TW202302324A - 積層造形裝置 - Google Patents

Abstract

本發明的積層造形裝置包括：腔室，包含正面板；門，設置於所述正面板的開口；照射裝置；氣體供給部，向所述腔室供給惰性氣體；以及氣體排出部，將所述惰性氣體從所述腔室排出。所述氣體供給部包含中層噴嘴以及下層噴嘴。所述中層噴嘴以在所述門閉合時橫穿所述開口的方式設置，具有能夠擺動地支撐於所述正面板的一端，與所述門的開閉獨立地擺動。

Description

積層造形裝置

本發明涉及一種積層造形（additive manufacturing）裝置。

積層造形有各種方法。例如，實施粉末床熔融結合（powder bed fusion）的積層造形裝置在作為形成所期望的三維造形物的區域的造形區域形成材料層，對材料層照射雷射光束或電子束而形成固化層。然後，交替地重複進行材料層與固化層的形成，形成作為多個固化層的積層體的三維造形物。

通常，在積層造形裝置中，為了防止材料層及固化層的變質，在造形時，在覆蓋造形區域的腔室內充滿惰性氣體。在照射雷射光束或電子束而形成固化層時，從照射位置產生被稱為煙霧（fume）的煙。煙霧會使雷射光束或電子束衰減，或者污染光學零件，因此有對三維造形物的品質造成影響的可能性。因此，積層造形裝置構成為向腔室內供給規定濃度的惰性氣體，並且從腔室內排出包含煙霧的惰性氣體。

在腔室中形成有用於取出三維造形物等的開口，在開口上設置有能夠開閉的門。以下，在腔室中，將形成開口的一側、即設置門的一側設為正面側，將與正面側相向的方向設為背面側，從正面側朝向背面側，將左右方向分別設為左側、右側。腔室內的空間從相對高的位置起依次設為上層、中層、下層。

煙霧在造形領域中產生。因此，理想的是在造形區域的正上方、即腔室內的下層生成惰性氣體的氣流，而去除煙霧。

日本專利5982046B1中所公開的積層造形裝置主要從設置於腔室的左側面板的下部的供給口、以及設置於在造形區域上移動的重塗機頭（recoater head）的右側面的供給口進行惰性氣體的供給。積層造形裝置主要從設置於腔室的右側面板的下部的排出口、以及設置於重塗機頭的左側面的排出口進行惰性氣體的排出。根據此種結構，可在造形區域上形成從左向右流動的惰性氣體的氣流，煙霧隨著氣流排出至腔室外。

若僅在造形區域的正上方生成氣流，則煙霧有時會滯留於腔室內。美國專利10,987,867B2公開了一種在腔室內的上層、中層及下層生成惰性氣體的氣流的積層造形裝置。

[發明所要解決的問題]

由於設計上的制約等，有時難以形成左右方向的氣流。或者，有時與左右方向的氣流相比，正面/背面方向的氣流可更適宜地去除煙霧。在生成正面/背面方向的氣流時，考慮在門上直接設置具有惰性氣體的供給口的氣體供給部，但伴隨門的開閉，氣體供給部也同時移動，因此堆積於氣體供給部上的材料有落下至裝置外之虞。

本發明是鑒於此種情況而成，其目的在於提供一種積層造形裝置，其構成為至少在腔室的中層及下層生成從正面向背面流動的惰性氣體的氣流來防止煙霧的滯留，並且也不易發生材料向裝置外的漏出。 [解決問題的技術手段]

根據本發明，提供一種積層造形裝置，包括：腔室，包含形成有開口的正面板，覆蓋作為形成所期望的三維造形物的區域的造形區域；門，設置於所述開口，構成為能夠開閉；照射裝置，設置於所述腔室的上方，對形成於所述造形區域的材料層照射雷射光束或電子束而形成固化層；氣體供給部，向所述腔室供給惰性氣體；以及氣體排出部，將所述惰性氣體從所述腔室排出，所述氣體供給部包含：中層噴嘴，以在所述門閉合時橫穿所述開口的方式設置，形成有吹出所述惰性氣體的中層吹出口；以及下層噴嘴，在所述腔室內的所述正面板側設置於比所述中層噴嘴更靠下方處，形成有吹出所述惰性氣體的下層吹出口，所述中層噴嘴具有能夠擺動地支撐於所述正面板的一端，與所述門的開閉獨立地擺動。 [發明的效果]

本發明的積層造形裝置至少包括中層噴嘴以及下層噴嘴，作為向腔室供給惰性氣體的氣體供給部。中層噴嘴以在門閉合時橫穿正面板的開口的方式設置。下層噴嘴在腔室內的正面板側設置於比中層噴嘴更靠下方處。由此，可至少在腔室的下層及中層形成從正面向背面流動的惰性氣體的氣流，可防止煙霧的滯留而更高效率地進行煙霧的去除。另外，中層噴嘴的一端能夠擺動地支撐於正面板，與門獨立地擺動。由此，在準備作業或腔室內的維護、或者三維造形物的取出等時，中層噴嘴可不會成為妨礙地進行作業。另外，若僅打開門，則中層噴嘴實質上不擺動，因此可抑制堆積於中層噴嘴上的材料落下至裝置外而漏出。

以下，使用附圖對本發明的實施方式進行說明。在各附圖中，連接各部的管（pipe）或軟管（hose）、螺釘或螺栓等緊固構件、其他發明的說明中不需要的構成構件有時適當省略圖示。以下說明的各種變形例可分別任意地組合來實施。如上所述那樣，只要無特別說明，則將腔室的開口側作為正面側來定義方向。

如圖1至圖3所示，本實施方式的積層造形裝置1包括：腔室10、門12、材料層形成裝置3、照射裝置4、氣體供給部2、氣體排出部13、惰性氣體供給裝置22、以及煙霧收集器（fume collector）23。積層造形裝置1交替地重複進行由材料層形成裝置3進行的材料層92的形成與由照射裝置4進行的固化層93的形成，來製造所期望的三維造形物。

腔室10構成為實質上密閉，且覆蓋作為形成所期望的三維造形物的區域的造形區域R。腔室10是包含形成有開口111的正面板11而構成。正面板11是包含框架110而構成。在本實施方式中，框架110經由配管而與惰性氣體供給裝置22及煙霧收集器23連接，在框架110的內部流通惰性氣體。在框架110上安裝有氣體供給部2的各部，在安裝位置上形成有惰性氣體的導入口。在框架110內流通的惰性氣體經由導入口向氣體供給部2的各部輸送。

在開口111上設置有構成為能夠開閉的門12。本實施方式的門12在上部具有觀察窗121，在下部具有手套箱（glove box）124。觀察窗121是由使雷射光束L或電子束的散射光衰減並且具有能夠視認腔室10內部的程度的透射性的材料形成。操作員可經由手套箱124的手套在閉合了門12的狀態下進行腔室10內部的作業。握持構件123是使門12開閉時的把手。鎖定機構125進行門12的上鎖及解鎖。在本實施方式中，門12構成為左端部與正面板11鉸接，擺動來進行開閉，但也可採用其他的開閉機構。例如，門12也可構成為上下或左右滑動來進行開閉。

惰性氣體供給裝置22在造形中、即從開始製造所期望的三維造形物至完成所述製造的期間，向氣體供給部2供給惰性氣體。氣體供給部2向腔室10供給惰性氣體，腔室10內由規定濃度的惰性氣體充滿。惰性氣體供給裝置22例如是由空氣生成惰性氣體的惰性氣體生成裝置或貯留惰性氣體的儲氣瓶。在固化層93的形成時產生的包含煙霧的惰性氣體經由氣體排出部13從腔室10內排出。優選為經由氣體排出部13從腔室10排出的惰性氣體在通過煙霧收集器23去除煙霧之後，經由氣體供給部2被返送至腔室10內。煙霧收集器23例如具有電集塵機或過濾器。惰性氣體是指實質上不與材料層92或固化層93反應的氣體，根據材料的種類從氮氣、氬氣、氦氣等中選擇適當的氣體。

氣體排出部13將惰性氣體從腔室10排出。本實施方式的氣體排出部13構成腔室10的背面板的至少一部分。如圖4所示，氣體排出部13包含形成有排出口131的排氣導管（duct）130、以及設置於排氣導管130的整流板132。在本實施方式中，兩個排出口131設置於腔室10的中層位置、即與開口111大致相同的高度。包含煙霧的惰性氣體由設置於排出口131之前的格子狀的整流板132整流，並經由排出口131排出至腔室10之外。如上所述，從排出口131排出的惰性氣體向煙霧收集器23輸送。

材料層形成裝置3設置於腔室10內，並形成規定厚度的材料層92。材料層形成裝置3包含具有造形區域R的基底台31、以及配置於基底台31上的重塗機頭33。重塗機頭33構成為能夠通過具有任意的致動器的未圖示的重塗機頭驅動裝置沿水平方向移動。在造形區域R中配置造形台35。造形台35構成為能夠通過具有任意的致動器的造形台驅動裝置37而沿鉛垂方向移動。在造形時，也可在造形台35上載置基底板91，在所述情況下，在基底板91上形成第一層的材料層92。

如圖5及圖6所示，重塗機頭33具有材料收容部331、材料供給口332、以及材料排出口333。材料收容部331貯留材料。材料例如是金屬的粉末。材料供給口332設置於材料收容部331的上表面，且成為向材料收容部331供給的材料的接收口。在向重塗機頭33補充材料時，從未圖示的材料供給裝置經由設置於腔室10的引導裝置16向材料供給口332供給材料。材料排出口333設置於材料收容部331的底面，排出材料收容部331內的材料。材料排出口333具有沿與重塗機頭33的移動方向正交的水平方向延伸的狹縫形狀。在重塗機頭33的側面上設置有將材料均勻而形成材料層92的刀片334。重塗機頭33在將收容於材料收容部331內的材料從材料排出口333排出的同時，在造形區域R上沿水平方向往復移動。此時，刀片334使所排出的材料平坦化而形成材料層92。

照射裝置4設置於腔室10的上方，對形成於造形區域R的材料層92照射雷射光束L而使照射位置的材料熔融或燒結，從而形成固化層93。特別是，本實施方式的照射裝置4構成為能夠同時照射多個雷射光束L。如圖7所示，照射裝置4包含：第一照射裝置41、第二照射裝置42、第三照射裝置43、以及第四照射裝置44。在本實施方式中，第一照射裝置41及第二照射裝置42、以及第三照射裝置43及第四照射裝置44分別收容於同一框體。

第一照射裝置41具有：光源411、聚焦控制單元412、調整透鏡413、以及掃描裝置414。光源411生成雷射光束L。聚焦控制單元412具有焦點控制透鏡、以及使焦點控制透鏡前後移動的馬達，且通過使焦點控制透鏡沿光軸方向前後移動來調整雷射光束L的焦點位置。調整透鏡413能夠以手動進行位置的調整，且對在裝置的組裝時等可能產生的光學系統的誤差進行微調整。掃描裝置414具體而言為檢流計掃描器（galvanometer scanner），且具有：X軸檢流計反射鏡（galvanometer mirror）414a，沿X軸方向掃描雷射光束L；X軸致動器414b，使X軸檢流計反射鏡414a旋轉；Y軸檢流計反射鏡414c，沿Y軸方向掃描雷射光束L；以及Y軸致動器414d，使Y軸檢流計反射鏡414c旋轉。

第二照射裝置42具有：光源421、聚焦控制單元422、調整透鏡423、以及掃描裝置424。光源421生成雷射光束L。聚焦控制單元422具有焦點控制透鏡、以及使焦點控制透鏡前後移動的馬達，且通過使焦點控制透鏡沿光軸方向前後移動來調整雷射光束L的焦點位置。調整透鏡423能夠以手動進行位置的調整，且對在裝置的組裝時等可能產生的光學系統的誤差進行微調整。掃描裝置424具體而言為檢流計掃描器，且具有：X軸檢流計反射鏡424a，沿X軸方向掃描雷射光束L；X軸致動器424b，使X軸檢流計反射鏡424a旋轉；Y軸檢流計反射鏡424c，沿Y軸方向掃描雷射光束L；以及Y軸致動器424d，使Y軸檢流計反射鏡424c旋轉。

優選為X軸檢流計反射鏡414a及Y軸檢流計反射鏡414c、與X軸檢流計反射鏡424a及Y軸檢流計反射鏡424c配置成相互面對稱，且構成為下游側的檢流計反射鏡、即在本實施方式中為X軸檢流計反射鏡414a與X軸檢流計反射鏡424a之間的距離接近。若如此，則可減少由第一照射裝置41掃描的雷射光束L與由第二照射裝置42掃描的雷射光束L的、照射光斑的形狀或能量密度的差。由第一照射裝置41的掃描裝置414及第二照射裝置42的掃描裝置424分別掃描的雷射光束L通過設置於腔室10的頂板上的窗口14，向材料層92照射。在本實施方式中，第一照射裝置41及第二照射裝置42負責造形區域R的左半部分的照射。

第三照射裝置43具有：光源431、聚焦控制單元432、調整透鏡433、以及掃描裝置434。光源431生成雷射光束L。聚焦控制單元432具有焦點控制透鏡、以及使焦點控制透鏡前後移動的馬達，且通過使焦點控制透鏡沿光軸方向前後移動來調整雷射光束L的焦點位置。調整透鏡433能夠以手動進行位置的調整，且對在裝置的組裝時等可能產生的光學系統的誤差進行微調整。掃描裝置434具體而言為檢流計掃描器，且具有：X軸檢流計反射鏡434a，沿X軸方向掃描雷射光束L；X軸致動器434b，使X軸檢流計反射鏡434a旋轉；Y軸檢流計反射鏡434c，沿Y軸方向掃描雷射光束L；以及Y軸致動器434d，使Y軸檢流計反射鏡434c旋轉。

第四照射裝置44具有：光源441、聚焦控制單元442、調整透鏡443、以及掃描裝置444。光源441生成雷射光束L。聚焦控制單元442具有焦點控制透鏡、以及使焦點控制透鏡前後移動的馬達，且通過使焦點控制透鏡沿光軸方向前後移動來調整雷射光束L的焦點位置。調整透鏡443能夠以手動進行位置的調整，且對在裝置的組裝時等可能產生的光學系統的誤差進行微調整。掃描裝置444具體而言為檢流計掃描器，且具有：X軸檢流計反射鏡444a，沿X軸方向掃描雷射光束L；X軸致動器444b，使X軸檢流計反射鏡444a旋轉；Y軸檢流計反射鏡444c，沿Y軸方向掃描雷射光束L；以及Y軸致動器444d，使Y軸檢流計反射鏡444c旋轉。

優選為X軸檢流計反射鏡434a及Y軸檢流計反射鏡434c、與X軸檢流計反射鏡444a及Y軸檢流計反射鏡444c配置成相互面對稱，且構成為下游側的檢流計反射鏡、即在本實施方式中為X軸檢流計反射鏡434a與X軸檢流計反射鏡444a之間的距離接近。若如此，則可減少由第三照射裝置43掃描的雷射光束L與由第四照射裝置44掃描的雷射光束L的、照射光斑的形狀或能量密度的差。由第三照射裝置43的掃描裝置434及第四照射裝置44的掃描裝置444分別掃描的雷射光束L通過設置於腔室10的頂板上的窗口14，向材料層92照射。在本實施方式中，第三照射裝置43及第四照射裝置44負責造形區域R的右半部分的照射。

根據如以上所述的照射裝置4，能夠同時照射最多四個雷射光束L。在包括構成為能夠同時照射多個雷射光束L或電子束的照射裝置4的積層造形裝置1中，每小時的煙霧的產生量也變多，因此要求更高效率地將煙霧從腔室10排出。

照射裝置4不限定於所述結構。在本實施方式中，在同時照射多個雷射光束L時，針對每個掃描裝置414、掃描裝置424、掃描裝置434、掃描裝置444設置有光源411、光源421、光源431、光源441，但也可利用分束器等對由一個光源生成的雷射光束L進行分光並輸送至各掃描裝置414、424、434、444。另外，照射裝置4也可為照射電子束的裝置。例如，照射裝置4具有：發射電子的陰極電極、收聚電子並加速的陽極電極、形成磁場並將電子束的方向收聚於一個方向的螺線管、以及與作為被照射體的材料層92電連接並向與陰極電極之間施加電壓的集電極。此時，陰極電極及陽極電極發揮輸出電子束的光源的作用，螺線管發揮掃描電子束的掃描裝置的作用。即，照射裝置4是包含生成雷射光束L或電子束的至少一個光源以及掃描雷射光束L或電子束的至少一個掃描裝置而構成。優選為照射裝置4包含生成雷射光束L或電子束的至少一個光源以及掃描雷射光束L或電子束的多個掃描裝置，且構成為能夠同時照射多個雷射光束L或電子束。

在腔室10的頂板上，以覆蓋窗口14的方式設置有污染防止裝置15。如圖8所示，污染防止裝置15具有圓筒狀的框體151、以及配置於框體151內的圓筒狀的擴散構件152。在框體151與擴散構件152之間設置有惰性氣體供給空間153。在擴散構件152的內側的框體151的底面設置有開口部154。在擴散構件152上設置有許多細孔155，供給至惰性氣體供給空間153的潔淨的惰性氣體穿過細孔155而充滿潔淨室156。然後，充滿潔淨室156的潔淨的惰性氣體穿過開口部154朝向污染防止裝置15的下方噴出。如此，在窗口14的下方充滿潔淨的惰性氣體，並且生成從窗口14朝向下方的惰性氣體的氣流，因此防止煙霧附著於窗口14。經由設置於腔室10的頂板上的污染防止裝置供給口21向惰性氣體供給空間153供給惰性氣體。由於在從煙霧收集器23返送的氣體中有稍微殘留有煙霧的可能性，因此污染防止裝置供給口21優選為僅與惰性氣體供給裝置22連接。

此處，詳細敘述氣體供給部2的實施方式。氣體供給部2向腔室10供給惰性氣體。更具體而言，氣體供給部2向腔室10供給從惰性氣體供給裝置22及煙霧收集器23輸送的惰性氣體，而生成從正面向背面流動的惰性氣體的氣流。圖9概略性地示出了氣體供給部2的各部的位置關係。本實施方式的氣體供給部2包含下層噴嘴5、中層噴嘴6、上層噴嘴7、以及多個側方噴嘴8。

下層噴嘴5在腔室10內的下層，生成從正面向背面方向的惰性氣體的氣流。在下層生成的惰性氣體的氣流將造形區域R中產生的煙霧向背面方向移送。下層噴嘴5在腔室10內的正面板11側、即腔室10內的比造形區域R更靠正面側的位置，設置於比中層噴嘴6更靠下方處。更具體而言，在本實施方式中，下層噴嘴5在比開口111更靠下方處安裝於正面板11的框架110。如圖10及圖11所示，下層噴嘴5具有一對下層導管51、保持各下層導管51的下層支撐構件52、以及設置於各下層導管51的端部的下層托架53。

下層導管51是能夠供惰性氣體流通的管狀構件，且在背面側、即造形區域R側形成有吹出惰性氣體的下層吹出口511。從惰性氣體供給裝置22及煙霧收集器23輸送的惰性氣體經由框架110的導入口被向下層導管51輸送，並從下層吹出口511噴出。

下層支撐構件52例如為板狀構件，且保持下層導管51，並且將下層導管51固定於框架110。

下層托架53例如為L字金屬板，且與下層導管51及下層支撐構件52連接。即，下層托架53具有固定下層導管51的第一面531、以及固定下層支撐構件52的第二面532。

優選為來自下層吹出口511的惰性氣體的吹出方向構成為能夠調整。下層噴嘴5具有能夠左右擺動地軸支撐於下層導管51的多個下層遮板（louver）512。在下層導管51上形成有作為貫通孔的多個軸支撐孔512a，利用插通至軸支撐孔512a的螺栓來固定下層遮板512。通過在將下層遮板512調整為所期望的角度之後進行固定，來調整左右方向的吹出方向。另外，在下層托架53的第一面531上形成有作為貫通孔的軸支撐孔531a以及作為圓弧狀長孔的長孔531b，且利用分別插通至軸支撐孔531a及長孔531b的螺栓，將下層導管51固定於下層托架53。即，下層導管51被支撐為能夠以軸支撐孔531a為中心上下擺動。通過在將下層導管51調整為所期望的傾斜之後進行固定，來調整上下方向的吹出方向。此外，為了不卷起造形區域R內的材料，理想的是來自下層吹出口511的惰性氣體的吹出方向比水平方向稍微向上。例如，來自下層吹出口511的惰性氣體的吹出方向可構成為在將水平方向設為0°時，能夠在約5°至約25°的範圍內調整。

在本實施方式中，下層導管51設置有一對，分別能夠獨立地調整傾斜，但下層導管51可遍及左右一體地形成，也可通過連接構件連接多個下層導管51。在本實施方式中，下層噴嘴5安裝於框架110，但只要設置於腔室10內的正面板11側的比中層噴嘴6更靠下方的任意位置即可。調整下層吹出口511的吹出方向的部件不限定於所述結構。例如，也可通過能夠上下擺動地軸支撐於下層導管51的遮板來調整上下方向的吹出方向。也可在下層噴嘴5設置風扇，提高從下層吹出口511噴出的惰性氣體的直進性。

中層噴嘴6在腔室10內的中層生成從正面向背面方向的惰性氣體的氣流。在中層生成的惰性氣體的氣流將未被下層的氣流去除而上升的煙霧向背面方向移送。如圖12及圖13所示，中層噴嘴6設置於正面板11的開口111，構成為一端能夠擺動地支撐於正面板11，與門12的開閉獨立地擺動。中層噴嘴6在門12閉合時，被按壓於正面板11而固定於規定位置，橫穿正面板11的開口111。以下，將中層噴嘴6的另一端與正面板11相接的狀態稱為中層噴嘴6閉合的狀態，將中層噴嘴6的另一端遠離正面板11的狀態稱為中層噴嘴6打開的狀態。如圖14至圖17所示，中層噴嘴6具有一對中層導管61、保持各中層導管61的中層支撐構件62、以及設置於各中層導管61的端部的中層托架63。

中層導管61是能夠供惰性氣體流通的管狀構件，且在背面側、即造形區域R側形成有吹出惰性氣體的中層吹出口611。一對中層導管61通過連接構件613相互連接。

中層支撐構件62例如是能夠供惰性氣體流通的管狀構件，且能夠擺動地保持中層導管61。具體而言，中層支撐構件62具有流通部623、以及分別設置於流通部623的兩端的固定部621及接觸分離部622。固定部621固定於正面板11的框架110。固定部621與流通部623經由鉸鏈624連接，流通部623及接觸分離部622以鉸鏈624為中心擺動。接觸分離部622伴隨擺動，相對於正面板11的框架110接觸分離。此外，在接觸分離部622與框架110抵接時，接觸分離部622由安裝於框架110的保持板112支撐。經由固定部621及接觸分離部622中的至少一者向流通部623供給惰性氣體。在本實施方式中，從固定部621及接觸分離部622兩者向流通部623供給惰性氣體。具體而言，固定部621及接觸分離部622具有在與框架110的抵接面上形成的惰性氣體入口，惰性氣體入口與形成於框架110的惰性氣體的導入口卡合。在流通部623流通經由固定部621及接觸分離部622從框架110供給的惰性氣體，流通部623向中層導管61供給惰性氣體。即，從惰性氣體供給裝置22及煙霧收集器23輸送的惰性氣體經由框架110的導入口及中層支撐構件62被向中層導管61輸送，並從中層吹出口611噴出。

中層托架63例如為L字金屬板，且與中層導管61及中層支撐構件62連接。即，中層托架63具有固定中層導管61的第一面631、以及固定中層支撐構件62的第二面632。

優選為來自中層吹出口611的惰性氣體的吹出方向構成為能夠調整。中層噴嘴6具有能夠左右擺動地軸支撐於中層導管61的多個中層遮板612。在中層導管61上形成有作為貫通孔的多個軸支撐孔612a，利用插通至軸支撐孔612a的螺栓來固定中層遮板612。通過在將中層遮板612調整為所期望的角度之後進行固定，來調整左右方向的吹出方向。另外，在中層托架63的第一面631上形成有作為貫通孔的軸支撐孔631a以及作為圓弧狀長孔的長孔631b，利用分別插通至軸支撐孔631a及長孔631b的螺栓，將中層導管61固定於中層托架63。即，中層導管61被支撐為能夠以軸支撐孔631a為中心上下擺動。通過在將中層導管61調整為所期望的傾斜之後進行固定，來調整上下方向的吹出方向。例如，來自中層吹出口611的惰性氣體的吹出方向可構成為在將水平方向設為0°時，能夠在約-10°至約10°的範圍內調整。

在本實施方式中，中層導管61設置有一對，通過連接構件613相互連接，但中層導管61可遍及左右一體地形成，也可構成為多個中層導管61能夠獨立地調整傾斜。在本實施方式中，在中層噴嘴6閉合時中層噴嘴6由保持板112支撐，但也可設置將中層噴嘴6直接或間接地固定於正面板11的其他部件。另外，調整中層吹出口611的吹出方向的部件不限定於所述結構。例如，也可通過能夠上下擺動地軸支撐於中層導管61的遮板來調整上下方向的吹出方向。也可在中層噴嘴6設置風扇，提高從中層吹出口611噴出的惰性氣體的直進性。

如以上說明那樣，中層噴嘴6可與門12的開閉獨立地擺動。在打開門12時中層噴嘴6實質上保持閉合，因此可防止堆積於中層噴嘴6的材料落下至裝置外。另外，通過構成為能夠開閉中層噴嘴6，而可在基底板91的載置等準備作業、腔室10內的清掃或零件更換等維護、所製造的三維造形物的取出等作業時，使中層噴嘴6移動至不會成為作業的妨礙的位置。另外，在調整惰性氣體的吹出方向時，可在打開門12、中層噴嘴6閉合的狀態下進行調整，因此調整作業時對作業者的負擔小。

此處，對吹出方向的調整方法進行具體說明。首先，打開門12及中層噴嘴6，在造形區域R上、即造形台35上設置風速計。風速計設置成能夠對腔室10的下層、例如位於距作為造形時的材料層92的上表面位置的造形面約50 mm處的測定位置的氣流速度進行檢測。優選為測定位置在造形區域R的俯視下以格子狀設置有多個，例如風速計檢測九個測定位置的氣流速度。然後，使惰性氣體從下層噴嘴5噴出。在確認氣流速度的同時，以成為所期望的氣流的方式調整下層遮板512及下層導管51的安裝角度，並利用螺栓及螺母進行固定。接下來，變更風速計的檢測高度。風速計設置成能夠對腔室10的中層、例如位於距造形面約350 mm處的測定位置的氣流速度進行檢測。同樣地，測定位置優選為在造形區域R的俯視下以格子狀設置有多個。然後，閉合中層噴嘴6，使惰性氣體從中層噴嘴6噴出。在確認氣流速度的同時，以成為所期望的氣流的方式調整中層遮板612及中層導管61的安裝角度，並利用螺栓及螺母進行固定。

以此方式來調整來自下層吹出口511及中層吹出口611的惰性氣體的吹出方向。在本實施方式的積層造形裝置1中，中層噴嘴6未設置於門12，可與門12的開閉獨立地擺動。因此，在打開了門12的狀態下，可進行中層的氣流速度的測定與中層吹出口611的吹出方向的調整，作業性良好。所述調整方法只是一例，具體的順序可不同。吹出方向的調整例如只要在裝置的組裝後或腔室10內部的氣流會變化的維護或改造後進行即可。惰性氣體的吹出方向受到氣流生成所涉及的零件的製造上或裝配時的誤差或各裝置的規格不同的影響，因此即便預先設計各部以獲得所期望的氣流，也難以獲得按照設計的氣流。通過在下層噴嘴5及中層噴嘴6上設置吹出方向的調整機構，容易獲得所期望的氣流。

上層噴嘴7在腔室10內的上層，生成從正面向背面方向的惰性氣體的氣流。在上層生成的惰性氣體的氣流將上升來的煙霧向下方推回，並且即便如此也將上升至窗口14附近的煙霧向背面方向移送。上層噴嘴7在腔室10內的正面板11側、即腔室10內的比造形區域R更靠正面側的位置，設置於比中層噴嘴6更靠上方處。更具體而言，在本實施方式中，上層噴嘴7在比開口111更靠上方處安裝於正面板11的框架110。如圖18至圖20所示，上層噴嘴7具有：第一上層導管71、第二上層導管72、第三上層導管73、以及保持第一上層導管71、第二上層導管72及第三上層導管73的上層支撐構件74。

第一上層導管71、第二上層導管72及第三上層導管73分別是能夠供惰性氣體流通的管狀構件，且在背面側、即造形區域R側分別形成有吹出惰性氣體的上層吹出口711、上層吹出口721、上層吹出口731。

形成有上層吹出口711的第一上層導管71設置於比第二上層導管72及第三上層導管73更靠窗口14側處。來自上層吹出口711的惰性氣體的吹出方向被設定為朝向窗口14的正下方且大致水平方向。但是，由於在附近漂浮的煙霧有被捲入至從上層吹出口711吹出的惰性氣體的氣流中的可能性，因此為了不使惰性氣體直接碰觸窗口14，理想的是來自上層吹出口711的惰性氣體的吹出方向稍微向下方傾斜。例如，在將水平方向設為0°時，來自上層吹出口711的惰性氣體的吹出方向為約-5°。

形成有上層吹出口721的第二上層導管72及形成有上層吹出口731的第三上層導管73設置於比第一上層導管71更靠正面側處。來自上層吹出口721及上層吹出口731的惰性氣體的吹出方向被設定為正下方向或斜下方向。例如，在將水平方向設為0°時，來自上層吹出口721、上層吹出口731的惰性氣體的吹出方向為約-45°。即，第二上層導管72的上層吹出口721及第三上層導管73的所述上層吹出口731朝向比第一上層導管71的上層吹出口711更靠下方。來自上層吹出口721、上層吹出口731的惰性氣體的氣流抑制比中層噴嘴6更靠上方的空間中的煙霧的滯留。

上層支撐構件74例如是能夠供惰性氣體流通的管狀構件，且保持第一上層導管71、第二上層導管72及第三上層導管73。從惰性氣體供給裝置22及煙霧收集器23輸送的惰性氣體經由框架110的導入口及上層支撐構件74被向第一上層導管71、第二上層導管72及第三上層導管73輸送，並從上層吹出口711、上層吹出口721、上層吹出口731噴出。此外，上層吹出口711處的流速理想的是比上層吹出口721、上層吹出口731處的流速高。

在本實施方式中，上層噴嘴7具有第一上層導管71、第二上層導管72及第三上層導管73，但只要可生成上層的氣流，則上層導管的個數無限定。來自上層吹出口721、上層吹出口731的惰性氣體的吹出方向可分別不同，吹出方向可為正下方、即包含約-90°的任意角度。在本實施方式中，上層噴嘴7安裝於框架110，但只要設置於腔室10內的正面板11側的比中層噴嘴6更靠上方的任意位置即可。在本實施方式中，來自上層吹出口711、上層吹出口721、上層吹出口731的惰性氣體的吹出方向是固定的，但也可構成為能夠調整吹出方向。

側方噴嘴8在腔室10內的左右側方生成從正面向背面方向的惰性氣體的氣流。在左右側方形成的惰性氣體的氣流將能夠滯留於腔室10內的左右空間的煙霧向背面方向移送，並且防止惰性氣體的逆流。側方噴嘴8在腔室內的正面板11側隔著開口111分別設置於兩側方。更具體而言，在本實施方式中，三個側方噴嘴8設置於比開口111更靠左側處，三個側方噴嘴8設置於開口111更靠右側處，各側方噴嘴8安裝於正面板11的框架110。如圖21所示，各側方噴嘴8具有側方導管81以及保持側方導管81的側方支撐構件82。

側方導管81是能夠供惰性氣體流通的管狀構件，且在背面側形成有吹出惰性氣體的側方吹出口811。從惰性氣體供給裝置22及煙霧收集器23輸送的惰性氣體經由框架110的導入口被向側方導管81輸送，並從側方吹出口811噴出。側方支撐構件82例如為板狀構件，且保持側方導管81，並且將側方導管81固定於框架110。

在本實施方式中，設置有左右各三個，合計六個側方噴嘴8，但只要可在左右側方生成氣流，則側方噴嘴8的個數無限定。在本實施方式中，側方噴嘴8安裝於框架110，但只要在腔室10內的正面板11側設置於隔著開口111的任意位置即可。在本實施方式中，來自側方吹出口811的惰性氣體的吹出方向是固定的，但也可構成為能夠調整吹出方向。

根據以上說明的結構，可在腔室10內的包含上層、中層、下層、左右側方的整體上生成從正面向背面的大致一個方向流動的惰性氣體的氣流。由此，可防止煙霧滯留於腔室10內，可更高效率地將煙霧排出至腔室10之外。進而，可防止因煙霧的影響而三維造形物的品質降低，另外，還可抑制為了回收煙霧而使造形暫時停止，因此可縮短造形時間。本發明在每小時的煙霧的產生量多的情況下，例如在構成為能夠同時照射多個雷射光束L或電子束的積層造形裝置中特別有效。

此外，由於需要使得材料被下層的氣流卷起而飛散，因此下層的氣流存在速度上的極限。例如，在距造形面50 mm的位置測定的、由下層噴嘴5形成的氣流在造形區域R的俯視下的平均速度也取決於材料的種類，例如理想的是2 m/s左右。在本實施方式中，通過將中層的氣流構成得比下層的氣流快，可在防止材料飛散的同時更適宜地排出煙霧。即，由中層噴嘴6形成的惰性氣體的氣流在造形區域R的俯視下的平均速度理想的是構成得比由下層噴嘴5形成的惰性氣體的氣流在造形區域R的俯視下的平均速度快。

如已經具體地示出了若干例子那樣，本發明不限定於附圖所示的實施方式的結構，能夠在不脫離本發明的技術思想的範圍內進行各種變形或應用。例如，在不阻礙由氣體供給部2生成的氣流的範圍內，也可在腔室10或腔室10內的構件上設置其他惰性氣體的供給口或排出口。例如，也可在重塗機頭33的側面上設置惰性氣體的供給口及排出口。另外，在本實施方式中，兩個排出口131形成於作為腔室10的背面板的排氣導管130，但只要可生成從正面朝向背面的氣流，則排出口131的位置及個數無限定。例如，排出口131也可形成於背面側的腔室10的頂板。但是，在高效率地排出由中層噴嘴6生成的中層的氣流的方面，排出口131理想的是設置於與中層噴嘴6大致相同的高度。另外，為了促進惰性氣體的排出或循環，風扇也可設置於氣體排出部13或煙霧收集器23等。

1:積層造形裝置 2:氣體供給部 3:材料層形成裝置 4:照射裝置 5:下層噴嘴 6:中層噴嘴 7:上層噴嘴 8:側方噴嘴 10:腔室 11:正面板 12:門 13:氣體排出部 14:窗口 15:污染防止裝置 16:引導裝置 21:污染防止裝置供給口 22:惰性氣體供給裝置 23:煙霧收集器 31:基底台 33:重塗機頭 35:造形台 37:造形台驅動裝置 41:第一照射裝置 42:第二照射裝置 43:第三照射裝置 44:第四照射裝置 51:下層導管 52:下層支撐構件 53:下層托架 61:中層導管 62:中層支撐構件 63:中層托架 71:第一上層導管 72:第二上層導管 73:第三上層導管 74:上層支撐構件 81:側方導管 82:側方支撐構件 91:基底板 92:材料層 93:固化層 110:框架 111:開口 112:保持板 121:觀察窗 123:握持構件 124:手套箱 125:鎖定機構 130:排氣導管 131:排出口 132:整流板 151:框體 152:擴散構件 153:惰性氣體供給空間 154:開口部 155:細孔 156:潔淨室 331:材料收容部 332:材料供給口 333:材料排出口 334:刀片 411、421、431、441:光源 412、422、432、442:聚焦控制單元 413、423、433、443:調整透鏡 414、424、434、444:掃描裝置 414a、424a、434a、444a:X軸檢流計反射鏡 414b、424b、434b、444b:X軸致動器 414c、424c、434c、444c:Y軸檢流計反射鏡 414d、424d、434d、444d:Y軸致動器 511:下層吹出口 512:下層遮板 512a、531a、612a、631a:軸支撐孔 531、631:第一面 531b、631b:長孔 532、632:第二面 611:中層吹出口 612:中層遮板 613:連接構件 621:固定部 622:接觸分離部 623:流通部 624:鉸鏈 711、721、731:上層吹出口 811:側方吹出口 L:雷射光束 R:造形區域

圖1是腔室及照射裝置的外觀圖。 圖2是積層造形裝置的正面剖視圖。 圖3是積層造形裝置的側面剖視圖。 圖4是氣體排出部的立體圖。 圖5是重塗機頭的立體圖。 圖6是重塗機頭的立體圖。 圖7是照射裝置的概略結構圖。 圖8是污染防止裝置的概略結構圖。 圖9是從腔室內部觀察正面側的剖視圖。 圖10是下層噴嘴的立體圖。 圖11是下層噴嘴的立體圖。 圖12表示門打開、中層噴嘴閉合的狀態的腔室。 圖13表示門及中層噴嘴打開的狀態的腔室。 圖14是中層噴嘴的立體圖。 圖15是中層噴嘴的立體圖。 圖16是中層噴嘴的上面剖視圖。 圖17是中層托架（bracket）的放大圖。 圖18是上層噴嘴的立體圖。 圖19是上層噴嘴的立體圖。 圖20是上層噴嘴的側面剖視圖。 圖21是側方噴嘴的立體圖。

5:下層噴嘴

6:中層噴嘴

7:上層噴嘴

8:側方噴嘴

11:正面板

12:門

15:污染防止裝置

110:框架

121:觀察窗

124:手套箱

Claims (14)

1. 一種積層造形裝置，包括： 腔室，包含形成有開口的正面板，覆蓋作為形成所期望的三維造形物的區域的造形區域； 門，設置於所述開口，構成為能夠開閉； 照射裝置，設置於所述腔室的上方，對形成於所述造形區域的材料層照射雷射光束或電子束而形成固化層； 氣體供給部，向所述腔室供給惰性氣體；以及 氣體排出部，將所述惰性氣體從所述腔室排出， 所述氣體供給部包含： 中層噴嘴，以在所述門閉合時橫穿所述開口的方式設置，形成有吹出所述惰性氣體的中層吹出口；以及 下層噴嘴，在所述腔室內的所述正面板側設置於比所述中層噴嘴更靠下方處，形成有吹出所述惰性氣體的下層吹出口， 所述中層噴嘴具有能夠擺動地支撐於所述正面板的一端，與所述門的開閉獨立地擺動。
2. 如請求項1所述的積層造形裝置，其中， 所述中層噴嘴具有： 中層導管，形成有所述中層吹出口；以及 中層支撐構件，保持所述中層導管， 且構成為能夠調整來自所述中層吹出口的所述惰性氣體的吹出方向。
3. 如請求項2所述的積層造形裝置，其中， 所述正面板具有供所述惰性氣體流通的框架， 所述中層支撐構件具有： 固定部，固定於所述框架； 接觸分離部，構成為能夠與所述框架接觸分離；以及 流通部，供經由所述固定部及所述接觸分離部中的至少一者從所述框架供給的所述惰性氣體流通，向所述中層導管供給所述惰性氣體。
4. 如請求項2所述的積層造形裝置，其中，所述中層噴嘴還具有能夠左右擺動地軸支撐於所述中層導管的中層遮板。
5. 如請求項2所述的積層造形裝置，其中， 所述中層噴嘴具有中層托架，所述中層托架具有固定所述中層導管的第一面、以及固定所述中層支撐構件的第二面， 在所述中層托架的所述第一面上形成有供螺栓插通的軸支撐孔以及供螺栓插通的長孔， 所述中層導管被支撐為能夠以所述中層托架的所述軸支撐孔為中心上下擺動。
6. 如請求項1所述的積層造形裝置，其中， 所述下層噴嘴具有： 下層導管，形成有所述下層吹出口；以及 下層支撐構件，保持所述下層導管， 且構成為能夠調整來自所述下層吹出口的所述惰性氣體的吹出方向。
7. 如請求項6所述的積層造形裝置，其中，所述下層噴嘴還具有能夠左右擺動地軸支撐於所述下層導管的下層遮板。
8. 如請求項6所述的積層造形裝置，其中， 所述下層噴嘴具有下層托架，所述下層托架具有固定所述下層導管的第一面、以及固定所述下層支撐構件的第二面， 在所述下層托架的所述第一面上形成有供螺栓插通的軸支撐孔以及供螺栓插通的長孔， 所述下層導管被支撐為能夠以所述下層托架的所述軸支撐孔為中心上下擺動。
9. 如請求項1所述的積層造形裝置，其中，所述氣體供給部還包含上層噴嘴，所述上層噴嘴在所述腔室內的所述正面板側設置於比所述中層噴嘴更靠上方處，形成有吹出所述惰性氣體的上層吹出口。
10. 如請求項9所述的積層造形裝置，其中， 所述上層噴嘴具有： 第一上層導管，形成有所述上層吹出口； 第二上層導管，形成有所述上層吹出口； 第三上層導管，形成有所述上層吹出口；以及 上層支撐構件，保持所述第一上層導管、所述第二上層導管及所述第三上層導管， 所述第二上層導管的所述上層吹出口及所述第三上層導管的所述上層吹出口朝向比所述第一上層導管的所述上層吹出口更靠下方。
11. 如請求項1所述的積層造形裝置，其中，所述氣體供給部還包含多個側方噴嘴，所述多個側方噴嘴在所述腔室內的所述正面板側隔著所述開口分別設置於兩側方，形成有吹出所述惰性氣體的側方吹出口。
12. 如請求項1所述的積層造形裝置，其中，構成為由所述中層噴嘴形成的所述惰性氣體的氣流在所述造形區域的俯視下的平均速度比由所述下層噴嘴形成的所述惰性氣體的氣流在所述造形區域的俯視下的平均速度快。
13. 如請求項1所述的積層造形裝置，其中， 所述照射裝置包含： 至少一個光源，生成所述雷射光束或所述電子束；以及 多個掃描裝置，掃描所述雷射光束或所述電子束， 且構成為能夠同時照射多個所述雷射光束或所述電子束。
14. 如請求項1所述的積層造形裝置，其中， 所述氣體排出部包含： 排氣導管，形成有排出所述惰性氣體的排出口；以及 整流板，設置於所述排氣導管。

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