JP7181166B2 - リコータ、及びこれを備えた積層造形装置、並びに積層造形方法 - Google Patents

Description

本発明は、リコータ、及びこれを備えた積層造形装置、並びに積層造形方法に関する。

３次元ＣＡＤ（Computer Aided Design）データを層分割し、分割した層に、更に上の層を積層させて３次元の造形物を製造する方法が、「Additive Manufacturing」の技術として知られている。この技術によれば、３次元ＣＡＤデータがあれば、金型を使わずに複雑な形状を容易に製造することができる。
このような造形方法の一つに、敷き詰められた金属材料の粉末を選択的に加熱して、粉末を溶融・凝固、又は焼結させて積層構造物を造形する粉末床溶融結合（ＰＢＦ：Powder Bed Fusion）方式がある。粉末床溶融結合方式では、加熱源としてレーザビームを用いるレーザビーム方式（ＳＬＭ：Selective Laser Melting)が多用されている。

粉末床溶融結合方式の積層造形装置は、典型的には、粉末材料を貯留する貯留部と、粉末材料が供給されて造形が行われる造形部と、粉末材料の移送及び平坦化を行うリコータとを備える。造形部は、その底部を昇降駆動するテーブルの側方に隣接して、粉末材料を貯留する貯留部が配置される。リコータは、貯留部の下方とテーブルとの間を往復動可能に設けられ、貯留部から供給された粉末材料を収容して、造形部のテーブル上に粉末材料の層を形成する。

リコータは、粉末収容部に粉末材料を収容し、粉末収容部のスリット部から粉末材料を下方に向けて排出することで、粉末材料を造形部に供給している。

ところで、このようなリコータに供給される粉末材料は、スリット部で目詰まりが生じないように流動性が良いことが求められる。このような粉末材料の流動性を高める技術が、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１には、使用する粉末材料を、電子顕微鏡観察に基づく粒子径が２０［μｍ］以下の粒子の数が全体の１５個数％以下にすることで、高い流動性を確保できる、と記載されている。

しかし、上記の条件を満たす粉末材料であっても、粉末材料の製法によっては個々の粉体の表面形状が、球体に近いものから凹凸を有するいびつな形状まで多様である。特に、粉体がいびつな粒形状である場合には、粉体表面の凹凸同士が絡み合うことや、粉体相互間の静電気のよって流動性が低下し、リコータのスリット部で目詰まりを生じさせることがある。例えば、水アトマイズ法により製造された粉末は、ガスアトマイズ法により製造された粉末よりも粒形状がいびつになる傾向があり、スリット部で目詰まりが生じやすくなる。

表１に流動性の試験結果の一例を示す。これによれば、同じステンレス鋼材（ＳＵＳ ３１６Ｌ）の粉末材料であっても、ガスアトマイズ法で製造された粉末材料では、ＦＲ値（JIS 2504に準じた測定方法において、５０ｇの粉末材料が流れ落ちるために要する時間（秒））が１８．９３秒であるところ、水アトマイズ法で製造された粉末材料では、目詰まりを生じた。粉末材料の安息角は、ガスアトマイズ法による粉末よりも水アトマイズ法による粉末が大きく、水アトマイズ法による粉末は、ガスアトマイズ法による粉末より流動性が低くなっている。

特開２０１８－１７２７３９号公報

そこで本発明は、供給される粉末材料の製法によらず、常に良好な流動性が得られるスリット部を有するリコータ、及びこれを備えた積層造形装置、並びに積層造形方法を提供することを目的とする。

本発明は下記構成からなる。
［１］ 電子顕微鏡観察に基づく粒子径２０μｍ以下の粒子の数が全体の１５個数％以下である水アトマイズ粉末からなる粉末材料を造形部に敷設して、前記粉末材料を選択的に溶融接合させて溶融結合体を形成し、該溶融結合体を順次に積層する、粉末床溶融方式の積層造形装置に用いられ、前記造形部上を移動して前記造形部に前記粉末材料の層を形成するリコータであって、
前記粉末材料を収容する粉末収容部と、
前記粉末収容部に設けられ、前記造形部上で前記リコータの移動方向と交差する方向に延びる部材であって、前記粉末収容部から前記粉末材料を受け入れるスリット入口、及び前記粉末材料を排出するスリット出口が形成されたスリット部と、
前記スリット部の前記移動方向の少なくとも一端に、前記スリット部から下方に突出して設けられ、前記リコータの移動により、前記造形部上の前記粉末材料の層を平滑化するブレードと、
を備え、
前記スリット部には、前記移動方向に隙間を有して互いに対向する一対のスリット内壁面が、前記スリット出口に向かうほど前記隙間が狭くなるように相互に傾斜して形成され、かつ、前記スリット部の下方に、前記スリット出口の前記移動方向の幅より広い幅の空間が形成され、
少なくとも一方の前記スリット内壁面と前記スリット部のスリット出口面とが成す鋭角側の角をスリット傾斜角θ［°］、前記一対のスリット内壁面により形成される前記スリット出口の前記移動方向の幅をスリット出口幅ｄ［ｍｍ］、前記スリット出口から前記スリット入口までの最短距離をスリット高さｈ［ｍｍ］、前記粉末収容部の前記スリット部との接続位置における前記移動方向の幅を収容部幅Ｌｃ［ｍｍ］としたときに、
前記スリット出口幅ｄと前記スリット傾斜角θは、下記（１）、（２）式を満たすリコータ。
ｄ≧０．００２４×（θ－７５°） ^２ ＋４．５ ・・・（１）
ｄ≦Ｌｃ－２ｈ／ｔａｎθ ・・・（２）
［２］ ［１］に記載のリコータを備える積層造形装置。
［３］ 電子顕微鏡観察に基づく粒子径２０μｍ以下の粒子の数が全体の１５個数％以下である水アトマイズ粉末からなる粉末材料を造形部に敷設して、前記粉末材料を選択的に溶融接合させて溶融結合体を形成し、該溶融結合体を順次に積層する粉末床溶融方式の積層造形方法であって、
前記粉末材料を貯留する粉末収容部と、
前記粉末収容部に設けられ、前記造形部上での移動方向と交差する方向に延びる部材であって、前記粉末収容部から前記粉末材料を受け入れるスリット入口、及び前記粉末材料を排出するスリット出口が形成されたスリット部と、
前記スリット部の前記移動方向の少なくとも一端に、前記スリット部から下方に突出して設けられ、前記リコータの移動により、前記造形部上の前記粉末材料の層を平滑化するブレードと、
を備えるリコータにより、前記造形部上を移動して前記造形部に前記粉末材料の層を形成する工程を有し、
前記スリット部には、隙間を有して互いに対向する一対のスリット内壁面が、前記スリット出口に向かうほど前記移動方向の隙間が狭くなるように相互に傾斜して設けられ、かつ、前記スリット部の下方に、前記スリット出口の前記移動方向の幅より広い幅の空間が形成され、
少なくとも一方の前記スリット内壁面と前記スリット部のスリット出口面とが成す鋭角側の角をスリット傾斜角θ［°］、前記一対のスリット内壁面により形成される前記スリット出口の前記移動方向の幅をスリット出口幅ｄ［ｍｍ］、前記スリット出口から前記スリット入口までの最短距離をスリット高さｈ［ｍｍ］、前記粉末収容部の前記スリット部との接続位置における前記移動方向の幅を収容部幅Ｌｃ［ｍｍ］としたときに、
前記スリット出口幅ｄと前記スリット傾斜角θを、下記（１）、（２）式を満たすようにする積層造形方法。
ｄ≧０．００２４×（θ－７５°） ^２ ＋４．５・・・（１）
ｄ≦Ｌｃ－２ｈ／ｔａｎθ・・・（２）

本発明によれば、供給される粉末材料の製法によらず、常に良好な流動性が得られるスリット部を有するリコータが得られる。これにより、低コストで安定した積層造形が行える。

粉末造形装置の概略構成図である。 リコータの要部断面図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、各造形工程を順に示す工程説明図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、各造形工程を順に示す工程説明図である。 使用した粉末材料の粒径の累積度数分布を、粒径を対数軸で示した片対数グラフである。 治具のスリット傾斜角と、スリット出口幅とを変化させて粉末材料の流動性を確認した結果を示すグラフである。 図６の横軸と縦軸を延長して示したグラフである。 スリット出口幅とスリット傾斜角を変化させて粉末材料の供給性を確認した試験結果を示すグラフである。 リコータの寸法を異ならせた場合の限界曲線を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜粉末造形装置の構成＞
図１は粉末造形装置の概略構成図である。
粉末造形装置１００は、ハウジング１０に設けられた造形部１１と、パウダーポッド１３と、リコータ１５５と、光走査部１７とを備える。
造形部１１は、ハウジング１０に形成されたスライド孔１０ａ内に昇降自在に配置されたベースプレート２１を有する。ベースプレート２１は、不図示の上下方向駆動機構によってスライド孔１０ａ内で昇降駆動される。ベースプレート２１は、ハウジング１０の上方からの平面視で長方形であり、その上面が平坦面にされている。

パウダーポッド１３は、ハウジング１０の上方に設けられ、粉末材料２３を貯留する。また、粉末材料２３を下方に排出する不図示のノズルを有する。

リコータ１５は、ハウジング１０上に配置され、不図示の水平方向駆動機構によって、パウダーポッド１３の下方から造形部１１までの間を含む領域を、水平方向に移動自在となっている。リコータ１５は、水平移動方向に交差する方向（図１の奥行き方向）に延びる細長状であって、水平移動によってベースプレート２１の全面を走査可能な奥行き長さに形成される。

ここで、本明細書では、図１に示す上下方向をＺ方向、リコータ１５の移動方向をＸ方向、また、Ｘ方向及びＺ方向に直交する奥行き方向をＹ方向と定義する。なお、リコータ１５の移動方向は必ずしも水平方向に限らず、粉末造形装置１００の構造等に応じて適宜設定される。

光走査部１７は、入力された３次元形状データに応じて、レーザ光Ｌを造形部１１に向けて照射する。レーザ光Ｌは、粉末材料２３の溶融熱源であり、レーザ光Ｌの照射領域内の粉末材料２３を選択的に溶融接合させ、溶融結合体４１を形成する。この溶融結合体４１を順次に積層することで造形物が得られる。

図２はリコータ１５の要部断面図である。
リコータ１５は、粉末材料２３を収容される収容空間を画成する粉末収容部２５と、収容空間の底部に設けられたスリット部２７と、ブレード２９とを備える。スリット部２７は、リコータ１５の移動方向（Ｘ方向）と交差する方向（Ｙ方向）に延びる部材であって、下方に向けて粉末材料２３を排出するスリット出口２７ａが形成されている。このスリット部２７において、スリット出口２７ａに対向する位置に設けられ、粉末材料２３を受け入れる開口を、スリット入口２７ｂと称する。ブレード２９は、粉末収容部２５とスリット部２７におけるＸ方向の両端に設けられ、リコータ１５が移動することで、造形部１１上の粉末材料２３を平滑化する。ブレード２９の形状は任意であり、リコータ１５のＸ方向の一端にだけブレード２９を設けた構成であってもよい。

粉末収容部２５は、リコータ１５のＹ方向に沿って形成され、互いに対向する一対の内壁面２５ａの内側に粉末の収容空間が画成される。粉末収容部２５は、内壁面２５ａがリコータ１５のＹ方向の一端から他端まで連続して形成された単一の構造であってもよく、内壁面２５ａを所定の長さ毎に分割して複数の収容空間を画成し、これら複数の収容空間が一列に配置された構造であってもよい。

スリット部２７は、粉末収容部２５の下側を塞ぐ底板３１に形成される。底板３１の下側面には、板厚方向に貫通し、Ｙ方向に沿って連続して形成された前述のスリット出口２７ａが開口する。スリット出口２７ａには、互いに対向する一対のスリット内壁面３３，３５が板厚方向に接続されている。一対のスリット内壁面３３，３５の少なくとも一方は、鉛直方向（Ｚ方向）から傾斜した傾斜面であり、スリット部２７の対向面３３，３５同士間のＸ方向の隙間は、スリット出口２７ａに向かうほど狭くなっている。つまり、スリット内壁面３３，３５は、下方に向けて先細りとなる隙間を挟んで配置されている。底板３１は、一枚の板材にスリット部２７を形成した構成であってもよく、複数枚の板材を組み合わせてスリット部２７を形成した構成であってもよい。

ここで、粉末収容部２５のスリット部２７との接続位置における内壁面２５ａ，２５ｂ同士のＸ方向の幅を収容部幅Ｌｃ［ｍｍ］、一対のスリット内壁面３３，３５で形成されるスリット出口２７ａからスリット入口２７ｂまでの最短距離（図２においてはスリット内壁面３３，３５の鉛直方の高さ）をスリット高さｈ、スリット出口２７ａにおけるＸ方向の幅をスリット出口幅ｄ［ｍｍ］、少なくとも一方のスリット内壁面３５とスリット出口２７ａが形成されているスリット出口面２７ｃ（粉末収容部２５の下面に形成されるスリット出口２７ａを仮想的に拡張させた面。なお、図２においては、スリット出口面２７ｃは、底板３１にてスリット出口２７aの形成された平面に重畳し、この平面は水平方向とも一致しているため水平面とも称せる）とが成す鋭角側の角をスリット傾斜角θ［°］と定義する。なお、本構成ではスリット内壁面３３も同じスリット傾斜角θとなる。スリット出口幅ｄとスリット傾斜角θとは、リコータ１５のＹ方向に沿って一定となっている。

本構成のリコータ１５では、詳細を後述するが、スリット出口幅ｄとスリット傾斜角θが下記（１）、（２）式を満たしている。
ｄ≧０．００２４×（θ－７５°） ^２ ＋４．５ ・・・（１）
ｄ≦Ｌｃ－２ｈ／ｔａｎθ ・・・（２）

＜粉末造形装置による造形工程＞
次に、上記構成の粉末造形装置１００による造形工程を説明する。
図３の（Ａ）～（Ｄ）、及び図４の（Ａ）～（Ｃ）は、各造形工程を順に示す工程説明図である。以下に説明する各工程の動作は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等を備えるコンピュータ装置からなる不図示の制御部からの指令によって行われる。

まず、図３の（Ａ）に示すように、リコータ１５をパウダーポッド１３の下方に配置して、パウダーポッド１３から所定量の粉末材料２３をリコータ１５の粉末収容部２５（図２参照）に供給する。

次に、図３の（Ｂ）に示すように、ベースプレート２１をΔｔだけ降下させ、ハウジング１０の上面とベースプレート２１の上面との間に厚さΔｔの段差を形成する。そして、図３の（Ｃ）に示すように、リコータ１５をパウダーポッド１３の下方から造形部１１に向けて移動させる。これにより、リコータ１５におけるスリット出口２７ａから粉末材料２３が流れ落ち、ベースプレート２１上に、粉末材料２３の層が敷設される。粉末材料２３の層の厚さは、一般的な粉末造形法で採り得る厚さであるが、特に限定されない。ここでは薄層３７として示している。

その後、図３の（Ｄ）に示すように、光走査部１７が、ベースプレート２１上に敷設された薄層３７に向けてレーザ光Ｌを照射する。レーザ光Ｌは、目標形状の３次元形状データに応じて、薄層３７の所定の位置へ選択的に照射される。レーザ光Ｌが照射された領域では、粉末材料の薄層３７が溶融して１層分の溶融結合体４１が形成される。

さらに、図４の（Ａ）に示すように、ベースプレート２１を更にΔｔだけ降下させ、ハウジング１０の上面とベースプレート２１上の薄層３７との間に厚さΔｔの段差を形成する。そして、図４の（Ｂ）に示すように、リコータ１５を移動先からパウダーポッド１３側に移動させ、段差内の薄層３７上に粉末材料２３の薄層３９を形成する。その後、図４の（Ｃ）に示すように、形成された薄層３９に向けて光走査部１７から３次元形状データに応じてレーザ光Ｌを照射する。

上記の粉末材料２３の敷設とレーザ光Ｌの照射とを繰り返し、造形部１１で溶融結合体４１を順次に積層することで、３次元形状データに応じた形状の造形物が得られる。

＜スリット部における粉末材料の流動性＞
上記構成の粉末造形装置１００を用いた造形物の積層造形工程には、リコータに収容された粉末材料を、ハウジングの上面に供給する工程がある。この工程で、リコータのスリット部の形状を変更し、スリット部における粉末材料の流動性（詰まり）を評価した結果を以下に説明する。

ここでは、リコータのスリット部の形状パラメータとして、図２に示すスリット傾斜角θと、スリット出口幅ｄを用いる。そして、スリット高さｈと、収容部幅Ｌｃがそれぞれ異なる各種サイズのリコータを模擬したモデル（治具）を用い、形状パラメータ（θ、ｄ）を変化させて、スリット部２７を通過する粉末材料の流動性を確認した。ここで、上記治具を取り付ける積層造形装置として、金属粉末積層造形装置（松浦機械製作所製 ＬＵＭＥＸ Ａｖａｎｃｅ－２５）を用いた。

図５は使用した粉末材料の粒径の累積度数分布を、粒径を対数軸で示した片対数グラフである。
ここで用いた粉末材料は、材質がＳＵＳ ３１６Ｌであって、粒子径が４５［μｍ］を超える粒子の積算質量が全体の０．５質量％以上であり、電子顕微鏡観察に基づく粒子径が２０［μｍ］以下の粒子の数が全体の１５個数％以下の粉末である。また、全体の約９０％が粒度１０～４５［μｍ］の粉末で構成される。この粉末材料は、水アトマイズ法により製造された粉末である。粉末材料の粒度は、例えば、レーザ回折／散乱式粒度測定器（堀場製作所製 ＬＡ－３００）等により測定できる。

流動性の試験手順は次の通りである。
（１）リコータを模擬して製作した治具を、図２に示すスリット部２７のスリット出口面２７ｃからハウジング１０の上面までの距離Ｌｓと同等になるように配置する。つまり、ハウジング１０の平坦面から距離Ｌｓに対応する１５［ｍｍ］の高さに治具を配置する。
（２）治具の粉末収容部に粉末材料を供給する。
（３）治具を平坦面上で移動させる。
（４）平坦面上で治具が通過した部分に粉末材料が均一な厚さでムラなく供給できていれば「良」と判定し、供給できていない部分があれば「不可」と判定する。
（５）スリット傾斜角θとスリット出口幅ｄの各組み合わせについて、上記（１）～（４）の工程を３回ずつ実施して粉末材料の流動性を判定する。３回とも「良」であれば流動性の判定を「○」とし、一回でも「不可」が生じたら「×」とする。

図６は治具のスリット傾斜角θと、スリット出口幅ｄとを変化させて粉末材料の流動性を確認した結果を示すグラフである。このグラフには、スリット傾斜角θとスリット出口幅ｄとの対応するプロット位置に、流動性の判定結果を「○」又は「×」で示してある。

図６には、上記の判定結果の情報から流動性の限界曲線ＣＡを曲線近似と所定の演算により求めた結果を示してある。限界曲線ＣＡは、スリット出口幅ｄが限界曲線ＣＡの値以上であれば粉末材料の流動性が良好となることを示す。ここで用いた近似式は２次関数であって、ｄ＝ａ×（θ－θ_０）^２＋ｂ（ａ，ｂ，θ_０は係数）で表される。各係数ａ，ｂは、最小自乗法や最急降下法等の公知の近似アルゴリズムを用いた演算により求められる。しかし、曲線近似のみで係数ａ，ｂ，θ_０を決定すると、場合によっては判定結果「×」となる領域に近似曲線がはみ出すこともある。そこで、求める限界曲線ＣＡは、判定結果「×」である点が近似曲線より上方（スリット出口幅ｄ以上）にならないように、近似した曲線を更にシフトさせている。このシフト処理は、上記の係数ｂを増減することでもよいが、係数ａ，ｂ，θ_０の少なくとも２つを共に変更する処理等としてもよい。

上記のように係数ａ，ｂ，θ_０を決定した限界曲線ＣＡは、前述した（１）式で示すスリット出口幅ｄとスリット傾斜角θとで決定される限界値のラインである。

図７は図６の横軸と縦軸を延長して示したグラフである。
図７には上記した流動性の限界曲線ＣＡと、スリット形状に起因する限界曲線ＣＬとを示している。限界曲線ＣＬは、前述したスリット高さｈ、及び収容部幅Ｌｃと、スリット部の幾何学的な形状の制約によって決定される。

限界曲線ＣＬは、以下の（３）式により表されるスリット出口幅ｄとスリット傾斜角θの限界値のラインである。
ｄ＋２ｈ／ｔａｎθ ≦ Ｌｃ ・・・（３）

つまり、スリット部２７を形成する底板３１（図２参照）の下側のスリット出口幅ｄと、上側のスリット内壁面３３，３５の縁部３３ａ，３５ａの離間距離（２ｈ／ｔａｎθ）との合計幅を、粉末収容部の幅Ｌｃ以下にする。上記の（３）式をｄについて纏めると前述の（２）式となる。

よって、粉末材料がスリット部で詰まらずに良好な流動性を発揮するリコータの形状は、スリット部２７の形状を、限界曲線ＣＡを下限、限界曲線ＣＬを上限とする領域Ａ内で、スリット傾斜角θとスリット出口幅ｄを決定すればよい。

図８はスリット出口幅ｄとスリット傾斜角θとを変化させて粉末材料の供給性を確認した試験結果を示すグラフである。
流動性の試験手順、及び「○」、「×」の判定基準は、前述した図６の場合と同様である。また、図８には、図６の試験結果と、これにより求めた限界曲線ＣＡ，ＣＬ、及び領域Ａとを合わせて示している。

ここでは、領域Ａに含まれるスリット出口幅ｄとスリット傾斜角θとの異なる組み合わせの試験例１、試験例２で試験を行った。
試験例１では、スリット出口幅ｄを１０．１８［ｍｍ］、スリット傾斜角θを８０［°］とし、試験例２では、スリット出口幅ｄを６．００［ｍｍ］、スリット傾斜角θを８０［°］とした。また、試験例１，２ともに、スリット高さｈを８［ｍｍ］、収容部幅Ｌｃを２５［ｍｍ］とした。

上記条件で試験した結果、試験例１（図８に示すＥ１），試験例２（図８に示すＥ２）では、流動性の判定結果は共に「○」であった。このように、限界曲線ＣＡ，ＣＬを用いて領域Ａを決定し、領域Ａに含まれるスリット出口幅ｄとスリット傾斜角θとを選定することで、水アトマイズ法により製造した粉末であっても、粉末供給不良の発生を未然に防止できる。これにより、粉末材料自体の特別な改良（添加物、粒径調整、粒形状調整等）を要することなく、低コストで安定した積層造形が行えるようになる。また、水アトマイズ法は、例えばガスアトマイズ法と比較して低コストで粉末を製造できるため、造形物の材料コストを低減できる。なお、金属粉末積層造形装置（松浦機械製作所製 ＬＵＭＥＸ Ａｖａｎｃｅ－２５）に付属のリコータでは、スリット出口幅ｄが１～２[ｍｍ]程度で、スリット傾斜角θは６０[°]程度であり、限界曲線ＣＡ，ＣＬで囲まれる領域Ａには含まれない。

次に、各種のリコータの寸法に応じた限界曲線ＣＬの変化について説明する。
図９はリコータの寸法を異ならせた場合の限界曲線ＣＬ１～ＣＬ５を示すグラフである。
ここでは、スリット高さｈと、収容部幅Ｌｃを、以下の５種類のサイズにして、限界曲線ＣＬ１～ＣＬ５を上記の（３）式を用いて求めた。

ＣＬ１： ｈ＝８［ｍｍ］、 Ｌｃ＝３５［ｍｍ］
ＣＬ２： ｈ＝４［ｍｍ］、 Ｌｃ＝２５［ｍｍ］
ＣＬ３： ｈ＝８［ｍｍ］、 Ｌｃ＝２５［ｍｍ］
ＣＬ４： ｈ＝１２［ｍｍ］、Ｌｃ＝２５［ｍｍ］
ＣＬ５： ｈ＝８［ｍｍ］、 Ｌｃ＝１５［ｍｍ］

例えば、リコータのスリット高さｈが８［ｍｍ］、収容部幅Ｌｃが２５［ｍｍ］である場合、スリット傾斜角θの限界値は４２．５［°］となる。このとき、スリット傾斜角θの採用可能な角度範囲を拡大するには、スリット高さｈ、収容部幅Ｌｃの値を大きくすればよい。ただし、ｈ、Ｌｃの値は、リコータへの粉末材料の供給過多を生じない範囲で大きくすることが好ましい。

以上のように、リコータの寸法を限界曲線ＣＡ，ＣＬで定義される領域Ａ内で決定することで、例えば、水アトマイズ法により製造された粉末材料のように流動性が比較的低いものであっても、リコータのノズル部で粉末材料が詰まることがなくなる。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

上記の光走査部から照射するレーザ光は、加熱源として用いていたが、粉末材料が光硬化性組成物を含む場合には、例えば、紫外線レーザ等の光硬化性組成物に応じた硬化用の光ビームを使用すればよい。
また、粉末材料の製造には、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法の他、プラズマアトマイズ法、粉砕法、パウダースプレー法等の各種の製法を採用することができる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
［１］造形部に敷設された粉末材料を選択的に溶融接合させて溶融結合体を形成し、該溶融結合体を順次に積層する粉末床溶融方式の積層造形装置に用いられ、前記造形部上を移動して前記造形部に前記粉末材料の層を形成するリコータであって、
前記粉末材料を収容する粉末収容部と、
前記粉末収容部に設けられ、前記造形部上で前記リコータの移動方向と交差する方向に延びる部材であって、前記粉末収容部から前記粉末材料を受け入れるスリット入口、及び前記粉末材料を排出するスリット出口が形成されたスリット部と、
を備え、
前記スリット部には、前記移動方向に隙間を有して互いに対向する一対のスリット内壁面が、前記スリット出口に向かうほど前記隙間が狭くなるように相互に傾斜して形成され、
少なくとも一方の前記スリット内壁面と前記スリット部のスリット出口面とが成す鋭角側の角をスリット傾斜角θ［°］、前記一対のスリット内壁面により形成される前記スリット出口の前記移動方向の幅をスリット出口幅ｄ［ｍｍ］、前記スリット出口から前記スリット入口までの最短距離をスリット高さｈ［ｍｍ］、前記粉末収容部の前記スリット部との接続位置における前記移動方向の幅を収容部幅Ｌｃ［ｍｍ］としたときに、
前記スリット出口幅ｄと前記スリット傾斜角θは、下記（１）、（２）式を満たすリコータ。
ｄ≧０．００２４×（θ－７５°） ^２ ＋４．５ ・・・（１）
ｄ≦Ｌｃ－２ｈ／ｔａｎθ ・・・（２）
このリコータによれば、スリット出口幅ｄとスリット傾斜角θによって定まる粉末材料の流動性を良好に保ちつつ、スリット高さｈと収容部幅Ｌｃに応じて形成することが可能なスリット形状となるように、スリット出口幅ｄとスリット傾斜角θを決定する。これにより、粉末材料がスリット部で詰まることのない、良好な流動性を維持して、円滑な積層造形を行うことが可能となる。

［２］ 前記粉末材料は、電子顕微鏡観察に基づく粒子径が２０［μｍ］以下の粒子の数が全体の１５個数％以下である［１］に記載のリコータ。
このリコータによれば、粉末材料を積層造形に適した流動性を維持できる。

［３］ 前記一対のスリット内壁面で形成される空間は、先細りしている［１］又は［２］に記載のリコータ。
このリコータによれば、リコータが往復動するいずれの移動方向に対しても、スリットを通過する粉末材料の流動性が良好となる。

［４］ ［１］～［３］のいずれか１つに記載のリコータを備える積層造形装置。
この積層造形装置によれば、供給される粉末材料の製法によらず、常に良好な流動性が得られるスリット部が形成されるため、円滑に積層造形を行うことができる。

［５］ 造形部に敷設された粉末材料を選択的に溶融接合させて溶融結合体を形成し、該溶融結合体を順次に積層する粉末床溶融方式の積層造形方法であって、
前記粉末材料を貯留する粉末収容部と、
前記粉末収容部に設けられ、前記造形部上での移動方向と交差する方向に延びる部材であって、前記粉末収容部から前記粉末材料を受け入れるスリット入口、及び前記粉末材料を排出するスリット出口が形成されたスリット部と、
を備えるリコータにより、前記造形部上を移動して前記造形部に前記粉末材料の層を形成する工程を有し、
前記スリット部には、隙間を有して互いに対向する一対のスリット内壁面が、前記スリット出口に向かうほど前記移動方向の隙間が狭くなるように相互に傾斜して設けられ、
少なくとも一方の前記スリット内壁面と前記スリット部のスリット出口面とが成す鋭角側の角をスリット傾斜角θ［°］、前記一対のスリット内壁面により形成される前記スリット出口の前記移動方向の幅をスリット出口幅ｄ［ｍｍ］、前記スリット出口から前記スリット入口までの最短距離をスリット高さｈ［ｍｍ］、前記粉末収容部の前記スリット部との接続位置における前記移動方向の幅を収容部幅Ｌｃ［ｍｍ］としたときに、
前記スリット出口幅ｄと前記スリット傾斜角θは、下記（１）、（２）式を満たす積層造形方法。
ｄ≧０．００２４×（θ－７５°） ^２ ＋４．５・・・（１）
ｄ≦Ｌｃ－２ｈ／ｔａｎθ・・・（２）
この積層造形方法によれば、スリット出口幅ｄとスリット傾斜角θ によって定まる粉末材料の流動性を良好に保ちつつ、スリット高さｈと収容部幅Ｌｃに応じて形成することが可能なスリット形状となるように、スリット出口幅ｄとスリット傾斜角θを決定する。これにより、粉末材料がスリット部で詰まることのない良好な流動性を維持して、円滑な積層造形を行うことが可能となる。

［６］ 前記粉末材料には、水アトマイズ法により製造された粉末を用いる［５］に記載の積層造形方法。
この積層造形方法によれば、表面形状がいびつで、流動性の比較的低い水アトマイズ法により製造された粉末材料であっても、スリット部で詰まりが生じることなく、良好な流動性が得られる。

１０ ハウジング
１１ 造形部
１３ パウダーポッド
１５ リコータ
１７ 光走査部
２１ ベースプレート
２３ 粉末材料
２５ 粉末収容部
２７ スリット部
２７ａ スリット出口
２７ｃ スリット出口面
２９ ブレード
３１ 底板（部材）
３３、３５ スリット内壁面
３７，３９ 薄層（層）
４１ 溶融結合体
１００ 粉末造形装置
Ｌ レーザ光

Claims (4)

1. 造形部に敷設された粉末材料を選択的に溶融接合させて溶融結合体を形成し、該溶融結合体を順次に積層する粉末床溶融方式の積層造形装置に用いられ、前記造形部上を移動して前記造形部に前記粉末材料の層を形成するリコータであって、
   前記粉末材料を収容する粉末収容部と、
   前記粉末収容部に設けられ、前記造形部上で前記リコータの移動方向と交差する方向に延びる部材であって、前記粉末収容部から前記粉末材料を受け入れるスリット入口、及び前記粉末材料を排出するスリット出口が形成されたスリット部と、
   前記スリット部の前記移動方向の少なくとも一端に、前記スリット部から下方に突出して設けられ、前記リコータの移動により、前記造形部上の前記粉末材料の層を平滑化するブレードと、
   を備え、
   前記スリット部には、前記移動方向に隙間を有して互いに対向する一対のスリット内壁面が、前記スリット出口に向かうほど前記隙間が狭くなるように相互に傾斜して形成され、かつ、前記スリット部の下方に、前記スリット出口の前記移動方向の幅より広い幅の空間が形成され、
   少なくとも一方の前記スリット内壁面と前記スリット部のスリット出口面とが成す鋭角側の角をスリット傾斜角θ［°］、前記一対のスリット内壁面により形成される前記スリット出口の前記移動方向の幅をスリット出口幅ｄ［ｍｍ］、前記スリット出口から前記スリット入口までの最短距離をスリット高さｈ［ｍｍ］、前記粉末収容部の前記スリット部との接続位置における前記移動方向の幅を収容部幅Ｌｃ［ｍｍ］としたときに、
   前記スリット出口幅ｄと前記スリット傾斜角θは、下記（１）、（２）式を満たすリコータ。
   ｄ≧０．００２４×（θ－７５°）^２＋４．５ ・・・（１）
   ｄ≦Ｌｃ－２ｈ／ｔａｎθ ・・・（２）
2. 前記一対のスリット内壁面で形成される空間は、先細りしている請求項１に記載のリコータ。
3. 請求項１又は２に記載のリコータを備える積層造形装置。
4. 電子顕微鏡観察に基づく粒子径２０μｍ以下の粒子の数が全体の１５個数％以下である水アトマイズ粉末からなる粉末材料を造形部に敷設して、前記粉末材料を選択的に溶融接合させて溶融結合体を形成し、該溶融結合体を順次に積層する粉末床溶融方式の積層造形方法であって、
   前記粉末材料を貯留する粉末収容部と、
   前記粉末収容部に設けられ、前記造形部上での移動方向と交差する方向に延びる部材であって、前記粉末収容部から前記粉末材料を受け入れるスリット入口、及び前記粉末材料を排出するスリット出口が形成されたスリット部と、
   前記スリット部の前記移動方向の少なくとも一端に、前記スリット部から下方に突出して設けられ、前記移動方向の移動によって前記造形部上の前記粉末材料の層を平滑化するブレードと、
   を備えるリコータにより、前記造形部上を移動して前記造形部に前記粉末材料の層を形成する工程を有し、
   前記スリット部には、隙間を有して互いに対向する一対のスリット内壁面が、前記スリット出口に向かうほど前記移動方向の隙間が狭くなるように相互に傾斜して設けられ、かつ、前記スリット部の下方に、前記スリット出口の前記移動方向の幅より広い幅の空間が形成され、
   少なくとも一方の前記スリット内壁面と前記スリット部のスリット出口面とが成す鋭角側の角をスリット傾斜角θ［°］、前記一対のスリット内壁面により形成される前記スリット出口の前記移動方向の幅をスリット出口幅ｄ［ｍｍ］、前記スリット出口から前記スリット入口までの最短距離をスリット高さｈ［ｍｍ］、前記粉末収容部の前記スリット部との接続位置における前記移動方向の幅を収容部幅Ｌｃ［ｍｍ］としたときに、
   前記スリット出口幅ｄと前記スリット傾斜角θを、下記（１）、（２）式を満たすようにする積層造形方法。
   ｄ≧０．００２４×（θ－７５°）^２＋４．５・・・（１）
   ｄ≦Ｌｃ－２ｈ／ｔａｎθ・・・（２）

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