CN114378306B - 层叠造形装置 - Google Patents

层叠造形装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114378306B
CN114378306B CN202111063293.4A CN202111063293A CN114378306B CN 114378306 B CN114378306 B CN 114378306B CN 202111063293 A CN202111063293 A CN 202111063293A CN 114378306 B CN114378306 B CN 114378306B
Authority
CN
China
Prior art keywords
chamber
supply unit
inert gas
oxygen concentration
tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111063293.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114378306A (zh
Inventor
中村直人
斋藤强史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sodick Co Ltd
Original Assignee
Sodick Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sodick Co Ltd filed Critical Sodick Co Ltd
Publication of CN114378306A publication Critical patent/CN114378306A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114378306B publication Critical patent/CN114378306B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/70—Gas flow means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70—Recycling
    • B22F10/73—Recycling of powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/22—Driving means
    • B22F12/222—Driving means for motion along a direction orthogonal to the plane of a layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/30—Platforms or substrates
    • B22F12/33—Platforms or substrates translatory in the deposition plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/38—Housings, e.g. machine housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/40—Radiation means
    • B22F12/41—Radiation means characterised by the type, e.g. laser or electron beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/50—Means for feeding of material, e.g. heads
    • B22F12/53—Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/60—Planarisation devices; Compression devices
    • B22F12/67—Blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/25—Housings, e.g. machine housings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/255—Enclosures for the building material, e.g. powder containers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307—Handling of material to be used in additive manufacturing
    • B29C64/321—Feeding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/364—Conditioning of environment
    • B29C64/371—Conditioning of environment using an environment other than air, e.g. inert gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2201/00—Treatment under specific atmosphere
    • B22F2201/10—Inert gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Confectionery (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明提供一种能够以更简单的结构进行材料的回收及补充的层叠造形装置。本发明的层叠造形装置包括：腔室、材料层形成装置、惰性气体供给装置以及材料供给单元。所述材料供给单元包括：材料槽、输送装置以及筛子。所述材料槽储藏材料。所述输送装置将从腔室及材料槽排出的材料输送至材料的搬送路径的最高位。所述筛子设置于比输送装置更靠下方、比腔室更靠上方处，从由输送装置传送的材料中去除夹杂物后向下方排出，并向材料层形成装置补充材料。

Description

层叠造形装置
技术领域
本发明涉及一种层叠造形装置。
背景技术
作为三维造形物的层叠造形法已知有各种方式。例如，实施粉末床熔融结合的层叠造形装置在腔室内将粉末的材料整平而形成材料层，并照射激光或电子束而使材料层烧结或熔融来形成固化层。反复进行材料层的形成与固化层的形成并层叠多个固化层，来制造所期望的三维造形物。此外，也可在造形中或造形后，在层叠造形装置内对固化层进行切削加工。
供给至腔室内的材料并非全部固化，因此在腔室内会蓄积未固化的剩余材料。为了削减造形的成本，理想的是将所述剩余材料回收再利用。另一方面，由于在腔室内的剩余材料中可能混入在固化层产生时飞散的溅射物或在切削加工时形成的切削屑等夹杂物，因此不优选直接再利用。
美国专利申请公开US2017/0348771A1公开了对从腔室回收的剩余材料进行筛选，去除夹杂物后再利用的层叠造形装置。更具体而言，从腔室排出的剩余材料由材料回收用搬送装置搬送，从上方投下至作为筛装置的杂质去除装置，来去除夹杂物。然后，排出至杂质去除装置的下方的剩余材料被材料供给用搬送装置传送至设置于腔室的上方的材料补充部，并适宜再供给至涂覆机头。
发明内容
[发明所要解决的问题]
在从腔室回收剩余材料，并利用筛子去除夹杂物进行再利用的现有的层叠造形装置中，需要向筛子的上方传送剩余材料的第一输送装置以及从筛子将剩余材料传送至腔室上方的第二输送装置。因此，装置的成本变高，并且更换材料时的清扫等维护比较麻烦。
本发明是鉴于此种情况而成，其目的在于提供一种能够以更简单的结构进行材料的回收及补充的层叠造形装置。
[解决问题的技术手段]
根据本发明，提供一种层叠造形装置，包括：腔室；材料层形成装置，设置于腔室内，且形成规定厚度的材料层；惰性气体供给装置，向腔室供给规定浓度的惰性气体；以及材料供给单元，构成为回收从腔室排出的材料，并能够向材料层形成装置补充材料，材料供给单元包括：材料槽，储藏材料；输送装置，将从腔室及材料槽排出的材料输送至材料的搬送路径的最高位；以及筛子，设置于比输送装置更靠下方、比腔室更靠上方处，从由输送装置传送的材料中去除夹杂物后向下方排出，并向材料层形成装置补充材料。
[发明的效果]
在本发明的层叠造形装置中，在腔室的上方配置筛子，输送装置将材料输送至材料的搬送路径的最高位并传送至筛子。可利用一个输送装置输送材料，因此抑制装置的成本，另外可将装置设为比较简单的结构。
附图说明
图1是层叠造形装置的正面图。
图2是层叠造形装置本体的概略结构图。
图3是从上方观察涂覆机头的立体图。
图4是从下方观察涂覆机头的立体图。
图5是照射装置的概略结构图。
图6是材料供给单元的立体图。
图7是材料供给单元的概略结构图。
图8是输送装置的侧面图。
图9是输送装置的剖面图。
图10是筛子及连接构件的立体图。
图11是筛子及连接构件的剖面图。
图12是连接构件、引导构件及涂覆机头的立体图。
图13是连接构件、引导构件及涂覆机头的剖面图。
图14是腔室侧方的引导构件的周边图。
图15是引导构件的立体图。
图16是进行材料排出时的引导构件的剖面部。
图17是未进行材料排出时的引导构件的剖面部。
图18是表示层叠造形中的材料补充动作的一例的流程图。
图19是表示层叠造形后的材料回收动作的一例的流程图。
[符号的说明]
1：层叠造形装置
3：材料层形成装置
4：照射装置
5：材料供给单元
7：控制装置
10：层叠造形装置本体
11：腔室
11a：造形室
11b、11d：顶板
11c：补充室
11e：开口
12：窗口
13：污染防止装置
14：造形平台
15：造形平台驱动装置
16：第一排出滑槽
17：第二排出滑槽
18：抽吸喷嘴
21：惰性气体供给装置
23：烟尘收集器
25：压缩流体源
31：基底台
33：涂覆机头
35：叶片
37：引导构件
41：光源
43：准直器
45：聚焦控制单元
47：流电扫描仪
47x、47y：电流镜
51：框体
52：材料槽
53：输送装置
54：第一切换阀
55：筛子
56：第二切换阀
57：连接构件
71：输入装置
73：显示装置
81：基底板
83：材料层
85：固化层
311、313：排出开口
331：材料收容部
333：材料供给口
335：材料排出口
370：上板
370a：把手
370b：固定构件
371：投入滑槽
373：轴
374：贯通孔
375：旋转致动器
377：刮水器511：脚轮
521：材料瓶
521a：开闭阀
531：真空输送机
531a：真空容器
531b：供给管
531c：排气管
531d：过滤器
531e：排出口
531f：底盖
531g：致动器
533：喷射器
533a：供给端口
533b：排气端口
533c：吸气端口
551：过滤器壳体
553：网式过滤器
555：振动元件
557：回收容器
571：波纹管
573：抵接板
575：夹具
577：施力构件
611、612、613、614：套圈
621、622、623：连结器
631：连接器
641、642、643、644：阀
651：第一旁路
652：第二旁路
661：腔室氧浓度计
662：烟尘收集器氧浓度计
663：材料供给单元氧浓度计
671、672、673、674、675、676、677：材料传感器
L：激光
R：造形区域
S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19、S21、S22、S23、S24：步骤
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。以下所说明的各种变形例可分别任意地组合来实施。此外，在各附图中，软管或管道等有时适宜省略图示。
如图1及图2所示，本实施方式的层叠造形装置1包括：层叠造形装置本体10、惰性气体供给装置21、烟尘收集器23以及材料供给单元5。
层迭造形装置本体10实施具体如粉末床熔融结合的层迭造形。在本说明书中，层迭造形(additive manufacturing)亦称为造形(molding)。层叠造形装置本体10反复进行材料层83的形成及固化层85的形成来制造所期望的三维造形物。材料层83和固化层85形成于每一个分割层，其中每一个分割层是通过以规定的厚度分割三维造形物的数据而获得。层叠造形装置本体10包括：腔室11、引导构件37、材料层形成装置3、照射装置4以及控制装置7。
腔室11构成为实质上密闭，且覆盖形成所期望的三维造形物的区域即造形区域R。腔室11内充满了规定浓度的惰性气体。
材料层形成装置3设置于腔室11内，且形成规定厚度的材料层83。材料层形成装置3包括具有造形区域R的基底台31、以及配置于基底台31上且构成为能够沿水平方向移动的涂覆机头33。在造形区域R中配置造形平台14，造形平台14构成为能够通过造形平台驱动装置15沿铅垂方向移动。在造形时，在造形平台14上配置基底板81，在基底板81上形成第一层的材料层83。
在基底台31隔着造形区域R形成有一对排出开口311、313，在排出开口311、排出开口313的下方分别设置有第一排出滑槽16及第二排出滑槽17。从排出开口311、排出开口313落下的剩余材料暂时分别储留于第一排出滑槽16及第二排出滑槽17中。
如图3及图4所示，涂覆机头33包括：材料收容部331、材料供给口333以及材料排出口335。材料收容部331储藏材料。在本实施方式中，材料例如为金属的粉体。材料供给口333设置于材料收容部331的上表面上，且成为供给至材料收容部331的材料的收件口。从材料供给单元5传送的材料经由引导构件37被投下至材料供给口333。材料排出口335设置于材料收容部331的底面上，并排出材料收容部331内的材料。材料排出口335具有沿与涂覆机头33的移动方向正交的水平方向延伸的狭缝形状。在涂覆机头33的侧面设置有将材料整平而形成材料层83的一对叶片35。涂覆机头33在从材料排出口335排出材料收容部331内所收容的材料的同时在造形区域R上沿水平方向往复移动。此时，叶片35将所排出的材料平坦化而形成材料层83。材料层83是由粉末的材料制成。
此外，随着涂覆机头33的移动，散布于基底台31上的剩余材料被叶片35挤出，并从排出开口311、排出开口313排出。另外，在想要清空材料收容部331内的材料时，涂覆机头33移动至排出开口311、排出开口313上。
在腔室11内配置有构成为能够抽吸材料的抽吸喷嘴18。在本实施方式中，在腔室11中设置有未图示的手套箱(glove box)，操作员可经由手套箱使抽吸喷嘴18移动至腔室11内的任意位置。经由抽吸喷嘴18，能够将腔室11内的剩余材料回收至腔室11外。主要是造形平台14或基底台31上的未固化的材料被抽吸喷嘴18回收。
腔室11包括存在造形区域R并进行层叠造形的造形室11a、以及配置引导构件37并进行材料从引导构件37向涂覆机头33的供给的补充室11c。造形室11a与补充室11c连通，涂覆机头33能够在造形室11a与补充室11c中来往。
照射装置4设置于腔室11的上方。照射装置4向造形区域R上所形成的材料层83的规定的照射区域照射激光L，而使照射位置的材料层83熔融或烧结，来形成固化层85。照射区域存在于造形区域R内，与规定的分割层中的由三维造形物的轮廓形状围绕的区域大致一致。如图5所示，照射装置4包括：光源41、准直器43、聚焦控制单元45以及流电扫描仪(galvano scanner)47。
光源41生成激光L。此处，激光L只要能够使材料层83烧结或熔融，则其种类无限定，且激光L例如为光纤激光器、CO2激光器、钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet，YAG)激光器、绿色激光器或蓝色激光器。准直器43将从光源41输出的激光L转换为平行光。聚焦控制单元45包括聚光透镜以及使聚光透镜前后移动的马达，并将从光源41输出的激光L调整为所期望的光斑直径。流电扫描仪47是扫描激光L的扫描仪，并且包括具有一对电流镜(galvano mirror)47x、47y、以及分别使电流镜47x、电流镜47y旋转的致动器。电流镜47x、电流镜47y根据从控制装置7输入的旋转角度控制信号的大小来控制旋转角度，并二维扫描从光源41输出的激光L。
通过了电流镜47x、电流镜47y的激光L透过造形室11a的顶板11b上所设置的窗口12，并照射至形成于造形区域R的材料层83。窗口12由使激光L能够透过的材料形成。例如，在激光L为光纤激光器或YAG激光器的情况下，窗口12能够包含石英玻璃。
在造形室11a的顶板11b，以覆盖窗口12的方式设置有污染防止装置13。污染防止装置13防止在形成固化层85期间产生的烟尘附着于窗口12上。污染防止装置13包括圆筒状的框体、以及配置于框体内的圆筒状的扩散构件。在框体与扩散构件之间设置有惰性气体供给空间。另外，在扩散构件的内侧的框体的底面上设置有开口部。在扩散构件设置有许多细孔，供给至惰性气体供给空间的清洁的惰性气体穿过细孔充满清洁室。然后，充满清洁室的清洁的惰性气体穿过开口部朝向污染防止装置13的下方喷出。如此，防止烟尘附着于窗口12。
此外，照射装置也可为例如照射电子束而使材料层83烧结或熔融来形成固化层85的装置。例如，照射装置也可构成为包括放出电子的阴极电极、聚束电子并加速的阳极电极、形成磁场并使电子束的方向沿一方向聚束的螺线管、以及与作为被照射体的材料层83电连接的集电极。在集电极与阴极电极之间施加电压。在此变形例中，阴极电极与阴极电极作为用作光源以产生电子束，并且螺线管用作扫描仪以扫描电子束。即，包括产生激光L或电子束的光源、及扫描激光L或电子束的扫描仪的任何装置都可以用作照射装置。
控制装置7对层叠造形装置本体10的造形平台14、材料层形成装置3及照射装置4、惰性气体供给装置21、烟尘收集器23以及材料供给单元5进行控制。控制装置7包括：运算装置、存储器、储存器、读取来自键盘和触摸屏等的输入或外部存储介质的输入装置71、以及显示操作画面或各种参数的显示装置73。
层叠造形装置本体10也可包括具有立铣刀等旋转切削工具或车刀等刨削工具的切削装置。切削装置也可在每次形成规定数量的固化层85时对固化层85进行切削。另外，切削装置也可将溅射物附着于固化层85的上表面上而产生的突起切削去除。另外，切削装置也可在层叠造形完成后，对固化层85进行切削，来形成用于两次加工的基准面。
惰性气体供给装置21向腔室11供给规定浓度的惰性气体。惰性气体供给装置21例如为从空气生成惰性气体的惰性气体生成装置或者储留惰性气体的储气瓶。在本实施方式中，惰性气体供给装置21例如为变压吸附(Pressure Swing Adsorption，PSA)式氮产生装置或膜分离式氮产生装置。优选为惰性气体供给装置21构成为除了向腔室11供给惰性气体以外还向材料供给单元5供给惰性气体。另外，优选为惰性气体供给装置21构成为能够切换惰性气体的供给量。此外，在本发明中，所谓惰性气体，是指实质上不与材料层83或固化层85反应的气体，从氮气、氩气、氦气等中根据材料的种类选择适当的气体。
烟尘收集器23在从由腔室11排出的惰性气体中去除烟尘后，返送至腔室11内。烟尘收集器23例如为电集尘机或过滤器。
材料供给单元5回收从腔室11排出的材料，并向材料层形成装置3补充材料。如图6及图7所示，材料供给单元5包括：框体51、材料槽52、输送装置53、第一切换阀54、筛子55、第二切换阀56以及连接构件57。此外，在图7中，以实线箭头表示材料的流动，以虚线箭头表示气体的流动。另外，在图7中省略图示，但材料供给单元5的各部经由连接器631与控制装置7电连接。
在使用多个种类的材料作为层叠造形装置1的材料的情况下，理想的是针对每个材料准备材料供给单元5，并针对每个材料更换材料供给单元5。若如此，则伴随材料更换的清扫仅在层叠造形装置本体10进行即可，因此可在比较短时间内不费工夫地进行材料的变更。
框体51构成为能够通过脚轮(caster)511移动，且收容材料槽52、输送装置53、第一切换阀54、筛子55、第二切换阀56以及连接构件57。
材料槽52储藏有层叠造形所使用的材料。在向材料槽52补充材料时，例如将储留有材料的材料瓶521连接于材料槽52来进行材料的补充。在材料瓶521设置有开闭阀521a，在向材料槽52的连接后将开闭阀521a打开，从而可在材料不暴露的情况下进行材料的补充。材料槽52与输送装置53经由可作为蝶阀的阀641连接。
此外，为了防止材料的变质，理想的是在材料供给单元5内的材料的搬送路径中充满惰性气体。在本实施方式中，惰性气体供给装置21经由连结器(coupler)621与材料槽52连接，除了向腔室11供给惰性气体以外还向材料槽52供给惰性气体。另外，理想的是设置经由连结器622连接于腔室11及材料槽52的第一旁路651、以及连接于材料槽52及材料槽52与输送装置53之间的配管的第二旁路652。第一旁路651及第二旁路652为能够供惰性气体流通的管路。根据此种结构，腔室11、材料槽52、与材料槽52和输送装置53之间的配管之间被均压化，因此能够合适地进行材料输送。
输送装置53将从腔室11及材料槽52排出的材料输送至材料的搬送路径的最高位。如图8及图9所示，输送装置53例如包括真空输送机531以及喷射器533。一对第一排出滑槽16与输送装置53、一对第二排出滑槽17与输送装置53、一对抽吸喷嘴18与输送装置53分别经由例如作为蝶阀的阀642、阀643、阀644与例如套圈(ferrule)611、套圈612、套圈613连接。
真空输送机531具有密闭的真空容器531a。在真空容器531a的上部设置有供给管531b及排气管531c，并且在真空容器531a的下端形成有排出口531e。供给管531b与腔室11及材料槽52连接。更具体而言，供给管531b与材料槽52、第一排出滑槽16、第二排出滑槽17及抽吸喷嘴18连接，并通过真空容器531a中产生的负压，吸取材料并传送至真空容器531a。排气管531c与喷射器533连接，并将真空容器531a内的气体排出至喷射器533。在排气管531c安装有过滤器531d，防止材料被喷射器533吸取。传送至真空容器531a的材料从排出口531e排出，并被传送至第一切换阀54。排出口531e构成为能够通过利用致动器531g转动的底盖531f开闭。通过在材料的输送时将排出口531e闭合，并将真空容器531a密闭，能够更高效地进行材料的输送。优选为在底盖531f的抵接面上设置有衬垫等密封构件。
喷射器533为通过文丘里效应产生负压的装置。具体而言，喷射器533具有：供给端口533a、排气端口533b、吸气端口533c。供给端口533a经由连结器623与空气压缩机等压缩流体源25连接，并向供给端口533a传送压缩流体。排气端口533b将传送至供给端口533a的压缩流体以及从吸气端口533c抽吸的真空容器531a内的气体排出至装置外部。吸气端口533c连接于将供给端口533a与排气端口533b连接的管路以及真空输送机531的排气管531c，通过喷射器533内产生的负压抽吸真空容器531a内的气体。
以上所说明的输送装置53的结构只不过为一例，只要为能够将所回收的材料输送至材料搬送路径的最高位的装置，则也可采用其他结构。例如，也可代替喷射器533，而通过真空泵产生负压。
此外，在通过材料供给单元5回收腔室11内的材料时，连同充满腔室11内的惰性气体一起输送材料。因此，为了不使腔室11内的氧浓度因材料的回收而降低，理想的是在材料回收时增加惰性气体向腔室11的供给量。在本实施方式中，惰性气体供给装置21构成为能够切换惰性气体的供给量，且在输送装置53运行时增加供给至腔室11的惰性气体的流量。具体而言，惰性气体供给装置21构成为在通常时供给50L/min的氮气，在输送装置53的动作时供给80L/min的氮气。
优选为第一切换阀54设置于输送装置53与筛子55之间。第一切换阀54视需要选择性地将从输送装置53投下的材料的排出目的地切换为筛子55及材料槽52的任一者。在本实施方式中，第一切换阀54构成为能够进行电动控制，并根据来自控制装置7的指示切换材料的排出目的地。
筛子55设置于比输送装置53更靠下方、比腔室11更靠上方处。在本实施方式中，筛子55设置于第一切换阀54与第二切换阀56之间。本实施方式的筛子55具体而言为超声波筛子，且如图10及图11所示，包括过滤器壳体551、网式过滤器553以及振动元件555。过滤器壳体551保持网式过滤器553。网式过滤器553对投下至其上的材料进行分级，去除夹杂物后将材料向下方排出。网式过滤器553通过振动元件555以规定的频率振动。由于网式过滤器553的振动，而不易引起堵塞，从而能够长期地进行粉末的分级。此外，网式过滤器553配置成从材料的上游侧(即材料的投下侧)朝向材料的下游侧(即材料的排出侧)向下方倾斜。通过此种结构，抑制通过网式过滤器553去除的夹杂物持续残留于网式过滤器553上，从而夹杂物被随时传送至下游侧。网式过滤器553根据筛子所使用的部分的长度而设定为适当的角度。本实施方式的网式过滤器553的倾斜角度例如相对于水平方向为1度以上且3度以下。从网式过滤器553的下游侧的端部落下的夹杂物从筛子55排出，并被传送至回收容器557。以上所说明的筛子55的结构只不过为一例，只要为能够去除夹杂物的任何装置皆可使用。例如，也可采用三维筛子作为筛子55。
优选为第二切换阀56设置于筛子55与腔室11之间。第二切换阀56视需要选择性地将从筛子55投下的材料的排出目的地切换为材料槽52及腔室11的任一者。在本实施方式中，第二切换阀56构成为能够手动操作，操作员视需要切换材料的排出目的地。此外，也可构成为能够电动控制第二切换阀56，并根据来自控制装置7的指示切换材料的排出目的地。
在材料供给单元5中的去除了夹杂物的材料的出口、即第二切换阀56与腔室11之间，设置有连接构件57。如图12及图13所示，连接构件57具有：波纹管571、抵接板573、夹具575以及施力构件577。波纹管571构成为能够伸缩且能够供材料流通，波纹管571的一端与第二切换阀56的下方连接，波纹管571的另一端与抵接板573连接。抵接板573被层叠造形装置本体10的引导构件37按压，使材料的搬送路径为关闭，来防止材料及惰性气体的漏出。优选为在抵接板573的抵接面上设置有衬垫等密封构件。夹具575例如为肘节式夹具，在使抵接板573与引导构件37抵接的状态下固定抵接板573。施力构件577例如为弹簧，在夹具575的解除时，使抵接板573远离引导构件37，使波纹管571收缩。若为如以上那样的连接构件57，则材料供给单元5与层叠造形装置本体10在材料出口处的连接能够简单地进行。
材料供给单元5在与其他装置的连接中，经由套圈611、套圈612、套圈613、连结器621、连结器622、连结器623、连接器631及连接构件57连接。因此，在本层叠造形装置1中，材料供给单元5的装卸容易，进而可实现材料更换的时间缩短。
根据如以上那样的结构的材料供给单元5，可在利用一个输送装置53将所回收的材料输送至材料的搬送路径的最高位之后，通过因重力的自然落下而向筛子55投下并返送至腔室11，因此可将装置设为比较简单的结构，并抑制成本而构成。
从材料供给单元5投下的材料经由引导构件37补充至材料层形成装置3的涂覆机头33。如图2及图14所示，引导构件37插通至补充室11c的顶板11d上所形成的开口11e中，且可装卸地固定于补充室11c的顶板11d。更具体而言，在本实施方式中，引导构件37在造形区域R与排出开口311之间，固定于腔室11的补充室11c的顶板11d。换言之，涂覆机头33在位于造形区域R与排出开口311之间的补充室11c中进行材料的补充。引导构件37在伴随材料更换的清扫时等从腔室11卸下。在使引导构件37的装卸作业容易方面，理想的是引导构件37设置于比较低的位置。因此，补充室11c的顶板11d设置于比造形室11a的顶板11b更低的位置。
如图12及图13所示，引导构件37包括：上板370、投入滑槽371、轴373、旋转致动器375以及刮水器(wiper)377。
上板370是设置于投入滑槽371的上端的、比开口11e更大的板。上板370与顶板11d卡止，而将引导构件37定位于补充室11c的上部。在上板370设置有便于搬运的把手370a。上板370通过旋钮螺钉等固定构件370b固定于顶板11d。
投入滑槽371构成为上下开口且能够供材料流通。投入滑槽371将从腔室11的外侧(具体而言，材料供给单元5的连接构件57)投下的材料引导至涂覆机头33的材料收容部331。投入滑槽371沿着涂覆机头33的材料供给口333沿水平方向延伸。
轴373经由安装构件固定于投入滑槽371，并设置为堵住投入滑槽371的下端部。如图15所示，滑槽371的轴373沿水平方向延伸，且在与轴正交的方向上形成有贯通孔374。轴373通过旋转致动器375旋转，从而切换材料排出的接通/断开。图16表示材料供给时的状态，轴373旋转，以使贯通孔374朝向铅垂方向，从而材料被排出至涂覆机头33。当向涂覆机头33的材料补充完成后，由所储留的材料堵住贯通孔374，从而自动地停止材料的排出。其后，如图17所示，轴373旋转，以使贯通孔374朝向水平方向，从而投入滑槽371的下端部闭锁。
刮水器377设置于投入滑槽371的下端部，且与轴373滑接。如图16及图17所示，在本实施方式中，以夹持轴373的方式设置有一对刮水器377。刮水器377防止材料从投入滑槽371与轴373之间漏出。
通过经由此种引导构件37向涂覆机头33投下材料，在向涂覆机头33补充材料时，可在某程度上使储留于涂覆机头33中的材料的量一定。另外，使用轴373及旋转致动器375作为切换材料排出的接通/断开的排出切换机构，因此在切换材料排出的接通/断开时不易发生材料的啮入。另外，由于可从靠近涂覆机头33的位置投下材料，因此可抑制材料飞扬。特别是通过由轴373及旋转致动器375构成切换材料排出的接通/断开的排出切换机构，可比较小型地构成引导构件37。但是，也可使用开闭式的闸门(shutter)等其他排出切换机构。
特别是本实施方式的引导构件37在想要将收容于涂覆机头33中的材料抑制为少量的情况下特别有效。若在涂覆机头33储留有大量的材料，则由于材料的自重，材料的吐出量变得不稳定。另外，若在涂覆机头33中储留有大量的材料，则容易发生材料的堵塞。因此，理想的是收容于涂覆机头33中的材料的量为少量。在本实施方式中，每次形成一层材料层83时，从引导构件37向涂覆机头33供给足以形成一层材料层83的量的材料。刚补充完材料之后的涂覆机头33的材料的储留量、即储留于涂覆机头33中的材料的最大量例如为形成一层材料层83所需的量以上，且小于形成两层材料层83所需的量。
在层叠造形装置1的各部设置有氧浓度计。例如，设置有与腔室11连接的腔室氧浓度计661、以及与烟尘收集器23连接的烟尘收集器氧浓度计662。在本实施方式中，还设置有与材料供给单元5连接的材料供给单元氧浓度计663。在使用铝或钛等易燃性高的材料时，设置材料供给单元氧浓度计663特别有效。材料供给单元氧浓度计663理想的是设置于材料供给单元5中的材料搬送路径的比较下游处，且在本实施方式中具体而言，与筛子55的过滤器壳体551连接。由于推定与氧浓度的检测位置相比，检测位置的上游处的氧浓度更低，因此材料供给单元氧浓度计663与配置于材料的搬送路径的比较下游处的筛子55连接。以上所说明的氧浓度计的位置及个数为一例，在层叠造形装置1内的氧浓度能够检测的范围内，设置任意的氧浓度计即可。例如，可仅设置腔室氧浓度计661，也可仅设置腔室氧浓度计661及材料供给单元氧浓度计663。
控制装置7对各部进行控制，来进行包括材料补充动作及材料回收动作的层叠造形的控制。特别是在本实施方式中，控制装置7基于由各氧浓度计检测出的氧浓度的值，对各部进行控制。具体而言，在由氧浓度计检测出的氧浓度超过规定的阈值时，控制装置7停止照射装置4且不进行固化层85的形成，直至氧浓度再次成为规定的阈值以下。另外，在由氧浓度计检测出的氧浓度超过规定的阈值时，控制装置7不利用材料供给单元5进行材料的回收，直至氧浓度再次成为规定的阈值以下。在设置有多个氧浓度计的情况下，在至少一个氧浓度计测量到超过规定阈值的氧浓度时，不进行材料的回收。换言之，本实施方式的材料供给单元5的输送装置53构成为仅在腔室11内、烟尘收集器23内及材料供给单元5的氧浓度为规定的阈值以下时运行。在本实施方式中，氧浓度的阈值例如为3％。通过进行此种控制，材料的变质得到抑制，并且可更安全地进行造形。控制装置7可将硬件与软件任意地组合而构成，例如具有中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、辅助存储装置、输入输出接口。
理想的是在层叠造形装置1的各部设置对材料的有无进行检测的材料传感器。具体而言，在本实施方式中，在涂覆机头33设置材料传感器671，在引导构件37设置材料传感器672，在第一排出滑槽16设置材料传感器673，在第二排出滑槽17设置材料传感器674，在材料槽52设置材料传感器675、材料传感器676，在回收容器557设置材料传感器677。各材料传感器671、材料传感器672、材料传感器673、材料传感器674、材料传感器675、材料传感器676、材料传感器677与控制装置7电连接，并将表示探测结果的检测信号传送至控制装置7。材料传感器671探测涂覆机头33的材料收容部331内是否储留有足够量的材料。材料传感器672探测引导构件37的投入滑槽371内是否储留有足够量的材料。材料传感器673探测第一排出滑槽16中是否储留有足够量的材料。材料传感器674探测第二排出滑槽17中是否储留有足够量的材料。材料传感器675、材料传感器676分别设置于材料槽52的上部及下部。当通过材料传感器675探测到材料超过了材料槽52的上限位置时，在显示装置73显示警告。当通过材料传感器676探测到材料低于材料槽52的下限位置时，在显示装置73显示警告。材料传感器677设置于回收容器557的上部。当通过材料传感器677探测到材料超过了回收容器557的上限位置时，在显示装置73显示警告。
此处，对使用了以上说明的层叠造形装置1的层叠造形方法进行说明。首先，在造形平台14上载置基底板81，腔室11内充满规定浓度的惰性气体。然后，将造形平台14的高度调整至恰当的位置。在所述状态下，涂覆机头33在造形区域R上移动而向造形区域R吐出材料。材料被叶片35整平，并在基底板81上形成第一层的材料层83。涂覆机头33移动至补充室11c，并经由引导构件37接受来自材料供给单元5的材料补充。接着，照射装置4向第一层的材料层83的照射区域照射激光L。通过激光L而照射区域内的材料烧结或熔融，来形成第一层的固化层85。继而，造形平台14下降材料层83的厚度，涂覆机头33在造形区域R上移动，在第一层的固化层85上形成第二层的材料层83。涂覆机头33移动至补充室11c，并经由引导构件37接受来自材料供给单元5的材料补充。照射装置4向第二层的材料层83照射激光L，来形成第二层的固化层85。在第三层以后，也通过反复同样的工序而形成材料层83与固化层85，并层叠多个固化层85而形成所期望的三维造形物。此外，材料向涂覆机头33的补充与固化层85的形成也可并行地进行。
此处，参照图18对层叠造形中的材料补充动作的一例进行具体说明。每次形成一层规定数量的材料层83、在本实施方式中为材料层83时，涂覆机头33便移动至补充室11c，并开始进行向涂覆机头33的材料收容部331的材料补充动作。此外，也可构成为在材料传感器671检测到材料收容部331内的材料成为规定量以下时开始材料补充动作。另外，也可构成为，即便为每次形成规定数量的材料层83时进行材料补充动作的结构，在材料层83的形成中材料传感器671检测到材料收容部331内的材料成为规定量以下的情况下，也中止材料层83的形成，并在进行了材料补充动作之后重新形成材料层83。此外，第一切换阀54的材料的排出目的地被设定为筛子55，第二切换阀56的材料的排出目的地被设定为腔室11。
首先，使引导构件37的轴373旋转，并将储留于投入滑槽371中的材料投下至涂覆机头33(S11)。当材料传感器671探测到向涂覆机头33补充了足够量的材料后，材料补充动作结束，再次开始材料层83及固化层85的形成(S12N)。即便材料传感器672探测到投入滑槽371内的材料大致消失，此外，在涂覆机头33内的材料不足的情况下(S12Y)，也进行回收腔室11的剩余材料并补充至涂覆机头33的动作。
首先，通过腔室氧浓度计661、烟尘收集器氧浓度计662及材料供给单元氧浓度计663测量层叠造形装置1内的氧浓度，并确认氧浓度是否成为规定的阈值以下(S13)。在氧浓度超过规定的阈值的情况下，进行待机，直至成为阈值以下(S14)。
接着，通过材料传感器673确认第一排出滑槽16中是否储留有材料，在第一排出滑槽中有材料的情况下(S15Y)，进行来自第一排出滑槽16的材料供给(S16)。具体而言，在阀642打开且阀641、阀643、阀644闭合的状态下，从压缩流体源25向输送装置53的喷射器533供给压缩流体。此时，理想的是增加惰性气体供给装置21的惰性气体的供给量。由输送装置53吸取的材料穿过第一切换阀54、筛子55、第二切换阀56、连接构件57，落下至引导构件37。再次进行来自引导构件37的材料供给(S11)，在向涂覆机头33补充了足够量的材料的情况下，材料补充动作结束(S12N)。在即便进行来自第一排出滑槽16的材料供给，涂覆机头33内的材料也依然不足的情况下(S12Y)，或者在第一排出滑槽16中不存在足够的材料的情况下(S15N)，进行来自第二排出滑槽17的材料供给。
在如上所述那样确认了层叠造形装置1内的氧浓度是否成为规定的阈值以下之后，通过材料传感器674确认第二排出滑槽17中是否储留有材料，在第二排出滑槽中有材料的情况下(S17Y)，进行来自第二排出滑槽17的材料供给(S18)。具体而言，在阀643打开且阀641、阀642、阀644闭合的状态下，从压缩流体源25向输送装置53的喷射器533供给压缩流体。此时，理想的是增加惰性气体供给装置21的惰性气体的供给量。由输送装置53吸取的材料穿过第一切换阀54、筛子55、第二切换阀56、连接构件57，落下至引导构件37。再次进行来自引导构件37的材料供给(S11)，在向涂覆机头33补充了足够量的材料的情况下，材料补充动作结束(S12N)。在即便进行来自第二排出滑槽17的材料供给，涂覆机头33内的材料也依然不足的情况下(S12Y)，或者在第二排出滑槽17中不存在足够的材料的情况下(S17N)，进行来自材料槽52的材料供给。
在如上所述那样确认了层叠造形装置1内的氧浓度是否成为规定的阈值以下之后，进行来自材料槽52的材料供给(S19)。具体而言，在阀641打开且阀642、阀643、阀644闭合的状态下，从压缩流体源25向输送装置53的喷射器533供给压缩流体。此时，理想的是增加惰性气体供给装置21的惰性气体的供给量。由输送装置53吸取的材料穿过第一切换阀54、筛子55、第二切换阀56、连接构件57，落下至引导构件37。再次进行来自引导构件37的材料供给(S11)，向涂覆机头33补充足够量的材料，材料补充动作结束(S12N)。
如以上所说明那样，在层叠造形中，经由第一排出滑槽16及第二排出滑槽17从腔室11回收材料，并且每次对所回收的材料或储藏于材料槽52中的材料进行筛选后供给至涂覆机头33。
此处，参照图19对层叠造形后的材料回收动作的一例进行具体说明。第一切换阀54的材料的排出目的地被设定为材料槽52。另外，理想的是在材料回收动作时，层叠造形装置1内的氧浓度也保持于规定的阈值以下。
首先，使涂覆机头33移动至排出开口311或排出开口313上，并将材料收容部331内的材料排出至第一排出滑槽16或第二排出滑槽17(S21)。接着，进行来自第一排出滑槽16的材料回收(S22)。具体而言，在阀642打开且阀641、阀643、阀644闭合的状态下，从压缩流体源25向输送装置53的喷射器533供给压缩流体。第一排出滑槽16内的材料被输送装置53吸取，并穿过第一切换阀54被传送至材料槽52。继而，进行来自第二排出滑槽17的材料回收(S23)。具体而言，在阀643打开且阀641、阀642、阀644闭合的状态下，从压缩流体源25向输送装置53的喷射器533供给压缩流体。第二排出滑槽17的材料被输送装置53吸取，并穿过第一切换阀54被传送至材料槽52。然后，进行来自抽吸喷嘴18的材料回收(S24)。具体而言，操作员经由手套箱使抽吸喷嘴18移动至腔室11内的所期望的位置。在所述状态下，在阀644打开且阀641、阀642、阀643闭合的状态下，从压缩流体源25向输送装置53的喷射器533供给压缩流体。材料被输送装置53从抽吸喷嘴18吸取，并穿过第一切换阀54传送至材料槽52。
如以上所说明那样，在层叠造形后，经由第一排出滑槽16、第二排出滑槽17及抽吸喷嘴18从腔室11回收材料。在叠层造形后回收的材料一般而言量多，因此利用筛子55自材料去除夹杂物比较地花费时间。因此，在本实施方式中，不对所回收的材料进行筛选，而直接传送至材料槽52。在本实施方式的材料供给单元5中，在比材料槽52更靠搬送路径的下游侧处配置有筛子55。因此，即便在层叠造形时从材料槽52排出夹杂物混合的材料，也会在材料去除夹杂物之后将材料传送至涂覆机头33。但是，也可将第一切换阀54的材料的排出目的地设定为筛子55，并且将第二切换阀56的材料的排出目的地设定为材料槽52，并对所回收的材料进行筛选后传送至材料槽52。
以上所说明的材料补充动作及材料回收动作只不过为一例，可调换各工序的顺序，也可视需要适宜切换流路。另外，也可在将第一切换阀54的材料的排出目的地设定为筛子55，并且将第二切换阀56的材料的排出目的地设定为材料槽52后进行材料的输送，并取下将第二切换阀56与材料槽52连接的套圈614等，而利用手工作业将从第二切换阀56排出的材料返回至材料瓶等。

Claims (16)

1.一种层叠造形装置，包括：
腔室；
材料层形成装置，设置于所述腔室内，且形成规定厚度的材料层；
惰性气体供给装置，向所述腔室供给规定浓度的惰性气体；以及
材料供给单元，构成为回收从所述腔室排出的材料，并能够向所述材料层形成装置补充所述材料，
所述材料供给单元包括：
材料槽，储藏所述材料；
输送装置，将从所述腔室及所述材料槽排出的所述材料输送至所述材料的搬送路径的最高位；
筛子，设置于比所述输送装置更靠下方、比所述腔室更靠上方处，从由所述输送装置传送的所述材料中去除夹杂物后向下方排出，并向所述材料层形成装置补充所述材料；以及
第一切换阀，所述第一切换阀设置于比所述输送装置更靠下方、比所述筛子及所述材料槽更靠上方处，并将所述材料的排出目的地切换为所述筛子及所述材料槽的任一者，
其中所述输送装置构成为能够使所述输送装置吸取的所述材料穿过所述第一切换阀，并向所述筛子及所述材料槽的任一者排出。
2.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中，
所述材料供给单元还包括构成为能够移动的框体，
所述框体收容所述材料槽、所述输送装置及所述筛子。
3.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中，
所述材料层形成装置包括：
基底台，具有形成所期望的三维造形物的造形区域；
涂覆机头，在所述基底台上沿水平方向移动；以及
叶片，安装于所述涂覆机头，并将所述材料整平而形成所述材料层，
所述涂覆机头具有：
材料收容部，储留所述材料；
材料供给口，设置于所述材料收容部的上表面上，且成为供给至所述材料收容部的所述材料的收件口；以及
材料排出口，设置于所述材料收容部的底面上，并将所述材料排出至所述造形区域。
4.根据权利要求1所述的层叠造形装置，还包括引导构件，所述引导构件设置于所述腔室，并将从所述材料供给单元排出的所述材料引导至所述材料层形成装置。
5.根据权利要求4所述的层叠造形装置，其中，
所述引导构件包括：
投入滑槽，构成为上下开口且能够供所述材料流通；
轴，设置为堵住所述投入滑槽的下端部，沿水平方向延伸，且在与轴正交的方向上形成有贯通孔；以及
旋转致动器，使所述轴旋转，
通过所述轴旋转来切换从所述引导构件的材料排出的接通/断开。
6.根据权利要求4所述的层叠造形装置，其中，
所述材料供给单元还包括连接构件，所述连接构件设置于所述材料供给单元中的向所述腔室的材料的出口，
所述连接构件具有：
波纹管，构成为能够伸缩且能够供所述材料流通；
抵接板，连接于所述波纹管的下端，且被所述引导构件按压；以及
夹具，在使所述抵接板与所述引导构件抵接的状态下固定所述抵接板。
7.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中，
所述惰性气体供给装置构成为能够切换所述惰性气体的供给量，且在所述输送装置运行时，增加供给至所述腔室的所述惰性气体的流量。
8.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中，
所述惰性气体供给装置还向所述材料槽供给所述惰性气体。
9.根据权利要求1所述的层叠造形装置，还包括：
第一旁路，连接于所述腔室及所述材料槽，且能够供所述惰性气体流通；以及
第二旁路，连接于所述材料槽及所述材料槽与所述输送装置之间的配管，且能够供所述惰性气体流通。
10.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中，
所述输送装置包括真空输送机以及喷射器，
所述真空输送机具有：
真空容器；
供给管，设置于所述真空容器，且与所述腔室及所述材料槽连接；
排气管，设置于所述真空容器，并排出所述真空容器内的气体；
排出口，形成于所述真空容器的下端，并排出所述材料；以及
底盖，使所述排出口开闭，
所述喷射器具有：
供给端口，供给压缩流体；
排气端口，对所述压缩流体及所述真空容器内的所述气体进行排气；以及
吸气端口，连接于将所述供给端口与所述排气端口连接的管路以及所述排气管。
11.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中，
所述筛子包括：
网式过滤器，对所述材料进行分级；以及
振动元件，使所述网式过滤器振动。
12.根据权利要求11所述的层叠造形装置，其中，
所述网式过滤器从所述材料的上游侧朝向下游侧向下方倾斜。
13.根据权利要求1所述的层叠造形装置，还包括第二切换阀，所述第二切换阀设置于所述筛子与所述腔室之间，并将所述材料的排出目的地切换为所述腔室及所述材料槽的任一者。
14.根据权利要求1所述的层叠造形装置，还包括腔室氧浓度计，所述腔室氧浓度计与所述腔室连接并测定所述腔室内的氧浓度，
所述输送装置构成为仅在所述腔室内的氧浓度为规定的阈值以下时运行。
15.根据权利要求14所述的层叠造形装置，还包括材料供给单元氧浓度计，所述材料供给单元氧浓度计与所述材料供给单元连接并测定所述材料供给单元内的氧浓度，
所述输送装置构成为仅在所述腔室内的氧浓度及所述材料供给单元内的氧浓度为所述规定的阈值以下时运行。
16.根据权利要求15所述的层叠造形装置，其中，
所述材料供给单元氧浓度计与所述筛子连接。
CN202111063293.4A 2020-10-20 2021-09-10 层叠造形装置 Active CN114378306B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020175925 2020-10-20
JP2020-175925 2020-10-20
JP2020207386A JP6993492B1 (ja) 2020-10-20 2020-12-15 積層造形装置
JP2020-207386 2020-12-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114378306A CN114378306A (zh) 2022-04-22
CN114378306B true CN114378306B (zh) 2024-06-04

Family

ID=77549976

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111057202.6A Active CN114378305B (zh) 2020-10-20 2021-09-09 层叠造形装置
CN202111063293.4A Active CN114378306B (zh) 2020-10-20 2021-09-10 层叠造形装置

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111057202.6A Active CN114378305B (zh) 2020-10-20 2021-09-09 层叠造形装置

Country Status (4)

Country Link
US (2) US12017277B2 (zh)
JP (2) JP6932834B1 (zh)
CN (2) CN114378305B (zh)
TW (2) TWI807416B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109421269B (zh) 2017-08-24 2021-07-09 精工爱普生株式会社 造型材料供给装置、三维造型装置
JP7159814B2 (ja) 2018-11-28 2022-10-25 セイコーエプソン株式会社 三次元造形装置、および、三次元造形物の製造方法
JP7528559B2 (ja) 2020-06-26 2024-08-06 セイコーエプソン株式会社 三次元造形装置
JP2022100655A (ja) 2020-12-24 2022-07-06 セイコーエプソン株式会社 三次元造形装置、および三次元造形物の製造方法
DE102021124450A1 (de) * 2021-09-21 2023-03-23 Eos Gmbh Electro Optical Systems Sensoranordnung für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung
JP7279234B1 (ja) 2022-04-27 2023-05-22 株式会社ソディック 積層造形装置および積層造形装置用の小領域造形ユニット
JP7381670B1 (ja) 2022-08-04 2023-11-15 株式会社ソディック 積層造形装置
GB2626308A (en) * 2023-01-11 2024-07-24 Stratasys Powder Production Ltd Build material supply systems for apparatus for the layerwise manufacture of 3D objects and method of build material transport

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105522148A (zh) * 2014-10-20 2016-04-27 沙迪克株式会社 层叠造型装置
CN107249791A (zh) * 2015-02-16 2017-10-13 米其林集团总公司 在包括多个机器的添加剂制造设施中管理粉末的方法
CN110891767A (zh) * 2017-07-28 2020-03-17 惠普发展公司，有限责任合伙企业 具有输送工具的三维打印机

Family Cites Families (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6046534U (ja) 1983-09-09 1985-04-02 キヤノン株式会社 リモ−トタ−ミナルを備えたカメラ
DE19530295C1 (de) * 1995-08-11 1997-01-30 Eos Electro Optical Syst Vorrichtung zur schichtweisen Herstellung eines Objektes mittels Lasersintern
JP2001334583A (ja) * 2000-05-25 2001-12-04 Minolta Co Ltd 三次元造形装置
JP6046534B2 (ja) 2013-03-26 2016-12-14 本田技研工業株式会社 粉体供給装置及びこの粉体供給装置を備えた三次元造形装置
JP5721886B1 (ja) * 2014-06-20 2015-05-20 株式会社ソディック 積層造形装置
KR101547820B1 (ko) 2015-01-27 2015-08-28 화인케미칼 주식회사 입자 이송관을 포함하는 3차원 성형물 제조장치
EP3085517B1 (en) * 2015-02-27 2019-05-22 Technology Research Association For Future Additive Manufacturing Powder recoater
JP6304109B2 (ja) * 2015-04-13 2018-04-04 トヨタ自動車株式会社 積層造形装置
JP5960330B1 (ja) * 2015-07-13 2016-08-02 株式会社ソディック 積層造形装置
US10814387B2 (en) 2015-08-03 2020-10-27 General Electric Company Powder recirculating additive manufacturing apparatus and method
US10843266B2 (en) * 2015-10-30 2020-11-24 Seurat Technologies, Inc. Chamber systems for additive manufacturing
DE102015222689A1 (de) 2015-11-17 2017-05-18 Realizer Gmbh Formherstellungsvorrichtung zur Herstellung von Formkörpern durch ortsselektives Verfestigen von Werkstoffpulver
JP6132962B1 (ja) * 2016-06-01 2017-05-24 株式会社ソディック 積層造形装置および積層造形装置の材料粉体の再利用方法
JP6076532B1 (ja) * 2016-06-14 2017-02-08 株式会社ソディック 積層造形装置
EP3471944A4 (en) 2016-09-22 2020-02-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. POWDER DISPENSING
US10414148B2 (en) * 2016-11-16 2019-09-17 United Technologies Corporation Selective powder dosing for an additively manufacturing system
KR101820754B1 (ko) 2016-12-09 2018-01-23 한국생산기술연구원 3차원 프린터 및 이를 이용한 프린팅방법
US10773310B2 (en) * 2017-01-31 2020-09-15 General Electric Company Additive manufacturing system, article, and method of manufacturing an article
US20180281282A1 (en) * 2017-03-28 2018-10-04 Velo3D, Inc. Material manipulation in three-dimensional printing
JP7393944B2 (ja) * 2017-03-31 2023-12-07 株式会社ニコン 処理方法及び処理システム
WO2018227229A1 (en) 2017-06-15 2018-12-20 AmPro Innovations Pty Ltd Improved additive manufacturing of metallic components
WO2019005042A1 (en) 2017-06-28 2019-01-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. RECHARGING CONTROL OF A BUILDING MATERIAL DISPENSER FOR ADDITIVE MANUFACTURING
WO2019014257A1 (en) 2017-07-10 2019-01-17 Arconic Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR AUTOMATED POWDER HANDLING AND DISPENSING
CN110997285B (zh) * 2017-07-31 2022-05-06 惠普发展公司，有限责任合伙企业 在三维打印操作期间可输送的构建材料的不同混合物
JP6969288B2 (ja) * 2017-10-30 2021-11-24 セイコーエプソン株式会社 溶融材料供給装置、三次元造形装置
JP6393873B1 (ja) 2017-09-05 2018-09-26 株式会社松浦機械製作所 三次元造形装置
WO2019070276A1 (en) * 2017-10-05 2019-04-11 Hewlett-Packard Development Company, L.P. LOCKING MECHANISM FOR FASTENING A CONTAINER OF BUILDING MATERIAL
CN207668506U (zh) * 2017-11-13 2018-07-31 黎硕三维科技发展（上海）有限公司 一种激光烧结设备供粉机构的送粉装置
WO2019147239A1 (en) 2018-01-25 2019-08-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Build material dispensing device
US11426937B2 (en) 2018-03-28 2022-08-30 3D Systems, Inc. Three dimensional printing system adaptable to varying resin types
WO2019191607A1 (en) 2018-03-29 2019-10-03 Applied Materials, Inc. Powder transer system for additive manufacturing
JP6676688B2 (ja) * 2018-04-06 2020-04-08 株式会社ソディック 三次元造形物の製造方法
CN108819234B (zh) * 2018-06-18 2021-07-23 重庆恩光科技有限公司 用于选择性激光熔化的铺粉盒总成
CN109226762B (zh) * 2018-11-14 2021-03-19 浙江工贸职业技术学院 一种金属3d打印设备
JP6748181B2 (ja) * 2018-12-14 2020-08-26 株式会社ソディック 積層造形装置
CN210082420U (zh) 2019-03-15 2020-02-18 共享智能铸造产业创新中心有限公司 一种可调开口的3d打印机铺粉装置
EP4153399B1 (en) 2020-05-21 2024-04-24 Formlabs, Inc. Techniques for powder delivery in additive fabrication and related systems and methods
US20220105570A1 (en) 2020-10-02 2022-04-07 3D Systems, Inc. Pulse Transfer for Large Area Metal Fusion System

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105522148A (zh) * 2014-10-20 2016-04-27 沙迪克株式会社 层叠造型装置
CN107249791A (zh) * 2015-02-16 2017-10-13 米其林集团总公司 在包括多个机器的添加剂制造设施中管理粉末的方法
CN110891767A (zh) * 2017-07-28 2020-03-17 惠普发展公司，有限责任合伙企业 具有输送工具的三维打印机

Also Published As

Publication number Publication date
CN114378306A (zh) 2022-04-22
JP6993492B1 (ja) 2022-01-13
TWI802014B (zh) 2023-05-11
JP2022067600A (ja) 2022-05-06
TWI807416B (zh) 2023-07-01
TW202216321A (zh) 2022-05-01
US20220118522A1 (en) 2022-04-21
CN114378305A (zh) 2022-04-22
US12017277B2 (en) 2024-06-25
CN114378305B (zh) 2024-09-17
US20220118524A1 (en) 2022-04-21
TW202216320A (zh) 2022-05-01
US11759864B2 (en) 2023-09-19
JP6932834B1 (ja) 2021-09-08
JP2022067599A (ja) 2022-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114378306B (zh) 层叠造形装置
US10569331B2 (en) Three-dimensional printer
US10960467B2 (en) Forming device for producing moulded bodies by selectively hardening powder material
EP3473360B1 (en) Powder bed fusion apparatus
US11396135B2 (en) Powder reclamation and cleaning system for an additive manufacturing machine
CN112139493B (zh) 层叠造型装置
JP2019022977A (ja) ３次元物体を付加的に製造する装置及び設備、その装置用のフィルタユニット
KR20180113581A (ko) 3d 프린팅된 물체의 언패킹
US11230056B2 (en) Lamination molding apparatus
US20220176454A1 (en) Additive manufacturing powder recirculation system
WO2020221996A1 (en) Additive manufacture
US20240042528A1 (en) Additive manufacturing apparatus
CN116945589A (zh) 造形区域限制单元以及包括其的层叠造形装置
US20210197471A1 (en) Three-dimensional printer with conveyance
CN117620222A (zh) 层叠造型装置、及三维造型物的制造方法
CN117841356A (zh) 层叠造型装置、三维造型物的制造方法、及示教方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant