JP2024003370A - 三次元積層造形装置、三次元積層造形方法、および三次元積層造形における規制部材の移動速度の設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】造形精度の向上を図ることが可能な三次元積層造形装置を提供する。【解決手段】ベースプレートと、ベースプレートの表面に対して所定間隔を保った高さ位置において前記ベースプレート上を移動することで前記ベースプレート上に供給された粉末を均して粉末層を形成するための規制部材と、前記規制部材の移動を制御する制御部とを備えた三次元積層造形装置であって、造形データを入力するための入力部を備え、前記制御部は、前記入力部から入力された造形データに基づく移動速度で前記規制部材を移動させる三次元積層造形装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法、および三次元積層造形における規制部材の移動速度の設定方法に関する。

三次元積層造形技術の一つとして、パウダーベッド方式の造形方法が知られている。この造形方法は、先に形成された硬化層および未硬化の粉末材料の上に、新たな粉末材料を供給し、造形枠を横断する幅板状の規制部材を造形枠よりも少し高い位置で水平方向に移動させて、粉末材料の高さ位置を規制し、全体が一定の厚みを有する粉末材料の層を形成する。次に、形成した粉末材料の層の表面に電子ビームまたはレーザを照射する。これにより、粉末材料の全体あるいは一部を溶融させて粉末材料同士を一体的に接合させて硬化層を形成し、また新たに形成された硬化層を下方に積層された硬化層と一体化させる。そして、このような硬化層の形成工程を繰り返すことにより、所定のパターン形状を有する硬化層が複数層積層された三次元積層造形体を得ることができるとしている（下記特許文献１参照）。

特開２００１－１５２２０４号公報

しかしながら上述した三次元積層造形方法では、幅板状の規制部材の水平移動によって粉末材料の層を形成する際、熱的影響によって、規制部材によって運搬される粉末同士が付着した造粒紛が生成され易い。また、生成された造粒紛は熱的影響で肥大化し易く、粉末と比較して重いため粉末材料の層に沈み込む。このため、規制部材の移動に際して造粒紛が規制部材に押されて移動すると、規制部材が移動した後の粉末材料の層には、造粒紛が通過したスジ状の形跡が残され、造形精度を妨げる要因となっていた。

そこで本発明は、造形精度の向上を図ることが可能な三次元積層造形装置、三次元積層造形方法、および三次元積層造形における規制部材の移動速度の設定方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明は、ベースプレートと、ベースプレートの表面に対して所定間隔を保った高さ位置において前記ベースプレート上を移動することで前記ベースプレート上に供給された粉末を均して粉末層を形成するための規制部材と、前記規制部材の移動を制御する制御部とを備えた三次元積層造形装置であって、造形データを入力するための入力部を備え、前記制御部は、前記入力部から入力された造形データに基づく移動速度で前記規制部材を移動させる三次元積層造形装置である。

本発明により、造形精度の向上を図ることが可能な三次元積層造形装置、三次元積層造形方法、および三次元積層造形における規制部材の移動速度の設定方法を提供することができる。

第１実施形態に係る三次元積層造形装置の概略構成図である。 第１実施形態に係る三次元積層造形装置の要部上面図である。 三次元積層造形方法における粉末層の形成処理（その１）を説明するための上面図である。 粉末層の形成処理において生成された造粒紛の移動痕跡の詳細を説明する図（その１）である。 三次元積層造形方法における粉末層の形成処理（その２）を説明するための上面図である。 規制部材の移動速度と、移動開始位置側のダストボックスに落下した落下粉末比率との関係を示す図である。 第２実施形態に係る三次元積層造形装置の概略構成図である。 第２実施形態に係る三次元積層造形装置における規制部材の移動速度データベースを示す図である。 第２実施形態に係る三次元積層造形装置の入力画面を示す図である。 第２実施形態に係る三次元積層造形装置における規制部材の移動速度データベースの他の例を示す図である。 第２実施形態に係る三次元積層造形装置の入力画面の他の例を示す図である。

以下、本発明を適用した各実施の形態を、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法の順に図面に基づいて詳細に説明する。なお、各実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。

≪第１実施形態≫
＜三次元積層造形装置＞
図１は、第１実施形態に係る三次元積層造形装置１の概略構成図である。また図２は、第１実施形態に係る三次元積層造形装置の要部上面図である。これらの図に示す三次元積層造形装置１は、パウダーベッド方式の三次元積層造形装置１であり、減圧チャンバー１０内に、形成槽１１、ベースプレート１２、粉末供給装置１３、規制部材１４、ダストボックス１５、およびエネルギー線照射部１６を備えている。また三次元積層造形装置１は、制御部２０および入力部２１を備えている。なお、粉末供給装置１３、エネルギー線照射部１６、制御部２０、および入力部２１は、図１のみに図示している。以下、三次元積層造形装置１を構成する各構成要素を説明する。

［形成槽１１］
形成槽１１は、減圧チャンバー１０内に立設された筒状の構造体であり、筒状の内部において三次元積層造形物が形成される。形成槽１１を構成する筒状は、一例として円筒状である。このような形成槽１１は、上部開口の周縁から外周側に向かって延設されたフランジ状のテーブル１１ａを備えている。

［ベースプレート１２］
ベースプレート１２は、形成槽１１の内周壁に接して設けられたもので、形成槽１１の底面を構成する。形成槽１１の内周壁とベースプレート１２の端縁部との隙間は、フレキシブルシール１２ａが配置され、形成槽１１内においてのベースプレート１２の摺動性と密閉性とが確保されている。このようなベースプレート１２によって底面が構成される形成槽１１の内部には、粉末１００が貯蔵されるとともに、粉末１００を所定の厚さで積層させた粉末層１０１が順次に積層される。

またベースプレート１２は、ベースプレート駆動部１２ｂを備える。ベースプレート駆動部１２ｂは、形成槽１１内においてのベースプレート１２の昇降を制御し、形成槽１１の深さを可変としている。このようなベースプレート駆動部１２ｂは、制御部２０に接続され、制御部２０からの指示に基づいてベースプレート１２を昇降させる。

［粉末供給装置１３］
粉末供給装置１３は、テーブル１１ａの上部に粉末１００を供給するものである。この粉末供給装置１３は、粉末タンク１３ａと粉末タンク１３ａの底部に接続された定量供給器１３ｂとを備え、定量供給器１３ｂに設けられた粉末排出口１３ｃから、テーブル１１ａ上に所定量の粉末１００を供給する。粉末供給装置１３は、テーブル１１ａの一方側の端縁付近に設定された移動開始位置［ｐｓ］の近辺であって、移動開始位置［ｐｓ］よりも形成槽１１の上部開口側に、形成槽１１の上部開口にわたるライン状に所定量の粉末１００を供給する。このような粉末供給装置１３による粉末１００の供給は、制御部２０からの指示によって実施される。なお、移動開始位置［ｐｓ］は、次に説明する規制部材１４が移動を開始する位置である。

［規制部材１４］
規制部材１４は、形成槽１１の上部開口にわたる長尺状の板状材である。このような規制部材１４は、板状材の一辺がテーブル１１ａに対して所定の間隔を保った高さ位置において、テーブル１１ａおよび形成槽１１の上部開口に沿って移動自在である。また規制部材１４は、制御部２０からの指示により、粉末供給装置１３からテーブル１１ａ上に粉末１００が供給された後に、テーブル１１ａの一方側の端縁付近に設定された移動開始位置［ｐｓ］から、テーブル１１ａに沿って上部開口に向かって移動する。

さらに、規制部材１４は、形成槽１１の上部開口にわたって上部開口上を通過するように折り返し位置［ｐｒ］まで移動する。折り返し位置［ｐｒ］は、テーブル１１ａの他方側の端縁付近に設定された位置である。規制部材１４は、折り返し位置［ｐｒ］に到達した後、折り返し位置［ｐｒ］から移動開始位置［ｐｓ］に向かって移動する。これにより、規制部材１４は、テーブル１１ａ上に供給された粉末１００を均し、形成槽１１内に収容された粉末１００の厚みを揃えて粉末層１０１とする。

また規制部材１４は、形成槽１１内に収容しきれずに形成槽１１の上部開口からはみ出した余剰分の粉末１００を、テーブル１１ａの外周に吐き落とす。

［ダストボックス１５］
ダストボックス１５は、規制部材１４の移動方向の両側において、テーブル１１ａの下方に配置されたものである。これらのダストボックス１５は、移動開始位置［ｐｓ］側のダストボックス１５ｓと、折り返し位置［ｐｒ］側のダストボックス１５ｒである。これらのダストボックス１５は、規制部材１４によってテーブル１１ａの外周に吐き落とされた余剰分の粉末１００を、落下粉末１００’として収容する。なお、上述した折り返し位置［ｐｒ］は、余剰分の粉末１００の大部分が、折り返し位置［ｐｒ］側のダストボックス１５ｒに落下させる位置に設定されている。

［エネルギー線照射部１６］
エネルギー線照射部１６は、粉末１００を溶融可能なエネルギー線の照射部であって、ベースプレート１２に対向して配置され、ベースプレート１２上に積層された粉末１００からなる粉末層１０１に対してエネルギー線を照射する。エネルギー線は、例えば電子線であって、図示したエネルギー線照射部１６は、電子線照射装置である。このようなエネルギー線照射部１６は、次に説明する制御部２０による駆動制御により、形成槽１１内のベースプレート１２上に貯蔵された粉末１００からなる粉末層１０１に対して、設定された照射範囲においてエネルギー線を走査させながら照射する。

［制御部２０］
制御部２０は、上述した構成要素の駆動を制御するものであって、計算機によって構成されている。計算機は、いわゆるコンピューターとして用いられるハードウェアである。計算機は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、およびＲＯＭ（Read Only Memory）やＨＤＤ（hard disk drive）のような不揮発性の記憶部を備え、さらにはネットワークインターフェースを備えていてもよい。このような計算機によって構成された制御部２０は、ＣＰＵが、ＲＯＭやＲＡＭに記録された造形プログラムを実行することにより、以降に説明する三次元積層造形方法を実施する。

［入力部２１］
入力部２１は、三次元積層造形物の形成開始を指示するための入力、および三次元積層造形物を形成するために必要な造形データを入力するためのものである。入力部２１から入力される造形データは、例えば規制部材１４の移動速度［Ｓ］、さらには設定されている移動速度［Ｓ］の変更データなどである。先に説明した制御部２０は、入力部２１から入力された造形データに基づいて規制部材１４の移動速度を制御する。また入力部２１から入力されるその他の造形データは、三次元積層造形装置１によって製造する三次元積層造形物の金属組織制御、形状データ、および制御部２０のＲＯＭやＲＡＭに記録される三次元積層造形物の製造手順に関する造形プログラムであってもよい。このような入力部２１は、例えばタッチパネル付きの表示部、キーボード、および外部のパーソナルコンピュータとの接続インターフェースなどである。

＜三次元積層造形方法＞
次に、以上のような三次元積層造形装置１を用いた三次元積層造形方法を説明する。先ず、三次元積層造形装置１のオペレーターは、入力部２１から、三次元積層造形物の作製に必要な造形データを入力する。またオペレーターは、以降において実施される粉末層１０１の形成処理においての規制部材１４の移動速度［Ｓ］を造形データとして入力する。

この際、オペレーターは、データベースを参照し、粉末層１０１の形成処理においての規制部材１４の移動速度［Ｓ］を選択する。このデータベースは、以降に詳細に説明する設定方法により、粉末１００の種類毎に、規制部材１４の移動速度［Ｓ］を対応付けたデータの集合体である。このようなデータベースは、電子データ形式であっても紙媒体に印刷したデータ形式であってもよい。オペレーターは、このデータベースを参照し、この三次元積層造形において用いる粉末１００に対応付けされた規制部材１４の移動速度［Ｓ］を選択する。

なお、上記データベースにおいて、規制部材１４の移動速度［Ｓ］は、粉末１００の種類毎、および三次元積層造形において作製する造形物の金属組織制御、さらにはその他の製造条件を含む造形データに対して個別に対応付けされていてもよい。この場合、オペレーターは、粉末１００の種類、および製造条件に対応付けされた温度を、規制部材１４の移動速度［Ｓ］として選択する。

オペレーターは、上記のようにして選択した移動速度［Ｓ］を入力部２１から入力する。また、規制部材１４の移動速度［Ｓ］が、造形データの一部として既に入力されている場合、オペレーターは、選択した移動速度［Ｓ］に基づいて、規制部材１４の移動速度［Ｓ］を変更するための変更データを入力する。

制御部２０は、以上のように入力部２１から入力された造形データおよび規制部材１４の移動速度［Ｓ］を取得し、さらに入力部２１から造形開始のトリガー信号を取得したことにより、以下の手順で予め保持している造形プログラムを実行する。

［減圧チャンバー１０内の排気］
先ず、制御部２０は、減圧チャンバー１０内の排気を行う。この際、規制部材１４は、テーブル１１ａ上における粉末１００の供給位置よりも外側の移動開始位置［ｐｓ］に配置されていることとする。また、ベースプレート１２は、テーブル１１ａの上部開口から所定の高さ位置に配置されていることとする。

［ベースプレート１２の加熱処理］
次に制御部２０は、エネルギー線照射部１６からのエネルギー線の照射により、ベースプレート１２の加熱処理を実施する。制御部２０は、エネルギー線照射部１６の駆動により、ベースプレート１２の表面が加熱される程度の電流値でベースプレート１２の表面にエネルギー線を照射する。これにより、以降にベースプレート１２上に供給される粉末１００が、以降に実施する仮焼結処理において完全に仮焼結する程度の温度にまで、ベースプレート１２を予め昇温させておく。

［粉末１００の供給］
次に、制御部２０は、粉末供給装置１３の駆動により、テーブル１１ａの端縁上に、ライン状に粉末１００を供給する。

［粉末層１０１の形成処理］
その後、制御部２０は、規制部材１４をテーブル１１ａの上面に沿って移動させ、粉末層１０１の形成処理を実施する。この際、制御部２０は、テーブル１１ａの一方側の端縁に設定された移動開始位置［ｐｓ］から、テーブル１１ａに沿って形成槽１１の上部開口に向かって規制部材１４を移動させ、さらに形成槽１１の上部開口を通過してテーブル１１ａの他方側の端縁に設定された折り返し位置［ｐｒ］にまで規制部材１４を移動させる。そして、余剰分の粉末１００を、折り返し位置［ｐｒ］側のダストボックス１５ｒに落下させる。

さらに制御部２０は、折り返し位置［ｐｒ］から逆方向に規制部材１４を移動させ、規制部材１４をテーブル１１ａおよび形成槽１１の上部開口上において往復で移動させる。

これにより、制御部２０は、テーブル１１ａ上に供給された粉末１００を形成槽１１内に供給し、形成槽１１内に収容された粉末１００を形成槽１１の上部開口と同程度の高さに揃える。そして、形成槽１１の底部のベースプレート１２上部に、所定高さに粉末１００を敷き詰めた１層分の粉末層１０１を形成し、粉末層１０１の表面であるパウダーベッド面１０１ａを平坦化させる。

また以上のような規制部材１４の移動において、制御部２０は、入力部２１から入力された移動速度［Ｓ］にしたがって、規制部材１４を移動させる。

［仮焼結処理および溶融処理］
次に、制御部２０は、エネルギー線照射部１６からのエネルギー線の照射により、粉末層１０１の仮焼結処理を実施する。その後、制御部２０は、エネルギー線照射部１６からのエネルギー線の照射による粉末層１０１の溶融処理を実施する。この際、制御部２０は、あらかじめ保持している三次元積層構造物の設計データに基づき、設計上の三次元積層造形物を粉末層１０１の高さ間隔でスライスした部分の二次元形状に従った構造体領域にエネルギー線を照射する。これにより、粉末層１０１におけるエネルギー線の照射部は、粉末層１０１の粉末１００が溶融した後に凝固して板状の構造体となる。

以上の後、制御部２０は、粉末１００の供給以降の処理を繰り返し実施することにより、粉末１００が凝固した板状の構造体を積層させた三次元積層構造物を形成する。

＜規制部材１４の移動速度の設定方法＞
次に、上述した三次元積層造形方法の手順において粉末層１０１の形成処理で実施する規制部材１４の移動に際しての、規制部材１４の移動速度［Ｓ］の設定方法を説明する。ここでは、先ず規制部材１４の移動速度［Ｓ］と造粒紛［Ｍ］の生成、造粒紛［Ｍ］の移動痕跡の詳細を説明し、その後、移動痕跡を利用した規制部材１４の移動速度［Ｓ］の設定方法を説明する。

［規制部材１４の移動速度［Ｓ］と造粒紛［Ｍ］の生成］
図３は、三次元積層造形方法における粉末層１０１の形成処理（その１）を説明するための上面図である。この図は、規制部材１４の往復移動において、規制部材１４を移動開始位置［ｐｓ］から折り返し位置［ｐｒ］に向かって移動させた往路の状態を示している。この図に示すように、粉末層１０１の形成処理においては、主として下地からの熱的影響により、規制部材１４によって運搬される粉末１００同士が付着した造粒紛［Ｍ］が生成される場合がある。造粒紛［Ｍ］は、特に下地温度が高いベースプレート１２上で生成され易い。また、粉末１００は、その種類によって、融点、熱伝導性、各種摩擦係数等が大きく異なる。このため、造粒紛［Ｍ］の生成され易さは、粉末１００の種類毎に異なり、また熱的な製造条件によっても異なる。

また生成された造粒紛［Ｍ］は、移動によって肥大化し、粉末１００と比較して重いため粉末材料の層に沈み込み、規制部材１４が移動した後の粉末層１０１には、以降に説明するように、造粒紛［Ｍ］が通過した後に、スジ状の移動痕跡［ｔ］が残される。

ここで、造粒紛［Ｍ］は、規制部材１４によって運搬される状態にある粉末１００同士の付着によって生成される。このため、規制部材１４の移動速度［Ｓ］を、できるだけ速い速度に設定することで、規制部材１４によって粉末１００が運搬されている状態を短く抑え、粉末への熱エネルギーの流入を抑制でき、これにより造粒紛［Ｍ］の生成を抑えることが重要になる。

［造粒紛［Ｍ］の移動痕跡］
図４は、粉末層１０１の形成処理において形成された造粒紛［Ｍ］の移動痕跡［ｔ］の詳細を説明する図（その１）であり、図３におけるＡ－Ａ断面、Ａ’－Ａ’断面、およびＢ－Ｂ断面に相当する図である。図３および図４に示すように、規制部材１４によって造粒紛［Ｍ］が押されて移動することにより、造粒紛［Ｍ］によって粉末１００が押し退けられた部分には、移動痕跡［ｔ］として凹部［ｄ］が形成される。また、造粒紛［Ｍ］によって粉末１００が押し退けられた粉末１００は、規制部材１４の下部を回り込む（Ａ’－Ａ’断面参照）。これにより、規制部材１４の通過後の造粒紛［Ｍ］の通過部脇であって、凹部［ｄ］の両脇には、移動痕跡［ｔ］として凸部［ｂ］が形成される。なお、規制部材１４の移動方向における凹部［ｄ］の両脇には、造粒紛［Ｍ］に押し退けられて盛り上がった凸部が形成されるが、この部分は規制部材１４の移動によって削り取られる。

図５は、三次元積層造形方法における粉末層１０１の形成処理（その２）を説明するための上面図である。この図は、規制部材１４の往復移動において、規制部材１４を折り返し位置［ｐｒ］から移動開始位置［ｐｓ］に向かって移動させた復路の状態を示している。この図に示すように、粉末層１０１の形成処理において規制部材１４を折り返し位置［ｐｒ］から移動開始位置［ｐｓ］に向かって移動させる場合、逆向きの移動において粉末層１０１に形成された造粒紛［Ｍ］の移動痕跡［ｔ］のうち、凸部［ｂ］は規制部材１４によって削りとられる。一方、凹部［ｄ］は規制部材１４の通過後にも粉末層１０１に残される。また、ここでの図示は省略したが、折り返し位置［ｐｒ］から移動開始位置［ｐｓ］に向かう過程においても、図４を用いて説明したようにして、新たな移動痕跡［ｔ］が形成される。

以上のような折り返し位置［ｐｒ］から移動開始位置［ｐｓ］に向かう規制部材１４の移動において、造粒紛［Ｍ］の移動痕跡［ｔ］のうちの凸部［ｂ］を削り取った粉末１００は、規制部材１４によって移動開始位置［ｐｓ］にまで運搬される。そして、削り取った粉末１００aの一部は、２つのダストボックス１５のうち、移動開始位置［ｐｓ］側のダストボックス１５ｓに落下する。

ここで、造粒紛［Ｍ］が形成されない条件であれば、余剰分の粉末１００の大部分は、折り返し位置［ｐｒ］側のダストボックス１５ｒに落下する構成となっている。つまり、造粒紛［Ｍ］が形成されない条件であれば、移動開始位置［ｐｓ］側のダストボックス１５ｒ内の落下粉末１００’は、極少ない量に抑えられる構成である。

［規制部材１４の移動速度［Ｓ］の設定方法］
そこで、図１に示すように、２つのダストボックス１５に落下した落下粉末１００’のうち、移動開始位置［ｐｓ］側のダストボックス１５ｓ内の落下粉末１００’の割合がより少なくなる範囲であって、好ましくは最小となる範囲に規制部材１４の移動速度を設定する。

この場合、三次元積層造形に用いられる各粉末１００について、規制部材１４の移動速度［Ｓ］を変更した三次元積層造形物の作製の予備実験を行い、２つのダストボックス１５の落下粉末１００’の質量をそれぞれ測定する。そして、各種の粉末１００について、規制部材１４の移動速度と、移動開始位置［ｐｓ］側のダストボックス１５ｓの落下粉末１００’の割合との関係を求める。

図６は、規制部材１４の移動速度［Ｓ］と、移動開始位置［ｐｓ］側のダストボックス１５ｓに落下した落下粉末比率［Ｒ］と関係を示す図である。ここで、移動開始位置側の落下粉末比率［Ｒ］は、移動開始位置［ｐｓ］側のダストボックス１５ｓの落下粉末１００’の質量［ｆｓ］と、折り返し位置［ｐｒ］側のダストボックス１５ｒの落下粉末１００’の質量［ｆｒ］とから、落下粉末比率［Ｒ］＝[ｆｓ]／（[ｆｓ]＋[ｆｒ]）として求める。

このようにして得た関係から、各粉末１００について、移動開始位置側の落下粉末比率［Ｒ］が最低となる速度の範囲を求め、この範囲の中から最も遅い速度［Ｓ１］を規制部材１４の移動速度［Ｓ］として設定する。これは、規制部材の移動速度［Ｓ］が速まることにより、規制部材１４の駆動部の振動が大きくなり、この振動の影響によって規制部材１４に揺れが生じて粉末層１０１のパウダーベッド面１０１ａの平坦性が損なわれるからである。このため、規制部材１４の駆動部の振動の影響を考慮する必要がない場合、生産性を考慮すると、規制部材１４の移動速度［Ｓ］は、移動開始位置側の落下粉末比率［Ｒ］が最低となる速度の範囲でなるべく速い速度に設定されることが好ましい。

以上のようにして、各種の粉末１００について設定した移動速度［Ｓ］を、粉末１００毎に対応付けしたデータベースを作成する。

なお、上述した規制部材１４の移動速度［Ｓ］の設定においては、各粉末１００について、さらに他の造形データ（例えば製造条件）ごとに予備実験を実施し、各粉末１００について製造条件毎に移動速度［Ｓ］を設定してもよい。

また、予備実験においての三次元積層造形物の作製は、三次元積層構造物を完成させる必要はなく、粉末層１０１の積層数を限定して実施してもよい。ただし、予備実験においての粉末層１０１の積層数が多い程、正確な落下粉末比率［Ｒ］を得ることができるため、より多層の粉末層１０１の形成を実施することが好ましい。

また、以上においては、移動開始位置［ｐｓ］側の落下粉末比率［Ｒ］に基づいて、規制部材１４の移動速度［Ｓ］を設定したが、移動開始位置［ｐｓ］側のダストボックス１５ｓ内の落下粉末１００’の量に基づいて、規制部材１４の移動速度［Ｓ］を設定してもよい。この場合であっても、移動開始位置［ｐｓ］側のダストボックス１５ｓ内の落下粉末１００’の量が最低となる速度の範囲を求め、この範囲の中から最も遅い速度［Ｓ１］を規制部材１４の移動速度［Ｓ］として設定すればよい。

さらに、以上のような規制部材１４の移動速度［Ｓ］の設定方法は、データベース作成のための実施に限定されることはない。例えば、この三次元積層造形に用いられる特定の粉末１００について、上記の予備実験を実施して規制部材１４の移動速度［Ｓ］を設定し、設定した移動速度［Ｓ］を、入力部２１から入力して三次元積層造形を開始させてもよい。

＜第１実施形態の効果＞
以上説明した第１実施形態によれば、三次元積層造形の実施の手順における粉末層１０１の形成に際し、規制部材１４の移動速度を制御する制御部２０が、入力部２１からの設定に基づいて規制部材１４の移動速度［Ｓ］を変更できる構成である。このため、粉末１００の種類毎に、造粒紛［Ｍ］の生成と、この移動痕跡［ｔ］の形成を防止可能な移動速度［Ｓ］で規制部材１４を移動させた粉末層１０１の形成を実施できる。これにより三次元積層造形における造形精度の向上を図ることが可能となる。

≪第２実施形態≫
＜三次元積層造形装置＞
図７は、第２実施形態に係る三次元積層造形装置２の概略構成図である。この図に示す第２実施形態の三次元積層造形装置２が、第１実施形態の三次元積層造形装置１と異なるところは、制御部２０’の構成にあり、他の構成は同様である。このため、ここでは制御部２０’の構成とともに、入力部２１に表示される表示画像を説明し、他の構成の詳細な説明は省略する。

［制御部２０’］
制御部２０’は、上述した構成要素の駆動を制御するものであって、第１実施形態のものと同様に計算機によって構成されている。この制御部２０’は、機能構成部として、入出力制御部２０ａ、速度記憶部２０ｂ、および駆動制御部２０ｃを備える。これらは次のようである。

－入出力制御部２０ａ－
入出力制御部２０ａは、入力部２１からの入力情報に基づいて、速度記憶部２０ｂに保存されたデータベースのなかから、次に実施する三次元積層造形における規制部材１４の移動速度［Ｓ］を抽出する。入出力制御部２０ａは、抽出した移動速度［Ｓ］を、駆動制御部２０ｃに送信する。

また、入出力制御部２０ａは、入力部２１が有する表示部に、所定のタイミングで所定の画面を表示させる。

－速度記憶部２０ｂ－
速度記憶部２０ｂは、粉末１００の種類と規制部材１４の最適移動速度［Ｓ１］とを関連付けした移動速度データベースを保存している。図８は、第２実施形態に係る三次元積層造形装置における規制部材の移動速度データベースを示す図である。図８に示すように、移動速度データベースは、粉末１００の種類毎に規制部材の移動速度［Ｓ］が対応付けて記憶されたデータベースである。このデータベースを構成する情報は、第１実施形態で説明した規制部材１４の移動速度［Ｓ］の設定方法の手順によって設定された情報である。

－駆動制御部２０ｃ－
図７に戻り、駆動制御部２０ｃは、入力部２１から入力された情報、および入出力制御部２０ａからの情報に基づいて、三次元積層造形装置２を構成する各構成要素の駆動を制御する。特にこの駆動制御部２０ｃは、入力部２１から入力された情報、および入出力制御部２０ａから取得した規制部材１４の移動速度［Ｓ］に基づいて、規制部材１４の移動を制御する。

［入力部２１］
入力部２１は、第１実施形態で説明したものと同様のものであってよいが、表示部を備えたものであることが好ましい。この表示部は、三次元積層造形を実施するための設定の入力画面を表示する。

図９は、第２実施形態に係る三次元積層造形装置２の入力画面２１ａを示す図である。図７～図９を参照し、入力部２１は、表示部に入力画面２１ａとして、粉末種を選択する選択画面を表示させる。入力部２１における入力画面２１ａ（選択画面）の表示のタイミングは、三次元積層造形を実施する前のタイミングであって、入出力制御部２０ａからの指示によって表示を実施する。

入力部２１は、入力画面２１ａに表示させたカーソル２１ｂにより、粉末種を指定できる構成となっている。この入力部２１において指定した粉末種に関する情報は、制御部２０’に送信される。

＜三次元積層造形方法＞
以上のような第２実施形態の三次元積層造形装置２を用いた三次元積層造形方法は、次のように実施される。先ず、三次元積層造形装置２のオペレーターは、入力部２１から、三次元積層造形物の作製に必要な造形データを入力する。

これにより、制御部２０’の入出力制御部２０ａは、入力部２１の表示部に、入力画面２１ａとして、粉末種を選択する選択画面を表示させる。オペレーターは、入力画面２１ａ（選択画面）の中から、この三次元積層造形において用いる粉末１００の粉末種を選択して入力する。

これにより、入出力制御部２０ａは、速度記憶部２０ｂが保持する移動速度データベースを参照し、入力部２１から入力された粉末種に対応して保持されている規制部材１４の移動速度［Ｓ］を移動速度データベース内から抽出する。入出力制御部２０ａは、抽出した規制部材１４の移動速度［Ｓ］を、駆動制御部２０ｃに送信する。

これにより、駆動制御部２０ｃは、入力部２１から入力された造形データおよび入出力制御部２０ａから取得した規制部材１４の移動速度［Ｓ］に基づき、さらに入力部２１から造形開始のトリガー信号を取得したことにより、予め保持している形プログラムを実行する。駆動制御部２０ｃによる造形プログラムの実行手順は、第１実施形態において説明した制御部２０による造形プログラムの実行の手順と同様であるため、ここでの説明は省略する。

＜第２実施形態の効果＞
以上のような第２実施形態によれば、三次元積層造形の実施の手順において、粉末層１０１の形成に際して規制部材１４の移動を制御する駆動制御部２０ｃが、入力部２１で指定した粉末種に対応して設定された移動速度［Ｓ］で規制部材１４の移動を制御する。こため、粉末１００の種類毎に、造粒紛［Ｍ］の生成と、この移動痕跡［ｔ］の形成とを防止可能な移動速度［Ｓ］で規制部材１４を移動させた粉末層１０１の形成を実施できる。この結果、三次元積層造形における造形精度の向上を図ることが可能となる。

さらに、オペレーターが自らデータベースを参照することなく、粉末種を入力するだけで造粒紛［Ｍ］の生成を抑えた最適な移動速度［Ｓ］で規制部材１４を移動させて粉末層１０１を形成することが可能である。

≪第２実施形態の変形例≫
図１０は、第２実施形態に係る三次元積層造形装置２（図７参照）における規制部材の移動速度データベースの他の例を示す図である。図１０に示すように、第２実施形態の三次元積層造形装置２の速度記憶部２０ｂが保持する移動速度データベースは、粉末１００の種類毎、および他の造形データに規制部材の移動速度［Ｓ］が対応付けて記憶されていていてもよい。ここでは、他の造形データの一例として、製造条件の一つである三次元積層造形の金属組織制御を示している。すなわち、単結晶の三次元積層造形物を作製するか、または多結晶の三次元積層造形物を作製するかによって、仮焼結処理および溶融処理を含む各処理での粉末１００に対する温度条件が異なるためである。

図１１は、第２実施形態に係る三次元積層造形装置２（図７参照）の入力画面２１ａの他の例を示す図であり、速度記憶部２０ｂが保持する移動速度データベースが、図１０に示したデータベースの場合を示している。図７、図１０～図１１を参照し、入力部２１は、表示部に入力画面２１ａとして、粉末種および金属組織制御を選択する選択画面を表示させる。入力部２１における入力画面２１ａ（選択画面）の表示のタイミングは、三次元積層造形を実施する前のタイミングであって、入出力制御部２０ａからの指示によって表示を実施する。

入力部２１は、入力画面２１ａに表示させたカーソル２１ｂにより、粉末種および金属組織制御を指定できる構成となっている。この入力部２１において指定した粉末種および金属組織制御に関する情報は、制御部２０’に送信される。

＜三次元積層造形方法＞
以上のような第２実施形態の三次元積層造形装置２を用いた三次元積層造形方法は、次のように実施される。先ず、三次元積層造形装置２のオペレーターは、入力部２１から、三次元積層造形物の作製に必要な造形データを入力する。

これにより、制御部２０’の入出力制御部２０ａは、入力部２１の表示部に、入力画面２１ａとして、粉末種および金属組織制御を選択する画面を表示させる。オペレーターは、入力画面２１ａの中から、この三次元積層造形において用いる粉末１００の粉末種と、作製する三次元積層造形物の金属組織制御とを選択して入力する。

これにより、入出力制御部２０ａは、速度記憶部２０ｂの移動速度データベースを参照し、入力部２１から入力された粉末種および金属組織制御に対応して保持されている規制部材１４の移動速度［Ｓ］を移動速度データベース内から抽出する。入出力制御部２０ａは、抽出した規制部材１４の移動速度［Ｓ］を、駆動制御部２０ｃに送信する。

以降は第２実施形態の造形方法と同様に実施される。

＜第２実施形態の変形例の効果＞
以上のような第２実施形態の変形例であれば、第２実施形態の効果に加えて、さらに他の造形データとしての金属組織制御を考慮した移動速度［Ｓ］で規制部材１４を移動させて粉末層１０１を形成することが可能である。このため、より効果的に造粒紛［Ｍ］の生成を抑えることが可能となる。

１，２…三次元積層造形装置
１１…形成槽
１１ａ…テーブル
１２…ベースプレート
１３…粉末供給装置
１４…規制部材
１５…ダストボックス
１５ｒ…ダストボックス
１５ｓ…ダストボックス
２０，２０’…制御部
２０ａ…入出力制御部
２０ｂ…速度記憶部
２０ｃ…駆動制御部
２１…入力部
２１ａ…入力画面
１００…粉末
１００’…落下粉末
１０１…粉末層
［ｐｓ］移動開始位置
［ｐｒ］折り返し位置
［Ｓ］移動速度

Claims (15)

1. ベースプレートと、ベースプレートの表面に対して所定間隔を保った高さ位置において前記ベースプレート上を移動することで前記ベースプレート上に供給された粉末を均して粉末層を形成するための規制部材と、前記規制部材の移動を制御する制御部とを備えた三次元積層造形装置であって、
   造形データを入力するための入力部を備え、
   前記制御部は、前記入力部から入力された造形データに基づく移動速度で前記規制部材を移動させる
   三次元積層造形装置。
2. 前記制御部は、前記造形データとして前記入力部から入力された移動速度で、前記規制部材を移動させる
   請求項１に記載の三次元積層造形装置。
3. 前記制御部は、
   前記粉末の種類に対応付けて前記規制部材の移動速度が設定されたデータベースを保持する速度記憶部と、
   前記造形データとして前記入力部から入力された前記粉末の種類に基づいて、前記速度記憶部から前記規制部材の移動速度を抽出する入出力制御部と、
   前記入出力制御部によって抽出された移動速度で前記規制部材を移動させる駆動制御部とを備えた
   請求項１に記載の三次元積層造形装置。
4. 前記速度記憶部は、前記粉末の種類および他の前記造形データに対応した前記規制部材の移動速度を保持する
   請求項３に記載の三次元積層造形装置。
5. 前記他の造形データは、作製する三次元積層造形物の金属組織制御である
   請求項４に記載の三次元積層造形装置。
6. 前記入力部は、前記粉末の種類を選択するための選択画面を表示するための表示部を備える
   請求項３～５のうちの何れか１項に記載の三次元積層造形装置。
7. ベースプレートの表面に対して所定間隔を保った高さ位置で規制部材を移動させることで、前記ベースプレート上に供給された粉末を均して粉末層を形成する工程を有する三次元積層造形方法において、
   前記規制部材の駆動を制御する制御部は、入力部から入力された造形データに基づく移動速度で前記規制部材を移動させる
   三次元積層造形方法。
8. 前記規制部材の移動によって前記ベースプレートを囲んで配置されたテーブル上から落下した粉末の量に基づいて、前記規制部材の移動速度を設定する
   請求項７に記載の三次元積層造形方法。
9. 前記テーブル上に前記粉末を供給した後、
   前記ベースプレートおよび前記テーブル上において前記規制部材を往復移動させ、
   前記規制部材の往復移動の往路において前記規制部材の通過後に形成された前記粉末の凸部を、前記規制部材の往復移動の復路において手前記規制部材が削り取って前記規制部材の往復移動を開始する側に落下させた粉末の量が最低となる範囲に、前記規制部材の移動速度を設定する
   請求項８に記載の三次元積層造形方法。
10. 前記規制部材の移動速度は、前記規制部材の往復移動を開始する側に落下した余剰の粉末の量が最低となる範囲の最低速度に設定する
    請求項９に記載の三次元積層造形方法。
11. 前記造形データとしての前記粉末の種類毎に前記規制部材の移動速度を設定する
    請求項９に記載の三次元積層造形方法。
12. 前記粉末の種類および他の前記造形データに対応させて前記規制部材の移動速度を設定する
    請求項１１に記載の三次元積層造形方法。
13. 前記他の造形データは、作製する三次元積層造形物の金属組織制御である
    請求項１２に記載の三次元積層造形方法。
14. 前記粉末の種類に対応付けて前記規制部材の移動速度が設定されたデータベースの中から、前記粉末の種類に基づいて前記規制部材の移動速度を選択し、
    前記選択した移動速度を、前記造形データとして前記入力部から入力する
    請求項７～１３のうちの何れか１項に記載の三次元積層造形方法。
15. ベースプレートの表面に対して所定間隔を保った高さ位置で規制部材を移動させることで、前記ベースプレート上に供給された粉末を均して粉末層を形成する工程を有する三次元積層造形における規制部材の移動速度の設定方法であって、
    前記ベースプレートを囲んで配置されたテーブル上に前記粉末を供給した後、
    前記ベースプレートおよび前記テーブル上において前記規制部材を往復移動させ、
    前記規制部材の往復移動の往路において前記規制部材の通過後に形成された前記粉末の凸部を、前記規制部材の往復移動の復路において手前記規制部材が削り取って前記規制部材の往復移動を開始する側に落下させた粉末の量が最低となる範囲に、前記規制部材の移動速度を設定する
    三次元積層造形における規制部材の移動速度の設定方法。

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