CN117620222A - 层叠造型装置、及三维造型物的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种层叠造型装置、及三维造型物的制造方法，其能够通过更适当地将造型工作台上的剩余材料去除而实现造型物的取出的无人化。在本发明的层叠造型装置中，造型工作台构成为能够通过工作台驱动机构上下运动，材料层形成装置构成为向载置于造型区域的底板上供给材料粉体而形成材料层，卡盘装置构成为能够将底板装卸自如且固定于造型区域内，材料回收装置包括能够对造型工作台上的剩余材料进行抽吸的抽吸喷嘴，移动装置构成为能够移动抽吸喷嘴，机器人构成为能够将底板及造型物从腔室取出，控制装置交替地反复进行对工作台驱动机构进行控制而使造型工作台上升规定的上升量、及在使抽吸喷嘴移动的同时进行剩余的材料粉体的抽吸。

Description

层叠造型装置、及三维造型物的制造方法

技术领域

本发明涉及一种层叠造型装置、及三维造型物制造方法。

背景技术

在三维造型物的层叠造型中，已知有各种方式。例如，实施粉末床熔融结合的层叠造型装置在配置于腔室内的造型工作台上的造型区域配置底板，向造型区域供给材料粉体而形成材料层，通过将激光或电子束照射至材料层的规定位置而使材料粉体烧结或熔融从而形成固化层。通过反复进行材料层及固化层的形成而在底板上层叠固化层，根据需要在造型中或造型后进行利用切削机构的切削加工，由此制造所期望的三维造型物。

在粉末床熔融结合那样的使用材料粉体的层叠造型中，并非供给至造型区域的材料粉体全部固化。在造型后，造型物、底板或造型工作台上会残存未固化的材料粉体，因此在将造型物从腔室取出时需要去除剩余材料。

如专利文献1所公开那样，公知的是在层叠造型装置中设置用于对剩余材料进行抽吸去除的抽吸喷嘴。在取出造型物之前，操作者操作抽吸喷嘴来对剩余材料进行抽吸，由此将剩余材料去除。此处，有在造型后欲自动将造型物从腔室取出的需求。例如，在对造型物进行二次加工的情况下，有如下需求：欲将造型物从层叠造型装置取出并自动输送至二次加工装置的一系列工序自动化。在自动将造型物从腔室取出时，需要自动将造型后的剩余材料去除。专利文献2公开了利用抽吸喷嘴将在造型后残存的剩余材料自动去除的结构。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利第6132962号公报

[专利文献2]日本专利特开2002-205339号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

在如专利文献2所示那样的自动对剩余材料进行抽吸去除的现有的层叠造型装置中，在造型物的凹坑等容易残留剩余材料而去除不充分。在造型工作台上残存有剩余材料的情况下，无法取出造型物，而妨碍无人化。

本发明是鉴于如上所述的情况而成，其目的在于提供一种层叠造型装置、及三维造型物的制造方法，其能够通过更适当地将造型工作台上的剩余材料去除，而实现造型物的取出的无人化。

[解决问题的技术手段]

根据本发明，提供以下发明。

[1]一种层叠造型装置，包括：造型工作台、腔室、材料层形成装置、卡盘装置、材料回收装置、移动装置、机器人、以及控制装置，所述层叠造型装置中，所述造型工作台构成为能够通过工作台驱动机构上下运动，所述腔室覆盖所述造型工作台上所设置的形成有造型物的区域即造型区域，所述材料层形成装置向载置于所述造型区域的底板上供给材料粉体而形成材料层，所述卡盘装置配置于所述造型工作台上，构成为能够将所述底板装卸自如且固定于所述造型区域内，所述材料回收装置包括：能够对所述造型工作台上的剩余的所述材料粉体进行抽吸的抽吸喷嘴，所述移动装置构成为能够移动所述抽吸喷嘴，所述机器人构成为能够将所述底板及在所述底板上造型的所述造型物从所述腔室取出，所述控制装置交替地反复进行对所述工作台驱动机构进行控制而使所述造型工作台上升规定的上升量、及在使所述抽吸喷嘴移动的同时进行剩余的所述材料粉体的抽吸。

[2]根据[1]所述的层叠造型装置，包括：检测部件，所述检测部件能够对由所述抽吸喷嘴抽吸的被抽吸物中的所述材料粉体的比例进行检测。

[3]根据[2]所述的层叠造型装置，其中，所述检测部件为流量传感器。

[4]根据[2]或[3]所述的层叠造型装置，其中，所述控制装置对所述工作台驱动机构进行控制，以在所述被抽吸物中的所述材料粉体的比例大于规定值的情况下，使所述造型工作台下降规定的下降量。

[5]根据[1]至[4]中任一项所述的层叠造型装置，其中，所述控制装置基于所期望的三维造型物的形状数据，对所述移动装置进行控制，以使所述抽吸喷嘴在规定的位置采取规定的姿势。

[6]根据[1]至[5]中任一项所述的层叠造型装置，包括：粉体保持壁，围绕所述造型工作台，并设置成将所述材料粉体保持于所述造型工作台上；以及材料回收桶，构成为对排出至所述粉体保持壁的外侧的剩余的所述材料粉体进行收容，所述材料回收装置包括回收模式及抽吸模式作为运转模式，所述控制装置构成为进行所述运转模式的切换，所述材料回收装置构成为：在所述回收模式中，对所述材料回收桶内的所述材料粉体进行回收，且在将杂质去除后将所述材料粉体供给至所述材料层形成装置，在所述抽吸模式中，利用所述移动装置使所述抽吸喷嘴移动，利用所述抽吸喷嘴对所述造型工作台上的剩余的所述材料粉体进行抽吸。

[7]根据[1]至[6]中任一项所述的层叠造型装置，其中，所述卡盘装置的侧面被卡盘盖覆盖，所述卡盘盖包括外侧盖及内侧盖，所述外侧盖覆盖所述内侧盖的侧面的至少一部分，所述内侧盖覆盖所述卡盘装置的所述侧面。

[8]根据[1]至[7]中任一项所述的层叠造型装置，其中，所述卡盘装置经由安装板而对所述底板进行固定。

[9]根据[1]至[8]中任一项所述的层叠造型装置，其中，所述抽吸喷嘴在前端侧包括抽吸部，所述抽吸部具有以倾斜面将前端侧的端面切断而成的筒形形状，在所述倾斜面设置有开口部。

[10]根据[1]至[9]中任一项所述的层叠造型装置，其中，所述机器人兼作所述移动装置。

[11]根据[10]所述的层叠造型装置，其中，所述机器人将所述底板搬入至所述腔室。

[12]根据[11]所述的层叠造型装置，其中，所述机器人在将所述造型物从所述腔室取出后，使所述造型物反转。

[13]一种制造方法，是三维造型物的制造方法，包括：载置工序、固化层形成工序、抽吸工序、以及取出工序，在所述载置工序中，通过利用配置于造型工作台上的卡盘装置装卸自如地对底板进行固定，将所述底板载置于所述造型工作台上所设置的形成有造型物的区域即造型区域，在所述固化层形成工序中，反复进行向所述底板上供给材料粉体而形成材料层的材料层形成工序、及通过对所述材料层的规定的照射区域照射激光或电子束而形成固化层的固化工序，由此层叠所述固化层，在所述抽吸工序中，交替地反复进行利用工作台驱动机构使所述造型工作台上升规定的上升量、及在利用移动装置使抽吸喷嘴移动的同时进行剩余的所述材料粉体的抽吸，在所述取出工序中，将所述底板及在所述底板上造型的所述三维造型物从覆盖所述造型区域的腔室取出。

[发明的效果]

在本发明的层叠造型装置中，设置有能够利用移动装置移动的抽吸喷嘴，控制装置在对工作台驱动机构进行控制而使造型工作台逐渐上升的同时利用抽吸喷嘴对剩余材料进行抽吸去除，因此对造型物施加振动，造型物上的剩余材料落下至底板或造型工作台上。由此，可更适当地将造型工作台上的剩余材料去除。此时，自动进行利用抽吸喷嘴的剩余材料的去除，因此能够实现造型物的取出的无人化。

附图说明

图1是本发明一实施方式的层叠造型装置100的概略结构图。

图2是层叠造型装置100的材料层形成装置2的立体图。

图3是自材料层形成装置2的涂覆机头22的上方的立体图。

图4是自材料层形成装置2的涂覆机头22的下方的立体图。

图5是表示将底板83固定于卡盘装置5的状态的立体图。

图6是图5的A-A线的剖面图。

图7是表示将托盘85、定位板86、及轴87分解的状态的立体图。

图8是表示将卡盘盖53从卡盘装置5拆下的状态的立体图。

图9A及图9B是表示抽吸喷嘴79的抽吸部79a的前端的图。图9A是正面图，图9B是右侧面图。

图10是用于对利用抽吸喷嘴79对剩余材料层81a的剩余材料的抽吸形态进行说明的图。

图11是层叠造型装置100的控制装置9的结构图。

图12是使用层叠造型装置100的三维造型物W的制造方法的流程图。

图13是用于对使用层叠造型装置100的三维造型物W的制造方法进行说明的图。

图14是用于对固化层形成工序进行说明的图。

图15是用于对抽吸工序进行说明的图。

[符号的说明]

1：腔室

1a：窗

2：材料层形成装置

3：照射装置

4：造型工作台

5：卡盘装置

6：机器人

7：材料回收装置

9：控制装置

10：材料供给单元

11：材料槽

12：主管道

13：中间管道

13a：中间管道出口

14：开闭器

17：污染防止装置

17a：框体

17b：扩散构件

21：底座

22：涂覆机头

22a：材料收容部

22b：材料供给口

22c：材料排出口

22fb：刀片

22rb：刀片

23：涂覆机头驱动装置

41：工作台驱动机构

42：粉体保持壁

51：卡盘底座

52：夹持单元

52a：第一凸部

52b：第二凸部

52c：抵接凹部

52d：滚珠

52e：插入孔

53：卡盘盖

54：外侧盖

54a：外侧被覆部

54b：上表面部

55：内侧盖

55a：内侧被覆部

55b：凸缘部

70：材料回收桶

70a：粉体排出部

70b：粉体排出部

70c：斜槽引导件

70d：斜槽引导件

70e：斜槽

71：材料回收用搬送装置

71a：排气口

71b：抽吸口

72：切换阀

73：杂质去除装置

74：抽吸装置

75：切换阀

76：材料供给桶

77：材料干燥装置

78：材料供给用搬送装置

78a：排气口

79：抽吸喷嘴

79a：抽吸部

79b：开口部

81：材料层

81a：剩余材料层

82：固化层

83：底板

84：安装板

85：托盘

86：定位板

86a：第一开口部

86b：第二开口部

86c：支承脚

86d：安装轴

87：轴

87a：卡紧栓

87b：卡止部

87c：凹部

90a：CAD装置

90b：CAM装置

91：数值控制部

91a：存储部

91b：运算部

91c：存储器

92：作业门控制部

93：材料层形成控制部

94：照射控制部

95：工作台控制部

96：卡盘控制部

97：机器人控制部

98：材料供给/回收控制部

100：层叠造型装置

B：激光

G：间隙

R：造型区域

W：三维造型物

具体实施方式

以下，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。以下所示的实施方式中示出的各特征事项能够相互组合。另外，针对各特征事项，发明独立成立。

1.层叠造型装置100

图1是本实施方式的层叠造型装置100的概略结构图。层叠造型装置100包括：腔室1、材料层形成装置2、照射装置3、造型工作台4、卡盘装置5、机器人6、材料回收装置7、移动装置、以及控制装置9。在配置于腔室1内的造型工作台4上所设置的造型区域R中，通过反复进行材料层81及固化层82的形成，可形成所期望的三维造型物W。

1.1.腔室1

腔室1覆盖形成有所期望的三维造型物W的区域即造型区域R。腔室1的内部充满由惰性气体供给装置(未图示)供给的规定浓度的惰性气体。本说明书中所谓惰性气体是实质上不与材料层81或固化层82反应的气体，根据材料的种类进行选择，例如能够使用氮气、氩气、氦气。在形成固化层82时产生的包含烟雾的惰性气体从腔室1排出，在烟雾收集器(未图示)中去除烟雾后被供给至腔室1进行再利用。烟雾收集器例如为电气集尘器或过滤器。

在腔室1的上表面，设置有作为激光B的透过窗的窗1a。窗1a由能够透过激光B的材料形成。具体而言，窗1a的材料是根据激光B的种类，从石英玻璃或硼硅酸玻璃或锗、硅、硒化锌或溴化钾的晶体等中选择。例如，在激光B为纤维激光或钇铝石榴石(yttriumaluminum garnet，YAG)激光的情况下，窗1a能够包括石英玻璃。

另外，在腔室1的上表面，以覆盖窗1a的方式设置有污染防止装置17。污染防止装置17包括：圆筒形状的框体17a、以及配置于框体17a内的圆筒形状的扩散构件17b。供给至框体17a与扩散构件17b之间的空间的清洁的惰性气体穿过扩散构件17b的壁面上所形成的细孔而充满扩散构件17b的内部，进而穿过设置于框体17a的底面的开口部而朝向下方喷出。通过此种结构，可防止烟雾附着于窗1a，从而自激光B的照射路径中排除烟雾。

另外，在腔室1设置有由控制装置9控制而能够开闭的作业门(未图示)。向腔室1搬入底板83时、或从腔室1取出底板83及造型物W时，作业门打开，机器人6出入腔室1而进行搬入搬出作业。在不进行搬入搬出作业时，特别是在造型中，作业门关闭。

1.2.材料层形成装置2

材料层形成装置2向载置于造型区域R的底板83上供给材料粉体而形成材料层81。如图1至图4所示，材料层形成装置2设置于腔室1的内部，包括：底座21及配置于底座21上的涂覆机头22。涂覆机头22构成为能够通过涂覆机头驱动装置23在水平单轴方向上往复移动。

如图3及图4所示，涂覆机头22包括：材料收容部22a、材料供给口22b、以及材料排出口22c。材料供给口22b设置于材料收容部22a的上表面，为沿材料收容部22a的长度方向延伸的矩形形状，成为从材料供给单元10向材料收容部22a供给的材料粉体的接收口。材料排出口22c设置于材料收容部22a的底面，将材料收容部22a内的材料粉体排出。材料排出口22c具有沿材料收容部22a的长度方向延伸的狭缝形状。在涂覆机头22的两侧面设置有平板状的刀片22fb、刀片22rb。刀片22fb、刀片22rb使从材料排出口22c排出的材料粉体平坦化，形成材料层81。

1.3.照射装置3

如图1所示，照射装置3设置于腔室1的上方。照射装置3向形成于造型区域R内的材料层81的照射区域照射激光B，使材料粉体熔融或烧结而固化，形成固化层82。激光B只要能够使材料粉体烧结或熔融即可，例如为光纤激光器、CO₂激光器、YAG激光器。此外，照射装置3也可构成为照射电子束来代替激光B而使材料层81固化。

1.4.造型工作台4

造型工作台4设置于腔室1内，在其上表面设置有造型区域R。造型工作台4构成为能够通过工作台驱动机构41上下运动。本实施方式的工作台驱动机构41是使用马达作为驱动源而构成。此外，工作台驱动机构41的结构并不限定于本实施方式的例子，只要能够使造型工作台4沿上下(铅垂)方向移动，也可为其他形态。

1.5.卡盘装置5

卡盘装置5配置于造型工作台4上，构成为能够将底板83装卸自如且固定于造型区域R内。通过卡盘装置5对底板83进行保持并固定，将底板83载置于造型区域R内。

底板83可通过卡盘装置5直接固定，也可经由安装板84等其他构件而固定。在本实施方式中，如图1、图5、及图6所示，底板83经由安装板84及托盘85而由卡盘装置5装卸自如地固定。具体而言，在托盘85的底面以朝向下方突出的方式安装轴87，利用卡盘装置5握持轴87，由此装卸自如地对托盘85进行固定。另外，安装板84使用螺栓等固定构件而固定于托盘85上，底板83使用螺栓等固定构件而固定于安装板84上。即，从下侧起依次配置卡盘装置5、托盘85、安装板84、底板83，在底板83的上表面造型三维造型物W。

如图6至图8所示，本实施方式的卡盘装置5包括：配置于造型工作台4上的卡盘底座51、以及配置于卡盘底座51上的夹持单元52。

卡盘底座51用于将卡盘装置5固定于造型工作台4上。在本实施方式中，在俯视时呈四边形形状的卡盘底座51的四角通过螺栓等固定构件而固定于造型工作台4。

夹持单元52具有大致有底圆筒形状。在夹持单元52的上表面，以俯视下的同心圆状分别设置有多个(在一例中为四个)第一凸部52a及第二凸部52b，进而，设置有多个(在一例中为四个)从俯视下的自中心以放射状形成的抵接凹部52c。另外，如图6所示，在夹持单元52的内部，沿着轴87的周向等间隔地配置有多个滚珠52d，作为将轴87卡止的卡止构件。

如图6及图7所示，轴87包括：卡紧栓87a、以及设置于卡紧栓87a的外侧的卡止部87b。在卡紧栓87a的上端侧形成有螺纹部，通过将所述螺纹部与形成于托盘85的底面的螺纹孔螺合，将卡紧栓87a安装于托盘85。另外，卡紧栓87a的下端插入至夹持单元52的插入孔52e，夹持单元52的滚珠52d与卡止部87b的凹部87c卡合，由此轴87卡止。由此，将托盘85固定于卡盘装置5。

进而，在本实施方式中，在托盘85与夹持单元52之间夹装有定位板86。定位板86使用螺栓等固定构件而固定于托盘85的底面。在定位板86分别设置有多个(在一例中为四个)第一开口部86a及第二开口部86b。第一开口部86a及第二开口部86b设置于在俯视下分别与夹持单元52的第一凸部52a及第二凸部52b重叠的位置，通过第一凸部52a插通至第一开口部86a，第二凸部52b插通至第二开口部86b，定位板86在水平方向上被定位。

另外，在定位板86的下表面，使用安装轴86d而安装多个(在一例中为四个)支承脚86c。支承脚86c安装于在俯视下与抵接凹部52c重叠的位置，通过支承脚86c的底面与抵接凹部52c抵接，定位板86在铅垂方向上被定位。通过将定位板86安装于托盘85，在利用卡盘装置5对托盘85进行固定时，可将固定于托盘85上的安装板84及底板83以高精度配置于水平方向及铅垂方向上的规定的位置。

在本实施方式中，底板83经由其他构件(安装板84及托盘85)而固定于卡盘装置5。在此种结构中，用于安装轴87或定位板86的螺纹孔等安装部只要形成于所述其他构件即可，另外，所述其他构件可在造型后将一部分或全部从底板83拆下并进行再利用。因此，不需要根据卡盘装置5的形态在底板83设置安装部，因此能够更廉价地制造底板83。

如图5及图6所示，在本实施方式中，卡盘装置5的侧面由卡盘盖53覆盖。卡盘盖53包括外侧盖54及内侧盖55。外侧盖54覆盖内侧盖55的侧面的至少一部分，内侧盖55覆盖卡盘装置5的侧面。作为卡盘盖53的原材料，可使用金属或树脂等。

具体而言，如图6及图8所示，内侧盖55包括：圆筒形状的内侧被覆部55a、以及在内侧被覆部55a的下端向径向外侧伸出的凸缘部55b。内侧被覆部55a覆盖卡盘装置5的夹持单元52的侧面。内侧盖55在凸缘部55b中固定于卡盘底座51上。另外，外侧盖54包括：圆筒形状的外侧被覆部54a、以及在外侧被覆部54a的上端向径向内侧伸出的上表面部54b。外侧被覆部54a覆盖内侧被覆部55a的侧面中的上侧的一部分。外侧盖54在上表面部54b中，在上表面部54b的上表面与托盘85的底面接触的状态下固定于托盘85。另外，外侧盖54及内侧盖55以外侧被覆部54a与内侧被覆部55a成为同轴的方式配置。通过此种结构，在造型中或造型完成后解除利用卡盘装置5对底板83的固定时，可防止剩余材料侵入至卡盘装置5的内部、特别是夹持单元52。

另外，如图6所示，在外侧盖54与内侧盖55之间设置间隙G。具体而言，对于外侧被覆部54a的内径D1及内侧被覆部55a的外径D2，通过以满足D1＞D2的条件的方式设计外侧盖54与内侧盖55，而设置间隙G。此外，间隙G优选为以外侧被覆部54a的内表面与内侧被覆部55a的外表面之间的距离(在本实施方式中为(D1-D2)/2)为1mm～10mm的方式设置。在此种结构中，从底板83上落下的剩余材料等粉体到达卡盘盖53内部的路径弯曲，因此可更有效果地防止粉体的侵入。

此外，卡盘盖53的结构并不限定于本实施方式的例子。例如，也可将内侧被覆部55a及外侧被覆部54a设为方筒形状。根据图6至图8所示的实施方式的卡盘装置5，不管机器人6利用何种工艺对剩余的材料粉体进行抽吸并去除，均可减少由于剩余的材料粉体侵入至夹持单元52而无法继续进行造型的事态产生的可能性，因此对连续的造型的无人运转进行支援。

1.6.机器人6

机器人6构成为能够将底板83及在底板83上造型的造型物W从腔室1取出。在本实施方式中，在造型完成后使夹持单元52的滚珠52d从凹部87c卡合/脱离，由此将利用卡盘装置5对托盘85的固定解除。在所述状态下，机器人6握持托盘85的规定部位，或者将支撑杆插入至托盘85的侧面上所设置的支撑孔(未图示)并抬起，由此将底板83及造型物W经由安装板84、托盘85、轴87、及外侧盖54以及作业门而从腔室1取出。

另外，也可将机器人6构成为在将造型物W从腔室1取出后，使其移动至规定位置并使造型物W沿上下方向反转。通过使造型物W反转，可使附着于造型物W或底板83的剩余材料落下并去除。此时，也可将反转后的造型物W载置于腔室1的外部上所设置的精加工装置(未图示)，自动或手动地进行剩余材料的精加工去除。作为精加工去除，例如可列举如下方法：利用抽吸喷嘴对材料粉体进行抽吸、或者使造型物W振动而使材料粉体落下、将造型物W搬送至腔室1外的抽吸腔室(未图示)而进行粉末的抽吸去除等。

在对造型物W进行二次加工的情况下，机器人6使从腔室1取出的底板83及造型物W移动至二次加工装置(未图示)。

此外，本实施方式的机器人6也用于在造型开始前将底板83搬入至腔室1内。具体而言，在设置于腔室1的外部的储料器(未图示)，以将底板83、安装板84、托盘85、轴87、及外侧盖54一体化的底板组的状态进行保管，机器人6通过握持托盘85的规定部位、或者通过将支撑杆插入至托盘85的侧面上所设置的支撑孔并抬起，从作业门将底板组搬入至腔室1内，将轴87的下端插入至夹持单元52。通过使滚珠52d与所插入的轴87的凹部87c卡合，利用卡盘装置5对托盘85进行固定。

1.7.材料粉体的供给、回收系统

接着，对包含材料回收装置7的材料粉体的供给、回收系统进行说明。如图1所示，在腔室1的壁面附近设置有材料供给单元10。材料供给单元10包括：材料槽11、主管道12、以及中间管道13。材料槽11收容新颖的材料粉体，穿过主管道12而供给至中间管道13。

中间管道13能够沿上下方向移动，构成为从中间管道出口13a将材料粉体排出。本实施方式的中间管道出口13a为沿与涂覆机头22的材料供给口22b大致相同的方向延伸的矩形形状。另外，中间管道出口13a构成为能够通过开闭器14开闭。中间管道出口13a在通常时由开闭器14关闭。在补充材料粉体时，涂覆机头22移动至中间管道13的正下方，中间管道13移动至中间管道出口13a成为比材料收容部22a的上端更低的位置。在所述状态下，开闭器14打开，补充材料粉体。

在本实施方式中，以围绕造型工作台4的方式设置有粉体保持壁42。通过粉体保持壁42，材料粉体保持于造型工作台4上。另外，设置有材料回收桶70，所述材料回收桶70构成为对排出至粉体保持壁42的外侧的剩余材料进行收容。

在材料层形成装置2的底座21设置有与材料回收桶70连通的至少一个粉体排出部70b。被移动的涂覆机头22挤出的剩余材料或杂质从粉体排出部70b排出，由斜槽引导件70d引导至斜槽70e，并收容于材料回收桶70。此外，粉体排出部70b也可构成为能够通过开闭器(未图示)打开/关闭。进而，也可在粉体保持壁42的下侧设置能够将粉体保持壁42的内侧的材料粉体排出的粉体排出部70a，在层叠造型完成后使造型工作台4下降，由此将未固化的材料粉体或切削屑等杂质的一部分从粉体排出部70a排出。在此情况下，从粉体排出部70a排出的材料粉体由斜槽引导件70c引导至斜槽70e，并收容于材料回收桶70。

如图1所示，本实施方式的材料回收装置7包括：材料回收用搬送装置71、杂质去除装置73、抽吸装置74、材料供给桶76、材料干燥装置77、材料供给用搬送装置78、以及抽吸喷嘴79。材料回收用搬送装置71的抽吸口71b经由切换阀72并通过配管等而连接于材料回收桶70，材料回收桶70内的包含杂质的材料粉体通过材料回收用搬送装置71被搬送至杂质去除装置73。作为杂质，例如可列举在照射时产生的溅射淀积、或通过切削加工等产生的加工屑。杂质去除装置73从自材料回收用搬送装置71搬送的材料粉体将杂质去除。去除了杂质的材料粉体收容于材料供给桶76内。材料干燥装置77使材料供给桶76内的材料粉体干燥。由材料干燥装置77干燥的材料粉体通过连接于主管道12的上部的材料供给用搬送装置78被供给至主管道12内并进行再利用。

材料回收用搬送装置71及材料供给用搬送装置78在内部具有旋风方式的过滤器，过滤器的排气口71a及排气口78a经由切换阀75并通过配管等而连接于抽吸装置74。抽吸装置74具有能够一并对气体与固体进行抽吸的抽吸力，例如使用清洁器等而构成。当利用抽吸装置74一并对材料粉体或杂质等固体与气体进行抽吸时，过滤器利用比重差仅使固体从气流分离并落下。由此，固体被搬送，气体从排气口71a、排气口78a被抽吸至抽吸装置74。此外，可将一台抽吸装置74经由切换阀75而能够切换地连接于材料回收用搬送装置71及材料供给用搬送装置78，也可在材料回收用搬送装置71及材料供给用搬送装置78分别独立地连接有各一台抽吸装置74。

抽吸喷嘴79构成为能够对造型工作台4上的剩余的材料粉体进行抽吸。另外，抽吸喷嘴79能够通过移动装置移动。在本实施方式中，机器人6兼作移动装置。具体而言，在腔室1外的收纳部(未图示)收纳有抽吸喷嘴79，机器人6可握持抽吸喷嘴79并从作业门移动至腔室1内，配置于任意的位置。另外，也可通过利用机器人6使抽吸喷嘴79倾斜等操作，使抽吸喷嘴79相对于造型物W的姿势变化。

本实施方式的抽吸喷嘴79经由切换阀72并利用配管等而连接于材料回收用搬送装置71的抽吸口71b。例如，可在具有柔性的软管的一端安装抽吸喷嘴79，经由切换阀72而将软管的另一端连接于抽吸口71b。从抽吸喷嘴79抽吸的材料粉体利用与所述相同的方法，在进行了杂质的去除处理、及干燥处理后被供给至主管道12内。

本实施方式的层叠造型装置100包括：能够对由抽吸喷嘴79抽吸的被抽吸物中的材料粉体的比例进行检测的检测部件(未图示)。作为被抽吸物中的材料粉体的比例，例如可使用被抽吸物中的材料粉体的体积流量比例或质量流量比例、或规定的检测区域中的面积比例。作为检测部件，例如可使用流量传感器、或照相机等摄像装置。在本实施方式中，在抽吸喷嘴79或安装有抽吸喷嘴79的软管的内部设置流量传感器作为检测部件。作为一例，流量传感器构成为能够对被抽吸物中的粉体的体积流量进行检测。具体而言，流量传感器在抽吸喷嘴79或软管的内部的规定位置发出微波并接收其反射波。反射波的频率及振幅根据通过所述规定位置的被抽吸物中的粉体量而发生变化，因此可基于所述变化对被抽吸物中的材料粉体的体积流量进行检测，获取材料粉体的体积流量比例。由检测部件所得的检测结果被输出至控制装置9。此外，检测部件可构成为直接对被抽吸物中的材料粉体的比例进行检测，也可构成为间接地对材料粉体的比例进行检测。在间接进行检测的情况下，例如，也可对被抽吸物中的气体的比例进行检测，根据检测结果获取材料粉体的比例。

图9A及图9B是表示抽吸喷嘴79的抽吸部79a的前端的图。图9A是正面图，图9B是右侧面图。本实施方式的抽吸喷嘴79在前端侧包括抽吸部79a。另外，在图9A及图9B中省略了图示，但在抽吸喷嘴79的基端侧设置有作为移动装置的机器人6能够握持的握持部。抽吸部79a具有以倾斜面将前端侧的端面切断而成的筒形形状，在倾斜面设置有开口部79b。剩余材料被从开口部79b抽吸。

在此种结构中，如图10所示，当使抽吸喷嘴79接近包含剩余材料的层(剩余材料层81a)并使开口部79b的一部分埋入至剩余材料层81a内时，材料粉体被从开口部79b抽吸。此时，从开口部79b中未埋入至剩余材料层81a内的部分抽吸气体。通过一并对材料粉体以及气体进行抽吸，可避免被抽吸物中的固体的比例过剩而抽吸力降低、或抽吸喷嘴79及软管的内部产生堵塞的事态。

本实施方式的材料回收装置7包括回收模式及抽吸模式作为运转模式，通过后述的控制装置9的材料供给/回收控制部98进行运转模式的切换。在回收模式中，材料回收装置7对材料回收桶70内的材料粉体进行回收，且在将杂质去除后将材料粉体供给至材料层形成装置2。另一方面，在抽吸模式中，材料回收装置7利用作为移动装置的机器人6使抽吸喷嘴79移动，利用抽吸喷嘴79抽吸造型工作台4上的剩余的材料粉体。在本实施方式中，材料供给/回收控制部98对切换阀72进行切换，由此在利用材料回收用搬送装置71进行的材料粉体的搬送源为材料回收桶70的回收模式与所述搬送源为抽吸喷嘴79的抽吸模式之间进行切换。

1.8.控制装置9

如图11所示，层叠造型装置100的控制系统包含：计算机辅助设计(ComputerAided Design，CAD)装置90a、计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)装置90b、及控制装置9。这些装置是将中央处理器(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、输入输出接口等硬件及软件任意地组合而构成。以下，限定于由控制系统进行的控制动作中与本发明的关联较强的控制进行说明。

CAD装置90a制作确定造型对称的三维造型物W的形状及尺寸的三维形状数据(CAD数据)。CAM装置90b基于CAD数据制作规定了对层叠造型装置100的指令的项目文件。CAM装置90b经由通信线或存储介质而将项目文件发送至控制装置9。

控制装置9按照项目文件，对材料层形成装置2、照射装置3、造型工作台4、卡盘装置5、机器人6、材料回收装置7、及移动装置等层叠造型装置100的构成元件进行控制，而进行层叠造型。控制装置9包括：数值控制部91及层叠造型装置100的构成元件的控制部92、控制部93、控制部94、控制部95、控制部96、控制部97、控制部98。

数值控制部91按照CAM装置90b制作的项目文件将层叠造型装置100的构成元件的动作指令输出至各控制部92、93、94、95、96、97、98，包括：存储部91a、运算部91b、以及存储器91c。存储部91a存储从CAM装置90b获取的项目文件。运算部91b按照项目文件执行用于对层叠造型装置100的构成元件进行数值控制的运算处理。存储器91c在利用运算部91b进行的运算处理的过程中暂时存储数值或数据。

层叠造型装置100的构成元件的控制部92、控制部93、控制部94、控制部95、控制部96、控制部97、控制部98基于来自数值控制部91的动作指令来对各构成元件的动作进行控制。具体而言，作业门控制部92对作业门进行控制而使其适时地打开/关闭。材料层形成控制部93对涂覆机头驱动装置23进行控制而使涂覆机头22沿水平单轴方向往复移动。照射控制部94对照射装置3进行控制，以使激光B以规定的条件照射至照射区域内的规定的位置。

工作台控制部95对工作台驱动机构41进行控制，使造型工作台4沿上下方向移动而配置于规定的位置。卡盘控制部96对卡盘装置5的夹持单元52进行控制来对底板83的固定及固定解除进行切换。

机器人控制部97对机器人6进行控制，进行向腔室1内搬入底板83、从腔室1取出底板83及造型物W，除此以外，根据需要，进行从腔室1取出后的造型物W的反转、及向二次加工装置的移动。另外，在本实施方式中，机器人6兼作抽吸喷嘴79的移动装置。因此，机器人控制部97对作为移动装置的机器人6进行控制而使抽吸喷嘴79移动，并在规定的位置以规定的姿势配置。

材料供给/回收控制部98对材料回收装置7及材料供给单元10进行控制。另外，进行材料回收装置7的运转模式的切换。

此外，除了所述结构以外，层叠造型装置100也可在腔室1内包括：用于根据需要对固化层82及造型物W进行切削加工等机械加工的机械加工装置(未图示)。机械加工装置例如是将用于进行切削等机械加工的工具(例如，立铣刀)安装于加工头而构成，使加工头沿水平方向及铅垂方向适宜移动而对固化层82或造型物W进行机械加工。另外，工具也可构成为通过安装于加工头的主轴而能够旋转。

2.三维造型物W的制造方法

接着，参照图12对使用了本实施方式的层叠造型装置100的三维造型物W的制造方法进行说明。

2.1.载置工序S1

在载置工序S1中，将底板83载置于造型工作台4上的造型区域R。具体而言，首先，作业门控制部92对作业门进行控制而打开。另外，机器人控制部97对机器人6进行控制而使底板组从腔室1外部的储料器搬入至腔室1内。机器人6从开放的作业门将底板组搬入至腔室1内，将轴87的下端插入至夹持单元52的插入孔52e。在所述状态下，卡盘控制部96对卡盘装置5的夹持单元52进行控制而使滚珠52d与轴87的卡止部87b卡合。由此，如图13所示，底板83在装卸自如地固定于卡盘装置5的状态下载置于造型区域R。另外，卡盘装置5的侧面被包括外侧盖54及内侧盖55的卡盘盖53覆盖。

载置底板83后，机器人控制部97对机器人6进行控制而使其退避至腔室1外，作业门控制部92将作业门关闭。其后，从惰性气体供给装置向腔室1内供给并充满惰性气体。由此，成为能够开始造型的状态。

2.2.材料供给工序S2

在材料供给工序S2中，向材料层形成装置2的材料收容部22a供给并收容材料粉体。具体而言，材料层形成控制部93对涂覆机头驱动装置23进行控制而使涂覆机头22移动至中间管道13的正下方。在所述状态下，材料供给/回收控制部98对材料供给单元10进行控制，将开闭器14打开而将材料粉体供给至材料收容部22a内。在供给了充分量的材料粉体的时间点，材料供给/回收控制部98将开闭器14关闭而停止供给。其后，材料层形成控制部93对涂覆机头驱动装置23进行控制而使涂覆机头22移动至造型区域R。此外，材料供给工序S2在从造型开始至结束的期间，为了将材料粉体补充至材料收容部22a而适时地进行多次。

2.3.固化层形成工序S3

接着，进行固化层形成工序S3。在固化层形成工序S3中，通过反复进行向底板83上供给材料粉体而形成材料层81的材料层形成工序S3-1、及通过对材料层81的规定的照射区域照射激光B而形成固化层82的固化工序S3-2，来层叠固化层82。

具体而言，首先，工作台控制部95对工作台驱动机构41进行控制而将造型工作台4配置于规定的高度。在所述状态下，材料层形成控制部93对涂覆机头驱动装置23进行控制而使涂覆机头22从图13的左侧移动至右侧。由此，在底板83上形成第一层材料层81。接着，照射控制部94对照射装置3进行控制而对第一层材料层81的规定的照射区域照射激光B或电子束。由此，如图14所示，使第一层材料层81固化而获得第一层固化层82。

继而，进行第二次材料层形成工序S3-1。在形成第一层固化层82后，工作台控制部95对工作台驱动机构41进行控制而使造型工作台4的高度下降与材料层81的一层相当的量。在所述状态下，材料层形成控制部93对涂覆机头驱动装置23进行控制而使涂覆机头22从图14的造型区域R的右侧移动至左侧。由此，形成第二层材料层81，以覆盖第一层固化层82。然后进行第二次固化工序S3-2。利用与所述相同的方法，通过对第二层材料层81的规定的照射区域照射激光B，使第二层材料层81固化而获得第二层固化层82。

反复进行材料层形成工序S3-1及固化工序S3-2，层叠多个固化层82，直至获得所期望的三维造型物W。邻接的固化层82相互牢固地固接。另外，在造型中或造型后，根据需要进行利用机械加工装置的切削加工等。

2.4.材料回收工序S4

与固化层形成工序S3并行地进行材料回收工序S4。在材料回收工序S4中，材料回收装置7以回收模式运作。具体而言，材料供给/回收控制部98对切换阀72进行切换，以使利用材料回收用搬送装置71进行的材料粉体的搬送源成为材料回收桶70。另外，使材料回收用搬送装置71、杂质去除装置73、抽吸装置74、材料供给桶76、材料干燥装置77、及材料供给用搬送装置78运作，对材料回收桶70内的包含杂质的材料粉体进行杂质的去除处理、及干燥处理，然后供给至主管道12内。

2.5.抽吸工序S5

造型完成后，进行抽吸工序S5。在抽吸工序S5中，利用抽吸喷嘴79对造型工作台4上的剩余材料进行抽吸。具体而言，首先，作业门控制部92对作业门进行控制而打开。接着，机器人控制部97对作为移动装置的机器人6进行控制，握持抽吸喷嘴79而使其从作业门移动至腔室1内。另外，在抽吸工序S5中，材料回收装置7以抽吸模式运作。材料供给/回收控制部98对切换阀72进行切换，以使利用材料回收用搬送装置71进行的材料粉体的搬送源成为抽吸喷嘴79。

如图15所示，在从造型开始至完成的期间，造型工作台4下降与所形成的材料层81的厚度的总和相当的高度。在所述状态下，机器人控制部97对机器人6进行控制而使抽吸喷嘴79移动，利用抽吸喷嘴79从剩余材料层81a的上表面侧对剩余材料进行抽吸。

在从剩余材料层81a的上表面起以规定的厚度完成抽吸的时间点，工作台控制部95对工作台驱动机构41进行控制而使造型工作台4上升规定的上升量。由此，剩余材料层81a的上表面上升。在所述状态下，机器人控制部97对机器人6进行控制而使抽吸喷嘴79移动，从上表面侧对剩余材料进行抽吸。

控制装置9交替地反复进行对工作台驱动机构41进行控制而使造型工作台4上升规定的上升量、及在使抽吸喷嘴79移动的同时进行剩余的材料粉体的抽吸，直至剩余材料全部被去除为止。通过使造型工作台4上升，对造型工作台4上的造型物W施加振动，残留于造型物W的凹坑等的剩余材料落下至底板83或造型工作台4上，可更有效率地对造型工作台4上的剩余材料进行抽吸去除。

抽吸工序S5中的一次上升动作中的造型工作台4的上升量优选为5mm～30mm，更优选为7mm～20mm。若一次上升动作中的上升量过小，则除了施加至造型物W的振动变得不充分以外，上升动作频繁，有时抽吸工序S5的效率会降低。另一方面，若上升量过大，则剩余材料层81a的上表面的高度超过粉体保持壁42的上端，有时无法保持于造型工作台4上。

在本实施方式的抽吸工序S5中，控制装置9的机器人控制部97基于所期望的三维造型物W的形状数据，对作为移动装置的机器人6进行控制，以使抽吸喷嘴79在规定的位置采取规定的姿势。具体而言，使机器人6读取表示造型物W的轮廓的数据，在对抽吸喷嘴79的位置及相对于造型物W的姿势进行调整的同时使抽吸喷嘴79移动，以使抽吸喷嘴79不与造型物W接触，或可有效率地对残留于造型物W的凹坑等的剩余材料进行抽吸。

另外，控制装置9的工作台控制部95基于由作为检测部件的流量传感器的检测结果，对工作台驱动机构41进行控制，以在由抽吸喷嘴79抽吸的被抽吸物中的材料粉体的比例大于规定值r的情况下，使造型工作台4下降规定的下降量。若被抽吸物中的材料粉体的比例过大，则容易引起抽吸喷嘴79的抽吸力的降低、或抽吸喷嘴79及软管的内部的堵塞。通过使造型工作台4下降，可减少抽吸喷嘴79的开口部79b向剩余材料层81a的埋入量而增加气体的抽吸量，从而避免如上所述的事态。

作为一例，在使用流量传感器作为检测部件，获取抽吸喷嘴79或软管的内部的被抽吸物中的材料粉体的体积流量比例的情况下，在材料粉体的体积流量比例为0.7～0.8左右的情况下，可有效率地进行抽吸，且不易产生抽吸喷嘴79及软管的内部的堵塞。因此，在此种检测部件的结构中，规定值r优选为设定为满足0.8＜r。

另外，在本实施方式中，控制装置9基于检测部件的检测结果来对剩余材料的抽吸是否完成进行判断。具体而言，在由抽吸喷嘴79抽吸的被抽吸物中的材料粉体的比例大致为0的时间点，判断为造型工作台4上的剩余材料全部被抽吸。在抽吸结束后，机器人控制部97对机器人6进行控制而使抽吸喷嘴79从作业门移动至腔室1外而收纳于收纳部。由此，抽吸工序S5结束。

此外，剩余材料的抽吸完成的判断方法并不限定于所述例子。例如，也可通过照相机等摄像装置获取底板83及造型物W的图像数据，从图像数据确认是否残留有剩余材料，而对抽吸完成进行判断。

2.6.取出工序S6

在抽吸工序S5完成后，实施取出工序S6，从腔室1取出底板83及在底板83上造型的造型物W。具体而言，首先，卡盘控制部96对卡盘装置5的夹持单元52进行控制而使滚珠52d从卡止部87b卡合/脱离，解除利用卡盘装置5对底板83的固定。接着，机器人控制部97对机器人6进行控制而将底板83及造型物W从安装板84、托盘85、轴87、及外侧盖54以及腔室1取出。

在从腔室1取出造型物W后，机器人控制部97也可对机器人6进行控制，使造型物W沿上下方向反转而使剩余材料落下、或将反转后的造型物W载置于精加工装置而进行剩余材料的精加工去除。另外，在进行二次加工的情况下，在机器人控制部97对机器人6进行控制而使造型物W移动至二次加工装置后，进行二次加工工序S7。在此情况下，通过将具有与卡盘装置5相同的结构的固定装置导入至二次加工装置，可对机器人6进行控制，与载置工序S1中的向卡盘装置5的固定同样地，将底板83及造型物W经由安装板84及托盘85而固定并配置于所述固定装置。能够实现二次加工装置中的造型物W的载置的自动化，并且确保与向造型区域R的载置时同等的配置精度，能够进行高精度的二次加工。

在取出工序S6完成后，通过反复进行所述工序，依次制造三维造型物W。在此种结构中，在造型完成后利用抽吸喷嘴79自动地进行剩余材料的去除，因此能够实现从腔室1取出造型物W的无人化。

以上，对本发明的各种实施方式进行了说明，但这些作为例子进行了提示，并不意图限定发明的范围。所述新颖的实施方式能够以其他各种方式来实施，可在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。所述实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求所记载的发明及其同等的范围中。

Claims (13)

1.一种层叠造型装置，包括：造型工作台、腔室、材料层形成装置、卡盘装置、材料回收装置、移动装置、机器人、以及控制装置，所述层叠造型装置的特征在于，

所述造型工作台构成为能够通过工作台驱动机构上下运动，

所述腔室覆盖所述造型工作台上所设置的形成有造型物的区域即造型区域，

所述材料层形成装置向载置于所述造型区域的底板上供给材料粉体而形成材料层，

所述卡盘装置配置于所述造型工作台上，构成为能够将所述底板装卸自如且固定于所述造型区域内，

所述材料回收装置包括：能够对所述造型工作台上的剩余的所述材料粉体进行抽吸的抽吸喷嘴，

所述移动装置构成为能够移动所述抽吸喷嘴，

所述机器人构成为能够将所述底板及在所述底板上造型的所述造型物从所述腔室取出，

所述控制装置交替地反复进行对所述工作台驱动机构进行控制而使所述造型工作台上升规定的上升量、及在使所述抽吸喷嘴移动的同时进行剩余的所述材料粉体的抽吸。

2.根据权利要求1所述的层叠造型装置，其特征在于，还包括：

检测部件，

所述检测部件能够对由所述抽吸喷嘴抽吸的被抽吸物中的所述材料粉体的比例进行检测。

3.根据权利要求2所述的层叠造型装置，其特征在于，

所述检测部件为流量传感器。

4.根据权利要求2或3所述的层叠造型装置，其特征在于，

所述控制装置对所述工作台驱动机构进行控制，以在所述被抽吸物中的所述材料粉体的比例大于规定值的情况下，使所述造型工作台下降规定的下降量。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠造型装置，其特征在于，

所述控制装置基于所期望的三维造型物的形状数据，对所述移动装置进行控制，以使所述抽吸喷嘴在规定的位置采取规定的姿势。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠造型装置，其特征在于，还包括：

粉体保持壁，围绕所述造型工作台，并设置成将所述材料粉体保持于所述造型工作台上；以及

材料回收桶，构成为对排出至所述粉体保持壁的外侧的剩余的所述材料粉体进行收容，

其中，所述材料回收装置包括回收模式及抽吸模式，以作为运转模式，

所述控制装置构成为进行所述运转模式的切换，

所述材料回收装置构成为：

在所述回收模式中，对所述材料回收桶内的所述材料粉体进行回收，且在将杂质去除后将所述材料粉体供给至所述材料层形成装置，

在所述抽吸模式中，利用所述移动装置使所述抽吸喷嘴移动，利用所述抽吸喷嘴对所述造型工作台上的剩余的所述材料粉体进行抽吸。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠造型装置，其特征在于，

所述卡盘装置的侧面被卡盘盖覆盖，

所述卡盘盖包括外侧盖及内侧盖，

所述外侧盖覆盖所述内侧盖的侧面的至少一部分，

所述内侧盖覆盖所述卡盘装置的所述侧面。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠造型装置，其特征在于，

所述卡盘装置经由安装板而对所述底板进行固定。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠造型装置，其特征在于，

所述抽吸喷嘴在前端侧包括抽吸部，

所述抽吸部具有以倾斜面将前端侧的端面切断而成的筒形形状，

在所述倾斜面设置有开口部。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的层叠造型装置，其特征在于，

所述机器人兼作所述移动装置。

11.根据权利要求10所述的层叠造型装置，其特征在于，

所述机器人将所述底板搬入至所述腔室。

12.根据权利要求11所述的层叠造型装置，其特征在于，

所述机器人在将所述造型物从所述腔室取出后，使所述造型物反转。

13.一种制造方法，是三维造型物的制造方法，其特征在于，包括：

载置工序、固化层形成工序、抽吸工序、以及取出工序，

在所述载置工序中，通过利用配置于造型工作台上的卡盘装置装卸自如地对底板进行固定，将所述底板载置于所述造型工作台上所设置的形成有造型物的区域即造型区域，

在所述固化层形成工序中，反复进行向所述底板上供给材料粉体而形成材料层的材料层形成工序、及通过对所述材料层的规定的照射区域照射激光或电子束而形成固化层的固化工序，由此层叠所述固化层，

在所述抽吸工序中，交替地反复进行利用工作台驱动机构使所述造型工作台上升规定的上升量、及在利用移动装置使抽吸喷嘴移动的同时进行剩余的所述材料粉体的抽吸，

在所述取出工序中，将所述底板及在所述底板上造型的所述三维造型物从覆盖所述造型区域的腔室取出。