JP7199173B2 - 積層造形装置 - Google Patents

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Description

本発明は、積層造形装置に関する。
金属材料粉体をレーザ光によって溶融、焼結させる際には、積層造形装置が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
このような積層造形装置は、チャンバと、不活性ガス供給部と、不活性ガス吸引部と、ステージと、リコータと、昇降部と、レーザ光照射部と、を備える。
不活性ガス供給部は、不活性ガスをチャンバ内に供給する。不活性ガス吸引部は、不活性ガスを吸引するとともに、ヒュームを除去する。
ステージの上面には、金属粉末層が積層された粉末床が形成されている。リコータは、ステージの上面側に金属粉末を供給することで、金属粉末層を形成する。造形品の造形時において、昇降部は、ステージを下方に移動させる。レーザ光照射部は、金属粉末層にレーザ光を照射することで、造形部を造形する。
特開２０１８－３１４８号公報
ところで、造形品の生産性向上の観点から、レーザ照射面積の拡大、レーザ操作速度の増大、あるいは、溶融、焼結量を増加させ、単位時間当たりの造形ボリュームを増加させることが求められる。しかしながら、単位時間当たりの造形ボリュームを増加に従い、発生するヒューム量も増加する。このため、ヒュームを十分に除去できず、チャンバ内に、ヒュームを含んだガスが残留することになり、このヒュームを含んだ残留ガスが、レーザ光照射部から照射されたレーザ光に干渉する可能性がある。
その結果、干渉した部分を通過するレーザ光が弱められて、造形品の品質の低下が発生する。
そこで、本発明は、チャンバ内でヒュームがレーザ光に干渉することを抑制することで、造形品の品質を向上させることが可能な積層造形装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る積層造形装置によれば、上部に形成された上部開口部、及び前記上部の下方に位置する下部に形成された下部開口部を含む第１の側壁と、前記第１の側壁と対向して配置され、前記下部開口部と対向して形成された排出口を含む第２の側壁と、前記第１の側壁の上端から前記第２の側壁の上端に亘って設けられるとともに、レーザ光を透過可能な窓部を含む天板と、を有するとともに、内側に空間を区画するチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、上面側が造形エリアとされたステージと、前記チャンバ内に設けられ、前記ステージの上面に金属粉末を供給するリコータと、前記窓部を介して、前記ステージの上面に堆積された前記金属粉末に前記レーザ光を照射することで、造形品を造形するレーザ照射部と、前記下部開口部を介して、不活性ガスを前記チャンバ内に水平方向に前記排出口に向かって噴き出すとともに、該排出口から外れて前記第２の側壁に沿って上方へ向かい、前記天板に沿って前記第１の側壁に向かう方向に流れる前記不活性ガスの流れを形成する下部ノズルと、前記上部開口部を介して、前記不活性ガスを前記チャンバ内に噴き出す上部ノズルと、を備え、前記上部ノズルは、前記窓部に沿うように不活性ガスを噴き出す窓部用ノズルと、前記第１の側壁の上部から斜め下方向に不活性ガスを噴き出す斜めノズルと、を有し、前記斜めノズルの前記不活性ガスの少なくとも一部の噴き出し方向は、該噴き出された前記不活性ガスが、前記下部ノズルから噴き出した前記不活性ガスによって形成されている前記第１の側壁に向かう方向に流れる前記不活性ガスの流れと合流することで、前記レーザ光の光路から前記第２の側壁側に離れるように設定されている。
本発明によれば、窓部に沿うように不活性ガスを噴き出す窓部用ノズル（窓部の内面にヒュームが付着することを抑制するためのノズル）の他に、第１の側壁の上部から斜め下方向に不活性ガスを噴き出す斜めノズルを有することで、例えば、第１の側壁の上部から第２の側壁の下部に向かう方向に斜めノズルから不活性ガスを噴き出すことで、排出口から排出されないで、第２の側壁側からレーザ光に向かう方向に戻ろうとするヒュームを含んだ残留ガスをレーザ光の外側に導くことが可能となる。
これにより、ヒュームによりレーザ光が弱められることを抑制可能となるので、造形品の品質を向上させることができる。
また、例えば、斜めノズルを用いて、第１の側壁の上部からステージの上面に向かう方向に不活性ガスを噴出させることで、造形エリアの上面側においてヒュームを含んだ残留ガスの滞留の発生を抑制することが可能になるとともに、ヒュームを含んだガスが上方に移動することを抑制可能となる。
これにより、ヒュームによりレーザ光が弱められることを抑制可能となるので、造形品の品質を向上させることができる。
また、上記本発明の一態様に係る積層造形装置において、前記斜めノズルは、前記第１の側壁の上部から前記第２の側壁の下部に向かう第１の方向に延び、かつ不活性ガスが流れる流路を有し、前記第１の方向に不活性ガスを噴き出す第１のノズルと、前記第１の側壁の上部から前記ステージの上面に向かう第２の方向に延び、かつ不活性ガスが流れる流路を有し、前記第２の方向に不活性ガスを噴き出す第２のノズルと、を有してもよい。
このような構成とされた第１のノズルを有することで、第１のノズルから噴き出される不活性ガスにより、第２の側壁側からレーザ光に向かう方向に戻ろうとするヒュームを含んだガスをレーザ光と干渉しない領域に導くことが可能となる。
また、上記構成とされた第２のノズルを有することで、第２のノズルから噴き出される不活性ガスにより、造形エリアの上面側においてヒュームを含んだ残留ガスの滞留の発生を抑制することが可能になるとともに、ヒュームを含んだ残留ガスの上方への移動を抑制可することが可能となる。
したがって、上記構成とされた第１及び第２のノズルを有することで、ヒュームによりレーザ光が弱められることを抑制可能となるので、造形品の品質を向上させることができる。
また、本発明の一態様に係る積層造形装置によれば前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量は、前記第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び前記第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量よりも多くてもよい。
このように、第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量よりも窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量を多くすることで、第２の側壁側からレーザ光に向かう方向に戻ろうとするヒュームを含んだ残留ガスをレーザ光と干渉しない領域に導いて滞留させる効果を高めることができる。
また、本発明の一態様に係る積層造形装置によれば、前記第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量は、前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び前記第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量よりも多くてもよい。
このように、窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量よりも第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量を多くすることで、第２の側壁側からレーザ光に向かう方向に戻ろうとするヒュームを含んだ残留ガスをレーザ光と干渉しない領域に導いて滞留させる効果を高めることができる。
また、本発明の一態様に係る積層造形装置によれば、前記第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量は、前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び前記第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量よりも多くてもよい。
このように、第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量を、窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量よりも多くすることで、第２のノズルから噴き出される不活性ガスにより、造形エリアの上面側においてヒュームを含んだ残留ガスの滞留の発生を抑制する効果を高めることができる。
また、本発明の一態様に係る積層造形装置によれば、前記第１のノズル、前記第２のノズル、及び前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量を異ならせる流量変更手段を備え、前記流量変更手段は、前記第１のノズルの流路の高さ、前記第２のノズルの流路の高さ、及び前記窓部用ノズルの流路の高さを異ならせた構成を含んでもよい。
このように、第１のノズルの流路の高さ、第２のノズルの流路の高さ、及び窓部用ノズルの流路の高さを異ならせた構成を含む流量変更手段を備えることで、窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量、第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量を異ならせることができる。
また、本発明の一態様に係る積層造形装置によれば、前記第１のノズル、前記第２のノズル、及び前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスを異ならせる流量変更手段を備え、前記流量変更手段は、前記第１のノズルの流路、前記第２のノズルの流路、及び前記窓部用ノズルの流路のうち、少なくとも１つの流路を流れる不活性ガスに抵抗を付与する抵抗付与部を含んでもよい。
このように、第１のノズルの流路、第２のノズルの流路、及び窓部用ノズルの流路のうち、少なくとも１つの流路を流れる不活性ガスに抵抗を付与する抵抗付与部を含む流量変更手段を備えることで、窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量、第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量を異ならせることができる。
また、本発明の一態様に係る積層造形装置によれば、前記第１のノズル、前記第２のノズル、及び前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量を異ならせる流量変更手段を備え、前記流量変更手段は、前記第１のノズルの流路の高さ、前記第２のノズルの流路の高さ、及び前記窓部用ノズルの流路の高さを異ならせた構成と、前記第１のノズルの流路、前記第２のノズルの流路、及び前記窓部用ノズルの流路のうち、少なくとも１つの流路を流れる不活性ガスに抵抗を付与する抵抗付与部と、を含んでもよい。
このように、第１のノズルの流路の高さ、第２のノズルの流路の高さ、及び窓部用ノズルの流路の高さを異ならせた構成と、第１のノズルの流路、第２のノズルの流路、及び窓部用ノズルの流路のうち、少なくとも１つの流路を流れる不活性ガスに抵抗を付与する抵抗付与部と、を含む流量変更手段を備えることで、窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量、第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量を異ならせることができる。
また、本発明の一態様に係る積層造形装置によれば、前記天板の内面うち、前記第２の側壁側に位置する部分の内面と前記第２の側壁の内面の上部とで区画される角部に設けられ、前記窓部の内面と干渉しないように配置されたガイド部材を備え、前記ガイド部材は、前記チャンバが区画する前記空間に露出され、前記天板の内面と前記第２の側壁の内面とが形成する角に向かう方向に湾曲するとともに、前記窓部用ノズルから噴き出された不活性ガスが沿って流れるガイド面を有してもよい。
上記構成とされたガイド部材をチャンバ内の角部に配置させることで、チャンバ内の空間のうち、ガイド部材が配置された領域においてヒュームを含んだ残留ガスが滞留することを抑制できる。
また、窓部用ノズルから噴き出された不活性ガスを案内するガイド面を有することで、窓部用ノズルから噴き出された不活性ガスを用いて、レーザ光の外側で、かつ第２の側壁の下部付近にヒュームを含んだ残留ガスを滞留させることが可能となる。
これにより、ヒュームによりレーザ光が弱められることを抑制可能となるので、造形品の品質を向上させることができる。
本発明によれば、ヒュームを含んだ残留ガスとレーザ光との干渉を抑制することで、造形品の品質を向上させることができる。
本発明の第１の実施形態に係る積層造形装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 図１に示す天板を外した状態で、窓部用ノズルを上面側から平面視した図である。 図１に示す上部ノズルをＸＺ平面で切断した際の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る積層造形装置の概略構成を模式的に示す断面図である。
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１～図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る積層造形装置１０について説明する。
図１において、Ａは下部ノズル２１が不活性ガスを噴き出す方向（以下、「Ａ方向」という）、Ａ１は下部ノズル２１から噴き出された不活性ガスが流れる方向（以下、「Ａ１方向」という）をそれぞれ示している。
図１において、Ｂは窓部用ノズル４８が不活性ガスを噴き出す方向（以下、「Ｂ方向」という）、Ｂ１は窓部用ノズル４８から噴き出された不活性ガスが流れる方向（以下、「Ｂ１方向」という）をそれぞれ示している。
図１において、Ｃは第１のノズル６８が不活性ガスを噴き出す方向であるとともに、第１のノズル６８の流路６８Ａが延びる方向（以下、「第１の方向Ｃ」という）、Ｃ１は第１のノズル６８から噴き出された不活性ガスが流れる方向（以下、「Ｃ１方向」という）、Ｄは第２のノズル６９が不活性ガスを噴き出す方向であるとともに、第２のノズル６９の流路６９Ａが延びる方向（以下、「第２の方向Ｄ」という）、Ｄ１は第２のノズル６９から噴き出された不活性ガスが流れる方向（以下、「Ｄ１方向」という）をそれぞれ示している。
図１において、Ｅはヒュームを含んだ不活性ガスのうち、排出口３４Ａから排出されなかった残留ガスが流れる方向（以下、「Ｅ方向」という）、Ｆは窓部用ノズル４８から噴き出された不活性ガスにより、流れ方向が変更された後のヒュームを含む残留ガスが流れる方向（以下、「Ｆ方向」という）、Ｇは第１のノズル６８から噴き出された不活性ガスにより、Ｆ方向に流れる残留ガスの流れ方向が変更された後のヒュームを含む残留ガスの流れ方向（以下、「Ｇ方向」という）、Ｌはレーザ照射部１９から照射されたレーザ光をそれぞれ模式的に示している。
図１において、Ｘはチャンバ１１を構成する第１の側壁３３と第２の側壁３４とが対向する方向（チャンバ１１の奥行方向）、Ｚ方向はＸ方向に対して直交する鉛直方向をそれぞれ示している。
図２において、Ｙ方向は、Ｘ方向及びＺ方向に対して直交するとともに、チャンバ１１を構成する第３の側壁３５と第４の側壁３６とが対向する方向（チャンバ１１の幅方向）をそれぞれ示している。
図１～図３において、同一構成部分には、同一符号を付す。
積層造形装置１０は、チャンバ１１と、ステージ１３と、支持部材１５と、昇降駆動部（図示せず）と、リコータ１７と、レーザ照射部１９と、下部ノズル２１と、不活性ガス供給ライン２２，２５と、上部ノズル２４と、を有する。
チャンバ１１は、チャンバ本体２７と、昇降機構収容部２８と、を有する。チャンバ本体２７は、底板３１と、天板３２と、第１～第４の側壁３３～３６と、を有する。
底板３１は、中央部にステージ１３を収容するための開口部３１Ａが形成されている。
天板３２は、底板３１の上方に離れた状態で、Ｚ方向において底板３１と対向するように配置されている。天板３２は、中央部にレーザ光Ｌを透過可能な窓部３２Ａを有する。
窓部３２Ａの内面３２Ａａは、空間Ｓに露出されている。
第１～第４の側壁３３～３６は、底板３１と天板３２との間に配置されている。第１及び第２の側壁３３，３４は、互いに離れた状態で、Ｘ方向において対向配置されている。第１及び第２の側壁３３，３４の下端は、それぞれ底板３１の外周縁と接続されている。第１及び第２の側壁３３，３４の上端は、それぞれ天板３２の外周縁と接続されている。
第１の側壁３３には、下部開口部３３Ａ、及び上部開口部３３Ｂが形成されている。下部開口部３３Ａは、第１の側壁３３の下部のうち、底板３１に近い部分に形成されている。下部開口部３３Ａは、Ｙ方向に延在した矩形の開口部である。
上部開口部３３Ｂは、第１の側壁３３の上部のうち、天板３２に近い部分に形成されている。上部開口部３３Ｂは、Ｙ方向に延在した矩形の開口部である。
第２の側壁３４には、排出口３４Ａが形成されている。排出口３４Ａは、Ｙ方向に延びた矩形の開口部である。排出口３４Ａは、Ｘ方向において、下部開口部３３Ａと対向するように形成されている。
第３及び第４の側壁３５，３６は、互いに離れた状態で、Ｙ方向において対向配置されている。第３及び第４の側壁３５，３６の下端は、それぞれ底板３１の外周縁と接続されている。第３及び第４の側壁３５，３６の上端は、それぞれ天板３２の外周縁と接続されている。第３及び第４の側壁３５，３６のＸ方向一方側の端は、それぞれ第２の側壁３４と接続されている。第３及び第４の側壁３５，３６のＸ方向他方側の端は、それぞれ第１の側壁３３と接続されている。
上記構成とされた第１～第４の側壁３３～３６の上端は、天板３２と接続されている。これにより、天板３２は、第１の側壁３３の上端から第２の側壁３４の上端に亘って設けられている。
昇降機構収容部２８は、チャンバ本体２７の下方に配置されている。昇降機構収容部２８の上端は、底板３１の内縁と接続されている。昇降機構収容部２８は、その内側に柱状空間２８Ａを区画している。柱状空間２８Ａは、ステージ１３を収容可能な大きさとされている。
ステージ１３は、板状の部材であり、上面１３ａ及び下面１３ｂを有する。上面１３ａは、平面とされている。上面１３ａには、金属粉末が堆積された層（以下、「金属粉末層」という）１４が形成される。金属粉末層１４は、造形品を形成する際の材料となる。
ステージ１３は、金属粉末層１４に対してレーザ光Ｌが照射されて、金属粉末が溶融し、焼結した段階で、金属粉末を堆積させる層の厚さ分だけ下方に移動する。そして、新たな金属粉末層を形成させた後、該金属粉末層にレーザ光Ｌが照射して、金属粉末を溶融させ、金属粉末が焼結した段階で、金属粉末層の厚さ分だけ下方に移動する。
つまり、ステージ１３は、レーザ光Ｌによる加工が進むにつれて、少しずつ下方に移動する。
造形品が造形される造形エリアＲは、ステージ１３の上面１３ａ及びその上方の領域に配置されている。
支持部材１５は、一端がステージ１３の下面１３ｂ側と接続された状態で、ステージ１３の下方（Ｚ方向一方側）に延在している。
昇降駆動部（図示せず）は、支持部材１５をＺ方向に移動させるための駆動部である。
リコータ１７は、チャンバ本体２７内に収容されている。リコータ１７は、底板３１の上方に配置されている。リコータ１７は、Ｙ方向に移動可能な構成とされている。
リコータ１７は、Ｙ方向に移動しながらステージ１３上の造形エリアＲに金属粉末を落下させることで、金属粉末層を形成する。レーザ光Ｌの照射時において、リコータ１７は、造形エリアＲの外側で待機する。
レーザ照射部１９は、天板３２の窓部３２Ａ上方に配置されている。レーザ照射部１９は、レーザ光Ｌを照射する照射部１９Ａを有する。照射部１９Ａは，Ｚ方向において窓部３２Ａと対向するように配置されている。
上記構成とされたレーザ照射部１９は、ステージ１３の上面１３ａに形成された金属粉末層にレーザ光Ｌを照射することで、金属粉末を溶融させる。
造形品は、レーザ照射部１９から照射されたレーザ光Ｌにより溶融された金属粉末を固めることで造形される。
単位時間当たりの造形ボリュームを増加させるため、レーザ照射面積の拡大、レーザ操作速度の増大、あるいは、溶融、焼結量を増加させる。
下部ノズル２１は、ヘッダ部４１と、ノズル本体４３と、を有する。
ヘッダ部４１は、チャンバ１１を構成する第１の側壁３３の外側に配置されている。ヘッダ部４１は、Ｙ方向に延びている。
ヘッダ部４１は、Ｘ方向一方側に位置する部分がノズル本体４３と接続されており、Ｘ方向他方側が不活性ガス供給ライン２２と接続されている。
上記構成とされたヘッダ部４１は、不活性ガス供給ライン２２から供給された不活性ガス（例えば、Ａｒガス）をノズル本体４３に向かう方向に整流させた後、ノズル本体４３に供給する。
ノズル本体４３は、下部開口部３３Ａに挿入された状態でチャンバ本体２７に固定されている。ノズル本体４３の先端部４３Ａは、チャンバ本体２７内に配置され、不活性ガスを噴き出す噴出口４３ＡＢを有する。噴出口４３ＡＢは、排出口３４Ａを向くように配置されている。
噴出口４３ＡＢから噴き出された不活性ガスは、粉末積層部１４の上面１４ａに沿って排出口３４Ａに向かうＡ１方向に流れる。このとき、不活性ガスは、ヒュームとともにＡ１方向に流れる。
Ａ１方向に流れるヒュームを含んだ不活性ガスのうち、一部が排出口３４Ａからチャンバ本体２７の外に排出され、排出口３４Ａからチャンバ本体２７の外に排出されなかった残留ガスとしてＥ方向に流れる。
不活性ガス供給ライン２２は、チャンバ１１の外側に設けられている。不活性ガス供給ライン２２は、ヘッダ部４１内に不活性ガスを供給するためのラインである。
上部ノズル２４は、ヘッダ部４６と、ガス分配部４７と、窓部用ノズル４８と、斜めノズル５１と、メッシュ部材５５と、第１のメッシュ部材５６と、第２のメッシュ部材５７と、を有する。
ヘッダ部４６は、筐体６１と、不活性ガス案内部材６２と、整流用部材６３，６４と、を有する。
筐体６１は、上部開口部３３Ｂの外側に配置されており、Ｙ方向に延びている。Ｘ方向他方側に位置する筐体６１の端部は、不活性ガス供給ライン２５と接続されている。
不活性ガス案内部材６２は、筐体６１内に収容されている。不活性ガス案内部材６２は、Ｙ方向に延びている。不活性ガス案内部材６２は、その内側に不活性ガスが流れる流路６２Ａを有する。
Ｘ方向一方側に位置する不活性ガス案内部材６２の一方の端部は、ガス分配部４７の導入口４７Ａに不活性ガスを導入可能な状態で筐体６１と接続されている。
Ｘ方向他方側に位置する不活性ガス案内部材６２の他方の端部は、不活性ガス供給ライン２５の出口から供給される不活性ガスが流路６２Ａ内に流入可能な状態で筐体６１と接続されている。
整流用部材６３は、Ｘ方向において流路６２Ａと対向するように、不活性ガス案内部材６２に設けられている。整流用部材６３としては、例えば、金属メッシュ、多孔板、ハニカム構造体等を用いることが可能である。
整流用部材６４は、Ｘ方向において流路６２Ａと対向するように、不活性ガス案内部材６２に設けられている。整流用部材６４は、整流用部材６３とガス分配部４７との間に配置されている。整流用部材６４は、整流用部材６３の下流側に配置されている。整流用部材６４は、先に説明した整流用部材６３と同様な構成とされている。
上記構成とされた整流用部材６３，６４を有することで、ヘッダ部４６内に供給された不活性ガスの流速分布の均一化および流れ方向がＸ方向となるように整流することができる。
ガス分配部４７は、窓部用ノズル４８及び斜めノズル５１とヘッダ部４６との間に設けられている。ガス分配部４７は、Ｙ方向に延びている。
ガス分配部４７は、導入口４７Ａと、上部流路４７Ｂと、中部流路４７Ｃと、下部流路４７Ｄと、を有する。
導入口４７Ａは、Ｘ方向他方側において流路６２Ａの導出口６２ＡＢと連通しており、Ｘ方向一方側において上部流路４７Ｂ、中部流路４７Ｃ、及び下部流路４７Ｄの各入口と連通している。
中部流路４７Ｃは、Ｚ方向において上部流路４７Ｂと下部流路４７Ｄとの間に配置された流路である。上部流路４７Ｂは、中部流路４７Ｃの上に配置された流路である。下部流路４７Ｄは、中部流路４７Ｃの下に配置された流路である。
窓部用ノズル４８は、チャンバ本体２７内に配置されており、Ｂ方向（Ｘ方向）に延びている。窓部用ノズル４８は、Ｂ方向に延びる流路４８Ａを有する。
窓部用ノズル４８は、流路４８Ａの後端が上部流路４７Ｂの導出口と連通するように、ガス分配部４７に設けられている。
上記構成とされた窓部用ノズル４８は、流路４８Ａの噴き出し口（先端）から不活性ガスをＢ方向に噴き出す。
窓部用ノズル４８から噴き出された不活性ガスは、窓部３２Ａの内面３２Ａａに沿うように流れた後、第２の側壁３４に向かう斜め下方に流れる。つまり、窓部用ノズル４８から噴き出された不活性ガスは、天板３２に沿った方向（図１に示すＢ１方向）に流れる。
このとき、Ｂ１方向に流れる不活性ガスは、Ｅ方向に流れるヒュームを含む残留ガスをレーザ光Ｌの光路から離れるＦ方向に向かうようにガスの流れ方向を変える。
これにより、ヒュームを含んだ残留ガスがレーザ光Ｌの上部に干渉することを抑制可能（ヒュームによりレーザ光Ｌが弱められることを抑制可能）となるので、造形品の品質を向上させることができる。
斜めノズル５１は、第１のノズル６８と、第２のノズル６９と、を有する。
第１のノズル６８は、チャンバ本体２７内に配置されており、Ｘ方向及びＺ方向に対して傾斜する第１の方向Ｃ（第１の側壁３３の上部から第２の側壁３４の下部に向かう方向）に延びている。第１のノズル６８の軸線Ｏ１とＺ方向に延びる仮想直線Ｌ１とが成す角度は、角度θ１とされている。
第１のノズル６８は、第１の方向Ｃに延びる流路６８Ａを有する。Ｙ方向における第１のノズル６８の幅は、Ｙ方向におけるガス分配部４７の幅と等しくなるように構成されている。
第１のノズル６８は、流路６８Ａの後端が上部流路４７Ｃの導出口と連通するように、ガス分配部４７に設けられている。
上記構成とされた第１のノズル６８は、流路６８Ａの噴き出し口（先端）から不活性ガスを第１の方向Ｃに噴き出す。
第１のノズル６８から噴き出された不活性ガスは、第１の側壁３３の上部から第２の側壁３４の下部に向かうＣ１方向に流れる。
このとき、Ｃ１方向に流れる不活性ガスは、Ｆ方向に流れるヒュームを含む残留ガスをレーザ光Ｌの光路から離れるＧ方向に向かうようにガスの流れ方向を変える。
これにより、ヒュームを含んだ残留ガスがレーザ光Ｌの光路に干渉することを抑制可能（ヒュームによりレーザ光Ｌが弱められることを抑制可能）となるので、造形品の品質を向上させることができる。
なお、上述したＢ方向に不活性ガスを噴き出す窓部用ノズル４８と、第１の方向Ｃに不活性ガスを噴き出す第１のノズル６８と、を有することで、第２の側壁３４とレーザ光Ｌとの間に位置する空間Ｓでヒュームを含む不活性ガスを滞留させることが可能となる。
これにより、ヒュームを含む残留ガスとレーザ光Ｌとの干渉を抑制することが可能となるので、造形品の品質を向上させることができる。
第２のノズル６９は、チャンバ本体２７内に配置されており、Ｘ方向及びＺ方向に対して傾斜する第２の方向Ｄ（第１の側壁３３の上部からステージ１３の上面１３ａに向かう方向）に延びている。第２のノズル６９の軸線Ｏ２とＺ方向に延びる仮想直線Ｌ２とが成す角度は、角度θ１よりも小さい角度θ２とされている。
第２のノズル６９は、第２の方向Ｄに延びる流路６９Ａを有する。Ｙ方向における第２のノズル６９の幅は、Ｙ方向におけるガス分配部４７の幅と等しくなるように構成されている。
第２のノズル６９は、流路６９Ａの後端が中部流路４７Ｃの導出口と連通するように、ガス分配部４７に設けられている。
上記構成とされた第２のノズル６９は、流路６９Ａの噴き出し口（先端）から不活性ガスを第２の方向Ｄに噴き出す。
第２のノズル６９から噴き出された不活性ガスは、第１の側壁３３の上部からステージ１３の上面１３ａに向かうＤ１方向に流れる。
このとき、Ｄ１方向に流れる不活性ガスにより、Ａ１方向に流れるヒュームを含む不活性ガスの上方への移動を抑制することが可能になるとともに、造形エリアＲの上流側上部の領域にヒュームを含んだ残留ガスが滞留することを抑制可能となる。
これにより、ヒュームを含んだ残留ガスとレーザ光Ｌとの干渉を抑制することが可能となるので、造形品の品質を向上させることができる。
上述した窓部用ノズル４８、第１のノズル６８、及び第２のノズル６９の流路の高さは、例えば、同じ高さとすることが可能である。
整流用部材５５は、Ｂ方向において流路４８Ａと対向するように、窓部用ノズル４８に設けられている。整流用部材５５は、窓部用ノズル４８の中間位置に設けられている。
整流用部材５５は、金属メッシュ、多孔板、ハニカム構造体等で構成される。
整流用部材５５を有することで、整流用部材５５を通過後の不活性ガスが流れる方向をＢ方向に揃えることができる。
なお、整流用部材５５は、窓部用ノズル４８の噴き出し口よりも上流側に設けられていればよく、窓部用ノズル４８の中間位置に限定されない。
第１の整流用部材５６は、第１の方向Ｃにおいて流路６８Ａと対向するように、第１のノズル６８に設けられている。第１の整流用部材５６は、第１のノズル６８の中間位置に設けられている。第１の整流用部材５６は、先に説明した整流用部材５５と同様な構成とされている。
このような構成とされた第１の整流用部材５６を有することで、第１の整流用部材５６を通過後の不活性ガスが流れる方向を第１の方向Ｃに揃えることができる。
なお、第１の整流用部材５６は、第１のノズル６８の噴き出し口よりも上流側に設けられていればよく、第１のノズル６８の中間位置に限定されない。
第２の整流用部材５７は、第２の方向Ｄにおいて流路６９Ａと対向するように、第２のノズル６９に設けられている。第２の整流用部材５７は、第２のノズル６９の中間位置に設けられている。第２の整流用部材５７は、先に説明した整流用部材５５と同様な構成とされている。
このような構成とされた第２の整流用部材５７を有することで、第２の整流用部材５７を通過後の不活性ガスが流れる方向を第２の方向Ｄに揃えることができる。
なお、第２の整流用部材５７は、第２のノズル６９の噴き出し口よりも上流側に設けられていればよく、第２のノズル６９の中間位置に限定されない。
第１の実施形態の積層造形装置１０によれば、窓部３２Ａの内面３２Ａａに沿うように不活性ガスを噴き出す窓部用ノズル４８の他に、第１の側壁３３の上部から斜め下方向（第１の方向Ｃ）に不活性ガスを噴き出す第１のノズル６８を有することで、第１のノズル６８を介して、第１の側壁３３の上部から第２の側壁３４の下部に向かう方向に不活性ガスを流すことで、排出口３４Ａから排出されないで、第２の側壁３４側からレーザ光Ｌに向かう方向に戻ろうとするヒュームを含んだ残留ガスをレーザ光Ｌの光路の外側に導くことで、ヒュームを含んだ残留ガスとレーザ光Ｌとの干渉を抑制することが可能となる。
これにより、ヒュームによりレーザ光が弱められることを抑制可能となるので、造形品の品質を向上させることができる。
また、第１の側壁３３の上部からステージ１３の上面１３ａに向かう方向（第２の方向Ｄ）に不活性ガスを噴出させる第２のノズル６９を有することで、造形エリアＲの上面側においてヒュームを含んだガスの滞留の発生を抑制することが可能になるとともに、ヒュームを含んだ残留ガスが上方に移動することを抑制可能となる。
これにより、ヒュームによりレーザ光が弱められることを抑制可能となるので、造形品の品質を向上させることができる。
なお、第１の実施形態では、斜めノズル５１を２つのノズル（具体的には、第１及び第２のノズル６８，６９）で構成した場合を例に挙げて説明したが、斜めノズル５１を構成するノズルの数は、１つ以上であればよく、２つに限定されない。
また、第１の方向Ｃを決定する角度θ１、及び第２の方向Ｄを決定する角度θ２の大きさは、適宜設定することができる。
また、流量変更手段を設け、該流量変更手段により、窓部用ノズル４８から噴き出される不活性ガスの流量を、第１のノズル６８から噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズル６９から噴き出される不活性ガスの流量よりも多くしてもよい。
このように、第１のノズル６８から噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズル６９から噴き出される不活性ガスの流量よりも窓部用ノズル４８から噴き出される不活性ガスの流量を多くすることで、第２の側壁３４側からレーザ光Ｌに向かう方向に戻ろうとするヒュームを含んだ残留ガスをレーザ光Ｌと干渉しない領域に導いて滞留させる効果を高めることができる。
また、例えば、流量変更手段を設け、該流量変更手段により、第１のノズル６８から噴き出される不活性ガスの流量を、窓部用ノズル４８から噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズル６９から噴き出される不活性ガスの流量よりも多くしてもよい。
このように、窓部用ノズル４８から噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズル６９から噴き出される不活性ガスの流量よりも第１のノズル６８から噴き出される不活性ガスの流量を多くすることで、第２の側壁３４側からレーザ光Ｌに向かう方向に戻ろうとするヒュームを含んだ残留ガスをレーザ光Ｌと干渉しない領域に導いて滞留させる効果を高めることができる。
また、例えば、流量変更手段を設け、該流量変更手段により、第２のノズル６９から噴き出される不活性ガスの流量を、窓部用ノズル４８から噴き出される不活性ガスの流量、及び第１のノズル６８から噴き出される不活性ガスの流量よりも多くしてもよい。
このように、第２のノズル６９から噴き出される不活性ガスの流量を、窓部用ノズル４８から噴き出される不活性ガスの流量、及び第１のノズル６８から噴き出される不活性ガスの流量よりも多くすることで、第２のノズル６９から噴き出される不活性ガスにより、造形エリアＲの上面側においてヒュームを含んだ残留ガスの滞留の発生を抑制する効果を高めることができる。
上記流量変更手段は、例えば、第１のノズル６８の流路６８Ａの高さ、第２のノズル６９の流路６９Ａの高さ、及び窓部用ノズル４８の流路４８Ａの高さを異ならせた構成を含んでもよい。
このように、第１のノズル６８の流路６８Ａの高さ、第２のノズル６９の流路６９Ａの高さ、及び窓部用ノズル４８の流路４８Ａの高さを異ならせた構成を含む流量変更手段を備えることで、窓部用ノズル４８から噴き出される不活性ガスの流量、第１のノズル６８から噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズル６９から噴き出される不活性ガスの流量を異ならせることができる。
また、上記流量変更手段は、例えば、第１のノズル６８の流路６８Ａ、第２のノズル６９の流路６９Ａ、及び窓部用ノズル４８の流路４８Ａのうち、少なくとも１つの流路を流れる不活性ガスに抵抗を付与する抵抗付与部を含んでもよい。
このように、第１のノズル６８の流路６８Ａ、第２のノズル６９の流路６９Ａ、及び窓部用ノズル４８の流路４８Ａのうち、少なくとも１つの流路を流れる不活性ガスに抵抗を付与する抵抗付与部を含む流量変更手段を備えることで、窓部用ノズル４８から噴き出される不活性ガスの流量、第１のノズル６８から噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズル６９から噴き出される不活性ガスの流量を異ならせることができる。
抵抗付与部としては、金属メッシュ、多孔板、ハニカム等の整流用部材を用いることが可能である。該抵抗付与部には抵抗付与と整流の両方の効果を持たせることも可能である。
また、上記流量変更手段は、第１のノズル６８の流路６８Ａの高さ、第２のノズル６９の流路６９Ａの高さ、及び窓部用ノズル４８の流路４８Ａの高さを異ならせた構成と、第１のノズル６８の流路６８Ａ、第２のノズル６９の流路６９Ａ、及び窓部用ノズル４８の流路４８Ａのうち、少なくとも１つの流路を流れる不活性ガスに抵抗を付与する抵抗付与部と、を含んだ構成としてもよい。
このような構成とされた流量変更手段を備えることで、窓部用ノズル４８から噴き出される不活性ガスの流量、第１のノズル６８から噴き出される不活性ガスの流量、及び第２のノズル６９から噴き出される不活性ガスの流量を異ならせることができる。
（第２の実施形態）
図４を参照して、本発明の第２の実施形態に係る積層造形装置８０について説明する。図４において、図１に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
第２の実施形態の積層造形装置８０は、第１の実施形態の積層造形装置１０の構成に、さらにガイド部材８１を設けたこと以外は、積層造形装置１０と同様に構成されている。
ガイド部材８１は、天板３２の内面３２ａうち、第２の側壁３４側に位置する部分の内面と第２の側壁３４の上部の内面３４ａとで区画される角部８５に設けられている。
ガイド部材８１は、窓部３２Ａの内面３２Ａａと干渉しないように配置されている。ガイド部材８１は、ＸＺ平面に対して直交する方向（図２に示すＹ方向）に延びた部材である。
ガイド部材８１は、第１の面８１ａと、第２の面８１ｂと、ガイド面８１ｃと、を有する。第１の面８１ａは、Ｘ方向に対して直交する平面である。第１の面８１ａは、第２の側壁３４の内面３４ａの上部と接触している。
第２の面８１ｂは、Ｚ方向に対して直交する平面である。第２の面８１ｂは、天板３２の内面３２ａと接触している。
第２の面８１ｂのＸ方向一方側の端は、第１の面８１ａの上端と接続されている。
ガイド面８１ｃは、第１の面８１ａの下端と第２の面８１ｂのＸ方向他方側の端とを結ぶ面である。ガイド面８１ｃは、空間Ｓに露出された面である。
ガイド面８１ｃは、天板３２の内面３２ａと第２の側壁３４の内面３４ａとで形成される角８３に向かう方向に湾曲している。これにより、ガイド面８１ｃは、湾曲面とされている。ガイド面８１ｃは、窓部用ノズル４８から噴き出された不活性ガスが沿って流れる面である。
第２の実施形態の積層造形装置８０によれば、上記構成とされたガイド部材８１をチャンバ本体２７内の角部８５に設けることで、チャンバ本体２７内の空間Ｓのうち、ガイド部材８１が配置された領域にヒュームを含んだ残留ガスが滞留することを抑制できる。
また、窓部用ノズルから噴き出された不活性ガスを案内するガイド面を有することで、窓部用ノズル４８から噴き出された不活性ガスを用いて、レーザ光Ｌの外側で、かつ第２の側壁３４の下部付近にヒュームを含んだ残留ガスを滞留させることが可能となる。
これにより、ヒュームによりレーザ光が弱められることを抑制可能となるので、造形品の品質を向上させることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１０，８０…積層造形装置
１１…チャンバ
１３…ステージ
１３ａ，１４ａ…上面
１３ｂ…下面
１４…粉末積層部
１５…支持部材
１７…リコータ
１９…レーザ照射部
１９Ａ…照射部
２１…下部ノズル
２２，２５…不活性ガス供給ライン
２４…上部ノズル
２７…チャンバ本体
２８…昇降機構収容部
２８Ａ…柱状空間
３１…底板
３１Ａ…開口部
３２…天板
３２ａ，３２Ａａ，３４ａ…内面
３２Ａ…窓部
３３…第１の側壁
３３Ａ…下部開口部
３３Ｂ…上部開口部
３４…第２の側壁
３４Ａ…排出口
３５…第３の側壁
３６…第４の側壁
４１，４６…ヘッダ部
４３…ノズル本体
４３Ａ…先端部
４３ＡＢ…噴出口
４７…ガス分配部
４７Ａ…導入口
４７Ｂ…上部流路
４７Ｃ…中部流路
４７Ｄ…下部流路
４８…窓部用ノズル
４８Ａ，６２Ａ，６８Ａ，６９Ａ…流路
５１…斜めノズル
５５…メッシュ部材
５６…第１のメッシュ部材
５７…第２のメッシュ部材
６１…筐体
６２…不活性ガス案内部材
６２ＡＢ…導出口
６３，６４…整流用部材
６８…第１のノズル
６９…第２のノズル
８１…ガイド部材
８１ａ…第１の面
８１ｂ…第２の面
８１ｃ…ガイド面
８３…角
８５…角部
Ａ，Ａ１，Ｂ，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１，Ｅ，Ｆ，Ｇ…方向
Ｃ…第１の方向
Ｄ…第２の方向
Ｌ…レーザ光
Ｍ１，Ｍ２…仮想直線
Ｏ１，Ｏ２…軸線
Ｒ…造形エリア
Ｓ…空間
θ１，θ２…角度

Claims (9)

  1. 上部に形成された上部開口部、及び前記上部の下方に位置する下部に形成された下部開口部を含む第１の側壁と、前記第１の側壁と対向して配置され、前記下部開口部と対向して形成された排出口を含む第２の側壁と、前記第１の側壁の上端から前記第２の側壁の上端に亘って設けられるとともに、レーザ光を透過可能な窓部を含む天板と、を有するとともに、内側に空間を区画するチャンバと、
    前記チャンバ内に設けられ、上面側が造形エリアとされたステージと
    前記チャンバ内に設けられ、前記ステージの上面に金属粉末を供給するリコータと、
    前記窓部を介して、前記ステージの上面に堆積された前記金属粉末に前記レーザ光を照射することで、造形品を造形するレーザ照射部と、
    前記下部開口部を介して、不活性ガスを前記チャンバ内に水平方向に前記排出口に向かって噴き出すとともに、該排出口から外れて前記第２の側壁に沿って上方へ向かい、前記天板に沿って前記第１の側壁に向かう方向に流れる不活性ガスの流れを形成する下部ノズルと、
    前記上部開口部を介して、前記不活性ガスを前記チャンバ内に噴き出す上部ノズルと、
    を備え、
    前記上部ノズルは、前記窓部に沿うように不活性ガスを噴き出す窓部用ノズルと、
    前記第１の側壁の上部から斜め下方向に不活性ガスを噴き出す斜めノズルと、
    を有し、
    前記斜めノズルの不活性ガスの少なくとも一部の噴き出し方向は、該噴き出された不活性ガスが、前記下部ノズルから噴き出した不活性ガスによって形成されている前記第１の側壁に向かう方向に流れる不活性ガスの流れと合流することで、前記レーザ光の光路から前記第２の側壁側に離れるように設定されている積層造形装置。
  2. 前記斜めノズルは、前記第１の側壁の上部から前記第２の側壁の下部に向かう第１の方向に延び、かつ不活性ガスが流れる流路を有し、前記第１の方向に不活性ガスを噴き出す第１のノズルと、
    前記第１の側壁の上部から前記ステージの上面に向かう第２の方向に延び、かつ不活性ガスが流れる流路を有し、前記第２の方向に不活性ガスを噴き出す第２のノズルと、
    を有する請求項１記載の積層造形装置。
  3. 前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量は、前記第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び前記第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量よりも多い請求項２記載の積層造形装置。
  4. 前記第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量は、前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び前記第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量よりも多い請求項２記載の積層造形装置。
  5. 前記第２のノズルから噴き出される不活性ガスの流量は、前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量、及び前記第１のノズルから噴き出される不活性ガスの流量よりも多い請求項２記載の積層造形装置。
  6. 前記第１のノズル、前記第２のノズル、及び前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量を異ならせる流量変更手段を備え、
    前記流量変更手段は、前記第１のノズルの流路の高さ、前記第２のノズルの流路の高さ、及び前記窓部用ノズルの流路の高さを異ならせた構成を含む請求項３から５のうち、いずれか一項記載の積層造形装置。
  7. 前記第１のノズル、前記第２のノズル、及び前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスを異ならせる流量変更手段を備え、
    前記流量変更手段は、前記第１のノズルの流路、前記第２のノズルの流路、及び前記窓部用ノズルの流路のうち、少なくとも１つの流路を流れる不活性ガスに抵抗を付与する抵抗付与部を含む請求項３から５のうち、いずれか一項記載の積層造形装置。
  8. 前記第１のノズル、前記第２のノズル、及び前記窓部用ノズルから噴き出される不活性ガスの流量を異ならせる流量変更手段を備え、
    前記流量変更手段は、前記第１のノズルの流路の高さ、前記第２のノズルの流路の高さ、及び前記窓部用ノズルの流路の高さを異ならせた構成と、前記第１のノズルの流路、前記第２のノズルの流路、及び前記窓部用ノズルの流路のうち、少なくとも１つの流路を流れる不活性ガスに抵抗を付与する抵抗付与部と、を含む請求項３から５のうち、いずれか一項記載の積層造形装置。
  9. 前記天板の内面うち、前記第２の側壁側に位置する部分の内面と前記第２の側壁の内面の上部とで区画される角部に設けられ、前記窓部の内面と干渉しないように配置されたガイド部材を備え、
    前記ガイド部材は、前記チャンバが区画する前記空間に露出され、前記天板の内面と前記第２の側壁の内面とが形成する角に向かう方向に湾曲するとともに、前記窓部用ノズルから噴き出された不活性ガスが沿って流れるガイド面を有する請求項１から８のうち、いずれか一項記載の積層造形装置。
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