JP2018135567A - 三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高品質の構成材料で三次元造形物を製造する。
【解決手段】三次元造形物Ｏの構成材料を供給する供給部７と、供給部７により供給された構成材料を加工する加工部２２と、加工部２２とは別に設けられ、少なくとも加工部２２による加工領域２６を取り巻く領域２７の気体を活性化した気体Ａにする活性化部６と、を備えることを特徴とする三次元造形物Ｏの製造装置１。このような三次元造形物Ｏの製造装置１とすることにより、高品質の構成材料で三次元造形物Ｏを製造することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元造形物の製造装置及び三次元造形物の製造方法に関する。

従来から、様々な構成の三次元造形物の製造装置が使用されている。このうち、三次元造形物の構成材料を作業領域に供給し、供給された構成材料を加熱するなどして加工する三次元造形物の製造装置が使用されている。
例えば、特許文献１には、反応性ガスが供給されたチャンバー内において三次元造形物の構成材料である粉状材料に電子ビームを照射して、粉状材料を加工するとともに、反応性ガスが粉状材料を反応できるようにする三次元造形物の製造装置が開示されている。

特開２０１１−５０６７６１号公報

特許文献１の三次元造形物の製造装置は、反応性ガスが粉状材料を反応できるようにすることで、高品質の構成材料で三次元造形物を製造することを目的としている。しかしながら、特許文献１の三次元造形物の製造装置は、三次元造形物の構成材料である粉状材料を加工する手段と、反応性ガスが粉状材料と反応できるようにする手段とが、共通（１の電子銃）である。このような構成の場合、粉状材料を加工する制御と、反応性ガスを粉状材料と反応できるようにする制御との、個別制御ができない。このため、十分には、高品質の構成材料で三次元造形物を製造することができなかった。

そこで、本発明の目的は、高品質の構成材料で三次元造形物を製造することである。

上記課題を解決するための本発明の第１の態様の三次元造形物の製造装置は、三次元造形物の構成材料を供給する供給部と、前記供給部により供給された前記構成材料を加工する加工部と、前記加工部とは別に設けられ、少なくとも前記加工部による加工領域を取り巻く領域の気体を活性化した気体にする活性化部と、を備えることを特徴とする。

本態様によれば、少なくとも加工部による加工領域を取り巻く領域の気体を活性化した気体にする活性化部を、加工部とは別に備える。このため、構成材料を加工する制御と、反応性ガスを構成材料と反応できるようにする制御との、個別制御ができ、高品質の構成材料で三次元造形物を製造することができる。

本発明の第２の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１の態様において、前記加工部は、前記構成材料にレーザー光を照射して、前記構成材料を加工する構成であることを特徴とする。

本態様によれば、構成材料にレーザー光を照射して構成材料を加工することができる。このような構成とすることで、例えば、構成材料に電子ビームを照射して構成材料を加工する構成などとは異なり、加工領域を取り巻く領域などを高真空にする必要が無く、装置構成を簡単にできる。

本発明の第３の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１又は第２の態様において、前記活性化部は、局所的に、前記加工領域を取り巻く領域の気体を活性化することを特徴とする。

本態様によれば、活性化部は局所的に加工領域を取り巻く領域の気体を活性化するので、気体の活性化が効率的になり、効率的に高品質の構成材料で三次元造形物を製造することができる。

本発明の第４の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第３の態様において、前記活性化部は、リモートプラズマを使用して活性化した気体を、前記加工領域を取り巻く領域に供給する構成であることを特徴とする。

本態様によれば、活性化部は、リモートプラズマを使用して活性化した気体を、加工領域を取り巻く領域に供給する。リモートプラズマを使用することで、例えばライフタイムの長いラジカルを生成できるなど、効果的に気体を活性化することができ、効果的に高品質の構成材料で三次元造形物を製造することができる。

本発明の第５の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第３の態様において、前記活性化部は、前記加工領域を取り巻く領域に電磁波を照射して、前記加工領域を取り巻く領域の気体を活性化することを特徴とする。

本態様によれば、活性化部は、加工領域を取り巻く領域に電磁波を照射して、加工領域を取り巻く領域の気体を活性化する。電磁波の照射装置は構成が簡単であるため、簡単な装置構成で高品質の構成材料で三次元造形物を製造することができる。

本発明の第６の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第５のいずれか１つの態様において、前記活性化部により活性化される気体は、水素、窒素、酸素、アンモニア、炭化水素及び有機化合物の少なくとも１つを含有する１又は複数の成分で構成されていることを特徴とする。

本態様によれば、活性化部により活性化される気体は、水素、窒素、酸素、アンモニア、炭化水素及び有機化合物の少なくとも１つを含有する１又は複数の成分で構成されている。これらの気体は簡単に入手できるので、簡単に高品質の構成材料で三次元造形物を製造することができる。

本発明の第７の態様の三次元造形物の製造装置は、前記第１から第６のいずれか１つの態様において、前記活性化部により活性化された気体を回収する回収部を備えることを特徴とする。

本態様によれば、活性化部により活性化された気体を回収する回収部を備えるので、三次元造形物の製造が終了した場合などにおいて、不要となった活性化された気体を簡単に回収することができる。

本発明の第８の態様の三次元造形物の製造方法は、三次元造形物の構成材料を供給する供給工程と、前記供給工程で供給された前記構成材料を加工部により加工する加工工程と、前記加工工程の実行中に行われ、前記加工部とは別に設けられる活性化部により、少なくとも前記加工部による加工領域を取り巻く領域の気体を活性化した気体にする活性化工程と、を有することを特徴とする。

本態様によれば、少なくとも加工部による加工領域を取り巻く領域の気体を活性化した気体にする活性化部を、加工部とは別に備える。このため、構成材料を加工する加工工程における制御と、反応性ガスを構成材料と反応できるようにする活性化工程における制御との、個別制御ができ、高品質の構成材料で三次元造形物を製造することができる。

本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。 本発明の実施例１に係る三次元造形物の製造装置を用いて行う三次元造形物の製造方法のフローチャート。 本発明の実施例２に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。 本発明の実施例３に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。 本発明の実施例４に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。 本発明の実施例５に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。 本発明の実施例６に係る三次元造形物の製造装置の構成を示す概略構成図。 本発明の実施例７に係る三次元造形物の製造装置の要部の構成を示す概略断面図。 本発明の実施例８に係る三次元造形物の製造装置の要部の構成を示す概略断面図。

以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。
［実施例１］（図１及び図２）
最初に、本発明の実施例１に係る三次元造形物Ｏの製造装置１について説明する。
図１は、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１の構成を示す概略構成図である。

本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、制御部３と、三次元造形物Ｏの構成材料を含む流動体Ｉをステージ１０上に吐出可能な吐出部７と、吐出部７から吐出された流動体Ｉにレーザー光Ｌを照射可能なレーザー発生部４及びガルバノミラー部５からなるガルバノレーザーユニット２２と、レーザー光Ｌの照射領域に活性化した気体Ａを供給可能な活性化部としてのリモートプラズマユニット６と、を備えている。

ここで、制御部３は、三次元造形物Ｏのデータの供給元であるＰＣ２のほか、吐出部７、ガルバノレーザーユニット２２、リモートプラズマユニット６及びステージ１０の駆動部１１などと電気的に接続されており、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１の全体の制御を行う。本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、制御部３の制御により、駆動部１１を制御してステージ１０を所望の高さ（鉛直方向である図中の方向Ｚに沿う方向の位置）に調整する。そして、制御部３の制御により、ガイドレール８に沿って吐出部７を水平方向である図中の方向Ｘに沿う方向に往復移動させながら、さらに場合によっては方向Ｘと交差する水平方向である図中の方向Ｙに沿う方向に吐出部７或いはステージ１０を移動させて、流動体Ｉをステージ１０上に吐出させる。なお、ステージ１０は壁部１２で囲まれており、ステージ１０の高さの調整はステージ１０上に形成される三次元造形物Ｏの高さに応じて随時行われる。
また、図中の三次元造形物Ｏにおけるオーバーハング部及び空洞部には、吐出部７から供給されレーザー光Ｌを照射しないことにより構成される支持層で三次元造形物Ｏを形成する。

また、本実施例の流動体Ｉは三次元造形物Ｏの構成材料としての金属粒子（金属粉末）を含んでいる。そして、ガルバノレーザーユニット２２から照射されるレーザー光Ｌは、該金属粒子を溶融又は焼結させる（構成材料を加工する）ことが可能に構成されている。このため、ステージ１０上に吐出された流動体Ｉは、レーザー光Ｌが照射されることにより、固化する。

また、上記のように、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、レーザー光Ｌの照射領域（加工領域２６）に活性化した気体Ａを照射可能なリモートプラズマユニット６を備えている。図１においては、活性化させる気体としての窒素を収容したボンベ１５がリモートプラズマユニット６にガス管９を介して接続されており、流量は１Ｌ／ｍｉｎ〜２０Ｌ／ｍｉｎ程度を導入する。リモートプラズマユニット６は、吐出部７及びレーザー光Ｌの光路上に干渉することなく配置される。また、リモートプラズマユニット６は、三次元造形物Ｏの近辺に配置されることが望ましい。このような構成としていることで、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、ステージ１０上に吐出された流動体Ｉにレーザー光Ｌが照射されている際に、活性化した窒素をレーザー光Ｌの照射領域に供給することが可能になっている。

金属材料に窒素を含有させることで金属材料の剛性や耐食性などを高めることが可能である。ただし、ただ窒素雰囲気下で金属を溶融又は焼結させても、窒素の含有量を高めることは困難である。金属材料を窒化するためには、大きなエネルギーが必要になるためである。一方、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、上記のように、リモートプラズマユニット６において窒素を活性化させ、活性化した状態の窒素をレーザー光Ｌの照射領域に供給させながら、ステージ１０上に吐出された流動体Ｉにレーザー光Ｌを照射（すなわち金属材料を溶融又は焼結）させることができる。このため、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、効果的に窒素を三次元造形物Ｏの構成材料に含有させることができ、金属材料の剛性や耐食性などを高めることが可能である。なお、本実施例における窒素の活性化は、窒素をラジカル化させることを意味している。
なお、本実施例の金属材料はＳＵＳ３１６Ｌ（炭素０．０３％、ケイ素０．４％、マンガン０．２％、ニッケル１１％、クロム１９％、モリブデン２．３％）を使用し、さらに流動体ＩにＢ（ボロン）を０．０５〜５重量％程度含有させた。このような構成材料を使用することで、三次元造形物Ｏを、ＢＮ（ボロンナイトライド）を分散させた剛性及び耐食性の高い材質とすることができる。ただし、構成材料の種類や組成などに特に限定はない。

なお、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、使用するボンベ１５を交換する（使用するボンベ１５の種類を変える）ことで、簡単にレーザー光Ｌの照射領域に照射する反応性ガス（活性化した気体Ａ）の種類を変えることができる。例えば、窒素のほか、水素、酸素、アンモニア、一酸化炭素などの炭化水素、その他、様々な有機化合物を単独或いは組み合わせて使用することができる。
このうち、活性化部（リモートプラズマユニット６）により活性化される気体は、水素、窒素、酸素、アンモニア、炭化水素及び有機化合物の少なくとも１つを含有する１又は複数の成分で構成されていることが好ましい。これらの気体は簡単に入手できるので、簡単に高品質の構成材料で三次元造形物Ｏを製造することができるためである。
なお、例えば窒素は三次元造形物Ｏの剛性や耐食性などを高めることなどに使用できるが、酸素は例えば表層にアルミナを形成するなど酸化被膜を形成する（金属などを酸化させる）ことなどに使用でき、水素やアンモニアや一酸化炭素などの炭化水素や有機化合物は三次元造形物Ｏの構成材料を還元することなどに使用できる。これらの反応性ガスは、使用する構成材料の種類や構成材料に求められる特性に応じて使い分けることが好ましい。

また、図１で表されるように、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、筐体部１３により、吐出部７、ガルバノレーザーユニット２２、リモートプラズマユニット６などがカバーされており、効率的にこれらの作業領域をカバーしている。このような構成としていることで、流動体Ｉ、レーザー光Ｌ、活性化した気体Ａなどが装置の外に漏れることを抑制している。

また、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、筐体部１３に、リモートプラズマユニット６により活性化された気体Ａ（窒素）を回収する回収部としての排気口１４を備えている。このため、三次元造形物Ｏの製造が終了した場合などにおいて、不要となった活性化した気体Ａを簡単に回収することができる構成になっている。

ここで一旦まとめると、上記のように、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、三次元造形物Ｏの構成材料（流動体Ｉ）を供給する供給部としての吐出部７と、吐出部７により供給された構成材料をレーザー光Ｌにより加工する加工部としてのガルバノレーザーユニット２２と、ガルバノレーザーユニット２２とは別に設けられ、少なくともガルバノレーザーユニット２２による加工領域２６を取り巻く領域２７の気体を活性化した気体Ａにする活性化部としてのリモートプラズマユニット６と、を備えている。
このように、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は活性化部（リモートプラズマユニット６）を加工部（ガルバノレーザーユニット２２）とは別に備える構成であるため、制御部３は構成材料を加工する制御と反応性ガスを構成材料と反応できるようにする制御との個別制御ができ、高品質の構成材料で三次元造形物を製造することができる。
なお、「加工」とは、例えば、本実施例のように、構成材料（金属など）を溶融又は焼結することなどが挙げられる。
また、「加工領域２６を取り巻く領域２７の気体を活性化した気体Ａにする」とは、詳細には、加工領域２６を取り巻く領域２７の少なくとも一部の気体を活性化した気体Ａにすることを意味する。

また、本実施例の加工部としてのガルバノレーザーユニット２２は、構成材料である流動体Ｉにレーザー光Ｌを照射（光子を照射）して、構成材料を加工する構成である。そして、このような構成としていることで、例えば、構成材料に電子ビームを照射（電子を照射）して構成材料を加工する構成などとは異なり、加工領域２６を取り巻く領域２７などを高真空にする必要が無く、装置構成を簡単にできている。
なお、レーザー光Ｌを用いて鉄系金属粒子を加工する場合、レーザー光Ｌの波長は１μｍ程度の波長であることが好ましい。このような波長とすることで金属の光吸収による加工が容易になるためである。そして、このような波長である場合、金属粒子を瞬間的に高温化するが瞬間的に低温化するが、レーザー光Ｌ単独によっては気体の光吸収による活性化は起きない。

また、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、リモートプラズマユニット６により、局所的に、ガルバノレーザーユニット２２による構成材料の加工領域２６を取り巻く領域２７の気体を活性化する構成である。このような構成であるため、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、気体の活性化が効率的（構成材料の加工領域２６を取り巻く領域２７の窒素ラジカルの密度を高くできる）になり、効率的に高品質の構成材料で三次元造形物Ｏを製造することができる。一方、従来の一般的な方法では例えば０．１５％程度までしか窒素を含有させることができず、０．５％程度まで窒素を含有させることが可能な加圧ＥＳＲ法や加圧誘導妖怪鋳造法などを用いると大型で複雑な装置が必要となる。
ただし、本実施例の三次元造形物Ｏのような構成に限定されない。活性化部としてリモートプラズマユニット６の代わりにＵＶ照射ユニット１８を備える後述の実施例４及び実施例５の三次元造形物Ｏの製造装置１のような構成（図５及び図６参照）でもよい。さらには、リモートプラズマユニット６を備える代わりに、筐体部１３の内部を高圧化することで該内部の気体全体を活性化させる高圧化装置を備えていてもよい。
なお、「局所的に、…活性化する」とは、筐体部１３の内部の気体全体ではなく、筐体部１３の内部の気体のうちの加工領域２６を取り巻く領域２７の気体のみを活性化するという意味である。ただし、加工領域２６を取り巻く領域２７の範囲は柔軟に判断可能である。

また、上記のように、本実施例の活性化部としてのリモートプラズマユニット６は、リモートプラズマを使用して活性化した気体Ａを、ガルバノレーザーユニット２２による構成材料の加工領域２６を取り巻く領域２７に供給する構成である。すなわち、本実施例の活性化部は、リモートプラズマを使用して活性化した気体Ａを、加工領域２６を取り巻く領域２７に供給する。リモートプラズマを使用することで、例えばライフタイムの長いラジカルを生成できるなど、効果的に気体を活性化することができ、効果的に高品質の構成材料で三次元造形物Ｏを製造することができる。

上記のような構成により、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、吐出部７による構成材料の供給と、ガルバノレーザーユニット２２による加工（溶融又は焼結）及びリモートプラズマユニット６による加工領域２６を取り巻く領域２７の気体の活性化と、からなる層形成を繰り返して、該層を積層することにより、三次元造形物Ｏを製造可能である。
次に、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１を用いて行う三次元造形物の製造方法を説明する。
図２は、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１を用いて行う三次元造形物の製造方法のフローチャートである。

本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法においては、最初に、ステップＳ１１０で、三次元造形物ＯのデータをＰＣ２から入力する。
次に、ステップＳ１２０で、吐出部７から流動体Ｉを吐出することによって、ステージ１０上に、１層分の三次元造形物Ｏの構成材料を供給する。
次に、ステップＳ１３０で、吐出部７により供給された構成材料をガルバノレーザーユニット２２からレーザー光Ｌを照射することにより加工するとともに、ガルバノレーザーユニット２２とは別に設けられるリモートプラズマユニット６により、少なくともガルバノレーザーユニット２２による加工領域２６を取り巻く領域２７に窒素ラジカルを供給する。
次に、ステップＳ１４０で、ステップＳ１１０で入力したデータに基づいて全層分の層形成が終了したか否かを判断し、終了していないと判断した場合はステップＳ１２０に戻り、終了したと判断した場合は本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法を終了する。

このように、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、三次元造形物Ｏの構成材料を供給する供給工程（ステップＳ１２０）と、供給工程で供給された構成材料を加工部により加工する加工工程（ステップＳ１３０）と、加工工程の実行中に行われ、加工部とは別に設けられる活性化部により、少なくとも加工部による加工領域２６を取り巻く領域２７を取り巻く領域の気体を活性化した気体Ａにする活性化工程（ステップＳ１３０）と、を有する。
本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、少なくとも加工部による加工領域２６を取り巻く領域２７を取り巻く領域の気体を活性化した気体Ａにする活性化部を、加工部とは別に備える。このため、本実施例の三次元造形物Ｏの製造方法は、構成材料を加工する加工工程における制御と、反応性ガスを構成材料と反応できるようにする活性化工程における制御との、個別制御ができ、高品質の構成材料で三次元造形物を製造することができる。

［実施例２］（図３）
次に、実施例２の三次元造形物Ｏの製造装置１について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図３は本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１の概略図であり、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１の図１に対応する図である。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。
なお、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、三次元造形物の構成材料を供給する供給部の構成以外は、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１と同様の構成である。このため、供給部の構成以外の説明は省略する。

図３で表されるように、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１における供給部は、構成材料としてのパウダー状の粉末材料Ｍを収容可能であり該粉末材料Ｍを付与することで層Ｒをステージ１０上に形成可能な層形成部１６と、該層Ｒの表面を均すことが可能なスキージー１７と、で構成されている。また、層形成部１６及びスキージー１７は、制御部３と電気的に接続されており、制御部３の制御により駆動する。

ステージ１０は、壁部１２により水平方向（図中の方向Ｘ及び方向Ｙ）に囲われているとともに、制御部３の制御により鉛直方向（図中の方向Ｚ）に沿って移動可能な構成になっている。本実施形態の三次元造形物Ｏの製造装置１は、層Ｒを方向Ｚに沿って積層して三次元造形物Ｏを製造する装置であるが、層Ｒを形成する際、ステージ１０の位置を層Ｒの厚さ（所望の厚さ）に対応させる。具体的には、ステージ１０の上面の位置から壁部１２の上面の位置までの距離が、形成する層Ｒの所望の厚さと等しくなるようにステージ１０を配置させる。そして、層Ｒを積層する（次の層を形成する）ことに伴い、１層形成する毎に、形成する層Ｒの厚さ分ずつステージ１０を下げていく。

層形成部１６は、水平方向（図中の方向Ｘ及び方向Ｙ）に移動可能な構成になっており、制御部３の制御により、水平方向に移動しつつステージ１０上に粉末材料Ｍを付与（拡散）することで、ステージ１０の上面に万遍なく粉末材料Ｍを付与可能な構成になっている。ただし、層形成部１６により形成された層Ｒは表面上が凸凹になっている。

スキージー１７は、方向Ｙに沿って延びる板状の部材であり、方向Ｘに沿って延びるガイドレール２３に沿ってＸ方向に移動可能な構成になっている。本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、このような構成のスキージー１７を制御部３の制御により移動させることで、層形成部１６により形成された層Ｒの表面を滑らかに均すことが可能な構成になっている。なお、スキージー１７は、壁部１２の上面と接触しつつＸ方向に移動する。このため、スキージー１７の移動後にステージ１０に形成される層Ｒは、所望の厚さとなっている。

［実施例３］（図４）
次に、実施例３の三次元造形物Ｏの製造装置１について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図４は本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１の概略図であり、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１の図１に対応する図である。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。
なお、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、ボンベ１５の接続部２４の構成以外は、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１と同様の構成である。このため、ボンベ１５の接続部２４の構成以外の説明は省略する。

図４で表されるように、本実施例のボンベ１５の接続部２４は、複数のボンベ１５を接続可能になっている。このため、複数種類の気体（反応性ガス）を切り替えながら、或いは、複数種類の気体を混ぜて使用することが可能な構成になっている。なお、本実施例においては、ボンベ１５のうちのボンベ１５ａを窒素、ボンベ１５のうちのボンベ１５ｂを水素としているが、このような例に限定されない。

［実施例４］（図５）
次に、実施例４の三次元造形物Ｏの製造装置１について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図５は本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１の概略図であり、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１の図１に対応する図である。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。
なお、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、活性化部の構成以外は、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１と同様の構成である。このため、活性化部の構成以外の説明は省略する。

図５で表されるように、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、リモートプラズマユニット６の代わりに、活性化部として、加工領域２６を取り巻く領域２７に電磁波である紫外線（ＵＶ）を照射して、加工領域２６を取り巻く領域２７の気体Ｕを活性化するＵＶ照射ユニット１８を備えている。
このように、本実施例の活性化部は、加工領域２６を取り巻く領域２７に電磁波であるＵＶを照射して、加工領域２６を取り巻く領域２７の気体を活性化する構成である。電磁波の照射装置は構成が簡単であるため、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、簡単な装置構成で高品質の構成材料で三次元造形物を製造することができる。

なお、詳細には、本実施例のＵＶ照射ユニット１８は、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の波長域の紫外線を照射する構成である。ＵＶ照射ユニット１８としては、例えば、高輝度真空紫外（ＶＹＶ）光源ユニットＬ１０３６６シリーズ（浜松ホトニクス株式会社製）などを好ましく用いることができる。
また、図５で表されるように、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、ボンベ１５により筐体部１３の内部に窒素を充満させ、加工領域２６を取り巻く領域２７の気体ＵをＵＶにより活性化する構成である。

［実施例５］（図６）
図６は本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１の概略図であり、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１の図１に対応する図である。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。
なお、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、実施例２の三次元造形物Ｏの製造装置１の供給部と、実施例４の三次元造形物Ｏの製造装置１の活性化部とを備え、それ以外は実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１と同様の構成である。このため、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１の詳細な説明は省略する。

［実施例６］（図７）
次に、実施例６の三次元造形物Ｏの製造装置１について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図７は本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１の概略図であり、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１の図１に対応する図である。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。
なお、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、三次元造形物の構成材料を供給する供給部の構成以外は、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１と同様の構成である。このため、供給部の構成以外の説明は省略する。

図１で表されるように、実施例１の供給部としての吐出部７は、三次元造形物Ｏの構成材料である流動体Ｉを液滴状に吐出する構成であった。
一方、本実施例の供給部２８は、図７で表されるように、三次元造形物Ｏの構成材料である流動体Ｉを連続状態で供給する構成である。なお、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、供給部２８から流動体Ｉを連続状態で供給すること以外は、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１と同様の構成である。

［実施例７］（図８）
次に、実施例７の三次元造形物Ｏの製造装置１について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図８は本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１の要部である供給部２９の概略断面図である。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。
なお、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、三次元造形物の構成材料を供給する供給部２９が構成材料の加工部を兼ねる構成であり、供給部及び加工部の構成以外は、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１と同様の構成である。このため、供給部２９の構成以外の説明は省略する。

本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１の供給部２９は、構成材料としてのパウダー状の粉末材料Ｍの通路１９と、該通路１９の先端部である排出口２１にレーザー光Ｌを照射可能なレーザー照射部２０と、を有している。そして、通路１９を方向Ｆに移動し排出口２１から排出された粉末材料Ｍにレーザー光Ｌを照射することによって該粉末材料Ｍを溶融させることによりステージ１０上に三次元造形物Ｏを製造可能な構成になっている。なお、図８は、供給部２９を方向Ｘに沿って図中の右方向に移動させながら層形成を行っている状態を表している。

［実施例８］（図９）
次に、実施例８の三次元造形物Ｏの製造装置１について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図９は本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１の概略図であり、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１の図１に対応する図である。なお、上記実施例１と共通する構成部材は同じ符号で示しており、詳細な説明は省略する。
なお、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、加工部及び活性化部の構成以外は、実施例１の三次元造形物Ｏの製造装置１と同様の構成である。このため、活性化部の構成以外の説明は省略する。

図９で表されるように、本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、ガルバノミラー部５及びリモートプラズマユニット６の代わりに、加工部及び活性化部の役割を兼ねる、加工及び活性化ユニット３０を備えている。
加工及び活性化ユニット３０は、絶縁部３１を有し、レーザー光Ｌを通過させる貫通孔を有する中央電極部３３に高周波電源３２が接続されている。なお、図９では省略されて表されているが、高周波電源３２及び加工及び活性化ユニット３０の外周ガス導入ハウジング部３４は、共に接地されており、中央電極部３３と外周ガス導入ハウジング部３４の間にプラズマを形成することができ、導入するガスを効率良く活性化させることができる。また加工及び活性化ユニット３０は、三次元造形物Ｏの加工部に近接すればするほど、ガスの反応を高めることができる。また、本形態においては、レーザー光Ｌの光路とプラズマ活性化領域が同軸上に形成されるため、粉状材料の溶融と反応性ガスの供給が最も効率よく行うことができる。さらには、プラズマにより高温化された反応ガスは、溶融部を冷却することなく、溶融部から発生するヒュームを外周に除去するため、レーザー光Ｌの通過する光学窓へのヒュームの付着を防止することができる。
なお、加工及び活性化ユニット３０は、リモートプラズマユニット６にレーザー光Ｌを透過させるための光学窓を備えた物であっても構わない。
本実施例の三次元造形物Ｏの製造装置１は、加工及び活性化ユニット３０においてボンベ１５から供給された反応性ガス（窒素）ＮをプラズマＰで活性化し、プラズマＰで活性化された反応性ガスＮを加工領域２６を取り巻く領域２７に付与するとともにレーザー発生部４から照射されたレーザー光Ｌを加工領域２６を取り巻く領域２７に付与することが可能な構成になっている。

本発明は、上述の実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１…三次元造形物Ｏの製造装置、２…ＰＣ、３…制御部、４…レーザー発生部、
５…ガルバノミラー部、６…リモートプラズマユニット（活性化部）、
７…吐出部（供給部）、８…ガイドレール、９…ガス管、１０…ステージ、
１１…ステージ１０の駆動部、１２…壁部、１３…筐体部、１４…排気口（回収部）、
１５…ボンベ、１５ａ…ボンベ、１５ｂ…ボンベ、１６…層形成部（供給部）、
１７…スキージー（供給部）、１８…ＵＶ照射ユニット（活性化部）、
１９…粉末材料Ｍの通路、２０…レーザー照射部、２１…排出口、
２２…ガルバノレーザーユニット（加工部）、２３…ガイドレール、
２４…ボンベ１５の接続部、２６…加工領域、２７…加工領域２６を取り巻く領域、
２８…供給部、２９…供給部（加工部）、
３０…加工及び活性化ユニット（加工部及び活性化部）、３１…絶縁部、
３２…高周波電源、Ｉ…三次元造形物Ｏの構成材料である流動体、
３３…中央電極部、３４…外周ガス導入ハウジング部、Ｌ…レーザー光、
Ｍ…三次元造形物Ｏの構成材料であるパウダー状の粉末材料、Ｎ…反応性ガス、
Ｏ…三次元造形物、Ｐ…プラズマ、Ｒ…層

Claims (8)

1. 三次元造形物の構成材料を供給する供給部と、
   前記供給部により供給された前記構成材料を加工する加工部と、
   前記加工部とは別に設けられ、少なくとも前記加工部による加工領域を取り巻く領域の気体を活性化した気体にする活性化部と、
   を備えることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
2. 請求項１に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記加工部は、前記構成材料にレーザー光を照射して、前記構成材料を加工する構成であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
3. 請求項１又は２に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記活性化部は、局所的に、前記加工領域を取り巻く領域の気体を活性化することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
4. 請求項３に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記活性化部は、リモートプラズマを使用して活性化した気体を、前記加工領域を取り巻く領域に供給する構成であることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
5. 請求項３に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記活性化部は、前記加工領域を取り巻く領域に電磁波を照射して、前記加工領域を取り巻く領域の気体を活性化することを特徴とする三次元造形物の製造装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記活性化部により活性化される気体は、水素、窒素、酸素、アンモニア、炭化水素及び有機化合物の少なくとも１つを含有する１又は複数の成分で構成されていることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載された三次元造形物の製造装置において、
   前記活性化部により活性化された気体を回収する回収部を備えることを特徴とする三次元造形物の製造装置。
8. 三次元造形物の構成材料を供給する供給工程と、
   前記供給工程で供給された前記構成材料を加工部により加工する加工工程と、
   前記加工工程の実行中に行われ、前記加工部とは別に設けられる活性化部により、少なくとも前記加工部による加工領域を取り巻く領域の気体を活性化した気体にする活性化工程と、
   を有することを特徴とする三次元造形物の製造方法。

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