JP2024030149A - 積層造形装置、及び三次元造形物の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】造形テーブル上の余剰材料をより好適に除去することで、造形物の取り出しの無人化を可能とする積層造形装置、及び三次元造形物の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の積層造形装置において、造形テーブルは、テーブル駆動機構により上下運動可能に構成され、材料層形成装置は、造形領域に載置されたベースプレート上に材料粉体を供給して材料層を形成し、チャック装置は、ベースプレートを造形領域内に着脱自在且つ固定可能に構成され、材料回収装置は、造形テーブル上の余剰材料を吸引可能な吸引ノズルを備え、移動装置は、吸引ノズルを移動可能に構成され、ロボットは、ベースプレート及び造形物をチャンバから取り出し可能に構成され、制御装置は、テーブル駆動機構を制御して造形テーブルを所定の上昇量だけ上昇させることと、吸引ノズルを移動させながら余剰の材料粉体の吸引を行うことと、を交互に繰り返す。【選択図】図１

Description

本発明は、積層造形装置、及び三次元造形物の製造方法に関するものである。

三次元造形物の積層造形では、種々の方式が知られている。例えば、粉末床溶融結合を実施する積層造形装置は、チャンバ内に配置された造形テーブル上の造形領域にベースプレートを配置し、造形領域に材料粉体を供給して材料層を形成し、レーザ光又は電子ビームを材料層の所定位置に照射することで材料粉体を焼結又は溶融させて固化層を形成する。材料層及び固化層の形成を繰り返すことによってベースプレート上に固化層が積層され、必要に応じて造形中又は造形後に切削手段による切削加工を行うことで、所望の三次元造形物が製造される。

粉末床溶融結合のような材料粉体を使用する積層造形においては、造形領域に供給された材料粉体の全てが固化されるわけではない。造形後には、造形物、ベースプレートや造形テーブル上に固化されていない材料粉体が残るため、造形物をチャンバから取り出す際には余剰材料の除去が必要となる。

特許文献１に開示されるように、積層造形装置に、余剰材料を吸引除去するための吸引ノズルが設けることが公知である。造形物を取り出す前に、作業者が吸引ノズルを操作して余剰材料を吸引することで、余剰材料が除去される。ここで、造形後に自動で造形物をチャンバから取り出したいという需要がある。例えば、造形物に対して二次加工を行う場合、積層造形装置から造形物を取り出し、二次加工装置に自動で送る一連の工程を自動化したいという需要がある。自動で造形物をチャンバから取り出す際に、造形後の余剰材料を自動で除去することが必要となる。特許文献２は、造形後に残る余剰材料の除去を吸引ノズルで自動除去する構成を開示している。

特許第６１３２９６２号公報 特開２００２－２０５３３９号公報

特許文献２に示されるような、余剰材料を自動で吸引除去する従来の積層造形装置においては造形物の窪み等に余剰材料が残留しやすく除去が不十分であった。造形テーブル上に余剰材料が残っている場合は、造形物を取り出すことができず、無人化の妨げとなっていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、造形テーブル上の余剰材料をより好適に除去することで、造形物の取り出しの無人化を可能とする積層造形装置、及び三次元造形物の製造方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、以下の発明が提供される。
［１］造形テーブルと、チャンバと、材料層形成装置と、チャック装置と、材料回収装置と、移動装置と、ロボットと、制御装置とを備える積層造形装置であって、前記造形テーブルは、テーブル駆動機構により上下運動可能に構成され、前記チャンバは、前記造形テーブル上に設けられた、造形物が形成される領域である造形領域を覆い、前記材料層形成装置は、前記造形領域に載置されたベースプレート上に材料粉体を供給して材料層を形成し、前記チャック装置は、前記造形テーブル上に配置され、前記ベースプレートを前記造形領域内に着脱自在且つ固定可能に構成され、前記材料回収装置は、前記造形テーブル上の余剰の前記材料粉体を吸引可能な吸引ノズルを備え、前記移動装置は、前記吸引ノズルを移動可能に構成され、前記ロボットは、前記ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された前記造形物とを前記チャンバから取り出し可能に構成され、前記制御装置は、前記テーブル駆動機構を制御して前記造形テーブルを所定の上昇量だけ上昇させることと、前記吸引ノズルを移動させながら余剰の前記材料粉体の吸引を行うことと、を交互に繰り返す、積層造形装置。
［２］［１］に記載の積層造形装置であって、前記吸引ノズルによる被吸引物中の前記材料粉体の割合を検出可能な検出手段を備える、積層造形装置。
［３］［２］に記載の積層造形装置であって、前記検出手段は、流量センサである、積層造形装置。
［４］［２］又は［３］に記載の積層造形装置であって、前記制御装置は、前記被吸引物中の前記材料粉体の割合が所定値より大きい場合に、前記造形テーブルを所定の下降量だけ下降させるように前記テーブル駆動機構を制御する、積層造形装置。
［５］［１］から［４］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、前記制御装置は、所望の三次元造形物の形状データに基づき、前記吸引ノズルが所定の位置において所定の姿勢を取るように前記移動装置を制御する、積層造形装置。
［６］［１］から［５］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、前記造形テーブルを囲繞し、前記造形テーブル上に前記材料粉体を保持するように設けられた粉体保持壁と、前記粉体保持壁の外側に排出される余剰の前記材料粉体を収容するように構成された材料回収バケットと、を備え、前記材料回収装置は、運転モードとして回収モードと吸引モードとを備え、前記制御装置は、前記運転モードの切り替えを行うように構成され、前記材料回収装置は、前記回収モードにおいて、前記材料回収バケット内の前記材料粉体を回収し、且つ不純物を除去したうえで前記材料粉体を前記材料層形成装置へ供給し、前記吸引モードにおいて、前記移動装置により前記吸引ノズルを移動させ、前記造形テーブル上の余剰の前記材料粉体を前記吸引ノズルにより吸引するように構成される、積層造形装置。
［７］［１］から［６］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、前記チャック装置の側面は、チャックカバーにより覆われており、前記チャックカバーは、外側カバーと、内側カバーとを備え、前記外側カバーは、前記内側カバーの側面の少なくとも一部を覆い、前記内側カバーは、前記チャック装置の前記側面を覆う、積層造形装置。
［８］［１］から［７］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、前記チャック装置は、取付プレートを介して前記ベースプレートを固定する、積層造形装置。
［９］［１］から［８］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、前記吸引ノズルは、先端側に吸引部を備え、前記吸引部は、先端側の端面を傾斜面で切断した筒形状を有し、前記傾斜面に開口部が設けられる、積層造形装置。
［１０］［１］から［９］のいずれか１つに記載の積層造形装置であって前記ロボットは、前記移動装置を兼ねる、積層造形装置。
［１１］［１０］に記載の積層造形装置であって、前記ロボットは、前記ベースプレートを前記チャンバに搬入する、積層造形装置。
［１２］［１１］に記載の積層造形装置であって、前記ロボットは、前記造形物を前記チャンバから取り出した後、当該造形物を反転させる、積層造形装置。
［１３］三次元造形物の製造方法であって、載置工程と、固化層形成工程と、吸引工程と、取り出し工程とを備え、前記載置工程では、造形テーブル上に配置されたチャック装置によってベースプレートを着脱自在に固定することにより、前記造形テーブル上に設けられた、造形物が形成される領域である造形領域に前記ベースプレートを載置し、前記固化層形成工程では、前記ベースプレート上に材料粉体を供給して材料層を形成する材料層形成工程と、前記材料層の所定の照射領域にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層を形成する固化工程とを繰り返すことにより、前記固化層を積層し、前記吸引工程では、テーブル駆動機構により前記造形テーブルを所定の上昇量だけ上昇させることと、吸引ノズルを移動装置により移動させながら余剰の前記材料粉体の吸引を行うことと、を交互に繰り返し、前記取り出し工程では、前記ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された前記三次元造形物とを、前記造形領域を覆うチャンバから取り出す、製造方法。

本発明に係る積層造形装置には、移動装置により移動可能な吸引ノズルが設けられ、制御装置がテーブル駆動機構を制御して造形テーブルを徐々に上昇させながら、吸引ノズルによって余剰材料を吸引除去するので、造形物に振動が加わり、造形物上の余剰材料がベースプレートや造形テーブル上に落下する。これにより、造形テーブル上の余剰材料をより好適に除去することができる。このとき、吸引ノズルによる余剰材料の除去は自動で行われるので、造形物の取り出しの無人化が可能となる。

本発明の一実施形態に係る積層造形装置１００の概略構成図である。 積層造形装置１００の材料層形成装置２の斜視図である。 材料層形成装置２のリコータヘッド２２の上方からの斜視図である。 材料層形成装置２のリコータヘッド２２の下方からの斜視図である。 チャック装置５にベースプレート８３が固定された状態を示す斜視図である。 図５のＡ－Ａ線における断面図である。 パレット８５、位置決めプレート８６、及びシャフト８７が分解された状態を示す斜視図である。 チャック装置５からチャックカバー５３を取り外した状態を示す斜視図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、吸引ノズル７９の吸引部７９ａの先端を示す図である。図９Ａは、正面図であり、図９Ｂは、右側面図である。 吸引ノズル７９による余剰材料層８１ａの余剰材料の吸引態様を説明するための図である。 積層造形装置１００の制御装置９の構成図である。 積層造形装置１００を用いた三次元造形物Ｗの製造方法のフロー図である。 積層造形装置１００を用いた三次元造形物Ｗの製造方法を説明するための図である。 固化層形成工程を説明するための図である。 吸引工程を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。

１．積層造形装置１００
図１は、本実施形態に係る積層造形装置１００の概略構成図である。積層造形装置１００は、チャンバ１と、材料層形成装置２と、照射装置３と、造形テーブル４と、チャック装置５と、ロボット６と、材料回収装置７と、移動装置と、制御装置９とを備える。チャンバ１内に配置される造形テーブル４上に設けられた造形領域Ｒにおいて、材料層８１及び固化層８２の形成を繰り返すことで、所望の三次元造形物Ｗが形成される。

１．１．チャンバ１
チャンバ１は、所望の三次元造形物Ｗが形成される領域である造形領域Ｒを覆う。チャンバ１の内部は不活性ガス供給装置（不図示）から供給される所定濃度の不活性ガスで充満されている。本明細書において不活性ガスとは、材料層８１や固化層８２と実質的に反応しないガスであり、材料の種類に応じて選択され、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを使用可能である。固化層８２の形成時に発生するヒュームを含んだ不活性ガスは、チャンバ１から排出され、ヒュームコレクタ（不図示）においてヒュームが除去された後にチャンバ１へ供給され再利用される。ヒュームコレクタは、例えば、電気集塵機又はフィルタである。

チャンバ１の上面には、レーザ光Ｂの透過窓となるウィンドウ１ａが設けられる。ウィンドウ１ａは、レーザ光Ｂを透過可能な材料で形成される。具体的に、ウィンドウ１ａの材料は、レーザ光Ｂの種類に応じて、石英ガラスもしくはホウケイ酸ガラス又はゲルマニウム、シリコン、ジンクセレンもしくは臭化カリウムの結晶等から選択される。例えば、レーザ光Ｂがファイバレーザ又はＹＡＧレーザの場合、ウィンドウ１ａは石英ガラスで構成可能である。

また、チャンバ１の上面には、ウィンドウ１ａを覆うように汚染防止装置１７が設けられる。汚染防止装置１７は、円筒形状の筐体１７ａと、筐体１７ａ内に配置された円筒形状の拡散部材１７ｂとを備える。筐体１７ａと拡散部材１７ｂの間の空間に供給された清浄な不活性ガスは、拡散部材１７ｂの壁面に形成された細孔を通じて拡散部材１７ｂの内部に充満され、さらに筐体１７ａの底面に設けられた開口部を通じて下方に向かって噴出される。このような構成により、ヒュームのウィンドウ１ａへの付着を防止し、レーザ光Ｂの照射経路からヒュームを排除することができる。

また、チャンバ１には、制御装置９に制御されて開閉可能な作業扉（不図示）が設けられている。チャンバ１へのベースプレート８３の搬入時や、チャンバ１からのベースプレート８３及び造形物Ｗの取り出し時には、作業扉が開かれ、ロボット６がチャンバ１を出入りして搬入出作業を行う。搬入出作業を行わないとき、特に造形中は、作業扉は閉じられる。

１．２．材料層形成装置２
材料層形成装置２は、造形領域Ｒに載置されたベースプレート８３上に材料粉体を供給して材料層８１を形成する。図１から図４に示すように、材料層形成装置２は、チャンバ１の内部に設けられ、ベース２１と、ベース２１上に配置されるリコータヘッド２２とを備える。リコータヘッド２２は、リコータヘッド駆動装置２３によって水平１軸方向に往復移動可能に構成される。

図３及び図４に示すように、リコータヘッド２２は、材料収容部２２ａと、材料供給口２２ｂと、材料排出口２２ｃとを備える。材料供給口２２ｂは、材料収容部２２ａの上面に設けられ、材料収容部２２ａの長手方向に延びる矩形状であり、材料供給ユニット１０から材料収容部２２ａに供給される材料粉体の受け口となる。材料排出口２２ｃは、材料収容部２２ａの底面に設けられ、材料収容部２２ａ内の材料粉体を排出する。材料排出口２２ｃは、材料収容部２２ａの長手方向に延びるスリット形状を有する。リコータヘッド２２の両側面には、平板状のブレード２２ｆｂ，２２ｒｂが設けられる。ブレード２２ｆｂ，２２ｒｂは、材料排出口２２ｃから排出される材料粉体を平坦化して、材料層８１を形成する。

１．３．照射装置３
図１に示すように、照射装置３は、チャンバ１の上方に設けられる。照射装置３は、造形領域Ｒ内に形成される材料層８１の照射領域にレーザ光Ｂを照射して、材料粉体を溶融又は焼結して固化させ、固化層８２を形成する。レーザ光Ｂは、材料粉体を焼結又は溶融可能であればよく、例えば、ファイバレーザ、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザである。なお、照射装置３は、レーザ光Ｂの代わりに電子ビームを照射して材料層８１を固化させるよう構成されてもよい。

１．４．造形テーブル４
造形テーブル４は、チャンバ１内に設けられ、その上面に造形領域Ｒが設けられる。造形テーブル４は、テーブル駆動機構４１により上下運動可能に構成される。本実施形態のテーブル駆動機構４１は、駆動源としてモータを用いて構成される。なお、テーブル駆動機構４１の構成は、本実施形態の例に限定されるものではなく、造形テーブル４を上下（鉛直）方向に移動可能であれば、他の形態でもよい。

１．５．チャック装置５
チャック装置５は、造形テーブル４上に配置され、ベースプレート８３を造形領域Ｒ内に着脱自在且つ固定可能に構成される。チャック装置５がベースプレート８３を保持し固定することにより、ベースプレート８３が造形領域Ｒ内に載置される。

ベースプレート８３は、チャック装置５により直接固定されてもよく、取付プレート８４等の別部材を介して固定されてもよい。本実施形態では、図１、図５、及び図６に示すように、ベースプレート８３が、取付プレート８４及びパレット８５を介してチャック装置５により着脱自在に固定されている。具体的には、パレット８５の底面に下方に向かって突出するようにシャフト８７が取り付けられ、シャフト８７をチャック装置５により把持することによりパレット８５が着脱自在に固定される。また、取付プレート８４は、ボルト等の固定部材を用いてパレット８５上に固定され、ベースプレート８３は、ボルト等の固定部材を用いて取付プレート８４上に固定されている。つまり、下側からチャック装置５、パレット８５、取付プレート８４、ベースプレート８３がこの順に配置されており、ベースプレート８３の上面に三次元造形物Ｗが造形される。

本実施形態のチャック装置５は、図６から図８に示すように、造形テーブル４上に配置されたチャックベース５１と、チャックベース５１上に配置されたクランプユニット５２とを備える。

チャックベース５１は、チャック装置５を造形テーブル４上に固定するために用いられる。本実施形態では、平面視で四角形状のチャックベース５１の四隅が、ボルト等の固定部材により造形テーブル４に固定されている。

クランプユニット５２は、略有底円筒形状を有する。クランプユニット５２の上面には、平面視における同円心状に第１凸部５２ａ及び第２凸部５２ｂがそれぞれ複数（一例では、４個）設けられ、さらに、平面視における中心から放射状に形成された当接凹部５２ｃが複数（一例では、４個）設けられている。また、クランプユニット５２の内部には、図６に示すように、シャフト８７を係止する係止部材として複数のボール５２ｄがシャフト８７の周方向に沿って等間隔に配置されている。

シャフト８７は、図６及び図７に示すように、チャッキング栓８７ａと、チャッキング栓８７ａの外側に設けられた係止部８７ｂとを備える。チャッキング栓８７ａの上端側にはネジ部が形成され、当該ネジ部がパレット８５の底面に形成されたネジ穴に螺合されることで、チャッキング栓８７ａがパレット８５に取り付けられる。また、チャッキング栓８７ａの下端がクランプユニット５２の挿入孔５２ｅに挿入され、係止部８７ｂの凹部８７ｃにクランプユニット５２のボール５２ｄが係合することで、シャフト８７が係止される。これにより、パレット８５がチャック装置５に固定される。

さらに、本実施形態では、パレット８５とクランプユニット５２との間に、位置決めプレート８６が介装されている。位置決めプレート８６は、パレット８５の底面に対してボルト等の固定部材を用いて固定されている。位置決めプレート８６には、第１開口部８６ａ及び第２開口部８６ｂがそれぞれ複数（一例では、４個）設けられている。第１開口部８６ａ及び第２開口部８６ｂは、平面視においてクランプユニット５２の第１凸部５２ａ及び第２凸部５２ｂにそれぞれ重なる位置に設けられており、第１凸部５２ａが第１開口部８６ａに挿通され、第２凸部５２ｂが第２開口部８６ｂに挿通されることにより、位置決めプレート８６が水平方向に位置決めされる。

また、位置決めプレート８６の下面には、複数（一例では、４個）の支え足８６ｃが取付軸８６ｄを用いて取り付けられている。支え足８６ｃは、平面視において当接凹部５２ｃに重なる位置に取り付けられており、支え足８６ｃの底面が当接凹部５２ｃに当接することにより、位置決めプレート８６が鉛直方向に位置決めされる。位置決めプレート８６をパレット８５に取り付けることにより、パレット８５をチャック装置５により固定した際に、パレット８５上に固定された取付プレート８４及びベースプレート８３を、水平方向及び鉛直方向における所定の位置に高精度で配置することができる。

本実施形態では、ベースプレート８３が、別部材（取付プレート８４及びパレット８５）を介してチャック装置５に固定されている。このような構成では、シャフト８７や位置決めプレート８６を取り付けるためのネジ穴等の取付部は、当該別部材に形成すればよく、また当該別部材は造形後に一部又は全部をベースプレート８３から取り外して再利用することができる。従って、チャック装置５の形態に応じてベースプレート８３に取付部を設ける必要がないため、ベースプレート８３をより安価に製造することが可能となる。

図５及び図６に示すように、本実施形態では、チャック装置５の側面が、チャックカバー５３により覆われている。チャックカバー５３は、外側カバー５４と、内側カバー５５とを備える。外側カバー５４は、内側カバー５５の側面の少なくとも一部を覆い、内側カバー５５は、チャック装置５の側面を覆う。チャックカバー５３の素材としては、金属や樹脂等を用いることができる。

具体的には、図６及び図８に示すように、内側カバー５５は、円筒形状の内側被覆部５５ａと、内側被覆部５５ａの下端において径方向外側に張り出すフランジ部５５ｂとを備える。内側被覆部５５ａは、チャック装置５のクランプユニット５２の側面を覆う。内側カバー５５は、フランジ部５５ｂにおいてチャックベース５１上に固定される。また、外側カバー５４は、円筒形状の外側被覆部５４ａと、外側被覆部５４ａの上端において径方向内側に張り出す上面部５４ｂとを備える。外側被覆部５４ａは、内側被覆部５５ａの側面のうち上側の一部を覆う。外側カバー５４は、上面部５４ｂにおいて、上面部５４ｂの上面がパレット８５の底面と接触した状態でパレット８５に固定されている。また、外側カバー５４及び内側カバー５５は、外側被覆部５４ａと内側被覆部５５ａとが同軸となるように配置される。このような構成により、造形中、又は造形完了後にチャック装置５によるベースプレート８３の固定を解除した際に、チャック装置５の内部、特にクランプユニット５２への余剰材料の侵入を防止することができる。

また、図６に示すように、外側カバー５４と内側カバー５５との間には、間隙Ｇが設けられる。具体的には、外側被覆部５４ａの内径Ｄ１及び内側被覆部５５ａの外径Ｄ２について、Ｄ１＞Ｄ２の条件が満たされるように、外側カバー５４と内側カバー５５を設計することで、間隙Ｇが設けられる。なお、間隙Ｇは、好ましくは、外側被覆部５４ａの内面と内側被覆部５５ａの外面との間の距離（本実施形態では、（Ｄ１－Ｄ２）／２）が１～１０ｍｍとなるように設けられる。このような構成では、ベースプレート８３上から落下した余剰材料等の粉体がチャックカバー５３の内部に至る経路が屈曲しているため、粉体の侵入をより効果的に防止することができる。

なお、チャックカバー５３の構成は、本実施形態の例に限定されるものではない。例えば、内側被覆部５５ａ及び外側被覆部５４ａを、角筒形状としてもよい。図６ないし図８に示される実施形態のチャック装置５によると、ロボット６がどのようなプロセスで余剰の材料粉体を吸引して除去するかに関わらず、余剰の材料粉体がクランプユニット５２に侵入することによって継続して造形を行なうことができなくなる事態が生じるおそれが低減されるので、連続する造形の無人運転を支援する。

１．６．ロボット６
ロボット６は、ベースプレート８３と、ベースプレート８３上に造形された造形物Ｗとをチャンバ１から取り出し可能に構成される。本実施形態では、造形完了後に凹部８７ｃからクランプユニット５２のボール５２ｄを係脱させることでチャック装置５によるパレット８５の固定を解除する。この状態でロボット６がパレット８５の所定箇所を把持して、又はパレット８５の側面に設けられた支持孔（不図示）に支持棒を挿入して持ち上げることにより、ベースプレート８３及び造形物Ｗを取付プレート８４、パレット８５、シャフト８７、及び外側カバー５４と共に作業扉を経由してチャンバ１から取り出す。

また、ロボット６を、造形物Ｗをチャンバ１から取り出した後、所定位置へ移動させて造形物Ｗを上下方向に反転させるように構成してもよい。造形物Ｗを反転させることで、造形物Ｗやベースプレート８３に付着した余剰材料を落下させて除去することができる。この際、反転した造形物Ｗをチャンバ１の外部に設けられた仕上げ装置（不図示）に載置し、自動又は手動で余剰材料の仕上げ除去を行ってもよい。仕上げ除去として、例えば、吸引ノズルによる材料粉体を吸引する、又は造形物Ｗを振動させて材料粉体を落下させる、チャンバ１外の吸引チャンバ（不図示）に造形物Ｗを搬送して粉末の吸引除去を行う等の方法が挙げられる。

造形物Ｗに対して二次加工を行う場合、ロボット６は、チャンバ１から取り出したベースプレート８３及び造形物Ｗを、二次加工装置（不図示）に移動させる。

なお、本実施形態のロボット６は、造形開始前にベースプレート８３をチャンバ１内に搬入するためにも用いられる。具体的には、チャンバ１の外部に設けられたストッカー（不図示）に、ベースプレート８３、取付プレート８４、パレット８５、シャフト８７、及び外側カバー５４が一体化されたベースプレートセットの状態で保管されており、ロボット６は、パレット８５の所定箇所を把持することにより、又はパレット８５の側面に設けられた支持孔に支持棒を挿入して持ち上げることにより、作業扉からベースプレートセットをチャンバ１内に搬入し、クランプユニット５２にシャフト８７の下端を挿入する。挿入されたシャフト８７の凹部８７ｃにボール５２ｄを係合させることで、パレット８５をチャック装置５により固定する。

１．７．材料粉体の供給・回収系統
次に、材料回収装置７を含む、材料粉体の供給・回収系統について説明する。図１に示すように、チャンバ１の壁面付近には、材料供給ユニット１０が設けられる。材料供給ユニット１０は、材料タンク１１と、メインダクト１２と、中間ダクト１３とを備える。材料タンク１１には新規の材料粉体が収容され、メインダクト１２を通じて中間ダクト１３に供給される。

中間ダクト１３は、上下方向に移動可能であり、中間ダクト出口１３ａから材料粉体を排出するように構成されている。本実施形態の中間ダクト出口１３ａは、リコータヘッド２２の材料供給口２２ｂと略同一方向に延びる矩形状である。また、中間ダクト出口１３ａは、シャッタ１４によって開閉可能に構成される。中間ダクト出口１３ａは、通常時はシャッタ１４によって閉じられている。材料粉体の補充時には、リコータヘッド２２が中間ダクト１３の直下に移動し、中間ダクト出口１３ａが材料収容部２２ａの上端よりも低い位置になるように中間ダクト１３が移動する。この状態でシャッタ１４が開き、材料粉体が補充される。

本実施形態では、造形テーブル４を囲繞するように、粉体保持壁４２が設けられる。粉体保持壁４２により、材料粉体が造形テーブル４上に保持される。また、粉体保持壁４２の外側に排出される余剰材料を収容するように構成された材料回収バケット７０が設けられる。

材料層形成装置２のベース２１には、材料回収バケット７０に連通する少なくとも１つの粉体排出部７０ｂが設けられる。移動するリコータヘッド２２によって押し出された余剰材料や不純物は、粉体排出部７０ｂから排出されて、シューターガイド７０ｄによってシューター７０ｅに案内され、材料回収バケット７０に収容される。なお、粉体排出部７０ｂは、シャッタ（不図示）によって開閉可能に構成されても良い。さらに、粉体保持壁４２の下側に粉体保持壁４２の内側の材料粉体を排出可能な粉体排出部７０ａを設け、積層造形の完了後に造形テーブル４を下降させることによって、未固化の材料粉体や切削屑等の不純物の一部を粉体排出部７０ａから排出してもよい。この場合、粉体排出部７０ａから排出された材料粉体は、シューターガイド７０ｃによってシューター７０ｅに案内され、材料回収バケット７０に収容される。

本実施形態の材料回収装置７は、図１に示すように、材料回収用搬送装置７１と、不純物除去装置７３と、吸引装置７４と、材料供給バケット７６と、材料乾燥装置７７と、材料供給用搬送装置７８と、吸引ノズル７９とを備える。材料回収用搬送装置７１の吸引口７１ｂは切換弁７２を介して配管等により材料回収バケット７０に接続されており、材料回収バケット７０内の不純物を含んだ材料粉体は、材料回収用搬送装置７１により不純物除去装置７３へと搬送される。不純物として、例えば、照射時に発生するスパッタや、切削加工等で生じる加工屑が挙げられる。不純物除去装置７３は、材料回収用搬送装置７１から搬送される材料粉体から不純物を除去する。不純物が取り除かれた材料粉体は、材料供給バケット７６内に収容される。材料乾燥装置７７は、材料供給バケット７６内の材料粉体を乾燥させる。材料乾燥装置７７によって乾燥された材料粉体は、メインダクト１２の上部に接続された材料供給用搬送装置７８によりメインダクト１２内に供給され、再利用される。

材料回収用搬送装置７１及び材料供給用搬送装置７８はサイクロン方式のフィルタを内部に有し、フィルタの排気口７１ａ及び排気口７８ａは切換弁７５を介して吸引装置７４に配管等により接続されている。吸引装置７４は、気体と固体を一緒に吸引可能な吸引力を有し、例えば、クリーナー等を用いて構成される。吸引装置７４により材料粉体や不純物等の固体が気体と共に吸引されると、フィルタは比重差を利用して固体のみを気流から分離し落下させる。これにより、固体が搬送され、気体が排気口７１ａ，７８ａから吸引装置７４に吸引される。なお、１台の吸引装置７４を材料回収用搬送装置７１及び材料供給用搬送装置７８に切換弁７５を介して切り替え可能に接続しても、材料回収用搬送装置７１及び材料供給用搬送装置７８の各々に吸引装置７４を１台ずつ独立して接続してもよい。

吸引ノズル７９は、造形テーブル４上の余剰の材料粉体を吸引可能に構成される。また、吸引ノズル７９は、移動装置により移動可能である。本実施形態では、ロボット６が移動装置を兼ねている。具体的には、チャンバ１外の収納部（不図示）に吸引ノズル７９が収納されており、ロボット６が吸引ノズル７９を把持して作業扉からチャンバ１内に移動し、任意の位置に配置することができる。また、ロボット６により吸引ノズル７９を傾ける等の操作により、造形物Ｗに対する吸引ノズル７９の姿勢を変化させることもできる。

本実施形態の吸引ノズル７９は、切換弁７２を介して配管等により材料回収用搬送装置７１の吸引口７１ｂに接続されている。例えば、可撓性を有するホースの一端に吸引ノズル７９を取り付け、切換弁７２を介してホースの他端を吸引口７１ｂに接続することができる。吸引ノズル７９から吸引された材料粉体は、上述と同様の方法で、不純物の除去処理、及び乾燥処理が行われた後にメインダクト１２内に供給される。

本実施形態の積層造形装置１００は、吸引ノズル７９による被吸引物中の材料粉体の割合を検出可能な検出手段（不図示）を備える。被吸引物中の材料粉体の割合としては、例えば、被吸引物中の材料粉体の体積流量割合又は質量流量割合、又は所定の検出領域における面積割合を用いることができる。検出手段として、例えば、流量センサ、又はカメラ等の撮像装置を用いることができる。本実施形態では、吸引ノズル７９又は吸引ノズル７９が取り付けられたホースの内部に検出手段として流量センサを設置する。一例として、流量センサは、被吸引物中の粉体の体積流量を検出可能に構成される。具体的には、流量センサは、吸引ノズル７９又はホースの内部の所定位置において、マイクロ波を発信しその反射波を受信する。当該所定位置を通過する被吸引物中の粉体量に応じて反射波の周波数及び振幅が変化するため、当該変化に基づき被吸引物中の材料粉体の体積流量を検出し、材料粉体の体積流量割合を取得することができる。検出手段による検出結果は、制御装置９へ出力される。なお、検出手段は、被吸引物中の材料粉体の割合を直接検出するように構成してもよく、材料粉体の割合を間接的に検出するように構成してもよい。間接的に検出する場合、例えば、被吸引物中の気体の割合を検出し、検出結果から材料粉体の割合を取得してもよい。

図９Ａ及び図９Ｂは、吸引ノズル７９の吸引部７９ａの先端を示す図である。図９Ａは、正面図であり、図９Ｂは、右側面図である。本実施形態の吸引ノズル７９は、先端側に吸引部７９ａを備える。また、図９Ａ及び図９Ｂでは図示省略されているが、吸引ノズル７９の基端側には、移動装置としてのロボット６が把持可能な把持部が設けられている。吸引部７９ａは、先端側の端面を傾斜面で切断した筒形状を有し、傾斜面に開口部７９ｂが設けられている。余剰材料は、開口部７９ｂから吸引される。

このような構成では、図１０に示すように、余剰材料からなる層（余剰材料層８１ａ）に吸引ノズル７９を近づけて開口部７９ｂの一部を余剰材料層８１ａ内に埋入させると、材料粉体が開口部７９ｂから吸引される。この際、開口部７９ｂのうち余剰材料層８１ａ内に埋入していない部分からは、気体が吸引される。材料粉体を気体と共に吸引することにより、被吸引物中の固体の割合が過剰となり吸引力が低下したり、吸引ノズル７９及びホースの内部に詰まりが発生する事態を回避できる。

本実施形態の材料回収装置７は、運転モードとして回収モードと吸引モードとを備え、後述する制御装置９の材料供給・回収制御部９８により、運転モードの切り替えが行われる。回収モードにおいて、材料回収装置７は、材料回収バケット７０内の材料粉体を回収し、且つ不純物を除去したうえで材料粉体を材料層形成装置２へ供給する。一方、吸引モードにおいて、材料回収装置７は、移動装置としてのロボット６により吸引ノズル７９を移動させ、造形テーブル４上の余剰の材料粉体を吸引ノズル７９により吸引する。本実施形態では、材料供給・回収制御部９８が切換弁７２を切り替えることにより、材料回収用搬送装置７１による材料粉体の搬送元が材料回収バケット７０である回収モードと、当該搬送元が吸引ノズル７９である吸引モードとが、切り替えられる。

１．８．制御装置９
積層造形装置１００の制御系統は、図１１に示すように、ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ）装置９０ａ、ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）装置９０ｂ、及び制御装置９を含む。これら装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、補助記憶装置、出入力インターフェース等のハードウェアと、ソフトウェアとを任意に組み合わせて構成される。以下、制御系統による制御動作のうち、本発明との関連が強い制御に限定して説明を行う。

ＣＡＤ装置９０ａは、造形対称の三次元造形物Ｗの形状及び寸法を特定する三次元形状データ（ＣＡＤデータ）を作成する。ＣＡＭ装置９０ｂは、ＣＡＤデータに基づき、積層造形装置１００に対する指令が規定されたプロジェクトファイルを作成する。ＣＡＭ装置９０ｂは、通信線や記憶媒体を介してプロジェクトファイルを制御装置９に送る。

制御装置９は、プロジェクトファイルに従って、材料層形成装置２、照射装置３、造形テーブル４、チャック装置５、ロボット６、材料回収装置７、及び移動装置等の積層造形装置１００の構成要素を制御し、積層造形を行う。制御装置９は、数値制御部９１と積層造形装置１００の構成要素の制御部９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８とを備える。

数値制御部９１は、ＣＡＭ装置９０ｂが作成したプロジェクトファイルに従って、積層造形装置１００の構成要素の動作指令を各制御部９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８に出力するものであり、記憶部９１ａと、演算部９１ｂと、メモリ９１ｃとを備える。記憶部９１ａは、ＣＡＭ装置９０ｂから取得したプロジェクトファイルを記憶する。演算部９１ｂは、プロジェクトファイルに従って、積層造形装置１００の構成要素を数値制御するための演算処理を実行する。メモリ９１ｃは、演算部９１ｂによる演算処理の過程で数値やデータを一時的に記憶する。

積層造形装置１００の構成要素の制御部９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８は、数値制御部９１からの動作指令に基づき各構成要素の動作を制御する。具体的には、作業扉制御部９２は、作業扉を制御して適時に開閉させる。材料層形成制御部９３は、リコータヘッド駆動装置２３を制御して、リコータヘッド２２を水平１軸方向に往復移動させる。照射制御部９４は、レーザ光Ｂが、照射領域内の所定の位置に、所定の条件で照射されるように、照射装置３を制御する。

テーブル制御部９５は、テーブル駆動機構４１を制御して、造形テーブル４を上下方向に移動させ所定の位置に配置する。チャック制御部９６は、チャック装置５のクランプユニット５２を制御して、ベースプレート８３の固定と固定解除とを切り替える。

ロボット制御部９７は、ロボット６を制御して、チャンバ１内へのベースプレート８３の搬入と、チャンバ１からのベースプレート８３及び造形物Ｗの取り出しを行う他、必要に応じて、チャンバ１からの取り出し後の造形物Ｗの反転、及び二次加工装置への移動を行う。また、本実施形態では、ロボット６が吸引ノズル７９の移動装置を兼ねている。従って、ロボット制御部９７は、移動装置としてのロボット６を制御して、吸引ノズル７９を移動させ、所定の位置において所定の姿勢で配置する。

材料供給・回収制御部９８は、材料回収装置７及び材料供給ユニット１０を制御する。また、材料回収装置７の運転モードの切り替えを行う。

なお、上述の構成に加え、積層造形装置１００は、固化層８２及び造形物Ｗに対し必要に応じて切削加工等の機械加工を行うための機械加工装置（不図示）をチャンバ１内に備えてもよい。機械加工装置は、例えば、切削等の機械加工を行うための工具（例えば、エンドミル）を加工ヘッドに取り付けて構成され、加工ヘッドを水平方向及び鉛直方向に適宜移動させて固化層８２又は造形物Ｗに対して機械加工を行う。また、工具は、加工ヘッドのスピンドルに対して取り付けることで回転可能に構成してもよい。

２．三次元造形物Ｗの製造方法
次に、図１２を参照して、本実施形態に係る積層造形装置１００を用いた、三次元造形物Ｗの製造方法について説明する。

２．１．載置工程Ｓ１
載置工程Ｓ１では、ベースプレート８３を造形テーブル４上の造形領域Ｒに載置する。具体的には、まず、作業扉制御部９２が、作業扉を制御して開く。また、ロボット制御部９７は、ロボット６を制御して、チャンバ１外部のストッカーからベースプレートセットをチャンバ１内に搬入させる。ロボット６は、開放された作業扉からベースプレートセットをチャンバ１内に搬入し、クランプユニット５２の挿入孔５２ｅにシャフト８７の下端を挿入する。この状態で、チャック制御部９６は、チャック装置５のクランプユニット５２を制御して、ボール５２ｄをシャフト８７の係止部８７ｂに係合させる。これにより、図１３に示すように、ベースプレート８３が、チャック装置５に着脱自在に固定された状態で、造形領域Ｒに載置される。また、チャック装置５の側面が外側カバー５４及び内側カバー５５からなるチャックカバー５３により覆われる。

ベースプレート８３の載置後、ロボット制御部９７はロボット６を制御してチャンバ１外へと退避させ、作業扉制御部９２は作業扉を閉じる。その後、不活性ガス供給装置からチャンバ１内に不活性ガスが供給・充満される。これにより、造形開始可能な状態となる。

２．２．材料供給工程Ｓ２
材料供給工程Ｓ２では、材料層形成装置２の材料収容部２２ａに材料粉体を供給して収容する。具体的には、材料層形成制御部９３は、リコータヘッド駆動装置２３を制御して、リコータヘッド２２を中間ダクト１３の直下まで移動させる。この状態で、材料供給・回収制御部９８は、材料供給ユニット１０を制御して、シャッタ１４を開いて材料粉体を材料収容部２２ａ内に供給する。十分な量の材料粉体が供給された時点で、材料供給・回収制御部９８はシャッタ１４を閉じて供給を停止する。その後、材料層形成制御部９３は、リコータヘッド駆動装置２３を制御して、リコータヘッド２２を造形領域Ｒまで移動させる。なお、材料供給工程Ｓ２は、造形の開始から完了までの間、材料粉体を材料収容部２２ａに補充するために適時に複数回行われる。

２．３．固化層形成工程Ｓ３
次に、固化層形成工程Ｓ３が行われる。固化層形成工程Ｓ３では、ベースプレート８３上に材料粉体を供給して材料層８１を形成する材料層形成工程Ｓ３－１と、材料層８１の所定の照射領域にレーザ光Ｂを照射することにより固化層８２を形成する固化工程Ｓ３－２とを繰り返すことにより、固化層８２が積層される。

具体的には、まず、テーブル制御部９５は、テーブル駆動機構４１を制御して、造形テーブル４を所定の高さに配置する。この状態で、材料層形成制御部９３は、リコータヘッド駆動装置２３を制御して、リコータヘッド２２を図１３の左側から右側に移動させる。これにより、ベースプレート８３上に１層目の材料層８１が形成される。次に、照射制御部９４は、照射装置３を制御して１層目の材料層８１の所定の照射領域にレーザ光Ｂ又は電子ビームを照射する。これにより、図１４に示すように、１層目の材料層８１を固化させて、１層目の固化層８２を得る。

続いて、２回目の材料層形成工程Ｓ３－１が行われる。１層目の固化層８２を形成後、テーブル制御部９５は、テーブル駆動機構４１を制御して、造形テーブル４の高さを材料層８１の１層分下げる。この状態で、材料層形成制御部９３は、リコータヘッド駆動装置２３を制御して、リコータヘッド２２を造形領域Ｒの図１４の右側から左側に移動させる。これにより、１層目の固化層８２を覆うように２層目の材料層８１が形成される。そして２回目の固化工程Ｓ３－２が行われる。上述と同様の方法で、２層目の材料層８１の所定の照射領域にレーザ光Ｂを照射することによって２層目の材料層８１を固化させて、２層目の固化層８２を得る。

所望の三次元造形物Ｗが得られるまで、材料層形成工程Ｓ３－１及び固化工程Ｓ３－２が繰り返され、複数の固化層８２が積層される。隣接する固化層８２は、互いに強く固着される。また、造形中又は造形後に、必要に応じて機械加工装置による切削加工等が行われる。

２．４．材料回収工程Ｓ４
固化層形成工程Ｓ３と並行して、材料回収工程Ｓ４が行われる。材料回収工程Ｓ４において、材料回収装置７は回収モードで稼働する。具体的には、材料供給・回収制御部９８は、材料回収用搬送装置７１による材料粉体の搬送元が材料回収バケット７０となるように切換弁７２を切り替える。また、材料回収用搬送装置７１、不純物除去装置７３、吸引装置７４、材料供給バケット７６、材料乾燥装置７７、及び材料供給用搬送装置７８を稼働させ、材料回収バケット７０内の不純物を含んだ材料粉体に対して不純物の除去処理、及び乾燥処理を行ったうえで、メインダクト１２内へ供給する。

２．５．吸引工程Ｓ５
造形完了後、吸引工程Ｓ５が行われる。吸引工程Ｓ５では、造形テーブル４上の余剰材料を吸引ノズル７９により吸引する。具体的には、まず、作業扉制御部９２が、作業扉を制御して開く。次に、ロボット制御部９７は、移動装置としてのロボット６を制御して、吸引ノズル７９を把持して作業扉からチャンバ１内に移動させる。また、吸引工程Ｓ５において、材料回収装置７は吸引モードで稼働する。材料供給・回収制御部９８は、材料回収用搬送装置７１による材料粉体の搬送元が吸引ノズル７９となるように切換弁７２を切り替える。

図１５に示すように、造形の開始から完了までの間に、造形テーブル４は形成された材料層８１の厚みの合計に相当する高さだけ下降している。この状態で、ロボット制御部９７は、ロボット６を制御して吸引ノズル７９を移動させ、吸引ノズル７９により余剰材料層８１ａの上面側から余剰材料を吸引する。

余剰材料層８１ａの上面から所定の厚みだけ吸引が完了した時点で、テーブル制御部９５は、テーブル駆動機構４１を制御して、造形テーブル４を所定の上昇量だけ上昇させる。これにより、余剰材料層８１ａの上面が、上昇する。この状態で、ロボット制御部９７は、ロボット６を制御して吸引ノズル７９を移動させ、余剰材料を上面側から吸引する。

余剰材料が全て除去されるまで、制御装置９は、テーブル駆動機構４１を制御して造形テーブル４を所定の上昇量だけ上昇させることと、吸引ノズル７９を移動させながら余剰の材料粉体の吸引を行うことと、を交互に繰り返す。造形テーブル４を上昇させることで、造形テーブル４上の造形物Ｗに振動が加わり、造形物Ｗの窪み等に残留した余剰材料が、ベースプレート８３や造形テーブル４上に落下し、造形テーブル４上の余剰材料をより効率的に吸引除去できる。

吸引工程Ｓ５における１回の上昇動作における造形テーブル４の上昇量は、好ましくは５～３０ｍｍであり、より好ましくは７～２０ｍｍである。１回の上昇動作における上昇量が小さすぎると、造形物Ｗに加わる振動が不十分となる他、上昇動作が頻回となり吸引工程Ｓ５の効率が低下する場合がある。一方、上昇量が大きすぎると、余剰材料層８１ａの上面の高さが粉体保持壁４２の上端を超え、造形テーブル４上に保持できなくなる場合がある。

本実施形態の吸引工程Ｓ５において、制御装置９のロボット制御部９７は、所望の三次元造形物Ｗの形状データに基づき、吸引ノズル７９が所定の位置において所定の姿勢を取るように移動装置としてのロボット６を制御する。具体的には、造形物Ｗの輪郭を表すデータをロボット６に読み込ませ、吸引ノズル７９が造形物Ｗに接触しないように、又は造形物Ｗの窪み等に残留した余剰材料を効率的に吸引できるように、吸引ノズル７９の位置及び造形物Ｗに対する姿勢を調整しながら吸引ノズル７９を移動させる。

また、制御装置９のテーブル制御部９５は、検出手段としての流量センサによる検出結果に基づき、吸引ノズル７９による被吸引物中の材料粉体の割合が所定値ｒより大きい場合に、造形テーブル４を所定の下降量だけ下降させるようにテーブル駆動機構４１を制御する。被吸引物中の材料粉体の割合が大きすぎると、吸引ノズル７９の吸引力の低下や、吸引ノズル７９及びホースの内部の詰まりが起きやすくなる。造形テーブル４を下降させることで、吸引ノズル７９の開口部７９ｂの余剰材料層８１ａへの埋入量を減らして気体の吸引量を増やし、上述のような事態を回避することができる。

一例として、検出手段として流量センサを用い、吸引ノズル７９又はホースの内部における被吸引物中の材料粉体の体積流量割合を取得する場合、材料粉体の体積流量割合が０．７～０．８程度である場合に、効率的に吸引でき、且つ吸引ノズル７９及びホースの内部の詰まりが起きにくい。従って、このような検出手段の構成において、所定値ｒは、好ましくは０．８＜ｒを満たすように設定される。

また、本実施形態において、制御装置９は、検出手段の検出結果に基づき、余剰材料の吸引が完了したかを判断する。具体的には、吸引ノズル７９による被吸引物中の材料粉体の割合が凡そ０となった時点で、造形テーブル４上の余剰材料が全て吸引されたと判断する。吸引完了後、ロボット制御部９７は、ロボット６を制御して吸引ノズル７９を作業扉からチャンバ１外へ移動して収納部に収納する。これにより、吸引工程Ｓ５が終了する。

なお、余剰材料の吸引完了の判断方法は、上述の例に限定されるものではない。例えば、カメラ等の撮像装置によりベースプレート８３及び造形物Ｗの画像データを取得し、画像データから余剰材料が残留していないかを確認して、吸引完了を判断してもよい。

２．６．取り出し工程Ｓ６
吸引工程Ｓ５の完了後、取り出し工程Ｓ６が実施され、ベースプレート８３と、ベースプレート８３上に造形された造形物Ｗとがチャンバ１から取り出される。具体的には、まず、チャック制御部９６は、チャック装置５のクランプユニット５２を制御して、ボール５２ｄを係止部８７ｂから係脱させ、チャック装置５によるベースプレート８３の固定を解除する。次に、ロボット制御部９７は、ロボット６を制御して、ベースプレート８３及び造形物Ｗを、取付プレート８４、パレット８５、シャフト８７、及び外側カバー５４と共にチャンバ１から取り出す。

チャンバ１から造形物Ｗを取り出した後、ロボット制御部９７は、ロボット６を制御して、造形物Ｗを上下方向に反転させて余剰材料を落下させたり、反転した造形物Ｗを仕上げ装置に載置して余剰材料の仕上げ除去を行ってもよい。また、二次加工を行う場合、ロボット制御部９７がロボット６を制御して造形物Ｗを二次加工装置に移動させた後、二次加工工程Ｓ７が行われる。その場合、チャック装置５と同様の構成を有する固定装置を二次加工装置に導入することで、ロボット６を制御して、載置工程Ｓ１におけるチャック装置５への固定と同様に、ベースプレート８３及び造形物Ｗを取付プレート８４及びパレット８５を介して当該固定装置に固定して配置することができる。二次加工装置における造形物Ｗの載置の自動化が可能となるとともに、造形領域Ｒへの載置時と同等の配置精度が確保され、高精度の二次加工が可能となる。

取り出し工程Ｓ６の完了後、上述の工程を繰り返すことにより、三次元造形物Ｗが順次製造される。このような構成では、造形完了後に吸引ノズル７９による余剰材料の除去が自動で行われるため、チャンバ１からの造形物Ｗの取り出しの無人化が可能となる。

以上、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１：チャンバ、１ａ：ウィンドウ、２：材料層形成装置、３：照射装置、４：造形テーブル、５：チャック装置、６：ロボット、７：材料回収装置、９：制御装置、１０：材料供給ユニット、１１：材料タンク、１２：メインダクト、１３：中間ダクト、１３ａ：中間ダクト出口、１４：シャッタ、１７：汚染防止装置、１７ａ：筐体、１７ｂ：拡散部材、２１：ベース、２２：リコータヘッド、２２ａ：材料収容部、２２ｂ：材料供給口、２２ｃ：材料排出口、２２ｆｂ：ブレード、２２ｒｂ：ブレード、２３：リコータヘッド駆動装置、４１：テーブル駆動機構、４２：粉体保持壁、５１：チャックベース、５２：クランプユニット、５２ａ：第１凸部、５２ｂ：第２凸部、５２ｃ：当接凹部、５２ｄ：ボール、５２ｅ：挿入孔、５３：チャックカバー、５４：外側カバー、５４ａ：外側被覆部、５４ｂ：上面部、５５：内側カバー、５５ａ：内側被覆部、５５ｂ：フランジ部、７０：材料回収バケット、７０ａ：粉体排出部、７０ｂ：粉体排出部、７０ｃ：シューターガイド、７０ｄ：シューターガイド、７０ｅ：シューター、７１：材料回収用搬送装置、７１ａ：排気口、７１ｂ：吸引口、７２：切換弁、７３：不純物除去装置、７４：吸引装置、７５：切換弁、７６：材料供給バケット、７７：材料乾燥装置、７８：材料供給用搬送装置、７８ａ：排気口、７９：吸引ノズル、７９ａ：吸引部、７９ｂ：開口部、８１：材料層、８１ａ：余剰材料層、８２：固化層、８３：ベースプレート、８４：取付プレート、８５：パレット、８６：位置決めプレート、８６ａ：第１開口部、８６ｂ：第２開口部、８６ｃ：支え足、８６ｄ：取付軸、８７：シャフト、８７ａ：チャッキング栓、８７ｂ：係止部、８７ｃ：凹部、９０ａ：ＣＡＤ装置、９０ｂ：ＣＡＭ装置、９１：数値制御部、９１ａ：記憶部、９１ｂ：演算部、９１ｃ：メモリ、９２：作業扉制御部、９３：材料層形成制御部、９４：照射制御部、９５：テーブル制御部、９６：チャック制御部、９７：ロボット制御部、９８：回収制御部、１００：積層造形装置、Ｂ：レーザ光、Ｇ：間隙、Ｒ：造形領域、Ｗ：三次元造形物

Claims (13)

1. 造形テーブルと、チャンバと、材料層形成装置と、チャック装置と、材料回収装置と、移動装置と、ロボットと、制御装置とを備える積層造形装置であって、
   前記造形テーブルは、テーブル駆動機構により上下運動可能に構成され、
   前記チャンバは、前記造形テーブル上に設けられた、造形物が形成される領域である造形領域を覆い、
   前記材料層形成装置は、前記造形領域に載置されたベースプレート上に材料粉体を供給して材料層を形成し、
   前記チャック装置は、前記造形テーブル上に配置され、前記ベースプレートを前記造形領域内に着脱自在且つ固定可能に構成され、
   前記材料回収装置は、前記造形テーブル上の余剰の前記材料粉体を吸引可能な吸引ノズルを備え、
   前記移動装置は、前記吸引ノズルを移動可能に構成され、
   前記ロボットは、前記ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された前記造形物とを前記チャンバから取り出し可能に構成され、
   前記制御装置は、前記テーブル駆動機構を制御して前記造形テーブルを所定の上昇量だけ上昇させることと、前記吸引ノズルを移動させながら余剰の前記材料粉体の吸引を行うことと、を交互に繰り返す、積層造形装置。
2. 請求項１に記載の積層造形装置であって、
   前記吸引ノズルによる被吸引物中の前記材料粉体の割合を検出可能な検出手段を備える、積層造形装置。
3. 請求項２に記載の積層造形装置であって、
   前記検出手段は、流量センサである、積層造形装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の積層造形装置であって、
   前記制御装置は、前記被吸引物中の前記材料粉体の割合が所定値より大きい場合に、前記造形テーブルを所定の下降量だけ下降させるように前記テーブル駆動機構を制御する、積層造形装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、
   前記制御装置は、所望の三次元造形物の形状データに基づき、前記吸引ノズルが所定の位置において所定の姿勢を取るように前記移動装置を制御する、積層造形装置。
6. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、
   前記造形テーブルを囲繞し、前記造形テーブル上に前記材料粉体を保持するように設けられた粉体保持壁と、
   前記粉体保持壁の外側に排出される余剰の前記材料粉体を収容するように構成された材料回収バケットと、を備え、
   前記材料回収装置は、運転モードとして回収モードと吸引モードとを備え、
   前記制御装置は、前記運転モードの切り替えを行うように構成され、
   前記材料回収装置は、前記回収モードにおいて、前記材料回収バケット内の前記材料粉体を回収し、且つ不純物を除去したうえで前記材料粉体を前記材料層形成装置へ供給し、前記吸引モードにおいて、前記移動装置により前記吸引ノズルを移動させ、前記造形テーブル上の余剰の前記材料粉体を前記吸引ノズルにより吸引するように構成される、積層造形装置。
7. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、
   前記チャック装置の側面は、チャックカバーにより覆われており、
   前記チャックカバーは、外側カバーと、内側カバーとを備え、
   前記外側カバーは、前記内側カバーの側面の少なくとも一部を覆い、
   前記内側カバーは、前記チャック装置の前記側面を覆う、積層造形装置。
8. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、
   前記チャック装置は、取付プレートを介して前記ベースプレートを固定する、積層造形装置。
9. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、
   前記吸引ノズルは、先端側に吸引部を備え、
   前記吸引部は、先端側の端面を傾斜面で切断した筒形状を有し、
   前記傾斜面に開口部が設けられる、積層造形装置。
10. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の積層造形装置であって
    前記ロボットは、前記移動装置を兼ねる、積層造形装置。
11. 請求項１０に記載の積層造形装置であって、
    前記ロボットは、前記ベースプレートを前記チャンバに搬入する、積層造形装置。
12. 請求項１１に記載の積層造形装置であって、
    前記ロボットは、前記造形物を前記チャンバから取り出した後、当該造形物を反転させる、積層造形装置。
13. 三次元造形物の製造方法であって、
    載置工程と、固化層形成工程と、吸引工程と、取り出し工程とを備え、
    前記載置工程では、造形テーブル上に配置されたチャック装置によってベースプレートを着脱自在に固定することにより、前記造形テーブル上に設けられた、造形物が形成される領域である造形領域に前記ベースプレートを載置し、
    前記固化層形成工程では、前記ベースプレート上に材料粉体を供給して材料層を形成する材料層形成工程と、前記材料層の所定の照射領域にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層を形成する固化工程とを繰り返すことにより、前記固化層を積層し、
    前記吸引工程では、テーブル駆動機構により前記造形テーブルを所定の上昇量だけ上昇させることと、吸引ノズルを移動装置により移動させながら余剰の前記材料粉体の吸引を行うことと、を交互に繰り返し、
    前記取り出し工程では、前記ベースプレートと、前記ベースプレート上に造形された前記三次元造形物とを、前記造形領域を覆うチャンバから取り出す、製造方法。