JP6911324B2 - 造形物製造装置、造形品製造方法、および造形品 - Google Patents

Description

本発明は、造形物製造装置、造形品製造方法、および造形品に関する。

従来、光ビームを照射して三次元形状造形物を製造する製造装置が知られている。例えば、特許文献１の製造装置は、材料粉末に光ビームを照射して材料粉末を焼結または溶融固化させて三次元形状造形物を製造する。

特開２０１１−２６６６８号公報

ところで、上記のような製造装置によって製造された三次元形状造形物を、加工機に取り付けて、切削加工等の仕上げ加工を行うことがある。この場合、加工機に対して三次元形状造形物を位置決めする際の基準が、製造装置において三次元形状造形物を製造する際の基準と異なり、加工機によって三次元形状造形物を精度よく加工することが困難な問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みて、加工機による造形物の加工精度を向上できる造形物製造装置、そのような造形物製造装置を用いた造形品製造方法、およびそのような造形品製造方法によって製造された造形品を提供することを目的の一つとする。

本発明の一つの態様の造形物製造装置は、光を照射することによって造形物を製造する 造形物製造装置であって、ステージと、前記ステージ上に配置される造形プレートと、前記造形物が造形される上面を有するサブプレートを、前記造形プレート上に保持する保持 部と、を備える。前記サブプレートは、前記造形物が造形される上面を有する本体部と、前記本体部の側面のうちの互いに異なる方向を向いて連続する、第１の面および第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とが連続する境界のうちの上端に位置し、前記造形プレートを前記サブプレートに対して位置決め可能な原点と、を有し、前記第１保持面は、前記サブプレートが前記造形プレートに保持された状態で前記第１の面と接触する。前記第２の面は、前記サブプレートが前記造形プレートに保持された状態で前記第２の面と接触する。前記保持部は、前記造形プレートに対する前記サブプレートの上下方向の位置を調整する調整部を有する。

本発明の一つの態様によれば、加工機による造形物の加工精度を向上できる造形物製造装置、そのような造形物製造装置を用いた造形品製造方法、およびそのような造形品製造方法によって製造された造形品が提供される。

図１は、本実施形態の造形物製造装置を示す断面図である。 図２は、本実施形態の造形プレートを示す平面図である。 図３は、本実施形態の造形プレートを示す図であって、図２におけるIII−III断面図である。 図４は、本実施形態の造形プレートを示す図であって、図２におけるIV−IV断面図である。 図５は、本実施形態の造形品を示す斜視図である。 図６は、本実施形態の造形品製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。 図７は、本実施形態の他の一例であるサブプレートを示す平面図である。 図８は、本実施形態の他の一例であるサブプレートを示す平面図である。 図９は、本実施形態の他の一例であるサブプレートを示す平面図である。

各図に示すＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、上下方向とする。Ｘ軸方向およびＹ軸方向は、Ｚ軸方向と直交する水平方向とし、互いに直交する方向とする。以下の説明においては、Ｚ軸方向を「上下方向Ｚ」と呼び、Ｘ軸方向を「左右方向Ｘ」と呼び、Ｙ軸方向を「前後方向Ｙ」と呼ぶ。Ｚ軸方向の正の側を「上側」と呼び、Ｚ軸方向の負の側を「下側」と呼ぶ。Ｘ軸方向の正の側を「右側」と呼び、Ｘ軸方向の負の側を「左側」と呼ぶ。Ｙ軸方向の正の側を「前側」と呼び、Ｙ軸方向の負の側を「後側」と呼ぶ。本実施形態において、左右方向Ｘは第１方向および第３方向に相当し、前後方向Ｙは第２方向に相当する。なお、左右方向Ｘ、前後方向Ｙ、右側、左側、前側、および後側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等を限定しない。

図１に示す本実施形態の造形物製造装置１０は、光を照射することによって造形物８０を製造する。より詳細には、造形物製造装置１０は、金属粉末Ｐに光を照射することで金属粉末Ｐを焼結させて金属製の造形物８０を製造する。図１および図２に示すように、造形物製造装置１０は、筐体１１と、ステージ２０と、粉末供給機構７１と、光照射装置７０と、造形プレート３０と、サブプレート４０と、保持部５０と、第１位置決め部材６１と、第２位置決め部材６２と、を備える。

図１に示すように、筐体１１は、上側に開口する箱状である。筐体１１は、筐体１１の内部を左右方向Ｘに仕切る仕切壁部１２を有する。仕切壁部１２によって、筐体１１の内部は、造形空間１３と、貯留空間１４と、に仕切られる。造形空間１３は、造形物８０が造形される空間である。貯留空間１４は、金属粉末Ｐが貯留される空間である。

ステージ２０は、水平方向に拡がる上面２０ａを有する。ステージ２０は、造形空間１３内において、上下動可能に配置される。ステージ２０の側面は、造形空間１３の内側面と接触する。ステージ２０上には造形プレート３０が配置される。

造形プレート３０は、ステージ２０の上面２０ａに固定される。造形プレート３０は、水平方向に拡がる板状である。図２に示すように、造形プレート３０の平面視形状は、角丸の正方形状である。造形プレート３０の直交する二辺は、それぞれ左右方向Ｘおよび前後方向Ｙと平行である。図３および図４に示すように、造形プレート３０は、下側プレート３０ａと上側プレート３０ｂとの２枚のプレートが上下方向Ｚに重ねて固定されて構成される。上側プレート３０ｂは、下側プレート３０ａの上面に固定される。

図２に示すように、造形プレート３０は、第１穴部３２ａと、第２穴部３２ｂと、を有する。第１穴部３２ａは、造形プレート３０の左側の面から右側に窪む。第２穴部３２ｂは、造形プレート３０の前側の面から後側に窪む。図４に示すように、第１穴部３２ａは、上側プレート３０ｂの上端部に設けられる。図示は省略するが、第２穴部３２ｂは、上側プレート３０ｂの上端部に設けられる。図２に示すように、本実施形態において第１穴部３２ａは、前後方向Ｙに沿って２つ設けられる。第２穴部３２ｂは、左右方向Ｘに沿って２つ設けられる。

造形プレート３０は、造形プレート３０の上面から下側に窪む調整用穴３３，３５を有する。調整用穴３３の平面視形状は、前後方向Ｙに長い長方形状である。図４に示すように、調整用穴３３は、上側プレート３０ｂを上下方向Ｚに貫通する。調整用穴３３は、２つの第１穴部３２ａの右側にそれぞれ配置され、第１穴部３２ａの右端と繋がる。図２に示すように、調整用穴３５の平面視形状は、左右方向Ｘに長い長方形状である。図示は省略するが、調整用穴３５は、上側プレート３０ｂを上下方向Ｚに貫通する。調整用穴３５は、２つの第２穴部３２ｂの後側にそれぞれ配置され、第２穴部３２ｂの後端と繋がる。

造形プレート３０は、ネジ挿入用貫通孔３４，３６を有する。図４に示すように、ネジ挿入用貫通孔３４は、造形プレート３０の上面から第１穴部３２ａまで貫通する孔である。図２に示すように、ネジ挿入用貫通孔３４は、第１穴部３２ａと上下方向Ｚに重なる位置に配置される。ネジ挿入用貫通孔３４は、左右方向Ｘに長い長円形状である。ネジ挿入用貫通孔３６は、造形プレート３０の上面から第２穴部３２ｂまで貫通する孔である。ネジ挿入用貫通孔３６は、第２穴部３２ｂと上下方向Ｚに重なる位置に配置される。ネジ挿入用貫通孔３６は、前後方向Ｙに長い長円形状である。

サブプレート４０は、保持部５０によって造形プレート３０上に保持される。サブプレート４０は、平面視形状が正方形の正四角柱状である。サブプレート４０は、造形物８０が造形される上面４０ａと、水平方向のうちの互いに異なる方向を向く第１基準面４１および第２基準面４２と、を有する。上面４０ａは、上下方向Ｚと直交する正方形状の面である。図３に示すように、本実施形態においてサブプレート４０の上面４０ａは、造形プレート３０の上面、すなわち上側プレート３０ｂの上面よりも上側に配置される。

図２および図５に示すように、第１基準面４１は、サブプレート４０の右側の側面である。すなわち、第１基準面４１は、右側を向く面である。第１基準面４１は、前後方向Ｙに長い長方形状である。第２基準面４２は、サブプレート４０の後側の側面である。すなわち、第２基準面４２は、後側を向く面である。第２基準面４２は、左右方向Ｘに長い長方形状である。本実施形態において第１基準面４１と第２基準面４２とは、互いに直交する。サブプレート４０は、複数設けられる。図２では、サブプレート４０は、２つ設けられる。

図１に示す粉末供給機構７１は、造形プレート３０上に金属粉末Ｐを供給する。粉末供給機構７１は、粉末供給プレート７２と、均し部材７３と、を有する。粉末供給プレート７２は、貯留空間１４内において、上下動可能に配置される。粉末供給プレート７２の側面は、貯留空間１４の内側面と接触する。粉末供給プレート７２によって、貯留空間１４は上下方向Ｚに仕切られる。貯留空間１４のうち粉末供給プレート７２の上側の空間は、金属粉末Ｐが貯留される貯留部７４である。貯留部７４は、上側に開口する。均し部材７３は、貯留部７４の上側において左右方向Ｘに移動可能に配置される。

粉末供給プレート７２が上側に移動することで、金属粉末Ｐが貯留部７４の開口から溢れる。そして、均し部材７３を図１に示す位置から左側に移動させることで、貯留部７４から溢れた金属粉末Ｐをステージ２０上に配置された造形プレート３０上およびサブプレート４０上に運搬できる。造形プレート３０上およびサブプレート４０上に運搬された金属粉末Ｐは、均し部材７３によって均されて、上面が平坦な粉末層を構成する。

光照射装置７０は、ステージ２０の上側に配置される。光照射装置７０は、例えば、レーザー照射装置である。光照射装置７０は、サブプレート４０上の金属粉末Ｐの粉末層に光を照射する。これにより、粉末層の一部を焼結させることができる。焼結した部分は、製造される造形物８０の一部であり、中間造形物８１となる。光照射装置７０によって一部が焼結した粉末層の上には、粉末供給機構７１によって、再度、粉末層が形成される。これにより、中間造形物８１上に新たな粉末層が形成される。中間造形物８１上の粉末層に光照射装置７０によって光を照射して、粉末層の一部を焼結させる。この工程を順次繰り返していくことで、造形物８０を製造することができる。このように、造形物製造装置１０は、サブプレート４０上に配置された粉末層に光を照射し、粉末層の一部を焼結させて造形物８０を造形する。

図２に示すように、保持部５０は、サブプレート４０を造形プレート３０上に保持する。図２では、保持部５０は、２つ設けられ、２つのサブプレート４０をそれぞれ保持する。本実施形態において保持部５０は、造形プレート３０に設けられる。図３に示すように、保持部５０は、貫通孔３１と、調整部５２と、を有する。貫通孔３１は、上側プレート３０ｂを上下方向に貫通する。

図１に示すように、貫通孔３１の内側面のうち左側の面には、左側に窪む第１ネジ締め凹部３１ａが設けられる。貫通孔３１の内側面のうち前側の面には、前側に窪む第２ネジ締め凹部３１ｂが設けられる。第１ネジ締め凹部３１ａの平面視形状および第２ネジ締め凹部３１ｂの平面視形状は、正方形状である。図３に示すように、第１ネジ締め凹部３１ａは、貫通孔３１の内側面のうち左側の面の上端部に配置され、上側に開口する。図示は省略するが、第２ネジ締め凹部３１ｂは、貫通孔３１の内側面のうち前側の面の上端部に配置され、上側に開口する。

第１ネジ締め凹部３１ａには、第１蓋部材５９ａが嵌め合わされる。第１蓋部材５９ａは、造形プレート３０、より詳細には上側プレート３０ｂにネジで固定される。図２に示すように、第２ネジ締め凹部３１ｂには、第２蓋部材５９ｂが嵌め合わされる。第２蓋部材５９ｂは、造形プレート３０、より詳細には上側プレート３０ｂにネジで固定される。

調整部５２は、サブプレート４０の上下方向の位置を調整する。調整部５２は、貫通孔３１内に配置される。図２および図３に示すように、調整部５２は、固定部材５７ａ，５７ｂと、一対の挟持部材５４ａ，５４ｂと、底部材５３と、可動部材５６と、を有する。

固定部材５７ａ，５７ｂは、直方体状の部材である。固定部材５７ａ，５７ｂは、貫通孔３１内に挿入され、下側プレート３０ａにネジで固定される。固定部材５７ａは、貫通孔３１の内側面のうち右側の面と接触する。図２に示すように固定部材５７ａの平面視形状は、前後方向Ｙに長い長方形状である。固定部材５７ｂは、貫通孔３１の内側面のうち前側の面と接触する。固定部材５７ｂの平面視形状は、左右方向Ｘに長い長方形状である。固定部材５７ｂは、固定部材５７ｂの前側の面から後側に窪む第４ネジ締め凹部５７ｃを有する。第４ネジ締め凹部５７ｃは、上側に開口する。第４ネジ締め凹部５７ｃは、第２ネジ締め凹部３１ｂと繋がる。第２ネジ締め凹部３１ｂと第４ネジ締め凹部５７ｃとによって、下側に窪み前後方向Ｙに長いネジ締め凹部が構成される。

図３に示すように、一対の挟持部材５４ａ，５４ｂは、左右方向Ｘにおいて、底部材５３を接触した状態で挟む。一対の挟持部材５４ａ，５４ｂは、貫通孔３１内において下側プレート３０ａの上面と接触して配置される。一対の挟持部材５４ａ，５４ｂのうち一方の挟持部材は、左右方向Ｘに移動可能に配置される。本実施形態では、一対の挟持部材５４ａ，５４ｂのうち左側に配置される挟持部材５４ａが、左右方向Ｘに移動可能に配置される。一対の挟持部材５４ａ，５４ｂのうち右側に配置される挟持部材５４ｂは、固定部材５７ａの左側の面と接触する。

挟持部材５４ａは、挟持面５４ｃを有する。挟持面５４ｃは、挟持部材５４ａの上部における右側の面である。挟持面５４ｃは、下側から上側に向かうに従って他方の挟持部材５４ｂから離れる向きに傾斜する傾斜面である。すなわち、挟持面５４ｃは、下側から上側に向かうに従って左側に位置する。挟持部材５４ｂは、挟持面５４ｄを有する。挟持面５４ｄは、挟持部材５４ｂの上部における左側の面である。挟持面５４ｄは、下側から上側に向かうに従って他方の挟持部材５４ａから離れる向きに傾斜する傾斜面である。すなわち、挟持面５４ｄは、下側から上側に向かうに従って右側に位置する。挟持面５４ｃと挟持面５４ｄとは、底部材５３に接触し、底部材５３を左右方向Ｘに挟持する。

挟持部材５４ａは、外側面５４ｅを有する。外側面５４ｅは、挟持部材５４ａの左側の面である。外側面５４ｅは、下側から上側に向かうに従って他方の挟持部材５４ｂに近づく向きに傾斜する傾斜面である。すなわち、外側面５４ｅは、下側から上側に向かうに従って右側に位置する。外側面５４ｅには、可動部材５６が接触する。

挟持部材５４ｂの下部には、ピンプランジャ５５が埋め込まれて固定される。ピンプランジャ５５のピンは、挟持部材５４ｂの下部から左側に露出する。ピンプランジャ５５のピンの先端は、挟持部材５４ａの下部に押し当てられる。ピンプランジャ５５は、挟持部材５４ａに対して、挟持部材５４ｂから離れる向き、すなわち左向きの力を加える。

底部材５３は、一対の挟持部材５４ａ，５４ｂの左右方向Ｘの間に配置される。底部材５３は、サブプレート４０が配置される上面５３ｃを有する。上面５３ｃは、上下方向Ｚと直交する。底部材５３の左右方向両側の側面５３ａ，５３ｂは、下側から上側に向かうに従って互いに離れる向きに傾斜する傾斜面である。すなわち、底部材５３の左側の側面５３ａは、下側から上側に向かうに従って左側に位置する。底部材５３の右側の側面５３ｂは、下側から上側に向かうに従って右側に位置する。側面５３ａは、挟持面５４ｃと接触する。側面５３ｂは、挟持面５４ｄと接触する。底部材５３の前後方向Ｙと直交する断面形状は、下底が上底よりも小さい台形状である。側面５３ａ，５３ｂが上述したように傾斜するため、底部材５３の左右方向Ｘの寸法は、下側から上側に向かって大きくなる。底部材５３は、挟持面５４ｃ，５４ｄによって下側から支持される。底部材５３は、上下方向Ｚに移動可能に配置される。

可動部材５６は、略直方体状である。可動部材５６は、貫通孔３１内に配置される。可動部材５６は、左右方向Ｘにおいて、挟持部材５４ａ，５４ｂを挟んで固定部材５７ａの反対側に配置される。可動部材５６は、貫通孔３１の内側面のうち左側の面と接触する。可動部材５６は、挟持部材５４ａの外側面５４ｅに接触する接触面５６ａを有する。接触面５６ａは、可動部材５６の下部における右側の面である。接触面５６ａは、下側から上側に向かうに従って左右方向Ｘの挟持部材５４ａ側、すなわち右側に位置する傾斜面である。

可動部材５６は、可動部材５６の左側の面から右側に窪む第３ネジ締め凹部５６ｂを有する。第３ネジ締め凹部５６ｂは、上側に開口する。第３ネジ締め凹部５６ｂは、第１ネジ締め凹部３１ａと繋がる。第１ネジ締め凹部３１ａと第３ネジ締め凹部５６ｂとによって、下側に窪み左右方向Ｘに長いネジ締め凹部が構成される。

可動部材５６には、可動部材５６を上下方向Ｚに貫通する２つの雌ネジ孔が設けられ、その雌ネジ孔には、それぞれ図２に示す可動ネジ５６ｄが締め込まれる。可動ネジ５６ｄは、回転されることで可動部材５６に対して上下動可能である。可動ネジ５６ｄの下端は、例えば、可動部材５６の下端から下側に突出し、下側プレート３０ａの上面に接触する。可動ネジ５６ｄを回転させて、可動部材５６からの突出量を変化させることで、可動部材５６の上下方向Ｚの位置を変化させることができる。これにより、可動部材５６は、上下方向Ｚに移動可能に配置される。造形物製造装置１０を使用する状態においては、可動部材５６は、２つの固定ネジ５６ｃによって下側プレート３０ａに固定される。

可動ネジ５６ｄを回転させて可動部材５６の上下方向Ｚの位置を変化させると、接触面５６ａの上下方向Ｚの位置が変化して、挟持部材５４ａの左右方向Ｘの位置が変化する。これにより、一対の挟持部材５４ａ，５４ｂ同士の左右方向Ｘの間隔が変化し、底部材５３の左右方向Ｘの寸法が挟持部材５４ａ，５４ｂ同士の左右方向Ｘの間隔と合う位置まで、底部材５３が上下方向Ｚに移動する。これにより、サブプレート４０が配置される上面５３ｃの上下方向Ｚの位置を変化させることができ、サブプレート４０の上下方向Ｚの位置を調整できる。

一例として、図３の状態から可動部材５６を下側に移動させると、挟持部材５４ａは、右側に押されて移動する。挟持部材５４ａが右側に移動すると挟持部材５４ａ，５４ｂ同士の左右方向Ｘの間隔が小さくなり、底部材５３が上側に移動する。これにより、底部材５３の上面５３ｃが上側に移動し、サブプレート４０の上下方向Ｚの位置を上側に移動させることができる。

図２に示すように、固定部材５７ａの左側の面と、固定部材５７ｂの後側の面と、可動部材５６の右側の面と、貫通孔３１の内側面のうち後側の面と、によって、平面視正方形状の凹部５１が形成される。すなわち、保持部５０は、凹部５１を有する。凹部５１は、造形プレート３０の上面から下側に窪む。凹部５１には、サブプレート４０が嵌め合わされる。

保持部５０は、水平方向のうちの左右方向Ｘを向く第１保持面５１ａと、水平方向のうちの左右方向Ｘと交差する前後方向Ｙを向く第２保持面５１ｂと、を有する。第１保持面５１ａは、左側を向く面である。第１保持面５１ａは、前後方向Ｙに長い長方形状である。第２保持面５１ｂは、前側を向く面である。第２保持面５１ｂは、左右方向Ｘに長い長方形状である。第１保持面５１ａと第２保持面５１ｂとは、互いに直交する。第１保持面５１ａは、サブプレート４０が造形プレート３０に保持された状態で第１基準面４１と接触する。第２保持面５１ｂは、サブプレート４０が造形プレート３０に保持された状態で第２基準面４２と接触する。

そのため、第１保持面５１ａによって第１基準面４１を左右方向Ｘに位置決めすることができ、第２保持面５１ｂによって第２基準面４２を前後方向Ｙに位置決めすることができる。これにより、サブプレート４０の造形プレート３０に対する水平方向の位置を決めることができ、サブプレート４０の原点４６を造形プレート３０に対して所定の位置に配置することができる。ここで、本実施形態においてサブプレート４０の原点４６は、サブプレート４０の上面４０ａにおける右後側の頂点である。

本実施形態によれば、サブプレート４０の原点４６を造形プレート３０に対して位置決めできるため、原点４６を基準としてサブプレート４０の上面４０ａに造形物８０を造形できる。そして、サブプレート４０上に造形された造形物８０を加工する際には、造形物８０をサブプレート４０ごと造形プレート３０から取り外す。このとき、図５に示すように、造形物８０は、サブプレート４０の上面４０ａに固定された状態である。図５では、造形物８０は、例えば、円柱状である。図５に示す状態の造形物８０を、サブプレート４０ごと造形物８０を加工機に取り付ける。この際、サブプレート４０の原点４６を加工機に対する位置決めの基準として用いることで、加工機に対して造形物８０を位置決めする際の基準を、造形物製造装置１０において造形物８０を製造する際の基準と同じにすることができる。したがって、加工機によって造形物８０を加工する際に、造形物８０を精度よく加工することができ、加工機による造形物８０の加工精度を向上できる。

例えば、造形プレート３０ごと、あるいはステージ２０および粉末供給機構７１等を含む造形ユニットごと設置可能な加工機を別途製造すれば、造形プレート３０ごと、あるいは造形ユニットごと造形物８０を取り外して加工機に設置することも可能である。しかし、この場合、加工機を製造するコストが増大する。また、加工機に設置する部分全体が大型化するため、造形物８０を加工機に設置すること、および加工機に対して造形物８０を位置決めすることが困難となる。これに対して、本実施形態によれば、造形プレート３０に保持されるサブプレート４０を設けたことにより、従来の加工機に対して造形物８０をサブプレート４０ごと設置することが可能である。また、加工機に設置する部分全体の大きさを小さくできるため、造形物８０を加工機に設置すること、および加工機に対して造形物８０を位置決めすることが容易である。

図２に示すように、本実施形態において第１保持面５１ａおよび第２保持面５１ｂは、凹部５１の内側面である。そのため、サブプレート４０の少なくとも一部が凹部５１内に配置され、サブプレート４０の上面４０ａの上下方向Ｚの位置を、造形プレート３０の上面の上下方向Ｚの位置に近づけることができる。

ここで、サブプレート４０の上面４０ａの上下方向Ｚの位置が造形プレート３０の上面よりも上側に位置する場合、サブプレート４０の上面４０ａ上に金属粉末Ｐを配置するには、造形プレート３０の上面からサブプレート４０の上面４０ａまでを金属粉末Ｐで埋める必要がある。このとき、サブプレート４０の上面４０ａが造形プレート３０の上面よりも大きく上側に位置すると、サブプレート４０の上面４０ａに金属粉末Ｐを配置するために、造形プレート３０上に敷き詰める金属粉末Ｐの量が多くなる。したがって、造形を開始するまでの手間が掛かり、造形物製造装置１０の生産効率が低下する。これに対して、本実施形態では、サブプレート４０の上面４０ａの上下方向Ｚの位置を、造形プレート３０の上面の上下方向Ｚの位置に近づけることができるため、造形プレート３０上に敷き詰める金属粉末Ｐの量を少なくでき、造形物製造装置１０の生産効率を向上できる。

また、例えば、サブプレート４０全体が凹部５１内に挿入され、サブプレート４０の上面４０ａが、造形プレート３０の上面よりも下側に位置する場合、サブプレート４０の上面４０ａに配置される金属粉末Ｐの層が厚くなる。そのため、金属粉末Ｐの一部に、光照射装置７０からの光が届きにくい場合がある。これにより、造形物製造装置１０の造形精度が低下する場合がある。また、凹部５１の上端の角部によって光照射装置７０からの光が散乱し、造形物製造装置１０の造形精度が低下する場合がある。

これに対して、本実施形態によれば、サブプレート４０の上面４０ａは、造形プレート３０の上面よりも上側に配置される。そのため、サブプレート４０の上面４０ａに配置される金属粉末Ｐの層が厚くなることを抑制でき、金属粉末Ｐの一部に光照射装置７０からの光が届かないことを抑制できる。また、凹部５１の上端の角部がサブプレート４０の上面４０ａよりも下側に配置されるため、凹部５１の上端の角部によって光が散乱することを抑制できる。したがって、造形物製造装置１０の造形精度が低下することを抑制できる。

本実施形態では、サブプレート４０の上下方向Ｚの位置を、調整部５２によって調整できるため、サブプレート４０の厚みによらず、サブプレート４０の上面４０ａを造形プレート３０の上面よりも上側に配置することが容易である。

また、例えば、本実施形態のようにサブプレート４０が複数配置される場合において、複数のサブプレート４０の上面４０ａに同時に造形物８０を造形する場合には、各サブプレート４０の原点４６、すなわち上面４０ａの上下方向Ｚの位置を合わせる必要がある。これに対して、本実施形態では、調整部５２が設けられるため、複数のサブプレート４０同士において、上面４０ａの上下方向Ｚの位置を合わせることができる。また、サブプレート４０ごとに厚みが異なる場合であっても、上面４０ａの上下方向Ｚの位置を合わせることができる。

また、本実施形態では、上述したように可動部材５６を上下方向Ｚに移動させることでサブプレート４０を上下方向Ｚに移動させることができる。そのため、サブプレート４０が保持部５０に保持された状態のまま、サブプレート４０を上下動させることが可能である。したがって、サブプレート４０の上下方向Ｚの位置を調整することが容易である。

保持部５０は、第１押付部５８ａと、第２押付部５８ｂと、をさらに有する。本実施形態において第１押付部５８ａおよび第２押付部５８ｂは、例えば、六角ボルト型のボールプランジャである。第１押付部５８ａは、可動部材５６に設けられる。より詳細には、図３に示すように、第１押付部５８ａは、第３ネジ締め凹部５６ｂの内側面のうち右側の面に締め込まれる。第１押付部５８ａは、可動部材５６を左右方向Ｘに貫通する。第１押付部５８ａの先端のボール部は、サブプレート４０の左側の側面に接触する。第１押付部５８ａは、サブプレート４０に対して、右向きの力を加える。これにより、第１押付部５８ａは、サブプレート４０を第１保持面５１ａに押し付ける。

図２に示すように、第２押付部５８ｂは、固定部材５７ｂに設けられる。より詳細には、第２押付部５８ｂは、第４ネジ締め凹部５７ｃの内側面のうち後側の面に締め込まれる。第２押付部５８ｂは、固定部材５７ｂを前後方向Ｙに貫通する。第２押付部５８ｂの先端のボール部は、サブプレート４０の前側の側面に接触する。第２押付部５８ｂは、サブプレート４０に対して、後向きの力を加える。これにより、第２押付部５８ｂは、サブプレート４０を第２保持面５１ｂに押し付ける。

以上のように、第１押付部５８ａと第２押付部５８ｂとによって、サブプレート４０を第１保持面５１ａおよび第２保持面５１ｂに押し付けることができる。これにより、サブプレート４０が凹部５１内で移動することを抑制できる。したがって、原点４６を位置決めした状態で、サブプレート４０を造形プレート３０上に安定して保持できる。

また、サブプレート４０の大きさが異なる場合であっても、第１押付部５８ａと第２押付部５８ｂとにおけるネジの締め込み量を調整することで、原点４６を位置決めした状態で、サブプレート４０を造形プレート３０上に安定して保持させることができる。本実施形態では、第１ネジ締め凹部３１ａと第３ネジ締め凹部５６ｂとによって構成されるネジ締め凹部から六角レンチ等の器具を差し込み、第１押付部５８ａの締め込み量を調整する。この際においては、第１蓋部材５９ａを第１ネジ締め凹部３１ａから取り外して作業する。

また、本実施形態では、第２ネジ締め凹部３１ｂと第４ネジ締め凹部５７ｃとによって構成されるネジ締め凹部から六角レンチ等の器具を差し込み、第２押付部５８ｂの締め込み量を調整する。この際においては、第２蓋部材５９ｂを第２ネジ締め凹部３１ｂから取り外して作業する。

第１位置決め部材６１は、略直方体状の部材である。第１位置決め部材６１は、複数設けられる。図２では、第１位置決め部材６１は、２つ設けられる。２つの第１位置決め部材６１は、第１穴部３２ａにそれぞれ挿入される。第１位置決め部材６１は、第１位置決め部材６１の左側の端部が第１穴部３２ａから突出する位置と、第１位置決め部材６１の全体が第１穴部３２ａ内に配置される位置との間で左右方向Ｘに移動可能に配置される。図２および図４においては、第１位置決め部材６１の左側の端部が、第１穴部３２ａから突出する状態を示す。第１位置決め部材６１の左側の端部の平面視外形は、左側に凸となる円弧状である。

図４に示すように、第１位置決め部材６１は、第１位置決め部材６１を上下方向Ｚに貫通する固定用貫通孔６１ａを有する。図２に示すように、固定用貫通孔６１ａは、左右方向Ｘに長い長円形状である。固定用貫通孔６１ａは、ネジ挿入用貫通孔３４と上下方向Ｚに重なる位置に配置される。第１位置決め部材６１は、ネジ６３によって造形プレート３０に固定される。ネジ６３は、ネジ挿入用貫通孔３４に上側から挿入され固定用貫通孔６１ａを介して、上側プレート３０ｂに締め込まれる。

図２に示す第２位置決め部材６２は、略直方体状の部材である。第２位置決め部材６２は、複数設けられる。図２では、第２位置決め部材６２は、２つ設けられる。２つの第２位置決め部材６２は、第２穴部３２ｂにそれぞれ挿入される。第２位置決め部材６２は、第２位置決め部材６２の前側の端部が第２穴部３２ｂから突出する位置と、第２位置決め部材６２の全体が第２穴部３２ｂ内に配置される位置との間で前後方向Ｙに移動可能に配置される。図２においては、第２位置決め部材６２の前側の端部が、第２穴部３２ｂから突出する状態を示す。第２位置決め部材６２の前側の端部の平面視外形は、前側に凸となる円弧状である。

本実施形態においては、第２位置決め部材６２の形状は、第１位置決め部材６１の形状と同様である。第２位置決め部材６２は、第１位置決め部材６１と同様に、固定用貫通孔６２ａを有する。第２位置決め部材６２は、第１位置決め部材６１と同様に、ネジ６３によって造形プレート３０に固定される。

造形プレート３０をステージ２０上に配置する際において、第１位置決め部材６１および第２位置決め部材６２は、それぞれ第１穴部３２ａおよび第２穴部３２ｂから突出した状態で、造形プレート３０に固定される。造形プレート３０をステージ２０上に配置する配置者は、第１位置決め部材６１の左側の端部および第２位置決め部材６２の前側の端部を造形空間１３の内側面にそれぞれ接触させる。これにより、ステージ２０に対して、造形プレート３０を水平方向に位置決めできる。すなわち、配置者は、第１位置決め部材６１によって、造形プレート３０をステージ２０に対して左右方向Ｘに位置決めし、第２位置決め部材６２によって、造形プレート３０をステージ２０に対して前後方向Ｙに位置決めする。これにより、サブプレート４０の原点４６をステージ２０に対しても位置決めすることができるため、サブプレート４０の上面４０ａに位置精度よく造形物８０を造形することができる。したがって、造形物８０を加工する際、造形物８０の加工をより精度よく行うことができる。

配置者は、造形プレート３０をステージ２０に対して位置決めした後、ネジで造形プレート３０をステージ２０に固定する。そして、各位置決め部材を固定するネジ６３を緩めて、各位置決め部材の全体を各穴部内に収容する。これにより、ステージ２０が上下動しても、各位置決め部材の先端が造形空間１３の内側面と擦れることがなく、各位置決め部材が摩耗することを抑制できる。

造形プレート３０をステージ２０に対して位置決めする際の第１位置決め部材６１の先端の突出量は、図４に示すゲージＧを用いて調整する。ゲージＧは、上下方向Ｚに長い棒状である。ゲージＧには、ゲージＧの下端部の幅が小さくなる段差Ｇａが設けられる。調整者は、ゲージＧを調整用穴３３に上側から挿入し、ゲージＧの下端部を第１穴部３２ａと左右方向Ｘに対向させる。そして、第１位置決め部材６１の右端をゲージＧの下端部に押し当てる。このとき、ゲージＧの下端部は、調整用穴３３の内側面のうち右側の面に接触する。これにより、第１位置決め部材６１の先端の突出量を、ゲージＧの下端部の左右方向Ｘの寸法によって決まる一定の値に調整することができる。

この際、段差Ｇａの下側を向く段差面を第１位置決め部材６１の上面に接触させることで、第１位置決め部材６１を、左右方向Ｘの寸法が決められたゲージＧの下端部に確実に接触させやすい。なお、段差Ｇａは、１つのゲージＧに複数設けられてもよい。この場合、いずれの段差Ｇａの段差面を第１位置決め部材６１の上面に接触させるかによって、第１位置決め部材６１の先端の突出量を変化させることができる。そのため、１つのゲージＧで、複数の造形プレート３０に対応した第１位置決め部材６１の先端の突出量を調整できる。

第２位置決め部材６２の先端の突出量の調整も、第１位置決め部材６１と同様に、調整用穴３５にゲージＧを挿入させることによって行う。

次に、上述した造形物製造装置１０を用いた造形品製造方法について説明する。図６に示すように、本実施形態の造形品製造方法は、造形プレート配置工程Ｓ１と、サブプレート取付工程Ｓ２と、３次元データ配置工程Ｓ３と、造形工程Ｓ４と、取り外し工程Ｓ５と、造形物取付工程Ｓ６と、加工工程Ｓ７と、分離工程Ｓ８と、を含む。

造形プレート配置工程Ｓ１は、ステージ２０上に造形プレート３０を配置する工程である。造形プレート配置工程Ｓ１において製造者は、上述したようにして、第１位置決め部材６１および第２位置決め部材６２を用いて造形プレート３０をステージ２０に対して位置決めする。

サブプレート取付工程Ｓ２は、サブプレート４０を保持部５０に保持させて、造形プレート３０にサブプレート４０を取り付ける工程である。サブプレート取付工程Ｓ２において、製造者は、第１基準面４１を第１保持面５１ａに接触させるとともに、第２基準面４２を第２保持面５１ｂに接触させて、原点４６を造形プレート３０に対して位置決めする。なお、サブプレート取付工程Ｓ２は、造形プレート配置工程Ｓ１より前に設けられてもよい。

３次元データ配置工程Ｓ３は、サブプレート４０上の定められた位置に３次元データを配置する工程である。製造者は、図示しない制御部に対して入力等することによって、原点４６を基準として、サブプレート４０の上面４０ａのいずれの箇所に造形物８０を造形するかを決定する。なお、制御部は、撮像装置等によってサブプレート４０の原点４６位置を計測し、原点４６の位置較正を行ってもよい。

造形工程Ｓ４は、サブプレート４０の上面４０ａに向けて光を射出し、サブプレート４０上に造形物８０を造形する工程である。造形物８０の造形は、上述したように、光の照射と金属粉末Ｐの粉末層の形成とを交互に繰り返して行われる。造形工程Ｓ４によって、サブプレート４０の上面４０ａに固定された造形物８０が形成される。

取り外し工程Ｓ５は、造形された造形物８０をサブプレート４０ごと造形プレート３０から取り外す工程である。造形物取付工程Ｓ６は、取り外した造形物８０をサブプレート４０ごと加工機に取り付ける工程である。ここで、加工機は、例えば、造形物８０に対して切削加工を行う加工機である。

加工工程Ｓ７は、加工機によって造形物８０に機械加工を施す工程である。これにより、図５に示すサブプレート４０の上面４０ａに固定された造形品９０が製造される。分離工程Ｓ８は、機械加工によって製造された造形品９０をサブプレート４０から分離する工程である。その後、新たな造形品９０を製造する場合には、サブプレート取付工程Ｓ２から分離工程Ｓ８までを繰り返す。

分離工程Ｓ８の後、分離工程Ｓ８で分離したサブプレート４０を用いてサブプレート取付工程Ｓ２を行う場合には、サブプレート取付工程Ｓ２の前に、サブプレート４０の上面４０ａを削ることで、上面４０ａを精度よく平坦にする。これにより、造形物８０を精度よく製造することができる。上面４０ａを削るとサブプレート４０の厚みが薄くなるが、本実施形態では調整部５２によってサブプレート４０の上下方向Ｚの位置を調整できるため、サブプレート４０の上面４０ａを毎回同じ上下方向Ｚの位置に配置できる。

本発明は上述の実施形態に限られず、他の構成を採用することもできる。第１保持面５１ａおよび第２保持面５１ｂは、造形プレート３０の上面から上側に突出した凸部に設けられてもよい。サブプレート４０の上面４０ａは、上下方向Ｚにおいて造形プレート３０の上面と同じ位置、または造形プレート３０の上面よりも下側に配置されてもよい。調整部５２は、設けられなくてもよい。第１位置決め部材６１および第２位置決め部材６２は設けられなくてもよい。

また、サブプレートは、図７から図９に示す構成であってもよい。図７に示すサブプレート１４０は、第１基準面４１および第２基準面４２を有する環状の枠部１４３と、造形物８０が造形される上面１４４ａを有する本体部１４４と、を有する。枠部１４３は、矩形枠状である。枠部１４３の内縁の平面視外形は、正六角形状である。本体部１４４は、枠部１４３の内側に嵌め合わされる。本体部１４４の上面１４４ａの平面視形状は、正六角形状である。サブプレート１４０の形状は、枠部１４３と本体部１４４とが組み合わされて、全体として上述したサブプレート４０と同様の形状となる。本体部１４４と枠部１４３とは、着脱可能である。

本体部１４４は、水平方向に突出するフランジ部１４５を有する。フランジ部１４５は、枠部１４３の下面に接触する。これにより、本体部１４４が上側に移動して枠部１４３から外れることを抑制できる。フランジ部１４５は、２つ設けられる。フランジ部１４５は、本体部１４４の一辺に沿った直線形状である。

図８に示すサブプレート２４０において、枠部２４３の内縁の平面視外形は、円形状である。本体部２４４の上面２４４ａの平面視形状は、円形状である。フランジ部２４５は、円環状である。図９に示すサブプレート３４０において、枠部３４３の内縁の平面視外形は、八角形状である。本体部３４４の上面３４４ａの平面視形状は、八角形状である。フランジ部３４５は、２つ設けられる。フランジ部３４５は、本体部３４４の一辺に沿った直線形状である。

図７から図９にそれぞれ示すサブプレートによれば、枠部の外形を矩形としてサブプレートの原点調整を容易にしつつ、造形物８０が造形される本体部の形状を任意に決めることができる。これにより、上述した加工工程Ｓ７において行う機械加工の種類に応じて、適切な形状のサブプレートを用いることができる。

第１基準面４１および第２基準面４２は、水平方向のうちの互いに異なる方向を向けばよく、互いに直交する方向を向かなくてもよい。第２保持面５１ｂは、第１保持面５１ａが向く方向に対して交差する方向を向けばよく、直交する方向を向かなくてもよい。造形物８０の材質は、特に限定されず、樹脂製であってもよい。また、造形物製造装置１０は、光を照射することによって造形物を製造できるならば、特に限定されない。また、第１方向と第３方向とは、互いに異なる方向であってもよい。

上記の各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

１０…造形物製造装置、２０…ステージ、３０…造形プレート、３２ａ…第１穴部、３２ｂ…第２穴部、４０，１４０，２４０，３４０…サブプレート、４１…第１基準面、４２…第２基準面、５０…保持部、５１…凹部、５１ａ…第１保持面、５１ｂ…第２保持面、５２…調整部、５３…底部材、５４ａ，５４ｂ…挟持部材、５６…可動部材、５６ａ…接触面、５８ａ…第１押付部、５８ｂ…第２押付部、６１…第１位置決め部材、６２…第２位置決め部材、８０…造形物、９０…造形品、１４３，２４３，３４３…枠部、１４４，２４４，３４４…本体部、Ｚ…上下方向

Claims (9)

1. 光を照射することによって造形物を製造する造形物製造装置であって、
   ステージと、
   前記ステージ上に配置される造形プレートと、
   前記造形物が造形される上面を有するサブプレートを、前記造形プレート上に保持する保持部と、
   を備え、
   前記サブプレートは、
   前記造形物が造形される上面を有する本体部と、
   前記本体部の側面のうちの互いに異なる方向を向いて連続する、第１の面および第２の面と、
   前記第１の面と前記第２の面とが連続する境界のうちの上端に位置し、前記造形プレートを前記サブプレートに対して位置決め可能な原点と、
   を有し、
   前記保持部は、
   水平方向のうちの第１方向を向く第１保持面と、
   水平方向のうちの前記第１方向と交差する第２方向を向く第２保持面と、
   を有し、
   前記第１保持面は、前記サブプレートが前記造形プレートに保持された状態で前記第１ の面と接触し、
   前記第２保持面は、前記サブプレートが前記造形プレートに保持された状態で前記第２の面と接触し、
   前記保持部は、前記造形プレートに対する前記サブプレートの上下方向の位置を調整する調整部を有する、造形物製造装置。
2. 前記保持部は、前記造形プレートの上面から下側に窪む凹部を有し、
   前記第１保持面および前記第２保持面は、前記凹部の内側面であり、
   前記凹部には、前記サブプレートが嵌め合わされる、請求項１に記載の造形物製造装置 。
3. 前記サブプレートの上面は、前記造形プレートの上面よりも上側に配置される、請求項 ２に記載の造形物製造装置。
4. 前記保持部は、
   前記サブプレートを前記第１保持面に押し付ける第１押付部と、
   前記サブプレートを前記第２保持面に押し付ける第２押付部と、
   を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の造形物製造装置。
5. 前記調整部は、
   前記サブプレートが配置される上面を有する底部材と、
   水平方向のうちの第３方向において、前記底部材を接触した状態で挟む一対の挟持部 材と、
   前記一対の挟持部材のうち一方の挟持部材の外側面に接触する接触面を有する可動部 材と、
   を有し、
   前記底部材および前記可動部材は、上下方向に移動可能に配置され、
   前記一方の挟持部材は、前記第３方向に移動可能に配置され、
   前記底部材の前記第３方向両側の側面は、下側から上側に向かうに従って互いに離れる 向きに傾斜する傾斜面であり、
   前記接触面は、下側から上側に向かうに従って前記第３方向の前記一方の挟持部材側に 位置する傾斜面である、請求項１から４のいずれか一項に記載の造形物製造装置。
6. 前記造形プレートを前記ステージに対して前記第１方向に位置決めする第１位置決め部 材と、
   前記造形プレートを前記ステージに対して前記第２方向に位置決めする第２位置決め部 材と、
   をさらに備え、
   前記造形プレートは、
   前記造形プレートの前記第１方向一方側の面から前記第１方向他方側に窪む第１穴部 と、
   前記造形プレートの前記第２方向一方側の面から前記第２方向他方側に窪む第２穴部 と、
   を有し、
   前記第１位置決め部材は、前記第１位置決め部材の前記第１方向一方側の端部が前記第 １穴部から突出する位置と、前記第１位置決め部材の全体が前記第１穴部内に配置される 位置との間で前記第１方向に移動可能に配置され、
   前記第２位置決め部材は、前記第２位置決め部材の前記第２方向一方側の端部が前記第 ２穴部から突出する位置と、前記第２位置決め部材の全体が前記第２穴部内に配置される 位置との間で前記第２方向に移動可能に配置される、請求項１から５のいずれか一項に記 載の造形物製造装置。
7. 前記サブプレートは、
   前記第１の面および前記第２の面を有する環状の枠部を有し、
   前記本体部は、前記枠部の内側に嵌め合わされる、請求項１に記載の造形物製造装置。
8. 前記サブプレート上に配置された粉末層に光を照射し、前記粉末層の一部を焼結させて 造形物を造形する、請求項１から７のいずれか一項に記載の造形物製造装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の造形物製造装置を用いた造形品製造方法であっ て、
   前記サブプレートを前記保持部に保持させて、前記造形プレートに前記サブプレートを 取り付ける工程と、
   前記サブプレートの上面に向けて光を射出し、前記サブプレート上に前記造形物を造形 する工程と、
   造形された前記造形物を前記サブプレートごと前記造形プレートから取り外す工程と、
   取り外した前記造形物を前記サブプレートごと加工機に取り付ける工程と、
   前記加工機によって前記造形物に機械加工を施す工程と、
   を含む、造形品製造方法。

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