JP2019142019A - 付加製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空ポンプによるヒュームの吸い込みを抑制し、真空ポンプの不具合を回避することが可能な付加製造装置を提供する。【解決手段】チャンバー２からガスを排出するガス排出流路９と、このガス排出流路９に設けられて材料粉末Ｐの溶融時に発生するヒュームを吸着させる吸着部１０と、この吸着部１０を加熱する加熱部１１，１２と、を備える付加製造装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、付加製造装置に関する。

従来から、付加製造技術が知られている。付加製造は、材料を付着することによって物体を三次元形状の数値表現から作成するプロセスであり、除去的な製造とは対照をなすものである。付加製造は、「３Ｄプリンター」や「積層造形」とも呼ばれ、多くの場合、複数の層を積層させることによって実現される。付加製造を行う装置の一例として、所望の積層造形物を製造する装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。

特許文献１に記載された三次元形状の積層造形物の製造装置は、接着剤塗布装置と、粉末材料供給装置と、粉末材料除去装置と、電子ビーム照射装置と、を含み、溶融固化層を積層して所望の積層造形物を製造する（同文献、請求項１等を参照）。

この従来の製造装置において、接着剤塗布装置は、所望の積層造形物の形状に合わせて金属固体の上面における所要の部位に所定の厚さの接着剤を塗布して接着層を形成する。粉末材料供給装置は、接着層に金属粉末を供給して金属粉末を接着層に固定し、金属粉末層を形成する。粉末材料除去装置は、接着剤で固定されていない余剰の金属粉末を除去する。

また、上記従来の製造装置において、電子ビーム照射装置は、真空引きされた真空チャンバー内における希ガスの雰囲気の中で環状のアノード電極の中にプラズマを生成して金属粉末層に電子ビームを照射する。これにより、電子ビーム照射装置は、金属粉末層を溶融固化させて金属固体と一体化させて金属固体の表面が改質した状態になるように溶融固化層を形成する。

また、上記従来の製造装置において、真空チャンバーは、真空装置の真空ポンプによって空気が抜かれて真空に近い状態に減圧される。また、真空装置は、真空チャンバーの中を浄化する手段を兼用する。真空装置は、電子ビームを照射している間稼働して真空チャンバーのガスを排出し、真空チャンバーの中を真空に近い状態に維持している。真空装置は、真空チャンバーのガスを排出しているときに、浮遊する材料の滓を真空チャンバーから吸い出す（同文献、第００３０段落等を参照）。

特開２０１５−０３０８８３号公報

上記従来の製造装置は、前述のように、真空ポンプによって真空チャンバー内のガスを排出し、真空チャンバー内で浮遊する材料の滓を真空チャンバーから吸い出す。この真空チャンバー内で浮遊する材料の滓には、たとえば金属粉末層を溶融固化させるときに発生する金属蒸気、すなわちヒュームが含まれる。真空ポンプによるヒュームの吸い込みは、真空ポンプの性能低下や耐用期間の短縮などの不具合を発生させるおそれがある。

本開示は、真空ポンプによるヒュームの吸い込みを抑制し、真空ポンプの不具合を回避することが可能な付加製造装置を提供する。

本開示の一態様は、チャンバーに収容された材料粉末に高エネルギービームを照射して前記材料粉末を溶融結合させる粉末床溶融結合方式の付加製造装置であって、前記チャンバーからガスを排出するガス排出流路と、前記ガス排出流路に設けられて前記材料粉末の溶融時に発生するヒュームを吸着させる吸着部と、前記吸着部を加熱する加熱部と、を備えることを特徴とする付加製造装置である。

上記一態様によれば、真空ポンプによるヒュームの吸い込みを抑制し、真空ポンプの不具合を回避することが可能な付加製造装置を提供することができる。

本開示の一実施形態に係る付加製造装置の断面図。 図１の付加製造装置の吸着部を構成する吸着フィンの模式的な断面図。 図２の吸着フィンの模式的な平面図。 図１の付加製造装置のガス排出流路の変形例を示す断面図。 図１の付加製造装置のガス排出流路の変形例を示す断面図。

以下、図面を参照して本開示に係る付加製造装置の一実施形態を説明する。図１は、本開示の一実施形態に係る付加製造装置１の概略構成を示す模式的な断面図である。

本実施形態の付加製造装置１は、チャンバー２に収容された材料粉末Ｐに、たとえばレーザや電子ビームなどの高エネルギービームＢを照射して材料粉末Ｐを溶融結合させる粉末床溶融結合方式の付加製造装置である。詳細については後述するが、本実施形態の付加製造装置１は、チャンバー２からガスを排出するガス排出流路９と、このガス排出流路９に設けられて材料粉末Ｐの溶融時に発生するヒュームを吸着させる吸着部１０と、この吸着部１０を加熱する加熱部１１，１２と、を備えることを特徴とする。以下、本実施形態の付加製造装置１の各部の構成について詳細に説明する。

付加製造装置１は、たとえば、チャンバー２と、真空ポンプ３と、材料供給部４と、付加製造部５と、回収部６と、リコータ７と、ビーム源８と、ガス排出流路９と、を備えている。

チャンバー２は、たとえば、ビーム源８、真空ポンプ３および電源部１１ｂを除く付加製造装置１の各部を収容している。チャンバー２は、たとえば、保護ガラス２１がはめ込まれた透過窓２２を有している。透過窓２２は、チャンバー２の外部に配置されたビーム源８から照射される高エネルギービームＢを透過させ、チャンバー２の内部の付加製造部５のステージ５１に載置された材料粉末Ｐに到達させる。チャンバー２は、たとえばアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを導入するガス入口２ａと、チャンバー２内のガスを排出するガス出口２ｂとを備えている。

真空ポンプ３は、チャンバー２のガス出口２ｂに接続される。真空ポンプ３は、ガス出口２ｂを介してチャンバー２内のガスを吸い込んでチャンバー２の外部に排出することで、チャンバー２の内圧を大気圧よりも減圧された真空圧にして、チャンバー２内を真空状態にする。なお、図１に示す例において、真空ポンプ３は、チャンバー２に固定されて直接的にガス出口２ｂに接続されているが、たとえば、真空引き用の配管を介して間接的にガス出口２ｂに接続されていてもよい。

材料供給部４は、たとえば、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。材料供給部４は、材料粉末Ｐを供給するためのステージ４１を有している。材料供給部４の底壁は、材料供給用のステージ４１によって構成されている。材料供給部４は、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、材料供給用のステージ４１上に材料粉末Ｐが載置される。材料供給用のステージ４１は、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。

造形物Ｍの付加製造に用いられる材料粉末Ｐとしては、特に限定されないが、たとえば、銅、チタン合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの金属材料の粉末、ポリアミドなどの樹脂材料の粉末、セラミックスの粉末などを用いることができる。本実施形態の付加製造装置１は、材料粉末Ｐとして、たとえば金属材料の粉末を使用する。

付加製造部５は、たとえば、前述の材料供給部４と同様に、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。付加製造部５は、付加製造用のステージ５１を有している。付加製造部５の底壁は、付加製造用のステージ５１によって構成されている。付加製造部５は、材料供給部４と同様に、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、付加製造用のステージ５１上に、材料供給部４から供給される材料粉末Ｐと、付加製造によって製造される造形物Ｍが載置される。付加製造部５の開口部と材料供給部４の開口部は、たとえば、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。付加製造用のステージ５１は、前述の材料供給用のステージ４１と同様に、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。

回収部６は、たとえば、側壁と底壁によって囲まれた凹状の部分である。図示の例において、回収部６の底壁は、側壁の下端部に固定されているが、材料供給部４および付加製造部５と同様に、昇降可能なステージによって構成されていてもよい。回収部６は、上部が開放されて側壁の上端に開口部を有している。回収部６の開口部と、付加製造部５の開口部は、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。回収部６は、たとえば、リコータ７によって材料供給部４から付加製造部５に供給された余分な材料粉末Ｐを収容して回収する。

リコータ７は、たとえば、適宜の移動機構により、材料供給部４および付加製造部５の開口部に沿って、おおむね水平方向に移動可能に設けられている。リコータ７は、その移動方向に往復することができるように設けられている。リコータ７は、材料供給部４から材料粉末Ｐを付加製造部５に供給するときに、材料供給部４の開口部の手前側の位置から、材料供給部４の開口部と付加製造部５の開口部を横断して、回収部６の開口部に臨む位置まで移動する。

ビーム源８は、たとえば、真空中で数ｋＷ程度の出力の電子ビームを発生させる電子ビーム源や、数百Ｗから数ｋＷ程度の出力のレーザを発生させるレーザ光源を用いることができる。本実施形態の付加製造装置１のビーム源８は、たとえば、波長が１０８０ｎｍ、出力が５００Ｗのシングルモードファイバーレーザ、すなわちエネルギー強度がガウス分布のファイバーレーザを発生させるレーザ光源である。なお、ビーム源８が電子ビーム源である場合、ビーム源８は、チャンバー２内に配置されていてもよい。

ガス排出流路９は、チャンバー２の内部から外部へガスを排出するための流路である。ガス排出流路９は、たとえば、金属製のダクトまたは配管によって構成され、チャンバー２の内部に配置されている。ガス排出流路９の断面形状は、特に限定されず、円形、矩形、または、その他の形状であってもよい。なお、チャンバー２内の壁面に対するガス排出流路９の固定を容易にする観点から、ガス排出流路９の断面形状は、矩形であることが好ましい。

ガス排出流路９は、チャンバー２の内部に開口したガス取込口９１と、真空ポンプ３に接続されるガス排出口９２とを有している。より具体的には、ガス排出流路９は、たとえば、全体がチャンバー２の内部に設けられ、チャンバー２の内部に固定されている。ガス排出流路９のガス排出口９２は、たとえば、チャンバー２に設けられたガス出口２ｂを介して真空ポンプ３に接続されている。すなわち、図１に示す例において、チャンバー２のガス出口２ｂは、内側にガス排出流路９のガス排出口９２が接続され、外側に真空ポンプ３が接続されている。

なお、図示を省略するが、ガス排出流路９は、少なくとも一部がチャンバー２の外部に設けられていてもよい。この場合、ガス排出流路９は、たとえば、チャンバー２のガス出口２ｂを貫通してチャンバー２の内部と外部に延び、ガス取込口９１がチャンバー２の内部で開口し、ガス排出口９２がチャンバー２の外部で真空ポンプ３に接続されていてもよい。または、ガス排出流路９は、たとえば、ガス取込口９１がチャンバー２のガス出口２ｂに接続され、ガス出口２ｂからチャンバー２の外部へ延び、ガス排出口９２がチャンバー２の外部で真空ポンプ３に接続されていてもよい。

ガス排出流路９は、たとえば、鉛直方向に延びて、下端部にガス取込口９１を有するとともに、上端部にガス排出口９２を有している。また、ガス排出流路９は、たとえば、一直線に延びている。なお、ガス排出流路９は、水平方向に延びていてもよく、鉛直方向および水平方向に対して傾斜する方向に延びていてもよい。また、ガス排出流路９は湾曲していてもよく、複数回にわたって往復するように蛇行していてもよい。

吸着部１０は、ガス排出流路９に設けられ、材料粉末Ｐの溶融時に発生する金属蒸気を含むヒュームを吸着させる部分である。吸着部１０は、たとえば、ガス排出流路９と一体に設けられたガス排出流路９の一部分であってもよいし、ガス排出流路９とは別の部材として設けられてガス排出流路９に対して取り外し可能に取り付けられていてもよい。また、吸着部１０は、ガス排出流路９に対して可動に設けられていてもよい。

吸着部１０は、たとえば、ガス排出流路９のガス取込口９１とガス排出口９２との間に配置されている。吸着部１０は、たとえば、ガス排出流路９の内部に突出する吸着フィン１０Ｆによって構成されている。吸着フィン１０Ｆは、たとえば、ガス排出流路９の内壁面からガス排出流路９の内側に向けて突出させた平板状の部材であり、ガス排出流路９の一部を遮るように設けられている。

図１に示す例において、ガス排出流路９のガス取込口９１とガス排出口９２との間に複数の吸着フィン１０Ｆが設けられている。なお、吸着フィン１０Ｆは、一つであってもよいが、より多くのヒュームを吸着させる観点から、ガス排出流路９は、複数の吸着フィン１０Ｆを有していることが好ましい。吸着フィン１０Ｆは、たとえば、ガス排出流路９の延在方向に沿って、ガス排出流路９の対向する内壁面から交互に突出させて設けられ、ガス排出流路９を流れるガスを蛇行させるように設けられている。

吸着フィン１０Ｆは、たとえば、水平方向に対して傾斜して設けられ、先端部が基端部よりも鉛直方向の下方に位置している。吸着フィン１０Ｆの基端部は、ガス排出流路９の内壁面に接続され、吸着フィン１０Ｆの先端部は、ガス排出流路９の内壁面から離隔している。吸着フィン１０Ｆは、たとえば、適宜の駆動部によって、ガス排出流路９の内壁面からガス排出流路９の内部に突出した状態と、ガス排出流路９の内壁面に沿って配置された状態との間で、可動に設けられていてもよい。これにより、最初にチャンバー２の内部から空気を排出するときに、吸着フィン１０Ｆをガス排出流路９の内壁面に沿って寝かせて、ガス排出流路９の圧力損失または流路抵抗を低下させることができる。

ガス排出流路９は、たとえば、真空ポンプ３の吸引口３ａの断面積以上の断面積を有している。ここで、ガス排出流路９の断面積とは、たとえば、ガス排出流路９の任意の断面における最小の流路面積を意味する。たとえば、吸着フィン１０Ｆがガス排出流路９の内壁面から突出した状態では、吸着フィン１０Ｆの先端とガス排出流路９の内壁面との間に形成される開口の面積が、ガス排出流路９の任意の断面における最小の流路面積であり、ガス排出流路９の断面積となる。

なお、ガス排出流路９のガス排出口９２がチャンバー２のガス出口２ｂを介して真空ポンプ３の吸引口３ａに接続されている場合には、チャンバー２のガス出口２ｂは、真空ポンプ３の吸引口３ａの断面積以上の断面積であることが好ましい。また、ガス排出流路９のガス排出口９２の断面積すなわち開口面積は、真空ポンプ３の吸引口３ａまたはチャンバー２のガス出口２ｂの断面積すなわち開口面積以上であることが好ましい。

加熱部１１，１２は、吸着部１０を加熱するための構成である。本実施形態の付加製造装置は、吸着フィン１０Ｆに内蔵された内部ヒータ１１ａ（図２および図３を参照。）によって構成された加熱部１１と、ガス排出流路９を外部から加熱する外部ヒータ１２ａによって構成された加熱部１２とを備えている。なお、加熱部１１，１２は、いずれか一方を省略することも可能である。

図２は、図１に示す吸着フィン１０Ｆの模式的な断面図である。図３は、図２に示す吸着フィン１０Ｆの模式的な平面図である。加熱部１１は、たとえば、吸着フィン１０Ｆに内蔵された内部ヒータ１１ａと、この内部ヒータ１１ａに電力を供給する電源部１１ｂと、によって構成されている。

内部ヒータ１１ａは、たとえばニッケルクロム線や鉄クロム線などの電熱線や、セラミックヒータによって構成することができる。セラミックヒータは、たとえば、アルミナや窒化ケイ素などのセラミックスに発熱体が内蔵された構成を有し、セラミックスと発熱体とが同時に焼結されて一体化されることで、外部環境に対する優れた密閉性と絶縁性を有している。

図２および図３に示す例において、吸着フィン１０Ｆは、たとえば一端に開口を有する中空の板状に構成されている。内部ヒータ１１ａであるセラミックヒータは、吸着フィン１０Ｆの一端の開口から吸着フィン１０Ｆの内部に挿入されている。吸着フィン１０Ｆは、たとえば、アルミニウムやステンレス鋼などの金属材料からなり、内部ヒータ１１ａであるセラミックヒータを覆うように内部ヒータ１１ａの外側に取り付けられ、内部ヒータ１１ａから取り外し可能に構成されている。

図１に示すように、加熱部１２は、ガス排出流路９を外部から加熱する外部ヒータ１２ａによって構成されている。外部ヒータ１２ａは、たとえば、ハロゲンランプによって構成することができる。外部ヒータ１２ａは、ガス排出流路９を外部から加熱することで、ガス排出流路９に設けられた吸着部１０を加熱する。なお、外部ヒータ１２ａは、ハロゲンランプに限定されず、たとえば高周波誘導加熱によってガス排出流路９を外部から加熱してもよい。

付加製造装置１が加熱部１２として外部ヒータ１２ａを備える場合には、外部ヒータ１２ａによって加熱されるガス排出流路９の内壁面を、材料粉末Ｐの溶融時に発生するヒュームを吸着させる吸着部１０とすることができる。また、この場合、ガス排出流路９は、吸着フィン１０Ｆを加熱する内部ヒータ１１ａを有しなくてもよいし、吸着フィン１０Ｆを有しなくてもよい。また、加熱部１２は、たとえば、付加製造部５のステージ５１に載置された材料粉末Ｐを予熱する予熱ヒータ１２ｂを有してもよい。予熱ヒータ１２ｂは、たとえば、ハロゲンランプによって構成することができる。

また、図示を省略するが、ガス排出流路９の内部に配置したフィルタを吸着部１０としてもよい。この場合、吸着部１０としてのフィルタは、加熱部１１を構成する内部ヒータ１１ａまたは加熱部１２を構成する外部ヒータ１２ａによって加熱することができる。なお、吸着部１０としてのフィルタの開口面積は、真空ポンプ３の吸引口３ａまたはチャンバー２のガス出口２ｂの断面積すなわち開口面積以上であることが好ましい。

以下、本実施形態の付加製造装置１の作用について説明する。

本実施形態の付加製造装置１によって造形物Ｍの付加製造を行うには、まず、真空ポンプ３によってチャンバー２の内部の空気を排出し、チャンバー２の内部を大気圧よりも減圧して真空状態にする。また、チャンバー２のガス入口２ａからアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを導入するとともに、真空ポンプ３によってチャンバー２の内部のガスを排出し、チャンバー２の内部を大気圧よりも低い真空状態に維持する。

次に、付加製造部５のステージ５１を側壁の上端部の開口部から所定のピッチで下降させ、付加製造部５に所定量の付加製造用の材料粉末Ｐを収容可能な状態にする。次に、材料供給部４のステージ４１を所定のピッチで上昇させ、開口部よりも上方に所定量の付加製造用の材料粉末Ｐを押し上げる。次に、材料供給部４の開口部を横断するようにリコータ７を移動させ、材料供給部４の開口部の上方に押し上げられた材料粉末Ｐをリコータ７によって付加製造部５に移動させる。

さらに、付加製造部５の開口部を横断するようにリコータ７を移動させ、リコータ７によって材料粉末Ｐを付加製造部５の開口部へ導入して付加製造部５のステージ５１に載置するとともに、リコータ７によって材料粉末Ｐを付加製造部５の開口部の高さに平坦に均して敷き詰める。このとき、余分な材料粉末Ｐは、リコータ７によって回収部６の開口部へ導入され、回収部６に収容されて回収される。その後、リコータ７を逆方向に移動させて元の位置に戻す。

次に、付加製造部５のステージ５１上に敷き詰められた材料粉末Ｐを、たとえば、加熱部１２の予熱ヒータ１２ｂによって予熱する。次に、造形物Ｍの三次元形状のデータに基づいて、ビーム源８から、付加製造部５のステージ５１上の予熱された材料粉末Ｐの所定の領域に、レーザや電子ビームなどの高エネルギービームＢを照射する。これにより、所定の領域の材料粉末Ｐが溶融結合されて造形物Ｍの一部が形成される。このとき、材料粉末Ｐの溶融にともなって、たとえば金属蒸気を含むヒュームが発生する。

本実施形態の付加製造装置１は、前述のように、粉末床溶融結合方式を採用し、チャンバー２に収容された材料粉末Ｐに高エネルギービームＢを照射して材料粉末Ｐを溶融結合させる。ここで、本実施形態の付加製造装置１は、前述のように、チャンバー２からガスを排出するガス排出流路９と、このガス排出流路９に設けられて材料粉末Ｐの溶融時に発生するヒュームを吸着させる吸着部１０と、この吸着部１０を加熱する加熱部１１，１２と、を備えている。

この構成により、ガス排出流路９を介してチャンバー２からガスを排出するときに、ガス排出流路９にヒュームを含むガスが取り込まれると、ガス排出流路９に設けられた吸着部１０によってガスに含まれるヒュームが吸着される。より詳細には、吸着部１０は、ヒュームの吸着時に、加熱部１１，１２によってヒュームの吸着に適した温度に加熱され、ガスに含まれるヒュームを効果的に吸着することができる。

これにより、ガス排出流路９を通過したガスからヒュームを効果的に除去することができ、真空ポンプ３によるヒュームの吸い込みを抑制し、真空ポンプ３の不具合を回避することができる。なお、材料粉末Ｐが金属粉末である場合、加熱部１１，１２によって加熱された吸着部１０のヒュームの吸着に適した温度は、たとえば、約１５０℃以上、約４５０℃以下の温度である。

また、本実施形態の付加製造装置１において、ガス排出流路９は、チャンバー２の内部に開口したガス取込口９１と、真空ポンプ３に接続されるガス排出口９２とを有している。そして、吸着部１０は、ガス取込口９１とガス排出口９２との間に配置されている。この構成により、ガス排出流路９のガス取込口９１から取り込まれたガスに含まれるヒュームは、ガスがガス取込口９１からガス排出口９２へ到達するまでの間に、吸着部１０によって吸着されて除去される。したがって、真空ポンプ３に接続されるガス排出流路９のガス排出口９２において、ガスに含まれるヒュームが可及的に除去された状態になり、真空ポンプ３によるヒュームの吸い込みを抑制し、真空ポンプ３の不具合を回避することができる。

また、本実施形態の付加製造装置１において、ガス排出流路９は、チャンバー２の内部に設けられ、ガス排出口９２は、チャンバー２に設けられたガス出口２ｂを介して真空ポンプ３に接続されている。これにより、ガス排出流路９を大気圧よりも減圧されたチャンバー２内に設置することができ、ガス排出流路９をチャンバー２の外部に設置する場合と比較して、構成を簡潔にすることができる。また、ガス排出流路９に設けられた吸着部１０を、外部環境よりも高温のチャンバー２の内部で加熱することができ、吸着部１０の加熱が容易になる。さらに、ガス排出流路９のガス取込口９１をチャンバー２の内部の最適な位置に配置することが容易になる。

また、本実施形態の付加製造装置１において、ガス排出流路９は、鉛直方向に延びて、下端部にガス取込口９１を有するとともに、上端部にガス排出口９２を有している。この構成により、ガス排出流路９のガス取込口９１を鉛直方向の低い位置に開口させることができ、高温で上方に移動しやすいヒュームがガス取込口９１に取り込まれるのを抑制することができる。したがって、吸着部１０に吸着されるヒュームを減少させてメンテナンス頻度を低下させることができるだけでなく、真空ポンプ３によるヒュームの吸い込みを抑制し、真空ポンプ３の不具合を回避することができる。さらに、鉛直方向に延びるガス排出流路９の吸着部１０に吸着されたヒュームに由来する堆積物が剥離して落下しても、その落下した堆積物を、ガス排出流路９の下端部のガス取込口９１から排出することができる。

また、本実施形態の付加製造装置１において、吸着部１０は、ガス排出流路９の内部に突出する吸着フィン１０Ｆによって構成されている。この構成により、吸着フィン１０Ｆによってヒュームを吸着させる吸着部１０の表面積を増加させ、より多くのヒュームを吸着部１０に吸着させることが可能になる。さらに、ガス排出流路９の内部に突出する吸着フィン１０Ｆによって、ガス排出流路９の内部のガスを蛇行させることで、たとえばガスに含まれるヒューム中の微粒子を吸着フィン１０Ｆに衝突または接触させ、吸着部１０により多くのヒュームを吸着させることが可能になる。

また、本実施形態の付加製造装置１において、吸着フィン１０Ｆは、水平方向に対して傾斜して設けられ、先端部が基端部よりも鉛直方向の下方に位置している。この構成により、吸着フィン１０Ｆに吸着されたヒュームに由来する堆積物が剥離したときに、剥離した堆積物は、重力の作用によって吸着フィン１０Ｆの基端部から先端部へと移動して下方へ落下し、ガス排出流路９の下端部のガス取込口９１から排出される。これにより、吸着フィン１０Ｆに堆積物が堆積するのを抑制することができる。また、ガス排出流路９の断面積が減少するのを抑制しつつ、吸着フィン１０Ｆの表面積を増加させることができる。さらに、鉛直方向上方へ流れるガスに乱流を生じさせ、ガスに含まれるヒュームをより効果的に吸着フィン１０Ｆに吸着することができる。

また、本実施形態の付加製造装置１において、加熱部１１は、吸着フィン１０Ｆに内蔵された内部ヒータ１１ａによって構成されている。これにより、吸着フィン１０Ｆを効率よく加熱して、吸着フィン１０Ｆの温度をヒュームの吸着に適した温度に維持することができる。また、吸着フィン１０Ｆから内部ヒータ１１ａを取り外し可能に構成することで、吸着フィン１０Ｆの交換時に内部ヒータ１１ａを再利用することができ、維持費用を抑制することができる。

また、本実施形態の付加製造装置１において、加熱部１２は、ガス排出流路９を外部から加熱する外部ヒータ１２ａによって構成されている。この構成により、外部ヒータ１２ａによってガス排出流路９を外部から加熱することで吸着部１０を加熱し、吸着部１０の温度をヒュームの吸着に適した温度に維持することができる。また、外部ヒータ１２ａによってガス排出流路９の内壁面をヒュームの吸着に適した温度に加熱することで、ガス排出流路９の内壁面が吸着部１０となる。これにより、ガス排出流路９を流れるガスに含まれるヒュームを、ガス排出流路９の内壁面の吸着部１０によって吸着して除去することができる。したがって、真空ポンプ３によるヒュームの吸い込みを抑制し、真空ポンプ３の不具合を回避することができる。

また、本実施形態の付加製造装置１において、ガス排出流路９は、真空ポンプ３の吸引口３ａの断面積以上の断面積を有している。これにより、ガス排出流路９による圧力損失が低減され、真空ポンプ３の負荷を低減することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、真空ポンプ３によるヒュームの吸い込みを抑制し、真空ポンプ３の不具合を回避することが可能な付加製造装置１を提供することができる。なお、本開示の付加製造装置は、前述の実施形態に係る付加製造装置１の構成に限定されない。以下、前述の実施形態に係る付加製造装置１の変形例について説明する。

図４は、図１の付加製造装置１のガス排出流路９の変形例を示す断面図である。この変形例において、付加製造装置１は、外部ヒータ１２ａを有しない。すなわち、加熱部１１は、吸着フィン１０Ｆに内蔵された内部ヒータ１１ａおよび電源部１１ｂによって構成されている。また、この変形例において、ガス排出流路９は、ガス取込口９１と、吸着部１０である吸着フィン１０Ｆとの間に、ヒュームを冷却する冷却部１３を有している。冷却部１３は、たとえば、ヒュームの吸着に適した温度よりも低い、たとえば１５０℃未満の温度に維持されている。

冷却部１３は、たとえば、ガス排出流路９の内部に突出する冷却フィン１３Ｆによって構成することができる。また、冷却フィン１３Ｆは、たとえば、水平方向に対して傾斜して設けられ、先端部が基端部よりも鉛直方向の下方に位置している。なお、ガス取込口９１と、吸着部１０である吸着フィン１０Ｆとの間のガス排出流路９の内壁面を冷却部１３とすることも可能である。冷却部１３は、冷媒を流す冷媒流路を内部に有してもよい。

このように、本変形例に係る付加製造装置１において、ガス排出流路９は、ガス取込口９１と吸着部１０との間に、ヒュームを冷却する冷却部１３を有している。この構成により、冷却部１３に接したヒュームは冷却され、ヒュームに含まれる溶融した金属の微粒子が凝固して落下し、ガス排出流路９のガス取込口９１から排出される。これにより、吸着部１０に到達するヒュームを減少させ、吸着部１０に吸着されるヒュームを減少させてメンテナンス頻度を低下させることができる。また、真空ポンプ３によるヒュームの吸い込みをより効果的に抑制し、真空ポンプ３の不具合を回避することができる。

また、本変形例に係る付加製造装置１において、冷却部１３は、ガス排出流路９の内部に突出する冷却フィン１３Ｆによって構成されている。この構成により、冷却部１３の表面積を増加させ、冷却部１３の放熱を促進させ、冷却部１３の温度を、たとえば、ヒュームの吸着に適した温度よりも低い１５０℃未満の温度に維持することが容易になる。また、ガス排出流路９を流れるガスに含まれるヒュームをより効果的に冷却して、ヒュームに含まれる溶融した金属の微粒子をより多く凝固させてガス排出流路９のガス取込口９１から排出することができる。

また、本変形例に係る付加製造装置１において、冷却フィン１３Ｆは、水平方向に対して傾斜して設けられ、先端部が基端部よりも鉛直方向の下方に位置している。この構成により、冷却フィン１３Ｆによって冷却して凝固させたヒュームに含まれる金属の微粒子を、重力の作用によって冷却フィン１３Ｆの基端部から先端部へ移動させて落下させることができる。これにより、金属の微粒子が冷却フィン１３Ｆの上に堆積することが防止される。

図５は、図１の付加製造装置１のガス排出流路９の変形例を示す断面図である。この変形例において、吸着フィン１０Ｆは、水平方向に対して傾斜して設けられているが、先端部が基端部よりも鉛直方向の下方に位置した吸着フィン１０Ｆと、基端部が先端部よりも鉛直方向の下方に位置した吸着フィン１０Ｆとが交互に配置されている。このような構成によっても、前述の実施形態に係る付加製造装置１と同様の効果を奏することができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１ 付加製造装置
２ チャンバー
２ｂ ガス出口
３ 真空ポンプ
３ａ 吸引口
９ ガス排出流路
９１ ガス取込口
９２ ガス排出口
１０ 吸着部
１０Ｆ 吸着フィン
１１ 加熱部
１１ａ 内部ヒータ
１２ 加熱部
１２ａ 外部ヒータ
１３ 冷却部
１３Ｆ 冷却フィン
Ｂ 高エネルギービーム
Ｐ 材料粉末

Claims (12)

1. チャンバーに収容された材料粉末に高エネルギービームを照射して前記材料粉末を溶融結合させる粉末床溶融結合方式の付加製造装置であって、
   前記チャンバーからガスを排出するガス排出流路と、
   前記ガス排出流路に設けられて前記材料粉末の溶融時に発生するヒュームを吸着させる吸着部と、
   前記吸着部を加熱する加熱部と、を備えることを特徴とする付加製造装置。
2. 前記ガス排出流路は、前記チャンバーの内部に開口したガス取込口と、真空ポンプに接続されるガス排出口とを有し、
   前記吸着部は、前記ガス取込口と前記ガス排出口との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
3. 前記ガス排出流路は、前記チャンバーの内部に設けられ、
   前記ガス排出口は、前記チャンバーに設けられたガス出口を介して前記真空ポンプに接続されることを特徴とする請求項２に記載の付加製造装置。
4. 前記ガス排出流路は、鉛直方向に延びて下端部に前記ガス取込口を有するとともに上端部に前記ガス排出口を有することを特徴とする請求項３に記載の付加製造装置。
5. 前記吸着部は、前記ガス排出流路の内部に突出する吸着フィンによって構成されていることを特徴とする請求項４に記載の付加製造装置。
6. 前記吸着フィンは、水平方向に対して傾斜して設けられ、先端部が基端部よりも鉛直方向の下方に位置していることを特徴とする請求項５に記載の付加製造装置。
7. 前記加熱部は、前記吸着フィンに内蔵された内部ヒータによって構成されていることを特徴とする請求項５に記載の付加製造装置。
8. 前記ガス排出流路は、前記ガス取込口と前記吸着部との間に、前記ヒュームを冷却する冷却部を有することを特徴とする請求項４に記載の付加製造装置。
9. 前記冷却部は、前記ガス排出流路の内部に突出する冷却フィンによって構成されていることを特徴とする請求項８に記載の付加製造装置。
10. 前記冷却フィンは、水平方向に対して傾斜して設けられ、先端部が基端部よりも鉛直方向の下方に位置していることを特徴とする請求項９に記載の付加製造装置。
11. 前記加熱部は、前記ガス排出流路を外部から加熱する外部ヒータによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
12. 前記ガス排出流路は、前記真空ポンプの吸引口の断面積以上の断面積を有することを特徴とする請求項２に記載の付加製造装置。

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