CN102438779A - 层叠造型装置及使用该装置的三维形状造型物的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种三维造型物的制造方法，其能够容易地进行腔室内的烟气的除去，并使光束的照射位置精度及加工精度变好。层叠造型装置(1)具备：粉末层形成部(3)；光束照射部(4)；形成有粉末层(32)的固定的底座(22)；包围底座(22)的外周且上升下降自如的升降框(34)；在上表面具有使光束透过的窗(36a)，且下表面敞开，并通过配置在升降框(34)上来形成腔室(C)的覆盖框(36)；供给保护气体的气体罐(71)。通过使升降框(34)下降，来使腔室(C)的容积减少并将在覆盖框(36)内产生的烟气排出，进行与保护气体的置换。由于腔室(C)的容积减少，因此能够容易地进行烟气的除去，并使光束(L)的照射位置精度及加工精度变好。

Description

层叠造型装置及使用该装置的三维形状造型物的制造方法
技术领域
本发明涉及对无机质或有机质的粉末材料进行光束照射的层叠造型装置及三维形状造型物的制造方法。
背景技术
以往，已知有一种制造方法，其重复进行如下过程来制造三维形状造型物，即，在该过程中，向由材料粉末形成的粉末层照射光束，使粉末层烧结或熔融固化而形成固化层，在该固化层上形成新的粉末层并照射光束，从而形成固化层。
在这样的制造方法中，为了使造型物的加工精度良好，已知有一种使用了如下造型装置的制造方法，该造型装置具备：固定的底座；包围底座的周围且上升下降自如的升降框；在上表面具有使光束透过的窗，且下表面敞开，通过配置在升降框上而形成覆盖粉末层的腔室的覆盖框(例如参照专利文献1)。在这样的制造方法中，在底座上形成粉末层和固化层，重复进行升降框的上升和固化层的层叠，由此形成造型物。如此，由于载有造型物的底座固定而不移动，因此加工精度良好。
然而，在这样的制造方法中，烧结或熔融固化时产生的烟气容易充满腔室内，且烟气也容易附着在窗上。虽然向该腔室内供给保护气体，但烟气与保护气体置换需要时间，由于该充满的烟气或附着于窗的烟气而使光束发生散射，从而存在光束的输出或聚光度降低、或者因光束的照射位置精度降低而使加工精度降低这样的问题。另外，光束被附着在窗上的烟气吸收而使窗的温度上升，当窗发生热变形时，存在照射位置精度进一步降低的问题。
【专利文献1】日本特开2009-7669号公报
发明内容
【发明要解决的课题】
本发明用于解决上述问题，其目的在于提供一种能够容易地进行腔室内的烟气的除去且光束的照射位置精度及加工精度良好的三维造型物的制造方法。
【用于解决课题的手段】
为了实现上述目的，本发明提供一种层叠造型装置，通过在腔室内进行粉末层的形成和基于向该粉末层照射光束的固化层的形成，来制造三维形状造型物，
所述层叠造型装置的特征在于，具备：
底座；
升降框，其具有从一方向另一方连通且从一方收容该底座的贯通空间，并且相对于所述底座上升下降自如；
覆盖框，其以覆盖所述贯通空间的方式配置在所述升降框上，且在上表面具有使光束透过的窗；
保护气体供给机构，其供给保护气体；
光束照射部，其经由所述窗照射光束；
控制部，其对所述升降框相对于所述底座的上升下降进行控制，
由所述底座的上表面、所述升降框的规定所述贯通空间的内周面和所述覆盖框的内表面构成所述腔室，
所述控制部通过使所述升降框下降，来使所述腔室的容积减少并将在所述腔室内产生的烟气排出，且通过使所述升降框上升，来使所述腔室的容积增加并从所述保护气体供给机构进行保护气体的供气。
根据上述结构，由于使载有覆盖框的升降框相对于底座下降而使腔室的容积减少，因此能够快速地进行烟气与保护气体的置换，能够容易地进行烟气的除去，从而能够提高光束的照射位置精度及加工精度。
本说明书中使用的“底座”实质上意味着成为制造的造型物的基座的构件或部分。另外，本说明书中使用的“烟气”意味着在三维形状造型物的制造时，由被光束照射的粉末层及/或固化层产生的烟状的物质(例如，“金属粉末材料引起的金属蒸气”或“树脂粉末材料引起的树脂蒸气”)。并且，本说明书中使用的“粉末层”例如是指“由金属粉末构成的金属粉末层”或“由树脂粉末构成的树脂粉末层”等。并且，本说明书中使用的“固化层”，在粉末层为金属粉末层的情况下，实质上意味着“烧结层”，在粉末层为树脂粉末层的情况下，实质上意味着“硬化层”。
在本发明涉及的层叠造型装置的另一方式中，优选在上述的层叠造型装置中具有与所述腔室连通的排气口及供气口。
根据上述结构，由于从排气口排出烟气，且从供气口供给保护气体，因此能够快速地进行烟气与保护气体的置换，能够容易地进行烟气的除去，从而能够提高光束的照射位置精度及加工精度。
另外，在本发明涉及的层叠造型装置的再一方式中，在上述的层叠造型装置的基础上，可以基于所述腔室内的烟气量来对烟气的排气及保护气体的供气进行控制。
根据上述结构，由于基于覆盖框内的烟气量来控制烟气的排气及保护气体的供气，因此能够正确地进行烟气的除去，从而能够提高光束的照射位置精度及加工精度。
并且，在本发明涉及的层叠造型装置的另一方式中，在上述的层叠造型装置的基础上，可以基于距光束的照射开始的时间来进行烟气的排气及保护气体的供气。
根据上述结构，由于基于距光束的照射开始的时间来控制烟气的排气及保护气体的供气，因此不用配置传感器等，从而能够以低成本提高光束的照射位置精度及加工精度。
在本发明涉及的层叠造型装置的另一方式中，在上述的层叠造型装置的基础上，可以基于所述腔室内的压力来对烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量进行控制。
根据上述结构，通过控制升降框的下降速度、上升速度及保护气体的供给量中的至少任意一个，来使腔室内的压力成为规定值，从而因腔室内的压力变动引起的腔室内的空气的流动紊乱减少。因此，能够抑制材料粉末的散乱，从而能够提高光束的照射位置精度及加工精度。另外，当腔室内的压力极其低时，大气从外部侵入而使材料粉末发生氧化，进而使造型物的强度降低，但能够消除这样的情况，从而能够抑制大气的侵入，能够防止造型物的强度降低。
在本发明涉及的层叠造型装置的再一方式中，在上述的层叠造型装置的基础上，可以基于所述腔室内的氧浓度来对烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量进行控制。
根据上述结构，由于基于腔室内的氧浓度来控制升降框的下降速度、上升速度及保护气体的供给量，因此能够防止大气向腔室内侵入，从而防止氧化引起的造型物的强度降低。
在本发明涉及的层叠造型装置的另一方式中，在上述的层叠造型装置的基础上，可以在光束的照射中进行烟气的排气及保护气体的供气。
根据上述结构，由于在基于升降框的上升下降而进行的烟气的排气及保护气体的供气中进行光束的照射，因此不用停止光束的照射，从而能够提高制造效率。
优选本发明涉及的层叠造型装置还具有覆盖所述窗的表面的开闭器。
根据上述结构，由于在烟气的排气及保护气体的供气中能够通过开闭器覆盖窗的下表面，因此能够抑制材料粉末或烟气向窗的附着所引起的光束的散射，从而能够提高光束的照射位置精度及加工精度。
另外，本发明提供一种三维形状造型物的制造方法，利用层叠造型装置对三维形状造型物进行造型，该层叠造型装置通过重复进行供给无机质或有机质的粉末材料来形成粉末层的粉末层形成工序和向所述粉末层照射光束来使该粉末层烧结或熔融固化而形成固化层的固化层形成工序，而将固化层层叠，
所述三维形状造型物的制造方法的特征在于，
所述层叠造型装置具备：实施所述粉末层形成工序的粉末层形成机构；照射所述光束的光束照射部；在上表面侧形成所述粉末层及固化层的固定的底座；包围所述底座的外周且相对于该底座上升下降自如的升降框；使所述升降框上升下降的升降驱动机构；在上表面具有使光束透过的窗且下表面敞开，并通过配置在所述升降框上而形成腔室的覆盖框；向所述覆盖框内供给保护气体的保护气体供给机构，
通过使所述升降框下降，来使所述腔室的容积减少并将在所述覆盖框内产生的烟气排出，且通过使该升降框上升，来使该腔室的容积增加并从所述保护气体供给机构进行保护气体的供气。
根据上述结构，由于使载有覆盖框的升降框相对于底座下降而使腔室的容积减少，因此能够快速地进行烟气与保护气体的置换，能够容易地进行烟气的除去，从而能够提高光束的照射位置精度及加工精度。
另外，在本发明涉及的三维形状造型物的制造方法的另一方式中，在上述的三维形状造型物的制造方法的基础上，其特征在于，所述烟气的排气及保护气体的供气经由配置在所述覆盖框上的排气口及供气口来进行。
根据上述结构，由于从排气口排出烟气，且从供气口供给保护气体，因此能够快速地进行烟气与保护气体的置换，能够容易地进行烟气的除去，从而能够提高光束的照射位置精度及加工精度。
另外，在本发明涉及的三维形状造型物的制造方法的另一方式中，在上述任一方式的三维形状造型物的制造方法的基础上，其特征在于，基于所述腔室内的烟气量来控制所述烟气的排气及保护气体的供气。
根据上述结构，由于基于覆盖框内的烟气量来控制烟气的排气及保护气体的供气，因此能够正确地进行烟气的除去，从而能够提高光束的照射位置精度及加工精度。
另外，在本发明涉及的三维形状造型物的制造方法的另一方式中，在上述任一方式的三维形状造型物的制造方法的基础上，优选基于距所述光束的照射开始的时间来进行所述烟气的排气及保护气体的供气。
根据上述结构，由于基于距光束的照射开始的时间来控制烟气的排气及保护气体的供气，因此不用配置传感器等，从而能够以低成本提高光束的照射位置精度及加工精度。
另外，在本发明涉及的三维形状造型物的制造方法的一方式中，在上述任一方式的三维形状造型物的制造方法的基础上，其特征在于，基于所述腔室内的压力来控制所述烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量。
根据上述结构，通过控制升降框的下降速度、上升速度及保护气体的供给量中的至少任意一个，来使腔室内的压力成为规定值，从而因腔室内的压力变动引起的腔室内的空气的流动紊乱变少。因此，能够抑制材料粉末的散乱，从而能够提高光束的照射位置精度及加工精度。另外，当腔室内的压力极其低时，大气从外部侵入而使材料粉末发生氧化，进而使造型物的强度降低，但能够消除这样的情况，从而能够抑制大气的侵入，能够防止造型物的强度降低。
并且，在本发明涉及的三维形状造型物的制造方法的另一方式中，在上述任一方式的三维形状造型物的制造方法的基础上，其特征在于，基于所述腔室内的氧浓度来控制所述烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量。
根据上述结构，由于基于腔室内的氧浓度来控制升降框的下降速度、上升速度及保护气体的供给量，因此能够防止大气向腔室内侵入，从而能够防止氧化引起的造型物的强度降低。
另外，在本发明涉及的三维形状造型物的制造方法的另一方式中，在上述任一方式的三维形状造型物的制造方法的基础上，可以在所述光束的照射中进行所述烟气的排气及保护气体的供气。
根据上述结构，由于在基于升降框的下降及上升而进行的烟气的排气及保护气体的供气中进行光束的照射，因此不用停止光束的照射，从而能够提高制造效率。
并且，在本发明涉及的三维形状造型物的制造方法的另一方式中，在上述任一方式的三维形状造型物的制造方法的基础上，优选在所述烟气的排气及保护气体的供气中，关闭覆盖所述窗的下表面的开闭器。
根据上述结构，由于在烟气的排气及保护气体的供气中关闭覆盖窗的下表面的开闭器，因此能够抑制材料粉末或烟气向窗的附着所引起的光束的散射，从而能够提高光束的照射位置精度及加工精度。
【发明效果】
根据本发明，可以提供一种能够容易地进行腔室内的烟气的除去，且光束的照射位置精度及加工精度良好的三维造型物的制造方法。
附图说明
图1是本发明的一实施方式涉及的制造方法中使用的层叠造型装置的结构图。
图2(a)至(e)是按时序表示该制造方法的图。
图3是该制造方法的流程图。
图4是按时序表示通过该制造方法制造的造型物的图。
图5(a)至(d)是按时序表示该制造方法的烟气的排气动作的图。
图6(a)至(c)是表示该制造方法中的从照射面到窗的高度与照射位置的偏离的关系的图。
图7(a)及(b)是本实施方式的变形例涉及的制造方法中使用的层叠造型装置的覆盖框的结构图。
【符号说明】
1层叠造型装置
11造型物(三维形状造型物)
22底座
3粉末层形成部(粉末层形成机构)
31材料粉末
32粉末层
33固化层
34升降框
34a升降驱动部(升降驱动机构)
34b贯通空间
36覆盖框
36a窗
36b供气口
36c排气口
37开闭器
4光束照射部
71气体罐(保护气体供给机构)
C腔室
L光束
具体实施方式
参照附图，对本发明的一实施方式涉及的三维造型物的制造方法进行说明。图1表示该制造方法中使用的层叠造型装置(以下，记为“本装置”)的结构。本装置1具备：对三维形状的造型物11进行造型的造型部2；供给材料粉末31而形成粉末层32的粉末层形成部(粉末层形成机构)3；对粉末层32照射光束L而形成固化层33的光束照射部4；对造型物11的周围进行切削的切削除去部5；控制各部的动作的控制部6。通过照射光束L，粉末层32烧结或熔融固化，而形成固化层33。本装置1还具备：向粉末层形成部3供给保护气体的气体罐(保护气体供给机构)71；回收保护气体的气体回收装置72。
造型部2具有：加工台21；在加工台21上设置的底座22；安置在底座22上来铺设粉末层32的造型板23。材料粉末31例如为平均粒径20μm的球形的铁粉。造型板23可以为与材料粉末31类似的材质，或者可以为与熔融固化后的材料粉末31密接的材质。
粉末层形成部3具有：包围底座22的周围的升降框34；使升降框34上升下降的升降驱动部34a(升降驱动机构)；保存有材料粉末31的粉末供给部35；配置在升降框34上，覆盖粉末层32并形成腔室C的覆盖框36。升降框34具有从一方向另一方连通且从一方收容底座22的贯通空间34b。由此，将底座22收容于贯通空间34b，且升降框34相对于底座22上升下降自如。由底座22的上表面、升降框34的规定贯通空间34b的内周面、覆盖框36的内表面构成腔室C。另外，粉末供给部35和覆盖框36相邻设置。
升降框34的上表面为平面，粉末供给部35及覆盖框36在该平面上沿箭头A方向(与升降框34的上表面平行的方向)滑动移动。另外，升降框34从周围保持向底座22供给的粉末层32。粉末供给部35具有向下方开口的供给口35a，在供给口35a的外周沿粉末供给部35的中心轴方向设有叶片35b。粉末供给部35在底座22上移动时，从供给口35a向底座22供给材料粉末31，并通过叶片35b整平材料粉末31而形成粉末层32。
覆盖框36在上表面具有使光束L透过的窗36a。例如在光束L为二氧化碳气体激光的情况下，窗36a的材质为硒化锌等，在光束L为YAG激光的情况下，窗36a的材质为石英玻璃等。此外，也可以为使光束L充分透过的材质。覆盖框36的下方开口，开口的尺寸比粉末层32的上表面的面积大。在向粉末层32照射光束L时，覆盖框36移动到覆盖粉末层32的位置。
在覆盖框36位于覆盖粉末层32的位置时，腔室C内由保护气体充满，来防止材料粉末31的氧化等。保护气体例如为氮气或氩气。另外，也可以代替保护气体而使用还原性气体。保护气体从设置在覆盖框36上的供气口36b向腔室C内供给，腔室C内的保护气体从设置在覆盖框36上的排气口36c排出。供气口36b通过供给配管36d与气体罐71连接，排气口36c通过排气配管36e与气体回收装置72连接。在供气口36b和排气口36c可以设置防止保护气体逆流的逆流防止阀。另外，也可以将供气口36b和排气口36c形成为一个供排气口，通过切换阀分时进行供气和排气。另外，气体回收装置72还可以对腔室C的气体进行强制地吸引。
光束照射部4具有：使光束L振荡的光束振荡器41；传送光束L的光纤42；使光束L在粉末层32上扫描的光学设备43。光学设备43具有束折回反射镜(未图示)、聚光透镜(未图示)及检流计反射镜(未图示)。光束振荡器41例如为二氧化碳气体激光或YAG激光的振荡器。
切削除去部5为具备能够进行三轴控制的主轴台51的数值控制工作机械，在主轴台51的主轴头52上安置有用于加工的立铣刀53。立铣刀53例如为超硬原料的两刃球头立铣刀，根据加工形状或目的，可使用方头立铣刀、半径立铣刀、钻头等，且能够自动更换。主轴头52能够沿X、Z方向(在此，X方向为与升降框34的上表面平行的方向，Z方向为与升降框34的上表面铅垂的方向)移动，加工台21能够沿Y方向(在此，Y方向为垂直于X方向及Z方向这两方的方向。在图1中，立体示出关于Y方向的箭头，但实际上Y方向为与纸面垂直的方向)移动。在主轴台51上安置光学设备43。
图2表示本装置1进行的三维形状造型物的制造动作，图3表示其流程。如图2(a)所示，控制部6使升降框34向箭头B方向上升所要形成的粉末层32的厚度量，然后使粉末供给部35及覆盖框36向箭头A方向移动，向造型板23上供给材料粉末31，来形成粉末层32。该工序为粉末层形成工序，相当于图3的步骤S1。接着，如图2(b)所示，使覆盖框36移动到覆盖粉末层32的位置，并使光束L向粉末层32的任意的部位扫描，从而使材料粉末31烧结或熔融固化，来形成与造型板23一体化了的固化层33。该工序为固化层形成工序，相当于图3的步骤S2。
在该固化层形成工序中，形成第i层(i为整数)的固化层33。光束L的照射路径中，预先由三维CAD模型生成的STL(Stereo Lithography)数据例如基于以0.05mm的等间距进行了切片而得到的各截面的轮廓形状数据来确定。优选该照射路径使造型物11的至少最表面成为气孔率5％以下的高密度。通过该光束L的照射而从固化层33产生烟气，因此为了除去烟气，而从供气口36b向腔室C内供给一定量的保护气体，来将烟气从排气口36c排出。然而，由于腔室C内的容积窄，因此容易被烟气充满。因腔室C内的烟气或附着于窗36a的烟气而使光束L散射，因此光束L的输出或聚光度降低，从而使光束L的照射位置精度降低而使加工精度降低。另外，光束L被附着于窗36a的烟气吸收而使窗36a的温度上升，当窗36a发生热变形时，照射位置精度进一步降低，因此当该烟气量成为规定以上时，将烟气除去。利用图5，说明除去该烟气的动作的详细情况。
重复进行上述的图2(a)所示的粉末层形成工序(图3的步骤S1)和图2(b)所示的固化层形成工序(图3的步骤S2)，并如图2(c)所示，每次形成新的粉末层32时都使升降框34向箭头B方向上升，来层叠固化层33。在层数i达到规定的层数N为止重复进行固化层33的层叠(图3的步骤S1至S4)。该层数N根据对造型物11的表面进行切削的立铣刀53的有效刃长来求出。例如，直径为1mm、有效刃长为3mm的立铣刀53能够进行深度为3mm的切削加工，若粉末层32的厚度为0.05mm，则层数N成为层叠的粉末层的厚度为2.5mm的50层。之后，当固化层33的层数i达到确定的层数N时，如图2(d)所示，使立铣刀53向造型物11的周围移动，通过立铣刀53从造型物11的表面除去构成粉末层32的材料粉末31。该工序为除去加工工序，相当于图3的步骤S5。该除去加工工序不是必需的，也可以不进行。在此，在图3的步骤S5后，进行造型是否结束的判断(步骤S6)，在未结束时，将层数i初始化为1(步骤S7)，之后返回步骤S1，重复上述工序。这样，到图2(e)所示那样造型结束为止重复进行固化层33的形成和造型物11的表面的除去加工。
图4按时序表示通过上述的制造方法制造的造型物。如图4(a)所示，在造型板23上形成固化层33，如图4(b)所示，层叠新的固化层33。接着，当固化层33的层数达到规定的层数时，如图4(c)所示，通过立铣刀53从造型物11的表面除去构成粉末层32的材料粉末31。重复进行该固化层33的形成和表面除去加工，如图4(d)所示，形成造型物11，并如图4(e)所示，进行最终的表面除去加工而结束造型物11的制造。
接着，参照图5，说明烟气的排气动作。如图5(a)所示，当将光束L向粉末层32照射时，产生烟气。此时，从气体罐71将一定量的保护气体经由供气口36b向腔室C内供给，从而将腔室C内的保护气体和烟气一起经由排气口36c向气体回收装置72排出。在覆盖框36内安装有烟气检测部(未图示)，来检测烟气量。烟气检测部例如为颗粒计数器或对透过腔室C内的光量进行检测的光传感器。如图5(b)所示，当腔室C内的烟气量成为规定量以上时，如图5(c)所示，控制部6停止光束L的照射，并在关闭供气口36b且打开排气口36c的状态下使升降框34与覆盖框36一起下降，来减少腔室C的容积，将腔室C内的烟气排出。如图5(d)所示，当烟气量成为规定量以下时，控制部在关闭排气口36c并打开供气口36b的状态下使升降框34上升，将腔室C内由保护气体填充，并再次开始光束L的照射。
根据本实施方式的制造方法，由于升降框34下降而腔室C的容积减少，因此能够快速进行排气。另外，由于腔室C的容积减少，因此能够快速进行烟气与保护气体的置换，从而能够容易地进行烟气的除去。因此，能够防止腔室C内的烟气或附着于窗36a的烟气引起的光束L的散射，从而能够抑制光束L的输出或聚光度的降低。另外，能够抑制光束L被窗36a表面上的烟气吸收所引起的窗36a的热变形。由此，照射位置精度及加工精度变得良好。
另外，在烟气的排气动作中也可以进行光束L的照射。在烟气的排气动作中，从照射面到窗36a的高度变化，但光束L的照射位置不因该高度的变化而变动，参照图6来说明该情况。如图6(a)所示，光束L因窗36a而发生折射，因此照射位置从不折射而直线前进的情况的照射位置偏离。光束L的照位置的控制考虑该偏离而预先确定。由于该偏离的距离W由光束L的入射角度θ和窗36a的厚度t决定，因此无论是在图6(b)所示那样从照射面到窗36a的高度高的情况下，还是在图6(c)所示那样从照射面到窗36a的高度低的情况下，该偏离的距离W都相同。因此，即使窗36a距照射面的高度变化，照射位置也不发生变动，因此在烟气的排气动作中也能够进行光束L的照射。这样，由于在烟气的排气动作中也进行光束L的照射，因此制造的效率变好。
在烟气的排气动作中照射光束L的情况下，能够在烟气产生后快速地将烟气排出。因此，能够抑制腔室C内的烟气浓度的上升。
接着，对本实施方式的第一变形例进行说明。本变形例中使用的本装置1取代烟气检测部而具有计时器(未图示)，基于计时器所计测的时间来进行排气动作。在距光束L的照射开始的时间达到预先确定的时间时，控制部使升降框34下降而将腔室C内的烟气排出，当达到预先确定的另一时间时，控制部使升降框34上升，而将腔室C内由保护气体填充。由于与第一实施方式同样快速地进行烟气的排出，且快速地进行烟气与保护气体的置换，因此光束的照射位置精度及加工精度变得良好。并且，由于使用计时器，因此能够实现低成本。
接着，对本实施方式的第二变形例进行说明。本变形例中使用的本装置1除了第一实施方式中的结构外，还具有对腔室C内的压力进行检测的压力传感器(未图示)。腔室C内的压力因升降框34的下降及上升而发生变动，当该变动量多时，腔室C内的空气的流动紊乱，从而材料粉末31散乱而附着在窗36a上，光束L的输出可能降低。另外，当压力低时，大气可能从外部侵入。当大气从外部侵入时，材料粉末31发生氧化而使造型物11的强度降低，并且烟气的产生量增加。因此，控制升降框34的下降速度、上升速度及保护气体的供给量，以使腔室C内的压力成为规定值。当升降框34的下降时的压力高时，使下降速度变慢，或者使保护气体的供给量减少。进而可以通过气体回收装置72强制地吸引。相反，当压力低时，使下降速度变快，或者使保护气体的供给量增多。当升降框34的上升时的压力高时，使上升速度变快，或者使保护气体的供给量减少。进而可以通过气体回收装置72强制地吸引。相反，当压力低时，使上升速度变慢，或者使保护气体的供给量增多。腔室C内的压力的调整既可以通过升降框34的下降速度、上升速度、保护气体的供给量及气体回收装置72的吸引量中的任一个的调整方法来进行，也可以组合多个调整方法来进行。
这样，根据本变形例的制造方法，由于将升降框34的下降及上升时的腔室C内的压力控制成规定值，因此可抑制材料粉末31的散乱，从而使光束L的照射位置精度及加工精度变得良好。另外，可抑制大气的侵入而防止造型物11的强度降低。
接着，对本实施方式的第三变形例进行说明。本变形例中使用的本装置1除了第一实施方式中的结构外，还在覆盖框36内具有氧传感器(未图示)，氧传感器对从覆盖框36与升降框34之间的间隙侵入到腔室C内的大气中的氧进行检测。当大气侵入时，材料粉末31发生氧化而使造型物11的强度降低，并且烟气的产生量增加，因此控制部6在升降框34的下降时的氧浓度高时，使下降速度变快，或者使保护气体的供给量增多来防止大气的侵入。在升降框34的上升时的氧浓度高时，使上升速度变慢，或者使保护气体的供给量增多。
这样，根据本变形例的制造方法，可防止升降框34的下降及上升时大气向腔室C内的侵入，因此可防止材料粉末31的氧化，进而防止造型物11的强度降低。
参照图7，对本发明的第四变形例进行说明。如图7(a)所示，本变形例中使用的本装置1具有防止材料粉末31或烟气附着于窗36a的开闭器37。开闭器37为具有挠性的不燃材料，例如为金属薄板。开闭器37卷绕成滚筒状而配置在覆盖框36内表面的与窗36a的下表面的一端侧相邻的位置。在覆盖框36内表面的与窗36a的下表面的另一端侧相邻的位置设有辊38和驱动辊38的电动机(未图示)，辊38与开闭器37的放卷部分的端部例如由金属的拉出线39连接。拉出线39设置在不妨碍光束L的照射的位置。当因烟气的排气动作中的升降框34的下降及上升而使腔室C内的空气的流动紊乱，从而材料粉末31散乱或烟气散射而附着在窗36a上时，光束L的输出降低，因此通过关闭开闭器37来防止附着。
在升降框的下降及上升中，如图7(b)所示，驱动电动机，使拉出线39向辊38卷绕来关闭开闭器37。由于通过开闭器37覆盖窗36a的下表面，因此可抑制材料粉末31或烟气向窗36a的附着所引起的光束L的散射，从而光束的照射位置精度及加工精度变得良好。
需要说明的是，本发明不局限于上述各种实施方式的结构，在不变更发明的主旨的范围内能够进行各种变形。例如，层叠造型装置可以不具有切削除去部而不进行造型物的表面除去，在该情况下，可以设置使光学设备上下运动的上升下降装置，来使光学设备距粉末层的高度恒定。
需要说明的是，要理解为上述的本发明包括以下的方式。
第一方式：一种层叠造型装置，通过在腔室内进行粉末层的形成和基于向该粉末层照射光束的固化层的形成，来制造三维形状造型物，
所述层叠造型装置的特征在于，具备：
底座；
升降框，其具有从一方向另一方连通且从一方收容该底座的贯通空间，并且相对于所述底座上升下降自如；
覆盖框，其以覆盖所述贯通空间的方式配置在所述升降框上，且在上表面具有使光束透过的窗；
保护气体供给机构，其供给保护气体；
光束照射部，其经由所述窗照射光束；
控制部，其对所述升降框相对于所述底座的上升下降进行控制，
由所述底座的上表面、所述升降框的规定所述贯通空间的内周面和所述覆盖框的内表面构成所述腔室，
所述控制部通过使所述升降框下降，来使所述腔室的容积减少并将在所述腔室内产生的烟气排出，且通过使所述升降框上升，来使所述腔室的容积增加并从所述保护气体供给机构进行保护气体的供气。
第二方式：根据上述第一方式所述的层叠造型装置，其特征在于，具有与所述腔室连通的排气口及供气口。
第三方式：根据上述第一或第二方式所述的层叠造型装置，其特征在于，基于所述腔室内的烟气量来对烟气的排气及保护气体的供气进行控制。
第四方式：根据上述第一或第二方式所述的层叠造型装置，其特征在于，基于距光束的照射开始的时间来进行烟气的排气及保护气体的供气。
第五方式：根据上述第一～第四方式中任一方式所述的层叠造型装置，其特征在于，基于所述腔室内的压力来对烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量进行控制。
第六方式：根据上述第一～第四方式中任一方式所述的层叠造型装置，其特征在于，基于所述腔室内的氧浓度来对烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量进行控制。
第七方式：根据上述第一～第六方式中任一方式所述的层叠造型装置，其特征在于，在光束的照射中进行烟气的排气及保护气体的供气。
第八方式：根据上述第一～第七方式中任一方式所述的层叠造型装置，其特征在于，还具有覆盖所述窗的下表面的开闭器。
第九方式：一种三维形状造型物的制造方法，利用层叠造型装置对三维形状造型物进行造型，该层叠造型装置通过重复进行供给粉末材料来形成粉末层的粉末层形成工序和向所述粉末层照射光束来使该粉末层烧结或熔融固化而形成固化层的固化层形成工序，而将固化层顺次层叠，
所述三维形状造型物的制造方法的特征在于，
所述层叠造型装置具备：实施所述粉末层形成工序的粉末层形成机构；照射所述光束的光束照射部；在上表面侧形成所述粉末层及固化层的固定的底座；包围所述底座的外周且相对于该底座上升下降自如的升降框；使所述升降框上升下降的升降驱动机构；在上表面具有使光束透过的窗且下表面敞开，并通过配置在所述升降框上而形成腔室的覆盖框；向所述覆盖框内供给保护气体的保护气体供给机构，
通过使所述升降框下降，来使所述腔室的容积减少并将在所述覆盖框内产生的烟气排出，且通过使该升降框上升，来使该腔室的容积增加并从所述保护气体供给机构进行保护气体的供气。
第十方式：根据第九方式所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，所述烟气的排气及保护气体的供气分别经由配置在所述覆盖框上的排气口及供气口来进行。
第十一方式：根据第九或第十方式所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，基于所述腔室内的烟气量来控制所述烟气的排气及保护气体的供气。
第十二方式：根据第九或第十方式所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，基于距所述光束的照射开始的时间来进行所述烟气的排气及保护气体的供气。
第十三方式：根据第九～第十二方式中任一方式所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，基于所述腔室内的压力来控制所述烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量。
第十四方式：根据第九～第十三方式中任一方式所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，基于所述腔室内的氧浓度来控制所述烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量。
第十五方式：根据第九～第十四方式中任一方式所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在所述光束的照射中进行所述烟气的排气及保护气体的供气。
第十六方式：根据第九～第十五方式中任一方式所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，在所述烟气的排气及保护气体的供气中，关闭覆盖所述窗的下表面的开闭器。
[关联申请的相互参照]
本申请要求以日本国专利申请第2009-119021号(申请日：2009年5月15日，发明的名称：“三维形状造型物的制造方法”)为基础的巴黎条约上的优先权。该申请中公开的内容全部通过引用而包含于本说明书中。

Claims (16)

1.一种层叠造型装置，通过在腔室内进行粉末层的形成和基于向该粉末层照射光束的固化层的形成，来制造三维形状造型物，
所述层叠造型装置的特征在于，具备：
底座；
升降框，其具有从一方向另一方连通且从一方收容该底座的贯通空间，并且相对于所述底座上升下降自如；
覆盖框，其以覆盖所述贯通空间的方式配置在所述升降框上，且在上表面具有使光束透过的窗；
保护气体供给机构，其供给保护气体；
光束照射部，其经由所述窗照射光束；
控制部，其对所述升降框相对于所述底座的上升下降进行控制，
由所述底座的上表面、所述升降框的规定所述贯通空间的内周面和所述覆盖框的内表面构成所述腔室，
所述控制部通过使所述升降框下降，来使所述腔室的容积减少并将在所述腔室内产生的烟气排出，且通过使所述升降框上升，来使所述腔室的容积增加并从所述保护气体供给机构进行保护气体的供气。
2.根据权利要求1所述的层叠造型装置，其特征在于，
具有与所述腔室连通的排气口及供气口。
3.根据权利要求1所述的层叠造型装置，其特征在于，
基于所述腔室内的烟气量来对烟气的排气及保护气体的供气进行控制。
4.根据权利要求1所述的层叠造型装置，其特征在于，
基于距光束的照射开始的时间来进行烟气的排气及保护气体的供气。
5.根据权利要求1所述的层叠造型装置，其特征在于，
基于所述腔室内的压力来对烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量进行控制。
6.根据权利要求1所述的层叠造型装置，其特征在于，
基于所述腔室内的氧浓度来对烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量进行控制。
7.根据权利要求1所述的层叠造型装置，其特征在于，
在光束的照射中进行烟气的排气及保护气体的供气。
8.根据权利要求1所述的层叠造型装置，其特征在于，
还具有覆盖所述窗的下表面的开闭器。
9.一种三维形状造型物的制造方法，利用层叠造型装置对三维形状造型物进行造型，该层叠造型装置通过重复进行供给粉末材料来形成粉末层的粉末层形成工序和向所述粉末层照射光束来使该粉末层烧结或熔融固化而形成固化层的固化层形成工序，而将固化层顺次层叠，
所述三维形状造型物的制造方法的特征在于，
所述层叠造型装置具备：实施所述粉末层形成工序的粉末层形成机构；照射所述光束的光束照射部；在上表面侧形成所述粉末层及固化层的固定的底座；包围所述底座的外周且相对于该底座上升下降自如的升降框；使所述升降框上升下降的升降驱动机构；在上表面具有使光束透过的窗且下表面敞开，并通过配置在所述升降框上而形成腔室的覆盖框；向所述覆盖框内供给保护气体的保护气体供给机构，
通过使所述升降框下降，来使所述腔室的容积减少并将在所述覆盖框内产生的烟气排出，且通过使该升降框上升，来使该腔室的容积增加并从所述保护气体供给机构进行保护气体的供气。
10.根据权利要求9所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
所述烟气的排气及保护气体的供气分别经由配置在所述覆盖框上的排气口及供气口来进行。
11.根据权利要求9所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
基于所述腔室内的烟气量来控制所述烟气的排气及保护气体的供气。
12.根据权利要求9所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
基于距所述光束的照射开始的时间来进行所述烟气的排气及保护气体的供气。
13.根据权利要求9所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
基于所述腔室内的压力来控制所述烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量。
14.根据权利要求9所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
基于所述腔室内的氧浓度来控制所述烟气的排气中及保护气体的供气中的所述升降框的下降速度、上升速度和保护气体的供给量。
15.根据权利要求9所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
在所述光束的照射中进行所述烟气的排气及保护气体的供气。
16.根据权利要求9所述的三维形状造型物的制造方法，其特征在于，
在所述烟气的排气及保护气体的供气中，关闭覆盖所述窗的下表面的开闭器。
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