JP2015178191A - ノズルおよび積層造形装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】より確実にあるいはより効率よく材料を供給することが可能な、ノズルおよび積層造形装置を得る。
【解決手段】実施形態の積層造形装置のノズルは、ボディを備える。ボディには、レーザ光が出射されるとともに材料の粉体が吐出される開口部が設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、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
この種の装置では、例えば、より確実にあるいはより効率よく材料を供給することができれば、有意義である。
実施形態の積層造形装置のノズルは、ボディを備える。ボディには、レーザ光が出射されるとともに材料の粉体が吐出される開口部が設けられる。
図１は、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、実施形態の積層造形装置による造形処理（製造方法）の手順の一例が示された説明図である。 図３は、実施形態のノズルの一例の先端部の断面図である。 図４は、実施形態のノズルの一例の図３のIV−IV位置での断面図である。 図５は、実施形態のノズルの一例の図３のV−V位置での断面図である。 図６は、変形例のノズルの一例の図３のVI−VI位置と同等位置での断面図である。 図７は、別の変形例のノズルの一例の図３のVI−VI位置と同等位置での断面図である。 図８は、別の変形例のノズルの一例の図３のV−V位置と同等位置での断面図である。
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。
また、以下に開示される実施形態や変形例には、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。
図１に示されるように、積層造形装置１は、処理槽１１や、ステージ１２、移動装置１３、ノズル装置１４、光学装置１５、計測装置１６、制御装置１７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に、ノズル装置１４で供給される材料１２１を層状に積み重ねることにより、所定の形状の積層造形物１００を造形する。
対象物１１０は、ノズル装置１４によって材料１２１が供給される対象であって、ベース１１０ａおよび層１１０ｂを含む。複数の層１１０ｂがベース１１０ａの上面に積層される。材料１２１は、粉末状の金属材料や樹脂材料等である。造形には、一つ以上の材料１２１が用いられうる。
処理槽１１には、主室２１と副室２２とが設けられている。副室２２は、主室２１と隣接して設けられている。主室２１と副室２２との間には扉部２３が設けられている。扉部２３が開かれた場合、主室２１と副室２２とが連通され、扉部２３が閉じられた場合、主室２１が気密状態になる。
主室２１には、給気口２１ａおよび排気口２１ｂが設けられている。給気装置（図示されず）の動作により、主室２１内に給気口２１ａを介して窒素やアルゴン等の不活性ガスが供給される。排気装置（図示されず）の動作により、主室２１から排気口２１ｂを介して主室２１内のガスが排出される。
また、主室２１内には、移送装置（図示されず）が設けられている。また、主室２１から副室２２にかけて、搬送装置２４が設けられている。移送装置は、主室２１で処理された積層造形物１００を、搬送装置２４に渡す。搬送装置２４は、移送装置から渡された積層造形物１００を副室２２内に搬送する。すなわち、副室２２には、主室２１で処理された積層造形物１００が収容される。積層造形物１００が副室２２に収容された後、扉部２３が閉じられ、副室２２と主室２１とが隔絶される。
主室２１内には、ステージ１２や、移動装置１３、ノズル装置１４の一部、計測装置１６等が設けられている。
ステージ１２は、対象物１１０を支持する。移動装置１３（移動機構）は、ステージ１２を、互いに直交する３軸方向に移動することができる。
ノズル装置１４は、ステージ１２上に位置された対象物１１０に材料１２１を供給する。また、ノズル装置１４のノズル３３は、ステージ１２上に位置された対象物１１０にレーザ光２００を照射する。ノズル装置１４は、複数の材料１２１を並行して供給することができるし、複数の材料１２１のうち一つを選択的に供給することができる。また、ノズル３３は、材料１２１の供給と並行してレーザ光２００を照射する。レーザ光２００は、エネルギ線の一例である。なお、レーザ光以外のエネルギ線を用いてもよい。エネルギ線は、レーザ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。
ノズル装置１４は、供給装置３１や、供給装置３１Ａ、排出装置３２、ノズル３３、供給管３４等を有している。材料１２１は、供給装置３１から供給管３４を経てノズル３３へ送られる。また、気体は、供給装置３１Ａから、供給管３４Ａを経てノズル３３へ送られる。また、材料１２１は、ノズル３３から排出管３５を経て排出装置３２へ送られる。
供給装置３１は、タンク３１ａと、供給部３１ｂと、を含む。タンク３１ａには、材料１２１が収容される。供給部３１ｂは、タンク３１ａの材料１２１を所定量供給する。供給装置３１は、粉状の材料１２１が含まれたキャリアガス（気体）を供給する。キャリアガスは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガスである。また、供給装置３１Ａは、供給部３１ｂを含む。供給装置３１Ａは、供給装置３１が供給するのと同種のガス（気体）を供給する。
排出装置３２は、分級装置３２ａと、排出部３２ｂと、タンク３２ｃ，３２ｄと、を含む。排出部３２ｂは、ノズル３３から気体を吸入する。分級装置３２ａは、材料１２１とヒュームとを分離する。タンク３２ｃには、材料１２１が収容され、タンク３２ｄにはヒューム１２４が収容される。これにより、処理領域から、気体とともに、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（金属ヒューム）、塵芥等が、排出される。排出部３２ｂは、例えば、ポンプである。
また、図１に示されるように、光学装置１５は、光源４１と、光学系４２と、を備えている。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光２００を出射する。光源４１は、出射するレーザ光のパワー密度を変更することができる。
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から出射されたレーザ光２００は、光学系４２を経てノズル３３に入る。ノズル３３は、レーザ光２００を、対象物１１０や、対象物１１０に向けて噴射された材料１２１に照射する。
光学系４２は、具体的には、第１レンズ５１や、第２レンズ５２、第３レンズ５３、第４レンズ５４、ガルバノスキャナ５５等を、備えている。第１レンズ５１、第２レンズ５２、第３レンズ５３、および第４レンズ５４は、固定されている。なお、光学系４２は、第１レンズ５１、第２レンズ５２、第３レンズ５３、および第４レンズ５４を、２軸方向、具体的には光路に対して交叉する方向（例えば、直交方向）に移動可能な調整装置を備えてもよい。
第１レンズ５１は、ケーブル２１０を介して入射されたレーザ光２００を平行光に変換する。変換されたレーザ光２００は、ガルバノスキャナ５５に入射する。
第２レンズ５２は、ガルバノスキャナ５５から出射されたレーザ光２００を収束する。第２レンズ５２で収束されたレーザ光２００は、ケーブル２１０を経てノズル３３に至る。
第３レンズ５３は、ガルバノスキャナ５５から出射されたレーザ光２００を収束する。第３レンズ５３で収束されたレーザ光２００は、対象物１１０上に照射される。
第４レンズ５４は、ガルバノスキャナ５５から出射されたレーザ光２００を収束する。第４レンズ５４で収束されたレーザ光２００は、対象物１１０上に照射される。
ガルバノスキャナ５５は、第１レンズ５１で変換された平行光を、第２レンズ５２、第３レンズ５３、および第４レンズ５４のそれぞれに入る光に分ける。ガルバノスキャナ５５は、第１ガルバノミラー５７と、第２ガルバノミラー５８と、第３ガルバノミラー５９と、を備えている。各ガルバノミラー５７，５８，５９は、光を分けるとともに、傾斜角度（出射角度）を変化することができる。
第１ガルバノミラー５７は、第１レンズ５１を通過したレーザ光２００の一部を通過させ、通過したレーザ光２００を第２ガルバノミラー５８に出射する。また、第１ガルバノミラー５７は、レーザ光２００の他部を反射させ、反射したレーザ光２００を第４レンズ５４に出射する。第１ガルバノミラー５７は、その傾斜角度によって、第４レンズ５４を通過したレーザ光２００の照射位置を変化させる。
第２ガルバノミラー５８は、第１ガルバノミラー５７を通過したレーザ光２００の一部を通過させ、通過したレーザ光２００を第３ガルバノミラー５９に出射する。また、第２ガルバノミラー５８は、レーザ光２００の他部を反射させ、反射したレーザ光２００を第３レンズ５３に出射する。第２ガルバノミラー５８は、その傾斜角度によって、第３レンズ５３を通過したレーザ光２００の照射位置を変化させる。
第３ガルバノミラー５９は、第２ガルバノミラー５８を通過したレーザ光２００の一部を第２レンズ５２に出射する。
光学系４２では、第１ガルバノミラー５７、第２ガルバノミラー５８、および第３レンズ５３によって、溶融装置４５が構成されている。溶融装置４５は、レーザ光２００の照射によって、ノズル３３から対象物１１０に供給された材料１２１（１２３）を加熱することにより、層１１０ｂを形成するとともにアニール処理を行う。
また、光学系４２では、材料１２１の除去装置４６が構成されている。除去装置４６は、ベース１１０ａ上または層１１０ｂに形成された不要な部位をレーザ光２００の照射によって除去する。除去装置４６は、具体的には、ノズル３３による材料１２１の供給時における材料１２１の飛散によって発生する不要部位や、層１１０ｂの形成時に発生する不要部位等の、積層造形物１００の所定の形状とは異なる部位を除去する。除去装置４６は、当該不要部位を除去するのに足りるパワー密度を有するレーザ光２００を出射する。
計測装置１６は、固化した層１１０ｂの形状および造形された積層造形物１００の形状を計測する。計測装置１６は、計測した形状の情報を制御装置１７に送信する。計測装置１６は、例えば、カメラ６１と、画像処理装置６２と、を備えている。画像処理装置６２は、カメラ６１で計測した情報に基づいて画像処理を行う。なお、計測装置１６は、例えば、干渉方式や光切断方式等によって、層１１０ｂおよび積層造形物１００の形状を計測する。
移動装置７１（移動機構）は、ノズル３３を互いに直交する３軸方向に移動することができる。
制御装置１７は、移動装置１３、搬送装置２４、供給装置３１、供給装置３１Ａ、排出装置３２、光源４１、ガルバノスキャナ５５、画像処理装置６２、および移動装置７１に、信号線２２０を介して電気的に接続されている。
制御装置１７は、移動装置１３を制御することで、ステージ１２を３軸方向に移動させる。制御装置１７は、搬送装置２４を制御することで、造形した積層造形物１００を副室２２に搬送する。制御装置１７は、供給装置３１を制御することで、材料１２１の供給の有無ならびに供給量を調整する。制御装置１７は、排出装置３２を制御することで、材料１２１の粉体やヒュームの排出の有無ならびに排出量を調整する。制御装置１７は、光源４１を制御することで、光源４１から出射されるレーザ光２００のパワー密度を調整する。制御装置１７は、ガルバノスキャナ５５を制御することで、第１ガルバノミラー５７、第２ガルバノミラー５８、および第３ガルバノミラー５９の傾斜角度を調整する。また、制御装置１７は、移動装置７１を制御することで、ノズル３３の位置を制御する。
制御装置１７は、記憶部１７ａを備えている。記憶部１７ａには、造形する積層造形物１００の形状（参照形状）を示すデータ等が記憶されている。また、記憶部１７ａには、３次元の処理位置（各点）毎のノズル３３とステージ１２との高さを示すデータ等が記憶されている。
制御装置１７は、ノズル３３から複数の異なる材料１２１を選択的に供給し、複数の材料１２１の比率を調整（変更）する機能を備えることができる。例えば、制御装置１７は、記憶部１７ａに記憶された各材料１２１の比率を示すデータに基づいて、当該比率で材料１２１の層１１０ｂが形成されるよう、供給装置３１等を制御する。この機能により、積層造形物１００の位置（場所）によって複数の材料１２１の比率が変化（漸減または漸増）する傾斜材料（傾斜機能材料）を造形することができる。具体的には、例えば、層１１０ｂの形成に際し、制御装置１７が、積層造形物１００の３次元座標の各位置に対応して設定された（記憶された）材料１２１の比率となるように、供給装置３１を制御することにより、積層造形物１００を、材料１２１の比率が３次元の任意の方向に変化する傾斜材料（傾斜機能材料）として造形することが可能である。単位長さあたりの材料１２１の比率の変化量（変化率）も、種々に設定することが可能である。
制御装置１７は、材料１２１の形状を判断する機能を備えている。例えば、制御装置１７は、計測装置１６で取得された層１１０ｂまたは積層造形物１００の形状と、記憶部１７ａに記憶された参照形状と比較することで、所定の形状でない部位が形成されているか否かを判断する。
また、制御装置１７は、材料１２１の形状の判断により所定の形状でない部位と判断された不要な部位を除去することで、材料１２１を所定の形状にトリミングする機能を備えている。例えば、制御装置１７は、まず、所定の形状とは異なる部位に材料１２１が飛散して付着している場合に、第１ガルバノミラー５７を介して第４レンズ５４から出射されたレーザ光２００が材料１２１を蒸発可能なパワー密度となるように光源４１を制御する。次いで、制御装置１７は、第１ガルバノミラー５７を制御して、レーザ光２００を、当該部位に照射して材料１２１を蒸発させる。
次に、図２を参照し、積層造形装置１による積層造形物１００の製造方法について説明する。図２に示されるように、まずは、材料１２１の供給およびレーザ光２００の照射が行われる。制御装置１７は、材料１２１がノズル３３から所定の範囲に供給されるよう供給装置３１，３１Ａ等を制御するとともに、供給された材料１２１がレーザ光２００によって溶融するよう、光源４１やガルバノスキャナ５５等を制御する。これにより、図２に示されるように、ベース１１０ａ上の層１１０ｂを形成する範囲に、溶融した材料１２３が所定の量だけ供給される。材料１２３は、ベース１１０ａや層１１０ｂに噴射されると、変形して層状または薄膜状等の材料１２３の集合となる。あるいは、材料１２３は、材料１２１を運ぶガス（気体）によって冷却されるか若しくは材料１２１の集合への伝熱によって冷却されることにより、粒状で積層され、粒状の集合となる。
次に、積層造形装置１では、アニール処理が行われる。制御装置１７は、ベース１１０ａ上の材料１２３の集合にレーザ光２００が照射されるよう、光源４１や溶融装置４５等を制御する。これにより、材料１２３の集合が再溶融されて層１１０ｂになる。
次に、積層造形装置１では、形状計測が行われる。制御装置１７は、アニール処理が行われたベース１１０ａ上の材料１２３を計測するよう、計測装置１６を制御する。制御装置１７は、計測装置１６で取得された層１１０ｂまたは積層造形物１００の形状と、記憶部１７ａに記憶された参照形状と比較する。
次に、積層造形装置１では、トリミングが行われる。制御装置１７は、形状計測ならびに参照形状との比較により、例えば、ベース１１０ａ上の材料１２３が所定の形状とは異なる位置に付着していたことが判明した場合には、不要な材料１２３が蒸発するよう、光源４１や除去装置４６等を制御する。一方、制御装置１７は、形状計測ならびに参照形状との比較により、層１１０ｂが所定の形状であったことが判明した場合には、トリミングを行わない。
上述した層１１０ｂの形成が終了すると、積層造形装置１は、当該層１１０ｂの上に、新たな層１１０ｂを形成する。積層造形装置１は、層１１０ｂを反復的に積み重ねることにより、積層造形物１００を造形する。
ここで、図３〜５が参照され、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が説明される。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方向が規定される。Ｘ方向は、図３では左右方向であり、Ｙ方向は、図３では紙面と垂直な方向であり、Ｚ方向は、図３では上下方向である。ステージ１２、積層造形物１００、対象物１１０、ベース１１０ａ、および層１１０ｂの上面は、Ｘ方向とＹ方向との平面に略沿って広がる。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１２１の層１１０ｂが形成される。そして、材料１２１の層１１０ｂが順次Ｚ方向に積層されることで、立体的な積層造形物１００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、細長い形状を有し、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方向およびＹ方向に沿う。ボディ３３０は、円柱状の外観を呈している。ボディ３３０は、外面（面）としての、下面３３１や、側面３３２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、ステージ１２や、積層造形物１００、対象物１１０等と面する。下面３３１は、平面状に形成されている。側面３３２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３３２は、円柱面状に形成されている。
ボディ３３０の下面３３１には、三つの開口部３３３〜３３５が開口されている。これら開口部３３３〜３３５のうち中央に位置する開口部３３３からは、レーザ光２００が出射されるとともに、材料１２１の粉体が吐出される。図４に示されるように、開口部３３３の開口端３３３ａは、円形である。また、図３に示されるように、開口部３３３の開口端３３３ａは、レーザ光２００の光路（光束）の直径よりも大きい。よって、材料１２１の粉体は、レーザ光２００の光束内および光束の周囲に沿って、処理領域に供給されうる。
図３に示されるように、開口部３３３の開口端３３３ａ側（先端側）には、室３３６（凹部）が形成されている。室３３６は、開口部３３３の一部である。室３３６は、内面（面）としての、底面３３６ａと側面３３６ｂ（周面）とによって形成されている。底面３３６ａは、例えば円形かつ平面状である。なお、底面３３６ａは、レーザ照射方向側（図３では下側）に向けて突出した円錐面状であってもよい。側面３３６ｂは、すり鉢状の面である。側面３３６ｂの直径は、レーザ照射方向側（図３では下側）に向けて徐々に小さくなる。側面３３６ｂは、レーザ照射方向に向かうにつれて内径が小さくなるよう傾斜した凹状の曲面である。
底面３３６ａの中央部には、開口部３３７が開口されている。開口部３３７は、ボディ３３０の長手方向に沿って延びている。開口部３３７の短手方向に沿う断面、すなわち長手方向と直交する断面は、円形である。開口部３３７の直径は、先端側に向けて徐々に小さくなるよう形成されてもよい。開口部３３７には、ケーブル２１０等を介してレーザ光２００が導入される。開口部３３７は、レーザ光２００の通路であり、出射口の一例である。ボディ３３０は、出射部の一例である。
開口部３３７の周囲には、開口部３３８が形成されている。開口部３３８は、ボディ３３０の長手方向に沿って延びている。開口部３３８は、室３３６の側面３３６ｂと接して開口されている。図５に示されるように、開口部３３８の短手方向に沿う断面は、円環状である。開口部３３８の断面は、円弧状かつスリット状に形成されてもよい。開口部３３８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３３８は、材料１２１の粉体の通路である。開口部３３８は、吐出口の一例であり、材料供給口の一例であり、給気口の一例である。ボディ３３０は、吐出部の一例であり、材料供給部の一例であり、給気部の一例である。
図３，４に示されるように、下面３３１には、凹部３３９が開口されている。凹部３３９は、室３３６を間隔をあけて取り囲む円環状に開口され、レーザ照射方向とは反対側に凹んでいる。開口端３３９ａは、円状である。開口部３３４，３３５は、凹部３３９の底部（図３では上側）に開口されている。凹部３３９は、内面（面）としての、周面３３９ｂ，３３９ｃ，３３９ｄとによって形成されている。周面３３９ｂは、円錐面（テーパ面）である。周面３３９ｂの直径は、先端（開口端３３９ａ）から離れる側（図３では上側）に向けて徐々に大きくなる。周面３３９ｂは、長手方向に対して傾斜した凸状の曲面である。周面３３９ｃは、円筒の筒内面である。周面３３９ｃは、開口部３３４の面と連なっている。周面３３９ｄは、すり鉢状の面である。周面３３９ｄの直径は、先端側（図３では下側）に向けて徐々に大きくなる。周面３３９ｄは、長手方向に対して傾斜した凹状の曲面である。開口部３３４は、周面３３９ｂ，３３９ｃの奥側に開口され、開口部３３５は、周面３３９ｄに開口されている。
開口部３３４は、ボディ３３０の長手方向に沿って延びている。図５に示されるように、開口部３３４の短手方向に沿う断面は、円環状である。また、図４に示されるように、開口部３３４は、周面３３９ｃに接して開口されている。開口部３３４は、排出管３５等を介して排気装置３２に接続されている。開口部３３４は、気体や、材料１２１、ヒューム（炭化された材料）等を排出（回収）する通路として用いられる。開口部３３４は、排気口の一例である。ボディ３３０は、排気部の一例である。
開口部３３４の周囲には、開口部３３５が形成されている。開口部３３５は、ボディ３３０の長手方向に沿って延びている。図５に示されるように、開口部３３５の短手方向に沿う断面は、円環状である。開口部３３５の先端部は、ボディ３３０の中心側（中心軸側、径方向内側）に向けて斜めに屈曲されている。開口部３３５は、供給管３４Ａ等を介して、供給装置３１Ａに接続されている。開口部３３５は、処理領域に気体を供給する通路である。開口部３３５は、給気口の一例である。ボディ３３０は、給気部の一例である。
上記構成のノズル３３では、図３に示されるように、材料１２１の粉体がボディ３３０から吐出される前に、開口部３３３内（室３３６内）で材料１２１の粉体の一部がレーザ光２００に照射される。すなわち、室３３６内で、材料１２１の粉体（の少なくとも一部）に対して予備加熱が行われるため、材料１２１は、より早い段階で軟化あるいは溶融しやすい。よって、例えば、ノズル３３から粉体のまま吐出される場合に比べて、飛散しにくくなるため、溶融プールＰに材料１２１をより確実にあるいはより効率よく供給できる場合がある。また、本実施形態では、レーザ光２００は室３３６の中央部を通るとともに、材料１２１の粉体が吐出される開口部３３８は室３３６の中央部から外れた側面３３６ｂに接している。よって、材料１２１の粉体を含む気体は、レーザ光２００から離れた位置に吐出されるとともに、側面３３６ｂに沿って流れるため、材料１２１が室３３６内で必要以上に軟化したり溶融したりするのを抑制できる。
以上のように、本実施形態では、ノズル３３のボディ３３０には、レーザ光２００が出射されるとともに材料１２１の粉体が吐出される開口部３３３が設けられている。よって、材料１２１の粉体がノズル３３から吐出された後にレーザ光２００が照射されることにより溶融される場合に比べて、より早い段階で材料１２１の粉体の少なくとも一部がレーザ光２００によって軟化又は溶融される。よって、例えば、溶融プールＰに材料１２１をより確実にあるいはより効率よく供給できる場合がある。
また、従来のノズルのように、材料の粉体用の開口部とレーザ光用の開口部とが別個に設けられている場合、材料の粉体は、レーザ光の集光位置に向けてレーザ光の周辺から斜めに噴射される構成が採用される場合がある。このような構成では、例えば、対象物上のレーザ光の光径（照射領域、溶融領域）を拡大するためにノズルを対象物に対して上方または下方に移動させると、集光位置に向けた材料の噴射位置は、溶融領域からは上下に外れてしまう。よって、材料は溶融領域（溶融プールＰ、図３参照）に到達し難くなる。よって、上記従来の構成では、ノズルと対象物との距離を変化させることにより光径を変化させることは、難しかった。この点、本実施形態では、材料１２１の粉体（の少なくとも一部）は、比較的早い段階でレーザ光２００によって溶融され、レーザ光２００とともに溶融プールＰに落下する。よって、ノズルと対象物との距離が変化した場合にあっても、材料１２１の粉体が処理領域からずれた位置に供給されることが、抑制されやすい。よって、ノズル３３（ボディ３３０）やステージ１２等を上下させてレーザ光２００の光径（大きさ、広さ）を変化させやすい。具体的には、例えば、より精度の高い造形が必要な部位については、レーザ光２００の光径がより小さく設定され、より迅速な造形が必要な部位については、レーザ光２００の光径がより大きく設定される。例えば、制御装置１７は、各位置で層１０１ｂの形成を行うにあたり、記憶部１７ａを参照して、位置に対応したノズル３３の高さを示すデータを取得し、当該データに応じてノズル３３の高さを設定する。次いで、制御装置１７は、各部を制御して、材料１２１の粉体を供給しながらレーザ光２００を照射して、層１０１ｂを形成する。この手順を繰り返すことにより、ノズル３３の高さ、すなわち、ノズル３３（ボディ３３０）と対象物１１０との距離が第一の距離で造形（層１１０ｂの形成）が実行されるステップと、ノズル３３と対象物１１０との距離が第一の距離とは異なる第二の距離で造形が実行されるステップとが、実行される。
また、本実施形態では、開口部３３３の開口端３３３ａ（開口端部）には室３３６が含まれ、室３３６に、レーザ光２００が出射される開口部３３７（出射口）と材料１２１の粉体が吐出される開口部３３８（吐出口）とが開口されている。よって、室３３６として、材料１２１の粉体の一部がレーザ光２００によって予備加熱される空間を、形成することができる。また、例えば、室３３６のスペック、例えば、室３３６の形状や、大きさ、開口部３３７，３３８の配置、レーザ光２００の光路径に対する開口端３３３ａの大きさ等の、設定によって、材料１２１のより好適な軟化状態あるいは溶融状態が得られやすい。
また、本実施形態では、開口部３３８は、環状通路である。よって、例えば、材料１２１の粉体の分布のばらつきが減りやすい。
また、本実施形態では、開口部３３８は、室３３６の側面３３６ｂ（周面）に接して開口された。よって、例えば、材料１２１の粉体が側面３３６ｂに沿って流れやすくなり、レーザ光２００によって材料１２１の粉体の予備加熱する時期が早すぎる状況が、生じ難い。
また、本実施形態では、開口部３３３の周囲に、開口部３３５（給気口）が設けられ、開口部３３３と開口部３３５との間に開口部３３４（排気口）が設けられている。よって、開口部３３５から供給された気体を、シールドガスとして利用することができる。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じたヒュームが周囲に拡散するのが抑制されやすい。また、材料１２１の粉体やヒュームを、開口部３３５からの気流によるシールドの内側で、開口部３３４からより効率よく排出することができる。シールドガスは、焼結時の酸化を抑制することができる。本実施形態によれば、シールドガスを、焼結時の酸化抑制に加えて、粉体の飛散抑制や不要な粉体の排出効率向上にも利用することができる。
図６は、変形例のノズル３３のボディ３３０の、図３のVI−VI線と同等位置での断面図である。この変形例では、室３３６（開口部３３３）の側面３３６ｂ（周面、内周面、内面）に、螺旋状（渦巻き状）の複数の溝３３６ｃ（ガイド部）が設けられている。溝３３６ｃは、例えば、開口端３３３ａから底部３３６ａに至るまで、設けられうる。溝３３６ｃにより、開口部３３８（吐出口）から吐出された材料１２１の粉体を含む気体の流れが、溝３３６ｃに沿った旋回流（渦流）となる。これにより、材料１２１の粉体がより効率よく供給できる場合がある。なお、図７に示されるように、溝３３６ｃ（ガイド部）は直線状に構成されてもよい。また、ガイド部は、螺旋状に設けられた突起（リブ、壁、畝）であってもよい。
図８は、別の変形例のノズル３３のボディ３３０の、図３のV−V線と同等位置での断面図である。この変形例では、ボディ３３０に、複数（図８の例では６つ）の開口部３３８が設けられている。複数の開口部３３８がボディ３３０の周方向に略等間隔に配置されている。これにより、材料１２１の粉体がより効率よく供給できる場合もある。また、この場合、複数の穴の加工で済むため、ボディ３３０の製造の手間が減る場合がある。
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…積層造形装置、１３…移動装置（移動機構）、３３…ノズル、７１…移動装置（移動機構）、１００…造形物、２００…レーザ光（エネルギ線）、３３０…ボディ、３３３…開口部、３３３ａ…開口端、３３４…開口部（排気口）、３３５…開口部（給気口）、３３６…室、３３６ｂ…側面（周面）、３３６ｃ…溝（ガイド部）、３３７…開口部（出射口）、３３８…開口部（吐出口）。
実施形態の積層造形装置用のノズルは、ボディを備える。ボディには、エネルギ線が出射されるとともに材料の粉体が吐出される開口部が設けられる。開口部の周囲には、気体を供給する給気口が設けられ、開口部と給気口との間には、気体を吸引する排気口が設けられる。

Claims (9)

  1. エネルギ線が出射されるとともに材料の粉体が吐出される開口部、が設けられたボディを備えた、積層造形装置用のノズル。
  2. 前記開口部には、当該開口部の開口端部に位置された室が含まれ、
    前記ボディには、前記室に開口されエネルギ線が出射される出射口と、前記室に開口され前記粉体が吐出される吐出口と、が設けられた、請求項１に記載のノズル。
  3. 前記吐出口は、前記出射口を囲う、請求項２に記載のノズル。
  4. 前記ボディには、複数の前記吐出口が設けられた、請求項２に記載のノズル。
  5. 前記吐出口は、前記室の周面に接して開口された、請求項２〜４のうちいずれか一つに記載のノズル。
  6. 前記開口部の内面に、前記粉体が前記内面に沿って旋回するようガイドするガイド部が設けられた、請求項１〜５のうちいずれか一つに記載のノズル。
  7. 前記ボディの、前記開口部の周囲に、気体が供給される給気口が設けられた、請求項１〜６のうちいずれか一つに記載のノズル。
  8. 前記ボディの、前記開口部と前記給気口との間に、気体が排出される排気口が設けられた、請求項７に記載のノズル。
  9. エネルギ線を生成する光源と、
    エネルギ線が出射されるとともに材料の粉体が吐出される開口部が設けられたノズルと、
    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。
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