JP2021065838A - 窒素除去装置、窒素除去方法、窒素除去プログラム、及び造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】窒素除去部の回復に多様性を付与可能な窒素除去装置、窒素除去方法、窒素除去プログラム、及び造形装置を提供する。【解決手段】窒素除去装置６０は、取り込んだガスから窒素を除去する窒素除去部７０と、窒素除去部７０の窒素除去能力を回復させる回復処理がそれぞれ異なる処理として複数設けられている真空ポンプ７５Ａ，７５Ｂ及びヒータ７４Ａ，７４Ｂと、造形装置の所定の稼働情報を取得する取得部８１と、取得部８１が取得した造形装置の所定の稼働情報に基づいて異なる処理として複数設けられている真空ポンプ７５Ａ，７５Ｂ及びヒータ７４Ａ，７４Ｂによる窒素除去部７０の回復処理のうちの一つを選択して窒素除去部７０で取り込んだガスから窒素が除去されるようにする制御部８０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、窒素除去装置、窒素除去方法、窒素除去プログラム、及び造形装置に関する。

粉状材料にレーザを照射して三次元造形物を製造する造形装置が知られている。造形装置は、チャンバー内において三次元造形物の各横断面領域に相当する各層にレーザを照射して順次固化することで三次元造形物を製造する。

特許文献１に記載の造形装置では、不活性ガスでチャンバー内を充填して、雰囲気中の酸素含有量を低くしている。造形装置は、チャンバーを通って不活性ガスを再循環させるために、チャンバーに接続された入口と出口とを有するガス再循環回路を備えている。ガス再循環回路には、再循環ガスから酸素、窒素、水素を吸収するゲッターが設けられている。

特表２０１７−５３３９９６号公報

ところで、上記特許文献１に記載の造形装置では、ゲッターが再循環ガスから窒素を吸収し続けると吸収量が上限に達して窒素を吸収することができなくなるため、吸収量が管理値に達するときに回復処理を行う必要がある。しかしながら、管理値が所定値に戻るまで回復処理を行っている一定期間は、再循環ガスから窒素を吸収するように外部から要請を受けたとしても、その要請に応えられない。なお、造形装置に用いるガスから窒素を除去する窒素除去部に限らず、グローブボックス等の装置に用いるガスから窒素を除去する窒素除去部においても同様の課題がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、窒素除去部の回復に多様性を付与可能な窒素除去装置、窒素除去方法、窒素除去プログラム、及び造形装置を提供することにある。

上記課題を解決する窒素除去装置は、取り込んだガスから窒素を除去する窒素除去部と、前記窒素除去部の窒素除去能力を回復させる回復処理がそれぞれ異なる処理として複数設けられている回復部と、所定の情報を取得する情報取得部と、前記情報取得部が取得した所定の情報に基づいて前記異なる処理として複数設けられている回復処理のうちの一つを選択して前記窒素除去部で取り込んだガスから窒素が除去されるようにする選択部とを備える。上記構成によれば、所定の情報に基づいて回復部による回復処理を選択することで窒素除去部の回復に多様性を付与し、効果的な回復方法を選択することができる。

上記窒素除去装置について、前記回復処理は、前記窒素除去部の窒素除去能力の回復を行わない非回復処理と、第１時間で窒素除去能力の回復を行う第１回復処理と、前記第１時間よりも長い第２時間で窒素除去能力の回復を行う第２回復処理とを含むことが好ましい。上記構成によれば、窒素除去部の回復に掛かる時間を選択することができる。

上記窒素除去装置について、前記窒素除去部は、複数設けられ、前記選択部は、前記複数の窒素除去部の少なくとも一つに前記第２回復処理を行うことが好ましい。
上記構成によれば、複数設けられた複数の窒素除去部の少なくとも一つを第２回復処理で回復させることにより、窒素除去能力がより高く回復されるため、窒素除去装置の連続稼働時間を長くすることができる。

上記窒素除去装置について、前記所定の情報は、前記窒素除去部に取り込まれる前記ガスを排出する外部機器の稼働状態を示す稼働情報であることが好ましい。
上記構成によれば、外部機器の稼働情報に基づいて回復処理を選択するため、外部機器の稼働に影響を与えず窒素除去を行うことができる。

上記課題を解決する窒素除去方法は、所定の情報を取得する情報取得ステップと、取り込んだガスから窒素を除去する窒素除去部の窒素除去能力を回復させる回復処理がそれぞれ異なる処理として複数設けられている中から、前記情報取得ステップで取得した所定の情報に基づいて前記異なる処理として複数設けられている回復処理の中から一つを選択する選択ステップと、前記選択ステップで選択された前記回復処理で前記窒素除去部を回復する回復ステップとを備える。

上記方法によれば、所定の情報に基づいて異なる処理として複数設けられている回復処理を選択することで窒素除去部の回復に多様性を付与し、効果的な回復方法を選択することができる。

上記課題を解決する窒素除去プログラムは、所定の情報を取得する情報取得ステップと、取り込んだガスから窒素を除去する窒素除去部の窒素除去能力を回復させる回復処理がそれぞれ異なる処理として複数設けられている中から、前記情報取得ステップで取得した所定の情報に基づいて前記異なる処理として複数設けられている回復処理の中から一つを選択する選択ステップと、前記選択ステップで選択された前記回復処理で前記窒素除去部を回復する回復ステップとを有する。

上記プログラムによれば、所定の情報に基づいて異なる処理として複数設けられている回復処理を選択することで窒素除去部の回復に多様性を付与し、効果的な回復方法を選択することができる。

上記課題を解決する造形装置は、所定の厚さで積層した粉状材料にレーザ光を照射して部分的に溶融された粉状材料が固化することで三次元造形物を製造する造形部と、前記造形部内のガスを吸引する吸引口と前記ガスを前記造形部内に吐出する吐出口との間に設けられ取り込んだガスから窒素を除去する窒素除去部と、前記窒素除去部の窒素除去能力を回復させる回復処理がそれぞれ異なる処理として複数設けられている回復部と、前記造形部の所定の稼働情報に基づいて前記異なる処理として複数設けられている回復処理のうちの一つを選択して前記窒素除去部で取り込んだガスから窒素が除去されるようにする選択部とを備える。

上記構成によれば、三次元造形物を製造する造形部の所定の稼働情報に基づいて回復部による回復処理を選択することで窒素除去部の回復に多様性を付与し、効果的な回復方法を選択することができる。

本発明によれば、窒素除去部の回復に多様性を付与することができる。

窒素除去装置を有する造形装置の第１実施形態の概略構成を示す図。 同実施形態の造形装置の電気的構成を示すブロック図。 同実施形態の窒素除去装置の動作を示すフローチャート。 窒素除去装置を有する造形装置の第２実施形態の概略構成を示す図。 同実施形態の窒素除去装置の動作を示すフローチャート。

（第１実施形態）
以下、図１〜図３を参照して、窒素除去装置を有する造形装置の第１実施形態について説明する。

図１に示すように、造形装置１は、三次元物体の造形を行う造形部２０と、造形部２０に不活性ガスを供給するヒューム除去流形成部２６と、循環されるガスから窒素を除去する窒素除去装置６０とを備えている。造形部２０の内部をチャンバー２０Ａという。チャンバー２０Ａには、不活性ガスが充填されている。不活性ガスとしてはＡｒガスが用いられている。なお、ヒューム除去流Ｆはヒュームを除去するための流れであって、ラミナフローと呼ばれるものも含む。

造形部２０は、造形される三次元造形物Ｏを支持する造形テーブル２２を有するコンテナ２１と、造形テーブル２２上に粉状材料Ｍからなる粉体層２５を所定の厚さで積層するリコータ２４と、造形テーブル２２上の粉体層２５にレーザ光を照射するレーザ照射部１０とを備えている。

コンテナ２１の造形テーブル２２は、上下に昇降可能であって、粉体層２５が一層固化される毎に一層分降下する。造形テーブル２２の上面には、三次元造形物Ｏの載置台となる造形プレート２３が設置されている。

リコータ２４は、粉体層２５が一層固化される毎に、粉体層２５を一層分の厚みだけ造形プレート２３上に積層する。造形テーブル２２（造形プレート２３）上に積層された粉体層２５のレーザ照射部１０側の面はレーザが照射されるレーザ照射面２５Ａである。

レーザ照射部１０は、図示しないレーザ発振器から出射されたレーザ光を、ガルバノミラー等の走査系によって走査することで、粉体層２５のレーザ照射面２５Ａの所望の位置に照射する。

ヒューム除去流形成部２６は、チャンバー２０Ａ内に新たな不活性ガスを供給するとともに、チャンバー２０Ａ内に供給された不活性ガスを循環させる。ヒューム除去流形成部２６は、このように不活性ガスを循環させる循環経路５０を備えている。

ヒューム除去流形成部２６は、チャンバー２０Ａ内にヒュームを除去するための不活性ガスを吐出する複数の吐出口３１を有する吐出部３０と、吐出口３１から吐出された不活性ガスを吸引する複数の吸引口４１を有する吸引部４０とを備えている。ヒューム除去流形成部２６は、複数の吐出口３１から吐出されるガスにより粉体層２５の上方にレーザ照射面２５Ａに沿ったヒューム除去流Ｆを形成する。なお、ヒューム除去流Ｆは、レーザ照射面２５Ａに沿って、粉体層２５の上方に層状に形成されるガスの流れである。

循環経路５０は、チャンバー２０Ａ内を経由する吐出口３１から吸引口４１までの第１経路５１と、チャンバー２０Ａ外を経由する吸引口４１から吐出口３１までの第２経路５２とを備えている。第２経路５２は、吸引口４１及び吐出口３１を連通し不活性ガスを吸引口４１から吐出口３１に循環させる循環路である。窒素除去装置６０は、第２経路５２に設けられている。

第２経路５２の吸引口４１の下流には、不活性ガスに含まれる微小粉末等を除去する第１フィルタ５３が設けられている。更に第２経路５２の第１フィルタ５３の下流には、第２フィルタ５４が設けられている。更に第２経路５２の第２フィルタ５４の下流には、窒素除去装置６０が設けられている。第２フィルタ５４は、送風機５５を有する。送風機５５は、窒素除去装置６０内に不活性ガスを送り込む。このように窒素除去装置６０に不活性ガスが導入される前に第１フィルタ５３及び第２フィルタ５４において微小粉末等を除去することで窒素除去装置６０における目詰まり等を抑制することができ、フィルタ等の交換頻度を低減することができる。

窒素除去装置６０は、第２経路５２の第２フィルタ５４の下流と第２経路５２の吐出部３０との間に接続されている。窒素除去装置６０は、分岐した３つの分岐路を有している。３つの分岐路は、吐出口３１の上流において合流している。分岐路は、窒素除去部が設けられていない第１分岐路６１と、取り込んだ不活性ガスから窒素を除去する窒素除去部７０が設けられた第２分岐路６２及び第３分岐路６３とを備えている。第１分岐路６１と第２分岐路６２と第３分岐路６３とは並列に設けられている。

第１分岐路６１には、窒素除去部は設けられておらず、第１流量計６１Ａ、第１切替弁６１Ｂの順に上流側から設けられている。第１流量計６１Ａは、ダイヤフラムや超音波式等の流量計であって、第１分岐路６１を流れる不活性ガスの流量を計測して出力する。第１切替弁６１Ｂは、例えばバタフライ弁であって、外部からの指示によって第１分岐路６１を通過する不活性ガスの流量を変更するとともに、第１分岐路６１を閉じることができる。

第２分岐路６２の第１窒素除去部７０Ａ（７０）の上流には、第２流量計６２Ａ、第２切替弁６２Ｂの順に上流側から設けられている。第２流量計６２Ａは、ダイヤフラムや超音波式等の流量計であって、第２分岐路６２を流れる不活性ガスの流量を計測して出力する。第２切替弁６２Ｂは、例えばバタフライ弁であって、外部からの指示によって第２分岐路６２を通過する不活性ガスの流量を変更するとともに、第２分岐路６２を閉じることができる。

第３分岐路６３の第２窒素除去部７０Ｂ（７０）の上流には、第３流量計６３Ａ、第３切替弁６３Ｂの順に上流側から設けられている。第３流量計６３Ａは、ダイヤフラムや超音波式等の流量計であって、第３分岐路６３を流れる不活性ガスの流量を計測して出力する。第３切替弁６３Ｂは、例えばバタフライ弁であって、外部からの指示によって第３分岐路６３を通過する不活性ガスの流量を変更するとともに、第３分岐路６３を閉じることができる。

窒素除去部７０は、第２分岐路６２又は第３分岐路６３を通過する不活性ガスに含まれる水蒸気の濃度を低下させる水蒸気吸着部７１を備えている。水蒸気吸着部７１は、水蒸気を除去する中空糸膜を含むフィルタや、水蒸気を吸着するシリカゲルやゼオライトを含むフィルタを有している。水蒸気吸着部７１は、２００℃以上の高温に加熱することで吸着した水蒸気を除去して、窒素除去能力を回復させることができる。このため、第１窒素除去部７０Ａの水蒸気吸着部７１には、水蒸気吸着部７１を加熱する第１ヒータ７３Ａが設けられている。また、第２窒素除去部７０Ｂの水蒸気吸着部７１には、水蒸気吸着部７１を加熱する第３ヒータ７３Ｂが設けられている。なお、加熱による水蒸気の除去の所要時間は、高温に加熱するため、冷却を含めて１０時間程度の時間が必要である。

窒素除去部７０は、第２分岐路６２及び第３分岐路６３を通過する不活性ガスに含まれる窒素の濃度を低下させる窒素吸着部７２を備えている。窒素吸着部７２は、窒素を吸着するゼオライトを含む吸着剤を有している。窒素吸着部７２は、不活性ガスに水蒸気が含まれていると窒素の吸着量が低下する。このため、水蒸気吸着部７１が窒素吸着部７２の上流に設けられている。

窒素吸着部７２は、２００℃以上の高温に加熱されることで吸着した窒素及び水蒸気を窒素吸着部７２から除去して、窒素除去能力を回復させることができる。このため、第１窒素除去部７０Ａの窒素吸着部７２には、窒素吸着部７２を加熱する第２ヒータ７４Ａが設けられている。また、第２窒素除去部７０Ｂの窒素吸着部７２には、窒素吸着部７２を加熱する第４ヒータ７４Ｂが設けられている。なお、加熱を伴う窒素の除去は、高温に加熱するため、冷却を含めて１０時間程度の時間が必要である。第２ヒータ７４Ａ及び第４ヒータ７４Ｂは窒素除去部７０Ａ，７０Ｂの窒素除去能力を回復させる回復処理が可能な回復部としてそれぞれ機能し、第２ヒータ７４Ａ及び第４ヒータ７４Ｂによって窒素除去部７０を加熱して窒素除去部７０Ａ，７０Ｂから窒素や水蒸気を除去し、窒素除去部７０の不活性ガスに含まれる窒素の濃度を低下させる機能を回復させる工程が回復処理に相当する。なお、回復処理によって行われる窒素除去部７０Ａ，７０Ｂの機能の回復は、窒素除去能力が最も低下した状態から少し改善するものから、窒素除去能力が１００％回復するものまでを含む。

また、窒素吸着部７２は、加熱によらず、窒素吸着部７２の内部を真空にすることで水蒸気を除去することはできないが、窒素吸着部７２が吸着した窒素のみを除去して、窒素除去能力を回復させることができる。このため、第１窒素除去部７０Ａの水蒸気吸着部７１の内部及び第１窒素除去部７０Ａの窒素吸着部７２の内部を真空にする第１真空ポンプ７５Ａが設けられている。第１真空ポンプ７５Ａと水蒸気吸着部７１及び窒素吸着部７２との接続管には、開閉を切り替える第４切替弁７６Ａが設けられている。また、第２窒素除去部７０Ｂの水蒸気吸着部７１の内部及び第２窒素除去部７０Ｂの窒素吸着部７２の内部を真空にする第２真空ポンプ７５Ｂが設けられている。第２真空ポンプ７５Ｂと水蒸気吸着部７１及び窒素吸着部７２との接続管には、開閉を切り替える第５切替弁７６Ｂが設けられている。真空による回復であれば、回復に掛かる時間は脱気している時間のみでよい。第１真空ポンプ７５Ａ、第４切替弁７６Ａ、第２真空ポンプ７５Ｂ、及び第５切替弁７６Ｂが窒素除去部７０Ａ，７０Ｂの窒素除去能力を回復させる回復処理がそれぞれ異なる処理として複数設けられている回復部としてそれぞれ機能し、第１真空ポンプ７５Ａ、第４切替弁７６Ａ、第２真空ポンプ７５Ｂ、及び第５切替弁７６Ｂによって窒素除去部７０を脱気して窒素除去部７０から窒素や水蒸気を除去し、窒素除去部７０の不活性ガスに含まれる窒素の濃度を低下させる機能を回復させる工程が回復処理に相当する。すなわち、第２ヒータ７４Ａ及び第４ヒータ７４Ｂと第１真空ポンプ７５Ａ及び第２真空ポンプ７５Ｂとは、第１窒素除去部７０Ａ及び第２窒素除去部７０Ｂに対して異なる工程で回復処理を行う。

第２経路５２の吐出口３１の上流には、新しい不活性ガスを供給する供給部５６が設けられている。供給部５６は、造形装置１が作動している間、タンク５７から新しい不活性ガスを一定量ずつ第２経路５２に導入する。

粉体層２５の上方には、ヒューム除去流形成部２６によってヒューム除去流Ｆが形成される。ヒューム除去流Ｆの高さや幅は、任意に設定可能であり、造形材料や造形方法等によって定められるものである。ヒューム除去流Ｆは、スパッタが飛散する高さを含む高さに形成されることが好ましい。

吐出口３１及び吸引口４１は、粉体層２５を挟む位置で互いに対向する態様で吐出部３０及び吸引部４０に配設されている。吐出部３０及び吸引部４０は、チャンバー２０Ａの対向する側壁２０Ｂにそれぞれ配置されている。

次に、図２を参照して、造形装置１の電気的構成について説明する。
図２に示すように、造形装置１は、造形装置１を制御する制御部８０を備えている。制御部８０は、三次元造形物Ｏを造形するためにコンテナ２１、リコータ２４、レーザ照射部１０を制御するとともに、チャンバー２０Ａに不活性ガスを循環させる制御を行う。なお、図２では、三次元造形物Ｏ自体の造形に係る構成は割愛している。なお、制御部８０が窒素除去部７０に対する異なる処理として複数設けられている回復処理のうちの一つを選択して窒素除去部７０で取り込んだ不活性ガスから窒素が除去されるようにする選択部としても機能する。

窒素除去装置６０は、第２フィルタ５４の下流に窒素センサ６４及び水蒸気センサ６５を備えている。窒素センサ６４は、第２フィルタ５４から流入した不活性ガスに含まれる窒素濃度を計測して、計測結果を制御部８０に出力する。水蒸気センサ６５は、第２フィルタ５４から流入した不活性ガスに含まれる水蒸気濃度を計測して、計測結果を制御部８０に出力する。また、第１流量計６１Ａ、第２流量計６２Ａ、及び第３流量計６３Ａは、流量を計測し、計測結果を制御部８０に出力する。

制御部８０は、第１分岐路６１の第１切替弁６１Ｂの開度を制御することで、第１分岐路６１を通過する不活性ガスの流量を調整する。制御部８０は、第２分岐路６２の第２切替弁６２Ｂの開度を制御することで、第２分岐路６２を通過する不活性ガスの流量を調整する。制御部８０は、第３分岐路６３の第３切替弁６３Ｂの開度を制御することで、第３分岐路６３を通過する不活性ガスの流量を調整する。よって、制御部８０は、第１切替弁６１Ｂ及び第２切替弁６２Ｂ及び第３切替弁６３Ｂを制御することで、循環経路５０における不活性ガスの循環を制御する。

制御部８０は、造形装置１の起動後にチャンバー２０Ａ内が不活性ガスで満たされたことを判定する。造形装置１を起動した直後（造形の準備段階）はチャンバー２０Ａ内の窒素濃度や水蒸気濃度が高い状態であるため、窒素除去部７０の吸着量が上限に達するおそれがある。そこで、制御部８０は、窒素濃度が所定値以下となるまで第１切替弁６１Ｂを開いて第１分岐路６１のみを第２経路５２に連通させて、第１分岐路６１のみに不活性ガスを循環させる。

制御部８０は、チャンバー２０Ａ内が不活性ガスで満たされたか否かを、チャンバー２０Ａ内の窒素濃度が所定値以下となったか否かによって判定する。制御部８０は、チャンバー２０Ａ内の窒素濃度が所定値以下となったときにチャンバー２０Ａ内が不活性ガスで満たされたと判定して、第２切替弁６２Ｂを開いて第２分岐路６２を第２経路に連通させる、又は第３切替弁６３Ｂを開いて第３分岐路６３を第２経路５２に連通させる。

制御部８０は、窒素除去装置６０が接続された外部機器である造形装置１の稼働情報を所定の情報として取得する取得部８１を備えている。取得部８１は、稼動情報として、造形装置１が起動しているか否か、造形装置１が造形しているか否か等を取得する。取得部８１が情報取得部に相当する。

制御部８０は、取得部８１が取得した稼働情報に基づいて回復処理を行う。すなわち、制御部８０は、窒素除去部７０Ａ，７０Ｂの窒素除去能力の回復を行わず不活性ガスを通過させる非回復処理と、真空引きのみにより窒素除去能力の回復を行う第１回復処理と、真空引きと同時に加熱により窒素除去能力の回復を行う第２回復処理とを切り換える。なお、真空引き及び加熱による第２回復処理に掛かる第２時間は、真空引きのみによる第１回復処理に掛かる第１時間よりも長い。なお、第２回復処理を行う第２時間は、窒素除去部７０を完全に回復させられる時間に設定される。なお、第２回復処理では、窒素除去に加え、水蒸気除去も行うことが好ましい。

制御部８０は、造形装置１が起動してチャンバー２０Ａ内が不活性ガスで満たされるまでは第１分岐路６１のみを第２経路５２に連通させる。すなわち、制御部８０は、第１切替弁６１Ｂを開き、第２切替弁６２Ｂ及び第３切替弁６３Ｂを閉じる。

制御部８０は、チャンバー２０Ａ内が不活性ガスで満たされると、第２分岐路６２又は第３分岐路６３を第２経路５２に連通させる。すなわち、制御部８０は、第１切替弁６１Ｂを閉じ、第２切替弁６２Ｂ又は第３切替弁６３Ｂを開く。

制御部８０は、第２分岐路６２又は第３分岐路６３のうち第２経路５２に連通していない分岐路に対して第１回復処理を行う。すなわち、不活性ガスが通過していない窒素除去部７０に対して真空引きによる回復処理を行う。第１回復処理では、制御部８０は、第４切替弁７６Ａ又は第５切替弁７６Ｂを開き、第１真空ポンプ７５Ａ又は第２真空ポンプ７５Ｂを稼働させることによって真空引きを行い、第１ヒータ７３Ａ、第２ヒータ７４Ａ、第３ヒータ７３Ｂ、及び第４ヒータ７４Ｂを停止させる。

制御部８０は、第２分岐路６２又は第３分岐路６３のうち第２経路５２に連通している分岐路に対しては回復処理を行わない（非回復処理）。すなわち、非回復処理では、制御部８０は、第４切替弁７６Ａ及び第５切替弁７６Ｂを閉じ、第１真空ポンプ７５Ａ又は第２真空ポンプ７５Ｂを停止させる。

制御部８０は、分岐路の切り替え条件が成立すると、第２分岐路６２又は第３分岐路６３のうち第２経路５２に連通している分岐路から第２経路５２に連通していない分岐路に切り替える。切り替え条件は、窒素吸着部７２が破過に至る条件であって、窒素センサ６４が検出した窒素濃度が所定値以上であること、不活性ガスを通過させた時間が上限時間に到達したこと、不活性ガスの通過量が上限量に到達したこと、窒素濃度および不活性ガスの通過量から算出される吸着量が上限量に到達したこと等がある。

制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が終了すると、第１切替弁６１Ｂを開き、第２切替弁６２Ｂ及び第３切替弁６３Ｂを閉じる。そして、制御部８０は、第１窒素除去部７０Ａ及び第２窒素除去部７０Ｂに対して第２回復処理を行う。第２回復処理では、制御部８０は、第１ヒータ７３Ａ及び第３ヒータ７３Ｂを稼働させて水蒸気吸着部７１を加熱するとともに、第２ヒータ７４Ａ及び第４ヒータ７４Ｂを稼働させて窒素吸着部７２を加熱し、また、第４切替弁７６Ａ及び第５切替弁７６Ｂを開き、第１真空ポンプ７５Ａ及び第２真空ポンプ７５Ｂを稼働させて真空引きを行う。

次に、図３を併せて参照して、上記のように構成された造形装置１及び窒素除去装置６０の動作について説明する。なお、制御部８０は、情報取得ステップ、選択ステップ、回復ステップを有する窒素除去方法及び窒素除去プログラムによって動作する。造形装置１が起動される前には、窒素除去部７０の第１切替弁６１Ｂ及び第２切替弁６２Ｂ及び第３切替弁６３Ｂが閉じている。

まず、図３に示すように、造形装置１が起動されると、制御部８０は、チャンバー２０Ａ内を不活性ガスで満たすように不活性ガスの供給と循環とを行う。すなわち、制御部８０は、不活性ガスを供給部５６から循環経路５０に供給させつつ、送風機５５を駆動させて不活性ガスを循環させる。

制御部８０は、第１分岐路６１を連通する（ステップＳ１）。造形装置１が起動された直後はチャンバー２０Ａ内の酸素濃度や水蒸気濃度が高い状態であるため、窒素除去部７０の吸着量が上限に達しないように窒素除去部７０が設けられていない第１分岐路６１にのみ不活性ガスを通過させる。すなわち、制御部８０は、第１切替弁６１Ｂを開き、第１分岐路６１に不活性ガスを通過させる。

続いて、制御部８０は、造形装置１が造形を開始したか否かを判定する（ステップＳ２）。すなわち、取得部８１は、造形装置１の制御信号によって造形開始の情報を取得する。造形装置１は、三次元造形物Ｏの造形に伴って粉体間や装置の稼働部周辺から空気が放出されるため、循環される不活性ガスに含まれる窒素等を除去する必要がある。

制御部８０は、造形装置１が造形を開始していないと判定した場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、造形を開始するまでステップＳ１を継続する。
一方、制御部８０は、造形装置１が造形を開始したと判定した場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、第２分岐路６２を第２経路５２に連通する（ステップＳ３）。すなわち、制御部８０は、第１切替弁６１Ｂを閉じ、第２切替弁６２Ｂを開くことで第２分岐路６２に不活性ガスを通過させる。

続いて、制御部８０は、第３分岐路６３の窒素除去部７０に第１回復処理を行う（ステップＳ４）。すなわち、制御部８０は、異なる処理として複数設けられている回復処理の中から第１回復処理を選択して、非回復処理から第１回復処理に切り換える（選択ステップ）。制御部８０は、不活性ガスが通過していない第３分岐路６３の窒素吸着部７２を回復させるべく、第５切替弁７６Ｂを開き、第２真空ポンプ７５Ｂを稼働させて真空引きを行う。制御部８０は、第１回復処理を第１時間の間実施する。これにより、第３分岐路６３の窒素吸着部７２は窒素がある程度除去される。なお、ステップＳ３及びステップＳ４は、同時に行ってもよいし、どちらを先に行ってもよい。ステップＳ４が回復ステップに相当する。

造形装置１は、造形を開始すると、粉状材料Ｍからなる粉体層２５を積層する処理と、粉体層２５のレーザ照射面２５Ａに対してレーザを照射して粉体層２５を部分的に固化させる処理とを交互に繰り返すことにより三次元造形物Ｏを製造する。

レーザを粉体層２５に照射する際には、窒素除去装置６０によって窒素濃度及び水蒸気濃度が低減された不活性ガスによってレーザ照射面２５Ａに沿ったヒューム除去流Ｆが形成される。

粉体層２５のレーザ照射面２５Ａにレーザが照射されると、レーザ照射部位からヒュームが発生するとともに、スパッタが飛散する。レーザ照射部位から発生したヒュームは、ヒューム除去流Ｆによってただちに流されるので、上昇してレーザの経路を遮ることはなく吸引口４１から吸引される。また、レーザ照射部位から飛散したスパッタは、窒素濃度及び水蒸気濃度が低減されたヒューム除去流Ｆ内に飛散するため、飛散中における窒化を抑制することができ、スパッタが窒化して落下することも抑制することができる。さらに、窒素除去装置６０により窒素濃度及び水蒸気濃度が低減された不活性ガスによりヒューム除去流Ｆが形成されるため、ヒューム除去流Ｆによる粉体層２５の粉状材料Ｍの窒化が抑制される。このように窒素濃度及び水蒸気濃度が低減された不活性ガスをチャンバー２０Ａ内に流しながら三次元造形物Ｏを造形することで、粉状材料Ｍの窒化、すなわち三次元造形物Ｏの窒化を抑制することができる。

続いて、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が終了したか否かを判定する（ステップＳ５）。すなわち、取得部８１は、造形装置１の制御信号によって造形終了の情報を取得する。そして、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が終了していない、言い換えれば造形中であると判定した場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、分岐路の切り替え条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ６）。すなわち、制御部８０は、窒素吸着部７２が破過に至るか否かを判定する。制御部８０は、切り替え条件が成立しないと判定した場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、ステップＳ３〜Ｓ５を繰り返す。

一方、制御部８０は、切り替え条件が成立したと判定した場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、窒素の吸着量が低下しているため、第３分岐路６３を第２経路５２に連通する（ステップＳ７）。すなわち、制御部８０は、第２切替弁６２Ｂを閉じ、第３切替弁６３Ｂを開くことで第３分岐路６３に不活性ガスを通過させる。

続いて、制御部８０は、第２分岐路６２の窒素除去部７０に第１回復処理を行う（ステップＳ８）。すなわち、制御部８０は、異なる処理として複数設けられている回復処理の中から第１回復処理を選択して、非回復処理から第１回復処理に切り換える（選択ステップ）。制御部８０は、不活性ガスが通過していない第２分岐路６２の窒素吸着部７２を回復させるべく、第４切替弁７６Ａを開き、第１真空ポンプ７５Ａを稼働させて真空引きを行う。制御部８０は、第１回復処理を第１時間の間実施する。これにより、第２分岐路６２の窒素吸着部７２は窒素が除去される。なお、ステップＳ７及びステップＳ８は、同時に行ってもよいし、どちらを先に行ってもよい。ステップＳ８が回復ステップに相当する。

続いて、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が終了したか否かを判定する（ステップＳ９）。すなわち、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が終了していない、言い換えれば造形中であると判定した場合には（ステップＳ９：ＮＯ）、分岐路の切り替え条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１０）。すなわち、制御部８０は、窒素吸着部７２が破過に至るか否かを判定する。

制御部８０は、切り替え条件が成立しないと判定した場合には（ステップＳ１０：ＮＯ）、ステップＳ７〜Ｓ９を繰り返す。一方、制御部８０は、切り替え条件が成立すると判定した場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ステップＳ３に移行する。

一方、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が終了したと判定した場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ、Ｓ９：ＹＥＳ）、第１分岐路６１を連通する（ステップＳ１１）。すなわち、制御部８０は、不活性ガスから窒素を除去する必要がないため、第１切替弁６１Ｂを開き、第２切替弁６２Ｂ及び第３切替弁６３Ｂを閉じて、第１分岐路６１を第２経路５２に連通させる。

続いて、制御部８０は、第２分岐路６２の第１窒素除去部７０Ａ及び第３分岐路６３の第２窒素除去部７０Ｂに第２回復処理を行う（ステップＳ１２）。すなわち、制御部８０は、異なる処理として複数設けられている回復処理の中から第１回復処理を選択して、第１回復処理から第２回復処理に切り換える（選択ステップ）。制御部８０は、第１ヒータ７３Ａ及び第３ヒータ７３Ｂを稼働させて水蒸気吸着部７１を加熱するとともに、第２ヒータ７４Ａ及び第４ヒータ７４Ｂを稼働させて窒素吸着部７２を加熱する。また、制御部８０は、第４切替弁７６Ａ及び第５切替弁７６Ｂを開き、第１真空ポンプ７５Ａ及び第２真空ポンプ７５Ｂを稼働させて水蒸気吸着部７１及び窒素吸着部７２に真空引きを行う。制御部８０は、第２回復処理を第２時間の間実施する。これにより、水蒸気吸着部７１が吸着した水蒸気が除去されて回復するとともに、窒素吸着部７２が吸着した窒素が除去されて回復する。なお、ステップＳ１２が回復ステップに相当する。

次に、第１実施形態の効果について説明する。
（１）造形装置１の稼働情報に基づいて回復処理を選択することで窒素除去部７０の回復に多様性を付与し、効果的な回復方法を選択することができる。

（２）非回復処理、第１回復処理、第２回復処理を切り換えることで、窒素除去部７０の回復に掛かる時間を選択することができる。
（３）取得部８１が取得した造形装置１の稼働情報に基づいて回復処理を行うため、造形装置１に影響を与えず窒素除去を行うことができる。

（４）複数設けられた窒素除去部７０の少なくとも一つを完全回復させることができるため、窒素除去装置６０の連続稼働時間を長くすることができる。

（第２実施形態）
以下、図４及び図５を参照して、窒素除去装置を有する造形装置の第２実施形態について説明する。この実施形態の窒素除去装置は、窒素除去部を有する分岐路が１つである点が上記第１実施形態と異なっている。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図４に示すように、窒素除去装置６０は、第１実施形態で説明した第３分岐路６３を備えていない。
制御部８０は、造形装置１がレーザ光を照射していないときに、真空引きのみによる第１回復処理を行う。制御部８０は、レーザ光を照射してないときには、第１分岐路６１を第２経路５２に連通させる。

次に、図５を併せて参照して、上記のように構成された造形装置１及び窒素除去装置６０の動作について説明する。なお、制御部８０は、窒素除去ステップ、切換ステップ、回復ステップを有する窒素除去方法及び窒素除去プログラムによって動作する。造形装置１が起動される前には、窒素除去部７０の第１切替弁６１Ｂ及び第２切替弁６２Ｂが閉じている。

まず、図５に示すように、造形装置１が起動されると、制御部８０は、チャンバー２０Ａ内を不活性ガスで満たすように不活性ガスの供給と循環とを行う。すなわち、制御部８０は、不活性ガスを供給部５６から循環経路５０に供給させつつ、送風機５５を駆動させて不活性ガスを循環させる。

制御部８０は、第１分岐路６１を連通する（ステップＳ２１）。続いて、制御部８０は、造形装置１が造形を開始したか否かを判定する（ステップＳ２２）。制御部８０は、造形装置１が造形を開始していないと判定した場合には（ステップＳ２２：ＮＯ）、造形を開始するまでステップＳ２１を継続する。

一方、制御部８０は、造形装置１が造形を開始したと判定した場合には（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、第２分岐路６２を第２経路５２に連通する（ステップＳ２３）。すなわち、制御部８０は、第１切替弁６１Ｂを閉じ、第２切替弁６２Ｂを開くことで第２分岐路６２に不活性ガスを通過させる。

続いて、制御部８０は、レーザ光の照射中であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。すなわち、取得部８１は、造形装置１の制御信号によってレーザ光の照射中であるか否かの情報を取得する（情報取得ステップ）。そして、制御部８０は、レーザ光の照射中であると判定した場合には（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、レーザ光の照射が終了するまでステップＳ２３，Ｓ２４を繰り返す。

一方、制御部８０は、レーザ光の照射中でないと判定した場合には（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、第１分岐路６１を第２経路５２に連通させる（ステップＳ２５）。すなわち、制御部８０は、第２切替弁６２Ｂを閉じ、第１切替弁６１Ｂを開くことで第１分岐路６１に不活性ガスを通過させる。

続いて、制御部８０は、第２分岐路６２の窒素吸着部７２に第１回復処理を行う（ステップＳ２６）。すなわち、制御部８０は、異なる処理として複数設けられている回復処理の第１回復処理を選択して、非回復処理から第１回復処理に切り換える（選択ステップ）。制御部８０は、第２分岐路６２の窒素吸着部７２を回復させるべく、第４切替弁７６Ａを開き、第１真空ポンプ７５Ａを稼働させて真空引きを行う。制御部８０は、第１回復処理を第１時間の間実施する。これにより、第２分岐路６２の窒素吸着部７２は窒素がある程度除去される。なお、ステップＳ２６が回復ステップに相当する。

続いて、制御部８０は、レーザ光の照射が開始されるか否かを判定する（ステップＳ２７）。すなわち、制御部８０は、粉体層２５を形成するために粉状材料Ｍのコーティング等が終了したときにレーザ光の照射が開始されると判定する。そして、制御部８０は、レーザ光の照射が開始されないと判定した場合には（ステップＳ２７：ＮＯ）、ステップＳ２６，Ｓ２７を繰り返す。

一方、制御部８０は、レーザ光の照射が開始されると判定した場合には（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、窒素の吸着量が低下しているため、第２分岐路６２を第２経路５２に連通する（ステップＳ２８）。すなわち、制御部８０は、第１切替弁６１Ｂを閉じ、第２切替弁６２Ｂを開くことで第２分岐路６２に不活性ガスを通過させる。

続いて、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が終了したか否かを判定する（ステップＳ２９）。すなわち、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が終了していない、言い換えれば造形中であると判定した場合には（ステップＳ２９：ＮＯ）、ステップＳ２２に移行する。

一方、制御部８０は、三次元造形物Ｏの造形が終了したと判定した場合には（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、第１分岐路６１を連通する（ステップＳ３０）。すなわち、制御部８０は、不活性ガスから窒素を除去する必要がないため、第１切替弁６１Ｂを開き、第２切替弁６２Ｂを閉じて、第１分岐路６１を第２経路５２に連通させる。

続いて、制御部８０は、第２分岐路６２の第１窒素除去部７０Ａに第２回復処理を行う（ステップＳ３１）。すなわち、制御部８０は、第２回復処理を選択する（切換ステップ）。制御部８０は、第１ヒータ７３Ａを稼働させて水蒸気吸着部７１を加熱するとともに、第２ヒータ７４Ａを稼働させて窒素吸着部７２を加熱する。また、制御部８０は、第４切替弁７６Ａを開き、第１真空ポンプ７５Ａを稼働させて水蒸気吸着部７１及び窒素吸着部７２に真空引きを行う。制御部８０は、第２回復処理を第２時間の間実施する。これにより、水蒸気吸着部７１が吸着した水蒸気が除去されて回復するとともに、窒素吸着部７２が吸着した窒素が除去されて回復する。なお、ステップＳ３１が回復ステップに相当する。

次に、第２実施形態の効果について説明する。なお、第１実施形態の（１）〜（３）の効果に加え、以下の効果を奏する。
（５）窒素除去部７０を有する分岐路を１つのみ備える構成であっても窒素除去部７０の回復に多様性を付与し、効果的な回復方法を選択することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記各実施形態の構成において、造形装置１の第２経路５２に酸素除去装置を設けて、不活性ガスに含まれる酸素を除去してもよい。このようにすれば、三次元造形物Ｏが酸化することや粉状材料Ｍが酸化することを抑制することができる。

・上記第１実施形態では、分岐路の切り替え条件が成立したときに分岐路を切り替えたが、分岐路の切り替え条件にレーザ光の照射がないときを加えて、分岐路の切り替え条件が成立したときに分岐路を切り替えてもよい。このようにすれば、分岐路の切り替えに伴うガス流の乱れが造形に影響しないようにできる。

・上記各実施形態では、第１回復処理を第１時間の間実施し、第２回復処理を第２時間の間実施することで回復したとした。しかしながら、第１回復処理及び第２回復処理を予め設定した規定時間で実施せず、真空引きした空気に含まれる窒素や水蒸気を計測して、窒素や水蒸気の量が規定量以下であるか否かによって実施の要否を決定してもよい。

・また、第１回復処理及び第２回復処理において同じ回復方法を行い、第１回復処理を行う第１時間よりも長い第２時間で第２回復処理を行ってもよい。このようにすれば、窒素除去部の回復に掛かる時間を選択することができる。

・上記実施形態において、制御部８０が選択する回復処理は、非回復処理と、真空引きと、加熱と、それらの組み合わせとに限らない。窒素除去部を回復することができる処理であれば他の方法を採用してもよい。そして、真空引きや加熱や他の方法の少なくとも１つを回復処理としてもよいし、それらの組み合わせを回復処理としてもよい。

・上記各実施形態の回復処理において、真空引きを行ったが、ガスを大量に通過させるガスフローを行うことで、水蒸気吸着部７１に吸着された水蒸気や窒素吸着部７２に吸着された窒素を除去してもよい。

・上記各実施形態では、窒素濃度が所定値以下となるまで第１切替弁６１Ｂを開いて第１分岐路６１のみを第２経路５２に連通させて第１分岐路６１のみに不活性ガスを循環させた。しかしながら、窒素除去装置６０の回復処理が容易であるため、造形準備段階から窒素除去を行ってもよい。すなわち、窒素濃度にかかわらず、第２分岐路６２又は第３分岐路６３を第２経路５２に連通させて、窒素除去を行ってもよい。

・上記各実施形態では、所定の情報を造形装置１の稼働情報とした。しかしながら、窒素除去装置が接続された外部機器の稼働情報や、窒素除去装置の回復処理を指示するスイッチ信号であってもよい。なお、スイッチ信号は手動によるスイッチ操作も含む。

・上記各実施形態では、造形装置１の制御部８０が窒素除去部７０の回復処理を選択する選択部として機能した。しかしながら、窒素除去部７０の回復処理を選択する選択部を造形装置１の制御部とは別に設けてもよい。

・上記各実施形態では、造形装置１を外部機器としたが、グローブボックス等の外部機器から取り込んだガスから窒素を除去する窒素除去装置としてもよい。

１…造形装置、１０…レーザ照射部、２０…造形部、２０Ａ…チャンバー、２１…コンテナ、２２…造形テーブル、２３…造形プレート、２４…リコータ、２５…粉体層、２５Ａ…レーザ照射面、２６…ヒューム除去流形成部、３０…吐出部、３１…吐出口、４０…吸引部、４１…吸引口、５０…循環経路、５１…第１経路、５２…第２経路、５３…第１フィルタ、５４…第２フィルタ、５５…送風機、５６…供給部、５７…供給タンク、６０…窒素除去装置、６１…第１分岐路、６１Ａ…第１流量計、６１Ｂ…第１切替弁、６２…第２分岐路、６２Ａ…第２流量計、６２Ｂ…第２切替弁、６３…第３分岐路、６３Ａ…第３流量計、６３Ｂ…第３切替弁、６４…窒素センサ、６５…水蒸気センサ、７０…窒素除去部、７０Ａ…第１窒素除去部、７０Ｂ…第２窒素除去部、７１…水蒸気吸着部、７２…窒素吸着部、７３Ａ…第１ヒータ、７３Ｂ…第３ヒータ、７４Ａ…第２ヒータ、７４Ｂ…第４ヒータ、７５Ａ…第１真空ポンプ、７５Ｂ…第２真空ポンプ、７６Ａ…第４切替弁、７６Ｂ…第５切替弁、８０…制御部、８１…取得部、Ｆ…ヒューム除去流、Ｍ…粉状材料、Ｏ…三次元造形物。

Claims (7)

1. 取り込んだガスから窒素を除去する窒素除去部と、
   前記窒素除去部の窒素除去能力を回復させる回復処理がそれぞれ異なる処理として複数設けられている回復部と、
   所定の情報を取得する情報取得部と、
   前記情報取得部が取得した所定の情報に基づいて前記異なる処理として複数設けられている回復処理のうちの一つを選択して前記窒素除去部で取り込んだガスから窒素が除去されるようにする選択部とを備える
   窒素除去装置。
2. 前記回復処理は、前記窒素除去部の窒素除去能力の回復を行わない非回復処理と、第１時間で窒素除去能力の回復を行う第１回復処理と、前記第１時間よりも長い第２時間で窒素除去能力の回復を行う第２回復処理とを含む
   請求項１に記載の窒素除去装置。
3. 前記窒素除去部は、複数設けられ、
   前記選択部は、前記複数の窒素除去部の少なくとも一つに前記第２回復処理を行う
   請求項２に記載の窒素除去装置。
4. 前記所定の情報は、前記窒素除去部に取り込まれる前記ガスを排出する外部機器の稼働状態を示す稼働情報である
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒素除去装置。
5. 所定の情報を取得する情報取得ステップと、
   取り込んだガスから窒素を除去する窒素除去部の窒素除去能力を回復させる回復処理がそれぞれ異なる処理として複数設けられている中から、前記情報取得ステップで取得した所定の情報に基づいて前記異なる処理として複数設けられている回復処理の中から一つを選択する選択ステップと、
   前記選択ステップで選択された前記回復処理で前記窒素除去部を回復する回復ステップとを備える
   窒素除去方法。
6. 所定の情報を取得する情報取得ステップと、
   取り込んだガスから窒素を除去する窒素除去部の窒素除去能力を回復させる回復処理がそれぞれ異なる処理として複数設けられている中から、前記情報取得ステップで取得した所定の情報に基づいて前記異なる処理として複数設けられている回復処理の中から一つを選択する選択ステップと、
   前記選択ステップで選択された前記回復処理で前記窒素除去部を回復する回復ステップとを有する
   窒素除去プログラム。
7. 所定の厚さで積層した粉状材料にレーザ光を照射して部分的に溶融された粉状材料が固化することで三次元造形物を製造する造形部と、
   前記造形部内のガスを吸引する吸引口と前記ガスを前記造形部内に吐出する吐出口との間に設けられ取り込んだガスから窒素を除去する窒素除去部と、
   前記窒素除去部の窒素除去能力を回復させる回復処理がそれぞれ異なる処理として複数設けられている回復部と、
   前記造形部の所定の稼働情報に基づいて前記異なる処理として複数設けられている回復処理のうちの一つを選択して前記窒素除去部で取り込んだガスから窒素が除去されるようにする選択部とを備える
   造形装置。

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