JP2021127519A - ３次元積層造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベースプレートからステージに熱が伝わることを抑制することができる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、移動機構５と、ステージ４と、複数の支柱１１と、ベースプレート１０と、遮蔽部材１２と、を備えている。ベースプレート１０は、複数の支柱１１に支持され、造形物を形成するための粉末材料Ｍ１が積層される。遮蔽部材１２は、ステージ４とベースプレート１０との間において複数の支柱１１の周囲を囲む。【選択図】図１

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、粉末材料の材料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、例えばステージの上面に設置されたベースプレート上に粉末材料を一層毎に敷き詰める。次に、ベースプレート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（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１には、上下方向に移動する構築プラットフォーム上に、粉末材料を介してベースプレートを示すスタートプレートを設置する技術が開示されている。

特表２０１６−５２９３８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、ベースプレートが粉末材料を介してステージ上に設置されていた。そのため、特許文献１に記載された技術では、ベースプレートの熱が粉末材料を介してステージに伝わり、ステージやステージを移動させる移動機構が熱により変形するおそれがあった。

本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、ベースプレートからステージに熱が伝わることを抑制することができる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、移動機構と、ステージと、複数の支柱と、ベースプレートと、遮蔽部材と、を備えている。ステージは、移動機構により移動可能に支持される。複数の支柱は、ステージに配置される。ベースプレートは、複数の支柱に支持され、造形物を形成するための粉末材料が積層される。遮蔽部材は、ステージとベースプレートとの間において複数の支柱の周囲を囲む。

また、本発明の他の３次元積層造形装置は、移動機構と、ステージと、複数の支柱と、ベースプレートと、を備えている。ステージは、移動機構により移動可能に支持される。複数の支柱は、ステージに配置される。ベースプレートは、複数の支柱に支持され、造形物を形成するための粉末材料が積層される。
そして、ベースプレートにおける粉末材料が積層される一面とは反対側の底面には、支持溝が形成される。また、支柱には、支持溝と点接触又は線接触する支持体が配置される。

本発明の３次元積層造形装置によれば、ベースプレートからステージに熱が伝わることを抑制することができる。

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ベースプレート及びステージを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ベースプレートを上方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ベースプレートを下方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ベースプレートを図４に示すＡ−Ａ線で切断した断面図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置のベースプレート及び支柱を図４に示すＡ−Ａ線で切断した断面図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における造形物の取り出し動作を示す説明図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における造形物の取り出し動作を示す説明図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における造形物の取り出し動作を示す説明図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における造形物の取り出し動作を示す説明図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における造形物の取り出し動作の変形例を示す説明図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における造形物の取り出し動作の変形例を示す説明図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における造形物の取り出し動作の変形例を示す説明図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における造形物の取り出し動作の変形例を示す説明図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置における造形物の取り出し動作の変形例を示す説明図である。 本発明の実施の形態例にかかる３次元積層造形装置のベースプレート及び支柱の変形例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遮蔽部材の変形例を示す斜視図である。 変形例にかかる遮蔽部材をステージに載置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遮蔽部材の他の変形例を示す斜視図である。

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１９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．実施の形態例
１−１．３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、粉末供給機構７と、電子銃８と、粉末タンク９と、ベースプレート１０と、を備えている。また、３次元積層造形装置１は、ベースプレート１０を支持する支柱１１と、遮蔽部材１２と、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、粉末供給機構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、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、粉末供給機構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を排出する定量供給部９ａが配置されている。この定量供給部９ａ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。

また、粉末タンク９とフランジ部３ｂとの間には、粉末供給機構７が配置されている。粉末供給機構７は、アーム部４１と、均し板４２と、ガイド部４４とを有している。

アーム部４１は、所定の長さを有する長尺状の部材により形成されている。アーム部４１の長手方向の一端部は、ガイド部４４に移動可能に支持されている。ガイド部４４は、第１の方向Ｘに沿って配置されている。

アーム部４１は、ガイド部４４に支持されて、その長手方向が第２の方向Ｙと平行に延在している。アーム部４１の長手方向の長さは、少なくともステージ４の第２の方向Ｙの一端部から他端部までの長さよりも長く設定されている。そのため、アーム部４１は、ステージ４における第２の方向Ｙの一端部から他端部に亘って延在する。アーム部４１の第３の方向Ｚの他端部、すなわちステージ４やベースプレート１０と対向する側の端部には、均し板４２が設けられている。

均し板４２は、略平板状に形成されている。均し板４２は、アーム部４１と同様に、その長手方向が第２の方向Ｙと平行に延在している。そして、アーム部４１及び均し板４２がガイド部４４によって第１の方向Ｘに沿って移動することで、ベースプレート１０の一面１０ａ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、ベースプレート１０の一面１０ａ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、ベースプレート１０を支持する複数の支柱１１が配置される。このベースプレート１０には、粉末材料Ｍ１が積層される。ベースプレート１０及び支柱１１詳細な構成については、後述する。

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３ｃ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４ｂが設けられている。軸部４ｂ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４ｂ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。

移動機構を示すステージ駆動機構５は、軸部４ｂ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４ｂを駆動する駆動部等が適用される。

ステージ４に載置されたベースプレート１０の一面１０ａ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Ｌ１を出射する。電子銃８から出射された電子ビームＬ１により、その２次元形状に対応する領域の粉末材料Ｍ１が溶融する。

１−２．ベースプレート及び支柱周りの構成
次に、ベースプレート１０及び支柱１１周りの詳細な構成について図１から図６を参照して説明する。
図２は、ベースプレート１０及びステージ４を示す概略構成図、図３は、ベースプレートを上方から見た平面図である。図４は、ベースプレートを下方から見た平面図である。

図２に示すように、支柱１１は、ステージ４の一面４ａから第３の方向Ｚに沿って立設している。また、支柱１１は、第３の方向Ｚに沿って伸縮可能に形成されている。図３に示すように、本例の３次元積層造形装置１では、支柱１１は、３つ配置される。支柱１１の第３の方向Ｚの一端部、すなわち上下方向の上端部には、ベースプレート１０が配置される。

なお、本例では、ベースプレート１０を３本の支柱１１の支持する例を説明したが、これに限定されるものではなく、４本の支柱１１でベースプレート１０を支持してもよい。しかしながら、支柱１１の数を４本とした場合、４本の支柱１１のうち３本の支柱１１のみがベースプレート１０を接触し、残りの１本の支柱１１がベースプレート１０から離反して配置されるおそれがある。その結果、調整後や、造形処理中にベースプレート１０ががたつくおそれがあった。

そのため、ベースプレート１０を支持する支柱１１の数は、ベースプレート１０を支持するために最低必要本数である３本とすることが好ましい。これにより、全ての支柱１１がベースプレート１０を支持するため、ベースプレート１０の傾きを調整した後に、ベースプレート１０にがたつきが発生することを防止することができる。

さらに、ステージ４とベースプレート１０の間には、遮蔽部材１２が配置される。遮蔽部材１２は、筒状に形成されている。遮蔽部材１２は、複数の支柱１１における第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの周囲を囲む。遮蔽部材１２によって支柱１１の周囲を囲むことで、粉末材料Ｍ１や粉末材料Ｍ１が若干溶融した仮焼結体Ｍ２（図７参照）が支柱１１の周囲に入り込むことを防ぐことができる。

ベースプレート１０とステージ４との間には、遮蔽部材１２によって粉末材料Ｍ１や仮焼結体Ｍ２が存在しない空間部３０が形成される。空間部３０が形成されることで、ベースプレート１０の熱がステージ４に伝わることを抑制することができる。さらに、遮蔽部材１２の容積、すなわち空間部３０の容積分だけ粉末材料Ｍ１を節約することができる。

ここで、遮蔽部材１２を設けない場合、粉末材料Ｍ１が支柱１１の周囲に入り込むことを防ぐために、支柱１１の第３の方向Ｚの長さを、粉末材料Ｍ１の安息角を考慮して短くする必要がある。その結果、ベースプレート１０がステージ４に接近し、ベースプレート１０の熱がステージ４に伝わりやすくなる。

これに対して、本例の３次元積層造形装置１では、粉末材料Ｍ１が遮蔽部材１２により遮られるため、粉末材料Ｍ１の安息角を考慮して支柱１１の長さを設定する必要がなくなる。これにより、支柱１１における第３の方向Ｚの長さを、長くすることができ、ベースプレート１０とステージ４との間隔を広げることができる。その結果、ベースプレート１０の熱がステージ４に伝わり難くすることができる。

支柱１１の第３の方向Ｚの長さは、仮焼結体Ｍ２がステージ４上に形成されることなく、仮焼結体Ｍ２とステージ４との間に粉末材料Ｍ１が溶融することなく存在する程度の長さ以上に設定することが好ましい。

また、遮蔽部材１２を介して熱がステージ４に伝わることを抑制するために、遮蔽部材１２としては、高融点で熱伝導率が低い材料が好ましく、例えば、ＳＵＳが適用される。また、遮蔽部材１２の厚さを、薄く形成することで、遮蔽部材１２による熱の伝わりを抑制することができる。そのため、遮蔽部材１２を、箔状の部材で形成することが好ましい。

また、複数の支柱１１には、ヒートシールド板１３が取り付けられている。ヒートシールド板１３は、ベースプレート１０とステージ４との間に配置される。そして、ヒートシールド板１３は、ステージ４の一面４ａと、ベースプレート１０の一面１０ａとは反対側の底面１０ｂと対向する。ヒートシールド板１３は、ベースプレート１０からのステージ４に向かう熱輻射をベースプレート１０に向けて反射する。これにより、ステージ４がベースプレート１０の熱輻射により加熱されることを防止することができる。

ベースプレート１０は、略矩形をなす平板状に形成されている。ベースプレート１０の一面１０ａには、粉末材料Ｍ１が積層される。また、ベースプレート１０の底面１０ｂには、熱電対１６が接続され、空間部３０に配置される。これにより、熱電対１６に粉末材料Ｍ１や仮焼結体Ｍ２が付着することを防ぐことができ、熱電対１６の破損を防止することができる。

図４に示すように、ベースプレート１０の底面１０ｂには、３つの支持溝２１が形成されている。３つの支持溝２１は、仮想円Ｒ１の周方向に等間隔に配置されている。仮想円Ｒ１の中心Ｑ１は、ベースプレート１０の重心上に位置している。また、支持溝２１は、中心Ｑ１から放射状に延在する溝部である。

図５は、ベースプレート１０を図４に示すＡ−Ａ線で切断した断面図、図６は、ベースプレート１０及び支柱１１を図４に示すＡ−Ａ線で切断した断面図である。
図５に示すように、支持溝２１は、ベースプレート１０の底面１０ｂから一面１０ａに向けて略台形状に凹ませた凹部である。支持溝２１における一面１０ａ側の頂部は、中心Ｑ１から放射状に延在している。また、支持溝２１における一面１０ａ側には、２つの傾斜面部２１ａ、２１ａが形成されている。

なお、本例では、支持溝２１を略台形状の凹部として形成した例を説明したが、これに限定されるものではなく、支持溝２１をＶ字状に凹ませた凹部として形成してもよい。

図４及び図６に示すように、支持溝２１内には、支持体２４が嵌り込む。支持体２４は、球状に形成されている。支持体２４は、支柱１１の第３の方向Ｚの上端部に設けた載置部１１ａに配置されている。載置部１１ａは、略半球状の凹部である。そして、ベースプレート１０は、支持体２４及び支柱１１により支持されている。なお、支柱１１及び支持体２４は、金属製の部材により形成されている。

図６に示すように、支持体２４は、支持溝２１の２つの傾斜面部２１ａ、２１ａに点接触する。これにより、支柱１１とベースプレート１０を面接触する場合よりも、熱抵抗を高めるこができる。その結果、ベースプレート１０の熱が支柱１１を介してステージ４に伝わることを抑制することができる。

支持体２４が２つの傾斜面部２１ａ、２１ａと点接触することで、ベースプレート１０と支柱１１の間の隙間を無くすことができ、支持体２４における２つの傾斜面部２１ａ、２１ａが対向する方向への移動が拘束される。その結果、ベースプレート１０を支持体２４及び支柱１１に載置した後に、ベースプレート１０が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに向けてがたつくことを防ぐことができる。

さらに、ベースプレート１０が加熱されると、ベースプレート１０が熱膨張する。そのため、従来の３次元積層造形装置では、ベースプレート１０が熱膨張した際に、ベースプレート１０の中心Ｑ１の位置が変化し、造形精度が低下していた。

これに対して、本例のベースプレート１０では、ベースプレート１０が第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに向けて熱膨張した場合、３つの支持溝２１が支持体２４上を摺動する。また、３つの支持溝２１は、ベースプレート１０の周方向に等間隔に配置されており、その頂部が中心Ｑ１に対して放射状に形成されているため、ベースプレート１０は、中心（重心）Ｑ１から第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに向けて等しく膨張する。これにより、ベースプレート１０の熱膨張によって、ベースプレート１０の中心Ｑ１の位置が変化することを防ぐことができ、造形精度を向上させることができる。

なお、本例の３次元積層造形装置１では、ベースプレート１０を矩形状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く、ベースプレート１０は、多角形状や円形等その他各種の形状で形成してもよい。

２．３次元積層造形装置の動作
次に、上述した構成を有する３次元積層造形装置１の動作について説明する。
２−１．ベースプレートのセット作業及び造形動作
まず、ベースプレート１０のセット作業及び造形物Ｐ１を造形する造形動作について説明する。

ベースプレート１０のセット作業では、ベースプレート１０の一面１０ａが第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙ、すなわち水平方向と平行となるように、３つの支柱１１を伸縮させて、支柱１１の高さを調整する。次に、３つの支柱１１の周囲に遮蔽部材１２を配置し、高さ調整を行った支柱１１の載置部１１ａに支持体２４を載置する。そして、支持体２４上にベースプレート１０に載置する。また、ベースプレート１０の底面１０ｂには、熱電対１６が接続される。

図１に示すように、遮蔽部材１２と造形ボックス３の筒部３ａの内壁面３ｃとの間を粉末材料Ｍ１で満たす。これにより、ベースプレート１０のセット作業が完了する。

なお、支柱１１及び支持体２４は、金属製の部材により形成されているため、ベースプレート１０を支持体２４及び支柱１１に載置するだけで、支柱１１及び支持体２４を介してベースプレート１０の電気的な接地を行うことができる。その結果、アース線を用いてベースプレート１０の接地を行う必要がなくなり、ベースプレート１０の接地作業を容易に行うことができる。仮に耐熱性を考え支持体２４をセラミクスのような絶縁体にした場合は、導電性のワイヤーでステージ４とベースプレート１０を接続すれば良い。

次に、ステージ駆動機構５を駆動させて、造形ボックス３のフランジ部３ｂの上面より第３の方向Ｚに所定の間隔分下がった位置、又はベースプレート１０の一面１０ａとフランジ部３ｂの上面が同じ高さとなる位置にステージ４を配置する。この所定の間隔が、その後に敷き詰められる粉末材料Ｍの第３の方向Ｚの層厚に相当する。

次に、粉末供給機構７が駆動し、アーム部４１が第１の方向Ｘに沿って移動する。これにより、アーム部４１に設けた均し板４２は、ガイド部４４に沿って移動し、粉末タンク９から排出された粉末材料Ｍ１をベースプレート１０の一面１０ａまで搬送する。その結果、ベースプレートの一面１０ａには、均し板４２により粉末材料Ｍ１の層が形成される。

次に、予め準備された設計上の造形物を所定の厚さ間隔でスライスした２次元形状に従い、電子銃８から粉末材料Ｍ１の層に対して電子ビームＬ１が照射される。電子銃８から照射された電子ビームＬ１により、その２次元形状に対応する粉末材料Ｍ１が溶融する。溶融した粉末材料Ｍ１は、凝固して造形物Ｐ１となる。

一層分の粉末材料Ｍ１が溶融及び凝固した後、ステージ駆動機構５によりステージ４を所定の高さ分下げる。次に、粉末材料Ｍ１を直前に敷き詰められた層（下層）の上に敷き詰める。そして、その層に相当する２次元形状に対応する領域の粉末材料Ｍ１に電子ビームＬ１を照射し、粉末材料Ｍ１を溶融及び凝固させる。この一連の処理を繰り返し、溶融及び凝固した粉末材料Ｍ１の層を積み重ねることにより、造形ボックス３の筒部３ａ内には、造形物Ｐ１が構築される。

上述したように、本例の３次元積層造形装置１では、ベースプレート１０の熱がステージ４に伝わり難く構成されている。そのため、造形物Ｐ１を構築する際に、ステージ４がベースプレート１０からの熱によって加熱し、熱変形することを防止することができる。

さらに、支持体２４が支持溝２１の２つの傾斜面部２１ａ、２１ａと点接触することで、ベースプレート１０と支柱１１における第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙへのがたつきを防止することができる。また、さらに、上述したように、熱膨張によって、ベースプレート１０の中心Ｑ１の位置が、変化しないため、ベースプレート１０と電子銃８との位置関係を所望の位置に保つことができる。これにより、構築される造形物Ｐ１の造形精度を向上することができる。

２−２．造形物の取り出し動作
次に、図７から図１０を参照して造形物Ｐ１の取り出し動作について説明する。
図７から図１０は、造形物Ｐ１の取り出し動作を示す説明図である。

まず、図７に示すように、ステージ駆動機構５（図１参照）を駆動させて、ステージ４の一面４ａが造形ボックス３のフランジ部３ｂと同じ高さになる位置までステージ４を上昇させる。これにより、造形物Ｐ１が造形ボックス３から排出される。

このとき、造形物Ｐ１の周囲には、仮焼結体Ｍ２が配置され、ベースプレート１０の下方には、粉末材料Ｍ１が配置される。次に、図８に示すように、仮焼結体Ｍ２の下方に存在する粉末材料Ｍ１を除去する。そして、図９に示すように、造形物Ｐ１、仮焼結体Ｍ２、ベースプレート１０及び遮蔽部材１２を、ステージ４から取り外す。

ここで、従来の３次元積層造形装置では、支柱１１に仮焼結体Ｍ２が付着し、仮焼結体Ｍ２を除去する必要があった。さらに、支柱１１から仮焼結体Ｍ２を除去する際に、支柱１１の高さが変化するおそれがあり、ベースプレート１０をセットする度に支柱１１の高さを調整する必要があった。さらに、従来の３次元積層造形装置では、支柱１１から仮焼結体Ｍ２を除去する際に、支柱１１が破損するおそれがあった。

これに対して、本例の３次元積層造形装置１では、支柱１１の周囲は、遮蔽部材１２によって囲まれているため、支柱１１に粉末材料Ｍ１や仮焼結体Ｍ２が付着することがない。これにより、仮焼結体Ｍ２や粉末材料Ｍ１を支柱１１から除去する作業が不要となり、造形物Ｐ１の取り出し作業を容易に行うことができる。

さらに、高さ調整を行った後に、仮焼結体Ｍ２や粉末材料Ｍ１が支柱１１に接触しないため、支柱１１の高さが変化することがない。これにより、一度、支柱１１の高さ調整を行った後は、支柱１１の高さ調整作業が不要となり、次に実施するベースプレート１０のセット作業を容易に行うことができる。

次に、図１０に示すように、造形物Ｐ１、仮焼結体Ｍ２及びベースプレート１０から遮蔽部材１２を取り外す。そして、造形物Ｐ１及び仮焼結体Ｍ２に対してブラスト処理を行い、仮焼結体Ｍ２を除去する。これにより、造形物Ｐ１の取り出し作業が完了する。

なお、ベースプレート１０の底面１０ｂに接続された熱電対１６は、ベースプレート１０をステージ４から取り外した際に、ベースプレート１０から取り外される。また、熱電対１６には、支柱１１と同様に、粉末材料Ｍ１や仮焼結体Ｍ２が付着しないため、ベースプレート１０から容易に熱電対１６を取り外すことができる。

２−３．取り出し動作の変形例
次に、図１１から図１５を参照して造形物Ｐ１の取り出し動作の変形例について説明する。
図１１から図１５は、造形物Ｐ１の取り出し動作を示す説明図である。なお、変形例にかかる取り出し動作では、チャック部材１０１を用いて造形物Ｐ１を取り出す例について説明する。

まず、ステージ４の一面４ａが造形ボックス３のフランジ部３ｂと同じ高さになる位置までステージ４を上昇させる。これにより、造形物Ｐ１が造形ボックス３から排出される。そして、仮焼結体Ｍ２の下方に存在する粉末材料Ｍ１を除去する。次に、図１１に示すように、仮焼結体Ｍ２の下方にチャック部材１０１を挿入する。

ここで、４本の支柱１１でベースプレート１０を支持する場合、支柱１１は、通常、ベースプレート１０の四隅に配置される。そのため、チャック部材１０１を挿入する際に、チャック部材１０１が支柱１１に干渉するおそれがあった。これに対して、本例の３次元積層造形装置１では、３本の支柱１１でベースプレート１０を支持している。そのため、ベースプレート１０の四隅を外して支柱１１を配置することができる。その結果、チャック部材１０１と支柱１１が干渉することを防ぐことができる。

さらに、本例の３次元積層造形装置１では、支柱１１の長さを長くすることができため、仮焼結体Ｍ２の下方にチャック部材１０１を挿入するためのスペースを確保することができる。これにより、チャック部材１０１を挿入した際に、チャック部材１０１が支柱１１やベースプレート１０に干渉することを防ぐことができる。

次に、図１２に示すように、造形物Ｐ１、仮焼結体Ｍ２、ベースプレート１０及び遮蔽部材１２を、チャック部材１０１を用いてステージ４から取り外し、図１３に示すように、造形物Ｐ１、仮焼結体Ｍ２及びベースプレート１０から遮蔽部材１２を取り外す。

そして、図１４及び図１５に示すように、チャック部材１０１がベースプレート１０の底面１０ｂと対向する位置までチャック部材１０１を挿入する。これにより、チャック部材１０１により造形物Ｐ１、仮焼結体Ｍ２及びベースプレート１０を確実に保持することができる。次に、造形物Ｐ１及び仮焼結体Ｍ２に対してブラスト処理を行い、仮焼結体Ｍ２を除去する。これにより、チャック部材１０１を用いた造形物Ｐ１の取り出し作業が完了する。その結果、造形物Ｐ１、仮焼結体Ｍ２及びベースプレート１０が人の手で持ち運べない程度の重量であっても、チャック部材１０１を用いて容易に取り出すことができる。

３．変形例
次に、３次元積層造形装置の変形例について図１６から図１９を参照して説明する。

３−１．支持構造の変形例
まず、ベースプレートの支持構造の変形例について図１６を参照して説明する。
図１６は、ベースプレート及び支柱の変形例を示す斜視図である。

上述した実施の形態例では、図６に示すように、支柱１１に設けた支持体２４を球状に形成し、支持体２４と支持溝２１が点接触する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、支持体と支持溝が線接触してもよい。図１６に示すように、支柱７１に所定の長さで延在する載置部７１ａが形成されている。載置部７１ａは、略半円状に凹んだ凹部である。この載置部７１ａには、支持体７４が載置される。

支持体７４は、略円柱状に形成されている。そして、支持体７４は、ベースプレート１０に形成した支持溝２１内に嵌り込む。また、支持体７４の外周面７４ｂは、支持溝２１の傾斜面部２１ａ、２１ａに線接触する。図１６に示すようなベースプレート１０の支持構造でも、支柱１１とベースプレート１０を面接触する場合よりも、熱抵抗を高めるこができ、ベースプレート１０の熱が支柱７１を介してステージ４に伝わることを抑制することができる。

３−２．遮蔽部材の変形例
次に、遮蔽部材の変形例について図１７から図１９を参照して説明する。
図１７は、遮蔽部材の変形例を示す斜視図である。図１８は、変形例にかかる遮蔽部材をステージ４に載置した状態を示す断面図である。

図１７に示すように、変形例にかかる遮蔽部材１２Ｂは、中空の略円柱状の遮蔽部１２ａと、平板状の底面部１２ｂとを有している。図１８に示すように、遮蔽部１２ａは、ステージ４とベースプレート１０の間に配置されて、複数の支柱１１における第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの周囲を囲む。

底面部１２ｂは、遮蔽部１２ａにおける上下方向の下端部、すなわち第３の方向Ｚの他端部側に形成されている。また、底面部１２ｂは、遮蔽部１２ａにおける側面部から半径方向の外側に向けて張り出している。そして、図１８に示すように、底面部１２ｂは、ステージ４の一面４ａに載置される。

このように、変形例にかかる遮蔽部材１２Ｂによれば、粉末材料Ｍ１や粉末材料Ｍ１が若干溶融した仮焼結体Ｍ２が遮蔽部１２ａの下端部から空間部３０に入り込むことを、底面部１２ｂによって防ぐことができる。その結果、変形例にかかる遮蔽部材１２Ｂを用いることで、粉末材料Ｍ１の節約が可能となる。

図１９は、遮蔽部材の他の変形例を示す斜視図である。
遮蔽部材の形状は、図１７に示すように、円柱状に限定されるものではない。例えば、図１９に示す遮蔽部材１２Ｃのように、遮蔽部１２ａを中空の角柱状に形成してもよい。そして、図１９に示す他の変形例にかかる遮蔽部材１２Ｃにおいても、遮蔽部１２ａの下端部である第３の方向Ｚの他端部から外側に張り出す底面部１２ｂを設けてもよい。

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。

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、 ３ａ…筒部、 ３ｂ…フランジ部、 ３ｃ…内壁面、 ４…ステージ、 ４ａ…一面、 ４ｂ…軸部、 ５…ステージ駆動機構（移動機構）、 ６…支持台、 ７…粉末供給機構、 ８…電子銃、 ９…粉末タンク、 １０…ベースプレート、 １０ａ…一面、 １０ｂ…底面、 １１、７１…支柱、 １１ａ、７１ａ…載置部、 １２、１２Ｂ、１２Ｃ…遮蔽部材、 １２ａ…遮蔽部、 １２ｂ…底面部、 １３…ヒートシールド板、 １４…摺動部材、 １６…熱電対、 ２１…支持溝、 ２１ａ…傾斜面部、 ２４、７４…支持体、 ３０…空間部、 １０１…チャック部材、 Ｐ１…造形物、 Ｍ１…粉末材料、 Ｍ２…仮焼結体、 Ｑ１…中心

Claims (12)

1. 移動機構と、
   前記移動機構により移動可能に支持されるステージと、
   前記ステージに配置された複数の支柱と、
   前記複数の支柱に支持され、造形物を形成するための粉末材料が積層されるベースプレートと、
   前記ステージと前記ベースプレートとの間において前記複数の支柱の周囲を囲む遮蔽部材と、を備えた３次元積層造形装置。
2. 前記遮蔽部材は、箔状の部材で形成される
   請求項１に記載の３次元積層造形装置。
3. 前記ベースプレートにおける前記粉末材料が積層される一面とは反対側の底面には、支持溝が形成され、
   前記支柱には、前記支持溝と点接触又は線接触する支持体が配置される
   請求項１又は２に記載の３次元積層造形装置。
4. 移動機構と、
   前記移動機構により移動可能に支持されるステージと、
   前記ステージに配置された複数の支柱と、
   前記複数の支柱に支持され、造形物を形成するための粉末材料が積層されるベースプレートと、を備え、
   前記ベースプレートにおける前記粉末材料が積層される一面とは反対側の底面には、支持溝が形成され、
   前記支柱には、前記支持溝と点接触又は線接触する支持体が配置される
   ３次元積層造形装置。
5. 前記ステージと前記ベースプレートとの間には、前記複数の支柱の周囲を囲む遮蔽部材が配置される
   請求項４に記載の３次元積層造形装置。
6. 前記支持体は、球状に形成される
   請求項３から５のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
7. 前記支持溝は、前記ベースプレートの重心を中心として放射状に延在する
   請求項３から６のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
8. 前記支持溝は、前記支持体が点接触する２つの傾斜面部を有する
   請求項３から７のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
9. 前記支持体及び前記支柱は、金属製の部材で形成され、前記ベースプレートを接地する
   請求項３から８のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
10. 前記支柱は、３本配置される
    請求項１から９のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
11. 前記ベースプレートと前記ステージの間には、前記ベースプレートからの輻射熱を前記ベースプレートに向けて反射するヒートシールド板が配置される
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
12. 前記遮蔽部材は、
    前記複数の支柱の周囲を囲む遮蔽部と、
    前記遮蔽部における下端部から外側に張り出す底面部と、を有し、
    前記底面部は、前記ステージに載置される
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。

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