JP6854465B2

JP6854465B2 - 三次元形状造形物の製造方法

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Publication number: JP6854465B2
Application number: JP2016107565A
Authority: JP
Inventors: 暁史中村; 阿部　諭; 諭阿部
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-05-30
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2036-05-30
Also published as: EP3466566A4; WO2017208504A1; EP3466566A1; JP2017214611A; CN109195732B; US20200316686A1; CN109195732A

Description

本発明は、三次元形状造形物の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、粉末層への光ビーム照射によって固化層を形成する三次元形状造形物の製造方法に関する。

光ビームを粉末材料に照射することを通じて三次元形状造形物を製造する方法（一般的には「粉末焼結積層法」と称される）は、従来より知られている。かかる方法は、以下の工程（ｉ）および（ｉｉ）に基づいて粉末層形成と固化層形成とを交互に繰り返し実施して三次元形状造形物を製造する。
（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射し、かかる所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程。
（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、同様に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程。

このような製造技術に従えば、複雑な三次元形状造形物を短時間で製造することが可能となる。粉末材料として無機質の金属粉末を用いる場合、得られる三次元形状造形物を金型として使用することができる。一方、粉末材料として有機質の樹脂粉末を用いる場合、得られる三次元形状造形物を各種モデルとして使用することができる。

粉末材料として金属粉末を用い、それによって得られる三次元形状造形物を金型として使用する場合を例にとる。図１１に示すように、まず、スキージング・ブレード２３を動かして造形プレート２１上に所定厚みの粉末層２２を形成する（図１１（ａ）参照）。次いで、粉末層２２の所定箇所に光ビームＬを照射して粉末層２２から固化層２４を形成する（図１１（ｂ）参照）。引き続いて、得られた固化層の上に新たな粉末層を形成して再度光ビームを照射して新たな固化層を形成する。このようにして粉末層形成と固化層形成とを交互に繰り返し実施すると固化層２４が積層することになり（図１１（ｃ）参照）、最終的には積層化した固化層２４から成る三次元形状造形物を得ることができる。最下層として形成される固化層２４は造形プレート２１と結合した状態になるので、三次元形状造形物と造形プレート２１とは一体化物を成すことになり、その一体化物を金型として使用できる。

粉末焼結積層法で得られる三次元形状造形物は、比較的粗い表面を有している。例えば、三次元形状造形物は数百μｍＲｚ程度の表面粗さの表面を有している。かかる表面粗さは、三次元形状造形物を成す固化層の表面に粉末が付着することに起因している。固化層形成の際には光ビームのエネルギーが熱に変換されることによって光ビームが照射される粉末層の所定箇所の粉末が焼結又は溶融固化する。この際、かかる所定箇所の周辺の粉末温度も上昇し得るため、当該周辺の粉末が固化層の表面に付着してしまう。このように付着粉末に起因して三次元形状造形物に表面粗さがもたらされることになるので、三次元形状造形物の製造後または製造途中において固化層が切削加工に付されることになる。

特表平１−５０２８９０号公報

ここで、本願発明者らは、三次元形状造形物の製造途中で固化層を切削加工に付す場合、以下の問題が生じ得ることを見出した。具体的には、三次元形状造形物の製造途中で固化層を切削加工に付すと切削屑が発生し、その切削屑が切削加工部分の周囲へとランダムに飛散する。ランダムな飛散ゆえ、後刻に固化層が形成されることになる領域にも切削屑が飛散してしまう。この場合、後刻の固化層形成時に切削屑と粉末のいずれもが光ビームに照射されることになる。切削屑は、切削加工に起因して生じたものであるため粉末とは異なる形状・寸法を一般的に有し得る。そのため、光ビーム照射時には切削屑と粉末との間では溶融固化状態に違いが生じ、その違いに起因して所望の固化層を形成できない虞がある。つまり、高精度な三次元形状造形物が最終的に得られない虞がある。

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものである。すなわち、本発明の目的は、三次元形状造形物の製造途中で固化層を切削加工に付した場合であっても、より高精度な三次元形状造形物を最終的に得ることが可能な三次元形状造形物の製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明では、
（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射して所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
により粉末層形成および固化層形成を交互に繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
少なくとも１回の固化層の形成に先立って、当該固化層が形成されることになる領域に存在する易動性異物を除去する、三次元形状造形物の製造方法が提供される。

本発明の製造方法では、三次元形状造形物の製造途中で固化層を切削加工に付した場合であっても、より高精度な三次元形状造形物を最終的に得ることができる。

新たな固化層が形成されることになる領域に存在する易動性異物を除去する態様を経時的に示した模式的断面図易動性異物を除去した上で新たな固化層を形成する態様を経時的に示した模式的断面図最直近にて形成された固化層の上面領域に存在する易動性異物を除去する態様を経時的に示した模式的断面図易動性異物を除去した上で最直近にて形成された固化層の上面に対して新たな固化層を形成する態様を経時的に示した模式的断面図易動性異物の有無を把握するための方法を模式的に示した断面図易動性異物の有無を把握するための方法を模式的に示した断面図易動性異物の有無を把握するための方法を模式的に示した断面図吸引ノズルを用いて易動性異物を除去する態様を模式的に示した断面図ブラシを用いて易動性異物を除去する態様を模式的に示した断面図エア吹付けノズルを用いて易動性異物を除去する態様を模式的に示した断面図粉末焼結積層法が実施される光造形複合加工のプロセス態様を模式的に示した断面図（図１１（ａ）：粉末層形成時、図１１（ｂ）：固化層形成時、図１１（ｃ）：積層途中）光造形複合加工機の構成を模式的に示した斜視図光造形複合加工機の一般的な動作を示すフローチャート

以下では、図面を参照して本発明の一実施形態をより詳細に説明する。図面における各種要素の形態および寸法は、あくまでも例示にすぎず、実際の形態および寸法を反映するものではない。

本明細書において「粉末層」とは、例えば「金属粉末から成る金属粉末層」または「樹脂粉末から成る樹脂粉末層」を意味している。また「粉末層の所定箇所」とは、製造される三次元形状造形物の領域を実質的に指している。従って、かかる所定箇所に存在する粉末に対して光ビームを照射することによって、その粉末が焼結又は溶融固化して三次元形状造形物を構成することになる。更に「固化層」とは、粉末層が金属粉末層である場合には「焼結層」を意味し、粉末層が樹脂粉末層である場合には「硬化層」を意味している。

また、本明細書で直接的または間接的に説明される“上下”の方向は、例えば造形プレートと三次元形状造形物との位置関係に基づく方向であって、造形プレートを基準にして三次元形状造形物が製造される側を「上方向」とし、その反対側を「下方向」とする。

［粉末焼結積層法］
まず、本発明の製造方法の前提となる粉末焼結積層法について説明する。特に粉末焼結積層法において三次元形状造形物の切削処理を付加的に行う光造形複合加工を例として挙げる。図１１は、光造形複合加工のプロセス態様を模式的に示しており、図１２および図１３は、粉末焼結積層法と切削処理とを実施できる光造形複合加工機の主たる構成および動作のフローチャートをそれぞれ示している。

光造形複合加工機１は、図１２に示すように、粉末層形成手段２、光ビーム照射手段３および切削手段４を備えている。

粉末層形成手段２は、金属粉末または樹脂粉末などの粉末を所定厚みで敷くことによって粉末層を形成するための手段である。光ビーム照射手段３は、粉末層の所定箇所に光ビームＬを照射するための手段である。切削手段４は、積層化した固化層の表面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るための手段である。

粉末層形成手段２は、図１１に示すように、粉末テーブル２５、スキージング・ブレード２３、造形テーブル２０および造形プレート２１を主に有して成る。粉末テーブル２５は、外周が壁２６で囲まれた粉末材料タンク２８内にて上下に昇降できるテーブルである。スキージング・ブレード２３は、粉末テーブル２５上の粉末１９を造形テーブル２０上へと供して粉末層２２を得るべく水平方向に移動できるブレードである。造形テーブル２０は、外周が壁２７で囲まれた造形タンク２９内にて上下に昇降できるテーブルである。そして、造形プレート２１は、造形テーブル２０上に配され、三次元形状造形物の土台となるプレートである。

光ビーム照射手段３は、図１２に示すように、光ビーム発振器３０およびガルバノミラー３１を主に有して成る。光ビーム発振器３０は、光ビームＬを発する機器である。ガルバノミラー３１は、発せられた光ビームＬを粉末層２２にスキャニングする手段、すなわち、光ビームＬの走査手段である。

切削手段４は、図１２に示すように、エンドミル４０および駆動機構４１を主に有して成る。エンドミル４０は、積層化した固化層の表面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るための切削工具である。駆動機構４１は、エンドミル４０を所望の切削すべき箇所へと移動させる手段である。

光造形複合加工機１の動作について詳述する。光造形複合加工機１の動作は、図１３のフローチャートに示すように、粉末層形成ステップ（Ｓ１）、固化層形成ステップ（Ｓ２）および切削ステップ（Ｓ３）から構成されている。粉末層形成ステップ（Ｓ１）は、粉末層２２を形成するためのステップである。かかる粉末層形成ステップ（Ｓ１）では、まず造形テーブル２０をΔｔ下げ（Ｓ１１）、造形プレート２１の上面と造形タンク２９の上端面とのレベル差がΔｔとなるようにする。次いで、粉末テーブル２５をΔｔ上げた後、図１１（ａ）に示すようにスキージング・ブレード２３を粉末材料タンク２８から造形タンク２９に向かって水平方向に移動させる。これによって、粉末テーブル２５に配されていた粉末１９を造形プレート２１上へと移送させることができ（Ｓ１２）、粉末層２２の形成が行われる（Ｓ１３）。粉末層２２を形成するための粉末材料としては、例えば「平均粒径５μｍ〜１００μｍ程度の金属粉末」および「平均粒径３０μｍ〜１００μｍ程度のナイロン、ポリプロピレンまたはＡＢＳ等の樹脂粉末」を挙げることができる。粉末層２２が形成されたら、固化層形成ステップ（Ｓ２）へと移行する。固化層形成ステップ（Ｓ２）は、光ビーム照射によって固化層２４を形成するステップである。かかる固化層形成ステップ（Ｓ２）においては、光ビーム発振器３０から光ビームＬを発し（Ｓ２１）、ガルバノミラー３１によって粉末層２２上の所定箇所へと光ビームＬをスキャニングする（Ｓ２２）。これによって、粉末層２２の所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させ、図１１（ｂ）に示すように固化層２４を形成する（Ｓ２３）。光ビームＬとしては、炭酸ガスレーザ、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、ファイバレーザまたは紫外線などを用いてよい。

粉末層形成ステップ（Ｓ１）および固化層形成ステップ（Ｓ２）は、交互に繰り返して実施する。これにより、図１１（ｃ）に示すように複数の固化層２４が積層化する。

積層化した固化層２４が所定厚みに達すると（Ｓ２４）、切削ステップ（Ｓ３）へと移行する。切削ステップ（Ｓ３）は、積層化した固化層２４の表面、すなわち、三次元形状造形物の表面を削るためのステップである。エンドミル４０（図１１（ｃ）および図１２参照）を駆動させることによって切削ステップが開始される（Ｓ３１）。例えば、エンドミル４０が３ｍｍの有効刃長さを有する場合、三次元形状造形物の高さ方向に沿って３ｍｍの切削処理を行うことができるので、Δｔが０．０５ｍｍであれば６０層分の固化層２４が積層した時点でエンドミル４０を駆動させる。具体的には駆動機構４１によってエンドミル４０を移動させながら、積層化した固化層２４の表面を切削処理に付すことになる（Ｓ３２）。このような切削ステップ（Ｓ３）の最終では、所望の三次元形状造形物が得られているか否かを判断する（Ｓ３３）。所望の三次元形状造形物が依然得られていない場合では、粉末層形成ステップ（Ｓ１）へと戻る。以降、粉末層形成ステップ（Ｓ１）〜切削ステップ（Ｓ３）を繰り返し実施して更なる固化層の積層化および切削処理を実施することによって、最終的に所望の三次元形状造形物が得られる。

［本発明の製造方法］
本発明は、上述の粉末焼結積層法の中でも、固化層の形成態様に特徴を有している。

具体的には、本発明の製造方法では、固化層を切削加工に付す際に生じ得る切削屑等の易動性異物を新たな固化層の形成前に除去する。特に、本発明では、当該易動性異物が「固化層が形成されることになる領域」に存在する場合、かかる領域に存在する易動性異物を除去した上で新たな固化層を形成する。換言すれば、本発明では、新たな固化層の形成に先立って、当該新たな固化層が形成されることになる領域に少なくとも存在する易動性異物を除去する。

本明細書でいう「易動性異物」とは、広義には固化層および/又は粉末層上で移動可能に存在する異物を指し、狭義には固化層および/又は粉末層上へとランダムに飛散することでもたらされ、かつ固化層および/又は粉末層に対して非付着性を呈する異物を指す。また、「異物」といった用語は、所望の固化層形成に寄与する“粉末”とは異なる物質を意図している。

易動性異物は、固化層を切削加工に付す際に生じ得る切削屑に特に限定されず、例えば、粉末層の所定箇所に対して光ビームを照射する際に飛散し得る溶融成分が空中で冷却固化されたものであってよい。つまり、易動性異物には、粉末層の所定箇所の「粉末」を光ビームにて照射して得られる固化層を切削加工に付す際に生じ得る切削屑、および/又は、粉末層の所定箇所の「粉末」に対して光ビームを照射した際に飛散し得る溶融成分が空中で冷却固化されたものが含まれる。以上の事からも分かるように、本態様における易動性異物とは粉末層の「粉末」に由来した異物であり得る。

図１および図２を参照しながら具体的な態様について説明する。三次元形状造形物の製造途中の固化層２４Ａの表面２４Ａ_１（例えば側面および/又は上面等）を切削手段を用いて切削加工に付す。切削手段は上述のようにエンドミルを有して成り得る。エンドミルとしては、特に限定されるものではないが、例えば超硬素材の二枚刃ボールエンドミル、スクエアエンドミル、ラジアスエンドミル等を挙げることができる。三次元形状造形物の製造途中の固化層２４Ａの表面２４Ａ_１が切削加工に付されると、それに起因して易動性異物１０が周囲にランダムに飛散し得る。易動性異物１０はランダムに飛散するので、図１（ａ）に示すように後刻にて新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’にも易動性異物１０が飛散し得る。本発明では、そのように飛散してきた易動性異物１０を除去する。例えば領域２４Ｂ’に存在する易動性異物１０を、当該領域２４Ｂ’外へと追い出し、領域２４Ｂ’に存在する易動性異物１０を除去し得る（図１（ｂ）および図１（ｃ）参照）。

固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’から易動性異物１０が除去された状態が得られた後（図２（ａ）参照）、図２（ｂ）に示すようにスキージング・ブレード２３を水平方向に移動させて新たな粉末層２２を形成する。新たな粉末層２２の形成後、新たな粉末層２２の所定箇所に光ビームを照射することで新たな固化層２４Ｂを形成する（図２（ｃ）参照）。なお、ここでいう「新たな粉末層２２の所定箇所」の範囲は、平面視で捉えた場合において新たな固化層２４Ｂが形成されることになる面領域２４Ｂ’を実質的に指している。

本発明では、上述のように新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’に存在する易動性異物１０を除去した上で、最終的に新たな固化層２４Ｂを形成する。換言すれば、新たな固化層２４Ｂの形成に先立って、当該新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’に存在する易動性異物１０を除去する。かかる領域２４Ｂ’からの易動性異物１０の除去によって、新たな固化層２４Ｂの形成時において易動性異物１０が減じられ、好ましくは新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’に易動性異物１０が存在しないことになる。易動性異物１０が存在し得ないので、固化層２４Ｂの形成時において実質的に粉末のみが光ビームで照射され、これに起因して当該粉末のみが溶融固化状態になり得る。その結果、かかる粉末のみの溶融固化に起因して所望の固化層２４Ｂが形成されることになり、より高精度な三次元形状造形物が最終的に得られる。

例えば、固化層が形成されることになる領域は、最直近にて形成された固化層の上面領域であってよい。つまり、固化層の形成に先立っては、最直近にて形成された固化層の上面領域に存在する易動性異物を除去する。

図３および図４を参照しながら具体的な態様について説明する。三次元形状造形物の製造途中の固化層２４Ａの表面２４Ａ_１を切削手段を用いて切削加工処理に付す。三次元形状造形物の製造途中の固化層２４Ａの表面２４Ａ_１が切削加工に付されると、それに起因して易動性異物１０が周囲にランダムに飛散し得る。易動性異物１０はランダムに飛散するので、図３（ａ）に示すように例えば最直近にて形成された固化層２４Ａの上面領域２４Ａ_１１にも易動性異物１０が飛散し得る。本態様では、最直近にて形成された固化層２４Ａの上面領域２４Ａ_１１に飛散した易動性異物１０のみを除去する。例えば最直近にて形成された固化層２４Ａの上面領域２４Ａ_１１に存在する易動性異物１０のみを固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’’外へと追い出し、新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’’から易動性異物１０を除去し得る（図３（ｂ）および図３（ｃ）参照）。なお、ここでいう「固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’’」とは、最直近にて形成された固化層の上方領域にあるものを指す。

当該固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’’から易動性異物１０が除去された状態が得られた後（図４（ａ）参照）、図４（ｂ）に示すようにスキージング・ブレード２３を水平方向に移動させて新たな粉末層２２を形成する。新たな粉末層２２の形成後、新たな粉末層２２の所定箇所に光ビームを照射することで新たな固化層２４Ｂを形成する（図４（ｃ）参照）。なお、ここでいう「新たな粉末層２２の所定箇所」の範囲は、平面視で捉えた場合において新たな固化層が形成されることになる面領域２４Ｂ’’を実質的に指している。すなわち、ここでいう「新たな粉末層２２の所定箇所」の範囲は、平面視で捉えた場合において最直近にて形成された固化層２４Ａの上方領域にあるものを指す。

本態様では、上述のように最直近にて形成された固化層２４Ａの上面領域２４Ａ_１１に存在する易動性異物１０のみを、固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’’から除去した上で、最終的に新たな固化層２４Ｂを形成する。換言すれば、新たな固化層２４Ｂの形成に先立って、最直近にて形成された固化層２４Ａの上面領域２４Ａ_１１に存在する易動性異物１０のみを除去する。最直近にて形成された固化層２４Ａの上面領域２４Ａ_１１に存在する易動性異物１０の除去によって、新たな固化層２４Ｂの形成時において易動性異物１０が減じられ、好ましくは新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’’に易動性異物１０が存在しないことになる。易動性異物１０が存在し得ないので、固化層２４Ｂの形成時にて最直近にて形成された固化層２４Ａ上に位置する粉末のみが光ビームで照射され、これに起因して当該粉末のみが溶融固化状態になり得る。従って、最直近にて形成された固化層２４Ａ上に位置する粉末のみが溶融固化することに起因して、最直近にて形成された固化層２４Ａと新たに形成される固化層２４Ｂとの層間接続が向上され得る。その結果、最終的に更により高精度な三次元形状造形物が得られる。

＜易動性異物の特定方法＞
新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’における易動性異物１０の有無を把握するために以下の各種態様を採用してよい。

易動性異物の特定方法１
かかる易動性異物の特定方法では反射光が用いられる。例えば図５に示すように新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’から得られる反射光５０ａ、５０ｂに基づいて易動性異物１０の有無を把握してよい。

図５に示すように、新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’および既に形成された粉末層２２に所定方向から入射光を当て、当該入射光６０に対して新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’から反射する反射光５０ａと、当該入射光６０に対して既に形成された粉末層２２から反射する反射光５０ｂとの反射強度の違いに基づいて易動性異物１０の有無を把握してよい。この時、比較基準を明確にするため、入射光６０に対して既に形成された粉末層２２から反射する反射光５０ｂの反射強度を予め得ておいてよい。

易動性異物１０は、上述のように固化層２４Ａを切削加工に付す際に生じ得る切削屑、および粉末層２２の所定箇所に対して光ビームＬを照射する際に飛散し得る溶融成分が空中で冷却固化された固化物を含んで成り得る。かかる固化層の切削加工および/又は飛散溶融物の空中での冷却固化に起因し、易動性異物１０は粉末層２２を構成する粉末１９とは形状・寸法とが異なり得る。易動性異物１０と粉末層２２を構成する粉末１９との形状・寸法との相違は、それからの各反射光の反射強度に違いを生じさせ得る。本態様では、各反射光の反射強度に違いがあれば易動性異物“有り”と判断し、各反射光の反射強度が同じであれば易動性異物“無し”と判断してよい。つまり、本態様では、各反射光の反射強度の違いにより易動性異物１０の有無（および存在箇所）を把握することができる。

易動性異物の特定方法２
かかる易動性異物の特定方法では光スペクトルが用いられる。例えば図６に示すように、新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’に固化層形成時に用いる光ビームＬを照射し、当該光ビームＬに対して新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’から反射する反射光５０’のスペクトルを、固化層形成時に用いる光ビームを既に形成された粉末層に対して照射した際に反射する光のスペクトル（事前取得したもの）と比べて、異なるスペクトル値である場合に易動性異物１０の有と判断してよい（および存在箇所を特定してよい）。

なお、易動性異物１０は、上述のように固化層２４Ａを切削加工に付す際に生じ得る切削屑、および粉末層２２の所定箇所に対して光ビームＬを照射する際に飛散し得る溶融成分が空中で冷却固化された固化物を含んで成り得る。かかる「固化層」の切削加工および「粉末層」の飛散物の冷却固化に起因し、易動性異物１０は、固化密度が相対的に高い状態と考えられ得る。つまり、光ビームを照射する時点にて既に、粉末層２２の粉末１９と易動性異物１０との状態が異なり、それに起因して粉末層２２の粉末１９と易動性異物１０の性質が同じになっていないと考えられ得る。したがって、そのような違いが光スペクトルの差として現れることになる。

易動性異物の特定方法３
かかる易動性異物の特定方法では撮取手段が用いられる。例えば図７に示すように画像撮影装置１００を用いてよい。より具体的には、新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’の画像を画像撮影装置１００で取得し、得られた画像に基づいて当該領域２４Ｂ’に存在し得る易動性異物１０の有無（および存在箇所）を直接把握してよい。

＜易動性異物の除去方法＞
新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’に存在する易動性異物１０を除去するために以下の各種態様を採用することができる。

１．吸引ノズルの使用
易動性異物の除去に吸引ノズルを用いる態様である。例えば図８に示すように、吸引ノズル７０を水平方向に移動させて、易動性異物１０を吸引してよい。本明細書でいう「吸引ノズル７０」とは、易動性異物１０を吸い込むことができるデバイスであり得る。“ノズル”ゆえ、易動性異物１０の吸込みに供する部分が筒形態（特に細筒形態）を有していてよい（かかる観点から、本発明のおける吸引ノズル７０は“筒状吸引デバイス”と称し得る）。例えば、吸引ノズル７０は細筒部７１とその細筒部に接続された吸引器具（図示せず）とを備えていてよい。吸引ノズル７０を用いると、除去すべき易動性異物１０に対して局所的に吸引することができ得る。これにより、新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’に存在する易動性異物１０を好適に除去し得ると共に、周囲に易動性異物１０が拡散することも回避でき得る。易動性異物１０が領域２４Ｂ’に存在し得ないため、新たな固化層の形成時において実質的に粉末のみが光ビームで照射されることになり、当該粉末のみが溶融固化状態になり得る。その結果、かかる粉末のみの溶融固化状態に起因して所望の新たな固化層が形成され得、それにより、より高精度な三次元形状造形物を最終的に得ることができ得る。

本態様では、作業空間領域を有効活用する観点から、吸引ノズル７０は切削手段４に設置されていてよい。具体的には、切削手段４の長手軸と吸引ノズル７０の長手軸とが略平行となるように切削手段４と吸引ノズル７０とが相互に隣接して配置されてよい。切削手段４の使用時には、切削手段４の動作を阻害しないために吸引ノズル７０は切削手段４のエンドミル４０の端部よりも上方に位置してよい。一方、吸引ノズル７０の使用時には、吸引ノズル７０の動作を阻害しないために切削手段４のエンドミルは吸引ノズル７０の端部よりも上方に位置してよい。

本態様では、上記の＜易動性異物の特定方法＞に従って易動性異物１０の有無（および易動性異物１０の存在箇所）を予め把握し、切削手段４に設置した吸引ノズル７０の水平方向の移動経路を予め決定してもよい。これにより、吸引ノズル７０が不必要な経路に沿って移動することなく好適な経路に沿って移動するように吸引ノズル７０を吸引時に移動制御することができる。

本態様では、吸引ノズル７０の吸引口を易動性異物１０の表面に近づけて吸引してよい。つまり、吸引時においては吸引ノズルの吸引口部と易動性異物１０との間の距離を小さくすることがよい。かかる距離としては、例えば５ｍｍ以内、好ましくは３ｍｍ以内、より好ましくは１ｍｍ以内、更により好ましくは０．５ｍｍ以内がよい。かかる距離が小さいと、易動性異物１０に対する吸引ノズル７０の吸引力を好適に伝えることができる。これにより、新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’に存在する易動性異物１０をより好適に除去し得ると共に、周囲に易動性異物１０が拡散することも回避でき得る。

本態様では、相対的に大きな寸法を有する易動性異物１０が領域２４Ｂ’に存在し得る場合には、相対的に小さな寸法を有する易動性異物１０と比べて吸引ノズル７０の吸引条件を変更可能に制御してもよい。具体的には、相対的に大きな寸法を有する易動性異物１０のための吸引ノズル７０の吸引量を、相対的に小さな寸法を有する易動性異物１０と比べて大きくなるように制御してもよい。また、相対的に大きな寸法を有する易動性異物１０のための吸引ノズル７０の走査速度を、相対的に小さな寸法を有する易動性異物１０と比べて小さくなるように制御してもよい。これにより、易動性異物１０のための吸引ノズル７０の吸引条件が好適に制御され得るため、寸法の違いによる影響を小さくしつつ易動性異物１０の吸引除去を好適に行うことができる。

２．ブラシの使用
易動性異物の除去にブラシを用いる態様である。例えば図９に示すように、ブラシ８０を水平方向に移動させて、当該領域２４Ｂ’よりも外側方向に向かって易動性異物１０を掃き出してもよい。ブラシ８０を用いると、除去すべき易動性異物１０を当該領域２４Ｂ’外に掃き出し得るため、新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’に存在する易動性異物１０を好適に除去でき得る。なお、この際、粉末供給手段側に易動性異物１０が掃き出されないよう方向制御することがよい。易動性異物１０が領域２４Ｂ’に存在し得ないので、新たな固化層の形成時において実質的に粉末のみが光ビームで照射され、当該粉末のみが溶融固化状態になり得る。その結果、かかる粉末のみの溶融固化状態に起因して所望の新たな固化層が形成され得、それにより、より高精度な三次元形状造形物を最終的に得ることができ得る。

本態様では、作業空間領域を有効活用する観点から、ブラシ８０は切削手段４に設置されていてよい。具体的には、切削手段４の長手軸とブラシ８０の長手軸とが略平行となるように切削手段４とブラシ８０とが相互に隣接して配置されてよい。切削手段４の使用時には、切削手段４の動作を阻害しないためにブラシ８０は切削手段４のエンドミル４０の端部よりも上方に位置してよい。一方、ブラシ８０の使用時には、ブラシ８０の動作を阻害しないために切削手段４のエンドミルはブラシ８０よりも上方に位置してよい。

本態様では、上記の＜易動性異物の特定方法＞に従って易動性異物１０の有無（および易動性異物１０の存在箇所）を予め把握し、切削手段４に設置したブラシ８０の水平方向の移動経路を予め決定してもよい。これにより、ブラシ８０が不必要な経路に沿って移動することなく好適な経路に沿って移動するようにブラシ８０を移動制御することができる。

本態様では、相対的に大きな寸法を有する易動性異物１０が領域２４Ｂ’に存在し得る場合には、相対的に小さな寸法を有する易動性異物１０と比べてブラシ８０の掃出条件を変更可能に制御してもよい。具体的には、相対的に大きな寸法を有する易動性異物１０のためのブラシ８０の掃出速度を、相対的に小さな寸法を有する易動性異物１０と比べて大きくなるように制御してもよい。また、相対的に大きな寸法を有する易動性異物１０のためのブラシ８０の掃出回数を、相対的に小さな寸法を有する易動性異物１０と比べて多くなるように制御してもよい。これにより、易動性異物１０のためのブラシ８０の掃出条件が好適に制御され得るため、寸法の違いによる影響を小さくしつつ易動性異物１０の掃出を好適に行うことができる。

３．エア吹出しノズルの使用
易動性異物の除去にエア吹出しノズルを用いる態様である。例えば図１０に示すように、エア吹出しノズル９０を水平方向に移動させて、当該領域２４Ｂ’よりも外側方向に向かって易動性異物１０を吹き出してもよい。エア吹出しノズル９０を用いると、除去すべき易動性異物１０を当該領域２４Ｂ’外に吹き出し得るため、新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’に存在する易動性異物１０を好適に除去でき得る。なお、この際、粉末供給手段側に易動性異物１０が吹き出されないよう方向制御することがよい。易動性異物１０が領域２４Ｂ’に存在し得ないので、新たな固化層の形成時において実質的に粉末のみが光ビームで照射され、当該粉末のみが溶融固化状態になり得る。その結果、かかる粉末のみの溶融固化状態に起因して所望の新たな固化層が形成され得、それにより、より高精度な三次元形状造形物を最終的に得ることができ得る。

本態様では、作業空間領域を有効活用する観点から、エア吹出しノズル９０は切削手段４に設置されていてよい。具体的には、切削手段４の長手軸とエア吹出しノズル９０の長手軸とが略平行となるように切削手段４とエア吹出しノズル９０とが相互に隣接して配置されてよい。切削手段４の使用時には、切削手段４の動作を阻害しないためにエア吹出しノズル９０は切削手段４のエンドミル４０の端部よりも上方に位置してよい。一方、エア吹出しノズル９０の使用時には、エア吹出しノズル９０の動作を阻害しないために切削手段４のエンドミルはエア吹出しノズル９０よりも上方に位置してよい。

本態様では、エア吹出しノズル９０の吹出口を易動性異物１０の表面に近づけて吹き出してよい。つまり、吹出時においてはエア吹出しノズル９０の吹出口部と易動性異物１０との間の距離を小さくすることがよい。かかる距離としては、例えば５ｍｍ以内、好ましくは３ｍｍ以内、より好ましくは１ｍｍ以内、更により好ましくは０．５ｍｍ以内がよい。かかる距離が小さいと、易動性異物１０に対するエア吹出しノズル９０の吹出力を好適に伝え得る。これにより、新たな固化層が形成されることになる領域２４Ｂ’に存在する易動性異物１０の除去をより好適に行うことができる。

本態様では、上記の＜易動性異物の特定方法＞に従って易動性異物１０の有無（および易動性異物１０の存在箇所）を予め把握し、切削手段４に設置したエア吹出しノズル９０の水平方向の移動経路を予め決定してもよい。これにより、エア吹出しノズル９０が不必要な経路に沿って移動することなく好適な経路に沿って移動するようにエア吹出しノズル９０を移動制御することができる。

本態様では、相対的に大きな寸法を有する易動性異物１０が領域２４Ｂ’に存在し得る場合には、相対的に小さな寸法を有する易動性異物１０と比べてエア吹出しノズル９０の吹出条件を変更可能に制御してもよい。具体的には、相対的に大きな寸法を有する易動性異物１０のためのエア吹出しノズル９０の吹出量を、相対的に小さな寸法を有する易動性異物１０と比べて大きくなるように制御してもよい。また、相対的に大きな寸法を有する易動性異物１０のための吹出速度を、相対的に小さな寸法を有する易動性異物１０と比べて大きくなるように制御してもよい。これにより、易動性異物１０のためのエア吹出しノズル９０の掃出条件が好適に制御され得るため、寸法の違いによる影響を小さくしつつ易動性異物１０の掃出を好適に行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明してきたが、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎない。従って、本発明はこれに限定されず、種々の改変がなされ得ることを当業者は容易に理解されよう。

１０易動性異物
１９粉末
２４Ｂ’ 固化層が形成されることになる領域
２４Ｂ’’ 固化層が形成されることになる領域
２４Ｂ固化層
２４Ａ最直近にて形成された固化層
２４Ａ_１１最直近にて形成された固化層の上面領域
５０ａ、５０ｂ反射光
５０’ 反射光
７０吸引ノズル

Claims

（ｉ）粉末層の所定箇所に光ビームを照射して該所定箇所の粉末を焼結又は溶融固化させて固化層を形成する工程、および
（ｉｉ）得られた固化層の上に新たな粉末層を形成し、該新たな粉末層の所定箇所に光ビームを照射して更なる固化層を形成する工程
により粉末層形成および固化層形成を交互に繰り返して行う三次元形状造形物の製造方法であって、
最直近にて形成された前記固化層上への新たな粉末層の形成に先立って、該固化層の上面領域に存在する易動性異物を除去し、および
前記固化層が形成されることになる領域から得られる反射光に基づいて前記易動性異物の有無を把握する、三次元形状造形物の製造方法。
前記固化層が形成されることになる領域は、前記最直近にて形成された前記固化層の上面領域である、請求項１に記載の三次元形状造形物の製造方法。
前記固化層を切削加工に付す工程を更に含んで成り、
前記易動性異物が、前記固化層の前記切削加工で発生する切削屑である、請求項１または２に記載の三次元形状造形物の製造方法。
前記易動性異物を吸引ノズルを用いて吸引し、前記固化層が形成されることになる領域から前記易動性異物を除去する、請求項１〜３のいずれかに記載の三次元形状造形物の製造方法。