TW202406649A - 層疊造形裝置 - Google Patents

Abstract

本發明的層疊造形裝置包括：腔室、惰性氣體供給裝置、材料回收管路、材料罐、材料補充管路、移送裝置、分級裝置、氣體排氣管路、以及泵。所述移送裝置將金屬粉末與惰性氣體一起移送。所述氣體排氣管路與所述移送裝置和所述腔室連接。所述泵將從所述移送裝置排出的所述惰性氣體輸送至所述腔室。

Description

層疊造形裝置

本公開涉及一種層疊造形裝置。

實施粉末床熔融結合的層疊造形裝置反復進行如下操作：將粉末材料鋪平為規定的厚度而形成材料層、以及對材料層照射雷射或電子束使其熔融或燒結而形成固化層，從而製造所期望的三維造形物。作為材料，有時使用金屬粉末。

當對包含金屬粉末的材料層照射雷射或電子束時，會產生被稱為煙霧（fume）的金屬蒸汽。為了防止煙霧的漏出，層疊造形優選為在密閉的腔室內實施。當金屬粉末熔融或燒結時，在包含氧或其他氣體的氣氛下有可能會變質而品質劣化。另外，包含鋁材或鈦材等容易氧化的金屬的金屬粉末有在包含氧的環境下著火之虞。因此，腔室內優選為充滿實質上不與金屬粉末反應的規定濃度的惰性氣體。

供給至腔室內但未用於形成固化層的剩餘的金屬粉末可在層疊造形中或層疊造形後被回收，並在去除夾雜物後進行再利用。美國專利公報10,569,331B2、美國專利公報10,960,467B2、美國專利公開公報US2022/0118524A1分別公開了包括將金屬粉末回收並進行再供給的裝置的層疊造形裝置。在對金屬粉末進行搬送時可生成惰性氣體的氣流，並通過氣流對金屬粉末進行移送。

[發明所要解決的問題] 當要通過惰性氣體的氣流將金屬粉末從腔室排出時，腔室內的惰性氣體也被排出，因此腔室內被減壓。外部氣體容易經由不可避免的間隙而流入至減壓後的腔室中，腔室內的惰性氣體濃度降低。

為了將層疊造形裝置內保持在惰性氣體氣氛下，並且為了削減惰性氣體的使用量，謀求一種氣密性高的層疊造形裝置。特別是謀求一種在通過惰性氣體的氣流搬送剩餘材料時不易消耗惰性氣體的結構。

[解決問題的技術手段] 通過本公開，提供了一種層疊造形裝置，包括：腔室，對能夠製造三維造形物的區域即造形區域進行覆蓋，並由惰性氣體填滿；惰性氣體供給裝置，向所述腔室供給所述惰性氣體；材料回收管路，與所述腔室連接，且供從所述腔室排出的金屬粉末流通；材料罐，貯存所述金屬粉末；材料補充管路，與所述材料罐和所述材料回收管路連接，且供從所述材料罐排出的所述金屬粉末流通；移送裝置，包括：真空容器；材料吸入口，設置於所述真空容器並與所述材料回收管路連接；氣體排氣口，設置於所述真空容器並將所述惰性氣體排出；以及材料排出口，設置於所述真空容器並將所述金屬粉末排出，且所述移送裝置將所述金屬粉末與所述惰性氣體一起移送；分級裝置，從由所述移送裝置移送的所述金屬粉末中去除夾雜物；氣體排氣管路，與所述氣體排氣口和所述腔室連接；以及泵，設置於所述氣體排氣管路，且將從所述移送裝置排出的所述惰性氣體輸送至所述腔室。

[發明的效果] 本公開的層疊造形裝置包括將從腔室排出的金屬粉末與惰性氣體一起移送的移送裝置，移送裝置的氣體排氣口與腔室通過氣體排氣管路連接。通過設置於氣體排氣管路上的泵，生成向移送裝置移送金屬粉末的惰性氣體的氣流，並且將從移送裝置排出的惰性氣體返送至腔室。通過此種結構，可降低惰性氣體的消耗量，因此可進一步減少向腔室供給的惰性氣體的供給量，並且將腔室內的惰性氣體濃度保持為規定的值。另外，可防止腔室內的減壓，因此也可抑制外部氣體侵入至腔室。

以下說明的實施方式的層疊造形裝置僅為一例，在不脫離本公開的技術思想的範圍內能夠進行各種變形。圖1表示本實施方式的層疊造形裝置的概略結構的一例。為了方便，在以下的說明中，將圖1作為正面圖來定義方向，但並不限定各構成構件的位置關係。本發明的層疊造形裝置包括：裝置本體1、作為惰性氣體供給裝置的第一惰性氣體供給裝置2A及第二惰性氣體供給裝置2B、煙霧收集器3、照射裝置4、塗覆機5、材料再利用裝置6、以及腔室7。

各構成構件由配管連接。配管包括：移送配管，對作為材料的金屬粉末進行移送；以及氣體配管，實質上僅供惰性氣體流通。在圖1中，移送配管由實線表示，氣體配管由點劃線表示。移送配管構成金屬粉末的移送路徑的一部分，包括：材料回收管路8A、材料補充管路8B、材料供給管路8C、材料貯存管路8D、材料瓶連接管路8E、以及夾雜物排出管路8F。氣體配管包括：第一氣體供給管路9A、第二氣體供給管路9B、煙霧回收管路9C、氣體排氣管路9D、第一旁通管路9E、第二旁通管路9F、以及復壓管路9G。

裝置本體1包括底座1A、基台1B、以及造形罩1C。基台1B與造形罩1C構成腔室7。

底座1A是裝置本體1的基礎結構體。底座1A可主要包括金屬製的框架以及金屬板。在底座1A的中央附近設置由四個壁形成的造形罐11。在造形罐11內，層疊造形所期望的三維造形物。

基台1B是用於實施層疊造形的工作臺。基台1B水平地設置於底座1A之上的整個面上。在基台1B的中央附近形成大致四邊形的貫通孔。具有與所述貫通孔的內形相符的外形的造形平臺12被收容於造形罐11中。造形平臺12實質上起到造形罐11的底板的作用。

造形平臺12具有能夠製造所期望的三維造形物的區域即造形區域。造形平臺12通過具有任意致動器的驅動裝置進行升降。造形平臺12與構成造形罐11的壁之間由包圍造形平臺12的端面而設置的環狀的襯墊（packing）PK密封。當造形平臺12在上下方向上往復移動時，造形平臺12介隔存在襯墊PK而在造形罐11中滑動。因此，當造形平臺12進行升降時，可防止散佈於造形平臺12上的金屬粉末漏出至造形罐11外，而落下至底座1A。也可在造形平臺12之上載置底板BP，在底板BP上形成三維造形物。

造形平臺12也可構成為能夠調節溫度。在本實施方式中，在造形平臺12的正下方設置溫度調整裝置13。溫度調整裝置13包括加熱裝置以及冷卻裝置中的其中一者，優選為包括兩者。加熱裝置可為電加熱器。冷卻裝置可為構成為能夠供製冷劑流通的冷卻配管。

在基台1B的下側設置收集剩餘的金屬粉末的滑槽。在本實施方式中，在基台1B的左右兩端形成排出開口，在各排出開口的正下方分別設置第一滑槽14A、第二滑槽14B。即，夾著造形罐11而設置第一滑槽14A及第二滑槽14B。

在層疊造形中散撒於基台1B上的剩餘的金屬粉末隨著塗覆機5在基台1B上往復移動而被推出至排出開口，從而落下至第一滑槽14A或第二滑槽14B。另外，在塗覆機5構成為在內部貯存金屬粉末的情況下，通過使塗覆機5移動至排出開口之上，塗覆機5內部的金屬粉末排出至第一滑槽14A或第二滑槽14B。第一滑槽14A及第二滑槽14B可具有漏斗形狀。從腔室7排出的金屬粉末貯存於第一滑槽14A及第二滑槽14B中。在第一滑槽14A及第二滑槽14B分別設置材料感測器MS1、材料感測器MS2。材料感測器MS1、材料感測器MS2對在第一滑槽14A及第二滑槽14B內貯存規定量的金屬粉末的情況進行檢測。

在腔室7內配置抽吸噴嘴18。抽吸噴嘴18構成為能夠抽吸造形罐11內或基台1B上所存在的金屬粉末。

造形罩1C包括多個壁板以及一個以上的頂板。造形罩1C以圍繞並覆蓋基台1B的上表面的方式設置於底座1A之上。以此方式包括基台1B以及造形罩1C的腔室7對造形區域進行覆蓋。

在層疊造形中，腔室7內由惰性氣體填滿。腔室7內構成為實質上能夠密閉，但存在不可避免的間隙。例如，在引導塗覆機5的往復移動的引導件與基台1B之間可形成微小的間隙。

若腔室7內的氣壓高於外部氣壓，則腔室7內的惰性氣體從間隙流出至腔室7外。另一方面，若腔室7內的氣壓低於外部氣壓，則外部氣體從間隙流入至腔室7內。在防止外部氣體侵入至腔室7內並使腔室7內的惰性氣體濃度保持在規定值以上的方面，優選為腔室7內的氣壓維持為與大氣壓相同或稍大於大氣壓的值。在本實施方式中，通過從惰性氣體供給裝置始終向層疊造形裝置供給新的惰性氣體，將腔室7的氣壓維持在所期望的值。利用氧濃度計OS1對腔室7內的氧濃度進行測量。

視窗15設置於造形罩1C的頂板上。視窗15構成為能夠使雷射透過。照射裝置4所照射的雷射透過視窗15而照射至造形平臺12上所形成的包含金屬粉末的材料層上。

防污染裝置16以包圍視窗15的方式設置。防污染裝置16是圓筒狀的構件，向內部供給惰性氣體，並且朝向下方噴出惰性氣體。由此，可防止在形成固化層時產生的煙霧附著於視窗15上。

與腔室7的內外連通的開口形成於造形罩1C的前面壁上。操作員可經由開口對腔室7中進行訪問。在開口設置前面門17，所述前面門17構成為能夠開閉。前面門17具有觀察窗17A以及手套箱17B。手套箱17B具有一對貫通孔以及堵塞貫通孔的一對手套。操作員通過使用手套箱17B，可在前面門17關閉的狀態下進行腔室7內的作業。例如，操作員可通過經由手套箱17B來對抽吸噴嘴18進行操作，在腔室7內在實質上密閉狀態下進行從腔室7內去除金屬粉末的清掃作業。

惰性氣體供給裝置直接或間接地向腔室7供給規定濃度的清潔的惰性氣體。惰性氣體只要是與金屬粉末實質上不發生反應的氣體即可，可使用氮氣或稀有氣體。在金屬粉末是不易氮化的材料的情況下，有利的是比較廉價且容易獲取的氮氣。當金屬粉末為鋁材或鈦材時，為了防止氮化，有時會使用稀有氣體。作為稀有氣體，一般而言使用氬氣。鋁材不僅包括純鋁，還包括以鋁為主要成分的合金。鈦材不僅包括純鈦，還包括以鈦為主要成分的合金。

當惰性氣體為氮氣時，惰性氣體供給裝置是由空氣生成氮氣的氮生成裝置或貯存規定濃度的氮氣的氣瓶。當惰性氣體為氬氣時，惰性氣體供給裝置是貯存規定濃度的氬氣的氣瓶。在惰性氣體供給裝置也可設置控制閥。

在使用氣瓶作為惰性氣體供給裝置的情況下，有連續運轉時間的限制。另外，與氮氣相比較，氬氣昂貴。本實施方式的層疊造形裝置可抑制惰性氣體的使用量，因此在使用氬氣作為惰性氣體的情況下特別有利。

在本實施方式中，作為惰性氣體供給裝置而設置第一惰性氣體供給裝置2A以及第二惰性氣體供給裝置2B。第一惰性氣體供給裝置2A經由第一氣體供給管路9A而與腔室7和防污染裝置16連接。第一惰性氣體供給裝置2A對腔室7及防污染裝置16供給惰性氣體。第二惰性氣體供給裝置2B經由第二氣體供給管路9B而與材料再利用裝置6連接。第二惰性氣體供給裝置2B對材料再利用裝置6供給惰性氣體。

在本實施方式中設置有兩個惰性氣體供給裝置，但只要設置一個以上的惰性氣體供給裝置即可。例如，一個惰性氣體供給裝置也可對腔室7及材料再利用裝置6供給惰性氣體。另外，惰性氣體供給裝置也可構成為任意地切換惰性氣體的供給目的地。例如，氣體配管也可構成為，從第一惰性氣體供給裝置2A及第二惰性氣體供給裝置2B中的任一者均可向腔室7選擇性地供給惰性氣體。

煙霧收集器3從自腔室7排出的包含煙霧的惰性氣體中去除煙霧，並將清潔的惰性氣體返送至腔室7。煙霧收集器3可具有電氣集塵器或過濾器。煙霧回收管路9C將腔室7與煙霧收集器3連接。具體而言，煙霧回收管路9C包括：管路9C1，與腔室7和煙霧收集器3的入口連接；以及管路9C2，與煙霧收集器3的出口和腔室7連接。經由管路9C1從腔室7排出的惰性氣體被輸送至煙霧收集器3。煙霧收集器3從惰性氣體中去除煙霧後經由管路9C2而向腔室7返送。為了促進惰性氣體的迴圈，也可在造形罩1C的壁上設置風機，以增加輸送至煙霧回收管路9C的惰性氣體的流量。在本實施方式中，煙霧收集器3向腔室7直接返送惰性氣體，但也可將煙霧回收管路9C與第二氣體供給管路9B連接，向材料再利用裝置6供給惰性氣體。

腔室7中的自惰性氣體供給裝置及煙霧收集器3供給惰性氣體的供給口的位置及個數不受限定。另外，腔室7中的向煙霧收集器3排出惰性氣體的排出口的位置及個數不受限定。供給口及排出口可設置於造形罩1C，也可設置於塗覆機5等配置於腔室7內的構成構件上。

本實施方式的照射裝置4將雷射朝向腔室7內的造形區域照射。照射裝置4包括輸出雷射的雷射光源、以及掃描雷射的掃描裝置。掃描裝置例如為檢流掃描器（galvano scanner）。另外，照射裝置4可構成為能夠照射電子束來代替雷射。此時，照射裝置4包括：放出電子的陰極電極、對電子進行收聚並加速的陽極電極、形成磁場而將電子束的方向收聚為一個方向的螺線管、以及與作為被照射體的材料層電連接且對與陰極電極之間施加電壓的集電極。即，照射裝置4只要是對形成於造形區域的材料層照射雷射或電子束以使照射位置的金屬粉末燒結或熔融而形成固化層的裝置即可。

塗覆機5在造形區域散佈金屬粉末並使其平坦化，形成規定厚度的材料層。一般而言，在造形平臺12上載置底板BP，在底板BP上形成第一層材料層。

本實施方式的塗覆機5構成為在噴出內部所貯存的金屬粉末的同時能夠在水平方向上移動。本實施方式的塗覆機5包括：塗覆機頭，能夠貯存金屬粉末並且將金屬粉末從底面排出；刮刀，安裝於塗覆機頭的側面且將金屬粉末鋪平；以及驅動裝置，具有使塗覆機頭在水平方向上往復移動的任意的致動器。在塗覆機5的塗覆機頭設置材料感測器MS5。材料感測器MS5對塗覆機頭內的金屬粉末不足且需要補充的情況進行探測。塗覆機5可不具有在內部貯存金屬粉末的功能，且構成為至少能夠使刮刀移動。

層疊造形裝置也可包括對固化層進行切削加工的加工裝置。加工裝置例如包括：加工頭，構成為能夠在腔室7內移動；以及主軸，設置於加工頭且使所握持的切削工具旋轉。每當形成規定數量的固化層時，可對固化層進行切削加工。

材料再利用裝置6在從腔室7回收金屬粉末並去除夾雜物後再次向腔室7供給。夾雜物中包含當將雷射或電子束照射至材料層時飛散的濺射沉積以及切削加工時產生的切屑。材料再利用裝置6包括：移送裝置61、材料罐62、分級裝置63、以及泵64。

移送裝置61、材料罐62、以及分級裝置63收容於框體60中，且構成一個單元。框體60可構成為能夠移動，且可構成為能夠相對於裝置本體1接觸/分離。在本實施方式中，泵64未收容於框體60中，而是設置於裝置本體1外。但是，泵64也可收容於框體60中。裝置本體1側的管路與材料再利用裝置6側的管路可利用套圈（ferrule）FJ或連接器CP等任意的連接構件連接。

材料罐62貯存金屬粉末。本實施方式的材料罐62構成為能夠貯存未使用的金屬粉末以及從腔室7回收的金屬粉末此兩者。從腔室7回收的金屬粉末可在去除夾雜物之前被輸送至材料罐62，也可在去除夾雜物之後被輸送至材料罐62。材料罐62具有氣密性。在材料罐62連接第二氣體供給管路9B，經由材料罐62而在材料再利用裝置6內充滿惰性氣體。在材料罐62設置材料感測器MS3及材料感測器MS4。材料感測器MS3及材料感測器MS4分別對材料罐62內的金屬粉末的上限及下限進行檢測。

材料罐62構成為能夠經由材料瓶連接管路8E而與材料瓶MB連接。當從材料瓶MB向材料罐62補充金屬粉末時，首先，將設置於材料瓶連接管路8E的一個以上的開閉閥V5關閉。在材料瓶MB連接材料瓶連接管路8E後將開閉閥V5打開，從而使貯存於材料瓶MB中的金屬粉末向材料罐62落下。若如此，則可在維持氣密性的狀態下向材料罐62補充金屬粉末。在本實施方式中，材料瓶MB與材料罐62連接，但也可構成為與材料容器65等其他構成構件連接。

材料回收管路8A與腔室7、即直接與第一滑槽14A、第二滑槽14B及抽吸噴嘴18連接，且供從腔室7排出的金屬粉末與惰性氣體一起流通。具體而言，材料回收管路8A包括：管路8A1，與第一滑槽14A連接且設置開閉閥V1；管路8A2，與第二滑槽14B連接且設置開閉閥V2；管路8A3，與抽吸噴嘴18連接且設置開閉閥V3；以及管路8A4，與管路8A1、管路8A2、管路8A3以及移送裝置61連接。

材料補充管路8B與材料罐62和材料回收管路8A的管路8A4連接，且供從材料罐62排出的金屬粉末與惰性氣體一起流通。在材料補充管路8B設置開閉閥V4。第一旁通管路9E與腔室7和材料罐62連接，且供惰性氣體流通。第二旁通管路9F與材料罐62和材料補充管路8B連接，且供惰性氣體流通。通過第一旁通管路9E及第二旁通管路9F，腔室7、材料罐62及材料補充管路8B之間被均壓化，因此可適當地進行金屬粉末從材料罐62的移送。

在移送金屬粉末時，擇一地打開與移送源對應的開閉閥。即，當從第一滑槽14A移送金屬粉末時，將開閉閥V1打開，並將開閉閥V2、開閉閥V3、開閉閥V4關閉。當從第二滑槽14B移送金屬粉末時，將開閉閥V2打開，並將開閉閥V1、開閉閥V3、開閉閥V4關閉。當從抽吸噴嘴18移送金屬粉末時，將開閉閥V3打開，並將開閉閥V1、開閉閥V2、開閉閥V4關閉。當從材料罐62移送金屬粉末時，將開閉閥V4打開，並將開閉閥V1、開閉閥V2、開閉閥V3關閉。但是，也可從多個部位同時移送金屬粉末，此時將多個開閉閥同時打開。

移送裝置61將腔室7內的金屬粉末及材料罐62內的金屬粉末與惰性氣體一起抽吸，並將金屬粉末乘著惰性氣體的氣流進行移送。特別是，本實施方式的移送裝置61配置於金屬粉末的移送路徑的最高位，且將金屬粉末移送至材料再利用裝置6的最高位。通過將移送裝置61設置於最高位，可通過一個移送裝置進行金屬粉末的供給以及回收。材料再利用裝置6僅具有一個移送裝置的結構在使材料再利用裝置6的維持管理更容易、並且提高材料再利用裝置6的氣密性、盡可能不使金屬粉末與外部氣體接觸的方面是有利的。

本實施方式的移送裝置61可為真空輸送機。如圖2所示，移送裝置61包括：真空容器61A、氣體排氣口61B、材料吸入口61C、金屬粉末的材料排出口61D、底蓋61E、以及過濾器61F。真空容器61A是構成為可具有氣密性的容器。氣體排氣口61B、材料吸入口61C、材料排出口61D設置於真空容器61A。底蓋61E由任意致動器驅動，對材料排出口61D進行打開和關閉。本實施方式的材料排出口61D及底蓋61E為圓形，但可採用任意的形狀。過濾器61F設置於氣體排氣口61B，並防止包含金屬材料的粒子侵入至氣體排氣管路9D。

氣體排氣口61B經由氣體排氣管路9D以及泵64而與腔室7連接。換言之，氣體排氣管路9D與氣體排氣口61B和腔室7連接。在氣體排氣管路9D設置泵64。即，泵64的進氣埠與氣體排氣管路9D的移送裝置61側的管路連接，泵64的排氣埠與氣體排氣管路9D的腔室7側的管路連接。泵64除了進氣埠以及排氣埠以外，不具有惰性氣體的出入口。換言之，泵64具有氣密性。泵64作為移送裝置61的驅動源發揮功能。腔室7內的惰性氣體通過泵64經過材料回收管路8A而從材料吸入口61C與金屬粉末一起流入至真空容器61A。真空容器61A內的惰性氣體通過泵64而從氣體排氣口61B排出並經過氣體排氣管路9D返回至腔室7。在氣體排氣管路9D可設置壓力計PG。

材料吸入口61C經由材料回收管路8A及材料補充管路8B而與第一滑槽14A、第二滑槽14B、抽吸噴嘴18及材料罐62連接。直接在材料吸入口61C連接管路8A4。當在利用底蓋61E將材料排出口61D封閉的狀態下對泵64進行驅動時，底蓋61E沿真空容器61A的方向被吸上來，在將材料排出口61D封閉的狀態下被固定。當材料排出口61D被封閉時，真空容器61A實質上具有氣密性。

通過在真空容器61A具有氣密性的狀態下泵64持續工作，真空容器61A中的惰性氣體經過氣體排氣管路9D而排氣至腔室7內。當真空容器61A內逐漸減壓而真空度上升時，在真空容器61A與腔室7內之間產生氣壓差，腔室7內的惰性氣體被抽吸至移送裝置61。 由此，金屬粉末乘著惰性氣體的氣流與惰性氣體一起經過材料回收管路8A被移送至真空容器61A。從材料罐62移送金屬粉末時也同樣地，金屬粉末與惰性氣體一起被移送至真空容器61A。

被移送至真空容器61A內的金屬粉末因自重而自由落下。當底蓋61E被驅動而將材料排出口61D打開時，到達真空容器61A的底部的金屬粉末從材料排出口61D落下。在材料排出口61D的下方，設置切換閥S1。切換閥S1選擇性地將從材料排出口61D落下的金屬粉末的排出目的地切換為設置於比移送裝置61更靠下位的材料罐62或分級裝置63中的其中一者。切換閥S1可如圖2所示與移送裝置61一體地設置，也可獨立地設置。

在本實施方式的層疊造形裝置中，形成將腔室7與移送裝置61之間連接的惰性氣體的迴圈路徑。所述迴圈路徑是與層疊造形裝置外不連通而與外部氣體隔斷的閉合回路。即，在移送金屬粉末時，惰性氣體不會被排氣至層疊造形裝置外。本實施方式的移送裝置61不包括排出器等以向層疊造形裝置外排氣為前提的減壓機構。

在本實施方式的材料再利用裝置6中，在腔室7內的惰性氣體持續流入至移送裝置61的真空容器61A內的期間，從氣體排氣口61B排氣的惰性氣體不被排出至材料再利用裝置6外而通過泵64返回至腔室7內。因此，即使不經常向腔室7供給新的惰性氣體，腔室7內也基本上不被減壓，而不易發生外部氣體進入腔室7內。另外，在材料再利用裝置6的中途外部氣體實質上不流入。因此，可從密閉且為惰性氣體氣氛下的腔室7排出金屬粉末。

真空容器61A中只要維持可獲得用於移送金屬粉末的抽吸力的程度的真空度即可。另外，在氣體排氣管路9D中，要求與外部氣體隔斷且外部氣體不流入。泵64可為真空泵。泵64優選為適合於密閉度高且比較低真空區域的泵，例如可採用葉片泵。

在材料再利用裝置6中金屬粉末的移送過程中，材料再利用裝置6中整體處於負壓的狀態。在結束金屬粉末的移送且泵64停止後，材料再利用裝置6中也依然處於負壓的狀態。若材料再利用裝置6中長時間為負壓的狀態，則有外部氣體從微小的間隙侵入之虞。另外，在本實施方式中，在金屬粉末的移送過程中，移送裝置61的材料排出口61D利用底蓋61E關閉。若真空容器61A內處於負壓的狀態，則難以打開底蓋61E。

復壓管路9G是構成為通過從腔室7向移送裝置61供給惰性氣體而在移送金屬粉末後進行真空容器61A的復壓的管路。具體而言，復壓管路9G與材料回收管路8A的管路8A4和第一旁通管路9E連接，且供惰性氣體流通。復壓管路9G將材料再利用裝置6與腔室7在不介隔存在管路以外的裝置的情況下連接。復壓管路9G也可與腔室7直接連接。但是，通過直接與第一旁通管路9E連接，也可不在框體60設置將構成復壓管路9G的各管路連接的連接器CP。

在復壓管路9G可設置對復壓管路9G進行打開和關閉的開閉閥V7。在泵64運行時、即移送金屬材料時，將開閉閥V7關閉。開閉閥V7在金屬材料的移送完成、泵64停止後打開，從而將復壓管路9G開通。開閉閥V7可在經過一定時間後關閉，也可保持打開直至下一次泵64起動。當復壓管路9G開通時，由於材料再利用裝置6內的氣壓低於腔室7的氣壓，因此腔室7內的惰性氣體經過復壓管路9G而流入至材料再利用裝置6。如此，材料再利用裝置6內進行復壓，可容易地打開底蓋61E。

此外，若從氣體排氣管路9D排出的惰性氣體的量超過從復壓管路9G供給的惰性氣體的量，則進行真空容器61A的減壓，因此無需設置開閉閥V7。

分級裝置63設置於比移送裝置61更靠下方處，從金屬粉末中去除夾雜物後向下方排出。被除去的夾雜物經過夾雜物排出管路8F而輸送至回收容器66。在回收容器66可設置材料感測器MS7。材料感測器MS7對回收容器66內的夾雜物達到規定量的情況進行探測。分級裝置63例如是篩。本實施方式的分級裝置63是超音波篩，具有網式過濾器、收容網式過濾器的過濾器殼體、以及使網式過濾器振動的振動元件。分級裝置63具有氣密性。在分級裝置63的下方，設置切換閥S2。切換閥S2選擇性地將從分級裝置63落下的金屬粉末的排出目的地切換為設置於比移送裝置61更靠下位的材料罐62或材料容器65中的其中一者。切換閥S2可與分級裝置63一體地設置，也可獨立地設置。

材料容器65將從材料再利用裝置6輸送的金屬粉末再次供給至腔室7。材料容器65具有：連接構件，將材料再利用裝置6與腔室7連接；以及引導構件，將金屬粉末引導至塗覆機5的塗覆機頭。連接構件例如是將切換閥S2與引導構件連接的蛇腹狀的通路。引導構件具有：貯存滑槽，貯存金屬粉末；以及閘門，切換金屬材料從貯存滑槽排出的接通（ON）/斷開（OFF）。本實施方式的材料容器65貯存從分級裝置63輸送的金屬粉末，並且向塗覆機5的塗覆機頭供給。當塗覆機5的材料感測器MS5探測到塗覆機頭內金屬材料不足時，材料容器65打開材料出口，並向塗覆機頭補充金屬材料。在材料容器65的引導構件設置材料感測器MS6。材料感測器MS6對材料容器65內的金屬粉末不足而需要補充的情況進行探測。

在材料再利用裝置6可設置氧濃度計OS2。在本實施方式中，氧濃度計OS2與分級裝置63連接。當氧濃度計OS2檢測到材料再利用裝置6中的氧氣濃度變高時，從第二惰性氣體供給裝置2B向材料再利用裝置6供給惰性氣體，或者增加惰性氣體的供給量。以此方式，材料再利用裝置6的惰性氣體濃度被控制為不會降低。

材料供給管路8C從移送裝置61向腔室7輸送金屬粉末。材料供給管路8C包括：管路8C1，與移送裝置61的材料排出口61D和分級裝置63連接；以及管路8C2，與分級裝置63和材料容器65連接。材料貯存管路8D從移送裝置61或分級裝置63向材料罐62輸送金屬粉末。材料貯存管路8D包括：管路8D1，與移送裝置61的材料排出口61D和材料罐62連接；以及管路8D2，與分級裝置63和材料罐62連接。

管路8C1和管路8D1與切換閥S1連接，切換閥S1將從移送裝置61落下的包含夾雜物在內的金屬材料的排出目的地切換為材料罐62或分級裝置63。管路8C2和管路8D2與切換閥S2連接，切換閥S2將從分級裝置63落下的不包含夾雜物在內的金屬材料的排出目的地切換為材料罐62或材料容器65。

在管路8D2可設置一個以上的開閉閥V6以及套圈FJ。可構成為可從管路8D2的中途在空的材料瓶MB中對去除夾雜物後的金屬粉末進行回收。首先，將開閉閥V6關閉，在套圈FJ的位置將管路8D2分離。然後，材料瓶MB與管路8D2連接，從分級裝置63落下的金屬材料被回收至材料瓶MB。回收至材料瓶MB的金屬材料能夠用作層疊造形的材料。

層疊造形裝置的控制裝置可將硬體與軟體任意組合而構成，例如具有中央處理器（central processing unit，CPU）、隨機存取記憶體（random access memory，RAM）、唯讀記憶體（read only memory，ROM）、輔助存儲裝置、輸入輸出介面。控制裝置可兼作進行與層疊造形有關的控制的數值控制裝置。控制裝置與材料感測器MS1、材料感測器MS2、材料感測器MS3、材料感測器MS4、材料感測器MS5、材料感測器MS6、材料感測器MS7及氧濃度計OS1、氧濃度計OS2連接，且可將測定結果用於各部的控制。控制裝置可對泵64、開閉閥V1、開閉閥V2、開閉閥V3、開閉閥V4、開閉閥V5、開閉閥V6、開閉閥V7、及切換閥S1、切換閥S2進行控制，從而切換金屬粉末或惰性氣體的路徑，以所期望的路徑對金屬粉末進行移送。但是，切換閥S1、切換閥S2也可手動控制。

此處，對本實施方式的層疊造形裝置的動作進行說明。

在進行層疊造形之前，第一惰性氣體供給裝置2A對腔室7供給惰性氣體，使腔室7內成為惰性氣體氣氛。另外，第二惰性氣體供給裝置2B經由材料罐62而對材料再利用裝置6供給惰性氣體，使材料再利用裝置6內成為惰性氣體氣氛。當在材料罐62內未貯存足夠的金屬粉末的情況下，操作員從材料瓶MB對材料罐62補充金屬粉末。

接著，向塗覆機5補充金屬粉末。切換閥S1將來自移送裝置61的金屬粉末的排出目的地切換為分級裝置63。切換閥S2將來自分級裝置63的金屬粉末的排出目的地切換為材料容器65。通過在打開開閉閥V4的狀態下對泵64進行驅動，從而利用移送裝置61對材料罐62內的金屬粉末進行移送，經由分級裝置63而供給至材料容器65。然後，從材料容器65對塗覆機5供給金屬粉末。

當層疊造形開始後，層疊造形裝置交替地反復進行材料層以及固化層的形成。塗覆機5在水平方向上移動以形成材料層。照射裝置4對材料層照射雷射，而形成固化層。造形平臺12下降，以同樣的順序形成材料層以及固化層。

此處，對層疊造形中的金屬粉末的移送進行說明。當材料感測器MS5探測到塗覆機5內的金屬粉末的不足時，從材料容器65向塗覆機5補充金屬粉末。當材料感測器MS6探測到材料容器65的金屬粉末的不足時，移送裝置61從第一滑槽14A、第二滑槽14B或材料罐62移送金屬粉末，並將其輸送至材料容器65。此時，切換閥S1選擇管路8C1，切換閥S2選擇管路8C2。作為金屬粉末的供給源，可為第一滑槽14A、第二滑槽14B或材料罐62中的任一者，另外，可預先確定在選擇供給源的方面的優先順序。以此方式，材料再利用裝置6經由材料容器65而向腔室7內供給金屬材料。由於通過分級裝置63去除夾雜物的作業需要一定程度的時間，因此通過在材料容器65中貯存金屬粉末，可在持續進行層疊造形的同時進行向塗覆機5的材料補充。

當材料感測器MS1探測到在第一滑槽14A中貯存了規定量的金屬粉末時，可從第一滑槽14A回收金屬粉末，並回收至材料罐62。當材料感測器MS2探測到在第二滑槽14B中貯存了規定量的金屬粉末時，可從第二滑槽14B回收金屬粉末，並回收至材料罐62。此時，在去除夾雜物後回收金屬粉末的情況下，切換閥S1選擇管路8C1，切換閥S2選擇管路8D2。在不去除夾雜物而回收金屬粉末的情況下，切換閥S1選擇管路8D1。以此方式，材料再利用裝置6通過移送裝置61而對排出至腔室7外的金屬粉末進行回收，並將所回收的金屬粉末收容於材料罐62中。

此處，對層疊造形後的金屬粉末的移送進行說明。操作員進行對殘留於腔室7內的金屬粉末進行回收的清掃作業。操作員經由手套箱17B而對抽吸噴嘴18進行操作，將金屬粉末從腔室7回收至材料罐62。若如此，則操作員可在前面門17被關閉、腔室7實質上被密閉的狀態下進行清掃作業。另外，貯存於第一滑槽14A及第二滑槽14B的金屬粉末也被回收至材料罐62。在清掃作業中也從第一惰性氣體供給裝置2A及第二惰性氣體供給裝置2B供給惰性氣體。惰性氣體的供給量可為使腔室7的內壓維持在大氣壓左右的程度的較少的量。

當在清掃作業中回收金屬粉末時，在去除夾雜物後回收金屬粉末的情況下，切換閥S1選擇管路8C1，切換閥S2選擇管路8D2。在不去除夾雜物而回收金屬粉末的情況下，切換閥S1選擇管路8D1。在清掃作業中回收的金屬粉末的量比較多，因此為了作業的高速化，可不去除夾雜物而回收金屬粉末。

根據本實施方式的層疊造形裝置，可在層疊造形中及清掃作業中在將金屬粉末維持在惰性氣體氣氛下的狀態下進行作業。金屬粉末原則上不與外部氣體接觸，而可防止金屬粉末變質。另外，用於移送金屬粉末的惰性氣體通過復壓管路9G而返送至腔室7，因此可削減惰性氣體的使用量，並且可防止外部氣體進入腔室7。本實施方式的層疊造形裝置在比較昂貴的氬用作惰性氣體的情況下特別有利。另外，本實施方式的層疊造形裝置在使用鋁材或鈦材等與氧的反應性高的金屬材料的情況下特別有利。

在清潔作業結束後，也可從材料罐62中回收金屬粉末。如上所述，也可將材料瓶MB與管路8D2連接，而將金屬材料回收至材料瓶MB。

1:裝置本體 1A:底座 1B:基台 1C:造形罩 2A:第一惰性氣體供給裝置 2B:第二惰性氣體供給裝置 3:煙霧收集器 4:照射裝置 5:塗覆機 6:材料再利用裝置 7:腔室 8A:材料回收管路 8A1、8A2、8A3、8A4、8C1、8C2、8D1、8D2、9C1、9C2:管路 8B:材料補充管路 8C:材料供給管路 8D:材料貯存管路 8E:材料瓶連接管路 8F:夾雜物排出管路 9A:第一氣體供給管路 9B:第二氣體供給管路 9C:煙霧回收管路 9D:氣體排氣管路 9E:第一旁通管路 9F:第二旁通管路 9G:復壓管路 11:造形罐 12:造形平臺 13:溫度調整裝置 14A:第一滑槽 14B:第二滑槽 15:窗口 16:防污染裝置 17:前面門 17A:觀察窗 17B:手套箱 18:抽吸噴嘴 60:框體 61:移送裝置 61A:真空容器 61B:氣體排氣口 61C:材料吸入口 61D:材料排出口 61E:底蓋 61F:過濾器 62:材料罐 63:分級裝置 64:泵 65:材料容器 66:回收容器 BP:底板 CP:連接器 FJ:套圈 MB:材料瓶 MS1、MS2、MS3、MS4、MS5、MS6、MS7:材料感測器 OS1、OS2:氧濃度計 PK:襯墊 PG:壓力計 S1、S2:切換閥 V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7:開閉閥

圖1是表示本實施方式的層疊造形裝置的結構的概略圖。 圖2是本實施方式的移送裝置的剖面圖。

1:裝置本體

1A:底座

1B:基台

1C:造形罩

2A:第一惰性氣體供給裝置

2B:第二惰性氣體供給裝置

3:煙霧收集器

4:照射裝置

5:塗覆機

6:材料再利用裝置

7:腔室

8A:材料回收管路

8A1、8A2、8A3、8A4、8C1、8C2、8D1、8D2、9C1、9C2:管路

8B:材料補充管路

8C:材料供給管路

8D:材料貯存管路

8E:材料瓶連接管路

8F:夾雜物排出管路

9A:第一氣體供給管路

9B:第二氣體供給管路

9C:煙霧回收管路

9D:氣體排氣管路

9E:第一旁通管路

9F:第二旁通管路

9G:復壓管路

11:造形罐

12:造形平臺

13:溫度調整裝置

14A:第一滑槽

14B:第二滑槽

15:窗口

16:防污染裝置

17:前面門

17A:觀察窗

17B:手套箱

18:抽吸噴嘴

60:框體

61:移送裝置

61A:真空容器

61B:氣體排氣口

61C:材料吸入口

62:材料罐

63:分級裝置

64:泵

65:材料容器

66:回收容器

BP:底板

CP:連接器

FJ:套圈

MB:材料瓶

MS1、MS2、MS3、MS4、MS5、MS6、MS7:材料感測器

OS1、OS2:氧濃度計

PK:襯墊

PG:壓力計

S1、S2:切換閥

V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7:開閉閥

Claims (11)

1. 一種層疊造形裝置，包括： 腔室，對能夠製造三維造形物的區域即造形區域進行覆蓋，並由惰性氣體填滿； 惰性氣體供給裝置，向所述腔室供給所述惰性氣體； 材料回收管路，與所述腔室連接，且供從所述腔室排出的金屬粉末流通； 材料罐，貯存所述金屬粉末； 材料補充管路，與所述材料罐和所述材料回收管路連接，且供從所述材料罐排出的所述金屬粉末流通； 移送裝置，包括：真空容器；材料吸入口，設置於所述真空容器並與所述材料回收管路連接；氣體排氣口，設置於所述真空容器並將所述惰性氣體排出；以及材料排出口，設置於所述真空容器並將所述金屬粉末排出，且所述移送裝置將所述金屬粉末與所述惰性氣體一起移送； 分級裝置，從由所述移送裝置移送的所述金屬粉末中去除夾雜物； 氣體排氣管路，與所述氣體排氣口和所述腔室連接；以及 泵，設置於所述氣體排氣管路，且將從所述移送裝置排出的所述惰性氣體輸送至所述腔室。
2. 根據請求項1所述的層疊造形裝置，還包括復壓管路，所述復壓管路構成為從所述腔室向所述移送裝置供給所述惰性氣體，並進行所述真空容器的復壓。
3. 根據請求項2所述的層疊造形裝置，還包括對所述復壓管路進行打開和關閉的開閉閥， 所述開閉閥構成為在所述泵運行時關閉，在所述泵停止後打開。
4. 根據請求項2所述的層疊造形裝置，還包括第一旁通管路，所述第一旁通管路與所述腔室和所述材料罐連接且供所述惰性氣體流通， 所述復壓管路與所述材料回收管路和所述第一旁通管路連接。
5. 根據請求項1所述的層疊造形裝置，其中，所述移送裝置還包括構成為能夠對所述材料排出口進行打開和關閉的底蓋。
6. 根據請求項1所述的層疊造形裝置，其中，所述移送裝置配置於所述金屬粉末的移送路徑的最高位。
7. 根據請求項1所述的層疊造形裝置，還包括框體，所述框體對所述材料罐、所述移送裝置、以及所述分級裝置進行收容。
8. 根據請求項1所述的層疊造形裝置，其中，所述金屬粉末是鋁材。
9. 根據請求項1所述的層疊造形裝置，其中，所述金屬粉末是鈦材。
10. 根據請求項1所述的層疊造形裝置，其中，所述惰性氣體供給裝置是貯存氬氣的氣瓶。
11. 根據請求項1所述的層疊造形裝置，其中，所述泵是葉片泵。

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