JP7457674B2 - 三次元積層造形装置 - Google Patents

Description

本発明は、三次元積層造形装置に関する。

近年、層状に敷き詰められた金属粉末に電子ビームを照射して金属粉末を溶融および凝固させるとともに、凝固させた層を順に積み重ねて三次元構造の造形物を形成する三次元積層造形装置が知られている。

この種の三次元積層造形装置では、電子ビームの照射によって個々の粉末粒子が帯電し、粉末同士がクーロン斥力によって煙状に飛散する現象、すなわちスモークと呼ばれる現象が発生することがある（特許文献１を参照）。

特開２０１９―７０５１号公報

三次元積層造形装置は、真空チャンバー内を真空ポンプにより真空状態に維持して造形物を造形する。このため、造形中にスモーク現象が発生すると、スモークによって飛散した粉末が真空ポンプに入り込み、真空ポンプに悪影響を与えるおそれがある。

また、真空ポンプへの粉末の侵入を抑制するために、真空ポンプの吸気側に、メッシュ状あるいは繊維状のフィルタを配置すると、フィルタの存在によって気体の流れが妨げられる。このため、排気効率が著しく低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、排気効率を極力低下させることなく、真空ポンプへの粉末の侵入を抑制することができる三次元積層造形装置を提供することにある。

本発明に係る三次元積層造形装置は、粉末が敷き詰められるステージと、ステージが内部に配置される真空チャンバーと、真空チャンバー内の気体を排気する真空ポンプと、真空ポンプの吸気側に配置された粉末捕捉装置と、を備える。粉末捕捉装置は、真空チャンバー側に位置する吸気部から真空ポンプ側に位置する排気部まで連続する気体流路を形成する複数の流路形成部を備える。複数の流路形成部は、吸気部から吸い込まれた粉末を衝突させて粉末を捕捉する第１捕捉部を有する第１流路形成部と、第１流路形成部を通過した粉末を衝突させて粉末を捕捉する第２捕捉部を有する第２流路形成部と、を少なくとも有する。複数の流路形成部は、接地部に電気的に接続されている。第１流路形成部は、吸気部と排気部とを結ぶ基準軸線に対して傾斜する複数の第１板状部によって構成されている。第２流路形成部は、基準軸線に対して第１板状部とは反対方向に傾斜する複数の第２板状部によって形成されている。第１板状部および第２板状部は、気体流路の側方から見てＶ字形に配置されている。

本発明によれば、排気効率を極力低下させることなく、真空ポンプへの粉末の侵入を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る三次元積層造形装置の構成を概略的に示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る三次元積層造形装置が備える粉末捕捉装置の構成を示す斜視図である。 図２に示す粉末捕捉装置の縦断面図である。 図３のＡ部を拡大した図である。 本発明の第１実施形態に係る粉末捕捉装置の一態様を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る三次元積層造形装置が備える粉末捕捉装置の構成を示す斜視図である。 図６に示す粉末捕捉装置の縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係る粉末捕捉装置の一態様を説明する図である。 本発明の第３実施形態に係る三次元積層造形装置が備える粉末捕捉装置の構成を示す斜視図である。 図９に示す粉末捕捉装置の縦断面図である。 図９に示す粉末捕捉装置の横断面図である。 本発明の第３実施形態に係る粉末捕捉装置の一態様を説明する図である。

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。本明細書および図面において、実質的に同一の機能または構成を有する要素については、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る三次元積層造形装置の構成を概略的に示す側面図である。以降の説明では、三次元積層造形装置の各部の形状や位置関係などを明確にするために、図１の左右方向をＸ方向、図１の奥行き方向をＹ方向、図１の上下方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する方向である。また、Ｘ方向およびＹ方向は水平方向に平行な方向であり、Ｚ方向は鉛直方向（垂直方向）に平行な方向である。

図１に示すように、三次元積層造形装置１０は、真空チャンバー１２と、真空ポンプ１３と、ビーム照射装置１４と、粉末供給装置１６と、造形テーブル１８と、造形ボックス２０と、回収ボックス２２と、ステージ２４と、ステージ移動装置２６と、粉末捕捉装置１００と、を備えている。

真空チャンバー１２は、密閉された空間を形成するチャンバーである。真空チャンバー１２が形成する空間には、造形物を造形するために必要な要素である粉末供給装置１６、造形テーブル１８、ステージ２４などが配置されている。

真空ポンプ１３は、真空チャンバー１２内の気体（空気を含む）を排気するポンプである。真空ポンプ１３は、少なくとも造形中は作動状態に維持される。造形中とは、造形物の造形を開始してから終了するまでの期間をいう。真空ポンプ１３の駆動は、図示しない排気制御部によって制御される。本実施形態においては、一例として、真空ポンプ１３が、粗引き用ポンプ１３１とメインポンプ１３２とによって構成されている。

粗引き用ポンプ１３１は、真空チャンバー１２内を大気圧から第１の真空度まで排気するポンプである。粗引き用ポンプ１３１は、補助ポンプとも呼ばれる。メインポンプ１３２は、真空チャンバー１２内を第１の真空度から、これよりも真空度が高い第２の真空度まで排気するためのポンプである。第２の真空度は、真空チャンバー１２内で造形物を造形するのに必要な真空度である。粗引き用ポンプ１３１は、たとえば油回転ポンプによって構成され、メインポンプ１３２は、たとえばターボ分子ポンプによって構成される。

粗引き用ポンプ１３１とメインポンプ１３２は、排気管３５によって接続されている。排気管３５の一端部３５ａはメインポンプ１３２の排気口（不図示）に接続され、排気管３５の他端部３５ｂは粗引き用ポンプ１３１の吸気口（不図示）に接続されている。排気管３５には分岐部３６が設けられている。排気管３５の分岐部３６には排気管３７が接続されている。排気管３７の一端部３７ａは真空チャンバー１２に接続され、排気管３７の他端部３７ｂは分岐部３６で排気管３５に接続されている。

ビーム照射装置１４は、造形面３２ａに向かって電子ビーム１５を照射する装置である。造形面３２ａは、ステージ２４の上に敷き詰められる金属粉末３２の上面に相当する。ビーム照射装置１４は、図示はしないが、電子ビームの発生源となる電子銃と、電子銃が発生した電子ビームを制御する光学系とを備える。光学系は、集束レンズ、対物レンズ、偏向レンズなどを備える。集束レンズは、電子銃が発生する電子ビーム１５を集束させるレンズである。対物レンズは、集束レンズで集束させた電子ビーム１５を造形面３２ａの近傍に合焦させるためのレンズである。偏向レンズは、電子ビーム１５を造形面３２ａ上で走査させるために電子ビーム１５を偏向するレンズである。

粉末供給装置１６は、造形物の原材料となる金属粉末３２を造形テーブル１８上に供給する装置である。粉末供給装置１６は、ホッパー１６ａと、粉末投下器１６ｂと、アーム１６ｃとを有している。ホッパー１６ａは、金属粉末を貯蔵するための容器である。粉末投下器１６ｂは、ホッパー１６ａに貯蔵されている金属粉末を造形テーブル１８上に投下する機器である。アーム１６ｃは、Ｙ方向に長い長尺状の部材である。アーム１６ｃは、粉末投下器１６ｂによって投下された金属粉末を、造形テーブル１８およびステージ２４の上に敷き詰める。アーム１６ｃは、造形テーブル１８およびステージ２４の全面に金属粉末を均一に敷き詰めるために、Ｘ方向に移動可能に設けられている。

造形テーブル１８は、真空チャンバー１２の内部に水平に配置されている。造形テーブル１８は、粉末供給装置１６よりも下方に配置されている。造形テーブル１８の中央部は開口している。造形テーブル１８の開口形状は、平面視円形または平面視角形である。

造形ボックス２０は、造形用の空間を形成するボックスである。造形ボックス２０は、筒状に形成されている。造形ボックス２０は、ステージ２４を囲む状態に配置されている。造形ボックス２０の横断面形状は、造形テーブル１８の開口形状と同じ形状である。たとえば、造形テーブル１８の開口形状が平面視円形であれば、造形ボックス２０の横断面形状は円形となり、造形テーブル１８の開口形状が平面角形であれば、造形ボックス２０の横断面形状は角形となる。本実施形態では、一例として、造形テーブル１８の開口形状が平面視円形であるものとする。

回収ボックス２２は、粉末供給装置１６によって造形テーブル１８上に供給された金属粉末３２のうち、余剰の金属粉末３２を回収するボックスである。回収ボックス２２は、Ｘ方向の一方と他方に１個ずつ設けられている。

ステージ２４は、真空チャンバー１２の内部に水平に配置されている。ステージ２４は、上下方向（Ｚ方向）に移動可能に設けられている。ステージ２４は、造形ボックス２０の内周面に沿って上下方向に摺動する。ステージ２４の外周部にはシール部材２８が取り付けられている。シール部材２８は、ステージ２４の外周部と造形ボックス２０の内周面との間で、摺動性および密閉性を保持する部材である。シール部材２８は、耐熱性および弾力性を有する材料によって構成される。

ステージ移動装置２６は、ステージ２４を上下方向に移動させる装置である。ステージ移動装置２６は、シャフト２６ａと、駆動機構部２６ｂとを備えている。シャフト２６ａは、ステージ２４の下面に接続されている。駆動機構部２６ｂは、図示しないモータと動力伝達機構とを備え、モータを駆動源として動力伝達機構を駆動することにより、ステージ２４をシャフト２６ａと一体に上下方向に移動させる。動力伝達機構は、たとえば、ラックアンドピニオン機構、ボールネジ機構などによって構成される。

粉末捕捉装置１００は、真空チャンバー１２内に浮遊する金属粉末３２を捕捉する装置である。粉末捕捉装置１００は、真空ポンプ１３の吸気側、より具体的にはメインポンプ１３２の吸気側に配置されている。粉末捕捉装置１００の構成については、後段で詳しく説明する。

続いて、上記構成からなる三次元積層造形装置１０を用いて三次元構造の造形物を形成する場合の基本的な手順について説明する。
まず、造形物の造形を開始する場合は、それに先立って排気制御部（不図示）が真空ポンプ１３を作動させることにより、真空チャンバー１２内の空間を真空状態にする必要がある。その際、排気制御部は、粗引き用ポンプ１３１を先に作動させ、次いでメインポンプ１３２を作動させる。以下、詳しく説明する。

まず、排気制御部は、粗引き用ポンプ１３１を作動させて真空チャンバー１２内の気体を吸引することにより、真空チャンバー１２内を大気圧から第１の真空度まで排気する。このとき、真空チャンバー１２内の気体は、排気管３７、分岐部３６および排気管３５を通して粗引き用ポンプ１３１に吸引され、粗引き用ポンプ１３１の排気口から排出される。

次に、排気制御部は、粗引き用ポンプ１３１を作動させたまま、メインポンプ１３２を作動させて真空チャンバー１２内の気体を吸引することにより、真空チャンバー１２内を第１の真空度から第２の真空度まで排気する。このとき、真空チャンバー１２内の気体は、粉末捕捉装置１００を通してメインポンプ１３２に吸引され、メインポンプ１３２の排気口から排出される。さらに、メインポンプ１３２の排気口から排出された気体は、排気管３５を通して粗引き用ポンプ１３１に吸引され、粗引き用ポンプ１３１の排気口から排出される。以後、排気制御部は、造形物の造形を開始してから終了するまでの間、粗引き用ポンプ１３１およびメインポンプ１３２を共に作動状態に維持する。造形中に粗引き用ポンプ１３１を作動させる理由は、メインポンプ１３２の背圧を所定のレベルに維持するためである。

上述のように真空チャンバー１２内を真空状態にして造形物を造形する場合は、ステージ２４の上面を造形テーブル１８の上面よりも下げた状態で、ステージ２４の上に金属粉末３２を層状に敷き詰める。このとき、粉末供給装置１６は次のように動作する。まず、ホッパー１６ａに貯蔵されている金属粉末を粉末投下器１６ｂにて計量することにより、予め決められた量の金属粉末３２を粉末投下器１６ｂから造形テーブル１８上に投下する。次に、アーム１６ｃは、Ｘ方向に往復移動する。具体的には、アーム１６ｃは、ホームポジションＨＰから折り返しポジションＴＰへと移動した後、折り返しポジションＴＰからホームポジションＨＰへと戻る。これにより、造形テーブル１８およびステージ２４の全面に金属粉末３２が均一に敷き詰められる。また、余分な金属粉末３２は、回収ボックス２２に回収される。

次に、ビーム照射装置１４は、金属粉末３２の上面（造形面３２ａ）に電子ビーム１５を照射することにより、金属粉末３２を仮焼結させる。このとき、ビーム照射装置１４は、目的とする造形物よりも広範囲に電子ビーム１５を照射するとともに、金属粉末３２が過度に加熱されないように電子ビーム１５をデフォーカスさせる。

次に、ビーム照射装置１４は、金属粉末３２の上面に電子ビーム１５を照射することにより、仮焼結体としての金属粉末３２を溶融および凝固させる。この工程は本焼結工程とも呼ばれる。本焼結工程において、ビーム照射装置１４は、目的とする造形物の三次元ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データを一定の厚みにスライスした二次元データに基づいて電子ビーム１５を走査することにより、ステージ２４上の金属粉末３２を選択的に溶融する。電子ビーム１５の照射によって溶融した金属粉末３２は、電子ビーム１５が通過した後に凝固する。

次に、ビーム照射装置１４は、次層の金属粉末３２を敷き詰めるための準備として、金属粉末３２の上面に電子ビーム１５を照射することにより、金属粉末３２を予備加熱する。このとき、ビーム照射装置１４は、電子ビーム１５をデフォーカスさせる。

次に、ステージ移動装置２６は、ステージ２４を所定量だけ下降させる。所定量は、造形物を積層によって造形するときの一層分の厚さに相当する。

以降は、造形物の造形が終了するまで上記動作を繰り返す。造形物の造形は、造形物の造形に必要な層の数だけ金属粉末３２の溶融および凝固が行なわれた段階で終了となる。これにより、目的とする造形物が得られる。

三次元積層造形装置１０においては、造形中にスモーク現象が発生することがある。スモーク現象は、ステージ２４上に敷き詰められた金属粉末３２に電子ビーム１５を照射した際に、クーロン斥力によって金属粉末３２が煙状に飛散し、真空チャンバー１２内に金属粉末３２が浮遊する現象である。造形中にスモーク現象が発生すると、真空チャンバー１２内に浮遊する金属粉末３２が真空ポンプ１３に吸い込まれ、真空ポンプ１３に悪影響を与える恐れがある。具体的には、金属粉末３２がメインポンプ１３２に吸い込まれると、メインポンプ１３２に内蔵された高速回転中の羽に金属粉末３２が当たって羽が摩耗する恐れがある。また、金属粉末３２が粗引き用ポンプ１３１に吸い込まれると、粗引き用ポンプ１３１の動作油に金属粉末３２が混じり込んで粗引き用ポンプ１３１の円滑な動作を妨げる恐れがある。そこで本実施形態においては、真空チャンバー１２とメインポンプ１３２との間に粉末捕捉装置１００を設けた構成を採用している。以下、粉末捕捉装置１００の構成について詳しく説明する。

図２は、本発明の第１実施形態に係る三次元積層造形装置が備える粉末捕捉装置の構成を示す斜視図である。また、図３は、図２に示す粉末捕捉装置の縦断面図であり、図４は、図３のＡ部を拡大した図である。
図２～図４に示すように、粉末捕捉装置１００は、第１流路形成部１０１と、第２流路形成部１０２と、支持枠１０３と、フランジ１０４と、を備えている。なお、図２においては、第１流路形成部１０１と第２流路形成部１０２の構造を確認できるように、支持枠１０３を透明にしている。

（第１流路形成部１０１および第２流路形成部１０２）
第１流路形成部１０１および第２流路形成部１０２は、図３および図４に示すように、吸気部１０５から排気部１０６まで連続する気体流路１０７を形成している。吸気部１０５は、真空チャンバー１２側に位置する部分である。排気部１０６は、メインポンプ１３２側に位置する部分である。気体流路１０７は、メインポンプ１３２の作動によって真空チャンバー１２内の気体を排気するときに、真空チャンバー１２からメインポンプ１３２へと吸い込まれる気体が流れる部分である。気体流路１０７が連続する状態とは、気体流路１０７の途中に気体の流れを妨げる障害物が存在せず、気体流路１０７が吸気部１０５から排気部１０６まで連通している状態をいう。気体の流れを妨げる障害物としては、たとえば、メッシュ状や繊維状などの多孔質体が考えられる。

第１流路形成部１０１は、複数の第１板状部１１１によって構成され、第２流路形成部１０２は、複数の第２板状部１１２によって構成されている。各々の第１板状部１１１は、吸気部１０５と排気部１０６とを結ぶ基準軸線Ｋ１（図３参照）に対して図３の左上がりに傾斜し、各々の第２板状部１１２は、基準軸線Ｋ１に対して図３の右上がりに傾斜している。つまり、第１板状部１１１および第２板状部１１２は、基準軸線Ｋ１に対して互いに反対方向に傾斜している。また、第１板状部１１１および第２板状部１１２は、気体流路１０７の側方（図２のＹ方向）から見てＶ字形に配置されている。基準軸線Ｋ１は、Ｘ方向に平行な軸線である。

図４に示すように、第１板状部１１１の主表面である上面１１１ａおよび下面１１１ｂは、表裏の位置関係になっており、第２板状部１１２の主表面である上面１１２ａおよび下面１１２ｂも、表裏の位置関係になっている。第１板状部１１１の上面１１１ａおよび下面１１１ｂは、それぞれ第１捕捉部に相当する。第１捕捉部は、吸気部から吸い込まれた粉末を衝突させて粉末を捕捉する部分である。第２板状部１１２の上面１１２ａおよび下面１１２ｂは、それぞれ第２捕捉部に相当する。第２捕捉部は、第１捕捉部よりも気体流路の下流側に位置し、第１流路形成部を通過した粉末を衝突させて粉末を捕捉する部分である。

また、第１板状部１１１および第２板状部１１２は、Ｚ方向に所定の間隔をあけて複数段に配置されている。そして、Ｚ方向の上から数えてＭ段目（Ｍは自然数）に配置された第１板状部１１１および第２板状部１１２と、これに隣り合うＭ+１段目に配置された第１板状部１１１および第２板状部１１２との間に、１つずつ気体流路１０７が形成されている。つまり、気体流路１０７は、第１板状部１１１および第２板状部１１２と同様に、Ｚ方向に複数段にわたって形成されている。

また、第１板状部１１１および第２板状部１１２は、金属粉末３２を下段に落とし込むための落とし込み部１１５（図４参照）を有する。落とし込み部１１５は、第１板状部１１１および第２板状部１１２の境界部となるＶ字形の屈曲部に設けられている。落とし込み部１１５は、好ましくは、Ｙ方向に長いスリット状に形成される。また、落とし込み部１１５は、最下段に配置された第１板状部１１１および第２板状部１１２には設けられず、最下段よりも上段に位置する第１板状部１１１および第２板状部１１２に設けられている。

（支持枠１０３）
支持枠１０３は、第１流路形成部１０１を構成する複数の第１板状部１１１と、第２流路形成部１０２を構成する複数の第２板状部１１２とを支持する部材である。複数の第１板状部１１１と複数の第２板状部１１２は、それぞれ支持枠１０３の内側に取り付けられている。支持枠１０３は、複数の第１板状部１１１と複数の第２板状部１１２を３方向または４方向から取り囲むように、Ｘ方向から見て横Ｕ字形または四角形に形成されている。

（フランジ１０４）
フランジ１０４は、粉末捕捉装置１００を図示しない排気管に取り付けるための部材である。粉末捕捉装置１００が取り付けられる排気管は、真空チャンバー１２とメインポンプ１３２とを接続する排気管である。フランジ１０４は、Ｚ方向に長い板状に形成されている。フランジ１０４には複数の取付孔１０４ａが設けられている。取付孔１０４ａは、図示しない排気管にフランジ１０４をネジ止めによって固定状態に取り付けるための孔である。図示しない排気管には、第１流路形成部１０１、第２流路形成部１０２および支持枠１０３を抜き差し可能な長方形の開口部が設けられ、フランジ１０４は、この開口部を塞ぐように排気管に取り付けられる。

粉末捕捉装置１００を図示しない排気管に取り付けた場合、吸気部１０５は真空チャンバー１２側を向いて配置され、排気部１０６はメインポンプ１３２側を向いて配置される。また、第１流路形成部１０１と第２流路形成部１０２は、図示しない排気管の内部に配置され、支持枠１０３は、図示しない排気管の内壁面に接触した状態で配置される。これにより、メインポンプ１３２の作動によって排気管を流れる気体は、粉末捕捉装置１００の気体流路１０７を通過することになる。

上述した第１流路形成部１０１、第２流路形成部１０２、支持枠１０３およびフランジ１０４は、いずれも金属材料（たとえば、ステンレス鋼など）によって構成されるとともに、互いに物理的接触によって電気的につながっている。また、第１流路形成部１０１および第２流路形成部１０２は、支持枠１０３およびフランジ１０４を介して接地部１１７（図２参照）に電気的に接続されている。なお、第１流路形成部１０１および第２流路形成部１０２については、支持枠１０３およびフランジ１０４を介さずに直接、接地部１１７に電気的に接続してもよい。

続いて、上記構成からなる粉末捕捉装置１００の機能について説明する。
粉末捕捉装置１００は、主に２つの機能を有する。１つは通気機能であり、もう１つは粉末捕捉機能である。以下、各々の機能について説明する。

（通気機能）
真空チャンバー１２内の気体を真空ポンプ１３によって排気する場合に、真空チャンバー１２内の気体は、粉末捕捉装置１００を通してメインポンプ１３２に吸引され、メインポンプ１３２の排気口から排出される。その際、粉末捕捉装置１００が配置された部分では、気体が、吸気部１０５から排気部１０６に向かって流れる。また、気体は、Ｚ方向に複数段に形成された気体流路１０７を通って流れる。本実施形態においては、気体流路１０７が吸気部１０５から排気部１０６まで連続している。このため、気体流路１０７を通過する気体の流れが妨げられることがない。よって、真空チャンバー１２内の気体を効率良く排気することができる。

（粉末捕捉機能）
造形中にスモーク現象が発生すると、真空チャンバー１２内に浮遊する金属粉末３２が、真空ポンプ１３（主にメインポンプ１３２）の吸引力により、粉末捕捉装置１００に向かって移動する場合がある。その場合、金属粉末３２は、粉末捕捉装置１００に向かって直線的に移動する。具体例として、図４に示すように、金属粉末３２が粉末捕捉装置１００に向かってＢ１方向に移動した場合、この金属粉末３２は、第１板状部１１１の下面１１１ｂに衝突する。これにより、金属粉末３２の運動エネルギーが失われる。このため、第１流路形成部１０１において、金属粉末３２を捕捉することができる。また、図示はしないが、粉末捕捉装置１００に向かって移動する金属粉末３２の向きによっては、金属粉末３２が、第１流路形成部１０１を通過する場合がある。しかし、第１流路形成部１０１を通過した金属粉末３２は、第２板状部１１２の上面１１２ａに衝突し、これによって金属粉末３２の運動エネルギーが失われる。このため、第２流路形成部１０２において、金属粉末３２を捕捉することができる。

このように、粉末捕捉装置１００は、第１板状部１１１または第２板状部１１２との衝突によって金属粉末３２を捕捉する。このため、メインポンプ１３２の吸気側に粉末捕捉装置１００を配置することにより、メインポンプ１３２への金属粉末３２の侵入を抑制することができる。また、粗引き用ポンプ１３１はメインポンプ１３２の排気側に配置されているため、上述のように粉末捕捉装置１００によって金属粉末３２を捕捉することにより、粗引き用ポンプ１３１への金属粉末３２の侵入を抑制することができる。

本実施形態に係る粉末捕捉装置１００は、上述した２つの機能により、排気効率を極力低下させることなく、真空ポンプ１３への粉末の侵入を抑制することができる。
また、本実施形態においては、吸気部１０５と排気部１０６とを結ぶ基準軸線Ｋ１に対して、第１板状部１１１と第２板状部１１２を互いに異なる方向に傾斜させている。このため、気体の流れを妨げることなく、第１板状部１１１または第２板状部１１２に金属粉末３２を衝突させることができる。
また、本実施形態においては、第１板状部１１１と第２板状部１１２をＶ字形に配置している。このため、第１板状部１１１または第２板状部１１２との衝突によって捕捉した金属粉末３２を、真空チャンバー１２側またはメインポンプ１３２側に転がり落とすことなく、粉末捕捉装置１００内にとどめることができる。

また、本実施形態に係る粉末捕捉装置１００は、第１板状部１１１または第２板状部１１２との衝突によって捕捉した金属粉末３２を下段へと落とし込むための落とし込み部１１５を有する。このため、上記図４に示すように、第１板状部１１１の下面１１１ｂに衝突した金属粉末３２は、Ｂ２方向に落下した後、第１板状部１１１の上面１１１ａに沿ってＢ３方向に移動し、落とし込み部１１５を通してＢ４方向に落下する。また、図示はしないが、第１流路形成部１０１を通過して第２板状部１１２の上面１１２ａに衝突した金属粉末３２は、第２板状部１１２の上面１１２ａに沿って移動した後、落とし込み部１１５を通して落下する。したがって、第１板状部１１１または第２板状部１１２との衝突によって捕捉した金属粉末３２を、下段（本実施形態では最下段）に配置された第１板状部１１１および第２板状部１１２の境界部（屈曲部）に集めることができる。その結果、捕捉した金属粉末３２の回収作業や、回収後の清掃作業を容易に行うことができる。

また、粉末捕捉装置１００に向かって移動する金属粉末３２は、図４に示すＢ１方向に限らず、Ｚ方向の任意の位置から任意の角度で進入する。そこで本実施形態においては、好ましい一態様として、複数の第１板状部１１１および複数の第２板状部１１２を、対面が直線的に見込めない状態で配置している。この点について図５を用いて説明する。

まず、対面が直線的に見込めない状態とは、図５に示すように、吸気部１０５と排気部１０６とを結ぶ任意の直線上に、第１板状部１１１および第２板状部１１２のうち少なくともいずれか１つの板状部が存在する状態をいう。図５においては、任意の直線の一例として、５つの直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５を示している。５つの直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、吸気部１０５側において、Ｚ方向の位置が互いに異なる直線である。また、５つの直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５は、上記基準軸線Ｋ１（図３参照）とのなす角度が、互いに異なる直線である。

まず、直線Ｌ１上には、第１板状部１１１が存在せず、第２板状部１１２のみが存在している。このため、直線Ｌ１に沿って進入する金属粉末３２は、第１流路形成部１０１を通過した後、第２板状部１１２に衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ２上には、第２板状部１１２が存在せず、第１板状部１１１のみが存在している。このため、直線Ｌ２に沿って進入する金属粉末３２は、第１板状部１１１に衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ３上には第１板状部１１１および第２板状部１１２が存在している。このため、直線Ｌ３に沿って進入する金属粉末３２は、第１板状部１１１に衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ４上には、第１板状部１１１が存在せず、第２板状部１１２のみが存在している。このため、直線Ｌ４に沿って進入する金属粉末３２は、第１流路形成部１０１を通過した後、第２板状部１１２に衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ５上には、第２板状部１１２が存在せず、第１板状部１１１のみが存在している。このため、直線Ｌ５に沿って進入する金属粉末３２は、第１板状部１１１に衝突することによって捕捉される。

このように本実施形態においては、吸気部１０５と排気部１０６とを結ぶ任意の直線上に、第１板状部１１１および第２板状部１１２のうち少なくともいずれか１つの板状部が存在する。このため、粉末捕捉装置１００に対して任意の方向から進入する金属粉末３２を、第１板状部１１１または第２板状部１１２との衝突によって確実に捕捉することができる。

また、本実施形態においては、第１流路形成部１０１および第２流路形成部１０２が、支持枠１０３およびフランジ１０４を介して、接地部１１７に電気的に接続されている。このため、第１板状部１１１または第２板状部１１２に金属粉末３２を衝突させることにより、金属粉末３２の電荷を取り除くことができる。また、第１板状部１１１および第２板状部１１２が、金属粉末３２との衝突によって帯電しないよう、接地部１１７に電荷を逃がすことができる。

＜第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態は、上述した第１実施形態と比較して、粉末捕捉装置の構成が異なる。
図６は、本発明の第２実施形態に係る三次元積層造形装置が備える粉末捕捉装置の構成を示す斜視図であり、図７は、図６に示す粉末捕捉装置の縦断面図である。

図６および図７に示すように、粉末捕捉装置２００は、第１流路形成部２０１と、第２流路形成部２０２と、第３流路形成部２０３と、支持枠２０４と、フランジ２０５と、を備えている。なお、図６においては、第１流路形成部２０１と第２流路形成部２０２と第３流路形成部２０３の構造を確認できるように、支持枠２０４を透明にしている。

（第１流路形成部２０１、第２流路形成部２０２および第３流路形成部２０３）
第１流路形成部２０１、第２流路形成部２０２および第３流路形成部２０３は、図７に示すように、真空チャンバー１２側に位置する吸気部２０６からメインポンプ１３２側に位置する排気部２０７まで連続する気体流路２０８を形成している。気体流路２０８は、メインポンプ１３２の作動によって真空チャンバー１２内の気体を排気するときに、真空チャンバー１２からメインポンプ１３２へと吸い込まれる気体が流れる部分である。

第１流路形成部２０１は、１つの第１板状部２１１によって構成され、第２流路形成部２０２は、１つの第２板状部２１２によって構成され、第３流路形成部２０３は、１つの第３板状部２１３によって構成されている。各々の板状部２１１，２１２，２１３は、いずれもＸ方向（正面）から見て長方形に形成されている。第１板状部２１１、第２板状部２１２および第３板状部２１３は、Ｘ方向に所定の間隔をあけて配置されている。また、第１板状部２１１および第３板状部２１３は、支持枠２０４の下辺部２０４ｂから垂直に起立した状態で配置され、第２板状部２１２は、支持枠２０４の上辺部２０４ａから垂直に垂下した状態で配置されている。

第１板状部２１１は、吸気部２０６と排気部２０７とを結ぶ基準軸線Ｋ２（図７参照）と直交する向きに配置されるとともに、基準軸線Ｋ２と直交する方向であるＺ方向で下側に片寄せして配置されている。基準軸線Ｋ２と直交する向きとは、ＹＺ平面と平行な状態をいう。また、第１板状部２１１は、図７に示すように、Ｚ方向における第１板状部２１１の片寄せ方向とは反対側である上側に、第１通気部２２１を形成している。第１通気部２２１は、第１流路形成部２０１において、気体の流通を許容する部分である。第１通気部２２１は、第１板状部２１１の上端部とこれに対向する支持枠２０４の上辺部２０４ａとの間に形成されている。第１板状部２１１の主表面２１１ａは、吸気部２０６側を向いて配置されている。第１板状部２１１の主表面２１１ａは、第１捕捉部に相当する。第１捕捉部は、吸気部から吸い込まれた粉末を衝突させて粉末を捕捉する部分である。

第２板状部２１２は、第１板状部２１１よりも気体流路２０８の下流側に配置されている。第２板状部２１２は、Ｚ方向で第１板状部２１１と反対側、すなわち上側に片寄せして配置されている。そして、第２板状部２１２は、図７に示すように、Ｚ方向における第２板状部２１２の片寄せ方向とは反対側である下側に、第２通気部２２２を形成している。第２通気部２２２は、第２流路形成部２０２において、気体の流通を許容する部分である。第２通気部２２２は、第２板状部２１２の下端部とこれに対向する支持枠２０４の下辺部２０４ｂとの間に形成されている。また、第２板状部２１２の下端部は、第１板状部２１１の上端部よりも下方に位置している。これにより、第１板状部２１１と第２板状部２１２は、Ｚ方向で部分的に重なった状態に配置されている。第２板状部２１２の主表面２１２ａは、吸気部２０６側を向いて配置されている。第２板状部２１２の主表面２１２ａは、第２捕捉部に相当する。第２捕捉部は、第１捕捉部よりも気体流路の下流側に位置し、第１流路形成部を通過した粉末を衝突させて粉末を捕捉する部分である。

第３板状部２１３は、第２板状部２１２よりも気体流路２０８の下流側に配置されている。第３板状部２１３は、Ｚ方向で第２板状部２１２と反対側、すなわち下側に片寄せして配置されている。そして、第３板状部２１３は、図７に示すように、Ｚ方向における第３板状部２１３の片寄せ方向とは反対側である上側に、第３通気部２２３を形成している。第３通気部２２３は、第３流路形成部２０３において、気体の流通を許容する部分である。第３通気部２２３は、第３板状部２１３の上端部とこれに対向する支持枠２０４の上辺部２０４ａとの間に形成されている。また、第３板状部２１３の上端部は、第２板状部２１２の下端部よりも上方に位置している。これにより、第２板状部２１２と第３板状部２１３は、Ｚ方向で部分的に重なった状態に配置されている。第３板状部２１３の主表面２１３ａは、吸気部２０６側を向いて配置されている。第３板状部２１３の主表面２１３ａは、第３捕捉部に相当する。第３捕捉部は、第２捕捉部よりも気体流路の下流側に位置し、第２流路形成部を通過した粉末を衝突させて粉末を捕捉する部分である。

気体流路２０８は、第１通気部２２１、第２通気部２２２および第３通気部２２３を経由するように形成されている。また、気体流路２０８は、図７に示すように、Ｕ字形に屈曲している。

（支持枠２０４）
支持枠２０４は、第１流路形成部２０１を構成する第１板状部２１１と、第２流路形成部２０２を構成する第２板状部２１２と、第３流路形成部２０３を構成する第３板状部２１３とを支持する部材である。第１板状部２１１、第２板状部２１２および第３板状部２１３は、それぞれ支持枠２０４の内側に取り付けられている。支持枠２０４は、第１板状部２１１と第２板状部２１２と第３板状部２１３とを、３方向または４方向から取り囲むように、Ｘ方向から見て横Ｕ字形または四角形に形成されている。

（フランジ２０５）
フランジ２０５は、粉末捕捉装置２００を図示しない排気管に取り付けるための部材である。粉末捕捉装置２００が取り付けられる排気管は、真空チャンバー１２とメインポンプ１３２とを接続する排気管である。フランジ２０５は、Ｚ方向に長い板状に形成されている。フランジ２０５には複数の取付孔２０５ａが設けられている。取付孔２０５ａは、図示しない排気管にフランジ２０５をネジ止めによって固定状態に取り付けるための孔である。図示しない排気管には、第１流路形成部２０１、第２流路形成部２０２、第３流路形成部２０３および支持枠２０４を抜き差し可能な長方形の開口部が設けられ、フランジ２０５は、この開口部を塞ぐように排気管に取り付けられる。

粉末捕捉装置２００を図示しない排気管に取り付けた場合、吸気部２０６は真空チャンバー１２側を向いて配置され、排気部２０７はメインポンプ１３２側を向いて配置される。また、第１流路形成部２０１、第２流路形成部２０２および第３流路形成部２０３は、図示しない排気管の内部に配置され、支持枠２０４は、図示しない排気管の内壁面に接触した状態で配置される。これにより、メインポンプ１３２の作動によって排気管を流れる気体は、粉末捕捉装置２００の気体流路２０８を通過することになる。

上述した第１流路形成部２０１、第２流路形成部２０２、第３流路形成部２０３、支持枠２０４およびフランジ２０５は、いずれも金属材料（たとえば、ステンレス鋼など）によって構成されるとともに、互いに物理的接触によって電気的につながっている。また、第１流路形成部２０１、第２流路形成部２０２および第３流路形成部２０３は、支持枠２０４およびフランジ２０５を介して接地部２１７（図６参照）に電気的に接続されている。なお、第１流路形成部２０１、第２流路形成部２０２および第３流路形成部２０３については、支持枠２０４およびフランジ２０５を介さずに直接、接地部２１７に電気的に接続してもよい。

続いて、上記構成からなる粉末捕捉装置２００が有する通気機能と粉末捕捉機能について説明する。

（通気機能）
真空チャンバー１２内の気体を真空ポンプ１３によって排気する場合に、真空チャンバー１２内の気体は、粉末捕捉装置２００を通してメインポンプ１３２に吸引され、メインポンプ１３２の排気口から排出される。その際、粉末捕捉装置２００が配置された部分では、気体が、吸気部２０６から排気部２０７に向かって流れる。また、気体は、第１流路形成部２０１、第２流路形成部２０２および第３流路形成部２０３によって形成された気体流路２０８を通って流れる。本実施形態においては、気体流路２０８が吸気部２０６から排気部２０７まで連続している。このため、気体流路２０８を通過する気体の流れが妨げられることがない。よって、真空チャンバー１２内の気体を効率良く排気することができる。

（粉末捕捉機能）
造形中にスモーク現象が発生すると、真空チャンバー１２内に浮遊する金属粉末３２が、真空ポンプ１３（主にメインポンプ１３２）の吸引力により、粉末捕捉装置２００に向かって移動する場合がある。その場合、金属粉末３２は、粉末捕捉装置２００に向かって直線的に移動する。具体例として、図７に示すように、金属粉末３２が粉末捕捉装置２００に向かってＣ１方向に移動した場合、この金属粉末３２は、第１板状部２１１の主表面２１１ａに衝突する。これにより、金属粉末３２の運動エネルギーが失われるため、第１流路形成部２０１において、金属粉末３２を捕捉することができる。また、金属粉末３２が粉末捕捉装置２００に向かってＣ２方向に移動した場合、この金属粉末３２は、第１流路形成部２０１の第１通気部２２１を通過する。しかし、第１通気部２２１を通過した金属粉末３２は、第２板状部２１２の主表面２１２ａに衝突し、これによって金属粉末３２の運動エネルギーが失われる。このため、第２流路形成部２０２において、金属粉末３２を捕捉することができる。また、金属粉末３２が粉末捕捉装置２００に向かってＣ３方向に移動した場合、この金属粉末３２は、第１流路形成部２０１の第１通気部２２１および第２流路形成部２０２の第２通気部２２２を順に通過する。しかし、第２通気部２２２を通過した金属粉末３２は、第３板状部２１３の主表面２１３ａに衝突し、これによって金属粉末３２の運動エネルギーが失われる。このため、第３流路形成部２０３において、金属粉末３２を捕捉することができる。

このように、粉末捕捉装置２００は、第１板状部２１１、第２板状部２１２または第３板状部２１３との衝突によって金属粉末３２を捕捉する。このため、メインポンプ１３２の吸気側に粉末捕捉装置２００を配置することにより、メインポンプ１３２および粗引き用ポンプ１３１への金属粉末３２の侵入を抑制することができる。

本実施形態に係る粉末捕捉装置２００は、上述した２つの機能により、排気効率を極力低下させることなく、真空ポンプ１３への粉末の侵入を抑制することができる。
また、本実施形態においては、Ｚ方向で第１板状部２１１と第２通気部２２２を、互いに反対方向に片寄せし、かつ、部分的に重ねて配置している。このため、気体の流れを妨げることなく、第１板状部２１１または第２板状部２１２に金属粉末３２を衝突させることができる。
また、本実施形態においては、第１流路形成部２０１および第２流路形成部２０２に加えて第３流路形成部２０３を備えている。これにより、金属粉末３２を捕捉する機能を高めることができる。
また、本実施形態においては、気体流路２０８が、第１通気部２２１、第２通気部２２２および第３通気部２２３を経由するように形成されている。これにより、気体流路２０８の連続性を保ちつつ、気体流路２０８を屈曲させることができる。

また、粉末捕捉装置２００に向かって移動する金属粉末３２は、図７に示すＣ１方向、Ｃ２方向、Ｃ３方向に限らず、Ｚ方向の任意の位置から任意の角度で進入する。そこで本実施形態においては、好ましい一態様として、第１板状部２１１、第２板状部２１２および第３板状部２１３を、対面が直線的に見込めない状態で配置している。この点について図８を用いて説明する。

まず、対面が直線的に見込めない状態とは、図８に示すように、吸気部２０６と排気部２０７とを結ぶ任意の直線上に、第１板状部２１１、第２板状部２１２および第３板状部２１３のうち少なくともいずれか１つの板状部が存在する状態をいう。図８においては、任意の直線の一例として、５つの直線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５を示している。５つの直線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５は、吸気部２０６側において、Ｚ方向の位置が互いに異なる直線である。また、５つの直線Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５は、上記基準軸線Ｋ２（図７参照）とのなす角度が、互いに異なる直線である。

まず、直線Ｌ１１上には、第１板状部２１１および第３板状部２１３が存在せず、第２板状部２１２のみが存在している。このため、直線Ｌ１１に沿って進入する金属粉末３２は、第１流路形成部２０１を通過した後、第２板状部２１２に衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ１２上には、第１板状部２１１が存在せず、第２板状部２１２および第３板状部２１３が存在している。このため、直線Ｌ１２に沿って進入する金属粉末３２は、第１流路形成部２０１を通過した後、第２板状部２１２に衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ１３上には、第１板状部２１１および第２板状部２１２が存在せず、第３板状部２１３のみが存在している。このため、直線Ｌ１３に沿って進入する金属粉末３２は、第１流路形成部２０１および第２流路形成部２０２を通過した後、第３板状部２１３に衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ１４上には、第１板状部２１１および第３板状部２１３が存在せず、第２板状部２１２のみが存在している。このため、直線Ｌ１４に沿って進入する金属粉末３２は、第１流路形成部２０１を通過した後、第２板状部２１２に衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ１５上には、第２板状部２１２が存在せず、第１板状部２１１および第３板状部２１３が存在している。このため、直線Ｌ１５に沿って進入する金属粉末３２は、第１板状部１１１に衝突することによって捕捉される。

このように、本実施形態においては、吸気部２０６と排気部２０７とを結ぶ任意の直線上に、第１板状部２１１、第２板状部２１２および第３板状部２１３のうち少なくともいずれか１つの板状部が存在する。このため、粉末捕捉装置２００に対して任意の方向から進入する金属粉末３２を、第１板状部２１１、第２板状部２１２または第３板状部２１３との衝突によって確実に捕捉することができる。

また、本実施形態においては、第１流路形成部２０１、第２流路形成部２０２および第３流路形成部２０３が、支持枠２０４およびフランジ２０５を介して、接地部２１７に電気的に接続されている。このため、第１板状部２１１、第２板状部２１２または第３板状部２１３に金属粉末３２を衝突させることにより、金属粉末３２の電荷を取り除くことができる。また、第１板状部２１１、第２板状部２１２および第３板状部２１３が、金属粉末３２との衝突によって帯電しないよう、接地部２１７に電荷を逃がすことができる。

＜第３実施形態＞
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。本第３実施形態は、上述した第１実施形態および第２実施形態と比較して、粉末捕捉装置の構成が異なる。
図９は、本発明の第３実施形態に係る三次元積層造形装置が備える粉末捕捉装置の構成を示す斜視図である。また、図１０は、図９に示す粉末捕捉装置の縦断面図であり、図１１は、図９に示す粉末捕捉装置の横断面図である。

図９～図１１に示すように、粉末捕捉装置３００は、第１流路形成部３０１と、第２流路形成部３０２と、第３流路形成部３０３と、支持枠３０４と、フランジ３０５と、を備えている。なお、図９においては、第１流路形成部３０１と第２流路形成部３０２と第３流路形成部３０３の構造を確認できるように、支持枠３０４を透明にしている。

（第１流路形成部３０１、第２流路形成部３０２および第３流路形成部３０３）
第１流路形成部３０１、第２流路形成部３０２および第３流路形成部３０３は、図１１に示すように、真空チャンバー１２側に位置する吸気部３０６からメインポンプ１３２側に位置する排気部３０７まで連続する気体流路３０８を形成している。気体流路２０８は、メインポンプ１３２の作動によって真空チャンバー１２内の気体を排気するときに、真空チャンバー１２からメインポンプ１３２へと吸い込まれる気体が流れる部分である。

第１流路形成部３０１は、１つの第１板状部３１１によって構成され、第２流路形成部３０２は、１つの第２板状部３１２によって構成され、第３流路形成部３０３は、１つの第３板状部３１３によって構成されている。各々の板状部３１１，３１２，３１３は、いずれもＸ方向（正面）から見て長方形に形成されている。第１板状部３１１、第２板状部３１２および第３板状部３１３は、Ｘ方向に所定の間隔をあけて配置されている。また、各々の板状部３１１，３１２，３１３は、Ｚ方向において、支持枠３０４の上辺部３０４ａと下辺部３０４ｂとの間に垂直に起立した状態で配置されている。

第１板状部３１１は、吸気部３０６と排気部３０７とを結ぶ基準軸線Ｋ３（図１０参照）と直交する向きに配置されている。基準軸線Ｋ３と直交する向きとは、ＹＺ平面と平行な状態をいう。第１板状部３１１には複数の第１通気口３２１が設けられている。複数の第１通気口３２１は、Ｙ方向に所定の間隔で並んでいる。各々の第１通気口３２１は、気体の流通を許容する部分である。各々の第１通気口３２１は、Ｘ方向から見て、Ｚ方向に長い長方形に開口している。第１板状部３１１の主表面３１１ａは、吸気部３０６側を向いて配置されている。第１板状部３１１の主表面３１１ａは、第１捕捉部に相当する。第１捕捉部は、第１通気口を除く部分であって、吸気部から吸い込まれた粉末を衝突させて粉末を捕捉する部分である。

第２板状部３１２は、第１板状部３１１よりも気体流路３０８の下流側に、第１板状部３１１と対向する状態に配置されている。第２板状部３１２には複数の第２通気口３２２が設けられている。複数の第２通気口３２２は、Ｙ方向に所定の間隔で並んでいる。各々の第２通気口３２２は、気体の流通を許容する部分である。各々の第２通気口３２２は、Ｘ方向から見て、Ｚ方向に長い長方形に開口している。また、第２通気口３２２は、図１１に示すように、第１通気口３２１とは気体流路３０８の幅方向（Ｙ方向）に位置をずらして設けられている。第２板状部３１２の主表面３１２ａは、吸気部３０６側を向いて配置されている。第２板状部３１２の主表面３１２ａは、第２捕捉部に相当する。第２捕捉部は、第２通気口を除く部分であって、第１捕捉部よりも気体流路の下流側に位置し、第２流路形成部を通過した粉末を衝突させて粉末を捕捉する部分である。

第３板状部３１３は、第２板状部３１２よりも気体流路３０８の下流側に、第２板状部３１２と対向する状態に配置されている。第３板状部３１３には複数の第３通気口３２３が設けられている。複数の第３通気口３２３は、Ｙ方向に所定の間隔で並んでいる。各々の第３通気口３２３は、気体の流通を許容する部分である。各々の第３通気口３２３は、Ｘ方向から見て、Ｚ方向に長い長方形に開口している。つまり、第１通気口３２１、第２通気口３２２および第３通気口３２３は、同じ形状に開口している。また、第３通気口３２３は、図１１に示すように、第２通気口３２２とは気体流路３０８の幅方向（Ｙ方向）に位置をずらして設けられている。第３板状部３１３の主表面３１３ａは、吸気部３０６側を向いて配置されている。第３板状部３１３の主表面３１３ａは、第３捕捉部に相当する。第３捕捉部は、第３通気口を除く部分であって、第２捕捉部よりも気体流路の下流側に位置し、第２流路形成部を通過した粉末を衝突させて粉末を捕捉する部分である。

気体流路３０８は、第１通気口３２１、第２通気口３２２および第３通気口３２３を経由するように形成されている。また、気体流路３０８は、図１１に示すように、クランク状に屈曲している。

（支持枠３０４）
支持枠３０４は、第１流路形成部３０１を構成する第１板状部３１１と、第２流路形成部３０２を形成する第２板状部３１２と、第３流路形成部３０３を構成する第３板状部３１３とを支持する部材である。第１板状部３１１、第２板状部３１２および第３板状部３１３は、それぞれ支持枠３０４の内側に取り付けられている。支持枠３０４は、第１板状部３１１と第２板状部３１２と第３板状部３１３とを、３方向または４方向から取り囲むように、Ｘ方向から見て横Ｕ字形または四角形に形成されている。

（フランジ３０５）
フランジ３０５は、粉末捕捉装置３００を図示しない排気管に取り付けるための部材である。粉末捕捉装置３００が取り付けられる排気管は、真空チャンバー１２とメインポンプ１３２とを接続する排気管である。フランジ３０５は、Ｚ方向に長い板状に形成されている。フランジ３０５には複数の取付孔３０５ａが設けられている。取付孔３０５ａは、図示しない排気管にフランジ３０５をネジ止めによって固定状態に取り付けるための孔である。図示しない排気管には、第１流路形成部３０１、第２流路形成部３０２、第３流路形成部３０３および支持枠３０４を抜き差し可能な長方形の開口部が設けられ、フランジ３０５は、この開口部を塞ぐように排気管に取り付けられる。

粉末捕捉装置３００を図示しない排気管に取り付けた場合、吸気部３０６は真空チャンバー１２側を向いて配置され、排気部３０７はメインポンプ１３２側を向いて配置される。また、第１流路形成部３０１、第２流路形成部３０２および第３流路形成部３０３は、図示しない排気管の内部に配置され、支持枠３０４は、図示しない排気管の内壁面に接触した状態で配置される。これにより、メインポンプ１３２の作動によって排気管を流れる気体は、粉末捕捉装置３００の気体流路３０８を通過することになる。

上述した第１流路形成部３０１、第２流路形成部３０２、第３流路形成部３０３、支持枠３０４およびフランジ３０５は、いずれも金属材料（たとえば、ステンレス鋼など）によって構成されるとともに、互いに物理的接触によって電気的につながっている。また、第１流路形成部３０１、第２流路形成部３０２および第３流路形成部３０３は、支持枠３０４およびフランジ３０５を介して接地部３１７（図９参照）に電気的に接続されている。なお、第１流路形成部３０１、第２流路形成部３０２および第３流路形成部３０３については、支持枠３０４およびフランジ３０５を介さずに直接、接地部３１７に電気的に接続してもよい。

続いて、上記構成からなる粉末捕捉装置３００が有する通気機能と粉末捕捉機能について説明する。

（通気機能）
真空チャンバー１２内の気体を真空ポンプ１３によって排気する場合に、真空チャンバー１２内の気体は、粉末捕捉装置３００を通してメインポンプ１３２に吸引され、メインポンプ１３２の排気口から排出される。その際、粉末捕捉装置３００が配置された部分では、気体が、吸気部３０６から排気部３０７に向かって流れる。また、気体は、第１流路形成部３０１、第２流路形成部３０２および第３流路形成部３０３によって形成された気体流路３０８を通って流れる。本実施形態においては、気体流路３０８が吸気部３０６から排気部３０７まで連続している。このため、気体流路３０８を通過する気体の流れが妨げられることがない。よって、真空チャンバー１２内の気体を効率良く排気することができる。

（粉末捕捉機能）
造形中にスモーク現象が発生すると、真空チャンバー１２内に浮遊する金属粉末３２が、真空ポンプ１３（主にメインポンプ１３２）の吸引力により、粉末捕捉装置３００に向かって移動する場合がある。その場合、金属粉末３２は、粉末捕捉装置３００に向かって直線的に移動する。具体例として、図１１に示すように、金属粉末３２が粉末捕捉装置３００に向かってＤ１方向に移動した場合、この金属粉末３２は、第１板状部３１１の主表面３１１ａに衝突する。これにより、金属粉末３２の運動エネルギーが失われるため、第１流路形成部３０１において、金属粉末３２を捕捉することができる。また、金属粉末３２が粉末捕捉装置２００に向かってＤ２方向に移動した場合、この金属粉末３２は、第１板状部３１１の第１通気口３２１を通って第２板状部３１２の主表面３１２ａに衝突する。これにより、金属粉末３２の運動エネルギーが失われるため、第２流路形成部３０２において、金属粉末３２を捕捉することができる。また、図示はしないが、粉末捕捉装置３００に向かって移動する金属粉末３２の向きによっては、金属粉末３２が、第１通気口３２１および第２通気口３２２を通って第３板状部３１３の主表面３１３ａに衝突する場合がある。この場合は、第３流路形成部３０３において、金属粉末３２を捕捉することができる。

このように、粉末捕捉装置３００は、第１板状部３１１、第２板状部３１２および第３板状部３１３との衝突によって金属粉末３２を捕捉する。このため、メインポンプ１３２の吸気側に粉末捕捉装置３００を配置することにより、メインポンプ１３２および粗引き用ポンプ１３１への金属粉末３２の侵入を抑制することができる。

本実施形態に係る粉末捕捉装置３００は、上述した２つの機能により、排気効率を極力低下させることなく、真空ポンプ１３への粉末の侵入を抑制することができる。
また、本実施形態においては、第１板状部３１１に設けられた複数の第１通気口３２１と、第２板状部３１２に設けられた複数の第２通気口３２２を、気体流路２０８の幅方向（Ｙ方向）に位置をずらして配置している。これにより、気体の流れを妨げることなく、第１板状部３１１または第２板状部３１２に金属粉末３２を衝突させることができる。
また、本実施形態においては、第１流路形成部３０１および第２流路形成部３０２に加えて第３流路形成部３０３を備えている。これにより、金属粉末３２を捕捉する機能を高めることができる。
また、本実施形態においては、気体流路３０８が、第１通気口３２１、第２通気口３２２および第３通気口３２３を経由するように形成されている。これにより、気体流路３０８の連続性を保ちつつ、気体流路３０８を屈曲させることができる。

また、粉末捕捉装置３００に向かって移動する金属粉末３２は、図１１に示すＤ１方向およびＤ２方向に限らず、Ｙ方向の任意の位置から任意の角度で進入する。そこで本実施形態においては、好ましい一態様として、第１板状部３１１、第２板状部３１２および第３板状部３１３を、対面が直線的に見込めない状態で配置している。この点について図１２を用いて説明する。

まず、対面が直線的に見込めない状態とは、図１２に示すように、吸気部３０６と排気部３０７とを結ぶ任意の直線上に、第１板状部３１１、第２板状部３１２および第３板状部３１３のうち少なくともいずれか１つの板状部が存在する状態をいう。図１１においては、任意の直線の一例として、５つの直線Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ２５を示している。５つの直線Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ２５は、吸気部３０６側において、Ｙ方向の位置が互いに異なる直線である。また、５つの直線Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４，Ｌ２５は、上記基準軸線Ｋ３（図１０参照）とのなす角度が、互いに異なる直線である。以降の説明では、いずれかの板状部の通気口が直線上に存在する場合、該通気口を有する板状部は該直線上に存在しないものとする。また、いずれかの板状部の主表面（捕捉部）が直線上に存在する場合、該主表面を有する板状部は該直線上に存在するものとする。

まず、直線Ｌ２１上には、第１板状部３１１および第３板状部３１３が存在せず、第２板状部３１２のみが存在している。このため、直線Ｌ１１に沿って進入する金属粉末３２は、第１通気口３２１を通過した後、第２板状部３１２の主表面３１２ａに衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ２２上には、第２板状部３１２および第３板状部３１３が存在せず、第１板状部３１１のみが存在している。このため、直線Ｌ２２に沿って進入する金属粉末３２は、第１板状部３１１の主表面３１１ａに衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ２３上には、第１板状部３１１および第２板状部３１２が存在せず、第３板状部３１３のみが存在している。このため、直線Ｌ２３に沿って進入する金属粉末３２は、第１通気口３２１および第２通気口３２２を通過した後、第３板状部３１３の主表面３１３ａに衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ２４上には、第１板状部３１１および第２板状部３１２が存在せず、第３板状部３１３のみが存在している。このため、直線Ｌ２４に沿って進入する金属粉末３２は、第１通気口３２１および第２通気口３２２を通過した後、第３板状部３１３の主表面３１３ａに衝突することによって捕捉される。
また、直線Ｌ２５上には、第１板状部３１１が存在せず、第２板状部３１２および第３板状部３１３が存在している。このため、直線Ｌ２５に沿って進入する金属粉末３２は、第１通気口３２１を通過した後、第２板状部３１２の主表面３１２ａに衝突することによって捕捉される。

このように、本実施形態においては、吸気部３０６と排気部３０７とを結ぶ任意の直線上に、第１板状部３１１、第２板状部３１２および第３板状部３１３のうち少なくともいずれか１つの板状部が存在する。このため、粉末捕捉装置２００に対して任意の方向から進入する金属粉末３２を、第１板状部３１１、第２板状部３１２または第３板状部３１３との衝突によって確実に捕捉することができる。

また、本実施形態においては、第１流路形成部３０１、第２流路形成部３０２および第３流路形成部３０３が、支持枠３０４およびフランジ３０５を介して、接地部３１７に電気的に接続されている。このため、第１板状部３１１、第２板状部３１２または第３板状部３１３に金属粉末３２を衝突させることにより、金属粉末３２の電荷を取り除くことができる。また、第１板状部３１１、第２板状部３１２および第３板状部３１３が、金属粉末３２との衝突によって帯電しないよう、接地部３１７に電荷を逃がすことができる。

＜変形例等＞
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

たとえば、上記第１実施形態においては、第１板状部１１１および第２板状部１１２を、気体流路１０７の側方から見てＶ字形に配置したが、本発明はこれに限らず、Ｖ字形に変えてＵ字形に配置してもよい。

また、上記第１実施形態においては、第１流路形成部１０１および第２流路形成部１０２を、図示しない排気管の内部に配置するために、支持枠１０３およびフランジ１０４を備えた構成となっている。しかし、本発明はこれに限らず、第１流路形成部１０１および第２流路形成部１０２を排気管の内部に取り付けるための構成は種々の変更が可能である。この点は、上記第２実施形態および上記第３実施形態についても同様である。

また、上記第２実施形態においては、第１板状部２１１、第２板状部２１２および第３板状部２１３を、それぞれＺ方向で片寄せして配置することにより、第１通気部２２１、第２通気部２２２および第３通気部２２３を形成しているが、本発明はこれに限らない。たとえば、図示はしないが、第１板状部２１１、第２板状部２１２および第３板状部２１３を、それぞれＹ方向で片寄せして配置することにより、第１通気部２２１、第２通気部２２２および第３通気部２２３を形成してもよい。

また、上記第２実施形態においては、３つの流路形成部２０１，２０２，２０３によって気体流路２０８を形成したが、本発明はこれに限らず、２つ、または４つ以上の流路形成部によって気体流路を形成してもよい。ただし、金属粉末３２を確実に捕捉するうえでは、３つ以上の流路形成部によって気体流路を形成することが望ましい。この点は、上記第３実施形態についても同様である。

また、上記第３実施形態においては、第１板状部３１１に複数の第１通気口３２１を設けているが、第１通気口３２１の個数は１つでもよい。また、第１通気口３２１の開口形状および開口寸法は、任意に変更可能である。この点は、第２板状部３１２に第２通気口３２２を設ける場合、あるいは、第３板状部３１３に第３通気口３２３を設ける場合も同様である。

また、本明細書においては、「平行」および「直交」などの用語を使用したが、各々の用語は、厳密な「平行」および「直交」のみを意味する用語ではなく、厳格な意味での「平行」および「直交」を含み、さらにその機能を発揮し得る範囲にある、「略平行」および「略直交」の意味をも含む。

１０…三次元積層造形装置
１２…真空チャンバー
１３…真空ポンプ
２４…ステージ
３２…金属粉末（粉末）
１００，２００，３００…粉末捕捉装置
１０５，２０６，３０６…吸気部
１０６，２０７，３０７…排気部
１０７，２０８，３０８…気体流路
１０１，２０１，３０１…第１流路形成部
１０２，２０２，３０２…第２流路形成部
１１１，２１１，３１１…第１板状部
１１１ａ…上面（第１捕捉部）
１１１ｂ…下面（第１捕捉部）
１１２，２１２，３１２…第２板状部
１１２ａ…上面（第２捕捉部）
１１２ｂ…下面（第２捕捉部）
１１５…落とし込み部
１１７，２１７，３１７…接地部
２０３，３０３…第３流路形成部
２１１ａ…主表面（第１捕捉部）
２１２ａ…主表面（第２捕捉部）
２１３ａ…主表面（第３捕捉部）
２２１…第１通気部
２２２…第２通気部
２２３…第３通気部
２１３，３１３…第３板状部
３１１ａ…主表面（第１捕捉部）
３１２ａ…主表面（第２捕捉部）
３１３ａ…主表面（第３捕捉部）
３２１…第１通気口
３２２…第２通気口
３２３…第３通気口
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３…基準軸線

Claims (5)

1. 粉末が敷き詰められるステージと、
   前記ステージが内部に配置される真空チャンバーと、
   前記真空チャンバー内の気体を排気する真空ポンプと、
   前記真空ポンプの吸気側に配置された粉末捕捉装置と、
   を備え、
   前記粉末捕捉装置は、
   前記真空チャンバー側に位置する吸気部から前記真空ポンプ側に位置する排気部まで連続する気体流路を形成する複数の流路形成部を備え、
   前記複数の流路形成部は、
   前記吸気部から吸い込まれた粉末を衝突させて該粉末を捕捉する第１捕捉部を有する第１流路形成部と、
   前記第１流路形成部を通過した粉末を衝突させて該粉末を捕捉する第２捕捉部を有する第２流路形成部と、
   を少なくとも有し、
   前記第１流路形成部は、前記吸気部と前記排気部とを結ぶ基準軸線に対して傾斜する複数の第１板状部によって構成され、
   前記第２流路形成部は、前記基準軸線に対して前記第１板状部とは反対方向に傾斜する複数の第２板状部によって形成されており、
   前記第１板状部および前記第２板状部は、前記気体流路の側方から見てＶ字形に配置されている
   三次元積層造形装置。
2. 接地された接地部を有し、
   前記複数の流路形成部は、前記接地部に電気的に接続されている
   請求項１に記載の三次元積層造形装置。
3. 前記第１板状部および前記第２板状部は、前記吸気部と前記排気部とを結ぶ任意の直線上に、前記第１板状部および前記第２板状部のうち少なくともいずれか１つの板状部が存在するように配置されている
   請求項１又は２に記載の三次元積層造形装置。
4. 前記第１板状部および前記第２板状部は、垂直方向に複数段に配置されるとともに、前記粉末を下段に落とし込むための落とし込み部を有する
   請求項１～３のいずれか一項に記載の三次元積層造形装置。
5. 金属粉末に電子ビームを照射して金属粉末を溶融および凝固させるとともに、凝固させた層を順に積み重ねて三次元構造の造形物を形成する三次元積層造形装置であって、
   粉末が敷き詰められるステージと、
   前記ステージが内部に配置される真空チャンバーと、
   前記真空チャンバー内の気体を排気する真空ポンプと、
   前記真空ポンプの吸気側に配置された粉末捕捉装置と、
   を備え、
   前記粉末捕捉装置は、
   前記真空チャンバー側に位置する吸気部から前記真空ポンプ側に位置する排気部まで連続する気体流路を形成する複数の流路形成部を備え、
   前記複数の流路形成部は、
   前記吸気部から吸い込まれた粉末を衝突させて該粉末を捕捉する第１捕捉部を有する第１流路形成部と、
   前記第１流路形成部を通過した粉末を衝突させて該粉末を捕捉する第２捕捉部を有する第２流路形成部と、
   接地された接地部と、
   を少なくとも有し、
   前記複数の流路形成部は、前記接地部に電気的に接続されており、
   前記第１流路形成部は、前記吸気部と前記排気部とを結ぶ基準軸線に対して傾斜する複数の第１板状部によって構成され、
   前記第２流路形成部は、前記基準軸線に対して前記第１板状部とは反対方向に傾斜する複数の第２板状部によって形成されており、
   前記第１板状部および前記第２板状部は、垂直方向に複数段に配置されるとともに、接地された前記第１板状部および前記第２板状部との衝突によって電荷が取り除かれた前記粉末を下段に落とし込むための落とし込み部を有し、前記落とし込み部を通して落下した前記粉末を集める手段を有する
   三次元積層造形装置。

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