JP2018058213A - 造形装置、飛散物体の捕捉装置、及び飛散物体の捕捉方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粉体材料の酸化を抑制することのできる造形装置、飛散物体の捕捉装置、及び飛散物体の捕捉方法を提供する。【解決手段】造形装置は、粉体材料Ｍの表面２５ａに対してレーザを照射して粉体材料Ｍを部分的に溶融させることにより三次元造形物を造形する。造形装置は、粉体層２５の表面２５ａのうちレーザの照射時にレーザが照射されない非照射領域の少なくとも一部を覆うカバー部材６０を有する。カバー部材６０は、レーザの走査に応じて移動可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、造形装置、飛散物体の捕捉装置、及び飛散物体の捕捉方法に関する。

特許文献１に記載されるように、粉体材料にレーザを照射して三次元造形物を造形する造形装置が知られている。この造形装置は、三次元造形物の各横断面領域に相当する各層にレーザを照射して順次溶融することで三次元造形物を造形する。

このような造形装置では、粉体材料にレーザを照射した際に照射箇所からスパッタと呼ばれる微粒子等の物体が飛散する。この飛散物体は、レーザによって溶融されているため飛散している間に酸化して粉体材料に落下する。その結果、酸化していない粉体材料に酸化した粉体材料が含まれることとなる。

特表２０１１−５２６２２２号公報

ところで、上記の造形装置では、レーザによって溶融されなかった粉体材料が回収されて三次元造形物の造形に再利用される。このように再利用される粉体材料に、酸化した粉体材料が含まれていると、造形される三次元造形物の靱性が低下する。従って、粉体材料を再利用することのできる回数に制限がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶融されていない粉体材料への飛散物体の混入を抑制することのできる造形装置、飛散物体の捕捉装置、及び飛散物体の捕捉方法を提供することにある。

上記課題を解決する造形装置は、粉体材料の表面にレーザ又は電子ビームを照射して前記粉体材料を部分的に溶融させることにより三次元造形物を造形する造形装置であって、前記表面のうち前記レーザ又は前記電子ビームの照射時に前記レーザ又は前記電子ビームが照射されない非照射領域の少なくとも一部を覆うカバー部材を有し、前記カバー部材は、前記レーザ又は前記電子ビームの走査に応じて移動可能である。

上記課題を解決する飛散物体の捕捉装置は、粉体材料の表面にレーザ又は電子ビームを照射して前記粉体材料を部分的に溶融させることにより三次元造形物を造形する造形装置に取り付けられ、前記表面から飛散する物体を捕捉する飛散物体の捕捉装置であって、前記表面のうち前記レーザ又は前記電子ビームの照射時に前記レーザ又は前記電子ビームが照射されない非照射領域の少なくとも一部を覆うカバー部材を有し、前記カバー部材は、前記レーザ又は前記電子ビームの走査に応じて移動可能である。

上記課題を解決する飛散物体の捕捉方法は、レーザ又は電子ビームの走査に応じてカバー部材を移動させつつ、当該カバー部材に設けられている開口部を通じて前記レーザ又は前記電子ビームを粉体材料の表面に対して照射させ、前記レーザ又は前記電子ビームの照射により前記表面から飛散した物体を前記カバー部材の上面で捕捉する。

上記構成もしくは方法によれば、レーザ又は電子ビームの照射領域から飛散物体の一部がカバー部材の上面に落下するようになるため、粉体層の上に落下する飛散物体の量が減少する。したがって、溶融していない、つまり酸化していない粉体材料への飛散物体の混入を抑制することができる。

上記造形装置について、前記カバー部材は、前記レーザ又は前記電子ビームの照射時に前記レーザ又は前記電子ビームが通過する開口部を有することが好ましい。
上記構成によれば、飛散した物体の一部が開口部を通過してカバー部材の上面に落下するようになるため、飛散物体が捕捉されやすくなる。

上記造形装置について、前記カバー部材は、前記開口部の大きさを変更する変更機構を備えることが好ましい。
上記構成によれば、開口部を通過してカバー部材の上面に落下する飛散物体の量が多くなるように、開口部の大きさを調整することができる。

上記造形装置について、前記カバー部材の縁部は、上方に向けて延びるように設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、カバー部材の縁部が上方に向けて延びるように設けられているため、カバー部材の上面に落下した飛散物体がカバー部材の縁部から溶融していない粉体材料の上に落下することを抑制することができる。

上記造形装置について、前記開口部の縁部に相当する部分を除く前記カバー部材の縁部は、上方に向けて延びるように設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、カバー部材の縁部が上方に向けて延びるように設けられているため、カバー部材の上面に落下した飛散物体がカバー部材の縁部から溶融していない、つまり酸化していない粉体材料の上に落下することを抑制することができる。一方、カバー部材の縁部のうち開口部の縁部に相当する部分が上方に向けて延びていないため、開口部を通過しようとする飛散物体が縁部に当たって粉体材料の上に落下してしまうことがない。

上記造形装置について、前記カバー部材の上面は、前記開口部の縁部から前記カバー部材の外縁部に向かって下方に傾斜していることが好ましい。
上記構成によれば、カバー部材の上面に落下した飛散物体が転がって開口部の縁部から粉体材料の上に落下することを抑制することができる。

上記造形装置について、前記開口部は、前記非照射領域の少なくとも一部を覆うカバー部により全周に亘って囲まれていることが好ましい。
上記構成によれば、レーザ又は電子ビームの照射領域の上方がカバー部材によって囲まれるため、飛散物体をカバー部材により多く落下させることができる。

上記造形装置について、前記開口部の形状は、円形であることが好ましい。
一般に、飛散物体はレーザの照射領域から放射状に飛散する。このため、上記構成によれば、例えば開口部をスリット状とした構成と比較して、飛散物体が開口部を通過しやすくなる。

また、このように飛散物体がレーザ又は電子ビームの照射領域から放射状に飛散する場合、前記開口部は、前記カバー部材の中央に設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、開口部を通過した飛散物体を全方向において均等にカバー部に落下させることができる。

上記造形装置について、前記開口部は、前記カバー部材の外縁部寄りに偏在して設けられており、前記カバー部材は、回転軸周りに回転可能であることが好ましい。
上記構成によれば、レーザ又は電子ビームの照射領域が造形エリアの端部寄りに位置した際に、カバー部材が造形エリアからはみ出す量を抑えながら造形エリアの端部までカバー部材によって覆うことができる。

上記造形装置について、前記カバー部材の上面には、低反発部材が設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、低反発部材が設けられているため、カバー部材の上面に落下した粉体材料が跳ね返り難くなり、飛散物体がカバー部材の上面から落下することを抑制することができる。

上記造形装置について、前記カバー部材の上面には、すべり防止部材が設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、すべり防止部材が設けられているため、飛散物体がカバー部材の上面において転がり難くなり、カバー部材の上面から落下することを抑制することができる。

上記造形装置について、前記カバー部材は、複数設けられていることが好ましい。
上記構成によれば、複数のレーザ又は電子ビームを同時に照射する造形装置にも対応可能となる。

上記造形装置について、前記カバー部材の上面を傾斜させる傾斜装置を備えることが好ましい。
上記構成によれば、カバー部材を傾斜させることでカバー部材の上面に落下した飛散物体を容易に廃棄することができる。

上記造形装置について、前記カバー部材は、板状であって、前記レーザ又は前記電子ビームの照射時に前記表面と平行に配置されるものであり、前記表面に沿った層状の流体の流れを形成するフロー形成部を備え、前記カバー部材を前記層状の流体の流れの高さと同等の高さに配置することが好ましい。

上記構成によれば、カバー部材が整流部材として機能するようになるため、層状の流体の流れを安定させることができる。このため、レーザ又は電子ビームの照射領域から発生するヒュームを除去することができる。

上記飛散物体の捕捉方法について、前記レーザ又は前記電子ビームによって単位面積及び単位時間あたりに前記粉体材料に与えられるエネルギ密度、前記レーザ又は前記電子ビームの照射範囲の面積、及び前記粉体材料の粒径の少なくとも一つに基づいて前記カバー部材の外形の大きさを変更することが好ましい。

カバー部材の外形の大きさ及び開口部の大きさは、エネルギ密度、レーザ又は電子ビームの照射範囲の面積、及び粉体材料の粒径の少なくとも一つに基づいて決定される。すなわち、レーザ又は電子ビームによって単位面積及び単位時間あたりに材料に与えられるエネルギ密度が大きくなれば、飛散物体の飛距離が長くなる。また、エネルギ密度が小さくなれば、飛散物体の飛距離が短くなる。このため、上記方法によれば、カバー部材の外形の大きさを、飛散物体を捕捉するうえで適切な大きさに設定することができる。

上記飛散物体の捕捉方法について、前記レーザ又は前記電子ビームによって単位面積及び単位時間あたりに前記粉体材料に与えられるエネルギ密度、前記レーザ又は前記電子ビームの照射範囲の面積、及び前記粉体材料の粒径の少なくとも一つに基づいて前記開口部の大きさを変更することが好ましい。

また、同様に、エネルギ密度が大きくなれば、飛散物体の飛距離が長くなり、エネルギ密度が小さくなれば、飛散物体の飛距離が短くなるので、上記方法によれば、開口部の大きさを、飛散物体を捕捉するうえで適切な大きさに設定することができる。

本発明によれば、溶融されていない粉体材料への飛散物体の混入を抑制することができる。

造形装置の第１の実施形態において、その概略構成を示す図。 同実施形態の造形装置のチャンバー内を示す斜視図。 同実施形態の造形装置のチャンバー内を示す斜視図。 同実施形態の造形装置のチャンバー内を示す斜視図。 造形装置の第２の実施形態において、その概略構成を示す斜視図。 同実施形態の造形装置を示す斜視図。 造形装置に設けられるカバー部材の変形例を示す上面図。 造形装置に設けられるカバー部材の変形例を示す上面図。 造形装置に設けられるカバー部材の変形例を示す上面図。 造形装置に設けられるカバー部材の変形例を示す上面図。 造形装置に設けられるカバー部材の変形例を示す上面図。 造形装置に設けられるカバー部材の変形例を示す上面図。 造形装置に設けられるカバー部材の変形例を示す断面図。 造形装置に設けられるカバー部材の変形例を示す断面図。 造形装置に設けられるカバー部材の変形例を示す上面図。 造形装置に設けられるカバー部材の変形例を示す上面図。

（第１の実施形態）
以下、図１〜図４を参照して、造形装置の第１の実施形態について説明する。
図１に示すように、造形装置１は、三次元物体の造形を行う造形部２０を備えている。造形部２０の内部（以下、「チャンバー２０ａ」という）には、不活性ガスが充填されている。不活性ガスとしてはＡｒガスが用いられている。

造形部２０は、造形される三次元造形物Ｏを支持する造形テーブル２２を有するコンテナ２１と、造形テーブル２２上に粉体材料Ｍからなる粉体層２５を所定の厚さで積層するリコータ２４と、造形テーブル２２上の粉体層２５の上面（表面２５ａ）にレーザを照射するレーザ照射部１０と、を備えている。粉体材料Ｍは、金属粉体であって、例えばＴｉである。

コンテナ２１の造形テーブル２２は、上下に昇降可能であって、粉体層２５の上面の所望の部分を溶融するためにレーザが照射された後、一層分だけ降下する。造形テーブル２２の上面には、三次元造形物Ｏを載せる台となる造形プレート２３が設置されている。

リコータ２４は、造形テーブル２２が一層分だけ降下する毎に、粉体材料Ｍを一層分の厚みだけ造形プレート２３上に積層し、粉体層２５を形成する。造形テーブル２２（造形プレート２３）上に積層された粉体層２５のレーザ照射部１０側の面はレーザが照射される粉体層２５の上面（表面２５ａ）である。

レーザ照射部１０は、図示しないレーザ光源から出射されたレーザを、ガルバノミラー等の走査系によって走査することで、粉体層２５の表面２５ａの所望の位置に照射する。粉体層２５の表面２５ａにレーザが照射されると、レーザ照射領域からヒュームと呼ばれる粉体材料Ｍやそれに含まれる不純物が気化した煙状のものが発生するとともに、粉体材料Ｍがレーザ照射によって突沸等することにより溶融した粉体材料Ｍやそれに含まれる不純物が飛散物体として飛散する。

造形装置１は、チャンバー２０ａ内に新たな不活性ガスを供給するとともに、チャンバー２０ａ内に供給された不活性ガスを循環させ、造形プレート２３の上方に層状の不活性ガスの流れを形成するフロー形成部を備えている。フロー形成部は、ヒュームを除去するための不活性ガスを吐出する吐出部３０と、吐出部３０から吐出された不活性ガスを吸引する吸引部４０とを備えている。吐出部３０と吸引部４０とは対向する側壁２０ｂにそれぞれ設けられている。フロー形成部は、吐出部３０から吐出される不活性ガスにより造形プレート２３上に形成される粉体層２５の上方に表面２５ａに沿った層状の流体の流れ（ラミナーフロー）ＬＦを形成する。なお、層状の流体の流れＬＦは、粉体層２５の表面２５ａに沿って、粉体層２５の上方に層状に形成されるガスの流れである。また、層状の流体の流れＬＦの高さや幅は、造形材料や造形方法等によって定められるものである。

図２及び図３に示すように、造形装置１は、照射領域から飛散した粉体材料Ｍ等（飛散物体）を捕捉する捕捉装置５０を備えている。捕捉装置５０は、コンテナ２１の奥行き方向Ｙに延出してコンテナ２１の側面に位置する一対の支持レール５１，５２と、両支持レール５１，５２に対してコンテナ２１の奥行き方向Ｙに移動可能に取り付けられる支持部材５３とを備えている。支持部材５３は、逆Ｕ字状の形状である。支持部材５３の各端部５３ａ，５３ｂは、駆動部５４，５５を介して支持レール５１，５２に移動可能に取り付けられている。支持レール５１と支持部材５３の端部５３ａとの間に駆動部５４が設けられ、支持レール５２と支持部材５３の端部５３ｂとの間に駆動部５５が設けられている。駆動部５４，５５は、例えばモータを有し、そのモータの回転力によって支持部材５３を支持レール５１，５２に沿って移動させる。

また、捕捉装置５０は、支持部材５３の支持部５３ｃに対してコンテナ２１の幅方向Ｘに移動可能に取り付けられるカバー部材６０を備えている。カバー部材６０は、駆動部５６を介して支持部材５３の延びる方向に沿って相対移動可能に取り付けられている。駆動部５６は、例えばモータを有し、そのモータの回転力によってカバー部材６０を支持部材５３に沿って移動させる。

カバー部材６０は、レーザの照射時においてレーザが通過する開口部６１と、レーザが照射されない非照射領域の少なくとも一部を覆うカバー部６２とを有している。カバー部材６０は、板状の部材である。開口部６１の形状は、円形である。したがって、開口部６１は、カバー部６２により全周に亘って囲まれている。カバー部６２の形状は、四角形である。開口部６１は、カバー部材６０の中央に設けられている。なお、カバー部材６０の外形の大きさ及び開口部６１の大きさは、レーザによって単位面積及び単位時間あたりに材料に与えられるエネルギ密度、レーザの照射範囲の面積、及び粉体材料Ｍの粒径の少なくとも一つに基づいて決定される。すなわち、エネルギ密度が大きくなれば、飛散物体の飛距離が長くなるので、エネルギ密度が大きくなるに従いカバー部材６０の外形の大きさを大きくする。また、エネルギ密度が小さくなれば、飛散物体の飛距離が短くなるので、エネルギ密度が小さくなるに従い開口部６１の大きさを小さくする。なお、エネルギ密度が大きくなるに従い開口部６１の大きさを大きくしたり、エネルギ密度が小さくなるに従いカバー部材６０の外形の大きさを小さくしたりしても良い。

駆動部５４〜５６は、図示しない制御装置によって制御される。具体的には、制御装置は、レーザが走査されることでレーザの照射領域が変化しても、その照射領域の上方に開口部６１が位置するように、駆動部５４〜５６を制御する。したがって、カバー部材６０は、開口部６１にレーザを通過させて、粉体層２５にレーザを照射することができるようになる。

カバー部材６０の取付位置は、層状の流体の流れＬＦの高さと同等の高さであって、粉体層２５の表面２５ａと平行に配置されている。このため、カバー部材６０が整流部材として機能するようになるため、層状の流体の流れＬＦの流れを安定させることができる。

図４に示すように、捕捉装置５０は、カバー部材６０の表面を傾斜させる傾斜装置５７を備えている。傾斜装置５７は、駆動部５６に設けられ、棒が突出することでカバー部材６０を支持部材５３に対して傾斜させる。傾斜装置５７は、支持部材５３がコンテナ２１の手前側に移動した状態で、カバー部材６０をコンテナ２１の手前側へ傾斜させる。その結果、回収箱７０にカバー部材６０の一部が挿入される。この状態でカバー部材６０の上面に付着している飛散物体の多くは転がって回収箱７０に落下する。また、カバー部材６０を傾斜させただけでは回収箱７０に落下しなかった飛散物体は、掻き落としたり、カバー部材６０に振動を与えたりすることで回収箱７０に落下させることができる。

次に、図１〜図４を参照して、上記のように構成された造形装置１の動作について説明する。
図１に示すように、造形装置１は、粉体材料Ｍからなる粉体層２５を積層する処理と、粉体層２５の表面２５ａに対してレーザを照射して粉体層２５を部分的に溶融させる処理とを交互に繰り返すことにより三次元造形物Ｏを造形する。

レーザを粉体層２５に照射する際には、不活性ガスによって粉体層２５の表面２５ａに沿った層状の流体の流れＬＦが形成される。
図２及び図３に示すように、捕捉装置５０は、レーザの照射領域の上方にカバー部材６０の開口部６１が位置するようにカバー部材６０を移動させる。すなわち、制御装置が駆動部５４〜５６を駆動させることでカバー部材６０を移動させる。そして、捕捉装置５０は、レーザの走査に応じてカバー部材６０を随時移動させる。よって、レーザは、カバー部材６０の開口部６１を通過して粉体層２５の表面２５ａに照射される。

粉体層２５の表面２５ａにレーザが照射されると、レーザの照射領域からヒュームが発生するとともに、飛散物体が飛散する。レーザの照射領域から発生したヒュームは、層状の流体の流れＬＦによって流されるので、上昇してレーザの経路を遮ることはなく吸引部４０に吸引される。また、飛散物体は、照射領域からカバー部材６０の開口部６１を通過して、カバー部材６０のカバー部６２の上面に落下する。

図４に示すように、捕捉装置５０は、三次元造形物Ｏの造形が終了すると、支持部材５３をコンテナ２１の手前側に移動させて、傾斜装置５７によってカバー部材６０を傾斜させることで回収箱７０にカバー部材６０が捕捉した飛散物体を回収することができる。なお、カバー部材６０が飛散物体の熱等によって劣化した場合には、カバー部材６０を新しいカバー部材６０に交換してもよい。

このようにレーザの照射領域から飛散する物体をカバー部材６０の上面に落下させながら三次元造形物Ｏを造形することで、粉体材料Ｍが酸化し、その酸化した粉体材料Ｍが造形時に含まれることにより三次元造形物Ｏ自体が酸化したのと同様の状態になり、三次元造形物Ｏの品質劣化を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）レーザの照射領域から飛散した粉体材料Ｍ等（飛散物体）がカバー部材６０に落下することで、飛散物体、言い換えれば酸化した粉体材料Ｍ等が溶融していない粉体材料Ｍに混入することを抑制することができる。よって、酸化した粉体材料Ｍ等が粉体材料Ｍに混入することにより粉体材料Ｍ全体の酸化を抑制することができる。

（２）開口部６１によってレーザを通過させつつ、カバー部６２に飛散物体を落下させることができる。
（３）カバー部材６０が照射領域を囲むので、飛散物体をカバー部材６０により多く落下させることができる。

（４）開口部６１の形状が円形であるので、円中央の溶融部分からどの方向にも等しくカバー部６２が位置して飛散物体をカバー部材６０に落下させやすい。
（５）開口部６１がカバー部材６０の中央に設けられているので、簡素な構成で飛散物体を捕捉することができる。

（６）カバー部材６０の外形の大きさ及び開口部６１の大きさがレーザによって単位面積及び単位時間あたりに粉体材料Ｍに与えられるエネルギ密度、レーザの照射範囲の面積、及び粉体材料Ｍの粒径の少なくとも一つに基づいて決定されるので、カバー部材の外形の大きさを、飛散物体を捕捉するうえで適切な大きさに設定することができる。

（７）カバー部材６０が整流部材として機能するようになるため、層状の流体の流れＬＦの流れを安定させることができる。このため、レーザの照射領域から発生するヒュームを除去することができる。

（第２の実施形態）
以下、図５及び図６を参照して、造形装置の第２の実施形態について説明する。この実施形態の造形装置は、カバー部材の外形が円形である点、カバー部材の開口部の位置が偏在している点、及びカバー部材が支持部材５３に対して回転する点が上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。

図５及び図６に示すように、捕捉装置５０は、第１の実施形態と同様に、支持レール５１，５２と支持部材５３とを備えている。そして、捕捉装置５０は、支持部材５３に対してコンテナ２１の幅方向Ｘに移動可能であるとともに、回転可能に取り付けられるカバー部材８０を備えている。カバー部材８０は、駆動部５８を介して支持部材５３の延びる方向に沿って相対移動可能に取り付けられている。駆動部５８は、例えばモータ有し、そのモータの回転力によってカバー部材８０を支持部材５３に沿って移動する。また、カバー部材８０は、駆動部５８に回転軸８３を介して取り付けられ、回転軸８３の周りに回転可能である。すなわち、カバー部材８０は、駆動部５８によって回転軸８３が回転することで回転軸８３とともに回転する。

カバー部材８０は、レーザの照射時においてレーザが通過する開口部８１と、レーザが照射されない非照射領域の少なくとも一部を覆うカバー部８２とを有している。カバー部材８０の外形は、円形である。開口部８１の形状は、円形である。開口部８１は、カバー部材８０の外縁部寄りに偏在して設けられている。回転軸８３は、カバー部材８０の外縁部寄りに偏在して設けられている。なお、回転軸８３の位置は、カバー部材８０の中心において開口部８１と点対称の位置に限らない。

駆動部５４，５５，５８は、図示しない制御装置によって制御される。具体的には、制御装置は、レーザが走査されることでレーザの照射領域が変化しても、その照射領域の上方に開口部８１が位置するように、駆動部５４，５５，５８を制御する。したがって、カバー部材８０は、開口部８１にレーザを通過させて、粉体層２５にレーザを照射することができるようになる。

次に、図５及び図６を参照して、上記のように構成された捕捉装置５０の動作について説明する。
捕捉装置５０は、レーザの照射領域がカバー部材８０の開口部８１に含まれるようにカバー部材８０を移動させる。すなわち、制御装置が駆動部５４，５５，５８を駆動させることでカバー部材８０を移動させる。このとき、カバー部材８０は、支持部材５３に対して回転可能であるので、支持部材５３よりも開口部８１がコンテナ２１の外縁部寄りに位置するように回転軸８３を中心として回転される。すなわち、レーザの照射位置が例えば右奥の角であるとき（図５参照）又は左手前の角であるとき（図６参照）には、カバー部材８０の開口部８１が支持部材５３よりもコンテナ２１の外縁部寄りに位置して、カバー部８２が粉体層２５の表面２５ａのできる限り広い範囲を覆う。

このようにすることで、レーザの照射位置が粉体層２５の表面２５ａの縁部寄りのときにカバー部材８０が粉体層２５の表面２５ａからはみ出す量を抑制することができる。また、支持部材５３の奥行き方向Ｙにおける移動距離を短くすることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（４）、（６）、（７）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（８）レーザの照射領域が粉体層２５の表面２５ａ（造形エリア）の端部寄りに位置した際に、カバー部材８０が造形エリアからはみ出す量を抑えながら造形エリアの端部までカバー部材８０によって覆うことができる。

なお、上記各実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記各実施形態において、フロー形成部による層状の流体の流れＬＦの高さは、カバー部材６０，８０の高さに関係なく、任意に設定してもよい。

・上記各構成において、ヒュームの影響が小さければ、フロー形成部を省略してもよい。
・上記各構成において、カバー部材６０，８０の開口部６１，８１に開口部の大きさを変更する変更機構を備えてもよい。例えば、図７に示すように、カバー部材６０の開口部６１に開口部６１の内径を変更可能な絞り６３を設け、駆動部を制御する制御装置がレーザのエネルギ密度及び粉体材料Ｍの粒径の少なくとも一方に基づいて変更する。このような構成によれば、開口部６１，８１を通過してカバー部材６０，８０の上面に落下する飛散物体の量が多くなるように、開口部６１，８１の大きさを調整することができる。

・上記第１の実施形態において、傾斜装置５７を省略してもよい。
・上記各実施形態において、カバー部材６０の上面に低反発部材が設けてもよい。低反発部材として低反発ゴム等を採用する。なお、飛散物体と低反発部材との間の反発係数は、飛散物体とカバー部材６０の上面との間の反発係数よりも小さくすることが望ましい。低反発部材を設けた場合には、カバー部材６０の上面に落下した飛散物体が跳ねることが抑制されている。

・また、カバー部材６０の上面にすべり防止部材を設けてもよい。すべり防止部材は、例えば摩擦抵抗の高い部材としてもよい。なお、飛散物体とすべり防止部材との間の静摩擦係数は飛散物体とカバー部材６０の上面との間の静摩擦係数よりも大きくすることが望ましい。また、すべり防止部材は粘着部材としてもよい。また、粉体材料が磁性体であればカバー部材６０の上面に磁石を設けるようにしてもよい。また、すべり防止部材として溝や凹凸を形成した部材としてもよい。このように、すべり防止部材を設けた場合には、カバー部材６０の上面に落下した飛散物体が転がることを抑制することができる。

・また、カバー部材６０の上面に熱可塑性部材を設けてもよい。熱可塑性部材を設けた場合には、カバー部材６０の上面に落下した飛散物体が熱可塑性部材を溶かして熱可塑性部材に埋まることとなる。多くの飛散物体が埋まったカバー部材は交換することが望ましい。

・上記各構成において、カバー部材６０自体を低反発部材、滑り防止部材、熱可塑性部材等で形成してもよい。
・上記第１の実施形態では、カバー部材６０の開口部６１を円形としたが、図８に示す四角形の開口部６１ａを採用してもよい。また、図９に示す三角形や五角形以上の多角形（ここでは６角形）の開口部６１ｂを採用してもよい。

・上記第１の実施形態では、カバー部材６０の外形を四角形としたが、図１０や図１１に示す外形が円形であるカバー部材６０ａを採用してもよい。また、外形が円形であるカバー部材６０ａの開口部は、図１０に示す円形の開口部６１や図１１に示す四角形の開口部６１ａを採用してもよい。なお、カバー部材の外形と開口部の形状との組み合わせは任意に選択可能である。

・上記実施形態において、図８〜図１２に実線で示すように、開口部６１の縁部を除いたカバー部材６０（６０ａ）の外縁部を上方に向けて延びる凸条部６４としてもよい。このようにすれば、カバー部材６０（６０ａ）の上面に落下した飛散物体がカバー部材６０の縁部から溶融していない、つまり酸化していない粉体材料Ｍの上に落下することを抑制することができる。一方、カバー部材６０（６０ａ）の縁部のうち開口部６１の縁部に相当する部分が上方に向けて延びるように設けられていないため、開口部６１を通過しようとする飛散物体が上方に向けて延びる縁部に当たって粉体材料Ｍの上に落下してしまうことがない。なお、外縁部を上方に向けて延び、縁部に沿って連続的に設けられる凸条部６４としたが、外縁部を上方に向けて延び、ピン状等の凸部が並んでいるようにしてもよい。

・上記実施形態において、図８〜図１２に破線で示すように、カバー部材６０（６０ａ）の外縁部の凸条部６４に加えて、内縁部を上方に向けて延びる凸条部６５としてもよい。このようにすれば、カバー部材６０（６０ａ）の上面に落下した飛散物体がカバー部材６０（６０ａ）から溶融していない粉体材料Ｍに落下することを抑制することができる。なお、内縁部の凸条部６５に飛散物体が当たるかもしれないがカバー部材６０（６０ａ）の上面に乗った飛散物体は落ちにくくなる。なお、内縁部を上方に向けて延び、内縁部に沿って連続的に設けられる凸条部６５としたが、内縁部を上方に向けて延び、ピン状等の凸部が並んでいるようにしてもよい。

・上記実施形態において、カバー部材６０の上面をカバー部材６０の外縁部に向かって下方に傾斜してもよい。例えば、図１３に示すように、カバー部材６０の形状を中空の円錐状として、カバー部材６０の中央に開口部６１を設けてもよい。また、図１４に示すように、カバー部材６０の断面形状を外縁部に向かうほど厚みが小さくなるようにして、カバー部材６０の中央に開口部６１を設けてもよい。なお、カバー部材６０の外縁部を上方に向けて延びる凸条部６４とすることが望ましい。このようにすれば、カバー部材６０の上面に落下した飛散物体が転がってレーザの照射領域に落下することを防止することができる。

・上記実施形態において、カバー部材６０（６０ａ）に上方に向けて突出する凸条部６４，６５を設けた場合に、カバー部材６０（６０ａ）に落下した飛散物体を除去する際に、凸条部６４，６５が倒れるようにしてもよい。

・上記実施形態では、カバー部材６０（６０ａ）の開口部６１（６１ａ）がカバー部６２により全周に亘って囲むようにしたが、開口部がカバー部によって囲まれないカバー部材としてもよい。例えば、図１５に示すように、カバー部９２がコ字状に形成され、開口部９１がカバー部９２に囲まれていないカバー部材９０を採用してもよい。このようなカバー部材９０であっても、レーザの照射領域に開口部９１が位置して、その周囲の非照射領域にカバー部９２が位置することになるので、カバー部材９０のカバー部９２が位置する部分に落下した飛散物体は捕捉することができ、溶融していない、つまり酸化していない粉体材料Ｍに飛散物体が混入することを抑制することができる。

・また、図１６に示すように、カバー部１０２が２枚の板からなり、これらカバー部１０２の間が開口部１０１に相当し、開口部１０１がカバー部１０２に囲まれていないカバー部材１００を採用してもよい。このようなカバー部材１００であっても、レーザの照射領域に開口部１０１が位置して、その周囲の非照射領域にカバー部１０２が位置することになるので、カバー部材１００のカバー部１０２が位置する部分に落下した飛散物体は捕捉することができ、溶融していない粉体材料Ｍに飛散物体が混入することを抑制することができる。また、カバー部が１枚の板からなるカバー部材であってもよい。

・上記構成において、造形装置１台に対してカバー部材を複数設けてもよい。この場合、粉体層２５の表面２５ａのうち各カバー部材が担当する範囲を分けることが望ましい。
・上記実施形態では、カバー部材の外形の大きさ及び開口部の大きさをレーザによって単位面積及び単位時間あたりに材料に与えられるエネルギ密度及び粉体材料Ｍの粒径の少なくとも一方に基づいて決定した。しかしながら、カバー部材の外形の大きさ及び開口部の大きさを実際に飛散する物体の状況に基づいて設定してもよい。また、カバー部材が存在すれば、少なからず飛散物体がカバー部材の上面に落下するので、カバー部材の外形の大きさ及び開口部の大きさを任意に設定してもよい。

・上記実施形態では、チャンバー２０ａ内に充填される不活性ガスとしてＡｒガスを用いたがＡｒガスに限らず、ＨｅガスやＮｅガス、Ｎガス等を用いてもよい。また、チャンバー２０ａ内に充填されるガスとしてＣＯガスを用いてもよい。さらに、水素脆性の可能性が低ければ、チャンバー内に充填されるガスとしてＨガスを用いてもよい。

・上記実施形態では、レーザを粉体材料Ｍに照射することで粉体材料Ｍを部分的に溶融させて三次元造形物Ｏを造形したが、レーザに代えて電子ビーム（電磁波）を粉体材料Ｍに照射することで粉体材料Ｍを部分的に溶融させて三次元造形物Ｏを造形してもよい。

・上記実施形態では、粉体材料ＭとしてＴｉの金属粉体を用いたが、Ｆｅ，Ａｌ，Ｃｕ等の他の金属粉体としてもよい。また、粉体材料Ｍとして金属に限らず、ナイロンやポリエステル等の樹脂粉体を用いてもよい。

１…造形装置、１０…レーザ照射部、２０…造形部、２０ａ…チャンバー、２０ｂ…側壁、２１…コンテナ、２２…造形テーブル、２３…造形プレート、２４…リコータ、２５…粉体層、２５ａ…表面、３０…吐出部、４０…吸引部、５０…捕捉装置、５１，５２…支持レール、５３…支持部材、５４〜５６，５８…駆動部、５７…傾斜装置、６０，６０ａ…カバー部材、６１，６１ａ，６１ｂ…開口部、６２…カバー部、６３…絞り、６４，６５…凸条部、８０…カバー部材、８１…開口部、８２…カバー部、８３…回転軸、９０…カバー部材、９１…開口部、９２…カバー部、１００…カバー部材、１０１…開口部、１０２…カバー部、ＬＦ…層状の流体の流れ、Ｍ…粉体材料、Ｏ…三次元造形物。

Claims (19)

1. 粉体材料の表面にレーザ又は電子ビームを照射して前記粉体材料を部分的に溶融させることにより三次元造形物を造形する造形装置であって、
   前記表面のうち前記レーザ又は前記電子ビームの照射時に前記レーザ又は前記電子ビームが照射されない非照射領域の少なくとも一部を覆うカバー部材を有し、
   前記カバー部材は、前記レーザ又は前記電子ビームの走査に応じて移動可能である
   造形装置。
2. 前記カバー部材は、前記レーザ又は前記電子ビームの照射時に前記レーザ又は前記電子ビームが通過する開口部を有する
   請求項１に記載の造形装置。
3. 前記カバー部材は、前記開口部の大きさを変更する変更機構を備える
   請求項２に記載の造形装置。
4. 前記カバー部材の縁部は、上方に向けて延びるように設けられている
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の造形装置。
5. 前記開口部の縁部に相当する部分を除く前記カバー部材の縁部は、上方に向けて延びるように設けられている
   請求項２又は請求項３に記載の造形装置。
6. 前記カバー部材の上面は、前記開口部の縁部から前記カバー部材の外縁部に向かって下方に傾斜している
   請求項５に記載の造形装置。
7. 前記開口部は、前記非照射領域の少なくとも一部を覆うカバー部により全周に亘って囲まれている
   請求項２、請求項３、請求項２を直接的又は間接的に引用する請求項４、請求項５、請求項６のいずれか一項に記載の造形装置。
8. 前記開口部の形状は、円形である
   請求項７に記載の造形装置。
9. 前記開口部は、前記カバー部材の中央に設けられている
   請求項７又は請求項８に記載の造形装置。
10. 前記開口部は、前記カバー部材の外縁部寄りに偏在して設けられており、
    前記カバー部材は、回転軸周りに回転可能である
    請求項７又は請求項８に記載の造形装置。
11. 前記カバー部材の上面には、低反発部材が設けられている
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の造形装置。
12. 前記カバー部材の上面には、すべり防止部材が設けられている
    請求項１〜１０のいずれか一項に記載の造形装置。
13. 前記カバー部材は、複数設けられている
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載の造形装置。
14. 前記カバー部材の上面を傾斜させる傾斜装置を備える
    請求項１〜１３のいずれか一項に記載の造形装置。
15. 前記カバー部材は、板状であって、前記レーザ又は前記電子ビームの照射時に前記表面と平行に配置されるものであり、
    前記表面に沿った層状の流体の流れを形成するフロー形成部を備え、
    前記カバー部材を前記層状の流体の流れの高さと同等の高さに配置する
    請求項１〜１４のいずれか一項に記載の造形装置。
16. 粉体材料の表面にレーザ又は電子ビームを照射して前記粉体材料を部分的に溶融させることにより三次元造形物を造形する造形装置に取り付けられ、前記表面から飛散する物体を捕捉する飛散物体の捕捉装置であって、
    前記表面のうち前記レーザ又は前記電子ビームの照射時に前記レーザ又は前記電子ビームが照射されない非照射領域の少なくとも一部を覆うカバー部材を有し、
    前記カバー部材は、前記レーザ又は前記電子ビームの走査に応じて移動可能である
    飛散物体の捕捉装置。
17. レーザ又は電子ビームの走査に応じてカバー部材を移動させつつ、当該カバー部材に設けられている開口部を通じて前記レーザ又は前記電子ビームを粉体材料の表面に対して照射させ、前記レーザ又は前記電子ビームの照射により前記表面から飛散した物体を前記カバー部材の上面で捕捉する
    飛散物体の捕捉方法。
18. 前記レーザ又は前記電子ビームによって単位面積及び単位時間あたりに前記粉体材料に与えられるエネルギ密度、前記レーザ又は前記電子ビームの照射範囲の面積、及び前記粉体材料の粒径の少なくとも一つに基づいて前記カバー部材の外形の大きさを変更する
    請求項１７に記載の飛散物体の捕捉方法。
19. 前記レーザ又は前記電子ビームによって単位面積及び単位時間あたりに前記粉体材料に与えられるエネルギ密度、前記レーザ又は前記電子ビームの照射範囲の面積、及び前記粉体材料の粒径の少なくとも一つに基づいて前記開口部の大きさを変更する
    請求項１７又は請求項１８に記載の飛散物体の捕捉方法。