JP2016198982A

JP2016198982A - 積層造形装置

Info

Publication number: JP2016198982A
Application number: JP2015081703A
Authority: JP
Inventors: 勝二原尻; Katsuji Harajiri; 喜之三矢; Yoshiyuki Mitsuya; 剛之木村; Takeyuki Kimura; 亨嘉気田; Yukiyoshi Kida; 誠二丹羽; Seiji Niwa; 井藤　勝弘; Katsuhiro Ito; 勝弘井藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2035-04-13
Also published as: US10173263B2; CN106042407B; CN106042407A; DE102016106549A1; JP6304109B2; US20160297005A1

Abstract

【課題】粉体材料を搬送する際に粉体材料の凝集を抑制することができる積層造形装置を提供することである。
【解決手段】本発明にかかる積層造形装置１は、粉体材料を固化させて３次元造形物２７を形成する造形部２５と、造形部２５に粉体材料を供給する粉体供給部３６と、粉体供給部３６に供給する粉体材料を貯蔵する粉体貯蔵部４０と、粉体貯蔵部４０から粉体供給部３６に粉体材料を搬送する配管４１と、を備える。粉体貯蔵部４０は粉体供給部３６よりも鉛直方向下側に配置されており、粉体材料は粉体供給部３６側から吸引することで粉体貯蔵部４０から粉体供給部３６に搬送される。配管４１は、鉛直方向の下側から上側に向けて搬送する搬送区間に、吸引が停止された際に搬送区間に存在する粉体材料の落下を搬送区間の途中で止める屈曲部４６、４７を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は積層造形装置に関する。

近年、無機材料もしくは有機材料からなる粉体材料にレーザビームを照射し、焼結または溶融固化させることにより、３次元形状の積層造形物を製造する積層造形装置が注目されている。具体的には、ステージ上に粉体材料を敷き詰めて粉体層を形成する工程と、この粉体層の所定領域にレーザビ−ムを照射して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３次元形状の造形物を製造することができる。

特許文献１には、ステージ上の粉体材料にレーザビームを照射する光照射部と、ステージを移動するステージ移動機構と、ステージ上に粉体材料を供給する粉体供給部と、粉体材料を貯蔵する粉体貯蔵部と、を備える積層造形装置が開示されている。特許文献１に開示されている積層造形装置では、配管を用いて粉体貯蔵部から粉体供給部に粉体材料を搬送しており、粉体貯蔵部は粉体供給部よりも鉛直方向下側に配置されている。

特開２０１０−８９４３８号公報

図１１に示す積層造形装置１００のように、粉体供給部３６が粉体貯蔵部４０よりも鉛直方向上側に配置されている場合は、粉体供給部３６側から粉体材料を吸引することで粉体貯蔵部４０から粉体供給部３６に粉体材料を搬送することができる。このような構成を備える積層造形装置１００では、粉体供給部３６と粉体貯蔵部４０とをつなぐ配管１４３が鉛直方向に伸びている。なお、積層造形装置１００の詳細については後述する。

しかしながら、粉体貯蔵部４０から粉体供給部３６に粉体材料を搬送した後、吸引を停止した場合は、鉛直方向に伸びる配管１４３の中に存在する粉体材料が自由落下する。このとき、粉体材料が高い位置（例えば、配管１４３の上端１４２ａ）から落下すると粉体材料同士が衝突した際の衝撃力が大きくなり、粉体材料同士が凝集する。このように粉体材料同士が凝集すると粉体材料の質量が増加するため、再び吸引を開始しても凝集した粉体材料を搬送することができないという問題がある。

上記課題に鑑み本発明の目的は、粉体材料を搬送する際に粉体材料の凝集を抑制することができる積層造形装置を提供することである。

本発明にかかる積層造形装置は、粉体材料を固化させて３次元造形物を形成する造形部と、前記造形部に前記粉体材料を供給する粉体供給部と、前記粉体供給部に供給する前記粉体材料を貯蔵する粉体貯蔵部と、前記粉体貯蔵部から前記粉体供給部に前記粉体材料を搬送する配管と、を備える。前記粉体貯蔵部は前記粉体供給部よりも鉛直方向下側に配置されており、前記粉体材料は前記粉体供給部側から吸引することで前記粉体貯蔵部から前記粉体供給部に搬送される。前記配管は、前記鉛直方向の下側から上側に向けて搬送する搬送区間に、前記吸引が停止された際に前記搬送区間に存在する粉体材料の落下を前記搬送区間の途中で止める屈曲部を備え、前記屈曲部は、前記吸引が停止された際の前記粉体材料の最大落下距離が、前記粉体材料が落下した際に前記粉体材料同士が衝突して凝集する落下距離よりも短くなるように配置されている。

本発明にかかる積層造形装置では、配管の鉛直方向の下側から上側に向けて搬送する搬送区間に、吸引が停止された際に搬送区間に存在する粉体材料の落下を搬送区間の途中で止める屈曲部を設けている。ここで屈曲部は、吸引が停止された際の粉体材料の最大落下距離が、粉体材料が落下した際に粉体材料同士が衝突して凝集する落下距離よりも短くなるように配置されている。このように屈曲部を設けることで、粉体材料が落下して粉体材料同士が衝突した際の衝撃力を小さくすることができ、粉体材料同士の凝集を抑制することができる。よって、再度吸引を開始した際に、配管に溜まっている粉体材料を再び搬送することができる。

また、本発明にかかる積層造形装置では、前記屈曲部は、水平方向に伸びる２つの水平配管と前記鉛直方向に伸びる１つの鉛直配管とがコの字状に接続された形状を備えていてもよい。このように屈曲部の形状をコの字状とすることで、特許文献１に開示されている積層造形装置のように配管の傾斜を緩やかにした場合と比べて、配管が水平方向において占める空間を狭くすることができ、装置構成を小さくすることができる。

また、本発明にかかる積層造形装置では、前記水平配管は前記水平方向に対して傾いていてもよく、前記水平配管と、当該水平配管に対して前記粉体供給部側に配置された前記鉛直配管とが成す角度のうち前記屈曲部の内側における角度が鋭角となるようにしてもよい。このような構成とすることで、粉体材料の吸引を停止した際に、粉体材料が逆流することを抑制することができ、また、屈曲部に粉体材料を確実に滞留させることができる。

また、本発明にかかる積層造形装置では、吸引時に前記水平方向に伸びる水平配管に流れる気体の流量を増大させて前記水平方向に伸びる水平配管に蓄積された粉体材料の搬送を補助する加圧部を更に備えていてもよい。このように加圧部を設けることで、吸引時に水平配管に流れる気体の流量を増大させることができ、水平配管に蓄積された粉体材料の搬送を補助することができる。

本発明により、粉体材料を搬送する際に粉体材料の凝集を抑制することができる積層造形装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる積層造形装置を説明するための図である。実施の形態１にかかる積層造形装置が備える配管の他の構成例を示す図である。実施の形態１にかかる積層造形装置が備える配管の他の構成例を示す図である。実施の形態１にかかる積層造形装置が備える配管の他の構成例を示す図である。実施の形態２にかかる積層造形装置が備える配管の構成例を示す図である。実施の形態２にかかる積層造形装置が備える配管の他の構成例を示す図である。実施の形態２にかかる積層造形装置が備える配管の他の構成例を示す図である。実施の形態２にかかる積層造形装置が備える配管の他の構成例を示す図である。実施の形態２にかかる積層造形装置が備える配管の他の構成例を示す図である。実施の形態３にかかる積層造形装置の構成例を示す図である。本発明の課題を説明するための図である。

＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１にかかる積層造形装置１を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる積層造形装置１は、ベース１１、定盤１２、造形槽１３、造形槽支持部１４、造形槽駆動部１５、支柱１６、支持部１７、レーザスキャナ１８、光ファイバ１９、レーザ発振器２０、粉体層形成部３１、粉体分配器３４、粉体供給部３６、減圧装置３９、及び粉体貯蔵部４０を備える。

ベース１１は、定盤１２及び支柱１６を固定するための台である。ベース１１は、定盤１２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１２は、ベース１１の水平な上面に載置、固定されている。定盤１２の上面も水平であって、この定盤１２の上面（ステージ）に粉体が敷き詰められ、３次元造形物２７が形成されていく。図１の例では、定盤１２は、四角柱状の部材である。図１に示すように、定盤１２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１２ａが形成されている。凸部１２ａの外周面が全体に亘り造形槽１３の内側面と接触しているため、定盤１２の上面及び造形槽１３の内側面に囲われた空間に、積層された粉体層２６を保持することができる。本実施の形態において、粉体材料は、例えば金属材料やセラミック材料等の無機材料である。

造形槽１３は、定盤１２の上面に敷き詰められた粉体を側面から保持する筒状の部材である。造形槽１３の上部開口端である造形部２５に粉体層２６を形成し、この粉体層２６にレーザビーム２２を照射することにより硬化層を形成する。また、造形槽１３は、上下方向（鉛直方向）に移動可能に設置されている。つまり、硬化層を形成する度に造形槽１３を定盤１２に対して一定量ずつ上昇させ、３次元造形物２７を形成していく。

造形槽支持部１４は、造形槽１３のフランジ部１３ａの上面が水平となるように、フランジ部１３ａの下面を支持している支持部材である。造形槽支持部１４は、造形槽１３を上下方向（鉛直方向）に移動させる造形槽駆動部１５の連結部１５ｃに連結されている。

造形槽駆動部１５は、造形槽１３を上下方向に移動させるための駆動機構である。造形槽駆動部１５は、ベース１１から鉛直方向に立設された支柱１６に固定されている。造形槽駆動部１５は、モータ１５ａ、ボールねじ１５ｂ、連結部１５ｃを備える。モータ１５ａが駆動すると、鉛直方向に延設されたボールねじ１５ｂが回転する。そして、ボールねじ１５ｂが回転すると、ボールねじ１５ｂに沿って、連結部１５ｃが上下方向に移動する。これにより、造形槽１３が上下方向に移動する。

レーザスキャナ１８は、造形槽１３の上部開口端である造形部２５に形成された粉体層２６に対して、レーザビーム２２を照射する。レーザスキャナ１８は、不図示のレンズ及びミラーを備えており、レーザビーム２２を水平面上において走査することができる。つまり、水平面上の任意の箇所の粉体材料を選択的に加熱して固化することができる。レーザビーム２２は、レーザ発振器２０において生成され、光ファイバ１９を介して、レーザスキャナ１８に導入される。レーザスキャナ１８は、支持部１７に固定されている。

粉体層形成部３１は、造形部２５に粉体材料を供給して粉体層２６を形成する。粉体分配器３４は、粉体供給部３６から配管３５を介して供給された粉体材料を計量し、所定の量の粉体材料を粉体層形成部３１の空隙３２に投入する。つまり、粉体層形成部３１は、空隙３２に所定の量の粉体材料を保持し、その後、水平方向（紙面左右方向）に移動することで、造形部２５に粉体層２６を形成する。

具体的には、３次元造形物２７を形成する際、造形槽駆動部１５は造形槽１３を上方向に移動する。これにより、粉体層２６の最上層と造形槽１３のフランジ部１３ａの上面との間に段差が形成される。その後、粉体層形成部３１が水平方向（紙面右方向）に移動することで、粉体層２６の最上層の上に新たに粉体層２６が形成される。このとき、粉体層２６の最上層とフランジ部１３ａの上面とが同一面となる（つまり、段差がなくなる）。その後、粉体層２６の所定領域にレーザビ−ム２２を照射して粉体層２６を選択的に加熱して固化する。その後、造形槽１３を上方向に移動して同様の動作を繰り返す。このように造形槽１３を上方向に移動した後、粉体層形成部３１を用いて粉体層２６を形成する工程と、レーザビ−ム２２を用いて粉体層２６を選択的に固化する工程とを繰り返すことで、３次元造形物２７を形成することができる。

粉体供給部３６は、造形部２５に供給する粉体材料を一時的に貯蔵する。粉体貯蔵部４０は、粉体供給部３６に供給する粉体材料を貯蔵する。ここで、粉体貯蔵部４０には３次元造形物を形成するための粉体材料が貯蔵されており、粉体貯蔵部４０の容量は、粉体供給部３６の容量よりも十分に大きい。また、粉体貯蔵部４０を鉛直方向上側に配置すると、粉体材料による粉塵問題、粉体材料の運搬の問題、更には高所作業によるリスク等が考えられるため、粉体貯蔵部４０は粉体供給部３６よりも鉛直方向下側に配置する（好ましくは床置き）。

粉体材料は、粉体貯蔵部４０から粉体供給部３６に配管４１を介して搬送される。このとき、粉体材料は粉体供給部３６側から吸引することで粉体貯蔵部４０から粉体供給部３６に搬送される。つまり、粉体供給部３６には配管３８を介して減圧装置３９が接続されており、減圧装置３９を用いて粉体供給部３６を減圧することで、粉体貯蔵部４０に貯蔵されている粉体材料を粉体供給部３６側に吸引することができる。配管３８および配管４１は分岐３７を介して粉体供給部３６に接続されている。粉体供給部３６に一定量の粉体材料が搬送されると（つまり、粉体供給部３６の容量がいっぱいになると）、減圧装置３９を停止して、粉体貯蔵部４０から粉体供給部３６への粉体材料の搬送を停止する。

そして、本実施の形態にかかる積層造形装置１では、配管４１の鉛直方向の下側から上側に向けて搬送する搬送区間（つまり、配管４１の下端４２ｂ〜上端４２ａの間）に屈曲部４６、４７を設けている。屈曲部４６、４７は、吸引が停止された際に搬送区間に存在する粉体材料の落下を搬送区間の途中で止める役割を果たす。

図１に示す屈曲部４６は、水平方向に伸びる２つの水平配管４６ａ、４６ｃと鉛直方向に伸びる１つの鉛直配管４６ｂとがコの字状に接続された形状を備える。水平配管４６ａの一端は配管４３と接続されており、他端は鉛直配管４６ｂの一端と接続されている。水平配管４６ｃの一端は配管４４と接続されており、他端は鉛直配管４６ｂの他端と接続されている。

同様に、屈曲部４７は、水平方向に伸びる２つの水平配管４７ａ、４７ｃと鉛直方向に伸びる１つの鉛直配管４７ｂとがコの字状に接続された形状を備える。水平配管４７ａの一端は配管４４と接続されており、他端は鉛直配管４７ｂの一端と接続されている。水平配管４７ｃの一端は配管４５と接続されており、他端は鉛直配管４７ｂの他端と接続されている。

粉体貯蔵部４０から粉体供給部３６に粉体材料を搬送する場合は、減圧装置３９を用いて粉体供給部３６を減圧する。これにより、粉体供給部３６側から吸引されて、粉体材料が配管４１の内部を通って粉体貯蔵部４０から粉体供給部３６に搬送される。その後、減圧装置３９を停止して吸引を停止すると、鉛直方向に伸びる配管４３、４４、４５の内部に存在する粉体材料が自由落下する。

このとき、配管４３の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管４３の長さＬ１に対応している。また、配管４４の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管４４の長さＬ２に対応している。また、配管４５の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管４５の長さＬ３に対応している。

そして、本実施の形態では、吸引が停止された際の粉体材料の最大落下距離Ｌ１〜Ｌ３が、粉体材料が落下した際に粉体材料同士が衝突して凝集する落下距離よりも短くなるように、屈曲部４６、４７を配置している。ここで、粉体材料が落下した際に粉体材料同士が衝突して凝集する落下距離は、使用する粉体材料に応じて任意に決定することができる。また、Ｌ１〜Ｌ３の距離は、搬送中の粉体密度（吸引停止後の粉体材料の蓄積量に対応している）、粉体材料の凝集力、及び吸引力を更に考慮して決定してもよい。

図１１は、本発明の課題を説明するための図である。図１１に示す積層造形装置１００において、図１に示す積層造形装置１と同一の構成要素には同一の符号を付している。図１１に示す積層造形装置１００のように、粉体供給部３６と粉体貯蔵部４０とをつなぐ配管１４１のうち鉛直方向に伸びる配管１４３に屈曲部を設けない場合は、配管１４３の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管１４３の長さＬ０（つまり、配管１４３の上端１４２ａと下端１４２ｂとの距離）となる。ここで、高い位置にある粉体材料は位置エネルギーが大きいため、粉体材料が高い位置から落下すると粉体材料同士が衝突した際の衝撃力も大きくなり、粉体材料同士が凝集する。このように粉体材料同士が凝集すると粉体材料の質量が増加するため、再び吸引を開始しても凝集した粉体材料を搬送することができないという問題があった。特にこの問題は、金属粉体のように質量が大きい粉体材料を用いた場合に顕著にあらわれる。

また、配管１４３の下端１４２ｂに蓄積されている粉体材料の上に、後から落下してきた粉体材料が衝突すると、衝突の衝撃により粉体材料にタッピングを行った場合と同様の現象が生じる。このため、配管１４３の下端１４２ｂに蓄積された粉体材料が圧縮され、再び吸引を開始しても圧縮された粉体材料を搬送することができない場合があった。また、特許文献１に開示されている積層造形装置では、鉛直方向下側に配置されている粉体貯蔵部と鉛直方向上側に配置されている粉体供給部とをつないでいる配管の傾斜を緩やかにしている。しかしながら、粉体貯蔵部と粉体供給部とをつないでいる配管の傾斜を緩やかにした場合は、配管が水平方向において占める空間が広くなり装置構成が大きくなる。

これに対して本実施の形態にかかる積層造形装置１では、図１に示すように、配管４１の鉛直方向の下側から上側に向けて搬送する搬送区間（つまり、配管４１の下端４２ｂ〜上端４２ａの間）に屈曲部４６、４７を設けている。ここで屈曲部４６、４７は、吸引が停止された際に搬送区間に存在する粉体材料の落下を搬送区間の途中で止める役割を果たす。つまり、図１１に示す積層造形装置１００では屈曲部を設けていないので、配管１４３の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離はＬ０である。これに対して、図１に示す本実施の形態にかかる積層造形装置１では、屈曲部４６、４７を設けているので、吸引が停止された際の粉体材料の最大落下距離Ｌ１〜Ｌ３をＬ０よりも短くすることができる。このとき屈曲部４６、４７は、粉体材料の最大落下距離Ｌ１〜Ｌ３が、粉体材料が落下した際に粉体材料同士が衝突して凝集する落下距離よりも短くなるように配置されている。例えば、長さＬ１と長さＬ２と長さＬ３とが等しくなるように、屈曲部４６、４７を配置してもよい。

このように、本実施の形態にかかる積層造形装置１では屈曲部４６、４７を設けているので、粉体材料が落下して粉体材料同士が衝突した際の衝撃力を小さくすることができ（つまり、粉体材料が持つ位置エネルギーを小さくすることができ）、粉体材料同士の凝集を抑制することができる。よって、再度吸引を開始した際に、配管４１に溜まっている粉体材料を再び搬送することができる。

また、屈曲部４６、４７を設けることで、粉体材料が落下して粉体材料同士が衝突した際の衝撃力を小さくすることができ、上記で説明したタッピング現象の発生を抑制することができる。また、屈曲部４６、４７を設けることで、粉体材料が溜まる場所を分散させることができる（つまり、各々の配管４３、４４、４５の下端に粉体材料が溜まる）。よって、再度吸引を開始した際に、配管４１に溜まっている粉体材料を容易に搬送することができる。また、屈曲部４６、４７の形状をコの字状とすることで、特許文献１に開示されている積層造形装置のように配管の傾斜を緩やかにした場合と比べて、配管４１が水平方向において占める空間を狭くすることができ、装置構成を小さくすることができる（下記に示す屈曲部をＬ字状にした場合も同様である）。

なお、図１に示した本実施の形態にかかる積層造形装置１が備える配管４１は、図２〜図４に示すように構成してもよい。

例えば、図２に示すように、配管５１の鉛直方向の下側から上側に向けて搬送する搬送区間（つまり、配管５１の下端４２ｂ〜上端４２ａの間）に１つの屈曲部５５を設けるようにしてもよい。屈曲部５５は、水平方向に伸びる２つの水平配管５５ａ、５５ｃと鉛直方向に伸びる１つの鉛直配管５５ｂとがコの字状に接続された形状を備える。水平配管５５ａの一端は配管５２と接続されており、他端は鉛直配管５５ｂの一端と接続されている。水平配管５５ｃの一端は配管５３と接続されており、他端は鉛直配管５５ｂの他端と接続されている。

このとき、配管５２の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管５２の長さＬ４に対応している。また、配管５３の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管５３の長さＬ５に対応している。例えば、使用する粉体材料が軽くなると、粉体材料が持つエネルギーも小さくなる。よって、使用する粉体材料が軽くなると、粉体材料が落下した際に粉体材料同士が衝突して凝集する落下距離は長くなる。このような場合は、配管５１に設ける屈曲部５５を一つにすることができる。換言すると、鉛直方向に伸びる配管５２、５３の長さＬ４、Ｌ５を長くすることができる。例えば、長さＬ４と長さＬ５とが等しくなるように、屈曲部５５を配置してもよい。

また、本実施の形態では、図３に示すように、配管６１の鉛直方向の下側から上側に向けて搬送する搬送区間（つまり、配管６１の下端４２ｂ〜上端４２ａの間）にＬ字状の屈曲部６５、６６を設けてもよい。屈曲部６５は、鉛直方向に伸びる配管６２と配管６３との間に水平方向に伸びる水平配管６５ａを設けることで形成することができる。また、屈曲部６６は、鉛直方向に伸びる配管６３と配管６４との間に水平方向に伸びる水平配管６６ａを設けることで形成することができる。

このとき、配管６２の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管６２の長さＬ６に対応している。また、配管６３の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管６３の長さＬ７に対応している。また、配管６４の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管６４の長さＬ８に対応している。この場合も、吸引が停止された際の粉体材料の最大落下距離Ｌ６〜Ｌ８が、粉体材料が落下した際に粉体材料同士が衝突して凝集する落下距離よりも短くなるように、屈曲部６５、６６を配置している。例えば、長さＬ６と長さＬ７と長さＬ８とが等しくなるように、屈曲部６５、６６を配置してもよい。

また、本実施の形態では、図４に示すように、配管７１の鉛直方向の下側から上側に向けて搬送する搬送区間（つまり、配管７１の下端４２ｂ〜上端４２ａの間）にＬ字状の屈曲部７５、７６を設けてもよい。屈曲部７５は、鉛直方向に伸びる配管７２と配管７３との間に水平方向に伸びる水平配管７５ａを設けることで形成することができる。また、屈曲部７６は、鉛直方向に伸びる配管７３と配管７４との間に水平方向に伸びる水平配管７６ａを設けることで形成することができる。図４に示す例では、配管７１が階段状となるように屈曲部７５、７６を設けている。

このとき、配管７２の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管７２の長さＬ１１に対応している。また、配管７３の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管７３の長さＬ１２に対応している。また、配管７４の内部に存在する粉体材料が自由落下する際の最大落下距離は、配管７４の長さＬ１３に対応している。この場合も、吸引が停止された際の粉体材料の最大落下距離Ｌ１１〜Ｌ１３が、粉体材料が落下した際に粉体材料同士が衝突して凝集する落下距離よりも短くなるように、屈曲部７５、７６を配置している。例えば、長さＬ１１と長さＬ１２と長さＬ１３とが等しくなるように、屈曲部７５、７６を配置してもよい。

なお、図１〜図４に示した配管４１、５１、６１、７１の構成例は一例であり、本実施の形態にかかる積層造形装置１では、吸引が停止された際に搬送区間に存在する粉体材料の落下を搬送区間の途中で止めることができる形状であれば、屈曲部はどのような形状であってもよい。

以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、粉体材料を搬送する際に粉体材料の凝集を抑制することができる積層造形装置を提供することができる。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図５は、実施の形態２にかかる積層造形装置が備える配管の構成例を示す図である。本実施の形態にかかる積層造形装置では、屈曲部９１の水平配管９１ａが水平方向に対して傾いている点が実施の形態１で説明した積層造形装置と異なる。これ以外の構成は、実施の形態１で説明した積層造形装置１と同様であるので重複した説明は省略する。

図５に示すように、屈曲部９１は、水平方向に伸びる２つの水平配管９１ａ、９１ｃと鉛直方向に伸びる１つの鉛直配管９１ｂとがコの字状に接続された形状を備える。なお、本明細書では水平方向に伸びる配管には、水平方向に対して若干傾いている配管（具体的には水平配管９１ａ）も便宜上、含まれるものとする。水平配管９１ａの一端は粉体供給部３６側の鉛直配管９２と接続されており、他端は鉛直配管９１ｂの一端と接続されている。水平配管９１ｃの一端は粉体貯蔵部４０側の鉛直配管９３と接続されており、他端は鉛直配管９１ｂの他端と接続されている。

そして、本実施の形態にかかる積層造形装置では、屈曲部９１の水平配管９１ａが水平方向に対して傾くように構成している。具体的には、水平配管９１ａと鉛直配管９２とが成す角度α１（屈曲部９１の内側における角度）が鋭角（０°よりも大きく９０°よりも小さい角度）となるように構成している。このような構成とすることで、粉体材料の吸引を停止した際に、粉体材料が鉛直配管９２側から鉛直配管９３側に逆流することを抑制することができ、また、屈曲部９１に粉体材料を確実に滞留させることができる。具体的には、水平配管９１ａと鉛直配管９２との接続部に粉体材料を滞留させることができる。

なお、本実施の形態にかかる積層造形装置では、屈曲部を図６〜図９に示すように構成してもよい。

図６に示す屈曲部９５は、水平方向に伸びる２つの水平配管９５ａ、９５ｃと鉛直方向に伸びる１つの鉛直配管９５ｂとがコの字状に接続された形状を備える。図６に示す場合は、屈曲部９５の水平配管９５ｃが水平方向に対して傾くように構成している。具体的には、水平配管９５ｃと、水平配管９５ｃに対して粉体供給部３６側に配置された鉛直配管９５ｂとが成す角度α２が鋭角となるように構成している。このような構成とすることで、粉体材料の吸引を停止した際に、粉体材料が鉛直配管９２側から鉛直配管９３側に逆流することを抑制することができ、また、屈曲部９５に粉体材料を確実に滞留させることができる。具体的には、水平配管９５ｃと鉛直配管９５ｂとの接続部に粉体材料を滞留させることができる。

図７に示す屈曲部９６は、水平方向に伸びる２つの水平配管９６ａ、９６ｃと鉛直方向に伸びる１つの鉛直配管９６ｂとがコの字状に接続された形状を備える。図７に示す場合は、屈曲部９６の水平配管９６ａおよび水平配管９６ｃが水平方向に対して傾くように構成している。具体的には、水平配管９６ａと鉛直配管９２とが成す角度α１が鋭角となるように構成している。また、水平配管９６ｃと鉛直配管９６ｂとが成す角度α２が鋭角となるように構成している。このような構成とすることで、粉体材料の吸引を停止した際に、粉体材料が鉛直配管９２側から鉛直配管９３側に逆流することを抑制することができ、また、屈曲部９６に粉体材料を確実に滞留させることができる。具体的には、水平配管９６ａと鉛直配管９２との接続部、及び水平配管９６ｃと鉛直配管９６ｂとの接続部に粉体材料を滞留させることができる。

図８に示す屈曲部９７は、鉛直方向に伸びる鉛直配管９２と鉛直配管９３との間に水平方向に伸びる水平配管９７ａを設けることで形成することができる。図８に示す場合は、屈曲部９７の水平配管９７ａが水平方向に対して傾くように構成している。具体的には、水平配管９７ａと鉛直配管９２とが成す角度α３が鋭角となるように構成している。このような構成とすることで、粉体材料の吸引を停止した際に、粉体材料が鉛直配管９２側から鉛直配管９３側に逆流することを抑制することができ、また、屈曲部９７に粉体材料を確実に滞留させることができる。具体的には、水平配管９７ａと鉛直配管９２との接続部に粉体材料を滞留させることができる。

また、本実施の形態にかかる積層造形装置では、図９に示すように、屈曲部１０５、１０６を備える配管１０１を鉛直方向に対して傾けて配管を構成してもよい。このように配管１０１を鉛直方向に対して傾けることで、各々の屈曲部１０５、１０６を構成している水平配管１０５ａ、１０６ａを水平方向に対して傾けることができ、屈曲部１０５、１０６に粉体材料を確実に滞留させることができる。

＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
図１０は、実施の形態３にかかる積層造形装置の構成例を示す図であり、配管１１１（図１の配管４１に対応）の屈曲部１１４付近の拡大図である。本実施の形態にかかる積層造形装置では、屈曲部１１４に加圧部１１５を設けた点が実施の形態１、２で説明した積層造形装置と異なる。これ以外の構成は、実施の形態１、２で説明した積層造形装置１と同様であるので重複した説明は省略する。

図１０に示すように、屈曲部１１４は鉛直方向に伸びる配管１１２、１１３の間に設けられている。屈曲部１１４は、水平方向に伸びる２つの水平配管１１４ａ、１１４ｃと鉛直方向に伸びる１つの鉛直配管１１４ｂとがコの字状に接続された形状を備える。本実施の形態にかかる積層造形装置では、水平配管１１４ａと鉛直配管１１４ｂとの接続部に加圧部１１５を設けている。加圧部１１５は、吸引時に水平配管１１４ａに流れる気体の流量を増大させて水平配管１１４ａに蓄積された粉体材料１１６の搬送を補助する。

粉体供給部３６側から粉体材料を吸引して、粉体貯蔵部４０から粉体供給部３６に粉体材料を搬送した後、粉体供給部３６側からの吸引を停止すると、鉛直配管１１２と水平配管１１４ａとの接続部に粉体材料１１６が蓄積される。この蓄積された粉体材料１１６は、粉体供給部３６側から再び吸引を開始することで粉体供給部３６側に搬送されるが、鉛直配管１１２と水平配管１１４ａとの接続部はコーナー部分であるので、蓄積された粉体材料１１６が搬送されにくい場合がある。

そこで本実施の形態にかかる積層造形装置では、水平配管１１４ａの端部に加圧部１１５を設けている。このように加圧部１１５を設けることで、吸引時に水平配管１１４ａに流れる気体の流量を増大させることができ、水平配管１１４ａに蓄積された粉体材料１１６の搬送を補助することができる。

なお、図１０では、コの字状の屈曲部１１４に加圧部１１５を設けた場合について説明したが、本実施の形態では、図３等に示したＬ字状の屈曲部６５、６６に加圧部を設けてもよい。例えば、図３に示したＬ字状の屈曲部６５に加圧部を設ける場合は、水平配管６５ａと配管６３との接続部に設ける。また、図５等に示したような水平配管９１ａが傾いている構成の屈曲部９１に加圧部を設けてもよい。

以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１積層造形装置
１１ベース
１２定盤
１３造形槽
１４造形槽支持部
１５造形槽駆動部
１６支柱
１７支持部
１８レーザスキャナ
１９光ファイバ
２０レーザ発振器
２２レーザビーム
２５造形部
２６粉体層
２７３次元造形物
３１粉体層形成部
３４粉体分配器
３６粉体供給部
３９減圧装置
４０粉体貯蔵部
４１配管
４３、４４、４５鉛直配管
４６、４７屈曲部

Claims

粉体材料を固化させて３次元造形物を形成する造形部と、
前記造形部に前記粉体材料を供給する粉体供給部と、
前記粉体供給部に供給する前記粉体材料を貯蔵する粉体貯蔵部と、
前記粉体貯蔵部から前記粉体供給部に前記粉体材料を搬送する配管と、を備え、
前記粉体貯蔵部は前記粉体供給部よりも鉛直方向下側に配置されており、
前記粉体材料は前記粉体供給部側から吸引することで前記粉体貯蔵部から前記粉体供給部に搬送され、
前記配管は、前記鉛直方向の下側から上側に向けて搬送する搬送区間に、前記吸引が停止された際に前記搬送区間に存在する粉体材料の落下を前記搬送区間の途中で止める屈曲部を備え、
前記屈曲部は、前記吸引が停止された際の前記粉体材料の最大落下距離が、前記粉体材料が落下した際に前記粉体材料同士が衝突して凝集する落下距離よりも短くなるように配置されている、
積層造形装置。
前記屈曲部は、水平方向に伸びる２つの水平配管と前記鉛直方向に伸びる１つの鉛直配管とがコの字状に接続された形状を備える、請求項１に記載の積層造形装置。
前記水平配管は前記水平方向に対して傾いており、
前記水平配管と、当該水平配管に対して前記粉体供給部側に配置された前記鉛直配管とが成す角度のうち前記屈曲部の内側における角度が鋭角である、
請求項２に記載の積層造形装置。
吸引時に前記水平方向に伸びる水平配管に流れる気体の流量を増大させて前記水平方向に伸びる水平配管に蓄積された粉体材料の搬送を補助する加圧部を更に備える、請求項２または３に記載の積層造形装置。