JP7099213B2 - 積層造形装置及び積層造形物製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、積層造形装置及び積層造形物製造方法に関する。

積層造形装置は、材料である粉末を固めて造形物を製造する（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１の積層造形装置は、ローラを移動させて、昇降台上に粉末を運んで粉末層を形成する。このローラの回転軸にはモータが接続されている。このモータを駆動させてローラを回転させることができる。特許文献２の積層造形装置は、回転しながらステージに対し並進する平坦化ローラと、平坦化ローラにギャップをもって対向するクリーニングブレードと、を備えている。

特開２０１６－１０７５４３号公報 特開２０１７－７７６３１号公報

チャンバ内で積層造形物を製造する積層造形装置において、粉末に当接するリコータを補修する場合には、チャンバを開ける必要がある。本開示は、チャンバ内のリコータの機能を維持することが可能な積層造形装置及び積層造形物製造方法を説明する。

本開示の積層造形装置は、チャンバと、チャンバ内に配置され、粉末を含む粉末床及び造形物を保持可能な粉末保持部と、粉末保持部に保持された粉末を固める粉末固化部と、チャンバ内に配置され、粉末床の表面を均す当接面を含むリコータと、粉末床に対して、粉末床の表面に沿う方向に、リコータを相対的に移動させるリコータ移動機構と、チャンバ内に配置され、リコータを回転可能に支持するリコータ支持部と、粉末床の表面に接触していない状態でリコータを周方向に移動させる制御部と、を含む。

積層造形装置では、リコータの当接面にきずが生じている場合には、リコータを周方向に移動させて、きずが形成されていない面を当接面として使用できる。積層造形装置では、リコータの当接面に付着物が付着している場合には、リコータを周方向に移動させて、付着物が付着していない面を当接面として使用できる。その結果、新たな当接面に切り替えて、リコータの機能を維持することができる。

積層造形装置は、リコータの移動方向において、粉末保持部に隣接して設けられ、粉末保持部に供給される粉末を堆積させる粉末堆積部を備えていてもよい。リコータ移動機構は、リコータを移動させて、粉末堆積部に堆積している粉末を粉末保持部へ掻き寄せることができる。

制御部は、移動方向において、粉末保持部及び粉末堆積部から外れた位置でリコータを周方向に移動させることができる。これにより、リコータを周方向に移動させた際に、リコータに付着している粉末が粉末保持部及び粉末堆積部に落下することが抑制される。

制御部は、リコータ移動機構によるリコータの移動中にリコータの周方向の移動を停止させることができる。これにより、リコータが回転することが防止されるので、リコータの外周面に形成されたきずが粉末床の表面に当接可能な位置に移動することが防止される。

積層造形装置は、リコータの移動方向において粉末保持部より外側に配置された粉末回収部を備え、制御部は、リコータが粉末回収部の上方に配置されている状態で、リコータを周方向に移動させてもよい。これにより、リコータに付着している粉末を粉末回収部に落下させることができる。

本開示の積層造形物製造方法は、粉末を含む粉末床に対して、粉末床の表面に沿う方向に、リコータを相対的に移動させて、粉末保持部に保持された粉末床の表面を均す工程と、リコータの当接面が粉末床の表面に接触していない状態でリコータを周方向に移動させる工程と、粉末保持部に保持された粉末を固めて造形物を造形する工程と、を含む。

積層造形物製造方法では、リコータの当接面にきずが生じている場合には、リコータを周方向に移動させて、きずが形成されていない面を当接面として使用できる。積層造形物製造方法では、リコータの当接面に付着物が付着している場合には、リコータを周方向に移動させて、付着物が付着していない面を当接面として使用できる。その結果、新たな当接面に切り替えて、リコータの機能を維持することができる。

積層造形物製造方法では、リコータを移動させ、粉末堆積部に堆積している粉末を掻き寄せて粉末床に供給する粉末供給工程を含み、リコータを周方向に移動させる工程では、粉末保持部及び粉末堆積部から外れた位置でリコータを周方向に移動させることができる。

リコータを周方向に移動させる工程では、一定の周期でリコータを所定の回転角度分、周方向に移動させて、当接面とは異なる新たな当接面を表面に当接させることができる。

リコータを周方向に移動させる工程では、リコータを周方向に移動させて、リコータの外周面に付着している付着物を落下させることができる。

本開示によれば、チャンバ内のリコータの機能を維持することができる。

本開示の一実施形態に係る積層造形装置を示す断面図である。 図１中のリコータ、リコータ支持部及びリコータ移動機構を示す側面図である。 図３（ａ）は、リコータを軸線方向から示す図であり、リコータの外周面のきずが最下部に配置されている状態を示す図である。図３（ｂ）は、リコータを軸線方向から示す図であり、リコータの外周面のきずが最下部から外れた位置に配置されている状態を示す図である。 図４（ａ）は、リコータを軸線方向から示す図であり、リコータの外周面に付着物が付着している状態を示す図である。図４（ｂ）は、リコータを軸線方向から示す図であり、リコータの外周面から付着物が落下している状態を示す図である。 積層造形装置のコントローラを示すブロック図である。 積層造形物の製造方法の手順を示すフローチャートである。 図７（ａ）は、第１変形例に係るリコータを軸線方向から示す図である。図７（ｂ）は、第２変形例に係るリコータを軸線方向から示す図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示される積層造形装置（以下、「造形装置」という）１は、いわゆる３Ｄ（三次元）プリンタであり、層状に配置した金属粉末２に部分的にエネルギを付与して、金属粉末２を焼結又は溶融できる。造形装置１は、これを繰り返して三次元の造形物３を製造できる。

造形物３は、例えば機械部品などであり、その他の構造物であってもよい。金属粉末２としては例えばチタン系金属粉末、インコネル（登録商標）粉末、アルミニウム粉末、ステンレス粉末等が挙げられる。造形物３の材料である粉末は、金属粉末に限定されない。粉末は、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）など、炭素繊維と樹脂を含む粉末でもよく、その他の粉末でもよい。粉末は、導電性を有する導電体粉末を含んでもよい。

造形装置１は、真空チャンバ４、作業テーブル（粉末保持部）５、昇降装置６、粉末供給装置（粉末供給部）７、レーザ照射装置（粉末固化部）８を備える。真空チャンバ４は、内部を真空（低圧）状態とすることが可能な容器であり、図示しない真空ポンプが接続されている。真空チャンバ４の内部には例えばアルゴンガスが充填されている。作業テーブル５は、例えば板状を成し、造形物３の材料である金属粉末２が配置される粉末保持部である。作業テーブル５上の金属粉末２は例えば層状に複数回に分けて配置される。作業テーブル５は、金属粉末２の積層物（以下「粉末床Ａ」という）を保持する。作業テーブル５は、平面視において、例えば矩形状を成している。作業テーブル５の形状は、矩形に限定されず、円形でもよく、その他の形状でもよい。

作業テーブル５は、真空チャンバ４内において、造形タンク１０内に配置されている。造形タンク１０内において、作業テーブル５は、Ｚ方向（上下方向）に移動可能であり、金属粉末２の層数に応じて順次降下する。造形タンク１０の側壁１０ａは、作業テーブル５の移動を案内する。側壁１０ａは、作業テーブル５の外形に対応するように角筒状（作業テーブルが円形の場合は円筒状）を成している。造形タンク１０の側壁１０ａ及び作業テーブル５は、金属粉末２及び造形された造形物３を収容する収容部を形成する。作業テーブル５は造形タンク１０の底部を構成してもよい。

昇降装置６は、作業テーブル５上の金属粉末２及び製造途中の造形物３を昇降させることができる。昇降装置６は、例えばラックアンドピニオン方式の駆動機構を含み、作業テーブル５をＺ方向に移動させる。昇降装置６は、作業テーブル５の底面に連結されて下方に伸びる棒状の上下方向部材（ラック）６ａと、この上下方向部材６ａを駆動するための駆動源６ｂと、を含んでもよい。駆動源６ｂとしては、例えば電動モータを用いることができる。電動モータの出力軸にはピニオンが設けられ、上下方向部材６ａの側面にはピニオンと噛み合う歯形が設けられていてもよい。電動モータが駆動され、ピニオンが回転して動力が伝達されて、上下方向部材６ａが上下方向に移動できる。電動モータの回転を停止することで、上下方向部材６ａが位置決めされて、作業テーブル５のＺ方向の位置が決まり、その位置が保持される。昇降装置６は、ラックアンドピニオン方式の駆動機構に限定されず、例えば、ボールねじ、シリンダなどその他の駆動機構を備えるものでもよい。

粉末供給装置７は、原料である金属粉末２を貯留する貯留部である原料タンク１１を含んでもよい。原料タンク１１は、真空チャンバ４内に配置されている。原料タンク１１は、例えば、Ｚ方向と交差するＸ方向において、作業テーブル５の両側に配置されている。換言すれば、原料タンク１１は、Ｘ方向において造形タンク１０の両側に配置されている。粉末供給装置７は、金属粉末２を均す粉末塗布機構９を含んでもよい。粉末塗布機構９の説明は後述する。

粉末供給装置７は、粉末供給テーブル１２及び昇降装置１３を含んでもよい。粉末供給テーブル１２は、作業テーブル５に供給される金属粉末２を堆積させる粉末堆積部である。粉末供給テーブル１２は、Ｘ方向において、側壁１０ａを挟んで、作業テーブル５に隣接して設けられている。粉末供給テーブル１２は、平面視において、例えば矩形状を成している。作業テーブル５の形状は、矩形に限定されず、円形でもよく、その他の形状でもよい。

粉末供給テーブル１２は、真空チャンバ４内において、原料タンク１１内に配置されている。原料タンク１１内において、粉末供給テーブル１２は、Ｚ方向（上下方向）に移動可能であり、金属粉末２の供給に応じて順次上昇する。原料タンク１１の側壁１１ａは、粉末供給テーブル１２の移動を案内する。側壁１１ａは、粉末供給テーブル１２の外形に対応するように角筒状（作業テーブルが円形の場合は円筒状）を成している。粉末供給テーブル１２は原料タンク１１の底部を構成してもよい。原料タンク１１の作業テーブル５側の側壁１１ａは、造形タンク１０の側壁１０ａと共通の側壁でもよい。

昇降装置１３は、粉末供給テーブル１２及びその上に堆積する金属粉末２を昇降させることができる。昇降装置１３は、例えばラックアンドピニオン方式の駆動機構を含み、粉末供給テーブル１２をＺ方向に移動させる。昇降装置１３は、上下方向部材１３ａ及び駆動源１３ｂを備え、昇降装置６と同様の構成とすることができる。昇降装置１３の説明については省略する。昇降装置１３は、昇降装置６と異なる構成でもよい。昇降装置１３は、ラックアンドピニオン方式の駆動機構に限定されず、例えば、ボールねじ、シリンダなどその他の駆動機構を備えるものでもよい。

レーザ照射装置８は、金属粉末２を溶融し金属粉末２を固化する粉末固化部である。レーザ照射装置８から出射されたレーザビームは、真空チャンバ４内に照射されて、金属粉末２を加熱する。レーザ照射装置８は、金属粉末２にエネルギを付与して、金属粉末２を加熱して溶融することができる。レーザ照射装置８は、粉末床Ａにエネルギを付与するエネルギ付与部である。レーザ照射装置８は、レーザビームを偏光させるミラー、ミラーを動かすための駆動部、レーザビームを集光する集光レンズ等の光学部品を含んでもよい。

造形装置１は、レーザ照射装置８に代えて、電子線照射装置を備えていてもよい。電子線照射装置は、エネルギービームとしての電子ビーム（電子線）を照射する電子銃を含んでもよい。電子銃から出射された電子ビームは、真空チャンバ４内に照射されて、金属粉末２を加熱する。電子線照射装置は、金属粉末２にエネルギを付与して、金属粉末２を加熱して溶融又は焼結させることができる。電子線照射装置は、粉末床Ａにエネルギを付与するエネルギ付与部である。電子線照射装置は、電子ビームの照射を制御するコイル部を含んでもよい。コイル部は、例えば収差コイル、フォーカスコイル及び偏向コイルを備えることができる。

次に、粉末塗布機構９について説明する。図２に示されるように、粉末塗布機構９は、リコータ１５と、リコータ支持部１６と、リコータ移動機構１７とを含む。リコータ１５は、真空チャンバ４内で作業テーブル５の上方に配置され、作業テーブル５に載置されている粉末床Ａの最上層の表面（上面）２ａを均すことができる。リコータ１５は、Ｘ方向に移動可能であり、粉末床Ａの表面２ａを均す。リコータ１５は、例えば円筒状を成している。リコータ１５は、円筒体本体１５ａ、外周部１５ｂ、及び回転軸１５ｃを備えていてもよい。円筒体本体１５ａは、例えば金属製でもよく、樹脂製でもよい。円筒体本体１５ａは、Ｙ方向に所定の長さを有する。円筒体本体１５ａのＹ方向における長さは、例えば作業テーブル５のＹ方向の長さに一致していてもよい。

外周部１５ｂは、例えば円筒体本体１５ａに装着された樹脂製のカバーである。外周部１５ｂは、円筒体本体１５ａの外周面を覆うように配置されている。外周部１５ｂは、例えば円筒体本体１５ａよりも軟らかい物質から形成されている。外周部１５ｂのＹ方向における長さは、例えば円筒体本体１５ａのＹ方向の長さに一致していてもよい。外周部１５ｂは、リコータ１５の周方向において、円筒体本体１５ａの全周を覆っている。回転軸１５ｃは、円筒体本体１５ａの長手方向に延在し、円筒体本体１５ａから外方に張り出している。回転軸１５ｃの両端部は、リコータ支持部１６によって回転可能に支持されている。

リコータ支持部１６は、一対の軸受１６ａと、軸受支持部１６ｂとを備えている。軸受１６ａは、回転軸１５ｃを回転可能に支持する。軸受１６ａは、例えば円筒状のスリーブでもよく、その他の軸受でもよい。軸受支持部１６ｂは、例えばＺ方向に延在し、下方から軸受１６ａを支持する。軸受支持部１６ｂは、軸受１６ａに対向して複数設けられている。リコータ１５は、回転軸１５ｃ周りに回転可能である。

粉末塗布機構９は、リコータ１５に回転駆動力を出力する電動モータ１８を備えていてもよい。電動モータ１８は、例えばステッピングモータでもよい。電動モータ１８は、例えばリコータ支持部１６によって支持されている。電動モータ１８の出力軸は、リコータ１５の回転軸１５ｃに連結されている。電動モータ１８による回転駆動力は、回転軸１５ｃに伝達される。これにより、回転軸１５ｃが回転し、円筒体本体１５ａ及び外周部１５ｂが回転する。リコータ１５は、周方向に移動できる。粉末塗布機構９は、リコータ１５を所定の回転角度分、回転させて、停止させることができる。

リコータ移動機構１７は、例えばベルト駆動装置１７ａを含んでもよい。ベルト駆動装置１７ａは、無端ベルト１７ｂを備える。無端ベルト１７ｂは、図示しない複数のベルトローラに巻き掛けられている。複数のベルトローラは、Ｘ方向に延在する軸線周りに回転可能となっている。複数のベルトローラは、例えば真空チャンバ４の側壁に支持されていてもよい。複数のベルトローラは、例えば駆動ローラ及び従動ローラを含んでいる。駆動ローラには、駆動源として電動モータが連結されている。

軸受支持部１６ｂの下端部は、例えば無端ベルト１７ｂに連結されている。ベルト駆動装置１７ａは、無端ベルト１７ｂをＸ方向に移動させて、軸受支持部１６ｂをＸ方向に移動させることができる。ベルト駆動装置１７ａは、電動モータを駆動して、無端ベルト１７ｂを所定の位置まで移動させて、停止させることができる。ベルト駆動装置１７ａは、リコータ１５をＸ方向に移動させることができる。ベルト駆動装置１７ａは、リコータ１５をＸ方向の所定の位置で停止させることができる。リコータ移動機構１７は、ベルト駆動装置１７ａに代えて、その他の駆動機構を備えていてもよい。リコータ移動機構１７は、例えば、ボールねじ、シリンダ、ガイドレールなどを含んでもよい。

リコータ１５は、図１に示されるように、例えば、Ｘ方向において、原料タンク１１の外側まで移動することができる。リコータ１５は、作業テーブル５及び粉末供給テーブル１２の上方で、Ｘ方向に往復運動することができる。リコータ１５は、Ｘ方向に移動して、粉末供給テーブル１２上の金属粉末２を掻き寄せて、作業テーブル５上に供給することができる。リコータ１５は、Ｘ方向に移動しながら、作業テーブル５上に金属粉末２を供給すると共に粉末床Ａの表面２ａを均すことができる。

造形装置１は、余分な金属粉末２を回収可能な粉末回収部１９を備えていてもよい。粉末回収部１９は、例えば粉末を収容可能な容器を含んでもよい。粉末回収部１９は、例えばリコータ１５の移動方向において、原料タンク１１の外側に配置されていてもよい。リコータ１５の移動方向における外側とは、例えば、作業テーブル５を中央として、作業テーブル５に近い方を内側とし、作業テーブル５から遠い方を外側とする。粉末回収部１９は、例えばＸ方向において、原料タンク１１の側壁１１ａと真空チャンバ４の側壁と間の空間でもよい。粉末回収部１９は、粉末を貯留可能なバケットでもよい。

造形装置１は、図５に示されるようにコントローラ３１を備えている。コントローラ３１は、造形装置１の装置全体の制御を司る制御部でもよい。コントローラ３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、およびＲＡＭ(Random Access Memory)等のハードウェアと、ＲＯＭに記憶されたプログラム等のソフトウェアとから構成されたコンピュータである。コントローラ３１は、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などを含む。コントローラ３１は、演算部３２及びメモリ３３を含む。コントローラ３１は、レーザ照射装置８、粉末供給装置７、昇降装置６、及び電動モータ１８と電気的に接続されている。コントローラ３１は、各種指令信号を生成できる。メモリ３３は、各種制御に必要なデータを保存できる。

演算部３２は、レーザ照射装置８に指令信号を送信して、レーザビームの照射時期、照射位置等の制御（照射制御）を行う。演算部３２は、金属粉末２を溶融させる際のレーザビームの照射制御を行う。演算部３２は、粉末供給装置７に指令信号を送信して、金属粉末２の供給時期、供給量を制御することができる。

演算部３２は、粉末塗布機構９のベルト駆動装置１７ａに指令信号を送信して、リコータ１５の移動制御を行うことができる。演算部３２は、リコータ１５の移動開始時期を制御できる。演算部３２は、リコータ１５の移動時間、移動速度を制御できる。演算部３２は、リコータ１５の停止位置を制御できる。

演算部３２は、昇降装置１３に指令信号を送信して、粉末供給テーブル１２を昇降させることができる。演算部３２は、粉末供給テーブル１２の停止位置を制御できる。演算部３２は、昇降装置６に指令信号を送信して、作業テーブル５を昇降させることができる。演算部３２は、作業テーブル５の停止位置を制御できる。

演算部３２は、リコータ１５の回転用の電動モータ１８に指令信号を送信して、リコータ１５を周方向に移動させることができる。演算部３２は、図３（ａ）に示されるように、リコータ１５の当接面Ｂ１にきずＣがある場合に、リコータ１５を周方向に移動させることができる。これにより、図３（ｂ）に示されるように、当接面Ｂ１とは異なる面を新たな当接面Ｂ２を最下部に配置することができる。きずＣは、その他の位置に配置され、きずＣが形成されていない部分が新たな当接面Ｂ２となる。演算部３２は、きずＣが形成されていない状態において、新たな当接面Ｂ２に切り替えてもよい。

演算部３２は、リコータ１５が粉末床Ａの表面２ａに接触していない状態において、リコータ１５を周方向に移動させて、当接面Ｂ１から新たな当接面Ｂ２に切り替えることができる。当接面Ｂ（Ｂ１，Ｂ２）は、例えば最下部に配置され、粉末床Ａの表面２ａに対向する面である。当接面Ｂは、粉末床Ａの表面２ａに当接して、表面２ａを均すことができる。演算部３２は、リコータ１５を粉末回収部１９の上方に配置した状態で、リコータ１５を回転させることができる。

演算部３２は、粉末供給テーブル１２上の金属粉末２を作業テーブル５上に移動させる際に、リコータ１５の周方向の移動を停止させた状態で、リコータ１５をＸ方向に移動させることができる。例えば、演算部３２に電動モータ１８に指令信号を送信して、回転軸１５ｃの回転位置が変化しないようにすることができる。これにより、リコータ１５がＸ方向に移動して、金属粉末２を供給して粉末床Ａの表面２ａを均す際に、きずＣが形成された部分が、表面２ａに当接可能な位置に移動しないようにできる。

演算部３２は、図４（ａ）に示されるように、リコータ１５の外周部１５ｂに付着物Ｅが付着している場合に、リコータ１５を周方向に移動させることができる。例えば、リコータ１５を回転させて停止させることで、図４（ｂ）に示されるように、付着物Ｅを落下させてもよい。付着物Ｅは、例えば金属粉末２である。演算部３２は、リコータ１５に付着物Ｅが付着していない状態において、リコータ１５を回転させてもよい。

演算部３２は、リコータ１５が粉末床Ａの表面２ａに接触していない状態において、リコータ１５を周方向に移動させて、リコータ１５に付着する付着物Ｅを落下させることができる。演算部３２は、リコータ１５を粉末回収部１９の上方に配置した状態でリコータ１５を回転させることができる。これにより、付着物Ｅを粉末回収部１９内に落下させることができる。

造形装置１は、リコータ１５の外周部（外周面）１５ｂの状態を確認するためのセンサを備えていてもよい。コントローラ３１は、センサから出力された情報に基づいて、リコータ１５の外周部１５ｂの状態を検出することができる。センサとして、例えば、カメラを用いることができる。コントローラ３１は、センサからの情報に基づいて、外周部１５ｂのきずＣの有無を検出してもよい。コントローラ３１は、きずＣの有無に基づいて、リコータ１５を回転させてもよい。コントローラ３１は、センサからの情報に基づいて、外周部１５ｂに付着する付着物Ｅの有無を検出してもよい。コントローラ３１は、付着物Ｅの有無に基づいて、リコータ１５を回転させてもよい。

コントローラ３１は、一定の周期ごとに、リコータ１５を回転させてもよい。例えば、リコータ１５がＸ方向に１往復したら、コントローラ３１は、所定の回転角度分、リコータ１５を周方向に移動させてもよい。これにより、順次、新たな当接面Ｂに切り替えることができる。例えば、リコータ１５によって金属粉末２を作業テーブル５に供給する前に、毎回、リコータ１５を回転させてもよい。これにより、付着物Ｅを落下させてからリコータ１５を用いて、金属粉末２を移動させて、作業テーブル５に供給できる。

次に、積層造形物製造方法について説明する。図６は、積層造形物の製造方法の手順を示すフローチャートである。まず、準備工程を行う（ステップＳ１）。ここでは、作業テーブル５を降下させて、例えば１層分の金属粉末２が供給されるスペースを確保する。コントローラ３１は、昇降装置６に指令信号を送信して、作業テーブル５を降下させる。ステップＳ１において、リコータ１５を粉末回収部１９の上方に配置して、リコータ１５を回転させてもよい。

次に、金属粉末２を供給する工程（粉末供給工程）、金属粉末２を均す工程を行う（ステップＳ２）。ここでは、粉末供給テーブル１２上の金属粉末２を作業テーブル５上に掻き寄せて、金属粉末２を供給すると共に、粉末床Ａの表面２ａを均す。コントローラ３１は、昇降装置１３に指令信号を送信して、粉末供給テーブル１２を上昇させる。これにより、１層分の金属粉末２を造形タンク１０の側壁１０ａより上方に配置する。

コントローラ３１は、粉末塗布機構９のベルト駆動装置１７ａに指令信号を送信して、リコータ１５をＸ方向に移動させる。リコータ１５は、Ｘ方向において原料タンク１１の外側から移動して、粉末供給テーブル１２の上方を通り、粉末供給テーブル１２上の金属粉末２を作業テーブル５側に掻き寄せる。リコータ１５は、作業テーブル５の上方をＸ方向に移動しながら、作業テーブル５上に金属粉末２を供給すると共に、粉末床Ａの表面２ａを均す。これにより、粉末床Ａの表面２ａを平面にすることができる。また、リコータ１５がＸ方向に移動している際に、リコータ１５が回転移動しないように、コントローラ３１は電動モータ１８を制御して、回転軸１５ｃの回転を停止させる。

作業テーブル５に金属粉末２を供給後、リコータ１５は、そのまま、Ｘ方向に移動して、原料タンク１１の上方を通過して、粉末回収部１９の上方に配置される。

次に、溶融工程を行う（ステップＳ３）。ここでは、粉末床Ａにレーザビームを照射して、金属粉末２を溶融させ固化させる。コントローラ３１は、レーザ照射装置８に指令信号を送信して、所定の位置にレーザビームを照射する。レーザビームが照射される位置は、造形物３の形状に応じて予め設定されている。レーザビームが照射される位置に関するデータは、例えばメモリ３３に記憶されている。レーザビームが照射された部分の金属粉末２は溶融する。溶融した金属粉末２は固まって造形物３の一部となる。

次に、リコータ１５を周方向に移動させる工程を行う（ステップＳ４）。ここでは、リコータ１５は、粉末回収部１９の上方に配置されている。コントローラ３１は、電動モータ１８に指令信号を送信して、リコータ１５を周方向に移動させて、新たな当接面Ｂに切り替えることができる。また、リコータ１５を回転させることで、リコータ１５に付着する付着物Ｅを落下させることができる。

そして、造形物３が完成するまで、ステップＳ１～ステップＳ４の工程を繰り返す。例えばリコータ１５を右向きに移動させた後、リコータ１５を左向きに移動させて、同様の工程を繰り返す。造形物３の全層について造形を行い、造形物３の造形を完了する。

造形装置１では、リコータ１５の当接面ＢにきずＣが生じている場合に、リコータ１５を周方向に移動させて、きずＣが形成されていない面を当接面Ｂとして使用できる。造形装置１では、リコータ１５の当接面Ｂに付着物Ｅが付着している場合に、リコータ１５を周方向に移動させて、付着物Ｅが付着していない面を当接面Ｂとして使用できる。その結果、新たな当接面に切り替えて、リコータ１５の機能を維持することができる。

この造形装置１では、真空チャンバ４を開放しないで、リコータ１５を周方向に移動させて、リコータ１５の機能を維持することができる。そのため、造形装置１の運転を停止させずに、造形を継続することができる。運転中に真空チャンバ４を開放すると、内部のアルゴンガス等を廃棄して、新たなアルゴンガスを準備して、復旧する必要が生じる。造形装置１では、運転中に真空チャンバ４を開放する必要がないので、アルゴンガスの充填作業の必要がなくなる。

造形装置１では、きずＣが形成されていない当接面Ｂを粉末床Ａに当接させて、粉末床Ａの表面２ａを均すことができるので、表面２ａを良好に保つことができ、精度良く造形物３を造形できる。また、造形装置１では、作業テーブル５及び粉末供給テーブル１２から外れた位置で、リコータ１５を回転させるので、リコータ１５に付着する付着物Ｅが作業テーブル５及び粉末供給テーブル１２上に落下することが防止される。これにより、作業テーブル５に供給される金属粉末２の量を精度良く管理できる。

本開示は、前述した実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。

上記の実施形態では、円筒状のリコータ１５について説明しているが、リコータ１５の形状は円筒状に限定されず、その他の形状でもよい。図７（ａ）に示されるように、リコータ１５Ｂは多角形のものでもよい。リコータ１５Ｂは、軸線方向から見て例えば六角形を成している。図７（ｂ）に示されるように、リコータ１５Ｃは複数の板材を交差するように配置したものでもよい。リコータ１５Ｃは、軸線方向から見て例えば十字状を成している。リコータは、軸線方向から見て例えばＹ字状を成しているものでもよく、その他の形状でもよい。

上記の実施形態では、リコータ１５を粉末回収部１９の上方に配置して周方向に移動させているが、その他の位置でリコータ１５を周方向に回転させてもよい。例えば、リコータ１５を上方に移動させて、リコータ１５が粉末床Ａに接触していない状態で、リコータ１５を周方向に回転させてもよい。また、リコータ１５をＹ方向に移動させて、リコータ１５が粉末床Ａに接触していない状態で、リコータ１５を周方向に回転させてもよい。

造形装置は、作業テーブル５より上方に配置された原料タンク１１を備える構成でもよい。作業テーブル５の上方から金属粉末２を供給した後に、リコータ１５を移動させて、粉末床Ａの表面２ａを均してもよい。リコータ１５の移動方向は、Ｘ方向に限定されず、Ｙ方向でもよく、Ｘ方向に対して傾斜する方向でもよい。また、リコータ１５は、Ｚ方向に延在する軸線周りに回転することで、粉末床Ａの表面２ａを均してもよい。また、上記実施形態では、作業テーブル５に対して、リコータ１５を相対的に移動させているが、リコータ１５に対して作業テーブル５及び造形タンク１０を相対的に移動させてもよい。

造形装置は、原料の粉末にレーザビーム（エネルギビーム）を照射して、粉末を溶融又は焼結させて、粉末を固化させるエネルギ付与部を備える構成でもよい。造形装置は、粉末に接着剤等を付与して、粉末を固化させる粉末固化部を備える構成でもよい。

上記の実施形態では、リコータ１５は、外周部として、円筒体本体１５ａを覆うカバーを備えているが、リコータ１５は、外周部としてカバーを備えていない構成でもよい。カバーを備えていない場合には、円筒体本体１５ａの外周面が当接面Ｂとなる。

１ 造形装置（積層造形装置）
２ 金属粉末
２ａ 金属粉末の表面（粉末床の表面）
３ 造形物
４ 真空チャンバ
５ 作業テーブル（粉末保持部）
７ 粉末供給装置（粉末供給部）
８ レーザ照射装置（粉末固化部）
９ 粉末塗布機構
１０ 造形タンク（粉末保持部）
１１ 原料タンク（粉末供給部）
１２ 粉末供給テーブル（粉末堆積部）
１６ リコータ支持部
１７ リコータ移動機構
３１ コントローラ（制御部）
Ａ 粉末床
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ 当接面
Ｘ Ｘ方向（粉末床の表面に沿う方向、移動方向）
Ｙ Ｙ方向
Ｚ Ｚ方向

Claims (9)

1. チャンバと、
   前記チャンバ内に配置され、粉末を含む粉末床及び造形物を保持可能な粉末保持部と、
   前記粉末保持部に保持された前記粉末を固める粉末固化部と、
   前記チャンバ内に配置され、前記粉末床の表面を均す当接面を含むリコータと、
   前記粉末床に対して、前記粉末床の前記表面に沿う方向に、前記リコータを相対的に移動させるリコータ移動機構と、
   前記チャンバ内に配置され、前記リコータを回転可能に支持するリコータ支持部と、
   前記粉末床の前記表面に接触していない状態で前記リコータを周方向に移動させる制御部と、を含み、
   前記制御部は、前記リコータが前記粉末床の前記表面に沿って移動している際に、前記リコータの前記周方向の移動を停止させる積層造形装置。
2. 前記リコータの移動方向において、前記粉末保持部に隣接して設けられ、前記粉末保持部に供給される前記粉末を堆積させる粉末堆積部を備え、
   前記リコータ移動機構は、前記リコータを移動させて、前記粉末堆積部に堆積している前記粉末を前記粉末保持部へ掻き寄せる請求項１に記載の積層造形装置。
3. 前記制御部は、前記移動方向において、前記粉末保持部及び前記粉末堆積部から外れた位置で前記リコータを前記周方向に移動させる請求項２に記載の積層造形装置。
4. 前記制御部は、一定の周期で前記リコータを所定の回転角度分、前記周方向に移動させて、前記当接面とは異なる新たな当接面を前記表面に当接させる請求項１～３の何れか一項に記載の積層造形装置。
5. 前記リコータの移動方向において前記粉末保持部より外側に配置された粉末回収部を備え、
   前記制御部は、前記リコータが前記粉末回収部の上方に配置されている状態で、前記リコータを前記周方向に移動させる請求項１～４の何れか一項に記載の積層造形装置。
6. 粉末を含む粉末床に対して、前記粉末床の表面に沿う方向に、リコータを相対的に移動させて、粉末保持部に保持された前記粉末床の表面を均す工程と、
   前記リコータの当接面が前記粉末床の前記表面に接触していない状態で前記リコータを周方向に移動させる工程と、
   前記粉末保持部に保持された前記粉末を固めて造形物を造形する工程と、を含み、
   前記粉末床の表面を均す工程では、前記リコータが前記粉末床の前記表面に沿って移動している際に、前記リコータの前記周方向の移動を停止させる積層造形物製造方法。
7. 前記リコータを移動させ、粉末堆積部に堆積している粉末を掻き寄せて前記粉末床に供給する粉末供給工程を含み、
   前記リコータを周方向に移動させる工程では、前記粉末保持部及び前記粉末堆積部から外れた位置で前記リコータを前記周方向に移動させる請求項６に記載の積層造形物製造方法。
8. 前記リコータを周方向に移動させる工程では、一定の周期で前記リコータを所定の回転角度分、前記周方向に移動させて、前記当接面とは異なる新たな当接面を前記表面に当接させる請求項６又は７に記載の積層造形物製造方法。
9. 前記リコータを周方向に移動させる工程では、前記リコータを前記周方向に移動させて、前記リコータの外周面に付着している付着物を落下させる請求項６～８の何れか一項に記載の積層造形物製造方法。

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