート９０が載置された造形テーブル４が下降して適切な位置に調整される（ステップＳ２）。材料層形成制御部８６は、リコータヘッド駆動装置３３を制御して、例えば、図９において造形領域Ｒの左側で待機しているリコータヘッド３２を水平１軸方向に造形領域Ｒの左側から右側に移動させる。これにより、造形テーブル４上に材料粉体を供給して１層目の材料層９１が形成される（ステップＳ３）。なお、材料層９１の形成時におけるリコータヘッド３２の移動態様は上述の例に限定されるものではく、例えば、リコータヘッド３２は、造形領域Ｒを左右方向に往復する動作により１層の材料層９１を形成してもよい。

【0062】

次に、１回目の固化工程が実行される。具体的には、照射制御部８７は、照射装置５を制御してレーザ光Ｌを照射する。これにより、図１０に示すように、１層目の材料層９１の所定の照射領域にレーザ光Ｌが照射されて材料層９１が固化され、１層目の固化層９２が形成される（ステップＳ４）。

【0063】

次に、２回目の材料層形成工程が行われる。造形テーブル４の高さを材料層９１の１層分下げた後、図１０において造形領域Ｒの右側から左側にリコータヘッド３２を移動させることにより、１層目の固化層９２を覆うように２層目の材料層９１を形成する。続いて、２回目の固化工程が行われる。２層目の材料層９１の所定の照射領域にレーザ光Ｌを照射することによって２層目の材料層９１を固化させ、２層目の固化層９２を形成する。所定数の固化層９２の造形が完了するまで、材料層形成工程及び固化工程が繰り返し実行される。隣接する固化層９２は、互いに強く固着される。

【0064】

固化層形成工程と並行して、ヒューム除去工程及び逆洗工程が実行される。ヒューム除去工程では、ヒュームコレクタ６２により、チャンバ１からヒュームと共に排出される不活性ガスからヒュームを除去する。本実施形態では、ヒュームコレクタ６２をヒューム除去モードで運転することで、ヒューム除去工程が実行される（ステップＳ５）。

【0065】

本実施形態では、ヒューム除去工程において、チャンバ１内の圧力Ｐに基づき送風機６４の回転数を切り替えるように、ヒュームコレクタ６２が制御装置８により制御される。具体的には、チャンバ１内の圧力Ｐが略一定又は所定の許容範囲内に保持されるように、制御装置８のインバータ制御部８９ｃがインバータ装置６４ａから出力される交流の周波数を切り替えて、送風機６４の回転数を増減させる。

【0066】

一例において、インバータ制御部８９ｃは、チャンバ１内の圧力Ｐが所定の許容範囲を下回る場合に、送風機６４の回転数を増加させる。また、インバータ制御部８９ｃは、チャンバ１内の圧力Ｐが所定の許容範囲を上回る場合に、送風機６４の回転数を減少させる。具体的には、圧力Ｐの許容範囲として上限値Ｐｍａｘ及び下限値Ｐｍｉｎを設定した場合、チャンバ１内の圧力Ｐについて、Ｐ＜Ｐｍｉｎとなった時点で、インバータ制御部８９ｃは、インバータ装置６４ａから出力される交流の周波数を増加させ、送風機６４の回転数を増加させる。また、Ｐｍａｘ＜Ｐとなった時点で、インバータ制御部８９ｃは、インバータ装置６４ａから出力される交流の周波数を減少させ、送風機６４の回転数を減少させる。

【0067】

なお、送風機６４の回転数の増加又は減少によりチャンバ１内の圧力Ｐが許容範囲内に回復した（Ｐｍｉｎ≦Ｐ≦Ｐｍａｘとなった）後は、例えば、圧力Ｐが許容範囲内に回復した時点で送風機６４の回転数の増加又は減少を停止し、その時点での回転数を圧力Ｐが許容範囲を再び外れるまで維持してもよい。或いは、圧力Ｐが許容範囲内に回復後も送風機６４の回転数の増加又は減少を継続し、圧力ＰがＰｍｉｎ≦Ｐｒｅｆ≦Ｐｍａｘを満たす所定の基準圧力Ｐｒｅｆに達した時点で送風機６４の回転数の増加又は減少を停止し、その時点の回転数を圧力Ｐが許容範囲を再び外れるまで維持してもよい。基準圧力Ｐｒｅｆは、例えば、Ｐｒｅｆ＝（Ｐｍｉｎ＋Ｐｍａｘ）／２となるように設定可能である。

【0068】

ヒューム除去フィルタ６３にヒュームが付着して目詰まりが発生すると、チャンバ１とヒュームコレクタ６２との間の不活性ガスの循環風量が低下し、ヒュームの排出効率が低下する。この際、循環風量の低下に伴い、チャンバ１内の圧力Ｐが低下する。従って、チャンバ１内の圧力Ｐが許容範囲を下回る場合に、送風機６４の回転数を増加させることで、チャンバ１とヒュームコレクタ６２との間の循環風量を増加させて、ヒュームの滞留を防止することができる。

【0069】

この際、レーザ光Ｌ又は電子ビームの照射を中断する必要がないため、造形時間を増加させることなくヒューム除去フィルタ６３の目詰まりに伴う造形品質の低下を抑制できる。特に、本実施形態のように複数のレーザ光Ｌ又は電子ビームを同時に照射する場合、単位時間あたりのヒュームの発生量が増加する。その結果、ヒューム除去フィルタ６３の目詰まりを解消するために逆洗を頻回又は長時間行う必要が生じて造形時間が増加したり、１層の材料層９１に対する照射中に目詰まりが発生し循環風量が低下する可能性がある。送風機６４の回転数の制御により循環風量が維持可能となることで、逆洗の実施回数及び時間を低減可能である他、循環風量の低下により照射が中断される事態を回避することができる。

【0070】

一方、チャンバ１とヒュームコレクタ６２との間の不活性ガスの循環風量が大きすぎると、材料層９１を形成する材料粉体が吹き飛ばされるおそれがある。従って、チャンバ１内の圧力Ｐが許容範囲を上回る場合に、送風機６４の回転数を減少させることで、チャンバ１とヒュームコレクタ６２との間の循環風量を減少させて、そのような事態を回避することができる。

【0071】

ここで、ヒュームの排出効率の低下を回避するうえでは、チャンバ１内又は循環路６０内で風速を検出し、検出結果に基づき送風機６４の回転数を制御する構成も考えられる。しかし、風速はチャンバ１内又は循環路６０内の検出位置によって差が出やすいため、検出位置の調整が煩雑となったり、複数箇所で風速を測定するために検出装置が複雑化する可能性がある。

【0072】

これに対し、本実施形態では、チャンバ１内の圧力に基づき送風機６４の回転数を制御する。チャンバ１内の圧力は不活性ガスの循環風量との相関があり、またチャンバ１の内部における圧力分布は略均一である。従って、ヒュームの排出効率の低下を回避するための送風機６４の回転数の制御を、圧力の検出位置によらず、比較的単純な圧力検出装置７を用いて高精度で行うことが可能となる。

【0073】

本実施形態では、モード継続時間設定部８９ｇにより除去継続時間ｔｒが設定される。モード切替部８９ｆは、ヒューム除去モードによるヒュームコレクタ６２の運転開始（換言すれば、ヒューム除去工程の開始）から除去継続時間ｔｒが経過するまでヒューム除去モードを継続し（ステップＳ６）、除去継続時間ｔｒが経過した時点で、逆洗モードへの切替を行う。これにより、１回目のヒューム除去工程が終了する。

【0074】

逆洗工程では、逆洗装置６５により逆洗を行う。本実施形態では、ヒュームコレクタ６２を逆洗モードで運転することで逆洗工程が実行される（ステップＳ７）。具体的には、インバータ制御部８９ｃにより送風機６４を停止させ、弁制御部８９ｄにより入口弁６２ａ１及び出口弁６２ｂ１を閉じ、排気弁６７ａを開き、逆洗制御部８９ｅによりガス供給弁６５ｃを開く。

【0075】

造形中において、モード切替部８９ｆは、逆洗モードによるヒュームコレクタ６２の運転が材料層９１の形成時に行われるように運転モードの切替を行うことが好ましい。換言すれば、逆洗工程は、材料層形成工程中に行われることが好ましい。また、逆洗は、１層の固化層９２が形成される毎に、換言すれば、毎回の材料層形成工程において行ってもよく、固化層形成工程が複数回行われて複数層の固化層９２が形成される毎に、その直後の材料層形成工程で行ってもよい。逆洗を毎回の材料層形成工程において行うことで、大面積の造形時等において１層の固化層９２の形成時のヒュームの発生量が比較的大きい場合でも、ヒューム除去フィルタ６３の目詰まりに伴う循環風量の低下を効果的に抑制できる。一方、ヒュームは、ヒューム除去フィルタ６３への付着直後よりもある程度時間が経過して凝固した状態の方が除去しやすいため、複数回の固化層形成工程後の材料層形成工程で逆洗を行うことで、ヒュームを効率よく除去可能となる。

【0076】

本実施形態では、モード継続時間設定部８９ｇにより逆洗継続時間ｔｃが設定される。モード切替部８９ｆは、逆洗モードによるヒュームコレクタ６２の運転開始（換言すれば、逆洗工程の開始）から逆洗継続時間ｔｃが経過するまで逆洗モードを継続し（ステップＳ８）、逆洗継続時間ｔｃが経過した時点で運転モードの切替を行って再びヒューム除去モードによる運転を開始する（ステップＳ５）。これにより、１回目の逆洗工程が終了する。

【0077】

このような構成では、ヒューム除去工程において送風機６４の回転数を制御して不活性ガスの循環風量を維持するとともに、逆洗工程においてヒューム除去フィルタ６３の目詰まりを解消することで、循環風量の低下をさらに抑制し、チャンバ１からより効率的にヒュームを排除することが可能となる。

【0078】

本実施形態では、三次元造形物の造形中において逆洗モードによりヒュームコレクタ６２を運転する際の逆洗継続時間ｔｃとして、第１逆洗継続時間ｔｃ１、及び第２逆洗継続時間ｔｃ２が設定される。第１逆洗継続時間ｔｃ１は、制御装置８がヒューム除去モードのヒュームコレクタ６２を制御することでチャンバ１内の圧力Ｐが所定の許容範囲に収まる場合において、その直後の逆洗モードによるヒュームコレクタ６２の運転における逆洗継続時間ｔｃである。本実施形態では、ヒューム除去モードにおいてインバータ制御部８９ｃにより送風機６４の回転数の制御を行うことでＰｍｉｎ≦Ｐ≦Ｐｍａｘとなっている場合、その直後に逆洗モードへ切り替えてから第１逆洗継続時間ｔｃ１が経過するまでの間、逆洗工程が行われる。

【0079】

好ましくは、第１逆洗継続時間ｔｃ１は、１回の材料層形成工程の工程時間ｔｍ（換言すれば、１層の材料層９１の形成に要する時間）よりも小さく設定される。これにより、逆洗を１回の材料層形成工程中に完了させることができ、造形を中断する必要がない。

【0080】

図１１Ａは、第１逆洗継続時間ｔｃ１に基づくヒューム除去モードから逆洗モードへの切替のタイミングの一例を示す図である。図中のｔｉは、１回の固化工程の工程時間（換言すれば、１層の材料層９１に対するレーザ光Ｌの照射に要する時間）を示す。ｋ層目の材料層形成工程中に逆洗モードへの切替を行う場合、（ｋ－１）層目の固化工程が終了し、ｋ層目の材料層形成工程が開始した後、所定時間ｔｗ１の経過後に切替を行うことが好ましい。（ｋ－１）層目の固化工程の終了後も所定時間ｔｗ１が経過するまでヒューム除去モードによる運転を継続することで、レーザ光Ｌの照射終了間際に発生したヒュームがチャンバ１内に滞留することを防止できる。また、その後の逆洗モードからヒューム除去モードへの切替は、ｋ層目の材料層形成工程が終了しｋ層目の固化工程が開始する時点よりも所定時間ｔｗ２前に行うことが好ましい。ｋ層目の固化工程の開始前にヒューム除去モードによるヒュームコレクタ６２の運転を開始することで、チャンバ１内が好適な圧力Ｐに保たれた状態でレーザ光Ｌの照射を開始することができる。

【0081】

第２逆洗継続時間ｔｃ２は、制御装置８がヒューム除去モードのヒュームコレクタ６２を制御し送風機６４の回転数が所定の上限値ｒに達しても圧力Ｐが許容範囲を下回る場合において、その直後の逆洗モードによるヒュームコレクタ６２の運転における逆洗継続時間ｔｃであり、第１逆洗継続時間ｔｃ１よりも長く設定される。本実施形態では、ヒューム除去モードによる運転中にＰ＜Ｐｍｉｎとなり、インバータ装置６４ａから出力される交流の周波数を増加させて送風機６４の回転数が所定の上限値ｒに達しても圧力Ｐが許容範囲（Ｐｍｉｎ≦Ｐ≦Ｐｍａｘ）に回復しない場合に、その直後に逆洗モードへ切り替えてから第２逆洗継続時間ｔｃ２が経過するまでの間、逆洗工程が行われる。これにより、送風機６４の回転数が上限値ｒに達しても圧力Ｐが回復しないほどの目詰まりが発生しているヒューム除去フィルタ６３に対して、より長時間逆洗を行って、その後の造形における不活性ガスの循環風量の低下を抑制することができる。

【0082】

第２逆洗継続時間ｔｃ２は、造形時間への影響を最小化するために１回の材料層形成工程の工程時間ｔｍより小さく設定されてもよい。或いは、ヒューム除去フィルタ６３の目詰まりの解消を優先させて、第２逆洗継続時間ｔｃ２を、材料層形成工程の終了後も所定時間逆洗が継続されるように（例えば、ｔｍ＜ｔｃ２となるように）設定してもよい。なお、第２逆洗継続時間ｔｃ２に基づく逆洗モードでの運転においても、第１逆洗継続時間ｔｃ１と同様に、所定時間ｔｗ１，ｔｗ２を確保してモード切替を行うことが好ましい。

【0083】

図１１Ｂは、第２逆洗継続時間ｔｃ２に基づくヒューム除去モードから逆洗モードへの切替のタイミングの一例を示す図である。本例では、（ｋ－１）層目の固化工程が終了し、ｋ層目の材料層形成工程が開始した後、所定時間ｔｗ１の経過後に逆洗モードへの切替が行われる。そして、ｋ層目の材料層形成工程の終了後も所定時間ｔｗ３逆洗が継続された後、ヒューム除去モードへの切替が行われる。従って、ｔｗ１＋ｔｃ２＝ｔｍ＋ｔｗ３の関係にある。ヒューム除去モードへの切替後、さらに所定時間ｔｗ２が経過した後に、ｋ層目の固化工程が開示される。このような構成では、逆洗工程を１回実施するごとに、造形時間が時間（ｔｗ２＋ｔｗ３）だけ延長されることとなる。

【0084】

また、値の異なる第２逆洗継続時間ｔｃ２を複数設定し、適宜選択可能としてもよい。例えば、Ｐ＜Ｐｍｉｎとなり、送風機６４の回転数を上限値ｒまで増加させても圧力Ｐが許容範囲に回復しない場合において、圧力Ｐの値が比較的大きい場合には複数の第２逆洗継続時間ｔｃ２から比較的小さい値を選択し、圧力Ｐの値が比較的小さい場合には複数の第２逆洗継続時間ｔｃ２から比較的大きい値を選択してもよい。第２逆洗継続時間ｔｃ２を複数設定することで、逆洗に伴う造形時間への影響を抑制することができる。

【0085】

なお、除去継続時間ｔｒ、第１逆洗継続時間ｔｃ１、及び第２逆洗継続時間ｔｃ２は、作業者が制御装置８の入力部８９ａに対してヒュームコレクタ６２の運転条件に係る情報として入力したものを用いてもよい。或いは、造形条件に応じた最適な除去継続時間ｔｒ、第１逆洗継続時間ｔｃ１、及び第２逆洗継続時間ｔｃ２を記録したデータベース、又は造形条件から除去継続時間ｔｒ、第１逆洗継続時間ｔｃ１、及び第２逆洗継続時間ｔｃ２を求めるための関数等を予め作成し、モード継続時間設定部８９ｇがこれらを用いて除去継続時間ｔｒ、第１逆洗継続時間ｔｃ１、及び第２逆洗継続時間ｔｃ２を自動で設定する構成としてもよい。

【0086】

造形が完了するまで、上述の工程が繰り返し実行される。なお、造形中又は造形後に、固化層９２に対して必要に応じて機械加工装置（不図示）による切削加工等を行ってもよい。機械加工装置は、例えば、チャンバ１内に設けられ、切削等の機械加工を行うための工具（例えば、エンドミル）を加工ヘッドに取り付けて構成され、加工ヘッドを水平方向及び鉛直方向に適宜移動させて機械加工を行う。造形完了後は、未固化の材料粉体及び切削屑を排出することによって造形物を得ることができる。また、機械加工中はヒュームコレクタ６２の送風機６４を停止してもよく、機械加工中に逆洗モードによるヒュームコレクタ６２の運転を行ってもよい。

【0087】

本実施形態では、三次元造物の造形が終わり次の造形段取りを始めるまでの間において、逆洗モードによるヒュームコレクタ６２の運転を行う。この際の逆洗継続時間ｔｃとして、モード継続時間設定部８９ｇは、第１逆洗継続時間ｔｃ１よりも長い第３逆洗継続時間ｔｃ３を設定する。次の造形段取りを始めるまでのレーザ光Ｌの照射が長時間行われないタイミングを利用して比較的長時間逆洗を行うことで、ヒューム除去フィルタ６３の目詰まりを解消し、次の造形における不活性ガスの循環風量の低下を抑制することができる。

【0088】

第３逆洗継続時間ｔｃ３は、上述した除去継続時間ｔｒの設定態様と同様に、作業者が入力部８９ａに対してヒュームコレクタ６２の運転条件に係る情報として入力したものを用いてもよく、データベースや関数等を用いてモード継続時間設定部８９ｇが自動で設定する構成としてもよい。なお、ヒューム除去フィルタ６３の目詰まりの程度や次の造形段取りを始めるまでの照射停止時間は造形の状況によって変化するため、モード継続時間設定部８９ｇによる自動設定では第３逆洗継続時間ｔｃ３が過大又は過小となりやすい。従って、ヒューム除去フィルタ６３の目詰まりを解消するうえで必要十分な第３逆洗継続時間ｔｃ３を設定するために、第３逆洗継続時間ｔｃ３は、三次元造物の造形が終わる毎に作業者が入力部８９ａに対して入力して設定されることが好ましい。

【0089】

４．他の実施形態
本発明は、以下の態様でも実施可能である。

【0090】

上述の実施形態のヒュームコレクタ６２は、ヒューム除去フィルタ６３によりヒュームを捕集する濾過式集塵機であったが、ヒュームコレクタ６２は電気集塵機でもよい。電気集塵機は、コロナ放電により不活性ガス中のヒュームを帯電させ、クーロン力によってヒュームを捕集する。また、高電圧の印加により発生するオゾンを触媒により分解するためにフィルタ状の触媒ユニットが設けられている。造形に伴い触媒ユニットにヒュームが付着し目詰まりが発生すると、不活性ガスの循環風量が低下し得る。このような構成においても、チャンバ１内の圧力に基づき送風機６４の回転数を切り替えるようにヒュームコレクタ６２を制御することで、循環風量の低下を抑制できる。

【0091】

以上、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0092】

１ ：チャンバ
１ａ ：ウィンドウ
１ｂ ：第１供給口
１ｃ ：第２供給口
１ｄ ：排出口
３ ：材料層形成装置
４ ：造形テーブル
５ ：照射装置
６ ：不活性ガス給排装置
７ ：圧力検出装置
８ ：制御装置
１７ ：汚染防止装置
１７ａ ：筐体
１７ｂ ：開口部
１７ｃ ：拡散部材
１７ｄ ：不活性ガス供給空間
３１ ：ベース
３２ ：リコータヘッド
３２ａ ：材料収容部
３２ｂ ：材料供給口
３２ｃ ：材料排出口
３２ｆｂ ：ブレード
３２ｒｂ ：ブレード
３３ ：リコータヘッド駆動装置
４１ ：造形テーブル駆動装置
５１ ：第１照射装置
５１ａ ：光源
５１ｂ ：フォーカス制御ユニット
５１ｃ ：調整レンズ
５１ｄ ：走査装置
５１ｄ１ ：Ｘ軸ガルバノミラー
５１ｄ２ ：Ｙ軸ガルバノミラー
５２ ：第２照射装置
５２ａ ：光源
５２ｂ ：フォーカス制御ユニット
５２ｃ ：調整レンズ
５２ｄ ：走査装置
５２ｄ１ ：Ｘ軸ガルバノミラー
５２ｄ２ ：Ｙ軸ガルバノミラー
５３ ：第３照射装置
５３ａ ：光源
５３ｂ ：フォーカス制御ユニット
５３ｃ ：調整レンズ
５３ｄ ：走査装置
５３ｄ１ ：Ｘ軸ガルバノミラー
５３ｄ２ ：Ｙ軸ガルバノミラー
５４ ：第４照射装置
５４ａ ：光源
５４ｂ ：フォーカス制御ユニット
５４ｃ ：調整レンズ
５４ｄ ：走査装置
５４ｄ１ ：Ｘ軸ガルバノミラー
５４ｄ２ ：Ｙ軸ガルバノミラー
６０ ：循環路
６１ ：不活性ガス供給装置
６２ ：ヒュームコレクタ
６２ａ ：入口
６２ａ１ ：入口弁
６２ｂ ：出口
６２ｂ１ ：出口弁
６３ ：ヒューム除去フィルタ
６４ ：送風機
６４ａ ：インバータ装置
６５ ：逆洗装置
６５ａ ：蓄圧タンク
６５ｂ ：ガス供給路
６５ｃ ：ガス供給弁
６５ｄ ：回収容器
６６ ：排気口
６７ ：排気路
６７ａ ：排気弁
６７ｂ ：排気フィルタ
６８ ：ダクトボックス
６９ ：ダクトボックス
８１ ：ＣＡＤ装置
８２ ：ＣＡＭ装置
８３ ：数値制御部
８４ ：記憶部
８５ ：演算部
８６ ：材料層形成制御部
８７ ：照射制御部
８９ ：ヒュームコレクタ制御部
８９ａ ：入力部
８９ｂ ：指令部
８９ｃ ：インバータ制御部
８９ｄ ：弁制御部
８９ｅ ：逆洗制御部
８９ｆ ：モード切替部
８９ｇ ：モード継続時間設定部
９０ ：ベースプレート
９１ ：材料層
９２ ：固化層
１００ ：積層造形装置
Ｄ ：流入方向
Ｌ ：レーザ光
Ｒ ：造形領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】