JP2015020328A - 積層造形装置及び造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スキージを傾斜させながらスライド可能であって、コンパクトな積層造形装置を提供すること。
【解決手段】第１の軸Ｓａを中心として回転可能な第１のスキージ１１ａと、第１のスキージ１１ａを第１の方向にスライドさせる第１の駆動部Ｍａと、第２の軸Ｓｂを中心として回転可能であるとともに、第１のスキージ１１ａとスライド可能に連結された第２のスキージ１１ｂと、第２のスキージ１１ｂを第１の方向にスライドさせる第２の駆動部Ｍｂと、対向配置された第１及び第２のスキージ１１ａ、１１ｂの間に粉末を供給する粉末供給部１４と、第１及び第２のスキージ１１ａ、１１ｂが第１の方向にスライドすることにより形成された粉末層に光ビームＬＢを照射する光照射部８と、を備えた積層造形装置。
【選択図】図６

Description

本発明は、積層造形装置及び造形物の製造方法に関する。

近年、無機材料もしくは有機材料からなる粉末に光ビームを照射し、焼結または溶融固化させることにより、三次元形状の積層造形物を製造する積層造形装置が、脚光を浴びている。具体的には、定盤上に粉末を敷き詰め、粉末層を形成する工程と、この粉末層の所定領域に光ビ−ムを照射し、焼結または溶融固化させることにより硬化層を形成する工程とを繰り返す。これにより、多数の硬化層を積層一体化して三次元形状の造形物を製造することができる。

特許文献１の図５（ｂ）には、ベース１１を横切るようにスライド可能なスライドプレート１８内に上下方向を軸として回転自在な回転プレート１９０を備える積層造形装置が開示されている。回転プレート１９０に設けられた粉末供給口１９に粉末を投入し、スライドプレート１８をスライドさせると、粉末供給口１９がスキージとして機能し、ベース１１上に粉末層が形成される。通常、スキージは、その長手方向に対して垂直な方向にスライドされる。しかしながら、特許文献１の構成では、スキージ（粉末供給口１９）が回転プレート１９０に形成されているため、スキージを傾斜させながらスライドさせることができる。

特開２００９−００７６６９号公報

発明者は以下の課題を見出した。
特許文献１に開示された構成では、粉末供給口１９を３６０°回転させることができる回転プレート１９０を用いている。そのため、スライドプレート１８のスライド方向に余分なスペースが必要となる問題があった。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、スキージを傾斜させながらスライド可能であって、コンパクトな積層造形装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る積層造形装置は、
第１の軸を中心として回転可能な第１のスキージと、
前記第１のスキージを第１の方向にスライドさせる第１の駆動部と、
第２の軸を中心として回転可能であるとともに、前記第１のスキージとスライド可能に連結された第２のスキージと、
前記第２のスキージを前記第１の方向にスライドさせる第２の駆動部と、
対向配置された前記第１及び第２のスキージの間に粉末を供給する粉末供給部と、
前記第１及び第２のスキージが前記第１の方向にスライドすることにより形成された粉末層に光ビームを照射する光照射部と、を備えたものである。
このような構成により、スキージを傾斜させながらスライド可能であって、コンパクトな積層造形装置を提供することができる。

前記第１及び第２のスキージが前記第１の方向にスライドする際、前記第１及び第２のスキージの長手方向が、スライド面において前記第１の方向に垂直な方向から傾斜していることが好ましい。特に、前記第１の方向に垂直な方向からの前記長手方向の傾斜角θ１が、０°＜θ１＜２０°を満たすことが好ましい。さらに、対向配置された前記第１及び第２のスキージにより、前記粉末を供給するための枠体が構成されることが好ましい。

前記第１及び第２のスキージは、外側面の下端が切刃状に形成されていることが好ましい。この場合、前記第１及び第２のスキージは、超硬合金から構成されていることが好ましい。
また、前記第１及び第２のスキージが前記第１の方向にスライドする際のスライド面に対して、前記第１及び第２のスキージの下端部の内側面が垂直でないことが好ましい。特に、前記スライド面と前記内側面とのなす角θ２が７０°＜θ２＜９０°もしくは９０°＜θ２＜１１０°を満たすことが好ましい。

本発明の一態様に係る造形物の製造方法は、
第１の軸を中心として回転可能な第１のスキージと、
第２の軸を中心として回転可能であるとともに、前記第１のスキージとスライド可能に連結された第２のスキージと、を備えた積層造形装置を用いた造形物の製造方法であって、
対向配置された前記第１及び第２のスキージの間に粉末を供給するステップと、
前記第１及び第２のスキージを第１の方向にスライドさせ、第１の粉末層を形成するステップと、
前記第１の粉末層に光ビームを照射して第１の硬化層を形成するステップと、を備え、
前記第１の粉末層を形成するステップにおいて、
前記第１及び第２のスキージの長手方向を、スライド面において前記第１の方向に垂直な方向から傾斜させるものである。
このような構成により、スキージを傾斜させながらスライド可能な積層造形装置をコンパクトにすることができる。

前記第１の方向に垂直な方向からの前記長手方向の傾斜角θ１が、０°＜θ１＜２０°を満たすことが好ましい。
また、前記第１及び第２のスキージを対向配置させることにより、前記粉末を供給するための枠体を構成することが好ましい。
さらに、粉末を供給するステップにおいて、前記第１及び第２のスキージの長手方向を、スライド面において前記第１の方向に垂直な方向に一致させることが好ましい。

前記第１及び第２のスキージを第１の方向と反対方向にスライドさせ、第２の粉末層を形成するステップと、前記第２の粉末層に光ビームを照射して第２の硬化層を形成するステップと、を更に備え、粉末を供給するステップにおいて、前記第１及び第２の粉末層を形成するための前記粉末を供給することが好ましい。

さらに、前記第１及び第２のスキージの外側面の下端を切刃状に形成することが好ましい。この場合、前記第１及び第２のスキージを超硬合金から構成することが好ましい。

本発明により、スキージを傾斜させながらスライド可能であって、コンパクトな積層造形装置を提供することができる。

実施の形態１に係る積層造形装置の概要を示す模式的断面図である。 実施の形態１に係る第１のスキージ１１ａの上面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 実施の形態１に係る第２のスキージ１１ｂの上面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 実施の形態１に係るスキージ１１の上面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 実施の形態１に係るスキージ１１の駆動機構を説明するための積層造形装置の部分断面図である。 実施の形態１に係るスキージ１１の駆動方法を説明するための上面図である。 実施の形態１に係る粉末供給部１４の断面図である。 実施の形態２に係るスキージ１１の断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施の形態１）
まず、図１を参照して、実施の形態１に係る積層造形装置について説明する。図１は、実施の形態１に係る積層造形装置の概要を示す模式的断面図である。
図１に示すように、実施の形態１に係る積層造形装置は、ベース１、定盤２、造形槽３、造形槽支持部４、造形槽駆動部５、支柱６、支持部７、レーザスキャナ８、光ファイバ９、レーザ発振器１０、スキージ１１、樋１２、粉末分配器１３、粉末供給部１４を備えている。

ベース１は、定盤２及び支柱６を固定するための台である。ベース１は、定盤２が載置される上面が水平になるように、床面に設置される。

定盤２は、ベース１の水平な上面に載置、固定されている。定盤２の上面も水平であって、この定盤２の上面に粉末が敷き詰められ、造形物５０が形成されていく。図１の例では、定盤２は、四角柱状の部材である。図１に示すように、定盤２の上面の周縁全体に、水平方向に張り出したフランジ状の凸部２ａが形成されている。この凸部２ａの外周面が全体に亘り造形槽３の内側面と接触しているため、定盤２の上面及び造形槽３の内側面に囲われた空間に積層粉末５１を保持することができる。ここで、造形槽３の内側面と接触している凸部２ａの外周面に、例えばフェルトからなるシール部材（不図示）を設けることにより、積層粉末５１の保持力を高めることができる。

造形槽３は、この定盤２の上面に敷き詰められた粉末を側面から保持する筒状の部材である。図１の例では、定盤２が四角柱状であるため、造形槽３は、上端にフランジ部３ａを備えた角パイプである。造形槽３は、例えば厚さ１〜６ｍｍ程度（好適には３〜５ｍｍ程度）のステンレス鋼鈑から構成され、軽量である。造形槽３の上部開口端３ｂに粉末層を形成し、この粉末層にレーザビームＬＢを照射することにより硬化層を形成する。上部開口端３ｂの形状は、例えば６００ｍｍ×６００ｍｍである。

また、造形槽３は、上下方向（ｚ軸方向）に移動可能に設置されている。詳細には後述するように、硬化層を形成する度に造形槽３を定盤２に対して一定量ずつ上昇させ、造形物５０を形成していく。ここで、実施の形態１に係る積層造形装置では、一定重量かつ軽量な造形槽３のみを上昇させればよい。そのため、毎回精度良く粉末層を形成することができる。その結果、精度良く造形物５０を形成することができる。

造形槽支持部４は、造形槽３のフランジ部３ａの上面が水平となるように、フランジ部３ａの下面を３点で支持している支持部材である。
造形槽支持部４は、造形槽３を上下方向（ｚ軸方向）に移動させる造形槽駆動部５の連結部５ｃに連結されている。

造形槽駆動部５は、造形槽３を上下方向（ｚ軸方向）に移動させるための駆動機構である。造形槽駆動部５は、モータ５ａ、ボールねじ５ｂ、連結部５ｃを備えている。モータ５ａが駆動すると、ｚ軸方向に延設されたボールねじ５ｂが回転する。そして、ボールねじ５ｂが回転すると、ボールねじ５ｂに沿って、連結部５ｃが上下方向（ｚ軸方向）に移動する。上述の通り、造形槽３を支持する造形槽支持部４が連結部５ｃに連結されているため、造形槽駆動部５により造形槽３が上下方向（ｚ軸方向）に移動可能となる。なお、造形槽駆動部５の駆動源は、モータに限らず、油圧シリンダなどを用いてもよい。

ここで、造形槽駆動部５は、ベース１から略垂直に（すなわち鉛直方向に）立設された支柱６の上部に固定されている。このように、本実施の形態に係る積層造形装置では、造形槽駆動部５が、造形槽３の外部に設置されているため、メンテナンス性に優れている。

レーザスキャナ８は、造形槽３の上部開口端３ｂに形成された粉末層に対して、レーザビームＬＢを照射する。レーザスキャナ８は、図示されないレンズ及びミラーを有している。そのため、図１に示すように、レーザスキャナ８は、粉末層における水平面（ｘｙ平面）上の位置に関わらず、粉末層にレーザビームＬＢの焦点を合わせることができる。
ここで、レーザビームＬＢは、レーザ発振器１０において生成され、光ファイバ９を介して、レーザスキャナ８に導入される。

また、レーザスキャナ８は、支持部７を介して、造形槽３のフランジ部３ａに固定されている。そのため、レーザスキャナ８とレーザビームＬＢの照射対象である粉末層との距離を一定に保つことができる。従って、実施の形態１に係る積層造形装置は、精度良く造形物５０を製造することができる。

スキージ１１は、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂから構成されている。第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂは、いずれもｙ軸方向に延設されている。また、スキージ１１は、造形槽３の上部開口端３ｂを介して、一方のフランジ部３ａから対向するフランジ部３ａまでｘ軸方向にスライドすることができる。

図１に示すように、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂが、ｘ軸マイナス側のフランジ部３ａ上に設置された状態で、両者の間に粉末が供給される。ここで、２回分の粉末層を形成するための粉末が供給される。すなわち、スキージ１１がｘ軸マイナス側のフランジ部３ａからｘ軸プラス側のフランジ部３ａまでスライドすることにより、１回分の粉末層が造形槽３の上部開口端３ｂに形成される。図１に破線で示したように、この粉末層に対してレーザビームＬＢを照射し、硬化層を形成している間、スキージ１１はｘ軸プラス側のフランジ部３ａ上で待機している。そして、スキージ１１がｘ軸プラス側のフランジ部３ａからｘ軸マイナス側のフランジ部３ａまでスライドすることにより、もう１回分の粉末層が造形槽３の上部開口端３ｂに形成される。

なお、例えば硬化層の形成領域が狭い場合には、スキージ１１をｘ軸マイナス側のフランジ部３ａからｘ軸プラス側のフランジ部３ａまで最大限スライドさせずに、硬化層の形成領域はカバーした上で、途中でスライドを止めてもよい。粉末層を形成するための粉末量を節約できるとともに時間を短縮することができる。
また、スキージ１１（第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂ）の構成の詳細については後述する。

樋１２及び粉末分配器１３は、粉末供給部１４から投下された粉末をスキージ１１の長手方向に均一に分配するためのものである。
樋１２の下面には、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂの間隔（ｘ軸方向）より狭く、スキージ１１の粉末投入領域（後述する図４（ａ）参照）と同程度の長さ（ｙ軸方向）を有する開口部が形成されている。但し、樋１２において開口部が形成されていない端部に、粉末供給部１４から粉末が投下される。

粉末分配器１３は、樋１２の溝の断面形状と同形状の板状部材である。粉末分配器１３は、図示しない駆動機構によりｙ軸方向にスライドすることができる。ここで、図１では、分かり易くするため、粉末分配器１３を樋１２から離して描いている。しかし、実際には、粉末分配器１３は樋１２の溝の両側面と隙間なく接触しながらスライドする。粉末分配器１３が、樋１２において粉末が投下された一端から他端までスライドすることにより、粉末が樋１２の開口部を介して、スキージ１１の長手方向に均一に分配される。

なお、例えば硬化層の形成領域が狭い場合には、粉末分配器１３を樋１２の一端から他端まで最大限スライドさせずに、硬化層の形成領域はカバーした上で、途中でスライドを止めてもよい。粉末層を形成するための粉末量を節約できるとともに時間を短縮することができる。

粉末供給部１４は、粉末が蓄えられた小型タンクである。粉末供給部１４の詳細については後述する。なお、粉末は、無機材料（金属やセラミック）もしくは有機材料（プラスチック）からなる。好適には、平均粒径２０μｍ程度の鉄粉が用いられる。

次に、図２〜６を参照して、スキージ１１（第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂ）の構成の詳細について説明する。
まず、図２を参照して、第１のスキージ１１ａの構成の詳細について説明する。図２（ａ）は、実施の形態１に係る第１のスキージ１１ａの上面図（ｚ軸方向プラス側から見た図）である。また、図２（ｂ）は、実施の形態１に係る第１のスキージ１１ａの側面図（ｘ軸方向プラス側から見た図）である。

図２に示すように、第１のスキージ１１ａは、本体部、スライド部、回転部を備えている。本体部は、第１のスキージ１１ａの長手方向（ｙ軸方向）の中央部に位置し、スキージとしての機能を有する部位である。図２（ａ）に示すように、本体部は、ｚ軸方向プラス側から見て、Ｌ字形状を有している。換言すると、水平面（ｘｙ平面）で切断した断面形状が、Ｌ字形状を有している。さらに、換言すると、本体部はｙｚ平面に平行な幅Ｗ１（ｘ軸方向）×高さＨ（ｚ軸方向）×長さＬ（ｙ軸方向）の板状部材である。本体部の長手方向（ｙ軸方向）の一端には、内側（ｘ軸方向プラス側）に突出した第１の凸部１１１ａが形成されている。

本体部の第１の凸部１１１ａ側（ｙ軸方向マイナス側）の端面（ｘｚ平面に平行な面）の上側（ｚ軸方向プラス側）からスライド部が延設されている。スライド部はｘｙ平面に平行な板状部材である。本体部に接続された側（ｙ軸方向プラス側）は本体部と同じ幅Ｗ１（ｘ軸方向）を有している。その反対側（ｙ軸方向マイナス側）である第１のスキージ１１ａの端部はより大きい幅Ｗ２（ｘ軸方向）を有している。換言すると、ｘｙ平面に平行な板状部材であるスライド部は、ｘ軸プラス側かつｙ軸プラス側の領域に矩形状の第１の切欠部１１２ａを備えている。そして、幅Ｗ２を有するｙ軸方向マイナス側端部の下面には第1のガイドＧａが形成されている。第1のガイドＧａの幅方向（ｘ軸方向）中央部には、第１のスキージ１１ａの長手方向（ｙ軸方向）に延設された溝が形成されている。

本体部の反対側（ｙ軸方向プラス側）の端面（ｘｚ平面に平行な面）の下側（ｚ軸方向マイナス側）から回転部が延設されている。回転部もｘｙ平面に平行な板状部材である。全体に亘り本体部の幅Ｗ１（ｘ軸方向）より大きい幅Ｗ２（ｘ軸方向）を有している。そして、回転部の上面の幅方向（ｘ軸方向）中央部には、断面矩形状の第1のレールＬａが第１のスキージ１１ａの長手方向（ｙ軸方向）に延設されている。他方、回転部の下面の幅方向（ｘ軸方向）中央部には、ｚ軸に平行な軸を有する第1のシャフトＳａが形成されている。

次に、図３を参照して、第２のスキージ１１ｂの構成の詳細について説明する。図３（ａ）は、実施の形態１に係る第２のスキージ１１ｂの上面図（ｚ軸方向プラス側から見た図）である。また、図３（ｂ）は、実施の形態１に係る第２のスキージ１１ｂの側面図（ｘ軸方向プラス側から見た図）である。

図３に示すように、第２のスキージ１１ｂは、図２に示した第１のスキージ１１ａとｚ軸を回転軸とした回転対称な位置関係を有している。つまり、第２のスキージ１１ｂは、第１のスキージ１１ａと同一の構成を有しているため、詳細な説明は省略する。ここで、第２のスキージ１１ｂの本体部は、第１のスキージ１１ａの第１の凸部１１１ａに対応する第２の凸部１１１ｂを備えている。第２のスキージ１１ｂのスライド部は、第１のスキージ１１ａの第１の切欠部１１２ａ、第１のガイドＧａにそれぞれ対応する第２の切欠部１１２ｂ、第２のガイドＧｂを備えている。回転部は、第１のスキージ１１ａの第１のレールＬａ、第１のシャフトＳａにそれぞれ対応する第２のレールＬｂ、第２のシャフトＳｂを備えている。

次に、図４を参照して、第１のスキージ１１ａと第２のスキージ１１ｂとを連結してなるスキージ１１の構成の詳細について説明する。図４（ａ）は、実施の形態１に係るスキージ１１の上面図（ｚ軸方向プラス側から見た図）である。また、図４（ｂ）は、実施の形態１に係るスキージ１１の側面図（ｘ軸方向プラス側から見た図）である。分かり易くするため、第１のスキージ１１ａにハッチングを付している。

図４に示すように、第１のレールＬａ上に第２のガイドＧｂが載置されるとともに、第２のレールＬｂ上に第１のガイドＧａが載置され、第１のスキージ１１ａと第２のスキージ１１ｂとが、スライド可能に連結される。詳細には、第２のガイドＧｂは第１のレールＬａ上をスライドすることができ、第１のガイドＧａは第２のレールＬｂ上をスライドすることができる。これにより、第１のスキージ１１ａの本体部と第２のスキージ１１ｂの本体部とが対向配置され、粉末が投入される枠体が構成される。この枠体に囲まれた領域が粉末投入領域となる。第１のスキージ１１ａと第２のスキージ１１ｂとから枠体が構成されることにより、粉末を無駄なく敷き詰めることができる。

次に、図５を参照して、スキージ１１の駆動機構について説明する。図５は、スキージ１１の駆動機構を説明するための実施の形態１に係る積層造形装置の部分断面図である。ここで、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂについては、図４（ｂ）の側面図と同様に示している。分かり易くするため、第１のスキージ１１ａにハッチングを付している。

図５に示すように、第１のスキージ１１ａの下面に固定された第１のシャフトＳａは、第１のベアリング２１ａに嵌合されている。第１のベアリング２１ａは第１のベアリング支持部２２ａに支持されている。第１のベアリング支持部２２ａは、第１のボールねじガイド２３ａに固定されている。第１のボールねじガイド２３ａは、ｘ軸方向に延設された第１のボールねじ２４ａ及び第１のガイドレール２５ａに沿って、ｘ軸方向にスライドすることができる。第１のガイドレール２５ａは、造形槽３のｙ軸方向プラス側の外側面（ｘｚ平面に平行な面）に固定されている。また、第１のボールねじ２４ａは、第１のモータＭａ（図５では不図示、図６参照）により回転駆動される。このような構成により、第１のスキージ１１ａは、第１のシャフトＳａを軸として回転可能に、ｘ軸方向にスライドすることができる。

同様に、第２のスキージ１１ｂの下面に固定された第２のシャフトＳｂは、第２のベアリング２１ｂに嵌合されている。第２のベアリング２１ｂは第２のベアリング支持部２２ｂに支持されている。第２のベアリング支持部２２ｂは、第２のボールねじガイド２３ｂに固定されている。第２のボールねじガイド２３ｂは、ｘ軸方向に延設された第２のボールねじ２４ｂ及び第２のガイドレール２５ｂに沿って、ｘ軸方向にスライドすることができる。第２のガイドレール２５ｂは、造形槽３のｙ軸方向マイナス側の外側面（ｘｚ平面に平行な面）に固定されている。また、第２のボールねじ２４ｂは、第２のモータＭｂ（図５では不図示、図６参照）により回転駆動される。このような構成により、第２のスキージ１１ｂは、第２のシャフトＳｂを軸として回転可能に、ｘ軸方向にスライドすることができる。

次に、図６を参照して、スキージ１１の駆動方法について説明する。図６は、スキージ１１の駆動方法を説明するための上面図である。図６には、スキージ１１が造形槽３のｘ軸方向マイナス側のフランジ部３ａ（図１参照）上で停止している状態と、スキージ１１が造形槽３の上部開口端３ｂを横切っている状態と、スキージ１１が造形槽３のｘ軸方向プラス側のフランジ部３ａ（図１参照）上で停止している状態と、が同時に描かれている。ここで、分かり易くするため、第１のスキージ１１ａにハッチングを付している。

図６に示すように、まず第２のモータＭｂ（第２の駆動部）のみを駆動する。これにより、第１のスキージ１１ａの第１のシャフトＳａは停止したまま第２のスキージ１１ｂの第２のシャフトＳｂのみがｘ軸方向にスライドする。ここで、第２のスキージ１１ｂが第２のシャフトＳｂを軸として回転可能であり、第２のスキージ１１ｂの第２のガイドＧｂが第１のスキージ１１ａの第１のレールＬａ上にスライド可能に載置されている。他方、第１のスキージ１１ａが第１のシャフトＳａを軸として回転可能であり、第１のスキージ１１ａの第１のガイドＧａが第２のスキージ１１ｂの第２のレールＬｂ上にスライド可能に載置されている。

そのため、第２のスキージ１１ｂは第２のシャフトＳｂを軸として、ｚ軸方向プラス側から見て左回りに回転する。他方、第１のスキージ１１ａは第１のシャフトＳａを軸として、ｚ軸方向プラス側から見て左回りに回転する。この際、第１のシャフトＳａと第２のシャフトＳｂとの間の距離が大きくなる。そのため、第２のスキージ１１ｂの第２のガイドＧｂが第１のスキージ１１ａの第１のレールＬａ上をｙ軸方向マイナス側にスライドする。他方、第１のスキージ１１ａの第１のガイドＧａが第２のスキージ１１ｂの第２のレールＬｂ上をｙ軸方向プラス側にスライドする。

このように、第２のモータＭｂのみを駆動することにより、スライド方向（ｘ軸方向）に余分なスペースを必要とせずに、スキージ１１の長手方向をｙ軸方向（スライド面においてスライド方向に対して垂直な方向）から傾斜させることができる。この傾斜角θ１については、０°＜θ１＜２０°であることが好ましい。

次に、図６に示すように、第１のモータＭａ（第１の駆動部）及び第２のモータＭｂを駆動する。これにより、スキージ１１を傾斜させたままｘ軸方向にスライドさせることができる。このように、スキージ１１を傾斜させながらスライドさせると、従来よりも粉末投入領域内の粉末の流動性が向上し、より均一な粉末層が得られる。また、スキージ１１は、硬化層の表面に形成された突起物（バリ）を除去する役割も担っている。このように、スキージ１１を傾斜させながらスライドさせると、突起物を切断する効果も向上する。

次に、第２のスキージ１１ｂの第２のシャフトＳｂが終端に到着したら、第２のモータＭｂは停止し、第１のモータＭａのみを駆動する。これにより、第２のスキージ１１ｂの第２のシャフトＳｂは停止したまま第１のスキージ１１ａの第１のシャフトＳａのみがｘ軸方向にスライドする。

ここで、第２のスキージ１１ｂは第２のシャフトＳｂを軸として、ｚ軸方向プラス側から見て右回りに回転する。他方、第１のスキージ１１ａは第１のシャフトＳａを軸として、ｚ軸方向プラス側から見て右回りに回転する。この際、第１のシャフトＳａと第２のシャフトＳｂとの間の距離が小さくなる。そのため、第２のスキージ１１ｂの第２のガイドＧｂが第１のスキージ１１ａの第１のレールＬａ上をｙ軸方向プラス側にスライドする。他方、第１のスキージ１１ａの第１のガイドＧａが第２のスキージ１１ｂの第２のレールＬｂ上をｙ軸方向マイナス側にスライドする。

このように、第１のモータＭａのみを駆動することにより、スライド方向（ｘ軸方向）に余分なスペースを必要とせずに、傾斜していたスキージ１１の長手方向を再びｙ軸方向とすることができる。

ここで、図６の中央部に示しめしたスキージ１１が傾斜した状態では、図６の左右両側に示したスキージ１１が傾斜していない状態に比べ、粉末投入領域の長さが短くなることに注意を要する。すなわち、図６に示したように、スキージ１１が傾斜した状態において、粉末投入領域が造形槽３の上部開口端３ｂのｙ軸方向の幅をカバーする必要がある。

以上に説明したように、実施の形態１に係る積層造形装置では、それぞれ回転可能な第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂを互いにスライド可能に連結した上で、それぞれ別々の駆動部によりスライドさせる。そのため、スライド方向に余分なスペースを必要とせずに、スキージを傾斜させながらスライドさせることができる。従って、コンパクトな積層造形装置とすることができる。

次に、図１を参照して、造形物５０の製造方法について説明する。
最初に、スキージ１１がｘ軸マイナス側のフランジ部３ａ上に設置された状態で、スキージ１１の粉末投入領域に粉末が供給される。ここで、１度に２回分の粉末層を形成するための粉末が供給される。
次に、定盤２の上面と造形槽３のフランジ部３ａの上面とが完全にフラットな状態から、造形槽３のみを上方に例えば３０μｍ移動させる。
次に、スキージ１１をｘ軸マイナス側のフランジ部３ａからｘ軸プラス側のフランジ部３ａまでスライドさせる（往路）。これにより、定盤２の上面と造形槽３の内側面とに囲まれた空間に粉末が敷き詰められ、厚さ３０μｍの第１の粉末層（不図示）が形成される。
次に、この第１の粉末層の所定領域に光ビ−ムを照射し、焼結または溶融固化させることにより第１の硬化層（不図示）を形成する。この間、スキージ１１はｘ軸プラス側のフランジ部３ａ上で待機している。

また、粉末層に光ビ−ムを照射し、焼結または溶融固化させると、ヒュームが発生する。実施の形態１に係る積層造形装置では、粉末層全体の３０〜５０ｍｍ上方（ｚ軸方向プラス側）において、ｙ軸方向に窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを流している。そのため、粉末層に向けてガスを吹き付けることなく、発生したヒュームを速やかに除去することができる。

次に、再度、造形槽３のみを上方に例えば３０μｍ移動させる。
次に、スキージ１１をｘ軸プラス側のフランジ部３ａからｘ軸マイナス側のフランジ部３ａまでスライドさせる（復路）。これにより、第１の粉末層及び第１の硬化層と造形槽３の内側面とに囲まれた空間に粉末が敷き詰められ、厚さ３０μｍの第２の粉末層（不図示）が形成される。
次に、この第２の粉末層の所定領域に光ビ−ムを照射し、焼結または溶融固化させることにより第２の硬化層（不図示）を形成する。ここで、第２の硬化層は第１の硬化層と一体化して形成される。
そして、スキージ１１がｘ軸マイナス側のフランジ部３ａ上に設置された状態で、再度スキージ１１の粉末投入領域に粉末が供給される。

このように、スキージ１１への粉末の供給、造形槽３の上方への移動、スキージ１１のスライドによる粉末層の形成（往路）、硬化層の形成、造形槽３の上方への移動、スキージ１１のスライドによる粉末層の形成（復路）、及び硬化層の形成が繰り返される。これにより、多数の硬化層が積層一体化された三次元形状の造形物５０が得られる。なお、造形槽３内に残留した積層粉末５１は、回収され、再利用される。

次に、図７を参照して、粉末供給部１４の詳細な構成について説明する。図７は、実施の形態１に係る粉末供給部１４の断面図である。
図７に示すように、粉末供給部１４は、本体部１４１、ピストン部１４２、ピストン駆動部１４３を備えている。本体部１４１は、貯蓄部１４１ａ、シリンダ部１４１ｂ、投入口１４１ｃを備えている。

貯蓄部１４１ａは、筒状の容器である。貯蓄部１４１ａは、外部の大型タンクから補給された粉末が貯蓄される。
貯蓄部１４１ａは、リミットスイッチＬＳ１、ＬＳ２を備えている。貯蓄部１４１ａにおける粉末の貯蓄量が下限値を下回るとリミットスイッチＬＳ２が動作し、大型タンクから粉末の補給が開始される。一方、貯蓄部１４１ａにおける粉末の貯蓄量が上限値を上回るとリミットスイッチＬＳ１が動作し、大型タンクから粉末の補給が停止される。このような構成により、貯蓄部１４１ａ内に蓄積される粉末量が規定範囲内に維持される。

シリンダ部１４１ｂは、ピストン部１４２が挿抜される筒状の部位である。シリンダ部１４１ｂは、上部で貯蓄部１４１ａに接続され、下部で投入口１４１ｃに接続されている。

ピストン部１４２は、貫通孔１４２ａを備えている。空の貫通孔１４２ａを貯蓄部１４１ａの下に位置させた場合、貫通孔１４２ａ内に所定量の粉末が充填される。そして、ピストン部１４２をシリンダ部１４１ｂの内部に押し込み、貫通孔１４２ａを投入口１４１ｃの上に位置させた場合、貫通孔１４２ａ内に充填された粉末が投入口１４１ｃを介して樋１２に投入される。このような動作の繰り返しにより、毎回所定量の粉末を樋１２に投入することができる。上述のように、貯蓄部１４１ａ内に蓄積される粉末量を規定範囲内に維持しているため、所定量の粉末を精度良く貫通孔１４２ａ内に充填し、樋１２に投入することができる。ピストン部１４２としては、例えば断面３０ｍｍ×３０ｍｍ程度の角材が用いられる。この場合、貫通孔１４２ａは２０ｍｍφ程度とする。

ピストン駆動部１４３は、ピストン部１４２をシリンダ部１４１ｂに対して挿抜させるための駆動源である。ピストン駆動部１４３は、ロッド１４３ａによりピストン部１４２に連結されている。ピストン駆動部１４３としては、例えば油圧シリンダやエアシリンダなどが好適である。

（実施の形態２）
図８を参照して、実施の形態２に係る第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂについて説明する。
実施の形態２に係る第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂは、外側面の下端に先端が鋭角的な突起が形成されている。換言すると、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂの外側面の下端が切刃状に形成されている。そのため、硬化層の表面に形成された突起物（バリ）を効果的に除去することができる。また、進行方向の前方に位置するスキージによって突起物を確実に除去することができ、除去された突起物が粉末に混入する恐れがない。ここで、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂは、超硬合金からなることが好ましい。なお、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂのいずれか一方のみに、上記突起を形成してもよい。

また、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂの下端部における内側面が、スライド面（ｘｙ平面と平行な面）に対して垂直ではない。具体的には、スライド面と下端部における内側面とのなす角θ２については、７０°＜θ２＜９０°もしくは９０°＜θ２＜１１０°であることが好ましい。つまり、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂの下端部における内側面をスライド面に対して垂直な方向から±２０°の範囲で傾斜させる。これにより、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂの間に保持された粉末が、スライド時に流動し易くなり、より均一な粉末層が得られる。なお、第１のスキージ１１ａ及び第２のスキージ１１ｂのいずれか一方のみにおいて、下端部における内側面を傾斜させてもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１ ベース
２ 定盤
２ａ 凸部
３ 造形槽
３ａ フランジ部
３ｂ 上部開口端
４ 造形槽支持部
５ 造形槽駆動部
５ａ モータ
５ｃ 連結部
６ 支柱
７ 支持部
８ レーザスキャナ
９ 光ファイバ
１０ レーザ発振器
１１ スキージ
１１ａ 第１のスキージ
１１ｂ 第２のスキージ
１２ 樋
１３ 粉末分配器
１４ 粉末供給部
２１ａ 第１のベアリング
２１ｂ 第２のベアリング
２２ａ 第１のベアリング支持部
２２ｂ 第２のベアリング支持部
２３ａ 第１のガイド
２３ｂ 第２のガイド
２５ａ 第１のガイドレール
２５ｂ 第２のガイドレール
５０ 造形物
５１ 積層粉末
１１１ａ 第１の凸部
１１１ｂ 第２の凸部
１１２ａ 第１の切欠部
１１２ｂ 第２の切欠部
１４１ 本体部
１４１ａ 貯蓄部
１４１ｂ シリンダ部
１４１ｃ 投入口
１４２ ピストン部
１４２ａ 貫通孔
１４３ ピストン駆動部
１４３ａ ロッド
Ｇａ 第１のガイド
Ｇｂ 第２のガイド
Ｌａ 第１のレール
Ｌｂ 第２のレール
ＬＢ レーザビーム
ＬＳ１、ＬＳ２ リミットスイッチ
Ｍａ 第１のモータ
Ｍｂ 第２のモータ
Ｓａ 第１のシャフト
Ｓｂ 第２のシャフト

Claims (15)

1. 第１の軸を中心として回転可能な第１のスキージと、
   前記第１のスキージを第１の方向にスライドさせる第１の駆動部と、
   第２の軸を中心として回転可能であるとともに、前記第１のスキージとスライド可能に連結された第２のスキージと、
   前記第２のスキージを前記第１の方向にスライドさせる第２の駆動部と、
   対向配置された前記第１及び第２のスキージの間に粉末を供給する粉末供給部と、
   前記第１及び第２のスキージが前記第１の方向にスライドすることにより形成された粉末層に光ビームを照射する光照射部と、を備えた積層造形装置。
2. 前記第１及び第２のスキージが前記第１の方向にスライドする際、
   前記第１及び第２のスキージの長手方向が、スライド面において前記第１の方向に垂直な方向から傾斜している、
   請求項１に記載の積層造形装置。
3. 前記第１の方向に垂直な方向からの前記長手方向の傾斜角θ１が、０°＜θ１＜２０°を満たす、
   請求項２に記載の積層造形装置。
4. 対向配置された前記第１及び第２のスキージにより、前記粉末を供給するための枠体が構成される、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の積層造形装置。
5. 前記第１及び第２のスキージは、外側面の下端が切刃状に形成されている、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の積層造形装置。
6. 前記第１及び第２のスキージは、超硬合金から構成されている、
   請求項５に記載の積層造形装置。
7. 前記第１及び第２のスキージが前記第１の方向にスライドする際のスライド面に対して、前記第１及び第２のスキージの下端部における内側面が垂直でない、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の積層造形装置。
8. 前記スライド面と前記内側面とのなす角θ２が７０°＜θ２＜９０°もしくは９０°＜θ２＜１１０°を満たす、
   請求項７に記載の積層造形装置。
9. 第１の軸を中心として回転可能な第１のスキージと、
   第２の軸を中心として回転可能であるとともに、前記第１のスキージとスライド可能に連結された第２のスキージと、を備えた積層造形装置を用いた造形物の製造方法であって、
   対向配置された前記第１及び第２のスキージの間に粉末を供給するステップと、
   前記第１及び第２のスキージを第１の方向にスライドさせ、第１の粉末層を形成するステップと、
   前記第１の粉末層に光ビームを照射して第１の硬化層を形成するステップと、を備え、
   前記第１の粉末層を形成するステップにおいて、
   前記第１及び第２のスキージの長手方向を、スライド面において前記第１の方向に垂直な方向から傾斜させる、造形物の製造方法。
10. 前記第１の方向に垂直な方向からの前記長手方向の傾斜角θ１が、０°＜θ１＜２０°を満たす、
    請求項９に記載の造形物の製造方法。
11. 前記第１及び第２のスキージを対向配置させることにより、前記粉末を供給するための枠体を構成する、
    請求項９又は１０に記載の造形物の製造方法。
12. 粉末を供給するステップにおいて、
    前記第１及び第２のスキージの長手方向を、スライド面において前記第１の方向に垂直な方向に一致させる、
    請求項９〜１１のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
13. 前記第１及び第２のスキージを第１の方向と反対方向にスライドさせ、第２の粉末層を形成するステップと、
    前記第２の粉末層に光ビームを照射して第２の硬化層を形成するステップと、を更に備え、
    粉末を供給するステップにおいて、
    前記第１及び第２の粉末層を形成するための前記粉末を供給する、
    請求項９〜１２のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
14. 前記第１及び第２のスキージの外側面の下端を切刃状に形成する、
    請求項９〜１３のいずれか一項に記載の造形物の製造方法。
15. 前記第１及び第２のスキージを、超硬合金から構成する、
    請求項１４に記載の造形物の製造方法。

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