JP2024054693A - Layered modeling device, method for manufacturing three-dimensional object, and teaching method - Google Patents

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Abstract

【課題】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。【解決手段】積層造形装置100は、造形テーブル4とチャンバ1と材料層形成装置2とチャック装置5と材料回収装置7と搬送ロボット6と移動ロボット8と制御装置とを備える。チャック装置5は造形テーブル4上でベースプレートを着脱自在に固定し、材料回収装置7は吸引ノズル79を備え、移動ロボット8は吸引ノズル79を移動可能であり、制御装置は、造形テーブル4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と、を交互に繰り返し、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。【選択図】図1[Problem] To provide an additive manufacturing device, a manufacturing method for a three-dimensional object, and a teaching method, which enable unmanned removal of a model by more effectively removing excess material on a modeling table. [Solution] An additive manufacturing device 100 includes a modeling table 4, a chamber 1, a material layer forming device 2, a chuck device 5, a material recovery device 7, a transport robot 6, a mobile robot 8, and a control device. The chuck device 5 detachably fixes a base plate on the modeling table 4, the material recovery device 7 includes a suction nozzle 79, the mobile robot 8 is capable of moving the suction nozzle 79, and the control device alternately repeats raising the modeling table 4 by a predetermined lift amount and controlling the mobile robot 8 to move the suction nozzle 79 according to teaching data to suck up the excess material powder, the teaching data including a moving path and a posture of the suction nozzle 79 corresponding to the shape of the model and the height of the modeling table 4. [Selected Figure] FIG.

Description

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。 The present invention relates to an additive manufacturing device, a method for manufacturing a three-dimensional object, and a teaching method.

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。 Various methods are known for additive manufacturing of three-dimensional objects. For example, an additive manufacturing device that performs powder bed fusion places a base plate in a modeling area on a modeling table arranged in a chamber, supplies material powder to the modeling area to form a material layer, and irradiates a laser beam or electron beam at a predetermined position on the material layer to sinter or melt the material powder to form a solidified layer. By repeatedly forming material layers and solidified layers, solidified layers are stacked on the base plate, and cutting is performed by a cutting means during or after modeling as necessary to produce the desired three-dimensional object.

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。 In additive manufacturing using powdered material, such as powder bed fusion, not all of the powdered material delivered to the build area solidifies. After building, unsolidified powdered material remains on and around the object, base plate, and build table, and excess material must be removed when the object is removed from the chamber.

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。 As disclosed in Patent Document 1, it is known that an additive manufacturing device is provided with a suction nozzle for sucking and removing excess material. Before removing the molded object, an operator operates the suction nozzle to suck up the excess material, and the excess material is removed. In such additive manufacturing devices, there is a demand for automatically removing the molded object from the chamber after molding. For example, when performing secondary processing on the molded object, it is desirable to automatically perform a series of steps of removing the molded object from the additive manufacturing device and sending the removed molded object to a secondary processing device. When automatically removing the molded object from the chamber, it is necessary to automatically remove the excess material after molding. Patent Document 2 discloses a configuration in which the excess material remaining after molding is automatically removed by a suction nozzle.

特許第6132962号公報Patent No. 6132962 特開2002-205339号公報JP 2002-205339 A

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。 In conventional additive manufacturing devices that automatically remove excess material by suction, such as that shown in Patent Document 2, it is often the case that excess material remaining around the base plate, modeling table, and modeling plate, including excess material that has entered into depressions and grooves formed in the model, cannot be fully removed. If excess material remains on the modeling table, it adversely affects the high-precision positioning when placing a replacement base plate or pallet on the modeling table for the next modeling and the reuse of material powder, so the model cannot be removed unless the excess material is removed by hand, which hinders automation in removing and transporting the modeled object.

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。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide an additive manufacturing device, a manufacturing method for a three-dimensional object, and a teaching method that enable unmanned removal of the object by more efficiently removing excess material on the modeling table.

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。
According to the present invention, the following inventions are provided.
[1] An additive manufacturing apparatus including a modeling table, a chamber, a material layer forming device, a chuck device, a material recovery device, a transport robot, a moving robot, and a control device, wherein the modeling table is configured to be movable up and down by a table drive mechanism, the chamber covers a modeling area provided on the modeling table where a model is formed, the material layer forming device supplies material powder onto a base plate placed in the modeling area to form a material layer, the chuck device is disposed on the modeling table and configured to be able to detachably and fix the base plate within the modeling area, and the material recovery device recovers the material powder from the surplus material on the modeling table. the transport robot is configured to be able to remove the base plate and the modeled object modeled on the base plate from the chamber, the mobile robot is configured to be able to move the suction nozzle, and the control device alternately repeats controlling the table drive mechanism to raise the modeling table by a predetermined lift amount and controlling the mobile robot in accordance with teaching data to move the suction nozzle while sucking up the excess material powder, and the teaching data includes a movement path and attitude of the suction nozzle that correspond to the shape of the modeled object and the height of the modeling table.
[2] An additive manufacturing apparatus as described in [1], comprising an imaging device configured to acquire images of an area including at least the base plate and the object, and the control device determines whether or not there is excess material powder using the images acquired by the imaging device.
[3] An additive manufacturing apparatus as described in [1] or [2], comprising a detection means capable of detecting the proportion of the material powder in the object to be sucked by the suction nozzle, and the control device determines whether or not there is surplus material powder based on the proportion of the material powder.
[4] The additive manufacturing apparatus according to [3], wherein the detection means is a flow rate sensor.
[5] An additive manufacturing apparatus according to any one of [1] to [4], comprising: a powder retaining wall surrounding the modeling table and configured to retain the material powder on the modeling table; and a material recovery bucket configured to accommodate excess material powder discharged outside the powder retaining wall, wherein the material recovery apparatus has an operation mode including a recovery mode and a suction mode, and the control device is configured to switch between the operation modes. In the recovery mode, the material recovery apparatus recovers the material powder in the material recovery bucket, removes impurities, and supplies the material powder to the material layer forming device, and in the suction mode, the suction nozzle is moved by the mobile robot to suck up the excess material powder on the modeling table through the suction nozzle, and removes impurities from the material powder.
[6] An additive manufacturing apparatus according to any one of [1] to [5], wherein a side of the chuck device is covered by a chuck cover, the chuck cover having an outer cover and an inner cover, the outer cover covers at least a portion of the side of the inner cover, and the inner cover covers the side of the chuck device.
[7] An additive manufacturing apparatus according to any one of [1] to [6], wherein the chuck device fixes the base plate via a mounting plate.
[8] An additive manufacturing apparatus according to any one of [1] to [7], wherein the suction nozzle is provided with a suction portion at a tip end thereof, the suction portion has a cylindrical shape with an end face at the tip end cut by an inclined surface, and an opening is provided on the inclined surface.
[9] An additive manufacturing apparatus according to any one of [1] to [8], wherein the transport robot is configured to be capable of transporting the base plate into the chamber.
[10] An additive manufacturing apparatus according to any one of [1] to [9], wherein the transport robot is configured to invert the object after removing it from the chamber.
[11] A method for manufacturing a three-dimensional object, comprising: a placing step, a solidified layer forming step, a suction step, and a removal step, wherein in the placing step, a base plate is detachably fixed by a chuck device arranged on a modeling table, thereby placing the base plate in a modeling area on the modeling table, which is an area where a model is formed, and in the solidified layer forming step, a material layer forming step of supplying material powder onto the base plate to form a material layer, and a solidification step of irradiating a predetermined irradiation area of the material layer with a laser beam or an electron beam are repeated to form a solidified layer. a suction step alternately repeating raising the modeling table by a predetermined amount using a table driving mechanism and suctioning the excess material powder while moving a suction nozzle using a mobile robot in accordance with teaching data; and a removal step alternately repeats removing the base plate and the modeled object modeled on the base plate from a chamber covering the modeling area using a transport robot, the teaching data including a movement path and posture of the suction nozzle corresponding to the shape of the modeled object and the height of the modeling table.
[12] A teaching method for acquiring teaching data used when suctioning excess material powder generated in additive manufacturing of a three-dimensional object with a suction nozzle, the teaching method comprising: a placing step, a modeling step, a recording step, and a lifting step; in the placing step, a base plate is detachably fixed by a chuck device arranged on a modeling table, so that the base plate is placed in a modeling area on the modeling table, which is an area where a model is formed; in the modeling step, a material layer forming step of supplying material powder onto the base plate to form a material layer; and a laser beam or laser beam irradiating a predetermined irradiation area of the material layer. a solidification process in which a solidified layer is formed by irradiating an electron beam to the solidified layer, and a recording process in which the solidified layers are stacked to form a three-dimensional object; in the recording process, a mobile robot is manually operated to move the suction nozzle while sucking up the excess material powder on the modeling table, and the position coordinates and attitude of the suction nozzle are recorded; in the lifting process, the modeling table is lifted by a predetermined lift amount; and by repeating the recording process and the lifting process, the teaching data including the movement path and attitude of the suction nozzle corresponding to the shape of the modeled object and the height of the modeling table are obtained.

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。 The additive manufacturing device according to the present invention is provided with a suction nozzle that can be moved by a mobile robot, and while gradually raising the modeling table, the suction nozzle is moved in accordance with teaching data to suction and remove excess material. The teaching data includes an optimal movement path and posture of the suction nozzle that corresponds to the shape of the model and the height of the modeling table, which allows excess material on the modeling table to be removed more reliably and efficiently. In this case, the removal of excess material by the suction nozzle is performed automatically, making it possible to remove the model without human intervention.

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。1 is a schematic configuration diagram of an additive manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. 積層造形装置100の材料層形成装置2の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a material layer forming device 2 of the additive manufacturing apparatus 100. 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。2 is a perspective view of a recoater head 22 of the material layer forming apparatus 2 from above. 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。2 is a perspective view of a recoater head 22 of the material layer forming apparatus 2, seen from below. 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。13 is a perspective view showing a state in which a base plate 83 is fixed to a chuck device 5. FIG. 図5のA-A線における断面図である。6 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5. 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。1 is a perspective view showing a pallet 85, a positioning plate 86, and a shaft 87 in an exploded state. 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。2 is a perspective view showing a state in which a chuck cover 53 is removed from the chuck device 5. FIG. 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。9A and 9B are diagrams showing the tip of the suction portion 79a of the suction nozzle 79. Fig. 9A is a front view, and Fig. 9B is a right side view. 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。13 is a diagram for explaining a manner in which excess material of an excess material layer 81a is suctioned by a suction nozzle 79. FIG. 積層造形装置100の制御装置9の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a control device 9 of the additive manufacturing apparatus 100. 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。1 is a flow diagram of a method for manufacturing a three-dimensional object W using the additive manufacturing device 100. FIG. 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。FIG. 1 is a flow diagram of a teaching method for obtaining teaching data. 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。1A to 1C are diagrams for explaining a method for manufacturing a three-dimensional object W using the additive manufacturing device 100. 固化層形成工程を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a solidified layer forming step. 吸引工程を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a suction process.

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。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings. The features of the following embodiment can be combined with each other. Each feature can also be used as an invention independently.

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。
1. Additive manufacturing device 100
1 is a schematic diagram of an additive manufacturing apparatus 100 according to this embodiment. The additive manufacturing apparatus 100 includes a chamber 1, a material layer forming device 2, an irradiation device 3, a modeling table 4, a chuck device 5, a transfer robot 6, a material recovery device 7, a mobile robot 8, an imaging device 18, and a control device 9. In a modeling region R provided on the modeling table 4 arranged in the chamber 1, a material layer 81 and a solidified layer 82 are repeatedly formed to form a desired three-dimensional object W.

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。
1.1. Chamber 1
The chamber 1 covers a printing region R where a desired three-dimensional object W is to be formed. The inside of the chamber 1 is filled with a predetermined concentration of inert gas supplied from an inert gas supply device (not shown). In this specification, the inert gas is a gas that does not substantially react with the material layer 81 or the solidified layer 82, and is selected according to the type of material. For example, nitrogen gas, argon gas, or helium gas can be used. The inert gas containing fumes generated during the formation of the solidified layer 82 is exhausted from the chamber 1, and after the fumes are removed in a fume collector (not shown), it is supplied to the chamber 1 and reused. The fume collector is, for example, an electric dust collector or a filter.

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。 A window 1a that serves as a transmission window for laser light B is provided on the upper surface of the chamber 1. The window 1a is made of a material that can transmit laser light B. Specifically, the material of the window 1a is selected from quartz glass, borosilicate glass, or crystals of germanium, silicon, zinc selenide, or potassium bromide, depending on the type of laser light B. For example, when the laser light B is a fiber laser or a YAG laser, the window 1a can be made of quartz glass.

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。 A contamination prevention device 17 is provided on the upper surface of the chamber 1 so as to cover the window 1a. The contamination prevention device 17 comprises a cylindrical housing 17a and a cylindrical diffusion member 17b arranged inside the housing 17a. The clean inert gas supplied to the space between the housing 17a and the diffusion member 17b fills the inside of the diffusion member 17b through pores formed in the wall surface of the diffusion member 17b, and is further ejected downward through an opening provided in the bottom surface of the housing 17a. This configuration makes it possible to prevent fumes from adhering to the window 1a and to remove fumes from the irradiation path of the laser light B.

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。 The chamber 1 is also provided with a work door (not shown) that can be opened and closed under the control of the control device 9. When the base plate 83 is loaded into the chamber 1, or when the base plate 83 and the model W are removed from the chamber 1, the work door is opened and the transport robot 6 enters and exits the chamber 1 to perform the loading and unloading operations. When loading and unloading operations are not being performed, particularly during modeling, the work door is closed.

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。
1.2. Material layer forming device 2
The material layer forming apparatus 2 supplies material powder onto a base plate 83 placed in the modeling region R to form a material layer 81. As shown in FIGS. 1 to 4, the material layer forming apparatus 2 The recoater head 22 is provided inside the chamber 1 and is arranged on the base 21. The recoater head 22 is configured to be reciprocated in one horizontal axial direction by a recoater head driving device 23. will be done.

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。 3 and 4, the recoater head 22 includes a material storage section 22a, a material supply port 22b, and a material discharge port 22c. The material supply port 22b is provided on the upper surface of the material storage section 22a, has a rectangular shape extending in the longitudinal direction of the material storage section 22a, and serves as a receiving port for the material powder supplied from the material supply unit 10 to the material storage section 22a. The material discharge port 22c is provided on the bottom surface of the material storage section 22a, and discharges the material powder in the material storage section 22a. The material discharge port 22c has a slit shape extending in the longitudinal direction of the material storage section 22a. Flat blades 22fb and 22rb are provided on both side surfaces of the recoater head 22. The blades 22fb and 22rb flatten the material powder discharged from the material discharge port 22c to form a material layer 81.

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。
1.3. Irradiation device 3
As shown in Fig. 1, the irradiation device 3 is provided above the chamber 1. The irradiation device 3 irradiates an irradiation region of a material layer 81 formed in a modeling region R with a laser beam B to produce a material powder. The material powder is melted or sintered to be solidified, forming a solidified layer 82. The laser beam B may be any type capable of melting or sintering the material powder, and may be, for example, a fiber laser, a CO2 laser, or a YAG laser. The irradiation device 3 may be configured to irradiate the material layer 81 with an electron beam instead of the laser light B to solidify the material layer 81 .

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。
1.4. Modeling table 4
The modeling table 4 is provided in the chamber 1, and a modeling region R is provided on the upper surface of the modeling table 4. The modeling table 4 is configured to be movable up and down by a table driving mechanism 41. The table driving mechanism 41 in this embodiment is configured using a motor as a driving source. Note that the configuration of the table driving mechanism 41 is not limited to the example of this embodiment, and other forms may be used as long as the modeling table 4 can be moved up and down (vertically).

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。
1.5. Chuck device 5
The chuck device 5 is disposed on the molding table 4, and is configured to be able to detachably and fix the base plate 83 within the molding region R. The chuck device 5 holds and fixes the base plate 83, whereby the base plate 83 is placed within the molding region R.

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。 The base plate 83 may be fixed directly by the chuck device 5, or may be fixed via a separate member such as the mounting plate 84. In this embodiment, as shown in Figs. 1, 5, and 6, the base plate 83 is detachably fixed by the chuck device 5 via the mounting plate 84 and the pallet 85. Specifically, a shaft 87 is attached to the bottom surface of the pallet 85 so as to protrude downward, and the pallet 85 is detachably fixed by gripping the shaft 87 with the chuck device 5. The mounting plate 84 is fixed on the pallet 85 using a fixing member such as a bolt, and the base plate 83 is fixed on the mounting plate 84 using a fixing member such as a bolt. In other words, the chuck device 5, the pallet 85, the mounting plate 84, and the base plate 83 are arranged in this order from the bottom, and the three-dimensional object W is formed on the upper surface of the base plate 83.

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。 As shown in Figures 6 to 8, the chuck device 5 of this embodiment includes a chuck base 51 arranged on the modeling table 4 and a clamp unit 52 arranged on the chuck base 51.

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。 The chuck base 51 is used to fix the chuck device 5 onto the modeling table 4. In this embodiment, the four corners of the chuck base 51, which is rectangular in plan view, are fixed to the modeling table 4 by fixing members such as bolts.

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。 The clamp unit 52 has a generally cylindrical shape with a bottom. The upper surface of the clamp unit 52 is provided with a plurality of first protrusions 52a and a plurality of second protrusions 52b (four in one example) that are concentric in a plan view, and further provided with a plurality of abutment recesses 52c (four in one example) that are formed radially from the center in a plan view. Inside the clamp unit 52, as shown in FIG. 6, a plurality of balls 52d are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the shaft 87 as locking members that lock the shaft 87.

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。 As shown in Figures 6 and 7, the shaft 87 includes a chucking plug 87a and a locking portion 87b provided on the outside of the chucking plug 87a. A threaded portion is formed on the upper end side of the chucking plug 87a, and the chucking plug 87a is attached to the pallet 85 by screwing the threaded portion into a screw hole formed in the bottom surface of the pallet 85. The lower end of the chucking plug 87a is inserted into the insertion hole 52e of the clamp unit 52, and the ball 52d of the clamp unit 52 engages with the recess 87c of the locking portion 87b, thereby locking the shaft 87. This fixes the pallet 85 to the chuck device 5.

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。 Furthermore, in this embodiment, a positioning plate 86 is interposed between the pallet 85 and the clamp unit 52. The positioning plate 86 is fixed to the bottom surface of the pallet 85 using a fixing member such as a bolt. The positioning plate 86 is provided with a plurality of first openings 86a and second openings 86b (four in one example). The first openings 86a and second openings 86b are provided at positions that overlap the first convex portion 52a and the second convex portion 52b of the clamp unit 52, respectively, in a plan view, and the positioning plate 86 is positioned in the horizontal direction by inserting the first convex portion 52a into the first opening 86a and the second convex portion 52b into the second opening 86b.

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。 In addition, a number of (four in one example) support feet 86c are attached to the underside of the positioning plate 86 using mounting shafts 86d. The support feet 86c are attached at positions that overlap the abutment recesses 52c in a plan view, and the positioning plate 86 is positioned in the vertical direction when the bottom surfaces of the support feet 86c abut against the abutment recesses 52c. By attaching the positioning plate 86 to the pallet 85, when the pallet 85 is fixed by the chuck device 5, the mounting plate 84 and base plate 83 fixed on the pallet 85 can be positioned at predetermined positions in the horizontal and vertical directions with high precision.

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。 In this embodiment, the base plate 83 is fixed to the chuck device 5 via separate members (mounting plate 84 and pallet 85). In this configuration, mounting parts such as screw holes for mounting the shaft 87 and positioning plate 86 can be formed in the separate members, and the separate members can be partially or completely removed from the base plate 83 after molding and reused. Therefore, since there is no need to provide mounting parts on the base plate 83 depending on the shape of the chuck device 5, the base plate 83 can be manufactured more inexpensively.

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。 As shown in Figures 5 and 6, in this embodiment, the side of the chuck device 5 is covered by a chuck cover 53. The chuck cover 53 includes an outer cover 54 and an inner cover 55. The outer cover 54 covers at least a portion of the side of the inner cover 55, and the inner cover 55 covers the side of the chuck device 5. The material of the chuck cover 53 can be metal, resin, or the like.

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。 6 and 8, the inner cover 55 has a cylindrical inner covering portion 55a and a flange portion 55b that protrudes radially outward at the lower end of the inner covering portion 55a. The inner covering portion 55a covers the side surface of the clamp unit 52 of the chuck device 5. The inner cover 55 is fixed to the chuck base 51 at the flange portion 55b. The outer cover 54 has a cylindrical outer covering portion 54a and an upper surface portion 54b that protrudes radially inward at the upper end of the outer covering portion 54a. The outer covering portion 54a covers an upper part of the side surface of the inner covering portion 55a. The outer cover 54 is fixed to the pallet 85 with the upper surface of the upper surface portion 54b in contact with the bottom surface of the pallet 85 at the upper surface portion 54b. The outer cover 54 and the inner cover 55 are arranged so that the outer covering portion 54a and the inner covering portion 55a are coaxial. This configuration makes it possible to prevent excess material from entering the inside of the chuck device 5, particularly the clamp unit 52, when the base plate 83 is released from the chuck device 5 during or after modeling is completed.

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。 As shown in FIG. 6, a gap G is provided between the outer cover 54 and the inner cover 55. Specifically, the outer cover 54 and the inner cover 55 are designed so that the inner diameter D1 of the outer covering portion 54a and the outer diameter D2 of the inner covering portion 55a satisfy the condition D1>D2, thereby providing the gap G. The gap G is preferably provided so that the distance between the inner surface of the outer covering portion 54a and the outer surface of the inner covering portion 55a (in this embodiment, (D1-D2)/2) is 1 to 10 mm. In this configuration, the path through which powder such as excess material that has fallen from the base plate 83 reaches the inside of the chuck cover 53 is bent, so that the intrusion of the powder can be more effectively prevented.

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。 The configuration of the chuck cover 53 is not limited to the example of this embodiment. For example, the inner covering portion 55a and the outer covering portion 54a may be rectangular tubular. According to the embodiment of the chuck device 5 shown in Figures 6 to 8, regardless of the process by which the transfer robot 6 sucks and removes the excess material powder, the risk of a situation occurring in which it becomes impossible to continue modeling due to the excess material powder entering the clamp unit 52 is reduced, thereby supporting unmanned operation of continuous modeling.

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。
1.6. Transport robot 6
The transfer robot 6 is configured to be able to remove the base plate 83 and the object W formed on the base plate 83 from the chamber 1. In this embodiment, after the completion of modeling, the balls 52d of the clamp unit 52 are disengaged from the recesses 87c to release the fixation of the pallet 85 by the chuck device 5. In this state, the transfer robot 6 grips a predetermined portion of the pallet 85 or inserts a support rod into a support hole (not shown) provided on the side of the pallet 85 to lift it up, thereby removing the base plate 83 and the object W together with the mounting plate 84, the pallet 85, the shaft 87, and the outer cover 54 from the chamber 1 via the work door.

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。 The transport robot 6 may be configured to move the object W to a predetermined position after removing it from the chamber 1 and to invert the object W upside down. By inverting the object W, excess material adhering to the object W and the base plate 83 can be dropped and removed. At this time, the inverted object W may be placed on a finishing device (not shown) provided outside the chamber 1, and the excess material may be automatically or manually removed for finishing. Examples of methods for finishing include sucking the material powder with a suction nozzle, vibrating the object W to cause the material powder to fall, or transporting the object W to a suction chamber (not shown) outside the chamber 1 to remove the powder by suction.

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。 When performing secondary processing on the object W, the transfer robot 6 removes the base plate 83 and the object W from the chamber 1 and moves them to a secondary processing device (not shown).

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。 The transport robot 6 in this embodiment is also used to transport the base plate 83 into the chamber 1 before the start of modeling. Specifically, the base plate 83, mounting plate 84, pallet 85, shaft 87, and outer cover 54 are stored as an integrated base plate set in a stocker (not shown) provided outside the chamber 1, and the transport robot 6 transports the base plate set into the chamber 1 through the work door by gripping a predetermined portion of the pallet 85 or by inserting a support rod into a support hole provided on the side of the pallet 85 and lifting it up, and inserts the lower end of the shaft 87 into the clamp unit 52. The pallet 85 is fixed by the chuck device 5 by engaging the ball 52d with the recess 87c of the inserted shaft 87.

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。
1.7. Material Powder Supply/Recovery System Next, a material powder supply/recovery system including the material recovery device 7 will be described. As shown in Fig. 1, a material supply unit 10 is provided near the wall surface of the chamber 1. The material supply unit 10 includes a material tank 11, a main duct 12, and an intermediate duct 13. New material powder is stored in the material tank 11, and is supplied to the intermediate duct 13 through the main duct 12.

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。 The intermediate duct 13 is configured to be movable in the vertical direction and to discharge the material powder from the intermediate duct outlet 13a. In this embodiment, the intermediate duct outlet 13a is rectangular and extends in approximately the same direction as the material supply port 22b of the recoater head 22. The intermediate duct outlet 13a is configured to be openable and closable by the shutter 14. The intermediate duct outlet 13a is normally closed by the shutter 14. When refilling the material powder, the recoater head 22 moves directly below the intermediate duct 13, and the intermediate duct 13 moves so that the intermediate duct outlet 13a is lower than the upper end of the material storage section 22a. In this state, the shutter 14 opens and the material powder is refilled.

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。 In this embodiment, a powder retaining wall 42 is provided to surround the modeling table 4. The powder retaining wall 42 retains the material powder on the modeling table 4. In addition, a material recovery bucket 70 is provided that is configured to receive excess material discharged outside the powder retaining wall 42.

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。 At least one powder discharge section 70b communicating with the material recovery bucket 70 is provided on the base 21 of the material layer forming device 2. Excess material and impurities pushed out by the moving recoater head 22 are discharged from the powder discharge section 70b, guided to the shooter 70e by the shooter guide 70d, and stored in the material recovery bucket 70. The powder discharge section 70b may be configured to be openable and closable by a shutter (not shown). Furthermore, a powder discharge section 70a capable of discharging the material powder inside the powder holding wall 42 may be provided below the powder holding wall 42, and a part of the impurities such as unsolidified material powder and cutting chips may be discharged from the powder discharge section 70a by lowering the modeling table 4 after the completion of the layered modeling. In this case, the material powder discharged from the powder discharge section 70a is guided to the shooter 70e by the shooter guide 70c, and stored in the material recovery bucket 70.

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。 As shown in FIG. 1, the material recovery device 7 of this embodiment includes a material recovery transport device 71, an impurity removal device 73, a suction device 74, a material supply bucket 76, a material drying device 77, a material supply transport device 78, and a suction nozzle 79. The suction port 71b of the material recovery transport device 71 is connected to the material recovery bucket 70 by piping or the like via a switching valve 72, and the material powder containing impurities in the material recovery bucket 70 is transported to the impurity removal device 73 by the material recovery transport device 71. Examples of impurities include sputters generated during irradiation and processing chips generated by cutting processing. The impurity removal device 73 removes impurities from the material powder transported from the material recovery transport device 71. The material powder from which the impurities have been removed is stored in the material supply bucket 76. The material drying device 77 dries the material powder in the material supply bucket 76. The material powder dried by the material drying device 77 is supplied into the main duct 12 by a material supply conveying device 78 connected to the top of the main duct 12 and reused.

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。 The material recovery transport device 71 and the material supply transport device 78 have a cyclone type filter inside, and the exhaust port 71a and the exhaust port 78a of the filter are connected to the suction device 74 by piping or the like via the switching valve 75. The suction device 74 has a suction force capable of sucking in both gas and solids, and is configured, for example, using a cleaner or the like. When solids such as material powder and impurities are sucked in together with the gas by the suction device 74, the filter separates only the solids from the airflow and drops them by utilizing the difference in specific gravity. As a result, the solids are transported, and the gas is sucked into the suction device 74 from the exhaust ports 71a and 78a. Note that one suction device 74 may be switchably connected to the material recovery transport device 71 and the material supply transport device 78 via the switching valve 75, or one suction device 74 may be independently connected to each of the material recovery transport device 71 and the material supply transport device 78.

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。 The suction nozzle 79 is configured to be able to suck up excess material powder on the modeling table 4. The suction nozzle 79 is stored in a storage section (not shown) outside the chamber 1, and when suction is to be performed, it is grasped by the mobile robot 8 and moved into the chamber 1.

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。 For the purpose of cleaning the inside of the chamber 1, the suction nozzle 79 may be used to suck up excess material and cutting chips that have scattered in areas other than above the modeling table 4 in the chamber 1 (in other words, outside the modeling area R). If modeling is performed with excess material remaining in areas outside the modeling area R, this may cause operational abnormalities or failures during automatic operation of the additive manufacturing device 100. This can be avoided by using the suction nozzle 79 to suck and remove excess material from areas outside the modeling area R.

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。 The suction nozzle 79 in this embodiment is connected to the suction port 71b of the material recovery transport device 71 by piping or the like via the switching valve 72. For example, the suction nozzle 79 can be attached to one end of a flexible hose, and the other end of the hose can be connected to the suction port 71b via the switching valve 72. The material powder sucked through the suction nozzle 79 is subjected to a process for removing impurities and a process for drying in the same manner as described above, and then supplied into the main duct 12.

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。 The additive manufacturing apparatus 100 of this embodiment is equipped with a detection means (not shown) capable of detecting the ratio of the material powder in the object to be sucked by the suction nozzle 79. As the ratio of the material powder in the object to be sucked, for example, the volumetric flow rate ratio or mass flow rate ratio of the material powder in the object to be sucked, or the area ratio in a predetermined detection area can be used. In this embodiment, a flow sensor is installed as a detection means inside the suction nozzle 79 or the hose to which the suction nozzle 79 is attached. As an example, the flow sensor is configured to be able to detect the volumetric flow rate of the powder in the object to be sucked. Specifically, the flow sensor transmits microwaves at a predetermined position inside the suction nozzle 79 or the hose and receives the reflected waves. Since the frequency and amplitude of the reflected waves change depending on the amount of powder in the object to be sucked that passes through the predetermined position, the volumetric flow rate of the material powder in the object to be sucked can be detected based on the change, and the volumetric flow rate ratio of the material powder can be obtained. The detection result by the detection means is output to the control device 9. The detection means may be configured to directly detect the ratio of the material powder in the object to be sucked, or may be configured to indirectly detect the ratio of the material powder. When detecting indirectly, for example, the proportion of gas in the object to be sucked may be detected, and the proportion of material powder may be obtained from the detection result.

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。 Figures 9A and 9B are diagrams showing the tip of the suction section 79a of the suction nozzle 79. Figure 9A is a front view, and Figure 9B is a right side view. The suction nozzle 79 of this embodiment has a suction section 79a on the tip side. Also, although not shown in Figures 9A and 9B, a gripping section that can be gripped by the mobile robot 8 is provided on the base end side of the suction nozzle 79. The suction section 79a has a cylindrical shape with the end face on the tip side cut by an inclined surface, and an opening 79b is provided on the inclined surface. Excess material is sucked through the opening 79b.

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。 In this configuration, as shown in FIG. 10, when the suction nozzle 79 is brought close to the layer made of excess material (excess material layer 81a) and part of the opening 79b is embedded in the excess material layer 81a, the material powder is sucked through the opening 79b. At this time, gas is sucked through the part of the opening 79b that is not embedded in the excess material layer 81a. By sucking the material powder together with the gas, it is possible to avoid a situation in which the proportion of solids in the object being sucked is excessive, which would reduce the suction force, or cause clogging inside the suction nozzle 79 and hose.

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。 The material recovery device 7 of this embodiment has a recovery mode and a suction mode as operation modes, and the operation modes are switched by the material supply/recovery control unit 98 of the control device 9 described later. In the recovery mode, the material recovery device 7 recovers the material powder in the material recovery bucket 70, removes impurities, and supplies the material powder to the material layer forming device 2. On the other hand, in the suction mode, the material recovery device 7 moves the suction nozzle 79 by the mobile robot 8, and sucks up excess material powder on the modeling table 4 with the suction nozzle 79. In this embodiment, the material supply/recovery control unit 98 switches the switching valve 72 to switch between a recovery mode in which the material recovery bucket 70 is the source of the material powder transported by the material recovery transport device 71, and a suction mode in which the source of the transport is the suction nozzle 79.

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。
1.8. Mobile Robot 8
The mobile robot 8 is configured to be able to move the suction nozzle 79. The mobile robot 8 of this embodiment can grasp the suction nozzle 79 stored in a storage section outside the chamber 1, move into the chamber 1 through the work door, and place the suction nozzle 79 at any position within the chamber 1. The mobile robot 8 can also change the attitude (direction and angle) of the suction nozzle 79 with respect to the model W by performing an operation such as tilting the suction nozzle 79. The mobile robot 8 may be separate from the transport robot 6 as shown in FIG. 1, or may be mounted on the transport robot 6.

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。 The mobile robot 8 is controlled by a mobile robot control unit 99 of the control device 9, which will be described later, to move the suction nozzle 79. This control is performed according to teaching data acquired in advance. The teaching data includes the movement path and posture of the suction nozzle 79 that correspond to the shape of the model W and the height of the modeling table 4.

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。 As shown in FIG. 1, the mobile robot 8 of this embodiment includes a robot arm 8a and a robot hand 8b that is provided at the tip of the robot arm 8a and holds a suction nozzle 79, and is driven by a driving device (not shown). The mobile robot 8 also includes a torque sensor 8c that can detect the torque acting on the joint of the robot arm 8a. The torque detection result by the torque sensor 8c is output to the control device 9.

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。
Imaging device 18
The imaging device 18 is configured to be able to acquire an image of an area (imaging area) that includes at least the base plate 83 and the model W. The imaging device 18 is, for example, a CCD camera or a CMOS camera. The acquired image is output to an image processing device 90c, which will be described later.

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。 As shown in FIG. 1, the imaging device 18 is installed in the chamber 1. The installation position in the chamber 1 is not particularly limited as long as the imaging area can be imaged and the movement of the recoater head 22 or the irradiation of the laser light B during modeling is not hindered. For example, the imaging device 18 may be installed near the ceiling of the chamber 1 to image the imaging area from above, or may be installed near the side wall of the chamber 1 to image the imaging area from the side. The imaging device 18 may be installed movably in the chamber 1 to change the imaging area and imaging direction, or multiple imaging devices 18 may be installed to image multiple imaging areas and imaging directions. In addition, when the suction nozzle 79 is used to suction excess material in the area outside the modeling area R as described above, the area may be included in the imaging area.

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。 The acquired image is used to determine whether or not the suction of the excess material by the suction nozzle 79 has been completed based on the presence or absence of excess material in the imaging area. For this purpose, the imaging device 18 acquires at least two types of images: an image of the imaging area in which the base plate 83 and the completed model W are fixed in the modeling area R by the chuck device 5 and no excess material is present (clean image), and an image of the imaging area when it is determined that the suction has been completed (determination image). By analyzing the difference between the clean image and the determination image by the image processing device 90c, it becomes possible to determine whether or not the suction of the excess material by the suction nozzle 79 has been completed. The clean image can be acquired by capturing an image in a state where the excess material in the chamber 1 has been removed after the modeling of the model W is completed, during test modeling, which is performed as a preliminary investigation for the manufacture of the model W.

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。
Control device 9
As shown in Fig. 11, the control system of the additive manufacturing apparatus 100 includes a CAD (Computer Aided Design) device 90a, a CAM (Computer Aided Manufacturing) device 90b, an image processing device 90c, and a control device 9. These devices are configured by arbitrarily combining hardware such as a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an auxiliary storage device, and an input/output interface, and software. The following description will be limited to the control operations performed by the control system that are closely related to the present invention.

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。 The CAD device 90a creates three-dimensional shape data (CAD data) that specifies the shape and dimensions of the three-dimensional object W to be modeled. The CAM device 90b creates a project file that specifies commands for the additive manufacturing device 100 based on the CAD data. The CAM device 90b sends the project file to the control device 9 via a communication line or a storage medium.

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。 The image processing device 90c analyzes the clean image and the judgment image acquired by the imaging device 18. In one example, the image processing device 90c performs appropriate pre-processing on the image, and then performs binarization processing to distinguish between areas in the image where the material powder is present and other areas. The analysis data in which each area is labeled by the binarization processing is sent to the control device 9. The binarization processing is preferably performed on a pixel-by-pixel basis of the image data, or on a cell-by-cell basis consisting of multiple pixels.

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。 The control device 9 controls the components of the additive manufacturing device 100, such as the material layer forming device 2, the irradiation device 3, the modeling table 4, the chuck device 5, the transport robot 6, the material recovery device 7, and the mobile robot 8, in accordance with the project file, and performs additive manufacturing. The control device 9 includes a numerical control unit 91 and control units 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, and 99 for the components of the additive manufacturing device 100.

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。
The numerical control unit 91 outputs operation commands for the components of the additive manufacturing device 100 to the respective control units 92, 93, 94, 95, 96, 97, and 98 in accordance with the project file created by the CAM device 90b, and includes a storage unit 91a, a calculation unit 91b, and a memory 91c. The storage unit 91a stores the project file acquired from the CAM device 90b and teaching data for controlling the mobile robot 8. The calculation unit 91b executes calculation processing for numerically controlling the components of the additive manufacturing device 100 in accordance with the project file. The calculation unit 91b also outputs operation commands based on the teaching data to the mobile robot control unit 99.
The memory 91c temporarily stores numerical values and data during the calculation process performed by the calculation unit 91b.

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。 The control units 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, and 99 of the components of the additive manufacturing device 100 control the operation of each component based on operation commands from the numerical control unit 91. Specifically, the work door control unit 92 controls the work door to open and close it at the appropriate time. The material layer formation control unit 93 controls the recoater head drive unit 23 to move the recoater head 22 back and forth in one horizontal axis direction. The irradiation control unit 94 controls the irradiation device 3 so that the laser light B is irradiated to a predetermined position within the irradiation area under predetermined conditions.

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。 The table control unit 95 controls the table drive mechanism 41 to move the modeling table 4 vertically and position it at a predetermined position. The chuck control unit 96 controls the clamp unit 52 of the chuck device 5 to switch between fixing and releasing the base plate 83.

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。 The transport robot control unit 97 controls the transport robot 6 to load the base plate 83 into the chamber 1 and remove the base plate 83 and the molded object W from the chamber 1, and also, if necessary, inverts the molded object W after removal from the chamber 1 and moves it to the secondary processing device.

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。 The material supply/recovery control unit 98 controls the material recovery device 7 and the material supply unit 10. It also switches the operating mode of the material recovery device 7.

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。 The mobile robot control unit 99 controls the mobile robot 8 to grip the suction nozzle 79 and move it into the chamber 1. Furthermore, the mobile robot control unit 99 controls the mobile robot 8 to move the suction nozzle 79 within the chamber 1 while sucking up the excess material. Note that when the mobile robot 8 is mounted on the transport robot 6, the transport robot control unit 97 may be given the functions of the mobile robot control unit 99 described above.

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。 In addition to the above-mentioned configuration, the additive manufacturing apparatus 100 may be provided with a machining device (not shown) in the chamber 1 for performing machining such as cutting on the solidified layer 82 and the model W as necessary. The machining device is configured, for example, by attaching a tool (e.g., an end mill) for performing machining such as cutting to a machining head, and the machining head is moved appropriately in the horizontal and vertical directions to perform machining on the solidified layer 82 or the model W. The tool may also be configured to be rotatable by being attached to a spindle of the machining head.

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。
2. Manufacturing method of the three-dimensional object W Next, a manufacturing method of the three-dimensional object W using the additive manufacturing apparatus 100 according to this embodiment will be described with reference to Fig. 12. The manufacturing method according to this embodiment includes a placing step S1-1, a material supplying step S1-2, a solidified layer forming step S1-3, a material recovering step S1-4, a suction step S1-5, and a removal step S1-6.

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。
2.1. Placement step S1-1
In the placing step S1-1, the base plate 83 is placed in the modeling region R on the modeling table 4. Specifically, first, the work door control unit 92 controls the work door to open it. In addition, the transport robot control unit 97 controls the transport robot 6 to carry the base plate set from a stocker outside the chamber 1 into the chamber 1. The transport robot 6 carries the base plate set into the chamber 1 through the opened work door, and inserts the lower end of the shaft 87 into the insertion hole 52e of the clamp unit 52. In this state, the chuck control unit 96 controls the clamp unit 52 of the chuck device 5 to engage the ball 52d with the locking portion 87b of the shaft 87. As a result, as shown in FIG. 14, the base plate 83 is placed in the modeling region R in a state in which it is detachably fixed to the chuck device 5. In addition, the side of the chuck device 5 is covered by the chuck cover 53 consisting of the outer cover 54 and the inner cover 55.

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。 After the base plate 83 is placed, the transport robot control unit 97 controls the transport robot 6 to retreat outside the chamber 1, and the work door control unit 92 closes the work door. After that, the inert gas is supplied from the inert gas supply device to fill the chamber 1. This makes it possible to start modeling.

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。
2.2. Material supply process S1-2
In the material supplying step S1-2, the material powder is supplied to and stored in the material storage unit 22a of the material layer forming device 2. Specifically, the material layer formation control unit 93 controls the recoater head driving device 23. Then, the recoater head 22 is moved to a position immediately below the intermediate duct 13. In this state, the material supply/recovery control unit 98 controls the material supply unit 10 to open the shutter 14 and release the material powder into the material container. When a sufficient amount of material powder has been supplied, the material supply/recovery control unit 98 closes the shutter 14 to stop the supply. The recoater head driving device 23 is controlled to move the recoater head 22 to the modeling region R. In the material supplying step S1-2, the material powder is supplied to the material storage unit 22a from the start to the completion of modeling. This is done multiple times in a timely manner to replenish.

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。
2.3. Solidified layer forming step S1-3
Next, a solidified layer forming step S1-3 is performed. The solidified layer forming step S1-3 includes a material layer forming step S1-3-1 in which material powder is supplied onto the base plate 83 to form the material layer 81. Then, a solidification step S1-3-2 in which a solidified layer 82 is formed by irradiating a predetermined irradiation region of the material layer 81 with the laser beam B is repeated, whereby the solidified layers 82 are laminated.

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。 Specifically, first, the table control unit 95 controls the table driving mechanism 41 to position the modeling table 4 at a predetermined height. In this state, the material layer formation control unit 93 controls the recoater head driving device 23 to move the recoater head 22 from the left side to the right side in FIG. 14. This forms the first material layer 81 on the base plate 83. Next, the irradiation control unit 94 controls the irradiation device 3 to irradiate a predetermined irradiation area of the first material layer 81 with the laser light B or the electron beam. This solidifies the first material layer 81, as shown in FIG. 15, to obtain the first solidified layer 82.

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。 Then, the second material layer forming step S1-3-1 is performed. After forming the first solidified layer 82, the table control unit 95 controls the table driving mechanism 41 to lower the height of the modeling table 4 by one material layer 81. In this state, the material layer forming control unit 93 controls the recoater head driving device 23 to move the recoater head 22 from the right side to the left side of the modeling region R in FIG. 15. As a result, the second material layer 81 is formed so as to cover the first solidified layer 82. Then, the second solidification step S1-3-2 is performed. In the same manner as described above, the second material layer 81 is solidified by irradiating a predetermined irradiation area of the second material layer 81 with the laser light B, thereby obtaining the second solidified layer 82.

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。 The material layer forming step S1-3-1 and the solidifying step S1-3-2 are repeated until the desired three-dimensional object W is obtained, and multiple solidified layers 82 are stacked. Adjacent solidified layers 82 are strongly bonded to each other. In addition, cutting or other processes are performed by a machining device as necessary during or after the modeling.

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。
2.4. Material recovery process S1-4
In parallel with the solidified layer forming step S1-3, a material recovery step S1-4 is performed. In the material recovery step S1-4, the material recovery device 7 operates in a recovery mode. Specifically, the material supply/recovery control unit 98 switches the switching valve 72 so that the material recovery bucket 70 is the source of the material powder transported by the material recovery transport device 71. In addition, the material recovery transport device 71, the impurity removal device 73, the suction device 74, the material supply bucket 76, the material drying device 77, and the material supply transport device 78 are operated to perform an impurity removal process and a drying process on the material powder containing impurities in the material recovery bucket 70, and then supply it into the main duct 12.

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。
2.5. Suction step S1-5
After the modeling is completed, a suction process S1-5 is performed. In the suction process S1-5, the surplus material on the modeling table 4 is sucked by the suction nozzle 79. Specifically, first, the work door control unit 92 Next, the mobile robot control unit 99 controls the mobile robot 8 to grip the suction nozzle 79 and move it from the working door into the chamber 1. Also, in the suction step S1-5, The material recovery device 7 operates in the suction mode. The material supply/recovery control unit 98 switches the switching valve 72 so that the source of the material powder transported by the material recovery transport device 71 is the suction nozzle 79.

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。 As shown in Figure 16, between the start and end of modeling, the modeling table 4 descends by a height Hw, which is equivalent to the total thickness of the material layer 81 formed on the base plate 83. In the following explanation, the vertical position (height) of the modeling table 4 is shown in a one-axis coordinate system along the vertical direction, with the position of the top surface of the modeling table at the start of modeling as the origin, as shown in Figures 14 and 16. The position of the modeling table 4 at the start of modeling in Figure 14 is H = 0, and the position of the modeling table 4 at the end of modeling in Figure 16 is H = -Hw.

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。 As shown in FIG. 16, when the position of the modeling table 4 is at H=-Hw, the mobile robot control unit 99 controls the mobile robot 8 to move the suction nozzle 79 and starts suctioning the excess material with the suction nozzle 79. When suctioning the excess material, the control device 9 alternately repeats the following steps: control the table drive mechanism 41 with the table control unit 95 to raise the modeling table 4 by a predetermined lift amount Δh (lifting step S1-5-1), and control the mobile robot 8 with the mobile robot control unit 99 in accordance with the teaching data to move the suction nozzle 79 while sucking up the excess material powder (excess material suction step S1-5-2).

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。 An example of such a repetitive operation will be described. Prior to the manufacture of the model W, the movement path and posture of the suction nozzle 79 corresponding to the model W are acquired as teaching data for each lift amount Δh of the model table 4. For example, when Δh=50 mm, the movement path and posture when the model table 4 is at position H=-Hw (operation pattern P1), the movement path and posture when the model table 4 is at position H=-Hw+50 mm (operation pattern P2), the movement path and posture when the model table 4 is at position H=-Hw+100 mm (operation pattern P3), the movement path and posture when the model table 4 is at position H=-Hw+150 mm (operation pattern P4)... The movement path and posture of the suction nozzle 79 corresponding to each position of the model table 4 from position H=-Hw to position H=0 are acquired as operation patterns P1, P2, P3, P4, ... Pn.

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。 The mobile robot control unit 99 first performs the first surplus material suction process S1-5-2 with the modeling table 4 at position H = -Hw. Specifically, it controls the mobile robot 8 to move the suction nozzle 79 according to the motion pattern P1, and suctions the surplus material from the upper surface side of the surplus material layer 81a. When the movement according to the motion pattern P1 is completed, the mobile robot control unit 99 outputs a completion signal to the numerical control unit 91.

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。 When the numerical control unit 91 receives the completion signal, it outputs an operation command to the table control unit 95 to raise the modeling table 4. In the first raising step S1-5-1, the table control unit 95 controls the table drive mechanism 41 to raise the modeling table 4 by an amount of lift Δh to position H = -Hw + 50 mm. This raises the upper surface of the surplus material layer 81a. In this state, the second surplus material suction step S1-5-2 is performed. The mobile robot control unit 99 controls the mobile robot 8 to move the suction nozzle 79 according to the operation pattern P2, and sucks up the surplus material from the upper surface side of the surplus material layer 81a.

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。 Until the modeling table 4 reaches position H=0, the control device 9 alternately repeats the raising process S1-5-1 and the excess material suction process S1-5-2.

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。 The teaching data is acquired by recording the position and orientation of the suction nozzle 79 when the mobile robot 8 is manually operated to move the suction nozzle 79 while sucking up the excess material, and indicates the optimal movement path and orientation of the suction nozzle 79 corresponding to the shape of the model W and the height of the modeling table 4. By sucking up the excess material while moving the suction nozzle 79 in accordance with the teaching data, the excess material can be removed more reliably and efficiently.

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。 The amount of lift Δh of the modeling table 4 in one lift operation in the suction step S1-5 is preferably 20 to 80 mm, more preferably 35 to 65 mm, for example 50 mm. If the amount of lift in one lift operation is too small, the lift operations may be repeated too frequently, reducing the efficiency of the suction step S1-5. On the other hand, if the amount of lift is too large, the height of the upper surface of the excess material layer 81a may exceed the upper end of the powder holding wall 42, making it impossible to hold it on the modeling table 4.

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。 In this embodiment, the control device 9 judges the presence or absence of excess material powder using the image acquired by the imaging device 18. Specifically, as described above, a clean image is acquired in advance in the test modeling, and in the suction process S1-5, when suction by the suction nozzle 79 in each operation pattern P1, P2, P3, P4, ... Pn is completed and the modeling table 4 is raised to position H = 0, a judgment image is acquired by the imaging device 18. The image processing device 90c analyzes the clean image and the judgment image. The numerical control unit 91 of the control device 9 compares these analysis data to judge the presence or absence of excess material in the imaged area.

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。 As an example, the number of pixels or cells labeled by the binarization process as locations where material powder is present is counted in the analysis data of the clean image and the judgment image, respectively. Then, if the difference (Nj-Nc) between the count number Nc in the analysis data of the clean image and the count number Nj in the analysis data of the judgment image is equal to or less than a predetermined value, it is determined that all of the excess material has been sucked up. On the other hand, if the difference (Nj-Nc) is greater than the predetermined value, it is determined that excess material remains in the image capture area, and suction is performed again by the suction nozzle 79. When suctioning again, the suction nozzle 79 may be moved according to the final operation pattern Pn associated with the rise of the modeling table 4, or may be moved according to the operation pattern for suctioning again acquired as teaching data.

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。 In this way, by determining the presence or absence of excess material based on the image captured by the imaging device 18, it is possible to reliably remove excess material in the imaging area including the base plate 83 and the model W. In particular, even if the size of the base plate 83 and the model W is relatively large, or if the suction by the suction nozzle 79 is wide due to suctioning excess material in an area outside the modeling area R, it is possible to determine the presence or absence of excess material and reliably remove it.

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。 Furthermore, the control device 9 of this embodiment determines whether or not there is excess material powder based on the detection result of the detection means. Specifically, when the ratio of material powder in the object being sucked by the suction nozzle 79 becomes approximately 0, it determines that all of the excess material in the imaging area has been sucked.

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。 When making a judgment based on the image acquired by the imaging device 18, it may be difficult to judge the presence or absence of excess material in fine grooves and other small parts of the molded object W, and the accuracy of the judgment may decrease depending on the type of material powder and the lighting conditions inside the chamber 1. In such cases, the judgment can be made by using the detection results of the detection means.

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。 While it is possible to determine the presence or absence of surplus material based on the image captured by the imaging device 18 and the detection result of the detection means, it is preferable to use both methods together. By using the former, which allows for wide-area determination, and the latter, which allows for determination in fine details such as grooves and is less susceptible to the effects of the type of material powder and lighting, in combination, it is possible to perform highly accurate determinations and more reliably remove surplus material.

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。 Note that while the suction nozzle 79 is moving, the suction operation may be stopped or the movement path may be corrected based on the detection result of the torque sensor 8c. When the suction nozzle 79 comes into contact with the model W or the base plate 83, the torque acting on the joint of the robot arm 8a increases. When the detected torque value is large, for example, the suction operation may be temporarily stopped or the movement path of the suction nozzle 79 may be corrected so that it moves away from the model W or the base plate 83, thereby making it possible to avoid damage to the model W.

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。 After suction is completed, the mobile robot control unit 99 controls the mobile robot 8 to move the suction nozzle 79 from the work door to outside the chamber 1 and store it in the storage unit. This completes the suction process S1-5.

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。
2.6. Removal process S1-6
After the suction step S1-5 is completed, a removal step S1-6 is performed, in which the base plate 83 and the object W formed on the base plate 83 are removed from the chamber 1. Specifically, first, the chuck control unit 96 controls the clamp unit 52 of the chuck device 5 to disengage the ball 52d from the locking portion 87b, thereby releasing the fixation of the base plate 83 by the chuck device 5. Next, the transfer robot control unit 97 controls the transfer robot 6 to remove the base plate 83 and the object W together with the mounting plate 84, the pallet 85, the shaft 87, and the outer cover 54 from the chamber 1.

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。 After removing the object W from the chamber 1, the transport robot control unit 97 may control the transport robot 6 to invert the object W upside down to drop the excess material, or place the inverted object W on a finishing device to finish and remove the excess material. In addition, when performing secondary processing, the transport robot control unit 97 controls the transport robot 6 to move the object W to the secondary processing device, and then the secondary processing step S1-7 is performed. In this case, by introducing a fixing device having a configuration similar to that of the chuck device 5 into the secondary processing device, the transport robot 6 can be controlled to fix and position the base plate 83 and the object W on the fixing device via the mounting plate 84 and pallet 85, similar to the fixing to the chuck device 5 in the placement step S1-1. This enables automation of the placement of the object W on the secondary processing device, and ensures the same placement accuracy as when it is placed on the modeling region R, enabling high-precision secondary processing.

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。 After the removal step S1-6 is completed, the above steps are repeated to sequentially manufacture the three-dimensional object W. In this configuration, the suction nozzle 79 automatically removes excess material after modeling is complete, making it possible to remove the object W from the chamber 1 unmanned.

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。
3. Method for Acquiring Teaching Data Next, a teaching method for acquiring teaching data will be described. The teaching method of this embodiment includes a placement process S2-1, a material supply process S2-2, a modeling process S2-3, a recording process S2-4, and a lifting process S2-5. Acquisition of teaching data by the teaching method is performed prior to the manufacture of the model W (for example, in test modeling). The following description will be given taking as an example a case where teaching data is acquired using the additive manufacturing device 100, but it is also possible to use another additive manufacturing device.

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。 In the placing step S2-1, the base plate 83 is detachably fixed by the chuck device 5 arranged on the modeling table 4, so that the base plate 83 is placed in the modeling region R on the modeling table 4, which is the region where the model W is to be formed. The placing step S2-1 is performed in the same manner as the placing step S1-1 in the manufacturing method of the model W.

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。 In the material supplying step S2-2, the material powder is supplied to and stored in the material storage section 22a of the material layer forming device 2. The material supplying step S2-2 is performed in the same manner as the material supplying step S1-2 in the method for manufacturing the molded object W.

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。 In the modeling process S2-3, a material layer forming process S2-3-1 in which material powder is supplied onto a base plate 83 to form a material layer 81, and a solidification process S2-3-2 in which a predetermined irradiation area of the material layer 81 is irradiated with a laser beam B or an electron beam to form a solidified layer 82 are repeated to stack the solidified layers 82 to form a three-dimensional object. The material layer forming process S2-3-1 and the solidification process S2-3-2 are performed in the same manner as the material layer forming process S1-3-1 and the solidification process S1-3-2 in the solidified layer forming process S1-3 in the manufacturing method of the model W, respectively.

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。 After the modeling is completed in the modeling process S2-3, the recording process S2-4 and the lifting process S2-5 are carried out. In the recording process S2-4, the worker manually operates the mobile robot 8 to move the suction nozzle 79 while sucking up the excess material powder on the modeling table 4, and the position coordinates and attitude of the suction nozzle 79 at this time are transferred to the control device 9 and recorded.

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。 Specifically, after the modeling is completed, when the modeling table 4 is at the position H = -Hw, the mobile robot 8 is manually operated to move the suction nozzle 79 to suck the excess material from the upper surface side of the excess material layer 81a. At this time, the suction nozzle 79 is moved until a predetermined depth Δd of excess material is removed from the upper surface side of the excess material layer 81a while adjusting the position and posture of the suction nozzle 79 so that the suction nozzle 79 does not come into contact with the modeled object W or the base plate 83 and can efficiently suck up the excess material present in the depressions of the modeled object W. The depth Δd is set to be equal to the lift amount Δh of the modeling table 4. The position coordinates and posture of the suction nozzle 79 during such movement are recorded at multiple points and are set as the operation pattern P1. Note that the movement path of the suction nozzle 79 between the points may be, for example, a straight line connecting two points (linear interpolation), or may be created based on the shape data of the desired three-dimensional model W.

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。 After removing the excess material to a depth Δd in the first recording step S2-4, the modeling table 4 is raised by a predetermined lift amount Δh in the raising step S2-5. This raises the upper surface of the excess material layer 81a. In this state, the second recording step S2-4 is executed. As in the first step, the mobile robot 8 is manually operated to move the suction nozzle 79 to suck up the excess material to a depth Δd from the upper surface side, and the position coordinates and posture of the suction nozzle 79 during movement are recorded at multiple points, which is defined as the operation pattern P2.

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。 By repeating the recording step S2-4 and the raising step S2-5 until the modeling table 4 reaches position H=0 and the suction of excess material is completed, teaching data including the movement path and posture of the suction nozzle 79 corresponding to the height of the model W and the modeling table 4 is acquired as operation patterns P1, P2, P3, P4, ... Pn. This makes it possible to acquire teaching data including the optimal movement path and posture of the suction nozzle 79 corresponding to the shape of the model W and the height of the modeling table 4.

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。 In this way, the movement of the suction nozzle 79 based on the operation pattern obtained by manual operation of the mobile robot 8 is particularly significant in suctioning and removing excess material, etc., when the modeling table 4 is at the top position (position H = 0). By moving the suction nozzle 79 in a suitable movement path and posture when the modeling table 4 has reached the top position, it is possible to avoid a situation in which excess material, etc. remains on the modeling table 4 and adversely affects the next modeling, and it is also possible to efficiently remove excess material, etc. that has scattered outside the modeling area R, making it possible to automate cleaning work inside the chamber 1 for maintenance purposes.

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。 The number of points included in one operation pattern can be set appropriately depending on the size and shape of the object W and the modeling table 4, but is, for example, 5 to 40, and preferably 10 to 20. If the number of points is too small, the efficiency of removing excess material may decrease or contact with the object W or base plate 83 may increase when the suction nozzle 79 is moved based on the teaching data. If the number of points is too large, control of the mobile robot 8 may become complicated.

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。 In addition, in the recording step S2-4, the detection results of the torque sensor 8c may be recorded in addition to the position coordinates and attitude of the suction nozzle 79. By removing data on points with large torque values from the recorded position coordinates and attitude, it is possible to create an operation pattern with less contact with the model W and base plate 83.

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。
4. Other Embodiments The present invention can also be implemented in the following aspects.

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。 In the above embodiment, a clean image is obtained by forming an object W in test forming, and an object W is formed in forming step S2-3 of the teaching method, but the present invention is not limited to this configuration. For example, clean images and teaching data may be obtained for a number of objects of different sizes, and when manufacturing the object W, the clean image and teaching data of the object that is closest in size among the multiple objects may be used. In such a configuration, it is sufficient to obtain clean images and teaching data for several objects of representative sizes, and there is no need to obtain clean images and teaching data for each object W.

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。 Although various embodiments of the present invention have been described above, these are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. The embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims.

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 1: chamber, 1a: window, 2: material layer forming device, 3: irradiation device, 4: modeling table, 5: chuck device, 6: transport robot, 7: material recovery device, 8: mobile robot, 8a: robot arm, 8b: robot hand, 8c: torque sensor, 9: control device, 10: material supply unit, 11: material tank, 12: main duct, 13: intermediate duct, 13a: intermediate duct outlet, 14: shutter, 17: contamination prevention device, 17a: housing, 17b: diffusion member, 18: imaging device, 21: base, 22: recoater head, 22a: material storage section, 22b : material supply port, 22c: material discharge port, 22fb: blade, 22rb: blade, 23: recoater head drive device, 41: table drive mechanism, 42: powder holding wall, 51: chuck base, 52: clamp unit, 52a: first convex portion, 52b: second convex portion, 52c: abutment recess, 52d: ball, 52e: insertion hole, 53: chuck cover, 54: outer cover, 54a: outer covering portion, 54b: upper surface portion, 55: inner cover, 55a: inner covering portion, 55b: flange portion, 70: material recovery bucket, 70a: powder discharge portion, 70b: powder discharge portion, 70c: shell a feeder guide, 70d: chute guide, 70e: chute, 71: material recovery transport device, 71a: exhaust port, 71b: suction port, 72: switching valve, 73: impurity removal device, 74: suction device, 75: switching valve, 76: material supply bucket, 77: material drying device, 78: material supply transport device, 78a: exhaust port, 79: suction nozzle, 79a: suction section, 79b: opening, 81: material layer, 81a: surplus material layer, 82: solidified layer, 83: base plate, 84: mounting plate, 85: pallet, 86: positioning plate, 86a: first opening, 86b: second opening Mouth, 86c: Support foot, 86d: Mounting shaft, 87: Shaft, 87a: Chucking plug, 87b: Locking part, 87c: Recess, 90: Image processing device, 90a: CAD device, 90b: CAM device, 91: Numerical control unit, 91a: Storage unit, 91b: Calculation unit, 91c: Memory, 92: Work door control unit, 93: Material layer formation control unit, 94: Irradiation control unit, 95: Table control unit, 96: Chuck control unit, 97: Transport robot control unit, 98: Material supply/recovery control unit, 99: Mobile robot control unit, 100: Layered modeling device, B: Laser light, R: Modeling area, W: Three-dimensional model

Claims (12)

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。
An additive manufacturing apparatus including a modeling table, a chamber, a material layer forming device, a chuck device, a material recovery device, a transport robot, a moving robot, and a control device,
The modeling table is configured to be movable up and down by a table driving mechanism,
the chamber covers a printing area, which is an area on the printing table where a model is formed;
the material layer forming device supplies material powder onto a base plate placed in the modeling region to form a material layer;
the chuck device is disposed on the modeling table and configured to be able to detachably and fix the base plate within the modeling region;
the material recovery device includes a suction nozzle capable of sucking up excess material powder on the modeling table,
the transfer robot is configured to be capable of removing the base plate and the object formed on the base plate from the chamber,
The mobile robot is configured to be able to move the suction nozzle,
the control device alternately repeats controlling the table drive mechanism to raise the modeling table by a predetermined lift amount, and controlling the mobile robot in accordance with teaching data to move the suction nozzle while suctioning the excess material powder;
An additive manufacturing apparatus, wherein the teaching data includes a movement path and a posture of the suction nozzle corresponding to a shape of the object and a height of the modeling table.
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。
The additive manufacturing apparatus according to claim 1 ,
an imaging device configured to acquire an image of an area including at least the base plate and the object;
The control device determines whether or not there is excess material powder using the image acquired by the imaging device.
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。
The additive manufacturing apparatus according to claim 1 or 2,
a detection means for detecting a ratio of the material powder in the object to be sucked by the suction nozzle;
The control device determines whether or not there is surplus material powder based on the ratio of the material powder.
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。
The additive manufacturing apparatus according to claim 3,
The additive manufacturing apparatus, wherein the detection means is a flow rate sensor.
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。
The additive manufacturing apparatus according to claim 1 or 2,
a powder retaining wall surrounding the modeling table and configured to retain the material powder on the modeling table;
a material recovery bucket configured to receive excess material powder discharged outside the powder retaining wall;
The material recovery device has a recovery mode and a suction mode as operation modes,
The control device is configured to switch the operation mode,
An additive manufacturing device configured such that, in the recovery mode, the material recovery device recovers the material powder in the material recovery bucket and removes impurities before supplying the material powder to the material layer forming device, and in the suction mode, the suction nozzle is moved by the mobile robot to suck up excess material powder on the modeling table through the suction nozzle and removes impurities from the material powder.
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。
The additive manufacturing apparatus according to claim 1 or 2,
A side surface of the chuck device is covered by a chuck cover,
The chuck cover includes an outer cover and an inner cover,
The outer cover covers at least a portion of a side surface of the inner cover,
An additive manufacturing apparatus, wherein the inner cover covers the side surface of the chuck device.
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。
The additive manufacturing apparatus according to claim 1 or 2,
The chuck device fixes the base plate via a mounting plate,
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。
The additive manufacturing apparatus according to claim 1 or 2,
The suction nozzle has a suction portion at a tip end thereof,
The suction portion has a cylindrical shape with a tip end surface cut by an inclined surface,
An additive manufacturing apparatus, wherein the inclined surface is provided with an opening.
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。
The additive manufacturing apparatus according to claim 1 or 2,
The transfer robot is configured to be capable of carrying the base plate into the chamber.
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。
The additive manufacturing apparatus according to claim 1 or 2,
The transport robot is configured to invert the object after removing it from the chamber, an additive manufacturing apparatus.
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。
A method for manufacturing a three-dimensional object, comprising the steps of:
The method includes a placing step, a solidified layer forming step, a suction step, and a removal step,
In the placing step, the base plate is detachably fixed by a chuck device arranged on the modeling table, thereby placing the base plate in a modeling area, which is an area on the modeling table where a model is formed;
In the solidified layer forming step, a material layer forming step of supplying a material powder onto the base plate to form a material layer and a solidification step of irradiating a predetermined irradiation area of the material layer with a laser beam or an electron beam to form a solidified layer are repeated to stack the solidified layers,
In the suction step, the following are alternately repeated: raising the modeling table by a predetermined lift amount using a table driving mechanism; and suctioning the excess material powder while moving a suction nozzle using a mobile robot according to teaching data.
In the removing step, the base plate and the object formed on the base plate are removed from a chamber covering the modeling region by a transfer robot.
The teaching data includes a movement path and a posture of the suction nozzle corresponding to a shape of the object and a height of the modeling table.
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。
A teaching method for acquiring teaching data used when suctioning excess material powder generated in additive manufacturing of a three-dimensional object with a suction nozzle, comprising:
The method includes a placing step, a shaping step, a recording step, and a lifting step,
In the placing step, the base plate is detachably fixed by a chuck device arranged on the modeling table, thereby placing the base plate in a modeling area, which is an area on the modeling table where a model is formed;
In the modeling step, a material layer forming step of supplying a material powder onto the base plate to form a material layer and a solidifying step of irradiating a predetermined irradiation area of the material layer with a laser beam or an electron beam to form a solidified layer are repeated to stack the solidified layers to form a three-dimensional object.
In the recording step, the mobile robot is manually operated to move the suction nozzle while suctioning the excess material powder on the modeling table, and a position coordinate and a posture of the suction nozzle are recorded;
In the raising step, the modeling table is raised by a predetermined amount of elevation,
the teaching method further comprising: acquiring the teaching data, the teaching data including a moving path and a posture of the suction nozzle, corresponding to a shape of the object and a height of the modeling table, by repeating the recording step and the raising step.
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