特許 7585270 積層造形装置、三次元造形物の製造方法、及びティーチング方法

(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】2024-11-08

(45)【発行日】2024-11-18

(54)【発明の名称】積層造形装置、三次元造形物の製造方法、及びティーチング方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/82 20210101AFI20241111BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20241111BHJP

   B22F 10/73 20210101ALI20241111BHJP

   B22F 10/80 20210101ALI20241111BHJP

   B22F 12/88 20210101ALI20241111BHJP

   B22F 12/90 20210101ALI20241111BHJP

   B29C 64/379 20170101ALI20241111BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20241111BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20241111BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20241111BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20241111BHJP

【ＦＩ】

B22F12/82

B22F10/28

B22F10/73

B22F10/80

B22F12/88

B22F12/90

B29C64/379

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022161100

(22)【出願日】2022-10-05

(65)【公開番号】P2024054693

(43)【公開日】2024-04-17

【審査請求日】2023-07-24

(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】岡▲崎▼ 秀二

【審査官】坂本 薫昭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１００４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５０９５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９９９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０６７５９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ ３／１０５，３／１６，１０／２８，１０／７３，１０／８０，

１２／８２，１２／８８，１２／９０

Ｂ２８Ｂ １／３０

Ｂ２９Ｃ ６４／１５３，６４／３７９，６４／３８６，６４／３９３

Ｂ３３Ｙ １０／００，３０／００，５０／００，５０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形テーブルと、チャンバと、材料層形成装置と、チャック装置と、材料回収装置と、搬送ロボットと、移動ロボットと、制御装置とを備える積層造形装置であって、
前記造形テーブルは、テーブル駆動機構により上下運動可能に構成され、
前記チャンバは、前記造形テーブル上に設けられた、造形物が形成される領域である造形領域を覆い、
前記材料層形成装置は、前記造形領域に載置されたベースプレート上に材料粉体を供給して材料層を形成し、
前記チャック装置は、前記造形テーブル上に配置され、前記ベースプレートを前記造形領域内に着脱自在且つ固定可能に構成され、
前記材料回収装置は、前記造形テーブル上の余剰の前記材料粉体を吸引可能な吸引ノズルを備え、
前記搬送ロボットは、前記ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された前記造形物とを前記チャンバから取り出し可能に構成され、
前記移動ロボットは、前記吸引ノズルを移動可能に構成され、
前記制御装置は、前記テーブル駆動機構を制御して前記造形テーブルを所定の上昇量だけ上昇させることと、ティーチングデータに従って前記移動ロボットを制御して前記吸引ノズルを移動させながら余剰の前記材料粉体の吸引を行うことと、を交互に繰り返し、
前記ティーチングデータは、前記吸引ノズルの移動経路と姿勢とに関する情報を含み、
前記情報は、前記造形物の形状及び前記造形テーブルの高さに対応した情報である、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、
前記ベースプレート及び前記造形物を少なくとも含む領域の画像を取得可能に構成された撮像装置を備え、
前記制御装置は、前記撮像装置が取得した前記画像を用いて余剰の前記材料粉体の有無を判定する、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、
前記吸引ノズルによる被吸引物中の前記材料粉体の割合を検出可能な検出手段を備え、
前記制御装置は、前記材料粉体の前記割合に基づいて余剰の前記材料粉体の有無を判定する、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、
前記検出手段は、流量センサである、積層造形装置。

【請求項5】

請求項１又は請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記造形テーブルを囲繞し、前記造形テーブル上に前記材料粉体を保持するように設けられた粉体保持壁と、
前記粉体保持壁の外側に排出される余剰の前記材料粉体を収容するように構成された材料回収バケットと、を備え、
前記材料回収装置は、運転モードとして回収モードと吸引モードとを備え、
前記制御装置は、前記運転モードの切り替えを行うように構成され、
前記材料回収装置は、前記回収モードにおいて、前記材料回収バケット内の前記材料粉体を回収し、且つ不純物を除去したうえで前記材料粉体を前記材料層形成装置へ供給し、前記吸引モードにおいて、前記移動ロボットにより前記吸引ノズルを移動させて前記造形テーブル上の余剰の前記材料粉体を前記吸引ノズルにより吸引し、且つ前記材料粉体から不純物を除去するように構成される、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、
前記チャック装置の側面は、チャックカバーにより覆われており、
前記チャックカバーは、外側カバーと、内側カバーとを備え、
前記外側カバーは、前記内側カバーの側面の少なくとも一部を覆い、
前記内側カバーは、前記チャック装置の前記側面を覆う、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、
前記チャック装置は、取付プレートを介して前記ベースプレートを固定する、積層造形装置。

【請求項8】

請求項１又は請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記吸引ノズルは、先端側に吸引部を備え、
前記吸引部は、先端側の端面を傾斜面で切断した筒形状を有し、
前記傾斜面に開口部が設けられる、積層造形装置。

【請求項9】

請求項１又は請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記搬送ロボットは、前記ベースプレートを前記チャンバに搬入可能に構成される、積層造形装置。

【請求項10】

請求項１又は請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記搬送ロボットは、前記造形物を前記チャンバから取り出した後、当該造形物を反転するように構成される、積層造形装置。

【請求項11】

三次元造形物の製造方法であって、
載置工程と、固化層形成工程と、吸引工程と、取り出し工程とを備え、
前記載置工程では、造形テーブル上に配置されたチャック装置によってベースプレートを着脱自在に固定することにより、前記造形テーブル上に設けられた、造形物が形成される領域である造形領域に前記ベースプレートを載置し、
前記固化層形成工程では、前記ベースプレート上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、前記材料層の所定の照射領域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、前記固化層を積層し、
前記吸引工程では、テーブル駆動機構により前記造形テーブルを所定の上昇量だけ上昇させることと、ティーチングデータに従って移動ロボットにより吸引ノズルを移動させながら余剰の前記材料粉体の吸引を行うことと、を交互に繰り返し、
前記取り出し工程では、前記ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された前記造形物とを、前記造形領域を覆うチャンバから搬送ロボットにより取り出し、
前記ティーチングデータは、前記吸引ノズルの移動経路と姿勢とに関する情報を含み、
前記情報は、前記造形物の形状及び前記造形テーブルの高さに対応した情報である、製造方法。

【請求項12】

三次元造形物の積層造形において発生する余剰の材料粉体を吸引ノズルで吸引する際に用いられるティーチングデータを取得するためのティーチング方法であって、
載置工程と、造形工程と、記録工程と、上昇工程とを備え、
前記載置工程では、造形テーブル上に配置されたチャック装置によってベースプレートを着脱自在に固定することにより、前記造形テーブル上に設けられた、造形物が形成される領域である造形領域に前記ベースプレートを載置し、
前記造形工程では、前記ベースプレート上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、前記材料層の所定の照射領域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、前記固化層を積層して三次元造形物を造形し、
前記記録工程では、移動ロボットを手動で操作して前記吸引ノズルを移動させながら前記造形テーブル上の余剰の前記材料粉体の吸引を行い、前記吸引ノズルの位置座標及び姿勢を記録し、
前記上昇工程では、前記造形テーブルを所定の上昇量だけ上昇させ、
前記記録工程と前記上昇工程とを繰り返すことにより、前記ティーチングデータを取得し、
前記ティーチングデータは、前記吸引ノズルの移動経路と姿勢とに関する情報を含み、
前記情報は、前記造形物の形状及び前記造形テーブルの高さに対応した情報である、ティーチング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層造形装置、三次元造形物の製造方法、及びティーチング方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

三次元造形物の積層造形では、種々の方式が知られている。例えば、粉末床溶融結合を実施する積層造形装置は、チャンバ内に配置された造形テーブル上の造形領域にベースプレートを配置し、造形領域に材料粉体を供給して材料層を形成し、レーザ光又は電子ビームを材料層の所定位置に照射することで材料粉体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ベースプレート上に固化層が積層され、必要に応じて造形中又は造形後に切削手段による切削加工を行うことで、所望の三次元造形物が製造される。

【0003】

粉末床溶融結合のような材料粉体を使用する積層造形においては、造形領域に供給された材料粉体の全てが固化されるわけではない。造形後には、造形物、ベースプレート、造形テーブル上やその周辺に固化されていない材料粉体が残るため、造形物をチャンバから取り出す際に余剰材料の除去が必要となる。

【0004】

特許文献１に開示されるように、積層造形装置に、余剰材料を吸引除去するための吸引ノズルが設けることが公知である。造形物を取り出す前に、作業者が吸引ノズルを操作して余剰材料を吸引することで、余剰材料が除去される。このような積層造形装置において、造形後に自動で造形物をチャンバから取り出したいという需要がある。例えば、造形物に対して二次加工を行う場合、積層造形装置から造形物を取り出し、取り出した造形物を二次加工装置に送る一連の工程を自動で行なうようにすることが望まれている。自動で造形物をチャンバから取り出す際に、造形後の余剰材料を自動で除去することが必要となる。特許文献２は、造形後に残る余剰材料の除去を吸引ノズルで自動除去する構成を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６１３２９６２号公報

【文献】特開２００２－２０５３３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献２に示されるような余剰材料を自動で吸引除去する従来の積層造形装置においては、しばしば、造形物に形成された窪みや溝の中に入り込んだ余剰材料を含めてベースプレート、造形テーブル、及び造形プレートの周辺に残留する余剰材料を十分に除去しきれないことがある。造形テーブル上に余剰材料が残っている場合は、次回の造形において交換するベースプレートないしパレットを造形テーブル上に設置する際の高精度の位置決めと材料粉体の再利用に悪影響を与えるため、人の手で余剰材料を除去しない限り造形物を取り出すことができず、造形物の取出しと搬送における自動化の妨げとなっていた。

【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、造形テーブル上の余剰材料をより好適に除去することで、造形物の取り出しの無人化を可能とする積層造形装置、三次元造形物の製造方法、及びティーチング方法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］造形テーブルと、チャンバと、材料層形成装置と、チャック装置と、材料回収装置と、搬送ロボットと、移動ロボットと、制御装置とを備える積層造形装置であって、前記造形テーブルは、テーブル駆動機構により上下運動可能に構成され、前記チャンバは、前記造形テーブル上に設けられた、造形物が形成される領域である造形領域を覆い、前記材料層形成装置は、前記造形領域に載置されたベースプレート上に材料粉体を供給して材料層を形成し、前記チャック装置は、前記造形テーブル上に配置され、前記ベースプレートを前記造形領域内に着脱自在且つ固定可能に構成され、前記材料回収装置は、前記造形テーブル上の余剰の前記材料粉体を吸引可能な吸引ノズルを備え、前記搬送ロボットは、前記ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された前記造形物とを前記チャンバから取り出し可能に構成され、前記移動ロボットは、前記吸引ノズルを移動可能に構成され、前記制御装置は、前記テーブル駆動機構を制御して前記造形テーブルを所定の上昇量だけ上昇させることと、ティーチングデータに従って前記移動ロボットを制御して前記吸引ノズルを移動させながら余剰の前記材料粉体の吸引を行うことと、を交互に繰り返し、前記ティーチングデータには、前記造形物の形状及び前記造形テーブルの高さに対応する、前記吸引ノズルの移動経路及び姿勢が含まれる、積層造形装置。
［２］［１］に記載の積層造形装置であって、前記ベースプレート及び前記造形物を少なくとも含む領域の画像を取得可能に構成された撮像装置を備え、前記制御装置は、前記撮像装置が取得した前記画像を用いて余剰の前記材料粉体の有無を判定する、積層造形装置。
［３］［１］又は［２］に記載の積層造形装置であって、前記吸引ノズルによる被吸引物中の前記材料粉体の割合を検出可能な検出手段を備え、前記制御装置は、前記材料粉体の前記割合に基づいて余剰の前記材料粉体の有無を判定する、積層造形装置。
［４］［３］に記載の積層造形装置であって、前記検出手段は、流量センサである、積層造形装置。
［５］［１］から［４］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、前記造形テーブルを囲繞し、前記造形テーブル上に前記材料粉体を保持するように設けられた粉体保持壁と、前記粉体保持壁の外側に排出される余剰の前記材料粉体を収容するように構成された材料回収バケットと、を備え、前記材料回収装置は、運転モードとして回収モードと吸引モードとを備え、前記制御装置は、前記運転モードの切り替えを行うように構成され、前記材料回収装置は、前記回収モードにおいて、前記材料回収バケット内の前記材料粉体を回収し、且つ不純物を除去したうえで前記材料粉体を前記材料層形成装置へ供給し、前記吸引モードにおいて、前記移動ロボットにより前記吸引ノズルを移動させて前記造形テーブル上の余剰の前記材料粉体を前記吸引ノズルにより吸引し、且つ前記材料粉体から不純物を除去するように構成される、積層造形装置。
［６］［１］から［５］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、前記チャック装置の側面は、チャックカバーにより覆われており、前記チャックカバーは、外側カバーと、内側カバーとを備え、前記外側カバーは、前記内側カバーの側面の少なくとも一部を覆い、前記内側カバーは、前記チャック装置の前記側面を覆う、積層造形装置。
［７］［１］から［６］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、前記チャック装置は、取付プレートを介して前記ベースプレートを固定する、積層造形装置。
［８］［１］から［７］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、前記吸引ノズルは、先端側に吸引部を備え、前記吸引部は、先端側の端面を傾斜面で切断した筒形状を有し、前記傾斜面に開口部が設けられる、積層造形装置。
［９］［１］から［８］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、前記搬送ロボットは、前記ベースプレートを前記チャンバに搬入可能に構成される、積層造形装置。
［１０］［１］から［９］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、前記搬送ロボットは、前記造形物を前記チャンバから取り出した後、当該造形物を反転するように構成される、積層造形装置。
［１１］三次元造形物の製造方法であって、載置工程と、固化層形成工程と、吸引工程と、取り出し工程とを備え、前記載置工程では、造形テーブル上に配置されたチャック装置によってベースプレートを着脱自在に固定することにより、前記造形テーブル上に設けられた、造形物が形成される領域である造形領域に前記ベースプレートを載置し、前記固化層形成工程では、前記ベースプレート上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、前記材料層の所定の照射領域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、前記固化層を積層し、前記吸引工程では、テーブル駆動機構により前記造形テーブルを所定の上昇量だけ上昇させることと、ティーチングデータに従って移動ロボットにより吸引ノズルを移動させながら余剰の前記材料粉体の吸引を行うことと、を交互に繰り返し、前記取り出し工程では、前記ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された前記造形物とを、前記造形領域を覆うチャンバから搬送ロボットにより取り出し、前記ティーチングデータには、前記造形物の形状及び前記造形テーブルの高さに対応する、前記吸引ノズルの移動経路及び姿勢が含まれる、製造方法。
［１２］三次元造形物の積層造形において発生する余剰の材料粉体を吸引ノズルで吸引する際に用いられるティーチングデータを取得するためのティーチング方法であって、載置工程と、造形工程と、記録工程と、上昇工程とを備え、前記載置工程では、造形テーブル上に配置されたチャック装置によってベースプレートを着脱自在に固定することにより、前記造形テーブル上に設けられた、造形物が形成される領域である造形領域に前記ベースプレートを載置し、前記造形工程では、前記ベースプレート上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、前記材料層の所定の照射領域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、前記固化層を積層して三次元造形物を造形し、前記記録工程では、移動ロボットを手動で操作して前記吸引ノズルを移動させながら前記造形テーブル上の余剰の前記材料粉体の吸引を行い、前記吸引ノズルの位置座標及び姿勢を記録し、前記上昇工程では、前記造形テーブルを所定の上昇量だけ上昇させ、前記記録工程と前記上昇工程とを繰り返すことにより、前記造形物の形状及び前記造形テーブルの高さに対応する、前記吸引ノズルの移動経路及び姿勢を含む前記ティーチングデータを取得する、ティーチング方法。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る積層造形装置には、移動ロボットにより移動可能な吸引ノズルが設けられ、造形テーブルを徐々に上昇させながら、ティーチングデータに従って吸引ノズルを移動して余剰材料を吸引除去する。ティーチングデータには、造形物の形状及び造形テーブルの高さに対応する吸引ノズルの好適な移動経路及び姿勢が含まれており、これにより造形テーブル上の余剰材料をより確実且つ効率的に除去することができる。このとき、吸引ノズルによる余剰材料の除去は自動で行われるので、造形物の取り出しの無人化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一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】積層造形装置１００の材料層形成装置２の斜視図である。

【図3】材料層形成装置２のリコータヘッド２２の上方からの斜視図である。

【図4】材料層形成装置２のリコータヘッド２２の下方からの斜視図である。

【図5】チャック装置５にベースプレート８３が固定された状態を示す斜視図である。

【図6】図５のＡ－Ａ線における断面図である。

【図7】パレット８５、位置決めプレート８６、及びシャフト８７が分解された状態を示す斜視図である。

【図8】チャック装置５からチャックカバー５３を取り外した状態を示す斜視図である。

【図9】図９Ａ及び図９Ｂは、吸引ノズル７９の吸引部７９ａの先端を示す図である。図９Ａは、正面図であり、図９Ｂは、右側面図である。

【図10】吸引ノズル７９による余剰材料層８１ａの余剰材料の吸引態様を説明するための図である。

【図11】積層造形装置１００の制御装置９の構成図である。

【図12】積層造形装置１００を用いた三次元造形物Ｗの製造方法のフロー図である。

【図13】ティーチングデータを取得するためのティーチング方法のフロー図である。

【図14】積層造形装置１００を用いた三次元造形物Ｗの製造方法を説明するための図である。

【図15】固化層形成工程を説明するための図である。

【図16】吸引工程を説明するための図である。

【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。積層造形装置１００は、チャンバ１と、材料層形成装置２と、照射装置３と、造形テーブル４と、チャック装置５と、搬送ロボット６と、材料回収装置７と、移動ロボット８と、撮像装置１８と、制御装置９とを備える。チャンバ１内に配置される造形テーブル４上に設けられた造形領域Ｒにおいて、材料層８１及び固化層８２の形成を繰り返すことで、所望の三次元造形物Ｗが形成される。

【0013】

１．１．チャンバ１
チャンバ１は、所望の三次元造形物Ｗが形成される領域である造形領域Ｒを覆う。チャンバ１の内部は不活性ガス供給装置（不図示）から供給される所定濃度の不活性ガスで充満されている。本明細書において不活性ガスとは、材料層８１や固化層８２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、ヘリウムガスを使用可能である。固化層８２の形成時に発生するヒュームを含んだ不活性ガスは、チャンバ１から排出され、ヒュームコレクタ（不図示）においてヒュームが除去された後にチャンバ１へ供給され再利用される。ヒュームコレクタは、例えば、電気集塵機又はフィルタである。

【0014】

チャンバ１の上面には、レーザ光Ｂ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Ｂを透過可能な材料で形成される。具体的に、ウィンドウ１ａの材料は、レーザ光Ｂの種類に応じて、石英ガラスもしくはホウケイ酸ガラス又はゲルマニウム、シリコン、ジンクセレンもしくは臭化カリウムの結晶等から選択される。例えば、レーザ光Ｂ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。

【0015】

また、チャンバ１の上面には、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、円筒形状の筐体１７ａと、筐体１７ａ内に配置された円筒形状の拡散部材１７ｂとを備える。筐体１７ａと拡散部材１７ｂの間の空間に供給された清浄な不活性ガスは、拡散部材１７ｂの壁面に形成された細孔を通じて拡散部材１７ｂの内部に充満され、さらに筐体１７ａの底面に設けられた開口部を通じて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Ｂの照射経路からヒュームを排除することができる。

【0016】

また、チャンバ１には、制御装置９に制御されて開閉可能な作業扉（不図示）が設けられている。チャンバ１へのベースプレート８３の搬入時や、チャンバ１からのベースプレート８３及び造形物Ｗの取り出し時には、作業扉が開かれ、搬送ロボット６がチャンバ１を出入りして搬入出作業を行う。搬入出作業を行わないとき、特に造形中は、作業扉は閉じられる。

【0017】

１．２．材料層形成装置２
材料層形成装置２は、造形領域Ｒに載置されたベースプレート８３上に材料粉体を供給して材料層８１を形成する。図１から図４に示すように、材料層形成装置２は、チャンバ１の内部に設けられ、ベース２１と、ベース２１上に配置されるリコータヘッド２２とを備える。リコータヘッド２２は、リコータヘッド駆動装置２３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２２は、材料収容部２２ａと、材料供給口２２ｂと、材料排出口２２ｃとを備える。材料供給口２２ｂは、材料収容部２２ａの上面に設けられ、材料収容部２２ａの長手方向に延びる矩形状であり、材料供給ユニット１０から材料収容部２２ａに供給される材料粉体の受け口となる。材料排出口２２ｃは、材料収容部２２ａの底面に設けられ、材料収容部２２ａ内の材料粉体を排出する。材料排出口２２ｃは、材料収容部２２ａ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２２の両側面には、平板状のブレード２２ｆｂ，２２ｒｂが設けられる。ブレード２２ｆｂ，２２ｒｂは、材料排出口２２ｃから排出される材料粉体を平坦化して、材料層８１を形成する。

【0019】

１．３．照射装置３
図１に示すように、照射装置３は、チャンバ１の上方に設けられる。照射装置３は、造形領域Ｒ内に形成される材料層８１の照射領域にレーザ光Ｂを照射して、材料粉体を溶融又は焼結して固化させ、固化層８２を形成する。レーザ光Ｂは、材料粉体を焼結又は溶融可能であればよく、例えば、ファイバレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザである。なお、照射装置３は、レーザ光Ｂの代わりに電子ビームを照射して材料層８１を固化させるよう構成されてもよい。

【0020】

１．４．造形テーブル４
造形テーブル４は、チャンバ１内に設けられ、その上面に造形領域Ｒが設けられる。造形テーブル４は、テーブル駆動機構４１により上下運動可能に構成される。本実施形態のテーブル駆動機構４１は、駆動源としてモータを用いて構成される。なお、テーブル駆動機構４１の構成は、本実施形態の例に限定されるものではなく、造形テーブル４を上下（鉛直）方向に移動可能であれば、他の形態でもよい。

【0021】

１．５．チャック装置５
チャック装置５は、造形テーブル４上に配置され、ベースプレート８３を造形領域Ｒ内に着脱自在且つ固定可能に構成される。チャック装置５がベースプレート８３を保持し固定することにより、ベースプレート８３が造形領域Ｒ内に載置される。

【0022】

ベースプレート８３は、チャック装置５により直接固定されてもよく、取付プレート８４等の別部材を介して固定されてもよい。本実施形態では、図１、図５、及び図６に示すように、ベースプレート８３が、取付プレート８４及びパレット８５を介してチャック装置５により着脱自在に固定されている。具体的には、パレット８５の底面に下方に向かって突出するようにシャフト８７が取り付けられ、シャフト８７をチャック装置５により把持することによりパレット８５が着脱自在に固定される。また、取付プレート８４は、ボルト等の固定部材を用いてパレット８５上に固定され、ベースプレート８３は、ボルト等の固定部材を用いて取付プレート８４上に固定されている。つまり、下側からチャック装置５、パレット８５、取付プレート８４、ベースプレート８３がこの順に配置されており、ベースプレート８３の上面に三次元造形物Ｗが造形される。

【0023】

本実施形態のチャック装置５は、図６から図８に示すように、造形テーブル４上に配置されたチャックベース５１と、チャックベース５１上に配置されたクランプユニット５２とを備える。

【0024】

チャックベース５１は、チャック装置５を造形テーブル４上に固定するために用いられる。本実施形態では、平面視で四角形状のチャックベース５１の四隅が、ボルト等の固定部材により造形テーブル４に固定されている。

【0025】

クランプユニット５２は、略有底円筒形状を有する。クランプユニット５２の上面には、平面視における同円心状に第１凸部５２ａ及び第２凸部５２ｂがそれぞれ複数（一例では、４個）設けられ、さらに、平面視における中心から放射状に形成された当接凹部５２ｃが複数（一例では、４個）設けられている。また、クランプユニット５２の内部には、図６に示すように、シャフト８７を係止する係止部材として複数のボール５２ｄがシャフト８７の周方向に沿って等間隔に配置されている。

【0026】

シャフト８７は、図６及び図７に示すように、チャッキング栓８７ａと、チャッキング栓８７ａの外側に設けられた係止部８７ｂとを備える。チャッキング栓８７ａの上端側にはネジ部が形成され、当該ネジ部がパレット８５の底面に形成されたネジ穴に螺合されることで、チャッキング栓８７ａがパレット８５に取り付けられる。また、チャッキング栓８７ａの下端がクランプユニット５２の挿入孔５２ｅに挿入され、係止部８７ｂの凹部８７ｃにクランプユニット５２のボール５２ｄが係合することで、シャフト８７が係止される。これにより、パレット８５がチャック装置５に固定される。

【0027】

さらに、本実施形態では、パレット８５とクランプユニット５２との間に、位置決めプレート８６が介装されている。位置決めプレート８６は、パレット８５の底面に対してボルト等の固定部材を用いて固定されている。位置決めプレート８６には、第１開口部８６ａ及び第２開口部８６ｂがそれぞれ複数（一例では、４個）設けられている。第１開口部８６ａ及び第２開口部８６ｂは、平面視においてクランプユニット５２の第１凸部５２ａ及び第２凸部５２ｂにそれぞれ重なる位置に設けられており、第１凸部５２ａが第１開口部８６ａに挿通され、第２凸部５２ｂが第２開口部８６ｂに挿通されることにより、位置決めプレート８６が水平方向に位置決めされる。

【0028】

また、位置決めプレート８６の下面には、複数（一例では、４個）の支え足８６ｃが取付軸８６ｄを用いて取り付けられている。支え足８６ｃは、平面視において当接凹部５２ｃに重なる位置に取り付けられており、支え足８６ｃの底面が当接凹部５２ｃに当接することにより、位置決めプレート８６が鉛直方向に位置決めされる。位置決めプレート８６をパレット８５に取り付けることにより、パレット８５をチャック装置５により固定した際に、パレット８５上に固定された取付プレート８４及びベースプレート８３を、水平方向及び鉛直方向における所定の位置に高精度で配置することができる。

【0029】

本実施形態では、ベースプレート８３が、別部材（取付プレート８４及びパレット８５）を介してチャック装置５に固定されている。このような構成では、シャフト８７や位置決めプレート８６を取り付けるためのネジ穴等の取付部は、当該別部材に形成すればよく、また当該別部材は造形後に一部又は全部をベースプレート８３から取り外して再利用することができる。従って、チャック装置５の形態に応じてベースプレート８３に取付部を設ける必要がないため、ベースプレート８３をより安価に製造することが可能となる。

【0030】

図５及び図６に示すように、本実施形態では、チャック装置５の側面が、チャックカバー５３により覆われている。チャックカバー５３は、外側カバー５４と、内側カバー５５とを備える。外側カバー５４は、内側カバー５５の側面の少なくとも一部を覆い、内側カバー５５は、チャック装置５の側面を覆う。チャックカバー５３の素材としては、金属や樹脂等を用いることができる。

【0031】

具体的には、図６及び図８に示すように、内側カバー５５は、円筒形状の内側被覆部５５ａと、内側被覆部５５ａの下端において径方向外側に張り出すフランジ部５５ｂとを備える。内側被覆部５５ａは、チャック装置５のクランプユニット５２の側面を覆う。内側カバー５５は、フランジ部５５ｂにおいてチャックベース５１上に固定される。また、外側カバー５４は、円筒形状の外側被覆部５４ａと、外側被覆部５４ａの上端において径方向内側に張り出す上面部５４ｂとを備える。外側被覆部５４ａは、内側被覆部５５ａの側面のうち上側の一部を覆う。外側カバー５４は、上面部５４ｂにおいて、上面部５４ｂの上面がパレット８５の底面と接触した状態でパレット８５に固定されている。また、外側カバー５４及び内側カバー５５は、外側被覆部５４ａと内側被覆部５５ａとが同軸となるように配置される。このような構成により、造形中、又は造形完了後にチャック装置５によるベースプレート８３の固定を解除した際に、チャック装置５の内部、特にクランプユニット５２への余剰材料の侵入を防止することができる。

【0032】

また、図６に示すように、外側カバー５４と内側カバー５５との間には、間隙Ｇが設けられる。具体的には、外側被覆部５４ａの内径Ｄ１及び内側被覆部５５ａの外径Ｄ２について、Ｄ１＞Ｄ２の条件が満たされるように、外側カバー５４と内側カバー５５を設計することで、間隙Ｇが設けられる。なお、間隙Ｇは、好ましくは、外側被覆部５４ａの内面と内側被覆部５５ａの外面との間の距離（本実施形態では、（Ｄ１－Ｄ２）／２）が１～１０ｍｍとなるように設けられる。このような構成では、ベースプレート８３上から落下した余剰材料等の粉体がチャックカバー５３の内部に至る経路が屈曲しているため、粉体の侵入をより効果的に防止することができる。

【0033】

なお、チャックカバー５３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、内側被覆部５５ａ及び外側被覆部５４ａを、角筒形状としてもよい。図６ないし図８に示される実施形態のチャック装置５によると、搬送ロボット６がどのようなプロセスで余剰の材料粉体を吸引して除去するかに関わらず、余剰の材料粉体がクランプユニット５２に侵入することによって継続して造形を行なうことができなくなる事態が生じるおそれが低減されるので、連続する造形の無人運転を支援する。

【0034】

１．６．搬送ロボット６
搬送ロボット６は、ベースプレート８３と、ベースプレート８３上に造形された造形物Ｗとをチャンバ１から取り出し可能に構成される。本実施形態では、造形完了後に凹部８７ｃからクランプユニット５２のボール５２ｄを係脱させることでチャック装置５によるパレット８５の固定を解除する。この状態で搬送ロボット６がパレット８５の所定箇所を把持して、又はパレット８５の側面に設けられた支持孔（不図示）に支持棒を挿入して持ち上げることにより、ベースプレート８３及び造形物Ｗを取付プレート８４、パレット８５、シャフト８７、及び外側カバー５４と共に作業扉を経由してチャンバ１から取り出す。

【0035】

また、搬送ロボット６を、造形物Ｗをチャンバ１から取り出した後、所定位置へ移動させて造形物Ｗを上下方向に反転させるように構成してもよい。造形物Ｗを反転させることで、造形物Ｗやベースプレート８３に付着した余剰材料を落下させて除去することができる。この際、反転した造形物Ｗをチャンバ１の外部に設けられた仕上げ装置（不図示）に載置し、自動又は手動で余剰材料の仕上げ除去を行ってもよい。仕上げ除去として、例えば、吸引ノズルによる材料粉体を吸引する、又は造形物Ｗを振動させて材料粉体を落下させる、チャンバ１外の吸引チャンバ（不図示）に造形物Ｗを搬送して粉末の吸引除去を行う等の方法が挙げられる。

【0036】

造形物Ｗに対して二次加工を行う場合、搬送ロボット６は、チャンバ１から取り出したベースプレート８３及び造形物Ｗを、二次加工装置（不図示）に移動させる。

【0037】

なお、本実施形態の搬送ロボット６は、造形開始前にベースプレート８３をチャンバ１内に搬入するためにも用いられる。具体的には、チャンバ１の外部に設けられたストッカー（不図示）に、ベースプレート８３、取付プレート８４、パレット８５、シャフト８７、及び外側カバー５４が一体化されたベースプレートセットの状態で保管されており、搬送ロボット６は、パレット８５の所定箇所を把持することにより、又はパレット８５の側面に設けられた支持孔に支持棒を挿入して持ち上げることにより、作業扉からベースプレートセットをチャンバ１内に搬入し、クランプユニット５２にシャフト８７の下端を挿入する。挿入されたシャフト８７の凹部８７ｃにボール５２ｄを係合させることで、パレット８５をチャック装置５により固定する。

【0038】

１．７．材料粉体の供給・回収系統
次に、材料回収装置７を含む、材料粉体の供給・回収系統について説明する。図１に示すように、チャンバ１の壁面付近には、材料供給ユニット１０が設けられる。材料供給ユニット１０は、材料タンク１１と、メインダクト１２と、中間ダクト１３とを備える。材料タンク１１には新規の材料粉体が収容され、メインダクト１２を通じて中間ダクト１３に供給される。

【0039】

中間ダクト１３は、上下方向に移動可能であり、中間ダクト出口１３ａから材料粉体を排出するように構成されている。本実施形態の中間ダクト出口１３ａは、リコータヘッド２２の材料供給口２２ｂと略同一方向に延びる矩形状である。また、中間ダクト出口１３ａは、シャッタ１４によって開閉可能に構成される。中間ダクト出口１３ａは、通常時はシャッタ１４によって閉じられている。材料粉体の補充時には、リコータヘッド２２が中間ダクト１３の直下に移動し、中間ダクト出口１３ａが材料収容部２２ａの上端よりも低い位置になるように中間ダクト１３が移動する。この状態でシャッタ１４が開き、材料粉体が補充される。

【0040】

本実施形態では、造形テーブル４を囲繞するように、粉体保持壁４２が設けられる。粉体保持壁４２により、材料粉体が造形テーブル４上に保持される。また、粉体保持壁４２の外側に排出される余剰材料を収容するように構成された材料回収バケット７０が設けられる。

【0041】

材料層形成装置２のベース２１には、材料回収バケット７０に連通する少なくとも１つの粉体排出部７０ｂが設けられる。移動するリコータヘッド２２によって押し出された余剰材料や不純物は、粉体排出部７０ｂから排出されて、シューターガイド７０ｄによってシューター７０ｅに案内され、材料回収バケット７０に収容される。なお、粉体排出部７０ｂは、シャッタ（不図示）によって開閉可能に構成されても良い。さらに、粉体保持壁４２の下側に粉体保持壁４２の内側の材料粉体を排出可能な粉体排出部７０ａを設け、積層造形の完了後に造形テーブル４を下降させることによって、未固化の材料粉体や切削屑等の不純物の一部を粉体排出部７０ａから排出してもよい。この場合、粉体排出部７０ａから排出された材料粉体は、シューターガイド７０ｃによってシューター７０ｅに案内され、材料回収バケット７０に収容される。

【0042】

本実施形態の材料回収装置７は、図１に示すように、材料回収用搬送装置７１と、不純物除去装置７３と、吸引装置７４と、材料供給バケット７６と、材料乾燥装置７７と、材料供給用搬送装置７８と、吸引ノズル７９とを備える。材料回収用搬送装置７１の吸引口７１ｂは切換弁７２を介して配管等により材料回収バケット７０に接続されており、材料回収バケット７０内の不純物を含んだ材料粉体は、材料回収用搬送装置７１により不純物除去装置７３へと搬送される。不純物として、例えば、照射時に発生するスパッタや、切削加工等で生じる加工屑が挙げられる。不純物除去装置７３は、材料回収用搬送装置７１から搬送される材料粉体から不純物を除去する。不純物が取り除かれた材料粉体は、材料供給バケット７６内に収容される。材料乾燥装置７７は、材料供給バケット７６内の材料粉体を乾燥させる。材料乾燥装置７７によって乾燥された材料粉体は、メインダクト１２の上部に接続された材料供給用搬送装置７８によりメインダクト１２内に供給され、再利用される。

【0043】

材料回収用搬送装置７１及び材料供給用搬送装置７８はサイクロン方式のフィルタを内部に有し、フィルタの排気口７１ａ及び排気口７８ａは切換弁７５を介して吸引装置７４に配管等により接続されている。吸引装置７４は、気体と固体を一緒に吸引可能な吸引力を有し、例えば、クリーナー等を用いて構成される。吸引装置７４により材料粉体や不純物等の固体が気体と共に吸引されると、フィルタは比重差を利用して固体のみを気流から分離し落下させる。これにより、固体が搬送され、気体が排気口７１ａ，７８ａから吸引装置７４に吸引される。なお、１台の吸引装置７４を材料回収用搬送装置７１及び材料供給用搬送装置７８に切換弁７５を介して切り替え可能に接続しても、材料回収用搬送装置７１及び材料供給用搬送装置７８の各々に吸引装置７４を１台ずつ独立して接続してもよい。

【0044】

吸引ノズル７９は、造形テーブル４上の余剰の材料粉体を吸引可能に構成される。吸引ノズル７９は、チャンバ１外の収納部（不図示）に収納されており、吸引を行う際には、移動ロボット８に把持されてチャンバ１内に移動される。

【0045】

なお、チャンバ１内の清掃を目的として、吸引ノズル７９を用いて、チャンバ１内の造形テーブル４上以外の領域（換言すれば、造形領域Ｒの外側）に飛散した余剰材料や切削屑を吸引してもよい。造形領域Ｒの外側の領域に余剰材料等が残ったまま造形を行うと、積層造形装置１００の自動運転における動作異常や故障を引き起こすおそれがある。吸引ノズル７９により造形領域Ｒの外側の領域の余剰材料等も吸引除去することで、このような事態を回避できる。

【0046】

本実施形態の吸引ノズル７９は、切換弁７２を介して配管等により材料回収用搬送装置７１の吸引口７１ｂに接続されている。例えば、可撓性を有するホースの一端に吸引ノズル７９を取り付け、切換弁７２を介してホースの他端を吸引口７１ｂに接続することができる。吸引ノズル７９から吸引された材料粉体は、上述と同様の方法で、不純物の除去処理、及び乾燥処理が行われた後にメインダクト１２内に供給される。

【0047】

本実施形態の積層造形装置１００は、吸引ノズル７９による被吸引物中の材料粉体の割合を検出可能な検出手段（不図示）を備える。被吸引物中の材料粉体の割合としては、例えば、被吸引物中の材料粉体の体積流量割合又は質量流量割合、又は所定の検出領域における面積割合を用いることができる。本実施形態では、吸引ノズル７９又は吸引ノズル７９が取り付けられたホースの内部に検出手段として流量センサを設置する。一例として、流量センサは、被吸引物中の粉体の体積流量を検出可能に構成される。具体的には、流量センサは、吸引ノズル７９又はホースの内部の所定位置において、マイクロ波を発信しその反射波を受信する。当該所定位置を通過する被吸引物中の粉体量に応じて反射波の周波数及び振幅が変化するため、当該変化に基づき被吸引物中の材料粉体の体積流量を検出し、材料粉体の体積流量割合を取得することができる。検出手段による検出結果は、制御装置９へ出力される。なお、検出手段は、被吸引物中の材料粉体の割合を直接検出するように構成してもよく、材料粉体の割合を間接的に検出するように構成してもよい。間接的に検出する場合、例えば、被吸引物中の気体の割合を検出し、検出結果から材料粉体の割合を取得してもよい。

【0048】

図９Ａ及び図９Ｂは、吸引ノズル７９の吸引部７９ａの先端を示す図である。図９Ａは、正面図であり、図９Ｂは、右側面図である。本実施形態の吸引ノズル７９は、先端側に吸引部７９ａを備える。また、図９Ａ及び図９Ｂでは図示省略されているが、吸引ノズル７９の基端側には、移動ロボット８が把持可能な把持部が設けられている。吸引部７９ａは、先端側の端面を傾斜面で切断した筒形状を有し、傾斜面に開口部７９ｂが設けられている。余剰材料は、開口部７９ｂから吸引される。

【0049】

このような構成では、図１０に示すように、余剰材料からなる層（余剰材料層８１ａ）に吸引ノズル７９を近づけて開口部７９ｂの一部を余剰材料層８１ａ内に埋入させると、材料粉体が開口部７９ｂから吸引される。この際、開口部７９ｂのうち余剰材料層８１ａ内に埋入していない部分からは、気体が吸引される。材料粉体を気体と共に吸引することにより、被吸引物中の固体の割合が過剰となり吸引力が低下したり、吸引ノズル７９及びホースの内部に詰まりが発生する事態を回避できる。

【0050】

本実施形態の材料回収装置７は、運転モードとして回収モードと吸引モードとを備え、後述する制御装置９の材料供給・回収制御部９８により、運転モードの切り替えが行われる。回収モードにおいて、材料回収装置７は、材料回収バケット７０内の材料粉体を回収し、且つ不純物を除去したうえで材料粉体を材料層形成装置２へ供給する。一方、吸引モードにおいて、材料回収装置７は、移動ロボット８により吸引ノズル７９を移動させ、造形テーブル４上の余剰の材料粉体を吸引ノズル７９により吸引する。本実施形態では、材料供給・回収制御部９８が切換弁７２を切り替えることにより、材料回収用搬送装置７１による材料粉体の搬送元が材料回収バケット７０である回収モードと、当該搬送元が吸引ノズル７９である吸引モードとが、切り替えられる。

【0051】

１．８．移動ロボット８
移動ロボット８は、吸引ノズル７９を移動可能に構成される。本実施形態の移動ロボット８は、チャンバ１外の収納部に収納されている吸引ノズル７９を把持して作業扉からチャンバ１内に移動し、チャンバ１内の任意の位置に吸引ノズル７９を配置することができる。また、移動ロボット８は、吸引ノズル７９を傾ける等の操作により、造形物Ｗに対する吸引ノズル７９の姿勢（向き及び角度）を変化させることもできる。なお、移動ロボット８は、図１に示すように搬送ロボット６とは別体としてもよく、搬送ロボット６に搭載されてもよい。

【0052】

移動ロボット８は、後述する制御装置９の移動ロボット制御部９９により制御されて、吸引ノズル７９を移動させる。当該制御は、予め取得されたティーチングデータに従って行われる。ティーチングデータには、造形物Ｗの形状及び造形テーブル４の高さに対応する、吸引ノズル７９の移動経路及び姿勢が含まれる。

【0053】

図１に示すように、本実施形態の移動ロボット８は、ロボットアーム８ａと、ロボットアーム８ａの先端に設けられ吸引ノズル７９を把持するロボットハンド８ｂを備え、駆動装置（不図示）により駆動される。また、移動ロボット８は、ロボットアーム８ａの関節部に作用するトルクを検出可能なトルクセンサ８ｃを備える。トルクセンサ８ｃによるトルクの検出結果は、制御装置９へ出力される。

【0054】

１．９．撮像装置１８
撮像装置１８は、ベースプレート８３及び造形物Ｗを少なくとも含む領域（撮像領域）の画像を取得可能に構成される。撮像装置１８は、例えば、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラである。取得された画像は、後述する画像処理装置９０ｃに出力される。

【0055】

図１に示すように、撮像装置１８は、チャンバ１内に設置される。チャンバ１内における設置位置は、上述の撮像領域が撮像可能であり、造形時にリコータヘッド２２の移動やレーザ光Ｂの照射を妨げない位置であれば、特に限定されない。例えば、撮像装置１８をチャンバ１の天井付近に設置し上述の撮像領域を上方から撮像してもよく、チャンバ１の側壁付近に設置し撮像領域を横から撮像してもよい。また、撮像装置１８をチャンバ１内で移動可能に設置して撮像領域及び撮像方向を変更可能としてもよく、撮像装置１８を複数台設置して複数の撮像領域及び撮像方向において撮像を行ってもよい。また、上述のように吸引ノズル７９を用いて造形領域Ｒの外側の領域の余剰材料も吸引する場合には、当該領域を撮像領域に含めてもよい。

【0056】

取得された画像は、撮像領域における余剰材料の有無に基づき吸引ノズル７９による余剰材料の吸引が完了したかどうかを判定するために用いられる。このような目的のもと、撮像装置１８は、ベースプレート８３及び完成された造形物Ｗがチャック装置５により造形領域Ｒ内に固定された状態で配置され、且つ余剰材料が存在しない状態の撮像領域の画像（清浄画像）と、吸引完了の判定時の撮像領域の画像（判定画像）との少なくとも２種類の画像を取得する。清浄画像と判定画像との差を画像処理装置９０ｃにより解析することで、吸引ノズル７９による余剰材料の吸引が完了したかどうかの判定が可能となる。なお、清浄画像は、造形物Ｗの製造のための事前調査として行われる試験造形において、造形物Ｗの造形完了後にチャンバ１内の余剰材料を除去した状態で撮像を行うことで取得可能である。

【0057】

１．１０．制御装置９
積層造形装置１００の制御系統は、図１１に示すように、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）装置９０ａ、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）装置９０ｂ、画像処理装置９０ｃ、及び制御装置９を含む。これら装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、補助記憶装置、出入力インターフェース等のハードウェアと、ソフトウェアとを任意に組み合わせて構成される。以下、制御系統による制御動作のうち、本発明との関連が強い制御に限定して説明を行う。

【0058】

ＣＡＤ装置９０ａは、造形対称の三次元造形物Ｗの形状及び寸法を特定する三次元形状データ（ＣＡＤデータ）を作成する。ＣＡＭ装置９０ｂは、ＣＡＤデータに基づき、積層造形装置１００に対する指令が規定されたプロジェクトファイルを作成する。ＣＡＭ装置９０ｂは、通信線や記憶媒体を介してプロジェクトファイルを制御装置９に送る。

【0059】

画像処理装置９０ｃは、撮像装置１８が取得した清浄画像及び判定画像を解析する。一例において、画像処理装置９０ｃは、画像に適宜前処理を行った後に、画像中で材料粉体が存在する箇所とそれ以外の箇所とを識別するための２値化処理を行う。２値化処理により各箇所がラベリングされた解析データは、制御装置９に送られる。２値化処理は、画像データのピクセル単位、又は複数のピクセルからなるセル単位で行われることが好ましい。

【0060】

制御装置９は、プロジェクトファイルに従って、材料層形成装置２、照射装置３、造形テーブル４、チャック装置５、搬送ロボット６、材料回収装置７、及び移動ロボット８等の積層造形装置１００の構成要素を制御し、積層造形を行う。制御装置９は、数値制御部９１と積層造形装置１００の構成要素の制御部９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８，９９とを備える。

【0061】

数値制御部９１は、ＣＡＭ装置９０ｂが作成したプロジェクトファイルに従って、積層造形装置１００の構成要素の動作指令を各制御部９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８に出力するものであり、記憶部９１ａと、演算部９１ｂと、メモリ９１ｃとを備える。記憶部９１ａは、ＣＡＭ装置９０ｂから取得したプロジェクトファイル、及び移動ロボット８を制御するためのティーチングデータを記憶する。演算部９１ｂは、プロジェクトファイルに従って積層造形装置１００の構成要素を数値制御するための演算処理を実行する。また、演算部９１ｂは、ティーチングデータに基づく動作指令を移動ロボット制御部９９に出力する。
。メモリ９１ｃは、演算部９１ｂによる演算処理の過程で数値やデータを一時的に記憶する。

【0062】

積層造形装置１００の構成要素の制御部９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８，９９は、数値制御部９１からの動作指令に基づき各構成要素の動作を制御する。具体的には、作業扉制御部９２は、作業扉を制御して適時に開閉させる。材料層形成制御部９３は、リコータヘッド駆動装置２３を制御して、リコータヘッド２２を水平１軸方向に往復移動させる。照射制御部９４は、レーザ光Ｂが、照射領域内の所定の位置に、所定の条件で照射されるように、照射装置３を制御する。

【0063】

テーブル制御部９５は、テーブル駆動機構４１を制御して、造形テーブル４を上下方向に移動させ所定の位置に配置する。チャック制御部９６は、チャック装置５のクランプユニット５２を制御して、ベースプレート８３の固定と固定解除とを切り替える。

【0064】

搬送ロボット制御部９７は、搬送ロボット６を制御して、チャンバ１内へのベースプレート８３の搬入と、チャンバ１からのベースプレート８３及び造形物Ｗの取り出しを行う他、必要に応じて、チャンバ１からの取り出し後の造形物Ｗの反転、及び二次加工装置への移動を行う。

【0065】

材料供給・回収制御部９８は、材料回収装置７及び材料供給ユニット１０を制御する。また、材料回収装置７の運転モードの切り替えを行う。

【0066】

移動ロボット制御部９９は、移動ロボット８を制御して、吸引ノズル７９を把持させてチャンバ１内に移動させる。さらに、移動ロボット制御部９９は、移動ロボット８を制御して、チャンバ１内で吸引ノズル７９を移動させながら余剰材料の吸引を行う。なお、移動ロボット８が搬送ロボット６に搭載される場合には、搬送ロボット制御部９７に上述の移動ロボット制御部９９の機能を持たせてもよい。

【0067】

なお、上述の構成に加え、積層造形装置１００は、固化層８２及び造形物Ｗに対し必要に応じて切削加工等の機械加工を行うための機械加工装置（不図示）をチャンバ１内に備えてもよい。機械加工装置は、例えば、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固化層８２又は造形物Ｗに対して機械加工を行う。また、工具は、加工ヘッドのスピンドルに対して取り付けることで回転可能に構成してもよい。

【0068】

２．三次元造形物Ｗの製造方法
次に、図１２を参照して、本実施形態に係る積層造形装置１００を用いた、三次元造形物Ｗの製造方法について説明する。本実施形態の製造方法は、載置工程Ｓ１－１と、材料供給工程Ｓ１－２と、固化層形成工程Ｓ１－３と、材料回収工程Ｓ１－４と、吸引工程Ｓ１－５と、取り出し工程Ｓ１－６とを備える。

【0069】

２．１．載置工程Ｓ１－１
載置工程Ｓ１－１では、ベースプレート８３を造形テーブル４上の造形領域Ｒに載置する。具体的には、まず、作業扉制御部９２が、作業扉を制御して開く。また、搬送ロボット制御部９７は、搬送ロボット６を制御して、チャンバ１外部のストッカーからベースプレートセットをチャンバ１内に搬入させる。搬送ロボット６は、開放された作業扉からベースプレートセットをチャンバ１内に搬入し、クランプユニット５２の挿入孔５２ｅにシャフト８７の下端を挿入する。この状態で、チャック制御部９６は、チャック装置５のクランプユニット５２を制御して、ボール５２ｄをシャフト８７の係止部８７ｂに係合させる。これにより、図１４に示すように、ベースプレート８３が、チャック装置５に着脱自在に固定された状態で、造形領域Ｒに載置される。また、チャック装置５の側面が外側カバー５４及び内側カバー５５からなるチャックカバー５３により覆われる。

【0070】

ベースプレート８３の載置後、搬送ロボット制御部９７は搬送ロボット６を制御してチャンバ１外へと退避させ、作業扉制御部９２は作業扉を閉じる。その後、不活性ガス供給装置からチャンバ１内に不活性ガスが供給・充満される。これにより、造形開始可能な状態となる。

【0071】

２．２．材料供給工程Ｓ１－２
材料供給工程Ｓ１－２では、材料層形成装置２の材料収容部２２ａに材料粉体を供給して収容する。具体的には、材料層形成制御部９３は、リコータヘッド駆動装置２３を制御して、リコータヘッド２２を中間ダクト１３の直下まで移動させる。この状態で、材料供給・回収制御部９８は、材料供給ユニット１０を制御して、シャッタ１４を開いて材料粉体を材料収容部２２ａ内に供給する。十分な量の材料粉体が供給された時点で、材料供給・回収制御部９８はシャッタ１４を閉じて供給を停止する。その後、材料層形成制御部９３は、リコータヘッド駆動装置２３を制御して、リコータヘッド２２を造形領域Ｒまで移動させる。なお、材料供給工程Ｓ１－２は、造形の開始から完了までの間、材料粉体を材料収容部２２ａに補充するために適時に複数回行われる。

【0072】

２．３．固化層形成工程Ｓ１－３
次に、固化層形成工程Ｓ１－３が行われる。固化層形成工程Ｓ１－３では、ベースプレート８３上に材料粉体を供給して材料層８１を形成する材料層形成工程Ｓ１－３－１と、材料層８１の所定の照射領域にレーザ光Ｂを照射することにより固化層８２を形成する固化工程Ｓ１－３－２とを繰り返すことにより、固化層８２が積層される。

【0073】

具体的には、まず、テーブル制御部９５は、テーブル駆動機構４１を制御して、造形テーブル４を所定の高さに配置する。この状態で、材料層形成制御部９３は、リコータヘッド駆動装置２３を制御して、リコータヘッド２２を図１４の左側から右側に移動させる。これにより、ベースプレート８３上に１層目の材料層８１が形成される。次に、照射制御部９４は、照射装置３を制御して１層目の材料層８１の所定の照射領域にレーザ光Ｂ又は電子ビームを照射する。これにより、図１５に示すように、１層目の材料層８１を固化させて、１層目の固化層８２を得る。

【0074】

続いて、２回目の材料層形成工程Ｓ１－３－１が行われる。１層目の固化層８２を形成後、テーブル制御部９５は、テーブル駆動機構４１を制御して、造形テーブル４の高さを材料層８１の１層分下げる。この状態で、材料層形成制御部９３は、リコータヘッド駆動装置２３を制御して、リコータヘッド２２を造形領域Ｒの図１５の右側から左側に移動させる。これにより、１層目の固化層８２を覆うように２層目の材料層８１が形成される。そして２回目の固化工程Ｓ１－３－２が行われる。上述と同様の方法で、２層目の材料層８１の所定の照射領域にレーザ光Ｂを照射することによって２層目の材料層８１を固化させて、２層目の固化層８２を得る。

【0075】

所望の三次元造形物Ｗが得られるまで、材料層形成工程Ｓ１－３－１及び固化工程Ｓ１－３－２が繰り返され、複数の固化層８２が積層される。隣接する固化層８２は、互いに強く固着される。また、造形中又は造形後に、必要に応じて機械加工装置による切削加工等が行われる。

【0076】

２．４．材料回収工程Ｓ１－４
固化層形成工程Ｓ１－３と並行して、材料回収工程Ｓ１－４が行われる。材料回収工程Ｓ１－４において、材料回収装置７は回収モードで稼働する。具体的には、材料供給・回収制御部９８は、材料回収用搬送装置７１による材料粉体の搬送元が材料回収バケット７０となるように切換弁７２を切り替える。また、材料回収用搬送装置７１、不純物除去装置７３、吸引装置７４、材料供給バケット７６、材料乾燥装置７７、及び材料供給用搬送装置７８を稼働させ、材料回収バケット７０内の不純物を含んだ材料粉体に対して不純物の除去処理、及び乾燥処理を行ったうえで、メインダクト１２内へ供給する。

【0077】

２．５．吸引工程Ｓ１－５
造形完了後、吸引工程Ｓ１－５が行われる。吸引工程Ｓ１－５では、造形テーブル４上の余剰材料を吸引ノズル７９により吸引する。具体的には、まず、作業扉制御部９２が、作業扉を制御して開く。次に、移動ロボット制御部９９は、移動ロボット８を制御して、吸引ノズル７９を把持して作業扉からチャンバ１内に移動させる。また、吸引工程Ｓ１－５において、材料回収装置７は吸引モードで稼働する。材料供給・回収制御部９８は、材料回収用搬送装置７１による材料粉体の搬送元が吸引ノズル７９となるように切換弁７２を切り替える。

【0078】

図１６に示すように、造形の開始から完了までの間に、造形テーブル４はベースプレート８３上に形成された材料層８１の厚みの合計に相当する高さＨｗだけ下降している。以下の説明では、造形テーブル４の上下方向における位置（高さ）を、図１４及び図１６に示すように、造形の開始時における造形テーブルの上面の位置を原点とする上下方向に沿った１軸座標系で示す。図１４に示す造形の開始時点における造形テーブル４の位置はＨ＝０であり、図１６に示す造形の完了時点における造形テーブル４の位置はＨ＝－Ｈｗである。

【0079】

図１６に示すように、造形テーブル４の位置がＨ＝－Ｈｗの状態で、移動ロボット制御部９９は、移動ロボット８を制御して吸引ノズル７９を移動させ、吸引ノズル７９による余剰材料の吸引を開始する。余剰材料を吸引する際、制御装置９は、テーブル制御部９５によりテーブル駆動機構４１を制御して造形テーブル４を所定の上昇量Δｈだけ上昇させること（上昇工程Ｓ１－５－１）と、ティーチングデータに従って移動ロボット制御部９９により移動ロボット８を制御して吸引ノズル７９を移動させながら余剰の材料粉体の吸引を行うこと（余剰材料吸引工程Ｓ１－５－２）と、を交互に繰り返す。

【0080】

このような繰り返し動作の一例を説明する。造形物Ｗの製造に先駆けて、ティーチングデータとして、造形物Ｗに対応する吸引ノズル７９の移動経路及び姿勢が造形テーブル４の上昇量Δｈ毎に取得されている。例えば、Δｈ＝５０ｍｍの場合、造形テーブル４が位置Ｈ＝－Ｈｗにある状態での移動経路及び姿勢（動作パターンＰ１）、造形テーブル４が位置Ｈ＝－Ｈｗ＋５０ｍｍにある状態での移動経路及び姿勢（動作パターンＰ２）、造形テーブル４が位置Ｈ＝－Ｈｗ＋１００ｍｍにある状態での移動経路及び姿勢（動作パターンＰ３）、造形テーブル４が位置Ｈ＝－Ｈｗ＋１５０ｍｍにある状態での移動経路及び姿勢（動作パターンＰ４）......といったように、位置Ｈ＝－Ｈｗから位置Ｈ＝０までの造形テーブル４の各位置に対応する吸引ノズル７９の移動経路及び姿勢が、動作パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４、......Ｐｎとして取得されている。

【0081】

移動ロボット制御部９９は、まず、造形テーブル４が位置Ｈ＝－Ｈｗにある状態で、１回目の余剰材料吸引工程Ｓ１－５－２が行われる。具体的には、移動ロボット８を制御して動作パターンＰ１に従い吸引ノズル７９を移動させ、余剰材料層８１ａの上面側から余剰材料を吸引する。動作パターンＰ１での移動が完了した時点で、移動ロボット制御部９９は完了信号を数値制御部９１に対して出力する。

【0082】

数値制御部９１は、完了信号を受け取ると、テーブル制御部９５に対して造形テーブル４を上昇させるための動作指令を出力する。テーブル制御部９５は、１回目の上昇工程Ｓ１－５－１においてテーブル駆動機構４１を制御して造形テーブル４を位置Ｈ＝－Ｈｗ＋５０ｍｍへ上昇量Δｈだけ上昇させる。これにより、余剰材料層８１ａの上面が上昇する。この状態で、２回目の余剰材料吸引工程Ｓ１－５－２が行われる。移動ロボット制御部９９は、移動ロボット８を制御して動作パターンＰ２に従い吸引ノズル７９を移動させ、余剰材料層８１ａの上面側から余剰材料を吸引する。

【0083】

造形テーブル４が位置Ｈ＝０に至るまで、制御装置９は、上昇工程Ｓ１－５－１と余剰材料吸引工程Ｓ１－５－２とを交互に繰り返す。

【0084】

ティーチングデータは、移動ロボット８を手動で操作して吸引ノズル７９を移動させながら余剰材料の吸引を行った際の吸引ノズル７９の位置及び姿勢を記録して取得されるものであり、造形物Ｗの形状及び造形テーブル４の高さに対応する吸引ノズル７９の好適な移動経路及び姿勢を示すものである。ティーチングデータに従って吸引ノズル７９を移動させながら余剰材料の吸引を行うことで、余剰材料をより確実且つ効率的に除去することができる。

【0085】

吸引工程Ｓ１－５における１回の上昇動作における造形テーブル４の上昇量Δｈは、好ましくは２０～８０ｍｍであり、より好ましくは３５～６５ｍｍであり、例えば５０ｍｍである。１回の上昇動作における上昇量が小さすぎると、上昇動作が頻回となり吸引工程Ｓ１－５の効率が低下する場合がある。一方、上昇量が大きすぎると、余剰材料層８１ａの上面の高さが粉体保持壁４２の上端を超え、造形テーブル４上に保持できなくなる場合がある。

【0086】

本実施形態において、制御装置９は、撮像装置１８が取得した画像を用いて余剰の材料粉体の有無を判定する。具体的には、上述のように試験造形において清浄画像を事前に取得しておき、吸引工程Ｓ１－５において、吸引ノズル７９による各動作パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４、......Ｐｎでの吸引が完了し造形テーブル４が位置Ｈ＝０まで上昇した状態において、撮像装置１８により判定画像を取得する。画像処理装置９０ｃは、清浄画像及び判定画像を解析する。制御装置９の数値制御部９１は、これらの解析データを比較して撮像領域における余剰材料の有無を判定する。

【0087】

一例として、２値化処理により材料粉体が存在する箇所としてラベリングされたピクセル又はセルの数を清浄画像及び判定画像の解析データにおいてそれぞれカウントする。そして、清浄画像の解析データにおけるカウント数Ｎｃと判定画像の解析データにおけるカウント数Ｎｊとの差（Ｎｊ－Ｎｃ）が所定値以下である場合には、余剰材料が全て吸引されたと判定する。一方、差（Ｎｊ－Ｎｃ）が所定値より大きい場合には、撮像領域に余剰材料が残留していると判定し、吸引ノズル７９による吸引を再度行う。再吸引の際、吸引ノズル７９は、造形テーブル４の上昇に伴う最終動作パターンＰｎで移動させてもよく、ティーチングデータとして取得された再吸引用動作パターンで移動させてもよい。

【0088】

このように、撮像装置１８による取得画像に基づき余剰材料の有無を判定することで、ベースプレート８３及び造形物Ｗを含む撮像領域における余剰材料を確実に除去することができる。特に、ベースプレート８３及び造形物Ｗのサイズが比較的大きいことにより、又は造形領域Ｒの外側の領域の余剰材料の吸引を行うことにより吸引ノズル７９による吸引が広範囲となる場合であっても、余剰材料の有無を判定して確実に除去することができる。

【0089】

さらに、本実施形態の制御装置９は、検出手段の検出結果に基づき、余剰の材料粉体の有無を判定する。具体的には、吸引ノズル７９による被吸引物中の材料粉体の割合が凡そ０となった時点で、撮像領域の余剰材料が全て吸引されたと判定する。

【0090】

撮像装置１８の取得画像に基づく判定では、造形物Ｗの細かい溝部等の細部における余剰材料の有無の判定が困難となる場合がある他、材料粉体の種類やチャンバ１内の照明の具合によっては、判定精度が低下する場合がある。このような場合に、検出手段の検出結果を用いることで判定が可能となる。

【0091】

撮像装置１８の取得画像に基づく余剰材料の有無の判定と、検出手段の検出結果に基づく余剰材料の有無の判定とは、いずれか一方のみを行ってもよいが、併用することが好ましい。広範囲における判定が可能な前者と、溝部等の細部における判定が可能であり、材料粉体の種類や照明の影響を受けにくい後者とを併用することで、判定を高精度で行い余剰材料をより確実に除去することが可能となる。

【0092】

なお、吸引ノズル７９の移動中に、トルクセンサ８ｃの検出結果に基づき吸引動作の停止や移動経路の補正等の対応を行ってもよい。吸引ノズル７９が造形物Ｗやベースプレート８３に接触すると、ロボットアーム８ａの関節部に作用するトルクが大きくなる。トルクの検出値が大きい場合に、例えば、吸引動作を一時停止したり、吸引ノズル７９が造形物Ｗやベースプレート８３から遠ざかるように移動経路を補正することで、造形物Ｗの損傷を回避することが可能となる。

【0093】

吸引完了後、移動ロボット制御部９９は、移動ロボット８を制御して吸引ノズル７９を作業扉からチャンバ１外へ移動して収納部に収納する。これにより、吸引工程Ｓ１－５が終了する。

【0094】

２．６．取り出し工程Ｓ１－６
吸引工程Ｓ１－５の完了後、取り出し工程Ｓ１－６が実施され、ベースプレート８３と、ベースプレート８３上に造形された造形物Ｗとがチャンバ１から取り出される。具体的には、まず、チャック制御部９６は、チャック装置５のクランプユニット５２を制御して、ボール５２ｄを係止部８７ｂから係脱させ、チャック装置５によるベースプレート８３の固定を解除する。次に、搬送ロボット制御部９７は、搬送ロボット６を制御して、ベースプレート８３及び造形物Ｗを、取付プレート８４、パレット８５、シャフト８７、及び外側カバー５４と共にチャンバ１から取り出す。

【0095】

チャンバ１から造形物Ｗを取り出した後、搬送ロボット制御部９７は、搬送ロボット６を制御して、造形物Ｗを上下方向に反転させて余剰材料を落下させたり、反転した造形物Ｗを仕上げ装置に載置して余剰材料の仕上げ除去を行ってもよい。また、二次加工を行う場合、搬送ロボット制御部９７が搬送ロボット６を制御して造形物Ｗを二次加工装置に移動させた後、二次加工工程Ｓ１－７が行われる。その場合、チャック装置５と同様の構成を有する固定装置を二次加工装置に導入することで、搬送ロボット６を制御して、載置工程Ｓ１－１におけるチャック装置５への固定と同様に、ベースプレート８３及び造形物Ｗを取付プレート８４及びパレット８５を介して当該固定装置に固定して配置することができる。二次加工装置における造形物Ｗの載置の自動化が可能となるとともに、造形領域Ｒへの載置時と同等の配置精度が確保され、高精度の二次加工が可能となる。

【0096】

取り出し工程Ｓ１－６の完了後、上述の工程を繰り返すことにより、三次元造形物Ｗが順次製造される。このような構成では、造形完了後に吸引ノズル７９による余剰材料の除去が自動で行われるため、チャンバ１からの造形物Ｗの取り出しの無人化が可能となる。

【0097】

３．ティーチングデータの取得方法
次に、ティーチングデータを取得するためのティーチング方法について説明する。本実施形態のティーチング方法は、載置工程Ｓ２－１と、材料供給工程Ｓ２－２と、造形工程Ｓ２－３と、記録工程Ｓ２－４と、上昇工程Ｓ２－５とを備える。ティーチング方法によるティーチングデータの取得は、造形物Ｗの製造に先駆けて（例えば、試験造形において）実行される。以下、積層造形装置１００を用いてティーチングデータを取得する場合を例として説明を行うが、別の積層造形装置を用いることも可能である。

【0098】

載置工程Ｓ２－１では、造形テーブル４上に配置されたチャック装置５によってベースプレート８３を着脱自在に固定することにより、造形テーブル４上に設けられた、造形物Ｗが形成される領域である造形領域Ｒにベースプレート８３を載置する。載置工程Ｓ２－１は、造形物Ｗの製造方法における載置工程Ｓ１－１と同様に行われる。

【0099】

材料供給工程Ｓ２－２では、材料層形成装置２の材料収容部２２ａに材料粉体を供給して収容する。材料供給工程Ｓ２－２は、造形物Ｗの製造方法における材料供給工程Ｓ１－２と同様に行われる。

【0100】

造形工程Ｓ２－３では、ベースプレート８３上に材料粉体を供給して材料層８１を形成する材料層形成工程Ｓ２－３－１と、材料層８１の所定の照射領域にレーザ光Ｂ又は電子ビームを照射することにより固化層８２を形成する固化工程Ｓ２－３－２とを繰り返すことにより、固化層８２を積層して三次元造形物を造形する。材料層形成工程Ｓ２－３－１及び固化工程Ｓ２－３－２は、造形物Ｗの製造方法における固化層形成工程Ｓ１－３における材料層形成工程Ｓ１－３－１及び固化工程Ｓ１－３－２と、それぞれ同様に行われる。

【0101】

造形工程Ｓ２－３における造形完了後、記録工程Ｓ２－４及び上昇工程Ｓ２－５が行われる。記録工程Ｓ２－４では、移動ロボット８を作業者が手動で操作して吸引ノズル７９を移動させながら造形テーブル４上の余剰の材料粉体の吸引を行い、この際の吸引ノズル７９の位置座標及び姿勢を制御装置９に転送して記録する。

【0102】

具体的には、造形完了後、造形テーブル４の位置がＨ＝－Ｈｗの状態で、移動ロボット８を手動で操作して吸引ノズル７９を移動させて余剰材料層８１ａの上面側から余剰材料を吸引する。この際、吸引ノズル７９が造形物Ｗやベースプレート８３に接触しないように、且つ造形物Ｗの窪み等に存在する余剰材料を効率的に吸引できるように吸引ノズル７９の位置及び姿勢を調整しながら、余剰材料層８１ａの上面側から所定の深さΔｄの余剰材料を除去するまで吸引ノズル７９を移動させる。深さΔｄは、造形テーブル４の上昇量Δｈと等しく設定される。このような移動中の吸引ノズル７９の位置座標及び姿勢を複数のポイントにおいて記録し、動作パターンＰ１とする。なお、ポイント間における吸引ノズル７９の移動経路は、例えば、２つのポイントを結ぶ直線としてもよく（直線補間）、所望の三次元造形物Ｗの形状データに基づき作成してもよい。

【0103】

１回目の記録工程Ｓ２－４で深さΔｄの余剰材料を除去した後、上昇工程Ｓ２－５では、造形テーブル４を所定の上昇量Δｈだけ上昇させる。これにより、余剰材料層８１ａの上面が上昇する。この状態で、２回目の記録工程Ｓ２－４を実行する。１回目と同様に、移動ロボット８を手動で操作して吸引ノズル７９を移動させて上面側から深さΔｄの余剰材料を吸引し、移動中の吸引ノズル７９の位置座標及び姿勢を複数のポイントにおいて記録し、動作パターンＰ２とする。

【0104】

造形テーブル４が位置Ｈ＝０に至り余剰材料の吸引が完了するまで、記録工程Ｓ２－４と上昇工程Ｓ２－５とを繰り返すことにより、造形物Ｗ及び造形テーブル４の高さに対応する、吸引ノズル７９の移動経路及び姿勢を含むティーチングデータが、動作パターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４、......Ｐｎとして取得される。これにより、造形物Ｗの形状及び造形テーブル４の高さに対応する吸引ノズル７９の好適な移動経路及び姿勢を含むティーチングデータを取得することができる。

【0105】

このように、移動ロボット８の手動操作により取得された動作パターンに基づく吸引ノズル７９の移動は、特に、造形テーブル４が最上位（位置Ｈ＝０）にある状態での余剰材料等の吸引除去において意義が大きい。造形テーブル４が最上位に至った状態で吸引ノズル７９を好適な移動経路及び姿勢で移動させることで、造形テーブル４上に余剰材料等が残留して次回の造形に悪影響を及ぼす事態を回避できる他、造形領域Ｒの外側に飛散した余剰材料等も効率的に除去することが可能となるため、メンテナンスを目的としたチャンバ１内の清掃作業の自動化が可能となる。

【0106】

１つの動作パターンに含まれるポイントの数は、造形物Ｗ及び造形テーブル４のサイズや形状によって適宜設定され得るが、例えば、５～４０個であり、好ましくは１０～２０個である。ポイントの数が少なすぎると、ティーチングデータに基づき吸引ノズル７９を移動させた際に、余剰材料の除去効率が低下したり、造形物Ｗやベースプレート８３との接触が増加する場合がある。ポイントの数が多すぎると、移動ロボット８の制御が複雑となる場合がある。

【0107】

また、記録工程Ｓ２－４において、吸引ノズル７９の位置座標及び姿勢に加えてトルクセンサ８ｃの検出結果を記録してもよい。記録した位置座標及び姿勢からトルクの値が大きいポイントのデータを除くことで、造形物Ｗやベースプレート８３との接触がより少ない動作パターンを作成することが可能となる。

【0108】

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。

【0109】

上述の実施形態では、試験造形において造形物Ｗを造形して清浄画像を取得し、ティーチング方法の造形工程Ｓ２－３において造形物Ｗを造形したが、このような構成に限定されるものではない。例えば、サイズの異なる複数の造形物についてそれぞれ清浄画像及びティーチングデータを取得し、造形物Ｗの製造時には、それら複数の造形物のうち最もサイズが近いものの清浄画像及びティーチングデータを用いてもよい。このような構成においては、代表的なサイズを有するいくつかの造形物について清浄画像及びティーチングデータを取得すればよく、造形物Ｗ毎に清浄画像及びティーチングデータを取得する必要がない。

【0110】

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】

【0111】

１：チャンバ、１ａ：ウィンドウ、２：材料層形成装置、３：照射装置、４：造形テーブル、５：チャック装置、６：搬送ロボット、７：材料回収装置、８：移動ロボット、８ａ：ロボットアーム、８ｂ：ロボットハンド、８ｃ：トルクセンサ、９：制御装置、１０：材料供給ユニット、１１：材料タンク、１２：メインダクト、１３：中間ダクト、１３ａ：中間ダクト出口、１４：シャッタ、１７：汚染防止装置、１７ａ：筐体、１７ｂ：拡散部材、１８：撮像装置、２１：ベース、２２：リコータヘッド、２２ａ：材料収容部、２２ｂ：材料供給口、２２ｃ：材料排出口、２２ｆｂ：ブレード、２２ｒｂ：ブレード、２３：リコータヘッド駆動装置、４１：テーブル駆動機構、４２：粉体保持壁、５１：チャックベース、５２：クランプユニット、５２ａ：第１凸部、５２ｂ：第２凸部、５２ｃ：当接凹部、５２ｄ：ボール、５２ｅ：挿入孔、５３：チャックカバー、５４：外側カバー、５４ａ：外側被覆部、５４ｂ：上面部、５５：内側カバー、５５ａ：内側被覆部、５５ｂ：フランジ部、７０：材料回収バケット、７０ａ：粉体排出部、７０ｂ：粉体排出部、７０ｃ：シューターガイド、７０ｄ：シューターガイド、７０ｅ：シューター、７１：材料回収用搬送装置、７１ａ：排気口、７１ｂ：吸引口、７２：切換弁、７３：不純物除去装置、７４：吸引装置、７５：切換弁、７６：材料供給バケット、７７：材料乾燥装置、７８：材料供給用搬送装置、７８ａ：排気口、７９：吸引ノズル、７９ａ：吸引部、７９ｂ：開口部、８１：材料層、８１ａ：余剰材料層、８２：固化層、８３：ベースプレート、８４：取付プレート、８５：パレット、８６：位置決めプレート、８６ａ：第１開口部、８６ｂ：第２開口部、８６ｃ：支え足、８６ｄ：取付軸、８７：シャフト、８７ａ：チャッキング栓、８７ｂ：係止部、８７ｃ：凹部、９０：画像処理装置、９０ａ：ＣＡＤ装置、９０ｂ：ＣＡＭ装置、９１：数値制御部、９１ａ：記憶部、９１ｂ：演算部、９１ｃ：メモリ、９２：作業扉制御部、９３：材料層形成制御部、９４：照射制御部、９５：テーブル制御部、９６：チャック制御部、９７：搬送ロボット制御部、９８：材料供給・回収制御部、９９：移動ロボット制御部、１００：積層造形装置、Ｂ：レーザ光、Ｒ：造形領域、Ｗ：三次元造形物

【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】

【図14】

【図15】

【図16】