JP6109987B2 - 積層造形装置用のノズルおよび積層造形装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、積層造形装置用のノズルおよび積層造形装置に関する。

従来、積層造形物を形成する積層造形装置が知られている。積層造形装置は、ノズルから材料の粉体を供給するとともにレーザー光を出射することにより粉体を溶融させて材料の層を形成し、当該層を積み重ねることにより積層造形物を形成する。

特開２００９−１９００号公報

従来においては、例えば、紛体の飛散による造形精度の劣化、および、ヒュームによる造形物の品質劣化などが課題となっている。そこで、この種の装置においては、例えば、粉体の供給や、粉体やヒュームの排出（回収）等について改善可能な新規な構成が得られれば、有意義である。

実施形態の積層造形装置のノズルは、出射部と、材料供給部と、排気部と、を備える。出射部からは、エネルギー線が出射される。材料供給部には、材料の粉体を射出する材料供給口が設けられる。排気部には、材料が排出される排気口が設けられる。材料供給口と排気口とは材料の粉体の流れができるように間隔をあけて配置される。出射部は、材料供給口から排気口に向かう材料の粉体の流れの少なくとも一部と交差するようにエネルギー線を出射可能に設けられる。

図１は、第１実施形態の積層造形装置の概略構成の一例が示された図である。 図２は、第１実施形態の積層造形装置のノズルの概略構成が示された模式的な断面図である。 図３は、第１実施形態の積層造形装置のノズルの先端部の平面図（下面図）である。 図４は、第１変形例のノズルの概略構成が示された模式的な斜視図である。 図５は、第２実施形態の積層造形装置の概略構成の一例が示された図である。 図６は、第２実施形態のノズルの概略構成が示された模式的な斜視図である。 図７は、第３実施形態のノズルの概略構成が示された模式的な斜視図である。

以下、本発明の例示的な実施形態および変形例が開示される。以下に示される実施形態および変形例の構成や制御（技術的特徴）、ならびに当該構成や制御によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明の実施形態および変形例においては、エネルギー線としてレーザー光を利用している。エネルギー線としては、レーザー光のように材料を溶融できるものであればよく、電子ビームや、マイクロ波から紫外線領域の電磁波などであってもよい。

また、以下に開示される複数の実施形態および変形例には、同様の構成要素が含まれる。以下では、同様の構成要素には共通の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される。

＜第１実施形態＞
図１に示されるように、積層造形装置１は、ステージ１２や、移動装置１３、ノズル装置１４、光源４１等を備えている。

積層造形装置１は、ステージ１２上に配置された対象物１１０の造形スポット１１０ｃにノズル装置１４で材料１２１を供給するのと並行して、レーザー光２００をその造形スポット１１０ｃに集光して照射する。これにより、材料１２１と対象物１１０が溶接される。このような動作を繰り返すことにより、材料１２１が対象物１１０に積層され、所定の形状の積層造形物（造形物）が造形できる。材料１２１は、粉末状の金属材料や、樹脂材料などである。造形には、一つ以上の材料１２１が用いられる。材料１２１は、タンク３１ａに収容されている。レーザー光２００は、エネルギー線の一例である。なお、レーザー光以外のエネルギー線を用いてもよい。

ノズル装置１４は、ノズル３３に供給管３４と排出管３５を備えた構造をしている。供給管３４は供給装置３１に接続されており、材料１２１がタンク３１ａから供給装置３１と供給管３４を通して供給される。また、排出管３５は排出装置３２に接続されており、材料１２１が排出管３５と排出装置３２を通してタンク３１ａに排出される。

光源４１は、ケーブル２１０を介して光学系４２に接続されている。光源４１は、発振素子（図示されず）を有し、発振素子の発振により、レーザー光２００を出射する。光源４１は、射出するレーザー光のパワー密度を変更することが可能である。

レーザー光２００は、ノズル３３に備えられた集光レンズ３３６にケーブル２１０を介して照射され、集光レンズ３３６によって造形スポット１１０ｃに集光される。これにより、造形スポット１１０ｃは溶融される。

次に、積層造形装置１による造形方法について説明する。造形スポット１１０ｃにレーザー光２００が集光され、対象物１１０が溶融される。同時に、ノズル３３から材料１２１が供給され、造形スポット１１０ｃに積層される。ここで、造形スポット１１０ｃに供給される材料１２１は、レーザー光２００によって昇温されている。このため、造形スポット１１０ｃにおいて、材料１２１と対象物１１０の温度差が低減され、両者がより密に積層される。つまり、造形物の密度を高めることが可能となる。

ここで、図２，３を参照し、本実施形態の例示的なノズル３３の詳細な構成および機能を説明する。以下では、説明の便宜上、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向が定められる。Ｘ方向は、図２では右方向であり、Ｙ方向は、図２では紙面と垂直な方向であり、Ｚ方向は、図２では上方向である。ステージ１２の上面は、Ｘ方向とＹ方向とで張られる二次元平面に沿って広がる。積層造形装置１では、ノズル３３およびステージ１２のうち少なくとも一方がＸ方向およびＹ方向に移動することによりノズル３３とステージ１２とが相対的に移動し、Ｘ方向およびＹ方向の平面に沿って材料を積層できる。そして、材料１２１が順次Ｚ方向に積層されることで、立体的な積層造形物が形成される。Ｘ方向およびＹ方向は、水平方向や横方向等と称されうる。Ｚ方向は、鉛直方向や、垂直方向、高さ方向、厚さ方向、縦方向等と称されうる。

ノズル３３は、ボディ３３０を備える。ボディ３３０は、曲面形状を有し、例えば、窒化ホウ素（セラミック材料）等、耐熱性の高い材料で構成される。ボディ３３０の長手方向（軸方向）は、例えば、Ｚ方向に沿う。ボディ３３０の短手方向（幅方向）は、例えば、Ｘ方向に沿う。また、ボディ３３０の奥行き方向はＹ方向に沿う。ただし、長手方向がＺ方向である必要はなく、Ｘ方向あるいはＹ方向でもよい。短手方向についても同様である。ボディ３３０は、外面（面）としての、下面３３１や、側面３３２ａ，３３２ｂ等を有する。下面３３１は、ボディ３３０の長手方向の端部（下端）に位置され、端面とも称されうる。下面３３１は、造形スポット１１０ｃと面する。下面３３１は、造形スポット１１０ｃ側に凸（下に凸）の曲面状に形成されている。側面３３２ａ，３３２ｂは、ボディ３３０の短手方向の端部に位置され、周面とも称され得る。側面３３２ａ，３３２ｂは、幅方向の外側に向けて凸（左または右に凸）の曲面状に形成されている。ボディ３３０の幅方向と奥行き方向に沿った断面、すなわち長手方向と直交する断面の形状は、例えば、四角形状（例えば、長方形状）である。一方、長手方向と幅方向に沿った断面において、ボディ３３０は、先端側に向かうにつれて細くなる先細り形状を備えるとともに、幅方向に沿う形状を備えている。例えば、このような先端形状として、円弧形状がある。

ボディ３３０には、複数の開口部３３３，３３４，３３５が設けられている。開口部３３３は、貫通孔であり、ボディ３３０の幅方向の中央部で、ボディ３３０の軸方向（Ｚ方向）に沿って延び、下面３３１の中央部で開口されている。開口部３３３は、略円形の断面を有している。開口部３３３には、ケーブル２１０等を介してレーザー光２００が導入される。開口部３３３は、レーザー光２００（光束）の通路である。すなわち、開口部３３３には、ノズル３３またはノズル３３外に設けられたレンズ３３６で集束されたレーザー光２００が通される。図２において、開口部３３３はレーザー光２００の光束に沿って開口しているように描いたが、必ずしもレーザー光２００の光束に沿って開口する必要はない。つまり、レーザー光２００が通過すればどのような開口形状でも構わない。ただし、このようにレーザー光２００の光束に沿って開口することにより、開口端３３３ａから流入してくるヒュームの量を低減することができる。開口部３３３を通ったレーザー光２００は、開口端３３３ａから造形スポット１１０ｃに向けて出射され、集光位置Ｐｃで集光される。集光位置Ｐｃは、下面３３１から所定距離離れた位置に設定される。ボディ３３０は、出射部の一例である。この図において、集光位置Ｐｃは、下面３３１から離れた場所に描いたが、実際には下面３３１の近傍である。

開口部３３４は、貫通孔であり、ボディ３３０の幅方向の端部（図２の例では右側）で、ボディ３３０の軸方向に沿って延び、下面３３１で開口されている。開口部３３４は、側面３３２ａおよび下面３３１に略沿って延びている。すなわち、開口部３３４は、上方ではＺ方向に略沿って延び、下方に向かうにつれて徐々にレーザー光２００側に（図２において、Ｘ方向の負側）向けて曲がり、下面３３１で開口されている。開口部３３４は、下面３３１に沿って開口されている。開口部３３４の開口端３３４ａでの開口方向（開放方向）は、Ｘ方向に略沿っている。開口端３３４ａの少なくとも一部は、開口端３３３ａよりもボディ３３０の先端側に位置されている。先端側は、レーザー光２００の出射方向側、あるいは造形スポット１１０ｃに近い側でもある。また、図３に、Ｚ軸の負の方向から見た、ボディ３３０の先端部のＸＹ面を示す。この図に示されるように、開口端３３４ａは、開口端３３３ａに比べて下面３３１の中心からの距離が大きいところに位置されている。開口部３３４は、少なくとも開口端３３４ａの近傍の領域では、Ｙ方向に細長い長方形状の断面を有している。すなわち、開口部３３４は、スリット状の貫通孔である。開口部３３４は、レーザー光２００に沿いつつ、しだいにレーザー光２００に近づくように延びたスリット状に形成されている。レーザー光２００に近接する領域において、開口端３３４ａと開口端３３５ａが対向する方向と、レーザー光２００の射出方向は直交することが望ましい。このとき、開口端３３４ａから供給される粉体は造形スポット１１０ｃの表面に沿って運ばれ、紛体が造形スポット１１０ｃに衝突して飛散される成分を低減できる。開口部３３４は、供給管３４等を介して供給装置３１に接続されている。開口部３３４は、気体や、材料１２１等を供給する通路として用いられる。開口部３３４は、給気口および材料供給口の一例であり、ボディ３３０は、給気部および材料供給部の一例である。

開口部３３５は、貫通孔であり、ボディ３３０の幅方向他方側（図２の例では左側）の端部で、ボディ３３０の軸方向に沿って延び、下面３３１で開口されている。開口部３３５は、側面３３２ｂおよび下面３３１に略沿って延びている。すなわち、開口部３３５は、上方ではＺ方向に略沿って延び、下方に向かうにつれて徐々にＸ方向の正側（図２の右側、レーザー光２００側）に向けて曲がり、下面３３１で開口されている。開口部３３５は、下面３３１に沿って開口されている。開口部３３５の開口端３３５ａでの開口方向（開放方向）は、Ｘ方向に略沿っている。開口端３３５ａの少なくとも一部は、開口端３３３ａよりも、ボディ３３０の先端側に位置されている。先端側は、レーザー光２００の出射方向側、あるいは造形スポット１１０ｃに近い側でもある。また、図３に示されるように、開口端３３５ａは、開口端３３３ａよりも下面３３１の中心から離れて位置されている。開口部３３５は、少なくとも開口端３３４ａの近傍の領域では、Ｙ方向に細長い長方形状の断面を有している。すなわち、開口部３３５は、スリット状の貫通孔である。開口部３３５は、レーザー光２００の出射方向に沿いつつ、しだいにレーザー光２００に近づくように延びたスリット状に形成されている。レーザー光２００に近接する領域において、開口端３３４ａと開口端３３５ａが対向する方向と、レーザー光２００の射出方向は直交することが望ましい。このとき、開口端３３４ａから供給される粉体は造形スポット１１０ｃの表面に沿って運ばれ、紛体が造形スポット１１０ｃに衝突して飛散される成分を低減できる。開口部３３５は、排出管３５等を介して排出装置３２に接続されている。開口部３３５は、処理領域から、気体や、材料１２１、ヒューム、塵芥等を排出（回収）する通路として用いられる。開口部３３５は、排気口および回収口の一例であり、ボディ３３０は、排気部および回収部の一例である。

図３に示されるように、開口部３３４，３３５の開口端３３４ａ，３３５ａは、Ｘ方向（幅方向）に互いに離間されている。開口端３３３ａは、開口端３３４ａと開口端３３５ａとの間の略中央に位置されている。開口端３３４ａ，３３５ａは間隔をあけて互いに対向している。開口端３３４ａ，３３５ａは、Ｘ方向に互いに面している。開口端３３４ａ，３３５ａは、例えば、正対している。開口部３３４，３３５の開口方向は略一致している。また、図２からわかるように、レーザー光２００の光路は、開口部３３４と開口部３３５との間に位置されている。このような構成において、開口部３３４から、出射されたレーザー光２００の光路が通る空間を通り、開口部３３５に至る、気体の流れＳｇ（気流、図３参照）が形成される。流れＳｇの方向は、造形スポット１１０ｃの表面に略沿うとともに、Ｘ方向に略沿っている。流れＳｇの方向は、レーザー光２００の出射方向（図３の紙面と垂直な方向）と交差した方向あるいはねじれの位置の方向に略沿っている。

このように、本実施形態では、出射されたレーザー光２００の光路（集光位置Ｐｃ）およびその周辺部（近傍、周囲、隣接空間）から気体が排出される開口部３３５（排気口）が設けられている。開口部３３５は、レーザー光２００の光路またはその周辺部に面している。よって、例えば、造形に用いられなかった材料１２１の粉体や、造形によって生成されたヒューム等が開口部３３５を介して排出されるので、材料１２１の粉体やヒュームが処理領域（造形領域）の周囲に残存したり拡散したりするのが抑制されうる。なお、周辺部は、例えば、本実施形態による給気（または排気）による、材料１２１の粉体やヒュームの排出、材料１２１の供給等について、実質的な効果が得られる空間である。

また、本実施形態では、レーザー光２００の光路およびその周辺部に向けて気体が供給される開口部３３４（給気口）が設けられている。開口部３３４は、レーザー光２００の光路またはその周辺部に面している。仮に、開口部３３４が設けられず開口部３３５（排気口）のみが設けられた場合、開口部３３５に向けて周囲から気体が集まる流れが形成される。この場合、気流の経路や状態を制御し難く、造形スポット１１０ｃに適正量の材料１２１を導くのが難しくなるなど、不都合な事象が生じる虞がある。この点、本実施形態では、開口部３３５（排気口）に対応して開口部３３４（給気口）が設けられているため、開口部３３４から開口部３３５へ向かう流れＳｇが形成される。開口部３３４が設けられず開口部３３５に周囲から集まる流れに比べて、開口部３３４から開口部３３５へ向かう流れＳｇの経路や状態は、調整されやすい。よって、不都合な事象が生じるのが抑制されやすい。なお、開口部３３５からの排気流量を開口部３３４からの給気流量より多く設定することにより、その流量差に応じて、開口部３３５を介してその周囲から気体等を排出することが可能である。

また、本実施形態では、開口部３３４と開口部３３５とが、間隔をあけて互いに対向している。よって、開口部３３４と開口部３３５とが互いに対向していない場合に比べて、開口部３３４から開口部３３５に至る気体の流れＳｇが調整されやすい。よって、例えば、材料１２１の粉体やヒュームの排出や、材料１２１の粉体の供給が、より安定化しやすい。なお、対向している（面している）とは、例えば、開口端３３４ａ（開口部３３４）および開口端３３５ａ（開口部３３５）のうち一方から他方が見えている状態である。また、開口端３３４ａと開口端３３５ａとの間隔（長さ、角度、姿勢、ずれ量等）の調整により、周囲から開口部３３５へ流れ込む流量を調整することも可能である。開口部３３５の開口寸法を開口部３３４に比べて大きくしておくと、材料１２１の回収やヒュームの除去が確実に行えるという利点がある。

また、本実施形態では、ノズル３３は、出射されたレーザー光２００の光路が開口部３３４と開口部３３５との間に位置されるよう、構成されている。よって、例えば、材料１２１の粉体やヒュームの排出や、材料１２１の粉体の供給等が、より効率よく行われやすい。また、本実施形態のように、開口部３３４から材料１２１の粉体が供給される場合には、開口部３３４と開口部３３５とが互いに対向していることによって流れＳｇが安定化されやすいため、材料１２１の粉体の供給がより安定化されやすくなる場合がある。よって、例えば、造形のばらつきが減ったり、造形の精度が向上したりしやすい。

また、本実施形態では、開口部３３４と開口部３３５とが、レーザー光２００の出射方向（光束の中心軸方向）と交差した方向に対向している。よって、当該交差した方向に流れＳｇが生じる。レーザー光２００の出射方向と交差した方向は、例えば、出射方向との直交方向や、造形スポット１１０ｃの表面に沿う方向、ＸＹ平面の面内方向、造形物が形成される方向、ステージ１２（支持部）とノズル３３との相対的な移動方向、スキャン方向等である。よって、レーザー光２００の出射方向と交差した方向の流れＳｇにより、例えば、材料１２１の粉体やヒュームが造形スポット１１０ｃのまわりに広く飛散するのを抑制できる。

また、本実施形態では、開口部３３４および開口部３３５のうち少なくとも一方（例えば双方）が、スリット状に形成されている。よって、より幅の広い流れＳｇを形成することができるため、材料１２１の粉体やヒュームがより効率よく排出されやすい。なお、開口端３３４ａ，３３５ａは、レーザー光２００の出射方向とねじれの位置にある方向に、細長く延びている。また、本実施形態では、図３に示されるように、開口端３３４ａの中央部（Ｙ方向の中央部）と開口端３３５ａの中央部（Ｙ方向の中央部）との間に、レーザー光２００の光路が位置されている。開口端３３４ａ，３３５ａでの流れＳｇは、開口端３３４ａ，３３５ａの長手方向の端部付近では広がりやすく、長手方向の端部から離れるほど真っ直ぐになりやすい。よって、この構成（配置）によれば、例えば、材料１２１の粉体およびヒュームの排出や、材料１２１の供給が、より一層安定化されやすい。

また、本実施形態では、ボディ３３０は供給部３３４を備えており、気体とともに材料１２１の粉体を供給する。よって、例えば、構成が簡素化されたり、小型化されたりする場合がある。また、本実施形態では、ボディ３３０は給気部および排気部の双方の機能を備えている。すなわち、給気部と排気部とが一体で構成されている。よって、例えば、部品点数が減りやすい。

＜第１実施形態の変形例＞
本変形例のノズル３３Ａは、上記第１実施形態と同様の構成を備えている。よって、本実施形態によれば、上記実施形態と同様の構成ならびに同様の方法（手順）に基づく同様の結果（効果）が得られる。ただし、図４に示されるように、本変形例のノズル３３Ａ（ボディ３３０Ａ）は、第１実施形態のノズル３３よりもＹ方向に長い。また、レーザー光２００は、ガルバノミラー（図略）によってＹ方向に走査され、ノズル３３またはノズル３３外に設けられたｆθレンズを介して照射される。すなわち、本変形例では、集光位置Ｐｃが、Ｙ方向に走査される（移動する）。よって、これに対応して、レーザー光２００の開口部３３３がＹ方向に長くかつＺ方向に延びたスリット状に形成されている。本変形例では、開口部３３４や開口部３３５の構成も、レーザー光２００の開口部３３３に対応してＹ方向に長い点を除き、上記第１実施形態と同様である。本変形例によれば、集光位置Ｐｃすなわち処理領域がより広くなるので、造形がより効率よく行われやすい。

＜第２実施形態＞
本実施形態の積層造形装置１Ｂは、上記実施形態や変形例と同様の構成を備えている。本実施形態によれば、上記実施形態や変形例と同様の構成に基づく同様の結果（効果）が得られる。ただし、図６に示されるように、本実施形態のノズル３３Ｂでは、ボディ３３０Ｂにはレーザー光２００用の開口部３３３は設けられるものの、気体の供給または排出に用いられる開口部３３４，３３５は、ボディ３３０Ｂとは別の部材３３７，３３８に設けられている。そして、材料１２１の粉体は、ボディ３３０Ｂや部材３３７，３３８とは別の部材３３９から供給されている。本実施形態では、ボディ３３０Ｂと、部材３３７，３３８，３３９とが一体化されて、ノズル３３Ｂが構成されている。このように、開口部３３３，３３４，３３５は、同じ部材に形成される必要は無い。また、ノズル３３Ｂの構成や、形状、部品構成等も、種々に変更して構成することができる。ボディ３３０Ｂは、出射部の一例であり、部材３３７は、給気部の一例であり、部材３３８は、排気部の一例であり、部材３３９は、材料供給部の一例である。

また、図５に示されるように、積層造形装置１Ｂは、材料１２１を供給する供給装置３１とは別に、供給装置３１Ｂを備える。供給装置３１Ｂは、材料１２１のタンク３１ａ（図１参照）を有さず、材料１２１を供給せず、気体を供給する。この場合、供給装置３１Ｂから供給される気体は、材料１２１の粉体を供給するための気体ではなく、掃気用の気体であると言える。供給される気体は、供給装置３１と同様の不活性ガスである。供給装置３１Ｂは、供給管３４Ｂ等を介して部材３３７（図６参照）に接続され、供給装置３１は、供給管３４等を介して部材３３９（図６参照）に接続されている。

図６に示されるように、ノズル３３Ｂのボディ３３０Ｂは、細長い形状を有し、ボディ３３０Ｂの長手方向（軸方向）は、例えば、Ｚ方向（図６では上下方向）に沿っている。ボディ３３０Ｂには、レーザー光２００が通る通路としての開口部３３３が設けられている。開口部３３３の形状は、上記第１実施形態と同様である。

部材３３９は、パイプ状に構成され、円筒状の筒内部として開口部３４０が設けられている。開口部３４０の開口端３４０ａからは、レーザー光２００の光路（集光位置Ｐｃ）に向けて、気体に乗せて材料１２１の粉体が供給される。すなわち、開口部３４０の開口方向（開放方向、部材３３９の長手方向）は、集光位置Ｐｃを向いている。なお、ボディ３３０Ｂの周囲には、複数の部材３３９が設けられている。複数の部材３３９からは、同じ材料１２１の粉体が供給されてもよいし、異なる材料１２１の粉体が供給されてもよい。このように、材料１２１を供給する部材３３９（材料供給部）を、気体を供給する部材３３７（給気部）とは別に設けたことで、例えば、それぞれの機能が向上される場合がある。

また、設けられている部材が異なるものの、開口部３３４，３３５の形状は、開口端部の近傍を除き、上記第１実施形態とほぼ同様である。ただし、本実施形態では、開口部３３４，３３５は、レーザー光２００の光路に向けては開口されず、光路とは外れた位置、すなわち、レーザー光２００の光路の周辺部に向けて、開口されている。すなわち、開口部３３４，３３５は、レーザー光１００の光路が形成される空間Ｓ１に面した部材３３７，３３８の幅方向の中央部では開口されず、閉塞されている。開口部３３４，３３５は、空間Ｓ１の両側（当該幅方向の両側）に隣接した空間Ｓ２（周辺部）に面した、部材３３７，３３８の幅方向の両端部で、開口されている。換言すれば、レーザー光２００の光路の周辺部である空間Ｓ２が、開口端３３４ａ（開口部３３４）と開口端３３５ａ（開口部３３５）との間に位置されている。

本実施形態のノズル３３Ｂには、互いに対向した開口端３３４ａ（開口部３３４）と開口端３３５ａ（開口部３３５）との二つの対が、設けられている。二つの対は、レーザー光２００の光路を挟んだ両側に位置されている。また、開口端３３４ａと開口端３３５ａとは、レーザー光２００の光路とは外れた位置で、レーザー光２００の出射方向とねじれの位置となる方向に、互いに対向している。すなわち、一つの対は、レーザー光２００の光路の側方の一方側（図６の奥行側）で、出射方向とねじれの位置となる方向に、互いに対向し、もう一つの対は、レーザー光２００の光路の側方の他方側（図６の手前側）で、出射方向とねじれの位置となる方向に、互いに対向している。各対で、開口端３３４ａ，３３５ａの開口方向は略一致している。また、部材３３７，３３８の空間Ｓ１に面した部分には、当該空間Ｓ１を少なくとも部分的に覆う壁部３３７ａ，３３８ａが設けられている。壁部３３７ａ，３３８ａは、レーザー光２００の光路（集光位置Ｐｃ）を囲う状態に、例えば円筒状に曲がっている。壁部３３７ａ，３３８ａにより、開口部３３４，３３５がレーザー光２００の光路と直接的に面するのが抑制されている。

このような構成では、空間Ｓ１の両側に隣接した二つの空間Ｓ２のそれぞれで、開口部３３４（給気口）から開口部３３５（排気口）へ向かう気体の流れＳｇが形成される。よって、これらの流れＳｇによって、材料１２１の粉体やヒュームが拡散するのが抑制されうる。同時に、余剰な粉体やヒュームを開口部３３５から吸い上げ排気することも可能となる。また、互いに対向する開口端３３４ａ，３３５ａ（開口部３３４，３３５）の二つの対（二つの空間Ｓ２）の間に、レーザー光２００の光路（集光位置Ｐｃ）が位置されている。よって、例えば、開口端３３４ａ，３３５ａ間の流れＳｇが、材料１２１の粉体やヒュームに対して、気流によるシールドとなる。すなわち、空間Ｓ１に存在する材料１２１の粉体やヒュームは、レーザー光２００の光路（空間Ｓ１）に対して流れＳｇの反対側には、流出しにくい。また、開口端３３４ａ，３３５ａは、空間Ｓ２に面し、レーザー光２００の光路（空間Ｓ１）とは直接的には面していない。よって、空間Ｓ１における気体の流れや乱れが減りやすく、例えば、部材３３９の開口部３４０からの材料１２１の粉体の供給が、より安定的にあるいはより精度よく行われやすい。

また、本実施形態では、壁部３３７ａ，３３８ａによって、レーザー光２００の光路が位置される空間Ｓ１で流れが乱れるのを抑制できる構成を、比較的簡単な構成として得ることができる。なお、本実施形態では、部材３３９の開口部３４０から供給される気体の流量等も考慮して、開口部３３５（開口端３３５ａ）の開口面積は、開口部３３４（開口端３３４ａ）の開口面積より大きく構成されてもよい。

＜第３実施形態＞
本実施形態のノズル３３Ｃは、上記実施形態や変形例と同様の構成を備えている。本実施形態によれば、上記実施形態や変形例と同様の構成に基づく同様の結果（効果）が得られる。ただし、図７に示されるように、本実施形態のボディ３３０Ｃにはレーザー光２００用の開口部３３３が設けられ、空間Ｓ１への気体の供給または排出に用いられる開口部３３４，３３５は、ボディ３３０Ｃとは別の部材３３７Ｃ，３３８Ｃ，３４１Ｃ，３４２Ｃに設けられている。部材３３７Ｃ，３４１Ｃ（給気部）には、開口部３３４（給気口）が設けられ、部材３３８Ｃ，３４２Ｃ（排気部）には、開口部３３５（排気口）が設けられる。本実施形態では、ボディ３３０Ｃと、部材３３７Ｃ，３３８Ｃ，３４１Ｃ，３４２Ｃとが一体化されて、ノズル３３Ｃが構成されている。ボディ３３０Ｃは、出射部の一例であり、部材３３７Ｃ，３４１Ｃは、給気部の一例であり、部材３３８Ｃ，３４２Ｃは、排気部の一例である。各部材３３７Ｃ，３３８Ｃ，３４１Ｃ，３４２Ｃは、上方ではＺ方向（図７では上方向）に略沿って延び、下方（Ｚ方向と反対側）に向かうにつれて徐々にＺ方向と直交する方向に向けて、レーザー光２００側に曲がっている。開口部３３４，３３５の形状は、スリット状ではなく、略円形の断面を有している点を除き、上記実施形態や変形例と同様である。

図７に示されるように、部材３３７Ｃの開口部３３４と部材３３８Ｃの開口部３３５とが、レーザー光２００が通る空間Ｓ１の両側に配置されるとともに、互いに対向している。すなわち、部材３３７Ｃと部材３３８Ｃとが、開口部３３４，３３５が互いに対向して配置された一つの対を構成している。また、部材３４１Ｃの開口部３３４と部材３４２Ｃの開口部３３５とが、レーザー光２００の両側に配置されるとともに、互いに対向している。すなわち、部材３４１Ｃと部材３４２Ｃとが、開口部３３４，３３５が互いに対向して配置された別の対を構成している。各部材３３７Ｃ，３３８Ｃ，３４１Ｃ，３４２Ｃの開口部３３４，３３５が、それぞれ別の方向からレーザー光２００の光路に面している。このような構成では、部材３３７Ｃおよび部材３３８Ｃを、第一の材料１２１を供給する場合に用い、部材３４１Ｃおよび部材３４２Ｃを、第二の材料１２１を供給する場合に用いることができる。この場合、造形に用いられる材料の変更がより容易に行われやすい。さらに、第１の材料１２１と第２の材料１２１を混合して造形するということも可能になる。また、例えば、排出装置３２のタンク３１ａを材料ごとに分別しておくことにより、異なる材料１２１が混じるのが抑制されうる。

以上、本発明の実施形態および変形例を例示したが、上記実施形態および変形例はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態および変形例は、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、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。本発明は、上記の実施形態および変形例に開示される構成や制御（技術的特徴）以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、技術的特徴によって得られる種々の結果（効果、派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることができる。

１，１Ｂ…積層造形装置、１３…移動装置（移動機構）、３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ…ノズル、４１…光源、１００…造形物、２００…レーザー光（光路、エネルギー線）、３３０，３３０Ａ…ボディ（出射部、給気部、排気部）、３３０Ｂ，３３０Ｃ…ボディ（出射部）、３３４…開口部（給気口）、３３４ａ…開口端（給気口）、３３５…開口部（排気口）、３３５ａ…開口端（排気口）、３３７，３３７Ｃ，３４１Ｃ…部材（給気部）、３３８，３３８Ｃ，３４２Ｃ…部材（排気部）、３３７ａ，３３８ａ…壁部、３３９…部材（材料供給部）。

Claims (13)

1. エネルギー線が出射される出射部と、
   材料の粉体を射出する材料供給口が設けられた材料供給部と、
   材料が排出される排気口が設けられた排気部と、
   を備え、
   前記材料供給口と前記排気口とは前記材料の粉体の流れができるように間隔をあけて配置され、
   前記出射部は、前記材料供給口から前記排気口に向かう前記材料の粉体の流れの少なくとも一部と交差するように前記エネルギー線を出射可能に設けられている、積層造形装置用のノズル。
2. 前記排気部は、前記材料供給部と別部材で構成された、請求項１に記載のノズル。
3. 前記排気口は前記材料供給口よりも加工点側に設けられた、請求項１または２に記載のノズル。
4. エネルギー線が出射される出射部と、
   気体が供給される給気口が設けられた給気部と、
   気体が排出される排気口が設けられた排気部と、
   前記給気口から前記排気口に向かう気体の流れに向けて材料の粉体を供給する材料供給部と、
   を備え、
   前記給気口と前記排気口とは間隔をあけて配置され、
   前記出射部は、前記排気口に向かう前記材料の粉体を含む流れに向けて前記エネルギー線を出射可能に設けられている、積層造形装置用のノズル。
5. 前記排気口は前記給気口よりも加工点側に設けられた、請求項４に記載のノズル。
6. 前記給気口と前記排気口とが間隔をあけて対向した複数の対が設けられた、請求項４または５に記載のノズル。
7. 前記給気口および前記排気口のうち少なくとも一方が、スリット状に形成された、請求項４〜６のうちいずれか一つに記載のノズル。
8. 前記給気口および前記排気口の双方がスリット状に形成され、
   前記出射部から出射されたエネルギー線の光路が、前記給気口の中央部と前記排気口の中央部との間に位置された、請求項７に記載のノズル。
9. 前記給気部とは別に、材料の粉体を供給する材料供給部を備えた、請求項４〜８のうちいずれか一つに記載のノズル。
10. 前記給気部および前記排気部のうち少なくとも一方が、前記出射部から出射されたエネルギー線の光路に沿って前記エネルギー線を覆う壁部を有した、請求項４〜９のうちいずれか一つに記載のノズル。
11. 前記出射部から出射されたエネルギー線の光路の方向と、前記給気口と前記排気口の対向する方向が直交するような位置に構成された、請求項４に記載のノズル。
12. 前記給気口と前記排気口とが間隔をあけて対向した前記複数の対に対し、それぞれ異なる前記材料の粉体が供給される、請求項６に記載のノズル。
13. エネルギー線を生成する光源と、
    請求項４〜１２のうちいずれか一つに記載のノズルと、
    材料の粉体を前記ノズルに供給する供給部と、
    造形物と前記ノズルとを相対的に動かす移動機構と、
    を備えた、積層造形装置。

Images