JP2023074561A - リコータ装置及び積層造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】造形物の品質の低下を抑制する。【解決手段】リコータ装置２０は、テーブル５の主面５ａ上に配置される粉末床Ａの表面２ａを敷き均すリコータ装置２０であって、表面２ａ上に配置されるリコータ２１と、リコータ２１を保持し、主面５ａに沿ったＸ方向において表面２ａに対しリコータ２１を相対的に移動させるリコータ装置部５１と、を備え、リコータ２１は、主面５ａに沿い且つＸ方向と交差するＹ方向に延在する先端面３２を含み、主面５ａ上に形成される造形物３から反力を受けて弾性変形する材料により構成された芯材３１と、少なくとも先端面３２を覆い且つ表面２ａと対面するように配置され、芯材３１よりも硬い材料により構成された金属板４１と、を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、リコータ装置及び積層造形装置に関する。

従来、材料である粉末を固化させて造形物を製造する積層造形装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このような積層造形装置は、例えば、粉末を含む粉末床を支持するテーブルと、テーブル上の粉末床にエネルギビームを照射する照射装置と、粉末床の表面を均すリコータ装置と、を備える。リコータ装置は、粉末床の表面に当接する当接面を含むリコータと、粉末床の表面上においてリコータを水平方向に移動させるリコータ移動機構と、を有する。リコータとしては、例えば、金属製のリコータ、或いは、ゴム又はシリコーンなどの軟質のリコータが用いられ得る。

特開２０１９－１２７６５１号公報 特開２０１８－１２２４７９号公報

しかしながら、金属製のリコータが用いられる場合、粉末床の表面をリコータが移動する際に、リコータからの押圧力によって造形物が変形しやすい。一方、ゴム又はシリコーンなどの軟質のリコータが用いられる場合、リコータの表面には、造形物に押し当てられる際に傷が発生し易く、更に、エネルギビームの照射の際に生じるスパッタが付着し易い。このような傷の形成又はスパッタの付着に起因してリコータの表面形状が変形すると、リコータの塗布動作を行う際に、造形物にもリコータの表面に対応した形状が反映され得る。従って、上述したようなリコータでは、造形物が意図しない形状に形成されることがあるので、造形物の品質が低下する懸念がある。

本開示は、造形物の品質の低下を抑制できるリコータ装置及び積層造形装置を説明する。

本開示の一形態に係るリコータ装置は、主面に沿った第１方向において表面に対しリコータを相対的に移動させるホルダと、を備え、リコータは、主面に沿い且つ第１方向と交差する第２方向に延在する先端面を含み、主面上に形成される造形物から反力を受けて弾性変形する材料により構成された芯材と、少なくとも先端面を覆い且つ表面と対面するように配置され、芯材よりも硬い材料により構成されたカバー層と、を有する。

上記のリコータ装置では、リコータの芯材が造形物から反力を受けて弾性変形する弾性材料に構成されている。そのため、リコータは、粉末床の表面上を移動中に造形物に当接したときに、造形物を変形させることなく乗り越えることができる。更に、芯材の先端面は芯材よりも硬いカバー層によって覆われている。このような硬いカバー層には、傷の形成及びスパッタの付着などに起因する表面形状の変形が起こり難い。そこで、粉末床の表面と対面する位置にカバー層を配置することで、粉末床の表面に当接するリコータの当接面（すなわち、カバー層の外面）の形状が、傷の形成又はスパッタの付着に起因して変形する事態を抑制できる。これにより、リコータの塗布動作を行う際に、リコータの表面形状に対応した形状が造形物に反映される事態を抑制できる。従って、上記のリコータ装置によれば、造形物が意図しない形状に形成される事態を抑制できるので、造形物の品質の低下を抑制できる。

いくつかの態様において、カバー層は、金属材料により構成された金属板であってもよい。金属板は、比較的高い硬さを有すると共に耐熱性を有する。そのため、高温状態のスパッタが金属板に押し当てられた際に、スパッタが金属板に埋め込まれて付着してしまう事態を抑制できる。従って、上記の構成では、傷の形成及びスパッタの付着などに起因する表面形状の変形がカバー層に生じる事態をより確実に抑制できる。

いくつかの態様において、カバー層は、造形物から反力を受けて変形可能な剛性を有してもよい。この場合、カバー層は、造形物から反力を受けたときに芯材と共に変形できるため、カバー層が変形しない場合と比べて、リコータから造形物に付与される押圧力を低減できる。これにより、リコータの移動に伴って造形物に変形が生じる事態をより確実に抑制できる。更に、カバー層は、芯材の弾性変形に伴って元の形状に復帰することも可能であるため、リコータによる塗布動作を安定して行うことができる。

いくつかの態様において、リコータは、第１方向に並ぶ一対の側面を更に有し、カバー層は、先端面を覆う先端面カバー部と、先端面から延びて一対の側面を覆う一対の側面カバー部と、を有してもよい。この場合、芯材の形状に沿ってカバー層を巻き付けて固定する簡単な作業によって、カバー層を芯材に容易に取り付けることが可能となる。

いくつかの態様において、カバー層には、第２方向に間隔を空けて並んで配置され且つ先端面カバー部から一対の側面カバー部にわたって延在する複数のスリットが形成されていてもよい。この場合、カバー層における複数のスリットの間の部分はそれぞれ、独立して変形可能となる。そのため、リコータが造形物から第１方向に反力を受けたときに、カバー層の当該反力を受けた部分のみを第１方向に変形させることができる。この場合、カバー層の全体が第１方向に変形する場合と比べて、リコータから造形物に付与される押圧力をより効果的に低減できるので、リコータの移動に伴って造形物に変形が生じる事態をより確実に抑制できる。

いくつかの態様において、カバー層は、芯材に対して取り外し可能に取り付けられていてもよい。この場合、仮にカバー層に傷などが生じた場合であっても、リコータごと交換する必要はなくカバー層のみを交換すれば済むので、保守性を向上させることができる。

いくつかの態様において、カバー層は、先端面とは反対側を向く外面を有し、外面は、第２方向から見て、表面に向かって膨らむように湾曲していてもよい。この場合、リコータが粉末床の表面上を移動する際に、造形物に対してリコータが引っ掛かる事態を抑制できる。その結果、リコータの移動に伴って造形物に変形が生じる事態をより確実に抑制できる。

本開示の一形態に係る積層造形装置は、チャンバと、チャンバ内に配置され、粉末を含む粉末床を支持するテーブルと、テーブル上の粉末にエネルギビームを照射する照射装置と、チャンバ内に配置され、粉末床の表面を均す、上述したいずれかのリコータ装置と、を備える。

上記の積層造形装置は、上述したいずれかのリコータ装置を備える。従って、上記の積層造形装置によれば、造形物が意図しない形状に形成される事態を抑制できるので、造形物の品質の低下を抑制できる。

本開示のいくつかの態様によれば、造形物の品質の低下を抑制できるリコータ装置及び積層造形装置が提供される。

図１は、一実施形態に係る積層造形装置を示す断面図である。 図２は、図１の積層造形装置が備えるリコータ装置を示す斜視図である。 図３は、リコータ装置を示す側面図である。 図４は、リコータ装置を示す断面図である。 図５は、リコータ装置が備えるリコータを示す分解斜視図である。 図６（ａ）は、リコータの金属板を示す斜視図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の金属板を展開した平面図である。 図７は、図６（ｂ）のＰ部を拡大した平面図である。 図８（ａ）は、リコータが造形物の突出部分を乗り越える様子を示す断面図である。図８（ｂ）は、リコータが造形物の突出部分を乗り越えた後の断面図である。 図９（ａ）は、比較例１に係るリコータ装置を示す側面図である。図９（ｂ）は、比較例２に係るリコータ装置を示す側面図である。 図１０（ａ）は、比較例３に係るリコータ装置を示す側面図である。図１０（ｂ）は、比較例４に係るリコータ装置を示す側面図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示す積層造形装置は、いわゆる３Ｄ（三次元）プリンタである。以下の説明では、積層造形装置を単に、「造形装置１」と称する。造形装置１は、層状に配置した粉末２に部分的にエネルギを付与して、粉末２を焼結又は溶融する。造形装置１は、粉末２の焼結又は溶融を繰り返して三次元の造形物３を製造する。

造形物３は、例えば機械部品などである。造形物３は、その他の構造物であってもよい。粉末２の材料は、例えば、金属である。粉末２は、例えば、チタン系金属粉末、インコネル（登録商標）粉末、アルミニウム粉末、又はステンレス粉末などの金属粉末であってよい。粉末２の材料は、金属に限られず、セラミック又は樹脂などの他の材料であってもよい。粉末２は、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）など、炭素繊維と樹脂を含んでもよいし、その他の材料を含んでもよい。例えば、粉末２は、導電性を有する導電体材料を含んでもよい。

造形装置１は、真空チャンバ４（チャンバ）と、テーブル５と、昇降装置６と、粉末供給装置７と、照射装置８と、造形タンク１０と、コントローラ１８と、を備える。真空チャンバ４は、内部を真空（低圧）状態とすることが可能な容器である。真空チャンバ４には、真空ポンプが接続される。真空チャンバ４は、テーブル５と、昇降装置６と、粉末供給装置７と、造形タンク１０と、を収容する。テーブル５は、真空チャンバ４内において、造形タンク１０内に配置される。テーブル５は、例えば板状を呈している。平面視において、テーブル５の形状は、例えば円形である。テーブル５の形状は、円形に限定されず、矩形などの他の形状であってもよい。

テーブル５上には基板１５が配置される。基板１５上には、造形物３の材料である粉末２が配置される。従って、テーブル５は、基板１５を介して粉末２及び造形物３を支持する。基板１５上の粉末２は、例えば層状に複数回に分けて配置される。テーブル５は、造形タンク１０内において、Ｚ方向に移動可能である。そして、テーブル５は、粉末２の層数に応じて順次降下する。造形タンク１０の側壁１０ａは、テーブル５の移動を案内する。側壁１０ａの形状は、テーブル５の外形に対応する。例えば、テーブル５が円板であるとき、側壁１０ａが囲む領域の形状は、円筒形である。造形タンク１０の側壁１０ａ及びテーブル５は、粉末２及び造形物３を収容する収容部を形成する。テーブル５は、造形タンク１０の底部を構成してもよい。

昇降装置６は、テーブル５を昇降させる。昇降装置６がテーブル５を昇降させることにより、テーブル５上の基板１５、基板１５上の粉末２及び造形物３は、昇降する。昇降装置６は、例えばラックアンドピニオン方式の駆動機構を含む。これらの機構により、昇降装置６は、テーブル５をＺ方向に移動させる。Ｚ方向は、テーブルに対して垂直な方向としてよく、例えば鉛直方向に沿った方向としてよい。以下の説明において、Ｚ方向が鉛直方向に沿った状態を基準として、「上」及び「下」との語が用いられる。「下」との語は、鉛直方向の下側を示し、「上」との語は、鉛直方向の上側を示す。

昇降装置６は、上下方向部材６ａ（ラック）と、駆動源６ｂと、を含む。上下方向部材６ａは、テーブル５の裏面に連結されて下方に延びる棒状の部材である。駆動源６ｂは、上下方向部材６ａを駆動する。駆動源６ｂとしては、例えば電動モータを用いられる。電動モータの出力軸にはピニオンが設けられる。そして、上下方向部材６ａの側面にはピニオンと噛み合う歯形が設けられる。電動モータが駆動されると、ピニオンが回転する。このピニオンの回転によって動力が伝達される。その結果、上下方向部材６ａが上下方向に移動する。電動モータの回転を停止すると、上下方向部材６ａが位置決めされる。その結果、テーブル５のＺ方向の位置が決まるので、テーブル５の位置が保持される。昇降装置６は、ラックアンドピニオン方式の駆動機構に限定されない。例えば、昇降装置６は、ボールねじ、シリンダなど、その他の駆動機構を備えてもよい。

粉末供給装置７は、一対の原料タンク１１を含む。一対の原料タンク１１は、原料である粉末２を貯留する貯留部である。一対の原料タンク１１は、真空チャンバ４内においてテーブル５よりも上方の位置に配置されている。一対の原料タンク１１は、例えば、Ｚ方向と交差するＸ方向（第１方向）において、照射装置８による電子線の照射領域Ｄを挟んで両側に配置されている。各原料タンク１１の底部には、吐出口が設けられている。各原料タンク１１の吐出口は、例えばＹ方向（第２方向）に連続している。Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向に交差する方向である。Ｘ方向及びＹ方向は、テーブル５の主面５ａに沿った方向としてよく、例えば、水平方向に沿った方向としてよい。各原料タンク１１の下方には、造形タンク１０の側壁１０ａの上端部から側方に延びる張出板１２が設けられている。張出板１２は、テーブル５の周囲において、Ｘ方向及びＹ方向に沿った平面を形成している。

粉末供給装置７は、粉末２を均す粉末塗布機構であるリコータ装置２０を含む。リコータ装置２０は、テーブル５及び張出板１２の上方に配置され、Ｘ方向に移動可能である。リコータ装置２０は、Ｘ方向への移動によって、張出板１２上に堆積する粉末２をテーブル５上に掻き寄せる。更に、リコータ装置２０は、Ｘ方向への移動によって、テーブル５上の粉末２の積層物の最上層の表面２ａ（上面）を均す。以下、「粉末２の積層物」を粉末床Ａという。リコータ装置２０は、粉末床Ａの表面２ａに当接しながらＸ方向に移動することにより、表面２ａの高さを均一にする。リコータ装置２０は、例えばラックアンドピニオン方式の駆動機構を含んでもよい。リコータ装置２０は、駆動機構として、ガイドレール、無端ベルト、ボールねじ、電動モータ、又はシリンダ等を含んでもよい。

照射装置８は、例えば、エネルギビームとしての電子ビーム（電子線）を照射する電子銃を含む電子線照射装置である。図１では、出射された電子ビームが通過する照射領域Ｄが２点鎖線で示されている。電子銃から出射された電子ビームは、真空チャンバ４内に照射される。電子ビームは、粉末２を加熱する。つまり、照射装置８は、粉末２にエネルギを付与する。その結果、粉末２が加熱されるので、溶融又は焼結する。照射装置８は、粉末床Ａの粉末２を固める粉末固化部である。また、照射装置８は、粉末床Ａにエネルギを付与するエネルギ付与部であるともいえる。

照射装置８は、電子ビームの照射を制御するコイル装置を含んでもよい。コイル装置は、例えば収差コイル、フォーカスコイル、及び偏向コイルを備える。収差コイルは、電子銃から出射される電子ビームの周囲に設置され、電子ビームを収束させる。フォーカスコイルは、電子銃から出射される電子ビームの周囲に設置され、電子ビームのフォーカス位置のずれを補正する。偏向コイルは、電子銃から出射される電子ビームの周囲に設置され、電子ビームの照射位置を調整する。偏向コイルは、電磁的なビーム偏向を行う。電磁的なビーム偏向によれば、電子ビームの照射時における走査速度が機械的なビーム偏向よりも高速になる。電子銃及びコイル部は、真空チャンバ４の上部に配置されている。電子銃から出射された電子ビームは、コイル部によって、収束され、焦点位置が補正され、走査速度が制御され、粉末２の照射位置に到達する。

コントローラ１８は、造形装置１の装置全体の動作を制御する制御部である。コントローラ１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアと、を含むコンピュータである。コントローラ１８は、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などを含む。コントローラ１８は、演算部及びメモリを含む。コントローラ１８は、照射装置８、粉末供給装置７及び昇降装置６と電気的に接続されている。コントローラ１８は、各種指令信号を生成できる。メモリは、各種制御に必要なデータを保存できる。

コントローラ１８は、照射装置８に指令信号を送信して、電子ビームの照射時期、照射位置等の制御（照射制御）を行う。コントローラ１８は、粉末２を溶融させる際の電子ビームの照射制御を行う。コントローラ１８は、粉末供給装置７に指令信号を送信して、粉末２の供給時期及び供給量を制御することができる。コントローラ１８は、リコータ装置２０に指令信号を送信して、リコータ２１の動作時期等の制御を行ってもよい。

続いて、リコータ装置２０の構成についてより詳細に説明する。図２及び図３に示すように、リコータ装置２０は、リコータ２１と、リコータ移動機構２２と、を備える。リコータ２１は、Ｙ方向に延びる板状を呈している。リコータ移動機構２２は、リコータ２１に対してＸ方向に隣接する位置に配置され、リコータ２１を保持する。リコータ移動機構２２は、リコータ２１と同様、Ｙ方向に延びている。リコータ移動機構２２のＹ方向の長さは、例えば、リコータ２１のＹ方向の長さよりも長い。リコータ２１のＹ方向の長さは、例えば、テーブル５（図１参照）のＹ方向の全長に相当する。リコータ移動機構２２は、リコータ２１を保持しながら、粉末床Ａの表面２ａに対してＸ方向に相対移動する。

リコータ２１は、芯材３１と、芯材３１を覆う金属板４１（カバー層）と、を有する。芯材３１は、Ｙ方向を長手方向とし、Ｚ方向を短手方向とする板状の部材である。リコータ２１のＸ方向の板厚は、例えば１０ｍｍ程度である。図３に示すように、リコータ２１は、粉末床Ａの表面２ａに対して立設するように配置される。芯材３１は、ゴム又はシリコーンなどの耐熱性及び弾性を有する材料により構成されている。このような柔軟性のある材料によって構成される芯材３１は、金属粉末が固化した造形物３よりも低いヤング率を有する。そのため、芯材３１は、Ｘ方向への移動中に造形物３に押し当てられたときに、造形物３からの反力を受けて容易に変形する。このように芯材３１が変形することにより、リコータ２１から造形物３に付与される押圧力が低減される。

図３及び図４に示すように、芯材３１は、先端面３２と、先端面３２に対して交差する方向に延びる一対の側面３３，３４と、を有する。先端面３２は、Ｚ方向における芯材３１の下端に位置する下面であり、Ｙ方向に沿って連続的に延びている。先端面３２は、リコータ２１が粉末床Ａの表面２ａ上に配置された状態において、表面２ａに対して金属板４１を介してＺ方向に対面する。先端面３２が表面２ａに対してＺ方向に対面するとは、先端面３２の法線と表面２ａの法線とが、Ｚ方向成分を含み且つ互いに交差するように配置される状態をいう。

先端面３２は、例えば、Ｙ方向から見て、表面２ａに向かって下方に膨らむように湾曲した円弧形状を有している。Ｙ方向から見た先端面３２の形状は、円弧形状に限られず、例えば楕円形状などの他の形状であってもよい。先端面３２は、例えば、ＸＹ平面に沿った平面であってもよい。一対の側面３３，３４は、Ｘ方向における芯材３１の両端に配置され、先端面３２から上方に延びている。一対の側面３３，３４のそれぞれは、例えば、ＹＺ平面に沿って延在する平面である。側面３３は、リコータ移動機構２２とＸ方向に対面する位置に配置されている。側面３４は、Ｘ方向においてリコータ移動機構２２とは反対側の位置に配置されている。

金属板４１は、例えば、ステンレス、鉄、又はアルミニウムなどの金属材料により構成された薄板である。従って、金属板４１は、芯材３１の硬さよりも高い硬さを有する。例えば、金属板４１は、固化した造形物３の硬さよりも高い硬さを有してもよい。金属板４１の硬さが高いほど、金属板４１の表面形状の変形が起こり難くなり、傷などに対する耐性が高まる。「硬さ」は、材料の表面が押し付けられたときに生じる抵抗力の大きさによって表され、公知の種々の硬さ試験（例えば、ビッカース硬さ試験など）により測定可能である。このような硬さ試験により得られる測定値又はその換算値を用いて、金属板４１の硬さを把握することができる。

一方で、金属板４１は、或る程度の柔軟性を有する。具体的には、金属板４１は、リコータ２１の移動中に造形物３から受ける反力によって変形可能な剛性を有する。従って、金属板４１は、造形物３からＸ方向に反力を受けると、当該反力によってＸ方向に変形する。このような剛性を金属板４１が有していることによって、金属板４１は、造形物３からの反力を受けて、芯材３１と共にＸ方向に曲げられる。その結果、リコータ２１から造形物３への押圧力が低減され、リコータ２１は、造形物３を変形させることなく乗り越えることが可能となる。更に、金属板４１が柔軟性を有することで、芯材３１への金属板４１の組み立て性が向上する。本実施形態では、硬さ及び柔軟性を兼ね備える金属板４１の材料として、ステンレスが採用されている。また、本実施形態では、柔軟性を考慮し、金属板４１の板厚は十分に薄く設定されている。金属板４１の板厚は、芯材３１の板厚よりも十分に小さく、例えば０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲に設定されている。

金属板４１は、少なくとも芯材３１の先端面３２を覆うように配置される。本実施形態では、金属板４１は、先端面３２から一対の側面３３，３４にわたって覆うように配置される。その結果、金属板４１は、Ｘ方向から見てＵ字状に曲げられた形状を有する。金属板４１は、先端面３２を覆う先端面カバー部４２と、一対の側面３３，３４を覆う一対の側面カバー部４３，４４と、を有する。先端面カバー部４２は、粉末床Ａの表面２ａ側を向く外面４２ａと、芯材３１の先端面３２側を向く内面４２ｂと、を含む。外面４２ａ及び内面４２ｂは、Ｘ方向から見ると、先端面３２の形状に倣って、下方に膨らむように湾曲する円弧状を有している。

先端面カバー部４２の内面４２ｂは、先端面３２に対して隙間なく接触していてもよいし、先端面３２に対して隙間を空けて配置されてもよい。先端面カバー部４２の外面４２ａは、粉末床Ａの表面２ａとＺ方向に対面する。外面４２ａが表面２ａに対してＺ方向に対面するとは、外面４２ａの法線と表面２ａの法線とが、Ｚ方向成分を含み且つ互いに交差するように配置される状態をいう。具体的には、外面４２ａは、リコータ２１が粉末床Ａの表面２ａ上に配置された状態において、表面２ａに対してＺ方向に当接する。外面４２ａが表面２ａに当接しながら表面２ａ上をリコータ２１が移動することによって、表面２ａが平坦に均される。外面４２ａは、表面２ａに対するリコータ２１の当接面Ｓ１として構成される。

側面カバー部４３は、先端面カバー部４２から延在して芯材３１の側面３３を覆うように配置されている。側面カバー部４３は、例えば、側面３３の全面を覆っている。側面カバー部４３は、例えば、芯材３１の側面３３及びリコータ移動機構２２に対して隙間なく接触している。側面カバー部４３は、芯材３１の側面３３とリコータ移動機構２２との間に挟まれている。側面カバー部４４は、先端面カバー部４２から延在して芯材３１の側面３４を覆うように配置されている。本実施形態では、側面カバー部４４は、例えば、側面３４の上端部を除く部分を覆っているが、側面３４の全面を覆っていてもよい。側面カバー部４４は、例えば、芯材３１の側面３４に対して隙間なく接触している。

図２～図４に示すように、リコータ移動機構２２は、リコータ２１を保持するリコータ装置部５１（ホルダ）を有する。リコータ装置部５１は、Ｙ方向に延びる矩形板状の基部５２と、基部５２の下端から下方に延びる一対の壁部５３，５４と、を含む。基部５２は、Ｚ方向における基部５２の下端に位置する下面５２ａと、下面５２ａから上方に延びる一対の側面５２ｂ，５２ｃと、を含む。図４に示すように、下面５２ａは、粉末床Ａの表面２ａとＺ方向に対面する平面であり、先端面カバー部４２よりも上方に位置している。下面５２ａは、例えば、リコータ２１のＺ方向の中央、或いは当該中央よりも上方に位置している。一対の側面５２ｂ，５２ｃは、下面５２ａに対して垂直な平面であり、Ｘ方向における基部５２の両端に位置している。従って、一対の側面５２ｂ，５２ｃは、Ｘ方向に並んでいる。側面５２ｂは、側面カバー部４３とＸ方向に対面する位置に配置されている。側面５２ｃは、Ｘ方向においてリコータ２１とは反対側の位置に配置されている。

一対の壁部５３，５４は、下面５２ａのＹ方向の両端から下方に突出している。一対の壁部５３，５４は、例えば、ＸＺ平面に沿った矩形板状を呈している。一対の壁部５３，５４は、Ｙ方向においてリコータ２１よりも外側に位置している。従って、一対の壁部５３，５４のＹ方向の間隔は、リコータ２１のＹ方向の幅よりも広い。また、上述したように、基部５２の下面５２ａは、リコータ２１のＺ方向の中央、或いは当該中央よりも上方に位置している。そのため、リコータ２１は、造形物３からＸ方向に反力を受けたときに、リコータ装置部５１に干渉することなく、Ｘ方向に変形することが可能である。つまり、一対の壁部５３，５４と基部５２の下面５２ａとによって囲まれる空間Ｖ（図４参照）において、リコータ２１のＸ方向への変形が許容されている。

リコータ２１は、例えば、リコータ装置部５１に対して締結部材７０（図２参照）により取り外し可能に取り付けられる。締結部材７０は、例えば、２本の固定ボルト７１と、１枚の固定プレート７２と、を含む。２本の固定ボルト７１は、Ｙ方向に間隔を空けて離れた位置において、リコータ装置部５１の基部５２とリコータ２１とにＸ方向に挿通される。基部５２には、２本の固定ボルト７１がそれぞれ挿通される２本の挿通孔５５（図４参照）が形成されている。図４及び図５に示すように、リコータ２１の芯材３１にも、２本の固定ボルト７１がそれぞれ挿通される２本の挿通孔３５が形成されている。

図５に示すように、リコータ２１の金属板４１には、４つの挿通孔４５が形成されている。このうちの２つの挿通孔４５には一方の固定ボルト７１が挿通され、他の２つの挿通孔４５には他方の固定ボルト７１が挿通される。図３及び図４に示すように、各固定ボルト７１の頭７１ａは、基部５２の側面５２ｃ上に配置され、各固定ボルト７１の先端部（ネジ先）は、リコータ２１の側面カバー部４４からＸ方向に突出する。側面カバー部４４から突出した各固定ボルト７１の先端部には、固定プレート７２が螺合されている。これにより、リコータ装置部５１と金属板４１と芯材３１とが互いに固定されている。

リコータ２１をリコータ装置部５１に取り付ける際には、まず、図５に示すように、金属板４１をＵ字状に折り曲げ、金属板４１を芯材３１に巻き付けるように装着する。その後、図３及び図４に示すように、リコータ装置部５１の基部５２から芯材３１及び金属板４１に２本の固定ボルト７１を挿通させる。そして、金属板４１から突出する各固定ボルト７１の先端部を固定プレート７２に螺合させることによって、各固定ボルト７１の頭７１ａと固定プレート７２とで基部５２、芯材３１、及び金属板４１をＸ方向に挟み込む。これにより、リコータ装置部５１、芯材３１、及び金属板４１が互いに固定された状態となる。また、各固定ボルト７１の締結を緩めることにより、リコータ装置部５１、芯材３１、及び金属板４１を互いに取り外すことができる。このように、リコータ装置部５１、芯材３１、及び金属板４１を互いに取り外し可能に取り付けられている。

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるように、金属板４１には、複数のスリット４７が形成されている。図６（ａ）は、金属板４１がＵ字状に折り曲げられた状態を示しており、図６（ｂ）は、金属板４１が平面状に展開された状態を示している。図６（ｂ）に示すように、展開した状態の金属板４１は、方向Ｄ１を長手方向とし、方向Ｄ２を短手方向とする矩形状を有する。方向Ｄ１は、Ｙ方向に一致する。方向Ｄ２は、Ｘ方向又はＺ方向を含む方向としてよい。各スリット４７は、金属板４１の方向Ｄ２の中央部に形成されている。各スリット４７は、方向Ｄ２に沿って直線状に延びており、方向Ｄ１に沿って等間隔に並んでいる。各スリット４７は、例えば、互いに同一の寸法及び形状を有する。

図７は、図６（ｂ）のＰ部を拡大して示している。図７に示すように、各スリット４７は、先端面カバー部４２から一対の側面カバー部４３，４４にわたって連続的に形成されている。各スリット４７は、側面カバー部４３から先端面カバー部４２を通って側面カバー部４４に至る位置まで、方向Ｄ２に沿って直線状に延在している。各スリット４７の方向Ｄ１の幅は、金属板４１の面積を確保する観点から、極力小さく設定される。各スリット４７の方向Ｄ１の幅は、各スリット４７の方向Ｄ１の配列ピッチよりも小さい。各スリット４７の方向Ｄ１の配列ピッチは、例えば、１ｍｍ程度である。

金属板４１は、複数のスリット４７の形成によって方向Ｄ１に分割された複数の分割部分Ｐ１を有する。各スリット４７の形成位置において、各分割部分Ｐ１は、方向Ｄ１に互いに分離されているため、外力を受けて互いに独立して変形可能である。従って、或る分割部分Ｐ１が外力を受けて変形するとき、当該外力を受けていない他の分割部分Ｐ１は、変形しないか、或いは、当該或る分割部分Ｐ１よりも小さく変形する。図２に示すように、リコータ２１がリコータ装置部５１に保持された状態において、各スリット４７及び各分割部分Ｐ１は、リコータ装置部５１の下面５２ａよりも下方に位置している。そのため、複数の分割部分Ｐ１のいずれかの分割部分Ｐ１が造形物３からＸ方向に反力を受けると、反力を受けた分割部分Ｐ１が下面５２ａの下の空間Ｖ（図４参照）においてＸ方向に曲げられて変形する。なお、本実施形態では、各スリット４７が、方向Ｄ１に幅を有する隙間として構成されているが、方向Ｄ１に幅を有しない切れ込みとして構成されてもよい。この場合、各分割部分Ｐ１は、方向Ｄ１に互いに接触する。

上述したリコータ装置２０では、リコータ移動機構２２に保持されたリコータ２１が粉末床Ａ上をＸ方向に沿って水平に移動する。リコータ２１の移動に伴い、リコータ２１の当接面Ｓ１は、粉末床Ａの表面２ａに当接しながら表面２ａ上を移動する。これによって、粉末床Ａの表面２ａは、平坦に均らされる。照射装置８は、造形物３の一層分の形状に対応して粉末２に電子ビームを照射する。電子ビームが照射された粉末２が溶融又は焼結することによって、造形物３の一層分の形状が形成される。その後、再びリコータ２１が粉末床Ａの表面２ａ上を水平に移動することによって、形成された造形物３の上に新たに一層分の粉末２が配置される。この動作が繰り返されることによって、最終的な造形物３が得られる。

図８（ａ）に示すように、リコータ２１は、粉末床Ａの表面２ａ上をＸ方向に移動する際、造形物３の突出部分Ｐ３からＸ方向に反力を受けることがある。突出部分Ｐ３は、例えば、造形物３の一層分の形状のうち、他の部分よりも厚みの厚い部分としてよい。本実施形態では、リコータ２１の芯材３１は、ゴム又はシリコーンなどの柔軟性のある材料によって構成されている。そのため、リコータ２１は、突出部分Ｐ３からの反力を受けて容易に変形する。更に、芯材３１を覆う金属板４１は、突出部分Ｐ３からの反力を受けて変形可能な剛性を有し、複数のスリット４７によって分割された複数の分割部分Ｐ１を含む。

従って、突出部分Ｐ３からの反力が金属板４１の複数の分割部分Ｐ１に付与されると、反力が付与された１つ以上の分割部分Ｐ１が芯材３１と共にＸ方向に曲げられる。一方、反力が付与されない他の分割部分Ｐ１は、変形しないか、或いは反力が付与された分割部分Ｐ１よりも小さく変形する。その結果、リコータ２１は、造形物３の突出部分Ｐ３から反力を受けると、反力を受けた箇所においてＸ方向に曲げられながら突出部分Ｐ３を乗り越える。その後、図８（ｂ）に示すように、リコータ２１は、突出部分Ｐ３を乗り越えた後、元の形状に復帰する。つまり、芯材３１が弾性復帰し、この芯材３１の復帰動作に応じて金属板４１も元の形状に復帰する。

続いて、本実施形態に係るリコータ装置２０及び造形装置１によって奏される作用効果について、比較例が有する課題と共に説明する。

図９（ａ）は、比較例１に係るリコータ装置１２０を示している。リコータ装置１２０は、金属製のリコータ１２１を備える点で、本実施形態に係るリコータ装置２０とは相違する。リコータ１２１は、その全体が金属によって構成され、高い剛性を有する。そのため、リコータ移動機構１２２に保持されたリコータ１２１が粉末床Ａ上をＸ方向に移動する際に、造形物３がリコータ１２１に押し当てられると、造形物３にリコータ１２１から大きな押圧力が付与される。その結果、造形物３は、リコータ１２１の移動に伴って大きく変形することがある。従って、リコータ装置１２０では、造形物３が意図しない形状に変形してしまうことがあるので、造形物３の品質が低下するおそれがある。

図９（ｂ）は、比較例２に係るリコータ装置２２０を示している。リコータ装置２２０は、シリコーン製のブレード２２１ａを有するリコータ２２１を備える点で、本実施形態に係るリコータ装置２０とは相違する。ブレード２２１ａは、柔軟性を有するため、リコータ２２１が粉末床Ａの表面２ａ上をＸ方向に移動する際に造形物３から反力を受けると、ブレード２２１ａはＸ方向に容易に変形する。このようにブレード２２１ａが変形する場合、ブレード２２１ａから造形物３に付与される押圧力が低減されるので、リコータ２２１の移動に伴って造形物３が大きく変形する事態が抑制される。

しかしながら、このような軟質の材料によってブレード２２１ａが構成される場合、造形物３にブレード２２１ａが押し当てられたときに、ブレード２２１ａの表面に傷がつきやすい。更に、このような材料では、ブレード２２１ａの表面に、粉末２への電子ビームの照射の際に生じるスパッタが付着しやすい。スパッタは、造形物３として溶け切らずに飛散した径の大きい粉末２の塊である。このような金属の塊であるスパッタがブレード２２１ａに押し当てられると、スパッタはブレード２２１ａの表面に埋め込まれやすい。このような傷の形成又はスパッタの付着が、粉末床Ａの表面２ａに対するブレード２２１ａの当接面Ｓ２２１（すなわち、粉末床Ａの表面２ａに接触するブレード２２１ａの表面）に生じると、当接面Ｓ２２１に凹凸が形成され、造形物３にも当接面Ｓ２２１に対応した形状が反映され得る。

例えば、造形物３への接触に伴ってブレード２２１ａの当接面Ｓ２２１に傷がつくと、当接面Ｓ２２１に溝が形成され、造形物３にはその溝に対応した突起が形成され得る。また、ブレード２２１ａの当接面Ｓ２２１にスパッタが付着すると、当接面Ｓ２２１に突起が形成され、造形物３には突起に対応した溝が形成され得る。その結果、造形物３が意図しない形状に形成されてしまうことがある。従って、リコータ装置２２０では、造形物３の品質が低下するおそれがある。なお、スパッタは、造形物３の一層分の形状を形成する際に、当該一層分の形状の上に残存することがある。この状態で、造形物３の次の一層分の粉末２が供給されてリコータ２２１がその粉末２上を移動する際に、残存していたスパッタがブレード２２１ａの当接面Ｓ２２１に付着することがある。或いは、粉末２への電子ビームの照射の際に飛散したスパッタがブレード２２１ａの当接面Ｓ２２１に直接付着することもある。

図１０（ａ）は、比較例３に係るリコータ装置３２０を示している。リコータ装置３２０は、ゴム製のチューブ３２１ａを有するリコータ３２１を備える点で、本実施形態に係るリコータ装置２０とは相違する。チューブ３２１ａも、ブレード２２１ａと同様、柔軟性を有するため、チューブ３２１ａの当接面Ｓ３２１に傷の形成又はスパッタの付着が生じやすい。従って、リコータ装置３２０においても、造形物３が意図しない形状に形成されてしまうことがあるので、造形物３の品質が低下するおそれがある。図１０（ｂ）は、比較例４に係るリコータ装置４２０を示している。リコータ装置４２０は、ブラシリコータ４２１を備える点で、本実施形態に係るリコータ装置２０とは相違する。しかしながら、ブラシリコータ４２１では、粉末床Ａ上を移動する際に、意図しない粉末２の飛散が生じやすい。従って、リコータ装置４２０では、粉末床Ａの表面２ａの平面度にばらつきが生じやすく、造形物３の品質が低下し易い。

本実施形態に係るリコータ装置２０では、リコータ２１の芯材３１が、例えばＸ方向に作用する力を受けて弾性変形する弾性材料に構成されている。そのため、リコータ２１は、粉末床Ａの表面２ａ上を移動中に造形物３の突出部分Ｐ３に当接するとき、突出部分Ｐ３からＸ方向に反力を受けて弾性変形することで、造形物３を変形させることなく乗り越えることができる。更に、芯材３１の先端面３２は、硬い金属板４１によって覆われている。このような硬い金属板４１には、傷の形成及びスパッタの付着などに起因する表面形状の変形が起こり難い。そこで、粉末床Ａの表面２ａと対面する位置に金属板４１が配置されることで、表面２ａに当接するリコータ２１の当接面Ｓ１（すなわち、金属板４１の外面４２ａ）の形状が、傷の形成又はスパッタの付着に起因して凹凸形状に変形する事態を抑制できる。これにより、リコータ２１の塗布動作を行う際に、リコータ２１の表面形状に対応した形状が造形物３に反映される事態を抑制できる。従って、本実施形態に係るリコータ装置２０によれば、造形物３が意図しない形状に形成される事態を抑制できるので、造形物３の品質の低下を抑制できる。

本実施形態では、金属板４１が、リコータ２１の芯材３１を覆っている。金属板４１は、比較的高い硬さを有すると共に耐熱性を有する。そのため、高温状態のスパッタが金属板４１に押し当てられた際に、スパッタが金属板４１に埋め込まれて付着してしまう事態を抑制できる。

本実施形態では、金属板４１は、造形物３の突出部分Ｐ３から例えばＸ方向に反力を受けて変形可能な剛性を有している。この場合、金属板４１は、造形物３の突出部分Ｐ３から反力を受けたときに芯材３１と共にＸ方向に変形できるため、金属板４１が変形しない場合と比べて、リコータ２１から造形物３に付与される押圧力を低減できる。これにより、リコータ２１の移動に伴って造形物３に変形が生じる事態をより確実に抑制できる。更に、金属板４１は、芯材３１の弾性変形に伴って元の形状に復帰することも可能であるため、リコータ２１による塗布動作を安定して行うことができる。

本実施形態では、金属板４１は、先端面３２を覆う先端面カバー部４２と、先端面３２から延びて一対の側面を覆う一対の側面カバー部４３，４４と、を有している。この場合、芯材３１の形状に沿って金属板４１を巻き付けて固定する簡単な作業によって、金属板４１を芯材３１に容易に取り付けることが可能となる。

本実施形態では、金属板４１には、Ｙ方向に間隔を空けて並び且つ先端面カバー部４２から一対の側面カバー部４３，４４にわたって延在する複数のスリット４７が形成されている。この場合、各スリット４７の間の各分割部分Ｐ１はそれぞれ、独立して変形可能となる。そのため、リコータ２１が造形物３の突出部分Ｐ３からＸ方向に反力を受けたときに、当該反力を受けた分割部分Ｐ１のみをＸ方向に変形させることができる。この場合、金属板４１の全体がＸ方向に変形する場合と比べて、リコータ２１から造形物３に付与される押圧力をより効果的に低減できるので、リコータ２１の移動に伴って造形物３に変形が生じる事態をより確実に抑制できる。

本実施形態では、金属板４１は、芯材３１に対して取り外し可能に取り付けられていている。この場合、仮に金属板４１に傷などが生じた場合であっても、リコータ２１ごと交換する必要はなく金属板４１のみを交換すれば済むので、保守性を向上させることができる。

本実施形態では、金属板４１は、先端面３２とは反対側を向く外面４２ａを有し、外面４２ａは、Ｙ方向から見て、粉末床Ａの表面２ａに向かって膨らむように湾曲している。この場合、リコータ２１が粉末床Ａの表面２ａ上を移動する際に、造形物３に対してリコータ２１が引っ掛かる事態を抑制できる。その結果、リコータ２１の移動に伴って造形物３に変形が生じる事態をより確実に抑制できる。

本開示は、上述した実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、粉末床の表面上を移動するリコータの移動方向は、Ｘ方向に限られず、ＸＹ平面内の他の方向であってもよい。上述した実施形態では、静止したテーブル上をリコータが移動して粉末床の表面を敷き均す場合について説明したが、回転移動するテーブル上にリコータが静止して粉末床の表面を敷き均してもよい。この場合、円板状のテーブルの中心を回転中心とする周方向においてリコータが粉末床の表面に対して相対的に移動する。照射装置が粉末に照射するビームは、電子ビームに限定されず、その他のエネルギービーム（例えばレーザ）であってもよい。

上述した実態形態では、粉末が金属粉末である場合について説明したが、粉末の材料がセラミック又は樹脂などの他の材料である場合であっても、ビームの照射の際に、スパッタに相当する粉末の塊がリコータに付着し得るため、上述した実施形態と同様の効果が得られる。上述した実施形態では、リコータの金属板が芯材の先端面から一対の側面にわたって覆う場合について説明したが、金属板は、必ずしも芯材の側面まで覆っていなくてもよい。また、芯材を覆う部材は、金属板である必要は無い。芯材を覆う部材は、芯材よりも硬い材料であれば、金属以外の材料（例えば樹脂等）によって構成される薄板であってもよい。芯材に対する金属板の固定方法は、ネジ締結に限られず、接着などの他の固定方法であってもよい。

１ 造形装置（積層造形装置）
２ 粉末
２ａ 表面
４ 真空チャンバ（チャンバ）
５ テーブル
８ 照射装置
２０ リコータ装置
２１ リコータ
３１ 芯材
３２ 先端面
３３，３４ 側面
４１ 金属板（カバー層）
４２ 先端面カバー部
４２ａ 外面
４３，４４ 側面カバー部
４７ スリット
５１ リコータ装置部（ホルダ）
Ａ 粉末床

Claims (8)

1. テーブルの主面上に配置される粉末床の表面を敷き均すリコータ装置であって、
   前記表面上に配置されるリコータと、
   前記リコータを保持し、前記主面に沿った第１方向において前記表面に対し前記リコータを相対的に移動させるホルダと、を備え、
   前記リコータは、
   前記主面に沿い且つ前記第１方向と交差する第２方向に延在する先端面を含み、前記主面上に形成される造形物から反力を受けて弾性変形する材料により構成された芯材と、
   少なくとも前記先端面を覆い且つ前記表面と対面するように配置され、前記芯材よりも硬い材料により構成されたカバー層と、を有する、リコータ装置。
2. 前記カバー層は、金属材料により構成された金属板である、請求項１に記載のリコータ装置。
3. 前記カバー層は、前記造形物から反力を受けて変形可能な剛性を有する、請求項１又は２に記載のリコータ装置。
4. 前記リコータは、前記第１方向に並ぶ一対の側面を更に有し、
   前記カバー層は、前記先端面を覆う先端面カバー部と、前記先端面から延びて前記一対の側面を覆う一対の側面カバー部と、を有する、請求項３に記載のリコータ装置。
5. 前記カバー層には、前記第２方向に間隔を空けて並んで配置され且つ前記先端面カバー部から前記一対の側面カバー部にわたって延在する複数のスリットが形成されている、請求項４に記載のリコータ装置。
6. 前記カバー層は、前記芯材に対して取り外し可能に取り付けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載のリコータ装置。
7. 前記カバー層は、前記先端面とは反対側を向く外面を有し、
   前記外面は、前記第２方向から見て、前記表面に向かって膨らむように湾曲している、請求項１～６のいずれか一項に記載のリコータ装置。
8. チャンバと、
   前記チャンバ内に配置され、粉末を含む粉末床を支持するテーブルと、
   前記テーブル上の前記粉末にエネルギビームを照射する照射装置と、
   前記チャンバ内に配置され、前記粉末床の表面を均す、請求項１～７のいずれか一項に記載のリコータ装置と、を備える、積層造形装置。

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