JP6915145B1 - 積層造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウインドウに向けて速度の異なる２層の気流を放出する供給ノズルを利用することにより、ウインドウのサイズが大型化した場合であっても清浄度を維持することができ、不活性ガスの消費流量を削減した積層造形装置を提供すること。【解決手段】本発明の積層造形装置は、チャンバへ不活性ガスを供給する供給口と、供給口に取り付けられ、ウインドウに向けて速度の異なる２層の気流を放出する供給ノズルと、チャンバから前記不活性ガスを排出する排出口を備え、供給ノズルは、入口面が前記供給口に接続された第１のノズル部材と、前記第１のノズル部材の出口面の下方の一部を覆うように取り付けられた複数の通孔を有する網状部材と、前記第１のノズル部材の出口面の上方に取り付けられた第２のノズル部材を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、積層造形装置に関し、特にヒュームをチャンバの外に除去する機能を有する金属粉末積層造形装置に関する。

金属粉末積層造形装置は、一般には、金属３Ｄプリンタとして広く知られている。レーザ光による金属粉末焼結積層造形法においては、造形テーブル上に金属材料粉体を均一に撒布して材料粉体層を形成し、材料粉体層における所定の照射領域にレーザ光を照射して焼結層を形成し、焼結層を積層して一体化させることによって所望の三次元造形物を生成する。

金属材料粉体をレーザ光によって焼結する場合は、材料粉体が変質しないように保護するために、所定の照射領域の周囲の環境を可能な限り酸素が存在しない雰囲気にすることが要求される。そのため、金属粉末積層造形装置は、密閉されたチャンバ内にレーザ光の所定の照射領域を設けて、チャンバに窒素ガスのような不活性ガスを供給して、酸素濃度が十分に低い雰囲気下でレーザ光を照射できるようにされている。

また、材料層にレーザ光または電子ビームを照射して、材料層を焼結または溶融させて固化層を形成する際、ヒュームとよばれる金属蒸気が発生する。ヒュームがチャンバ内に存在すると、ヒュームがレーザ光または電子ビームを遮蔽したり、チャンバの上面に設けられるウインドウ等の光学部品にヒュームが付着したりするなどして、造形品質の低下を引き起こす可能性があった。

そのため、従来の積層造形装置においては、チャンバに不活性ガスを供給するとともに、チャンバ内のヒュームを含む不活性ガスを排出して、チャンバ内を清浄な不活性ガス雰囲気に維持している。また、排出した不活性ガスを再利用するため、チャンバから排出された不活性ガスはヒュームコレクタへと送られ、ヒュームが除去された上でチャンバに返送されることがなされている。

特許文献１には、チャンバ１１に第１の供給口１３、第２の供給口１４が設けられた積層造形装置が開示されている。本発明においては、チャンバ１１の壁面に設けられた第１の供給口１３から不活性ガスをチャンバ１１に供給することで、照射領域の周囲のヒュームを回収するとともに酸素濃度を十分低下させ材料粉体が変質しないように保護する。さらに、チャンバ１１の上面に設けられた第２の供給口１４からウインドウ１２を覆うように設けられた汚染防止装置５を介して不活性ガスを供給することで、ウインドウ１２がヒュームによって汚染されることを防止するとともに、レーザ光Ｌの照射経路を横断しようとするヒュームを照射経路から排除する。

特許文献２には、加工領域３２内の気体が光学装置格納領域３１に移動しないようシールドガスＳＧをチャンバ２０の外部から加工領域３２の内部に向って吐出するガス吐出装置７０が開示されている。ガス吐出装置７０から、加工領域３２、負圧ポンプ７１の吸入口７１ａを通るシールドガスＳＧの流れを形成することで、光学装置格納領域３１に向かう気体等の逆流を防止し、スパッタやヒュームによる光学系部品の汚染を抑制する。

特許文献３には、電磁放射の指向性ビームによる原料処理のための処理槽において、連接窓（９）と、前記連接窓（９）の一方の側に設けられ、第１ガス（１８）が前記連接窓の窓面（９ａ）上で実質的に接線方向に流れ込むように策定された第１注入口（１６）と、第２ガス（２５）が前記第１ガス（１８）の流れと実質的に同一方向で前記窓面（９ａ）から距離を隔てて流れ込むように策定されて設けられた第２注入口（２３）とを備えたものが開示されている。上述した発明における処理槽を有する装置は、第２ガスが連接窓から離れた方向で流れているので、処理面から発生する汚れを取り込んだガスを連接窓から引き離すことが可能で、連接窓の光学面は、清潔さをより効果的に維持することができる。

特許第６６１１１４１号公報 特開２０１８−１７６２１４号公報 特表２００８−５４２５５０号公報

従来の積層造形装置においては、チャンバに不活性ガスを供給してチャンバ内のヒュームを回収し、その後ヒュームを含む不活性ガスを排出させることにより、チャンバ内に不活性ガスを循環させて造形領域に存在するヒュームを回収することが行われている。
また、材料層を焼結または溶融させて固化層を形成する際にヒュームが光学部品であるウインドウに付着すると、レーザ光または電子ビームによって付着物の温度が上昇してウインドウが変形し、本来造形面に調整されたレーザ焦点位置がずれて造形不良が生じる可能性がある。よって、ウインドウの外周から不活性ガスを勢いよく放出し、不活性ガスの風圧によりウインドウにヒュームが付着するのを防止している。

このように従来から不活性ガスは、チャンバ内のヒューム回収用およびウインドウへのヒューム付着防止用として使用されており、特許文献１および３の発明のように第１および第２の供給口を設けることで実現する構成や、特許文献２のように１つの供給口で実現する構成がとられている。

しかしながら、例えば積層造形装置に複数台のガルバノスキャナが搭載される等により、ウインドウのサイズが大型化した場合、不活性ガスの風圧によってウインドウにヒュームが付着するのを防止するためには大量の不活性ガスを放出する必要がある。その結果、不活性ガスの消費量が増加し、積層造形装置を駆動するためのランニングコストが高騰する問題が生じていた。またウインドウのサイズによっては、大量の不活性ガスを放出したとしてもウインドウの清浄度を維持することが困難である問題が生じていた。

上記課題に鑑み、本願発明者らはさらに鋭意検討した結果、（１）供給口に設けられたノズルの形状等に工夫を凝らすことにより、ひとつの供給口から速度の異なる２層の気流を生成することが可能であること、および（２）上述の２層の気流を使用することにより、光学部品のウインドウ等の汚れの防止および造形領域のヒュームの除去を一度に効率的に行うことが可能であることを見出した。

よって本発明は、ウインドウ等の光学部品にヒュームが付着することを防ぎ、チャンバから効率よくヒュームを除去することができる積層造形装置を提供することを主たる目的とする。本発明によって得ることができるいくつかの利点は、本発明の実施の形態の説明において、詳しく記述される。

本発明の積層造形装置は、造形領域を覆うチャンバと、前記チャンバの上方に設けられ、前記造形領域に形成された材料層にレーザ光または電子ビームを照射して固化層を形成する照射装置と、前記チャンバの上部かつ前記照射装置の下方に設けられ、前記レーザ光または前記電子ビームを透過するウインドウと、前記チャンバへ不活性ガスを供給する供給口と、前記供給口に取り付けられ、前記ウインドウに向けて速度の異なる２層の気流を放出する供給ノズルと、前記供給口と相対する前記チャンバの壁面に設けられる前記不活性ガスを排出する排出口を備え、前記供給ノズルは、入口面が前記供給口に接続された第１のノズル部材と、前記第１のノズル部材の出口面に設けられる網状部材と、入口面が前記第１のノズル部材の出口面に接続された第２のノズル部材と、前記第２のノズル部材に設けられる複数の区画部材とから構成され、前記網状部材は、前記第１のノズル部材の出口面の下方の一部を覆うように前記第１のノズル部材の出口面の底面から立直した状態で取り付けられ、複数の通孔を有し、前記第２のノズル部材は、前記第１のノズル部材の出口面の上方に取り付けられると共に前記網状部材の上端に入口側の底面が接し、前記ウインドウの下方で前記ウインドウのガラス面と略平行に出口側の底面が設けられ、前記複数の区画部材は、前記第２のノズル部材の内部に流れる前記不活性ガスを前記ウインドウのガラス面の下方全域に平面状に放出し、前記第１のノズル部材の底面と前記第２のノズル部材の入口側の底面が平行となるように設けられ、前記第１の供給口から導入された前記不活性ガスのうち、上方の気流は前記第２のノズル部材の内部を通って第１の気流として前記チャンバ内へと放出され、下方の気流は前記網状部材の複数の通孔を通過して前記第１の気流よりも速度の小さい第２の気流として前記チャンバ内へ放出されることを特徴とする。

ここで、「供給口」とは本実施形態においては第１の供給口を指すものとする。
本発明の供給ノズルを使用して不活性ガスを供給することで、ウインドウに近接した領域においてはウインドウのガラス面と略平行の高速（高速層）の気流を発生させ、高速の気流の下には高速の気流と略平行の低速（低速層）の気流を発生させることができる。高速層の気流は、気圧の変化によりウインドウから離れる方向の新たな気流を発生させるため、ウインドウの清浄状態を維持することが可能となるうえ、ウインドウ側へのヒュームの侵入を阻止することができる。また高速層の気流の下に発生した低速層の気流が造形領域のヒュームを捕獲して、ヒュームをチャンバの外に排出することができる。

本発明の積層造形装置は、第２のノズル部材が内部に流れる前記不活性ガスを平面状にするための複数の区画部材を有すること、前記第２のノズル部材の気流出口の上方が開放された前記第２のノズル部材を有することを特徴とする。
本発明によれば、不活性ガスが区画部材により区切られて放出されるため、不活性ガスが高速化されるとともに不活性ガスの流れが平面状となり、ウインドウのガラス面の下方全域に高速の気流を発生させることができる。

本発明の積層造形装置は、チャンバの外壁が前記ウインドウの取付位置から前記排出口の取付位置まで、水平方向から傾斜した形状をなすことを特徴とする。
また本発明の積層造形装置は、排出口が断面台形状に形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、チャンバの外壁がウインドウの取付位置から排出口の取付位置まで水平方向から傾斜した形状をなしており、また排出口が断面台形状に形成されているため、供給ノズルから供給された不活性ガスがウインドウの下方を通過し、チャンバの外壁に沿って滑らかに排出口から排出される。よってヒュームを効率的に排出することが可能となる。

本発明の積層造形装置は、前記照射装置が複数のガルバノスキャナを有することを特徴とする。
本発明によれば、供給ノズルから２層の気流を発生させてウインドウの下方を通過させることによりウインドウの汚れの防止しているため、ウインドウのサイズが大型化した場合であっても大量の不活性ガスを放出する必要がなく、積層造形装置を駆動するためのランニングコストを削減することが可能である。

本発明は、ウインドウに向けて速度の異なる２層の気流を放出する供給ノズルを利用することにより、ウインドウのサイズが大型化した場合であっても清浄度を維持することができ、不活性ガスの消費流量を削減した積層造形装置を提供することが可能となる。

本実施形態の積層造形装置１００を示す概略構成図である。 上記実施形態の照射装置４を示す概略構成図である。 上記実施形態の照射装置４のその他の例を示す概略構成図である。 上記実施形態の供給ノズル６を示す図１のＡを拡大した概略斜視図である。 上記実施形態の供給ノズル６を示す図１のＡを拡大した概略斜視図２である。 上記実施形態のウインドウ１２周辺の気流の流れを示した模式図である。 上記実施形態のチャンバ１１内に流れる気流の流れを示した模式図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各種特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。

図１は、本実施形態の積層造形装置１００を示す概略構成図である。図１に示すように、本実施形態の積層造形装置は、チャンバ１１と、チャンバ１１内に設けられた材料層形成装置３と、照射装置４と、不活性ガス給排機構５と、供給ノズル６を備える。

チャンバ１１は、不活性ガスの給排経路を除いて実質的に密閉されるように構成された筐体であり、所望の三次元造形物が形成される領域である造形領域Ｒを覆う。
チャンバ１１は、上部に設けられたレーザ光Ｌを透過するウインドウ１２と、不活性ガスの第１，第２の供給口１３，１４と、第１，第２の供給口１３，１４と相対する壁面に設けられた不活性ガスの排出口１５を有する。チャンバ１１の外壁形状は第１の供給口から放出された不活性ガスがウインドウ１２の下方を通過し、その後チャンバ１１の壁面に沿って排出口１５まで滑らかに流れるように設計されている。具体的には、第１の供給口１３が設けられた面と相対する壁面はウインドウ１２の取付位置から排出口１５の取付位置まで、水平方向から傾斜した形状をなしている。
第１，第２の供給口１３，１４は、所定の濃度の不活性ガスをチャンバ１１に供給する供給口であり、不活性ガス供給装置５１およびヒュームコレクタ５２と接続されている。第１，第２の供給口１３，１４を介して、不活性ガス供給装置５１で生成された不活性ガスおよびヒュームコレクタ５２によってヒュームが除去された不活性ガスをチャンバ１１に返送する。
第１の供給口１３は、チャンバ１１の壁面上方のウインドウ１２に近接した位置に設けられ、第２の供給口１４は、チャンバ１１の壁面下方に設けられている。
排出口１５は、チャンバ１１内のヒュームを含んだ不活性ガスを外部へ排出する排出口であり、チャンバ１１内の不活性ガスを吸引しやすいように断面台形状に形成されている。排出口１５は、第１の供給口１３と相対するチャンバ１１の壁面で、第１の供給口１３の断面略対角線上に設けることが望ましく、具体的にはチャンバ１１の壁面下方に設けることが望ましい。

材料層形成装置３は、造形領域Ｒを有するベース台３１と、ベース台３１上に配置され水平１軸方向に移動可能に構成されたリコータヘッド３２と、を含む。リコータヘッド３２の両側面にはそれぞれブレードが設けられる。リコータヘッド３２は、不図示の材料供給装置から材料粉体が供給され、内部に収容した材料粉体を底面から排出しながら水平１軸方向に往復移動する。このとき、ブレードは排出された材料粉体を平坦化して材料層２２を形成する。造形領域Ｒには、造形テーブル駆動装置３３により鉛直方向に移動可能な造形テーブル３４が設けられる。積層造形装置の使用時には、造形テーブル３４上にベースプレート２１が配置され、ベースプレート２１上に材料層２２が形成される。

第１の供給口１３から供給された不活性ガスの気流は、ウインドウ１２の下方を通過し、その後チャンバ１１の壁面に沿って流れて最後に排出口１５から排出される。第１の供給口１３からの不活性ガスの気流の効果により、造形領域Ｒの上方のヒュームの除去およびウインドウ１２の汚れの防止が可能となる。
また、第２の供給口１４から供給された不活性ガスの気流は、造形テーブル３４の上方を通過し、その後、排出口１５から排出される。第２の供給口１４からの不活性ガスの気流の効果により、造形テーブル３４の上面において生じる焼結時のヒュームを排出口１５へ流すことができる。
本実施形態においては、チャンバ１１には２つの供給口と１つの排出口が設けられていたが、第２の供給口１４を省略することも可能である。また、不活性ガス給排機構５と接続される供給口と、ヒュームコレクタ５２と接続される供給口は、別個に設けられてもよい。
さらにウインドウ１２にヒュームが付着することを最小限にしたい場合には、第１の供給口１３には不活性ガス供給装置５１のみを接続し、第１の供給口１３に再利用した不活性ガスの供給を行わないことも可能である。

図２は、上記実施形態の照射装置４を示す概略構成図である。
照射装置４が、チャンバ１１の上方に設けられる。本実施形態の照射装置４は、造形領域Ｒ上に形成される材料層２２の所定箇所にレーザ光Ｌを照射して、照射位置の材料粉体を焼結または溶融して固化層２３を形成する。図２に示すように、照射装置４は、光源４１と、コリメータ４３と、フォーカス制御ユニット４５と、ガルバノスキャナと、を含む。ガルバノスキャナは、Ｘ軸ガルバノミラー４７およびＹ軸ガルバノミラー４９と、Ｘ軸ガルバノミラー４７およびＹ軸ガルバノミラー４９を回転させるアクチュエータと、を有する。

光源４１はレーザ光Ｌを生成する。ここで、レーザ光Ｌは、材料層２２を可能なものであればその種類は限定されず、例えば、ＣＯ_２レーザ、ファイバレーザまたはＹＡＧレーザである。コリメータ４３は、光源４１より出力されたレーザ光Ｌを平行光に変換する。フォーカス制御ユニット４５は、光源４１より出力されたレーザ光Ｌを集光し所望のスポット径に調整する。２軸のガルバノスキャナは、光源４１より出力されたレーザ光Ｌを２次元走査する。具体的に、Ｘ軸ガルバノミラー４７およびＹ軸ガルバノミラー４９は、不図示の制御装置から入力される回転角度制御信号の大きさに応じて回転角度が制御され、それぞれＸ軸方向およびＹ軸方向にレーザ光Ｌを走査させる。

Ｘ軸ガルバノミラー４７およびＹ軸ガルバノミラー４９を通過したレーザ光Ｌは、チャンバ１１の上面に設けられたウインドウ１２を透過して造形領域Ｒに形成された材料層２２に照射される。ウインドウ１２は、レーザ光Ｌを透過可能な材料で形成される。例えば、レーザ光ＬがファイバレーザまたはＹＡＧレーザの場合、ウインドウ１２は石英ガラスで構成可能である。

なお、照射装置４は、例えば電子ビームを照射して材料層２２を固化させて固化層２３を形成するものであってもよい。例えば、照射装置４は、電子を放出するカソード電極と、電子を収束して加速するアノード電極と、磁場を形成して電子ビームの方向を一方向に収束するソレノイドと、被照射体である材料層２２と電気的に接続されカソード電極との間に電圧を印加するコレクタ電極と、を含むよう構成されてもよい。

図３は、上記実施形態の照射装置４のその他の例を示す概略構成図である。
照射装置４は、複数のガルバノスキャナを並べて配置した構成であってもよい。具体的には、照射装置４は第１及び第２の光源４１ａ，４１ｂと、第１及び第２フォーカス制御ユニット４５ａ，４５ｂと、第１及び第２のＸ軸ガルバノミラー４７ａ，４７ｂと第１及び第２のＹ軸ガルバノミラー４９ａ，４９ｂを備える。不図示の制御装置により第１及び第２のＸ軸及びＹ軸のガルバノミラー４７ａ，４７ｂ，４９ａ，４９ｂを駆動してレーザ光Ｌ１，Ｌ２を走査する。レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、チャンバ１１の上面に設けられたウインドウ１２を透過して造形領域Ｒに形成された材料層２２に照射される。複数台のガルバノスキャナを搭載した積層造形装置１００で使用されるウインドウ１２のサイズは大型となる。

以上に説明した材料層形成装置３および照射装置４により、所望の三次元造形物が造形される。まず、ベースプレート２１を載置した状態で造形テーブル３４の高さを適切な位置に調整する。次にリコータヘッド３２を造形領域Ｒの図１における左側から右側に移動させ、ベースプレート２１上に１層目の材料層２２を形成する。次に、１層目の材料層２２の所定位置にレーザ光Ｌを照射し、１層目の固化層２３を形成する。同様に、造形テーブル３４の高さを材料層２２の１層分下げ、リコータヘッド３２を造形領域Ｒの図１における右側から左側に移動させることによって、１層目の固化層２３上に２層目の材料層２２を形成する。次に、２層目の材料層２２の所定位置にレーザ光Ｌを照射して２層目の固化層２３を形成する。１層目の固化層２３と２層目の固化層２３は、互いに固着される。以上の工程を繰り返すことによって、３層目以降の固化層２３が順次形成される。このようにして、材料層２２と固化層２３の形成が繰り返され、所望の三次元造形物が造形される。

不活性ガス給排機構５は、チャンバ１１内に所定濃度の不活性ガスを充満させるとともに、チャンバ１１からヒュームを含んだ不活性ガスを排出し、排出された不活性ガスからヒュームを除去した上でチャンバ１１内に返送する装置である。
不活性ガス給排機構５は、不活性ガス供給装置５１と、ヒュームコレクタ５２と、ダクトボックス５３，５４を備える。

不活性ガス供給装置５１は、所定濃度の不活性ガスをチャンバ１１に供給する装置であり、具体的には周囲の空気から不活性ガスを生成する不活性ガス発生装置、または不活性ガスが貯留されたガスボンベである。なお、不活性ガスとは、金属材料でなる材料層２２、金属材料が固化してなる固化層２３、および酸素を含む他の気体と実質的に反応しないガスであり、例えば窒素である。

ヒュームコレクタ５２は、チャンバ１１から排出された不活性ガスからヒュームを除去した上で、チャンバ１１に返送する部材であり、フィルタ式の部材が用いられる。ヒュームコレクタ５２はダクトボックス５３，５４を介してチャンバ１１に接続される。

図４は、上記実施形態の供給ノズル６を示す図１のＡを拡大した概略斜視図であり、図５は、上記実施形態の供給ノズル６を示す図１のＡを拡大した概略斜視図２である。
供給ノズル６は、第１の供給口１３から供給される不活性ガスから速度の異なる２層の気流を生成する部材であり、入口が第１の供給口１３に設けられ、出口がウインドウ１２に近接するように設けられている。供給ノズル６は、第１のノズル部材６１と、網状部材６２と、第２のノズル部材６３と、複数の区画部材６４から構成される。
第１のノズル部材６１は、内部が空洞となった矩形状の部材であり、入口面６１ａが第１の供給口１３に接続され、出口面６１ｂには、網状部材６２および第２のノズル部材６３が設けられている。図５においては、内部構造を説明するために便宜上、第１のノズル部材６１の外壁面６１ｃは省略されている。
網状部材６２は、複数の通孔を有する平板状の部材であり、第１のノズル部材６１の出口面６１ｂの下方の一部を覆うように第１のノズル部材６１の底面６１ｄから立直した状態で設けられている。網状部材６２により第２の気流出口６ｂが形成されている。
第２のノズル部材６３は、くの字状に形成された左右に外壁面６３ｃを有する皿状の部材であって、内部に区画部材６４が複数設けられている。第２のノズル部材６３は第１のノズル部材６１の出口面６１ｂの上方に、入口側の底面６３ｄが第１のノズル部材６１の底面６１ｄと平行となるように設けられている。また、第２のノズル部材６３の出口側の底面６３ｅはウインドウ１２の下方でかつウインドウ１２のガラス面と略平行となるように設けられている。ここで、第２のノズル部材６３の出口を第１の気流出口６ａと記す。
区画部材６４は、くの字状に形成された平板状の部材であり、第２のノズル部材６３の内部に外壁面６３ｃと略平行に立設し、一定の間隔を空けて複数設けられている。

図６は、上記実施形態のウインドウ１２周辺の気流の流れを示した模式図であり、図７は、上記実施形態のチャンバ１１内に流れる気流の流れを示した模式図である。
第１の供給口１３から導入された不活性ガスは、第１のノズル部材６１の入口面６１ａから第１のノズル部材６１の内部を通り、第１のノズル部材６１の出口面６１ｂへと流れる。その後、不活性ガスの下方の気流は網状部材６２の複数の通孔を通過し、第２の気流出口６ｂから第２の気流Ｆ２としてチャンバ１１内へと放出される。一方、不活性ガスの上方の気流は第２のノズル部材６３の内部を通って区画部材６４により平面状に広がり、第１の気流Ｆ１として第１の気流出口６ａからチャンバ１１内へと放出される。第１の気流Ｆ１は、ウインドウ１２のガラス面と略平行の気流となって、ウインドウ１２のガラス面全面の下方を横切るように流れる。
第２の気流Ｆ２は、網状部材６２の複数の通孔を通過したことにより第１の気流Ｆ１よりも速度が小さくなっている。第２の気流Ｆ２は気圧の違いから第１の気流Ｆ１に引き寄せられ、速度の異なる第１の気流Ｆ１と第２の気流Ｆ２の２層の気流がウインドウ１２のガラス面と略平行にウインドウ１２の下方を流れる。
図６に示すように、ウインドウ１２に近接した領域においては、高速の第１の気流Ｆ１（高速層）が形成され、ウインドウ１２から少し離れた領域において低速の第２の気流Ｆ２（低速層）が形成されている。よって、ウインドウ１２の近接した領域では、風速の違いよる気圧の変化によって高速層（第１の気流Ｆ１）に引き寄せられる低速の気流Ｆ３が発生する。気流Ｆ３は、常にウインドウ１２から離れる方向の気流となるため、ウインドウ１２側へのヒュームの進入を防ぐことができ、ウインドウ１２の清浄状態が維持される。
また図７に示すように、高速層である第１の気流Ｆ１はチャンバ１１の壁面に沿って排出口１５から排出される。その際に、造形領域Ｒから湧き上がってくるヒュームは高速層（第１の気流Ｆ１）に引き寄せられて新たな気流Ｆ４となり、さらに低速層である第２の気流Ｆ２が造形領域Ｒのヒュームを捕獲して、ヒュームを含んだ第２の気流Ｆ２および気流Ｆ４は高速層（第１の気流Ｆ１）と一緒に排出口１５から排出される。

このように、ウインドウ１２に近接した領域においては常にウインドウ１２から離れる方向の気流Ｆ３を形成するため、ウインドウ１２のサイズが大型化した場合であっても気流Ｆ３によりウインドウ１２へのヒュームの付着を好適に防ぐことができる。また高速の第１の気流Ｆ１自体は造形領域Ｒからウインドウ１２側へのヒュームの進入をブロックする役割を担い、さらに造形領域Ｒから湧き上がってくるヒュームを含んだ第２の気流Ｆ２および気流Ｆ４を引き寄せて排出口１５から排出するため、チャンバ１１内のヒュームの回収およびウインドウ１２へのヒューム付着防止の二つの目的を一度に達成することが可能となる。

第２のノズル部材６３の幅は、第１の気流Ｆ１がウインドウ１２のガラス面の下方全域に流れるようにウインドウ１２のガラス面の幅と略同一の幅に形成されていてもよい。そうすれば、好適にウインドウ１２の全面を保護することが可能となる。

以上の通り、本発明の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態で示した各技術的特徴は、技術的に矛盾が生じない範囲で互いに組み合わせ可能である。これら実施形態および変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１１ チャンバ
１２ ウインドウ
１３ 第１の供給口
１４ 第２の供給口
１５ 排出口
２１ ベースプレート
２２ 材料層
２３ 固化層
３ 材料層形成装置
３１ ベース台
３２ リコータヘッド
３３ 造形テーブル駆動装置
３４ 造形テーブル
４ 照射装置
５ 不活性ガス給排機構
５１ 不活性ガス供給装置
５２ ヒュームコレクタ
５３，５４ ダクトボックス
６ 供給ノズル
Ｒ 造形領域

Claims (5)

1. 造形領域を覆うチャンバと、
   前記チャンバの上方に設けられ、前記造形領域に形成された材料層にレーザ光または電子ビームを照射して固化層を形成する照射装置と、
   前記チャンバの上部かつ前記照射装置の下方に設けられ、前記レーザ光または前記電子ビームを透過するウインドウと、
   前記チャンバへ不活性ガスを供給する供給口と、
   前記供給口に取り付けられ、前記ウインドウに向けて速度の異なる２層の気流を放出する供給ノズルと、
   前記供給口と相対する前記チャンバの壁面に設けられる前記不活性ガスを排出する排出口を備え、
   前記供給ノズルは、入口面が前記供給口に接続された第１のノズル部材と、前記第１のノズル部材の出口面に設けられる網状部材と、入口面が前記第１のノズル部材の出口面に接続された第２のノズル部材と、前記第２のノズル部材に設けられる複数の区画部材とから構成され、
   前記網状部材は、前記第１のノズル部材の出口面の下方の一部を覆うように前記第１のノズル部材の出口面の底面から立直した状態で取り付けられ、複数の通孔を有し、
   前記第２のノズル部材は、前記第１のノズル部材の出口面の上方に取り付けられると共に前記網状部材の上端に入口側の底面が接し、前記ウインドウの下方で前記ウインドウのガラス面と略平行に出口側の底面が設けられ、
   前記複数の区画部材は、前記第２のノズル部材の内部に流れる前記不活性ガスを前記ウインドウのガラス面の下方全域に平面状に放出し、
   前記第１のノズル部材の底面と前記第２のノズル部材の入口側の底面が平行となるように設けられ、
   前記供給口から導入された前記不活性ガスのうち、上方の気流は前記第２のノズル部材の内部を通って第１の気流として前記チャンバ内へと放出され、下方の気流は前記網状部材の複数の通孔を通過して前記第１の気流よりも速度の小さい第２の気流として前記チャンバ内へ放出されることを特徴とする積層造形装置。
2. 前記第２のノズル部材の気流出口の上方が開放された前記第２のノズル部材を有することを特徴とする請求項１記載の積層造形装置。
3. 前記チャンバの外壁は、前記ウインドウの取付位置から前記排出口の取付位置まで、水平方向から傾斜した形状をなすことを特徴とする請求項１または２記載の積層造形装置。
4. 前記排出口は、断面台形状に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の積層造形装置。
5. 前記照射装置は、複数のガルバノスキャナを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の積層造形装置。

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