３次元造形物製造装置
【課題】スクレーパーブレード８５の先端の調節作業に要する時間を大幅に短縮すること。
【解決手段】スクレーパーシャフト７３の外周面にスクレーパーアーム８１がスクレーパーシャフト７３の軸心周りに回転可能に嵌合して設けられ、スクレーパーアーム８１には、金属粉末を均しながら掻き寄せるスクレーパーブレード８５が設けられ、スクレーパーシャフト７３の外周面に基準ピン８７が一体的に設けられ、スクレーパーアーム８１の一側面に基準ピン８７に一方側から当接可能なボールプランジャ８９が螺合して設けられ、スクレーパーアーム８１の他側面に基準ピン８７に他方側から当接可能なスプリングプランジャ９１が螺合して設けられていること。
【解決手段】スクレーパーシャフト７３の外周面にスクレーパーアーム８１がスクレーパーシャフト７３の軸心周りに回転可能に嵌合して設けられ、スクレーパーアーム８１には、金属粉末を均しながら掻き寄せるスクレーパーブレード８５が設けられ、スクレーパーシャフト７３の外周面に基準ピン８７が一体的に設けられ、スクレーパーアーム８１の一側面に基準ピン８７に一方側から当接可能なボールプランジャ８９が螺合して設けられ、スクレーパーアーム８１の他側面に基準ピン８７に他方側から当接可能なスプリングプランジャ９１が螺合して設けられていること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末の粉末層にレーザ光を照射して焼結体を形成する焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の焼結体を重ね合わせてなる３次元造形物を製造する３次元造形物製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３次元造形物製造装置に種々の研究開発がなされており、３次元造形物製造装置の先行技術として特許文献１に示すものがある。そして、先行技術に係る３次元造形物の構成等は、次のようになる。
【０００３】
即ち、先行技術に係る３次元造形物製造装置は、装置本体をベースとして具備しており、この装置本体は、上部フレームと下部フレームを上下に備えている。そして、下部フレームには、３次元造形物の構成材料である金属粉末を収容する材料タンクが設けられており、この材料タンクは、上下方向へ延びてあって、材料タンクの上側は、開放（開口）されている。また、材料タンク内には、金属粉末を支持する材料テーブルが上下方向へ移動可能に設けられている。
【０００４】
下部フレームにおける材料タンクの一側には、上下方向へ延びた造形タンクが設けられており、この造形タンクの上側は、開放（開口）されている。また、造形タンク内には、金属粉末の粉末層を支持する造形テーブルが上下方向へ移動可能に設けられている。
【０００５】
下部フレームには、 材料タンクから溢れた前記金属粉末を均しながら前記造形タンク側に掻き寄せるスクレーパーユニットが設けられている。具体的には、下部フレームには、スクレーパーユニットの一部を構成するスクレーパーアームが設けられており、このスクレーパーアームは、材料タンクの上方側と造形タンクの上方側との間で水平方向へ移動可能である。また、スクレーパーアームには、金属粉末を均しながら掻き寄せるスクレーパーブレードが設けられており、このスクレーパーブレードは、スクレーパーアームの長手方向へ延びている。
【０００６】
上部フレーム、換言すれば、装置本体における造形タンクの上方には、レーザ光照射ユニットが設けられており、このレーザ光照射ユニットは、レーザ光を２次元走査しつつ上方向から粉末層に対してレーザ光を鉛直に照射するものである。また、レーザ光照射ユニットは、レーザ発振器から発振されたレーザ光を２次元走査するガルバノ光学スキャン、及びこのガルバノ光学スキャンによって２次元走査されたレーザ光を集光して上方向から粉末層に鉛直に照射するＦθレンズを備えている。
【０００７】
従って、材料テーブルを上方向へ移動させて、材料タンクから金属粉末を溢れさせると共に、造形テーブルを上方向へ移動させて、造形タンクの上面よりも低い高さ位置又は造形タンクの上面と略同じ高さ位置に位置させる。続いて、スクレーパーアームを材料タンクの上方側から造形タンクの上方側へ移動させることにより、スクレーパーブ機構によって金属粉末を均しながら造形タンク側に掻き寄せて、造形テーブル上に粉末層を形成する。そして、レーザ光照射ユニットによってレーザ光を２次元走査しつつ粉末層に対して上方向から鉛直に照射することにより、任意形状の焼結体を形成して、１回目の焼結動作が終了する。
【０００８】
１回目の焼結動作の終了後に、材料テーブルを上方向へ移動させて、材料タンクから金属粉末を溢れさせると共に、前回の焼結動作によって形成された焼結体の高さ分だけ造形テーブルを下方向へ移動させる。続いて、スクレーパーアームを材料タンクの上方側から造形タンクの上方側へ移動させることにより、スクレーパーユニットによって金属粉末を均しながら造形タンク側に掻き寄せて、前回の焼結動作によって形成された焼結体を含む粉末層上に新たな粉末層を形成する。そして、レーザ光照射ユニットによってレーザ光を２次元走査しつつ新たな粉末層に対して上方向から鉛直に照射することにより、前回の焼結動作によって形成された焼結体に重なった任意形状の新たな焼結体を形成して、２回目以降の焼結動作が終了する。更に、２回目以降の焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の焼結体を重ね合わせてなる任意形状の３次元造形物を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１２４２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、粉末層の厚みを変更する等の理由により、スクレーパーアームに対するスクレーパーブレードの取付位置を変えて、スクレーパーブレードの先端（下端）の高さ位置を調節することがある。一方、スクレーパーユニットによって金属粉末を均しながら造形タンク側に掻き寄せて均一な厚みの粉末層を形成するには、スクレーパーブレードの先端の高さ位置の調節後においても、スクレーパーブレードの先端の水平度を高精度に保つ必要がある。
【００１１】
しかしながら、スクレーパーブレードはスクレーパーアームの長手方向へ延びてあって、スクレーパーブレードの先端の水平度を高精度に保ちつつ、スクレーパーアームに対するスクレーパーブレードの取付位置を変えて、スクレーパーブレードの先端の高さ位置を調節することは容易ではなく、スクレーパーブレードの先端の調節作業に要する時間が長くなるという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の３次元造形物製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の特徴は、金属粉末の粉末層にレーザ光を照射して焼結体を形成する焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の前記焼結体を重ね合わせてなる３次元造形物を製造する３次元造形物製造装置において、装置本体に設けられ、上下方向（鉛直方向）へ延びてあって、上側が開放（開口）され、前記３次元造形物の構成材料である前記金属粉末を収容する材料タンクと、前記材料タンク内に上下方向へ移動可能に設けられ、前記金属粉末を支持する材料テーブルと、前記装置本体における前記材料タンクの一側に設けられ、上下方向に延びてあって、上側が開放（開口）された造形タンクと、前記造形タンク内に上下方向へ移動可能に設けられ、前記粉末層を支持する造形テーブルと、前記装置本体に設けられ、前記材料タンクから溢れた前記金属粉末を均しながら前記造形タンク側に掻き寄せる（敷き詰める）スクレーパーユニットと、前記造形タンクの上方に設けられ、レーザ光を２次元走査しつつ前記粉末層に対して上方向から鉛直に照射するレーザ光照射ユニットと、を具備し、前記スクレーパーユニットは、前記装置本体に設けられ、前記材料タンクの上方側と前記造形タンクの上方側との間で水平方向へ移動可能なスクレーパーシャフトと、前記スクレーパーシャフトの外周面に前記スクレーパーシャフトの軸心周りに回転可能に嵌合して設けられたスクレーパーアームと、前記スクレーパーアームに設けられ、前記スクレーパーアームの長手方向へ延びてあって、前記金属粉末を均しながら掻き寄せるスクレーパーブレードと、前記スクレーパーアームの回転角（回転量）を調節する回転角調節機構（回転量調節機構）と、を備えたことを要旨とする。
【００１４】
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲の記載において、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、ブラケット等を介して間接的に設けられたことを含む意である。
【００１５】
３次元造形物の製造に関する作用
前記材料テーブルを上方向へ移動させて、前記材料タンクから前記金属粉末を溢れさせると共に、前記造形テーブルを上方向又は下方向へ移動させて、前記造形タンクの上面よりも低い高さ位置又は前記造形タンクの上面と略同じ高さ位置に位置させる。続いて、前記スクレーパーシャフトを前記材料タンクの上方側から前記造形タンクの上方側へ移動させることにより、前記スクレーパーブレードによって前記金属粉末を均しながら前記造形タンク側に掻き寄せて、前記造形テーブル上に前記粉末層を形成する。なお、前記粉末層を形成した後に、前記スクレーパーシャフトを前記材料タンクの上方側へ復帰移動させておく。そして、前記レーザ光照射ユニットによってレーザ光を２次元走査しつつ前記粉末層に対して上方向から鉛直に照射することにより、任意形状の前記焼結体を形成して、１回目の焼結動作が終了する。
【００１６】
１回目の焼結動作の終了後に、前記材料テーブルを上方向へ移動させて、前記材料タンクから前記金属粉末を溢れさせると共に、前回の焼結動作によって形成された前記焼結体の高さ分だけ前記造形テーブルを下方向へ移動させる。続いて、前記スクレーパーシャフトを前記材料タンクの上方側から前記造形タンクの上方側へ移動させることにより、前記スクレーパーブレードによって前記金属粉末を均しながら前記造形タンク側に掻き寄せて、前回の焼結動作によって形成された前記焼結体を含む前記粉末層上（換言すれば、前回の焼結動作によって形成された前記焼結体を含む前記粉末層を介して前記造形テーブル上）に新たな前記粉末層を形成する。なお、新たな前記粉末層を形成した後に、前記スクレーパーシャフトを前記材料タンクの上方側へ復帰移動させておく。そして、前記レーザ光照射ユニットによってレーザ光を２次元走査しつつ新たな前記粉末層に対して上方向から鉛直に照射することにより、前回の焼結動作によって形成された前記焼結体に重なった任意形状の新たな前記焼結体を形成して、２回目以降の焼結動作が終了する。更に、２回目以降の焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の前記焼結体を重ね合わせてなる任意形状の前記３次元造形物を製造することができる。
【００１７】
前記スクレーパーブレードの先端の高さ位置の調節に関する作用
前記回転角調節機構によって前記スクレーパーアームの回転角を調節することにより、前記スクレーパーブレードの先端の高さ位置を調節することができる。要するに、前記装置本体に前記材料タンクの上方側と前記造形タンクの上方側との間で水平方向へ移動可能なスクレーパーシャフトが設けられ、前記スクレーパーシャフトの外周面に前記スクレーパーアームが前記スクレーパーシャフトの軸心周りに回転可能に嵌合して設けられ、前記スクレーパーアームに前記スクレーパーブレードが設けられているため、前記回転角調節機構によって前記スクレーパーアームの回転角を調節するだけで、前記スクレーパーアームに対する前記スクレーパーブレードの取付位置を変えることなく、前記スクレーパーブレードの先端の水平度を高精度に保った状態で、前記スクレーパーブレードの先端の高さ位置を調節することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、前記スクレーパーアームに対する前記スクレーパーブレードの取付位置を変えることなく、前記スクレーパーブレードの先端の水平度を高精度に保った状態で、前記スクレーパーブレードの先端の高さ位置を調節できるため、前記スクレーパーブレードの先端の調節作業が簡単になり、前記スクレーパーブレードの先端の調節作業に要する時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る３次元造形物製造装置の正断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の実施形態に係るスクレーパーユニットの動作を説明する図、図２（ｂ）は、図２（ａ）における矢視部IIBの拡大図である。
【図３】図１における矢視部IIIの拡大図である。
【図４】図１におけるIV-IV線に沿った図である。
【図５】図４における矢視部Vの拡大図である。
【図６】図１における矢視部VIの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態について図１から図６を参照して説明する。なお、図中、「Ｘ軸方向」は、左右方向、「Ｙ軸方向」は、前後方向、「Ｚ軸方向」は、上下方向を指している。
【００２１】
図１及び図６に示すように、本発明の実施形態に係る３次元造形物製造装置１は、金属粉末の粉末層（薄層）Ｔにレーザ光Ｌを照射して焼結体Ｔｓを形成する焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の焼結体Ｔｓを重ね合わせてなる３次元造形物（図示省略）を製造する装置である。また、３次元造形物製造装置１は、ベースとして装置本体３を具備しており、この装置本体３は、上部フレーム５と下部フレーム７を上下に備えている。
【００２２】
図１、図３、及び図４に示すように、下部フレーム７の支持部７ａには、３次元造形物の構成材料である金属粉末を収容する材料タンク９が設けられており、材料タンク９は、上下方向（換言すれば、鉛直方向）へ延びてあって、材料タンク９の上側は、開放（開口）されている。また、材料タンク９内には、金属粉末を支持する材料テーブル１１が上下方向へ移動可能に設けられており、材料テーブル１１の下側には、テーブルサポート１３が一体的設けられており、このテーブルサポート１３は、材料タンク９内に一対のガイドレール１５を介して上下方向へ移動可能に支持されている。そして、テーブルサポート１３の下端部には、テーブルサポート１３と一体的に材料テーブル１１を上下方向へ移動させる材料テーブル用サーボモータ（材料テーブル用アクチュエータの一例）１７が設けられている。更に、テーブルサポート１３には、上下方向へ延びかつ材料テーブル用サーボモータ１７の出力軸に連動連結したボールねじ部材１９が回転可能に設けられており、材料タンク９内の適宜位置には、このボールねじ部材１９に螺合したナット部材２１が設けられている。
【００２３】
下部フレーム７の支持部７ａにおける材料タンク９の左側には、造形タンク２３が一体的に設けられており、この造形タンク２３は、上下方向に延びてあって、造形タンク２３の上側は、開放（開口）されている。また、造形タンク２３内には、粉末層Ｔを支持する造形テーブル２５が上下方向へ移動可能に設けられており、造形テーブル２５の下側には、テーブルサポート２７が一体的設けられており、このテーブルサポート２７は、造形タンク２３内に一対のガイドレール２９を介して上下方向へ移動可能に支持されている。そして、テーブルサポート２７の下端部には、テーブルサポート２７と一体的に造形テーブル２５を上下方向へ移動させる造形テーブル用サーボモータ（造形テーブル用アクチュエータの一例）３１が設けられている。更に、テーブルサポート２７には、上下方向へ延びかつ造形テーブル用サーボモータ３１の出力軸に連動連結したボールねじ部材３３が回転可能に設けられており、造形タンク２３内の適宜位置には、このボールねじ部材３３に螺合したナット部材３５が設けられている。
【００２４】
なお、下部フレーム７の支持部７ａにおける造形タンク２３の左側には、造形タンク２３からはみ出した金属粉末を回収する回収ボックス３７が一体的に設けられており、この回収ボックス３７の上側及び下側は、開放（開口）されている。
【００２５】
図１、図４、及び図６に示すように、下部フレーム７の支持部７ａには、材料タンク９から溢れた金属粉末を均しながら造形タンク２３側に掻き寄せる（敷き詰める）スクレーパーユニット３９が設けられており、このスクレーパーユニット３９の詳細は、後述する。また、下部フレーム７の支持部７ａには、チャンバー４１が材料タンク９の上側、造形タンク２３の上側、及び前記スクレーパーユニット３９を覆うように設けられており、このチャンバー４１は、内部に窒素ガス等の不活性ガスを導入可能であって、チャンバー４１の上面には、接続穴４３が貫通して形成されている。
【００２６】
上部フレーム５における造形タンク２３の上方には、レーザ光Ｌを２次元走査しつつ粉末層Ｔに対して上方向から鉛直に照射するレーザ光照射ユニット４５が設けられており、レーザ光照射ユニット４５の具体的な構成は、次のようになる。
【００２７】
即ち、図１及び図６に示すように、上部フレーム５の支持部５ａには、かご状のケース支持部材４７が複数のガイドバー４９を介して上下方向へ移動可能に設けられており、ケース支持部材４７には、ユニットケース５１が一体的に設けられており、このユニットケース５１の下面には、下方向へ突出した突出部５３が形成されている。また、ユニットケース５１の突出部５３の外周面は、ガイドスリーブ５５及びシール部材５７を介してチャンバー４１の接続穴４３の内周面に気密的に上下方向へ移動可能（摺動可能）に接続されている。なお、ガイドスリーブ５５は、ケース支持部材４７の下面に固定されている。
【００２８】
ユニットケース５１には、光ファイバコネクタ５９設けられており、この光ファイバコネクタ５９は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器（図示省略）に光学的に接続されている。また、ユニットケース５１内おける光ファイバコネクタ５９の左側近傍には、コリメートレンズ６１が光軸方向へ移動可能に設けられており、このコリメートレンズは、光ファイバコネクタ５９にから出射されたレーザ光Ｌを平行光に変換するものである。更に、ユニットケース５１内における光ファイバコネクタ５９の下側近傍には、コリメートレンズ６１を光軸方向へ移動させるコリメートレンズ移動機構６３が設けられており、このコリメートレンズ移動機構６３は、サーボモータ、ボールねじ部材等からなるものである。
【００２９】
ユニットケース５１内におけるコリメートレンズ６１の出射側には、ガルバノ光学スキャナ６５が設けられており、このガルバノ光学スキャナ６５は、コリメートレンズ６１から出射されたレーザ光Ｌを２次元走査するものである。また、ユニットケース５１内におけるガルバノ光学スキャナ６５の出射側、換言すれば、ユニットケース５１の突出部５３の内側には、Ｆθレンズ６７が設けられており、このＦθレンズ６７は、ガルバノ光学スキャナ６５によって２次元走査されたレーザ光Ｌを集光して粉末層Ｔに対して上方向から鉛直に照射するものである。
【００３０】
続いて、本発明の実施形態の要部であるスクレーパーユニット３９について説明する。
【００３１】
図３から図５に示すように、下部フレーム７の支持部７ａには、左右方向へ延びた枠状のガイド部材６９が設けられており、このガイド部材６９には、スライダ７１が左右方向へ移動可能に設けられている。また、スライダ７１には、片持ち式のスクレーパーシャフト７３が一体的に設けられており、換言すれば、下部フレーム７の支持部７ａには、スクレーパーシャフト７３がガイド部材６９及びスライダ７１を介して設けられており、このスクレーパーシャフト７３は、材料タンク９の上方側と造形タンク２３の上方側との間で左右方向（水平方向の１つ）へ移動可能になっている。そして、ガイド部材６９の左端部には、スライダ７１と一体的にスクレーパーシャフト７３を左右方向へ移動させるスクレーパーシャフト用サーボモータ（スクレーパーシャフト用アクチュエータの一例）７５が設けられている。更に、ガイド部材６９の内側には、左右方向へ延びかつスクレーパーシャフト用サーボモータ７５の出力軸に連動連結したボールねじ部材７７が回転可能に設けられており、スライダ７１の下面には、このボールねじ部材７７に螺合したナット部材７９が設けられている。
【００３２】
図２（ａ）（ｂ）及び図３に示すように、スクレーパーシャフト７３の外周面には、スクレーパーアーム８１がスクレーパーシャフト７３の軸心周りに回転可能に嵌合して設けられており、このスクレーパーアーム８１の中央部には、円弧方向へ延びた長穴（挿入空間の一例）８３が形成されている。また、スクレーパーアーム８１には、金属粉末を均しながら掻き寄せる（敷き詰める）スクレーパーブレード８５が着脱可能に設けられており、このスクレーパーブレード８５は、スクレーパーアーム８１の長手方向へ延びている。更に、スクレーパーブレード８５の断面形状は、長方形であって、スクレーパーブレード８５の先端（下端）は、水平になっている。
【００３３】
スクレーパーシャフト７３の外周面には、基準ピン８７が一体的に設けられており、この基準ピン８７は、スクレーパーアーム８１の長穴８３に挿入してある。また、スクレーパーアーム８１の左側面には、基準ピン８７に左方側から当接可能なボールプランジャ（第１調節ねじ部材の一例）８９が螺合して設けられており、スクレーパーアーム８１の右側面には、基準ピン８７に右方側から当接可能なスプリングプランジャ（第２調節ねじ部材の一例）９１が螺合して設けられている。更に、スクレーパーアーム８１の後側には、スクレーパーアーム８１をスクレーパーシャフト７３に対して回転不能に固定するロックハンドル（ロック機構の一例）９３が設けられている。なお、基準ピン８７、ボールプランジャ８９、及びスプリングプランジャ９１は、スクレーパーアーム８１の回転角（回転量）を調節する回転角調節機構（回転量調節機構）として捉えることができる。
【００３４】
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３５】
［３次元造形物の製造に関する作用］
材料テーブル用サーボモータ１７の駆動により材料テーブル１１を上方向へ移動させて、材料タンク９から金属粉末を溢れさせると共に、造形テーブル用サーボモータ３１の駆動により造形テーブル２５を上方向又は下方向へ移動させて、造形タンク２３の上面よりも低い高さ位置又は造形タンク２３の上面と略同じ高さ位置に位置させる。続いて、スクレーパーシャフト用サーボモータ７５の駆動によりスクレーパーシャフト７３を材料タンク９の上方側から造形タンク２３の上方側へ移動させることにより、スクレーパーブレード８５によって金属粉末を均しながら造形タンク２３側に掻き寄せて（図２（ａ）（ｂ）参照）、造形テーブル２５上に粉末層Ｔを形成する。なお、粉末層Ｔを形成した後に、スクレーパーシャフト用サーボモータ７５の駆動によりスクレーパーシャフト７３を材料タンク９の上方側へ復帰移動させておく。そして、チャンバー４１内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ、レーザ光照射ユニット４５によってレーザ光Ｌを２次元走査しつつ粉末層Ｔに対して上方向から鉛直に照射することにより、任意形状の焼結体Ｔｓを形成して、１回目の焼結動作が終了する。
【００３６】
１回目の焼結動作の終了後に、材料テーブル用サーボモータ１７の駆動により材料テーブル１１を上方向へ移動させて、材料タンク９から金属粉末を溢れさせると共に、前回の焼結動作によって形成された焼結体Ｔｓの高さ分だけ、造形テーブル用サーボモータ３１の駆動により造形テーブル２５を下方向へ移動させる。続いて、スクレーパーシャフト用サーボモータ７５の駆動によりスクレーパーシャフト７３を材料タンク９の上方側から造形タンク２３の上方側へ移動させることにより、スクレーパーブレード８５によって金属粉末を均しながら造形タンク２３側に掻き寄せて（図２（ａ）（ｂ）参照）、前回の焼結動作によって形成された焼結体Ｔｓを含む粉末層Ｔ上（換言すれば、前回の焼結動作によって形成された焼結体Ｔｓを含む粉末層Ｔを介して造形テーブル２５上）に新たな粉末層Ｔを形成する。なお、新たな粉末層Ｔを形成した後に、スクレーパーシャフト用サーボモータ７５の駆動によりスクレーパーシャフト７３を材料タンク９の上方側へ復帰移動させておく。そして、チャンバー４１内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ、レーザ光照射ユニット４５によってレーザ光Ｌを２次元走査しつつ新たな粉末層Ｔに対して上方向から鉛直に照射することにより、前回の焼結動作によって形成された焼結体Ｔｓに重なった任意形状の新たな焼結体Ｔｓを形成して、２回目以降の焼結動作が終了する。更に、２回目以降の焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の焼結体Ｔｓを重ね合わせてなる任意形状の３次元造形物を製造することができる。
【００３７】
ここで、通常、３次元造形物の製造中において、ロックハンドル９３によってスクレーパーアーム８１をスクレーパーシャフト７３に対して回転不能に固定しておくことが望ましいが、レーザ光Ｌの照射によって粉末層Ｔに突起状の異常焼結部が生じることが予想される場合には、ロックハンドル９３による固定状態（ロック状態）を解除しておく。これにより、スクレーパーブレード８５によって金属粉末を造形タンク２３側に掻き寄せる際に、スクレーパーブレード８５が異常焼結部に干渉すると、スプリングプランジャ９１のスプリング部の付勢力に抗してスクレーパーアーム８１が図２（ａ）（ｂ）において反時計回り方向へ回転する。
【００３８】
［スクレーパーブレード８５の先端の高さ位置の調節に関する作用］
ボールプランジャ８９及びスプリングプランジャ９１を基準ピン８７に当接させた状態で、ボールプランジャ８９及びスプリングプランジャ９１を回転操作（締め付けたり又は緩めたり）することにより、スクレーパーアーム８１の回転角を調節して、スクレーパーブレード８５の先端の高さ位置を調節することができる。要するに、下部フレーム７の支持部７ａに材料タンク９の上方側と造形タンク２３の上方側との間で左右方向へ移動可能なスクレーパーシャフト７３がガイド部材６９及びスライダ７１を介して設けられ、スクレーパーシャフト７３の外周面にスクレーパーアーム８１がスクレーパーシャフト７３の軸心周りに回転可能に嵌合して設けられ、スクレーパーアーム８１にスクレーパーブレード８５が設けられているため、スクレーパーアーム８１の回転角を調節するだけで、スクレーパーアーム８１に対するスクレーパーブレード８５の取付位置を変えることなく、スクレーパーブレード８５の先端の水平度を高精度に保った状態で、スクレーパーブレード８５の先端の高さ位置を調節することができる。
【００３９】
［本発明の実施形態の効果］
本発明の実施形態によれば、スクレーパーアーム８１に対するスクレーパーブレード８５の取付位置を変えることなく、スクレーパーブレード８５の先端の水平度を高精度に保った状態で、スクレーパーブレード８５の先端の高さ位置を調節できるため、スクレーパーブレード８５の先端の調節作業が簡単になり、スクレーパーブレード８５の先端の調節作業に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００４０】
また、スクレーパーブレード８５によって金属粉末を造形タンク２３側に掻き寄せる際に、スクレーパーブレード８５が異常焼結部に干渉すると、スプリングプランジャ９１のスプリング部の付勢力に抗してスクレーパーアーム８１が図２（ａ）（ｂ）において反時計回り方向へ回転するため、異常焼結部との干渉に伴うスクレーパーブレード８５の衝撃を緩和して、スクレーパーブレード８５の折損を十分防止することができる。
【００４１】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、基準ピン８７、ボールプランジャ８９、及びスプリングプランジャ９１によってスクレーパーアーム８１の回転角を調節する代わりに、エアシリンダ等のアクチュエータによってスクレーパーアーム８１の回転角を調節するようにする等、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００４２】
Ｌ レーザ光
Ｔ 粉末層
Ｔｓ 焼結体
１ ３次元造形物製造装置
３ 装置本体
５ 上部フレーム
７ 下部フレーム
９ 材料タンク
１１ 材料テーブル
１７ 材料テーブル用サーボモータ
２３ 造形タンク
２５ 造形テーブル
３１ 造形テーブル用サーボモータ
３９ スクレーパーユニット
４１ チャンバー
４５ レーザ光照射ユニット
６９ ガイド部材
７１ スライダ
７３ スクレーパーシャフト
７５ スクレーパーシャフト用サーボモータ
８１ スクレーパーアーム
８３ 長穴（挿入空間）
８５ スクレーパーブレード
８７ 基準ピン
８９ ボールプランジャ
９１ スプリングプランジャ
９３ ロックハンドル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属粉末の粉末層にレーザ光を照射して焼結体を形成する焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の焼結体を重ね合わせてなる３次元造形物を製造する３次元造形物製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３次元造形物製造装置に種々の研究開発がなされており、３次元造形物製造装置の先行技術として特許文献１に示すものがある。そして、先行技術に係る３次元造形物の構成等は、次のようになる。
【０００３】
即ち、先行技術に係る３次元造形物製造装置は、装置本体をベースとして具備しており、この装置本体は、上部フレームと下部フレームを上下に備えている。そして、下部フレームには、３次元造形物の構成材料である金属粉末を収容する材料タンクが設けられており、この材料タンクは、上下方向へ延びてあって、材料タンクの上側は、開放（開口）されている。また、材料タンク内には、金属粉末を支持する材料テーブルが上下方向へ移動可能に設けられている。
【０００４】
下部フレームにおける材料タンクの一側には、上下方向へ延びた造形タンクが設けられており、この造形タンクの上側は、開放（開口）されている。また、造形タンク内には、金属粉末の粉末層を支持する造形テーブルが上下方向へ移動可能に設けられている。
【０００５】
下部フレームには、 材料タンクから溢れた前記金属粉末を均しながら前記造形タンク側に掻き寄せるスクレーパーユニットが設けられている。具体的には、下部フレームには、スクレーパーユニットの一部を構成するスクレーパーアームが設けられており、このスクレーパーアームは、材料タンクの上方側と造形タンクの上方側との間で水平方向へ移動可能である。また、スクレーパーアームには、金属粉末を均しながら掻き寄せるスクレーパーブレードが設けられており、このスクレーパーブレードは、スクレーパーアームの長手方向へ延びている。
【０００６】
上部フレーム、換言すれば、装置本体における造形タンクの上方には、レーザ光照射ユニットが設けられており、このレーザ光照射ユニットは、レーザ光を２次元走査しつつ上方向から粉末層に対してレーザ光を鉛直に照射するものである。また、レーザ光照射ユニットは、レーザ発振器から発振されたレーザ光を２次元走査するガルバノ光学スキャン、及びこのガルバノ光学スキャンによって２次元走査されたレーザ光を集光して上方向から粉末層に鉛直に照射するＦθレンズを備えている。
【０００７】
従って、材料テーブルを上方向へ移動させて、材料タンクから金属粉末を溢れさせると共に、造形テーブルを上方向へ移動させて、造形タンクの上面よりも低い高さ位置又は造形タンクの上面と略同じ高さ位置に位置させる。続いて、スクレーパーアームを材料タンクの上方側から造形タンクの上方側へ移動させることにより、スクレーパーブ機構によって金属粉末を均しながら造形タンク側に掻き寄せて、造形テーブル上に粉末層を形成する。そして、レーザ光照射ユニットによってレーザ光を２次元走査しつつ粉末層に対して上方向から鉛直に照射することにより、任意形状の焼結体を形成して、１回目の焼結動作が終了する。
【０００８】
１回目の焼結動作の終了後に、材料テーブルを上方向へ移動させて、材料タンクから金属粉末を溢れさせると共に、前回の焼結動作によって形成された焼結体の高さ分だけ造形テーブルを下方向へ移動させる。続いて、スクレーパーアームを材料タンクの上方側から造形タンクの上方側へ移動させることにより、スクレーパーユニットによって金属粉末を均しながら造形タンク側に掻き寄せて、前回の焼結動作によって形成された焼結体を含む粉末層上に新たな粉末層を形成する。そして、レーザ光照射ユニットによってレーザ光を２次元走査しつつ新たな粉末層に対して上方向から鉛直に照射することにより、前回の焼結動作によって形成された焼結体に重なった任意形状の新たな焼結体を形成して、２回目以降の焼結動作が終了する。更に、２回目以降の焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の焼結体を重ね合わせてなる任意形状の３次元造形物を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１２４２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、粉末層の厚みを変更する等の理由により、スクレーパーアームに対するスクレーパーブレードの取付位置を変えて、スクレーパーブレードの先端（下端）の高さ位置を調節することがある。一方、スクレーパーユニットによって金属粉末を均しながら造形タンク側に掻き寄せて均一な厚みの粉末層を形成するには、スクレーパーブレードの先端の高さ位置の調節後においても、スクレーパーブレードの先端の水平度を高精度に保つ必要がある。
【００１１】
しかしながら、スクレーパーブレードはスクレーパーアームの長手方向へ延びてあって、スクレーパーブレードの先端の水平度を高精度に保ちつつ、スクレーパーアームに対するスクレーパーブレードの取付位置を変えて、スクレーパーブレードの先端の高さ位置を調節することは容易ではなく、スクレーパーブレードの先端の調節作業に要する時間が長くなるという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の３次元造形物製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の特徴は、金属粉末の粉末層にレーザ光を照射して焼結体を形成する焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の前記焼結体を重ね合わせてなる３次元造形物を製造する３次元造形物製造装置において、装置本体に設けられ、上下方向（鉛直方向）へ延びてあって、上側が開放（開口）され、前記３次元造形物の構成材料である前記金属粉末を収容する材料タンクと、前記材料タンク内に上下方向へ移動可能に設けられ、前記金属粉末を支持する材料テーブルと、前記装置本体における前記材料タンクの一側に設けられ、上下方向に延びてあって、上側が開放（開口）された造形タンクと、前記造形タンク内に上下方向へ移動可能に設けられ、前記粉末層を支持する造形テーブルと、前記装置本体に設けられ、前記材料タンクから溢れた前記金属粉末を均しながら前記造形タンク側に掻き寄せる（敷き詰める）スクレーパーユニットと、前記造形タンクの上方に設けられ、レーザ光を２次元走査しつつ前記粉末層に対して上方向から鉛直に照射するレーザ光照射ユニットと、を具備し、前記スクレーパーユニットは、前記装置本体に設けられ、前記材料タンクの上方側と前記造形タンクの上方側との間で水平方向へ移動可能なスクレーパーシャフトと、前記スクレーパーシャフトの外周面に前記スクレーパーシャフトの軸心周りに回転可能に嵌合して設けられたスクレーパーアームと、前記スクレーパーアームに設けられ、前記スクレーパーアームの長手方向へ延びてあって、前記金属粉末を均しながら掻き寄せるスクレーパーブレードと、前記スクレーパーアームの回転角（回転量）を調節する回転角調節機構（回転量調節機構）と、を備えたことを要旨とする。
【００１４】
なお、本願の明細書及び特許請求の範囲の記載において、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、ブラケット等を介して間接的に設けられたことを含む意である。
【００１５】
３次元造形物の製造に関する作用
前記材料テーブルを上方向へ移動させて、前記材料タンクから前記金属粉末を溢れさせると共に、前記造形テーブルを上方向又は下方向へ移動させて、前記造形タンクの上面よりも低い高さ位置又は前記造形タンクの上面と略同じ高さ位置に位置させる。続いて、前記スクレーパーシャフトを前記材料タンクの上方側から前記造形タンクの上方側へ移動させることにより、前記スクレーパーブレードによって前記金属粉末を均しながら前記造形タンク側に掻き寄せて、前記造形テーブル上に前記粉末層を形成する。なお、前記粉末層を形成した後に、前記スクレーパーシャフトを前記材料タンクの上方側へ復帰移動させておく。そして、前記レーザ光照射ユニットによってレーザ光を２次元走査しつつ前記粉末層に対して上方向から鉛直に照射することにより、任意形状の前記焼結体を形成して、１回目の焼結動作が終了する。
【００１６】
１回目の焼結動作の終了後に、前記材料テーブルを上方向へ移動させて、前記材料タンクから前記金属粉末を溢れさせると共に、前回の焼結動作によって形成された前記焼結体の高さ分だけ前記造形テーブルを下方向へ移動させる。続いて、前記スクレーパーシャフトを前記材料タンクの上方側から前記造形タンクの上方側へ移動させることにより、前記スクレーパーブレードによって前記金属粉末を均しながら前記造形タンク側に掻き寄せて、前回の焼結動作によって形成された前記焼結体を含む前記粉末層上（換言すれば、前回の焼結動作によって形成された前記焼結体を含む前記粉末層を介して前記造形テーブル上）に新たな前記粉末層を形成する。なお、新たな前記粉末層を形成した後に、前記スクレーパーシャフトを前記材料タンクの上方側へ復帰移動させておく。そして、前記レーザ光照射ユニットによってレーザ光を２次元走査しつつ新たな前記粉末層に対して上方向から鉛直に照射することにより、前回の焼結動作によって形成された前記焼結体に重なった任意形状の新たな前記焼結体を形成して、２回目以降の焼結動作が終了する。更に、２回目以降の焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の前記焼結体を重ね合わせてなる任意形状の前記３次元造形物を製造することができる。
【００１７】
前記スクレーパーブレードの先端の高さ位置の調節に関する作用
前記回転角調節機構によって前記スクレーパーアームの回転角を調節することにより、前記スクレーパーブレードの先端の高さ位置を調節することができる。要するに、前記装置本体に前記材料タンクの上方側と前記造形タンクの上方側との間で水平方向へ移動可能なスクレーパーシャフトが設けられ、前記スクレーパーシャフトの外周面に前記スクレーパーアームが前記スクレーパーシャフトの軸心周りに回転可能に嵌合して設けられ、前記スクレーパーアームに前記スクレーパーブレードが設けられているため、前記回転角調節機構によって前記スクレーパーアームの回転角を調節するだけで、前記スクレーパーアームに対する前記スクレーパーブレードの取付位置を変えることなく、前記スクレーパーブレードの先端の水平度を高精度に保った状態で、前記スクレーパーブレードの先端の高さ位置を調節することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、前記スクレーパーアームに対する前記スクレーパーブレードの取付位置を変えることなく、前記スクレーパーブレードの先端の水平度を高精度に保った状態で、前記スクレーパーブレードの先端の高さ位置を調節できるため、前記スクレーパーブレードの先端の調節作業が簡単になり、前記スクレーパーブレードの先端の調節作業に要する時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る３次元造形物製造装置の正断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の実施形態に係るスクレーパーユニットの動作を説明する図、図２（ｂ）は、図２（ａ）における矢視部IIBの拡大図である。
【図３】図１における矢視部IIIの拡大図である。
【図４】図１におけるIV-IV線に沿った図である。
【図５】図４における矢視部Vの拡大図である。
【図６】図１における矢視部VIの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の実施形態について図１から図６を参照して説明する。なお、図中、「Ｘ軸方向」は、左右方向、「Ｙ軸方向」は、前後方向、「Ｚ軸方向」は、上下方向を指している。
【００２１】
図１及び図６に示すように、本発明の実施形態に係る３次元造形物製造装置１は、金属粉末の粉末層（薄層）Ｔにレーザ光Ｌを照射して焼結体Ｔｓを形成する焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の焼結体Ｔｓを重ね合わせてなる３次元造形物（図示省略）を製造する装置である。また、３次元造形物製造装置１は、ベースとして装置本体３を具備しており、この装置本体３は、上部フレーム５と下部フレーム７を上下に備えている。
【００２２】
図１、図３、及び図４に示すように、下部フレーム７の支持部７ａには、３次元造形物の構成材料である金属粉末を収容する材料タンク９が設けられており、材料タンク９は、上下方向（換言すれば、鉛直方向）へ延びてあって、材料タンク９の上側は、開放（開口）されている。また、材料タンク９内には、金属粉末を支持する材料テーブル１１が上下方向へ移動可能に設けられており、材料テーブル１１の下側には、テーブルサポート１３が一体的設けられており、このテーブルサポート１３は、材料タンク９内に一対のガイドレール１５を介して上下方向へ移動可能に支持されている。そして、テーブルサポート１３の下端部には、テーブルサポート１３と一体的に材料テーブル１１を上下方向へ移動させる材料テーブル用サーボモータ（材料テーブル用アクチュエータの一例）１７が設けられている。更に、テーブルサポート１３には、上下方向へ延びかつ材料テーブル用サーボモータ１７の出力軸に連動連結したボールねじ部材１９が回転可能に設けられており、材料タンク９内の適宜位置には、このボールねじ部材１９に螺合したナット部材２１が設けられている。
【００２３】
下部フレーム７の支持部７ａにおける材料タンク９の左側には、造形タンク２３が一体的に設けられており、この造形タンク２３は、上下方向に延びてあって、造形タンク２３の上側は、開放（開口）されている。また、造形タンク２３内には、粉末層Ｔを支持する造形テーブル２５が上下方向へ移動可能に設けられており、造形テーブル２５の下側には、テーブルサポート２７が一体的設けられており、このテーブルサポート２７は、造形タンク２３内に一対のガイドレール２９を介して上下方向へ移動可能に支持されている。そして、テーブルサポート２７の下端部には、テーブルサポート２７と一体的に造形テーブル２５を上下方向へ移動させる造形テーブル用サーボモータ（造形テーブル用アクチュエータの一例）３１が設けられている。更に、テーブルサポート２７には、上下方向へ延びかつ造形テーブル用サーボモータ３１の出力軸に連動連結したボールねじ部材３３が回転可能に設けられており、造形タンク２３内の適宜位置には、このボールねじ部材３３に螺合したナット部材３５が設けられている。
【００２４】
なお、下部フレーム７の支持部７ａにおける造形タンク２３の左側には、造形タンク２３からはみ出した金属粉末を回収する回収ボックス３７が一体的に設けられており、この回収ボックス３７の上側及び下側は、開放（開口）されている。
【００２５】
図１、図４、及び図６に示すように、下部フレーム７の支持部７ａには、材料タンク９から溢れた金属粉末を均しながら造形タンク２３側に掻き寄せる（敷き詰める）スクレーパーユニット３９が設けられており、このスクレーパーユニット３９の詳細は、後述する。また、下部フレーム７の支持部７ａには、チャンバー４１が材料タンク９の上側、造形タンク２３の上側、及び前記スクレーパーユニット３９を覆うように設けられており、このチャンバー４１は、内部に窒素ガス等の不活性ガスを導入可能であって、チャンバー４１の上面には、接続穴４３が貫通して形成されている。
【００２６】
上部フレーム５における造形タンク２３の上方には、レーザ光Ｌを２次元走査しつつ粉末層Ｔに対して上方向から鉛直に照射するレーザ光照射ユニット４５が設けられており、レーザ光照射ユニット４５の具体的な構成は、次のようになる。
【００２７】
即ち、図１及び図６に示すように、上部フレーム５の支持部５ａには、かご状のケース支持部材４７が複数のガイドバー４９を介して上下方向へ移動可能に設けられており、ケース支持部材４７には、ユニットケース５１が一体的に設けられており、このユニットケース５１の下面には、下方向へ突出した突出部５３が形成されている。また、ユニットケース５１の突出部５３の外周面は、ガイドスリーブ５５及びシール部材５７を介してチャンバー４１の接続穴４３の内周面に気密的に上下方向へ移動可能（摺動可能）に接続されている。なお、ガイドスリーブ５５は、ケース支持部材４７の下面に固定されている。
【００２８】
ユニットケース５１には、光ファイバコネクタ５９設けられており、この光ファイバコネクタ５９は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器（図示省略）に光学的に接続されている。また、ユニットケース５１内おける光ファイバコネクタ５９の左側近傍には、コリメートレンズ６１が光軸方向へ移動可能に設けられており、このコリメートレンズは、光ファイバコネクタ５９にから出射されたレーザ光Ｌを平行光に変換するものである。更に、ユニットケース５１内における光ファイバコネクタ５９の下側近傍には、コリメートレンズ６１を光軸方向へ移動させるコリメートレンズ移動機構６３が設けられており、このコリメートレンズ移動機構６３は、サーボモータ、ボールねじ部材等からなるものである。
【００２９】
ユニットケース５１内におけるコリメートレンズ６１の出射側には、ガルバノ光学スキャナ６５が設けられており、このガルバノ光学スキャナ６５は、コリメートレンズ６１から出射されたレーザ光Ｌを２次元走査するものである。また、ユニットケース５１内におけるガルバノ光学スキャナ６５の出射側、換言すれば、ユニットケース５１の突出部５３の内側には、Ｆθレンズ６７が設けられており、このＦθレンズ６７は、ガルバノ光学スキャナ６５によって２次元走査されたレーザ光Ｌを集光して粉末層Ｔに対して上方向から鉛直に照射するものである。
【００３０】
続いて、本発明の実施形態の要部であるスクレーパーユニット３９について説明する。
【００３１】
図３から図５に示すように、下部フレーム７の支持部７ａには、左右方向へ延びた枠状のガイド部材６９が設けられており、このガイド部材６９には、スライダ７１が左右方向へ移動可能に設けられている。また、スライダ７１には、片持ち式のスクレーパーシャフト７３が一体的に設けられており、換言すれば、下部フレーム７の支持部７ａには、スクレーパーシャフト７３がガイド部材６９及びスライダ７１を介して設けられており、このスクレーパーシャフト７３は、材料タンク９の上方側と造形タンク２３の上方側との間で左右方向（水平方向の１つ）へ移動可能になっている。そして、ガイド部材６９の左端部には、スライダ７１と一体的にスクレーパーシャフト７３を左右方向へ移動させるスクレーパーシャフト用サーボモータ（スクレーパーシャフト用アクチュエータの一例）７５が設けられている。更に、ガイド部材６９の内側には、左右方向へ延びかつスクレーパーシャフト用サーボモータ７５の出力軸に連動連結したボールねじ部材７７が回転可能に設けられており、スライダ７１の下面には、このボールねじ部材７７に螺合したナット部材７９が設けられている。
【００３２】
図２（ａ）（ｂ）及び図３に示すように、スクレーパーシャフト７３の外周面には、スクレーパーアーム８１がスクレーパーシャフト７３の軸心周りに回転可能に嵌合して設けられており、このスクレーパーアーム８１の中央部には、円弧方向へ延びた長穴（挿入空間の一例）８３が形成されている。また、スクレーパーアーム８１には、金属粉末を均しながら掻き寄せる（敷き詰める）スクレーパーブレード８５が着脱可能に設けられており、このスクレーパーブレード８５は、スクレーパーアーム８１の長手方向へ延びている。更に、スクレーパーブレード８５の断面形状は、長方形であって、スクレーパーブレード８５の先端（下端）は、水平になっている。
【００３３】
スクレーパーシャフト７３の外周面には、基準ピン８７が一体的に設けられており、この基準ピン８７は、スクレーパーアーム８１の長穴８３に挿入してある。また、スクレーパーアーム８１の左側面には、基準ピン８７に左方側から当接可能なボールプランジャ（第１調節ねじ部材の一例）８９が螺合して設けられており、スクレーパーアーム８１の右側面には、基準ピン８７に右方側から当接可能なスプリングプランジャ（第２調節ねじ部材の一例）９１が螺合して設けられている。更に、スクレーパーアーム８１の後側には、スクレーパーアーム８１をスクレーパーシャフト７３に対して回転不能に固定するロックハンドル（ロック機構の一例）９３が設けられている。なお、基準ピン８７、ボールプランジャ８９、及びスプリングプランジャ９１は、スクレーパーアーム８１の回転角（回転量）を調節する回転角調節機構（回転量調節機構）として捉えることができる。
【００３４】
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３５】
［３次元造形物の製造に関する作用］
材料テーブル用サーボモータ１７の駆動により材料テーブル１１を上方向へ移動させて、材料タンク９から金属粉末を溢れさせると共に、造形テーブル用サーボモータ３１の駆動により造形テーブル２５を上方向又は下方向へ移動させて、造形タンク２３の上面よりも低い高さ位置又は造形タンク２３の上面と略同じ高さ位置に位置させる。続いて、スクレーパーシャフト用サーボモータ７５の駆動によりスクレーパーシャフト７３を材料タンク９の上方側から造形タンク２３の上方側へ移動させることにより、スクレーパーブレード８５によって金属粉末を均しながら造形タンク２３側に掻き寄せて（図２（ａ）（ｂ）参照）、造形テーブル２５上に粉末層Ｔを形成する。なお、粉末層Ｔを形成した後に、スクレーパーシャフト用サーボモータ７５の駆動によりスクレーパーシャフト７３を材料タンク９の上方側へ復帰移動させておく。そして、チャンバー４１内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ、レーザ光照射ユニット４５によってレーザ光Ｌを２次元走査しつつ粉末層Ｔに対して上方向から鉛直に照射することにより、任意形状の焼結体Ｔｓを形成して、１回目の焼結動作が終了する。
【００３６】
１回目の焼結動作の終了後に、材料テーブル用サーボモータ１７の駆動により材料テーブル１１を上方向へ移動させて、材料タンク９から金属粉末を溢れさせると共に、前回の焼結動作によって形成された焼結体Ｔｓの高さ分だけ、造形テーブル用サーボモータ３１の駆動により造形テーブル２５を下方向へ移動させる。続いて、スクレーパーシャフト用サーボモータ７５の駆動によりスクレーパーシャフト７３を材料タンク９の上方側から造形タンク２３の上方側へ移動させることにより、スクレーパーブレード８５によって金属粉末を均しながら造形タンク２３側に掻き寄せて（図２（ａ）（ｂ）参照）、前回の焼結動作によって形成された焼結体Ｔｓを含む粉末層Ｔ上（換言すれば、前回の焼結動作によって形成された焼結体Ｔｓを含む粉末層Ｔを介して造形テーブル２５上）に新たな粉末層Ｔを形成する。なお、新たな粉末層Ｔを形成した後に、スクレーパーシャフト用サーボモータ７５の駆動によりスクレーパーシャフト７３を材料タンク９の上方側へ復帰移動させておく。そして、チャンバー４１内を不活性ガス雰囲気に保ちつつ、レーザ光照射ユニット４５によってレーザ光Ｌを２次元走査しつつ新たな粉末層Ｔに対して上方向から鉛直に照射することにより、前回の焼結動作によって形成された焼結体Ｔｓに重なった任意形状の新たな焼結体Ｔｓを形成して、２回目以降の焼結動作が終了する。更に、２回目以降の焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の焼結体Ｔｓを重ね合わせてなる任意形状の３次元造形物を製造することができる。
【００３７】
ここで、通常、３次元造形物の製造中において、ロックハンドル９３によってスクレーパーアーム８１をスクレーパーシャフト７３に対して回転不能に固定しておくことが望ましいが、レーザ光Ｌの照射によって粉末層Ｔに突起状の異常焼結部が生じることが予想される場合には、ロックハンドル９３による固定状態（ロック状態）を解除しておく。これにより、スクレーパーブレード８５によって金属粉末を造形タンク２３側に掻き寄せる際に、スクレーパーブレード８５が異常焼結部に干渉すると、スプリングプランジャ９１のスプリング部の付勢力に抗してスクレーパーアーム８１が図２（ａ）（ｂ）において反時計回り方向へ回転する。
【００３８】
［スクレーパーブレード８５の先端の高さ位置の調節に関する作用］
ボールプランジャ８９及びスプリングプランジャ９１を基準ピン８７に当接させた状態で、ボールプランジャ８９及びスプリングプランジャ９１を回転操作（締め付けたり又は緩めたり）することにより、スクレーパーアーム８１の回転角を調節して、スクレーパーブレード８５の先端の高さ位置を調節することができる。要するに、下部フレーム７の支持部７ａに材料タンク９の上方側と造形タンク２３の上方側との間で左右方向へ移動可能なスクレーパーシャフト７３がガイド部材６９及びスライダ７１を介して設けられ、スクレーパーシャフト７３の外周面にスクレーパーアーム８１がスクレーパーシャフト７３の軸心周りに回転可能に嵌合して設けられ、スクレーパーアーム８１にスクレーパーブレード８５が設けられているため、スクレーパーアーム８１の回転角を調節するだけで、スクレーパーアーム８１に対するスクレーパーブレード８５の取付位置を変えることなく、スクレーパーブレード８５の先端の水平度を高精度に保った状態で、スクレーパーブレード８５の先端の高さ位置を調節することができる。
【００３９】
［本発明の実施形態の効果］
本発明の実施形態によれば、スクレーパーアーム８１に対するスクレーパーブレード８５の取付位置を変えることなく、スクレーパーブレード８５の先端の水平度を高精度に保った状態で、スクレーパーブレード８５の先端の高さ位置を調節できるため、スクレーパーブレード８５の先端の調節作業が簡単になり、スクレーパーブレード８５の先端の調節作業に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００４０】
また、スクレーパーブレード８５によって金属粉末を造形タンク２３側に掻き寄せる際に、スクレーパーブレード８５が異常焼結部に干渉すると、スプリングプランジャ９１のスプリング部の付勢力に抗してスクレーパーアーム８１が図２（ａ）（ｂ）において反時計回り方向へ回転するため、異常焼結部との干渉に伴うスクレーパーブレード８５の衝撃を緩和して、スクレーパーブレード８５の折損を十分防止することができる。
【００４１】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、基準ピン８７、ボールプランジャ８９、及びスプリングプランジャ９１によってスクレーパーアーム８１の回転角を調節する代わりに、エアシリンダ等のアクチュエータによってスクレーパーアーム８１の回転角を調節するようにする等、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【００４２】
Ｌ レーザ光
Ｔ 粉末層
Ｔｓ 焼結体
１ ３次元造形物製造装置
３ 装置本体
５ 上部フレーム
７ 下部フレーム
９ 材料タンク
１１ 材料テーブル
１７ 材料テーブル用サーボモータ
２３ 造形タンク
２５ 造形テーブル
３１ 造形テーブル用サーボモータ
３９ スクレーパーユニット
４１ チャンバー
４５ レーザ光照射ユニット
６９ ガイド部材
７１ スライダ
７３ スクレーパーシャフト
７５ スクレーパーシャフト用サーボモータ
８１ スクレーパーアーム
８３ 長穴（挿入空間）
８５ スクレーパーブレード
８７ 基準ピン
８９ ボールプランジャ
９１ スプリングプランジャ
９３ ロックハンドル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉末の粉末層にレーザ光を照射して焼結体を形成する焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の前記焼結体を重ね合わせてなる３次元造形物を製造する３次元造形物製造装置において、
装置本体に設けられ、上下方向へ延びてあって、上側が開放され、前記３次元造形物の構成材料である前記金属粉末を収容する材料タンクと、
前記材料タンク内に上下方向へ移動可能に設けられ、前記金属粉末を支持する材料テーブルと、
前記装置本体における前記材料タンクの一側に設けられ、上下方向に延びてあって、上側が開放された造形タンクと、
前記造形タンク内に上下方向へ移動可能に設けられ、前記粉末層を支持する造形テーブルと、
前記装置本体に設けられ、前記材料タンクから溢れた前記金属粉末を均しながら前記造形タンク側に掻き寄せるスクレーパーユニットと、
前記造形タンクの上方に設けられ、レーザ光を２次元走査しつつ前記粉末層に対して上方向から鉛直に照射するレーザ光照射ユニットと、を具備し、
前記スクレーパーユニットは、
前記装置本体に設けられ、前記材料タンクの上方側と前記造形タンクの上方側との間で水平方向へ移動可能なスクレーパーシャフトと、
前記スクレーパーシャフトの外周面に前記スクレーパーシャフトの軸心周りに回転可能に嵌合して設けられたスクレーパーアームと、
前記スクレーパーアームに設けられ、前記スクレーパーアームの長手方向へ延びてあって、前記金属粉末を均しながら掻き寄せるスクレーパーブレードと、
前記スクレーパーアームの回転角を調節する回転角調節機構と、を備えたことを特徴とする３次元造形物製造装置。
【請求項２】
前記スクレーパーアームに円弧方向に延びた挿入空間が形成されてあって、
前記回転角調節機構は、
前記スクレーパーシャフトの外周面に一体的に設けられ、前記スクレーパーアームの前記挿入空間に挿入した基準ピンと、
前記スクレーパーアームの一側面に螺合して設けられ、前記基準ピンに一方側から当接可能な第１調節ねじ部材と、
前記スクレーパーアームの他側面に螺合して設けられ、前記基準ピンに他方側から当接可能な第２調節ねじ部材と、を有したことを特徴とする請求項１に記載の３次元造形物製造装置。
【請求項３】
前記第１調節ねじ部材は、ボールプランジャであって、前記第２調節ねじ部材は、スプリングプランジャであることを特徴とする請求項２に記載の３次元造形物製造装置。
【請求項４】
前記スクレーパーユニットは、
前記スクレーパーアームを前記スクレーパーシャフトに対して回転不能に固定するロック機構を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の３次元造形物製造装置。
【請求項１】
金属粉末の粉末層にレーザ光を照射して焼結体を形成する焼結動作を繰り返して行うことにより、複数の前記焼結体を重ね合わせてなる３次元造形物を製造する３次元造形物製造装置において、
装置本体に設けられ、上下方向へ延びてあって、上側が開放され、前記３次元造形物の構成材料である前記金属粉末を収容する材料タンクと、
前記材料タンク内に上下方向へ移動可能に設けられ、前記金属粉末を支持する材料テーブルと、
前記装置本体における前記材料タンクの一側に設けられ、上下方向に延びてあって、上側が開放された造形タンクと、
前記造形タンク内に上下方向へ移動可能に設けられ、前記粉末層を支持する造形テーブルと、
前記装置本体に設けられ、前記材料タンクから溢れた前記金属粉末を均しながら前記造形タンク側に掻き寄せるスクレーパーユニットと、
前記造形タンクの上方に設けられ、レーザ光を２次元走査しつつ前記粉末層に対して上方向から鉛直に照射するレーザ光照射ユニットと、を具備し、
前記スクレーパーユニットは、
前記装置本体に設けられ、前記材料タンクの上方側と前記造形タンクの上方側との間で水平方向へ移動可能なスクレーパーシャフトと、
前記スクレーパーシャフトの外周面に前記スクレーパーシャフトの軸心周りに回転可能に嵌合して設けられたスクレーパーアームと、
前記スクレーパーアームに設けられ、前記スクレーパーアームの長手方向へ延びてあって、前記金属粉末を均しながら掻き寄せるスクレーパーブレードと、
前記スクレーパーアームの回転角を調節する回転角調節機構と、を備えたことを特徴とする３次元造形物製造装置。
【請求項２】
前記スクレーパーアームに円弧方向に延びた挿入空間が形成されてあって、
前記回転角調節機構は、
前記スクレーパーシャフトの外周面に一体的に設けられ、前記スクレーパーアームの前記挿入空間に挿入した基準ピンと、
前記スクレーパーアームの一側面に螺合して設けられ、前記基準ピンに一方側から当接可能な第１調節ねじ部材と、
前記スクレーパーアームの他側面に螺合して設けられ、前記基準ピンに他方側から当接可能な第２調節ねじ部材と、を有したことを特徴とする請求項１に記載の３次元造形物製造装置。
【請求項３】
前記第１調節ねじ部材は、ボールプランジャであって、前記第２調節ねじ部材は、スプリングプランジャであることを特徴とする請求項２に記載の３次元造形物製造装置。
【請求項４】
前記スクレーパーユニットは、
前記スクレーパーアームを前記スクレーパーシャフトに対して回転不能に固定するロック機構を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の３次元造形物製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１２７１９５（Ｐ２０１１−１２７１９５Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８７８５２（Ｐ２００９−２８７８５２）
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（３９００１４６７２）株式会社アマダ (548)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（３９００１４６７２）株式会社アマダ (548)
【Ｆターム（参考）】
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