WO2020235214A1 - Ａｍ装置及び造形物の製造方法 - Google Patents

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WO2020235214A1
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篠崎　弘行
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株式会社荏原製作所
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Definitions

  • the present invention relates to an AM device and a method for manufacturing a modeled object.
  • a technology for directly modeling a 3D object from 3D data on a computer that expresses a 3D object is known.
  • the Adaptive Manufacturing (AM) (additional manufacturing) method is known.
  • the metal powder is melted, solidified or sintered by irradiating the part to be shaped with a beam such as a laser beam or an electron beam as a heat source.
  • a beam such as a laser beam or an electron beam as a heat source.
  • Each layer of the three-dimensional object is modeled by making it.
  • a desired three-dimensional object can be formed by repeating such a step.
  • execution data such as the irradiation position and beam trajectory of a beam such as a laser beam or an electron beam is created for each layer from 3D CAD data representing a 3D object to be modeled.
  • the AM device automatically performs laminating modeling based on this execution data created by computer control. Specifically, the AM device supplies a layer of metal powder onto a base plate that can be raised and lowered, and irradiates a beam at an irradiation position based on execution data to melt, solidify, or sinter the metal powder. It forms the first layer of a three-dimensional object.
  • the AM apparatus lowers the base plate, supplies a layer of metal powder to the base plate again, and irradiates a beam at an irradiation position based on execution data to melt, solidify, or sinter the metal powder.
  • the AM device repeats this process to form the desired model.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 are known.
  • the time and effort required to spread the metal powder flat on the base plate and the time and effort required to recover the unsintered metal powder after sintering the modeled object also increase.
  • the modeling time per layer is also increased.
  • a support member is also formed from the metal powder in order to maintain the desired shape of the modeled object. Since this support member is removed after the production of the modeled object, it is preferable that the number of support members is small. However, when the modeled object becomes larger, the support member also becomes larger, so that the amount of metal powder used for the support member increases, the material loss increases, and the labor for removing the support member also increases. To do.
  • both the base plate and the modeled object are removed from the AM device, and after heat treatment, the modeled object is separated from the base plate by wire cutting.
  • the base plate As the model becomes larger, the base plate also becomes larger, which makes it difficult to remove the base plate and the model from the AM device. It is also difficult to separate a large model from the base plate.
  • the present invention has been made in view of at least one of the above problems, and one of the purposes thereof is to provide an AM device capable of reducing the amount of metal powder used.
  • an AM device has a base plate that supports the modeling material and a beam source that produces a beam that irradiates the modeling material supported by the base plate.
  • the base plate has a plurality of divided base plates adjacent to each other.
  • a method for manufacturing a modeled object is provided.
  • the modeling material is supported by a plurality of divided base plates adjacent to each other, the modeling material supported by the plurality of divided base plates is irradiated with a beam, and a part of the divided base plate is lowered.
  • the schematic diagram of the AM apparatus which concerns on this embodiment is shown. It is a schematic side view of a modeling part. It is a schematic top view of the modeling part. It is a schematic side sectional view of the modeled part in the state where a part of the modeled object is formed. It is a schematic side sectional view of the modeled part in a state where the whole modeled object is formed. It is a schematic side sectional view of the modeled part in the state where a part of other modeled objects is formed. It is a schematic side sectional view of the modeling part in the state where the whole of other modeling objects are formed. It is the schematic side sectional view which shows the other example of the modeling part. It is a schematic top view of another example of a modeling part. It is a schematic top view of still another example of a modeling part.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an AM device according to the present embodiment.
  • the AM device 100 includes a process chamber 110, a control device 120, and a modeling unit 130.
  • the beam source 112 may be configured to generate, for example, an electron beam 118.
  • the scanning device 114 may be, for example, a deflection coil for controlling the irradiation position of the electron beam 118.
  • the beam source 112 may be configured to generate a laser beam.
  • the scanning device 114 may include a mirror or lens that refracts the laser beam.
  • the beam formed by the beam source 112 irradiates the metal powder (corresponding to an example of the modeling material) supported on the base plate described later of the modeling unit 130.
  • the metal powder for example, powders such as SUS316L, titanium alloys, aluminum alloys, magnesium alloys, copper alloys, and nickel alloys can be adopted.
  • the powder distributor 116 is arranged so as to form a thin layer of metal powder on the base plate described later of the modeling unit 130.
  • the powder distributor 116 includes a hopper capable of storing metal powder, and is configured to be movable in the horizontal direction.
  • a vacuum environment suitable for generating the electron beam 118 is maintained inside the process chamber 110 by, for example, a vacuum system (not shown). Is preferable. Further, the inside of the process chamber 110 may be supplied with an inert gas such as nitrogen, helium, or argon from a gas supply source (not shown).
  • the control device 120 is communicably connected to the beam source 112, the scanning device 114, the powder distributor 116, and the modeling unit 130.
  • the control device 120 creates execution data such as a beam irradiation position or a beam trajectory for each layer based on the three-dimensional CAD data D1, and based on the execution data, the beam source 112, the scanning device 114, and the powder distributor 116. , And the modeling unit 130.
  • the control device 120 includes the output of the beam source 112, the irradiation position and trajectory of the beam by the scanning device 114, the supply of powder by the powder distributor 116, and the drive device 30 (described later) of the modeling unit 130. (See FIG. 2A, etc.) is controlled.
  • FIG. 2A is a schematic side view of the modeling unit 130.
  • FIG. 2B is a schematic top view of the modeling unit 130.
  • the modeling portion 130 includes a base plate 10 that supports the metal powder, a rod 20 that is connected to the base plate 10, and a driving device 30 that raises and lowers the rod 20 and the base plate 10.
  • the modeling unit 130 has at least a chamber 40 that surrounds the base plate 10.
  • "supporting the metal powder” means that the base plate 10 directly supports the metal powder and that the base plate 10 indirectly supports the metal via the metal plate 60 or the like described later. Includes supporting powder.
  • the base plate 10 of the modeling portion 130 includes a plurality of divided base plates 10a adjacent to each other.
  • the shape of the divided base plate 10a in a plan view is substantially quadrangular, and the divided base plate 10a is formed by dividing the base plate 10 into a grid pattern.
  • the gap between the adjacent split base plates 10a can be set so that the metal powder does not enter as much as possible and excessive friction does not occur between the adjacent split base plates 10a.
  • the plurality of divided base plates 10a are located at the uppermost positions, and are positioned so that the upper surfaces of all the divided base plates 10a are flush with each other.
  • the base plate 10 can be formed from ceramics such as heat resistant metal and alumina.
  • the rod 20 of the modeling portion 130 includes a plurality of rods 20a connected to the lower surface side of each of the plurality of divided base plates 10a.
  • the drive device 30 of the modeling unit 130 includes a plurality of drive devices 30a that independently raise and lower each of the plurality of rods 20a and each of the plurality of divided base plates 10a. That is, the control device 120 shown in FIG. 1 is configured to independently control each of the plurality of divided base plates 10a.
  • the plurality of drive devices 30a can be, for example, a stepping motor, a hydraulic cylinder, a pinion gear, or the like.
  • the plurality of drive devices 30a are pinion gears
  • the plurality of rods 20a have grooves corresponding to the pinion gears and function as rack gears.
  • the plurality of drive devices 30a are fixed to the support plate 50.
  • a plurality of rods 20a and a plurality of drive devices 30a corresponding to each of the plurality of divided base plates 10a are provided, but the present invention is not limited to this.
  • the rod 20a and the driving device 30a may be provided only on the divided base plate 10a that needs to be raised and lowered.
  • two or more divided base plates 10a may be moved up and down by a single driving device 30a.
  • FIG. 3 is a schematic side sectional view of the modeled portion 130 in a state where a part of the modeled object is formed.
  • FIG. 4 is a schematic side sectional view of the modeled portion 130 in a state where the entire modeled object is formed.
  • the control device 120 controls the powder distributor 116 to form a thin layer of a single layer of metal powder on the divided base plate 10a.
  • control device 120 controls the beam source 112 and the scanning device 114 based on the execution data such as the beam irradiation position or the beam trajectory for each layer created from the three-dimensional CAD data D1, and the desired irradiation position. Is irradiated with a beam to sinter the metal powder to form the first layer of the modeled product M1.
  • the control device 120 lowers a part of the divided base plate 10a based on the above execution data. Specifically, at least the divided base plate 10a that supports the first layer of the modeled object M1 is lowered, and if necessary, the divided base plate 10a corresponding to the irradiation position of the beam of the second layer is lowered.
  • the divided base plate 10a is lowered by, for example, 10 ⁇ m to 100 ⁇ m as the thickness of one layer.
  • the control device 120 controls the powder distributor 116 to replenish the metal powder on the lowered split base plate 10a.
  • the lowered split base plate 10a so that the height of the metal powder on the split base plate 10a at the initial position where it has not dropped and the height of the metal powder on the dropped split base plate 10a are substantially the same. Replenish the metal powder on top.
  • the control device 120 controls the beam source 112 and the scanning device 114 to irradiate the beam at a desired irradiation position to sinter the metal powder to form the second layer of the modeled object M1.
  • the divided base plate 10a supporting the modeled object M1 is lowered among the plurality of divided base plates 10a.
  • the modeling unit 130 can form the entire modeled object M1 as shown in FIG. 4 by repeating the above-mentioned processing for each layer.
  • the modeled object M1 shown in FIGS. 3 and 4 has a substantially dome-shaped shape.
  • the AM device 100 since the AM device 100 according to the present embodiment has a plurality of divided base plates 10a adjacent to each other, the case where the entire base plate 10 is lowered by lowering only the divided base plates 10a supporting each layer.
  • the amount of metal powder required to form the modeled product M1 can be reduced as compared with the above.
  • the amount of metal powder that indirectly melts due to the sintering of the metal powder around the modeled object can be reduced, and the loss of the metal powder can be reduced.
  • the amount of the unsintered metal powder around the modeled object M1 can be reduced, the labor for regenerating the oxidized metal powder can be reduced.
  • the amount of the metal powder required to form the model M1 can be reduced, it takes time and effort to spread the metal powder flat on the base plate 10, and the model M1 is unsintered after sintering. It is also possible to reduce the time and effort required to recover the metal powder.
  • the AM device 100 reduces the amount of support members required to support the modeled object M1 by lowering each divided base plate 10a according to the shape of the modeled object M1 to be formed. As a result, the amount of metal powder used for the support member can also be reduced.
  • the AM device 100 has a drive device 30 capable of independently raising and lowering a plurality of divided base plates 10a. As a result, a part of the plurality of divided base plates 10a can be lowered and raised according to the shape of the modeled object M1. Further, in the present embodiment, each of the plurality of divided base plates 10a is provided with a plurality of driving devices 30a. As a result, each of the plurality of divided base plates 10a can be raised and lowered independently, and the plurality of divided base plates 10a can be lowered and raised more flexibly according to the shape of the modeled object M1. As a result, the amount of metal powder required to form the model M1 can be further reduced.
  • FIG. 5 is a schematic side sectional view of the modeling portion 130 in a state where a part of other modeling objects is formed.
  • FIG. 6 is a schematic side sectional view of the modeled portion 130 in a state where the entire other modeled object is formed.
  • the divided base plate 10a supporting the modeled object M2 is lowered.
  • the control device 120 lowers at least the divided base plate 10a supporting the modeled object M2 based on the execution data, and if necessary, the next layer is formed.
  • the split base plate 10a corresponding to the irradiation position of the beam is lowered.
  • the modeling unit 130 can form the entire modeled object M2 as shown in FIG. 6 by repeating the above-mentioned processing for each layer.
  • the modeled object M2 shown in FIGS. 5 and 6 has a substantially inverted dome shape.
  • a support member may be formed between the base plate 10 and the model M2, if necessary.
  • FIG. 7 is a schematic side sectional view showing another example of the modeling portion 130.
  • the modeling portion 130 shown in FIG. 7 has a metal plate 60 on the upper surface of the base plate 10.
  • the metal plate 60 is fixed to the upper surface of the base plate 10 by, for example, a fastening means such as a bolt.
  • the fastening means for fixing the metal plate 60 to the base plate 10 is provided at a position that does not affect the formation of the modeled object.
  • the metal plate 60 includes a plurality of metal plates 60a fixed to each of the plurality of divided base plates 10a.
  • one metal plate 60a may be fixed to two or more divided base plates 10a among the plurality of divided base plates 10a. That is, in this case, the two or more divided base plates 10a to which one metal plate 60a is fixed can be integrally raised and lowered by the drive device 30.
  • the modeled object is taken out from the AM device 100.
  • the metal plate 60a in contact with the modeled object is released from being fixed to the divided base plate 10a.
  • the modeled object is removed from the modeled portion 130 together with the metal plate 60a, and after heat treatment, the metal plate 60a and the modeled object are separated by wire cutting.
  • the base plate 10 supports the metal powder via the metal plate 60.
  • the modeled object is formed on the metal plate 60. Therefore, by removing the metal plate 60 from the base plate 10, the modeled object can be easily taken out from the AM device 100.
  • the metal plate 60 has a plurality of metal plates 60a, even if the modeled object becomes large, the plurality of metal plates 60a may be separated from the modeled object. Therefore, it is easier to separate the modeled object from the plurality of metal plates 60a than when the large base plate and the large modeled object are separated from each other.
  • FIG. 8 is a schematic top view of another example of the modeling unit 130.
  • FIG. 9 is a schematic top view of still another example of the modeling unit 130.
  • the shape of the divided base plate 10a of the modeling portion 130 in a plan view is substantially rectangular, and the divided base plate 10a is formed by dividing the base plate 10 into strips.
  • the shape of the divided base plate 10a of the modeling portion 130 in a plan view is substantially a regular hexagon, and the divided base plate 10a is formed by dividing the base plate 10 into a honeycomb shape.
  • FIG. 8 is a schematic top view of another example of the modeling unit 130.
  • FIG. 9 is a schematic top view of still another example of the modeling unit 130.
  • the shape of the divided base plate 10a of the modeling portion 130 in a plan view is substantially rectangular, and the divided base plate 10a is formed by dividing the base plate 10 into strips.
  • the shape of the divided base plate 10a of the modeling portion 130 in a plan view is substantially a regular hexagon, and the divided base plate 10a
  • a divided base plate 10a having a shape other than a substantially regular hexagon can be appropriately provided.
  • the base plate 10 of the modeling portion 130 shown in FIGS. 3 to 7 may be divided as shown in FIG. 8 or 9.
  • an AM device has a base plate that supports the modeling material and a beam source that produces a beam that irradiates the modeling material supported by the base plate.
  • the base plate has a plurality of divided base plates adjacent to each other.
  • the AM device since the AM device has a plurality of divided base plates adjacent to each other, by lowering only the divided base plates that support each layer, a modeled object is formed as compared with the case where the entire base plate is lowered.
  • the amount of modeling material required for this can be reduced.
  • the amount of the modeling material that indirectly melts due to the sintering of the modeling material around the modeled object can be reduced, and the loss of the modeling material can be reduced.
  • the amount of the unsintered modeling material around the modeled object can be reduced, the labor for regenerating the oxidized modeling material can be reduced.
  • the AM device can reduce the amount of the support member required to support the modeled object by lowering each divided base plate according to the shape of the modeled object to be formed, and as a result, the support member can be used. The amount of metal powder used can also be reduced.
  • the gist of the second form is that the AM device of the first form has a drive device configured to independently raise and lower the plurality of divided base plates.
  • the AM device has a drive device capable of independently raising and lowering a plurality of divided base plates. As a result, a part of the plurality of divided base plates can be lowered and raised according to the shape of the modeled object.
  • the third form is the AM device of the second form, and the gist is that the drive device includes a plurality of drive devices provided for each of the plurality of divided base plates.
  • a plurality of drive devices are provided for each of the plurality of divided base plates.
  • each of the plurality of divided base plates can be raised and lowered independently, and the plurality of divided base plates can be lowered and raised more flexibly according to the shape of the modeled object.
  • the amount of modeling material required to form the modeled object can be further reduced.
  • the gist of the fourth form is that the AM device of any of the first to third forms has a metal plate that is detachably fixed on the base plate.
  • the base plate supports the modeling material via the metal plate.
  • the modeled object is formed on the metal plate, so that the modeled object can be easily taken out from the AM device by removing the metal plate from the base plate.
  • the fifth form is the AM device of the fourth form, and the gist is that the metal plate includes a plurality of metal plates fixed to each of the plurality of divided base plates.
  • the metal plate since the metal plate has a plurality of metal plates, even if the modeled object becomes large, the plurality of metal plates may be separated from the modeled object. Therefore, it is easier to separate the modeled object from the plurality of metal plates than when the large-sized base plate and the large-sized modeled object are separated from each other.
  • a method for manufacturing a modeled object is provided.
  • the modeling material is supported by a plurality of divided base plates adjacent to each other, the modeling material supported by the plurality of divided base plates is irradiated with a beam, and a part of the plurality of divided base plates is lowered. ..
  • the amount of the modeling material required to form the modeled object can be reduced as compared with the case where the entire base plate is lowered. ..
  • the amount of the modeling material that indirectly melts due to the sintering of the modeling material around the modeled object can be reduced, and the loss of the modeling material can be reduced.
  • the amount of the unsintered modeling material around the modeled object can be reduced, the labor for regenerating the oxidized modeling material can be reduced.
  • the AM device can reduce the amount of the support member required to support the modeled object by lowering each divided base plate according to the shape of the modeled object to be formed, and as a result, the support member can be used. The amount of metal powder used can also be reduced.
  • Base plate 10 Base plate 10a ... Divided base plate 30 ... Drive device 30a ... Drive device 60 ... Metal plate 60a ... Metal plate 100 ... AM device 112 ... Beam source 120 ... Control device 130 ... Modeling unit

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Abstract

使用する金属粉体の量を低減する。　ＡＭ装置が提供される。このＡＭ装置は、造形材料を支持するベースプレートと、前記ベースプレートに支持された前記造形材料に照射されるビームを生成するビーム源と、を有する。前記ベースプレートは、互いに隣接する複数の分割ベースプレートを有する。

Description

ＡＭ装置及び造形物の製造方法
　本発明は、ＡＭ装置及び造形物の製造方法に関する。
　三次元物体を表現したコンピュータ上の三次元データから、三次元物体を直接的に造形する技術が知られている。たとえば、Ａｄｄｉｔｉｖｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＡＭ）（付加製造）法が知られている。一例として、金属紛体を用いるＡＭ法においては、敷き詰められた金属紛体に対して、造形する部分に熱源であるレーザービームや電子ビーム等のビームを照射して、金属紛体を溶融・凝固又は焼結させることで三次元物体の各層を造形する。ＡＭ法においては、このような工程を繰り返すことで、所望の三次元物体を造形することができる。
　ＡＭ法においては、造形対象である三次元物体を表現した三次元ＣＡＤデータから、各層ごとにレーザービームや電子ビーム等のビームの照射位置やビーム軌跡などの実行データを作成する。ＡＭ装置は、コンピュータ制御により作成されたこの実行データに基づいて、自動的に積層造形を行う。具体的には、ＡＭ装置は、昇降可能なベースプレート上に一層分の金属粉体を供給し、実行データに基づいた照射位置にビームを照射して金属粉体を溶融・凝固又は焼結させて三次元物体の第１層を形成する。続いて、ＡＭ装置は、ベースプレートを降下させた後、ベースプレートに一層分の金属粉体を再び供給し、実行データに基づいた照射位置にビームを照射して金属粉体を溶融・凝固又は焼結させて三次元物体の第２層を形成する。ＡＭ装置は、このプロセスを繰り返して、所望の造形物を形成する。このようなＡＭ装置として、例えば特許文献１及び特許文献２が知られている。
特開平８－２８１８０７ 特表２０１６－５３４２３４号公報
　近年、このようなＡＭ装置で製造する造形物の大型化が要求されている。ＡＭ装置で造形物が製造されると、造形物の周囲には未焼結の金属粉体が残る。未焼結の金属粉体は酸化するので、この金属粉体を再利用するためには再生処理を要する。また、造形物の周囲の一部の金属粉体は、造形物の焼結の際に熱エネルギーを受け、間接的に溶融するおそれがある。このように溶融した金属粉体は、原則として再利用できないので、材料のロスが生じる。したがって、造形物が大型化した場合、未焼結の金属粉体の量が増加するので、再生処理により多くの時間を要する。また、造形物の焼結に起因して間接的に溶融する金属粉体も増加し、より多くの材料ロスが生じ得る。造形物が大型化すると、ベースプレート上に金属粉体を平らに敷き詰める手間、及び造形物の焼結後の未焼結の金属粉体の回収の手間も増加する。また、ビームの照射範囲が大きくなるので、一層当たりの造形時間も長くなる。
　また、ＡＭ装置で、ベースプレートの上面に対して所定の角度の面を有する造形物を形成する際、造形物の所望の形状を保持するために、金属粉体からサポート部材も形成される。このサポート部材は、造形物の製造後に除去されるものであるから、サポート部材は少ないことが好ましい。しかしながら、造形物が大型化した場合、これに伴いサポート部材も大きくなるから、サポート部材に使用される金属粉体の量が増加し、材料ロスが大きくなり、またサポート部材の除去の手間も増加する。
　従来のＡＭ装置では、ベースプレート上に形成された造形物を取り出すとき、ベースプレートと造形物を共にＡＭ装置から取り外し、熱処理をした後にワイヤカットによりベースプレートから造形物を切り離していた。造形物が大型化すると、ベースプレートもそれに伴い大型化するので、ベースプレートと造形物をＡＭ装置から取り外すのは困難になる。また、ベースプレートから大型の造形物を切り離すのも困難である。
　本発明は上記問題の少なくとも一つに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、使用する金属粉体の量を低減することができるＡＭ装置を提供することである。
　本発明の一形態によれば、ＡＭ装置が提供される。このＡＭ装置は、造形材料を支持するベースプレートと、前記ベースプレートに支持された前記造形材料に照射されるビームを生成するビーム源と、を有する。前記ベースプレートは、互いに隣接する複数の分割ベースプレートを有する。
　本発明の他の一形態によれば、造形物の製造方法が提供される。この造形物の製造方法は、造形材料を互いに隣接する複数の分割ベースプレートで支持し、前記複数の分割ベースプレートに支持された造形材料にビームを照射し、前記分割ベースプレートの一部を降下させる。
本実施形態に係るＡＭ装置の概略図を示す。 造形部の概略側面図である。 造形部の概略上面図である。 造形物の一部が形成された状態の造形部の概略側断面図である。 造形物の全体が形成された状態の造形部の概略側断面図である。 他の造形物の一部が形成された状態の造形部の概略側断面図である。 他の造形物の全体が形成された状態の造形部の概略側断面図である。 造形部の他の例を示す概略側断面図である。 造形部の他の例の概略上面図である。 造形部のさらに他の例の概略上面図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下で説明する図面において、同一の又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。図１は本実施形態に係るＡＭ装置の概略図を示す。図１に示すように、ＡＭ装置１００は、プロセスチャンバ１１０と、制御装置１２０と、造形部１３０と、を有する。
　プロセスチャンバ１１０の内部には、ビーム源１１２と、走査装置１１４と、粉体分配器１１６と、が配置される。ビーム源１１２は、例えば、電子ビーム１１８を生成するように構成され得る。この場合、走査装置１１４は、例えば電子ビーム１１８の照射位置を制御するための偏向コイルであり得る。また、ビーム源１１２は、レーザビームを生成するように構成されてもよい。この場合、走査装置１１４は、レーザビームを屈折させるミラー又はレンズ等を含み得る。ビーム源１１２によって形成されるビームは、造形部１３０の後述するベースプレートに支持された金属粉体（造形材料の一例に相当する）に照射される。金属粉体としては、例えばＳＵＳ３１６Ｌ、チタン合金、アルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、ニッケル合金等の粉体を採用することができる。
　粉体分配器１１６は、造形部１３０の後述するベースプレート上に金属粉体の薄層を形成するように配置される。具体的には例えば、粉体分配器１１６は、金属粉体を貯留可能なホッパを含み、水平方向に移動可能に構成される。
　粉体分配器１１６及び造形部１３０の金属粉体の酸化を防止するために、プロセスチャンバ１１０の内部は、例えば、図示しない真空システムによって、電子ビーム１１８の生成に適した真空環境が維持されることが好ましい。また、プロセスチャンバ１１０の内部に、図示しないガス供給源から、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを供給してもよい。
　制御装置１２０は、ビーム源１１２、走査装置１１４、粉体分配器１１６、及び造形部１３０と通信可能に接続される。制御装置１２０は、三次元ＣＡＤデータＤ１に基づいて各層ごとにビームの照射位置又はビーム軌跡等の実行データを作成し、当該実行データに基づいてビーム源１１２、走査装置１１４、粉体分配器１１６、及び造形部１３０を制御する。具体的には、制御装置１２０は、ビーム源１１２の出力、走査装置１１４によるビームの照射位置並びにビーム軌跡、粉体分配器１１６による粉体の供給、及び造形部１３０の後述する駆動装置３０（図２Ａ等参照）を制御する。
　次に、図１に示した造形部１３０の詳細構造について説明する。図２Ａは、造形部１３０の概略側面図である。図２Ｂは、造形部１３０の概略上面図である。図２Ａに示すように、造形部１３０は、金属粉体を支持するベースプレート１０と、ベースプレート１０に接続されるロッド２０と、ロッド２０及びベースプレート１０を昇降させる駆動装置３０と、を含む。また、造形部１３０は、少なくともベースプレート１０の周囲を取り囲むチャンバ４０を有する。なお、本明細書において、ベースプレート１０が「金属粉体を支持する」とは、ベースプレート１０が直接金属粉体を支持すること、及びベースプレート１０が後述する金属プレート６０等を介して間接的に金属粉体を支持することを含む。
　図２Ａ及び図２Ｂに示すように、造形部１３０のベースプレート１０は、互いに隣接する複数の分割ベースプレート１０ａを含む。図示の例においては、分割ベースプレート１０ａの平面視における形状は略四角形であり、分割ベースプレート１０ａはベースプレート１０が碁盤目状に分割されて形成される。隣接する分割ベースプレート１０ａ間の隙間は、金属粉体ができる限り入り込まず、且つ隣接する分割ベースプレート１０ａの間で過度の摩擦が生じないように設定され得る。図２Ａに示す状態では、複数の分割ベースプレート１０ａは、最上位置に位置し、全ての分割ベースプレート１０ａの上面が面一になるように位置決めされている。ベースプレート１０は、例えば耐熱性金属や、アルミナ等のセラミクスから形成され得る。
　図２Ａに示すように、造形部１３０のロッド２０は、複数の分割ベースプレート１０ａの各々の下面側に接続される複数のロッド２０ａを含む。また、造形部１３０の駆動装置３０は、複数のロッド２０ａの各々及び複数の分割ベースプレート１０ａの各々を独立して昇降させる複数の駆動装置３０ａを含む。即ち、図１に示した制御装置１２０は、複数の分割ベースプレート１０ａの各々を独立して制御するように構成される。複数の駆動装置３０ａは、例えば、ステッピングモータ、油圧シリンダ、ピニオンギア等であり得る。複数の駆動装置３０ａがピニオンギアである場合は、複数のロッド２０ａは、ピニオンギアに対応する溝を有し、ラックギアとして機能する。複数の駆動装置３０ａは、支持板５０に固定される。
　図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、複数の分割ベースプレート１０ａの各々に対して、それぞれ対応する複数のロッド２０ａ及び複数の駆動装置３０ａを設けているがこれに限られない。例えば、複数の分割ベースプレート１０ａのうち、昇降させる必要がある分割ベースプレート１０ａにのみロッド２０ａ及び駆動装置３０ａを設けてもよい。また、複数の分割ベースプレート１０ａのうち、２以上の分割ベースプレート１０ａを単一の駆動装置３０ａで昇降させるようにしてもよい。
　次に、図２Ａ及び図２Ｂに示した造形部１３０において造形物を形成するプロセスについて説明する。図３は、造形物の一部が形成された状態の造形部１３０の概略側断面図である。図４は、造形物の全体が形成された状態の造形部１３０の概略側断面図である。まず、制御装置１２０は、粉体分配器１１６を制御して、分割ベースプレート１０ａ上に金属粉体の一層分の薄層を形成する。続いて、制御装置１２０は、三次元ＣＡＤデータＤ１から作成した各層毎のビームの照射位置又はビーム軌跡等の実行データに基づいて、ビーム源１１２及び走査装置１１４を制御して、所望の照射位置にビームを照射して金属粉体を焼結させ、造形物Ｍ１の第１層を形成する。
　第１層が形成されると、制御装置１２０は、上記実行データに基づいて、分割ベースプレート１０ａの一部を降下させる。具体的には少なくとも造形物Ｍ１の第１層を支持する分割ベースプレート１０ａを降下させ、必要に応じて第２層のビームの照射位置に対応する分割ベースプレート１０ａを降下させる。ここで分割ベースプレート１０ａは、一層分の厚みとして、例えば１０μｍから１００μｍだけ降下する。続いて、制御装置１２０は、粉体分配器１１６を制御して、降下した分割ベースプレート１０ａ上に金属粉体を補充する。具体的には、例えば、降下していない初期位置の分割ベースプレート１０ａ上の金属粉体の高さと降下した分割ベースプレート１０ａ上の金属粉体の高さが略一致するように、降下した分割ベースプレート１０ａ上に金属粉体を補充する。制御装置１２０は、ビーム源１１２及び走査装置１１４を制御して、所望の照射位置にビームを照射して金属粉体を焼結させ、造形物Ｍ１の第２層を形成する。図３に示すように、造形物Ｍ１の複数層が形成されたとき、複数の分割ベースプレート１０ａのうち、造形物Ｍ１を支持する分割ベースプレート１０ａが降下している。
　造形部１３０は、上述した処理を各層毎に繰り返すことで、図４に示すように造形物Ｍ１の全体を形成することができる。なお、図３及び図４に示す造形物Ｍ１は、略ドーム状の形状を有する。
　以上で説明したように、本実施形態に係るＡＭ装置１００は、互いに隣接する複数の分割ベースプレート１０ａを有するので、各層を支持する分割ベースプレート１０ａのみを降下させることで、ベースプレート１０全体を降下させる場合に比べて造形物Ｍ１を形成するのに必要な金属粉体の量を減少させることができる。その結果、造形物の周囲の、金属粉体の焼結に起因して間接的に溶融する金属粉体の量を減少させることができ、金属粉体のロスを低減することができる。また、造形物Ｍ１の周囲の未焼結の金属粉体の量を減少させることができるので、酸化した金属粉体を再生処理する手間を低減することもできる。さらに、造形物Ｍ１を形成するのに必要な金属粉体の量を減少させることができるので、ベースプレート１０上に金属粉体を平らに敷き詰める手間、及び造形物Ｍ１の焼結後の未焼結の金属粉体の回収の手間も低減することができる。
　また、本実施形態に係るＡＭ装置１００は、形成する造形物Ｍ１の形状に応じて各分割ベースプレート１０ａを降下させることで、造形物Ｍ１を支持するのに必要なサポート部材の量を低減することができ、その結果、サポート部材に使用される金属粉体の量も低減することができる。
　本実施形態に係るＡＭ装置１００は、複数の分割ベースプレート１０ａを独立して昇降させることができる駆動装置３０を有する。これにより、複数の分割ベースプレート１０ａの一部を造形物Ｍ１の形状に応じて降下及び上昇させることができる。さらに、本実施形態では、複数の分割ベースプレート１０ａの各々にそれぞれ複数の駆動装置３０ａが設けられる。これにより、複数の分割ベースプレート１０ａの各々を独立して昇降させることができ、より柔軟に造形物Ｍ１の形状に応じて複数の分割ベースプレート１０ａを降下及び上昇させることができる。その結果、造形物Ｍ１を形成するのに必要な金属粉体の量をより減少させることができる。
　次に、異なる形状の造形物を形成する例を説明する。図５は、他の造形物の一部が形成された状態の造形部１３０の概略側断面図である。図６は、他の造形物の全体が形成された状態の造形部１３０の概略側断面図である。図５に示すように、造形部１３０で造形物Ｍ２の複数層が形成されたとき、造形物Ｍ２を支持する分割ベースプレート１０ａが降下している。また、図５に示す状態から次の層を形成するときは、制御装置１２０は、実行データに基づいて、少なくとも造形物Ｍ２を支持する分割ベースプレート１０ａを降下させ、必要に応じて次の層のビームの照射位置に対応する分割ベースプレート１０ａを降下させる。
　造形部１３０は、上述した処理を各層毎に繰り返すことで、図６に示すように造形物Ｍ２の全体を形成することができる。なお、図５及び図６に示す造形物Ｍ２は、略逆ドーム状の形状を有する。図示のような逆ドーム状の造形物Ｍ２を形成する場合は、必要に応じてベースプレート１０と造形物Ｍ２との間にサポート部材を形成してもよい。
　次に、造形部１３０の他の例を説明する。図７は、造形部１３０の他の例を示す概略側断面図である。図７に示す造形部１３０は、ベースプレート１０の上面に金属プレート６０を有する。金属プレート６０は、例えば、ボルト等の締結手段によりベースプレート１０の上面に固定される。なお、金属プレート６０をベースプレート１０に固定する締結手段は、造形物の形成に影響しない位置に設けられる。
　図示の例では、金属プレート６０は、複数の分割ベースプレート１０ａの各々にそれぞれ固定される複数の金属プレート６０ａを含む。しかしながら、これに限らず、複数の分割ベースプレート１０ａのうち２以上の分割ベースプレート１０ａに対して一枚の金属プレート６０ａが固定されてもよい。即ち、この場合は、一枚の金属プレート６０ａが固定された２以上の分割ベースプレート１０ａは、一体として駆動装置３０により昇降され得る。
　図７に示すように造形物の全体が形成されると、造形物はＡＭ装置１００から取り出される。図７に示す例では、まず、造形物が接触している金属プレート６０ａの分割ベースプレート１０ａへの固定を解除する。続いて、造形物を金属プレート６０ａと共に造形部１３０から取り外し、熱処理をした後にワイヤカットにより金属プレート６０ａと造形物とを切り離す。
　図７に示すＡＭ装置１００では、ベースプレート１０は金属プレート６０を介して金属粉体を支持する。これにより造形物は金属プレート６０上に形成されるから、金属プレート６０をベースプレート１０から取り外すことで、容易にＡＭ装置１００から造形物を取り出すことができる。また、金属プレート６０は複数の金属プレート６０ａを有するので、造形物が大型になっても、造形物から複数の金属プレート６０ａをそれぞれ切り離せばよい。したがって、大型のベースプレートと大型の造形物とを切り離す場合に比べて、造形物と複数の金属プレート６０ａとの切り離しは容易である。
　次に、分割ベースプレート１０ａの平面視における別の形状の例について説明する。図８は、造形部１３０の他の例の概略上面図である。図９は、造形部１３０のさらに他の例の概略上面図である。図８に示す例では、造形部１３０の分割ベースプレート１０ａの平面視における形状は略長方形であり、分割ベースプレート１０ａは、ベースプレート１０が短冊状に分割されて形成される。図９に示す例では、造形部１３０の分割ベースプレート１０ａの平面視における形状は略正六角形であり、分割ベースプレート１０ａは、ベースプレート１０がハニカム状に分割されて形成される。なお、図９に示す例では、チャンバ４０と分割ベースプレート１０ａとの隙間を小さくするために、略正六角形でない形状の分割ベースプレート１０ａを適宜設けることができる。図３から図７に示した造形部１３０のベースプレート１０は、図８又は図９に示すように分割されてもよい。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲及び明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、又は省略が可能である。
　以下に本明細書が開示する形態のいくつかを記載しておく。
　第１形態によれば、ＡＭ装置が提供される。このＡＭ装置は、造形材料を支持するベースプレートと、前記ベースプレートに支持された前記造形材料に照射されるビームを生成するビーム源と、を有する。前記ベースプレートは、互いに隣接する複数の分割ベースプレートを有する。
　第１形態によれば、ＡＭ装置は、互いに隣接する複数の分割ベースプレートを有するので、各層を支持する分割ベースプレートのみを降下させることで、ベースプレート全体を降下させる場合に比べて造形物を形成するのに必要な造形材料の量を減少させることができる。その結果、造形物の周囲の、造形材料の焼結に起因して間接的に溶融する造形材料の量を減少させることができ、造形材料のロスを低減することができる。また、造形物の周囲の未焼結の造形材料の量を減少させることができるので、酸化した造形材料を再生処理する手間を低減することもできる。さらに、造形物を形成するのに必要な造形材料の量を減少させることができるので、ベースプレート上に造形材料を平らに敷き詰める手間、及び造形物の焼結後の未焼結の造形材料の回収の手間も低減することができる。また、ＡＭ装置は、形成する造形物の形状に応じて各分割ベースプレートを降下させることで、造形物を支持するのに必要なサポート部材の量を低減することができ、その結果、サポート部材に使用される金属粉体の量も低減することができる。
　第２形態は、第１形態のＡＭ装置において、前記複数の分割ベースプレートを独立して昇降させるように構成される駆動装置を有することを要旨とする。
　第２形態によれば、ＡＭ装置は、複数の分割ベースプレートを独立して昇降させることができる駆動装置を有する。これにより、複数の分割ベースプレートの一部を造形物の形状に応じて降下及び上昇させることができる。
　第３形態は、第２形態のＡＭ装置において、前記駆動装置は、前記複数の分割ベースプレートの各々にそれぞれ設けられる複数の駆動装置を含むことを要旨とする。
　第３形態によれば、複数の分割ベースプレートの各々にそれぞれ複数の駆動装置が設けられる。これにより、複数の分割ベースプレートの各々を独立して昇降させることができ、より柔軟に造形物の形状に応じて複数の分割ベースプレートを降下及び上昇させることができる。その結果、造形物を形成するのに必要な造形材料の量をより減少させることができる。
　第４形態は、第１形態から第３形態のいずれかのＡＭ装置において、前記ベースプレート上に着脱可能に固定される金属プレートを有することを要旨とする。
　第４形態によれば、ベースプレートは、金属プレートを介して造形材料を支持する。これにより造形物は金属プレート上に形成されるから、金属プレートをベースプレートから取り外すことで、容易にＡＭ装置から造形物を取り出すことができる。
　第５形態は、第４形態のＡＭ装置において、前記金属プレートは、前記複数の分割ベースプレートの各々にそれぞれ固定される複数の金属プレートを含むことを要旨とする。
　第５形態によれば、金属プレートは複数の金属プレートを有するので、造形物が大型になっても、造形物から複数の金属プレートをそれぞれ切り離せばよい。したがって、大型のベースプレートと大型の造形物とを切り離す場合に比べて、造形物と複数の金属プレートとの切り離しは容易である。
　第６形態によれば、造形物の製造方法が提供される。この造形物の製造方法は、造形材料を互いに隣接する複数の分割ベースプレートで支持し、前記複数の分割ベースプレートに支持された造形材料にビームを照射し、前記複数の分割ベースプレートの一部を降下させる。
　第６形態によれば、互いに隣接する複数の分割ベースプレートの一部を降下させるので、ベースプレート全体を降下させる場合に比べて造形物を形成するのに必要な造形材料の量を減少させることができる。その結果、造形物の周囲の、造形材料の焼結に起因して間接的に溶融する造形材料の量を減少させることができ、造形材料のロスを低減することができる。また、造形物の周囲の未焼結の造形材料の量を減少させることができるので、酸化した造形材料を再生処理する手間を低減することもできる。さらに、造形物を形成するのに必要な造形材料の量を減少させることができるので、ベースプレート上に造形材料を平らに敷き詰める手間、及び造形物の焼結後の未焼結の造形材料の回収の手間も低減することができる。また、ＡＭ装置は、形成する造形物の形状に応じて各分割ベースプレートを降下させることで、造形物を支持するのに必要なサポート部材の量を低減することができ、その結果、サポート部材に使用される金属粉体の量も低減することができる。
　　１０…ベースプレート
　　１０ａ…分割ベースプレート
　　３０…駆動装置
　　３０ａ…駆動装置
　　６０…金属プレート
　　６０ａ…金属プレート
　　１００…ＡＭ装置
　　１１２…ビーム源
　　１２０…制御装置
　　１３０…造形部

Claims (6)

  1. 　造形材料を支持するベースプレートと、
    　前記ベースプレートに支持された前記造形材料に照射されるビームを生成するビーム源と、を有し、
    　前記ベースプレートは、互いに隣接する複数の分割ベースプレートを有する、ＡＭ装置。
  2. 　請求項１に記載されたＡＭ装置において、
    　前記複数の分割ベースプレートを独立して昇降させるように構成される駆動装置を有する、ＡＭ装置。
  3. 　請求項２に記載されたＡＭ装置において、
    　前記駆動装置は、前記複数の分割ベースプレートの各々にそれぞれ設けられる複数の駆動装置を含む、ＡＭ装置。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載されたＡＭ装置において、
    　前記ベースプレート上に着脱可能に固定される金属プレートを有する、ＡＭ装置。
  5. 　請求項４に記載されたＡＭ装置において、
    　前記金属プレートは、前記複数の分割ベースプレートの各々にそれぞれ固定される複数の金属プレートを含む、ＡＭ装置。
  6. 　造形材料を互いに隣接する複数の分割ベースプレートで支持し、
    　前記複数の分割ベースプレートに支持された造形材料にビームを照射し、
    　前記複数の分割ベースプレートの一部を降下させる、造形物の製造方法。
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