CN117505878A - 层叠造形装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种削减惰性气体的使用量且气密性高的层叠造形装置。层叠造形装置包括：腔室、惰性气体供给装置、材料回收管路、材料罐、材料补充管路、移送装置、分级装置、气体排气管路、以及泵。所述移送装置将金属粉末与惰性气体一起移送。所述气体排气管路与所述移送装置和所述腔室连接。所述泵将从所述移送装置排出的所述惰性气体输送至所述腔室。

Description

层叠造形装置

技术领域

本公开涉及一种层叠造形装置。

背景技术

实施粉末床熔融结合的层叠造形装置反复进行如下操作：将粉末材料铺平为规定的厚度而形成材料层、以及对材料层照射激光或电子束使其熔融或烧结而形成固化层，从而制造所期望的三维造形物。作为材料，有时使用金属粉末。

当对包含金属粉末的材料层照射激光或电子束时，会产生被称为烟雾(fume)的金属蒸汽。为了防止烟雾的漏出，层叠造形优选为在密闭的腔室内实施。当金属粉末熔融或烧结时，在包含氧或其他气体的气氛下有可能会变质而品质劣化。另外，包含铝材或钛材等容易氧化的金属的金属粉末有在包含氧的环境下着火之虞。因此，腔室内优选为充满实质上不与金属粉末反应的规定浓度的惰性气体。

供给至腔室内但未用于形成固化层的剩余的金属粉末可在层叠造形中或层叠造形后被回收，并在去除夹杂物后进行再利用。美国专利公报10,569,331B2、美国专利公报10,960,467B2、美国专利公开公报US2022/0118524A1分别公开了包括将金属粉末回收并进行再供给的装置的层叠造形装置。在对金属粉末进行搬送时可生成惰性气体的气流，并通过气流对金属粉末进行移送。

发明内容

[发明所要解决的问题]

当要通过惰性气体的气流将金属粉末从腔室排出时，腔室内的惰性气体也被排出，因此腔室内被减压。外部气体容易经由不可避免的间隙而流入至减压后的腔室中，腔室内的惰性气体浓度降低。

为了将层叠造形装置内保持在惰性气体气氛下，并且为了削减惰性气体的使用量，谋求一种气密性高的层叠造形装置。特别是谋求一种在通过惰性气体的气流搬送剩余材料时不易消耗惰性气体的结构。

[解决问题的技术手段]

通过本公开，提供了一种层叠造形装置，包括：腔室，对能够制造三维造形物的区域即造形区域进行覆盖，并由惰性气体填满；惰性气体供给装置，向所述腔室供给所述惰性气体；材料回收管路，与所述腔室连接，且供从所述腔室排出的金属粉末流通；材料罐，贮存所述金属粉末；材料补充管路，与所述材料罐和所述材料回收管路连接，且供从所述材料罐排出的所述金属粉末流通；移送装置，包括：真空容器；材料吸入口，设置于所述真空容器并与所述材料回收管路连接；气体排气口，设置于所述真空容器并将所述惰性气体排出；以及材料排出口，设置于所述真空容器并将所述金属粉末排出，且所述移送装置将所述金属粉末与所述惰性气体一起移送；分级装置，从由所述移送装置移送的所述金属粉末中去除夹杂物；气体排气管路，与所述气体排气口和所述腔室连接；以及泵，设置于所述气体排气管路，且将从所述移送装置排出的所述惰性气体输送至所述腔室。

[发明的效果]

本公开的层叠造形装置包括将从腔室排出的金属粉末与惰性气体一起移送的移送装置，移送装置的气体排气口与腔室通过气体排气管路连接。通过设置于气体排气管路上的泵，生成向移送装置移送金属粉末的惰性气体的气流，并且将从移送装置排出的惰性气体返送至腔室。通过此种结构，可降低惰性气体的消耗量，因此可进一步减少向腔室供给的惰性气体的供给量，并且将腔室内的惰性气体浓度保持为规定的值。另外，可防止腔室内的减压，因此也可抑制外部气体侵入至腔室。

附图说明

图1是表示本实施方式的层叠造形装置的结构的概略图。

图2是本实施方式的移送装置的剖面图。

具体实施方式

以下说明的实施方式的层叠造形装置仅为一例，在不脱离本公开的技术思想的范围内能够进行各种变形。图1表示本实施方式的层叠造形装置的概略结构的一例。为了方便，在以下的说明中，将图1作为正面图来定义方向，但并不限定各构成构件的位置关系。本发明的层叠造形装置包括：装置本体1、作为惰性气体供给装置的第一惰性气体供给装置2A及第二惰性气体供给装置2B、烟雾收集器3、照射装置4、涂覆机5、材料再利用装置6、以及腔室7。

各构成构件由配管连接。配管包括：移送配管，对作为材料的金属粉末进行移送；以及气体配管，实质上仅供惰性气体流通。在图1中，移送配管由实线表示，气体配管由点划线表示。移送配管构成金属粉末的移送路径的一部分，包括：材料回收管路8A、材料补充管路8B、材料供给管路8C、材料贮存管路8D、材料瓶连接管路8E、以及夹杂物排出管路8F。气体配管包括：第一气体供给管路9A、第二气体供给管路9B、烟雾回收管路9C、气体排气管路9D、第一旁通管路9E、第二旁通管路9F、以及复压管路9G。

装置本体1包括底座1A、基台1B、以及造形罩1C。基台1B与造形罩1C构成腔室7。

底座1A是装置本体1的基础结构体。底座1A可主要包括金属制的框架以及金属板。在底座1A的中央附近设置由四个壁形成的造形罐11。在造形罐11内，层叠造形所期望的三维造形物。

基台1B是用于实施层叠造形的工作台。基台1B水平地设置于底座1A之上的整个面上。在基台1B的中央附近形成大致四边形的贯通孔。具有与所述贯通孔的内形相符的外形的造形平台12被收容于造形罐11中。造形平台12实质上起到造形罐11的底板的作用。

造形平台12具有能够制造所期望的三维造形物的区域即造形区域。造形平台12通过具有任意致动器的驱动装置进行升降。造形平台12与构成造形罐11的壁之间由包围造形平台12的端面而设置的环状的衬垫(packing)PK密封。当造形平台12在上下方向上往复移动时，造形平台12介隔存在衬垫PK而在造形罐11中滑动。因此，当造形平台12进行升降时，可防止散布于造形平台12上的金属粉末漏出至造形罐11外，而落下至底座1A。也可在造形平台12之上载置底板BP，在底板BP上形成三维造形物。

造形平台12也可构成为能够调节温度。在本实施方式中，在造形平台12的正下方设置温度调整装置13。温度调整装置13包括加热装置以及冷却装置中的其中一者，优选为包括两者。加热装置可为电加热器。冷却装置可为构成为能够供制冷剂流通的冷却配管。

在基台1B的下侧设置收集剩余的金属粉末的滑槽。在本实施方式中，在基台1B的左右两端形成排出开口，在各排出开口的正下方分别设置第一滑槽14A、第二滑槽14B。即，夹着造形罐11而设置第一滑槽14A及第二滑槽14B。

在层叠造形中散撒于基台1B上的剩余的金属粉末随着涂覆机5在基台1B上往复移动而被推出至排出开口，从而落下至第一滑槽14A或第二滑槽14B。另外，在涂覆机5构成为在内部贮存金属粉末的情况下，通过使涂覆机5移动至排出开口之上，涂覆机5内部的金属粉末排出至第一滑槽14A或第二滑槽14B。第一滑槽14A及第二滑槽14B可具有漏斗形状。从腔室7排出的金属粉末贮存于第一滑槽14A及第二滑槽14B中。在第一滑槽14A及第二滑槽14B分别设置材料传感器MS1、材料传感器MS2。材料传感器MS1、材料传感器MS2对在第一滑槽14A及第二滑槽14B内贮存规定量的金属粉末的情况进行检测。

在腔室7内配置抽吸喷嘴18。抽吸喷嘴18构成为能够抽吸造形罐11内或基台1B上所存在的金属粉末。

造形罩1C包括多个壁板以及一个以上的顶板。造形罩1C以围绕并覆盖基台1B的上表面的方式设置于底座1A之上。以此方式包括基台1B以及造形罩1C的腔室7对造形区域进行覆盖。

在层叠造形中，腔室7内由惰性气体填满。腔室7内构成为实质上能够密闭，但存在不可避免的间隙。例如，在引导涂覆机5的往复移动的引导件与基台1B之间可形成微小的间隙。

若腔室7内的气压高于外部气压，则腔室7内的惰性气体从间隙流出至腔室7外。另一方面，若腔室7内的气压低于外部气压，则外部气体从间隙流入至腔室7内。在防止外部气体侵入至腔室7内并使腔室7内的惰性气体浓度保持在规定值以上的方面，优选为腔室7内的气压维持为与大气压相同或稍大于大气压的值。在本实施方式中，通过从惰性气体供给装置始终向层叠造形装置供给新的惰性气体，将腔室7的气压维持在所期望的值。利用氧浓度计OS1对腔室7内的氧浓度进行测量。

窗口15设置于造形罩1C的顶板上。窗口15构成为能够使激光透过。照射装置4所照射的激光透过窗口15而照射至造形平台12上所形成的包含金属粉末的材料层上。

防污染装置16以包围窗口15的方式设置。防污染装置16是圆筒状的构件，向内部供给惰性气体，并且朝向下方喷出惰性气体。由此，可防止在形成固化层时产生的烟雾附着于窗口15上。

与腔室7的内外连通的开口形成于造形罩1C的前面壁上。操作员可经由开口对腔室7中进行访问。在开口设置前面门17，所述前面门17构成为能够开闭。前面门17具有观察窗17A以及手套箱17B。手套箱17B具有一对贯通孔以及堵塞贯通孔的一对手套。操作员通过使用手套箱17B，可在前面门17关闭的状态下进行腔室7内的作业。例如，操作员可通过经由手套箱17B来对抽吸喷嘴18进行操作，在腔室7内在实质上密闭状态下进行从腔室7内去除金属粉末的清扫作业。

惰性气体供给装置直接或间接地向腔室7供给规定浓度的清洁的惰性气体。惰性气体只要是与金属粉末实质上不发生反应的气体即可，可使用氮气或稀有气体。在金属粉末是不易氮化的材料的情况下，有利的是比较廉价且容易获取的氮气。当金属粉末为铝材或钛材时，为了防止氮化，有时会使用稀有气体。作为稀有气体，一般而言使用氩气。铝材不仅包括纯铝，还包括以铝为主要成分的合金。钛材不仅包括纯钛，还包括以钛为主要成分的合金。

当惰性气体为氮气时，惰性气体供给装置是由空气生成氮气的氮生成装置或贮存规定浓度的氮气的气瓶。当惰性气体为氩气时，惰性气体供给装置是贮存规定浓度的氩气的气瓶。在惰性气体供给装置也可设置控制阀。

在使用气瓶作为惰性气体供给装置的情况下，有连续运转时间的限制。另外，与氮气相比较，氩气昂贵。本实施方式的层叠造形装置可抑制惰性气体的使用量，因此在使用氩气作为惰性气体的情况下特别有利。

在本实施方式中，作为惰性气体供给装置而设置第一惰性气体供给装置2A以及第二惰性气体供给装置2B。第一惰性气体供给装置2A经由第一气体供给管路9A而与腔室7和防污染装置16连接。第一惰性气体供给装置2A对腔室7及防污染装置16供给惰性气体。第二惰性气体供给装置2B经由第二气体供给管路9B而与材料再利用装置6连接。第二惰性气体供给装置2B对材料再利用装置6供给惰性气体。

在本实施方式中设置有两个惰性气体供给装置，但只要设置一个以上的惰性气体供给装置即可。例如，一个惰性气体供给装置也可对腔室7及材料再利用装置6供给惰性气体。另外，惰性气体供给装置也可构成为任意地切换惰性气体的供给目的地。例如，气体配管也可构成为，从第一惰性气体供给装置2A及第二惰性气体供给装置2B中的任一者均可向腔室7选择性地供给惰性气体。

烟雾收集器3从自腔室7排出的包含烟雾的惰性气体中去除烟雾，并将清洁的惰性气体返送至腔室7。烟雾收集器3可具有电气集尘器或过滤器。烟雾回收管路9C将腔室7与烟雾收集器3连接。具体而言，烟雾回收管路9C包括：管路9C1，与腔室7和烟雾收集器3的入口连接；以及管路9C2，与烟雾收集器3的出口和腔室7连接。经由管路9C1从腔室7排出的惰性气体被输送至烟雾收集器3。烟雾收集器3从惰性气体中去除烟雾后经由管路9C2而向腔室7返送。为了促进惰性气体的循环，也可在造形罩1C的壁上设置风机，以增加输送至烟雾回收管路9C的惰性气体的流量。在本实施方式中，烟雾收集器3向腔室7直接返送惰性气体，但也可将烟雾回收管路9C与第二气体供给管路9B连接，向材料再利用装置6供给惰性气体。

腔室7中的自惰性气体供给装置及烟雾收集器3供给惰性气体的供给口的位置及个数不受限定。另外，腔室7中的向烟雾收集器3排出惰性气体的排出口的位置及个数不受限定。供给口及排出口可设置于造形罩1C，也可设置于涂覆机5等配置于腔室7内的构成构件上。

本实施方式的照射装置4将激光朝向腔室7内的造形区域照射。照射装置4包括输出激光的激光光源、以及扫描激光的扫描装置。扫描装置例如为检流扫描器(galvanoscanner)。另外，照射装置4可构成为能够照射电子束来代替激光。此时，照射装置4包括：放出电子的阴极电极、对电子进行收聚并加速的阳极电极、形成磁场而将电子束的方向收聚为一个方向的螺线管、以及与作为被照射体的材料层电连接且对与阴极电极之间施加电压的集电极。即，照射装置4只要是对形成于造形区域的材料层照射激光或电子束以使照射位置的金属粉末烧结或熔融而形成固化层的装置即可。

涂覆机5在造形区域散布金属粉末并使其平坦化，形成规定厚度的材料层。一般而言，在造形平台12上载置底板BP，在底板BP上形成第一层材料层。

本实施方式的涂覆机5构成为在喷出内部所贮存的金属粉末的同时能够在水平方向上移动。本实施方式的涂覆机5包括：涂覆机头，能够贮存金属粉末并且将金属粉末从底面排出；刮刀，安装于涂覆机头的侧面且将金属粉末铺平；以及驱动装置，具有使涂覆机头在水平方向上往复移动的任意的致动器。在涂覆机5的涂覆机头设置材料传感器MS5。材料传感器MS5对涂覆机头内的金属粉末不足且需要补充的情况进行探测。涂覆机5可不具有在内部贮存金属粉末的功能，且构成为至少能够使刮刀移动。

层叠造形装置也可包括对固化层进行切削加工的加工装置。加工装置例如包括：加工头，构成为能够在腔室7内移动；以及主轴，设置于加工头且使所握持的切削工具旋转。每当形成规定数量的固化层时，可对固化层进行切削加工。

材料再利用装置6在从腔室7回收金属粉末并去除夹杂物后再次向腔室7供给。夹杂物中包含当将激光或电子束照射至材料层时飞散的溅射沉积以及切削加工时产生的切屑。材料再利用装置6包括：移送装置61、材料罐62、分级装置63、以及泵64。

移送装置61、材料罐62、以及分级装置63收容于框体60中，且构成一个单元。框体60可构成为能够移动，且可构成为能够相对于装置本体1接触/分离。在本实施方式中，泵64未收容于框体60中，而是设置于装置本体1外。但是，泵64也可收容于框体60中。装置本体1侧的管路与材料再利用装置6侧的管路可利用套圈(ferrule)FJ或连接器CP等任意的连接构件连接。

材料罐62贮存金属粉末。本实施方式的材料罐62构成为能够贮存未使用的金属粉末以及从腔室7回收的金属粉末此两者。从腔室7回收的金属粉末可在去除夹杂物之前被输送至材料罐62，也可在去除夹杂物之后被输送至材料罐62。材料罐62具有气密性。在材料罐62连接第二气体供给管路9B，经由材料罐62而在材料再利用装置6内充满惰性气体。在材料罐62设置材料传感器MS3及材料传感器MS4。材料传感器MS3及材料传感器MS4分别对材料罐62内的金属粉末的上限及下限进行检测。

材料罐62构成为能够经由材料瓶连接管路8E而与材料瓶MB连接。当从材料瓶MB向材料罐62补充金属粉末时，首先，将设置于材料瓶连接管路8E的一个以上的开闭阀V5关闭。在材料瓶MB连接材料瓶连接管路8E后将开闭阀V5打开，从而使贮存于材料瓶MB中的金属粉末向材料罐62落下。若如此，则可在维持气密性的状态下向材料罐62补充金属粉末。在本实施方式中，材料瓶MB与材料罐62连接，但也可构成为与材料容器65等其他构成构件连接。

材料回收管路8A与腔室7、即直接与第一滑槽14A、第二滑槽14B及抽吸喷嘴18连接，且供从腔室7排出的金属粉末与惰性气体一起流通。具体而言，材料回收管路8A包括：管路8A1，与第一滑槽14A连接且设置开闭阀V1；管路8A2，与第二滑槽14B连接且设置开闭阀V2；管路8A3，与抽吸喷嘴18连接且设置开闭阀V3；以及管路8A4，与管路8A1、管路8A2、管路8A3以及移送装置61连接。

材料补充管路8B与材料罐62和材料回收管路8A的管路8A4连接，且供从材料罐62排出的金属粉末与惰性气体一起流通。在材料补充管路8B设置开闭阀V4。第一旁通管路9E与腔室7和材料罐62连接，且供惰性气体流通。第二旁通管路9F与材料罐62和材料补充管路8B连接，且供惰性气体流通。通过第一旁通管路9E及第二旁通管路9F，腔室7、材料罐62及材料补充管路8B之间被均压化，因此可适当地进行金属粉末从材料罐62的移送。

在移送金属粉末时，择一地打开与移送源对应的开闭阀。即，当从第一滑槽14A移送金属粉末时，将开闭阀V1打开，并将开闭阀V2、开闭阀V3、开闭阀V4关闭。当从第二滑槽14B移送金属粉末时，将开闭阀V2打开，并将开闭阀V1、开闭阀V3、开闭阀V4关闭。当从抽吸喷嘴18移送金属粉末时，将开闭阀V3打开，并将开闭阀V1、开闭阀V2、开闭阀V4关闭。当从材料罐62移送金属粉末时，将开闭阀V4打开，并将开闭阀V1、开闭阀V2、开闭阀V3关闭。但是，也可从多个部位同时移送金属粉末，此时将多个开闭阀同时打开。

移送装置61将腔室7内的金属粉末及材料罐62内的金属粉末与惰性气体一起抽吸，并将金属粉末乘着惰性气体的气流进行移送。特别是，本实施方式的移送装置61配置于金属粉末的移送路径的最高位，且将金属粉末移送至材料再利用装置6的最高位。通过将移送装置61设置于最高位，可通过一个移送装置进行金属粉末的供给以及回收。材料再利用装置6仅具有一个移送装置的结构在使材料再利用装置6的维持管理更容易、并且提高材料再利用装置6的气密性、尽可能不使金属粉末与外部气体接触的方面是有利的。

本实施方式的移送装置61可为真空输送机。如图2所示，移送装置61包括：真空容器61A、气体排气口61B、材料吸入口61C、金属粉末的材料排出口61D、底盖61E、以及过滤器61F。真空容器61A是构成为可具有气密性的容器。气体排气口61B、材料吸入口61C、材料排出口61D设置于真空容器61A。底盖61E由任意致动器驱动，对材料排出口61D进行打开和关闭。本实施方式的材料排出口61D及底盖61E为圆形，但可采用任意的形状。过滤器61F设置于气体排气口61B，并防止包含金属材料的粒子侵入至气体排气管路9D。

气体排气口61B经由气体排气管路9D以及泵64而与腔室7连接。换言之，气体排气管路9D与气体排气口61B和腔室7连接。在气体排气管路9D设置泵64。即，泵64的进气端口与气体排气管路9D的移送装置61侧的管路连接，泵64的排气端口与气体排气管路9D的腔室7侧的管路连接。泵64除了进气端口以及排气端口以外，不具有惰性气体的出入口。换言之，泵64具有气密性。泵64作为移送装置61的驱动源发挥功能。腔室7内的惰性气体通过泵64经过材料回收管路8A而从材料吸入口61C与金属粉末一起流入至真空容器61A。真空容器61A内的惰性气体通过泵64而从气体排气口61B排出并经过气体排气管路9D返回至腔室7。在气体排气管路9D可设置压力计PG。

材料吸入口61C经由材料回收管路8A及材料补充管路8B而与第一滑槽14A、第二滑槽14B、抽吸喷嘴18及材料罐62连接。直接在材料吸入口61C连接管路8A4。当在利用底盖61E将材料排出口61D封闭的状态下对泵64进行驱动时，底盖61E沿真空容器61A的方向被吸上来，在将材料排出口61D封闭的状态下被固定。当材料排出口61D被封闭时，真空容器61A实质上具有气密性。

通过在真空容器61A具有气密性的状态下泵64持续工作，真空容器61A中的惰性气体经过气体排气管路9D而排气至腔室7内。当真空容器61A内逐渐减压而真空度上升时，在真空容器61A与腔室7内之间产生气压差，腔室7内的惰性气体被抽吸至移送装置61。

由此，金属粉末乘着惰性气体的气流与惰性气体一起经过材料回收管路8A被移送至真空容器61A。从材料罐62移送金属粉末时也同样地，金属粉末与惰性气体一起被移送至真空容器61A。

被移送至真空容器61A内的金属粉末因自重而自由落下。当底盖61E被驱动而将材料排出口61D打开时，到达真空容器61A的底部的金属粉末从材料排出口61D落下。在材料排出口61D的下方，设置切换阀S1。切换阀S1选择性地将从材料排出口61D落下的金属粉末的排出目的地切换为设置于比移送装置61更靠下位的材料罐62或分级装置63中的其中一者。切换阀S1可如图2所示与移送装置61一体地设置，也可独立地设置。

在本实施方式的层叠造形装置中，形成将腔室7与移送装置61之间连接的惰性气体的循环路径。所述循环路径是与层叠造形装置外不连通而与外部气体隔断的闭合回路。即，在移送金属粉末时，惰性气体不会被排气至层叠造形装置外。本实施方式的移送装置61不包括排出器等以向层叠造形装置外排气为前提的减压机构。

在本实施方式的材料再利用装置6中，在腔室7内的惰性气体持续流入至移送装置61的真空容器61A内的期间，从气体排气口61B排气的惰性气体不被排出至材料再利用装置6外而通过泵64返回至腔室7内。因此，即使不经常向腔室7供给新的惰性气体，腔室7内也基本上不被减压，而不易发生外部气体进入腔室7内。另外，在材料再利用装置6的中途外部气体实质上不流入。因此，可从密闭且为惰性气体气氛下的腔室7排出金属粉末。

真空容器61A中只要维持可获得用于移送金属粉末的抽吸力的程度的真空度即可。另外，在气体排气管路9D中，要求与外部气体隔断且外部气体不流入。泵64可为真空泵。泵64优选为适合于密闭度高且比较低真空区域的泵，例如可采用叶片泵。

在材料再利用装置6中金属粉末的移送过程中，材料再利用装置6中整体处于负压的状态。在结束金属粉末的移送且泵64停止后，材料再利用装置6中也依然处于负压的状态。若材料再利用装置6中长时间为负压的状态，则有外部气体从微小的间隙侵入之虞。另外，在本实施方式中，在金属粉末的移送过程中，移送装置61的材料排出口61D利用底盖61E关闭。若真空容器61A内处于负压的状态，则难以打开底盖61E。

复压管路9G是构成为通过从腔室7向移送装置61供给惰性气体而在移送金属粉末后进行真空容器61A的复压的管路。具体而言，复压管路9G与材料回收管路8A的管路8A4和第一旁通管路9E连接，且供惰性气体流通。复压管路9G将材料再利用装置6与腔室7在不介隔存在管路以外的装置的情况下连接。复压管路9G也可与腔室7直接连接。但是，通过直接与第一旁通管路9E连接，也可不在框体60设置将构成复压管路9G的各管路连接的连接器CP。

在复压管路9G可设置对复压管路9G进行打开和关闭的开闭阀V7。在泵64运行时、即移送金属材料时，将开闭阀V7关闭。开闭阀V7在金属材料的移送完成、泵64停止后打开，从而将复压管路9G开通。开闭阀V7可在经过一定时间后关闭，也可保持打开直至下一次泵64起动。当复压管路9G开通时，由于材料再利用装置6内的气压低于腔室7的气压，因此腔室7内的惰性气体经过复压管路9G而流入至材料再利用装置6。如此，材料再利用装置6内进行复压，可容易地打开底盖61E。

此外，若从气体排气管路9D排出的惰性气体的量超过从复压管路9G供给的惰性气体的量，则进行真空容器61A的减压，因此无需设置开闭阀V7。

分级装置63设置于比移送装置61更靠下方处，从金属粉末中去除夹杂物后向下方排出。被除去的夹杂物经过夹杂物排出管路8F而输送至回收容器66。在回收容器66可设置材料传感器MS7。材料传感器MS7对回收容器66内的夹杂物达到规定量的情况进行探测。分级装置63例如是筛。本实施方式的分级装置63是超声波筛，具有网式过滤器、收容网式过滤器的过滤器壳体、以及使网式过滤器振动的振动元件。分级装置63具有气密性。在分级装置63的下方，设置切换阀S2。切换阀S2选择性地将从分级装置63落下的金属粉末的排出目的地切换为设置于比移送装置61更靠下位的材料罐62或材料容器65中的其中一者。切换阀S2可与分级装置63一体地设置，也可独立地设置。

材料容器65将从材料再利用装置6输送的金属粉末再次供给至腔室7。材料容器65具有：连接构件，将材料再利用装置6与腔室7连接；以及引导构件，将金属粉末引导至涂覆机5的涂覆机头。连接构件例如是将切换阀S2与引导构件连接的蛇腹状的通路。引导构件具有：贮存滑槽，贮存金属粉末；以及闸门，切换金属材料从贮存滑槽排出的接通(ON)/断开(OFF)。本实施方式的材料容器65贮存从分级装置63输送的金属粉末，并且向涂覆机5的涂覆机头供给。当涂覆机5的材料传感器MS5探测到涂覆机头内金属材料不足时，材料容器65打开材料出口，并向涂覆机头补充金属材料。在材料容器65的引导构件设置材料传感器MS6。材料传感器MS6对材料容器65内的金属粉末不足而需要补充的情况进行探测。

在材料再利用装置6可设置氧浓度计OS2。在本实施方式中，氧浓度计OS2与分级装置63连接。当氧浓度计OS2检测到材料再利用装置6中的氧气浓度变高时，从第二惰性气体供给装置2B向材料再利用装置6供给惰性气体，或者增加惰性气体的供给量。以此方式，材料再利用装置6的惰性气体浓度被控制为不会降低。

材料供给管路8C从移送装置61向腔室7输送金属粉末。材料供给管路8C包括：管路8C1，与移送装置61的材料排出口61D和分级装置63连接；以及管路8C2，与分级装置63和材料容器65连接。材料贮存管路8D从移送装置61或分级装置63向材料罐62输送金属粉末。材料贮存管路8D包括：管路8D1，与移送装置61的材料排出口61D和材料罐62连接；以及管路8D2，与分级装置63和材料罐62连接。

管路8C1和管路8D1与切换阀S1连接，切换阀S1将从移送装置61落下的包含夹杂物在内的金属材料的排出目的地切换为材料罐62或分级装置63。管路8C2和管路8D2与切换阀S2连接，切换阀S2将从分级装置63落下的不包含夹杂物在内的金属材料的排出目的地切换为材料罐62或材料容器65。

在管路8D2可设置一个以上的开闭阀V6以及套圈FJ。可构成为可从管路8D2的中途在空的材料瓶MB中对去除夹杂物后的金属粉末进行回收。首先，将开闭阀V6关闭，在套圈FJ的位置将管路8D2分离。然后，材料瓶MB与管路8D2连接，从分级装置63落下的金属材料被回收至材料瓶MB。回收至材料瓶MB的金属材料能够用作层叠造形的材料。

层叠造形装置的控制装置可将硬件与软件任意组合而构成，例如具有中央处理器(central processing unit，CPU)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read only memory，ROM)、辅助存储装置、输入输出接口。控制装置可兼作进行与层叠造形有关的控制的数值控制装置。控制装置与材料传感器MS1、材料传感器MS2、材料传感器MS3、材料传感器MS4、材料传感器MS5、材料传感器MS6、材料传感器MS7及氧浓度计OS1、氧浓度计OS2连接，且可将测定结果用于各部的控制。控制装置可对泵64、开闭阀V1、开闭阀V2、开闭阀V3、开闭阀V4、开闭阀V5、开闭阀V6、开闭阀V7、及切换阀S1、切换阀S2进行控制，从而切换金属粉末或惰性气体的路径，以所期望的路径对金属粉末进行移送。但是，切换阀S1、切换阀S2也可手动控制。

此处，对本实施方式的层叠造形装置的动作进行说明。

在进行层叠造形之前，第一惰性气体供给装置2A对腔室7供给惰性气体，使腔室7内成为惰性气体气氛。另外，第二惰性气体供给装置2B经由材料罐62而对材料再利用装置6供给惰性气体，使材料再利用装置6内成为惰性气体气氛。当在材料罐62内未贮存足够的金属粉末的情况下，操作员从材料瓶MB对材料罐62补充金属粉末。

接着，向涂覆机5补充金属粉末。切换阀S1将来自移送装置61的金属粉末的排出目的地切换为分级装置63。切换阀S2将来自分级装置63的金属粉末的排出目的地切换为材料容器65。通过在打开开闭阀V4的状态下对泵64进行驱动，从而利用移送装置61对材料罐62内的金属粉末进行移送，经由分级装置63而供给至材料容器65。然后，从材料容器65对涂覆机5供给金属粉末。

当层叠造形开始后，层叠造形装置交替地反复进行材料层以及固化层的形成。涂覆机5在水平方向上移动以形成材料层。照射装置4对材料层照射激光，而形成固化层。造形平台12下降，以同样的顺序形成材料层以及固化层。

此处，对层叠造形中的金属粉末的移送进行说明。当材料传感器MS5探测到涂覆机5内的金属粉末的不足时，从材料容器65向涂覆机5补充金属粉末。当材料传感器MS6探测到材料容器65的金属粉末的不足时，移送装置61从第一滑槽14A、第二滑槽14B或材料罐62移送金属粉末，并将其输送至材料容器65。此时，切换阀S1选择管路8C1，切换阀S2选择管路8C2。作为金属粉末的供给源，可为第一滑槽14A、第二滑槽14B或材料罐62中的任一者，另外，可预先确定在选择供给源的方面的优先顺序。以此方式，材料再利用装置6经由材料容器65而向腔室7内供给金属材料。由于通过分级装置63去除夹杂物的作业需要一定程度的时间，因此通过在材料容器65中贮存金属粉末，可在持续进行层叠造形的同时进行向涂覆机5的材料补充。

当材料传感器MS1探测到在第一滑槽14A中贮存了规定量的金属粉末时，可从第一滑槽14A回收金属粉末，并回收至材料罐62。当材料传感器MS2探测到在第二滑槽14B中贮存了规定量的金属粉末时，可从第二滑槽14B回收金属粉末，并回收至材料罐62。此时，在去除夹杂物后回收金属粉末的情况下，切换阀S1选择管路8C1，切换阀S2选择管路8D2。在不去除夹杂物而回收金属粉末的情况下，切换阀S1选择管路8D1。以此方式，材料再利用装置6通过移送装置61而对排出至腔室7外的金属粉末进行回收，并将所回收的金属粉末收容于材料罐62中。

此处，对层叠造形后的金属粉末的移送进行说明。操作员进行对残留于腔室7内的金属粉末进行回收的清扫作业。操作员经由手套箱17B而对抽吸喷嘴18进行操作，将金属粉末从腔室7回收至材料罐62。若如此，则操作员可在前面门17被关闭、腔室7实质上被密闭的状态下进行清扫作业。另外，贮存于第一滑槽14A及第二滑槽14B的金属粉末也被回收至材料罐62。在清扫作业中也从第一惰性气体供给装置2A及第二惰性气体供给装置2B供给惰性气体。惰性气体的供给量可为使腔室7的内压维持在大气压左右的程度的较少的量。

当在清扫作业中回收金属粉末时，在去除夹杂物后回收金属粉末的情况下，切换阀S1选择管路8C1，切换阀S2选择管路8D2。在不去除夹杂物而回收金属粉末的情况下，切换阀S1选择管路8D1。在清扫作业中回收的金属粉末的量比较多，因此为了作业的高速化，可不去除夹杂物而回收金属粉末。

根据本实施方式的层叠造形装置，可在层叠造形中及清扫作业中在将金属粉末维持在惰性气体气氛下的状态下进行作业。金属粉末原则上不与外部气体接触，而可防止金属粉末变质。另外，用于移送金属粉末的惰性气体通过复压管路9G而返送至腔室7，因此可削减惰性气体的使用量，并且可防止外部气体进入腔室7。本实施方式的层叠造形装置在比较昂贵的氩用作惰性气体的情况下特别有利。另外，本实施方式的层叠造形装置在使用铝材或钛材等与氧的反应性高的金属材料的情况下特别有利。

在清洁作业结束后，也可从材料罐62中回收金属粉末。如上所述，也可将材料瓶MB与管路8D2连接，而将金属材料回收至材料瓶MB。

Claims (11)

1.一种层叠造形装置，包括：

腔室，对能够制造三维造形物的区域即造形区域进行覆盖，并由惰性气体填满；

惰性气体供给装置，向所述腔室供给所述惰性气体；

材料回收管路，与所述腔室连接，且供从所述腔室排出的金属粉末流通；

材料罐，贮存所述金属粉末；

材料补充管路，与所述材料罐和所述材料回收管路连接，且供从所述材料罐排出的所述金属粉末流通；

移送装置，包括：真空容器；材料吸入口，设置于所述真空容器并与所述材料回收管路连接；气体排气口，设置于所述真空容器并将所述惰性气体排出；以及材料排出口，设置于所述真空容器并将所述金属粉末排出，且所述移送装置将所述金属粉末与所述惰性气体一起移送；

分级装置，从由所述移送装置移送的所述金属粉末中去除夹杂物；

气体排气管路，与所述气体排气口和所述腔室连接；以及

泵，设置于所述气体排气管路，且将从所述移送装置排出的所述惰性气体输送至所述腔室。

2.根据权利要求1所述的层叠造形装置，还包括复压管路，所述复压管路构成为从所述腔室向所述移送装置供给所述惰性气体，并进行所述真空容器的复压。

3.根据权利要求2所述的层叠造形装置，还包括对所述复压管路进行打开和关闭的开闭阀，

所述开闭阀构成为在所述泵运行时关闭，在所述泵停止后打开。

4.根据权利要求2所述的层叠造形装置，还包括第一旁通管路，所述第一旁通管路与所述腔室和所述材料罐连接且供所述惰性气体流通，

所述复压管路与所述材料回收管路和所述第一旁通管路连接。

5.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中，所述移送装置还包括构成为能够对所述材料排出口进行打开和关闭的底盖。

6.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中，所述移送装置配置于所述金属粉末的移送路径的最高位。

7.根据权利要求1所述的层叠造形装置，还包括框体，所述框体对所述材料罐、所述移送装置、以及所述分级装置进行收容。

8.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中，所述金属粉末是铝材。

9.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中，所述金属粉末是钛材。

10.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是贮存氩气的气瓶。

11.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其中，所述泵是叶片泵。