JP6363042B2 - 積層造形装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、積層造形装置に関する。

従来、積層造形物を形成する積層造形装置が知られている。積層造形装置は、ノズルから材料の粉体を供給するとともにレーザ光を出射することにより粉体を溶融させて材料の層を形成し、当該層を積み重ねることにより積層造形物を形成する。

特開２００３−０７１９４０号公報 特開２０１４−１１３７５９号公報 特開平０５−０２４１１９号公報

この種の装置では、例えば、材料の層の形成をより効率よく行うことができれば、有意義である。

実施形態の積層造形装置は、第一のステージと、第二のステージと、ノズルと、を備えている。前記第一のステージは、第一の面を有している。前記第二のステージは、第二の面を有している。前記ノズルは、前記第一の面と前記第二の面とが互いに異なる方向を向いた状態で、前記第一の面上、前記第二の面上、前記第一の面上に造形された造形物、および前記第二の面上に造形された造形物のうち少なくとも一つに材料の層を形成する。前記ノズルは、前記第一の面と前記第二の面とが互いに異なる方向を向いた状態で、前記第一の面上に造形された造形物と、前記第二の面上に造形された造形物と、を前記層によって一体化させる。

図１は、第１の実施形態の積層造形装置の模式図である。 図２は、第１の実施形態のノズルの一部の断面図である。 図３は、第１の実施形態の積層造形装置による積層造形物の製造工程の一例が示された説明図である。 図４は、第１の実施形態の積層造形装置の一部を示す図であって、各ステージが互いに平行にされた状態を示す図である。 図５は、第１の実施形態の積層造形装置の一部を示す図であって、各ステージが互いに異なる方向を向いた状態を示す図である。 図６は、第１の実施形態の積層造形装置の一部を示す図であって、互いに異なる方向を向いた各ステージ上に形成された造形物が、一体化された状態を示す図である。 図７は、第１の実施形態の積層造形装置の一つのステージに造形物が造形された状態を示す図である。 図８は、第１の実施形態の積層造形装置の二つのステージに造形物が造形された状態を示す図である。 図９は、第１の実施形態の積層造形装置の二つのステージに造形物が造形された状態の図である。 図１０は、第２の実施形態の積層造形装置の一部を示す図である。 図１１は、第２の実施形態の積層造形装置の一部を示す図であって、ステージが一方側に揺動された状態を示す図である。 図１２は、第２の実施形態の積層造形装置の一部を示す図であって、一つのステージに対して二つのステージが押し上げられた状態を示す図である。 図１３は、第２の実施形態の積層造形装置の一部を示す図であって、各ステージ上に造形された造形物が一体化された状態を示す図である。

以下、図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される。

（第１の実施形態）
図１に示されるように、積層造形装置１は、処理槽１１や、ステージ１２、移動装置１３、ノズル装置１４、光学装置１５、計測装置１６、制御装置１７等を備えている。

積層造形装置１は、ステージ１２上に配置された対象物１１０に、ノズル装置１４で供給される材料１２１を層状に積み重ねることにより、所定の形状の積層造形物１００を造形する。ここで、一つ以上の層１１０ｂによって造形物１０１が構成される。

対象物１１０は、ノズル装置１４によって材料１２１が供給される対象であって、ベース１１０ａおよび層１１０ｂを含む。複数の層１１０ｂがベース１１０ａの上面に積層される。材料１２１は、粉末状の金属材料や樹脂材料等である。造形には、一つ以上の材料１２１が用いられうる。

処理槽１１には、主室２１と副室２２とが設けられている。副室２２は、主室２１と隣接して設けられている。主室２１と副室２２との間には扉部２３が設けられている。扉部２３が開かれた場合、主室２１と副室２２とが連通され、扉部２３が閉じられた場合、主室２１が気密状態になる。

主室２１には、給気口２１ａおよび排気口２１ｂが設けられている。給気装置（図示されず）の動作により、主室２１内に給気口２１ａを介して窒素やアルゴン等の不活性ガスが供給される。排気装置（図示されず）の動作により、主室２１から排気口２１ｂを介して主室２１内のガスが排出される。

また、主室２１内には、移送装置（図示されず）が設けられている。また、主室２１から副室２２にかけて、搬送装置２４が設けられている。移送装置は、主室２１で処理された積層造形物１００を、搬送装置２４に渡す。搬送装置２４は、移送装置から渡された積層造形物１００を副室２２内に搬送する。すなわち、副室２２には、主室２１で処理された積層造形物１００が収容される。積層造形物１００が副室２２に収容された後、扉部２３が閉じられ、副室２２と主室２１とが隔絶される。

主室２１内には、ステージ１２や、移動装置１３、ノズル装置１４の一部、計測装置１６等が設けられている。

ステージ１２は、対象物１１０を支持する。移動装置１３は、ステージ１２を移動させることができる。

ノズル装置１４は、ステージ１２上に位置された対象物１１０に材料１２１を供給する。また、ノズル装置１４のノズル３３は、ステージ１２上に位置された対象物１１０にレーザ光Ｌを照射する。ノズル装置１４は、複数の材料１２１を並行して供給することができるし、複数の材料１２１のうち一つを選択的に供給することができる。また、ノズル３３は、材料１２１の供給と並行してレーザ光Ｌを照射する。

ノズル装置１４は、供給装置３１や、ノズル３３、供給管３４等を有している。材料は、供給装置３１から供給管３４を経てノズル３３へ供給される。

供給装置３１は、タンク３１ａと、供給部３１ｂと、を含む。タンク３１ａには、材料１２１が収容される。供給部３１ｂは、タンク３１ａの材料１２１を所定量供給する。供給装置３１は、粉状の材料１２１が含まれたキャリアガス（気体）を供給する。キャリアガスは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスである。

図２に示すように、ノズル３３は、筐体６６を有している。筐体６６は、筒状に構成されている。図２に示すように、筐体６６の内部には、複数の通路６６ａおよび一つの通路６６ｂが設けられている。

通路６６ｂは、筐体６６の中心軸Ａｘと重なっている。通路６６ｂの内部には、光学装置１５からレーザ光Ｌが導入される。通路６６ｂの内部には、レーザ光Ｌを平行光に変換する変換レンズと、平行光に変換されたレーザ光Ｌを集光するレンズと、を含む光学系が設けられている。レーザ光Ｌは、レンズによって、筐体６６の下方に集光される。レーザ光Ｌの集光点（収束点）は、中心軸Ａｘ上に位置する。

各通路６６ａは、供給管３４を介して供給装置３１に接続されている。材料１２１が粉末状の場合、各通路６６ａには、供給装置３１から、キャリアガスとともに材料１２１が供給される。通路６６ａの下部は、下方に向かうにつれ筐体６６の中心軸Ａｘに近づくように、中心軸Ａｘに対して傾斜している。

ノズル３３は、材料１２１が粉末状の場合、通路６６ａの下端部（開口部）から材料１２１を筐体６６（通路６６ａ）の下方に向けて噴射（射出）する。あるいは、ノズル３３は、材料１２１が線状の場合、通路６６ａの下端部（開口部）から材料１２１を筐体６６（通路６６ａ）の下方に向けて押し出す（射出する）。噴射あるいは押し出された材料１２１は、レーザ光Ｌの収束点に至る。ノズル３３によって供給された材料１２１は、レーザ光Ｌによって溶融され、溶融した材料１２１の集合が形成される。なお、材料１２１をレーザ光Ｌによって焼結させてもよい。

また、図１に示されるように、光学装置１５は、光源４１と、ケーブル２１０とを備えている。光源４１は、発振素子（図示されず）を有し、発振素子の発振によりレーザ光Ｌを出射する。光源４１は、出射するレーザ光のパワー密度を変更することができる。

光源４１は、ケーブル２１０を介してノズル３３に接続されている。光源４１から出射されたレーザ光Ｌは、ノズル３３に導かれる。ノズル３３は、レーザ光Ｌを、対象物１１０や、対象物１１０に向けて噴射された材料１２１に照射する。

計測装置１６は、固化した層１１０ｂの形状および造形された積層造形物１００の形状を計測する。計測装置１６は、計測した形状の情報を制御装置１７に送信する。計測装置１６は、例えば、カメラ６１と、画像処理装置６２と、を備えている。画像処理装置６２は、カメラ６１で計測した情報に基づいて画像処理を行う。なお、計測装置１６は、例えば、干渉方式や光切断方式等によって、層１１０ｂおよび積層造形物１００の形状を計測する。

制御装置１７は、移動装置１３、搬送装置２４、供給装置３１、光源４１、および画像処理装置６２に、信号線２２０を介して電気的に接続されている。

制御装置１７は、移動装置１３を制御することで、ステージ１２を移動させる。制御装置１７は、搬送装置２４を制御することで、造形した積層造形物１００を副室２２に搬送する。制御装置１７は、供給装置３１を制御することで、材料１２１の供給の有無ならびに供給量を調整する。制御装置１７は、光源４１を制御することで、光源４１から出射されるレーザ光Ｌのパワー密度を調整する。また、制御装置１７は、ノズル３３の移動を制御する。

制御装置１７は、記憶部１７ａを備えている。記憶部１７ａには、材料１２１の比率を示すデータや、造形する積層造形物１００の形状（参照形状）を示すデータ等が記憶されている。

制御装置１７は、ノズル３３から複数の異なる材料１２１を選択的に供給し、複数の材料１２１の比率を調整（変更）する機能を備えることができる。例えば、制御装置１７は、記憶部１７ａに記憶された各材料１２１の比率を示すデータに基づいて、当該比率で材料１２１の層１１０ｂが形成されるよう、供給装置３１等を制御する。この機能により、積層造形物１００の位置（場所）によって複数の材料１２１の比率が変化（漸減または漸増）する傾斜材料（傾斜機能材料）を造形することができる。具体的には、例えば、層１１０ｂの形成に際し、制御装置１７が、積層造形物１００の三次元座標の各位置に対応して設定された（記憶された）材料１２１の比率となるように、供給装置３１を制御することにより、積層造形物１００を、材料１２１の比率が三次元の任意の方向に変化する傾斜材料（傾斜機能材料）として造形することが可能である。単位長さあたりの材料１２１の比率の変化量（変化率）も、種々に設定することが可能である。

制御装置１７は、材料１２１の形状を判断する機能を備えている。例えば、制御装置１７は、計測装置１６で取得された層１１０ｂまたは積層造形物１００の形状と、記憶部１７ａに記憶された参照形状と比較することで、所定の形状でない部位が形成されているか否かを判断する。

また、制御装置１７は、材料１２１の形状の判断により所定の形状でない部位と判断された不要な部位を除去することで、材料１２１を所定の形状にトリミングする機能を備えている。例えば、制御装置１７は、まず、所定の形状とは異なる部位に材料１２１が飛散して付着している場合に、レーザ光Ｌが材料１２１を蒸発可能なパワー密度となるように光源４１を制御する。次いで、制御装置１７は、レーザ光Ｌを、当該部位に照射して材料１２１を蒸発させる。

次に、図３を参照し、積層造形装置１による積層造形物１００の製造方法について説明する。図３に示されるように、まずは、材料１２１の供給およびレーザ光Ｌの照射が行われる。制御装置１７は、材料１２１がノズル３３から所定の範囲に供給されるよう供給装置３１等を制御するとともに、供給された材料１２１がレーザ光Ｌによって溶融するよう、光源４１を制御する。これにより、図３に示されるように、ベース１１０ａ上の層１１０ｂを形成する範囲に、溶融した材料１２１が所定の量だけ供給される。材料１２１は、ベース１１０ａや層１１０ｂに噴射されると、変形して層状または薄膜状等の材料１２１の集合となる。あるいは、材料１２１は、材料１２１を運ぶキャリアガスによって冷却されるか若しくは材料１２１の集合への伝熱によって冷却されることにより、粒状で積層され、粒状の集合となる。

次に、アニール処理が行われる。アニール処理は、積層造形装置１の外でアニール装置（図示されず）を用いて行ってもよいが、積層造形装置１内で行ってもよい。後者の場合、制御装置１７は、ベース１１０ａ上の材料１２１の集合にレーザ光Ｌが照射されるよう、光源４１を制御する。これにより、材料１２１の集合が再溶融されて層１１０ｂになる。

次に、形状計測が行われる。制御装置１７は、アニール処理が行われたベース１１０ａ上の材料１２１を計測するよう、計測装置１６を制御する。制御装置１７は、計測装置１６で取得された層１１０ｂまたは積層造形物１００の形状と、記憶部１７ａに記憶された参照形状と比較する。

次に、トリミングが行われる。トリミングは、積層造形装置１の外でトリミング装置（図示されず）を用いて行ってもよいが、積層造形装置１内で行ってもよい。後者の場合、制御装置１７は、形状計測ならびに参照形状との比較により、例えば、ベース１１０ａ上の材料１２１が所定の形状とは異なる位置に付着していたことが判明した場合には、不要な材料１２１が蒸発するよう、光源４１を制御する。一方、制御装置１７は、形状計測ならびに参照形状との比較により、層１１０ｂが所定の形状であったことが判明した場合には、トリミングを行わない。

上述した層１１０ｂの形成が終了すると、積層造形装置１は、当該層１１０ｂの上に、新たな層１１０ｂを形成する。積層造形装置１は、層１１０ｂを反復的に積み重ねることにより、積層造形物１００を造形する。

次に、ステージ１２および移動装置１３について詳細に説明する。図４に示すように、本実施形態では、積層造形装置１は、複数（一例として三つ）のステージ１２を備えている。複数のステージ１２には、ステージ１２−１，１２−２，１２−３が含まれる。各ステージ１２は、平坦状の面１２ａ（積層面）を有する。面１２ａ上には、ベース１１０ａが設けられ、ベース１１０ａに層１１０ｂが積層される。すなわち、面１２ａ上に層１１０ｂが積層される。複数のステージ１２のうちのいずれか一つが、第一のステージに相当し、複数のステージ１２のうち上記一つ以外のものが、第二のステージに相当する。本実施形態では、ステージ１２−２を第一のステージの一例とし、ステージ１２−１，１２−３のそれぞれを第二のステージの一例とする。この場合、ステージ１２−２の面１２ａが、第一の面の一例であり、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａが第二の面の一例である。また、ステージ１２は、造形台や支持台等とも称され得る。

移動装置１３は、カバー７０（図１）と、ベース７１と、複数の支持部７２と、を有し、支持部７２によって各ステージ１２同士の相対的な姿勢を変化させることが可能である。

ベース７１は、主室２１内に配置されて、カバー７０に覆われている。ベース７１は、一例として、矩形板状に構成されている。

複数の支持部７２は、ベース７１の上面に取り付けられて、少なくとも一部がカバー７０に覆われている。支持部７２は、ステージ１２毎に設けられている。支持部７２は、ステージ１２を姿勢変化可能および移動可能に支持している。

支持部７２は、一例として、二つのリンク部材７２ａ，７２ｂを有している。リンク部材７２ａの一端部は、連結部７２ｃを介してベース７１に揺動可能に支持されている。リンク部材７２ａは、連結部７２ｃに内蔵されたモータ（不図示）によって揺動駆動される。リンク部材７２ａの他端部は、リンク部材７２ｂの一端部と相対揺動可能に連結されている。リンク部材７２ｂは、リンク部材７２ａまたはリンク部材７２ｂに内蔵されたモータ（不図示）によって揺動駆動される。リンク部材７２ｂの他端部は、連結部７２ｄを介してステージ１２に連結されている。ステージ１２は、連結部７２ｄによってリンク部材７２ｂに揺動可能に支持されている。ステージ１２は、連結部７２ｄに内蔵されたモータによって揺動駆動される。また、ステージ１２は、連結部７２ｄに内蔵された別のモータによって、面１２ａの法線方向Ｎと交差（一例として、直交）する方向に、連結部７２ｄに対してスライド駆動される。移動装置１３は、以上の構成の複数の支持部７２によって、ステージ１２−１の面１２ａと、ステージ１２−２の面１２ａと、ステージ１２−３の面１２ａと、が互いに異なる方向を向いた状態にすることができる。

次に、ステージ１２の移動を伴った積層造形物１００の製造方法の一例を説明する。ここでは、図６に示す張出形状を有する積層造形物１００の製造方法を説明する。なお、図６等では、複数の層１１０ｂの境界線は省略されている。図４に示すように、移動装置１３は、各ステージ１２−１，１２−２，１２−３の面１２ａが水平（互いに平行）となるように、各ステージ１２−１，１２−２，１２−３を位置させる。この状態で、ノズル３３が、各ステージ１２−１，１２−２，１２−３毎に、面１２ａ上に層１１０ｂを積層して、各面１２ａ上に造形物１０１を順次形成する。次に、図５に示すように、移動装置１３が、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａ同士が、ステージ１２−１の上方で互いに向き合うように、ステージ１２−１，１２−３の姿勢を変化させる。このとき、各ステージ１２−１，１２−２，１２−３の面１２ａ上の造形物１０１の先端部同士が近接するようにする。この状態から、図６に示すように、ノズル３３が、ステージ１２−１，１２−２，１２−３の面１２ａ上の造形物１０１の先端部に囲まれた領域（面した領域）に、材料１２１の層１１０ｂを形成し、当該材料１２１の層１１０ｂによって、各ステージ１２−１，１２−２，１２−３の面１２ａ上の造形物１０１同士を一体化させる。別の言い方をすると、ノズル３３は、ステージ１２−１，１２−２，１２−３の面１２ａ上の造形物１０１の先端部に囲まれた領域に造形物１０１を形成し、当該造形物１０１によって、各ステージ１２−１，１２−２，１２−３の面１２ａ上の造形物１０１同士を一体化させる。

以上のように、本実施形態では、ノズル３３は、移動装置１３によって、ステージ１２−２の面１２ａの法線方向Ｎと、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａの法線方向Ｎとが互いに沿わされた状態（図４）で、ステージ１２−２の面１２ａ上と、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上とのそれぞれに造形物１０１を形成する。そして、ノズル３３は、移動装置１３によって、ステージ１２−２の面１２ａの法線方向Ｎと、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａの法線方向Ｎとが相対的に傾斜された状態、すなわち各ステージ１２−１，１２−２，１２−３の面１２ａが互いに異なる方向を向いた状態で、ステージ１２−２の面１２ａ上の造形物１０１とステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上の造形物１０１とを層１１０ｂによって一体化させる。これにより、張出形状の形成であっても層１１０ｂが垂れるのを抑制しやすい。

以上から分かるように、本実施形態のノズル３３は、ステージ１２−２の面１２ａと、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａと、が互いに異なる方向を向いた状態で、ステージ１２−２の面１２ａ上、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上、ステージ１２−２の面１２ａ上に造形された造形物１０１、およびステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上に造形された造形物１０１のうち少なくとも一つに層１１０ｂを形成する。

次に、ステージ１２の移動を伴った積層造形物１００の製造方法の別の一例を説明する。ここでは、図９に示す張出形状を有する積層造形物１００の製造方法を説明する。本例では、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａには、ベース１１０ａに替えてシート状のベース１１０ａＡが設けられている。ベース１１０ａＡは、クランプ等の取付具（取付部）によって、面１２ａに取り外し可能に取り付けられている。ベース１１０ａＡは、例えば、材料１２１によって構成され得る。また、ベース１１０ａＡは、例えば、所謂サポート部材であってもよく、面１２ａから造形物１０１を剥離しやすくする材料によって構成されたものであればよい。

まず、図７に示すように、移動装置１３は、ステージ１２−２の面１２ａが水平となるようにステージ１２−２を位置させる。この状態で、ノズル３３が、ステージ１２−２の面１２ａ上に材料１２１の層１１０ｂを積層して、面１２ａ上に造形物１０１を形成する。次に、移動装置１３は、図８に示すように、ステージ１２−２とステージ１２−３との一部が上下方向で間隔を空けて重なるように、ステージ１２−２の面１２ａの上方に、ステージ１２−３を移動させる。このとき、ステージ１２−２の面１２ａ上の造形物１０１からの張出方向に応じて、ステージ１２−２の面１２ａに対するステージ１２−３の面１２ａの傾斜角度が設定される。すなわち、図８では、ステージ１２−３の面１２ａがステージ１２−２の面１２ａと平行の例が示されているが、ステージ１２−３の面１２ａがステージ１２−２の面１２ａに対して傾斜していてもよい。次に、ノズル３３が、ステージ１２−２の面１２ａ上の造形物１０１に連続させて、ステージ１２−３の面１２ａ上に材料１２１の層１１０ｂを形成して、ステージ１２−３の面１２ａ上に造形物１０１を形成する。ステージ１２−３の面１２ａ上の造形物１０１は、ステージ１２−２の面１２ａ上の造形物１０１から張り出している。

次に、移動装置１３は、ステージ１２−３をステージ１２−２の上方から退避させる（図９）。この際、ステージ１２−３の面１２ａからベース１１０ａＡが取り外されて、ベース１１０ａＡは、造形物１０１に付着した状態となる。

次に、図９に示すように、移動装置１３は、ステージ１２−１とステージ１２−２との一部が上下方向で間隔を空けて重なるように、ステージ１２−２の面１２ａの上方に、ステージ１２−１を移動させる。このとき、ステージ１２−３の面１２ａを用いて形成された造形物１０１からの張出方向に応じて、ステージ１２−２の面１２ａに対するステージ１２−１の面１２ａの傾斜角度が設定される。すなわち、図９では、ステージ１２−１の面１２ａがステージ１２−２の面１２ａと平行の例が示されているが、ステージ１２−１の面１２ａがステージ１２−２の面１２ａに対して傾斜していてもよい。次に、ノズル３３が、ステージ１２−３を用いて形成された造形物１０１に連続させて、ステージ１２−３の面１２ａ上に材料１２１の層１１０ｂを形成して、ステージ１２−１の面１２ａ上に造形物１０１を形成する。ステージ１２−１の面１２ａ上の造形物１０１は、ステージ１２−３を用いて形成された造形物１０１から張り出している。次に、移動装置１３は、ステージ１２−１をステージ１２−２の上方から退避させる。この際、ステージ１２−１の面１２ａからベース１１０ａＡが取り外されて、ベース１１０ａＡは、造形物１０１に付着した状態となる。このようにして、積層造形物１００が形成され、形成された積層造形物１００に付着したベース１１０ａＡは、所定の段階で取り除かれ得る。なお、ベース１１０ａＡは、例えば図４〜６で説明した積層造形物１００の造形方法において用いてもよい。

以上、説明したように、本実施形態では、ノズル３３は、ステージ１２−２（第一のステージ）の面１２ａ（第一の面）と、ステージ１２−１，１２−３（第二のステージ）の面１２ａ（第二の面）とが互いに異なる方向を向いた状態で、ステージ１２−２の面１２ａ上、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上、ステージ１２−２の面１２ａ上に造形された造形物１０１、およびステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上に造形された造形物１０１のうち少なくとも一つに層１１０ｂを形成する。よって、例えば、張出形状を有する積層造形物１００を造形する場合であっても、層１１０ｂが垂れ下がるのを抑制しやすいので、層１１０ｂを効率的に形成することができる。

また、本実施形態では、ノズル３３は、ステージ１２−２（第一のステージ）の面１２ａ（第一の面）と、ステージ１２−１，１２−３（第二のステージ）の面１２ａ（第二の面）とが互いに異なる方向を向いた状態で、ステージ１２−２の面１２ａ上に造形された造形物１０１と、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上に造形された造形物１０１と、を層１１０ｂによって一体化させる。よって、各ステージ１２−１，１２−２，１２−３上に積層造形物１００の部分（造形物１０１）を形成して、それらを一体化させることができる。

また、本実施形態では、移動装置１３は、ステージ１２−２（第一のステージ）とステージ１２−１，１２−３（第二のステージ）との相対的な姿勢を変化させる。よって、例えば、積層造形物１００の形状に応じて、ステージ１２−２とステージ１２−１，１２−３との相対的な姿勢を変化させることができる。

（第２の実施形態）
図１０〜１３に示すように、本実施形態は、移動装置１３Ａが第１の実施形態と主に異なる。本実施形態の移動装置１３Ａは、面１２ａが互いに異なる方向を向いた状態で並べられた各ステージ１２を、各ステージ１２の並び方向に沿って揺動させる。

移動装置１３Ａは、ベース８１と、複数の支持部８２と、揺動部８３と、を有する。ベース８１は、円弧の湾曲状に形成されている。揺動部８３は、ベース８１に沿った円弧の湾曲状に形成され、ベース８１の内側に位置されている。揺動部８３は、ベース８１に揺動可能に支持されている。揺動部８３は、モータ（不図示）によって、ベース８１に沿って揺動駆動される。ベース８１は、揺動部８３をガイドするガイド部（レール部）として機能する。また、本実施形態では、揺動部８３に沿って、ステージ１２−１，１２−２，１２−３が一列に並べられている。

複数の支持部８２は、揺動部８３におけるベース８１とは反対側、すなわち揺動部８３の内側に位置されて、揺動部８３に支持されている。支持部８２は、ステージ１２毎に設けられている。支持部８２は、伸縮可能に構成され、支持したステージ１２を、当該ステージ１２の面１２ａの法線方向Ｎに沿って移動させる。すなわち、移動装置１３Ａは、ステージ１２−１の面１２ａの法線方向Ｎに沿ったステージ１２−１の移動と、ステージ１２−２の面１２ａの法線方向Ｎに沿ったステージ１２−２の移動と、ステージ１２−３の面１２ａの法線方向Ｎに沿ったステージ１２−３の移動と、を個別に行うことができる。

次に、ステージ１２の移動を伴った積層造形物１００の製造方法の一例を説明する。ここでは、図１３に示す張出形状を有する積層造形物１００の製造方法を説明する。まず、図１１に示すように、移動装置１３Ａは、これから（直近に）造形物１０１を形成する対象のステージ１２の面１２ａが水平となるように、揺動部８３を制御する。そして、ノズル３３が、当該対象のステージ１２の面１２ａ上に層１１０ｂを形成して、面１２ａ上に造形物１０１を形成する。図１１では、ステージ１２−２，１２−３に造形物１０１が既に形成され、ステージ１２−１に造形物１０１を造形している状態が示されている。このようにして、各ステージ１２−１，１２−２，１２−３に造形物１０１が順次形成される。

次に、図１２に示すように、移動装置１３Ａは、ステージ１２−２の面１２ａが水平となるように、揺動部８３を制御するとともに、ステージ１２−１，１２−３が揺動部８３から離れる方向に、ステージ１２−１，１２−３をそれらの面１２ａの法線方向Ｎに沿って、押し上げる（移動させる）。この状態から、ノズル３３が、ステージ１２−１，１２−２，１２−３の面１２ａ上の造形物１０１の先端部に囲まれた領域に、材料１２１の層１１０ｂ（造形物１０１）を形成し、当該材料１２１の層１１０ｂによって、各ステージ１２−１，１２−２，１２−３の面１２ａ上の造形物１０１同士を一体化させる（図１３）。以上のように、本実施形態では、ノズル３３は、ステージ１２−１の面１２ａ上と、ステージ１２−２の面１２ａ上と、ステージ１２−３の面１２ａ上と、のそれぞれに造形物１０１を形成する。そして、ノズル３３は、移動装置１３Ａによって、ステージ１２−２の面１２ａ上の造形物１０１と、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上の造形物１０１とが互いに近づく方向にステージ１２−２とステージ１２−１，１２−３とが相対的に移動された状態で、ステージ１２−２の面１２ａ上の造形物１０１とステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上の造形物１０１とを層１１０ｂによって一体化させる。

以上から分かるように、本実施形態のノズル３３は、ステージ１２−２の面１２ａと、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａと、が互いに異なる方向を向いた状態で、ステージ１２−２の面１２ａ上、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上、ステージ１２−２の面１２ａ上に造形された造形物１０１、およびステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上に造形された造形物１０１のうち少なくとも一つに層１１０ｂを形成する。

以上、説明した、本実施形態では、ノズル３３は、ステージ１２−２（第一のステージ）の面１２ａ（第一の面）と、ステージ１２−１，１２−３（第二のステージ）の面１２ａ（第二の面）とが互いに異なる方向を向いた状態で、ステージ１２−２の面１２ａ上、ステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上、ステージ１２−２の面１２ａ上に造形された造形物１０１、およびステージ１２−１，１２−３の面１２ａ上に造形された造形物１０１のうち少なくとも一つに層１１０ｂを形成する。よって、例えば、張出形状を有する積層造形物１００を造形する場合であっても、層１１０ｂが垂れ下がるのを抑制しやすいので、層１１０ｂを効率的に形成することができる。

また、本実施形態では、移動装置１３Ａは、ステージ１２−２（第一のステージ）の面１２ａ（第一の面）と、ステージ１２−１，１２−３（第二のステージ）の面１２ａ（第二の面）とが互いに異なる方向を向いた状態で並べられたステージ１２−２とステージ１２−１，１２−３とを、ステージ１２−２とステージ１２−１，１２−３との並び方向に沿って揺動させる。よって、揺動によって、ステージ１２−１，１２−２，１２−３の面１２ａの向く方向を変更させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら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。

例えば、図４や図１０に示す構成において、ステージ１２−２を削除して、ステージ１２−１とステージ１２−３とに造形物１０１を造形してもよい。この場合、ステージ１２−１とステージ１２−３との一方が第一のステージに相当し、ステージ１２−１とステージ１２−３との他方が第二のステージに相当する。

また、例えば、図１０に示す構成において、ステージ１２−２を削除して、図１０に示す状態でステージ１２−１とステージ１２−３とを固定してそれぞれに造形物１０１を作成するとともに、二つの造形物１０１を接続しなくてもよい。すなわち、各造形物１０１を完成品としてもよい。この場合、一つのステージで造形物１０１を複数回造形する場合に比べて、複数の造形物１０１を効率よく造形しやすい。なお、この場合、ステージ１２−１およびステージ１２−３の傾斜角度は、層１１０ｂが垂れない程度に設定され得る。

１…積層造形装置、１２，１２−１，１２−２，１２−３…ステージ、１３，１３Ａ…移動装置、３３…ノズル、１０１…造形物、１１０ｂ…層、Ｎ…法線方向。

Claims (7)

1. 第一の面を有した第一のステージと、
   第二の面を有した第二のステージと、
   前記第一の面と前記第二の面とが互いに異なる方向を向いた状態で、前記第一の面上、前記第二の面上、前記第一の面上に造形された造形物、および前記第二の面上に造形された造形物のうち少なくとも一つに材料の層を形成するノズルと、
   を備え、
   前記ノズルは、前記第一の面と前記第二の面とが互いに異なる方向を向いた状態で、前記第一の面上に造形された造形物と、前記第二の面上に造形された造形物と、を前記層によって一体化させる、積層造形装置。
2. 前記第一のステージと前記第二のステージとの相対的な姿勢を変化させる移動装置を備えた、請求項１に記載の積層造形装置。
3. 前記ノズルは、前記移動装置によって前記第一の面の法線方向と前記第二の面の法線方向とが互いに沿わされた状態で、前記第一の面上と前記第二の面上とのそれぞれに前記造形物を形成し、前記移動装置によって前記第一の面の法線方向と前記第二の面の法線方向とが相対的に傾斜された状態で、前記第一の面上の前記造形物と前記第二の面上の前記造形物とを前記層によって一体化させる、請求項２に記載の積層造形装置。
4. 前記第一の面と前記第二の面とが互いに異なる方向を向いた状態で並べられた前記第一のステージと前記第二のステージとを、前記第一のステージと前記第二のステージとの並び方向に沿って揺動させる移動装置を備えた、請求項１に記載の積層造形装置。
5. 第一の面を有した第一のステージと、
   第二の面を有した第二のステージと、
   前記第一の面と前記第二の面とが互いに異なる方向を向いた状態で、前記第一の面上、前記第二の面上、前記第一の面上に造形された造形物、および前記第二の面上に造形された造形物のうち少なくとも一つに材料の層を形成するノズルと、
   前記第一の面と前記第二の面とが互いに異なる方向を向いた状態で並べられた前記第一のステージと前記第二のステージとを、前記第一のステージと前記第二のステージとの並び方向に沿って揺動させる移動装置と、
   を備えた積層造形装置。
6. 前記移動装置は、前記第一の面の法線方向に沿った前記第一のステージの移動と、前記第二の面の法線方向に沿った前記第二のステージの移動と、の少なくとも一方を行う、請求項４または５に記載の積層造形装置。
7. 前記ノズルは、前記第一の面上と前記第二の面上とのそれぞれに前記造形物を形成し、
   前記移動装置によって前記第一の面上の前記造形物と前記第二の面上の前記造形物とが互いに近づく方向に前記第一のステージと前記第二のステージとが相対的に移動された状態で、前記第一の面上の前記造形物と前記第二の面上の前記造形物とを前記層によって一体化させる、請求項６に記載の積層造形装置。

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