CN114728341A - 层叠造型系统及层叠造型方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种能够进一步提高层叠造型物的品质的层叠造型系统。本发明提供一种层叠造型系统(70)，具备：层叠造型单元(10)，在保护气体的存在下，使用能量射线向粉体材料供给热进行层的造型，并且将造型出的层依次层叠；以及浓度调整单元(30)，调整保护气体中的气体成分的浓度，层叠造型单元(10)具有：照射部，包括向粉体材料照射的能量射线的照射源；以及造型部，包括腔室和造型台，该腔室被填充保护气体，该造型台进行层的造型及层叠，浓度调整单元(30)具有：精炼部，根据粉体材料去除保护气体中的作为杂质的第一气体成分；以及供给部，将根据粉体材料选择的第二气体成分根据需要供给到腔室内。

Description

层叠造型系统及层叠造型方法

技术领域

本发明涉及层叠造型系统及层叠造型方法。

背景技术

具有一种称为增材制造(Additive Manufacturing)的附加制造技术。作为附加制造技术的一例，已知将树脂、金属等粉体材料造型为任意形状的层并将造型出的层依次层叠来制作任意形状的层叠造型物的层叠造型装置。

作为利用附加制造技术的层叠造型装置的一例，已知利用激光等来烧结造型台上的金属粉体的金属3D打印机。对于金属3D打印机而言，将烧结后的金属层依次层叠在造型台上，能够在短时间内高精度地制造复杂形状的结构物。因此，金属3D打印机作为在飞机产业及医疗等尖端技术领域有前景的技术而备受关注(例如，专利文献1)。

专利文献1所记载的层叠造型装置具备：由惰性气体充满的造型室；以及向粉体材料层的规定部位照射激光来烧结粉体材料而形成烧结体的激光照射部。在专利文献1所记载的层叠造型装置等的现有的金属3D打印机中，一般通过控制激光的参数和特性、金属层的厚度等来提高品质。

专利文献1：日本专利公开2016-74957号公报

层叠造型装置需要进一步提高层叠造型物的品质。为了提高品质，最好根据作为烧结等的对象的金属粉体的材质来优化造型室内的气氛中的气体成分的浓度，并且将优化后的浓度保持恒定。

然而，专利文献1所记载的层叠造型装置不具有根据金属粉体的材质来优化造型室内的气氛中的气体成分的浓度的功能。此外，也没有根据金属粉体的材质来使造型室内的气体成分的浓度保持恒定的功能。因此，在专利文献1所记载的层叠造型装置中，不能根据所使用的粉体材料来进一步提高层叠造型物的品质。

发明内容

本发明提供一种能够进一步提高层叠造型物的品质的层叠造型系统。

本发明提供以下层叠造型系统。

[1]一种层叠造型系统，在保护气体的存在下，使用能量射线向粉体材料供给热进行层的造型，并且将所述层依次层叠来制造层叠造型物，其中，

所述层叠造型系统具备：层叠造型单元，进行所述层的造型，并且将所述层依次层叠；以及浓度调整单元，调整所述保护气体中的气体成分的浓度，

所述层叠造型单元具有：照射部，包括向所述粉体材料照射的能量射线的照射源；以及造型部，包括腔室和造型台，所述腔室被填充所述保护气体，所述造型台进行所述层的造型及层叠，

所述浓度调整单元具有：精炼部，根据所述粉体材料去除所述保护气体中的作为杂质的第一气体成分；以及供给部，将根据所述粉体材料选择的第二气体成分根据需要供给到所述腔室内。

[2]根据[1]所述的层叠造型系统，其中，所述层叠造型系统进一步具备：第一供给线路，将所述腔室内的所述保护气体的一部分供给到所述精炼部，

所述精炼部包括与所述第一供给线路连接且选自由下述的第一精炼塔、第二精炼塔、第三精炼塔和第四精炼塔组成的组中的至少一个以上的精炼塔，

第一精炼塔：从所述保护气体去除氧的精炼塔；

第二精炼塔：从所述保护气体去除水分的精炼塔；

第三精炼塔：从所述保护气体去除氮的精炼塔；

第四精炼塔：从所述保护气体去除水分而不去除氧的精炼塔。

[3]根据[2]所述的层叠造型系统，其中，所述精炼部进一步包括选自由下述的第一旁通线路、第二旁通线路、第三旁通线路和第四旁通线路组成的组中的至少一个以上的旁通线路，

第一旁通线路：将从所述第一供给线路供给的所述保护气体供给到所述第一精炼塔的二次侧而不会供给到所述第一精炼塔的旁通线路；

第二旁通线路：将从所述第一供给线路供给的所述保护气体供给到所述第二精炼塔的二次侧而不会供给到所述第二精炼塔的旁通线路；

第三旁通线路：将从所述第一供给线路供给的所述保护气体供给到所述第三精炼塔的二次侧而不会供给到所述第三精炼塔的旁通线路；

第四旁通线路：将从所述第一供给线路供给的所述保护气体供给到所述第四精炼塔的二次侧而不会供给到所述第四精炼塔的旁通线路。

[4]根据[1]～[3]中任一项所述的层叠造型系统，其中，所述供给部包括所述第二气体成分的供给源，所述第二气体成分为选自由氢、氧、一氧化碳、二氧化碳和氨组成的组中的一个以上的气体成分。

[5]根据[1]～[4]中任一项所述的层叠造型系统，其中，所述层叠造型系统进一步具备：第二供给线路，将通过所述精炼部从所述保护气体去除所述第一气体成分的气体供给到所述腔室，所述供给部进一步包括：第三供给线路，根据需要向所述第二供给线路中的所述气体供给所述第二气体成分。

[6]一种层叠造型方法，在保护气体的存在下，使用能量射线向粉体材料供给热进行层的造型，并且将所述层依次层叠来制造层叠造型物，其中，

所述层叠造型方法具有：步骤(a)，进行所述层的造型，并且将所述层依次层叠；以及步骤(b)，调整所述保护气体中的气体成分的浓度，

在所述步骤(a)中，向腔室内的粉体材料照射能量射线，在所述腔室内进行所述层的造型，并且将造型出的所述层依次层叠，

在所述步骤(b)中，根据所述粉体材料去除所述保护气体中的作为杂质的第一气体成分，并且将根据所述粉体材料选择的第二气体成分根据需要供给到所述腔室内。

[7]根据[6]所述的层叠造型方法，其中，在所述步骤(b)中，将选自由氧、水分和氮组成的组中的至少一个以上的气体成分作为所述第一气体成分从所述保护气体去除。

[8]根据[6]或[7]所述的层叠造型方法，其中，在所述步骤(b)中，将选自由氢、氧、一氧化碳、二氧化碳和氨组成的组中的一个以上的气体成分作为所述第二气体成分供给到所述腔室内。

[9]根据[6]～[8]中任一项所述的层叠造型方法，其中，在所述步骤(b)中，根据所述粉体材料的种类切换所述第一气体成分。

[10]根据[6]至～[9]中任一项所述的层叠造型方法，其中，在所述步骤(b)中，根据需要向去除所述第一气体成分的气体供给所述第二气体成分。

根据本发明，提供一种能够进一步提高层叠造型物的品质的层叠造型系统。

附图说明

图1是表示一实施方式例子所涉及的层叠造型系统的结构的一例的示意图。

图2是表示图1的层叠造型系统所具备的层叠造型单元的结构的示意图。

图3是表示图1的层叠造型系统所具备的浓度调整单元的结构的示意图。

图4是将实施例1中的腔室内的氧浓度的时间经过与比较例1中的腔室内的氧浓度的时间经过比较并示出的图表。

图5是将实施例2中的腔室内的水分浓度的时间经过与比较例2中的腔室内的水分浓度比较并示出的图表。

图6是将实施例3的金属造型物的剖面放大照片与比较例3的金属造型物的剖面放大照片比较并示出的图。

图7是将实施例4的金属造型物的剖面放大照片与比较例4的金属造型物的剖面放大照片比较并示出的图。

具体实施方式

<层叠造型系统>

本实施方式所涉及的层叠造型系统(以下，记载为“本层叠造型系统”)是如下系统：即，在保护气体的存在下，使用能量射线向粉体材料供给热进行层的造型，并且将层依次层叠来制造层叠造型物。本层叠造型系统具备层叠造型单元和浓度调整单元。

层叠造型单元在保护气体的存在下，使用能量射线向粉体材料供给热进行层的造型，并且将层依次层叠。

层叠造型单元具有：照射部，包括向粉体材料照射的能量射线的照射源；以及造型部，包括腔室和造型台。在腔室中填充保护气体。保护气体是用于在能量射线的照射时降低粉体材料周围的气氛中的氧浓度的惰性气体。

在本层叠造型系统中，能量射线不受特别限定。例如，可以举出激光、电子束等。而且，在造型台中，利用能源射线进行层的造型及造型出的层的层叠。

浓度调整单元调整保护气体中的气体成分的浓度。浓度调整单元具有精炼部和供给部。精炼部根据粉体材料去除保护气体中的作为杂质的第一气体成分。供应部将根据粉体材料选择的第二气体成分根据需要供给到腔室内。

下面，参照附图的同时对一实施方式例子进行详细说明。但是，在以下说明所使用的附图中，为了易于理解特征且为方便起见，有时放大显示特征部分，各结构要素的尺寸比例等不一定与实际相同。

图1是表示本层叠造型系统的结构的一例的示意图。图1所示的层叠造型系统70具备层叠造型单元10、浓度调整单元30、过滤单元50、第一供给线路L1、第二供给线路L2、循环线路L3和电磁阀V1～V3。层叠造型系统70是如下系统：即，在保护气体的存在下，使用能量射线向粉体材料供给热进行层的造型，并且将层依次层叠来制造层叠造型物。

层叠造型单元10在保护气体的存在下使用能量射线向粉体材料供给热进行层的造型，并且将造型出的层依次层叠。浓度调整单元30调整保护气体中的气体成分的浓度。过滤单元50去除保护气体中的烟雾、飞溅物等固体杂质。

第一供给线路L1将上述层叠造型单元10所具备的腔室3(详细后述)内的保护气体的一部分供给到浓度调整单元30的精炼部。第一供给线路L1连接腔室3与后述的第一精炼塔31。在第一供给线路L1上设置有电磁阀V1。当电磁阀V1处于打开状态时，第一供给线路L1将腔室3内的保护气体供给到浓度调整单元30的精炼部。

第二供给线路L2将通过浓度调整单元30的精炼部从保护气体去除第一气体成分的气体供给到腔室3内。第二供给线路L2连接后述的第四精炼塔34与腔室3。在第二供给线路L2上设置有电磁阀V2。当电磁阀V2处于打开状态时，第二供给线路L2将通过浓度调整单元30的精炼部从保护气体去除保护气体中的作为杂质的第一气体成分的气体供给到腔室3内。

循环线路L3连接电磁阀V1的一次侧的第一供给线路L1与电磁阀V2的二次侧的第二供给线路L2。在此，将第一供给线路L1中的气体从层叠造型单元10流向浓度调整单元30的方向的上游侧设为一次侧，将下游侧设为二次侧。另外，将第二供给线路L2中的气体从浓度调整单元30流向层叠造型单元10的方向的上游侧设为一次侧，将下游侧设为二次侧。

在循环线路L3上设置有电磁阀V3。当电磁阀V3处于打开状态且电磁阀V1、V2均处于关闭状态时，层叠造型系统70将腔室3内的保护气体的一部分导入第一供给线路L1内，使第一供给线路L1内的保护气体按顺序经由循环线路L3、第二供给线路L2再次供给到腔室3内。

当电磁阀V1、V2、V3均处于打开状态时，层叠造型系统70将腔室3内的保护气体的一部分导入第一供给线路L1内，然后供给到浓度调整单元30，使剩余部分的保护气体经由第二供给线路L2再次供给到腔室3内。

在层叠造型系统70中，电磁阀V1～V3与后述的CPU 37电连接。各电磁阀的开闭状态可由CPU 37控制。

图2是表示层叠造型系统70所具备的层叠造型单元10的结构的示意图。如图2所示，层叠造型单元10包括：激光振荡器1、光学系统2、腔室3、储藏室4、造型室5、回收室6、刮板7、储藏台8、造型台9、第一浓度计C1和第二浓度计C2。层叠造型单元10使用激光振荡器1且通过激光L(能量射线的一例)的照射向造型台9上的粉体材料M供给热进行层的造型，并且将造型出的层依次层叠，作为层叠造型物X。

层叠造型单元10具有照射部和造型部。

照射部包括向粉体材料M照射的能量射线的照射源。照射部具备激光振荡器1和光学系统2。

造型部包括腔室3和造型台9，该腔室3被填充保护气体，该造型台9进行层的造型及层叠。造型部具备腔室3、造型室5和造型台9。

(层叠造型单元10的照射部)

层叠造型单元10的照射部包括作为能量射线的照射源的激光振荡器1。激光振荡器1是能量射线的照射源的一例。在本实施方式的另一例中，能量射线的照射源可以是激光振荡器以外的形态。

激光振荡器1向粉体材料M照射激光L作为能量射线。激光振荡器1只要是能够向造型台9上的粉体材料M照射激光L的形态，则不受特别限定。激光振荡器1经由光学系统2向腔室3内的粉体材料M照射激光L。由此，层叠造型单元10能够使被照射激光L的位置的粉体材料M烧结或熔融固化。其结果，造型出包括粉体材料M的烧结物或粉体材料M的熔融固化物的层(以下，记为“造型层”)。

光学系统2只要是能够根据预先设定的数据来控制造型台9上的粉体材料M中的激光L的照射位置的形态，则不受特别限定。作为光学系统2的一例，例如可以举出具有一个以上的反射镜的光学系统。

层叠造型单元10通过根据预先设定的数据控制光学系统2，从而能够控制激光L向粉体材料M的照射位置。由此，层叠造型单元10能够进行任意形状的造型层的造型。

作为粉体材料M，例如可以举出碳、硼、镁、钙、铬、铜、铁、锰、钼、钴、镍、铪、铌、钛和铝等的粉末。作为粉体材料M，优选铬、铜、铁、锰、钼、钴、镍、铪、铌、钛和铝等金属及它们的合金的粉末。作为合金，例如可以举出不锈钢合金、镍合金、铝合金和钛合金等。

从能够期待显著地得到本发明的效果的方面来看，在它们中优选钴、镍、铪、铌、钛、铝、不锈钢合金、镍合金、铝合金和钛合金。

在粉体材料M为粒子状的情况下，粉体材料M的粒径不受特别限定，例如可以为10～200μm左右。

(层叠造型单元10的造型部)

层叠造型单元10的造型部包括腔室3、造型室5和造型台9。除了腔室3、造型室5和造型台9之外，储藏室4、回收室6、刮板7和储藏台8也可以看作是层叠造型单元10的造型部的结构。

腔室3是被填充保护气体的容器。在腔室3上分别连接有第一供给线路L1的一次侧的端部、第二供给线路L2的二次侧的端部和保护气体供给线路L4的二次侧的端部。保护气体供给线路L4的省略图示的一次侧的端部与省略图示的保护气体的供给源连接。经由保护气体供给线路L4对腔室3内的空间填充保护气体。

此外，在腔室3上连接有省略图示的吹扫线路的端部。省略图示的吹扫线路在保护气体的填充时(相当于后述的步骤(c))将腔室3内的气体排出到腔室3外。

保护气体是用于减少腔室3内的空间的氧的气体。作为保护气体，可以举出氮气、氦气、氩气以及包括这些气体的任意组合的混合气体等。

保护气体的组成通常由一定的组成成分构成。因此，通过向腔室3内的空间供给保护气体，能够将所需量的能量的激光L稳定地照射到粉体材料M，从而能够可靠地造型一定性质的造型层，提高层叠造型物的品质。

此外，通过向腔室3内的空间供给保护气体，在造型层的造型及层叠时能够尽可能降低粉体材料M周围的气氛中的氧浓度。因此，能够提高层叠造型物的机械物理性能等，并且降低形状的劣化，提高层叠造型物的品质。

在腔室3的底面B形成有储藏室4、造型室5和回收室6。储藏室4、造型室5和回收室6例如具有柱状空间。柱状空间的形状不受特别限定。其形状例如可以是圆柱状，也可以是多角柱状等。

层叠造型单元10是在腔室3的底面B的下方形成有储藏室4、造型室5及回收室6的形态，但在本实施方式的另一例中，也可以在设置于腔室3的底面B上的底座的上表面分别设置储藏室、造型室和回收室。在此，该底座用于进行粉体材料M的储藏、供给、回收、通过向粉体材料M供给热进行的造型以及造型层的层叠等操作。另外，在本实施方式的另一例中，也可以以与腔室3内的空间分别连通的方式将储藏室、造型室和回收室设置在腔室3外。

储藏室4具有从腔室3的底面B向下方形成的空间。在储藏室4内配置有储藏台8。在储藏台8的上侧载置有进行造型层的造型之前的粉体材料M。如此，储藏室4在储藏台8的上侧空间中储藏有未使用的粉体材料M。

储藏台8被能够上下运动的可动杆8a支撑。通过可动杆8a的上下运动，储藏台8沿着储藏室4的内壁在储藏室4内的空间中沿上下方向移动。由于储藏台8向上方移动，因此载置于储藏台8的上表面的粉体材料M挤出到与腔室3的底面B相比靠近上侧处。在层叠造型单元10中，通过刮板7的左右方向的移动，将挤出到与腔室3的底面B相比靠近上侧处的储藏台8上的粉体材料M运送到造型台9的上侧。

造型室5具有从腔室3的底面B向下方形成的空间。在造型室5内配置有造型台9。造型台9被能够上下运动的可动杆9a支撑。通过可动杆9a的上下运动，造型台9沿着造型室5的内壁在造型室5内的空间中沿上下方向移动。

在造型台9的上侧载置有被激光L照射的粉体材料M。通常，造型台9上的粉体材料M是由刮板7从储藏台8运送的材料。

在层叠造型单元10中，通过向造型台9上的粉体材料M照射激光L，从而形成造型层。而且，在造型台9上反复进行造型层的造型及层叠。

以向造型台9上的粉体材料M照射激光L造型出某一个任意形状的造型层的状态为一例，对造型台9上的造型层的造型及层叠进行说明。

在造型出某一个任意形状的造型层之后，若可动杆9a向下方移动而造型台9向下方移动，则新的粉体材料M通过刮板7从储藏台8上供给到一个任意形状的造型层的上侧并被铺满。若在该状态下，通过激光L的照射进一步进行新的造型层(形状任意)的造型，则在已造型的一个任意形状的造型层的上侧进一步设置新的造型层。之后，造型台9进一步向下方移动，新的粉体材料M从储藏台8上被进一步供给。接着，若进一步照射激光L，则新的造型层进一步设置在已层叠的造型层的上侧并被层叠。如此，在造型台9上依次进行造型层的造型及造型层的层叠。

由于层叠造型单元10包括激光振荡器1、储藏台8和造型台9，因此能够反复进行激光L的照射、造型台9的下降及新的粉体材料M的供给，能够将造型层依次层叠来制造层叠造型物X。并且，在完成层叠造型物X时，造型台9下降到如层叠造型物X的上端位置与腔室3的底面B相同的高度那样的位置。

回收室6具有从腔室3的底面B向下方形成的空间。

进行造型层的造型之后的粉体材料是在造型台9上残留在未被照射激光L的部分的粉体材料。在造型台9上被照射激光L的粉体材料M周围的粉体材料即使未被直接照射激光L，也会因从被照射激光L的部位传导的高热而发生变质。因此，将被照射激光L的粉体材料M周围的粉体材料作为进行造型层的造型之后的粉体材料运送到回收室6。如此，回收室6用于回收使用后的粉体材料。

第一浓度计C1测量腔室3内的氧浓度。第一浓度计C1与后述的CPU 37电连接。第二浓度计C2测量腔室3内的水分浓度。第二浓度计C2与后述的CPU 37电连接。

在层叠造型系统70中，第一浓度计C1和第二浓度计C2配置在腔室3内，第一浓度计C1和第二浓度计C2只要配置在能够测量供给到腔室3内的第二供给线路L2内的气体中的氧浓度、水分浓度的位置，则不受特别限定。

图3是表示层叠造型系统70所具备的浓度调整单元30的结构的示意图。如图3所示，浓度调整单元30包括第一精炼塔31、第二精炼塔32、第三精炼塔33、第四精炼塔34、鼓风机35、第二气体成分的供给源36、CPU 37、第一连接线路L5、第二连接线路L6、第三连接线路L7、第一旁通线路L8、第二旁通线路L9、第三旁通线路L10、第四旁通线路L11、第三供给线路L12和电磁阀V4～V16。

浓度调整单元30具有精炼部、供给部和控制部。

精炼部根据粉体材料M去除腔室3内的保护气体中的作为杂质的第一气体成分。

在浓度调整单元30中，精炼部具备第一精炼塔31、第二精炼塔32、第三精炼塔33、第四精炼塔34、鼓风机35、第一连接线路L5、第二连接线路L6、第三连接线路L7、第一旁通线路L8、第二旁通线路L9、第三旁通线路L10、第四旁通线路L11和电磁阀V4～V15。

供给部将根据粉体材料M选择的第二气体成分根据需要供给到腔室3内。

在浓度调整单元30中，供给部具备第二气体成分的供给源36、第三供给线路L12和电磁阀V16。

控制部根据粉体材料M确定是否供给第一气体成分和第二气体成分。当确定为执行第二气体成分的供给时，控制部根据粉体材料M进一步确定第二气体成分。在浓度调整单元30中，CPU 37构成控制部。

如图3所示，鼓风机35被设置于第一供给线路L1。鼓风机35通过抽吸第一供给线路L1内的保护气体，从而将腔室3内的保护气体的一部分供给到第一精炼塔31、第二精炼塔32、第三精炼塔33和第四精炼塔34。

CPU 37根据粉体材料M确定是否供给第一气体成分和第二气体成分，并且向电磁阀V4～V16发出指示。在执行第二气体成分的供给的情况下，CPU 37根据粉体材料M进一步确定第二气体成分的气体种类，并且向第二气体成分的供给源36发出指示。

CPU 37可以具有能够根据粉体材料M自动确定与第一气体成分和第二气体成分有关的指示内容的程序，也可以具有层叠造型系统70的使用者能够根据粉体材料M手动确定与第一气体成分和第二气体成分有关的指示内容的开关按钮。

CPU 37接收与粉体材料M的种类有关的信息作为外部信号。CPU 37基于粉体材料M的材质等信息(外部信号)来确定精炼部中的第一气体成分的气体种类。此外，CPU 37除了粉体材料M的材质信息之外，还可以基于由第一浓度计C1和第二浓度计C2发送的腔室3内的氧浓度和水分浓度的测量值来确定第一气体成分。

CPU 37基于粉体材料M的材质等信息(外部信号)来确定是否供给第二气体成分。然后，CPU 37在确定为执行第二气体成分的供给时，确定第二气体成分的气体种类。例如，CPU 37将粉体材料M的材质等信息作为外部信号提供，在通过第二气体成分的供给能够期待层叠造型物X的品质提高时，确定第二气体成分的供给的执行，并且根据粉体材料M确定第二气体成分的气体种类。

CPU 37除了电磁阀V1～V3、第一浓度计C1和第二浓度计C2之外，还与第二气体成分的供给源36和电磁阀V4～V16分别电连接。由此，CPU 37能够指示电磁阀V4～V16的开闭状态作为与确定的第一气体成分的气体种类有关的指示信号。因此，CPU 37在浓度调整单元30的精炼部中能够指示第一精炼塔31、第二精炼塔32、第三精炼塔33及第四精炼塔34中的哪一个精炼塔用于去除腔室3内的保护气体中的杂质。

当CPU 37确定是否供给第二气体成分时，CPU 37能够指示电磁阀V16的开闭状态作为与是否供给第二气体成分有关的指示信号。

在执行第二气体成分的供给的情况下，CPU 37指示电磁阀V16处于打开状态。在执行第二气体成分的供给的情况下，CPU 37确定第二气体成分，并且将与所确定的第二气体成分的气体种类有关的指示信号发送给供给源36，向供给源36指示第二气体成分的气体种类。

在不执行第二气体成分的供给的情况下，CPU 37指示电磁阀V16处于关闭状态。

通过具有作为控制部的CPU 37的浓度调整单元30，能够确定第一精炼塔31、第二精炼塔32、第三精炼塔33和第四精炼塔34中的哪一个精炼塔用于精炼保护气体，并且确定是否供给第二气体成分，能够根据需要确定第二气体成分的气体种类。

在层叠造型系统70中，公开了浓度调整单元30具备CPU 37的结构，但在其他实施方式例子中，可以是层叠造型系统70具备CPU 37的结构，也可以是CPU 37与浓度调整单元30独立的结构。

(浓度调整单元30的精炼部)

浓度调整单元30的精炼部根据粉体材料M去除保护气体中的作为杂质的第一气体成分。在浓度调整单元30中，通过CPU 37确定第一精炼塔31、第二精炼塔32、第三精炼塔33和第四精炼塔34中的哪一个精炼塔用于精炼保护气体，并且确定第一气体成分。

在浓度调整单元30中，第一气体成分是氧、水分(水蒸气)、氮。但是，在其他实施方式例子中，作为第一气体成分，除了这些化学种类的气体成分之外，还可以采用其他化学种类的气体成分。

第一气体成分例如能够根据粉体材料M的材质来选择。第一气体成分可以是一种，也可以是多种气体成分的组合。

作为其一例，在粉体材料M为不锈钢合金或镍合金的情况下，由于层叠造型物X的机械特性优异，因此第一气体成分优选为氧和水分这两种气体成分的组合。

在粉体材料M为铝合金的情况下，由于层叠造型物X的空孔减少且机械特性优异，因此第一气体成分优选为仅水分这一种气体成分。

在粉末材料M为钛合金的情况下，由于层叠造型物X的空孔减少且机械特性优异，因此第一气体成分优选为氧、水分和氮这三种气体成分的组合。

第一精炼塔31是从保护气体去除氧作为第一气体成分的精炼塔。在第一精炼塔31中，例如填充有镍类催化剂、锌类催化剂等可吸附氧的吸附剂。填充到第一精炼塔31中的吸附剂优选相对于导入第一精炼塔31内的气体中的氧的浓度，能够去除99.99％以上的氧。在考虑粉体材料M的材质且通过从腔室3内的保护气体去除氧而能够期待层叠造型物的品质提高时使用第一精炼塔31。

第一精炼塔31与第一供给线路L1的二次侧的端部连接。在第一供给线路L1的二次侧的端部附近设置有电磁阀V4。当电磁阀V4处于打开状态时，腔室3内的保护气体的一部分经由第一供给线路L1被供给到第一精炼塔31。在该情况下，第一精炼塔31从供给到内部的保护气体去除氧作为第一成分。

第一连接线路L5连接第一精炼塔31的二次侧的端部与第二精炼塔32的一次侧的端部。在第一连接线路L5的一次侧的端部附近设置有电磁阀V5。当电磁阀V5处于打开状态时，第一连接线路L5可以将第一精炼塔31内的气体供给到第二精炼塔32等的在浓度调整单元30中相对于第一精炼塔31位于二次侧的各结构。

在此，在浓度调整单元30中，将腔室3内的气体经由第一供给线路L1、各连接线路L5～L7流向第二供给线路L2的方向的上游侧设为一次侧，将下游侧设为二次侧。

第一旁通线路L8连接电磁阀V4的一次侧的第一供给线路L1与电磁阀V5的二次侧的第一连接线路L5。另外，在第一旁通线路L8上设置有电磁阀V6。

当电磁阀V4、V5均处于关闭状态且电磁阀V6处于打开状态时，不会将第一供给线路L1内的保护气体供给到第一精炼塔31，而是能够经由第一旁通线路L8将该保护气体供给到第一精炼塔31的二次侧的第二精炼塔32。

另一方面，当电磁阀V6处于关闭状态且电磁阀V4、V5均处于打开状态时，浓度调整单元30能够将第一供给线路L1中的保护气体供给到第一精炼塔31，并且将在第一精炼塔31内去除氧的气体供给到第二精炼塔32。

第二精炼塔32是从保护气体去除水分作为第一气体成分的精炼塔。在第二精制塔32中，例如填充有镍类催化剂与沸石的混合物等可吸附水分的吸附剂。填充到第二精炼塔32中的吸附剂优选相对于导入第二精炼塔32内的气体中的水分的浓度，能够去除99.99％以上的水分。在考虑粉体材料M的材质且通过从腔室3内的保护气体去除水分而能够期待层叠造型物的品质提高时使用第二精炼塔32。

第二精炼塔32与第一连接线路L5的二次侧的端部连接。在第一连接线路L5的二次侧的端部附近设置有电磁阀V7。当电磁阀V7处于打开状态时，气体从第一连接线路L5内被供给到第二精炼塔32。在该情况下，第二精炼塔32从供给到内部的保护气体去除水分作为第一成分。

第二连接线路L6连接第二精炼塔32的二次侧的端部与第三精炼塔33的一次侧的端部。在第二连接线路L6的一次侧的端部附近设置有电磁阀V8。当电磁阀V8处于打开状态时，能够经由第二连接线路L6将第二精炼塔32内的气体供给到第三精炼塔33等的在浓度调整单元30中相对于第二精炼塔32位于二次侧的各结构。

第二旁通线路L9连接电磁阀V7的一次侧的第一连接线路L5与电磁阀V8的二次侧的第二连接线路L6。另外，在第二旁通线路L9上设置有电磁阀V9。

当电磁阀V7、V8均处于关闭状态且电磁阀V9处于打开状态时，不会将第一连接线路L5内的保护气体供给到第二精炼塔32，而是能够经由第二旁通线路L9将该保护气体供给到第二精炼塔32的二次侧的第三精炼塔33。

另一方面，当电磁阀V9处于关闭状态且电磁阀V7、V8均处于打开状态时，能够将第一连接线路L5内的气体供给到第二精炼塔32，并且能够将在第二精炼塔32内去除水分的气体供给到第三精炼塔33。

第三精炼塔33是从保护气体去除氮作为第一气体成分的精炼塔。在第三精炼塔33中，例如填充有硅胶等可吸附氮的吸附剂。填充到第三精炼塔33中的吸附剂优选相对于导入第三精炼塔33内的气体中的氮浓度，能够去除99.99％以上的氮。在考虑粉体材料M的材质且通过从腔室3内的保护气体去除氮而能够期待层叠造型物的品质提高时使用第三精炼塔33。

第三精炼塔33与第二连接线路L6的二次侧的端部连接。在第二连接线路L6的二次侧的端部附近设置有电磁阀V10。当电磁阀V10处于打开状态时，气体从第二连接线路L6内被供给到第三精炼塔33。在该情况下，第三精炼塔33从供给到内部的保护气体去除氮作为第一成分。

第三连接线路L7连接第三精炼塔33的二次侧的端部与第四精炼塔34的一次侧的端部。在第三连接线路L7的一次侧的端部附近设置有电磁阀V11。当电磁阀V11处于打开状态时，能够经由第三连接线路L7将第三精炼塔33内的气体供给到第四精炼塔34等的在浓度调整单元30中相对于第三精炼塔33位于二次侧的各结构。

第三旁通线路L10连接电磁阀V10的一次侧的第二连接线路L6与电磁阀V11的二次侧的第三连接线路L7。另外，在第三旁通线路L10上设置有电磁阀V12。

当电磁阀V10、V11均处于关闭状态且电磁阀V12处于打开状态时，不会将第二连接线路L6内的保护气体供给到第三精炼塔33，而是能够经由第三旁通线路L10将该保护气体供给到第三精炼塔33的二次侧的第四精炼塔34。

另一方面，当电磁阀V12处于关闭状态且电磁阀V10、V11均处于打开状态时，能够将第二连接线路L6内的气体供给到第三精炼塔33，并且能够将在第三精炼塔33内去除氮的气体供给到第四精炼塔34。

第四精炼塔34是从保护气体去除水分作为第一气体成分而不去除氧的精炼塔。在第四精炼塔34中，例如填充有沸石等可吸附水分且不吸附氧的吸附剂。填充到第四精炼塔34中的吸附剂优选相对于导入第四精炼塔34内的气体中的水分的浓度，能够去除99.99％以上的水分。在考虑粉体材料M的材质并且通过从腔室3内的保护气体去除水分且供给氧作为第二成分而能够期待层叠造型物的品质提高时使用第四精炼塔34。

第四精炼塔34与第三连接线路L7的二次侧的端部连接。在第三连接线路L7的二次侧的端部附近设置有电磁阀V13。当电磁阀V13处于打开状态时，气体从第三连接线路L7内被供给到第四精炼塔34。在该情况下，第四精炼塔34从供给到内部的保护气体去除水分作为第一成分。由于在第四精炼塔34中填充有不吸附氧的吸附剂，因此第四精炼塔34不会从供给到内部的保护气体去除氧。

第四精炼塔34的二次侧的端部与第二供给线路L2的一次侧的端部连接。在第二供给线路L2的一次侧的端部附近设置有电磁阀V14。当电磁阀V14处于打开状态时，可以将第四精炼塔34内的气体供给到第二供给线路L2。

第四旁通线路L11连接电磁阀V13的一次侧的第三连接线路L7与电磁阀V14的二次侧的第二供给线路L2。另外，在第四旁通线路L11上设置有电磁阀V15。

当电磁阀V13、V14均处于关闭状态且电磁阀V15处于打开状态时，能够经由第四旁通线路L11将第三连接线路L7内的保护气体供给到供给到第四精炼塔34的二次侧的第二供给线路L2而不会供给到第四精炼塔34。

另一方面，当电磁阀V15处于关闭状态且电磁阀V13、V14均处于打开状态时，能够将第三连接线路L7内的气体供给到第四精炼塔34，并且能够将在第四精炼塔34内仅去除水分的气体供给到第二供给线路L2。

(浓度调整单元30的供给部)

浓度调整单元30的供给部将根据粉体材料M选择的第二气体成分根据需要供给到腔室3内。在浓度调整单元30中，通过CPU 37确定是否执行第二气体成分的供给，并且根据需要确定第二气体成分的气体种类。在执行第二气体成分的供给的情况下，第二气体成分例如能够根据粉体材料M的材质来选择。

作为第二气体成分，可以举出氢、氧、一氧化碳、二氧化碳、氨及氦等。第二气体成分可以是单独一种气体成分，也可以是多种气体成分的组合。

例如，在粉体材料M为铝合金的情况下，由于层叠造型物X的空孔减少且能够期待机械特性的提高，因此第二气体成分优选为氧。在粉体材料M为钛合金的情况下，由于能够期待造型速度的提高，因此第二气体成分优选为氦。

第二气体成分的供给源36是选自由氢、氧、一氧化碳、二氧化碳、氨和氦组成的组中的一个以上的供给源。第二气体成分的供给源36可以是具有与第二气体成分的气体种类的数量对应的多个供给源的形态，也可以是具有一个供给源的形态，该供给源能够从多个气体种类中选择作为供给对象的第二气体成分并进行切换。

供给源36的形态可以是PSA方式的气体产生装置，也可以是储气瓶的形态。例如，在第二气体成分为氧的情况下，作为供给源36，可以举出PSA方式的氧发生器、氧气瓶等。第二气体成分的供给源36经由第三供给线路L12与第二供给线路L2连接。

第三供给线路L12根据需要向第二供给线路L2中的气体供给第二气体成分。在第三供给线路L12上设置有电磁阀V16。当电磁阀V16处于打开状态时，第三供给线路L12可以将由供给源36选择的第二气体成分供给到第二供给线路L2中的气体。

具备以上说明的结构的浓度调整单元30的供给部按顺序经由第三供给线路L12、第二供给线路L2，将第二气体成分根据需要供给到腔室3内。

(过滤单元50)

如图1所示，过滤单元50包括过滤器51和通风设备52。过滤单元50通过通风设备52取出腔室3内的保护气体的一部分，并且通过过滤器51去除保护气体中的烟雾、飞溅物等固体杂质。通过去除腔室3内的保护气体中的烟雾、飞溅物等固体杂质，从而能够进一步提高层叠造型物X的品质。

(作用效果)

以上说明的层叠造型系统70具备浓度调整单元30。浓度调整单元30具有根据粉体材料去除保护气体中的作为杂质的第一气体成分的精炼部。因此，能够根据粉体材料的材质等，从第一精炼塔、第二精炼塔、第三精炼塔和第四精炼塔中选择并去除保护气体中的作为杂质的气体成分。因此，能够根据粉体材料来降低腔室内的保护气体中的制造金属造型物时不需要的气体成分或成为金属造型物的机械特性降低的原因的气体成分的浓度，并且能够根据粉体材料进一步提高金属造型物的品质。

此外，浓度调整单元30具有将根据粉体材料选择的第二气体成分根据需要供给到腔室内的供给部。因此，能够根据粉体材料的材质等将期待有助于提高层叠造型物X的品质的气体成分供给到腔室内，并且使其浓度保持恒定。其结果，能够根据粉体材料来优化腔室内的保护气体中的第二气体成分的浓度，并且根据粉体材料进一步提高金属造型物的品质。

本层叠造型系统具备浓度调整单元30和循环线路L3，浓度调整单元30具有规定的精炼部和供给部。因此，根据本层叠造型系统，能够取出腔室3内的保护气体的一部分，通过浓度调整单元调整保护气体的浓度，并且能够去除烟雾、飞溅物等固体杂质。其结果，能够在极短的时间内将腔室3内的保护气体中的气体成分的组成降低到优化的浓度(目标值)，从而提高金属造型物的品质，并且能够根据需要将腔室3内的第二气体成分的浓度调整为目标值且稳定地维持目标值。

本层叠造型系统具备浓度调整单元30、第一供给线路L1和第二供给线路L2。因此，在向腔室3内填充保护气体时，通过第一供给线路L1取出保护气体的一部分，在由浓度调整单元30的精炼部去除氧之后，能够通过第二供给线路L2再次供给到腔室3内的同时，从腔室3的内部吹扫氧。其结果，与通过仅供给保护气体来吹扫腔室内的氧的情况相比，能够在极短的时间内降低氧浓度，并且能够削减保护气体的消耗量。因此，与现有的层叠造型装置相比，能够在短时间内高效地制造品质进一步提高的层叠造型物。

本层叠造型系统为浓度调整单元30和过滤单元50与层叠造型单元10分开的结构。因此，一般通过在市售的3D打印机中附加相当于浓度调整单元30、过滤单元50的结构，从而能够进一步提高各种层叠造型物的品质。

<层叠造型方法>

下面，参照图1～3的同时对本实施方式例子所涉及的层叠造型方法进行具体说明。

本实施方式例子所涉及的层叠造型方法(以下，记载为“本层叠造型方法”)是如下层叠造型方法：即，在保护气体的存在下，使用能量射线向粉体材料供给热进行层的造型，并且将所述层依次层叠来制造层叠造型物。在以下的说明中，以使用上述层叠造型系统70的情况为一例，对本层叠造型方法进行说明，但本发明不限于以下的记载。

本层叠造型方法具有下述步骤(a)和步骤(b)。本层叠造型方法还可以具有下述步骤(c)。

步骤(a)：是进行造型层的造型且将造型层依次层叠的步骤。

步骤(b)：是调整保护气体中的气体成分的浓度的步骤。

步骤(c)：是通过向腔室内填充保护气体而从腔室内吹扫腔室内的氧的步骤。

在本层叠造型方法中，进行步骤(a)和步骤(b)的顺序不受特别限定。另外，也可以同时并行地实施步骤(a)和步骤(b)。

例如，当制造层叠造型物时，在腔室3内的保护气体中的气体成分的组成已经被充分优化以提高层叠造型物的品质的情况下，可以从步骤(a)开始。在该情况下，在步骤(a)的正当中，腔室3内的保护气体中的气体成分的组成会发生变化，第一气体成分和第二气体成分的浓度会从目标值变动。之后，当由于气体成分的组成的变化而有可能无法提高层叠造型物的品质时，进行步骤(a)的同时开始步骤(b)，或者暂时中止步骤(a)之后开始步骤(b)。

另一方面，当制造层叠造型物时，在腔室3内的保护气体中的气体成分的组成未被充分优化以提高层叠造型物的品质的情况下，可以从步骤(b)开始。在该情况下，在步骤(b)的正当中，腔室3内的保护气体中的气体成分的组成会发生变化，第一气体成分和第二气体成分的浓度会从目标值变动。之后，当可以期待能够通过气体成分的组成的优化来提高层叠造型物的品质时，进行步骤(b)的同时开始步骤(a)，或者暂时中止步骤(b)之后开始步骤(a)。

例如，如果在步骤(a)的正当中将激光L照射到粉体材料M，则附着在粉体材料的表面的极微量的水分(液体状态)蒸发成为水蒸气，腔室3内的水分浓度会变高。在使用金属材料的粉体的情况下，水分的存在成为层叠造型物的机械强度下降的原因。因此，通过使用第二精炼塔32以及根据需要使用第四精炼塔34，来降低腔室3内的水分浓度。但是，在从与粉体材料M的种类的关系来看，为了提高金属造型物X的品质而优选存在腔室3内的水分的情况下，可以不降低腔室3内的水分浓度。

(步骤(c))

在本层叠造型方法的一例中，首先实施步骤(c)，然后实施步骤(b)。例如，在向储藏室4供给未使用的粉体材料M时，或在层叠造型物的回收时，存在腔室3内向大气开放的情况。此时，为了使腔室3内的氧浓度上升，实施步骤(c)。但是，在腔室3内的氧浓度已经足够低的情况下，可以省略步骤(c)。

在步骤(c)中，通过在激光L的照射之前在腔室3内填充保护气体，从而从腔室3内吹扫(排出)腔室3内的氧。由此，能够将腔室3内的气体置换为保护气体，能够降低腔室3内的氧浓度。因此，在步骤(a)的实施时，在氧浓度充分降低的气氛下进行造型层的造型及造型层的层叠，从而提高层叠造型物的机械强度并提高品质。

在步骤(c)中，例如，图1所示的电磁阀V1、V2处于关闭状态，从保护气体供给线路L4向腔室3内供给保护气体，打开省略图示的吹扫线路。由此，能够将腔室3内的气体置换为保护气体，降低腔室3内的氧浓度。

在本层叠造型方法中，也可以同时并行地实施步骤(c)和步骤(b)。例如，将图1所示的电磁阀V1、V2、V3设为打开状态，将图3所示的电磁阀V4、V5设为打开状态，从保护气体供给线路L4向腔室3内供给保护气体，打开省略图示的吹扫线路。由此，由于能够将腔室3内的气体置换为保护气体的同时在第一精炼塔31中去除氧，因此能够在短时间内降低腔室3内的氧浓度。也可以以同样的方式一边去除氧以外的其他第一气体成分，一边同时并行地实施步骤(c)、步骤(b)。

(步骤(a))

如图2所示，在步骤(a)中，向腔室3内的粉体材料M照射作为能量射线的激光L，在腔室3内进行造型层的造型，并且将造型出的造型层依次层叠。可以在腔室3内的保护气体中的气体成分的组成被充分优化以根据粉体材料M提高层叠造型物的品质时开始步骤(a)的实施。

在步骤(a)中，例如，使用层叠造型单元10，在腔室3内的造型台9上反复进行造型层的造型及层叠。例如，以激光L照射到造型台9的上侧的粉体材料M而造型出一个造型层的状态为一例进行说明。

在造型出一个造型层之后，通常造型台9向下方移动。然后，新的粉体材料M从储藏台8上通过刮板7被供给到一个造型层的上侧并被铺满。在该状态下，如果通过激光L的照射进一步进行新的造型层的造型，则在已造型的一个造型层的上侧设置新的造型层。之后，造型台9进一步向下方移动，从储藏台8上进一步供给新的粉体材料M。接着，如果进一步照射激光L，则新的造型层进一步设置在已层叠的造型层的上侧。

如此，在步骤(a)中，在造型台9上依次进行造型层的造型及造型层的层叠。

在步骤(a)中，在层叠造型单元10中，基于预先输入的数据来结束激光L的照射，在完成层叠造型物X之后，回收层叠造型物X。在层叠造型物X的回收之后，造型台9上升到与腔室3的底面B相同的高度，将进行造型层的造型后的粉体材料通过刮板7运送到回收室6。在回收室6中回收的使用后的粉体材料也可以在进行还原等处理之后再利用。

(步骤(b))

在步骤(b)中，根据粉体材料M去除腔室3内的保护气体中的作为杂质的第一气体成分，将根据粉体材料M选择的第二气体成分根据需要供给到腔室3内。

可以在腔室3内的保护气体中的气体成分的组成未被优化以提高层叠造型物的品质时开始步骤(b)的实施。

在本层叠造型方法所涉及的步骤(b)中，作为第一气体成分，可以从腔室3内的保护气体去除选自由氧、水分和氮组成的组中的至少一个以上的气体成分。例如，通过使用选自由图3所示的第一精炼塔31、第二精炼塔32、第三精炼塔33和第四精炼塔34组成的组中的至少一个精炼塔，从而能够从腔室3内的保护气体去除第一气体成分。

在本层叠造型方法所涉及的步骤(b)中，通过CPU 37基于粉体材料M的材质等信息(外部信号)来确定精炼部中的第一气体成分的气体种类。在步骤(b)中，例如可以考虑粉体材料M的材质且基于从第一浓度计C1、第二浓度计C2发送的腔室3内的氧浓度、水分浓度来确定第一气体成分。

作为第一气体成分的一例，可以举出下述的X1～X7。

X1：仅氧这一种气体成分

X2：仅水分这一种气体成分

X3：仅氮这一种气体成分

X4：氧、水分这两种气体成分的组合

X5：水分、氮这两种气体成分的组合

X6：氮、氧这两种气体成分的组合

X7：氧、水分、氮这三种气体成分的组合

但是，这些组合X1～X7是基于浓度调整单元30的精炼塔的结构而设想的组合，在本发明中第一气体成分不限于这些组合。在本发明的另一实施方式例子中，通过改变精炼塔的数量和各精炼塔内的吸附剂等，可以适当地变更第一气体成分，除了这些例示的气体成分之外，还可以将其他气体成分作为第一气体成分去除。

在本层叠造型方法所涉及的步骤(b)中，可以根据粉体材料M的种类切换第一气体成分。

例如，在第一气体成分是上述X1的情况下，在图3所示的浓度调整单元30中使用第一精炼塔31。具体而言，将电磁阀V4、V5、V9、V12、V15设为打开状态，将电磁阀V6、V7、V8、V10、V11、V13、V14设为关闭状态。由此，可以通过第一精炼塔31从腔室3内的保护气体中去除作为第一气体成分的氧。

同样，在第一气体成分是上述X2的情况下，在图3所示的浓度调整单元30中使用第二精炼塔32。具体而言，将电磁阀V6、V7、V8、V12、V15设为打开状态，将电磁阀V4、V5、V9、V10、V11、V13、V14设为关闭状态。由此，可以通过第二精炼塔32从腔室3内的保护气体中去除作为第一气体成分的水分。

在第一气体成分是上述X3的情况下，在图3所示的浓度调整单元30中使用第三精炼塔33。具体而言，将电磁阀V6、V9、V10、V11、V15设为打开状态，将电磁阀V4、V5、V7、V8、V12、V13、V14设为关闭状态。由此，可以通过第三精炼塔33从腔室3内的保护气体中去除作为第一气体成分的氮。

在第一气体成分是上述X4的情况下，在图3所示的浓度调整单元30中，组合使用第一精炼塔31和第二精炼塔32。具体而言，将电磁阀V4、V5、V7、V8、V12、V15设为打开状态，将电磁阀V6、V9、V10、V11、V13、V14设为关闭状态。由此，可以通过第一精炼塔31、第二精炼塔32从腔室3内的保护气体中分别去除作为第一气体成分的氧、水分。

在第一气体成分是上述X5的情况下，在图3所示的浓度调整单元30中，组合使用第二精炼塔32和第三精炼塔33。具体而言，将电磁阀V6、V7、V8、V10、V11、V15设为打开状态，将电磁阀V4、V5、V9、V12、V13、V14设为关闭状态。由此，可以通过第二精炼塔32、第三精炼塔33从腔室3内的保护气体中分别去除作为第一气体成分的水分、氮。

在第一气体成分是上述X6的情况下，在图3所示的浓度调整单元30中，组合使用第一精炼塔31和第二精炼塔32。具体而言，将电磁阀V4、V5、V9、V10、V11、V15设为打开状态，将电磁阀V6、V7、V8、V12、V13、V14设为关闭状态。由此，可以通过第一精炼塔31、第三精炼塔33从腔室3内的保护气体中分别去除作为第一气体成分的氮、氧。

在第一气体成分是上述X7的情况下，在图3所示的浓度调整单元30中，组合使用第一精炼塔31、第二精炼塔32和第三精炼塔33。具体而言，将电磁阀V4、V5、V7、V8、V10、V11和V15设为打开状态，将电磁阀V6、V9、V12、V13和V14设为关闭状态。另外，在第一气体成分是上述X7的情况下，在图3所示的浓度调整单元30中，也可以组合使用第一精炼塔31、第二精炼塔32、第三精炼塔33和第四精炼塔34。具体而言，将电磁阀V4、V5、V7、V8、V10、V11、V13和V14设为打开状态，将电磁阀V6、V9、V12和V15设为关闭状态。由此，可以通过第一精炼塔31、第二精炼塔32和第三精炼塔33从腔室3内的保护气体中分别去除作为第一气体成分的氧、水分、氮。

在本层叠造型方法所涉及的步骤(b)中，能够将选自由氢、氧、一氧化碳、二氧化碳及氨组成的组中的一个以上的气体成分供给到腔室3内。

在本层叠造型方法所涉及的步骤(b)中，通过CPU 37基于粉体材料M的材质等信息(外部信号)来确定是否供给第二气体成分，并且确定第二气体成分的气体种类。在步骤(b)中，例如，在考虑粉体材料M的材质且可以期待通过供给第二气体成分而提高层叠造型物X的品质时，确定将第二气体成分供给到第二供给线路L2，并且根据粉体材料M确定第二气体成分的气体种类。

可以根据粉体材料M的材质来确定第二气体成分的供给的执行和第二气体成分的种类。另外，除了与粉体材料M有关的信息之外，还可以基于根据根据粉体材料M确定的第一气体成分的气体种类、通过第一浓度计C1和第二浓度计C2测量的腔室3内的氧浓度和氢浓度来确定。

例如，在粉体材料M为铝合金的情况下，金属造型物的剖面的空孔减少，能够进一步提高金属造型物的品质，因此优选将作为第二气体成分的氧供给到腔室3内。在粉体材料M为铝合金的情况下，通过CPU 37确定第二气体成分的供给，使电磁阀V16处于打开状态。此外，通过CPU 37确定第二气体成分的气体种类为氧，选择氧的供给源作为供给源36。

如粉体材料M为铝合金的情况那样，在将作为第二气体成分的氧供给到腔室3内的情况下，优选使用第四精炼塔34。例如，在从第一浓度计C1发送的腔室3内的氧浓度低于用于优化的目标浓度的情况下，可以使用第二精炼塔32、第三精炼塔33和第四精炼塔34而不使用第一精炼塔31。在该情况下，使阀V6、V7、V8、V10、V11、V13和V14处于打开状态，使阀V4、V5、V9、V12和V15处于关闭状态。也可以使用第三精炼塔33和第四精炼塔34而不使用第一精炼塔31和第二精炼塔32。在该情况下，使阀V6、V9、V12、V13和V14处于打开状态，使阀V4、V5、V7、V8、V10、V11和V15处于关闭状态。进一步地，也可以只使用第四精炼塔34而不使用第一精炼塔31、第二精炼塔32、第三精炼塔33。在该情况下，使阀V6、V9、V12、V13和V14处于打开状态，使阀V4、V5、V7、V8、V10、V11和V15处于关闭状态。由此，仅降低腔室3内的保护气体的水分浓度，能够经由第三供给线路L12将所需量的氧从供给源36供给到第二供给线路L2，并且能够使腔室3内的氧浓度保持恒定。

此外，即使是经过这种供给路径得到的保护气体，在氧浓度低于目标浓度的情况下，也可以打开V16，从第二气体成分供给源36经由第三供给线路L12将氧添加到保护气体中。

如此，在本层叠造型方法所涉及的步骤(b)中，可以根据需要向通过浓度调整单元30的精炼部去除第一气体成分的气体供给第二气体成分。因此，能够使腔室3内的第二气体成分的浓度保持恒定，能够根据粉体材料M进一步提高层叠造型物的品质。

例如，如粉体材料M为铝合金的情况那样，在将作为第二气体成分的氧供给到腔室3内的情况下，还设想在步骤(c)中，使用第一精炼塔31和第二精炼塔32将腔室3内的氧和水分一起去除，然后同时进行步骤(a)、步骤(b)。在该情况下，由于还设想在步骤(a)中，腔室3内的水分浓度上升，因此通过步骤(b)的实施，在第二精炼塔32中从保护气体去除水分。

另外，在粉体材料M为铝合金的情况下，由于金属造型物的剖面的空孔减少，能够进一步提高金属造型物的品质，因此在步骤(b)中，从供给源36向腔室3内供给氧。

另外，在粉体材料M为不锈钢合金或镍合金的情况下，由于层叠造型物X的机械特性优异，因此优选在步骤(c)中，通过第一精炼塔31、第二精炼塔32去除氧和水分的同时从腔室3中吹扫，在步骤(b)中，将氧和水分这两种气体成分的组合作为第一气体成分去除。

另外，在粉体材料M为钛合金的情况下，由于层叠造型物X的空孔减少，机械特性优异，因此优选在步骤(c)中，通过第一精炼塔31、第二精炼塔32和第三精炼塔33去除氧、水分和氮这三种气体成分的同时从腔室3中吹扫这三种气体成分，在步骤(b)中，将这三种气体成分作为第一气体成分去除。

如此，根据本实施方式所涉及的层叠造型系统70或层叠造型方法，根据粉体材料M，通过步骤(b)中的第一气体成分和/或第二气体成分的选择，能够进一步提高金属造型物的品质。

在本层叠造型方法所涉及的步骤(b)中，也可以通过图1所示的过滤单元50，利用过滤器51去除保护气体中的烟雾、飞溅物等固体杂质。特别是，在步骤(a)中，在造型层的造型及层叠时有时会产生烟雾、飞溅物等固体杂质。因此，能够通过去除这些烟雾、飞溅物等固体杂质来进一步提高层叠造型物X的品质。

(作用效果)

在以上说明的本层叠造型方法中，具有步骤(b)。在步骤(b)中，根据粉体材料去除保护气体中的作为杂质的第一气体成分。因此，能够根据粉体材料的材质等，从第一精炼塔、第二精炼塔、第三精炼塔和第四精炼塔中选择并去除保护气体中的作为杂质的气体成分。因此，能够根据粉体材料来降低腔室内的保护气体中的制造金属造型物时不需要的气体成分、成为金属造型物的机械特性降低的原因的气体成分的浓度，能够根据粉体材料进一步提高金属造型物的品质。

此外，在本层叠造型方法所涉及的步骤(b)中，将根据粉体材料选择的第二气体成分根据需要供给到腔室内。因此，能够根据粉体材料的材质等，将期待有助于提高层叠造型物X的品质的气体成分供给到腔室内，并且使其浓度保持恒定。其结果，能够根据粉体材料来优化腔室内的保护气体中的第二气体成分的浓度，并且根据粉体材料进一步提高金属造型物的品质。

根据本层叠造型方法，能够取出腔室3内的保护气体的一部分，通过浓度调整单元调整保护气体的浓度，并且去除烟雾、飞溅物等固体杂质。其结果，为了提高金属造型物的品质而能够在极短的时间内将腔室3内的保护气体中的气体成分的组成降低到优化的浓度(目标值)，并且能够根据需要将腔室3内的第二气体成分的浓度调整为目标值，并且稳定地维持目标值。

例如，在本层叠造型方法中通过从腔室内的保护气体去除作为第一气体成分的氧和水分，从而能够在短时间内将腔室3内的保护气体中的氧浓度和水分浓度调整为极低的浓度。而且，通过根据需要从供给源36经由第三供给线路L12和第二供给线路L2将作为第二气体成分的氧供给到腔室3内，从而能够将氧浓度调整为优化的浓度，并且维持优化的成分组成。

根据本层叠造型方法，在向腔室3内填充保护气体时，在通过第一供给线路取出保护气体的一部分，并且通过浓度调整单元的精炼部去除氧之后，能够通过第二供给线路L2再次供给到腔室3内的同时，从腔室内吹扫氧。其结果，与仅通过供给保护气体来吹扫腔室内的氧的情况相比，能够在极短的时间内降低氧浓度，并且能够削减保护气体的消耗量。因此，与以往的层叠造型方法相比，能够在短时间内高效地制造品质进一步提高的层叠造型物。

在本层叠造型方法所涉及的步骤(c)中，能够通过第一供给线路L1取出腔室3内的保护气体的一部分，并且通过第一精炼塔31从该保护气体去除氧。然后，能够经由第二供给线路L2再次供给到腔室3内。如此，由于能够使腔室3内的保护气体的一部分在腔室3内与第一精炼塔31内之间循环，因此能够在短时间内降低腔室3内的保护气体中的氧浓度。

另外，在使腔室3内的保护气体的一部分在腔室3内与第一精炼塔31内之间循环的期间，可以不通过保护气体供给线路L4向腔室3内重新供给保护气体。因此，根据本实施方式，能够以相对少量的保护气体的供给量，将氧浓度降低到如以往那样如果不向腔室3内供给以往大量的保护气体就无法达到的低水平。另外，由于保护气体的供给量大幅减少，因此能够在极短的时间内降低腔室3内的氧浓度。

以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但本发明不限于这种特定的实施方式。另外，本发明可以在权利要求书所记载的本发明主旨的范围内进行结构的附加、省略、置换以及其他的变更。

例如，在上述实施方式例子中，精炼塔的数量为四个，但本发明不限于精炼塔的数量为四个的形态。在本实施方式中，可以根据作为去除对象的第一气体成分的数量来变更精炼塔的数量。

另外，在上述实施方式例子中，精炼部是去除选自由氧、水分和氮组成的组中的至少一个以上的气体成分的形态。但是，作为去除对象的第一气体成分除了这些氧、水分和氮之外，还可以包括其他气体成分。因此，在其他实施方式例子中，可以根据粉体材料M来变更精炼塔内的吸附剂、精炼塔的数量。

另外，在上述实施方式例子中，对浓度调整单元的控制部作为与浓度调整单元的精炼部和供给部分开的结构进行了说明。但是，控制部也可以包括在精炼部和供给部的各结构中。

另外，在上述实施方式例子中，控制部作为浓度调整单元的结构而公开，但在其他实施方式例子中，控制部也可以是层叠造型单元的结构，还可以是与层叠造型单元和浓度调整单元分开的层叠造型系统的结构。

<实施例>

下面，根据实施例对本发明进行具体说明。但是，本发明并非由以下记载限定。

[实施例1]

在图1所示的层叠造型系统70中，进行了2小时的步骤(c)。具体而言，使电磁阀V3处于打开状态且使电磁阀V1、V2处于关闭状态，通过打开省略图示的吹扫线路，将腔室3内的气体置换为保护气体。在步骤(c)开始后经过2小时时，使阀V1、V2处于打开状态且使电磁阀V3处于关闭状态，结束步骤(c)的实施，停止利用省略图示的吹扫线路来供给保护气体。接着，开始步骤(b)的实施。在步骤(b)中，使图3所示的电磁阀V4、V5、V9、V12、V15处于打开状态且使电磁阀V6、V7、V8、V10、V11、V13、V14处于关闭状态。由此，通过第一精炼塔31从腔室3内的保护气体中去除作为第一气体成分的氧。然后，为了验证步骤(b)的实施效果，观察了腔室3内的氧浓度的测量值的时间经过。

[比较例1]

在步骤(c)开始后经过2小时时，除了不结束步骤(c)而继续打开省略图示的吹扫线路以外，与实施例1同样观察了腔室3内的氧浓度的测量值的时间经过。

[实施例2]

在步骤(c)开始后经过2小时时，使电磁阀V6、V7、V8、V12、V15处于打开状态且使电磁阀V4、V5、V9、V10、V11、V13、V14处于关闭状态，除了通过第二精炼塔32去除水分以外，与实施例1同样结束步骤(c)的实施，停止利用省略图示的吹扫线路来供给保护气体，开始步骤(b)的实施。然后，为了验证步骤(b)的实施效果，观察了腔室3内的水分浓度的测量值的时间经过。

[比较例2]

在步骤(c)开始后经过2小时时，除了不结束步骤(c)而继续打开省略图示的吹扫线路以外，与实施例2同样观察了腔室3内的水分浓度的测量值的时间经过。

[实施例3]

在层叠造型系统70中，使用钛合金作为粉体材料。在实施例3中，通过CPU37确定将X7：氧、水分、氮这三种气体成分的组合作为第一气体成分在步骤(b)中去除。另外，通过CPU37确定供给源36不执行第二气体成分的供给。

首先，通过使电磁阀V3处于打开状态，使电磁阀V1、V2处于关闭状态，并且打开省略图示的吹扫线路，从而将腔室3内的气体置换为保护气体，进行了2小时步骤(c)。在步骤(c)开始后经过2小时时，使电磁阀V4、V5、V7、V8、V10、V11、V15处于打开状态且使电磁阀V6、V9、V12、V13、V14、V16处于关闭状态，停止利用省略图示的吹扫线路来供给保护气体。然后，实施通过第一精炼塔31、第二精炼塔32和第三精炼塔33从腔室内的保护气体中去除作为第一气体成分的氧、水分、氮的步骤(b)的同时，实施步骤(a)，制造不锈钢合金制的层叠造型物。

[比较例3]

在步骤(c)开始后经过2小时时，除了不实施步骤(b)而实施步骤(a)以外，与实施例3同样制造了不锈钢合金制的层叠造型物。

[实施例4]

在层叠造型系统70中，使用铝合金作为粉体材料。在实施例4中，通过CPU37确定将X2：水分这一种气体成分作为第一气体成分在步骤(b)中去除。另外，通过CPU 37确定供给源36进行氧的供给。

首先，通过使电磁阀V3处于打开状态，使电磁阀V1、V2处于关闭状态，并且打开省略图示的吹扫线路，从而将腔室3内的气体置换为保护气体，进行了2小时的步骤(c)。在步骤(c)开始后经过2小时时，使电磁阀V6、V7、V8、V12、V13、V14、V16处于打开状态且使电磁阀V4、V5、V9、V10、V11、V15处于关闭状态，停止利用省略图示的吹扫线路来供给保护气体。然后，实施步骤(b)的同时，实施步骤(a)，制造不锈钢合金制的层叠造型物，该步骤(b)通过第二精炼塔32、第四精炼塔34从腔室3内的保护气体中仅去除作为第一气体成分的水分，并且从供给源36将作为第二气体成分的氧供给到腔室3内。

[比较例4]

在步骤(c)开始后经过2小时时，除了不实施步骤(b)而实施步骤(a)以外，与实施例4同样制造了不锈钢合金制的层叠造型物。

图4是将实施例1中的腔室内的氧浓度的时间经过与比较例1中的腔室内的氧浓度的时间经过比较并示出的图表。如图4所示，在步骤(c)开始后经过2小时时开始步骤(b)的实施的实施例1中，与比较例1相比，腔室3内的氧浓度急剧下降。从该结果确认到根据层叠造型系统70，能够在极短的时间内将腔室3内的氧浓度降低到低水平(1ppm左右)。如此，在实施例1中，即使用于吹扫的保护气体的使用量相对较少，也能够将腔室3内的氧浓度降低到低水平。因此，可以考虑能够在短时间内高效且以低成本制造氧原子在层叠造型物中的混入较少、机械特性优异且品质好的层叠造型物。

图5是将实施例2中的腔室内的水分浓度的时间经过与比较例2中的腔室内的水分浓度比较并示出的图表。如图5所示，在步骤(c)开始后经过2小时时开始步骤(b)的实施的实施例2中，与比较例2相比，腔室3内的水分浓度急剧下降。从该结果确认到根据层叠造型系统70，能够在极短的时间内将腔室3内的水分浓度降低到低水平(5ppm左右)。如此，在实施例2中，即使用于吹扫的保护气体的使用量相对较少，也能够将腔室3内的水分浓度降低到低水平。因此，可以考虑能够在短时间内高效且以低成本制造氢原子在层叠造型物中的混入较少、机械特性优异且品质好的层叠造型物。

图6是将实施例3的钛合金制金属造型物的剖面放大照片与比较例3的钛合金制金属造型物的剖面放大照片比较并示出的图。在实施例3的层叠造型物中，空孔率为0.00％，与此相对，在比较例3的层叠造型物中，空孔率为0.20％。如此，通过根据粉体材料M的材质调整腔室3内的气体成分的组成，从而能够减少层叠造型物的空孔，进一步提高品质。

图7是将实施例4的铝合金制金属造型物的剖面放大照片与比较例4的铝合金制金属造型物的剖面放大照片比较并示出的图。在实施例4的层叠造型物中，空孔率为0.12％，与此相对，在比较例4的层叠造型物中，空孔率为0.20％。如此，通过根据粉体材料M的材质来调整腔室3内的气体成分的组成，从而能够减少层叠造型物的空孔，进一步提高品质。

附图标记说明

1…激光振荡器；2…光学系统；3…腔室；4…储藏室；5…造型室；6…回收室；7…刮板；8…储藏台；9…造型台；10…层叠造型单元；30…浓度调整单元；31…第一精炼塔；32…第二精炼塔；33…第三精炼塔；34…第四精炼塔；35…鼓风机；36…第二气体成分的供给源；37…CPU；50…过滤单元；51…过滤器；52…通风设备；70…层叠造型系统；C1…第一浓度计；C2…第二浓度计；L1…第一供给线路；L2…第二供给线路；L3…循环线路；L5…第一连接线路；L6…第二连接线路；L7…第三连接线路；L8…第一旁通线路；L9…第二旁通线路；L10…第三旁通线路；L11…第四旁通线路；L12…第三供给线路；V1～V3、V4～V16…电磁阀。

Claims (10)

1.一种层叠造型系统，在保护气体的存在下，使用能量射线向粉体材料供给热进行层的造型，并且将所述层依次层叠来制造层叠造型物，其中，

所述层叠造型系统具备：

层叠造型单元，进行所述层的造型，并且将所述层依次层叠；以及

浓度调整单元，调整所述保护气体中的气体成分的浓度，

所述层叠造型单元具有：

照射部，包括向所述粉体材料照射的能量射线的照射源；以及

造型部，包括腔室和造型台，所述腔室被填充所述保护气体，所述造型台进行所述层的造型及层叠，

所述浓度调整单元具有：

精炼部，根据所述粉体材料去除所述保护气体中的作为杂质的第一气体成分；以及

供给部，将根据所述粉体材料选择的第二气体成分根据需要供给到所述腔室内。

2.根据权利要求1所述的层叠造型系统，其中，

所述层叠造型系统进一步具备：第一供给线路，将所述腔室内的所述保护气体的一部分供给到所述精炼部，

所述精炼部包括与所述第一供给线路连接且选自由下述的第一精炼塔、第二精炼塔、第三精炼塔和第四精炼塔组成的组中的至少一个以上的精炼塔，

第一精炼塔：从所述保护气体去除氧的精炼塔；

第二精炼塔：从所述保护气体去除水分的精炼塔；

第三精炼塔：从所述保护气体去除氮的精炼塔；

第四精炼塔：从所述保护气体去除水分而不去除氧的精炼塔。

3.根据权利要求2所述的层叠造型系统，其中，

所述精炼部进一步包括选自由下述的第一旁通线路、第二旁通线路、第三旁通线路和第四旁通线路组成的组中的至少一个以上的旁通线路，

第一旁通线路：将从所述第一供给线路供给的所述保护气体供给到所述第一精炼塔的二次侧而不会供给到所述第一精炼塔的旁通线路；

第二旁通线路：将从所述第一供给线路供给的所述保护气体供给到所述第二精炼塔的二次侧而不会供给到所述第二精炼塔的旁通线路；

第三旁通线路：将从所述第一供给线路供给的所述保护气体供给到所述第三精炼塔的二次侧而不会供给到所述第三精炼塔的旁通线路；

第四旁通线路：将从所述第一供给线路供给的所述保护气体供给到所述第四精炼塔的二次侧而不会供给到所述第四精炼塔的旁通线路。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠造型系统，其中，

所述供给部包括所述第二气体成分的供给源，所述第二气体成分为选自由氢、氧、一氧化碳、二氧化碳和氨组成的组中的一个以上的气体成分。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的层叠造型系统，其中，

所述层叠造型系统进一步具备：第二供给线路，将通过所述精炼部从所述保护气体去除所述第一气体成分的气体供给到所述腔室，

所述供给部进一步包括：第三供给线路，根据需要向所述第二供给线路中的所述气体供给所述第二气体成分。

6.一种层叠造型方法，在保护气体的存在下，使用能量射线向粉体材料供给热进行层的造型，并且将所述层依次层叠来制造层叠造型物，其中，

所述层叠造型方法具有：

步骤(a)，进行所述层的造型，并且将所述层依次层叠；以及

步骤(b)，调整所述保护气体中的气体成分的浓度，

在所述步骤(a)中，向腔室内的粉体材料照射能量射线，在所述腔室内进行所述层的造型，并且将造型出的所述层依次层叠，

在所述步骤(b)中，根据所述粉体材料去除所述保护气体中的作为杂质的第一气体成分，并且将根据所述粉体材料选择的第二气体成分根据需要供给到所述腔室内。

7.根据权利要求6所述的层叠造型方法，其中，

在所述步骤(b)中，将选自由氧、水分和氮组成的组中的至少一个以上的气体成分作为所述第一气体成分从所述保护气体去除。

8.根据权利要求6或7所述的层叠造型方法，其中，

在所述步骤(b)中，将选自由氢、氧、一氧化碳、二氧化碳和氨组成的组中的一个以上的气体成分作为所述第二气体成分供给到所述腔室内。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的层叠造型方法，其中，

在所述步骤(b)中，根据所述粉体材料的种类切换所述第一气体成分。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的层叠造型方法，其中，

在所述步骤(b)中，根据需要向去除所述第一气体成分的气体供给所述第二气体成分。

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