JP2019142015A - 付加製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ光や電子ビームなどの高エネルギービームを照射する照射部の位置ずれや傾きを防止して、造形物の品質を向上させることが可能な付加製造装置を提供する。【解決手段】付加製造装置１は、チャンバー２の外部に照射部８を支持する支持部９を備える。支持部９は、チャンバー２から離隔され、照射部８をチャンバー２から離隔させて支持する。【選択図】図１
Description
本発明は、付加製造装置に関する。
従来から、付加製造技術が知られている。付加製造は、材料を付着することによって物体を三次元形状の数値表現から作成するプロセスであり、除去的な製造とは対照をなすものである。付加製造は、「３Ｄプリンター」や「積層造形」とも呼ばれ、多くの場合、複数の層を積層させることによって実現される。付加製造を行う装置の一例として、粉末材料を層状に堆積させつつ、レーザ光で選択的に加熱して固化させることで立体的な造形物を形成する粉末床溶融結合装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。
特許文献１に記載された粉末床溶融結合装置は、造形用容器と、レーザ光源と、チャンバーと、レーザウインドウと、光走査素子と、赤外線カメラと、を備えたことを特徴とする（同文献、請求項１等を参照）。造形用容器は、粉末材料の薄層と共に造形物を収容する。レーザ光源は、粉末材料の薄層に照射するレーザ光を生成する。チャンバーは、造形用容器を収容する。レーザウインドウは、チャンバー上面に設けられる。光走査素子は、レーザウインドウを通じて粉末材料の薄層にレーザ光を照射して走査させる。赤外線カメラは、光走査素子に隣接して配置され、レーザウインドウを通じて造形用容器の表面の粉末材料の薄層の温度分布を撮像する。
また、特許文献１に記載された粉末床溶融結合装置は、光走査素子および赤外線カメラなどの光学機器とチャンバーとの間にレーザウインドウが配置され、このレーザウインドウを介在させて、チャンバーに光学機器が取り付けられている。これにより、レーザ光の照射や赤外線ヒータで加熱された粉末材料の一部が昇華して、光学機器が短時間で故障してしまうのを回避している（同文献、第００５６、００５７段落および図３等を参照）。
上記従来の粉末床溶融結合装置は、前述のように、レーザ光出射部を含む光学機器がチャンバーに取り付けられている。そのため、たとえばチャンバーの内部を大気圧よりも減圧して真空圧にすると、チャンバーが内側に向けてたわむように変形し、レーザ光出射部に位置ずれや傾きを生じるおそれがある。このようなレーザ光出射部の位置ずれや傾きは、造形物の品質を低下させる要因となる。
本開示は、レーザ光や電子ビームなどの高エネルギービームを照射する照射部の位置ずれや傾きを防止して、造形物の品質を向上させることが可能な付加製造装置を提供する。
本開示の一態様は、付加製造用の材料を収容するチャンバーと、該チャンバーに設けられた透過窓と、該透過窓を介して前記材料に高エネルギービームを照射する照射部と、前記チャンバーの内部を減圧する減圧部と、を備えた付加製造装置であって、前記チャンバーの外部に前記照射部を支持する支持部を備え、前記支持部は、前記チャンバーから離隔され、前記照射部を前記チャンバーから離隔させて支持することを特徴とする付加製造装置である。
上記一態様によれば、レーザ光や電子ビームなどの高エネルギービームを照射する照射部の位置ずれや傾きを防止して、造形物の品質を向上させることが可能な付加製造装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本開示に係る付加製造装置の実施形態を説明する。
［実施形態１］
図１は、本開示の実施形態１に係る付加製造装置１の概略構成を示す模式的な断面図である。詳細については後述するが、本実施形態の付加製造装置１は、以下の構成を最大の特徴としている。
図１は、本開示の実施形態１に係る付加製造装置１の概略構成を示す模式的な断面図である。詳細については後述するが、本実施形態の付加製造装置１は、以下の構成を最大の特徴としている。
付加製造装置１は、付加製造用の材料粉末Ｐを収容するチャンバー２と、このチャンバー２に設けられた透過窓２２と、この透過窓２２を介して材料粉末Ｐに高エネルギービームＢを照射する照射部８と、チャンバー２の内部を減圧する減圧部３と、を備えている。さらに、付加製造装置１は、チャンバー２の外部に照射部８を支持する支持部９を備えている。この支持部９は、チャンバー２から離隔され、照射部８をチャンバー２から離隔させて支持している。
以下、本実施形態の付加製造装置１の各部の構成について、詳細に説明する。付加製造装置１は、たとえば、チャンバー２と、減圧部３と、材料供給部４と、付加製造部５と、回収部６と、リコータ７と、照射部８と、支持部９と、基台部１０とを備えている。付加製造装置１は、たとえば、付加製造部５に敷き詰められた付加製造用の材料である材料粉末Ｐを、高エネルギービームＢの熱エネルギーによって選択的に溶融結合させて造形物Ｍの付加製造を行う粉末床溶融結合方式を採用している。
チャンバー２は、たとえば、照射部８および減圧部３を除く付加製造装置１の各部を収容している。チャンバー２は、たとえば、保護ガラス２１がはめ込まれた透過窓２２を有している。透過窓２２は、チャンバー２の外部に配置された照射部８から照射される高エネルギービームＢを透過させ、チャンバー２の内部の付加製造部５のステージ５１に敷き詰められた材料粉末Ｐに到達させる。
チャンバー２は、チャンバー２の内部のガスを排出するガス出口２ｂを有している。図示を省略するが、チャンバー２は、たとえば、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを導入するガス入口を有してもよい。また、後述する別の実施形態において詳細に説明するが、チャンバー２は、少なくとも透過窓２２の周囲の外表面に、補強リブを有してもよい。
減圧部３は、たとえば、真空ポンプによって構成され、ガス出口２ｂに接続された真空引き用の配管２３を介してチャンバー２に接続される。減圧部３は、配管２３を介してチャンバー２の内部のガスを吸い込んでチャンバー２の外部に排出することで、チャンバー２の内圧を大気圧よりも減圧された真空圧にして、チャンバー２の内部を真空状態にする。チャンバー２の内部の圧力は、減圧部３によって、たとえば絶対圧で１０［Ｐａ］から１０−３［Ｐａ］に減圧される。
材料供給部４は、たとえば、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。材料供給部４は、材料粉末Ｐを供給するためのステージ４１を有している。材料供給部４の底壁は、材料供給用のステージ４１によって構成されている。材料供給部４は、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、材料供給用のステージ４１上に材料粉末Ｐが載置される。材料供給用のステージ４１は、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。
造形物Ｍの付加製造に用いられる材料粉末Ｐとしては、特に限定されないが、たとえば、銅、チタン合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、コバルトクロム合金、ステンレス鋼などの金属材料の粉末、ポリアミドなどの樹脂材料の粉末、セラミックスの粉末などを用いることができる。本実施形態の付加製造装置１は、材料粉末Ｐとして、たとえば金属材料の粉末を使用する。
付加製造部５は、たとえば、前述の材料供給部４と同様に、側壁と底壁とによって囲まれた凹状の部分である。付加製造部５は、付加製造用のステージ５１を有している。付加製造部５の底壁は、付加製造用のステージ５１によって構成されている。付加製造部５は、材料供給部４と同様に、上方が開放されて側壁の上端に開口部を有し、付加製造用のステージ５１上に、材料供給部４から供給される材料粉末Ｐと、付加製造によって製造される造形物Ｍが載置される。付加製造部５の開口部と材料供給部４の開口部は、たとえば、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。付加製造用のステージ５１は、前述の材料供給用のステージ４１と同様に、たとえば、適宜の昇降機構によって、所定のピッチで昇降可能に設けられている。
回収部６は、たとえば、側壁と底壁によって囲まれた凹状の部分である。図示の例において、回収部６の底壁は、側壁の下端部に固定されているが、材料供給部４および付加製造部５と同様に、昇降可能なステージによって構成されていてもよい。回収部６は、上部が開放されて側壁の上端に開口部を有している。回収部６の開口部と、付加製造部５の開口部は、鉛直方向の高さがおおむね等しく、おおむね水平方向に並んでいる。回収部６は、たとえば、リコータ７によって材料供給部４から付加製造部５に供給された余分な材料粉末Ｐを収容して回収する。
リコータ７は、たとえば、適宜の移動機構により、材料供給部４および付加製造部５の開口部に沿って、おおむね水平方向に移動可能に設けられている。リコータ７は、その移動方向に往復することができるように設けられている。リコータ７は、材料供給部４から材料粉末Ｐを付加製造部５に供給するときに、材料供給部４の開口部の手前側の位置から、材料供給部４の開口部と付加製造部５の開口部を横断して、回収部６の開口部に臨む位置まで移動する。
照射部８は、たとえば、真空中で数ｋＷ程度の出力の電子ビームを発生させる電子照射部、または、数百Ｗから数ｋＷ程度の出力のレーザを発生させるレーザ光源とガルバノスキャナーなどの光学系とによって構成することができる。本実施形態の付加製造装置１の照射部８は、たとえば、波長が１０７０ｎｍ、出力が５００Ｗのシングルモードファイバーレーザ、すなわちエネルギー強度がガウス分布のファイバーレーザを発生させるレーザ光源を含む。
支持部９は、前述のように、チャンバー２の外部に照射部８を支持するための構造体であり、チャンバー２から離隔して設けられ、照射部８をチャンバー２から離隔させて支持している。すなわち、支持部９は、チャンバー２に固定されておらず、チャンバー２に対して独立して設けられており、チャンバー２との間に空隙を有している。支持部９は、たとえば、柱状または梁状の構造体であり、チャンバー２の周囲に格子状または枠状に設けられている。支持部９は、たとえば、全体がチャンバー２から所定の距離をおいて配置され、チャンバー２に接することなく、チャンバー２を取り囲んでいる。支持部９は、たとえば、ステンレス鋼や構造用鋼など、付加製造装置１の運転による変形を生じない十分な剛性を有する素材によって構成されている。
基台部１０は、たとえば、チャンバー２と、その内部に収容された材料供給部４、付加製造部５、回収部６、およびリコータ７などの付加製造装置１を構成する各部材を支持するための平板状、格子状または枠状の構造体である。基台部１０は、たとえば、付加製造装置１の底部に配置され、各部材を下方から支持している。より具体的には、チャンバー２は、基台部１０の上面に固定され、基台部１０によって支持されている。
また、チャンバー２の内部に収容された材料供給部４、付加製造部５、回収部６、およびリコータ７などの各部も、たとえば、少なくとも一部が基台部１０に固定され、チャンバー２とは独立して、基台部１０によって支持されている。図１に示す例において、基台部１０は、チャンバー２の側壁の下端部を閉塞しており、基台部１０によってチャンバー２の底壁が構成されている。なお、チャンバー２は、基台部１０とは別に底壁を有してもよく、その底壁が基台部１０に固定されていてもよい。
基台部１０は、たとえば、ステンレス鋼や構造用鋼など、付加製造装置１の運転による変形を生じない十分な剛性を有する素材によって構成されている。基台部１０は、たとえば、複数の脚部を有し、その複数の脚部によって床面の上に支持されている。基台部１０と床面との間のスペースには、たとえば、付加製造装置１の各部を構成するモータ、電源、制御機器、ガス供給機器、ガス回収機器、配管、ケーブルなどの各種の補機類が配置される。
本実施形態の付加製造装置１において、チャンバー２の外部に照射部８を支持する支持部９は、たとえば、基台部１０に固定されている。より具体的には、支持部９は、たとえば、下端部に設けられたフランジが、ボルトやナットなどの締結部材によって基台部１０に固定されている。また、支持部９の下端部は、たとえば、溶接によって基台部１０に固定されていてもよい。支持部９は、たとえば、チャンバー２の外寸よりも一回り大きい寸法にされ、基台部１０に固定された状態でチャンバー２から離隔され、照射部８をチャンバー２から離隔させて支持している。
以下、本実施形態の付加製造装置１の作用について説明する。
本実施形態の付加製造装置１によって造形物Ｍの付加製造を行うには、まず、減圧部３によってチャンバー２の内部の空気を排出し、チャンバー２の内部を大気圧よりも減圧して真空状態にする。また、チャンバー２がガス入口を有する場合には、チャンバー２の内部アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを導入するとともに、減圧部３によってチャンバー２の内部のガスを排出して、チャンバー２の内部を大気圧よりも低い真空状態にする。
次に、付加製造部５のステージ５１を側壁の上端部の開口部から所定のピッチで下降させ、付加製造部５に所定量の付加製造用の材料粉末Ｐを収容可能な状態にする。次に、材料供給部４のステージ４１を所定のピッチで上昇させ、開口部よりも上方に所定量の付加製造用の材料粉末Ｐを押し上げる。次に、材料供給部４の開口部を横断するようにリコータ７を移動させ、材料供給部４の開口部の上方に押し上げられた材料粉末Ｐをリコータ７によって付加製造部５に移動させる。
さらに、付加製造部５の開口部を横断するようにリコータ７を移動させ、リコータ７によって材料粉末Ｐを付加製造部５の開口部へ導入して付加製造部５のステージ５１に載置するとともに、リコータ７によって材料粉末Ｐを付加製造部５の開口部の高さに平坦に均して敷き詰める。このとき、余分な材料粉末Ｐは、リコータ７によって回収部６の開口部へ導入され、回収部６に収容されて回収される。その後、リコータ７を逆方向に移動させて元の位置に戻す。
次に、造形物Ｍの三次元形状のデータに基づいて、照射部８から、付加製造部５のステージ５１上の材料粉末Ｐの所定の領域に、レーザや電子ビームなどの高エネルギービームＢを照射する。これにより、所定の領域の材料粉末Ｐが溶融結合されて造形物Ｍの一部が形成される。このとき、チャンバー２は、内部の圧力が大気圧よりも低い真空状態になっている。そのため、チャンバー２の内部と外部との圧力差によって、チャンバー２を画定する隔壁は、内側にたわむように変形している。
図５は、前記した従来の粉末床溶融結合装置と同様にチャンバー２に透過窓２２を介して照射部８を取り付けた場合の問題点を説明する比較形態の付加製造装置１Ｘの模式的な断面図である。図６は、図５に示す比較形態の付加製造装置１Ｘの付加製造部５と照射部８との関係を示す模式図である。なお、比較形態の付加製造装置１Ｘにおいて、本実施形態の付加製造装置１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
チャンバー２の内部を大気圧よりも減圧して真空状態にすると、チャンバー２の内部と外部との圧力差によって、チャンバー２を画定する隔壁が内側にたわむように変形する。そのため、照射部８がチャンバー２に取り付けられている場合、チャンバー２の内部が真空状態になると、照射部８の位置や傾きが、チャンバー２を減圧する前の位置や傾きから変化する。そのため、照射部８から照射された高エネルギービームＢが材料粉末Ｐに照射される照射位置も変化し、造形物Ｍの品質を低下させるおそれがある。
特に、付加製造装置１Ｘが複数の照射部８を有し、複数の照射部８によって分担して造形物Ｍの付加製造を行う場合、上記のような照射部８の位置ずれや傾きは、造形物Ｍの品質に大きく影響する。これは、各照射部８が分担する領域の境界で各照射部８が照射する高エネルギービームＢの照射位置を一致させる必要があるためである。
たとえば、図６に示すように、照射部８と付加製造部５に敷き詰められた材料粉末Ｐとの間の距離Ｈが、８００［ｍｍ］である場合を想定する。この場合、チャンバー２の減圧後に傾いた照射部８の傾き角θが０．１［°］であると、高エネルギービームＢの照射位置は、チャンバー２の減圧前の照射位置から、約１．４［ｍｍ］ずれる。一方、高エネルギービームＢがレーザ光である場合、照射位置におけるビーム径は、たとえば０．１［ｍｍ］である。そのため、たとえば、高エネルギービームＢの照射位置のずれをビーム径の１０％以下、すなわち０．０１［ｍｍ］以下にする場合、照射部８の傾き角θを０．０００７［°］以下にする必要がある。
しかし、図５に示す比較形態の付加製造装置１Ｘのように、照射部８がチャンバー２に取り付けられている場合、チャンバー２の内部が真空状態になると、照射部８が、たとえば約０．０３［°］程度の傾き角θで傾く場合がある。この傾きを抑制するために、チャンバー２の隔壁を厚くしたり、補強したりすることが考えられるが、費用の増加、重量の増加、外寸の増加、構造の複雑化などが生じるため、現実的ではない。
これに対し、本実施形態の付加製造装置１は、前述のように、付加製造用の材料粉末Ｐを収容するチャンバー２と、このチャンバー２に設けられた透過窓２２と、この透過窓２２を介して材料粉末Ｐに高エネルギービームＢを照射する照射部８と、チャンバー２の内部を減圧する減圧部３と、を備えている。さらに、本実施形態の付加製造装置１は、チャンバー２の外部に照射部８を支持する支持部９を備え、この支持部９が、チャンバー２から離隔され、照射部８をチャンバー２から離隔させて支持している。
そのため、チャンバー２の内部を大気圧より減圧させて真空状態にすることで、チャンバー２の隔壁が内側にたわむように変形しても、チャンバー２の変形の影響は、チャンバー２から離隔された支持部９には及ばない。また、支持部９は、照射部８をチャンバー２から離隔させて支持している。そのため、照射部８は、チャンバー２の変形によって位置がずれたり、傾いたりすることはない。
これにより、チャンバー２の内部を減圧させる前と後で、照射部８から照射された高エネルギービームＢが材料粉末Ｐに照射される照射位置が変化するのを防止できる。したがって、本実施形態の付加製造装置１によれば、レーザ光や電子ビームなどの高エネルギービームＢを照射する照射部８の位置ずれや傾きを防止して、造形物Ｍの品質を向上させることができる。
また、本実施形態の付加製造装置１は、前述のように、チャンバー２を支持する基台部１０を備えている。そして、支持部９は、基台部１０に固定されている。これにより、チャンバー２に収容されて基台部１０に支持された付加製造部５と、支持部９との位置関係が変化することが防止される。そのため、支持部９によって支持された照射部８と、付加製造部５に敷き詰められた材料粉末Ｐとの位置関係が変化することが防止され、付加製造部５で造形される造形物Ｍの品質を向上させることができる。
以上説明したように、本実施形態によれば、レーザ光や電子ビームなどの高エネルギービームＢを照射する照射部８の位置ずれや傾きを防止して、造形物Ｍの品質を向上させることが可能な付加製造装置１を提供することができる。
［実施形態２］
図２は、本開示の実施形態２に係る付加製造装置１Ａの概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態の付加製造装置１Ａは、支持部９によって支持された複数の照射部８を備える点、および、照射部８と透過窓２２との間の高エネルギービームＢが通過する空間を包囲する遮蔽部１１を備える点で、前述の実施形態１に係る付加製造装置１と異なっている。本実施形態の付加製造装置１Ａのその他の構成は、前述の実施形態１の付加製造装置１の構成と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図２は、本開示の実施形態２に係る付加製造装置１Ａの概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態の付加製造装置１Ａは、支持部９によって支持された複数の照射部８を備える点、および、照射部８と透過窓２２との間の高エネルギービームＢが通過する空間を包囲する遮蔽部１１を備える点で、前述の実施形態１に係る付加製造装置１と異なっている。本実施形態の付加製造装置１Ａのその他の構成は、前述の実施形態１の付加製造装置１の構成と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の付加製造装置１Ａにおいて、チャンバー２は、たとえば、支持部９によって支持された複数の照射部８に対応する複数の透過窓２２を有している。照射部８の数は特に限定されないが、たとえば、２つから４つ程度の照射部８を支持部９によって支持することができる。このような構成により、付加製造装置１Ａは、複数の照射部８によって造形物Ｍを分担して造形することができ、造形物Ｍの造形を迅速に行うことができる。また、前述のように、各照射部８が造形を分担する範囲の境界において、高エネルギービームＢが材料粉末Ｐに照射される照射位置の位置ずれを防止して、付加製造部５で造形される造形物Ｍの品質を向上させることができる。
遮蔽部１１は、照射部８と透過窓２２との間の高エネルギービームＢが通過する空間を包囲することで、高エネルギービームＢが反射などによって遮蔽部１１の外部へ放出されるのを防止する。これにより、高エネルギービームＢを使用する付加製造装置１Ａの安全性を向上させることができる。
また、本実施形態の付加製造装置１において、遮蔽部１１は、たとえば、照射部８と透過窓２２とが対向する方向に変形可能に設けられている。より具体的には、たとえば、遮蔽部１１の素材として、チャンバー２の変形に追従して変形することが可能な柔軟性や弾性を有する素材を使用することができる。また、たとえば、金属等の剛性を有する素材であっても、複数の筒状部材を組み合わせた伸縮構造や、蛇腹構造を採用することで、遮蔽部１１を照射部８と透過窓２２とが対向する方向に変形可能に構成することができる。このような構成により、遮蔽部１１を支持部９とチャンバー２に接触させて高エネルギービームＢの漏洩を確実に防止しつつ、遮蔽部１１によってチャンバー２の変形を許容し、チャンバー２の変形が支持部９に影響を及ぼすのを防止できる。
［実施形態３］
図３は、本開示の実施形態３に係る付加製造装置１Ｂの概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態の付加製造装置１Ｂは、以下に説明する三つの点が、前述の実施形態１に係る付加製造装置１と異なっている。本実施形態の付加製造装置１Ｂのその他の構成は、前述の実施形態１の付加製造装置１の構成と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図３は、本開示の実施形態３に係る付加製造装置１Ｂの概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態の付加製造装置１Ｂは、以下に説明する三つの点が、前述の実施形態１に係る付加製造装置１と異なっている。本実施形態の付加製造装置１Ｂのその他の構成は、前述の実施形態１の付加製造装置１の構成と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の付加製造装置１Ｂが前述の実施形態１の付加製造装置１と異なる第１の点は、チャンバー２が主室２Ａと副室２Ｂとを有する点である。主室２Ａは、たとえば副室２Ｂよりも容積が大きく、材料粉末Ｐが敷き詰められる付加製造部５の他、材料供給部４、回収部６、およびリコータ７等を収容している。副室２Ｂは、たとえば主室２Ａとの間の隔壁に開口を設けることによって主室２Ａに連通させて設けられ、主室２Ａと反対側の照射部８に対向する隔壁に透過窓２２が設けられている。
また、本実施形態の付加製造装置１Ｂが前述の実施形態１の付加製造装置１と異なる第２の点は、副室２Ｂが、たとえばアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを導入するガス入口２ａを有し、主室２Ａが、減圧部３に接続されたガス出口２ｂを有している点である。さらに、本実施形態の付加製造装置１Ｂが前述の実施形態１の付加製造装置１と異なる第３の点は、チャンバー２が、少なくとも透過窓２２の周囲の外表面に補強リブ２４を有している点である。
上記第１の点により、本実施形態の付加製造装置１Ｂは、材料粉末Ｐが配置される付加製造部５等を主室２Ａに収容し、保護ガラス２１を有する透過窓２２を材料粉末Ｐから離れた位置にある副室２Ｂに設けることができる。これにより、主室２Ａに収容された材料粉末Ｐの溶融結合時に発生する金属蒸気を含むヒュームが、副室２Ｂに設けられた透過窓２２の保護ガラス２１へ到達しにくくなり、保護ガラス２１の曇りや汚れを防止することができる。
また、副室２Ｂを主室２Ａよりも小さくして、副室２Ｂに透過窓２２を設けることで、照射部８に対向し、透過窓２２が設けられるチャンバー２の隔壁の面積を可及的に小さくすることができる。これにより、照射部８に対向し、透過窓２２が設けられるチャンバー２の隔壁のたわみを抑制することができ、透過窓２２にはめ込まれる保護ガラス２１とチャンバー２の隔壁との間の気密性を向上させることができる。
また、上記第２の点により、本実施形態の付加製造装置１Ｂは、副室２Ｂのガス入口２ａからガスを導入し、主室２Ａのガス出口２ｂからガスを排出することができ、副室２Ｂの内圧を主室２Ａの内圧よりも高くすることができる。これにより、たとえば材料粉末Ｐの溶融結合時に主室２Ａにおいて発生した金属蒸気を含むヒュームが副室２Ｂへ移動するのを防止できる。そのため、副室２Ｂに設けられた透過窓２２の保護ガラス２１の曇りや汚れを防止することができる。
また、上記第３の点のように、付加製造装置１Ｂのチャンバー２は、少なくとも透過窓２２の周囲の外表面に補強リブ２４を有している。この構成により、チャンバー２の内部を減圧して真空状態にしたときに、少なくとも透過窓２２の周囲のチャンバー２の隔壁の変形が抑制される。これにより、透過窓２２の保護ガラス２１とチャンバー２の隔壁との間の気密性が低下するのを防止することができる。特に、主室２Ａよりも小さい副室２Ｂに透過窓２２が設けられ、少なくとも透過窓２２の周囲の外表面に補強リブ２４を有することで、より効果的に透過窓２２の周囲のチャンバー２の隔壁を補強することが可能である。
［実施形態４］
図４は、本開示の実施形態４に係る付加製造装置１Ｃの概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態の付加製造装置１Ｃは、チャンバー２の外部から透過窓２２を介してチャンバー２の内部を撮像する撮像部１２を備え、支持部９が撮像部１２をチャンバー２から離隔させて支持する点で、前述の実施形態２に係る付加製造装置１Ａと異なっている。本実施形態の付加製造装置１Ｃのその他の構成は、前述の実施形態２の付加製造装置１Ａの構成と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図４は、本開示の実施形態４に係る付加製造装置１Ｃの概略構成を示す模式的な断面図である。本実施形態の付加製造装置１Ｃは、チャンバー２の外部から透過窓２２を介してチャンバー２の内部を撮像する撮像部１２を備え、支持部９が撮像部１２をチャンバー２から離隔させて支持する点で、前述の実施形態２に係る付加製造装置１Ａと異なっている。本実施形態の付加製造装置１Ｃのその他の構成は、前述の実施形態２の付加製造装置１Ａの構成と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
撮像部１２は、たとえば、付加製造部５において造形された造形物Ｍの形状を撮影する検査用のＣＣＤカメラや、付加製造部５のステージ５１上の材料粉末Ｐの温度を測定するための赤外線カメラなどによって構成することができる。チャンバー２は、たとえば、撮像部１２と付加製造部５との間に、撮像用の透過窓２２を有してもよい。本実施形態の付加製造装置１Ｃによれば、チャンバー２の内部を大気圧よりも低い真空状態に減圧して、チャンバー２の隔壁が内側にたわんでも、支持部９に支持された撮像部１２にチャンバー２の変形の影響が及ぶことがない。そのため、撮像部１２の位置ずれや傾きを防止して、撮像部１２の造形物Ｍの検査や温度測定に不具合が生じるのを防止できる。
以上、図面を用いて本開示に係る付加製造装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に係る発明に含まれるものである。たとえば、前述の実施形態では、粉末床溶融結合方式の付加製造装置について説明した。しかし、本開示に係る発明は、粉末床溶融結合方式の付加製造装置に限定されず、チャンバーの内圧が大気圧よりも減圧され、チャンバーの内部の付加製造用の材料に対してチャンバーの外部から高エネルギービームを照射する方式であれば適用することが可能である。
１ 付加製造装置
１Ａ 付加製造装置
１Ｂ 付加製造装置
１Ｃ 付加製造装置
２ チャンバー
２Ａ 主室
２Ｂ 副室
２ａ ガス入口
２ｂ ガス出口
２２ 透過窓
２４ 補強リブ
３ 減圧部
８ 照射部
９ 支持部
１０ 基台部
１２ 撮像部
１１ 遮蔽部
Ｂ 高エネルギービーム
Ｐ 材料粉末（付加製造用の材料）
１Ａ 付加製造装置
１Ｂ 付加製造装置
１Ｃ 付加製造装置
２ チャンバー
２Ａ 主室
２Ｂ 副室
２ａ ガス入口
２ｂ ガス出口
２２ 透過窓
２４ 補強リブ
３ 減圧部
８ 照射部
９ 支持部
１０ 基台部
１２ 撮像部
１１ 遮蔽部
Ｂ 高エネルギービーム
Ｐ 材料粉末（付加製造用の材料）
Claims (9)
- 付加製造用の材料を収容するチャンバーと、該チャンバーに設けられた透過窓と、該透過窓を介して前記材料に高エネルギービームを照射する照射部と、前記チャンバーの内部を減圧する減圧部と、を備えた付加製造装置であって、
前記チャンバーの外部に前記照射部を支持する支持部を備え、
前記支持部は、前記チャンバーから離隔され、前記照射部を前記チャンバーから離隔させて支持することを特徴とする付加製造装置。 - 前記支持部によって支持された複数の前記照射部を備えることを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
- 前記チャンバーを支持する基台部を備え、
前記支持部は、前記基台部に固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の付加製造装置。 - 前記チャンバーの外部から前記透過窓を介して前記チャンバーの内部を撮像する撮像部を備え、
前記支持部は、前記撮像部を前記チャンバーから離隔させて支持することを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。 - 前記照射部と前記透過窓との間の前記高エネルギービームが通過する空間を包囲する遮蔽部を備えることを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
- 前記遮蔽部は、前記照射部と前記透過窓とが対向する方向に変形可能に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の付加製造装置。
- 前記チャンバーは、前記材料が収容される主室と、該主室に連通させて設けられ前記透過窓が設けられた副室と、を有することを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
- 前記副室は、ガスを導入するガス入口を有し、
前記主室は、前記減圧部に接続されたガス出口を有することを特徴とする請求項７に記載の付加製造装置。 - 前記チャンバーは、少なくとも前記透過窓の周囲の外表面に補強リブを有することを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
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2018
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2019
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