JP2021070830A - ３次元積層造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定量の粉末材料を確実に供給することができる３次元積層造形装置を提供する。【解決手段】３次元積層造形装置１は、ステージ４と、造形ボックス３と、粉末材料Ｍ１を供給する粉末供給機構１０と、を備えている。粉末供給機構１０は、貯留部３１と、排出部材３２と、仕切り板３６と、可動機構３５と、を備えている。仕切り板３６は、排出部材３２の上面における排出孔３２ａの縁部に配置され、上下方向の上方に向けて突出する。可動機構３５は、仕切り板３６を第２の方向Ｙに移動させる。【選択図】図２

Description

本発明は、ステージ上に粉末材料を薄く敷いた層を一層ずつ重ねて造形する３次元積層造形装置に関する。

近年、粉末材料を薄く敷いた層を一層ずつ重ねて造形する３次元積層造形技術が脚光を浴びており、粉末材料の種類や造形手法の違いにより多くの種類の３次元積層造形技術が開発されている。

従来の３次元積層造形装置の造形方法としては、例えば粉末材料を粉末台であるステージの上面に一層毎に敷き詰める。次に、ステージ上に敷き詰められた粉末材料に対し、造形物の一断面に相当する二次元構造部だけを電子ビームやレーザからなる加熱機構で溶融する。そして、そのような粉末材料の層を一層ずつ高さ方向（Ｚ方向）に積み重ねることにより造形物を形成している。

このような３次元積層造形装置は、ステージに所定量の粉末材料を供給するための粉末供給機構を有している。従来の粉末供給機構としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。特許文献１には、粉末状の材料を収容可能な収容部と、収容部に接続された複数の第１の開口が設けられ材料が供給される領域を少なくとも部分的に覆う第１の壁と、を有し、収容部の材料を複数の第１の開口から並行して領域に供給することで材料の層を形成する供給部と、を具備することが記載されている。

特開２０１５−１８２２９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、排出孔である第１の開口の上部には、収容部に収容された粉体材料からの圧力が加わる。図１０は、従来の粉末供給機構の排出孔の周囲を示す説明図である。図１０に示すように、排出板１０１に形成された排出孔１０１ａの上部では、排出孔１０１ａの中心軸Ｑ１に対して粉末材料Ｍ１からの圧力ベクトルが面対象に発生する。そして、粉末材料Ｍ１の圧力ベクトルがつり合い、粉末材料Ｍ１がアーチ状となる、いわゆるブリッジＭ２が排出孔１０１ａの上部に発生するおそれがあった。そのため、特許文献１に記載された技術では、排出孔の上部にブリッジが形成されることで、所定量の粉末材料を排出孔から排出することができなくなる、という問題を有していた。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、所定量の粉末材料を確実に供給することができる３次元積層造形装置を提供することにある。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の３次元積層造形装置は、造形物を形成するための粉末材料が積層されるステージと、ステージが配置される造形ボックスと、ステージ又は造形ボックスに粉末材料を供給する粉末供給機構と、を備えている。
粉末供給機構は、貯留部と、排出部材と、仕切り板と、可動機構と、を備えている。貯留部は、粉末材料を貯留する。排出部材は、貯留部の上下方向の下方に配置され、粉末材料が排出される排出孔が設けられている。仕切り板は、排出部材の上面における排出孔の縁部に配置され、上下方向の上方に向けて突出する。可動機構は、仕切り板を上下方向と直交する方向に移動させる。

本発明の３次元積層造形装置によれば、所定量の粉末材料を確実に供給することができる。

本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置を模式的に示す概略断面図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の粉末供給機構を示す斜視図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の粉末供給機構を上側から見た平面図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の粉末供給機構を下側から見た平面図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の粉末供給機構を示すもので、図３に示すＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第１の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の粉末供給機構を示すもので、図３に示すＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の粉末供給機構を示すもので、図５に示す状態から可動板が可動した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の粉末供給機構を示すもので、図６に示す状態から可動板が可動した状態を示す断面図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置の粉末供給機構における第１排出孔の周囲を示す説明図である。 従来の３次元積層造形装置における粉末供給機構の排出孔の周囲を示す説明図である。

以下、本発明の３次元積層造形装置の実施の形態例について、図１〜図９を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

１．３次元積層造形装置の構成
まず、本発明の実施の形態例（以下、「本例」という。）にかかる３次元積層造形装置の第１の実施の形態例について図１を参照して説明する。
図１は、本例の３次元積層造形装置を模式的に示す概略断面図である。

図１に示す３次元積層造形装置１は、例えば、チタン、アルミニウム、鉄等の金属粉末からなる粉末材料に電子ビームを照射して粉末材料を溶融させ、この粉末材料が凝固した層を積み重ねて立体物を造形する装置である。

図１に示すように、３次元積層造形装置１は、中空の処理室２と、造形ボックス３と、平板状のステージ４と、ステージ駆動機構５と、支持台６と、粉末搬送機構７と、電子銃８と、粉末タンク９と、粉末供給機構１０と、を備えている。ここで、ステージ４の一面４ａと平行をなす方向を第１の方向Ｘとし、第１の方向Ｘと直交し、かつステージ４の一面４ａと平行をなす方向を第２の方向Ｙとする。また、ステージ４の一面４ａと直交する方向を第３の方向Ｚとする。

処理室２には、図示しない真空ポンプが接続されている。処理室２内の空気が真空ポンプにより排気されることで、処理室２内は、真空に維持されている。この処理室２内には、造形ボックス３と、ステージ４と、ステージ駆動機構５、支持台６、粉末搬送機構７及び粉末タンク９が配置されている。処理室２の第３の方向Ｚの一端部側、すなわち処理室２の上部には、電子銃８が装着されている。また、電子銃８と第３の方向Ｚで対向する位置には、支持台６に支持された造形ボックス３が配置されている。

造形ボックス３は、筒部３ａと、基準板を示すフランジ部３ｂとを有している。筒部３ａの軸方向は、第３の方向Ｚと平行をなし、筒部３ａは、第３の方向Ｚの両端部が開口している。筒部３ａの筒孔内には、後述する粉末搬送機構７によって供給された粉末材料Ｍ１及び粉末材料Ｍ１によって形成された造形物が収容される。

フランジ部３ｂは、筒部３ａにおける第３の方向Ｚの一端部側である上端部の外縁部に設けられている。フランジ部３ｂは、筒部３ａの外縁部から略垂直に屈曲している。そして、フランジ部３ｂは、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙと平行に配置される。

フランジ部３ｂは、処理室２内に配置された支持台６に支持されている。そのため、造形ボックス３は、筒部３ａの軸方向の一端部、すなわち上端部側が固定端となり、筒部３ａの軸方向の他端部、すなわち下端部側が自由端となる。

また、フランジ部３ｂの第１の方向Ｘの両端部には、粉末材料Ｍ１を貯留する粉末タンク９が配置されている。粉末タンク９は、フランジ部３ｂにおける第３の方向Ｚの一端部側、すなわち上方に配置されている。粉末タンク９におけるフランジ部３ｂと対向する側には、所定量の粉末材料Ｍ１を排出する粉末供給機構１０が配置されている。この粉末供給機構１０からフランジ部３ｂに向けて所定量の粉末材料Ｍ１が供給される。粉末供給機構１０の詳細な構成については後述する。

また、粉末タンク９とフランジ部３ｂとの間には、粉末搬送機構７が配置されている。粉末搬送機構７は、フランジ部３ｂに供給された粉末材料Ｍ１をステージ４に搬送し、かつステージ４に粉末材料Ｍ１を敷き詰める。粉末搬送機構７は、アーム部２１と、均し板２２と、ガイド機構２４とを有している。アーム部２１は、ガイド機構２４に第１の方向Ｘに沿って移動可能に支持されている。

また、均し板２２は、アーム部２１における第３の方向Ｚの他端部、すなわちステージ４及び造形ボックス３と対向する端部に固定されている。均し板２２は、第２の方向Ｙと平行に延在している。そして、アーム部２１及び均し板２２が第１の方向Ｘに沿って移動することで、ステージ４の一面４ａに粉末材料Ｍ１を供給し、粉末材料Ｍ１を第３の方向Ｚに所定の高さで平坦に均す。これにより、ステージ４の一面４ａには、粉末材料Ｍ１からなる粉末層が形成される。

造形ボックス３の筒部３ａの筒孔内には、ステージ４が第３の方向Ｚに沿って摺動可能に配置されている。ステージ４は、略平板状に形成されている。ステージ４における第３の方向Ｚの一端部側の一面４ａには、粉末材料Ｍ１が積層される。また、ステージ４の側端部には、耐熱性及び柔軟性を有する摺動部材１４が設けられている。摺動部材１４は、筒部３ａの内壁面に摺動可能に接触している。

また、ステージ４の一面４ａとは反対側の他面には、軸部４ｄが設けられている。軸部４ｄは、ステージ４の他面から第３の方向Ｚの他方に向けて突出している。軸部４ｄは、造形ボックス３の第３の方向Ｚの他端部側に配置されたステージ駆動機構５に接続されている。ステージ駆動機構５は、軸部４ｄを介してステージ４を第３の方向Ｚに沿って移動可能に支持する。ステージ駆動機構５としては、例えば、ラックとピニオンやボールねじからなる軸部４ｄを駆動する駆動部等が適用される。

ステージ４の一面４ａは、処理室２に装着された電子銃８と対向する。加熱機構の一例を示す電子銃８は、予め準備された設計上の造形物（３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）データにより表された造形物）を所定の間隔でスライスした２次元形状に従い、粉末材料Ｍ１に対して電子ビームＬを出射する。電子銃８から出射された電子ビームＬにより、その２次元形状に対応する領域の粉末材料が溶融する。

２．粉末供給機構の構成
次に、粉末供給機構１０の詳細な構成について図２から図６を参照して説明する。
図２は、粉末供給機構１０を示す斜視図、図３は、粉末供給機構１０を示す上面図、図４は、粉末供給機構１０を示す下面図である。図５は図３に示すＡ−Ａ線断面図、図６は図３に示すＢ−Ｂ線断面図である。

図２から図６に示すように、粉末供給機構１０は、粉末材料Ｍ１が貯留する貯留部３１と、第１可動板３２と、第２可動板３３と、固定板３４と、第１可動板３２及び第２可動板３３を可動させる可動機構３５と、複数の仕切り板３６と、を有している。

貯留部３１は、一面が開口した中空の容器状に形成されている。貯留部３１は、第２の方向Ｙに延在している。貯留部３１は、第１の方向Ｘで対向する一対の第１側面部３１ａ、３１ａと、第２の方向Ｙで対向する一対の第２側面部３１ｂ、３１ｂとを有している。一対の第１側面部３１ａ、３１ａ及び一対の第２側面部３１ｂ、３１ｂは、その一面が第３の方向Ｚと平行に配置されている。貯留部３１における第３の方向Ｚの一端部側、すなわち上下方向の上端部は一面が開口している。この貯留部３１には、粉末タンク９から粉末材料Ｍ１が供給される。

また、一対の第２側面部３１ｂ、３１ｂにおける第３の方向Ｚの他端部、すなわち上下方向の下端部には、底面板３８が固定されている。底面板３８は、略矩形状に形成されている。底面板３８には、開口部３８ａが形成されている。開口部３８ａは、底面板３８を第３の方向Ｚに沿って貫通する貫通孔である。また、開口部３８ａは、第２の方向Ｙに沿って延在する長孔である。この開口部３８ａは、後述する第１可動板３２に設けた複数の第１排出孔３２ａを臨む。

また、貯留部３１の第２の方向Ｙの一端部には、可動機構３５が配置され、貯留部３１の第２の方向Ｙの他端部には、軸支持部３９が配置されている。軸支持部３９は、貯留部３１における第３の方向Ｚの他端部に配置されている。

貯留部３１における底面板３８の第３の方向Ｚの他端部側には、第１可動板３２が配置されている。第１可動板３２は、略平板状に形成されており、第２の方向Ｙに沿って延在している。第１可動板３２は、底面板３８に設けた開口部３８ａにおける第３の方向Ｚの他端部（下端部）側を覆う。

第１可動板３２には、複数の第１排出孔３２ａが形成されている。第１排出孔３２ａは、第１可動板３２を第３の方向Ｚに沿って貫通する貫通孔である。また、複数の第１排出孔３２ａは、第１可動板３２の第２の方向Ｙに所定の間隔ｔ１を空けて配置されている。

第１排出孔３２ａは、長辺部を有する長孔である。そして、第１排出孔３２ａの長辺部は、開口部３８ａの第１の方向Ｘの開口範囲内で延びる。そして、第１排出孔３２ａは、その長手方向が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して傾斜している。これにより、第１排出孔３２ａにおける短手方向の幅を広げつつ、間隔ｔ１の長さを短くすることができる。その結果、第１排出孔３２ａの周囲に粉末材料Ｍ１のブリッジが発生することを抑制することができる。

第１可動板３２の第２の方向Ｙの一端部は、貯留部３１における第２の方向Ｙの一端部に配置された第２側面部３１ｂよりも第２の方向Ｙの一端部側に突出している。また、第１可動板３２の第２の方向Ｙの一端部には、第１可動軸４２が連続して形成されている。さらに、第１可動板３２の第２の方向Ｙの他端部には、第２可動軸４３が連続して形成されている。第２可動軸４３は、軸支持部３９に第２の方向Ｙに沿って移動可能に支持される。

第１可動軸４２における第２の方向Ｙの一端部は、可動機構３５を構成するシリンダ４１内に挿入される。そして、第１可動軸４２の一端部には、ピストンヘッド４５が形成されている。シリンダ４１とピストンヘッド４５により可動機構３５が構成される。ピストンヘッド４５は、シリンダ４１の内壁面を第２の方向Ｙに沿って摺動する。

シリンダ４１には、第１ガス供給口４１ａと、第２ガス供給口４１ｂが形成されている。第１ガス供給口４１ａは、シリンダ４１における第２の方向Ｙの他端部側に形成されており、第２ガス供給口４１ｂは、シリンダ４１における第２の方向Ｙの一端部側に形成されている。

第１ガス供給口４１ａ及び第２ガス供給口４１ｂのどちらか一方には、作動ガス（例えば、窒素ガス）が供給される。第１ガス供給口４１ａに作動ガスが供給されると、ピストンヘッド４５は、作動ガスによって押圧されて、シリンダ４１内を第２の方向Ｙの一端部側に向けて移動する（図７参照）。また、第２ガス供給口４１ｂに作動ガスが供給されると、ピストンヘッド４５は、作動ガスによって押圧されて、シリンダ４１内を第２の方向Ｙの他端部側に向けて移動する（図５参照）。これにより、第１可動板３２が第２の方向Ｙに沿って移動する。

なお、シリンダ４１に供給する作動ガスは、窒素ガスに限定されるものではなく、粉末供給機構１０の使用環境に応じて適宜設定されるものであり、例えば、空気やヘリウムガス等の不活性ガスを適用してもよい。

また、可動機構３５として、シリンダ４１とピストンヘッド４５を用いて作動ガスを使用する例を説明したが、これに限定されるものではない。可動機構３５としては、直動モータや、歯車、ベルト部材、弾性部材等その他各種の機構を適用してもよい。

また、第１可動板３２の第３の方向Ｚの他端部、すなわち上下方向の下方には、所定の間隔を空けて第２可動板３３が配置されている。第２可動板３３は、第１可動板３２と同様に、略平板状に形成されており、第２の方向Ｙに沿って延在している。

第２可動板３３には、複数の第２排出孔３３ａが形成されている。第２排出孔３３ａは、第２可動板３３を第３の方向Ｚに沿って貫通する貫通孔である。複数の第２排出孔３３ａは、第２可動板３３の第２の方向Ｙに所定の間隔ｔ１を空けて配置されている。そして、複数の第２排出孔３３ａの間隔ｔ１は、複数の第１排出孔３２ａの間隔ｔ１と同じ長さに設定されている。また、複数の第２排出孔３３ａは、複数の第１排出孔３２ａと第３の方向Ｚで対向しない位置に形成されている。

第２排出孔３３ａは、第１排出孔３２ａと同様に、開口部３８ａの第１の方向Ｘの開口範囲内で延びる長孔である。そして、第２排出孔３３ａは、その長手方向が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して傾斜している。第２排出孔３３ａにおける第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対する傾斜角度は、第１排出孔３２ａにおける第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対する傾斜角度と等しく設定されている。

第１排出孔３２ａと同様に、第２排出孔３３ａを第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して傾斜させたことで、第２排出孔３３ａにおける短手方向の幅を広げつつ、間隔ｔ１の長さを短くすることができる。

また、第１可動板３２の第２の方向Ｙの一端部と第２可動板３３の第２の方向Ｙの一端部は、第１接続部材５１により接続されている。また、第１可動板３２の第２の方向Ｙの他端部と第２可動板３３の第２の方向Ｙの他端部は、第２接続部材５２による接続されている。また、第１接続部材５１及び第２接続部材５２は、接続ねじ６２により第１可動板３２及び第２可動板３３に固定されている。これにより、第１可動板３２と第２可動板３３は、一体となって第２の方向Ｙに沿って移動する。

第１可動板３２と第２可動板３３の間には、固定板３４が配置されている。固定板３４は、略平板状に形成されており、第２の方向Ｙに沿って延在している。固定板３４は、貯留部３１における一対の第１側面部３１ａ、３１ａの第３の方向Ｚの他端部、すなわち上下方向の下端部に固定されている。固定板３４には、複数の連通孔３４ａが形成されている。粉末供給機構１０は、複数の連通孔３４ａの容積により粉末供給機構１０から排出される粉末材料Ｍ１の量を規定する。

連通孔３４ａは、固定板３４を第３の方向Ｚに沿って貫通する貫通孔である。複数の連通孔３４ａは、固定板３４の第２の方向Ｙに所定の間隔ｔ１を空けて配置されている。そして、複数の連通孔３４ａの間隔ｔ１は、複数の第１排出孔３２ａ及び複数の第２排出孔３３ａの間隔ｔ１と同じ長さに設定されている。

連通孔３４ａは、第１排出孔３２ａ及び第２排出孔３３ａと同様に、開口部３８ａの第１の方向Ｘの開口範囲内で延びる長孔である。第１排出孔３２ａ、第２排出孔３３ａ及び連通孔３４ａは、その開口形状が略等しく形成されている。連通孔３４ａは、その長手方向が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して傾斜している。連通孔３４ａにおける第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対する傾斜角度は、第１排出孔３２ａ及び第２排出孔３３ａにおける第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対する傾斜角度と等しく設定されている。

第１排出孔３２ａ及び第２排出孔３３ａと同様に、連通孔３４ａを第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して傾斜させたことで、連通孔３４ａにおける短手方向の幅を広げつつ、間隔ｔ１の長さを短くすることができる。

図５及び図６に示すように、第１可動板３２及び第２可動板３３が第１の位置に配置されている場合、連通孔３４ａは、第１可動板３２に設けた第１排出孔３２ａと第３の方向Ｚに沿って連通する。また、第１可動板３２及び第２可動板３３が第２の方向Ｙの一端部に移動し、第１可動板３２及び第２可動板３３が第２の位置（図７及び図８参照）に移動した場合、連通孔３４ａは、第２可動板３３に設けた第２排出孔３３ａと第３の方向Ｚに沿って連通する。

上述した第１可動板３２、第２可動板３３及び固定板３４により排出部材が構成される。

第１可動板３２の第３の方向Ｚの一端部、すなわち上面には、複数の仕切り板３６が固定ねじ６１によって固定されている。仕切り板３６は、第３の方向Ｚの一端部（上下方向の上方）に向けて突出している。そして、仕切り板３６は、底面板３８の開口部３８ａを貫通し、底面板３８における第３の方向Ｚの一端部、上下方向の上面に配置されている。

また、仕切り板３６は、第１可動板３２における第１排出孔３２ａの近傍に配置されている。具体的には、仕切り板３６は、第１排出孔３２ａにおける長辺部側の縁部に配置されている。

仕切り板３６は、第１排出孔３２ａ側に形成された壁面部３６ａと、壁面部３６ａと対向する傾斜面部３６ｂとを有している。壁面部３６ａは、第１可動板３２の上面から略垂直に立設し、第３の方向Ｚ（上下方向）と略平行をなしている。また、仕切り板３６は、第１排出孔３２ａと同様に、壁面部３６ａが第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して傾斜して配置されている。そして、仕切り板３６は、壁面部３６ａが第１排出孔３２ａの長手方向の平行に配置される。

傾斜面部３６ｂは、仕切り板３６における第２の方向Ｙの一端部側に形成されている。傾斜面部３６ｂは、第３の方向Ｚに対して傾斜している。これにより、仕切り板３６上に堆積した粉末材料Ｍ１は、傾斜面部３６ｂ上を第３の方向Ｚの一端部側に滑落する。さらに、傾斜面部３６ｂと第１可動板３２の上面部で形成される角部の角度を鈍角にすることができ、傾斜面部３６ｂと第１可動板３２の上面部との角部に粉末材料Ｍ１が残留することを防ぐことができる。

３．粉末供給機構の動作例
次に、上述した構成を有する粉末供給機構１０の動作例について図５から図９を参照して説明する。
図７は、図５に示す状態から第１可動板３２及び第２可動板３３が可動した状態を示す断面図、図８は、図６に示す状態から第１可動板３２及び第２可動板３３が可動した状態を示す断面図である。図９は、第１排出孔３２ａの周囲を示す説明図である

シリンダ４１の第２ガス供給口４１ｂに作動ガスが供給されると、図５及び図６に示すように、第１可動板３２及び第２可動板３３は、第２の方向Ｙの他端部側である第１の位置に移動する。このとき、第１排出孔３２ａと連通孔３４ａが連通する。また、連通孔３４ａにおける第３の方向Ｚの他端部（上下方向の下端部）側の開口は、第２可動板３３により塞がれる。そのため、貯留部３１に貯留された粉末材料Ｍ１は、底面板３８の開口部３８ａ及び第１可動板３２の第１排出孔３２ａを通過して連通孔３４ａに供給される。

また、図９に示すように、第１排出孔３２ａの縁部には、仕切り板３６の壁面部３６ａが略垂直に立設している。そのため、第１排出孔３２ａの周囲に位置する粉末材料Ｍ１の圧力ベクトルは、第１排出孔３２ａの中心軸Ｑ１に対して非対称となる。これにより、第１排出孔３２ａの周囲に位置する粉末材料Ｍ１の圧力ベクトルのバランスを壁面部３６ａによって崩すことができる。その結果、第１排出孔３２ａの上部に粉末材料Ｍ１のブリッジが発生することを抑制することができる。

次に、シリンダ４１の第１ガス供給口４１ａに作動ガスが供給されると、ピストンヘッド４５は、作動ガスによって押圧されて、シリンダ４１内を第２の方向Ｙの一端部側に向けて移動する。そのため、図７及び図８に示すように、ピストンヘッド４５に第１可動軸４２を介して接続された第１可動板３２及び第２可動板３３は、第２の方向Ｙの一端部に向けて第２の位置に移動する。

そして、連通孔３４ａと第２排出孔３３ａが連通する。また、連通孔３４ａにおける第３の方向Ｚの一端部（上下方向の上端部）側の開口は、第１可動板３２により塞がれる。これにより、貯留部３１から第１排出孔３２ａを通ってさらに粉末材料Ｍ１が連通孔３４ａに供給されることを防ぐことができる。また、連通孔３４ａに貯留された所定量の粉末材料Ｍ１は、第２排出孔３３ａから造形ボックス３及びステージ４（図１参照）に向けて排出される。上述した動作を繰り返すことで、粉末供給機構１０から所定量の粉末材料Ｍ１を造形ボックス３及びステージ４に供給することができる。

第１排出孔３２ａ、第２排出孔３３ａ及び連通孔３４ａを、その長手方向が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに対して傾斜して形成したことで、複数の第１排出孔３２ａ、第２排出孔３３ａ及び連通孔３４ａの間隔ｔ１を短くすることができる。これにより、第２排出孔３３ａから排出される粉末材料Ｍ１が第２の方向Ｙにおいて排出されない領域を少なくすることができる。その結果、粉末搬送機構７によって粉末材料Ｍ１を均す際に、粉末材料Ｍ１の量にばらつきが発生することを抑制することができる。

また、第１可動板３２が第２の方向Ｙに沿って移動する際に、第１排出孔３２ａの近傍に配置された仕切り板３６も移動する。そして、第１排出孔３２ａの周囲に位置する粉末材料Ｍ１は、仕切り板３６により押し出される。そのため、第１排出孔３２ａの周囲に粉末材料Ｍ１のブリッジが形成された場合でも、仕切り板３６によって粉末材料Ｍ１のブリッジを破壊することができる。その結果、ブリッジによって第１排出孔３２ａが詰まることを防ぐことができ、所定量の粉末材料Ｍ１を確実に排出し、供給することができる。

また、仕切り板３６は、第１排出孔３２ａと同様に、移動方向である第２の方向Ｙに対して傾斜している。そのため、仕切り板３６が第２の方向Ｙに沿って移動し、粉末材料Ｍ１を押し出す際に粉末材料Ｍ１から加わる力を低減させることができる。これにより、仕切り板３６をスムーズに移動させることができる。

さらに、仕切り板３６が移動する際に、第１排出孔３２ａの周囲に位置する粉末材料Ｍ１を仕切り板３６により撹拌することができる。これにより、粉末材料Ｍ１同士が付着することを防ぐことができ、粉末材料Ｍ１の粒径が肥大化することを抑制することができる。

なお、仕切り板３６の壁面部３６ａを第１可動板３２の上面に対して略垂直に形成した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、壁面部３６ａと、第１可動板３２の上面、すなわち第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙで形成される平面で形成される角度θ（図９参照）は、９０度以下であればよい。

なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、上述した実施の形態例では、粉末材料としてチタン、アルミニウム、鉄等の金属粉末を適用した例を説明したが、これに限定されるものではなく、粉末材料としては、樹脂等を用いてもよい。また、粉末材料を予熱や溶融させる加熱機構として電子ビームを照射する電子銃を適用した例を説明したが、これに限定されるものではない。加熱機構としては、例えば、レーザを照射するレーザ照射部を適用してもよい。

また、上述した実施の形態例では、仕切り板３６を第１可動板３２に固定し、第１可動板３２と共に仕切り板３６を移動させる例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、複数の仕切り板３６の移動と、第１可動板３２及び第２可動板の移動を連動させなくてもよい。すなわち、複数の仕切り板３６を第１可動板３２とは異なる部材に固定し、第１可動板３２とは異なる部材により仕切り板３６を移動させてもよい。

さらに、上述した実施の形態例では、第１可動板３２の第３の方向Ｚの一端部側、すなわち上下方向の上方に、開口部３８ａを有する底面板３８を設けた例を説明したが、これに限定されるものではなく、底面板３８を設けなくてもよい。しかしながら、底面板３８を設けない場合、第１可動板３２と貯留部３１との間に粉末材料Ｍ１が入り込むことを防ぐために、第１可動板３２と貯留部３１との間にシール機構を設ける必要がある。そのため、貯留部３１と第１可動板３２との間には、貯留部３１に固定された底面板３８を設けることが好ましい。

なお、本明細書において、「平行」及び「直交」等の単語を使用したが、これらは厳密な「平行」及び「直交」のみを意味するものではなく、「平行」及び「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」や「略直交」の状態であってもよい。

１…３次元積層造形装置、 ２…処理室、 ３…造形ボックス、 ４…ステージ、 ４ａ…一面、 ５…ステージ駆動機構、 ６…支持台、 ７…粉末搬送機構、 ８…電子銃（加熱機構）、 ９…粉末タンク、 １０…粉末供給機構、 ３１…貯留部、 ３１ａ…第１側面部、 ３１ｂ…第２側面部、 ３２…第１可動板（排出部材）、 ３２ａ…第１排出孔、 ３３…第２可動板（排出部材）、 ３３ａ…第２排出孔、 ３４…固定板（排出部材）、 ３４ａ…連通孔、 ３５…可動機構、 ３６…仕切り板、 ３６ａ…壁面部、 ３６ｂ…傾斜面部、 ３８…底面板、 ３８ａ…開口部、 ３９…軸支持部、 ４１…シリンダ、 ４１ａ…第１ガス供給口、 ４１ｂ…第２ガス供給口、 ４２…第１可動軸、 ４３…第２可動軸、 ４５…ピストンヘッド、 ５１…第１接続部材、 ５２…第２接続部材、 Ｍ１…粉末材料、 Ｍ２…ブリッジ、 Ｑ１…中心軸、 ｔ１…間隔

Claims (8)

1. 造形物を形成するための粉末材料が積層されるステージと、
   前記ステージが配置される造形ボックスと、
   前記ステージ又は前記造形ボックスに粉末材料を供給する粉末供給機構と、を備え、
   前記粉末供給機構は、
   前記粉末材料を貯留する貯留部と、
   前記貯留部の上下方向の下方に配置され、前記粉末材料が排出される排出孔が設けられた排出部材と、
   前記排出部材の上面における前記排出孔の縁部に配置され、前記上下方向の上方に向けて突出する仕切り板と、
   前記仕切り板を前記上下方向と直交する方向に移動させる可動機構と、
   を備えた３次元積層造形装置。
2. 前記仕切り板における前記排出孔側に形成された壁面部は、前記上下方向と平行に配置される
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
3. 前記排出孔は、前記仕切り板の移動方向に沿って所定の間隔を空けて複数形成され、
   前記仕切り板は、複数の前記排出孔の縁部にそれぞれ配置される
   請求項２に記載の３次元積層造形装置。
4. 前記排出孔は、長辺部を有する長孔であり、前記仕切り板の移動方向に対してその長手方向が傾斜して配置される
   請求項３に記載の３次元積層造形装置。
5. 前記仕切り板は、前記排出孔における前記長辺部側の縁部に配置され、
   前記壁面部は、前記仕切り板の移動方向に対して傾斜する
   請求項４に記載の３次元積層造形装置。
6. 前記仕切り板は、前記壁面部と対向する傾斜面部を有し、
   前記傾斜面部は、前記上下方向に対して傾斜する
   請求項２から５のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
7. 前記排出部材は、
   前記貯留部の前記上下方向の下方に配置され、前記粉末材料が排出される第１排出孔が形成され、前記可動機構により前記仕切り板の移動方向に沿って第１の位置と第２の位置に移動する第１可動板と、
   前記第１可動板の前記上下方向の下方に配置され、前記粉末材料が排出される第２排出孔が形成され、前記可動機構により前記仕切り板の移動方向に沿って前記第１の位置と前記第２の位置に移動する第２可動板と、
   前記第１可動板と前記第２可動板の間に介在され、前記第１排出孔又は前記第２排出孔と連通可能な連通孔が形成された固定板と、を有し、
   前記第１可動板及び前記第２可動板が前記第１の位置に移動した際に、前記第１排出孔と前記連通孔が連通し、前記第１可動板及び前記第２可動板が前記第２の位置に移動した際に、前記第２排出孔と前記連通孔が連通し、
   前記仕切り板は、前記第１可動板の上面に固定され、前記第１排出孔の縁部に配置される
   請求項１から６のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
8. 前記貯留部の前記上下方向の下端部には、前記第１可動板と対向する底面板が固定され、
   前記底面板には、前記第１排出孔を臨み、かつ前記仕切り板が貫通する開口部が形成されている
   請求項７に記載の３次元積層造形装置。

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