JP3724437B2 - 三次元形状造形物の製造方法及びその製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、造形エリアにおいて、無機質もしくは有機質の粉末材料を層状に堆積させ光ビームを照射して硬化層を形成し、この硬化層を積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する方法及びその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無機質粉末（金属）や有機質粉末（樹脂）に対して光ビーム（指向性エネルギービーム、レーザ）を照射して硬化させ、硬化層を積層して三次元形状造形物を製造する方法に関する従来技術が、特許第２６２０３５３号公報に示されている。
【０００３】
通常、上記方法により製造される部品の設計は、三次元ＣＡＤによって行われる。設計された三次元ＣＡＤモデルを所望の層厚みにスライスすることにより生成される各層の断面形状データをもとに、各層のレーザの経路が決定され、一層分の粉末が焼結（硬化）されると同時に、直前の層に対しても焼結（接合）され、連続して積み重ねることにより部品形状を製造する方法である。
【０００４】
この方法では、三次元ＣＡＤにより設計された形状が、従来このような三次元形状造形物の製造に使用されていたＣＡＭ装置がなくても製造可能である。また、従来の切削加工等の工法に比べて、迅速に所望の部品が製造できる点で大きなメリットがある。
【０００５】
しかしながら、前記方法で製造された三次元形状造形物は、硬化させたい粉末材料をレーザビーム指向面に分与する際の材料供給機構の運動が往復運動のみであり、造形エリア上部を通過することになるため、光ビーム照射中には材料供給機構は待機しておき、照射終了後に一旦は元に位置に復帰したあと、粉末供給動作を行う。そのため、材料供給工程時間が長くなり、それに伴い造形時間も長くなるという問題がある。
【０００６】
そこで、本出願人は特開２００１−１５０５５７号公報において、図５１（ｄ）のように造形エリア１の外側から上方へと移動する材料供給ワイパー２を造形エリア１の外側の供給開始位置に配置させ、造形エリア１の外側で材料供給ワイパー２の移動経路上に粉末材料Ｐを供給する工程（ａ）と、材料供給ワイパー２を移動させ、粉末材料Ｐを造形エリア１の外側から造形エリア１へと移送して層状に堆積させる工程（ｂ）と、造形エリア１に移送され層状に堆積した粉末材料Ｐに光ビームＬを照射して硬化層を形成する工程（ｃ）とを含み、上記工程（ａ）を工程（ｃ）の間に行うようにした方法を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開２００１−１５０５５７号公報に開示されている従来例では、光ビームＬの照射（レーザー焼結）時に材料供給ワイパー２が次層の材料供給準備を行なうものであり、照射エリアが広い等で照射に時間を要するものである場合は、材料供給準備が完了してから次層の材料供給まで待機時間を有する場合があった。
【０００８】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、更なる造形時間の短縮化及び生産の高効率化を図ることができる三次元形状造形物の製造方法及びその製造装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明にあっては、造形エリア１の外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２によって造形エリア１に向かって移動させる移動工程と、造形エリア１に粉末材料Ｐを充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料Ｐに光ビームＬを照射して硬化層Ｍを形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層Ｍを積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造するにあたり、上記光ビーム照射工程の途中で、材料供給ワイパー２を移動させて次層分の粉末材料Ｐを光ビームＬが照射されない非焼結エリアＶに向かって移動させると共に粉末材料Ｐが焼結エリアＵ内に流出しない位置で材料供給ワイパー２を停止させる材料待機工程を有するので、光ビーム照射を行なっている状態で、材料供給ワイパー２にて次層分の粉末材料Ｐを造形エリア１上の焼結エリアＵの上面に流出しない位置まで押し出して待機させることによって、造形エリア１上への次層の材料供給の準備ができ、更なる造形時間短縮ができるようになる。また、上記粉末材料Ｐを溜める材料タンク３と硬化層Ｍを造形する造形タンク４との間に、材料供給ワイパー２にて押し出された粉末材料Ｐの材料流出先端部Ｐ１を検知する材料先端部検知センサー５を配置し、材料先端部検知センサー５が検知した位置と材料供給ワイパー２の先端部２ａとから、材料流出量の幅Ｄを算出して材料供給ワイパー２の位置制御を行なうので、材料流出先端部Ｐ１と材料供給ワイパー２の先端部２ａとの間の距離測定を随時行なえるようになる。
【００１３】
また上記材料先端部検知センサー５が材料供給ワイパー２の進行方向Ａに沿ってスライド可能とされ、焼結エリア先端部Ｕ１と対応する位置に材料先端部検知センサー５を移動制御すると共に、焼結エリア先端部Ｕ１から材料供給ワイパー２の先端部２ａまでの最短距離をＣＡＭ処理で作成された断面輪郭データから算出し、当該算出結果に基づいて材料供給ワイパー２を駆動するので、材料先端部検知センサー５をスライド可能とするのが好ましく、この場合、焼結エリア先端部Ｕ１の変化に材料先端部検知センサー５が対応できるようになり、造形エリア１の形状変化に応じて材料流出量の数値が明確となる。
【００１８】
また、本発明にあっては、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２によって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料Ｐを充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料Ｐに光ビームを照射して硬化層Ｍを形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層Ｍを積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記粉末材料Ｐを溜める材料タンク３と硬化層Ｍを造形する造形タンク４との間に底面６ａが昇降自在に駆動する材料保管溝６を設け、レーザー焼結時に材料保管溝６内に格納された粉末材料Ｐを上昇させると共に材料供給ワイパー２を移動させ且つ粉末材料Ｐが焼結エリアＵ内に流出しない位置で材料供給ワイパー２を停止させるための制御部を設けてなることを特徴としており、このように構成することで、レーザー焼結時に材料供給ワイパー２によって押し出された次層分の粉末材料Ｐを材料保管溝６に保管し、レーザー焼結が完了したときに材料保管溝６の底面６ａを上昇させて材料供給を開始することができ、これにより、造形エリア１直前に材料供給準備をしたときでも、材料保管溝６に粉末材料Ｐが格納されることで、粉末材料Ｐが造形エリア１に流出しないものであり、焼結完了後は速やかに造形エリア１上に材料供給ができるようになる。
【００１９】
また上記材料保管溝６の底面６ａを、造形エリア１に近づくにつれて下り傾斜させるのが好ましく、この場合、材料保管溝６の底面６ａの上昇と材料供給ワイパー２の移動とを同時に行なうことで、粉末材料Ｐを造形エリア１上に押し出すことが可能となり、従って、材料供給ワイパー２の移動開始のタイミングを速めることができる。
【００２０】
また上記材料保管溝６を造形タンク４の両サイドに設けるのが好ましく、この場合、材料供給ワイパー２の１往復で２回の材料供給を行なうことが可能となり、材料供給ワイパー２の移動距離を短くできる。
【００２１】
また上記両サイドの材料保管溝６のうち、材料タンク３側の材料保管溝６に「複数層＋１層」分の粉末材料Ｐを格納し、材料タンク３側とは反対側の材料保管溝６に上記「複数層」と同数の「複数層」の粉末材料Ｐを格納し、レーザー焼結が完了した後に材料供給ワイパー２を両方の材料保管溝６間に移動させることで造形エリア１上への材料供給を行なうのが好ましく、この場合、材料供給ワイパー２を両サイドの材料保管溝６間で複数回往復させるだけで、材料保管溝６内の粉末材料Ｐを複数回供給することが可能となり、材料供給ワイパー２の移動距離（移動量）をより削減できる。
【００２２】
また上記材料保管溝６の下部に振動ユニット部７を設けるのが好ましく、この場合、材料保管溝６の底面６ａに振動を与えて、材料保管溝６の粉末材料Ｐの充填を高密度で行なうことができる。
【００２３】
また、本発明にあっては、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２によって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料Ｐを充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料Ｐに光ビームを照射して硬化層Ｍを形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層Ｍを積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記硬化層Ｍを造形する造形タンク４の両サイドに底面６ａが昇降自在に駆動する材料保管溝６をそれぞれ設け、材料タンク３側の材料保管溝６に２層分以上の粉末材料Ｐを格納すると共に、材料タンク３側と反対側の材料保管溝６に１層分の粉末材料Ｐを格納し、両サイドの材料保管溝６，６間に材料供給ワイパー２を往復移動させることを特徴としており、このように構成することで、材料保管溝６内の２層以上の粉末材料Ｐを造形エリア１上に１層ずつ順次供給可能となり、材料供給ワイパー２の移動距離（移動量）を削減できる。
【００２４】
また上記両サイドの材料保管溝６の少なくとも一方の底面６ａを造形エリア１に近づくにつれて下り傾斜させると共に、下り傾斜した底面６ａの上昇と材料供給ワイパー２の移動とを同時に行なうことで、粉末材料Ｐを造形エリア１上に押し出すようにするのが好ましく、この場合、材料供給ワイパー２の移動開始のタイミングを速めることができる。
【００２５】
また本発明にあっては、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２によって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料Ｐを充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料Ｐに光ビームを照射して硬化層Ｍを形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層Ｍを積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記粉末材料Ｐを溜める材料タンク３と硬化層Ｍを造形する造形タンク４との間に材料格納遮蔽板８を配置し、レーザー焼結時に材料供給ワイパー２にて押し出された粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との間で挟み込み、レーザー焼結完了後に粉末材料Ｐを造形エリア１上に供給するための制御部を設けてなることを特徴としており、このように構成することで、造形エリア１直前まで粉末材料Ｐが移動しても材料格納遮蔽板８によって造形エリア１内に粉末材料Ｐが流出するのを防止できるので、材料供給時の流出量を把握しなくてもよく、材料供給ワイパー２の位置制御が簡単になる。
【００２６】
また上記材料格納遮蔽板８の下端部８ａを材料供給ワイパー２側に向かって傾けた形状にするのが好ましく、この場合、材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との間で次層分の粉末材料Ｐを挟み込むことができ、造形エリア１直前まで材料格納遮蔽板８が移動しても粉末材料Ｐが流出しないようにできる。
【００２７】
また上記材料格納遮蔽板８の下端部８ａを材料供給ワイパー２に対して接触離反可能とし、材料待機工程の中で材料供給ワイパー２にて押し出された粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との間で挟み込むと共に、材料格納遮蔽板８の下端部８ａと材料供給ワイパー２との隙間から粉末材料Ｐを造形エリア１上の焼結エリアＵとその周辺部に供給するのが好ましく、この場合、造形エリア１直前まで粉末材料Ｐが移動しても材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との隙間をなくすことで造形エリア１内に粉末材料Ｐが流出するのを防止できるので材料供給時の流出量を把握しなくてもよく、供給時には材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との間に隙間を設けることで造形エリア１上の焼結エリアＵとその周辺部のみに粉末材料Ｐを供給することが可能となる。
【００２８】
また上記材料格納遮蔽板８を材料供給ワイパー２の前後両サイドに設けたので、前側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との間に次層分の粉末材料Ｐを保管すると共に、後側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との間に次々層の粉末材料Ｐを保管して、造形エリア１上を往復させるのが好ましく、この場合、２層分の材料が順次供給可能となり、作業能率を向上させて、造形時間をより短縮できるようになる。
【００２９】
また上記レーザー焼結するチャンバー内上部にカメラユニット部９を設置し、材料供給後に造形エリア１上に材料が完全に供給されていないときは再度材料を供給するのが好ましく、この場合、材料供給が完全にされた画像のときは次層のレーザー焼結を行ない、材料供給が不完全な場合の画像のときは再度材料供給を行ない、再度カメラで撮影して材料供給が完全となった後に、次層のレーザー焼結を行なうようにすることで、造形エリア１に粉末材料Ｐが供給されているか否かを把握することができ、材料供給漏れを少なくすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００３１】
本実施形態は、以下の画像処理工程及び準備工程を経た後に、造形エリア１の外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２によって造形エリア１に向かって移動させる移動工程と、造形エリア１に粉末材料Ｐを充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料Ｐに光ビームＬを照射して硬化層Ｍを形成する光ビーム照射工程とを行ない、これら移動工程と堆積工程と光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層Ｍを積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する方法であって、図１のように光ビーム照射工程の途中で、材料供給ワイパー２を移動させて次層分の粉末材料Ｐを光ビームＬが照射されない非焼結エリアＶに向かって移動させると共に粉末材料Ｐが焼結エリアＵ内に流出しない位置で材料供給ワイパー２を停止させる材料待機工程を行なう点に特徴を有している。
【００３２】
先ず、画像処理工程では、積層造形を行なう前に図２に示す三次元の立体形状データを三次元ＣＡＤコンピュータにて形状を作成する。次いで上記工程で作成された立体形状データを、三次元ＣＡＤ断面スライス用ＣＡＭコンピュータを用いて、図３（ａ）、（ｂ）のように積層方向（Ｚ軸方向）に所定のピッチ（０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ）でスライスし、図３（ｃ）、（ｄ）に示す断面輪郭データを抽出する。この断面輪郭データの輪郭はポイント位置データで構成される。ここで図３（ａ）（ｂ）は積層方向（Ｘ−Ｚ平面）の断面形状であり、図３（ｃ）（ｄ）はＸ−Ｙ平面の断面であり、（ｃ）が（ｂ）のＱ−Ｑ線に沿う断面、（ｄ）がＷ−Ｗ線に沿う断面である。
【００３３】
次いで、上記断面スライスされた断面輪郭データを積層造形装置に転送する。このとき図４に示すネットワークにてデータのやり取りを行なう。なお、三次元ＣＡＤコンピュータと三次元ＣＡＤ断面スライス用ＣＡＭコンピュータとは同一のコンピュータであってもよい。その後、上記工程で転送された積層データを図５（ａ）に示す制御用コンピュータにて造形エリア１上にレイアウトする。図５（ｂ）はレイアウト画面、（ｃ）は断面移動後のレイアウト画面である。このとき断面輪郭を構成するポイントデータをコンピュータ数値入力で移動した値を付加することで、制御用コンピュータで造形を行なう断面輪郭データを数値入力にて移動させることが可能となる。
【００３４】
図６は上記造形を行なうための装置の一例を示している。材料タンク３内には材料テーブル１２が材料テーブル駆動スライダー１４ａによって昇降可能に設置され、造形タンク４内には造形テーブル１３が造形テーブル駆動スライダー１４によって昇降可能に設置されている。造形テーブル１３の上には造形物密着用プレート１５が配置されており、粉末材料Ｐを光硬化させてなる硬化層Ｍ（図１）が順次積み重ねられて造形物が製造されるようになっている。粉末材料Ｐとしては、例えば平均粒径約２０μｍの球形をなす鉄粉が使用される。材料供給ワイパー２は、材料タンク３及び造形タンク４の内幅よりも長い細幅の板状をなし、ワイパー駆動スライダー１６によって材料タンク３の外側から材料タンク３の上方を通過して造形エリア１の外側まで水平移動するようになっている。材料供給ワイパー２には、鉄製の平板が使用される。なお図６中の５は粉末材料Ｐの材料流出先端部Ｐ１（図１）を検知するための材料先端部検知センサー、１０は材料先端部検知センサー５を駆動するセンサー駆動部、１１は造形テーブル１３及び材料テーブル１２の駆動部保持用ベースプレートである。なお材料先端部検知センサー５については後述の実施形態で説明する。
【００３５】
先ず図７のように造形テーブル１３を開始位置にセットし、材料タンク３内に造形で必要な量の粉末材料Ｐをセットする。このとき、材料タンク３内に粉末材料Ｐを投入し、上面から圧力を加えて高密充填した後に上面を平坦に均す。またこのとき、材料供給ワイパー２を造形テーブル１３上に移動させ、造形テーブル１３を上昇させて造形物密着用プレート１５を材料供給ワイパー２に接触させて、材料供給ワイパー２が造形物密着用プレート１５全面に接触するように水平出しを行なう。その後、材料供給ワイパー２を材料供給準備位置（原点位置）に復帰させておく。この位置が材料供給ワイパー２の移動開始位置となる。
【００３６】
作業開始時には、造形タンク４では、図８（ａ）のように造形テーブル１３の上面を造形タンク４の上端よりも１層分だけ下げてある。材料タンク３では、粉末材料Ｐが材料タンク３の上端よりも１層分だけ高い位置に押し上げられている。
【００３７】
その後、粉末材料Ｐの移動工程→堆積工程→光ビーム照射工程へと移る。粉末材料Ｐの移動工程では、図８（ｂ）のように材料供給ワイパー２を材料タンク３から造形タンク４のほうに水平移動させると、１層分の粉末材料Ｐが造形エリア１に押し出される。このとき材料供給ワイパー２の下端で均されるので、造形タンク４に供給された粉末材料Ｐは、薄い層状に堆積する。そして、図９（ａ）のように造形タンク４上に必要な粉末材料Ｐを供給し終えた材料供給ワイパー２は、造形タンク４の外側まで移動する。その後、図９（ｂ）のように造形テーブル１３を１層分だけ降下させてその上面をレーザー焼結位置（レーザー焼結焦点高さ）にセットする。その後、図９（ｃ）のように材料供給ワイパー２が光ビームＬの照射領域に入らないようにして元の位置まで移動させると共に、光ビームＬを１層目の断面輪郭エリア上に照射してレーザー焼結を行ない、粉末材料Ｐを硬化させて新たな硬化層Ｍを形成する。光ビームＬとしては、例えばＹＡＧレーザが使用される。この光ビーム照射工程の間に、材料供給ワイパー２を材料タンク３の外側に復帰させておく。このとき材料供給ワイパー２が造形エリア１の外側に移動したことを確認する手段として、材料供給ワイパー２のスライド位置座標を制御用コンピュータで認識するか、材料供給ワイパー２が通過したことを認識させるためにセンサー等を設置して認識する方法がある。また、材料供給ワイパー２のスライド位置座標をコンピュータで認識して、図９（ｄ）のように材料供給ワイパー２が断面輪郭エリアの外側に移動した直後からレーザー焼結を行なうことも可能である。そして、レーザー焼結完了後は、図９（ｅ）のように造形テーブル１３を１層分だけ降下させると共に、材料テーブル１２を上昇させて粉末材料Ｐの押し出しを行なう。なお硬化層Ｍの１層分の厚みは、例えば０．１ｍｍとする。ここまでは１層目の硬化層Ｍを形成する手順を説明したが、２層目以降からは以下のように光ビーム照射工程の途中で材料待機工程を行なうようにする。
【００３８】
つまり、図１０（ａ）に示す光ビーム照射工程の途中で、図１０（ｂ）、（ｃ）のように材料供給ワイパー２を移動させて次層分の粉末材料Ｐを非焼結エリアＶ（材料供給ワイパー２の制御部で定めた非焼結エリアＶ、或いは造形状況を検出することにより求めた非焼結エリアＶ）に向かって移動させると共にこの粉末材料Ｐが焼結エリアＵ内に流出しない位置で材料供給ワイパー２を停止させる。図１０（ａ）中の１７は焼結完了部、１８は焼結非完了部である。この材料待機工程では、図１１に示すように、レーザー焼結を行なっている状態で、次層分の粉末材料Ｐが造形エリア１の非焼結エリアＶまで押し出され、焼結エリアＵの上面に流出しない位置で停止して材料供給準備を行なう。そして、レーザー焼結完了後に材料供給ワイパー２を移動させて造形タンク４上に粉末材料Ｐを供給することによって、造形エリア１上に粉末材料Ｐを短時間で供給できるようになり、このように光ビーム照射工程と材料待機工程とを同時進行させることで、造形タンク４上には複数層の硬化層Ｍが積み重ねられていき、所望の三次元形状を有する造形物が短時間で得られるようになる。
【００３９】
しかして、光ビーム照射工程で断面輪郭エリア上にレーザー焼結を行なっている段階で、材料待機工程を同時進行させ、材料テーブル１２を上昇させて次層に必要な材料分だけ材料供給ワイパー２にて押し出すと共に、この粉末材料Ｐが焼結エリアＵ上面に流出しないように材料供給ワイパー２の位置制御を行なうことによって、光ビーム照射工程を行なっている状態で造形エリア１上への次層の材料供給の準備ができるようになり、これにより、光ビーム照射工程が完了したあと直ぐに材料供給ワイパー２の移動による造形タンク４への粉末材料Ｐの供給が開始できるようになる。またこのとき図１のようにレーザー焼結を行なっている状態で、次層分の粉末材料Ｐの材料流出先端部Ｐ１が焼結エリアＵの直前で停止させることにより、焼結エリアまでの次層分の材料供給を素早く開始することができるようになるので、造形タンク４上部に粉末材料Ｐが流出するのを防止しながら、造形時間を短縮でき、生産の高効率化を図ることができる。なお、必ずしも次層分の粉末材料Ｐの材料流出先端部Ｐ１を焼結エリアＵの直前まで押し出す必要はなく、例えば図２０に示すように、材料流出先端部Ｐ１を造形エリア１の直前で停止させるようにしてもよいものである。
【００４０】
次に、材料待機工程において材料供給ワイパー２の位置制御の具体例を説明する。
【００４１】
図１２は、ＣＡＭ処理で作成された造形物の断面輪郭データ（図３）と、断面輪郭データの造形エリア１上に配置される位置とに基づいて、造形エリア１上での焼結エリアＵと非焼結エリアＶとを特定して、材料供給ワイパー２の位置制御を行なう場合の一例を示している。ここでは、レイアウトした断面の断面輪郭データを構成するポイントデータａ〜ｆを読み込み、造形エリア１座標で材料タンク３がある方向をＸ軸プラスとし、Ｘ座標の最大位置を焼結エリアＵの先端部｛材料流出先端部Ｐ１（図１）と同じ｝とする。制御用コンピュータ画像では図１２のｃで示すポイントのＸ座標の値が焼結エリア先端部Ｕ１になり、これによって、材料供給ワイパー２の位置制御を行なうにあたって、材料供給位置設定を数値制御することが可能となる。これにより、材料待機工程において光ビームＬによる１層分の照射が完了していない場合には、図１３（ａ）のように粉末材料Ｐが焼結エリア先端部Ｕ１で停止し、図１３（ｂ）、（ｃ）のように照射が完了した焼結エリアＵ毎に材料供給ワイパー２にて材料供給を行なえるようになる。またこのとき、材料供給ワイパー２を停止させることなく、光ビームの照射完了速度に合わせて移動させるようにしてもよいものである。このことは以下の各実施形態においても同様である。
【００４２】
図１４は、材料流出先端部Ｐ１が材料供給ワイパー２の先端部２ａからどのくらいの幅を持っているかを造形前に確認し、その流出幅を流出量の最大値（幅Ｄ）と仮定して、材料供給ワイパー２の先端部２ａに材料流出先端部Ｐ１を付加した座標を、材料供給準備位置とする場合の一例を示している。これにより、材料流出先端部Ｐ１が図１４（ａ）のように材料タンク３と造形タンク４との間に位置するように、或いは図１４（ｂ）のように焼結エリアＵ直前に位置するように、材料流出量の幅Ｄに合わせて材料供給ワイパー２を位置制御することが可能となる。
【００４３】
図１５は前記図６で示した材料タンク３と造形タンク４との間に、材料流出先端部Ｐ１を検知する材料先端部検知センサー５を配置し、材料先端部検知センサー５が検知した位置と材料供給ワイパー２の先端部２ａとから、材料流出量の幅Ｄを算出して材料供給ワイパー２の位置制御を行なう場合の一例を示している。ここでは、材料先端部検知センサー５で材料流出先端部Ｐ１を検知したときに、検知信号が制御用コンピュータに入力され、材料供給ワイパー２を停止させる。このときの材料流出先端部Ｐ１と材料供給ワイパー２の先端部２ａとの間の距離を計算して、材料流出量の幅Ｄを算出する。このような距離測定を、１層毎もしくは複数層毎に随時行なうことによって、材料流出量の幅Ｄを正確に把握することが可能となり、結果的に材料供給ワイパー２の位置制御を精度良く行なうことが可能となる。
【００４４】
図１６は、造形テーブル１３の降下量（積層ピッチ）と材料テーブル１２の上昇量（造形タンク４上部に必要な供給量）とを予め設定し、図１６（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）のように、造形エリア１上で１０ｍｍピッチで材料供給ワイパー２を移動させたときの材料供給ワイパー２の先端部２ａと材料流出先端部Ｐ１との関係を実験する場合の一例を示し、図１７はその関係をデータベース化した一例を示している。このデータを造形条件に付加し、造形を行なうことで、材料流出量の把握が容易となり、材料供給ワイパー２の位置制御が可能となる。その一例を以下の図１８に示す。
【００４５】
図１８は、予め求められた材料供給ワイパー２の移動距離と材料供給ワイパー２の先端部２ａから材料流出先端部Ｐ１までの距離との関係を示すデータ（図１７のグラフ）に基づいて、材料供給ワイパー２の位置制御を行なう場合の一例を示している。ここでは、上記図１５に示した材料先端部検知センサー５が材料供給ワイパー２の進行方向Ａに沿ってスライド可能となっており、焼結エリア先端部Ｕ１に材料先端部検知センサー５を移動制御すると共に、焼結エリア先端部Ｕ１から材料供給ワイパー２の先端部２ａまでの最短距離をＣＡＭ処理で作成された断面輪郭データから算出し、当該算出結果に基づいて材料供給ワイパー２を駆動する場合の例を示している。ここでは上記図１７のグラフを活用することによって、焼結エリア先端部Ｕ１から材料供給ワイパー２の先端部２ａまでの最短距離を算出するようにしている。なお図１８中の１６はワイパー駆動スライダー、１７はセンサー駆動スライダーである。しかして、材料先端部検知センサー５をスライド可能としたことで、焼結エリア先端部Ｕ１の変化に材料先端部検知センサー５が対応できるようになり、材料流出量の数値を明確にでき、材料流出量の把握が容易となる。
【００４６】
また、材料供給ワイパー２の位置制御方法の他例として、図１８の材料先端部検知センサー５は用いず、造形エリア１の位置情報（断面輪郭エリアをレイアウトした制御用コンピュータの情報）とワイパー駆動スライダー１６の位置情報をリンクすることで、材料供給ワイパー２を位置制御するようにしてもよい。図１９はその一例を示しており、材料供給ワイパー２の移動距離を制御用コンピュータにフィードバックして材料供給ワイパー２のスライド位置座標｛原点から進行方向Ａ（Ｘ軸方向）への移動距離｝を認識すると共に、次層分の粉末材料Ｐの最大流出量の幅Ｄの数値を予め入力しておき、焼結エリア先端部Ｕ１から材料供給ワイパー２の先端部２ａまでの距離を算出して、当該距離が予め入力された材料流出量の幅Ｄと一致した時点で材料供給ワイパー２を停止させる。このように焼結エリア先端部Ｕ１と材料供給ワイパー２の先端部２ａとの距離を制御用コンピュータで確認して材料供給ワイパー２を位置制御することで、材料先端部検知センサー５を用いることなく、制御用コンピュータの位置情報により材料供給ワイパー２の位置制御が可能となる。
【００４７】
図２１は、図１２に示した断面輪郭データを、材料供給ワイパー２の進行方向Ａに対して複数のエリアｇ〜ｌ……に分割し、材料供給ワイパー２が進行を開始する方向Ａから光ビーム照射を開始する場合の一例を示している。本例では１０分割しているが、分割数は特に限定されない。しかして、光ビーム照射工程において、上記分割されたエリアのうち、材料供給ワイパー２が進行を開始する方向Ａからｇ→ｈ→ｉ→ｊ→ｋ→ｌ……の順にレーザー焼結を行なうことによって、分割ごとの焼結完了が把握でき、従って、焼結完了したエリアに次層分の粉末材料Ｐを押し出していくことによって、造形時間の一層の短縮化を図ることができる。
【００４８】
図２２は、上記図２１のように輪郭データを材料供給ワイパー２の進行方向Ａに対して複数分割した原理を用い、造形エリア１に材料供給ワイパー２が移動する時間を算出し、その時間からレーザー焼結を完了する時間を制御用コンピュータで算出し、焼結未完了の分割されたエリアにレーザー焼結が開始され始めたときに、焼結完了後の分割エリアに材料供給ワイパー２が材料供給を開始する場合の一例を示している。ここでは、１層分だけ造形テーブル１３を降下して、光ビーム照射を行なっている状態で、次層分の粉末材料供給セットを行なうと共に、レーザー焼結完了時間を算出し、レーザー焼結完了時間と、材料供給ワイパー２が造形エリア１直前或いは焼結エリアＵ直前に移動する時間とが一致とすると、材料供給を開始する。これにより、材料供給時間（加工時間）が正確に算定できるようになる。また焼結が完了したエリアに次層分の粉末材料Ｐを押し出すことによって、造形時間の一層の短縮化を図ることができる。
【００４９】
次に、材料待機工程において粉末材料Ｐを造形エリア１に流出させないための材料保管溝６を設けた場合の例を説明する。
【００５０】
図２３は、造形タンク４と材料タンク３との間に底面６ａが昇降自在に駆動する材料保管溝６を設け、レーザー焼結時に材料保管溝６内に格納された粉末材料Ｐを上昇させると共に材料供給ワイパー２を移動させて該粉末材料Ｐを造形エリア１上に供給する場合の一例を示している。本例では、レーザー焼結時には、図２３（ａ）のように材料供給ワイパー２によって押し出された次層分の粉末材料Ｐを材料保管溝６に保管しておき、レーザー焼結が完了したときに図２３（ｂ）のように材料保管溝６の下方に配置した溝テーブル４０が上昇して、材料供給を開始するので、造形エリア１直前に材料供給準備をしたときでも、材料保管溝６に粉末材料Ｐが格納されることで、粉末材料Ｐが造形エリア１に流出しないものであり、焼結完了後は速やかに造形エリア１上に材料供給ができ、造形時間を短縮させることができる。
【００５１】
図２４は材料保管溝６の底面６ａを、造形エリア１に近づくにつれて下り傾斜させた場合を示している。他の構成は図２３と同様である。ちなみに、材料保管溝６の底面６ａが平坦だと、底面６ａが完全に上昇しきるまで材料供給ワイパー２の移動を待つ必要があるが、本例では、材料保管溝６の底面６ａを造形エリア１に向かって下り傾斜させたので、図２４（ａ）（ｂ）のように溝テーブル４０の上昇と材料供給ワイパー２の移動とを同時に行なうことで、粉末材料Ｐを造形エリア１上に押し出すことが可能となり、従って、材料供給ワイパー２の移動開始のタイミングを速めることができ、造形時間の一層の短縮化を図ることができる。
【００５２】
図２５は、上記材料保管溝６を造形タンク４の両サイドに設けた場合の例を示している。図２５では材料保管溝６の底面６ａは平坦面となっているが、図２４のように造形タンク４に向かって下り傾斜させてもよいものである。本装置の一例を図３０、図３１に示している。本装置の溝テーブル４０は図３０（ｃ）に例示したスライダー装置４１によって昇降するものであるが、これに限らず、図３０（ｂ）、図３１に例示したモータ２０及びカム２１を用いて昇降させるものであってもよい。材料保管溝６以外の構成は図６と同様である。しかして、造形タンク４の両サイドに設けた材料保管溝６にそれぞれ次層分の粉末材料Ｐを保管できるので、材料供給ワイパー２の１往復で２回の材料供給を行なうことが可能となり、材料供給ワイパー２を１往復させて１回の材料供給を行なう場合と比較して材料供給ワイパー２の移動距離を短くでき、造形時間をより短縮できる。
【００５３】
図２６は、上記両サイドの材料保管溝６のうち、一方（材料タンク３側）の材料保管溝６に「複数層（例えば６層）＋１層」分の粉末材料Ｐを格納し、他方（材料タンク３側と反対側）の材料保管溝６に「複数層（例えば６層）」分の粉末材料Ｐを格納し、レーザー焼結が完了した後に材料供給ワイパー２を両方の材料保管溝６間に移動させることで造形エリア１上への材料供給を行なう場合の一例を示している。図２６（ａ）のようにレーザー焼結を行なっている状態で、先ず材料タンク３を複数層分（ここでは１２層分）だけ上昇させ、材料供給ワイパー２により１２層分の粉末材料Ｐを一方（材料タンク３側）の材料保管溝６に供給する。レーザー焼結完了後に造形テーブル１３を１層分だけ降下させた後に、図２６（ｂ）のように溝テーブル４０を「（複数層／２）＋１層」分（ここでは７層分）だけ上昇させて、材料供給ワイパー２で７層分の粉末材料Ｐを造形エリア１上を通過させて１層分の粉末材料Ｐを供給すると共に、過剰な６層分の粉末材料Ｐを他方（材料タンク３側と反対側）の材料保管溝６に格納して材料供給ワイパー２を他方の材料保管溝６の外側に配置する（図２６（ｃ）の状態）。その後、造形テーブル１３を１層分だけ降下させた後に、図２６（ｃ）のようにレーザー焼結を行なう。レーザー焼結後に造形テーブル１３を更に１層分だけ降下させた後に、図２６（ｄ）のように他方の材料保管溝６の溝テーブル４０を１層分上昇させて、材料供給ワイパー２にて１層分の粉末材料Ｐを造形エリア１上に供給する。そして、材料保管溝６内に粉末材料Ｐがなくなるまで上記一連の動作（（ａ）〜（ｄ））を繰り返す（図２６（ｅ））。粉末材料Ｐがなくなった後に図２６のように材料供給ワイパー２を原点位置に復帰させると共に、図２６（ａ）〜（ｄ）の動作を繰り返す。これにより、材料供給ワイパー２を両サイドの材料保管溝６間で複数回往復させるだけで、材料保管溝６内の粉末材料Ｐを（複数×２）回供給することが可能となり、材料供給の効率化が図られ、造形時間を一層短縮できるようになる。
【００５４】
図２７は、両サイドの材料保管溝６のうち、一方（材料タンク３側）の材料保管溝６に２層分以上の粉末材料Ｐを格納し、他方（材料タンク３側と反対側）の材料保管溝６に１層分の粉末材料Ｐを格納し、両サイドの材料保管溝６間に材料供給ワイパー２を往復移動させる場合を示している。両サイドの材料保管溝６の溝テーブル４０が昇降する点は上記図２６の実施形態と同様である。本例では図２７（ａ）のように、一方の材料保管溝６に例えば６層分の粉末材料Ｐを格納した場合を説明すると、先ず図２７（ａ）のようにレーザー焼結を行なっている状態で、材料供給ワイパー２を移動させると共に、溝テーブル４０を２層分だけ上昇させて、材料供給ワイパー２で２層分の粉末材料Ｐを造形エリア１上を通過させて１層分の粉末材料Ｐを供給すると共に、過剰な１層分の粉末材料Ｐを他方（材料タンク３側と反対側）の材料保管溝６に格納し、材料供給ワイパー２を他方の材料保管溝６よりも更に他方に配置する（図２７（ｃ）の状態）。その後、造形テーブル１３をレーザー焼結位置まで降下させてレーザー焼結を行なう。レーザー焼結後に造形テーブル１３を１層分だけ降下させた後に、図２７（ｄ）のように他方の材料保管溝６の溝テーブル４０を上昇させて、残りの粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２にて造形エリア１上に供給する。このようにして、すべての材料保管溝６内に粉末材料Ｐがなくなるまで、上記一連の動作（（ａ）〜（ｄ））を繰り返す。これにより、材料保管溝６内の２層以上の粉末材料Ｐを造形エリア１上に順に供給可能となり、材料供給ワイパー２の移動距離（移動量）を削減でき、造形時間を短縮できる。しかも本例では、２層分の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２で押し出すので、押し出される粉末材料Ｐが少量であり、材料供給ワイパー２にかかる負担が小さくなり制御が容易になるという利点もある。
【００５５】
また図２８は、上記両サイドに材料保管溝６を設けた場合において、材料タンク３側と反対側の材料保管溝６の底面６ａを造形エリア１に近づくにつれて下り傾斜させた場合を示している。ここでは材料タンク３側の材料保管溝６の底面６ａは平坦としているが、この底面６ａも上記図２４のように傾斜させてもよいものである。しかして、材料供給ワイパー２の復路の場合、他方の材料保管溝６の底面６ａを上昇させながら材料供給ワイパー２を移動させて粉末材料Ｐを造形エリア１上に押し出すことができるようになるので、復路での材料供給ワイパー２の移動開始のタイミングを速めることができ、造形時間を一層短縮できる。
【００５６】
また図２９は材料保管溝６の下部に振動ユニット部７を設けた場合を示している。他の構成は図２７と同様である。本例では、材料保管溝６の底面６ａのテーブルの下部に振動ユニット部７を設けたことで、材料保管溝６の底面６ａに振動を与えて、材料保管溝６の粉末材料Ｐの充填を高密度で行なうことができ、材料供給量のバラツキを防止できる。なお振動ユニット部７として例えばソレノイド等を用いることができるが、その機構は特に限定されない。
【００５７】
次に、材料供給ワイパー２とは別に材料格納遮蔽板８を設けた実施形態を説明する。
【００５８】
図３２は材料タンク３と造形タンク４との間に材料格納遮蔽板８を配置し、材料タンク３上を通過する材料供給ワイパー２にて押し出された粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との間で挟み込みながら粉末材料Ｐを造形エリア１上に供給する場合の一例を示している。図３３は材料格納遮蔽板８に接触確認センサー４３を備えた場合の一例を示しており、材料格納遮蔽板８は２本のガイドレール１９にてガイドされて材料タンク３および造形タンク４の上方空間を平行移動する。材料格納遮蔽板８の駆動源としては、材料格納遮蔽板８上部に設けた駆動制御モータ４２に歯車２２を設け、この歯車２２を材料供給ワイパー２の進行方向Ａと平行に設置されたラック２３と噛み合わせてある。ラック２３はワイパー駆動スライダー１６に対して固定されている。駆動制御モータ４２が回転すると、駆動制御モータ４２及び材料格納遮蔽板８がラック２３に対して移動するようになっている。レーザー焼結を行なっているときに、材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との位置関係を認識するために、材料格納遮蔽板８の上部に接触確認センサー４３で位置情報を得るようにしている。つまり接触確認センサー４３で得た位置信号で、造形エリア１上部に粉末材料Ｐを供給する時に材料供給ワイパー２と一定の距離を保ちながら、焼結エリア先端部Ｕ１に材料格納遮蔽８の先端部（造形タンク４側の先端部）を移動させるようにしている。他の構成は図６の構成と同様である。レーザー焼結が完了すると、図３４（ａ）〜（ｃ）のように材料格納遮蔽板８の先端部が次の焼結エリアＵ手前まで移動して、材料供給準備を行なう。しかして造形エリア１直前まで粉末材料Ｐが移動しても材料格納遮蔽板８によって造形エリア１内に粉末材料Ｐが流出するのを防止できる。材料供給時の流出量を把握しなくてもよいものとなり、材料供給ワイパー２の位置制御が簡単になる。
【００５９】
また上記材料格納遮蔽板８の形状は平板形状に限らず、図３５に示すように、材料格納遮蔽板８の下端部８ａをエッジ形状としたり、或いは図３６に示すように、材料格納遮蔽板８の下端部８ａをヤスリのような網目溝が付加された形状とすることで、レーザー焼結面（最上層の硬化層Ｍ上面）の突起部５０（図３８）を除去できるようになる。さらに図３７に示すように、材料格納遮蔽板８の下端部８ａに円筒のローラ２４を付加し、ローラ２４の外周部に設けた溝によってレーザー焼結面の突起部５０を除去するようにしてもよい。ちなみに、レーザー焼結面の突起部５０とは、図３８のようにレーザー照射された材料が飛び跳ねて焼結された部分に飛び散った溶融玉をいい、この突起部５０を除去することで硬化層Ｍ表面の平滑性を得ることができる。
【００６０】
図３９は材料格納遮蔽板８の下端部８ａを材料供給ワイパー２側に向かって傾けた形状にした場合の一例を示している。なお、材料格納遮蔽板８の位置制御は図３４と同様である。本例の材料格納遮蔽板８は２層構造とされ、材料供給ワイパー２側の下端部８ａが材料供給ワイパー２側に向かって略く字状に屈曲しており、材料格納遮蔽板８の上部に接触確認センサー４３が配設されている。この材料格納遮蔽板８を備えた装置の一例を図４０に示す。図４０（ａ）のように材料格納遮蔽板８の準備設定座標位置を認識する位置認識センサー部２５が設けられている。他の構成は図３３と同様である。この材料格納遮蔽板８の動作の一例を図４１に示す。レーザー焼結を行なっている状態で、図４１（ａ）のように材料格納遮蔽板８を材料タンク３と造形タンク４との間に停止させた状態で、ワイパー駆動スライダー１６によって材料供給ワイパー２を移動して、図４１（ｂ）、（ｃ）のように材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８の下端部８ａとの間で次層分の粉末材料Ｐを挟み込む。このとき接触確認センサー４３が認識したときに材料格納遮蔽板８の下端部８ａと材料供給ワイパー２との間に約０．５〜２ｍｍ程度の幅Ｅの隙間（図４１（ｃ））を設け、この隙間により粉末材料Ｐを焼結エリアＵ上に塗布する。従って、造形エリア１直前まで材料格納遮蔽板８が移動しても、粉末材料Ｐが流出しない。また本例では接触確認センサー４３によって隙間の幅Ｅを設定することが可能である。また材料格納遮蔽板８の駆動制御モータ４２の移動距離座標は制御用コンピュータにて座標認識を行なうことが可能である。
【００６１】
図４２は、材料タンク３と造形タンク４との間に配置される材料格納遮蔽板８と、材料タンク３上を通過する材料供給ワイパー２とを備え、材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２とを接触離反可能とし、材料待機工程の中で材料供給ワイパー２にて押し出された粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との間で挟み込みながら粉末材料Ｐを造形エリア１上の焼結エリアＵとその周辺部のみに塗布するための装置の一例を示している。他の構成は図４０と同様である。本例の装置の動作状態の一例を図４３、図４４に示す。材料待機工程において、先ず図４３（ａ）のように材料格納遮蔽板８は造形タンク４と材料タンク３との間で待機している状態で、材料タンク３が次層分上昇する。図４３（ｂ）（ｃ）のように材料供給ワイパー２が材料タンク３上部に押し出された次層分の粉末材料Ｐを造形タンク４側に押し出し、材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との間で粉末材料Ｐを挟み込む。そして、材料格納遮蔽板８に設けた接触確認センサー４３によって材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との位置認識をコンピュータ上で認識して、図４３（ｄ）のようにレーザー焼結される断面輪郭エリアより約１５ｍｍ手前に材料供給ワイパー２を停止させる。つまり、材料供給ワイパー２の先端部２ａから材料格納遮蔽板８の先端部での距離ｍを約１０ｍｍと仮定し、この距離ｍに材料格納遮蔽板８の幅Ｎを加えた値を約１５ｍｍと仮定する。この状態から、図４３（ｅ）のように材料供給ワイパー２から材料格納遮蔽板８を約０．５〜２ｍｍ前方に移動させて隙間を形成し、造形タンク４上に粉末材料Ｐを供給する準備を完了する。その後、断面輪郭データに対してレーザー焼結が完了した認識したデータを受けて、図４３のように材料供給ワイパー２及び材料格納遮蔽板８を焼結が完了したエリア上まで移動して、材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との隙間から造形エリア１上に１層分の粉末材料Ｐだけを層状に堆積させる。その後断面輪郭データ上のエリアの焼結が完了すると、図４４（ａ）の位置まで材料格納遮蔽板８及び材料供給ワイパー２を移動させ、焼結エリアＵより約１５ｍｍ進行方向Ａに対して余分に粉末材料Ｐを供給する。その後、図４４（ｂ）のように材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８とが進行方向Ａに対して反対方向Ｂに進み、図４４（ｃ）のように材料格納遮蔽板８は位置認識センサー部２５に接触したときに停止し、材料供給ワイパー２は図４４（ｄ）のように材料タンク３後方の原点位置に復帰し、図４３（ａ）のレーザー焼結が開示されると共に、上記図４３（ａ）〜図４４（ｄ）の動作を繰り返す。ここで、非焼結エリアＶでは材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との隙間をなくすことで、粉末材料Ｐが非焼結エリアＶには供給されないようにすることができ、造形エリア１直前まで粉末材料Ｐが移動しても材料格納遮蔽板８によって造形エリア１内に粉末材料Ｐが流出するのを防止できる結果、材料供給時の流出量を把握しなくてもよくなる。また焼結エリアＵでは、材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２とを離してその隙間から粉末材料Ｐを供給することで、焼結エリアＵとその周辺部のみに粉末材料Ｐを供給することが可能となり、材料供給量が少なくて済み、材料供給を効率良く行なうことができる。
【００６２】
図４５は材料格納遮蔽板８を材料供給ワイパー２の前後両サイドに設け、前側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２の前面との間、後側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２の背面との間に、それぞれ、粉末材料Ｐを保管し、造形タンク４上部を往復移動させる場合の一例を示し、図４６、図４７はその装置の一例を示している。後側の材料格納遮蔽板８の移動機構は前側の材料格納遮蔽板８と同様であり、ラック２３に噛み合う歯車２２を備えた駆動制御モータ４２にて駆動制御されると共に、位置認識センサー部２５にて位置が認識されるようになっている。この後側の材料格納遮蔽板８にも接触確認センサー４３が設けられている。また本例では、材料待機工程において、先ず図４８（ａ）のように前側の材料格納遮蔽板８は造形タンク４と材料タンク３との間で停止し、後側の材料格納遮蔽板８が材料供給ワイパー２の後方で停止している状態で、材料タンク３が１層分だけ上昇する。図４８（ｂ）のように材料供給ワイパー２が次層分の粉末材料Ｐを造形タンク４側に押し出して材料供給ワイパー２との間でその粉末材料Ｐを挟み込む。その後、材料タンク３が更に１層分だけ上昇して、図４８（ｃ）のように後側の材料格納遮蔽板８がその粉末材料Ｐを造形タンク４側に押し出して材料供給ワイパー２との間で粉末材料Ｐを挟み込み、材料供給準備を完了する。その後、レーザー焼結後に図４８（ｄ）のように造形エリア１上に前側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２と後側の材料格納遮蔽板８とを一体に移動させる。このとき材料供給ワイパー２と前側の材料格納遮蔽板８との隙間から造形エリア１上には１層分の粉末材料Ｐだけを層状に堆積させる。このとき材料供給ワイパー２と後側の材料格納遮蔽板８との間は接触している。その後図４９（ａ）の位置まで前側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２と後側の材料格納遮蔽板８とをそれぞれ移動させた後に、図４９（ｂ）のようにレーザー焼結を行ない、レーザー焼結完了後に、図４９（ｃ）のように前側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２と後側の材料格納遮蔽板８とが進行方向Ａに対して反対方向Ｂに進み、後側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との隙間から１層分の粉末材料Ｐを造形エリア１へと移送して層状に堆積させる。そして図４９（ｄ）のように前側の材料格納遮蔽板８が位置認識センサー部２５に接触して停止し、材料供給ワイパー２と後側の材料格納遮蔽板８とが図４８（ａ）に示す材料タンク３後方の原点位置に復帰し、上記一連の動作を繰り返す。しかして、２層分の粉末材料Ｐを保管しながら材料供給ワイパー２と前側の材料格納遮蔽板８と後側の材料格納遮蔽板８とを造形エリア１上を１往復させるだけで、２層分の材料が順次供給可能となり、１回の硬化工程毎に材料供給ワイパー２を１回往復させる場合と比べて、材料供給ワイパー２の無駄な動きが少ないので、迅速な動作が可能となり、全体の作業時間が削減され、作業効率が向上する。
【００６３】
図５０は造形エリア１に粉末材料Ｐが供給されているか否かを把握するために、レーザー焼結するチャンバー内上部にカメラユニット部９を設置し、材料供給後に造形エリア１上に材料が供給されているか否かを確認し、また材料が完全に供給されていないときは再度材料を供給する場合の一例を示している。本例では、図５０（ｂ）の左側に示す材料供給が完全にされた画像のときは次層のレーザー焼結を行ない、同（ｂ）の右側に示す材料供給が不完全な場合の画像（Ｔで示す影）のときは再度材料供給を行ない、その後再度カメラで撮影して、材料供給が完全となった後に、次層のレーザー焼結を行なうようにする。これにより材料供給漏れが少なくなり、造形物の高品質化を図ることができる。
【００６４】
【発明の効果】
上述のように請求項１記載の発明にあっては、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料を材料供給ワイパーによって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料を充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層を積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する方法であって、上記光ビーム照射工程の途中で、材料供給ワイパーを移動させて次層分の粉末材料を光ビームが照射されない非焼結エリアに向かって移動させると共に粉末材料が焼結エリア内に流出しない位置で材料供給ワイパーを停止させる材料待機工程を行なうので、光ビーム照射を行なっている状態で、材料供給ワイパーにて次層分の粉末材料を造形エリア上の焼結エリアの上面に流出しない位置まで押し出して待機させることによって、造形エリア上への次層の材料供給の準備ができるようになり、これにより造形時の材料供給時間を更に短縮でき、生産の高効率化を図ることができるものである。
【００６７】
また上記粉末材料を溜める材料タンクと硬化層を造形する造形タンクとの間に、材料供給ワイパーにて押し出された粉末材料の材料流出先端部を検知する材料先端部検知センサーを配置し、材料先端部検知センサーが検知した位置と材料供給ワイパーの先端部とから、材料流出量の幅を算出して材料供給ワイパーの位置制御を行なうので、材料流出先端部と材料供給ワイパーの先端部との間の距離測定を随時行なうことができ、材料流出量を把握することができる。
【００６８】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、材料先端部検知センサーが材料供給ワイパーの進行方向に沿ってスライド可能とされ、焼結エリア先端部と対応する位置に材料先端部検知センサーを移動制御すると共に、焼結エリア先端部から材料供給ワイパーの先端部までの最短距離をＣＡＭ処理で作成された断面輪郭データから算出し、当該算出結果に基づいて材料供給ワイパーを駆動するので、材料先端部検知センサーをスライド可能としたことで、焼結エリア先端部の変化に材料先端部検知センサーが対応できるようになり、造形エリアの形状変化に応じて材料流出量の数値が明確となり、材料流出量を把握することができる。
【００７３】
また、請求項３記載の発明は、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料を材料供給ワイパーによって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料を充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層を積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記粉末材料を溜める材料タンクと硬化層を造形する造形タンクとの間に底面が昇降自在に駆動する材料保管溝を設け、レーザー焼結時に材料保管溝内に格納された粉末材料を上昇させると共に材料供給ワイパーを移動させ且つ粉末材料が焼結エリア内に流出しない位置で材料供給ワイパーを停止させるための制御部を設けてなるので、レーザー焼結時に材料供給ワイパーによって押し出された次層分の粉末材料を材料保管溝に保管し、レーザー焼結が完了したときに材料保管溝の底面を上昇させて材料供給を開始することができ、これにより、造形エリア直前に材料供給準備をしたときでも、材料保管溝に粉末材料が格納されることで、粉末材料が造形エリアに流出しないものであり、焼結完了後は速やかに造形エリア上に材料供給ができ、造形時間を短縮させることができる。
【００７４】
また請求項４記載の発明は、請求項３記載の効果に加えて、上記材料保管溝の底面を、造形エリアに近づくにつれて下り傾斜させたので、材料保管溝の底面の上昇と材料供給ワイパーの移動とを同時に行なうことで、粉末材料を造形エリア上に押し出すことが可能となり、従って、材料供給ワイパーの移動開始のタイミングを速めることができ、造形時間を一層短縮できる。
【００７５】
また請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の効果に加えて、上記材料保管溝を造形タンクの両サイドに設けたので、材料供給ワイパーの１往復で２回の材料供給を行なうことが可能となり、材料供給ワイパーの移動距離を短くでき、造形時間を一層短縮できる。
【００７６】
また請求項６記載の発明は、請求項５記載の効果に加えて、上記両サイドの材料保管溝のうち、材料タンク側の材料保管溝に「複数層＋１層」分の粉末材料を格納し、材料タンク側とは反対側の材料保管溝に上記「複数層」と同数の「複数層」の粉末材料を格納し、レーザー焼結が完了した後に材料供給ワイパーを両方の材料保管溝間に移動させることで造形エリア上への材料供給を行なうので、材料供給ワイパーを両サイドの材料保管溝間で複数回往復させるだけで、材料保管溝内の粉末材料を複数回供給することが可能となり、材料供給ワイパーの移動距離（移動量）をより削減でき、作業能率を向上させて、造形時間を一層短縮できるものである。
【００７７】
また請求項７記載の発明は、請求項３又は４又は５又は６記載の効果に加えて、材料保管溝の下部に振動ユニット部を設けたので、材料保管溝の底面に振動を与えて、材料保管溝の粉末材料の充填を高密度で行なうことができ、材料供給量のバラツキを防止できる。
【００７８】
また請求項８記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、上記硬化層を造形する造形タンクの両サイドに底面が昇降自在に駆動する材料保管溝をそれぞれ設け、材料タンク側の材料保管溝に２層分以上の粉末材料を格納すると共に、材料タンク側と反対側の材料保管溝に１層分の粉末材料を格納し、両サイドの材料保管溝間に材料供給ワイパーを往復移動させるので、材料保管溝内の２層以上の粉末材料を造形エリア上に１層ずつ順次供給可能となり、従って、材料供給ワイパーの移動距離（移動量）を削減でき、作業能率を向上させて、造形時間を短縮できる。
【００７９】
また請求項９記載の発明は、請求項８記載の効果に加えて、上記両サイドの材料保管溝の少なくとも一方の底面を造形エリアに近づくにつれて下り傾斜させると共に、下り傾斜した底面の上昇と材料供給ワイパーの移動とを同時に行なうことで、粉末材料を造形エリア上に押し出すので、材料供給ワイパーの移動開始のタイミングを速めることができ、作業能率を向上させて、造形時間の一層の短縮化を図ることができる。
【００８０】
また請求項１０記載の発明は、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料を材料供給ワイパーによって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料を充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層を積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記粉末材料を溜める材料タンクと硬化層を造形する造形タンクとの間に材料格納遮蔽板を配置し、レーザー焼結時に材料供給ワイパーにて押し出された粉末材料を材料供給ワイパーと材料格納遮蔽板との間で挟み込み、レーザー焼結完了後に粉末材料を造形エリア上に供給するための制御部を設けてなるので、造形エリア直前まで粉末材料が移動しても材料格納遮蔽板によって造形エリア内に粉末材料が流出するのを防止できるので、材料供給時の流出量を把握しなくてもよく、材料供給ワイパーの位置制御が簡単になる。
【００８１】
また請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の効果に加えて、上記材料格納遮蔽板の先端部を材料供給ワイパー側に向かって傾けた形状にしたので、材料供給ワイパーと材料格納遮蔽板との間で次層分の粉末材料を挟み込むことができ、造形エリア直前まで材料格納遮蔽板が移動しても粉末材料が流出しないようにできる。
【００８２】
また請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の効果に加えて、上記材料格納遮蔽板の先端部を材料供給ワイパーに対して接触離反可能とし、材料待機工程の中で材料供給ワイパーにて押し出された粉末材料を材料供給ワイパーと材料格納遮蔽板との間で挟み込むと共に、材料格納遮蔽板の先端部と材料供給ワイパーとの隙間から粉末材料を造形エリア上の焼結エリアとその周辺部に供給するので、造形エリア直前まで粉末材料が移動しても材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーとの隙間をなくすことで造形エリア内に粉末材料が流出するのを防止できるので材料供給時の流出量を把握しなくてもよく、供給時には材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーとの間に隙間を設けることで造形エリア上の焼結エリアとその周辺部のみに粉末材料を供給することが可能となり、材料供給の効率化を図ることができる。
【００８３】
また請求項１３記載の発明は、請求項１０又は１１又は１２記載の効果に加えて、材料格納遮蔽板を材料供給ワイパーの前後両サイドに設けたので、前側の材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーとの間に次層分の粉末材料を保管すると共に、後側の材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーとの間に次々層の粉末材料を保管して、造形エリア上を往復させることで、２層分の材料が順次供給可能となり、作業能率を向上させて、造形時間をより短縮できるようになる。
【００８４】
また請求項１４記載の発明は、請求項１又は２又は８又は９記載の効果に加えて、レーザー焼結するチャンバー内上部にカメラユニット部を設置し、材料供給後に造形エリア上に材料が完全に供給されていないときは再度材料を供給するので、材料供給が完全にされた画像のときは次層のレーザー焼結を行ない、材料供給が不完全な場合の画像のときは再度材料供給を行ない、再度カメラで撮影して材料供給が完全となった後に、次層のレーザー焼結を行なうようにすることで、造形エリアに粉末材料が供給されているか否かを把握することができる結果、材料供給漏れが少なくなり、造形物の高品質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】同上の三次元ＣＡＤにて形成された立体形状データの説明図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は三次元立体形状とその形状をスライスする場合の説明図、（ｃ）（ｄ）は抽出された断面輪郭データの一例であり、（ｃ）は（ｂ）のＱ−Ｑ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のＷ−Ｗ線断面図である。
【図４】同上の断面輪郭データをやり取りするネットワークの説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は同上の断面輪郭データを制御用コンピュータにてレイアウトする場合の説明図である。
【図６】（ａ）は同上の造形を行なう装置の斜視図、（ｂ）は材料先端部検知センサー付近の拡大斜視図、（ｃ）は材料テーブル及び造形テーブルを駆動するスライダー部分の斜視図である。
【図７】同上の造形テーブル及び材料テーブルを開始位置にセットした状態の説明図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は同上の材料供給ワイパーの移動状態の説明図である。
【図９】（ａ）は材料供給完了状態を示し、（ｂ）は１層分だけ造形テーブルを降下させた状態を示し、（ｃ）は材料供給ワイパーを原点位置に復帰させると共に断面輪郭エリアに光ビームを照射してレーザー焼結を行なう状態を示し、（ｄ）は光ビームの照射と材料供給ワイパーの復帰を同時に行なう状態を示し、（ｅ）は材料供給ワイパーが造形エリアの外側に移動した状態を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は同上の材料待機工程の説明図である。
【図１１】同上の材料待機工程において、材料流出先端部を焼結エリアの手前に位置させた場合の説明図である。
【図１２】同上の焼結エリア先端部におけるポイントデータの説明図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は同上の粉末材料供給の動作説明図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）は同上の材料供給ワイパーと材料流出幅との関係を説明する図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は同上の材料先端部検知センサーの斜視図及び側面図、（ｃ）は材料先端部検知センサーにて材料流出先端部を検知して材料供給ワイパーを停止させた場合の説明図である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は同上の材料流出先端部と材料供給ワイパーの先端部との距離と、材料供給ワイパーの移動距離との関係を示す図である。
【図１７】同上の材料流出先端部と材料供給ワイパーの先端部との距離と、材料供給ワイパーの移動距離との関係を示すグラフである。
【図１８】同上の材料先端部検知センサーをスライド可能とした場合の説明図である。
【図１９】同上の造形エリアの位置情報と材料供給ワイパーのスライダー位置情報とから材料供給ワイパーの位置制御を行なう場合の説明図である。
【図２０】同上の材料流出先端部を焼結エリア直前で停止させる場合の説明図である。
【図２１】同上のＣＡＤ断面輪郭データを材料供給ワイパーが移動する進行方向に分割し、分割されたエリアを上記進行方向からレーザー焼結を行なう場合の一例の説明図である。
【図２２】同上のレーザー焼結を開始から材料供給ワイパーが材料供給を開始する場合の説明図である。
【図２３】（ａ）（ｂ）は同上の材料タンクと造形タンクの間に材料保管溝を設けた場合の説明図である。
【図２４】（ａ）（ｂ）は同上の材料保管溝の底面を傾斜させた場合の説明図である。
【図２５】同上の材料保管溝を造形タンクの両サイドに設けた場合の説明図である。
【図２６】（ａ）〜（ｆ）は図２５の工程図である。
【図２７】（ａ）〜（ｄ）は同上の材料保管溝に複数層分の粉末材料を保管する場合の工程図である。
【図２８】同上の造形タンクの外側の材料保管溝の底面を傾斜させた場合の説明図である。
【図２９】同上の材料保管溝に振動を与える振動ユニット部を設けた場合の説明図である。
【図３０】（ａ）は同上の造形タンクの両サイドに材料保管溝を設けた装置の斜視図、（ｂ）は溝テーブルの昇降スライダーの説明図、（ｃ）はモータとカムを用いて溝テーブルを昇降させる場合の説明図である。
【図３１】（ａ）（ｂ）は同上のモータとカムを用いて溝テーブルを昇降させる場合の正面断面図及び側面図、（ｃ）はカムの正面図である。
【図３２】同上の材料供給ワイパーの前方に材料格納遮蔽板を配置した場合の説明図である。
【図３３】（ａ）（ｂ）は同上の材料格納遮蔽板を備えた装置の斜視図、及び拡大斜視図である。
【図３４】（ａ）〜（ｃ）は同上の材料格納遮蔽板の動作説明図である。
【図３５】同上の材料格納遮蔽板の他例の斜視図である。
【図３６】（ａ）は同上の材料格納遮蔽板の更に他例の斜視図、（ｂ）は底面図である。
【図３７】同上の材料格納遮蔽板の更に他例の斜視図である。
【図３８】（ａ）（ｂ）は同上のレーザー焼結面の突起部の説明図である。
【図３９】同上の材料格納遮蔽板の先端部をく字状に屈曲させた場合の説明図である。
【図４０】（ａ）は同上の先端部がく字状に屈曲した材料格納遮蔽板を備えた装置の斜視図、（ｂ）は拡大斜視図である。
【図４１】（ａ）〜（ｃ）は同上の材料格納遮蔽板の動作説明図である。
【図４２】同上の材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーとを接離自在とした装置の斜視図である。
【図４３】（ａ）〜（ｆ）は図４２の装置を用いて粉末材料を供給する動作の説明図である。
【図４４】（ａ）〜（ｄ）は図４２の装置を用いて粉末材料を供給する動作の説明図である。
【図４５】同上の材料供給ワイパーの背後に後側の材料格納遮蔽板を設けた場合の説明図である。
【図４６】（ａ）は同上の後側の材料格納遮蔽板を備えた装置の斜視図、（ｂ）は拡大斜視図である。
【図４７】同上の後側の材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーと前側の材料格納遮蔽板とが重なり合った状態の斜視図である。
【図４８】（ａ）〜（ｄ）は同上の装置を用いて粉末材料を供給する動作の説明図である。
【図４９】（ａ）〜（ｄ）は同上の装置を用いて粉末材料を供給する動作の説明図である。
【図５０】（ａ）は同上の造形エリア上の材料供給状況をカメラユニット部で撮影する場合の説明図、（ｂ）は焼結されたカメラ画像において材料供給が完全にされた場合と不完全な場合の説明図である。
【図５１】（ａ）〜（ｄ）は従来例の説明図である。
【符号の説明】
１ 造形エリア
２ 材料供給ワイパー
３ 材料タンク
４ 造形タンク
５ 材料先端部検知センサー
６ 材料保管溝
６ａ 底面
７ 振動ユニット部
８ 材料格納遮蔽板
９ カメラユニット部
Ａ 進行方向
Ｌ 光ビーム
Ｍ 硬化層
Ｐ 粉末材料
Ｐ１ 材料流出先端部
Ｕ 焼結エリア
Ｖ 非焼結エリア
【発明の属する技術分野】
本発明は、造形エリアにおいて、無機質もしくは有機質の粉末材料を層状に堆積させ光ビームを照射して硬化層を形成し、この硬化層を積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する方法及びその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無機質粉末（金属）や有機質粉末（樹脂）に対して光ビーム（指向性エネルギービーム、レーザ）を照射して硬化させ、硬化層を積層して三次元形状造形物を製造する方法に関する従来技術が、特許第２６２０３５３号公報に示されている。
【０００３】
通常、上記方法により製造される部品の設計は、三次元ＣＡＤによって行われる。設計された三次元ＣＡＤモデルを所望の層厚みにスライスすることにより生成される各層の断面形状データをもとに、各層のレーザの経路が決定され、一層分の粉末が焼結（硬化）されると同時に、直前の層に対しても焼結（接合）され、連続して積み重ねることにより部品形状を製造する方法である。
【０００４】
この方法では、三次元ＣＡＤにより設計された形状が、従来このような三次元形状造形物の製造に使用されていたＣＡＭ装置がなくても製造可能である。また、従来の切削加工等の工法に比べて、迅速に所望の部品が製造できる点で大きなメリットがある。
【０００５】
しかしながら、前記方法で製造された三次元形状造形物は、硬化させたい粉末材料をレーザビーム指向面に分与する際の材料供給機構の運動が往復運動のみであり、造形エリア上部を通過することになるため、光ビーム照射中には材料供給機構は待機しておき、照射終了後に一旦は元に位置に復帰したあと、粉末供給動作を行う。そのため、材料供給工程時間が長くなり、それに伴い造形時間も長くなるという問題がある。
【０００６】
そこで、本出願人は特開２００１−１５０５５７号公報において、図５１（ｄ）のように造形エリア１の外側から上方へと移動する材料供給ワイパー２を造形エリア１の外側の供給開始位置に配置させ、造形エリア１の外側で材料供給ワイパー２の移動経路上に粉末材料Ｐを供給する工程（ａ）と、材料供給ワイパー２を移動させ、粉末材料Ｐを造形エリア１の外側から造形エリア１へと移送して層状に堆積させる工程（ｂ）と、造形エリア１に移送され層状に堆積した粉末材料Ｐに光ビームＬを照射して硬化層を形成する工程（ｃ）とを含み、上記工程（ａ）を工程（ｃ）の間に行うようにした方法を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特開２００１−１５０５５７号公報に開示されている従来例では、光ビームＬの照射（レーザー焼結）時に材料供給ワイパー２が次層の材料供給準備を行なうものであり、照射エリアが広い等で照射に時間を要するものである場合は、材料供給準備が完了してから次層の材料供給まで待機時間を有する場合があった。
【０００８】
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、更なる造形時間の短縮化及び生産の高効率化を図ることができる三次元形状造形物の製造方法及びその製造装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明にあっては、造形エリア１の外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２によって造形エリア１に向かって移動させる移動工程と、造形エリア１に粉末材料Ｐを充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料Ｐに光ビームＬを照射して硬化層Ｍを形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層Ｍを積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造するにあたり、上記光ビーム照射工程の途中で、材料供給ワイパー２を移動させて次層分の粉末材料Ｐを光ビームＬが照射されない非焼結エリアＶに向かって移動させると共に粉末材料Ｐが焼結エリアＵ内に流出しない位置で材料供給ワイパー２を停止させる材料待機工程を有するので、光ビーム照射を行なっている状態で、材料供給ワイパー２にて次層分の粉末材料Ｐを造形エリア１上の焼結エリアＵの上面に流出しない位置まで押し出して待機させることによって、造形エリア１上への次層の材料供給の準備ができ、更なる造形時間短縮ができるようになる。また、上記粉末材料Ｐを溜める材料タンク３と硬化層Ｍを造形する造形タンク４との間に、材料供給ワイパー２にて押し出された粉末材料Ｐの材料流出先端部Ｐ１を検知する材料先端部検知センサー５を配置し、材料先端部検知センサー５が検知した位置と材料供給ワイパー２の先端部２ａとから、材料流出量の幅Ｄを算出して材料供給ワイパー２の位置制御を行なうので、材料流出先端部Ｐ１と材料供給ワイパー２の先端部２ａとの間の距離測定を随時行なえるようになる。
【００１３】
また上記材料先端部検知センサー５が材料供給ワイパー２の進行方向Ａに沿ってスライド可能とされ、焼結エリア先端部Ｕ１と対応する位置に材料先端部検知センサー５を移動制御すると共に、焼結エリア先端部Ｕ１から材料供給ワイパー２の先端部２ａまでの最短距離をＣＡＭ処理で作成された断面輪郭データから算出し、当該算出結果に基づいて材料供給ワイパー２を駆動するので、材料先端部検知センサー５をスライド可能とするのが好ましく、この場合、焼結エリア先端部Ｕ１の変化に材料先端部検知センサー５が対応できるようになり、造形エリア１の形状変化に応じて材料流出量の数値が明確となる。
【００１８】
また、本発明にあっては、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２によって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料Ｐを充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料Ｐに光ビームを照射して硬化層Ｍを形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層Ｍを積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記粉末材料Ｐを溜める材料タンク３と硬化層Ｍを造形する造形タンク４との間に底面６ａが昇降自在に駆動する材料保管溝６を設け、レーザー焼結時に材料保管溝６内に格納された粉末材料Ｐを上昇させると共に材料供給ワイパー２を移動させ且つ粉末材料Ｐが焼結エリアＵ内に流出しない位置で材料供給ワイパー２を停止させるための制御部を設けてなることを特徴としており、このように構成することで、レーザー焼結時に材料供給ワイパー２によって押し出された次層分の粉末材料Ｐを材料保管溝６に保管し、レーザー焼結が完了したときに材料保管溝６の底面６ａを上昇させて材料供給を開始することができ、これにより、造形エリア１直前に材料供給準備をしたときでも、材料保管溝６に粉末材料Ｐが格納されることで、粉末材料Ｐが造形エリア１に流出しないものであり、焼結完了後は速やかに造形エリア１上に材料供給ができるようになる。
【００１９】
また上記材料保管溝６の底面６ａを、造形エリア１に近づくにつれて下り傾斜させるのが好ましく、この場合、材料保管溝６の底面６ａの上昇と材料供給ワイパー２の移動とを同時に行なうことで、粉末材料Ｐを造形エリア１上に押し出すことが可能となり、従って、材料供給ワイパー２の移動開始のタイミングを速めることができる。
【００２０】
また上記材料保管溝６を造形タンク４の両サイドに設けるのが好ましく、この場合、材料供給ワイパー２の１往復で２回の材料供給を行なうことが可能となり、材料供給ワイパー２の移動距離を短くできる。
【００２１】
また上記両サイドの材料保管溝６のうち、材料タンク３側の材料保管溝６に「複数層＋１層」分の粉末材料Ｐを格納し、材料タンク３側とは反対側の材料保管溝６に上記「複数層」と同数の「複数層」の粉末材料Ｐを格納し、レーザー焼結が完了した後に材料供給ワイパー２を両方の材料保管溝６間に移動させることで造形エリア１上への材料供給を行なうのが好ましく、この場合、材料供給ワイパー２を両サイドの材料保管溝６間で複数回往復させるだけで、材料保管溝６内の粉末材料Ｐを複数回供給することが可能となり、材料供給ワイパー２の移動距離（移動量）をより削減できる。
【００２２】
また上記材料保管溝６の下部に振動ユニット部７を設けるのが好ましく、この場合、材料保管溝６の底面６ａに振動を与えて、材料保管溝６の粉末材料Ｐの充填を高密度で行なうことができる。
【００２３】
また、本発明にあっては、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２によって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料Ｐを充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料Ｐに光ビームを照射して硬化層Ｍを形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層Ｍを積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記硬化層Ｍを造形する造形タンク４の両サイドに底面６ａが昇降自在に駆動する材料保管溝６をそれぞれ設け、材料タンク３側の材料保管溝６に２層分以上の粉末材料Ｐを格納すると共に、材料タンク３側と反対側の材料保管溝６に１層分の粉末材料Ｐを格納し、両サイドの材料保管溝６，６間に材料供給ワイパー２を往復移動させることを特徴としており、このように構成することで、材料保管溝６内の２層以上の粉末材料Ｐを造形エリア１上に１層ずつ順次供給可能となり、材料供給ワイパー２の移動距離（移動量）を削減できる。
【００２４】
また上記両サイドの材料保管溝６の少なくとも一方の底面６ａを造形エリア１に近づくにつれて下り傾斜させると共に、下り傾斜した底面６ａの上昇と材料供給ワイパー２の移動とを同時に行なうことで、粉末材料Ｐを造形エリア１上に押し出すようにするのが好ましく、この場合、材料供給ワイパー２の移動開始のタイミングを速めることができる。
【００２５】
また本発明にあっては、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２によって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料Ｐを充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料Ｐに光ビームを照射して硬化層Ｍを形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層Ｍを積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記粉末材料Ｐを溜める材料タンク３と硬化層Ｍを造形する造形タンク４との間に材料格納遮蔽板８を配置し、レーザー焼結時に材料供給ワイパー２にて押し出された粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との間で挟み込み、レーザー焼結完了後に粉末材料Ｐを造形エリア１上に供給するための制御部を設けてなることを特徴としており、このように構成することで、造形エリア１直前まで粉末材料Ｐが移動しても材料格納遮蔽板８によって造形エリア１内に粉末材料Ｐが流出するのを防止できるので、材料供給時の流出量を把握しなくてもよく、材料供給ワイパー２の位置制御が簡単になる。
【００２６】
また上記材料格納遮蔽板８の下端部８ａを材料供給ワイパー２側に向かって傾けた形状にするのが好ましく、この場合、材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との間で次層分の粉末材料Ｐを挟み込むことができ、造形エリア１直前まで材料格納遮蔽板８が移動しても粉末材料Ｐが流出しないようにできる。
【００２７】
また上記材料格納遮蔽板８の下端部８ａを材料供給ワイパー２に対して接触離反可能とし、材料待機工程の中で材料供給ワイパー２にて押し出された粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との間で挟み込むと共に、材料格納遮蔽板８の下端部８ａと材料供給ワイパー２との隙間から粉末材料Ｐを造形エリア１上の焼結エリアＵとその周辺部に供給するのが好ましく、この場合、造形エリア１直前まで粉末材料Ｐが移動しても材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との隙間をなくすことで造形エリア１内に粉末材料Ｐが流出するのを防止できるので材料供給時の流出量を把握しなくてもよく、供給時には材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との間に隙間を設けることで造形エリア１上の焼結エリアＵとその周辺部のみに粉末材料Ｐを供給することが可能となる。
【００２８】
また上記材料格納遮蔽板８を材料供給ワイパー２の前後両サイドに設けたので、前側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との間に次層分の粉末材料Ｐを保管すると共に、後側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との間に次々層の粉末材料Ｐを保管して、造形エリア１上を往復させるのが好ましく、この場合、２層分の材料が順次供給可能となり、作業能率を向上させて、造形時間をより短縮できるようになる。
【００２９】
また上記レーザー焼結するチャンバー内上部にカメラユニット部９を設置し、材料供給後に造形エリア１上に材料が完全に供給されていないときは再度材料を供給するのが好ましく、この場合、材料供給が完全にされた画像のときは次層のレーザー焼結を行ない、材料供給が不完全な場合の画像のときは再度材料供給を行ない、再度カメラで撮影して材料供給が完全となった後に、次層のレーザー焼結を行なうようにすることで、造形エリア１に粉末材料Ｐが供給されているか否かを把握することができ、材料供給漏れを少なくすることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００３１】
本実施形態は、以下の画像処理工程及び準備工程を経た後に、造形エリア１の外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２によって造形エリア１に向かって移動させる移動工程と、造形エリア１に粉末材料Ｐを充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料Ｐに光ビームＬを照射して硬化層Ｍを形成する光ビーム照射工程とを行ない、これら移動工程と堆積工程と光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層Ｍを積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する方法であって、図１のように光ビーム照射工程の途中で、材料供給ワイパー２を移動させて次層分の粉末材料Ｐを光ビームＬが照射されない非焼結エリアＶに向かって移動させると共に粉末材料Ｐが焼結エリアＵ内に流出しない位置で材料供給ワイパー２を停止させる材料待機工程を行なう点に特徴を有している。
【００３２】
先ず、画像処理工程では、積層造形を行なう前に図２に示す三次元の立体形状データを三次元ＣＡＤコンピュータにて形状を作成する。次いで上記工程で作成された立体形状データを、三次元ＣＡＤ断面スライス用ＣＡＭコンピュータを用いて、図３（ａ）、（ｂ）のように積層方向（Ｚ軸方向）に所定のピッチ（０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ）でスライスし、図３（ｃ）、（ｄ）に示す断面輪郭データを抽出する。この断面輪郭データの輪郭はポイント位置データで構成される。ここで図３（ａ）（ｂ）は積層方向（Ｘ−Ｚ平面）の断面形状であり、図３（ｃ）（ｄ）はＸ−Ｙ平面の断面であり、（ｃ）が（ｂ）のＱ−Ｑ線に沿う断面、（ｄ）がＷ−Ｗ線に沿う断面である。
【００３３】
次いで、上記断面スライスされた断面輪郭データを積層造形装置に転送する。このとき図４に示すネットワークにてデータのやり取りを行なう。なお、三次元ＣＡＤコンピュータと三次元ＣＡＤ断面スライス用ＣＡＭコンピュータとは同一のコンピュータであってもよい。その後、上記工程で転送された積層データを図５（ａ）に示す制御用コンピュータにて造形エリア１上にレイアウトする。図５（ｂ）はレイアウト画面、（ｃ）は断面移動後のレイアウト画面である。このとき断面輪郭を構成するポイントデータをコンピュータ数値入力で移動した値を付加することで、制御用コンピュータで造形を行なう断面輪郭データを数値入力にて移動させることが可能となる。
【００３４】
図６は上記造形を行なうための装置の一例を示している。材料タンク３内には材料テーブル１２が材料テーブル駆動スライダー１４ａによって昇降可能に設置され、造形タンク４内には造形テーブル１３が造形テーブル駆動スライダー１４によって昇降可能に設置されている。造形テーブル１３の上には造形物密着用プレート１５が配置されており、粉末材料Ｐを光硬化させてなる硬化層Ｍ（図１）が順次積み重ねられて造形物が製造されるようになっている。粉末材料Ｐとしては、例えば平均粒径約２０μｍの球形をなす鉄粉が使用される。材料供給ワイパー２は、材料タンク３及び造形タンク４の内幅よりも長い細幅の板状をなし、ワイパー駆動スライダー１６によって材料タンク３の外側から材料タンク３の上方を通過して造形エリア１の外側まで水平移動するようになっている。材料供給ワイパー２には、鉄製の平板が使用される。なお図６中の５は粉末材料Ｐの材料流出先端部Ｐ１（図１）を検知するための材料先端部検知センサー、１０は材料先端部検知センサー５を駆動するセンサー駆動部、１１は造形テーブル１３及び材料テーブル１２の駆動部保持用ベースプレートである。なお材料先端部検知センサー５については後述の実施形態で説明する。
【００３５】
先ず図７のように造形テーブル１３を開始位置にセットし、材料タンク３内に造形で必要な量の粉末材料Ｐをセットする。このとき、材料タンク３内に粉末材料Ｐを投入し、上面から圧力を加えて高密充填した後に上面を平坦に均す。またこのとき、材料供給ワイパー２を造形テーブル１３上に移動させ、造形テーブル１３を上昇させて造形物密着用プレート１５を材料供給ワイパー２に接触させて、材料供給ワイパー２が造形物密着用プレート１５全面に接触するように水平出しを行なう。その後、材料供給ワイパー２を材料供給準備位置（原点位置）に復帰させておく。この位置が材料供給ワイパー２の移動開始位置となる。
【００３６】
作業開始時には、造形タンク４では、図８（ａ）のように造形テーブル１３の上面を造形タンク４の上端よりも１層分だけ下げてある。材料タンク３では、粉末材料Ｐが材料タンク３の上端よりも１層分だけ高い位置に押し上げられている。
【００３７】
その後、粉末材料Ｐの移動工程→堆積工程→光ビーム照射工程へと移る。粉末材料Ｐの移動工程では、図８（ｂ）のように材料供給ワイパー２を材料タンク３から造形タンク４のほうに水平移動させると、１層分の粉末材料Ｐが造形エリア１に押し出される。このとき材料供給ワイパー２の下端で均されるので、造形タンク４に供給された粉末材料Ｐは、薄い層状に堆積する。そして、図９（ａ）のように造形タンク４上に必要な粉末材料Ｐを供給し終えた材料供給ワイパー２は、造形タンク４の外側まで移動する。その後、図９（ｂ）のように造形テーブル１３を１層分だけ降下させてその上面をレーザー焼結位置（レーザー焼結焦点高さ）にセットする。その後、図９（ｃ）のように材料供給ワイパー２が光ビームＬの照射領域に入らないようにして元の位置まで移動させると共に、光ビームＬを１層目の断面輪郭エリア上に照射してレーザー焼結を行ない、粉末材料Ｐを硬化させて新たな硬化層Ｍを形成する。光ビームＬとしては、例えばＹＡＧレーザが使用される。この光ビーム照射工程の間に、材料供給ワイパー２を材料タンク３の外側に復帰させておく。このとき材料供給ワイパー２が造形エリア１の外側に移動したことを確認する手段として、材料供給ワイパー２のスライド位置座標を制御用コンピュータで認識するか、材料供給ワイパー２が通過したことを認識させるためにセンサー等を設置して認識する方法がある。また、材料供給ワイパー２のスライド位置座標をコンピュータで認識して、図９（ｄ）のように材料供給ワイパー２が断面輪郭エリアの外側に移動した直後からレーザー焼結を行なうことも可能である。そして、レーザー焼結完了後は、図９（ｅ）のように造形テーブル１３を１層分だけ降下させると共に、材料テーブル１２を上昇させて粉末材料Ｐの押し出しを行なう。なお硬化層Ｍの１層分の厚みは、例えば０．１ｍｍとする。ここまでは１層目の硬化層Ｍを形成する手順を説明したが、２層目以降からは以下のように光ビーム照射工程の途中で材料待機工程を行なうようにする。
【００３８】
つまり、図１０（ａ）に示す光ビーム照射工程の途中で、図１０（ｂ）、（ｃ）のように材料供給ワイパー２を移動させて次層分の粉末材料Ｐを非焼結エリアＶ（材料供給ワイパー２の制御部で定めた非焼結エリアＶ、或いは造形状況を検出することにより求めた非焼結エリアＶ）に向かって移動させると共にこの粉末材料Ｐが焼結エリアＵ内に流出しない位置で材料供給ワイパー２を停止させる。図１０（ａ）中の１７は焼結完了部、１８は焼結非完了部である。この材料待機工程では、図１１に示すように、レーザー焼結を行なっている状態で、次層分の粉末材料Ｐが造形エリア１の非焼結エリアＶまで押し出され、焼結エリアＵの上面に流出しない位置で停止して材料供給準備を行なう。そして、レーザー焼結完了後に材料供給ワイパー２を移動させて造形タンク４上に粉末材料Ｐを供給することによって、造形エリア１上に粉末材料Ｐを短時間で供給できるようになり、このように光ビーム照射工程と材料待機工程とを同時進行させることで、造形タンク４上には複数層の硬化層Ｍが積み重ねられていき、所望の三次元形状を有する造形物が短時間で得られるようになる。
【００３９】
しかして、光ビーム照射工程で断面輪郭エリア上にレーザー焼結を行なっている段階で、材料待機工程を同時進行させ、材料テーブル１２を上昇させて次層に必要な材料分だけ材料供給ワイパー２にて押し出すと共に、この粉末材料Ｐが焼結エリアＵ上面に流出しないように材料供給ワイパー２の位置制御を行なうことによって、光ビーム照射工程を行なっている状態で造形エリア１上への次層の材料供給の準備ができるようになり、これにより、光ビーム照射工程が完了したあと直ぐに材料供給ワイパー２の移動による造形タンク４への粉末材料Ｐの供給が開始できるようになる。またこのとき図１のようにレーザー焼結を行なっている状態で、次層分の粉末材料Ｐの材料流出先端部Ｐ１が焼結エリアＵの直前で停止させることにより、焼結エリアまでの次層分の材料供給を素早く開始することができるようになるので、造形タンク４上部に粉末材料Ｐが流出するのを防止しながら、造形時間を短縮でき、生産の高効率化を図ることができる。なお、必ずしも次層分の粉末材料Ｐの材料流出先端部Ｐ１を焼結エリアＵの直前まで押し出す必要はなく、例えば図２０に示すように、材料流出先端部Ｐ１を造形エリア１の直前で停止させるようにしてもよいものである。
【００４０】
次に、材料待機工程において材料供給ワイパー２の位置制御の具体例を説明する。
【００４１】
図１２は、ＣＡＭ処理で作成された造形物の断面輪郭データ（図３）と、断面輪郭データの造形エリア１上に配置される位置とに基づいて、造形エリア１上での焼結エリアＵと非焼結エリアＶとを特定して、材料供給ワイパー２の位置制御を行なう場合の一例を示している。ここでは、レイアウトした断面の断面輪郭データを構成するポイントデータａ〜ｆを読み込み、造形エリア１座標で材料タンク３がある方向をＸ軸プラスとし、Ｘ座標の最大位置を焼結エリアＵの先端部｛材料流出先端部Ｐ１（図１）と同じ｝とする。制御用コンピュータ画像では図１２のｃで示すポイントのＸ座標の値が焼結エリア先端部Ｕ１になり、これによって、材料供給ワイパー２の位置制御を行なうにあたって、材料供給位置設定を数値制御することが可能となる。これにより、材料待機工程において光ビームＬによる１層分の照射が完了していない場合には、図１３（ａ）のように粉末材料Ｐが焼結エリア先端部Ｕ１で停止し、図１３（ｂ）、（ｃ）のように照射が完了した焼結エリアＵ毎に材料供給ワイパー２にて材料供給を行なえるようになる。またこのとき、材料供給ワイパー２を停止させることなく、光ビームの照射完了速度に合わせて移動させるようにしてもよいものである。このことは以下の各実施形態においても同様である。
【００４２】
図１４は、材料流出先端部Ｐ１が材料供給ワイパー２の先端部２ａからどのくらいの幅を持っているかを造形前に確認し、その流出幅を流出量の最大値（幅Ｄ）と仮定して、材料供給ワイパー２の先端部２ａに材料流出先端部Ｐ１を付加した座標を、材料供給準備位置とする場合の一例を示している。これにより、材料流出先端部Ｐ１が図１４（ａ）のように材料タンク３と造形タンク４との間に位置するように、或いは図１４（ｂ）のように焼結エリアＵ直前に位置するように、材料流出量の幅Ｄに合わせて材料供給ワイパー２を位置制御することが可能となる。
【００４３】
図１５は前記図６で示した材料タンク３と造形タンク４との間に、材料流出先端部Ｐ１を検知する材料先端部検知センサー５を配置し、材料先端部検知センサー５が検知した位置と材料供給ワイパー２の先端部２ａとから、材料流出量の幅Ｄを算出して材料供給ワイパー２の位置制御を行なう場合の一例を示している。ここでは、材料先端部検知センサー５で材料流出先端部Ｐ１を検知したときに、検知信号が制御用コンピュータに入力され、材料供給ワイパー２を停止させる。このときの材料流出先端部Ｐ１と材料供給ワイパー２の先端部２ａとの間の距離を計算して、材料流出量の幅Ｄを算出する。このような距離測定を、１層毎もしくは複数層毎に随時行なうことによって、材料流出量の幅Ｄを正確に把握することが可能となり、結果的に材料供給ワイパー２の位置制御を精度良く行なうことが可能となる。
【００４４】
図１６は、造形テーブル１３の降下量（積層ピッチ）と材料テーブル１２の上昇量（造形タンク４上部に必要な供給量）とを予め設定し、図１６（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）のように、造形エリア１上で１０ｍｍピッチで材料供給ワイパー２を移動させたときの材料供給ワイパー２の先端部２ａと材料流出先端部Ｐ１との関係を実験する場合の一例を示し、図１７はその関係をデータベース化した一例を示している。このデータを造形条件に付加し、造形を行なうことで、材料流出量の把握が容易となり、材料供給ワイパー２の位置制御が可能となる。その一例を以下の図１８に示す。
【００４５】
図１８は、予め求められた材料供給ワイパー２の移動距離と材料供給ワイパー２の先端部２ａから材料流出先端部Ｐ１までの距離との関係を示すデータ（図１７のグラフ）に基づいて、材料供給ワイパー２の位置制御を行なう場合の一例を示している。ここでは、上記図１５に示した材料先端部検知センサー５が材料供給ワイパー２の進行方向Ａに沿ってスライド可能となっており、焼結エリア先端部Ｕ１に材料先端部検知センサー５を移動制御すると共に、焼結エリア先端部Ｕ１から材料供給ワイパー２の先端部２ａまでの最短距離をＣＡＭ処理で作成された断面輪郭データから算出し、当該算出結果に基づいて材料供給ワイパー２を駆動する場合の例を示している。ここでは上記図１７のグラフを活用することによって、焼結エリア先端部Ｕ１から材料供給ワイパー２の先端部２ａまでの最短距離を算出するようにしている。なお図１８中の１６はワイパー駆動スライダー、１７はセンサー駆動スライダーである。しかして、材料先端部検知センサー５をスライド可能としたことで、焼結エリア先端部Ｕ１の変化に材料先端部検知センサー５が対応できるようになり、材料流出量の数値を明確にでき、材料流出量の把握が容易となる。
【００４６】
また、材料供給ワイパー２の位置制御方法の他例として、図１８の材料先端部検知センサー５は用いず、造形エリア１の位置情報（断面輪郭エリアをレイアウトした制御用コンピュータの情報）とワイパー駆動スライダー１６の位置情報をリンクすることで、材料供給ワイパー２を位置制御するようにしてもよい。図１９はその一例を示しており、材料供給ワイパー２の移動距離を制御用コンピュータにフィードバックして材料供給ワイパー２のスライド位置座標｛原点から進行方向Ａ（Ｘ軸方向）への移動距離｝を認識すると共に、次層分の粉末材料Ｐの最大流出量の幅Ｄの数値を予め入力しておき、焼結エリア先端部Ｕ１から材料供給ワイパー２の先端部２ａまでの距離を算出して、当該距離が予め入力された材料流出量の幅Ｄと一致した時点で材料供給ワイパー２を停止させる。このように焼結エリア先端部Ｕ１と材料供給ワイパー２の先端部２ａとの距離を制御用コンピュータで確認して材料供給ワイパー２を位置制御することで、材料先端部検知センサー５を用いることなく、制御用コンピュータの位置情報により材料供給ワイパー２の位置制御が可能となる。
【００４７】
図２１は、図１２に示した断面輪郭データを、材料供給ワイパー２の進行方向Ａに対して複数のエリアｇ〜ｌ……に分割し、材料供給ワイパー２が進行を開始する方向Ａから光ビーム照射を開始する場合の一例を示している。本例では１０分割しているが、分割数は特に限定されない。しかして、光ビーム照射工程において、上記分割されたエリアのうち、材料供給ワイパー２が進行を開始する方向Ａからｇ→ｈ→ｉ→ｊ→ｋ→ｌ……の順にレーザー焼結を行なうことによって、分割ごとの焼結完了が把握でき、従って、焼結完了したエリアに次層分の粉末材料Ｐを押し出していくことによって、造形時間の一層の短縮化を図ることができる。
【００４８】
図２２は、上記図２１のように輪郭データを材料供給ワイパー２の進行方向Ａに対して複数分割した原理を用い、造形エリア１に材料供給ワイパー２が移動する時間を算出し、その時間からレーザー焼結を完了する時間を制御用コンピュータで算出し、焼結未完了の分割されたエリアにレーザー焼結が開始され始めたときに、焼結完了後の分割エリアに材料供給ワイパー２が材料供給を開始する場合の一例を示している。ここでは、１層分だけ造形テーブル１３を降下して、光ビーム照射を行なっている状態で、次層分の粉末材料供給セットを行なうと共に、レーザー焼結完了時間を算出し、レーザー焼結完了時間と、材料供給ワイパー２が造形エリア１直前或いは焼結エリアＵ直前に移動する時間とが一致とすると、材料供給を開始する。これにより、材料供給時間（加工時間）が正確に算定できるようになる。また焼結が完了したエリアに次層分の粉末材料Ｐを押し出すことによって、造形時間の一層の短縮化を図ることができる。
【００４９】
次に、材料待機工程において粉末材料Ｐを造形エリア１に流出させないための材料保管溝６を設けた場合の例を説明する。
【００５０】
図２３は、造形タンク４と材料タンク３との間に底面６ａが昇降自在に駆動する材料保管溝６を設け、レーザー焼結時に材料保管溝６内に格納された粉末材料Ｐを上昇させると共に材料供給ワイパー２を移動させて該粉末材料Ｐを造形エリア１上に供給する場合の一例を示している。本例では、レーザー焼結時には、図２３（ａ）のように材料供給ワイパー２によって押し出された次層分の粉末材料Ｐを材料保管溝６に保管しておき、レーザー焼結が完了したときに図２３（ｂ）のように材料保管溝６の下方に配置した溝テーブル４０が上昇して、材料供給を開始するので、造形エリア１直前に材料供給準備をしたときでも、材料保管溝６に粉末材料Ｐが格納されることで、粉末材料Ｐが造形エリア１に流出しないものであり、焼結完了後は速やかに造形エリア１上に材料供給ができ、造形時間を短縮させることができる。
【００５１】
図２４は材料保管溝６の底面６ａを、造形エリア１に近づくにつれて下り傾斜させた場合を示している。他の構成は図２３と同様である。ちなみに、材料保管溝６の底面６ａが平坦だと、底面６ａが完全に上昇しきるまで材料供給ワイパー２の移動を待つ必要があるが、本例では、材料保管溝６の底面６ａを造形エリア１に向かって下り傾斜させたので、図２４（ａ）（ｂ）のように溝テーブル４０の上昇と材料供給ワイパー２の移動とを同時に行なうことで、粉末材料Ｐを造形エリア１上に押し出すことが可能となり、従って、材料供給ワイパー２の移動開始のタイミングを速めることができ、造形時間の一層の短縮化を図ることができる。
【００５２】
図２５は、上記材料保管溝６を造形タンク４の両サイドに設けた場合の例を示している。図２５では材料保管溝６の底面６ａは平坦面となっているが、図２４のように造形タンク４に向かって下り傾斜させてもよいものである。本装置の一例を図３０、図３１に示している。本装置の溝テーブル４０は図３０（ｃ）に例示したスライダー装置４１によって昇降するものであるが、これに限らず、図３０（ｂ）、図３１に例示したモータ２０及びカム２１を用いて昇降させるものであってもよい。材料保管溝６以外の構成は図６と同様である。しかして、造形タンク４の両サイドに設けた材料保管溝６にそれぞれ次層分の粉末材料Ｐを保管できるので、材料供給ワイパー２の１往復で２回の材料供給を行なうことが可能となり、材料供給ワイパー２を１往復させて１回の材料供給を行なう場合と比較して材料供給ワイパー２の移動距離を短くでき、造形時間をより短縮できる。
【００５３】
図２６は、上記両サイドの材料保管溝６のうち、一方（材料タンク３側）の材料保管溝６に「複数層（例えば６層）＋１層」分の粉末材料Ｐを格納し、他方（材料タンク３側と反対側）の材料保管溝６に「複数層（例えば６層）」分の粉末材料Ｐを格納し、レーザー焼結が完了した後に材料供給ワイパー２を両方の材料保管溝６間に移動させることで造形エリア１上への材料供給を行なう場合の一例を示している。図２６（ａ）のようにレーザー焼結を行なっている状態で、先ず材料タンク３を複数層分（ここでは１２層分）だけ上昇させ、材料供給ワイパー２により１２層分の粉末材料Ｐを一方（材料タンク３側）の材料保管溝６に供給する。レーザー焼結完了後に造形テーブル１３を１層分だけ降下させた後に、図２６（ｂ）のように溝テーブル４０を「（複数層／２）＋１層」分（ここでは７層分）だけ上昇させて、材料供給ワイパー２で７層分の粉末材料Ｐを造形エリア１上を通過させて１層分の粉末材料Ｐを供給すると共に、過剰な６層分の粉末材料Ｐを他方（材料タンク３側と反対側）の材料保管溝６に格納して材料供給ワイパー２を他方の材料保管溝６の外側に配置する（図２６（ｃ）の状態）。その後、造形テーブル１３を１層分だけ降下させた後に、図２６（ｃ）のようにレーザー焼結を行なう。レーザー焼結後に造形テーブル１３を更に１層分だけ降下させた後に、図２６（ｄ）のように他方の材料保管溝６の溝テーブル４０を１層分上昇させて、材料供給ワイパー２にて１層分の粉末材料Ｐを造形エリア１上に供給する。そして、材料保管溝６内に粉末材料Ｐがなくなるまで上記一連の動作（（ａ）〜（ｄ））を繰り返す（図２６（ｅ））。粉末材料Ｐがなくなった後に図２６のように材料供給ワイパー２を原点位置に復帰させると共に、図２６（ａ）〜（ｄ）の動作を繰り返す。これにより、材料供給ワイパー２を両サイドの材料保管溝６間で複数回往復させるだけで、材料保管溝６内の粉末材料Ｐを（複数×２）回供給することが可能となり、材料供給の効率化が図られ、造形時間を一層短縮できるようになる。
【００５４】
図２７は、両サイドの材料保管溝６のうち、一方（材料タンク３側）の材料保管溝６に２層分以上の粉末材料Ｐを格納し、他方（材料タンク３側と反対側）の材料保管溝６に１層分の粉末材料Ｐを格納し、両サイドの材料保管溝６間に材料供給ワイパー２を往復移動させる場合を示している。両サイドの材料保管溝６の溝テーブル４０が昇降する点は上記図２６の実施形態と同様である。本例では図２７（ａ）のように、一方の材料保管溝６に例えば６層分の粉末材料Ｐを格納した場合を説明すると、先ず図２７（ａ）のようにレーザー焼結を行なっている状態で、材料供給ワイパー２を移動させると共に、溝テーブル４０を２層分だけ上昇させて、材料供給ワイパー２で２層分の粉末材料Ｐを造形エリア１上を通過させて１層分の粉末材料Ｐを供給すると共に、過剰な１層分の粉末材料Ｐを他方（材料タンク３側と反対側）の材料保管溝６に格納し、材料供給ワイパー２を他方の材料保管溝６よりも更に他方に配置する（図２７（ｃ）の状態）。その後、造形テーブル１３をレーザー焼結位置まで降下させてレーザー焼結を行なう。レーザー焼結後に造形テーブル１３を１層分だけ降下させた後に、図２７（ｄ）のように他方の材料保管溝６の溝テーブル４０を上昇させて、残りの粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２にて造形エリア１上に供給する。このようにして、すべての材料保管溝６内に粉末材料Ｐがなくなるまで、上記一連の動作（（ａ）〜（ｄ））を繰り返す。これにより、材料保管溝６内の２層以上の粉末材料Ｐを造形エリア１上に順に供給可能となり、材料供給ワイパー２の移動距離（移動量）を削減でき、造形時間を短縮できる。しかも本例では、２層分の粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２で押し出すので、押し出される粉末材料Ｐが少量であり、材料供給ワイパー２にかかる負担が小さくなり制御が容易になるという利点もある。
【００５５】
また図２８は、上記両サイドに材料保管溝６を設けた場合において、材料タンク３側と反対側の材料保管溝６の底面６ａを造形エリア１に近づくにつれて下り傾斜させた場合を示している。ここでは材料タンク３側の材料保管溝６の底面６ａは平坦としているが、この底面６ａも上記図２４のように傾斜させてもよいものである。しかして、材料供給ワイパー２の復路の場合、他方の材料保管溝６の底面６ａを上昇させながら材料供給ワイパー２を移動させて粉末材料Ｐを造形エリア１上に押し出すことができるようになるので、復路での材料供給ワイパー２の移動開始のタイミングを速めることができ、造形時間を一層短縮できる。
【００５６】
また図２９は材料保管溝６の下部に振動ユニット部７を設けた場合を示している。他の構成は図２７と同様である。本例では、材料保管溝６の底面６ａのテーブルの下部に振動ユニット部７を設けたことで、材料保管溝６の底面６ａに振動を与えて、材料保管溝６の粉末材料Ｐの充填を高密度で行なうことができ、材料供給量のバラツキを防止できる。なお振動ユニット部７として例えばソレノイド等を用いることができるが、その機構は特に限定されない。
【００５７】
次に、材料供給ワイパー２とは別に材料格納遮蔽板８を設けた実施形態を説明する。
【００５８】
図３２は材料タンク３と造形タンク４との間に材料格納遮蔽板８を配置し、材料タンク３上を通過する材料供給ワイパー２にて押し出された粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との間で挟み込みながら粉末材料Ｐを造形エリア１上に供給する場合の一例を示している。図３３は材料格納遮蔽板８に接触確認センサー４３を備えた場合の一例を示しており、材料格納遮蔽板８は２本のガイドレール１９にてガイドされて材料タンク３および造形タンク４の上方空間を平行移動する。材料格納遮蔽板８の駆動源としては、材料格納遮蔽板８上部に設けた駆動制御モータ４２に歯車２２を設け、この歯車２２を材料供給ワイパー２の進行方向Ａと平行に設置されたラック２３と噛み合わせてある。ラック２３はワイパー駆動スライダー１６に対して固定されている。駆動制御モータ４２が回転すると、駆動制御モータ４２及び材料格納遮蔽板８がラック２３に対して移動するようになっている。レーザー焼結を行なっているときに、材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との位置関係を認識するために、材料格納遮蔽板８の上部に接触確認センサー４３で位置情報を得るようにしている。つまり接触確認センサー４３で得た位置信号で、造形エリア１上部に粉末材料Ｐを供給する時に材料供給ワイパー２と一定の距離を保ちながら、焼結エリア先端部Ｕ１に材料格納遮蔽８の先端部（造形タンク４側の先端部）を移動させるようにしている。他の構成は図６の構成と同様である。レーザー焼結が完了すると、図３４（ａ）〜（ｃ）のように材料格納遮蔽板８の先端部が次の焼結エリアＵ手前まで移動して、材料供給準備を行なう。しかして造形エリア１直前まで粉末材料Ｐが移動しても材料格納遮蔽板８によって造形エリア１内に粉末材料Ｐが流出するのを防止できる。材料供給時の流出量を把握しなくてもよいものとなり、材料供給ワイパー２の位置制御が簡単になる。
【００５９】
また上記材料格納遮蔽板８の形状は平板形状に限らず、図３５に示すように、材料格納遮蔽板８の下端部８ａをエッジ形状としたり、或いは図３６に示すように、材料格納遮蔽板８の下端部８ａをヤスリのような網目溝が付加された形状とすることで、レーザー焼結面（最上層の硬化層Ｍ上面）の突起部５０（図３８）を除去できるようになる。さらに図３７に示すように、材料格納遮蔽板８の下端部８ａに円筒のローラ２４を付加し、ローラ２４の外周部に設けた溝によってレーザー焼結面の突起部５０を除去するようにしてもよい。ちなみに、レーザー焼結面の突起部５０とは、図３８のようにレーザー照射された材料が飛び跳ねて焼結された部分に飛び散った溶融玉をいい、この突起部５０を除去することで硬化層Ｍ表面の平滑性を得ることができる。
【００６０】
図３９は材料格納遮蔽板８の下端部８ａを材料供給ワイパー２側に向かって傾けた形状にした場合の一例を示している。なお、材料格納遮蔽板８の位置制御は図３４と同様である。本例の材料格納遮蔽板８は２層構造とされ、材料供給ワイパー２側の下端部８ａが材料供給ワイパー２側に向かって略く字状に屈曲しており、材料格納遮蔽板８の上部に接触確認センサー４３が配設されている。この材料格納遮蔽板８を備えた装置の一例を図４０に示す。図４０（ａ）のように材料格納遮蔽板８の準備設定座標位置を認識する位置認識センサー部２５が設けられている。他の構成は図３３と同様である。この材料格納遮蔽板８の動作の一例を図４１に示す。レーザー焼結を行なっている状態で、図４１（ａ）のように材料格納遮蔽板８を材料タンク３と造形タンク４との間に停止させた状態で、ワイパー駆動スライダー１６によって材料供給ワイパー２を移動して、図４１（ｂ）、（ｃ）のように材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８の下端部８ａとの間で次層分の粉末材料Ｐを挟み込む。このとき接触確認センサー４３が認識したときに材料格納遮蔽板８の下端部８ａと材料供給ワイパー２との間に約０．５〜２ｍｍ程度の幅Ｅの隙間（図４１（ｃ））を設け、この隙間により粉末材料Ｐを焼結エリアＵ上に塗布する。従って、造形エリア１直前まで材料格納遮蔽板８が移動しても、粉末材料Ｐが流出しない。また本例では接触確認センサー４３によって隙間の幅Ｅを設定することが可能である。また材料格納遮蔽板８の駆動制御モータ４２の移動距離座標は制御用コンピュータにて座標認識を行なうことが可能である。
【００６１】
図４２は、材料タンク３と造形タンク４との間に配置される材料格納遮蔽板８と、材料タンク３上を通過する材料供給ワイパー２とを備え、材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２とを接触離反可能とし、材料待機工程の中で材料供給ワイパー２にて押し出された粉末材料Ｐを材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との間で挟み込みながら粉末材料Ｐを造形エリア１上の焼結エリアＵとその周辺部のみに塗布するための装置の一例を示している。他の構成は図４０と同様である。本例の装置の動作状態の一例を図４３、図４４に示す。材料待機工程において、先ず図４３（ａ）のように材料格納遮蔽板８は造形タンク４と材料タンク３との間で待機している状態で、材料タンク３が次層分上昇する。図４３（ｂ）（ｃ）のように材料供給ワイパー２が材料タンク３上部に押し出された次層分の粉末材料Ｐを造形タンク４側に押し出し、材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との間で粉末材料Ｐを挟み込む。そして、材料格納遮蔽板８に設けた接触確認センサー４３によって材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との位置認識をコンピュータ上で認識して、図４３（ｄ）のようにレーザー焼結される断面輪郭エリアより約１５ｍｍ手前に材料供給ワイパー２を停止させる。つまり、材料供給ワイパー２の先端部２ａから材料格納遮蔽板８の先端部での距離ｍを約１０ｍｍと仮定し、この距離ｍに材料格納遮蔽板８の幅Ｎを加えた値を約１５ｍｍと仮定する。この状態から、図４３（ｅ）のように材料供給ワイパー２から材料格納遮蔽板８を約０．５〜２ｍｍ前方に移動させて隙間を形成し、造形タンク４上に粉末材料Ｐを供給する準備を完了する。その後、断面輪郭データに対してレーザー焼結が完了した認識したデータを受けて、図４３のように材料供給ワイパー２及び材料格納遮蔽板８を焼結が完了したエリア上まで移動して、材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８との隙間から造形エリア１上に１層分の粉末材料Ｐだけを層状に堆積させる。その後断面輪郭データ上のエリアの焼結が完了すると、図４４（ａ）の位置まで材料格納遮蔽板８及び材料供給ワイパー２を移動させ、焼結エリアＵより約１５ｍｍ進行方向Ａに対して余分に粉末材料Ｐを供給する。その後、図４４（ｂ）のように材料供給ワイパー２と材料格納遮蔽板８とが進行方向Ａに対して反対方向Ｂに進み、図４４（ｃ）のように材料格納遮蔽板８は位置認識センサー部２５に接触したときに停止し、材料供給ワイパー２は図４４（ｄ）のように材料タンク３後方の原点位置に復帰し、図４３（ａ）のレーザー焼結が開示されると共に、上記図４３（ａ）〜図４４（ｄ）の動作を繰り返す。ここで、非焼結エリアＶでは材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との隙間をなくすことで、粉末材料Ｐが非焼結エリアＶには供給されないようにすることができ、造形エリア１直前まで粉末材料Ｐが移動しても材料格納遮蔽板８によって造形エリア１内に粉末材料Ｐが流出するのを防止できる結果、材料供給時の流出量を把握しなくてもよくなる。また焼結エリアＵでは、材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２とを離してその隙間から粉末材料Ｐを供給することで、焼結エリアＵとその周辺部のみに粉末材料Ｐを供給することが可能となり、材料供給量が少なくて済み、材料供給を効率良く行なうことができる。
【００６２】
図４５は材料格納遮蔽板８を材料供給ワイパー２の前後両サイドに設け、前側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２の前面との間、後側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２の背面との間に、それぞれ、粉末材料Ｐを保管し、造形タンク４上部を往復移動させる場合の一例を示し、図４６、図４７はその装置の一例を示している。後側の材料格納遮蔽板８の移動機構は前側の材料格納遮蔽板８と同様であり、ラック２３に噛み合う歯車２２を備えた駆動制御モータ４２にて駆動制御されると共に、位置認識センサー部２５にて位置が認識されるようになっている。この後側の材料格納遮蔽板８にも接触確認センサー４３が設けられている。また本例では、材料待機工程において、先ず図４８（ａ）のように前側の材料格納遮蔽板８は造形タンク４と材料タンク３との間で停止し、後側の材料格納遮蔽板８が材料供給ワイパー２の後方で停止している状態で、材料タンク３が１層分だけ上昇する。図４８（ｂ）のように材料供給ワイパー２が次層分の粉末材料Ｐを造形タンク４側に押し出して材料供給ワイパー２との間でその粉末材料Ｐを挟み込む。その後、材料タンク３が更に１層分だけ上昇して、図４８（ｃ）のように後側の材料格納遮蔽板８がその粉末材料Ｐを造形タンク４側に押し出して材料供給ワイパー２との間で粉末材料Ｐを挟み込み、材料供給準備を完了する。その後、レーザー焼結後に図４８（ｄ）のように造形エリア１上に前側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２と後側の材料格納遮蔽板８とを一体に移動させる。このとき材料供給ワイパー２と前側の材料格納遮蔽板８との隙間から造形エリア１上には１層分の粉末材料Ｐだけを層状に堆積させる。このとき材料供給ワイパー２と後側の材料格納遮蔽板８との間は接触している。その後図４９（ａ）の位置まで前側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２と後側の材料格納遮蔽板８とをそれぞれ移動させた後に、図４９（ｂ）のようにレーザー焼結を行ない、レーザー焼結完了後に、図４９（ｃ）のように前側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２と後側の材料格納遮蔽板８とが進行方向Ａに対して反対方向Ｂに進み、後側の材料格納遮蔽板８と材料供給ワイパー２との隙間から１層分の粉末材料Ｐを造形エリア１へと移送して層状に堆積させる。そして図４９（ｄ）のように前側の材料格納遮蔽板８が位置認識センサー部２５に接触して停止し、材料供給ワイパー２と後側の材料格納遮蔽板８とが図４８（ａ）に示す材料タンク３後方の原点位置に復帰し、上記一連の動作を繰り返す。しかして、２層分の粉末材料Ｐを保管しながら材料供給ワイパー２と前側の材料格納遮蔽板８と後側の材料格納遮蔽板８とを造形エリア１上を１往復させるだけで、２層分の材料が順次供給可能となり、１回の硬化工程毎に材料供給ワイパー２を１回往復させる場合と比べて、材料供給ワイパー２の無駄な動きが少ないので、迅速な動作が可能となり、全体の作業時間が削減され、作業効率が向上する。
【００６３】
図５０は造形エリア１に粉末材料Ｐが供給されているか否かを把握するために、レーザー焼結するチャンバー内上部にカメラユニット部９を設置し、材料供給後に造形エリア１上に材料が供給されているか否かを確認し、また材料が完全に供給されていないときは再度材料を供給する場合の一例を示している。本例では、図５０（ｂ）の左側に示す材料供給が完全にされた画像のときは次層のレーザー焼結を行ない、同（ｂ）の右側に示す材料供給が不完全な場合の画像（Ｔで示す影）のときは再度材料供給を行ない、その後再度カメラで撮影して、材料供給が完全となった後に、次層のレーザー焼結を行なうようにする。これにより材料供給漏れが少なくなり、造形物の高品質化を図ることができる。
【００６４】
【発明の効果】
上述のように請求項１記載の発明にあっては、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料を材料供給ワイパーによって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料を充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層を積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する方法であって、上記光ビーム照射工程の途中で、材料供給ワイパーを移動させて次層分の粉末材料を光ビームが照射されない非焼結エリアに向かって移動させると共に粉末材料が焼結エリア内に流出しない位置で材料供給ワイパーを停止させる材料待機工程を行なうので、光ビーム照射を行なっている状態で、材料供給ワイパーにて次層分の粉末材料を造形エリア上の焼結エリアの上面に流出しない位置まで押し出して待機させることによって、造形エリア上への次層の材料供給の準備ができるようになり、これにより造形時の材料供給時間を更に短縮でき、生産の高効率化を図ることができるものである。
【００６７】
また上記粉末材料を溜める材料タンクと硬化層を造形する造形タンクとの間に、材料供給ワイパーにて押し出された粉末材料の材料流出先端部を検知する材料先端部検知センサーを配置し、材料先端部検知センサーが検知した位置と材料供給ワイパーの先端部とから、材料流出量の幅を算出して材料供給ワイパーの位置制御を行なうので、材料流出先端部と材料供給ワイパーの先端部との間の距離測定を随時行なうことができ、材料流出量を把握することができる。
【００６８】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、材料先端部検知センサーが材料供給ワイパーの進行方向に沿ってスライド可能とされ、焼結エリア先端部と対応する位置に材料先端部検知センサーを移動制御すると共に、焼結エリア先端部から材料供給ワイパーの先端部までの最短距離をＣＡＭ処理で作成された断面輪郭データから算出し、当該算出結果に基づいて材料供給ワイパーを駆動するので、材料先端部検知センサーをスライド可能としたことで、焼結エリア先端部の変化に材料先端部検知センサーが対応できるようになり、造形エリアの形状変化に応じて材料流出量の数値が明確となり、材料流出量を把握することができる。
【００７３】
また、請求項３記載の発明は、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料を材料供給ワイパーによって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料を充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層を積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記粉末材料を溜める材料タンクと硬化層を造形する造形タンクとの間に底面が昇降自在に駆動する材料保管溝を設け、レーザー焼結時に材料保管溝内に格納された粉末材料を上昇させると共に材料供給ワイパーを移動させ且つ粉末材料が焼結エリア内に流出しない位置で材料供給ワイパーを停止させるための制御部を設けてなるので、レーザー焼結時に材料供給ワイパーによって押し出された次層分の粉末材料を材料保管溝に保管し、レーザー焼結が完了したときに材料保管溝の底面を上昇させて材料供給を開始することができ、これにより、造形エリア直前に材料供給準備をしたときでも、材料保管溝に粉末材料が格納されることで、粉末材料が造形エリアに流出しないものであり、焼結完了後は速やかに造形エリア上に材料供給ができ、造形時間を短縮させることができる。
【００７４】
また請求項４記載の発明は、請求項３記載の効果に加えて、上記材料保管溝の底面を、造形エリアに近づくにつれて下り傾斜させたので、材料保管溝の底面の上昇と材料供給ワイパーの移動とを同時に行なうことで、粉末材料を造形エリア上に押し出すことが可能となり、従って、材料供給ワイパーの移動開始のタイミングを速めることができ、造形時間を一層短縮できる。
【００７５】
また請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の効果に加えて、上記材料保管溝を造形タンクの両サイドに設けたので、材料供給ワイパーの１往復で２回の材料供給を行なうことが可能となり、材料供給ワイパーの移動距離を短くでき、造形時間を一層短縮できる。
【００７６】
また請求項６記載の発明は、請求項５記載の効果に加えて、上記両サイドの材料保管溝のうち、材料タンク側の材料保管溝に「複数層＋１層」分の粉末材料を格納し、材料タンク側とは反対側の材料保管溝に上記「複数層」と同数の「複数層」の粉末材料を格納し、レーザー焼結が完了した後に材料供給ワイパーを両方の材料保管溝間に移動させることで造形エリア上への材料供給を行なうので、材料供給ワイパーを両サイドの材料保管溝間で複数回往復させるだけで、材料保管溝内の粉末材料を複数回供給することが可能となり、材料供給ワイパーの移動距離（移動量）をより削減でき、作業能率を向上させて、造形時間を一層短縮できるものである。
【００７７】
また請求項７記載の発明は、請求項３又は４又は５又は６記載の効果に加えて、材料保管溝の下部に振動ユニット部を設けたので、材料保管溝の底面に振動を与えて、材料保管溝の粉末材料の充填を高密度で行なうことができ、材料供給量のバラツキを防止できる。
【００７８】
また請求項８記載の発明は、請求項１記載の効果に加えて、上記硬化層を造形する造形タンクの両サイドに底面が昇降自在に駆動する材料保管溝をそれぞれ設け、材料タンク側の材料保管溝に２層分以上の粉末材料を格納すると共に、材料タンク側と反対側の材料保管溝に１層分の粉末材料を格納し、両サイドの材料保管溝間に材料供給ワイパーを往復移動させるので、材料保管溝内の２層以上の粉末材料を造形エリア上に１層ずつ順次供給可能となり、従って、材料供給ワイパーの移動距離（移動量）を削減でき、作業能率を向上させて、造形時間を短縮できる。
【００７９】
また請求項９記載の発明は、請求項８記載の効果に加えて、上記両サイドの材料保管溝の少なくとも一方の底面を造形エリアに近づくにつれて下り傾斜させると共に、下り傾斜した底面の上昇と材料供給ワイパーの移動とを同時に行なうことで、粉末材料を造形エリア上に押し出すので、材料供給ワイパーの移動開始のタイミングを速めることができ、作業能率を向上させて、造形時間の一層の短縮化を図ることができる。
【００８０】
また請求項１０記載の発明は、造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料を材料供給ワイパーによって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料を充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層を積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記粉末材料を溜める材料タンクと硬化層を造形する造形タンクとの間に材料格納遮蔽板を配置し、レーザー焼結時に材料供給ワイパーにて押し出された粉末材料を材料供給ワイパーと材料格納遮蔽板との間で挟み込み、レーザー焼結完了後に粉末材料を造形エリア上に供給するための制御部を設けてなるので、造形エリア直前まで粉末材料が移動しても材料格納遮蔽板によって造形エリア内に粉末材料が流出するのを防止できるので、材料供給時の流出量を把握しなくてもよく、材料供給ワイパーの位置制御が簡単になる。
【００８１】
また請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の効果に加えて、上記材料格納遮蔽板の先端部を材料供給ワイパー側に向かって傾けた形状にしたので、材料供給ワイパーと材料格納遮蔽板との間で次層分の粉末材料を挟み込むことができ、造形エリア直前まで材料格納遮蔽板が移動しても粉末材料が流出しないようにできる。
【００８２】
また請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の効果に加えて、上記材料格納遮蔽板の先端部を材料供給ワイパーに対して接触離反可能とし、材料待機工程の中で材料供給ワイパーにて押し出された粉末材料を材料供給ワイパーと材料格納遮蔽板との間で挟み込むと共に、材料格納遮蔽板の先端部と材料供給ワイパーとの隙間から粉末材料を造形エリア上の焼結エリアとその周辺部に供給するので、造形エリア直前まで粉末材料が移動しても材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーとの隙間をなくすことで造形エリア内に粉末材料が流出するのを防止できるので材料供給時の流出量を把握しなくてもよく、供給時には材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーとの間に隙間を設けることで造形エリア上の焼結エリアとその周辺部のみに粉末材料を供給することが可能となり、材料供給の効率化を図ることができる。
【００８３】
また請求項１３記載の発明は、請求項１０又は１１又は１２記載の効果に加えて、材料格納遮蔽板を材料供給ワイパーの前後両サイドに設けたので、前側の材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーとの間に次層分の粉末材料を保管すると共に、後側の材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーとの間に次々層の粉末材料を保管して、造形エリア上を往復させることで、２層分の材料が順次供給可能となり、作業能率を向上させて、造形時間をより短縮できるようになる。
【００８４】
また請求項１４記載の発明は、請求項１又は２又は８又は９記載の効果に加えて、レーザー焼結するチャンバー内上部にカメラユニット部を設置し、材料供給後に造形エリア上に材料が完全に供給されていないときは再度材料を供給するので、材料供給が完全にされた画像のときは次層のレーザー焼結を行ない、材料供給が不完全な場合の画像のときは再度材料供給を行ない、再度カメラで撮影して材料供給が完全となった後に、次層のレーザー焼結を行なうようにすることで、造形エリアに粉末材料が供給されているか否かを把握することができる結果、材料供給漏れが少なくなり、造形物の高品質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】同上の三次元ＣＡＤにて形成された立体形状データの説明図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は三次元立体形状とその形状をスライスする場合の説明図、（ｃ）（ｄ）は抽出された断面輪郭データの一例であり、（ｃ）は（ｂ）のＱ−Ｑ線断面図、（ｄ）は（ｂ）のＷ−Ｗ線断面図である。
【図４】同上の断面輪郭データをやり取りするネットワークの説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は同上の断面輪郭データを制御用コンピュータにてレイアウトする場合の説明図である。
【図６】（ａ）は同上の造形を行なう装置の斜視図、（ｂ）は材料先端部検知センサー付近の拡大斜視図、（ｃ）は材料テーブル及び造形テーブルを駆動するスライダー部分の斜視図である。
【図７】同上の造形テーブル及び材料テーブルを開始位置にセットした状態の説明図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は同上の材料供給ワイパーの移動状態の説明図である。
【図９】（ａ）は材料供給完了状態を示し、（ｂ）は１層分だけ造形テーブルを降下させた状態を示し、（ｃ）は材料供給ワイパーを原点位置に復帰させると共に断面輪郭エリアに光ビームを照射してレーザー焼結を行なう状態を示し、（ｄ）は光ビームの照射と材料供給ワイパーの復帰を同時に行なう状態を示し、（ｅ）は材料供給ワイパーが造形エリアの外側に移動した状態を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は同上の材料待機工程の説明図である。
【図１１】同上の材料待機工程において、材料流出先端部を焼結エリアの手前に位置させた場合の説明図である。
【図１２】同上の焼結エリア先端部におけるポイントデータの説明図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は同上の粉末材料供給の動作説明図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）は同上の材料供給ワイパーと材料流出幅との関係を説明する図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は同上の材料先端部検知センサーの斜視図及び側面図、（ｃ）は材料先端部検知センサーにて材料流出先端部を検知して材料供給ワイパーを停止させた場合の説明図である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は同上の材料流出先端部と材料供給ワイパーの先端部との距離と、材料供給ワイパーの移動距離との関係を示す図である。
【図１７】同上の材料流出先端部と材料供給ワイパーの先端部との距離と、材料供給ワイパーの移動距離との関係を示すグラフである。
【図１８】同上の材料先端部検知センサーをスライド可能とした場合の説明図である。
【図１９】同上の造形エリアの位置情報と材料供給ワイパーのスライダー位置情報とから材料供給ワイパーの位置制御を行なう場合の説明図である。
【図２０】同上の材料流出先端部を焼結エリア直前で停止させる場合の説明図である。
【図２１】同上のＣＡＤ断面輪郭データを材料供給ワイパーが移動する進行方向に分割し、分割されたエリアを上記進行方向からレーザー焼結を行なう場合の一例の説明図である。
【図２２】同上のレーザー焼結を開始から材料供給ワイパーが材料供給を開始する場合の説明図である。
【図２３】（ａ）（ｂ）は同上の材料タンクと造形タンクの間に材料保管溝を設けた場合の説明図である。
【図２４】（ａ）（ｂ）は同上の材料保管溝の底面を傾斜させた場合の説明図である。
【図２５】同上の材料保管溝を造形タンクの両サイドに設けた場合の説明図である。
【図２６】（ａ）〜（ｆ）は図２５の工程図である。
【図２７】（ａ）〜（ｄ）は同上の材料保管溝に複数層分の粉末材料を保管する場合の工程図である。
【図２８】同上の造形タンクの外側の材料保管溝の底面を傾斜させた場合の説明図である。
【図２９】同上の材料保管溝に振動を与える振動ユニット部を設けた場合の説明図である。
【図３０】（ａ）は同上の造形タンクの両サイドに材料保管溝を設けた装置の斜視図、（ｂ）は溝テーブルの昇降スライダーの説明図、（ｃ）はモータとカムを用いて溝テーブルを昇降させる場合の説明図である。
【図３１】（ａ）（ｂ）は同上のモータとカムを用いて溝テーブルを昇降させる場合の正面断面図及び側面図、（ｃ）はカムの正面図である。
【図３２】同上の材料供給ワイパーの前方に材料格納遮蔽板を配置した場合の説明図である。
【図３３】（ａ）（ｂ）は同上の材料格納遮蔽板を備えた装置の斜視図、及び拡大斜視図である。
【図３４】（ａ）〜（ｃ）は同上の材料格納遮蔽板の動作説明図である。
【図３５】同上の材料格納遮蔽板の他例の斜視図である。
【図３６】（ａ）は同上の材料格納遮蔽板の更に他例の斜視図、（ｂ）は底面図である。
【図３７】同上の材料格納遮蔽板の更に他例の斜視図である。
【図３８】（ａ）（ｂ）は同上のレーザー焼結面の突起部の説明図である。
【図３９】同上の材料格納遮蔽板の先端部をく字状に屈曲させた場合の説明図である。
【図４０】（ａ）は同上の先端部がく字状に屈曲した材料格納遮蔽板を備えた装置の斜視図、（ｂ）は拡大斜視図である。
【図４１】（ａ）〜（ｃ）は同上の材料格納遮蔽板の動作説明図である。
【図４２】同上の材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーとを接離自在とした装置の斜視図である。
【図４３】（ａ）〜（ｆ）は図４２の装置を用いて粉末材料を供給する動作の説明図である。
【図４４】（ａ）〜（ｄ）は図４２の装置を用いて粉末材料を供給する動作の説明図である。
【図４５】同上の材料供給ワイパーの背後に後側の材料格納遮蔽板を設けた場合の説明図である。
【図４６】（ａ）は同上の後側の材料格納遮蔽板を備えた装置の斜視図、（ｂ）は拡大斜視図である。
【図４７】同上の後側の材料格納遮蔽板と材料供給ワイパーと前側の材料格納遮蔽板とが重なり合った状態の斜視図である。
【図４８】（ａ）〜（ｄ）は同上の装置を用いて粉末材料を供給する動作の説明図である。
【図４９】（ａ）〜（ｄ）は同上の装置を用いて粉末材料を供給する動作の説明図である。
【図５０】（ａ）は同上の造形エリア上の材料供給状況をカメラユニット部で撮影する場合の説明図、（ｂ）は焼結されたカメラ画像において材料供給が完全にされた場合と不完全な場合の説明図である。
【図５１】（ａ）〜（ｄ）は従来例の説明図である。
【符号の説明】
１ 造形エリア
２ 材料供給ワイパー
３ 材料タンク
４ 造形タンク
５ 材料先端部検知センサー
６ 材料保管溝
６ａ 底面
７ 振動ユニット部
８ 材料格納遮蔽板
９ カメラユニット部
Ａ 進行方向
Ｌ 光ビーム
Ｍ 硬化層
Ｐ 粉末材料
Ｐ１ 材料流出先端部
Ｕ 焼結エリア
Ｖ 非焼結エリア
Claims (14)
- 造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料を材料供給ワイパーによって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料を充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層を積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造するにあたり、上記光ビーム照射工程の途中で、材料供給ワイパーを移動させて次層分の粉末材料を光ビームが照射されない非焼結エリアに向かって移動させると共に粉末材料が焼結エリア内に流出しない位置で材料供給ワイパーを停止させる材料待機工程を有する三次元形状造形物の製造方法であって、上記粉末材料を溜める材料タンクと硬化層を造形する造形タンクとの間に、材料供給ワイパーにて押し出された粉末材料の材料流出先端部を検知する材料先端部検知センサーを配置し、材料先端部検知センサーが検知した位置と材料供給ワイパーの先端部とから、材料流出量の幅を算出して材料供給ワイパーの位置制御を行なうことを特徴とする三次元形状造形物の製造方法。
- 上記材料先端部検知センサーが材料供給ワイパーの進行方向に沿ってスライド可能とされ、焼結エリア先端部と対応する位置に材料先端部検知センサーを移動制御すると共に、焼結エリア先端部から材料供給ワイパーの先端部までの最短距離をＣＡＭ処理で作成された断面輪郭データから算出し、当該算出結果に基づいて材料供給ワイパーを駆動することを特徴とする請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の粉末材料を材料供給ワイパーによって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料を充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層を積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記粉末材料を溜める材料タンクと硬化層を造形する造形タンクとの間に底面が昇降自在に駆動する材料保管溝を設け、レーザー焼結時に材料保管溝内に格納された粉末材料を上昇させると共に材料供給ワイパーを移動させ且つ粉末材料が焼結エリア内に流出しない位置で材料供給ワイパーを停止させるための制御部を設けてなることを特徴とする三次元形状造形物の製造装置。
- 上記材料保管溝の底面を、造形エリアに近づくにつれて下り傾斜させたことを特徴とする請求項３記載の三次元形状造形物の製造装置。
- 上記材料保管溝を造形タンクの両サイドに設けたことを特徴とする請求項３又は４記載の三次元形状造形物の製造装置。
- 上記両サイドの材料保管溝のうち、材料タンク側の材料保管溝に「複数層＋１層」分の粉末材料を格納し、材料タンク側とは反対側の材料保管溝に上記「複数層」と同数層分の粉末材料を格納し、レーザー焼結が完了した後に材料供給ワイパーを両方の材料保管溝間に移動させることで造形エリア上への材料供給を行なうことを特徴とする請求項５記載の三次元形状造形物の製造装置。
- 材料保管溝の下部に振動ユニット部を設けたことを特徴とする請求項３又は４又は５又は６記載の三次元形状造形物の製造装置。
- 上記硬化層を造形する造形タンクの両サイドに底面が昇降自在に駆動する材料保管溝をそれぞれ設け、材料タンク側の材料保管溝に２層分以上の粉末材料を格納すると共に、材料タンク側と反対側の材料保管溝に１層分の粉末材料を格納し、両サイドの材料保管溝間に材料供給ワイパーを往復移動させることを特徴とする請求項１記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 上記両サイドの材料保管溝の少なくとも一方の底面を造形エリアに近づくにつれて下り傾斜させると共に、下り傾斜した底面の上昇と材料供給ワイパーの移動とを同時に行なうことで、粉末材料を造形エリア上に押し出すことを特徴とする請求項８記載の三次元形状造形物の製造方法。
- 造形エリアの外側の所定位置に配置された無機質もしくは有機質の 粉末材料を材料供給ワイパーによって造形エリアに向かって移動させる移動工程と、造形エリアに粉末材料を充填して均すことにより層状に堆積させる堆積工程と、堆積させた粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する光ビーム照射工程とを繰り返すことにより、硬化層を積み重ねて所望の三次元形状造形物を製造する装置であって、上記粉末材料を溜める材料タンクと硬化層を造形する造形タンクとの間に材料格納遮蔽板を配置し、レーザー焼結時に材料供給ワイパーにて押し出された粉末材料を材料供給ワイパーと材料格納遮蔽板との間で挟み込み、レーザー焼結完了後に粉末材料を造形エリア上に供給するための制御部を設けてなることを特徴とする三次元形状造形物の製造装置。
- 上記材料格納遮蔽板の先端部を材料供給ワイパー側に向かって傾けた形状にしたことを特徴とする請求項１０記載の三次元形状造形物の製造装置。
- 上記材料格納遮蔽板の先端部を材料供給ワイパーに対して接触離反可能とし、材料待機工程の中で材料供給ワイパーにて押し出された粉末材料を材料供給ワイパーと材料格納遮蔽板との間で挟み込むと共に、材料格納遮蔽板の先端部と材料供給ワイパーとの隙間から粉末材料を造形エリア上の焼結エリアとその周辺部に供給することを特徴とする請求項１０又は１１記載の三次元形状造形物の製造装置。
- 材料格納遮蔽板を材料供給ワイパーの前後両サイドに設けたことを特徴とする請求項１０又は１１又は１２記載の三次元形状造形物の製造装置。
- レーザー焼結するチャンバー内上部にカメラユニット部を設置し、材料供給後に造形エリア上に材料が完全に供給されていないときは再度材料を供給することを特徴とする請求項１又は２又は８又は９記載の三次元形状造形物の製造方法。
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