JP2019099857A - Three-dimensional molding apparatus and method for manufacturing three-dimensional molded article - Google Patents

Three-dimensional molding apparatus and method for manufacturing three-dimensional molded article Download PDF

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Takeshi Miyashita
武 宮下
岡本　英司
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Abstract

To provide a three-dimensional molding apparatus that suppresses degradation in a shape quality of a finished outer surface of a three-dimensional molded article caused by sputtered particles.SOLUTION: A three-dimensional molding apparatus 1 molds a three-dimensional article M by depositing a layer 11 and includes: a molding unit 31 having a deposition surface 32 where a powder that is a material 9 of the article M is deposited; a laser irradiation unit 17 for radiating laser light E to melt or sinter the material 9 (powder) deposited on the deposition surface 32; a partition member 19 located between the deposition surface 32 and an irradiation port 18 of the laser light E; and an opening 63 disposed in the partition member 19 and transmitting the laser light E radiated from the irradiation port 18. An upper edge U of the opening 63 is located within an upward flying route of sputtered particles 23 generating from the deposited material 9 by the irradiation with the laser light E.SELECTED DRAWING: Figure 9

Description

本発明は、層を積層することにより三次元の物体を造形する三次元造形装置及び三次元造形物の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional object by laminating layers, and a method of manufacturing a three-dimensional model.

粉末材料を用いた三次元造形技術の一例として、特許文献１の三次元形状造形物の製造方法が挙げられる。この文献１には、金属粉末と溶剤と粘着増進剤とを含む金属ペーストを用いて材料層を形成し、該材料層に光ビームを照射して三次元造形することが記載されている。
また、三次元造形技術の他の例として、特許文献２に記載の光学的造形法が挙げられる。この文献には、光硬化性物質を材料として、該材料にレーザー光を照射して硬化することにより所望形状の固体を形成することが記載されている。 The manufacturing method of the three-dimensional-shaped molded article of patent document 1 is mentioned as an example of the three-dimensional modeling technique which used the powder material. This document 1 describes that a material layer is formed using a metal paste containing a metal powder, a solvent, and an adhesion promoter, and the material layer is irradiated with a light beam to three-dimensionally model it.
Moreover, the optical modeling method of patent document 2 is mentioned as another example of a three-dimensional modeling technique. This document describes that a photocurable substance is used as a material, and the material is irradiated with a laser beam to be cured to form a solid having a desired shape.

特開２００８−１８４６２２号公報JP, 2008-184622, A 特開昭６２−１０１４０８号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-101408

金属粉末等の材料で形成した層にレーザー光を照射して溶融又は焼結させる場合、レーザー光が照射された位置となる照射部分からスパッタ粒子が発生する。このスパッタ粒子は、上方に飛行するが空気抵抗によって減速されてやがて落下する。スパッタ粒子がレーザー光による照射処理後の層の表面に落下して付着すると、三次元造形物の最終的な外表面の形状品質を低下する問題につながる虞がある。
特許文献１では、前記光ビームの照射によってスパッタ粒子が発生するが、該スパッタ粒子の前記照射処理後の層の表面への付着による問題については全く考慮されていない。
また、特許文献２は、光硬化性物質を材料としていてスパッタ粒子が発生しないので、スパッタ粒子の付着という問題自体が生じない。 When a layer formed of a material such as a metal powder is irradiated with laser light to be melted or sintered, sputtered particles are generated from an irradiated portion which is a position irradiated with the laser light. The sputtered particles fly upward but are decelerated by air resistance and eventually fall. If the sputtered particles fall and adhere to the surface of the layer after the irradiation treatment with laser light, it may lead to a problem of reducing the shape quality of the final outer surface of the three-dimensional structure.
In Patent Document 1, although sputtered particles are generated by the irradiation of the light beam, the problem due to adhesion of the sputtered particles to the surface of the layer after the irradiation treatment is not considered at all.
Moreover, since patent document 2 is made of a photocurable material and does not generate sputtered particles, the problem itself of adhesion of sputtered particles does not occur.

本発明の目的は、スパッタ粒子に起因する三次元造形物の最終的な外表面の形状品質の低下を抑制することにある。   An object of the present invention is to suppress deterioration in shape quality of the final outer surface of a three-dimensional structure due to sputtered particles.

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様の三次元造形装置は、層を積層することにより三次元の物体を造形する三次元造形装置であって、前記物体の材料である粉末が積層される積層用面を有する造形部と、レーザー光を照射して前記積層用面に積層された前記材料を溶融又は焼結させるレーザー照射部と、前記積層用面と前記レーザー光の照射口との間に位置する仕切り部材と、前記仕切り部材に設けられ前記照射口から照射されたレーザー光を通過させる開口部とを備え、前記開口部の上縁は、前記レーザー光の照射によって前記積層された材料から発生するスパッタ粒子の上方への飛行経路内に位置することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a three-dimensional modeling apparatus according to a first aspect of the present invention is a three-dimensional modeling apparatus for modeling a three-dimensional object by laminating layers, which is a material of the object A laser irradiation unit that melts or sinters the material laminated on the lamination surface by irradiating a laser beam, the laser irradiation unit irradiates the lamination surface, and the laser light A partition member positioned between the opening and the opening; and an opening portion provided in the partition member for passing a laser beam emitted from the irradiation port, the upper edge of the opening portion being exposed to the laser beam by the irradiation of the laser beam It is characterized in that it is located in the upper flight path of sputtered particles generated from the laminated material.

ここで、「レーザー光の照射によって前記積層された材料から発生するスパッタ粒子」において対象とする「スパッタ粒子」は、前記積層された材料にレーザー光が照射されることによって発生するスパッタ粒子の全部である必要はなく、その一部のスパッタ粒子であってもよい意味で使われている。
また、「上方」とは、鉛直の上方に限らず斜め上方も含む意味で使われている。
そして、「開口部の上縁はスパッタ粒子の上方への飛行経路内に位置する」とは、仕切り部材の開口部の上縁は、前記「上方」への飛行距離が小さい一部のスパッタ粒子は到達できない位置であっても、上方への飛行距離が大きいスパッタ粒子が到達できる位置であれば該「飛行距離が大きいスパッタ粒子」は仕切り部材の上面に落下させて捕捉できるので、それでもよい意味で使われている。 Here, the “sputtered particles” targeted in “the sputtered particles generated from the laminated material by the irradiation of the laser light” are all the sputtered particles generated by the laser light being irradiated to the laminated material. It is not necessary to be, but is used in the sense that some sputtered particles may be used.
Also, "upper" is used to mean not only vertically above but also obliquely above.
The phrase "the upper edge of the opening is located in the flight path upward of the sputtered particles" means that the upper edge of the opening of the partition member is a part of sputtered particles having a short flight distance to the above "above". Even if it is an unreachable position, the “sputtered particles with a large flight distance” can be dropped onto the upper surface of the partition member and captured if the sputter particles with a large upward flight distance can reach it, which is good meaning. It is used in

本態様によれば、前記仕切り部材に設けられレーザー照射部の照射口から照射されたレーザー光を通過させる開口部の上縁は、前記レーザー光の照射によって前記積層された材料から発生するスパッタ粒子の上方への飛行経路内に位置する。
これにより、スパッタ粒子は、前記開口部を通過して仕切り部材の上面側に至るので、空気抵抗で減速して落下した粒子は仕切り部材の上面に着弾する、即ち捕捉される。従って、レーザー光による照射処理後の層の表面に、前記粒子が落下して付着する虞を低減でき、以って、スパッタ粒子に起因する三次元造形物の最終的な外表面の形状品質の低下を抑制することができる。 According to this aspect, the upper edge of the opening provided in the partition member and passing the laser beam irradiated from the irradiation port of the laser irradiation unit is a sputtered particle generated from the laminated material by the irradiation of the laser beam In the upper flight path of the
As a result, the sputtered particles pass through the opening and reach the upper surface side of the partition member, so that the particles decelerated and dropped due to air resistance land on the upper surface of the partition member, that is, are trapped. Therefore, it is possible to reduce the possibility of the particles falling and adhering to the surface of the layer after the irradiation treatment with the laser beam, and hence the shape quality of the final outer surface of the three-dimensional structure due to the sputtered particles. It is possible to suppress the decrease.

本発明の第２の態様の三次元造形装置は、第１の態様において、前記開口部の上縁は、前記積層用面に積層された前記材料の表面から２ｍｍ以下に位置することを特徴とする。   In the three-dimensional modeling apparatus of the second aspect of the present invention, in the first aspect, the upper edge of the opening is located 2 mm or less from the surface of the material laminated on the surface for lamination. Do.

本態様によれば、前記開口部の上縁が前記積層用面に積層された前記材料の表面から２ｍｍ以下に位置することで、前記開口部を上方に向かって通過したスパッタ粒子がレーザー光による照射処理後の層の表面に落下して付着する虞を低減でき、以って、スパッタ粒子に起因する三次元造形物の最終的な外表面の形状品質の低下を抑制することができる。
前記開口部の上縁は、前記スパッタ粒子の捕捉率を更に向上する観点からは、前記材料の表面からの距離が２ｍｍより小さい１ｍｍ以下に位置する構成とすることが好ましい。
また、開口部の上縁の高さ方向における位置の下限は、本発明においては、該仕切り部材の厚さを除いて０ｍｍであってもよいが、装置の製造及び動作制御における実用性の観点からは０ｍｍではなくクリアランスを有する状態が好ましい。 According to this aspect, when the upper edge of the opening is positioned 2 mm or less from the surface of the material laminated on the surface for lamination, the sputtered particles passing upward through the opening are affected by the laser light It is possible to reduce the risk of falling and adhering to the surface of the layer after the irradiation treatment, thereby suppressing the deterioration of the shape quality of the final outer surface of the three-dimensional structure due to the sputtered particles.
From the viewpoint of further improving the capture rate of the sputtered particles, the upper edge of the opening is preferably positioned at 1 mm or less where the distance from the surface of the material is smaller than 2 mm.
In the present invention, the lower limit of the position of the upper edge of the opening in the height direction may be 0 mm except for the thickness of the partition member, but the viewpoint of practicality in manufacturing and operation control of the device It is preferable to have a clearance from 0 mm, not

本発明の第３の態様の三次元造形装置は、第２の態様において、前記開口部の幅Ａは、前記レーザー光のビーム径をＤ、仕切り部材の板厚をＴ、仕切り部材とレーザー光の照射面との距離をＬとして、
２（Ｄ＋２（Ｌ＋Ｔ）） ＞ Ａ ＞ Ｄ＋２（Ｌ＋Ｔ）
であること特徴とする。
ここで、「開口部の幅」とは、三次元造形の際のレーザー光の移動方向における開口部の開口長さを意味する。 The three-dimensional modeling apparatus of the third aspect of the present invention is the second aspect, wherein the width A of the opening is D for the beam diameter of the laser light, T for the thickness of the partition member, the partition member and the laser light Let L be the distance to the irradiation surface of
2 (D + 2 (L + T))>A> D + 2 (L + T)
It is characterized by being.
Here, "the width of the opening" means the opening length of the opening in the moving direction of the laser beam in three-dimensional modeling.

スパッタ粒子の飛行は、水平面からの角度である出射角度が４５度以上のものがほとんどであることを本発明者は確認している。本態様による開口部の幅Ａを用いれば、詳細は後述するが、スパッタ粒子の出射角度が４５度以上のものを捕捉することができ、スパッタ粒子の捕捉率を効果的に高めることができる。   The inventors have confirmed that most of the flight of sputtered particles is at an exit angle of 45 degrees or more, which is an angle from a horizontal plane. If the width A of the opening according to the present embodiment is used, although the details will be described later, it is possible to capture the sputtered particles having an emission angle of 45 degrees or more, and it is possible to effectively increase the sputtered particle capture rate.

本発明の第４の態様の三次元造形装置は、第３の態様において、前記開口部は、開口部の幅Ａを短辺とするスリット形状であることを特徴とする。   The three-dimensional modeling apparatus of the fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the third aspect, the opening has a slit shape whose short side is the width A of the opening.

本態様によれば、レーザー照射部としてガルバノレーザーを用いて、前記スリットに沿ってレーザー照射点を走査することができので、装置構造をシンプルにすることができる。   According to this aspect, since the laser irradiation point can be scanned along the slit using the galvano laser as the laser irradiation unit, the device structure can be simplified.

本発明の第５の態様の三次元造形装置は、第１の態様から第４の態様のいずれか一つの態様において、前記層中の溶媒を揮発させる溶媒揮発部を備え、前記溶媒揮発部は、前記レーザー照射部によるレーザー照射が行われる前に前記層中の溶媒を揮発させるように制御されることを特徴とする。   The three-dimensional shaping apparatus according to the fifth aspect of the present invention comprises, in any one of the first to fourth aspects, a solvent volatilization part that volatilizes the solvent in the layer, and the solvent volatilization part is The method is characterized in that the solvent in the layer is controlled to evaporate before the laser irradiation by the laser irradiation unit is performed.

粉末と溶媒とバインダーとを含む組成物を用いて前記層を形成する場合があるが、本態様によれば、溶媒揮発部が前記レーザー照射が行われる前に前記層中の溶媒を揮発させる。これにより、溶媒を除去した状態で次のレーザー照射を行うことができ、形状品質低下の虞を低減することができる。   The layer may be formed using a composition containing a powder, a solvent and a binder, but according to this aspect, the solvent volatilization part volatilizes the solvent in the layer before the laser irradiation is performed. Thereby, the next laser irradiation can be performed in the state which removed the solvent, and the possibility of shape quality deterioration can be reduced.

本発明の第６の態様の三次元造形装置は、第１の態様から第５の態様のいずれか一つの態様において、前記仕切り部材は、前記レーザー光の前記材料に対する照射位置の移動に連動して前記開口部の位置が移動するように制御されることを特徴とする。
ここで、「移動」とは、水平面内のＸ方向及びＹ方向への直線移動と、鉛直軸周りの回転移動の両方を含む意味で使われている。 In the three-dimensional modeling apparatus according to the sixth aspect of the present invention, in the aspect according to any one of the first to fifth aspects, the partition member interlocks with the movement of the irradiation position of the laser light to the material. The position of the opening is controlled to move.
Here, "movement" is used in the sense that it includes both linear movement in the X and Y directions in the horizontal plane and rotational movement around the vertical axis.

本態様によれば、前記仕切り部材は、前記レーザー光の前記材料に対する照射位置の移動に連動して前記開口部の位置が移動することができるので、三次元造形物の形状の違いに容易に対応することができる。   According to this aspect, since the partition member can move the position of the opening in conjunction with the movement of the irradiation position of the laser light to the material, the partition member can easily change the shape of the three-dimensional object. It can correspond.

本発明の第７の態様の三次元造形装置は、第１の態様から第６の態様のいずれか一つの態様において、前記仕切り部材の開口部を介して前記積層された材料にレーザー光を照射する処理が行われた層に対して、前記仕切り部材が退避した状態で次層が形成され、該次層に対して前記仕切り部材が進出した状態で前記開口部を介して前記レーザー光を照射する処理が行われるように制御されることによって複数の層から成る三次元造形物が各層毎に順次形成されることを特徴とする。   The three-dimensional structure forming apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein the laminated material is irradiated with laser light through the opening of the partition member. The next layer is formed with the partition member retracted with respect to the layer subjected to the treatment, and the laser beam is irradiated through the opening with the partition member advanced to the next layer. A three-dimensional structure consisting of a plurality of layers is sequentially formed for each layer by being controlled so as to perform processing.

本態様によれば、仕切り部材の位置を前記退避位置と進出位置に切り替えることができるので、積層用面に前記粉末を積層する際に前記仕切り部材を退避させておくことができ、積層動作を支障なく行うことができる。   According to this aspect, since the position of the partition member can be switched to the retracted position and the advanced position, the partition member can be retracted when laminating the powder on the surface for lamination, and the laminating operation can be performed. It can be done without problems.

本発明の第８の態様の三次元造形装置は、第１の態様から第７の態様のいずれか一つの態様において、前記造形部の積層用面に対して粉末と溶媒とバインダーとを含む組成物の層を形成する層形成部を備え、前記層形成部とレーザー照射部と仕切り部材と造形部又は前記層形成部と溶媒揮発部とレーザー照射部と仕切り部材と造形部は、窒素ガスの導入部と排気部とを備えた密閉された筐体内に収容されており、前記層形成部とレーザー照射部と仕切り部材又は前記層形成部と溶媒揮発部とレーザー照射部と仕切り部材は、前記造形部に対して相対的に移動できるように構成されていることを特徴とする。   The three-dimensional shaping apparatus according to the eighth aspect of the present invention is the composition according to any one of the first to seventh aspects, wherein the composition includes a powder, a solvent, and a binder with respect to the lamination surface of the shaped section. The layer forming unit, the laser irradiating unit, the partition member, the shaping unit, or the layer forming unit, the solvent volatilizing unit, the laser irradiating unit, the partition member and the shaping unit are made of nitrogen gas; The layer forming unit, the laser irradiating unit, and the partition member or the layer forming unit, the solvent volatilizing unit, the laser irradiating unit, and the partition member are housed in a sealed case provided with an introducing unit and an exhaust unit. It is characterized in that it is configured to be able to move relative to the shaping unit.

本態様によれば、一連のプロセスを密閉された筐体内で連結して処理できるようになる。また、該筐体には窒素ガスの導入部と排気部が設けられているので、窒素ガスの置換が可能になり、層形成部、溶媒揮発部、レーザー照射部、仕切り部材及び造形部等に対する酸素の影響を低減することができる。
また、前記層形成部とレーザー照射部と仕切り部材又は前記層形成部と溶媒揮発部とレーザー照射部と仕切り部材を造形部に対して相対的に移動できるように構成したから、前者を固定して後者を移動させてもよいし、前者を移動させて後者を固定してもよいし、前者と後者の両方を移動させてもよい。従って、当該三次元造形物の製造に適した種々の構造の三次元造形装置が適用できるようになる。 According to this aspect, a series of processes can be connected and processed in a sealed case. In addition, since the casing is provided with a nitrogen gas introduction portion and an exhaust portion, substitution of nitrogen gas becomes possible, and the layer formation portion, the solvent volatilization portion, the laser irradiation portion, the partition member, the shaping portion, etc. The influence of oxygen can be reduced.
In addition, since the layer forming unit, the laser irradiating unit and the partition member, or the layer forming unit, the solvent volatilizing unit, the laser irradiating unit, and the partition member can be moved relative to the modeling unit, the former is fixed. The latter may be moved, the former may be moved to fix the latter, or both the former and the latter may be moved. Therefore, the three-dimensional modeling apparatus of various structures suitable for manufacture of the said three-dimensional structure becomes applicable.

本発明の第９の態様は、層を積層することにより三次元の物体を造形する三次元造形物の製造方法であって、前記物体の材料である粉末による層を積層する層形成工程と、レーザー光を照射して前記積層された前記材料を溶融又は焼結させるレーザー照射工程と、前記レーザー光の照射によって前記積層された材料から発生するスパッタ粒子が前記層の表面に落下して付着することを抑制する粒子付着抑制工程とを有し、前記粒子付着抑制工程は、仕切り部材に設けられた開口部を通過させて照射されたレーザー光によって前記積層された材料から発生するスパッタ粒子を前記開口部を上方に向かって通過させて捕捉することを特徴とする。   A ninth aspect of the present invention is a method for producing a three-dimensional object which forms a three-dimensional object by laminating layers, and a layer forming step of laminating a layer of powder which is a material of the object; A laser irradiation step of melting or sintering the laminated material by irradiation with a laser beam, and sputtered particles generated from the laminated material by irradiation of the laser beam are dropped and attached to the surface of the layer And the particle adhesion suppression step includes sputtering particles generated from the laminated material by the laser light irradiated by passing through the opening provided in the partition member. The opening is passed upward and captured.

本態様によれば、第１の態様の三次元造形装置において述べた効果と同様の効果を得ることができる。   According to this aspect, it is possible to obtain the same effect as the effect described in the three-dimensional modeling apparatus of the first aspect.

本発明の実施形態１に係る三次元造形装置の概略を表す、層形成部にステージが位置している場合の装置構成図。The apparatus block diagram in case the stage is located in the layer formation part which represents the outline of the three-dimensional modeling apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置の概略を表す、溶媒揮発部にステージが位置している場合の装置構成図。The apparatus block diagram in case the stage is located in the solvent volatilization part which represents the outline of the three-dimensional shaping apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置の概略を表す、レーザー照射部にステージが位置している場合の装置構成図。The apparatus block diagram in case the stage is located in the laser irradiation part which represents the outline of the three-dimensional modeling apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置におけるレーザー照射部と仕切り部材の動作制御の概略を表す、制御構成図。The control block diagram showing the outline of operation control of the laser irradiation part and the partition member in the three-dimensional modeling apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置における仕切り部材の駆動装置の一例を表す、平面図。The top view showing an example of the drive device of the partition member in the three-dimensional modeling apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置におけるレーザー光の走査方向及び送り方向と開口部の移動方向及び回転方向を表す、開口部の回転角度が０°のときの平面図。The top view in case the rotation angle of an opening which represents the scanning direction and sending direction of a laser beam in the three-dimensional modeling apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, the moving direction and rotation direction of an opening is 0 degree. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置におけるレーザー光の走査方向及び送り方向と開口部の移動方向及び回転方向を表す、開口部の回転角度が９０°のときの平面図。The top view in case the rotation angle of an opening part is 90 degrees which represents the scanning direction and sending direction of a laser beam in the three-dimensional shaping apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, and the moving direction and rotation direction of an opening part. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置におけるレーザー光の走査方向及び送り方向と開口部の移動方向及び回転方向を表す、開口部の回転角度が４５°のときの平面図。The top view in case the rotation angle of an opening which represents the scanning direction and sending direction of a laser beam in the three-dimensional modeling apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, and the moving direction and rotation direction of an opening is 45 degrees. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置におけるレーザー光のビーム径と、仕切り部材の板厚と、仕切り部材とレーザー光の照射面との距離と、の関係を表す説明図。Explanatory drawing showing the relationship of the beam diameter of the laser beam in 3D modeling apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, plate | board thickness of a partition member, and the distance of a partition member and the irradiation surface of a laser beam. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置におけるスパッタ粒子の出射角と飛行経路の関係を表す、粒径が１４μｍのスパッタ粒子の場合の説明図。Explanatory drawing in the case of the sputtered particle of 14 micrometers of particle diameters showing the relationship between the radiation angle of the sputtered particle, and a flight path in the three-dimensional shaping apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置におけるスパッタ粒子の出射角と飛行経路の関係を表す、粒径が２２μｍのスパッタ粒子の場合の説明図。Explanatory drawing in the case of the sputtered particle of 22 micrometers of particle diameters showing the relationship between the radiation angle of the sputtered particle, and a flight path in the three-dimensional shaping apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置における第１の層形成時のレーザー照射部と仕切り部材の作用を表す側断面図。The sectional side view showing the effect | action of the laser irradiation part at the time of 1st layer formation in the three-dimensional modeling apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, and a partition member. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置における第２の層形成時の層形成部の作用を表す側断面図。The side sectional view showing the operation of the layer formation part at the time of the 2nd layer formation in the three-dimensional modeling device concerning Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置によって形成した三次元造形物における面粗さ（最高高さ）の改善の効果を表すグラフ。The graph showing the effect of the improvement of the surface roughness (maximum height) in the three-dimensional modeling thing formed by the three-dimensional modeling device concerning Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態１に係る三次元造形装置によって形成して三次元造形物における平均面粗さの改善の効果を表すグラフ。The graph which represents the effect of improvement of the average surface roughness in the three-dimensional modeling thing formed by the three-dimensional modeling apparatus concerning Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態２に係る三次元造形装置の概略を表す、層形成時の装置構成図。The apparatus block diagram at the time of layer formation showing the outline of the three-dimensional shaping apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. 形成した第１の層に対してレーザーを照射した場合に発生するスパッタ粒子の飛散の様子を模式的に表す側断面図。FIG. 7 is a side cross-sectional view schematically showing the state of scattering of sputtered particles generated when the formed first layer is irradiated with a laser. 形成した第１の層の表面にスパッタ粒子が付着する様子を模式的に表す側断面図。FIG. 7 is a side cross-sectional view schematically showing how sputtered particles adhere to the surface of the formed first layer. 形成した第１の層の上面に次層となる第２の層を形成していく場合の問題点を模式的に表す側断面図。FIG. 7 is a side cross sectional view schematically showing a problem in the case of forming a second layer to be the next layer on the upper surface of the formed first layer. 形成した第５の層の表面に付着するスパッタ粒子の成長痕を表す平面図と計測したスパッタ粒子の成長痕の大きさを表す図表。The top view showing the growth mark of sputtered particles adhering to the surface of the formed 5th layer, and the chart showing the size of the growth mark of the sputtered particle which was measured. 形成した第１０の層の表面に付着するスパッタ粒子の成長痕を表す平面図と計測したスパッタ粒子の成長痕の大きさを表す図表。The top view showing the growth mark of sputtered particles adhering to the surface of the formed 10th layer, and the chart showing the size of the growth mark of the sputtered particle which was measured.

以下に、本発明の実施形態に係る三次元造形装置及び三次元造形物の製造方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。
尚、以下の説明では最初に、図１〜図５及び図１０に表す実施形態１に係る三次元造形装置を例にとって、本発明の三次元造形装置の全体構成について説明する。次に、図５、図６Ａ−図６Ｃ、図７、図８Ａ、図８Ｂ及び図９に基づいて該三次元造形装置の要部の具体的構成について説明する。次に、該三次元造形装置を使用することによって実行される本発明の三次元造形物の製造方法の内容について説明する。 Hereinafter, a three-dimensional modeling apparatus and a method of manufacturing a three-dimensional model according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
In the following description, first, the entire configuration of the three-dimensional modeling apparatus of the present invention will be described by taking the three-dimensional modeling apparatus according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 and 10 as an example. Next, based on FIG. 5, FIG. 6A-FIG. 6C, FIG. 7, FIG. 8A, FIG. 8B and FIG. Next, the contents of the method for producing a three-dimensional structure of the present invention, which is performed by using the three-dimensional structure forming apparatus, will be described.

次に、このようにして構成される実施形態１に係る三次元造形装置及び三次元造形物の製造方法によって製造された三次元造形物における面粗度の改善の効果を図１１Ａ、図１１Ｂに表すグラフと図１４Ａ、図１４Ｂに表す平面図及び図表とに基づいて説明する。
続いて、従来の問題点を表す図１３Ａ−図１３Ｃと、本発明の実施形態１に係る三次元造形装置の作用を表す図９及び図１０と、を比較して実施形態１に係る三次元造形装置及び三次元造形物の製造方法の効果について検証する。 Next, FIG. 11A and FIG. 11B show the effect of the improvement of the surface roughness in the three-dimensional structure manufactured by the three-dimensional structure forming apparatus and the three-dimensional structure manufacturing method according to the first embodiment. It demonstrates based on the graph represented, the top view and figure represented to FIG. 14A and FIG. 14B.
Subsequently, the three-dimensional embodiment according to the first embodiment is compared by comparing FIGS. 13A to 13C showing conventional problems with FIGS. 9 and 10 showing the operation of the three-dimensional shaping apparatus according to the first embodiment of the present invention. It verifies about the effect of the manufacturing method of a modeling apparatus and a three-dimensional model.

次に、図１２に表す実施形態２に係る三次元造形装置の構成と、該三次元造形装置を使用することによって実行される三次元造形物の製造方法の内容と、これらの作用、効果について、前記実施形態１との差異を中心に説明する。
最後に、これら二つの実施形態と部分的構成を異にする他の実施形態について言及する。 Next, the configuration of the three-dimensional modeling apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 12, the contents of the method for producing a three-dimensional model performed by using the three-dimensional modeling apparatus, and the functions and effects thereof The difference from the first embodiment will be mainly described.
Finally, reference will be made to these two embodiments and other embodiments differing in part configuration.

◆◆◆実施形態１（図１〜図５、図６Ａ−図６Ｃ、図７、図８Ａ、図８Ｂ、図９及び図１０参照）
（１）三次元造形装置の全体構成（図１〜図５及び図１０参照）
本実施形態に係る三次元造形装置１Ａは、層１１を積層することにより三次元造形物Ｍを造形する三次元造形装置であって、三次元造形物Ｍの材料である粉末３（図１０）から成る層１１が積層される積層用面３２を有する造形部となるステージ３１と、レーザー光Ｅ（図３）を照射して積層用面３２に積層された材料（粉末３）を溶融又は焼結させるレーザー照射部１７と、積層用面３２とレーザー光Ｅの照射口１８（図９）との間に位置する仕切り部材１９と、仕切り部材１９に対して設けられ、照射口１８から照射されたレーザー光Ｅを通過させる開口部６３と、を備えることによって基本的に構成されている。 Embodiment 1 (FIGS. 1 to 5, 6A to 6C, 7, 8A, 8B, 9 and 10)
(1) Overall configuration of the three-dimensional shaping apparatus (see FIGS. 1 to 5 and 10)
The three-dimensional modeling apparatus 1A according to the present embodiment is a three-dimensional modeling apparatus that models a three-dimensional model M by laminating the layers 11, and is a powder 3 (FIG. 10) that is a material of the three-dimensional model M And a stage 31 serving as a shaped part having a laminating surface 32 on which the layer 11 is laminated, and a material (powder 3) laminated on the laminating surface 32 by irradiation with a laser beam E (FIG. 3) The laser irradiation unit 17 to be connected, the partition member 19 positioned between the stacking surface 32 and the irradiation port 18 (FIG. 9) of the laser light E, and the partition member 19 are provided and irradiated from the irradiation port 18 And an opening 63 through which the laser beam E passes.

更に、本実施形態に係る三次元造形装置１Ａでは、ステージ３１の積層用面３２に対して粉末３と溶媒５とバインダー７とを含む組成物９（図１０）の層１１を形成する層形成部１３と、層１１中の溶媒５を揮発させる溶媒揮発部１５と、を備えている。
溶媒揮発部１５は、レーザー照射部１７によるレーザー照射が行われる前に層１１中の溶媒５を揮発させるように制御される。
＜仕切り部材の開口部＞
そして、図７に表すように、本実施形態に係る三次元造形装置１Ａでは、仕切り部材１９に設けられた開口部６３の上縁Ｕは、レーザー光Ｅの照射によって積層された材料（組成物９）から発生するスパッタ粒子２３（図８Ａ、図８Ｂ）の出射から着弾までの飛行軌道６７（６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃ）の内の上方への飛行経路（頂点位置より上流側）６７Ｕｐ内に位置するように構成されている。図８Ａ、図８Ｂにおいて、符号６７Ｄｗはスパッタ粒子２３の飛行軌道６７の内の下方への飛行経路（頂点位置より下流側）を示している。 Furthermore, in the three-dimensional modeling apparatus 1A according to the present embodiment, layer formation for forming the layer 11 of the composition 9 (FIG. 10) containing the powder 3, the solvent 5 and the binder 7 on the laminating surface 32 of the stage 31 A portion 13 and a solvent volatilization portion 15 which volatilizes the solvent 5 in the layer 11 are provided.
The solvent volatilization unit 15 is controlled to volatilize the solvent 5 in the layer 11 before the laser irradiation by the laser irradiation unit 17 is performed.
<Opening of partition member>
Then, as shown in FIG. 7, in the three-dimensional modeling apparatus 1A according to the present embodiment, the upper edge U of the opening 63 provided in the partition member 19 is a material (composition) laminated by the irradiation of the laser light E. 9) in the upper flight path (upstream from the vertex position) 67Up in the flight trajectory 67 (67A, 67B, 67C) from the emission to the landing of the sputtered particles 23 (FIGS. 8A, 8B) generated from 9) It is configured to In FIG. 8A and FIG. 8B, reference numeral 67Dw indicates the flight path (downstream from the vertex position) of the sputtered particles 23 in the lower flight trajectory 67.

＜粉末＞
粉末３としては、金属粉末やセラミックス粉末が一例として使用できる。金属粉末としては、各種金属や金属化合物等の粒状ないし粉末状の粒子が使用できる。
具体的には。アルミニウム、チタン、鉄、銅、マグネシウム、ステンレス鋼、マルエージング鋼等の各種金属、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコン、酸化錫、酸化マグネシウム、チタン酸カリウム等の各種金属酸化物、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム等の各種金属水酸化物、窒素珪素、窒素チタン、窒化アルミニウム等の各種金属窒化物、炭化珪素、炭化チタン、窒化アルミニウム等の各種金属窒化物、炭化珪素、炭化チタン等の各種金属炭化物、硫化亜鉛等の各種金属硫化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の各種金属の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム等の各種金属の硫酸塩、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム等の各種金属のケイ酸塩、リン酸カルシウム等の各種金属のリン酸塩、ホウ酸アルミニウム、ホウ酸マグネシウム等の各種金属のホウ酸塩や、これらの複合化合物等、石膏（硫酸カルシウムの各水和物、硫酸カルシウムの無水物）等の粉末が使用できる。 <Powder>
As powder 3, metal powder or ceramic powder can be used as an example. As the metal powder, particulate or powder particles of various metals or metal compounds can be used.
In particular. Various metals such as aluminum, titanium, iron, copper, magnesium, stainless steel, maraging steel, various metal oxides such as silica, alumina, titanium oxide, zinc oxide, zircon oxide, tin oxide, magnesium oxide, potassium titanate, etc. Various metal hydroxides such as magnesium hydroxide, aluminum hydroxide and calcium hydroxide, various metal nitrides such as silicon nitrogen, titanium titanium and aluminum nitride, various metal nitrides such as silicon carbide, titanium carbide and aluminum nitride, carbonized Various metal carbides such as silicon and titanium carbide, various metal sulfides such as zinc sulfide, carbonates of various metals such as calcium carbonate and magnesium carbonate, sulfates of various metals such as calcium sulfate and magnesium sulfate, calcium silicate and silica Silicates of various metals such as magnesium acid and other metals such as calcium phosphate Salt, aluminum borate, and borate various metals such as magnesium borate, etc. These complex compounds, (each hydrates of calcium sulfate, anhydrous calcium sulfate) gypsum powder such as may be used.

＜溶媒＞
溶媒５は、例えば、蒸留水、純水、ＲＯ水等の各種水の他、メタノール、エタノール、２−プロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、オクタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等のアルコール類、エチレングリコールモノメチルエーテル（メチルセロソルブ）等のエーテル類（セロソルブ類）、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ギ酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ペンタン、ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の環式炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキシルベンゼン、ヘブチルベンゼン、オクチルベンゼン、ノニルベンゼン、デシルベンゼン、ウンデシルベンゼン、ドデシルベンゼン、トリデシルベンゼン、テトラデシルベンゼン等の長鎖アルキル基及びベンゼン環を有する芳香族炭火水素類、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドンのいずれか一つを含む芳香族複素環類、アセトニトクル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド等のアミド類、カルボン酸塩又はその他の各種油類等が挙げられる。 <Solvent>
The solvent 5 is, for example, various water such as distilled water, pure water, RO water, etc., and also alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, octanol, ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin and the like Ethers (cellosolves) such as ethylene glycol monomethyl ether (methyl cellosolve), esters such as methyl acetate, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl formate, acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl isopropyl ketone, cyclohexanone, etc. Ketones, aliphatic hydrocarbons such as pentane, hexane and octane, cyclic hydrocarbons such as cyclohexane and methylcyclohexane, benzene, toluene, xylene, hexylbenzene, heptylbenzene, octy Aromatic carbohydrocarbons having a long-chain alkyl group and a benzene ring such as benzene, nonylbenzene, decylbenzene, undecylbenzene, dodecylbenzene, tridecylbenzene, tetradecylbenzene, methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, 1, Halogenated hydrocarbons such as 2-dichloroethane, aromatic heterocycles containing any one of pyridine, pyrazine, furan, pyrrole, thiophene and methylpyrrolidone, nitriles such as acetonitrile, propionitrile, acrylonitrile and the like, N, Amides such as N-dimethylamide, N, N-dimethylacetamide, carboxylic acid salts or other various oils, etc. may be mentioned.

＜バインダー＞
バインダー７としては、前述した溶媒５に可溶であれば、限定されない。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、セルロース系樹脂、合成樹脂等を用いることができる。また、例えば、ＰＬＡ（ポリ乳酸）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の熱可塑性樹脂を用いることもできる。
また、可溶状態でなく、上述したアクリル樹脂などの樹脂の微小な粒子の状態で、前述した溶媒５中に分散させるようにしてもよい。
因みに、本実施形態では粉末３として金属粉末であるＳＵＳ３１６Ｌ（Ｄ５０=直径３μｍ）を使用し、溶剤５としてプロピレングリコール（ＰＧ）、バインダー７としてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を一例として使用した。また、これらを混ぜてペースト状の組成物９にしたときの体積比率を一例として粉末３が３０ｖｏｌ％、溶媒５が６８ｖｏｌ％、バインダー７が２ｖｏｌ％とした。 <Binder>
The binder 7 is not limited as long as it is soluble in the solvent 5 described above. For example, acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, cellulose resin, synthetic resin, etc. can be used. Further, for example, thermoplastic resins such as PLA (polylactic acid), PA (polyamide), PPS (polyphenylene sulfide) and the like can also be used.
Alternatively, the resin may be dispersed in the above-described solvent 5 in the form of minute particles of a resin such as the above-described acrylic resin, not in a soluble state.
Incidentally, in the present embodiment, SUS316L (D50 = diameter 3 μm) which is a metal powder is used as the powder 3, propylene glycol (PG) as the solvent 5, and polyvinyl alcohol (PVA) as the binder 7 as an example. Moreover, these were mixed and it was set as 30 vol% of the powder 3, 68 vol% of the solvent 5, and the binder 7 of 2 vol% as an example of the volume ratio when it is set as the paste-form composition 9.

＜仕切り部材＞
尚、仕切り部材１９は、図１３Ａに表すように、仕切り部材１９を設けないと、レーザー照射部１７で照射されるレーザー光Ｅによる溶融又は焼結時に発生し、層１１の表面に飛散して層１１の表面に付着するスパッタ粒子２３の付着を抑制するために設けられている。
具体的には、スパッタ粒子２３は、図１３Ｂに表すように、レーザー照射後の層１１（例えばステージ３１の積層用面３２に接する最初に形成される第１の層１１Ａ）の表面に付着し、この状態でそのまま次層１１（例えば第１の層１１Ａの上に形成される２層目の第２の層１１Ｂ）の形成に移行すると、図１３Ｃに表すように、三次元造形物Ｍの外表面に凹凸として現われ、面粗度の低下をもたらす要因となってしまう虞がある。 <Partition member>
In addition, as shown in FIG. 13A, the partition member 19 is generated at the time of melting or sintering by the laser light E irradiated by the laser irradiation unit 17 and is scattered on the surface of the layer 11 when the partition member 19 is not provided. It is provided to suppress adhesion of sputtered particles 23 adhering to the surface of the layer 11.
Specifically, as shown in FIG. 13B, the sputtered particles 23 adhere to the surface of the layer 11 after laser irradiation (for example, the first layer 11A formed first in contact with the stacking surface 32 of the stage 31). If, in this state, the process proceeds to the formation of the next layer 11 (for example, the second layer 11B of the second layer formed on the first layer 11A), as shown in FIG. 13C, the three-dimensional object M It may appear as irregularities on the outer surface, which may cause a reduction in surface roughness.

そして、このような三次元造形物Ｍの外表面の凹凸は、積層する層１１の数が増すに従って大きくなる傾向がある。
具体的には、図１４Ａに表すように、５層目に積層された第５の層１１Ｅでは、第５の層１１Ｅの表面に現れるスパッタ粒子２３の生長痕２４Ｅの大きさが、２４Ｅ−１〜２４Ｅ−６の各プロットにおいて図１４Ａの図表に表した数値であった。これに対して、図１４Ｂに表すように１０層目に積層された第１０の層１１Ｊでは、第１０の層１１Ｊに表面に現れるスパッタ粒子２３の生長痕２４Ｊの大きさが、２４Ｊ−１〜２４Ｊ−６の各プロットにおいて図１４Ｂの図表に表した数値となり、スパッタ粒子２３の生長痕２４は積層する層１１の数が増すに従って大きくなることが確認されている。 And the unevenness | corrugation of the outer surface of such a three-dimensional structure M tends to become large as the number of the layers 11 to laminate increases.
Specifically, as shown in FIG. 14A, in the fifth layer 11E stacked in the fifth layer, the size of the growth marks 24E of the sputtered particles 23 appearing on the surface of the fifth layer 11E is 24E-1. In each plot of -24E-6, it was the numerical value represented on the chart of FIG. 14A. On the other hand, in the tenth layer 11J stacked in the tenth layer as shown in FIG. 14B, the size of the growth marks 24J of the sputtered particles 23 appearing on the surface of the tenth layer 11J is 24J-1 In each plot of 24J-6, the values shown in the chart of FIG. 14B are obtained, and it is confirmed that the growth marks 24 of the sputtered particles 23 increase as the number of layers 11 to be stacked increases.

また、本実施形態では図１〜図３に表すように、層形成部１３と溶媒揮発部１５とレーザー照射部１７と仕切り部材１９と造形部となるステージ３１は、窒素ガスＮ２の導入部２５と排気部２７とを備えた密閉された筐体２９内に収容されている。
また、ステージ３１は、層形成部１３と溶媒揮発部１５とレーザー照射部１７との間を順番に移動できるよう、図示しない搬送手段によって送り方向Ｘの順方向Ｘ１と、戻し方向Ｘ２と、に自由に移動できるように構成されている。 Further, in the present embodiment, as represented in FIGS. 1 to 3, a stage 31 serving as the layer forming portion 13 and the volatilization of the solvent 15 and the laser irradiation portion 17 and the partition member 19 and the shaping part, the introduction of the nitrogen gas N 2 It is housed in a sealed case 29 provided with an air outlet 25 and an air outlet 27.
Further, the stage 31 can be moved in the forward direction X1 of the feed direction X and the return direction X2 by the transport means (not shown) so that the stage 31 can move in order between the layer forming portion 13, the solvent volatilization portion 15, and the laser irradiation portion 17. It is configured to move freely.

＜層形成部＞
層形成部１３には、前記ステージ３１の送り方向Ｘと交差する走査方向Ｙと、層１１の積層方向Ｚと、に移動可能な描画ヘッド３５を備えるディスペンサー３３が設けられている。また、本実施形態では層形成部１３は、図１〜図３中、左端の送り方向Ｘの上流位置に配置されている。
層形成部１３には、前述した粉末３と溶媒５とバインダー７とを含むペースト状の組成物９が供給され、描画ヘッド３５の走査方向Ｙへの走査と、前記ステージ３１の送り方向Ｘへの移動と、によって所定の位置に描画ヘッド３５を移動させて、その吐出口３７から前記ペースト状の組成物９を吐出することによって所定の描画パターンから成る層１１（例えば第１の層１１Ａ）を形成する。また、一つの層１１が形成されたら、層１１の厚さ分、積層方向Ｚに描画ヘッド３５を上昇させて次層１１（例えば第２の層１１Ｂ）の形成に移行する。 <Layer formation part>
The layer forming unit 13 is provided with a dispenser 33 provided with a drawing head 35 movable in a scanning direction Y intersecting the feeding direction X of the stage 31 and a stacking direction Z of the layer 11. Moreover, in this embodiment, the layer formation part 13 is arrange | positioned in the upstream position of the feed direction X of the left end in FIGS.
The layer-forming portion 13 is supplied with the paste-like composition 9 including the powder 3, the solvent 5 and the binder 7 described above, and the scanning of the drawing head 35 in the scanning direction Y and the feeding direction X of the stage 31 are performed. The drawing head 35 is moved to a predetermined position by the movement of and the layer 11 (for example, the first layer 11A) having a predetermined drawing pattern by discharging the paste-like composition 9 from the discharge port 37 Form When one layer 11 is formed, the drawing head 35 is raised in the stacking direction Z by the thickness of the layer 11 to shift to the formation of the next layer 11 (for example, the second layer 11B).

＜溶媒揮発部＞
溶媒揮発部１５は、前述したように前記溶媒５を乾燥させて揮発させる部位である。溶媒揮発部１５には、一例としてライン状ランプヒーター３９が設けられており、溶媒揮発部１５に移動してきたステージ３１上の層１１に対して、前記ライン状ランプヒーター３９からの熱が作用して前記溶媒５を揮発させる。
本実施形態では、図１〜図３中に表すように、溶媒揮発部１５は、前記層形成部１３に隣接する送り方向Ｘの下流位置に配置されている。これにより、溶媒揮発部１５はレーザー照射部１７によるレーザー照射が行われる前に層１１に作用して層１１中の溶媒５を揮発させる。 <Solvent evaporation part>
The solvent volatilization part 15 is a part which dries and volatilizes the solvent 5 as described above. The solvent volatilization unit 15 is provided with, for example, a linear lamp heater 39, and the heat from the linear lamp heater 39 acts on the layer 11 on the stage 31 that has moved to the solvent volatilization unit 15 The solvent 5 is volatilized.
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, the solvent volatilization unit 15 is disposed at the downstream position in the feeding direction X adjacent to the layer forming unit 13. Thus, the solvent volatilization unit 15 acts on the layer 11 to volatilize the solvent 5 in the layer 11 before the laser irradiation by the laser irradiation unit 17 is performed.

＜レーザー照射部＞
レーザー照射部１７は、図示しない制御部から送信される制御信号に基づいて照射されるレーザー光Ｅを前述したように層１１中の粉末３（バインダー７を含む）に作用させて、該粉末３を溶融又は焼結させる部位である。レーザー照射部１７には、一例として所定出力のレーザー光Ｅを発振させるレーザー発振器４１と、該レーザー発振器４１から発振されたレーザー光Ｅの光路上に設けられ、該レーザー光Ｅをステージ３１上の層１１に導くガルバノミラー４３と、を備えるレーザー照射装置が設けられている。
尚、ガルバノミラー４３は、レーザー光Ｅに対する反射角度が変更できるように構成されており、該ガルバノミラー４３の反射角度を調節することによって前記レーザー光Ｅを走査方向Ｙに自由に走査できるように構成されている。
尚、本実施形態で使用するレーザー照射装置としては特に限定はないが、特にファイバーレーザーが金属の吸収効率が高い利点を有することから好適なレーザー照射装置として使用可能である。 <Laser irradiation part>
The laser irradiation unit 17 causes the laser light E irradiated based on the control signal transmitted from the control unit (not shown) to act on the powder 3 (including the binder 7) in the layer 11 as described above, Is a part that melts or sinters. The laser irradiator 17 is provided on the optical path of the laser light E oscillated from the laser oscillator 41 and the laser light E emitted from the laser oscillator 41 on the stage 31 as an example. And a galvano mirror 43 leading to the layer 11.
The galvano mirror 43 is configured such that the reflection angle with respect to the laser light E can be changed, and by adjusting the reflection angle of the galvano mirror 43, the laser light E can be freely scanned in the scanning direction Y. It is configured.
The laser irradiation apparatus used in the present embodiment is not particularly limited, but in particular, a fiber laser can be used as a suitable laser irradiation apparatus because it has an advantage of high metal absorption efficiency.

＜仕切り部材＞
仕切り部材１９は、前述したようにステージ３１の積層用面３２とレーザー照射部１７のレーザー光Ｅの照射口１８との間に位置する部材である。
具体的には、図５に表すように、一例として矩形平板状の支持板５９によって構成されており、支持板５９の中心には支持板５９とはほぼ同じ厚さの回転板６１を取り付けるための平面視円形の開口６０が形成されている。
開口６０には、回転板６１が内嵌し、その軸中心の周りに３６０度、正転方向と逆転方向とに自由に回転できるように構成されている。そして、このようにして構成される仕切り部材１９は、水平移動機構４７によって送り方向Ｘと走査方向Ｙとに所定ストローク自由に移動できるように構成されている。 <Partition member>
The partition member 19 is a member positioned between the stacking surface 32 of the stage 31 and the irradiation port 18 of the laser light E of the laser irradiation unit 17 as described above.
Specifically, as shown in FIG. 5, as one example, it is configured by a rectangular flat support plate 59, and a rotary plate 61 having substantially the same thickness as the support plate 59 is attached to the center of the support plate 59. A circular opening 60 is formed in plan view.
A rotary plate 61 is internally fitted in the opening 60, and is configured to be able to freely rotate in the forward and reverse directions 360 degrees around its axial center. The partition member 19 configured in this manner is configured to be able to move freely by a predetermined stroke in the feeding direction X and the scanning direction Y by the horizontal moving mechanism 47.

水平移動機構４７は、仕切り部材１９の走査方向Ｙへの移動を案内するリニアガイド４８と、リニアガイド４８に係合して走査方向Ｙに移動するスライダー４９と、スライダー４９に一端が支持され送り方向Ｘに沿って延びるように配置される第１ボールねじ５１と、第１ボールねじ５１を駆動する他端に設けられる第１駆動モーター５０と、第１ボールねじ５１に螺合して送り方向Ｘに移動する第１雌ねじブロック５３と、該第１雌ねじブロック５３に取り付けられる回転駆動円板５８と、第１駆動モーター５０を支持してスライダー４９と対を成して走査方向Ｙに移動する第２雌ねじブロック５７と、第２雌ねじブロック５７に螺合して走査方向Ｙに沿って延びるように配置される第２ボールねじ５５と、第２ボールねじ５５の一端に設けられて第２ボールねじ５５を駆動する第２駆動モーター５２と、を備えることによって一例として構成されている。
尚、回転板６１には、前述したレーザー光Ｅを通過させるための開口部６３が形成されている。 The horizontal movement mechanism 47 has a linear guide 48 for guiding the movement of the partition member 19 in the scanning direction Y, a slider 49 engaged with the linear guide 48 to move in the scanning direction Y, and one end supported by the slider 49 for feeding The first ball screw 51 arranged to extend along the direction X, the first drive motor 50 provided at the other end for driving the first ball screw 51, and the first ball screw 51 are screwed into the feed direction The first female screw block 53 moving to X, the rotary drive disk 58 attached to the first female screw block 53, and the first drive motor 50 are supported to move in the scanning direction Y in pairs with the slider 49 A second female screw block 57, a second ball screw 55 disposed to be threaded along the second female screw block 57 and extending along the scanning direction Y, and one end of the second ball screw 55 It is a second second driving motor 52 for driving the ball screw 55, and is configured as an example by providing a.
The rotary plate 61 is formed with an opening 63 for passing the laser beam E described above.

図４に表すように、仕切り部材１９とレーザー照射部１７は、連動して動作するように制御されている。
具体的には、同期回路４０によってガルバノミラー４３の動作を制御するガルバノコントローラー４４と、レーザー照射部１７の動作を制御するレーザーコントローラー４２と、仕切り部材１９の動作を制御する駆動コントローラー４６と、が連動して動作するように動作タイミングが制御されている。そして、これら３つのコントローラー４２、４４、４６の指令に基づいて仕切り部材１９は、レーザー照射部１７から照射されるレーザー光Ｅの層１１の表面に対する照射位置の移動に連動して開口部６３の位置が移動するように制御されている。 As shown in FIG. 4, the partition member 19 and the laser irradiation unit 17 are controlled to operate in conjunction with each other.
Specifically, the galvano controller 44 that controls the operation of the galvano mirror 43 by the synchronization circuit 40, the laser controller 42 that controls the operation of the laser irradiation unit 17, and the drive controller 46 that controls the operation of the partition member 19 The operation timing is controlled to operate in conjunction. Then, based on the commands of these three controllers 42, 44, 46, the partition member 19 interlocks with the movement of the irradiation position of the laser beam E irradiated from the laser irradiation unit 17 to the surface of the layer 11; The position is controlled to move.

そして、図９、図１０に表すように、本実施形態では、仕切り部材１９の開口部６３を介してレーザー照射部１７によってレーザー光Ｅの照射が行われた層１１（例えば第１の層１１Ａ）に対して、層形成部１３にステージ３１が移動して次層１１（例えば第２の層１１Ｂ）が形成される。
そして、次層１１（例えば第２の層１１Ｂ）に対しても仕切り部材１９が同様に作用して、開口部６３を介してレーザー照射部１７によってレーザー光Ｅの照射が実行される。そして、層１１の形成とレーザー光Ｅの照射と仕切り部材１９の作用を所定回数繰り返すことによって複数の層１１から成る三次元造形物Ｍが各層１１毎に順次形成されて行く。 Then, as shown in FIGS. 9 and 10, in the present embodiment, the layer 11 (for example, the first layer 11A) to which the laser beam E has been irradiated by the laser irradiation unit 17 through the opening 63 of the partition member 19 , And the stage 31 is moved to the layer forming unit 13 to form the next layer 11 (for example, the second layer 11B).
Then, the partition member 19 similarly acts on the next layer 11 (for example, the second layer 11B), and the laser irradiation unit 17 executes the irradiation of the laser light E through the opening 63. Then, by repeating the formation of the layer 11, the irradiation of the laser light E, and the action of the partition member 19 a predetermined number of times, a three-dimensional structure M consisting of a plurality of layers 11 is sequentially formed for each layer 11.

（２）該造形装置の要部の具体的構成(図５、図６Ａ−６Ｃ、図７、図８Ａ、図８Ｂ、図９参照)
＜仕切り部材の開口部の具体的構造＞
ここでは、仕切り部材１９に対して形成した開口部６３の構成とその作用を具体的に説明する。
本実施形態では、仕切り部材１９に対して設けた開口部６３の上縁Ｕにおけるステージ３１の積層用面３２上に積層された最上部の層１１の表面からの高さＨが、２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下に設定されている。 (2) Specific configuration of the main part of the shaping apparatus (refer to FIG. 5, FIG. 6A-6C, FIG. 7, FIG. 8A, FIG. 8B and FIG. 9)
<Specific structure of opening of partition member>
Here, the configuration of the opening 63 formed in the partition member 19 and the operation thereof will be specifically described.
In the present embodiment, the height H from the surface of the uppermost layer 11 stacked on the stacking surface 32 of the stage 31 at the upper edge U of the opening 63 provided to the partition member 19 is 2 mm or less, Preferably, it is set to 1 mm or less.

この数値は、レーザー照射部１７から照射されたレーザー光Ｅが仕切り部材１９の開口部６３を通過して最上部の層１１の表面に照射されることによって発生したスパッタ粒子２３の飛行軌道６７の上方への飛行経路６７Ｕｐに基づいて設定されている。
具体的には、仕切り部材１９の開口部６３の幅Ａ（図７）を約２ｍｍ、最上部の層１１の表面から開口部６３の上縁Ｕまでの高さＨを約０．９ｍｍとし、最上部の層１１の表面から飛散するスパッタ粒子２３の初速を０．７９ｍ/ｓと仮定した場合、スパッタ粒子２３の飛行軌道６７は図８Ａ、図８Ｂに表すようになる。 This numerical value is the value of the flight trajectory 67 of the sputtered particle 23 generated by the laser beam E irradiated from the laser irradiation unit 17 passing through the opening 63 of the partition member 19 and being irradiated to the surface of the uppermost layer 11. It is set based on the upward flight path 67Up.
Specifically, the width A (FIG. 7) of the opening 63 of the partition member 19 is about 2 mm, and the height H from the surface of the top layer 11 to the upper edge U of the opening 63 is about 0.9 mm, Assuming that the initial velocity of sputtered particles 23 scattered from the surface of the uppermost layer 11 is 0.79 m / s, the flight trajectory 67 of the sputtered particles 23 is as shown in FIGS. 8A and 8B.

このうち、図８Ａは、粒径が１４μｍのスパッタ粒子２３が出射角θ=６０°、７５°、８０°で飛散する場合のスパッタ粒子２３の飛行軌道６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃを示している。図から理解できるように、図中、破線で示す出射角θ=４５°の基準線Ｓより大きな出射角θ=６０°、７５°、８０°のすべてが開口部６３を通って仕切り部材１９の上方に達している。その後、頂点位置を過ぎて降下し、出射角θ=８０°と出射角θ=７５°のスパッタ粒子２３は、再び開口部６３を通って最上部の層１１の表面に落下している。
一方、出射角θ＝６０°のスパッタ粒子２３は、仕切り部材１９の上面に落下し、捕捉されており、最上部の層１１の表面への付着が防止されている。従って、少なくとも出射角θ＝６０°から出射角θ＝４５°までのスパッタ粒子２３については、仕切り部材１９の存在によって層１１の表面へのスパッタ粒子２３の付着を抑制できることが認められる。 Among these, FIG. 8A shows flight trajectories 67A, 67B, and 67C of the sputtered particles 23 when the sputtered particles 23 having a particle diameter of 14 μm scatter at emission angles θ of 60 °, 75 °, and 80 °. As can be understood from the figure, all of the emission angles θ = 60 °, 75 ° and 80 ° which are larger than the reference line S of the emission angle θ = 45 ° shown by a broken line in the drawing pass through the opening 63 and all of the partition member 19 It has reached the top. Thereafter, it descends past the top position, and the sputtered particles 23 having the emission angle θ = 80 ° and the emission angle θ = 75 ° fall again on the surface of the uppermost layer 11 through the opening 63.
On the other hand, the sputtered particles 23 having the emission angle θ = 60 ° fall onto the upper surface of the partition member 19 and are captured, and adhesion to the surface of the uppermost layer 11 is prevented. Therefore, it is recognized that the adhesion of the sputtered particles 23 to the surface of the layer 11 can be suppressed by the presence of the partition member 19 at least for the sputtered particles 23 at an emission angle θ = 60 ° and an emission angle θ = 45 °.

一方、図８Ｂは、粒径が２２μｍのスパッタ粒子２３が出射角θ＝６０°、７５°、８０°で飛散する場合のスパッタ粒子２３の飛行軌道６７Ｄ、６７Ｅ、６７Ｆを示している。図から理解できるように、図中、破線で示す出射角θ＝４５°の基準線Ｓより大きな出射角θ＝６０°、７５°、８０°のすべてが開口部６３を通って仕切り部材１９の上方に達している。そして、頂点位置を過ぎて降下し、すべてが仕切り部材１９の上面に落下し、捕捉され、層１１の表面への付着が防止されている。
従って、少なくとも粒径が２２μｍ以上の粒径の大きなスパッタ粒子２３については、仕切り部材１９の存在によって、出射角θ＝８０°から出射角θ＝４５°までのすべての角度において、層１１の表面へのスパッタ粒子２３の付着を抑制できることが認められる。 On the other hand, FIG. 8B shows flight trajectories 67D, 67E, and 67F of the sputtered particles 23 when the sputtered particles 23 having a particle diameter of 22 μm are scattered at emission angles θ = 60 °, 75 °, and 80 °. As can be understood from the figure, all of the emission angles θ = 60 °, 75 ° and 80 ° which are larger than the reference line S of the emission angle θ = 45 ° shown by a broken line in the drawing pass through the opening 63 and all of the partition member 19 It has reached the top. Then, it descends past the vertex position, and all falls onto the upper surface of the partition member 19 and is captured, and adhesion to the surface of the layer 11 is prevented.
Therefore, at least for sputtered particles 23 having a large particle diameter of 22 μm or more, the surface of the layer 11 at all angles from the emission angle θ = 80 ° to the emission angle θ = 45 ° by the presence of the partition member 19 It is recognized that adhesion of sputtered particles 23 to the substrate can be suppressed.

以上の結果をまとめると、粒径が２２μｍ以上の粒径の大きなスパッタ粒子２３については、出射角θ＝８０°から出射角θ＝４５°までの広い範囲でスパッタ粒子２３の層１１の表面への付着が抑制できる。そして、三次元造形物Ｍの外表面に現れ、その面粗度を悪くしている原因は、このような粒径の大きなスパッタ粒子２３の付着に起因するものであるから、仕切り部材１９の存在によって三次元造形物Ｍの外表面における面粗度の一層の向上が期待できる。即ち、スパッタ粒子２３に起因する三次元造形物Ｍの最終的な外表面の形状品質の低下を抑制することができる。
一方、前述したように粒径の小さなスパッタ粒子２３については、降下時に再び仕切り部材１９の開口部６３を通って層１１の表面に落下する場合がある。また、出射角θが４５°未満のスパッタ粒子２３については、仕切り部材１９の下面に当接した後、降下して層１１の表面に落下する場合がある。しかし、これらは発生したスパッタ粒子２３のうちの極一部であり、全体としては前述した効果が期待できることから、このような仕切り部材１９を設けることが極めて有意義な構成であることに何ら変わりはない。 Summarizing the above results, for sputtered particles 23 having a large particle diameter of 22 μm or more, the surface of the layer 11 of sputtered particles 23 is in a wide range from the emission angle θ = 80 ° to the emission angle θ = 45 °. Adhesion can be suppressed. Then, the cause of appearance of the three-dimensional object M on the outer surface and the deterioration of the surface roughness is due to the adhesion of the sputtered particles 23 having such a large particle diameter. By this, further improvement of the surface roughness on the outer surface of the three-dimensional structure M can be expected. That is, it is possible to suppress the deterioration of the shape quality of the final outer surface of the three-dimensional structure M caused by the sputtered particles 23.
On the other hand, as described above, the sputtered particles 23 having a small particle diameter may fall again to the surface of the layer 11 through the openings 63 of the partition member 19 at the time of lowering. In addition, sputtered particles 23 having an emission angle θ of less than 45 ° may fall on the surface of the layer 11 after coming into contact with the lower surface of the partition member 19. However, since these are only a part of the generated sputtered particles 23 and the effects as described above can be expected as a whole, it is quite different from the point that providing such a partition member 19 is extremely significant. Absent.

また、仕切り部材１９の開口部６３の幅Ａは、図７に表すように、レーザー光Ｅのビーム径をＤ、仕切り部材１９の板厚をＴ、仕切り部材１９の下面とレーザー光Ｅの照射面との距離をＬとした場合に、２（Ｄ＋２（Ｌ＋Ｔ））＞Ａ＞Ｄ＋２（Ｌ＋Ｔ）の関係が成立する範囲に設定することが好ましい。
このような範囲に仕切り部材１９の開口部６３の幅Ａを設定した場合には、仕切り部材１９を設ける位置が高さ方向（Ｚ方向）において変わっても、出射角θが４５度以上のスパッタ粒子２３を効果的に捕捉することが可能になる。 Further, as shown in FIG. 7, the width A of the opening 63 of the partition member 19 is D for the beam diameter of the laser light E, T for the thickness of the partition member 19, and the irradiation of the laser light E with the lower surface of the partition 19 When the distance to the surface is L, it is preferable to set in a range in which the relationship of 2 (D + 2 (L + T))>A> D + 2 (L + T) is established.
In the case where the width A of the opening 63 of the partition member 19 is set in such a range, even if the position where the partition member 19 is provided changes in the height direction (Z direction) It becomes possible to capture particles 23 effectively.

また、図６に表すように、本実施形態では仕切り部材１９の開口部６３を、幅Ａを短辺とするスリット６５によって構成している。そしてスリット６５は、仕切り部材１９の構成部材である回転板６１に対して形成されており、水平移動機構４７によって以下述べるように移動する。   Further, as shown in FIG. 6, in the present embodiment, the opening 63 of the partition member 19 is configured by the slit 65 having the width A as the short side. The slit 65 is formed with respect to the rotary plate 61 which is a component of the partition member 19 and is moved by the horizontal movement mechanism 47 as described below.

即ち、レーザー照射部１７から照射されるレーザー光Ｅの走査方向Ｙの移動量がスリット６５の長さＢの範囲内であれば、図６Ａの左図に表すように、開口部６３は移動しないでレーザー光Ｅのみが走査方向Ｙに所定量、移動する。
また、この状態からレーザー光Ｅが送り方向Ｘに所定ピッチＰ移動する場合には、図６Ａの右図に表すように同方向に同じピッチＰだけ平行移動する。 That is, if the movement amount of the laser light E irradiated from the laser irradiation unit 17 in the scanning direction Y is within the range of the length B of the slit 65, the opening 63 does not move as shown in the left view of FIG. 6A. Thus, only the laser beam E moves in the scanning direction Y by a predetermined amount.
Further, when the laser beam E moves from the above state by a predetermined pitch P in the feed direction X, the laser light E moves parallel by the same pitch P in the same direction as shown in the right view of FIG. 6A.

また、所定ピッチＰ移動した位置でレーザー照射部１７が角度α回転して送り方向Ｘにレーザー光Ｅが移動する場合には、回転駆動円板５８（図５）から回転板６１に回転が伝達されて、開口部６３も同方向に同じ角度α回転する。
因みに、図６Ｂでは、右図に表すように開口部６３が時計回りに９０°回転した状態が図示されている。図６Ｃでは、右図に表すように開口部６３が時計回りに４５°回転した状態が図示されている。 Further, when the laser irradiation unit 17 rotates by the angle α at the position moved by the predetermined pitch P and the laser light E moves in the feeding direction X, the rotation is transmitted from the rotary drive disc 58 (FIG. 5) to the rotary plate 61 The opening 63 is also rotated by the same angle α in the same direction.
Incidentally, in FIG. 6B, the state where the opening 63 is rotated by 90 ° clockwise is illustrated as shown in the right figure. In FIG. 6C, the state where the opening 63 is rotated clockwise by 45 ° as illustrated in the right view is illustrated.

（３）三次元造形物の製造方法の内容（図１〜図５及び図９、図１０参照）
本発明の三次元造形物の製造方法は、層形成工程Ｐ１と、レーザー照射工程Ｐ３と、粒子付着抑制工程Ｐ４と、を有することによって基本的に構成されている。また、本実施形態では層形成工程Ｐ１とレーザー照射工程Ｐ３との間に、溶媒揮発工程Ｐ２が設けられており、層形成工程Ｐ１と、溶媒揮発工程Ｐ２と、レーザー照射工程Ｐ３と、粒子付着抑制工程Ｐ４と、の４工程を有することによって三次元造形物の製造方法が構成されている。 (3) Contents of the manufacturing method of a three-dimensional structure (see FIGS. 1 to 5 and 9 and 10)
The method for producing a three-dimensional structure of the present invention is basically configured by including a layer forming step P1, a laser irradiation step P3, and a particle adhesion suppression step P4. In the present embodiment, the solvent volatilization process P2 is provided between the layer formation process P1 and the laser irradiation process P3, and the layer formation process P1, the solvent volatilization process P2, the laser irradiation process P3, and the particle adhesion The manufacturing method of a three-dimensional structure is comprised by having 4 processes of and suppression process P4.

そして、粒子付着抑制工程Ｐ４は、レーザー照射工程Ｐ３と同時に実行される。粒子付着抑制工程Ｐ４では、仕切り部材１９に対して設けられている開口部６３を通過して最上部の層１１の表面に照射されたレーザー光Ｅによって層１１から発生したスパッタ粒子２３を、開口部６３を上方に向って通過させて仕切り部材１９によって捕捉するように構成されている。以下、三次元造形物Ｍの製造の流れに沿ってこれら前記４工程の内容を具体的に説明する。   And particle adhesion suppression process P4 is performed simultaneously with laser irradiation process P3. In the particle adhesion suppression step P4, the sputtered particles 23 generated from the layer 11 by the laser light E irradiated to the surface of the uppermost layer 11 through the opening 63 provided to the partition member 19 are The portion 63 is configured to pass upward and be captured by the partition member 19. Hereinafter, the contents of the four steps will be specifically described along the flow of manufacturing the three-dimensional structure M.

（Ａ）層形成工程（図１参照）
層形成工程Ｐ１は、粉末３と溶媒５とバインダー７とを含む組成物９の層１１を形成する工程である。
即ち、図１に表すようにステージ３１を層形成部１３の層１１の形成開始位置に位置させ、ステージ３１を送り方向Ｘに移動させ、描画ヘッド３５を走査方向Ｙに走査させながら描画ヘッド３５の吐出口３７から粉末３、溶媒５、バインダー７を含むペースト状の組成物９を吐出することによって所定の描画パターンから成る層１１（例えば第１の層１１Ａ）を形成する。
尚、前記層１１の形成に先立って、筐体２９を密閉状態にし、窒素ガスＮ２が置換できる状態にしておく。 (A) Layer formation process (see FIG. 1)
The layer forming step P1 is a step of forming the layer 11 of the composition 9 containing the powder 3, the solvent 5 and the binder 7.
That is, as shown in FIG. 1, the stage 31 is positioned at the formation start position of the layer 11 of the layer forming unit 13, the stage 31 is moved in the feed direction X, and the drawing head 35 is scanned in the scanning direction Y The paste-like composition 9 including the powder 3, the solvent 5, and the binder 7 is discharged from the discharge port 37 to form the layer 11 (for example, the first layer 11A) having a predetermined drawing pattern.
Incidentally, prior to the formation of the layer 11, and a housing 29 in a sealed state, the nitrogen gas N 2 is kept in a state capable of substitution.

（Ｂ）溶媒揮発工程（図２参照）
溶媒揮発工程Ｐ２は、前記形成された層１１中の溶媒５を揮発させる工程である。
即ち、図２に表すように、ステージ３１を送り方向Ｘの下流位置に所定距離移動して溶媒揮発部１５の溶媒揮発開始位置に位置させ、ステージ３１を送り方向Ｘに移動させながらライン状ランプヒーター３９の熱をステージ３１上の層１１に当て、これにより層１１中の溶媒５を乾燥させて揮発させる。
尚、走査方向Ｙに延びるライン状ランプヒーター３９の長さは、層１１の幅（走査方向Ｙの長さ）を賄える長さに設定されているため、本実施形態では溶媒揮発部１５の走査方向Ｙへの走査は行っていない。 (B) Solvent volatilization process (see Fig. 2)
The solvent volatilization step P2 is a step of volatilizing the solvent 5 in the layer 11 formed.
That is, as shown in FIG. 2, the stage 31 is moved to the downstream position in the feed direction X by a predetermined distance to be positioned at the solvent volatilization start position of the solvent volatilization unit 15, and the linear lamp is moved while moving the stage 31 in the feed direction X. The heat of the heater 39 is applied to the layer 11 on the stage 31 so that the solvent 5 in the layer 11 is dried and volatilized.
The length of the linear lamp heater 39 extending in the scanning direction Y is set to a length that exceeds the width of the layer 11 (the length in the scanning direction Y), so in this embodiment the scanning of the solvent volatilization portion 15 Scanning in the direction Y is not performed.

（Ｃ）レーザー照射工程（図３及び図９参照）
レーザー照射工程Ｐ３は、前記溶媒５が揮発した層１１中の粉末３を溶融又は焼結させる工程である。
即ち、図３に表すように、ステージ３１を送り方向Ｘの下流位置に所定距離移動してレーザー照射部１７のレーザー光Ｅの照射開始位置に位置させ、ステージ３１を送り方向Ｘに移動させながらガルバノミラー４３を揺動させてレーザー光Ｅを走査方向Ｙに走査させながらステージ３１上の層１１に当てて層１１中の粉末３を溶融又は焼結させる。 (C) Laser irradiation process (see FIGS. 3 and 9)
The laser irradiation step P3 is a step of melting or sintering the powder 3 in the layer 11 where the solvent 5 is volatilized.
That is, as shown in FIG. 3, the stage 31 is moved to the downstream position in the feed direction X by a predetermined distance to be positioned at the irradiation start position of the laser light E of the laser irradiating unit 17, and the stage 31 is moved in the feed direction X The galvano mirror 43 is swung to apply the laser beam E to the layer 11 on the stage 31 while scanning the laser beam E in the scanning direction Y to melt or sinter the powder 3 in the layer 11.

（Ｄ）粒子付着抑制工程（図３〜図５及び図９、図１０参照）
粒子付着抑制工程Ｐ４は、レーザー照射工程Ｐ３で照射されるレーザー光Ｅによって積層された最上部の層１１から発生するスパッタ粒子２３が層１１の表面に落下して付着することを抑制する工程である。
即ち、図３及び図４に表すように同期回路４０によってガルバノコントローラー４４と、レーザーコントローラー４２と、駆動コントローラー４６と、が連動して動作し、レーザー照射部１７から照射されるレーザー光Ｅの動きに連動して仕切り部材１９が移動する。 (D) Particle adhesion suppression step (see FIGS. 3 to 5 and 9 and 10)
The particle adhesion suppression step P4 is a step for suppressing the sputtered particles 23 generated from the uppermost layer 11 stacked by the laser light E irradiated in the laser irradiation step P3 from falling and adhering to the surface of the layer 11. is there.
That is, as shown in FIGS. 3 and 4, the galvano controller 44, the laser controller 42, and the drive controller 46 operate in conjunction with each other by the synchronization circuit 40, and the movement of the laser light E irradiated from the laser irradiation unit 17 The partition member 19 moves in conjunction with the movement.

このとき、仕切り部材１９は、図５に表す水平移動機構４７の二組のボールねじ５１、５５を有する機構によって送り方向Ｘと走査方向Ｙとに直線的に移動し、水平移動機構４７の回転駆動円板５８と回転板６１を備える機構によって回転板６１の中心を通る鉛直方向の軸の周りに回転する。
そして、このような仕切り部材１９の動作によって仕切り部材１９の回転板６１に形成されているスリット６５が、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃに表すように移動して、レーザー照射部１７から照射されるレーザー光Ｅの移動方向、移動速度及び移動量に合わせて仕切り部材１９が移動し、スパッタ粒子２３の層１１の表面への付着を抑制している。 At this time, the partition member 19 linearly moves in the feeding direction X and the scanning direction Y by a mechanism having two sets of ball screws 51 and 55 of the horizontal moving mechanism 47 shown in FIG. A mechanism including a drive disc 58 and a rotary plate 61 rotates around a vertical axis passing through the center of the rotary plate 61.
Then, the slit 65 formed in the rotary plate 61 of the partition member 19 moves as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C by the operation of the partition member 19 as described above, and the laser irradiated from the laser irradiation unit 17 The partition member 19 moves in accordance with the moving direction, moving speed, and moving amount of the light E, and the adhesion of the sputtered particles 23 to the surface of the layer 11 is suppressed.

そして、レーザー照射工程Ｐ３と粒子付着抑制工程Ｐ４の終了後、ステージ３１は再び層１１の形成開始位置に戻る。尚、次層（例えば第２の層１１Ｂ）の形成に当たっては、層形成部１３、溶媒揮発部１５、レーザー照射部１７及び仕切り部材１９のそれぞれの作用位置を層１１の板厚Ｔ分、上昇させて前記４つの工程を再び実行する。
以下、同様の動作を積層する層１１の数に応じて繰り返すことによって多層構造の三次元造形物Ｍが造形される。 Then, after completion of the laser irradiation process P3 and the particle adhesion suppression process P4, the stage 31 returns to the formation start position of the layer 11 again. In forming the next layer (for example, the second layer 11B), the action positions of the layer forming unit 13, the solvent volatilization unit 15, the laser irradiation unit 17 and the partition member 19 are increased by the thickness T of the layer 11 To perform the four steps again.
Hereinafter, the three-dimensional structure M having a multilayer structure is formed by repeating the same operation according to the number of layers 11 to be stacked.

（４）三次元造形物における面粗度の改善の効果（図１１Ａ、１１Ｂ、図１４Ａ、１４Ｂ参照）
図１１Ａは仕切り部材１９を設けた場合と設けない場合の面粗さの最高高さ（Ｓｚ値）を比較しており、図１１Ｂは仕切り部材１９を設けた場合と設けない場合の平均面粗さ（Ｓａ値）を比較している。
図から明らかなように仕切り部材１９を設けることによって、面粗さの最高高さ（Ｓｚ値）と平均面粗さ（Ｓａ値）の両方で面粗度の大幅な改善が確認された。従って、図１４Ａ、図１４Ｂに表すようなスパッタ粒子２３の生長痕２４の発生が抑制されるため、最終的な三次元造形物Ｍの外表面に現れる凹凸が抑えられて面粗度の向上が期待できる。即ち、スパッタ粒子に起因する三次元造形物の最終的な外表面の形状品質の低下を抑制することができる。
（５）三次元造形装置及び製造方法の効果（図９、１０及び図１３Ａ−１３Ｃ参照）
レーザー照射後に層１１（例えば第１の層１１Ａ）の表面にスパッタ粒子２３が付着した状態で、次層１１（例えば第２の層１１Ｂ）の形成を開始すると、図１３Ｃに表すように三次元造形物Ｍの外表面にスパッタ粒子２３の生長痕２４に起因する凹凸が現れてしまって面粗度の低下に繋がる虞がある。 (4) Effects of improvement of surface roughness in three-dimensional structure (see FIGS. 11A and 11B and FIGS. 14A and 14B)
11A compares the maximum height (Sz value) of the surface roughness with and without the partition member 19 and FIG. 11B shows the average surface roughness with and without the partition member 19 (Sa value) are compared.
As is apparent from the figure, by providing the partition member 19, significant improvement of the surface roughness was confirmed in both the maximum height (Sz value) of the surface roughness and the average surface roughness (Sa value). Accordingly, since the generation of the growth marks 24 of the sputtered particles 23 as shown in FIGS. 14A and 14B is suppressed, the unevenness appearing on the outer surface of the final three-dimensional structure M is suppressed, and the surface roughness is improved. I can expect it. That is, it is possible to suppress the deterioration of the shape quality of the final outer surface of the three-dimensional structure due to the sputtered particles.
(5) Effects of three-dimensional shaping apparatus and manufacturing method (see FIGS. 9, 10 and 13A-13C)
When formation of the next layer 11 (for example, the second layer 11B) is started in a state where sputtered particles 23 adhere to the surface of the layer 11 (for example, the first layer 11A) after laser irradiation, three-dimensional as shown in FIG. Irregularities resulting from the growth marks 24 of the sputtered particles 23 may appear on the outer surface of the shaped article M, which may lead to a reduction in surface roughness.

これに対し、本実施形態では、図９に表すように、レーザー照射部１７によるレーザー照射と同時に仕切り部材１９によるスパッタ粒子２３の捕捉処理が実行されるから、層１１（例えば第１の層１１Ａ）の表面には、凹凸の発生の要因になるような粒径の大きなスパッタ粒子２３はほとんど付着しない。これにより、図１０に表すように、次層１１（例えば第２の層１１Ｂ）の形成に当たっては、層１１（例えば第１の層１１Ａ）の表面に付着しているスパッタ粒子２３が極めて少ない状態で次層１１（例えば第２の層１１Ｂ）の形成が実行される。
従って、本実施形態に係る三次元造形装置１Ａ及び三次元造形物の製造方法によれば、レーザー照射によって発生した粒径の大きなスパッタ粒子２３の付着に起因する三次元造形物Ｍの最終的な外表面の面粗度の低下を低減することが可能になる。 On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the process of capturing the sputtered particles 23 by the partition member 19 is performed simultaneously with the laser irradiation by the laser irradiation unit 17, so the layer 11 (for example, the first layer 11A) The sputtered particles 23 having a large particle diameter that causes the generation of asperities hardly adhere to the surface of. Thereby, as shown in FIG. 10, in forming the next layer 11 (for example, the second layer 11B), a state in which the sputtered particles 23 attached to the surface of the layer 11 (for example, the first layer 11A) are extremely small Formation of the next layer 11 (for example, the second layer 11B) is performed.
Therefore, according to the three-dimensional modeling apparatus 1A according to the present embodiment and the method of manufacturing a three-dimensional model, the final three-dimensional model M resulting from the adhesion of the sputtered particles 23 having a large particle size generated by laser irradiation. It is possible to reduce the reduction in surface roughness of the outer surface.

◆◆◆実施形態２（図１２参照）
実施形態２に係る三次元造形装置１Ｂは、造形部となるステージ３１のＸ−Ｙ平面上の移動を規制して積層方向Ｚにのみ移動できるようにしている。これに伴い、層形成部１３と溶媒揮発部１５とレーザー照射部１７と仕切り部材１９を、ステージ３１の積層用面３２に臨むように移動できるようにしており、その移動手段として産業用ロボット７１を使用した実施形態が一例として採用されている。
従って、層形成部１３、溶媒揮発部１５、レーザー照射部１７及び仕切り部材１９自体の構成については実施形態１で述べた構成と同様であるので、ここでの説明は省略し、実施形態１と相違する産業用ロボット７１の構成と、これに伴う三次元造形装置１Ｂの作用を中心に説明する。 Embodiment 2 (see FIG. 12)
The three-dimensional structure formation apparatus 1B which concerns on Embodiment 2 is restrict | limiting the movement on XY plane of the stage 31 used as a formation part, and it is made to be able to move only in the lamination direction Z. Along with this, the layer forming unit 13, the solvent volatilization unit 15, the laser irradiation unit 17, and the partition member 19 can be moved so as to face the stacking surface 32 of the stage 31. An embodiment using is adopted as an example.
Accordingly, the configurations of the layer forming unit 13, the solvent volatilization unit 15, the laser irradiation unit 17 and the partition member 19 themselves are the same as the configurations described in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. The structure of the different industrial robot 71 and the operation of the three-dimensional modeling apparatus 1B accompanying this will be mainly described.

具体的に本実施形態では、一例として双腕多関節式の産業用ロボット７１を使用しており、一例として向って左側のロボットアーム７３に対して層形成部１３と溶媒揮発部１５を支持させ、向って右側のロボットアーム７５に対してレーザー照射部１７と仕切り部材１９を支持させた構成の三次元造形装置１Ｂが採用されている。
これにより、層形成部１３と溶媒揮発部１５とレーザー照射部１７と仕切り部材１９は、ロボットアーム７３、７５の動きに合わせてＸ、Ｙ、Ｚの三次元方向に移動できるように構成されている。 Specifically, in the present embodiment, a double-arm, multi-joint industrial robot 71 is used as an example, and the layer forming unit 13 and the solvent volatilization unit 15 are supported by the robot arm 73 on the left side as an example. A three-dimensional modeling apparatus 1B is adopted in which the laser irradiation unit 17 and the partition member 19 are supported by the robot arm 75 on the right side.
Thus, the layer forming unit 13, the solvent volatilization unit 15, the laser irradiation unit 17, and the partition member 19 are configured to be movable in the three-dimensional directions of X, Y, and Z in accordance with the movements of the robot arms 73 and 75. There is.

そして、このようにして構成される三次元造形装置１Ｂを使用して三次元造形物Ｍを製造する場合には、最初にステージ３１の積層用面３２を臨む位置に、向って左側のロボットアーム７３を駆動して層形成部１３の構成部材である描画ヘッド３５を移動させる。そして、原料となる粉末３を含むペースト状の組成物９を原料供給ユニット７７から供給チューブ７９を経由して前記描画ヘッド３５に供給し、組成物９を吐出して所定の描画パターンから成る層１１（例えば第１の層１１Ａ）を形成する。
次に、同じ向って左側のロボットアーム７３を駆動してステージ３１の積層用面３２に対して形成された層１１（例えば第１の層１１Ａ）の表面に臨む位置にライン状ランプヒーター３９を移動する。該ライン状ランプヒーター３９の熱によって吐出した組成物９中に含まれる溶媒５を揮発させる。 Then, in the case of manufacturing the three-dimensional structure M using the three-dimensional structure forming apparatus 1B configured as described above, the robot arm on the left side is directed to the position facing the stacking surface 32 of the stage 31 first. 73 is driven to move the drawing head 35 which is a component of the layer forming unit 13. Then, a paste-like composition 9 containing powder 3 as a raw material is supplied from the raw material supply unit 77 to the drawing head 35 via the supply tube 79, and the composition 9 is discharged to form a layer having a predetermined drawing pattern. 11 (for example, the first layer 11A) is formed.
Next, the line-shaped lamp heater 39 is driven at the position facing the surface of the layer 11 (for example, the first layer 11A) formed to the stacking surface 32 of the stage 31 by driving the robot arm 73 on the left toward the same direction. Moving. The heat of the linear lamp heater 39 volatilizes the solvent 5 contained in the composition 9 discharged.

次に、ステージ３１の積層用面３２上に形成された層１１（例えば第１の層１１Ａ）の表面に臨む位置にレーザー照射部１７と仕切り部材１９を移動させる。そして、レーザー照射部１７から照射されるレーザー光Ｅの動きに合わせて仕切り部材１９を移動させることによって粉体３の溶融又は焼結の実行と同時にスパッタ粒子２３の捕捉を実行して層１１（例えば第１の層１１Ａ）の表面へのスパッタ粒子２３の付着を抑制する。
次に、ステージ３１の下方に設けられている昇降駆動装置８１を作動させて層１１（例えば第１の層１１Ａ）の厚み分、下方にステージ３１を移動させて次層（例えば第２の層１１Ｂ）の形成に移行する。 Next, the laser irradiation unit 17 and the partition member 19 are moved to a position facing the surface of the layer 11 (for example, the first layer 11A) formed on the stacking surface 32 of the stage 31. Then, the partition member 19 is moved according to the movement of the laser beam E irradiated from the laser irradiation unit 17 so that melting or sintering of the powder 3 is performed simultaneously with capturing of the sputtered particles 23 to perform the layer 11 ( For example, adhesion of sputtered particles 23 to the surface of the first layer 11A) is suppressed.
Next, the lift driving device 81 provided below the stage 31 is operated to move the stage 31 downward by the thickness of the layer 11 (for example, the first layer 11A), and the next layer (for example, the second layer). 11B) formation.

尚、本実施形態の場合には、ステージ３１上の同じ位置に層形成部１３や仕切り部材１９を移動させる構造である。従って、その位置で干渉が起こらないように、仕切り部材１９の開口部６３を介して層１１（例えば第１の層１１Ａ）の表面にレーザー光Ｅの照射が行われた後、層１１（例えば第１の層１１Ａ）に対して、仕切り部材１９を退避させた状態で次層１１（例えば第２の層１１Ｂ）を形成するようになっている。
そして、次層１１（例えば第２の層１１Ｂ）の形成後、層形成部１３を退避させた後に、次層１１（例えば第２の層１１Ｂ）に対して退避させていた仕切り部材１９を再び進出させた状態で開口部６３を介して層１１（例えば第２の層１１Ｂ）の表面にレーザー光Ｅの照射が行われるように制御させる。 In the case of the present embodiment, the layer forming portion 13 and the partition member 19 are moved to the same position on the stage 31. Therefore, after the irradiation of the laser light E is performed on the surface of the layer 11 (for example, the first layer 11A) through the opening 63 of the partition member 19 so that interference does not occur at that position, the layer 11 (for example With respect to the first layer 11A), the next layer 11 (for example, the second layer 11B) is formed in a state where the partition member 19 is retracted.
Then, after the formation of the next layer 11 (for example, the second layer 11B), after the layer forming portion 13 is retracted, the partition member 19 that is retracted with respect to the next layer 11 (for example, the second layer 11B) In the advanced state, the surface of the layer 11 (for example, the second layer 11B) is controlled to be irradiated with the laser beam E through the opening 63.

そして、このようにして構成される本実施形態に係る三次元造形装置１Ｂによっても、実施形態１に係る三次元造形装置１Ａと同様の作用、効果が発揮されて三次元造形物Ｍの外表面の面粗度の低下が低減される。
更に、本実施形態の場合には、形成できる三次元造形物Ｍの大きさがロボットアーム７３、７５のアーム長によって規制されるため実施形態１よりも一般に小さくなるが、三次元方向Ｘ、Ｙ、Ｚに移動できるロボットアーム７３、７５の特性によって実施形態１よりも複雑な形状の三次元造形物Ｍを形成することが可能になる。 And the same operation and effect as the three-dimensional modeling apparatus 1A according to the first embodiment are exhibited by the three-dimensional modeling apparatus 1B according to the present embodiment configured as described above, and the outer surface of the three-dimensional model M The reduction in surface roughness is reduced.
Furthermore, in the case of the present embodiment, the size of the three-dimensional structure M that can be formed is generally smaller than that of the first embodiment because it is regulated by the arm lengths of the robot arms 73 and 75. , And Z, it is possible to form a three-dimensional object M having a more complicated shape than that of the first embodiment due to the characteristics of the robot arms 73 and 75 that can move to Z.

［他の実施形態］
本発明に係る三次元造形装置１及び三次元造形物の製造方法は、以上述べたような構成を有することを基本とするものであるが、本願発明の要旨を逸脱しない範囲内での部分的構成の変更や省略等を行うことも勿論可能である。
例えば、レーザー光Ｅを照射する層１１の表面と仕切り部材１９の下面との距離を動作に影響がない範囲内で限りなく０に近付けることが可能である。このようにすればスパッタ粒子２３の出射角θに関係なく、開口部６３を通って仕切り部材１９の上方に飛散するスパッタ粒子２３のほとんどを捕捉することが可能になる。 [Other embodiments]
The three-dimensional modeling apparatus 1 and the method of manufacturing a three-dimensional model according to the present invention are basically based on having the above-described configuration, but a partial process without departing from the scope of the present invention It is of course possible to change the configuration or omit the configuration.
For example, it is possible to make the distance between the surface of the layer 11 to be irradiated with the laser light E and the lower surface of the partition member 19 as close to zero as possible without affecting the operation. This makes it possible to capture most of the sputtered particles 23 scattered above the partition member 19 through the opening 63 regardless of the emission angle θ of the sputtered particles 23.

また、上記実施形態では、開口部６３の形状は、開口部の幅Ａは上縁Ｕから下縁まで一様な筒形状である場合を説明したが、この形状に限定されない。下縁部分の幅と上縁部分の幅が異なるテーパーを有していてもよい。テーパーを有する形状の場合は、下縁の位置としては、上縁Ｕに向かって飛翔するスパッタ粒子の飛行を妨げないように設定することが好ましい。また、開口部６３の上縁Ｕの位置が同じではない場合、言い換えると層１１からの距離を異にする場合は、層１１からの距離が遠い方の位置が、前記積層された材料から発生するスパッタ粒子の上方への飛行経路内に位置する構成とすることが好ましい。
また、上記実施形態では、仕切り部材１９の開口部６３の部分の板厚Ｔについて具体的な説明をしていないが、本発明の目的との関係から容易に理解できるように、その板厚Ｔは強度的に可能な範囲で薄く形成することが好ましい。板厚Ｔが薄いほど仕切り部材１９とレーザー光Ｅの照射面との距離Ｌ（仕切り部材１９の下面と前記照射面との距離）が一定でも上縁Ｕを前記照射面に接近させて配置することが可能となり、以って、上方への飛行経路が短いスパッタ粒子に対して捕捉しやすくなるからである。 Moreover, in the said embodiment, although the case where the width A of the opening part was uniform cylindrical shape from the upper edge U to the lower edge was demonstrated in the shape of the opening part 63, it is not limited to this shape. The width of the lower edge portion and the width of the upper edge portion may have different tapers. In the case of the tapered shape, the position of the lower edge is preferably set so as not to prevent the flight of sputtered particles flying toward the upper edge U. Further, when the position of the upper edge U of the opening 63 is not the same, in other words, when the distance from the layer 11 is different, the position where the distance from the layer 11 is longer is generated from the laminated material. It is preferable to be located in the upper flight path of the sputtered particles.
Further, although the plate thickness T of the portion of the opening 63 of the partition member 19 is not specifically described in the above embodiment, the plate thickness T can be easily understood from the relationship with the object of the present invention. It is preferable to form thin as thin as possible in terms of strength. The upper edge U is disposed closer to the irradiation surface even if the distance L between the partition member 19 and the irradiation surface of the laser beam E (the distance between the lower surface of the partition member 19 and the irradiation surface) is constant as the thickness T decreases. This makes it possible for the upward flight path to be easily trapped for short sputtered particles.

また、開口部６３の形状は実施形態１で述べたスリット形状に限られない。従って、平面視円形や四角形等、種々の形状の穴部によって開口部６３を形成することが可能である。また、開口部６３が形成されている回転板６１を駆動する機構としては、回転駆動円板５８と回転板６１間に歯車輪列を設けたり、タイミングプーリ―とタイミングベルトを設けたりすること等によって動力を伝達することが可能である。   Further, the shape of the opening 63 is not limited to the slit shape described in the first embodiment. Therefore, the opening 63 can be formed by holes of various shapes such as a circular shape and a square shape in plan view. In addition, as a mechanism for driving the rotary plate 61 in which the opening 63 is formed, a toothed wheel row may be provided between the rotary drive disc 58 and the rotary plate 61, a timing pulley and a timing belt may be provided, etc. It is possible to transmit power by

この他、仕切り部材１９をレーザー照射部１７のレーザー光Ｅの照射口１８が設けられている照射ヘッドに取り付けて照射ヘッドと一体になって移動し得るように構成することも可能である。このようにすれば仕切り部材１９を移動させるための水平移動機構４７を省略することが可能になる。
また、実施形態１ではステージ３１を送り方向Ｘに移動させることによって層形成部１３と、溶媒揮発部１５と、レーザー照射部１７及び仕切り部材１９と、のそれぞれの処理部の処理を順番に実行させる構成が採用されており、実施形態２では、ロボットアーム７３、７５を三次元方向Ｘ、Ｙ、Ｚに移動させることによって層形成部１３と、溶媒揮発部１５と、レーザー照射部１７及び仕切り部材１９と、を順番に一定の位置に設置されたステージ３１上に臨ませて、それぞれの処理部の処理を順番に実行させる構成が採用されている。この他、ステージ３１側と、これら４種類３組の処理部１３、１５、１７及び１９と、の双方を移動させてそれぞれの処理を実行させるように構成することも可能である。 In addition, the partition member 19 may be attached to the irradiation head provided with the irradiation port 18 of the laser light E of the laser irradiation unit 17 so as to be able to move integrally with the irradiation head. In this way, the horizontal movement mechanism 47 for moving the partition member 19 can be omitted.
Further, in the first embodiment, by moving the stage 31 in the feed direction X, the processing of each processing unit of the layer forming unit 13, the solvent volatilization unit 15, the laser irradiation unit 17 and the partition member 19 is sequentially performed. In the second embodiment, the layer forming unit 13, the solvent volatilization unit 15, the laser irradiation unit 17, and the partition are moved by moving the robot arms 73 and 75 in the three-dimensional directions X, Y and Z. A configuration is adopted in which the members 19 are sequentially made to face the stage 31 installed at a fixed position, and the processing of each processing unit is performed in order. In addition to this, it is also possible to configure to move both of the stage 31 side and these four types of three processing units 13, 15, 17 and 19 so as to execute the respective processing.

また、複数の層１１を積層する場合に必要になる積層方向Ｚへの移動手段は、前記４つの処理部１３、１５、１７、１９に対して設ける他、ステージ３１側に設けたり、これら４つの処理部１３、１５、１７、１９と、ステージ３１側の双方に設けることが可能である。
また、レーザー照射部１７でのレーザー光Ｅの照射等によって溶媒５の揮発が併せて実行できるときには、溶媒揮発部１５を三次元造形装置１の構成から省略することが可能であり、溶媒揮発工程Ｐ２を三次元造形物の製造方法の構成から省略することが可能である。 In addition to providing the moving means in the stacking direction Z necessary for stacking a plurality of layers 11 to the four processing units 13, 15, 17, 19, they may be provided on the stage 31 side, It is possible to provide both of the processing units 13, 15, 17, 19 and the stage 31 side.
In addition, when volatilization of the solvent 5 can be performed together by irradiation of laser light E or the like in the laser irradiation unit 17, the solvent volatilization unit 15 can be omitted from the configuration of the three-dimensional shaping apparatus 1. It is possible to omit P2 from the structure of the manufacturing method of a three-dimensional structure.

また、これら４種類３組の処理部１３、１５、１７及び１９は、実施形態１のように直線状に配置する他、ループ状に配置することが可能である。この場合には、ステージ３１を往復移動させることなく、一定の方向にループ状に移動させることが可能になるから４種類３組の処理部１３、１５、１７及び１９の処理を連続的に実行することが可能になる。   Further, these four types of three processing units 13, 15, 17 and 19 can be arranged in a loop as well as arranged linearly as in the first embodiment. In this case, it is possible to move the stage 31 in the form of a loop in a fixed direction without reciprocating the movement of the stage 31. Therefore, the processing of four types of three processing units 13, 15, 17 and 19 is continuously executed. It will be possible to

１…三次元造形装置、３…粉末（材料）、５…溶媒、７…バインダー、
９…組成物（材料）、１１…層、１３…層形成部、１５…溶媒揮発部、
１７…レーザー照射部、１８…照射口、１９…仕切り部材、
２３…スパッタ粒子（付着物）、２４…（スパッタ粒子の）生長痕、
２５…導入部、２７…排気部、２９…筐体、３１…ステージ（造形部）、
３２…積層用面、３３…ディスペンサー、３５…描画ヘッド、３７…吐出口、
３９…ライン状ランプヒーター、４０…同期回路、４１…レーザー発振器、
４２…レーザーコントローラー、４３…ガルバノミラー、
４４…ガルバノコントローラー、４６…駆動コントローラー、
４７…水平移動機構、４８…リニアガイド、４９…スライダー、
５０…第１駆動モーター（駆動部）、５１…第１ボールねじ、
５２…第２駆動モーター（駆動部、）５３…第１雌ねじブロック、
５５…第２ボールねじ、５７…第２雌ねじブロック、５８…回転駆動円板、
５９…支持板、６０…開口、６１…回転板、６３…開口部、６５…スリット、
６７(６７Ａ、６７Ｂ、６７Ｃ)…スパッタ粒子の飛行軌道、
６７Ｕｐ…上方への飛行経路、６７Ｄｗ…下方への飛行経路、
７１…産業用ロボット、７３…ロボットアーム、７５…ロボットアーム、
７７…原料供給ユニット、７９…供給チューブ、８１…昇降駆動装置、Ａ…幅、
Ｘ…送り方向、Ｙ…走査方向、Ｚ…積層方向、Ｎ２…窒素ガス、Ｅ…レーザー光、
Ｄ…ビーム径、Ｔ…板厚、Ｌ…距離、θ…出射角、Ｈ…（開口部上縁の）高さ、
Ｕ…上縁、Ｓ…基準線、Ｍ…三次元造形物（物体）、Ｐ…ピッチ、Ｂ…長さ、
α…角度、Ｐ１…層形成工程、Ｐ２…溶媒揮発工程、Ｐ３…レーザー照射工程、
Ｐ４…粒子付着抑制工程 1 3 3D modeling apparatus 3 powder (material) 5 solvent 7 binder
9: composition (material), 11: layer, 13: layer forming portion, 15: solvent volatilization portion,
17: laser irradiation part, 18: irradiation port, 19: partition member,
23: Sputtered particles (adhesion) 24: Growth marks of sputtered particles
25: introduction part, 27: exhaust part, 29: housing, 31: stage (modeling part),
32: Surface for lamination, 33: Dispenser, 35: Drawing head, 37: Discharge port,
39: linear lamp heater, 40: synchronous circuit, 41: laser oscillator,
42: Laser controller, 43: Galvano mirror,
44 ... Galvano controller, 46 ... Drive controller,
47 horizontal movement mechanism 48 linear guide 49 slider
50 ... 1st drive motor (drive part), 51 ... 1st ball screw,
52 ... second drive motor (drive unit) 53 ... first female screw block,
55: second ball screw, 57: second female screw block, 58: rotary drive disc,
59: support plate, 60: opening, 61: rotating plate, 63: opening, 65: slit,
67 (67A, 67B, 67C) ... flight trajectory of sputtered particles,
67 Up ... upward flight path, 67 Dw ... downward flight path,
71 Industrial robot 73 Robot arm 75 Robot arm
77: Raw material supply unit, 79: Supply tube, 81: Lifting drive, A: Width,
X: feeding direction, Y: scanning direction, Z: stacking direction, N 2 : nitrogen gas, E: laser light,
D: Beam diameter, T: board thickness, L: distance, θ: emission angle, H: height of opening upper edge,
U: upper edge, S: reference line, M: three-dimensional structure (object), P: pitch, B: length,
α ... angle, P1 ... layer formation process, P2 ... solvent evaporation process, P3 ... laser irradiation process,
P4 ... particle adhesion suppression process

Claims (9)

層を積層することにより三次元の物体を造形する三次元造形装置であって、
前記物体の材料である粉末が積層される積層用面を有する造形部と、
レーザー光を照射して前記積層用面に積層された前記材料を溶融又は焼結させるレーザー照射部と、
前記積層用面と前記レーザー光の照射口との間に位置する仕切り部材と、
前記仕切り部材に設けられ前記照射口から照射されたレーザー光を通過させる開口部と、を備え、
前記開口部の上縁は、前記レーザー光の照射によって前記積層された材料から発生するスパッタ粒子の上方への飛行経路内に位置する、ことを特徴とする三次元造形装置。 A three-dimensional modeling apparatus for modeling a three-dimensional object by laminating layers,
A shaping unit having a laminating surface on which powder, which is a material of the object, is laminated;
A laser irradiation unit which melts or sinters the material laminated on the surface for lamination by irradiating a laser beam;
A partition member positioned between the stacking surface and the laser beam irradiation port;
And an opening portion provided in the partition member to allow the laser light emitted from the irradiation port to pass through;
The upper edge of the said opening part is located in the flight path to the upper direction of the sputter | spatter particle | grains which generate | occur | produce from the said laminated material by irradiation of the said laser beam, Three-dimensional modeling apparatus characterized by the above-mentioned. 請求項１に記載の三次元造形装置において、
前記開口部の上縁は、前記積層用面に積層された前記材料の表面から２ｍｍ以下に位置する、ことを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional shaping apparatus according to claim 1,
The upper edge of the opening is located at 2 mm or less from the surface of the material laminated on the surface for lamination. 請求項２に記載の三次元造形装置において、
前記開口部の幅Ａは、
前記レーザー光のビーム径をＤ、仕切り部材の板厚をＴ、仕切り部材とレーザー光の照射面との距離をＬとして、
２（Ｄ＋２（Ｌ＋Ｔ）） ＞ Ａ ＞ Ｄ＋２（Ｌ＋Ｔ）
である、こと特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional shaping apparatus according to claim 2,
The width A of the opening is
The beam diameter of the laser beam is D, the thickness of the partition member is T, and the distance between the partition member and the irradiation surface of the laser beam is L.
2 (D + 2 (L + T))>A> D + 2 (L + T)
The three-dimensional modeling apparatus characterized by being. 請求項３に記載の三次元造形装置において、
前記開口部は、開口部の幅Ａを短辺とするスリット形状である、ことを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional shaping apparatus according to claim 3,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the opening has a slit shape whose short side is the width A of the opening. 請求項１から４のいずれか一項に記載の三次元造形装置において、
前記層中の溶媒を揮発させる溶媒揮発部を備え、
前記溶媒揮発部は、前記レーザー照射部によるレーザー照射が行われる前に前記層中の溶媒を揮発させるように制御される、ことを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional shaping apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A solvent volatilizing part for volatilizing the solvent in the layer;
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the solvent volatilization unit is controlled to volatilize a solvent in the layer before the laser irradiation by the laser irradiation unit is performed. 請求項１から５のいずれか一項に記載の三次元造形装置において、
前記仕切り部材は、前記レーザー光の前記材料に対する照射位置の移動に連動して前記開口部の位置が移動するように制御される、ことを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional shaping apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The three-dimensional modeling apparatus, wherein the partition member is controlled so that the position of the opening moves in conjunction with the movement of the irradiation position of the laser light to the material. 請求項１から６のいずれか一項に記載の三次元造形装置において、
前記仕切り部材の開口部を介して前記積層された材料にレーザー光を照射する処理が行われた層に対して、前記仕切り部材が退避した状態で次層が形成され、該次層に対して前記仕切り部材が進出した状態で前記開口部を介して前記レーザー光を照射する処理が行われるように制御される、ことによって複数の層から成る三次元造形物が各層毎に順次形成される、ことを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional shaping apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The next layer is formed in a state in which the partition member is retracted with respect to the layer on which the process of irradiating the laminated material with the laser light is performed through the opening of the partition member, and the next layer is formed The laser beam is controlled to be irradiated through the opening in a state where the partition member is advanced, whereby a three-dimensional structure including a plurality of layers is sequentially formed for each layer. Three-dimensional modeling device characterized by 請求項１から７のいずれか１項に記載の三次元造形装置において、
前記造形部の積層用面に対して粉末と溶媒とバインダーとを含む組成物の層を形成する層形成部を備え、
前記層形成部とレーザー照射部と仕切り部材と造形部又は前記層形成部と溶媒揮発部とレーザー照射部と仕切り部材と造形部は、窒素ガスの導入部と排気部とを備えた密閉された筐体内に収容されており、
前記層形成部とレーザー照射部と仕切り部材又は前記層形成部と溶媒揮発部とレーザー照射部と仕切り部材は、前記造形部に対して相対的に移動できるように構成されていることを特徴とする、三次元造形装置。 In the three-dimensional shaping apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The layer formation part which forms the layer of the composition containing a powder, a solvent, and a binder with respect to the surface for lamination | stacking of the said shaping | molding part,
The layer forming unit, the laser irradiating unit, the partition member, the forming unit or the layer forming unit, the solvent volatilizing unit, the laser irradiating unit, the dividing member, and the forming unit are sealed with a nitrogen gas introducing unit and an exhausting unit. Housed in a housing,
The layer forming unit, the laser irradiating unit, and the partition member, or the layer forming unit, the solvent volatilizing unit, the laser irradiating unit, and the partition member are configured to be relatively movable with respect to the modeling unit. Three-dimensional modeling device. 層を積層することにより三次元の物体を造形する三次元造形物の製造方法であって、
前記物体の材料である粉末による層を積層する層形成工程と、
レーザー光を照射して前記積層された前記材料を溶融又は焼結させるレーザー照射工程と、
前記レーザー光の照射によって前記積層された材料から発生するスパッタ粒子が前記層の表面に落下して付着することを抑制する粒子付着抑制工程と、を有し、
前記粒子付着抑制工程は、仕切り部材に設けられた開口部を通過させて照射されたレーザー光によって前記積層された材料から発生するスパッタ粒子を前記開口部を上方に向かって通過させて捕捉する、ことを特徴とする三次元造形物の製造方法。 A method for producing a three-dimensional structure, wherein a three-dimensional object is formed by laminating layers.
A layer forming step of laminating a layer of powder which is a material of the object;
A laser irradiation step of melting or sintering the laminated material by irradiating a laser beam;
A particle adhesion suppression step of suppressing sputtered particles generated from the laminated material by the irradiation of the laser beam from falling and adhering to the surface of the layer;
In the particle adhesion suppression step, sputtered particles generated from the stacked material are allowed to pass upward through the opening by the laser beam irradiated through the opening provided in the partition member. A method of producing a three-dimensional structure characterized by
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