JP6763038B2 - 積層造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、積層造形装置に関する。

積層造形には複数の方式があるが、例えば粉末積層造形法では、垂直方向に移動可能な造形テーブル上に材料粉体を撒布して材料層を形成し、この材料層の所定箇所にレーザ光または電子ビーム等のビームを照射して照射位置の材料粉体を溶融または焼結させることにより固化層を形成し、以上の手順を繰り返して複数の固化層を積層し、所望の三次元造形物を生成する。ここで、固化層とは、溶融層と焼結層を含む。また、積層された固化層を固化体と呼ぶ。

このような積層造形においては、通常、造形テーブルは温度調整可能に構成され、ビームを照射して固化層を形成する前に、材料層が所定温度に予熱される（特許文献１）。また、造形中に造形テーブルの加熱および冷却を繰り返し行い、固化層の温度調整を行う場合もある（特許文献２）。

特許第６３４０４５２号公報 特許第６２９５００１号公報

このように、積層造形においては、造形テーブルは適宜温度調整される。造形テーブルの温度調整により、造形テーブルと造形テーブルを垂直方向に移動する造形テーブル駆動装置との間で熱変位による位置ずれが発生し、ひいては積層造形の精度が低下する可能性があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、精度の高い造形を可能とする積層造形装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、材料粉体を撒布して材料層を形成し前記材料層にビームを照射して固化層を形成することを繰り返して所望の三次元造形物が造形される造形領域と、互いに垂直方向に積み重なるように配置された加熱器を有する加熱部と冷却器を有する冷却部とを有する温調部と、を含む造形テーブルと、前記造形テーブルを垂直方向に移動させる造形テーブル駆動機構と、前記温調部を前記造形テーブル駆動機構に１つの固定箇所で着脱自在に固定するチャック装置とを備え、前記チャック装置は、前記温調部に係止するシャフトと、前記シャフトを把持するクランプユニットと、を含み、前記シャフトは、前記温調部に係止する第１のボルトと、前記クランプユニットによって把持されるチャッキング栓と、前記第１のボルトおよび前記チャッキング栓に螺合する第１のナットと、を有する、積層造形装置が提供される。

本発明では、温度調整可能な造形テーブルと造形テーブル駆動装置とを１つの固定箇所で固定している。そのため、加熱および冷却による膨張および収縮の起点が固定箇所１点のみとなり、位置ずれの発生を防ぐことができる。その結果、精度の高い造形を実施することが可能となる。

本発明の実施形態に係る積層造形装置１００の概略正面図である。 本発明の実施形態に係る材料層形成装置３と照射装置１３の斜視図である。 造形テーブル駆動機構３１の斜視図である。 造形テーブル駆動機構３１の正面透視図である。 造形テーブル５およびチャック装置８０の断面図である。 図５における領域Ｄ２の拡大図である。 チャック装置８０におけるクランプユニット８２とセンタリングプレート８７との係止を示す図である。 造形テーブル５およびシャフト８３の断面図である。 本発明の実施形態に係る積層造形装置１００を用いた固化層形成工程の説明図である。 本発明の実施形態に係る積層造形装置１００を用いた固化層形成工程の説明図である。 本発明の実施形態に係る積層造形装置１００を用いた固化層形成工程の説明図である。 本発明の実施形態に係る積層造形装置１００を用いた固化層形成工程の説明図である。

以下、図面を用い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種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、それぞれが独立して発明を構成する。

（１．積層造形装置１００）
本発明の実施形態に係る積層造形装置１００は、材料層８を形成し、この材料層８の照射領域に例えばレーザ光Ｌであるビームを照射して溶融または焼結する工程を繰り返すことで、複数の固化層を積層して所望の形状を有する三次元造形物を生成する積層造形装置である。

図１に示すように、本発明の積層造形装置１００は、チャンバ１と、照射装置１３と、材料層形成装置３と、加工装置５０と、を備える。チャンバ１は、所定の造形領域Ｒを覆い、所定濃度の不活性ガスで充満される。

チャンバ１内には、所望の三次元造形物を所定高さで分割してなる複数の分割層毎に、造形領域Ｒに材料層８を形成する材料層形成装置３が設けられる。材料層形成装置３は、ベース台４とリコータヘッド１１とを有する。本実施形態においては、材料層８を形成する材料は、材料粉体からなる。材料粉体は、例えば金属粉であり、例えば平均粒径２０μｍの球形である。

ベース台４には造形テーブル５が設けられ、造形テーブル５の上面に所望の三次元造形物が積層造形される。換言すれば、造形テーブル５は所望の三次元造形物が形成される造形領域Ｒを有する。造形テーブル５は、造形テーブル駆動機構３１によって駆動されて垂直方向（図１の矢印Ｕ方向）に移動することができる。本実施形態においては、積層造形装置１００の使用時には、造形テーブル５上にベースプレート３３が配置され、その上に１層目の材料層８が形成される。なお、材料層８の照射領域は、造形領域Ｒ内に存在し、所望の三次元造形物の輪郭形状で規定される領域とおおよそ一致する。

造形テーブル５の周りには、周壁２６が設けられる。本実施形態では、造形テーブル５と周壁２６との間に、蛇腹部材２０が設けられている。蛇腹部材２０は、造形テーブル５の熱が周囲の部材に伝達することを防止する。未固化の材料粉体は、蛇腹部材２０の内部に保持される。造形テーブル５の詳細は後述する。

図２に示すリコータヘッド１１は、材料収容部１１ａと、材料供給部１１ｂと、材料排出部と、を有する。材料収容部１１ａは材料粉体を収容する。材料供給部１１ｂは、材料収容部１１ａの上面に設けられ、不図示の材料供給装置から材料収容部１１ａに供給される材料粉体の受口となる。材料排出部は、材料収容部１１ａの底面に設けられ、材料収容部１１ａ内の材料粉体を排出する。材料排出部は、リコータヘッド１１の移動方向（矢印Ｂ方向）に直交する水平１軸方向（矢印Ｃ方向）に延びるスリット形状に構成される。また、リコータヘッド１１の両側面には、それぞれブレード１２が設けられる。ブレード１２は、材料粉体を撒布する。すなわち、ブレード１２は、材料排出部から排出された材料粉体を平坦化して材料層８を形成する。

チャンバ１は所定濃度の不活性ガスが供給されるとともに、材料層８の溶融時に発生するヒュームを含んだ不活性ガスを排出している。好ましくは、チャンバ１から排出された不活性ガスは、ヒュームが除去されチャンバ１に返送される。具体的には、チャンバ１には、不活性ガス供給装置１５と、ダクトボックス２１，２３を介してヒュームコレクタ１９が接続されている。チャンバ１に設けられる不活性ガスの供給口および排出口の位置および個数は特に限定されない。なお、本発明において、不活性ガスとは、材料と実質的に反応しないガスをいい、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス等から材料の種類に応じて適当なものが選択される。

不活性ガス供給装置１５は、不活性ガスを供給する機能を有し、例えば、周囲の空気から所定濃度の不活性ガスを生成する不活性ガス発生装置、または所定濃度の不活性ガスが貯留されたガスボンベである。不活性ガス発生装置は、膜分離方式、ＰＳＡ方式等、生成する不活性ガスの種類や濃度に応じて種々の方式のものが採用できる。不活性ガス供給装置１５は、チャンバ１に設けられた供給口から不活性ガスの供給を行い、チャンバ１内を所定濃度の不活性ガスで充満させる。

チャンバ１の排出口から排出されたヒュームを多く含む不活性ガスはヒュームコレクタ１９へと送られ、ヒュームが除去された上でチャンバ１へと返送される。ヒュームコレクタ１９はヒュームを除去する機能を有していればよく、例えば、電気集塵機またはフィルタである。

加工装置５０は、スピンドルヘッド５２を有する加工ヘッド５１と、加工ヘッド５１を駆動する加工ヘッド駆動装置を備える。加工ヘッド駆動装置は、例えば、ベッドに固定されＸ軸方向に延びるＸ軸ガイドレールと、Ｘ軸ガイドレールに沿って摺動するＸ軸スライダと、Ｘ軸スライダに固定されるＸ軸移動体と、Ｘ軸移動体に固定されＹ軸方向に延びるＹ軸ガイドレールと、Ｙ軸ガイドレールに沿って摺動するＹ軸スライダと、Ｙ軸スライダに固定されるＹ軸移動体と、Ｙ軸移動体に固定されＺ軸方向に延びるＺ軸ガイドレールと、Ｚ軸ガイドレールに沿って摺動し加工ヘッド５１が固定されるＺ軸スライダと、を有する。スピンドルヘッド５２は、エンドミル等の切削工具を把持して回転させることができるように構成されており、固化層の表面や不要部分に対して切削加工を行うことができる。切削工具は複数種類の切削工具であることが好ましく、使用する切削工具は不図示の自動工具交換装置によって、造形中にも交換可能である。以上の構成によって、加工装置５０は、チャンバ１内の任意の位置において、固化層に対して切削加工を施すことができるようになっている。

なお、上記実施形態に代えて、加工装置としては、バイト等の切削工具を把持するとともに切削工具を垂直方向の回転軸に沿って回動させる旋回機構が設けられた加工ヘッドと、加工ヘッドを水平駆動するための加工ヘッド駆動装置を備えるものであってよい。加工ヘッド駆動装置は、例えば、一対の第１水平移動機構と、一対の第１水平移動機構に設けられているガントリと、ガントリに取り付けられており加工ヘッドが固定された第２水平移動機構と、を有する。

照射装置１３は、チャンバ１の上方に設けられる。照射装置１３は、造形領域Ｒ上に形成される材料層８の所定箇所にレーザ光Ｌ等のビームを照射して照射位置の材料層８を溶融または焼結させ、固化層を形成する。図２に示すように、照射装置１３は、光源４２と、２軸のガルバノスキャナと、フォーカス制御ユニット４４と、を有する。なお、ガルバノスキャナは、ガルバノミラー４３ａ，４３ｂと、ガルバノミラー４３ａ，４３ｂをそれぞれ回転させる不図示のアクチュエータと、を備えている。

光源４２はレーザ光Ｌを照射する。ここで、レーザ光Ｌは、材料粉体を固化可能なレーザであって、例えば、ＣＯ２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザ等である。なお、光源４２は、電子ビームを照射するものであってもよい。

フォーカス制御ユニット４４は、光源４２より出力されたレーザ光Ｌを集光し所望のスポット径に調整する。ガルバノミラー４３ａ，４３ｂは、光源４２より出力されたレーザ光Ｌを制御可能に２次元走査する。ガルバノミラー４３ａ，４３ｂは、それぞれ、不図示の制御装置から入力される回転角度制御信号の大きさに応じて回転角度が制御される。かかる特徴により、ガルバノスキャナの各アクチュエータに入力する回転角度制御信号の大きさを変化させることによって、所望の位置にレーザ光Ｌを照射することができる。

ガルバノミラー４３ａ，４３ｂを通過したレーザ光Ｌは、チャンバ１に設けられた保護ウインドウ１ａを透過して造形領域Ｒに形成された材料層８に照射される。保護ウインドウ１ａは、レーザ光Ｌを透過可能な材料で形成される。例えば、レーザ光ＬがファイバーレーザまたはＹＡＧレーザの場合、保護ウインドウ１ａは石英ガラスで構成可能である。

チャンバ１の上面には、保護ウインドウ１ａを覆うように保護ウインドウ汚染防止装置１７が設けられる。保護ウインドウ汚染防止装置１７は、円筒状の筐体１７ａと、筐体１７ａ内に配置された円筒状の拡散部材１７ｃを備える。筐体１７ａと拡散部材１７ｃの間に不活性ガス供給空間１７ｄが設けられる。また、筐体１７ａの底面には、拡散部材１７ｃの内側に開口部１７ｂが設けられる。拡散部材１７ｃには多数の細孔１７ｅが設けられており、不活性ガス供給空間１７ｄに供給された清浄な不活性ガスは細孔１７ｅを通じて清浄室１７ｆに充満される。そして、清浄室１７ｆに充満された清浄な不活性ガスは、開口部１７ｂを通じて保護ウインドウ汚染防止装置１７の下方に向かって噴出される。

（２．造形テーブル駆動機構３１）
図３を参照して、造形テーブル駆動機構３１について説明する。以下に説明する造形テーブル駆動機構３１の構成はあくまで一例であり、造形テーブル５を垂直方向に移動することができる構成であれば、他の形態でもよい。図３に示すように、造形テーブル駆動機構３１は、ガイドベース５５と、ガイドベース５５に対して上下方向に駆動可能であり且つ造形テーブル５と接続されるスライドベース５６と、不図示のねじ送り機構と、を備える。ねじ送り機構は、ねじ軸と、ねじ軸に螺合されたナット部材と、ねじ軸を回転駆動するモータを備える。

ガイドベース５５には、スライド機構５７が取り付けられている。スライド機構５７は、レール５７ａと、レール５７ａに沿ってスライド移動可能なスライド部材５７ｂを備える。また、ガイドベース５５は、ねじ送り機構のねじ軸を支持する。

スライドベース５６には、スライド部材５７ｂと、ねじ送り機構のナット部材と、が取り付けられている。モータによりねじ軸を回転させることで、ナット部材がねじ送りされて上下に移動する。これにともない、スライド部材５７ｂがレール５７ａに沿って上下方向に移動することにより、スライドベース５６が上下方向に移動し、造形テーブル５が垂直方向に移動する。

スライドベース５６の上側には、恒温部７３が設けられる。恒温部７３は、その内部にたとえば常温の水を流通することにより、一定の温度を維持することが可能に構成される。このようにすれば、造形テーブル駆動機構３１の熱変位を抑制することができる。恒温部７３の上側には、後述するチャック装置８０が取り付けられる。

（３．造形テーブル５）
図５を参照し、造形テーブル５の構成を説明する。図５は、領域Ｄ１（図４参照）におけるＡ−Ａ断面図（図３参照）に相当する。

図５に示すように、造形テーブル５は、造形テーブル５の温度を調整する温調部７４を備える。また、造形テーブル５を造形テーブル駆動機構３１に固定するチャック装置８０が造形テーブル５の下方に設けられる。

温調部７４は、加熱部７５と冷却部７６とを含む。加熱部７５と冷却部７６とは、互いに垂直方向に積み重なるように配置される。本実施形態では、冷却部７６の上側に加熱部７５が配置される。このようにすることで、加熱部７５を下側に配置した場合と比べて、チャック装置８０や造形テーブル駆動機構３１に伝わる加熱部７５からの熱を低減することができる。ただし、冷却部７６の下側に加熱部７５が配置される構成としてもよい。

加熱部７５は、加熱器７５ａを備える。加熱器７５ａは、例えば、発熱体を有する電気ヒータや、内部に熱媒を流通可能な配管である。加熱部７５は、加熱器７５ａにより、例えば３００度まで加熱可能に構成される。冷却部７６は、冷却器７６ａを備える。冷却器７６ａは、例えば、内部に冷媒を流通可能な配管である。冷却部７６は、冷却器７６ａにより、例えば−２０度まで冷却可能に構成される。温調部７４は、チャック装置８０によって、造形テーブル駆動機構３１に対し１つの固定箇所で着脱可能に固定される。特に、造形テーブル５の造形テーブル駆動機構３１に対する固定箇所は、造形テーブル５の平面視における中心部であることが望ましい。造形テーブル５の中心部を１点で拘束することで、より好ましく温調部７４の位置ずれが防止される。

（４．チャック装置８０）
チャック装置８０は、造形テーブル５の下側に配置される。以下に説明するチャック装置８０の構成はあくまで一例であり、造形テーブル５を造形テーブル駆動機構３１に対し１つの固定箇所で着脱可能に固定することができる構成であれば、他の形態でもよい。チャック装置８０は不図示の制御装置によって制御され、造形テーブル５の固定および固定解除が切り換えられる。チャック装置８０は、ベース８１と、ベース８１上に配置された有底円筒状のクランプユニット８２と、クランプユニット８２と係止するセンタリングプレート８７と、クランプユニット８２内に挿通されるシャフト８３とを備える。

クランプユニット８２内には、シャフト８３を保持する係止部材として複数のロッキングボール８４が配置されている。複数のロッキングボール８４は等間隔に円状に配置されている。ロッキングボール８４がシャフト８３の係止部８３ｄと係止することにより、シャフト８３がクランプユニット８２内で把持される。係止部材は、ツメ状やピン状のものであってもよい。

図７に示すように、クランプユニット８２の上面には、平面視における同心円状に、それぞれ第１の凸部８５ａと第２の凸部８５ｂが複数設けられている。さらに、クランプユニット８２の上面には、平面視における中心から放射状に形成された嵌合部８６が設けられている。嵌合部８６の上面は、水平方向の基準面を規定するように研磨されている。

センタリングプレート８７には、第１の凸部８５ａが挿通するための第１の開口８８ａ、および第２の凸部８５ｂが挿通するための第２の開口８８ｂが設けられている。さらにセンタリングプレート８７の下面には、嵌合部８６に嵌合する支え足８９が取り付けられている。

このような構成とすることにより、クランプユニット８２の第１の凸部８５ａが、センタリングプレート８７の第１の開口８８ａに挿通することにより、センタリングプレート８７の回転方向の位置決めが行われる。また、クランプユニット８２の嵌合部８６に、支え足８９が嵌合することにより、センタリングプレート８７の高さ方向における位置決めが行われる。

図６に示すように、シャフト８３は、第１のボルト８３ａと、チャッキング栓８３ｃと、第１のナット８３ｂとを有する。少なくとも第１のボルト８３ａおよび第１のナット８３ｂは、筒状に構成されている。換言すれば、シャフト８３の内部は、少なくとも第１のボルト８３ａの上面と第１のナット８３ｂの下面との間において垂直方向に貫通している。好ましくは、チャッキング栓８３ｃも筒状に構成され、第１のボルト８３ａの上面とチャッキング栓８３ｃの下面との間において、垂直方向に貫通している。このように、シャフト８３の内部に形成された孔を貫通孔９８と呼ぶ。第１のボルト８３ａの頭部は、温調部７４に係止される。チャッキング栓８３ｃは、クランプユニット８２によって把持される。換言すれば、チャッキング栓８３ｃに形成された係止部８３ｄが、係止部材であるロッキングボール８４と係止する。第１のナット８３ｂは、第１のボルト８３ａのねじ部とチャッキング栓８３ｃのねじ部に螺合する。シャフト８３は、造形テーブル５に設けられる挿通孔内に挿通される。シャフト８３が挿通する挿通孔は、好ましくは、造形テーブル５の平面視における中心部に設けられる。このような構成により、造形テーブル５がクランプユニット８２に固定される。

さらに好ましくは、第１のボルト８３ａの頭部は加熱部７５に係止し、第１のナット８３ｂは冷却部７６に係止することにより、加熱部７５および冷却部７６を締結する。温調部７４の締結箇所は、好ましくは温調部７４の平面視における中心部である。

加熱部７５および冷却部７６は、第１のボルト８３ａと第１のナット８３ｂの締結箇所とは異なる箇所、すなわち本実施形態においては温調部７４の平面視における中心部とは異なる箇所で、複数の締結具によって、さらに締結されている。締結具は、具体的には第２のボルト９３および第２のナット９４を含む。温調部７４には、複数の挿通孔が設けられており、これらの挿通孔は、温調部７４に配置されている。第２のボルト９３および第２のナット９４は、各挿通孔内に配置される。

第２のボルト９３の頭部は加熱部７５に係止し、第２のナット９４は冷却部７６に係止し、第２のボルト９３のねじ部と第２のナット９４が螺合することにより、加熱部７５および冷却部７６を締結する。なお、第２のボルト９３の頭部が冷却部７６に係止し、第２のナット９４が加熱部７５に係止するよう構成してもよい。ここで、第２のボルト９３および第２のナット９４による締結は、第１のボルト８３ａおよび第１のナット８３ｂによる締結よりも低い締結力で締結されている。このように構成することで、加熱部７５と冷却部７６を十分締結するとともに、熱による膨張や収縮の拘束点を第１のボルト８３ａと第１のナット８３ｂの締結箇所、すなわち本実施形態では中心部とすることができ、加熱部７５と冷却部７６間の位置ずれが発生することを防ぐことができる。

ここで、第２のボルト９３と加熱部７５との間、および第２のナット９４と冷却部７６との間の少なくとも一方には、緩み止めワッシャ９５が配置されることが好ましい。換言すれば、締結具は緩み止めワッシャ９５をさらに含むことが好ましい。なお、第２のボルト９３が冷却部７６に係止し、第２のナット９４が加熱部７５に係止するよう構成する場合には、第２のボルト９３と冷却部７６との間、および第２のナット９４と加熱部７５との間の少なくとも一方に緩み止めワッシャ９５が配置されることが好ましい。本実施形態では、第２のボルト９３側と第２のナット９４側のそれぞれに、緩み止めワッシャ９５が配置される。緩み止めワッシャ９５は、例えば皿ワッシャである。このように緩み止めワッシャ９５を配置することにより、締結力を弱くしても第２のボルト９３および第２のナット９４が緩むのを抑えることができる。

造形テーブル５の上部には凹部が形成され、当該凹部内には、材料層８の一層目が形成されるベースプレート３３を固定するための固定プレート９６が装填される。固定プレート９６の厚みと凹部の深さとが一致するように凹部が形成され、固定プレート９６が凹部内に配置されたとき、固定プレート９６と造形テーブル５との上面が一致する。本実施形態では、固定プレート９６はボルトによって造形テーブル５に固定されるが、その他の固定手段で固定されてもよい。ベースプレート３３は、平面視における中心部が固定ボルト９７によって固定プレート９６に固定される。ベースプレート３３を固定プレート９６に固定するにあたっては、造形テーブル５を造形テーブル駆動機構３１から取り外した状態で、貫通孔９８から工具を挿入し、固定ボルト９７を回転させる。貫通孔９８が第１のボルト８３ａおよび第１のナット８３ｂ間に形成されている場合は、工具を挿入するためにはチャッキング栓８３ｃを一度取り外す必要がある。本実施形態のように、貫通孔９８が第１のボルト８３ａおよびチャッキング栓８３ｃ間に形成されている場合は、チャッキング栓８３ｃが第１のナット８３ｂに螺合したまま、貫通孔９８に工具を挿入できるため、より望ましい。固定ボルト９７の頭部は固定プレート９６に係止し、固定ボルト９７のねじ部はベースプレート３３に形成されたタップ穴と螺合する。貫通孔９８は、後述する固定ボルト９７を回転させる工具が挿入可能な大きさを有していればよい。

このような構成とすることにより、三次元造形物の大きさ、ひいてはベースプレート３３の大きさにかかわらず、同じ固定プレート９６を用いることができる。また、固定プレート９６の大きさを比較的小型にすることができるため、加熱および冷却による固定プレート９６の膨張および収縮の影響を低減することができる。また、ベースプレート３３の大部分を直接造形テーブル５と接触させることが可能となり、加熱部７５および冷却部７６による加熱および冷却の効率が向上する。なお、固定プレート９６を使用せず、直接ベースプレート３３を造形テーブル５に固定してもよい。

（５．三次元造形物の製造方法）
図８から図１２を用いて、積層造形装置１００を用いた三次元造形物の製造方法について説明する。なお、図８から図１２では、視認性を考慮し図１から図７で示していた積層造形装置１００の構成要素を一部省略している。

本実施形態の積層造形装置１００は、造形テーブル５を比較的高温または低温に温度調整する場合や、造形途中に造形テーブル５の加熱および冷却を繰り返す場合など、比較的造形テーブル５の温度変化が大きい、または温度変化の頻度が高い三次元造形物の製造方法に対して特に有効である。以下においては、造形途中に造形テーブル５の加熱および冷却を繰り返す三次元造形物の製造方法として、材料層８を形成する材料としてマルテンサイト系金属を使用し、１層または複数層の固化層を形成する毎に固化層に対して温度調整を行って意図的にマルテンサイト変態を進行させる造形方法が例示される。より具体的には、１層または複数層の固化層が新たに造形される毎に、新たに造形された固化層を加熱温度Ｔ１、冷却温度Ｔ２、加熱温度Ｔ１の順番で温度調整を行う。なお、固化層のマルテンサイト変態開始温度をＭｓおよび固化層のマルテンサイト変態終了温度をＭｆ、とすると、下記式（１）から（３）の関係が全て満たされる。
Ｔ１≧Ｍｆ （１）
Ｔ１＞Ｔ２ （２）
Ｔ２≦Ｍｓ （３）

固化後、冷却される前の固化体９はオーステナイト相を含む状態であって、冷却温度Ｔ２に冷却することによってオーステナイト相の少なくとも一部がマルテンサイト相へと変態する。

図８には、造形テーブル駆動機構３１から取り外した状態の造形テーブル５が示される。造形テーブル５には、固定プレート９６およびシャフト８３が固定されている。まず、前述の通り、造形テーブル５を造形テーブル駆動機構３１から取り外した状態で、固定ボルト９７によりベースプレート３３を固定プレート９６に固定する。このようにして造形テーブル５上にベースプレート３３が載置された造形テーブル５を造形テーブル駆動機構３１に載置し、チャック装置８０により造形テーブル駆動機構３１に固定する。造形テーブル５を造形テーブル駆動機構３１に固定する前または後に、造形テーブル５の周囲に蛇腹部材２０が取り付けられる。

図９に示すように、造形テーブル５上にベースプレート３３を載置した状態で造形テーブル５の高さを適切な位置に調整する。造形テーブル５の高さを調整した後、固化層形成工程を行う。固化層形成工程では、造形テーブル５に設けられた加熱部７５によって造形テーブル５が材料層８の固化に適した温度にまで予熱される。本実施形態では、予熱温度は加熱温度Ｔ１と同一である。造形テーブル５を加熱温度Ｔ１まで加熱した状態で、以下に示すリコート工程と固化工程とを１回以上繰り返す。

リコート工程では、材料収容部１１ａ内に材料粉体が充填されているリコータヘッド１１を、矢印Ｂ方向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３３上に材料層８が形成される。

次に、図１０に示すように、固化工程において、材料層８の照射領域にレーザ光Ｌを照射することで、当該照射領域を溶融または焼結させ、ベースプレート３３上に１層目の固化層９ａを形成する。

複数の固化層に対して温度調整を行う場合は、引き続き、図１１に示すように、造形テーブル５の高さを材料層８の厚さ分下げ、再度、リコート工程と固化工程とを行う。具体的には、リコータヘッド１１を造形領域Ｒの右側から左側に移動させ、造形領域上に材料層８を形成する。そして、材料層８の照射領域にレーザ光Ｌを照射して溶融または焼結させ、ベースプレート３３上に２層目の固化層９ｂを形成する。

このように、固化層形成工程では、複数の固化層９ａ，９ｂ...の形成を繰り返すことによって、固化体９が形成される。これら順次積層される固化層同士は、互いに強く固着される。また、固化層形成工程中、造形テーブル５は加熱部７５によって加熱温度Ｔ１に温度調整されている。すなわち、固化体９を加熱温度Ｔ１に加熱する加熱工程が固化層形成工程と平行して行われる。

以上の工程を繰り返して、図１２に示すように、予め定められた１つまたは複数の固化層が形成された後、造形テーブル５に設けられた冷却部７６によって冷却工程が行われる。冷却工程では、固化体９の温度を冷却温度Ｔ２まで冷却する。

冷却工程が完了すると、再度造形テーブル５の温度を加熱温度Ｔ１に設定し、固化層形成工程が行われる。少なくとも次の固化工程が行われるまでには、造形テーブル５の温度は加熱温度Ｔ１に温度調整され、材料層８の温度は加熱温度Ｔ１に再加熱される。また、所定数の固化層を形成する毎に、固化層の端面に対して、加工装置５０によって加工を行う加工工程を実施してもよい。

このような工程を繰り返して所望の三次元造形物が造形される。また、必要に応じて、積層造形装置１００で造形した三次元造形物に対し、後加工を行ってもよい。後加工を行う場合は、三次元造形物を放電加工機やマシニングセンタ等の後加工を行う装置（以下、後加工装置）に移設する。この際、後加工装置にも積層造形装置１００のクランプユニット８２と取付姿勢が同様になるように調整したクランプユニットを設けておき、クランプユニット８２とシャフト８３を用いて三次元造形物が載置された造形テーブル５を固定することにより、後加工における位置決めの精度を維持することが可能となる。

クランプユニットの取付姿勢の調整は、例えば下記のように行われる。直方体形状のマスターパレットを用意する。マスターパレットには、センタリングプレートとチャッキング栓が固定され、チャッキング栓は積層造形装置１００のクランプユニット８２および後加工装置のクランプユニットにそれぞれ着脱自在に把持される。まず、積層造形装置１００のクランプユニット８２にマスターパレットを固定させ、マスターパレットの側面の平行度および上面の平面度が所望の値になるよう、クランプユニット８２の取付姿勢を調整する。次に、マスターパレットを後加工装置のクランプユニットに移設し、固定する。マスターパレットの側面の平行度および上面の平面度が、積層造形装置１００に固定したときと同様の値になるよう、後加工装置のクランプユニットの取付姿勢を調整する。このようにすれば、積層造形装置１００のクランプユニット８２と、後加工装置のクランプユニットの取付姿勢とが略一致する。

ここで、三次元造形物を後加工装置に移設する具体的手順を説明する。まず、不図示の吸引装置等で蛇腹部材２０内の未固化の材料粉体を除去する。次に、チャック装置８０による造形テーブル５の固定を解除し、造形テーブル５を積層造形装置１００から取り外す。蛇腹部材２０は、造形テーブル５を取り外す前または後に、造形テーブル５から取り外される。積層造形装置１００から取り外された造形テーブル５には、固定プレート９６およびベースプレート３３が載置され、ベースプレート３３上には三次元造形物が積層造形されている。また、造形テーブル５には、シャフト８３が固定されている。造形テーブル５ごと後加工装置のクランプユニットに三次元造形物を載置し、造形テーブル５を後加工装置に固定する。このようにすれば、後加工にあたり三次元造形物を造形テーブル５から取り外すことなく、また、積層造形装置１００と同様の取り付け姿勢で後加工装置に造形テーブル５を載置することができるので、容易に位置決め作業が行える。

以上のようにして、本実施形態の積層造形装置１００においては、造形テーブル５と造形テーブル駆動機構３１とが、１つの固定箇所で着脱自在に固定される。そのため、造形中における造形テーブル５の位置ずれが起きにくく、後工程における位置決め作業性も向上する。その結果、精度の高い積層造形を実施することが可能となる。

１ ：チャンバ
１ａ ：保護ウインドウ
３ ：材料層形成装置
４ ：ベース台
５ ：造形テーブル
８ ：材料層
９ ：固化体
９ａ ：１層目の固化層
９ｂ ：２層目の固化層
１１ ：リコータヘッド
１１ａ ：材料収容部
１１ｂ ：材料供給部
１２ ：ブレード
１３ ：照射装置
１５ ：不活性ガス供給装置
１７ ：保護ウインドウ汚染防止装置
１９ ：ヒュームコレクタ
２０ ：蛇腹部材
２１ ：ダクトボックス
２３ ：ダクトボックス
２６ ：周壁
３１ ：造形テーブル駆動機構
３３ ：ベースプレート
４２ ：光源
４３ａ ：ガルバノミラー
４３ｂ ：ガルバノミラー
４４ ：フォーカス制御ユニット
５０ ：加工装置
５１ ：加工ヘッド
５２ ：スピンドルヘッド
５５ ：ガイドベース
５６ ：スライドベース
５７ ：スライド機構
５７ａ ：レール
５７ｂ ：スライド部材
７３ ：恒温部
７４ ：温調部
７５ ：加熱部
７５ａ ：加熱器
７６ ：冷却部
７６ａ ：冷却器
８０ ：チャック装置
８１ ：ベース
８２ ：クランプユニット
８３ ：シャフト
８３ａ ：第１のボルト
８３ｂ ：第１のナット
８３ｃ ：チャッキング栓
８３ｄ ：係止部
８４ ：ロッキングボール
８５ａ ：第１の凸部
８５ｂ ：第２の凸部
８６ ：嵌合部
８７ ：センタリングプレート
８８ａ ：第１の開口
８８ｂ ：第２の開口
８９ ：支え足
９３ ：第２のボルト
９４ ：第２のナット
９５ ：止めワッシャ
９６ ：固定プレート
９７ ：固定ボルト
９８ ：貫通孔
１００ ：積層造形装置

Claims (9)

1. 材料粉体を撒布して材料層を形成し前記材料層にビームを照射して固化層を形成することを繰り返して所望の三次元造形物が造形される造形領域と、互いに垂直方向に積み重なるように配置された加熱器を有する加熱部と冷却器を有する冷却部とを有する温調部と、を含む造形テーブルと、
   前記造形テーブルを垂直方向に移動させる造形テーブル駆動機構と、
   前記温調部を前記造形テーブル駆動機構に１つの固定箇所で着脱自在に固定するチャック装置と、を備え、
   前記チャック装置は、
   前記温調部に係止するシャフトと、
   前記シャフトを把持するクランプユニットと、を含み、
   前記シャフトは、
   前記温調部に係止する第１のボルトと、
   前記クランプユニットによって把持されるチャッキング栓と、
   前記第１のボルトおよび前記チャッキング栓に螺合する第１のナットと、を有する、積層造形装置。
2. 前記１つの固定箇所は、前記温調部の平面視における中心部である、請求項１に記載の積層造形装置。
3. 前記第１のボルトは、前記加熱部と前記冷却部の一方に係止し、
   前記第１のナットは、前記加熱部と前記冷却部の他方に係止し、
   前記加熱部と前記冷却部は前記第１のボルトおよび前記第１のナットによって締結される、請求項１または請求項２に記載の積層造形装置。
4. 前記第１のボルトおよび前記第１のナットとは異なる箇所で前記加熱部と前記冷却部を締結する複数の締結具をさらに備え、
   前記締結具による締結力は、前記第１のボルトおよび前記第１のナットによる締結力よりも低い、請求項３に記載の積層造形装置。
5. 前記締結具は、
   前記加熱部と前記冷却部の一方に係止する第２のボルトと、
   前記加熱部と前記冷却部の他方に係止する第２のナットと、
   前記加熱部と前記冷却部の一方と前記第２のボルトとの間または前記加熱部と前記冷却部の他方と前記第２のナットとの間の少なくとも一方に設けられる緩み止めワッシャと、を含む、請求項４に記載の積層造形装置。
6. 前記シャフトは、少なくとも前記第１のボルトの上面と前記第１のナットの下面との間において垂直方向に貫通する貫通孔が形成される、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の積層造形装置。
7. 前記貫通孔は、前記第１のボルトの上面と前記チャッキング栓の下面との間において垂直方向に貫通する、請求項６に記載の積層造形装置。
8. 上面が前記造形テーブルの上面と一致するよう前記造形テーブルに設けられた凹部に装填される固定プレートと、
   平面視における中心部が前記固定プレートに固定され１層目の前記材料層が形成されるベースプレートと、をさらに備える、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の積層造形装置。
9. 前記チャック装置と前記造形テーブル駆動機構との間に設けられ、温度が一定に維持される恒温部をさらに備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の積層造形装置。