CN116945589A - 造形区域限制单元以及包括其的层叠造形装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种造形区域限制单元以及包括其的层叠造形装置，容易使用与平常不同的材料粉体来制造小型的三维造形物。而且，造形区域限制单元降低与材料更换时的清扫作业相关的负担。层叠造形装置用的造形区域限制单元包括：可动侧单元，被固定于造形平台；以及非可动侧单元，被载置于底座台。所述可动侧单元包含朝上方向突出地设置的第一防飞散框。所述非可动侧单元包含：平板，在开口以外的部分覆盖第一造形区域而形成第二造形区域；以及第二防飞散框，在所述开口的外周朝下方向突出地设置。所述第一防飞散框隔开间隔地包围所述第二防飞散框。

Description

造形区域限制单元以及包括其的层叠造形装置

技术领域

本发明涉及一种造形区域限制单元以及包括此造形区域限制单元的层叠造形装置。

背景技术

实施粉末熔融结合的层叠造形装置是在可形成所期望的三维造形物的区域即造形区域中散布材料粉体而形成材料层。层叠造形装置对材料层照射激光或电子束，使材料粉体烧结或熔融而形成固化层。层叠造形装置反复进行材料粉体层的形成与固化层的形成，从而制造所期望的三维造形物。

用于层叠造形的材料粉体存在多个种类。也有一台层叠造形装置使用多种材料的情况，在使用不同的材料时，要进行与材料更换相关的作业。在材料更换时，必须进行层叠造形装置的清扫，去除存在于内部的现有材料。

美国专利US10,569,331中公开的层叠造形装置构成为，回收在制造时产生的剩余材料并在去除了夹杂物后，再次供给至层叠造形装置本体。以下，将进行剩余材料的回收与再供给的装置称作材料再利用单元。在进行材料更换时，不仅层叠造形装置本体，材料再利用单元也必须实施清扫。

美国公开专利公报US2022/0118524所公开的层叠造形装置使材料再利用单元相对于层叠造形装置本体可分离地构成。通过针对每种材料粉体准备材料再利用单元，在材料更换时，不需要材料再利用单元的清扫。由此，材料更换的工夫得以减轻。

发明内容

[发明所要解决的问题]

有时会测试性地使用与平常不同的材料粉体来制造小型的三维造形物。例如在研讨新的材料粉体的使用时，会使用所述材料粉体来制造测试片，并对测试片的物性进行测定，或者采选激光或电子束的照射条件。

以往的层叠造形装置是对应于最大的造形大小来进行设计，因此要使用相对较多的材料粉体。例如在材料层的形成时，会超过实际所需的范围来进行材料粉体的散布。因此，即便在制造小型的三维造形物的情况下，也必须准备一定程度的量的材料粉体。

而且，如前所述，在材料更换时需要清扫。如美国专利US10,569,331所公开的那样，以减轻材料更换的工夫为目的，针对每种材料准备材料再利用单元的做法是公知的。但是，由于是测试性地使用的材料粉体，因而准备专用的材料再利用单元会导致成本增大。

本申请发明是有鉴于此种情况而完成，提供一种适合于使用少量的材料粉体来简单地层叠造形测试片等小型的三维造形物的、造形区域限制单元以及包括此造形区域限制单元的层叠造形装置。

[解决问题的技术手段]

根据本申请发明，提供一种造形区域限制单元，是层叠造形装置用的造形区域限制单元，所述层叠造形装置包括：底座台，具有能够形成三维造形物的区域即第一造形区域；以及造形平台，配置于所述第一造形区域，能够沿铅垂方向移动地构成，并且固定底板，所述层叠造形装置交替地反复进行包含材料粉体的材料层的形成与固化层的形成，所述造形区域限制单元包括：可动侧单元，被固定于所述造形平台；以及非可动侧单元，被载置于所述底座台，所述可动侧单元包含第一防飞散框，所述第一防飞散框是朝上方向突出地设置的中空状的框，所述非可动侧单元包含：平板，为具有开口且载置于所述底座台的板，在所述开口以外的部分覆盖所述第一造形区域，形成比所述第一造形区域小的第二造形区域；以及第二防飞散框，为在所述开口的外周朝下方向突出地设置的中空状的框，所述第一防飞散框隔开间隔地包围所述第二防飞散框。

[发明的效果]

本申请发明的造形区域限制单元容易使用与平常不同的材料粉体来制造小型的三维造形物。而且，造形区域限制单元降低与材料更换时的清扫作业相关的负担。

附图说明

图1是安装有造形区域限制单元的层叠造形装置的概略结构图。

图2是安装有造形区域限制单元的层叠造形装置的概略结构图。

图3是第二造形区域用重涂机头以及重涂机头驱动机构的正面图。

图4是第二造形区域用重涂机头的立体图。

图5是第二造形区域用重涂机头的立体图。

图6是图4的D-D剖面图。

图7是从箭头B方向观察第二造形区域用重涂机头的侧面图。

图8是安装有造形区域限制单元的底座台的俯视图。

图9是非可动侧单元的俯视图。

图10是非可动侧单元的剖面图。

图11是可动侧单元的俯视图。

图12是可动侧单元的剖面图。

图13是图8的E-E剖面图。

图14是图13的F放大图。

图15表示材料粉体堆积于第一防飞散框的状态。

图16是造形区域限制单元已拆卸的层叠造形装置100的概略结构图。

图17是第一造形区域用重涂机头的立体图。

图18是第一造形区域用重涂机头的俯视图。

图19表示规格不同的造形区域限制单元的示例。

具体实施方式

以下，使用附图来说明本发明的实施方式。以下所示的实施方式中所示的各种特征事项可彼此组合。图1至图15图示了使用造形区域限制单元8进行层叠造形时的、层叠造形装置或其零件。图16至图18图示了未使用造形区域限制单元8进行层叠造形时的、层叠造形装置或其零件。

本实施方式的层叠造形装置100反复进行包含材料粉体M的材料层6的形成与固化层的形成来制造所期望的三维造形物K。层叠造形装置100如图1、图2以及图16所示，包括腔室1、照射装置13、非活性气体供给装置15、烟雾收集器19、造形平台驱动机构52、第一造形区域用重涂机头31、底座台4、材料回收单元40、造形平台5、重涂机头驱动机构51、材料供给单元60以及造形区域限制单元8。如后所述，一部分构成构件有时被拆卸或未使用。底座台4具有可形成三维造形物K的区域即第一造形区域R以及第二造形区域Rs。第一造形区域R含有第二造形区域Rs。即，第二造形区域Rs为第一造形区域R内的一部分，位于第一造形区域R内。材料回收单元40以及材料供给单元60构成本实施方式中的材料再利用单元。

图16表示了使用第一造形区域R进行层叠造形时的、层叠造形装置100的状况。典型的是，在连续地层叠造形制品时，使用第一造形区域R。此时，使用材料再利用单元即材料回收单元40以及材料供给单元60、与第一造形区域用重涂机头31。具体而言，首先，第一造形区域用重涂机头31通过重涂机头驱动机构51沿第一水平方向(箭头B方向)移动，在配置于造形平台5上的底板33上形成材料层6。然后，照射装置13对材料层6照射激光L，形成固化层。造形平台5下降一层，按照同样的流程在固化层上形成材料层6，并对材料层6照射激光L而形成固化层。这样，交替地反复进行材料层6的形成与固化层的形成，制造三维造形物K。

在层叠造形时，会差生未固化的材料粉体M即剩余材料。在剩余材料中，可能有在固化层形成时飞散的溅射物作为夹杂物而混入。在对固化层实施切削加工时，切削屑也可能作为夹杂物而混入。剩余材料被移动的第一造形区域用重涂机头31推出，并从形成于底座台4的开口即材料回收口27b被排出。而且，在包围造形平台5的材料保持壁26的下部，形成有作为开口的材料回收口27a。在三维造形物K的制造后，通过使造形平台5下降，从材料回收口27a排出剩余材料。或者，也可在使造形平台5上升后，利用刷毛等使剩余材料落下至材料回收口27b。剩余材料也可利用吸嘴等其他部件而排出。所排出的剩余材料由滑槽29引导而被收容至料斗30。并且，通过材料回收单元40去除夹杂物后，送往材料供给单元60。材料供给单元60将未使用的材料粉体M或由材料回收单元40去除了夹杂物的材料粉体M供给至第一造形区域用重涂机头31的材料盒311。反复进行以上的工序，连续地层叠造形三维造形物K。

图1以及图2表示了仅使用第二造形区域Rs进行层叠造形时的、层叠造形装置100的状况。典型的是，在测试性地使用与平常不同的材料粉体M来层叠造形测试片等小型的三维造形物K时，使用第二造形区域Rs。此时，使用造形区域限制单元8，另一方面，不进行材料粉体M从材料供给单元60的供给以及剩余材料从材料回收口27a、材料回收口27b的回收。通过不使用包含材料再利用单元即材料回收单元40及材料供给单元60的、材料粉体M的回收系统以及供给系统，从而防止不同种类的材料，典型的是量产用的材料粉体M与测试用的材料粉体M的混合存在。由此，切换两种材料粉体M时的、清扫等的作业负担得以减轻。在材料再利用单元相对于腔室1可分离地构成的情况下，在使用造形区域限制单元8时，材料再利用单元可予以拆卸。

腔室1覆盖形成三维造形物K的区域即第一造形区域R以及第二造形区域Rs。腔室1是包含多个侧板与上板而构成，在一个侧板设有可开闭的门。在门上也可设有储料箱(glove box)。在腔室1内充满规定浓度的非活性气体。本说明书中，所谓非活性气体，是指与材料粉体M实质上不发生反应的气体，例如为氮气、氩气、氦气。材料粉体M例如为金属的粉末。

照射装置13被设在腔室1的上方。照射装置13对形成于第一造形区域R或第二造形区域Rs上的材料层6的规定部位照射激光L，使照射位置的材料粉体M熔融或烧结而形成固化层。更具体而言，本实施方式的照射装置13包含输出激光L的光源与使激光L扫描的扫描装置。扫描装置例如是具有X轴检流计镜与Y轴检流计镜的检流计扫描器。激光L例如为CO₂激光、光纤激光或钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet，YAG)激光。从照射装置13照射的激光L通过设于腔室1的上板的窗口而照射至材料层6。照射装置13也可为对材料层6照射电子束而形成固化层的装置。例如，照射装置13也可包含下述部分而构成，即：阴极电极，放出电子；阳极电极，对电子进行收聚并加速；螺线管，形成磁场而将电子束的方向收聚为一方向；以及集电极电极，与作为被照射体的材料层电连接，对与阴极电极之间施加电压。

切削装置也可被设在腔室1内。切削装置对固化层的表面或多余部分进行切削。切削装置例如包含：加工头，能够在腔室1内移动地构成；以及主轴，设于加工头，抓握及旋转切削工具。

如图1、图2以及图16所示，在腔室1，连接有非活性气体供给装置15与烟雾收集器19。非活性气体供给装置15例如是由空气生成非活性气体的非活性气体生成装置、或者贮存非活性气体的气瓶。非活性气体供给装置15向腔室1供给规定浓度的非活性气体。烟雾收集器19是从非活性气体中去除烟雾的电集尘器或过滤器。在形成固化层时会产生烟雾。从腔室1排出的包含烟雾的非活性气体被送往烟雾收集器19。在烟雾收集器19中去除了烟雾的非活性气体被返送至腔室1。通过此种结构，进行非活性气体的再利用。

非活性气体的供给口以及排出口的位置以及个数不受限定。例如，只要在腔室1的侧板或上板、或者配置于腔室1内的构成元件上形成供给口以及排出口即可。附图并非显示供给口和排出口的实际位置和数量。

污染防止构件17是以包围窗口的方式而设在腔室1内。污染防止构件17具有圆筒形状，在内部贮存从非活性气体供给装置15供给的非活性气体，并且朝下方排出。由此，防止烟雾附着于窗口。

作为将材料粉体M自动供给至腔室1的内部，具体而言，自动供给至第一造形区域用重涂机头31，并且进行剩余材料的回收的材料再利用单元，设有材料供给单元60以及材料回收单元40。材料供给单元60以及材料回收单元40在仅使用第二造形区域Rs的情况，即，在使用造形区域限制单元8的情况下不使用。以下，对材料再利用单元的示例进行说明，但材料再利用单元并不限定于以下的结构。材料再利用单元至少包含从自腔室1排出的材料粉体M中去除夹杂物的筛、以及搬送材料粉体M的材料搬送装置而构成。

材料供给单元60包含主管(main duct)71、中间管69以及中间管挡闸70。主管71被设于腔室1的上板。中间管69被设于主管71的下方。中间管69的排出口即中间管出口69a通过一个以上的中间管挡闸70而开闭。在使用造形区域限制单元8的情况下，中间管出口69a通过中间管挡闸70而始终封闭。收容在材料箱46中的材料粉体M被供给至主管71，并经由中间管69而从中间管出口69a供给至第一造形区域用重涂机头31。

材料回收单元40包含回收搬送装置41、夹杂物去除装置43、材料箱46、干燥装置47、供给搬送装置48以及真空泵49。回收搬送装置41以及供给搬送装置48是所谓的料斗装料机(hopper loader)，经由三通阀而与真空泵49连接。本实施方式中，由回收搬送装置41以及供给搬送装置48共用真空泵49，但也可各别地设置真空泵49。通过使真空泵49运行，从而在回收搬送装置41或供给搬送装置48内产生负压，以搬送材料粉体M。夹杂物去除装置43例如包含筛。夹杂物去除装置43从通过回收搬送装置41从料斗30送来的剩余材料中去除夹杂物后，送往材料箱46。在材料箱46中，收容有未使用的材料粉体M与去除了夹杂物的已使用的材料粉体M。在材料箱46中，例如设有作为加热器的干燥装置47，进行材料粉体M的干燥。收容在材料箱46内的材料粉体M由供给搬送装置48予以搬送而供给至材料供给单元60的主管71。在三维造形物K的制造中，材料回收单元40以及材料供给单元60可以自动回收并重新供给材料粉体M。在制造三维造形物K后，材料回收单元40回收材料粉体M。此时，材料回收单元40也可以在利用夹杂物去除装置43从经由吸嘴等回收的材料粉体M中去除夹杂物后，将材料粉体M贮存在材料箱46中。如前所述，剩余材料从材料回收口27a、材料回收口27b或吸嘴的回收、材料回收单元40以及材料供给单元60的动作在使用造形区域限制单元8的情况下不进行。

底座台4是被设于腔室1内的框，具有第一造形区域R以及第二造形区域Rs。底座台4内置有造形平台5、材料保持壁26以及料斗30。第一造形区域R典型的是在连续地层叠造形制品的情况下使用。第二造形区域Rs典型的是在以新的材料粉体M的评估等为目的而层叠造形测试片的情况下使用。第二造形区域Rs为第一造形区域R的一部分，形成在第一造形区域R内。

造形平台5被设于第一造形区域R以及第二造形区域Rs。造形平台5可通过造形平台驱动机构52而沿铅垂方向(箭头A方向)移动。造形平台驱动机构52是包含任意的致动器而构成，例如包含马达与滚珠丝杠。在利用第二造形区域Rs进行层叠造形的情况下，在造形平台5上配置可动侧单元84以及底板83，在底板83上形成第一层材料层6。在利用第一造形区域R进行层叠造形的情况下，在造形平台5上配置底板33，在底板33上形成第一层材料层6。

重涂机头驱动机构51使第二造形区域用重涂机头81或第一造形区域用重涂机头31移动。重涂机头驱动机构51如图3所示，包含马达51g、滚珠丝杠51a以及滑动构件51b。马达51g使滚珠丝杠51a旋转。滑动构件51b具有螺合于滚珠丝杠51a的螺母。如后所述，第二造形区域用重涂机头81以及第一造形区域用重涂机头31共用可动体32。可动体32被固定于滑动构件51b。通过将其他构成零件安装于可动体32，构成第二造形区域用重涂机头81或第一造形区域用重涂机头31。换言之，通过更换构成零件，第二造形区域用重涂机头81与第一造形区域用重涂机头31彼此可变更。当滑动构件51b伴随滚珠丝杠51a的旋转而移动时，第二造形区域用重涂机头81或第一造形区域用重涂机头31与滑动构件51b一同朝箭头B方向移动。滚珠丝杠51a可旋转地受到支撑，通过马达51g来旋转。重涂机头驱动机构51并不限定于包含马达51g与滚珠丝杠51a的所述结构。重涂机头驱动机构51可包含任意的致动器而构成，例如也可为线性马达。

如图17以及图18所示，第一造形区域用重涂机头31包括材料盒311、可动体32、一对刮刀312、传感器313、粉末引导部(powder guide)314以及材料盒支撑框315。

材料盒311收容从材料供给单元60供给的材料粉体M。传感器313检测材料盒311内的材料粉体M的有无。

可动体32是固定并支撑材料盒311或材料盒811的基部。可动体21是能够在底座台4上沿着箭头B方向往复移动地构成。通过重涂机头驱动机构51来使可动体32移动，由此，第一造形区域用重涂机头31以及第二造形区域用重涂机头81朝箭头B方向移动。可动体32由第一造形区域用重涂机头31以及第二造形区域用重涂机头81共同使用。可动体32具有沿与箭头B方向正交的第二水平方向即箭头C方向延伸的大致长方体形状。可动体32的长边方向的长度构成为，比底座台4的箭头C方向的宽度更宽。

引导构件321是设在可动体32的箭头C方向的两端的一对支撑台。引导构件321分别安装于设在底座台4的一对导轨。通过重涂机头驱动机构51而移动的第一造形区域用重涂机头31以及第二造形区域用重涂机头81沿着导轨在底座台4上往复移动。

在可动体32的下表面设有一对槽322。当第二造形区域用重涂机头81在底座台4上移动时，分隔板821在槽322的内侧相对地移动。换言之，一对分隔板821的上部分别插通至一对槽322。槽322从可动体32的箭头B方向的一端部延伸到另一端部，呈直线状形成。

一对刮刀312分别设在可动体32的箭头B方向的两侧面。刮刀312是沿着箭头C方向延伸的长条状构件。刮刀312对从形成于粉末引导部314的材料排出口314a排出的材料粉体M进行平坦化而形成材料层6。刮刀312的长边方向即箭头C方向的长度与第一造形区域R的箭头C方向的宽度大致相同。

在盒出口即材料盒311的排出开口的正下方设有粉末引导部314。在粉末引导部314，形成有作为开口的材料排出口314a。粉末引导部314对从材料盒311落下的材料粉体M的流动进行引导。由此，材料粉体M自由落下而供给至第一造形区域R上。

材料盒支撑框315是将材料盒311固定并支撑于可动体32的框。材料盒支撑框315具有为中空状且沿箭头C方向延伸的大致长方体形状。材料盒支撑框315被安装于可动体32的上部，在内侧收纳材料盒311。

第一造形区域用重涂机头31一边从粉末引导部314的材料排出口314a喷出保存在材料盒311中的材料粉体M，一边在第一造形区域R上朝箭头B方向移动。并且，第一造形区域用重涂机头31通过刮刀312对喷出至第一造形区域R的材料粉体M进行平整，形成材料层6。

刮刀312、材料盒311、传感器313、粉末引导部314以及材料盒支撑框315可装卸地安装于可动体32。在从第一造形区域用重涂机头31更换为第二造形区域用重涂机头81时，从可动体32拆卸构成第一造形区域用重涂机头31的刮刀312、材料盒311、传感器313、粉末引导部314以及材料盒支撑框315。并且，取而代之，在可动体32上安装构成第二造形区域用重涂机头81的刮刀812、材料盒811、传感器813以及粉末引导部814。

造形区域限制单元8是用于在第二造形区域Rs内制造三维造形物K的装置。造形区域限制单元8可装卸地安装于腔室1内。造形区域限制单元8包含第二造形区域用重涂机头81、非可动侧单元82与可动侧单元84。

如图3所示，第二造形区域用重涂机头81被配置于底座台4上，且能够通过重涂机头驱动机构51而沿箭头B方向往复移动地构成。第二造形区域用重涂机头81一边在腔室1内移动，一边将材料粉体M供给至第二造形区域Rs上，并对材料粉体M进行平坦化而形成材料层6。即，第二造形区域用重涂机头81在第二造形区域Rs上形成材料层6。如图4至图7所示，第二造形区域用重涂机头81包含材料盒811、可动体32、传感器813、一对刮刀812以及粉末引导部814。

材料盒811是在内部收容材料粉体M的容器。材料盒811被支撑于可动体32。材料盒811具有沿与第二造形区域用重涂机头81的移动方向即箭头B方向正交的箭头C方向延伸的形状。材料盒811的容积尽可能大大地设计成，只要投入一次材料粉体M便可制造三维造形物K。具体而言，材料盒811的长边方向即箭头C方向的最大长度构成为与底座台4的箭头C方向的宽度大致相同。而且，材料盒811的上表面是从可动体32的上表面朝上方向突出地固定。其中，考虑材料粉体M在材料盒811内适当地落下、不会妨碍非活性气体的气流、以及不会对第二造形区域用重涂机头81的移动过度施加负载等的机械性的限制，来决定材料盒811的大小。材料盒811具有材料供给口811a、盒出口811b、第一倾斜面811c、第二倾斜面811d、第三倾斜面811e以及第四倾斜面811f。

材料供给口811a是用于投入材料粉体M的开口。材料供给口811a形成于材料盒811的上表面，具有沿箭头C方向延伸的大致长方形状。材料供给口811a的箭头C方向的长度构成为，与底座台4的箭头C方向的宽度为相同的大小。盒出口811b是从材料盒811排出材料粉体M的大致方形状的开口。盒出口811b形成于材料盒811的下表面，且沿与粉末引导部814的材料排出口814a大致相同的方向延伸。

第一倾斜面811c以及第二倾斜面811d是以夹着盒出口811b的方式沿着箭头C方向配置的梯形状的平板。第一倾斜面811c以及第二倾斜面811d朝向盒出口811b倾斜。第一倾斜面811c的倾斜角度即第一倾斜面811c与水平面所成的角度、和第二倾斜面811d的倾斜角度即第二倾斜面811d与水平面所成的角度既可彼此不同，也可为相同。在实用上，第一倾斜面811c的倾斜角度以及第二倾斜面811d的倾斜角度为材料粉体M可滑落的程度的角度。

第三倾斜面811e以及第四倾斜面811f是以夹着盒出口811b的方式沿着箭头B方向配置的梯形状的平板。第三倾斜面811e以及第四倾斜面811f朝向盒出口811b倾斜。第三倾斜面811e的倾斜角度即第三倾斜面811e与水平面所成的角度、和第四倾斜面811f的倾斜角度即第四倾斜面811f与水平面所成的角度既可彼此不同，也可为相同。在实用上，第三倾斜面811e的倾斜角度以及第四倾斜面811f的倾斜角度为材料粉体M可滑落的程度的角度。

第一倾斜面811c与第三倾斜面811e以及第四倾斜面811f相邻，第二倾斜面811d与第三倾斜面811e以及第四倾斜面811f相邻地配置。因此，材料盒811的下部具有倒截锥体形状。通过材料盒811的下部为倒截锥体形状，贮存在材料盒811内部的材料粉体M沿着倾斜面811c、811d、811e以及811f流向盒出口811b。由此，从盒出口811b排出的材料粉体M的量稳定，从粉末引导部814排出的材料粉体M的量也稳定。

在材料盒811的盒出口811b，固定有探测材料盒811内的材料粉体M的有无的传感器813。当由传感器813判断为需要向材料盒811补充材料粉体M时，第二造形区域用重涂机头81暂时停止。贮存有材料粉体M的瓶也可设在不会对腔室1内的层叠造形造成妨碍的场所。这样，作业员便可经由门的储料箱来从瓶向材料盒811补充材料粉体M。这样，即便在需要补充材料粉体M的情况，也能够继续层叠造形而无须在层叠造形中打开门。

一对刮刀812分别设在可动体32的箭头B方向的两侧面。刮刀812的设置位置为可动体32的箭头C方向的大致中心位置。刮刀812具有沿着箭头C方向延伸的大致方形状，刮刀812的长度比刮刀312的长度短。刮刀812对从形成于粉末引导部814的材料排出口814a排出的材料粉体M进行平整而形成材料层6。刮刀812的长边方向即箭头C方向的长度与第二造形区域Rs的箭头C方向的宽度大致相同。在将刮刀812安装于可动体32的情况下，刮刀812被配置在非可动侧单元82的一对分隔板821的内侧。

在材料盒811的盒出口811b的正下方设有粉末引导部814。粉末引导部814对从材料盒811的盒出口811b落下的材料粉体M的流动进行引导。由此，材料粉体M自由落下地供给至第二造形区域Rs上。粉末引导部814具有供材料粉体M落下的通孔。通孔的入口连通于材料盒811的盒出口811b。通孔的出口为材料排出口814a。从材料排出口814a排出被收容在材料盒811中的材料粉体M。材料排出口814a沿箭头C方向延伸，箭头C方向的长度与第二造形区域Rs的箭头C方向的宽度大致相同。在将粉末引导部814安装于可动体32的情况下，粉末引导部814的材料排出口814a被配置在非可动侧单元82的一对分隔板821的内侧。

一对刮刀812、材料盒811、传感器813以及粉末引导部814可装卸地安装于可动体32。

为了防止材料盒811内的材料粉体M的堵塞并促进排出，也可使第二造形区域用重涂机头81产生振动。例如，反复切换重涂机头驱动机构51的马达51g的正转以及反转，由此，第二造形区域用重涂机头81沿着箭头B方向前后移动。由此，第二造形区域用重涂机头81产生振动。作为对第二造形区域用重涂机头81施加振动的部件，并不限定于马达51g。例如，也可在材料盒811的侧面的外侧设置超声波振子，通过超声波振子来进行第二造形区域用重涂机头81的振动。马达51g或超声波振子等振动部件的控制是由未图示的控制装置来进行。而且，可以通过优化倾斜面811c、811d、811e以及811f的倾斜角度或盒出口811b的面积来防止材料粉体M的堵塞。例如，通过使第一倾斜面811c的倾斜角度与第二倾斜面811d的倾斜角度不同，或者通过使第三倾斜面811e的倾斜角度与第四倾斜面811f的倾斜角度不同，可以使倒截锥体形状出现偏心，使材料粉体M变得更不易堵塞。

图8至图10以及图13所示的非可动侧单元82是可装卸地载置于底座台4上的框。非可动侧单元82以覆盖第二造形区域Rs以外的第一造形区域R的方式载置于腔室1内的底座台4上。

非可动侧单元82包含平板822、一对分隔板821以及第二防飞散框823。平板822的外缘825具有大致方形状。在平板822的中心位置形成有大致方形状的开口826。平板822是在开口826以外的部分覆盖所述第一造形区域R的板。具有开口826的平板822形成比第一造形区域R小的第二造形区域Rs。在开口826的内侧配置底板83，在开口826内制造测试片等相对较小的三维造形物K。换言之，开口826的内侧的区域构成第二造形区域Rs。

分隔板821是以夹着开口826的方式沿着箭头B方向配置的一对平板。分隔板821竖立设置于平板822的上表面。分隔板821防止从第二造形区域用重涂机头81的材料排出口814a供给的材料粉体M分散至被分隔板821夹着的区域以外。分隔板821从非可动侧单元82的箭头B方向的一端延伸到另一端，且朝上方向突出地竖立设置于平板822。分隔板821的箭头C方向的位置与可动体32的槽322的位置分别一致。分隔板821的高度为在第二造形区域用重涂机头81朝箭头B方向移动时，分隔板821的上表面不会干涉到第二造形区域用重涂机头81的大小。

以覆盖开口826的外周的方式设有第二防飞散框823。第二防飞散框823为中空矩形状的框，以覆盖开口826的外周的方式而设。第二防飞散框823朝下方向突出，且垂直地固定于平板822。此处，将第二防飞散框823的箭头C方向的外缘的长度设为宽度D1，将箭头B方向的外缘的长度设为宽度W1。

图11至图13所示的可动侧单元84可装卸地固定于造形平台5上。可动侧单元84具有台座841与第一防飞散框842。

台座841被固定于造形平台5上。台座841包含：具有剖面方形状的下板841b、以及具有剖面方形状的上板841a。上板841a的上表面的面积小于下板841b的上表面的面积。上板841a一体地固定于下板841b的上表面的中心。底板83直接固定于上板841a。第一防飞散框842被安装于下板841b。下板841b被固定于造形平台5。

第一防飞散框842防止被供给至第二造形区域Rs的材料粉体M飞散到造形平台5上。第一防飞散框842被设在底板83以及上板841a的外周，且包围上板841a的侧面。在第一防飞散框842与上板841a的侧面之间形成间隔W22。第一防飞散框842为中空矩形状的框，且竖立设置于下板841b的上表面。第一防飞散框842朝上方向突出地设置。此处，将第一防飞散框842的箭头C方向的开口的长度设为宽度D2，将箭头B方向的开口的长度设为宽度W21。第一防飞散框842的开口形成为大于第二防飞散框823的外缘。即，在与第二防飞散框823的外缘大小的比较中，D2＞D1且W21＞W1的关系成立。第一防飞散框842隔开间隔地包围第二防飞散框823。

底板83是在制造测试片等相对较小的三维造形物K时使用的板。在底板83的上表面散布有材料粉体M，形成第一层材料层6。底板83例如具有剖面方形状。底板83的上表面的大小以及台座841的上板841a的大小要小于第二防飞散框823的开口的大小。这样，则当造形平台5沿铅垂方向移动时，防止底板83以及上板841a的外侧面接触至第二防飞散框823的内侧面。

可动侧单元84的下板841b经由螺栓等固定于造形平台5。底板83经由螺栓等固定于可动侧单元84的上板841a的上表面。底板83在俯视时位于非可动侧单元82的开口826的内侧。因而，当造形平台5沿铅垂方向移动时，底板83使开口826的内侧即第二造形区域Rs沿铅垂方向移动。本实施方式中，台座841以及底板83具有成为大致正方形的平面，但并不限定于此。

作为造形区域限制单元8，也可准备多个非可动侧单元82与多个可动侧单元84。即，也可配合进行层叠造形的三维造形物K的大小，来使用适合规格的非可动侧单元82与可动侧单元84。具体而言，各非可动侧单元82也可在开口826的大小或第二防飞散框823的高度上不同。准备与各非可动侧单元82相适合的可动侧单元84。具体而言，各可动侧单元84也可在台座841的水平方向的大小、台座841的高度、第一防飞散框842的开口的大小或第一防飞散框842的高度上不同。作为底板83，只要配合进行层叠造形的三维造形物K的大小来选定适合大小的底板即可。底板83的纵向与横向的大小必须小于开口826。底板83的厚度可以自由选择，但在不变形的范围内，优选为薄。底板83的厚度例如为18mm左右。

在使用造形区域限制单元8的情况下，三维造形物K的最大高度是根据第一防飞散框842以及第二防飞散框823的高度而定。即，要防止材料粉体M飞散至造形平台5，优选的是，在层叠造形中，造形平台5在第二防飞散框823插通于第一防飞散框842的范围内沿铅垂方向移动。在层叠造形中，即重复形成材料层和形成固化层的过程中，第二防飞散框823保持插入第一防飞散框842。造形平台5的可移动范围的大小与三维造形物K的最大高度大致一致。因而，在层叠造形高度大的三维造形物K的情况下，使用高度大的第一防飞散框842以及第二防飞散框823。

在形成第一层材料层6时，底板83的上表面必须位于比平板822的上表面更高之处。即，底板83必须配置成，当造形平台5在不会发生构件干涉的范围内尽可能上升时，底板83的上表面位于比平板822的上表面更高之处。台座841起到提高底板83的分隔物的作用。在仅利用台座841得不到足够高度的情况下，也可在可动侧单元84与底板83之间设置作为分隔物的连接构件85。通过使用连接构件85，即便在使用高度相对较大的第一防飞散框842以及第二防飞散框823的情况下，也能够共用台座841。图19表示了使用高度大的第一防飞散框842以及第二防飞散框823，经由连接构件85将底板83固定于台座841时的状态。

通过配合进行层叠造形的三维造形物K的大小来更换非可动侧单元82以及可动侧单元84，能够变更第二造形区域Rs的大小以及三维造形物K的最大高度。

在即便不设置台座841，底板83的上表面也位于比平板822的上表面更高之处的情况下，也可不设置台座841。此时，第一防飞散框842直接安装于造形平台5。而且，即便在设置台座841的情况下，第一防飞散框842也可直接安装于造形平台5。

接下来，对在腔室1内安装造形区域限制单元8的方法与使用造形区域限制单元8的三维造形物K的制造方法进行说明。在安装造形区域限制单元8的方法中，以从第一造形区域用重涂机头31更换为第二造形区域用重涂机头81的情况为例来进行说明。而且，以下流程的次序也可前后调换。

首先，设置底板83以及可动侧单元84。将底板83固定于可动侧单元84。如图13所示，将安装有底板83的可动侧单元84固定于造形平台5上。

接下来，将第一造形区域用重涂机头31更换为小区域用重涂机81。具体而言，从可动体32拆卸刮刀312、传感器313、材料盒311、材料盒支撑框315以及粉末引导部314。然后，在可动体32上安装刮刀812、粉末引导部814、材料盒811以及传感器813。这样，在底座台4上配置小区域用重涂机81。

接下来，在底座台4上载置非可动侧单元82，覆盖除了第二造形区域Rs以外的第一造形区域R。此时，在非可动侧单元82的开口826内配置底板83。

这样，安装可动侧单元84、底板83，将第一造形区域用重涂机头31更换为第二造形区域用重涂机头81，并载置非可动侧单元82。这样，将造形区域限制单元8安装于腔室1内。

如图14所示，第二防飞散框823的开口形成为大于底板83以及上板841a的外缘。而且，第一防飞散框842的开口形成为大于第二防飞散框823的外缘。因此，在造形平台5沿铅垂方向移动时，底板83以及上板841a的外侧面不会接触到第二防飞散框823的内侧面。同样地，第二防飞散框823的外侧面不会接触到第一防飞散框842的内侧面。

如上所述，在将造形区域限制单元8设置于腔室1内之后，使用造形区域限制单元8来进行层叠造形。首先，作业员向材料盒811的材料供给口811a投入要使用的材料粉体M。接下来，对腔室1内供给非活性气体。

此处，将补充第二造形区域用重涂机头81的移动方向。对于固化层的形成，若第二造形区域用重涂机头81夹着第二造形区域Rs在仅一个方向上移动就足够了。如本实施方式那样，在可动体32的两侧面设置刮刀812的情况下，对于所形成的每个材料层6，移动方向可以不同。例如，第二造形区域用重涂机头81的移动方向可以设定为使得偶数层的移动方向为从左到右，奇数层的移动方向为从右到左。

另一方面，第二造形区域用重涂机头81的位置可以改变非活性气体的气流。例如，在第二造形区域用重涂机头81位于第二造形区域Rs的左侧的情况下，以及在第二造形区域用重涂机头81位于第二造形区域Rs的右侧的情况下，非活性气体的气流可能变化，从而影响层叠造形的质量。尤其，在为了研讨新的材料粉体的使用而使用造形区域限制单元8来进行层叠造形时，有时还没有掌握适当的照射条件。此时，附着于固化层的溅射物容易形成突起，在形成材料层6时，刮刀812有可能与突起碰撞。因此，在使用还没有掌握适当的照射条件的材料粉体M时，重视层叠造形的稳定性，并且在形成一个材料层6时，优选地使第二造形区域用重涂机头81往复移动。这样，固化层形成时的第二造形区域用重涂机头81的位置变得恒定，从而提高了层叠造形的稳定性。

首先，进行第一层材料层6与第一层固化层的形成。以刮刀812的下端与底板83的上表面的距离成为材料层6的一层量的大小的方式来定位造形平台5。此处，第二造形区域用重涂机头81往复移动。图1及图2示出了当第二造形区域用重涂机头81的初始位置在左侧时第二造形区域用重涂机头81的往复移动。第二造形区域用重涂机头81从第二造形区域Rs的左侧移动到右侧，然后从第二造形区域Rs的右侧移动到左侧。从材料排出口814a向一对分隔板821之间散布材料粉体M，在底板83上形成第一层材料层6。照射装置13对第一层材料层6的规定部位照射激光L而使其固化，形成第一层固化层。

在形成有第一层固化层之后，进行第二层材料层6与第二层固化层的形成。造形平台5下降材料层6的一层量。第二造形区域用重涂机头81再次往复移动。从材料排出口814a向一对分隔板821之间散布材料粉体M，在第一层固化层上形成第二层材料层6。照射装置13对第二层材料层6的规定部位照射激光L而使其固化，形成第二层固化层。

反复进行以上的工序，形成第三层以后的固化层。这样，多个固化层经层叠而制造出三维造形物K。邻接的固化层彼此牢固地固接。

第二造形区域用重涂机头81的移动范围只要在可在第二造形区域Rs上形成材料层6的范围内设定即可。未图示的控制装置控制第二造形区域用重涂机头81在比开口826更靠右侧的位置与比开口826更靠左侧的位置之间往复移动。第二造形区域用重涂机头81的移动范围只要覆盖第二造形区域Rs即可，因此也可设定得比第一造形区域用重涂机头31的移动范围窄。然而，如果固化层形成时的第二造形区域用重涂机头81太靠近第二造形区域Rs，则可能无法在第二造形区域Rs的正上方适当地形成非活性气体的气流。在重视层叠造形的稳定性的情况下，应设定移动范围，使得固化层形成时的第二造形区域用重涂机头81的位置成为在一定程度上远离第二造形区域Rs的位置。而且，要防止材料粉体M落下到材料回收口27b，既可控制成第二造形区域用重涂机头81不会到达设在底座台4的左右端的材料回收口27b为止，也可设置包覆材料回收口27b的罩。

如图15所示，在三维造形物K的制造时，供给至底板83上的材料粉体M的一部分从底板83与第二防飞散框823的间隙落下而堆积于第一防飞散框842的内侧。而且，被移动的第二造形区域用重涂机头81推出的材料粉体M会堆积在一对分隔板821之间。通过第一防飞散框842以及第二防飞散框823，防止材料粉体M飞散到比第一防飞散框842更靠外侧的造形平台5上。通过分隔板821，防止材料粉体M飞散到比分隔板821更靠外侧的平板822上。尤其，在可动体32的下表面设置槽322，使分隔板821插通至槽322，由此，更佳地防止材料粉体M的飞散。

第一防飞散框842和第二防飞散框823不连接。由于独立设置非可动侧单元82和可动侧单元84，因此容易安装或拆卸造形区域限制单元。若使用本实施方式的造形区域限制单元8，则能够极力减少材料粉体M残留的部位。因此，能够更简便地进行在层叠造形后使用不同的材料粉体M时所需的清扫作业。具体而言，只要对第一防飞散框842的内部、一对分隔板821的内侧、底座台4的上表面以及第二造形区域用重涂机头81进行清扫即可。尤其能够防止所使用的材料粉体M混入材料回收单元40以及材料供给单元60。因此，接下来，在使用材料回收单元40以及材料供给单元60进行层叠造形时，因此所述作业变得简便。

造形区域限制单元8适合在对比较小型的三维造形物K进行层叠造形时使用。以上说明是以在研讨新的材料粉体的使用时使用造形区域限制单元8制造测试片为例，但造形区域限制单元8的应用不限于此。例如，即使在将材料粉体M预热至高温以进行层叠造形时，也可以适当地使用造形区域限制单元8。当使用造形区域限制单元8时，材料粉体M不会散布在造形平台5的大部分上。因此，可以防止热量从材料粉体M传递到造形平台5及其周围的部件。

Claims (9)

1.一种造形区域限制单元，是层叠造形装置用的造形区域限制单元，所述层叠造形装置包括：底座台，具有能够形成三维造形物的区域即第一造形区域；以及造形平台，设在所述第一造形区域，能够沿铅垂方向移动地构成，并且配置底板，所述层叠造形装置交替地反复进行包含材料粉体的材料层的形成与固化层的形成，所述造形区域限制单元包括：

可动侧单元，被固定于所述造形平台；以及

非可动侧单元，被载置于所述底座台，

所述可动侧单元包含：

第一防飞散框，所述第一防飞散框是朝上方向突出地设置的中空状的框，

所述非可动侧单元包含：

平板，为具有开口且载置于所述底座台的板，在所述开口以外的部分覆盖所述第一造形区域，形成比所述第一造形区域小的第二造形区域；以及

第二防飞散框，为在所述开口的外周朝下方向突出地设置的中空状的框，

所述第一防飞散框隔开间隔地包围所述第二防飞散框。

2.根据权利要求1所述的造形区域限制单元，还包括：第二造形区域用重涂机头，在所述第二造形区域形成所述材料层，

第二造形区域用重涂机头包含：

可动体，能够在所述底座台上沿着第一水平方向往复移动地构成；

材料盒，被安装于所述可动体，收容所述材料粉体；

材料排出口，排出被收容在所述材料盒中的所述材料粉体；以及

刮刀，被安装于所述可动体，对从所述材料排出口排出的所述材料粉体进行平整而形成所述材料层。

3.根据权利要求2所述的造形区域限制单元，其中所述非可动侧单元还包括一对分隔板，所述一对分隔板竖立设置于所述平板的上表面，且以夹着所述开口的方式沿着所述第一水平方向而配置，

所述材料排出口以及所述刮刀被配置在所述一对分隔板的内侧。

4.根据权利要求3所述的造形区域限制单元，其中在所述可动体的下表面形成有一对槽，

所述一对分隔板的上部分别插通于所述一对槽。

5.根据权利要求2所述的造形区域限制单元，其中所述材料盒的与所述第一水平方向正交的第二水平方向的长度跟所述底座台的所述第二水平方向的宽度相同。

6.根据权利要求2所述的造形区域限制单元，其中所述材料盒的下部具有倒截锥体形状。

7.根据权利要求1所述的造形区域限制单元，其中所述可动侧单元还包括台座，

所述台座具有：

上板，固定所述底板；以及

下板，安装所述第一防飞散框，且被固定于所述造形平台。

8.一种层叠造形装置，包括如权利要求1所述的造形区域限制单元，所述层叠造形装置包括：

腔室，覆盖所述第一造形区域以及所述第二造形区域；

所述底座台；

所述造形平台；

照射装置，对所述材料粉体照射激光或电子束；以及

所述造形区域限制单元。

9.根据权利要求8所述的层叠造形装置，还包括：材料再利用单元，包含从自所述腔室排出的所述材料粉体中去除夹杂物的筛、以及搬送所述材料粉体的材料搬送装置。