JP2023076047A - 粉末塗布装置及び三次元造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】造形品質の低下を抑制することができる粉末塗布装置を提供する。【解決手段】粉末塗布装置は、水平方向に沿った一方向に延在する、粉末床の表面を均すための均し部材と、均し部材を支持する支持機構と、を備え、均し部材は、均し部材の少なくとも一部が支持機構に対して一方向に沿って摺動可能な状態で、支持機構に支持されている。【選択図】図３

Description

本開示は、粉末塗布装置及び三次元造形装置に関する。

特許文献１には、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記載されている。この積層造形装置は、粉末を含む粉末床を保持可能な造形テーブルと、造形テーブルに保持された粉末をレーザにより固化させるレーザ光射出部と、造形テーブルに供給される粉末を堆積させる粉末供給テーブルと、粉末供給テーブルに堆積している粉末を造形テーブルへ掻き寄せるリコータ装置と、を備える。

特開２００７－３０７７４２号公報

三次元造形装置では、作業テーブル上に積層された粉末床に電子ビーム、レーザ等が照射されることによって、粉末床が高温になり得る。この場合、粉末床の熱がリコータ装置のような粉末塗布装置（均し部材）に伝わる。このような伝熱によって、粉末塗布装置が熱膨張をすると、粉末塗布装置に反り上がり等の変形が発生することが考えられる。粉末塗布装置が変形した場合、粉末床を平坦に均すことが困難となり、造形品質が低下する虞がある。

本開示は、造形品質の低下を抑制することができる粉末塗布装置及び三次元造形装置を提供することを目的とする。

本開示の一形態に係る粉末塗布装置は、水平方向に沿った一方向に延在する、粉末床の表面を均すための均し部材と、均し部材を支持する支持機構と、を備え、均し部材は、均し部材の少なくとも一部が支持機構に対して一方向に沿って摺動可能な状態で、支持機構に支持されている。

本開示の一形態に係る三次元造形装置は、チャンバと、チャンバ内に配置され、粉末床を保持する作業テーブルと、作業テーブルに保持された粉末床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記の粉末塗布装置と、を含む。

上記の粉末塗布装置のように、均し部材が水平方向に沿った一方向に延在している場合、高温になった均し部材の熱膨張の方向は、主として、延在方向である一方向に沿いやすい。上記の粉末塗布装置では、一方向に延在する均し部材が当該一方向に摺動可能となるように支持機構に支持されている。これにより、均し部材は、膨張した分だけ一方向に摺動することができる。したがって、均し部材において膨張による反り上がり等が抑制されるので、造形品質の低下を抑制できる。

支持機構は、複数の支持部材を含み、複数の支持部材のそれぞれは、一方向に沿って互いに離間していてもよい。この構成では、隣り合う支持部材同士の間を空間として形成することができる。

支持機構は、均し部材を下向きに付勢する付勢部材を含んでもよい。この構成では、均し部材の上端の高さ位置を一定に保持することができる。

支持機構を支持するベースフレームを更に備え、ベースフレームの熱膨張率は、均し部材の熱膨張率よりも小さくてもよい。この構成では、ベースフレームの熱膨張による変形が抑制される。

支持機構を支持するベースフレームを更に備え、ベースフレームは、当該ベースフレームを冷却するための冷却機構を含んでもよい。この構成では、ベースフレームが高温になることが抑制される。

本開示の一形態によれば、造形品質の低下を抑制することができる粉末塗布装置及び三次元造形装置が提供される。

図１は、一例の粉末塗布装置を備えた三次元造形装置を模式的に示す断面図である。 図２は、一例の三次元造形装置の処理部を示す平面図である。 図３は、一例の三次元造形装置の粉末塗布装置を作業テーブルの径方向から見た模式図である。 図４は、一例の三次元造形装置の粉末塗布装置を作業テーブルの周方向から見た模式図である。 図５は、一例の三次元造形装置の粉末塗布装置を作業テーブルの周方向から見た模式図である。 図６は、他の例の粉末塗布装置を模式的に示す断面図である。 図７は、さらに他の例の粉末塗布装置を模式的に示す断面図である。 図８は、さらに他の例の粉末塗布装置を模式的に示す断面図である。 図９は、さらに他の例の粉末塗布装置を模式的に示す断面図である。 図１０は、さらに他の例の粉末塗布装置を模式的に示す断面図である。

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。図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

図１に示す三次元造形装置１は、いわゆる３Ｄ（三次元）プリンタである。三次元造形装置１は、層状に配置した粉末Ｐに部分的にエネルギを付与することにより、粉末Ｐを焼結又は溶融する。三次元造形装置１は、粉末Ｐの焼結又は溶融を繰り返すことにより、三次元の造形物Ｍを製造する。

造形物Ｍは、例えば、機械部品などである。造形物Ｍは、その他の構造物であってもよい。粉末Ｐは、多数の粉末体によって構成される。粉末Ｐは、例えば、金属粉末である。金属粉末の例としては、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、ステンレス鋼粉末などが挙げられる。粉末Ｐは、金属粉末に限定されない。粉末Ｐは、例えば、樹脂粉末であってもよいし、ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）など、炭素繊維と樹脂とを含む粉末であってもよい。粉末Ｐは、導電性を有するその他の粉末であってもよい。粉末Ｐは、導電性を有していなくてもよい。

図１に示すように、三次元造形装置１は、ハウジング（チャンバ）５、駆動部１０、造形処理部３０、及び制御部５０を備える。ハウジング５は、複数のコラムによって支持されている。ハウジング５は、造形空間Ｓを形成する。造形空間Ｓは、造形処理部３０による粉末Ｐの処理を行うための減圧可能な気密空間である。ハウジング５は、例えば真空チャンバであってもよい。

造形空間Ｓには、作業テーブル６及び造形タンク７が配置されている。作業テーブル６は、造形処理が行われる処理台である。作業テーブル６は、例えば円板状を呈しており、回転軸線Ｃを中心に回転可能に設置されている。回転軸線Ｃは、例えば、鉛直方向に沿っている。作業テーブル６の主面６ａ（上面）には、造形物Ｍの原料である粉末Ｐが配置される。主面６ａは、回転軸線Ｃと直交するように形成されている。

作業テーブル６は、ハウジング５内において、造形タンク７内に配置されている。造形タンク７内において、作業テーブル６は、鉛直方向に沿った方向Ｄ１に移動可能である。そして、作業テーブル６は、粉末Ｐの層数に応じて順次降下する。造形タンク７の周壁は、作業テーブル６の移動を案内する。造形タンク７の周壁の形状は、作業テーブル６の外形に対応していてよい。造形タンク７の周壁と作業テーブル６とは、粉末Ｐ及び造形された造形物Ｍを収容する収容部を構成し得る。作業テーブル６は、造形タンク７の底部を構成してもよい。

駆動部１０は、造形に要する種々の動作を実現する。例えば、駆動部１０は、作業テーブル６を回転及び昇降させる。駆動部１０は、回転ユニット１１及び昇降ユニット１２を含み得る。回転ユニット１１は、回転軸線Ｃを中心に作業テーブル６を回転させる。回転ユニット１１の上端は作業テーブル６に接続されていてもよい。また、回転ユニット１１の下端は、駆動源（例えばモータ）に接続されていてもよい。昇降ユニット１２は、作業テーブル６を方向Ｄ１に沿って昇降させる。昇降ユニット１２が作業テーブル６を昇降させることにより、作業テーブル６上の粉末Ｐ及び造形物Ｍは、昇降する。

造形処理部３０は、粉末Ｐを処理することにより、造形物Ｍを得る。粉末Ｐの処理は、例えば、粉末Ｐの供給処理、粉末Ｐの予熱処理、及び、粉末Ｐの造形処理を含む。造形処理部３０は、作業テーブル６の主面６ａの上方に配置されている。図２に示すように、造形処理部３０は、例えば、第１造形処理ユニット３１Ａ及び第２造形処理ユニット３１Ｂを有する。第１造形処理ユニット３１Ａ及び第２造形処理ユニット３１Ｂは、作業テーブル６の回転方向Ｄ２（周方向）に沿って並んで配置されている。第１造形処理ユニット３１Ａ及び第２造形処理ユニット３１Ｂは、例えば、回転軸線Ｃを中心とした１８０°の回転対称の関係となるように形成されている。第１造形処理ユニット３１Ａ及び第２造形処理ユニット３１Ｂは、例えば、互いに同一の構成要素を有している。以下、第１造形処理ユニット３１Ａ及び第２造形処理ユニット３１Ｂを特に区別して説明しない場合、これらをまとめて単に「造形処理ユニット３１」と称する。

造形処理ユニット３１は、例えば、供給部３５、加熱部３２及び照射部（照射装置）３３を有する。供給部３５は、作業テーブル６の主面６ａ上に粉末Ｐを供給する。供給部３５は、原料タンク３４と粉末塗布装置１００とを含む。原料タンク３４は、内部に粉末Ｐを貯留している。また、原料タンク３４は、貯留している粉末Ｐを作業テーブル６の主面６ａ上に供給する。

粉末塗布装置１００は、作業テーブル６の主面６ａ上に供給された粉末Ｐの積層物の最上層の表面（上面）を均す。以下、この粉末Ｐの積層物を「粉末床ＰＡ」と呼ぶ。粉末床ＰＡは、粉末Ｐが溶融又は焼結された造形物Ｍを含んでもよい。粉末塗布装置１００は、作業テーブル６の主面６ａ上において径方向に延びるように配置される。すなわち、粉末塗布装置１００は、作業テーブル６の回転方向に交差する方向に沿って延在している。粉末塗布装置１００は、作業テーブル６の回転に伴って、粉末床ＰＡの表面に当接して粉末床ＰＡを敷き均す。このようにして、粉末床ＰＡは、均一の厚さで主面６ａ上に塗布される。

加熱部３２は、主面６ａ上に塗布された粉末床ＰＡを予熱する。加熱部３２は、例えば、加熱部３２の下方の粉末床ＰＡを輻射熱によって加熱する装置であってよい。加熱部３２は、例えば、赤外線ヒータであってもよいし、他の方式により加熱するヒータであってもよい。

照射部３３は、予熱された粉末床ＰＡに対して電子ビーム（エネルギビーム）を照射する。照射部３３は、例えば、電子銃である。照射部３３は、カソードとアノードとの間に生じる電位差に応じた電子ビームを発生させる。そして、照射部３３は、電界調整により収束させた電子ビームを粉末床ＰＡの所望の位置に照射する。電子ビームの照射によって加熱された粉末Ｐは、溶融又は焼結する。そして、照射部３３が粉末Ｐへの電子ビームの照射を停止すると、粉末Ｐの温度が下がるため、粉末Ｐが凝固する。作業テーブル６の回転に伴って、粉末Ｐへの電子ビームの照射と停止とが複数回繰り返されることにより、造形物Ｍが形成される。

図２に示すように、供給部３５、加熱部３２及び照射部３３は、回転方向Ｄ２（図２において反時計回りとなる方向）に沿って上流から下流に向かって、この順に並んで配置される。このように供給部３５、加熱部３２及び照射部３３が回転方向Ｄ２に沿って配置された状態で、作業テーブル６が回転方向Ｄ２に回転することにより、供給部３５による供給処理と、加熱部３２による予熱処理と、照射部３３による造形処理とが並行して行われる。作業テーブル６の回転に伴って、各処理が繰り返し行われることによって、主面６ａ上に造形物Ｍが造形される。

制御部５０は、三次元造形装置１の装置全体の制御を行う電子制御ユニットである。制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、及び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。制御部５０の形態及び配置場所については特に限定されない。制御部５０は、駆動部１０及び造形処理部３０と通信可能に接続されている。制御部５０は、ＣＰＵがプログラムを実行することによって、駆動部１０及び造形処理部３０の動作を制御する。

すなわち、制御部５０は、作業テーブル６を回転させる回転制御を行う。例えば、制御部５０は、作業テーブル６の回転速度などを設定する。制御部５０は、作業テーブル６を昇降させる昇降制御を行う。例えば、制御部５０は、作業テーブル６の降下速度などを設定する。制御部５０は、作業テーブル６の主面６ａ上に粉末Ｐを供給する供給制御を行う。制御部５０は、作業テーブル６の主面６ａ上に形成された粉末床ＰＡを予熱する予熱制御を行う。例えば、制御部５０は、粉末床ＰＡに与える熱量などを設定する。制御部５０は、粉末床ＰＡの粉末Ｐを溶融又は焼結させる際の電子ビームの照射制御を行う。例えば、制御部５０は、電子ビームの照射を開始するタイミング、電子ビームの照射を終了するタイミング、及び電子ビームの照射位置などを設定する。このように、制御部５０は、作業テーブル６の回転制御及び昇降制御、予熱制御、照射制御、供給制御を行うことによって、造形物Ｍを形成するための一連の造形処理を実行する。

粉末塗布装置１００について更に詳細に説明する。図３及び図４は、粉末塗布装置１００を模式的に示す図である。図３では、粉末塗布装置１００を作業テーブル６の径方向から見ている。図４では、粉末塗布装置１００を作業テーブル６の周方向から見ている。すなわち、図３では、紙面左右方向が作業テーブル６の回転方向に一致し、図４では、紙面表裏方向が作業テーブル６の回転方向に一致する。また、図４では、紙面右側が作業テーブル６の中心側であり、紙面左側が作業テーブル６の外周側である。図３及び図４に示すように、一例の粉末塗布装置１００は、供給部３５の下流に設けられており、供給部３５から供給された粉末Ｐを均す。

粉末塗布装置１００は、均し部材１１０と、支持機構１２０と、ベースフレーム１３０とを含む。均し部材１１０は、粉末床ＰＡ上の粉末Ｐを均す部分であり、水平方向に沿った一方向に延在している。以下の説明において、均し部材が延在する一方向を長手方向という場合がある。

図示例の均し部材１１０は、粉末床ＰＡの移動方向に交差するように、平面視において、作業テーブル６の径方向に沿って作業テーブル６の中央から作業テーブル６の外縁近傍まで直線状に延在している。一例の均し部材１１０は、粉末床ＰＡを均すための平板状の第１部分１１１と、第１部分１１１の上端に形成された第２部分１１２とを含む。図示例の第１部分１１１は、矩形平板状をなしている。第１部分１１１と第２部分１１２とは一体的に形成されていてよい。一例として、均し部材１１０は、ステンレス鋼等の金属によって形成されている。

一例において、第２部分１１２の厚さは、第１部分１１１の厚さよりも厚く形成されている。なお、第１部分１１１及び第２部分１１２の厚さは、長手方向に交差する水平方向の長さである。厚さ方向において第２部分１１２が第１部分１１１から突出しているため、第１部分１１１の均し動作によって粉末Ｐが上側に移動した場合、粉末Ｐは第２部分１１２の下端に接触し得る。これにより、粉末Ｐが支持機構１２０の位置まで移動することが抑制されている。

支持機構１２０は、均し部材１１０を吊下げた状態で支持している。均し部材１１０が支持機構１２０に支持されている状態において、均し部材１１０は、支持機構１２０に対して長手方向に摺動可能となっている。例えば、均し部材１１０は、支持機構１２０に対して全体的に摺動可能であってもよい。また、均し部材１１０は、支持機構１２０に対して部分的に摺動可能であってもよい。

図４に示すように、一例の支持機構１２０は、複数の支持部材１２１によって構成されている。複数の支持部材１２１のそれぞれは、長手方向に沿って互いに離間している。すなわち、互いに隣り合う支持部材１２１同士の間には空間が形成されている。複数の支持部材１２１のうち、いずれか一つの支持部材１２１は、均し部材１１０に固定されていてもよい。図示例では、３つの支持部材１２１（支持部材１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ）のうち、作業テーブル６の径方向における最も外側に配置された支持部材１２１Ａが均し部材１１０に固定されており、それ以外の支持部材１２１Ｂ，１２１Ｃは、均し部材１１０を摺動可能に支持している。例えば、支持部材１２１は、均し部材１１０よりも熱膨張率及び熱伝導率の小さいセラミック等の材料によって形成されていてよい。

ベースフレーム１３０は、均し部材１１０及び支持機構１２０の長手方向に沿って延在する矩形板状をなしている。ベースフレーム１３０は、支持機構１２０を支持している。例えば、支持機構１２０は、ボルト等の締結部材によってベースフレーム１３０の下端に固定されていてもよい。ベースフレーム１３０は、例えば、ハウジング５を構成するフレームに固定されていてよい。図示例では、ベースフレーム１３０の長手方向の一端１３０ａ（例えば作業テーブル６の径方向における外縁側の端部）がハウジング５のフレームに固定されている。ベースフレーム１３０は、例えば、均し部材１１０よりも熱膨張率及び熱伝導率の小さいセラミック等の材料によって形成されていてよい。

以上説明のとおり、一例の粉末塗布装置１００は、水平方向に沿った一方向に延在する、粉末床ＰＡの表面を均すための均し部材１１０と、均し部材１１０を支持する支持機構１２０と、を備え、均し部材１１０は、均し部材１１０の少なくとも一部が支持機構１２０に対して一方向に沿って摺動可能な状態で、支持機構１２０に支持されている。

図５は、このような粉末塗布装置１００の動作を示す図である。一例の三次元造形装置１では、ハウジング５内を真空（減圧）状態にして、三次元造形が実施される。この場合、ハウジング５内では対流が起こらないため、電子ビームの照射によって加熱された粉末床ＰＡからの熱の輻射及び伝導によって粉末塗布装置１００が加熱される。そのため、粉末床ＰＡに近い側から順に粉末塗布装置１００が加熱される。すなわち、均し部材１１０、支持機構１２０、ベースフレーム１３０の順に加熱されるため、粉末床ＰＡに近いほど温度が高くなりやすい。例えば、ベースフレーム、支持機構及び均し部材が、いずれも金属製の板体で形成されている場合、粉末床ＰＡに近いほど熱膨張による変形量が大きくなることで、例えば、均し部材が上向きに反り上がる等の可能性が考えられる。この場合、粉末床ＰＡを平坦に均すことが困難となり、造形品質の低下に繋がる虞がある。しかしながら、上述の例では、均し部材１１０が長手方向に摺動可能に支持されている。すなわち、均し部材１１０の膨張し易い方向と摺動の方向とが一致している。そのため、図５に示すように、均し部材１１０は、膨張した分だけ長手方向に摺動することができる。したがって、均し部材１１０の反り上がり等が抑制されるので、造形品質の低下を抑制できる。

ベースフレーム１３０の熱膨張率は、均し部材１１０の熱膨張率よりも小さくてもよい。この構成では、ベースフレーム１３０の熱膨張による変形が抑制される。例えば、ベースフレームが熱膨張によって変形する場合を考える。ベースフレームでは、粉末床ＰＡに近い部分ほど高温になりやすい。この場合、粉末床ＰＡに近い部分ほど変形量が大きくなるため、ベースフレームは上側に反り上がるように変形しやすい。このようにベースフレームが変形すると、この変形に伴って均し部材が反り上がるように変形する可能性がある。上記構成では、熱膨張によるベースフレーム１３０の変形が抑制されるため、ベースフレーム１３０の変形に伴う均し部材１１０の変形も抑制される。

支持機構１２０は、複数の支持部材１２１を含み、複数の支持部材１２１のそれぞれは、一方向に沿って互いに離間していてもよい。この構成では、隣り合う支持部材１２１同士の間を空間として形成することができる。この場合、均し部材１１０から支持部材１２１を介してベースフレーム１３０に熱が伝導することを抑制できる。

少なくとも一つの支持部材１２１は均し部材１１０に固定されていてよい。この構成では、熱膨張に伴う均し部材１１０の摺動の方向を制御することができる。すなわち、上記の例では、作業テーブル６の径方向の外側に配置された支持部材１２１Ａが均し部材１１０に固定されている。この場合、支持部材１２１Ｂ，１２１Ｃのみが均し部材１１０の膨張に伴って摺動するため、均し部材１１０は、作業テーブル６の径方向の内側に向かって摺動することになる。

続いて、粉末塗布装置１００のより具体的ないくつかの例について説明する。図６から図１０は、それぞれ粉末塗布装置を作業テーブル６の径方向から見た模式図である。図６に示す粉末塗布装置２００は、均し部材２１０と、支持機構２２０と、ベースフレーム１３０とを含む。均し部材２１０は、粉末床ＰＡ上の粉末Ｐを均す部分であり、水平方向に沿った一方向に延在している。

図示例の均し部材２１０は、平面視において、作業テーブル６の径方向に沿って作業テーブル６の中央から作業テーブル６の外縁近傍まで直線状に延在している。一例の均し部材２１０は、粉末床ＰＡを均すための平板状の第１部分２１１と、第１部分２１１の上端に形成された第２部分２１２とを含む。

第２部分２１２は、第１部分２１１に連続した下側部分２１２ａと、下側部分２１２ａに連続した上側部分２１２ｂとを含む。図示例の下側部分２１２ａの断面形状は、長手方向から見て矩形状を呈している。

上側部分２１２ｂは、長手方向から見て、上側になるにつれて互いに離間するように傾斜する一対の側面２１２ｂ１，２１２ｂ２と、側面２１２ｂ１の上端及び側面２１２ｂ２の上端を互いに接続する平坦な上面２１２ｂ３と、を有している。すなわち、上側部分２１２ｂの断面形状は、長手方向から見て、下底よりも上底が長い台形状を呈している。第１部分２１１と第２部分２１２とは一体的に形成されていてよい。

支持機構２２０は、ベースフレーム１３０の下端に固定されている。支持機構２２０は、均し部材２１０の上側部分２１２ｂを収容可能な、上側部分２１２ｂに対応した形状の空間２２１を有している。すなわち、支持機構２２０は、長手方向から見て、上側になるにつれて互いに離間するように傾斜する一対の側面２２０ａ，２２０ｂと、側面２２０ａの上端及び側面２２０ｂの上端を互いに接続する平坦な上面２２０ｃと、を有している。空間２２１は、下向きに開口している。一対の側面２２０ａ，２２０ｂのそれぞれの角度は、一対の側面２１２ｂ１，２１２ｂ２と実質的に同じであってよい。

支持機構２２０は、一対の側面２２０ａ，２２０ｂ及び上面２２０ｃによって画成される空間２２１内に均し部材２１０の上側部分２１２ｂを収容することによって、均し部材２１０を支持している。均し部材２１０が支持機構２２０に支持されている状態において、均し部材２１０は、支持機構２２０に対して長手方向に摺動可能となっている。なお、支持機構２２０は、支持機構１２０が複数の支持部材１２１によって構成されるのと同様に、長手方向に互いに離間する複数の支持部材によって構成されていてもよい。

図７に示す粉末塗布装置３００は、均し部材３１０と、支持機構３２０と、ベースフレーム１３０とを含む。均し部材３１０は、粉末床ＰＡ上の粉末Ｐを均す部分であり、水平方向に沿った一方向に延在している。

図示例の均し部材３１０は、平面視において、作業テーブル６の径方向に沿って作業テーブル６の中央から作業テーブル６の外縁近傍まで直線状に延在している。一例の均し部材３１０は、粉末床ＰＡを均すための平板状の第１部分３１１と、第１部分３１１の上端に形成された第２部分３１２とを含む。

第２部分３１２は、第１部分３１１に連続した下側部分３１２ａと、下側部分３１２ａに連続した上側部分３１２ｂと、を含む。図示例の下側部分３１２ａの断面形状は、長手方向から見て矩形状を呈している。

上側部分３１２ｂは、長手方向から見て、上側になるにつれて互いに離間するように傾斜する一対の側面３１２ｂ１，３１２ｂ２と、側面３１２ｂ１の上端と側面３１２ｂ２の上端とを接続する平坦な上面３１２ｂ３と、を有している。すなわち、上側部分３１２ｂの断面形状は、長手方向から見て、下底よりも上底が長い台形状を呈している。第１部分３１１と第２部分３１２とは一体的に形成されていてよい。

支持機構３２０は、ベースフレーム１３０の下端に固定されている。支持機構３２０は、均し部材３１０の上側部分３１２ｂを収容可能な形状の空間３２１を有している。一例の支持機構３２０は、長手方向から見て、上側になるにつれて互いに離間するように傾斜する一対の側面３２０ａ，３２０ｂと、側面３２０ａの上端と側面３２０ｂの上端とを基端としてそれぞれ上側に延在する側面である一対の延在部３２０ｃ，３２０ｄと、一対の延在部３２０ｃ，３２０ｄの上端同士を接続する平坦な上面３２０ｅと、を有している。一対の側面３２０ａ，３２０ｂのそれぞれの角度は、一対の側面３１２ｂ１，３１２ｂ２と実質的に同じであってよい。

支持機構３２０は、一対の側面３２０ａ，３２０ｂ、一対の延在部３２０ｃ，３２０ｄ及び上面３２０ｅによって画成される空間３２１内に均し部材３１０の上側部分３１２ｂを収容することによって、均し部材３１０を支持している。均し部材３１０が支持機構３２０に支持されている状態において、均し部材３１０の上面３１２ｂ３と支持機構３２０の上面３２０ｅとの間の空間には、例えば圧縮コイルバネ、板バネ等を含む付勢部材３２５が収容されている。均し部材３１０は、付勢部材３２５によって下側に付勢された状態で、支持機構３２０に対して長手方向に摺動可能となっている。付勢部材３２５は、長手方向に沿って等間隔で複数配置されていてもよい。均し部材３１０が下向きに付勢されていることによって、均し部材３１０の上端の高さ位置は一定に保持されている。付勢部材３２５は、支持機構３２０と均し部材３１０とのいずれかに固定されていてよい。なお、支持機構３２０は、支持機構１２０が複数の支持部材１２１によって構成されるのと同様に、長手方向に互いに離間する複数の支持部材によって構成されていてもよい。

図８に示す粉末塗布装置４００は、均し部材４１０と、支持機構４２０と、ベースフレーム１３０とを含む。均し部材４１０は、粉末床ＰＡ上の粉末Ｐを均す部分であり、水平方向に沿った一方向に延在している。

図示例の均し部材４１０は、平面視において、作業テーブル６の径方向に沿って作業テーブル６の中央から作業テーブル６の外縁近傍まで直線状に延在している。一例の均し部材４１０は、粉末床ＰＡを均すための平板状の第１部分４１１と、第１部分４１１の上端に形成された第２部分４１２とを含む。

第２部分４１２は、第１部分４１１に連続した下側部分４１２ａと、下側部分４１２ａに連続した上側部分４１２ｂとを含む。図示例の下側部分４１２ａの断面形状は、長手方向から見て矩形状を呈している。

上側部分４１２ｂは、長手方向から見て周方向に等間隔で凹凸の形成されたスプライン軸４１２ｃを含む。スプライン軸４１２ｃの幅方向の大きさは、下側部分４１２ａの幅方向の大きさよりも大きい。第１部分４１１と第２部分４１２とは一体的に形成されていてよい。

支持機構４２０は、ベースフレーム１３０の下端に固定されている。支持機構４２０は、均し部材４１０の上側部分４１２ｂを収容可能な、上側部分４１２ｂに対応した形状の空間４２１を有している。すなわち、支持機構４２０の空間４２１は、長手方向から見て周方向に等間隔で凹凸の溝が形成された、スプライン軸４１２ｃに対応した形状を有している。

支持機構４２０は、複数の凹凸によって画成される空間４２１内に均し部材４１０の上側部分４１２ｂを収容することによって、均し部材４１０を支持している。均し部材４１０が支持機構４２０に支持されている状態において、均し部材４１０は、支持機構４２０に対して長手方向に摺動可能となっている。なお、支持機構４２０は、支持機構１２０が複数の支持部材１２１によって構成されるのと同様に、長手方向に互いに離間する複数の支持部材によって構成されていてもよい。

図９に示す粉末塗布装置５００は、均し部材５１０と、支持機構５２０と、ベースフレーム１３０とを含む。均し部材５１０は、粉末床ＰＡ上の粉末Ｐを均す部分であり、水平方向に沿った一方向に延在している。

図示例の均し部材５１０は、平面視において、作業テーブル６の径方向に沿って作業テーブル６の中央から作業テーブル６の外縁近傍まで直線状に延在している。一例の均し部材５１０は、粉末床ＰＡを均すための平板状の第１部分５１１と、第１部分５１１の上端に形成された第２部分５１２とを含む。

第２部分５１２は、第１部分５１１に連続した下側部分５１２ａと、下側部分５１２ａに連続した上側部分５１２ｂとを含む。図示例の下側部分５１２ａの断面形状は、長手方向から見て矩形を呈している。

上側部分５１２ｂは、長手方向に延在し、上向きに開口する溝部５１３を有している。溝部５１３は、長手方向から見て、上側になるにつれて互いに近付く方向に傾斜する一対の側面５１２ｂ１，５１２ｂ２と、側面５１２ｂ１の下端と側面５１２ｂ２の下端とを接続する平坦な底面５１２ｂ３と、によって画成されている。すなわち、溝部５１３の断面形状は、長手方向から見て、下底よりも上底が短い台形状を呈している。第１部分５１１と第２部分５１２とは一体的に形成されていてよい。

支持機構５２０は、ベースフレーム１３０の下端に固定されている。支持機構５２０は、均し部材５１０の溝部５１３に収容可能な形状を呈している。すなわち、支持機構５２０は、長手方向から見て、上側になるにつれて互いに近付くように傾斜する一対の側面５２０ａ，５２０ｂと、側面５２０ａの下端と側面５２０ｂの下端とを接続する平坦な底面５２０ｃと、を有している。

支持機構５２０は、溝部５１３内に収容されることによって、均し部材５１０を支持している。均し部材５１０が支持機構５２０に支持されている状態において、均し部材５１０は、支持機構５２０に対して長手方向に摺動可能となっている。なお、支持機構５２０は、支持機構１２０が複数の支持部材１２１によって構成されるのと同様に、長手方向に互いに離間する複数の支持部材によって構成されていてもよい。

また、図面では、均し部材５１０の上端とベースフレーム１３０の下端とが接触しているように見えるが、均し部材５１０とベースフレーム１３０とは、互いに離間していてもよい。支持機構５２０が、長手方向に互いに離間する複数の支持部材によって構成されている場合、均し部材５１０とベースフレーム１３０とが互いに離間することによって、均し部材５１０とベースフレーム１３０との間に空隙が形成される。

図１０に示す粉末塗布装置６００は、均し部材１１０と、支持機構１２０と、ベースフレーム６３０とを含む。ベースフレーム６３０は、均し部材１１０及び支持機構１２０の長手方向に沿って延在する矩形板状をなしている。ベースフレーム６３０は、支持機構１２０を支持している。例えば、支持機構１２０は、ボルト等の締結部材によってベースフレーム６３０の下端に固定されていてもよい。ベースフレーム６３０は、例えば、ハウジング５を構成するフレームに固定されていてよい。ベースフレーム６３０の内部には、ベースフレーム６３０を冷却するための流体が流通する配管６３１（冷却機構）が埋設されている。配管６３１を流通する流体は、特に限定されないが、例えば、オイル、水等の液体であってよい。

配管６３１は、例えば、複数設けられている。複数の配管６３１は、ベースフレーム６３０の長手方向に沿って、上下方向に互いに離間して延在している。例えば、配管６３１は、上下方向に均等に配置されていてもよい。また、配管６３１は、下側になるほど、すなわち、支持機構に近いほど密になるように配置されてもよい。ベースフレーム６３０は、例えば、均し部材１１０よりも熱伝導率の小さいセラミック等の材料によって形成されてもよいし、均し部材１１０と同じ金属によって形成されてもよい。ベースフレーム６３０が、ベースフレーム６３０を冷却するための冷却機構としての配管６３１を含んでいる構成では、ベースフレーム６３０が高温になることが抑制される。この場合、ベースフレーム６３０が金属で形成されていても、ベースフレーム６３０の過度な変形が抑制される。

本開示は、前述した実施形態に限定されず、本発明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、支持機構及び均し部材の形状は、上述の例に限定されない。均し部材の上側部分の形状として、断面台形状、スプライン形状等を示したが、例えば、均し部材の上側部分は、支持機構に対応して支持機構に支持可能な形状であればよく、断面円形状、断面矩形状等の他の形状であってもよい。

また、支持機構が３つの支持部材によって構成されている例を示したが、支持機構は２つ以下の支持部材、又は４つ以上の支持部材によって構成されてもよい。

また、ベースフレームの長手方向の一端がハウジングに固定された片端支持の例を示したが、ベースフレームは長手方向の両端が支持された両端支持であってもよい。例えば、第１造形処理ユニット３１Ａのベースフレームと第２造形処理ユニット３１Ｂのベースフレームとが互いに支持し合うことによって、それぞれのベースフレームを両端支持にすることができる。

また、回転する作業テーブルの上方に粉末塗布装置が固定される例を示したが、粉末塗布装置は、作業テーブルに対して相対的に移動可能に設けられていればよい。例えば、粉末塗布装置は、固定された作業テーブルの上方において水平面に沿って往復移動可能に配置されていてもよい。

また、エネルギビームとして電子ビームを照射する例を示したが、電子ビーム以外のエネルギビームが照射されてもよい。すなわち、エネルギビームは、粉末床にエネルギを供給し得るビームであればよく、例えば、イオンビームその他の荷電粒子ビームであってもよいし、レーザビーム等であってもよい。

１ 三次元造形装置
６ 作業テーブル
１００ 粉末塗布装置
１１０ 均し部材
１２０ 支持機構
１２１ 支持部材
１３０ ベースフレーム
３２５ 付勢部材
６３１ 配管（冷却機構）
ＰＡ 粉末床

Claims (6)

1. 水平方向に沿った一方向に延在しており、粉末床の表面を均すための均し部材と、
   前記均し部材を支持する支持機構と、を備え、
   前記均し部材は、前記均し部材の少なくとも一部が前記支持機構に対して前記一方向に沿って摺動可能な状態で、前記支持機構に支持されている、粉末塗布装置。
2. 前記支持機構は、複数の支持部材を含み、
   前記複数の支持部材のそれぞれは、前記一方向に沿って互いに離間している、請求項１に記載の粉末塗布装置。
3. 前記支持機構は、前記均し部材を下向きに付勢する付勢部材を含む、請求項１又は２に記載の粉末塗布装置。
4. 前記支持機構を支持するベースフレームを更に備え、
   前記ベースフレームの熱膨張率は、前記均し部材の熱膨張率よりも小さい、請求項１～３のいずれか一項に記載の粉末塗布装置。
5. 前記支持機構を支持するベースフレームを更に備え、
   前記ベースフレームは、当該ベースフレームを冷却するための冷却機構を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の粉末塗布装置。
6. チャンバと、
   前記チャンバ内に配置され、前記粉末床を保持する作業テーブルと、
   前記作業テーブルに保持された前記粉末床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１～５のいずれか一項に記載の粉末塗布装置と、を含む、三次元造形装置。

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