JP2021020322A - Three-dimensional molding apparatus and three-dimensional molding method - Google Patents

Three-dimensional molding apparatus and three-dimensional molding method Download PDF

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阿萬 康知
Yasutomo Aman
康知 阿萬
紀一 鴨田
Kiichi KAMODA
紀一 鴨田
仁 岩附
Hitoshi Iwatsuki
仁 岩附
康之 山下
Yasuyuki Yamashita
康之 山下
武藤 敏之
Toshiyuki Muto
敏之 武藤
勤 大沢
Tsutomu Osawa
勤 大沢
美和 首藤
Yoshikazu Shudo
美和 首藤
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Abstract

To provide a three-dimensional molding apparatus capable of preventing a transmissive window from smearing.SOLUTION: A three-dimensional molding apparatus configured to irradiate a molding material with light L, melt and solidify the molding material, and mold a three-dimensional object comprises: a transmissive window 61 that allows the light to be transmitted; a tubular member 62 surrounding the transmissive window 61; and an air-supply section HL that supplies air inside the tubular member 62 so that inert gas GS flows downward from the transmissive window 61.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、立体造形装置及び立体造形方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus and a three-dimensional modeling method.

従来、立体的に造形を行う方法が知られている。 Conventionally, a method of three-dimensionally modeling is known.

まず、チャンバーで立体造形を行う製造方法において、チャンバーに、光透過窓が設置される。さらに、光透過窓の下方空間領域を包囲するように、筒部材が設置される。そして、筒部材の内部には、チャンバー内雰囲気とは異なる温度又は種類のガスが供給される。このような構成において、ヒュームと呼ばれる煙状の物質が、粉末層に光ビームを照射させて、粉末を焼結又は溶解固化させる工程では、筒部材の水平方向外側に移動するようにする方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 First, in a manufacturing method in which three-dimensional modeling is performed in a chamber, a light transmitting window is installed in the chamber. Further, a tubular member is installed so as to surround the space area below the light transmitting window. Then, a gas having a temperature or type different from the atmosphere in the chamber is supplied to the inside of the tubular member. In such a configuration, in the step of irradiating the powder layer with a light beam to sinter or melt and solidify the powder, a method of causing a smoke-like substance called fume to move outward in the horizontal direction of the tubular member is used. It is known (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、造形に用いる造形材料に対して予備加熱及び加熱溶解を行うと、汚染物質等が発生する場合が多い。このような汚染物質が、透過窓を汚す場合が多い。すなわち、従来の方法では、汚染物質等により、透過窓が汚れやすかった。 However, when the modeling material used for modeling is preheated and melted by heating, pollutants and the like are often generated. Such contaminants often pollute transparent windows. That is, in the conventional method, the transparent window is easily contaminated by pollutants and the like.

本発明の一態様は、透過窓が汚れにくい構成にすることを目的とする。 One aspect of the present invention is to make the transmission window hard to get dirty.

本発明の一実施形態による、立体造形装置は、造形材料に光を照射して、前記造形材料を溶融及び固化させて立体物を造形する立体造形装置であって、
前記光を透過させる透過窓と、
前記透過窓を囲む筒状部材と、
前記筒状部材の内側で、不活性ガスを前記透過窓から下方に流れるように給気する給気部とを備えることを特徴とする。
The three-dimensional modeling apparatus according to one embodiment of the present invention is a three-dimensional modeling apparatus that irradiates a modeling material with light to melt and solidify the modeling material to form a three-dimensional object.
A transmission window that allows light to pass through,
The tubular member surrounding the transparent window and
Inside the tubular member, an air supply unit that supplies air so that the inert gas flows downward from the permeation window is provided.

本発明の実施形態によって、透過窓が汚れるのを防止できる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent the transmission window from becoming dirty.

立体造形装置の全体構成例を示す図である。It is a figure which shows the whole structure example of the three-dimensional modeling apparatus. 透過窓周辺構成部の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the component part around a transmission window. 筒状部材の外観例を示す概要図である。It is a schematic diagram which shows the appearance example of a tubular member. 流速及び流量の制御例を示す図である。It is a figure which shows the control example of a flow velocity and a flow rate. 突起部の例を示す図であるIt is a figure which shows the example of the protrusion. 実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result. 実験結果の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the experimental result. 実験結果の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the experimental result. 「実施例1」における流れの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the flow in "Example 1". 「比較例1」における流れの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the flow in "Comparative Example 1". 立体物の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a three-dimensional object. 実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result. 全体処理例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the whole processing example. 変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification.

以下、発明を実施するための最適な形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the optimum mode for carrying out the invention will be described with reference to the drawings.

<立体造形装置例>
図1は、立体造形装置の全体構成例を示す図である。
<Example of 3D modeling device>
FIG. 1 is a diagram showing an example of the overall configuration of the three-dimensional modeling apparatus.

立体造形装置1は、造形材料を含む層(以下単に「層」という。)を形成するための装置(以下「層形成装置」という。)と、層に対して光を照射する装置(以下「光照射装置」という。)とを有する。 The three-dimensional modeling device 1 is a device for forming a layer containing a modeling material (hereinafter, simply referred to as "layer") (hereinafter, referred to as "layer forming device") and a device for irradiating the layer with light (hereinafter, "" It has a "light irradiation device").

造形材料は、立体造形用の樹脂粉末等である。例えば、造形材料は、ナイロン等の熱可塑性樹脂等である。また、造形材料には、ガラスビーズ等が含まれてもよい。なお、造形材料は、ポリプロピレン、インク又はフィラメント等でもよい。以下の説明では、造形材料として粉末を用いる場合について説明する。 The modeling material is a resin powder or the like for three-dimensional modeling. For example, the modeling material is a thermoplastic resin such as nylon. Further, the modeling material may include glass beads and the like. The modeling material may be polypropylene, ink, filament or the like. In the following description, a case where powder is used as a modeling material will be described.

層形成装置は、例えば、ローラ、ブレード又はこれらの組み合わせ等である。 The layer forming apparatus is, for example, a roller, a blade, or a combination thereof.

光照射装置は、レーザ光等を発する光源等である。なお、レーザ光は、例えば、CO2レーザ又は半導体レーザ等である。また、光源はレーザ光以外の光であってもよい。光源で、光を層に照射することで、層に含まれる造形材料が溶融する。 The light irradiation device is a light source or the like that emits laser light or the like. The laser beam is, for example, a CO2 laser, a semiconductor laser, or the like. Further, the light source may be light other than laser light. By irradiating the layer with light with a light source, the modeling material contained in the layer is melted.

また、光照射装置には、造形材料を固化させる装置等があってもよい。 Further, the light irradiation device may include a device for solidifying the modeling material.

具体的には、立体造形装置1では、層形成装置及び光照射装置は、以下のように構成される。まず、立体造形装置1は、造形槽70を有する。そして、造形槽70は、供給槽11と、ローラ12と、走査スペース13とを含む構成である。 Specifically, in the three-dimensional modeling device 1, the layer forming device and the light irradiation device are configured as follows. First, the three-dimensional modeling device 1 has a modeling tank 70. The modeling tank 70 has a configuration including a supply tank 11, a roller 12, and a scanning space 13.

供給槽11は、造形材料の例である粉末Pを収容する収容手段の例である。 The supply tank 11 is an example of a storage means for accommodating the powder P, which is an example of a modeling material.

ローラ12は、供給槽11に収容される粉末Pを供給する供給手段の例である。なお、ローラ12は、複数あってもよいし、単数であってもよい。 The roller 12 is an example of a supply means for supplying the powder P contained in the supply tank 11. The number of rollers 12 may be plural or singular.

走査スペース13は、ローラ12によって配置される粉末Pに対して、光の例であるレーザ光Lが走査する空間の例である。 The scanning space 13 is an example of a space scanned by the laser beam L, which is an example of light, with respect to the powder P arranged by the roller 12.

造形槽70には、光が透過する透過窓61が設置される。具体的には、透過窓61は、造形槽70の上方(図における上に位置する方向となる。)となる板、いわゆる天板に設置される。レーザ光Lは、光源18で発光し、反射鏡19等の光学系を介して粉末Pに当たるような経路となる。したがって、透過窓61は、レーザ光Lを透過させ、造形槽70の内部にある粉末Pに、レーザ光Lが照射するような位置に設置される。また、レーザ光Lは、描画のために走査するので、透過窓61は、走査がされる範囲(余裕があってもよい。)を十分に含むような位置及び大きさで設置されるのが望ましい。 A transmission window 61 through which light is transmitted is installed in the modeling tank 70. Specifically, the transmission window 61 is installed on a plate above the modeling tank 70 (in the direction of being located above in the figure), that is, a so-called top plate. The laser beam L emits light from the light source 18, and becomes a path that hits the powder P via an optical system such as a reflector 19. Therefore, the transmission window 61 is installed at a position where the laser beam L is transmitted and the powder P inside the modeling tank 70 is irradiated with the laser beam L. Further, since the laser beam L is scanned for drawing, the transmission window 61 should be installed at a position and a size that sufficiently includes a scanning range (may have a margin). desirable.

透過窓61は、光透過窓又はレーザ透過窓等と呼ばれる場合もある。以下、単に「透過窓」という。 The transmission window 61 may be referred to as a light transmission window, a laser transmission window, or the like. Hereinafter, it is simply referred to as a "transparent window".

光源18は、例えば、レーザ光Lを発する光源等である。レーザ光Lを粉末Pに向かうように、レーザ光Lの経路を変えるような反射鏡19等の光学系があってもよい。光学系は、他にも、絞り、レンズ又はフィルタ等が含まれてもよい。 The light source 18 is, for example, a light source that emits laser light L. There may be an optical system such as a reflector 19 that changes the path of the laser beam L so that the laser beam L is directed toward the powder P. The optical system may also include a diaphragm, a lens, a filter, and the like.

さらに、立体造形装置1は、ヒータ11H及びヒータ13H等の加熱装置を有する。例えば、ヒータ11H及びヒータ13Hは、造形槽70の上方に2対ずつ配置され、合計6個の数のヒータが配置される。なお、加熱装置は、ヒータに限られず、粉末等を加熱できる装置であればよい。また、加熱装置が配置される位置及び数は、立体造形装置1のような構成に限られない。 Further, the three-dimensional modeling device 1 has a heating device such as a heater 11H and a heater 13H. For example, two pairs of heaters 11H and 13H are arranged above the modeling tank 70, and a total of six heaters are arranged. The heating device is not limited to the heater, and may be any device capable of heating powder or the like. Further, the position and number of the heating devices are not limited to the configuration as in the three-dimensional modeling device 1.

加熱装置は、粉末Pを予備加熱又は溶融させる加熱ができれば、装置の種類、装置の数及び装置の配置は限られない。 As long as the heating device can preheat or melt the powder P, the type of device, the number of devices, and the arrangement of the devices are not limited.

立体造形装置1は、エンジン30を有する。エンジン30には、外部装置から図形データ40等が入力される。エンジン30は、例えば、情報処理装置等である。 The three-dimensional modeling device 1 has an engine 30. Graphical data 40 and the like are input to the engine 30 from an external device. The engine 30 is, for example, an information processing device.

図形データ40は、造形物の形状等を3Dで示すデータである。例えば、図形データ40は、CAD(Computer Aided Design)形式等である。 The graphic data 40 is data showing the shape and the like of a modeled object in 3D. For example, the graphic data 40 is in a CAD (Computer Aided Design) format or the like.

エンジン30は、図形データ40を受け付けると、図形データ40を積層方向にスライスして2次元データ41等を生成する。このように生成される、2次元データ41等に基づいて、レーザ照射パス50等が決定する。このようなレーザ照射パス50等に基づいて、ドライバ31等が、光源18及び反射鏡19等を制御する。 When the engine 30 receives the graphic data 40, the engine 30 slices the graphic data 40 in the stacking direction to generate two-dimensional data 41 and the like. The laser irradiation path 50 and the like are determined based on the two-dimensional data 41 and the like generated in this way. Based on such a laser irradiation path 50 and the like, the driver 31 and the like control the light source 18 and the reflector 19 and the like.

ドライバ31がアクチュエータ等により、反射鏡19の向きを変える等を行うと、レーザ光Lは、透過窓61を介して、2次元データ41が示す位置に当てられる。 When the driver 31 changes the direction of the reflector 19 by an actuator or the like, the laser beam L is applied to the position indicated by the two-dimensional data 41 through the transmission window 61.

そして、レーザ光Lが照射する位置では、粉末Pが溶融する。そして、溶融した粉末を焼結すると、立体物を構成する層が形成できる。このようにして、光源18等を含む光照射装置により、立体物を構成する層が形成される。 Then, the powder P melts at the position where the laser beam L irradiates. Then, when the molten powder is sintered, a layer constituting a three-dimensional object can be formed. In this way, the layer constituting the three-dimensional object is formed by the light irradiation device including the light source 18 and the like.

このように、造形材料を溶融及び固化する際には、汚染物質が発生しやすい。 As described above, when the modeling material is melted and solidified, contaminants are likely to be generated.

汚染物質は、「ヒューム」等を呼ばれる煙状の物質等である。具体的には、汚染物質は、金属蒸気又は樹脂蒸気等の揮発性の物質等である。このような汚染物質は、透過窓61に付着すると、光の透過率又は屈折率等を低下させる原因となる場合が多い。したがって、透過窓61に汚染物質が付着すると、光が透過しにくい等の現象が起きやすく、造形の品質が劣化する。ゆえに、透過窓61に汚染物質が付着しにくいようにすると、造形の品質等を安定化できる。 The pollutant is a smoke-like substance called "fume" or the like. Specifically, the pollutant is a volatile substance such as metal vapor or resin vapor. When such a pollutant adheres to the transmission window 61, it often causes a decrease in light transmittance, refractive index, or the like. Therefore, when a pollutant adheres to the transmission window 61, a phenomenon such as difficulty in transmitting light is likely to occur, and the quality of modeling deteriorates. Therefore, if it is difficult for contaminants to adhere to the transmission window 61, the quality of modeling and the like can be stabilized.

また、供給槽11及び走査スペース13には、ピストン11P及びピストン13P等が設置される。このようなピストン11P及びピストン13P等があると、粉末Pが上方又は下方に移動できるため、層の形成が進むごとに、粉末Pに位置が移動する。 Further, a piston 11P, a piston 13P, and the like are installed in the supply tank 11 and the scanning space 13. With such a piston 11P, a piston 13P, and the like, the powder P can move upward or downward, so that the position moves to the powder P as the layer formation progresses.

<透過窓、筒状部材及び給気部の構成例>
以下、図1における透過窓、筒状部材及び給気部等を含む構成部分(以下「透過窓周辺構成部PRT」という。)を抜き出して説明する。
<Structure example of transparent window, tubular member and air supply part>
Hereinafter, the constituent parts (hereinafter referred to as “transparent window peripheral constituent portion PRT”) including the transparent window, the tubular member, the air supply portion, and the like in FIG. 1 will be extracted and described.

図2は、透過窓周辺構成部の例を示す図である。例えば、透過窓61は、筒状部材62で支持されるような構成で使用される。 FIG. 2 is a diagram showing an example of a component around a transparent window. For example, the transmission window 61 is used so as to be supported by the tubular member 62.

以下、図における上が「上方」(光源が設置される方になる。)であり、かつ、図における下が「下方」(粉末の層(以下「粉末層PL」があらかじめ形成される方になる。)である場合を例に説明する。 Below, the upper part in the figure is "upper" (the one where the light source is installed), and the lower part in the figure is "lower" (the one where the powder layer (hereinafter "powder layer PL" is formed in advance). This will be described by taking the case of).

図2(A)は、透過窓周辺構成部PRTの例を示す断面図となる。 FIG. 2A is a cross-sectional view showing an example of the transmission window peripheral component PRT.

図2(B)は、断面A−A'を示す断面図となる。 FIG. 2B is a cross-sectional view showing a cross section AA'.

例えば、給気部は、給気口HL及び外部から不活性ガスGSを筒状部材62の内側に給気させる経路等で実現する。なお、給気部は、給気口HL等のような経路及び部品構成でなくともよい。 For example, the air supply unit is realized by the air supply port HL and the path for supplying the inert gas GS from the outside to the inside of the tubular member 62. The air supply unit does not have to have a route and a component configuration such as an air supply port HL.

透過窓周辺構成部PRTには、筒状部材62等によって、給気口HLが形成されるのが望ましい。また、給気口HLは、例えば、図2(B)に示すように、筒状部材62の内側で環状に形成されるのが望ましい。 It is desirable that the air supply port HL is formed in the transmission window peripheral component PRT by a tubular member 62 or the like. Further, it is desirable that the air supply port HL is formed in an annular shape inside the tubular member 62, for example, as shown in FIG. 2 (B).

このように、給気口HLが筒状部材62の内側において環状であると、不活性ガスGSを透過窓61に対して給気するのに、偏りが少なくできる。すなわち、環状であると、不活性ガスGSが円周上で均一に給気されやすい。また、このように、環状な給気口HLであると、不活性ガスGSを均一な流速で流しやすい。 As described above, when the air supply port HL is annular inside the tubular member 62, the bias can be reduced in supplying the inert gas GS to the transmission window 61. That is, when it is annular, the inert gas GS is likely to be uniformly supplied on the circumference. Further, with the annular air supply port HL as described above, the inert gas GS can be easily flowed at a uniform flow velocity.

さらに、給気口HLの付近には、バッファ層となる保圧空間があってもよい。 Further, there may be a pressure holding space serving as a buffer layer in the vicinity of the air supply port HL.

給気口HLは、例えば、筒状部材62の内側に、不活性ガスGSを給気する。また、給気は、給気口HLが透過窓61に向くように、すなわち、筒状部材62の内側おいて、不活性ガスGSが外部から透過窓61に吹き付けるように行われる。このような給気の向きであると、不活性ガスGSが透過窓61に当たり、はね返るような構成となる。このように、不活性ガスGSが透過窓61に当たって、上方から下方へ流れるような構成とする。このような不活性ガスGSの流れを作るように給気が行われると、不活性ガスGSによって、汚染物質が透過窓61に向かう、下方から上方へ流れを防げる。 The air supply port HL supplies, for example, the inert gas GS to the inside of the tubular member 62. Further, the air supply is performed so that the air supply port HL faces the transmission window 61, that is, the inert gas GS is sprayed from the outside onto the transmission window 61 inside the tubular member 62. With such a direction of air supply, the inert gas GS hits the transmission window 61 and repels. In this way, the inert gas GS hits the transmission window 61 and flows from above to below. When the air is supplied so as to create the flow of the inert gas GS, the inert gas GS prevents the pollutants from flowing from the lower side to the upper side toward the permeation window 61.

不活性ガスGSは、例えば、窒素又はアルゴン等である。ただし、不活性ガスGSは、これに限られず、他の種類の気体を含んでもよい。すなわち、不活性ガスGSは、高温となっても、造形材料等に影響が少ない気体であればよい。 The inert gas GS is, for example, nitrogen or argon. However, the inert gas GS is not limited to this, and may contain other types of gases. That is, the inert gas GS may be a gas that has little effect on the modeling material or the like even at a high temperature.

したがって、給気口HLは、透過窓61に十分に不活性ガスGSを当てることができる距離に形成されるのが望ましい。 Therefore, it is desirable that the air supply port HL is formed at a distance at which the inert gas GS can be sufficiently applied to the transmission window 61.

また、筒状部材62は、例えば、以下のような形状である。 Further, the tubular member 62 has the following shape, for example.

図3は、筒状部材の外観例を示す概要図である。筒状部材62は、切欠部620があってもよい。すなわち、筒状部材62は、長さ等によって、レーザ光Lと干渉するような部分がでてくる場合がある。このようなレーザ光Lと干渉しそうな部分等には、切欠部620が形成されるのが望ましい。このように、切欠部620があると、レーザ光Lが筒状部材62と干渉しないため、レーザ光Lを広く走査させることができる。切欠部620は、筒部材の円弧中に均等に複数配置されていてもよいし、1つ配置されていてもよい。 FIG. 3 is a schematic view showing an example of the appearance of the tubular member. The tubular member 62 may have a notch 620. That is, the tubular member 62 may have a portion that interferes with the laser beam L depending on the length or the like. It is desirable that a notch portion 620 is formed in a portion or the like that is likely to interfere with the laser beam L. As described above, when the cutout portion 620 is provided, the laser beam L does not interfere with the tubular member 62, so that the laser beam L can be widely scanned. A plurality of cutout portions 620 may be evenly arranged in the arc of the tubular member, or one cutout portion 620 may be arranged.

<流速及び流量の制御例>
不活性ガスGSは、流速及び流量等が制御されるのが望ましい。例えば、流速及び流量等は、制御部の例であるエンジン30等の情報処理装置で制御される。なお、制御部は、不活性ガスGSの流速及び流量等を制御する調整弁等を有する制御装置等でもよい。
<Example of flow velocity and flow rate control>
It is desirable that the flow velocity, flow rate, etc. of the inert gas GS be controlled. For example, the flow velocity, the flow rate, and the like are controlled by an information processing device such as an engine 30 which is an example of a control unit. The control unit may be a control device or the like having a regulating valve or the like for controlling the flow velocity and the flow rate of the inert gas GS.

流量は、例えば、給気口HLから単位時間あたりに給気される不活性ガスGSの体積等である。以下、流量を「リットル毎分」の単位で示す。 The flow rate is, for example, the volume of the inert gas GS supplied per unit time from the air supply port HL. Hereinafter, the flow rate is shown in units of "liters per minute".

流速は、給気口HLにおける不活性ガスGSが筒状部材62の内側へ向かって流れる速さである。以下、流速を「メートル毎秒」の単位で示す。 The flow velocity is the speed at which the inert gas GS at the air supply port HL flows inward of the tubular member 62. Hereinafter, the flow velocity is shown in units of "meters per second".

図4は、流速及び流量の制御例を示す図である。例えば、流速及び流量は、第1領域ER1となるように制御されるのが望ましい。図では、横軸に「流速」を示し、かつ、縦軸に「流量」を示す。 FIG. 4 is a diagram showing an example of controlling the flow velocity and the flow rate. For example, it is desirable that the flow velocity and the flow rate are controlled so as to be in the first region ER1. In the figure, the horizontal axis shows the "flow velocity" and the vertical axis shows the "flow velocity".

第1領域ER1は、流量が18乃至22リットル毎分程度であり、かつ、流速が0.75乃至1.5メートル毎秒程度である。このような流速及び流量となるように、不活性ガスGSが制御されるのが望ましい。 The first region ER1 has a flow rate of about 18 to 22 liters per minute and a flow velocity of about 0.75 to 1.5 meters per second. It is desirable that the inert gas GS be controlled so as to have such a flow velocity and a flow rate.

なお、造形高さが約100ミリメートルより低い場合には、流速及び流量は、第2領域ER2となるように制御されるようにしてもよい。 When the molding height is lower than about 100 mm, the flow velocity and the flow rate may be controlled so as to be in the second region ER2.

第2領域ER2は、流量が15乃至25リットル毎分程度であり、かつ、流速が0.5乃至2メートル毎秒程度である。このような流速及び流量となるように、不活性ガスGSが制御されるのが望ましい。 The second region ER2 has a flow rate of about 15 to 25 liters per minute and a flow velocity of about 0.5 to 2 meters per second. It is desirable that the inert gas GS be controlled so as to have such a flow velocity and a flow rate.

このような流速及び流量となるように、不活性ガスGSの流れが制御されると、より透過窓が汚れるのを防止できる。 If the flow of the inert gas GS is controlled so as to have such a flow velocity and a flow rate, it is possible to prevent the transmission window from becoming dirty.

<突起部の例>
図5は、突起部の例を示す図である。透過窓周辺構成部PRTには、例えば、突起部が更に備えられる構成であるのが望ましい。
<Example of protrusion>
FIG. 5 is a diagram showing an example of a protrusion. For example, it is desirable that the transmission window peripheral component PRT is further provided with a protrusion.

図2と比較すると、図5は、突起部の例である流路板BDが加わる点が異なる。流路板BDは、例えば、筒状部材62の内側に沿うように設置される。流路板BDは、給気口HLから給気される不活性ガスGSを筒状部材62の内側に誘導するような位置、形状及び長さであるのが望ましい。 Compared with FIG. 2, FIG. 5 is different in that the flow path plate BD, which is an example of the protrusion, is added. The flow path plate BD is installed along the inside of the tubular member 62, for example. It is desirable that the flow path plate BD has a position, shape and length that guides the inert gas GS supplied from the air supply port HL to the inside of the tubular member 62.

このように、筒状部材62の内側に突起部があると、給気口HLから給気される不活性ガスGSは、より透過窓61に当たる方、すなわち、給気口HLから透過窓61に向かって流れるように誘導されやすい。したがって、このような突起部があると、より下方から上方に向かって流れる汚染物質をはね返す不活性ガスGSの流れを強化できる。また、筒状部材62の内側に突起部があると、給気口HLから汚染物質が入り込みにくい構造にできる。 In this way, if there is a protrusion on the inside of the tubular member 62, the inert gas GS supplied from the air supply port HL is more likely to hit the transmission window 61, that is, from the air supply port HL to the transmission window 61. It is easy to be guided to flow toward. Therefore, the presence of such a protrusion can enhance the flow of the inert gas GS, which repels the pollutants flowing from lower to upper. Further, if the tubular member 62 has a protrusion inside, the structure can be made so that pollutants do not easily enter from the air supply port HL.

<実験結果>
図6は、実験結果を示す図である。図は、以下のような条件下で実験した結果を示す。
<Experimental results>
FIG. 6 is a diagram showing the experimental results. The figure shows the results of the experiment under the following conditions.

「実施例1」
造形材料:ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂(商品名:ノバデュラン(登録商標)5020、三菱エンジニアリングプラスチック株式会社製、融点:218℃、ガラス転移温度:43℃)
個数平均粒子径Dn:55乃至85μm(個数平均粒子径Dnは、粒度分布測定装置(シスメックス製F−PIA3000)を用いて測定した結果である。)
突起部あり
不活性ガス種類:窒素
不活性ガス温度:50℃
給気口における流速と流量の組み合わせ:
0.75メートル毎秒かつ22リットル毎分
1.5メートル毎秒かつ22リットル毎分
0.75メートル毎秒かつ18リットル毎分
1.5メートル毎秒かつ18リットル毎分
0.9メートル毎秒かつ20リットル毎分
総積層高さ:50ミリメートル
レーザ光の種類:CO2レーザ
レーザ照射径:0.48ミリメートル
積層ピッチ:0.1ミリメートル
レーザ出力:60ワット(インフィル造形(造形領域の内部を造形する場合である。))、20ワット(アウトライン造形(造形領域の輪郭を造形する場合である。))
レーザスキャンスピード:15メートル毎秒(インフィル造形)、4メートル毎秒(アウトライン造形)
供給槽加熱温度:200℃
レーザ走査スペース加熱温度:217℃
スキャンラインピッチ:0.2ミリメートル
立体物:ISO 3167 Type1A 多目的犬骨様試験標本(標本は、80ミリメートル長さ、4ミリメートル厚さ、10ミリメートル幅の中心部分を有し、長辺の長さが170ミリメートルである)を14本/面×3段(造形高さ20ミリメートル、32ミリメートル、44ミリメートルの3水準とする。)の計52本を形成する。この造形においては、図1の座標系において、造形物の長手をX軸、4ミリメートル厚さ方向をZ軸、10ミリメートル幅方向をY軸になるように配置する。
"Example 1"
Modeling material: Polybutylene terephthalate (PBT) resin (trade name: Novaduran (registered trademark) 5020, manufactured by Mitsubishi Engineering Plastics Co., Ltd., melting point: 218 ° C, glass transition temperature: 43 ° C)
Number average particle size Dn: 55 to 85 μm (The number average particle size Dn is the result of measurement using a particle size distribution measuring device (F-PIA3000 manufactured by Sysmex Corporation)).
With protrusions Inert gas type: Nitrogen Inert gas temperature: 50 ° C
Combination of flow velocity and flow rate at the air supply port:
0.75 m / s and 22 liters / min 1.5 m / s and 22 liters / min 0.75 m / s and 18 liters / min 1.5 m / s and 18 liters / min 0.9 m / s / 20 liters / min Total stacking height: 50 mm Laser light type: CO2 laser Laser irradiation diameter: 0.48 mm Stacking pitch: 0.1 mm Laser output: 60 watts (Infill modeling (when modeling the inside of the modeling area) ), 20 watts (outline modeling (when modeling the outline of the modeling area))
Laser scan speed: 15 meters per second (infill modeling), 4 meters per second (outline modeling)
Supply tank heating temperature: 200 ° C
Laser scanning space Heating temperature: 217 ° C
Scanline pitch: 0.2 mm Solid: ISO 3167 Type1A Multipurpose dogbone-like test specimen (specimen has a central part 80 mm long, 4 mm thick, 10 mm wide, and has a long side length A total of 52 pieces (which are 170 mm) are formed with 14 pieces / surface x 3 steps (3 levels of modeling heights of 20 mm, 32 mm, and 44 mm). In this modeling, in the coordinate system of FIG. 1, the length of the modeled object is arranged so as to be the X axis, the 4 mm thickness direction is the Z axis, and the 10 mm width direction is the Y axis.

以上のような条件で行った実験を以下「実施例1」という。 The experiment conducted under the above conditions is hereinafter referred to as "Example 1".

評価法:透過窓の汚れの観察、及び、ISO試験片の引張強度

「実施例2」
実施例2では、流速及び流量は、図6の第2領域ER2とした。したがって、「実施例2」では、給気口における流速と流量の組み合わせは、以下のとおりである。
Evaluation method: Observation of dirt on the transmission window and tensile strength of the ISO test piece

"Example 2"
In Example 2, the flow velocity and the flow rate were set to the second region ER2 in FIG. Therefore, in "Example 2", the combination of the flow velocity and the flow rate at the air supply port is as follows.

給気口における流速と流量の組み合わせ:
0.5メートル毎秒かつ25リットル毎分
2メートル毎秒かつ25リットル毎分
0.6メートル毎秒かつ20リットル毎分
1.7メートル毎秒かつ20リットル毎分
0.5メートル毎秒かつ15リットル毎分
2メートル毎秒かつ15リットル毎分
なお、他の条件は、実施例1と同様とし、説明を省略する。

「比較例1」
「比較例1」では、給気口における流速と流量の組み合わせは、以下のとおりである。
Combination of flow velocity and flow rate at the air supply port:
0.5 meters per second and 25 liters per minute 2 meters per second and 25 liters per minute 0.6 meters per second and 20 liters per minute 1.7 meters per second and 20 liters per minute 0.5 meters per second and 15 liters per minute 2 meters Every second and 15 liters per minute Other conditions are the same as in Example 1, and the description thereof will be omitted.

"Comparative Example 1"
In "Comparative Example 1", the combination of the flow velocity and the flow rate at the air supply port is as follows.

給気口における流速と流量の組み合わせ:
0.4メートル毎秒かつ26リットル毎分
2.1メートル毎秒かつ26リットル毎分
0.5メートル毎秒かつ14リットル毎分
2.1メートル毎秒かつ14リットル毎分
なお、他の条件は、実施例1と同様とし、説明を省略する。

「比較例2」
「比較例2」では、給気口における流速と流量の組み合わせは、以下のとおりである。
Combination of flow velocity and flow rate at the air supply port:
0.4 meters per second and 26 liters per minute 2.1 meters per second and 26 liters per minute 0.5 meters per second and 14 liters per minute 2.1 meters per second and 14 liters per minute Other conditions include Example 1. The same applies to the above, and the description thereof will be omitted.

"Comparative Example 2"
In "Comparative Example 2", the combination of the flow velocity and the flow rate at the air supply port is as follows.

給気口における流速と流量の組み合わせ:
2.2メートル毎秒かつ12リットル毎分
なお、他の条件は、比較例1と同様とし、説明を省略する。
Combination of flow velocity and flow rate at the air supply port:
2.2 m / sec and 12 liter / min Other conditions are the same as in Comparative Example 1, and the description thereof will be omitted.

このような実験をした結果が図6のとおりである。 The result of such an experiment is shown in FIG.

図7は、実験結果の詳細を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing details of the experimental results.

図では、「透過窓の汚れ」に、造形が終了した後、透過窓61の汚れの度合いを汚れが少ない方から順に、「◎(二重丸)」、「○(丸)」、「△(三角)」、「×(ばつ)」と評価した結果を示す。 In the figure, after the modeling is completed, the degree of dirt on the transparent window 61 is changed to "◎ (double circle)", "○ (circle)", and "△" in order from the one with the least dirt. (Triangle) ”and“ × (Batsu) ”are shown.

また、「ISO試験片強度」に、造形高さ20ミリメートル乃至44ミリメートルの位置における引張強度を評価した結果を示す。 Further, "ISO test piece strength" shows the result of evaluating the tensile strength at the position of the molding height of 20 mm to 44 mm.

「実施例1」は、透過窓の汚れをより防ぐことができたので、透過窓がほとんど汚れのない実験結果となった。このような流速及び流量であると、より効果的に汚染物質の付着を防ぐことができる。また、強度変化も少なく、安定した品質で立体物を造形できる。 In "Example 1", since the transparent window could be prevented from becoming dirty, the experimental result was that the transparent window was almost clean. With such a flow velocity and flow rate, the adhesion of pollutants can be prevented more effectively. In addition, there is little change in strength, and it is possible to model a three-dimensional object with stable quality.

「実施例2」は、透過窓の汚れを少なくできた実験結果となった。このような流速及び流量であると、汚染物質の付着を防ぐことができる。また、強度変化も比較的少なく、安定した品質で立体物を造形できる。 "Example 2" was an experimental result in which the dirt on the transparent window could be reduced. With such a flow velocity and flow rate, it is possible to prevent the adhesion of pollutants. In addition, there is relatively little change in strength, and it is possible to model a three-dimensional object with stable quality.

「比較例1」及び「比較例2」は、透過窓が汚れる実験結果となった。また、引張強度も低下した実験結果となった。このように、最大強度が「50MPa」乃至「42MPa」程度まで低下する実験結果となった。 "Comparative Example 1" and "Comparative Example 2" are experimental results in which the transparent window is contaminated. In addition, the experimental results showed that the tensile strength was also reduced. As described above, the experimental result shows that the maximum strength is lowered to about "50 MPa" to "42 MPa".

<効果の例>
図8は、流れの例を示す図である。筒状部材の内側で、不活性ガスを透過窓から下方に流れるように給気すると、不活性ガスの流れ(以下「第1流FL1」という。)を作ることができる。
<Example of effect>
FIG. 8 is a diagram showing an example of a flow. By supplying air so that the inert gas flows downward from the permeation window inside the tubular member, a flow of the inert gas (hereinafter referred to as "first flow FL1") can be created.

第1流FL1のような流れがあると、汚染物質が発生し、下方から上方に向かう流れ(以下「第2流FL2」という。)があっても、第1流FL1によって第2流FL2をはね返すようにするため、汚染物質が透過窓に付着しづらくなる。このようにして、透過窓の汚れを少なくできる。 If there is a flow such as the first flow FL1, pollutants are generated, and even if there is a flow from the bottom to the top (hereinafter referred to as "second flow FL2"), the second flow FL2 is separated by the first flow FL1. Since it repels, it becomes difficult for contaminants to adhere to the transparent window. In this way, the dirt on the transparent window can be reduced.

また、流れは、図において矢印の方向等(以下「特定方向DR」という。)のように、所定の方向に流れるように向けるのが望ましい。このようにすると、汚染物質を効率良く排出できる。すなわち、特定方向DRに、排出口等があると、汚染物質の効率的な排出が可能である。 Further, it is desirable that the flow is directed to flow in a predetermined direction as shown in the direction of the arrow (hereinafter referred to as "specific direction DR") in the figure. In this way, pollutants can be discharged efficiently. That is, if the DR in the specific direction has a discharge port or the like, the pollutant can be efficiently discharged.

図9は、「実施例1」における流れの例を示す図である。「実施例1」な条件にすると、不活性ガスの流れ(以下「第3流FL3」という。)を作ることができる。 FIG. 9 is a diagram showing an example of the flow in “Example 1”. Under the conditions of "Example 1", a flow of the inert gas (hereinafter referred to as "third flow FL3") can be created.

第1領域ER1のような流速及び流量にすると、第3流FL3のような、より第2流FL2をはね返すようにする流れを作ることができる。 When the flow velocity and flow rate are set to the same as in the first region ER1, it is possible to create a flow such as the third flow FL3 that repels the second flow FL2.

<「比較例1」の流れ>
図10は、「比較例1」における流れの例を示す図である。第2領域ER2外の流量及び流速にした、筒状部材の内側で、不活性ガスを透過窓から下方に流れるように給気すると、不活性ガスの流れ(以下「第4流FL4」という。)であっても、ある程度は、第2流FL2を防ぐことができる。ただし、「実施例1」等の方がより効果的に汚染物質を防げる流れを作ることができる。
<Flow of "Comparative Example 1">
FIG. 10 is a diagram showing an example of the flow in “Comparative Example 1”. When the inert gas is supplied so as to flow downward from the permeation window inside the tubular member having a flow rate and a flow velocity outside the second region ER2, the flow of the inert gas (hereinafter referred to as "fourth flow FL4"). ), To some extent, the second flow FL2 can be prevented. However, "Example 1" and the like can create a flow that can prevent pollutants more effectively.

さらに、以下のような立体物を生成して、積層高さを振ったISO引張試験片の引張強度を評価した実験結果を以下に示す。 Further, the experimental results for evaluating the tensile strength of the ISO tensile test piece in which the following three-dimensional object is generated and the laminated height is shaken are shown below.

図11は、立体物の例を示す図である。このような立体物を形成するような図形データを受けて、立体造形装置1が造形した立体物を評価した実験結果を以下に示す。 FIG. 11 is a diagram showing an example of a three-dimensional object. The experimental results of evaluating the three-dimensional object formed by the three-dimensional modeling apparatus 1 in response to the graphic data for forming such a three-dimensional object are shown below.

図12は、実験結果を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing the experimental results.

実験結果EXは、「実施例1」と同じ条件で行った結果を示す。 The experimental result EX shows the result obtained under the same conditions as in "Example 1".

比較結果COMは、「比較例2」と同じ条件で行った結果を示す。 The comparison result COM shows the result of performing under the same conditions as in "Comparative Example 2".

実験結果EXは、比較結果COMと比較すると、造形高さ(横軸で示す。)が高くなっても、引張強度(縦軸で示す。)が低下しにくい。一方で、比較結果COMは、造形高さが高くなると、引張強度が急激に低下しやすい。 Compared with the comparison result COM, the experimental result EX is less likely to decrease in tensile strength (indicated by the vertical axis) even if the modeling height (indicated by the horizontal axis) is increased. On the other hand, as a result of comparison, the tensile strength of COM tends to decrease sharply as the molding height increases.

例えば、比較結果COMは、造形高さが「400ミリメートル」程度になると、引張強度が「10メガパスカル」程度になるのに対して、実験結果EXは、引張強度が「42メガパスカル」乃至「50メガパスカル」程度の引張強度を造形高さが「480ミリメートル」程度でも維持できる。このように、造形高さが高くなり、汚染物質が透過窓61に付着しやすい条件になっても、引張強度等を確保できる。 For example, the comparison result COM has a tensile strength of about "10 megapascals" when the molding height is about "400 mm", whereas the experimental result EX has a tensile strength of "42 megapascals" to "42 megapascals". Tensile strength of about "50 megapascals" can be maintained even when the molding height is about "480 mm". As described above, even if the molding height becomes high and the contaminants easily adhere to the transmission window 61, the tensile strength and the like can be secured.

<立体造形方法の全体処理例>
図13は、全体処理例を示すフローチャートである。
<Example of overall processing of the three-dimensional modeling method>
FIG. 13 is a flowchart showing an example of overall processing.

ステップS1では、層形成装置等は、造形材料の層を形成する層形成手順を行う。 In step S1, the layer forming apparatus or the like performs a layer forming procedure for forming a layer of the modeling material.

ステップS2では、光照射装置等は、図形データ等に基づいて、ステップS1で形成される造形材料の層を溶融させて固化する溶解手順を行う。このようにして、立体造形装置1は、図形データが示す立体物を形成する。 In step S2, the light irradiation device or the like performs a melting procedure of melting and solidifying the layer of the modeling material formed in step S1 based on the graphic data or the like. In this way, the three-dimensional modeling device 1 forms the three-dimensional object indicated by the graphic data.

ステップS3では、給気部等は、筒状部材の内側で、不活性ガスを透過窓から下方に流れるように給気する給気手順を行う。 In step S3, the air supply unit or the like performs an air supply procedure in which the inert gas is supplied downward from the permeation window inside the tubular member.

なお、ステップS1及びステップS2と、ステップS3は、常に並列で行われなくともよい。例えば、ステップS1及びステップS2は、造形において、繰り返し行われてもよい。また、ステップS3は、例えば、ステップS1及びステップS2が行われる前等から行われてもよい。 It should be noted that step S1 and step S2 and step S3 do not always have to be performed in parallel. For example, steps S1 and S2 may be repeated in modeling. Further, step S3 may be performed before, for example, steps S1 and S2 are performed.

<変形例>
図14は、変形例を示す図である。図5(A)と比較すると、図14に示す変形例は、流路板BDの設置位置が異なる。この変形例では、流路板BDは、給気口HLの上部に位置して、給気口HLから上昇する不活性ガスGSをなるべく透過窓61に向かうように導く。
<Modification example>
FIG. 14 is a diagram showing a modified example. Compared with FIG. 5A, in the modified example shown in FIG. 14, the installation position of the flow path plate BD is different. In this modification, the flow path plate BD is located above the air supply port HL and guides the inert gas GS rising from the air supply port HL toward the transmission window 61 as much as possible.

このような位置に突起部があっても、給気口HLから給気される不活性ガスGSは、より透過窓61に当たる方、すなわち、給気口HLから透過窓61に向かって流れるように誘導できる。したがって、このような突起部があると、より下方から上方に向かって流れる汚染物質をはね返す不活性ガスGSの流れを強化できる。 Even if there is a protrusion at such a position, the inert gas GS supplied from the air supply port HL flows toward the permeation window 61, that is, from the air supply port HL toward the permeation window 61. Can be guided. Therefore, the presence of such a protrusion can enhance the flow of the inert gas GS, which repels the pollutants flowing from lower to upper.

<その他の実施形態>
立体造形方法は、粉末床溶解方式、いわゆるPBF(Power Bed Fusion)方式であれば適用されてよい。上記には、選択的にレーザ光等を造形材料がある床に当てることで立体物を造形するSLS(粉末焼結積層造形、Selective Laser Sintering)方式に適用する例で説明したが、方式は、これ以外であってもよい。例えば、マスクを用いて、平面状にレーザ光を当てるSMS(Selective Mask Sintering)方式等であってもよい。
<Other Embodiments>
The three-dimensional modeling method may be applied as long as it is a powder bed melting method, a so-called PBF (Power Bed Fusion) method. The above has been described with an example of applying it to the SLS (Selective Laser Manufacturing) method of modeling a three-dimensional object by selectively applying laser light or the like to a floor with a modeling material. It may be other than this. For example, an SMS (Selective Mask Sintering) method in which a laser beam is applied in a plane using a mask may be used.

なお、本発明に係る実施形態は、立体造形システムによって実現されてもよい。すなわち、立体造形装置は、複数の装置で構成されてもよい。また、立体造形システムは、各処理を冗長、分散、並列、仮想化又はこれらを組み合わせて実行してもよい。 The embodiment of the present invention may be realized by a three-dimensional modeling system. That is, the three-dimensional modeling device may be composed of a plurality of devices. In addition, the three-dimensional modeling system may execute each process redundantly, distributed, parallel, virtualized, or a combination thereof.

以上、実施形態における一例について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されない。すなわち、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。 Although an example in the embodiment has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. That is, various modifications and improvements are possible within the scope of the present invention.

1 立体造形装置
11 供給槽
11H ヒータ
11P ピストン
12 ローラ
13 走査スペース
13H ヒータ
13P ピストン
18 光源
19 反射鏡
30 エンジン
31 ドライバ
40 図形データ
50 レーザ照射パス
61 透過窓
62 筒状部材
70 造形槽
BD 流路板
COM 比較結果
DR 特定方向
ER1 第1領域
ER2 第2領域
FL1 第1流
FL2 第2流
FL3 第3流
FL4 第4流
GS 不活性ガス
HL 給気口
L レーザ光
P 粉末
PL 粉末層
PRT 透過窓周辺構成部
1 Three-dimensional modeling device 11 Supply tank 11H Heater 11P Piston 12 Roller 13 Scanning space 13H Heater 13P Piston 18 Light source 19 Reflector 30 Engine 31 Driver 40 Graphic data 50 Laser irradiation path 61 Transmission window 62 Cylindrical member 70 Modeling tank BD Flow path plate COM comparison result DR Specific direction ER1 1st region ER2 2nd region FL1 1st stream FL2 2nd stream FL3 3rd stream FL4 4th stream GS Inert gas HL Air supply port L Laser beam P Powder PL Powder layer PRT Perimeter of transmission window Components

特許第5764751号公報Japanese Patent No. 5764751

Claims (8)

造形材料に光を照射し、立体物を造形する立体造形装置であって、
前記光を透過させる透過窓と、
前記透過窓を囲む筒状部材と、
前記筒状部材の内側で、不活性ガスを前記透過窓から下方に流れるように給気する給気部とを備える
立体造形装置。
It is a three-dimensional modeling device that irradiates the modeling material with light to create a three-dimensional object.
A transmission window that allows light to pass through,
The tubular member surrounding the transparent window and
A three-dimensional modeling device including an air supply unit that supplies an inert gas downward from the permeation window inside the tubular member.
前記不活性ガスを給気させる給気口が、前記筒状部材の内側で環状に形成される
請求項1に記載の立体造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1, wherein the air supply port for supplying the inert gas is formed in an annular shape inside the tubular member.
下方から上方に向かって流れる汚染物質に対して、前記不活性ガスを上方から下方に向かって特定方向に流して前記汚染物質を排出させる
請求項1又は2に記載の立体造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 1 or 2, wherein the inert gas is flowed in a specific direction from the upper side to the lower side with respect to the pollutant flowing from the lower side to the upper side, and the pollutant is discharged.
前記不活性ガスの流速及び流量を制御する制御部を更に備える
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の立体造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising a control unit for controlling the flow velocity and the flow rate of the inert gas.
前記流量を15乃至25リットル毎分とし、かつ、給気口における前記流速を0.5乃至2メートル毎秒とする
請求項4に記載の立体造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 4, wherein the flow rate is 15 to 25 liters per minute, and the flow velocity at the air supply port is 0.5 to 2 meters per second.
前記流量を18乃至22リットル毎分とし、かつ、給気口における前記流速を0.75乃至1.5メートル毎秒とする
請求項4に記載の立体造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to claim 4, wherein the flow rate is 18 to 22 liters per minute, and the flow velocity at the air supply port is 0.75 to 1.5 meters per second.
前記不活性ガスを前記筒状部材の内側に誘導させる突起部を更に備える
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の立体造形装置。
The three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a protrusion for guiding the inert gas inside the tubular member.
光を透過させる透過窓と、
前記透過窓を囲む筒状部材とを有し、
造形材料に前記光を照射し、立体物を造形する立体造形装置が行う立体造形方法であって、
立体造形装置が、前記造形材料の層を形成する層形成手順と、
立体造形装置が、前記層を溶融させる溶解手順と、
立体造形装置が、前記筒状部材の内側で、不活性ガスを前記透過窓から下方に流れるように給気する給気手順とを含む
立体造形方法。
A transparent window that allows light to pass through,
It has a tubular member that surrounds the transparent window.
It is a three-dimensional modeling method performed by a three-dimensional modeling device that irradiates a modeling material with the light to form a three-dimensional object.
A layer forming procedure in which the three-dimensional modeling apparatus forms a layer of the modeling material, and
The melting procedure in which the three-dimensional modeling device melts the layer,
A three-dimensional modeling method including an air supply procedure in which the three-dimensional modeling apparatus supplies air so that an inert gas flows downward from the permeation window inside the tubular member.
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