WO2017109965A1 - ３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラム - Google Patents

３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラム Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a control method for a three-dimensional additive manufacturing apparatus, a control method for the three-dimensional additive manufacturing apparatus, and a control program for the three-dimensional additive manufacturing apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a technique for cooling a recoater roller to cool a powder material (paragraph [0054], etc.).
  • An object of the present invention is to provide a technique for solving the above-described problems.
  • a three-dimensional additive manufacturing apparatus At least one material spraying means for spraying the material of the three-dimensional layered object; Temperature measuring means for measuring the temperature of the material spraying means; At least one cooling means for cooling the material spraying means, provided at a standby position where the material spraying means waits when the material is not sprayed; Control means for controlling the material spraying means; With The control means moves the spraying means to the standby position to bring the material spraying means and the cooling means into contact with each other.
  • a method for controlling a three-dimensional additive manufacturing apparatus includes: A material spreading step of spreading the material by the material spreading means; A temperature measuring step for measuring the temperature of the material spraying means; Control step of controlling the movement of the material spraying means so that the material spraying means and the cooling means of the material spraying means provided at the standby position where the material spraying means waits when the material is not sprayed.
  • a control program for a three-dimensional additive manufacturing apparatus is: A material spreading step of spreading the material by the material spreading means; A temperature measuring step for measuring the temperature of the material spraying means; The movement of the material spraying means is controlled so that the cooling means for cooling the material spraying means provided at the standby position where the material spraying means waits when the material is not sprayed is brought into contact with the material spraying means. Control steps; Is executed on the computer.
  • the recoater driven two-dimensionally can be cooled with a simple structure.
  • a three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 as a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the 3D additive manufacturing apparatus 100 stacks materials by spraying a material 120 of a three-dimensional additive manufacturing object on a modeling surface and irradiating the dispersed material 120 with an electron beam or the like to melt and solidify the material. This is a device for modeling a three-dimensional layered object.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating a three-dimensional additive manufacturing apparatus 600 according to a prerequisite technique of the three-dimensional additive manufacturing apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 6B is a diagram illustrating a temperature change due to radiant heat of the three-dimensional additive manufacturing apparatus 600 recoater 601 according to the prerequisite technology of the three-dimensional additive manufacturing apparatus according to the embodiment.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 600 includes a recoater 601.
  • the recoater 601 is in close proximity to the modeling surface (layered modeling surface) of the three-dimensional layered object 630 and sprays metal powder or the like that is the material 620 of the three-dimensional layered object 630.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 600 forms a three-dimensional additive object by irradiating the dispersed material 620 with a beam such as an electron beam to melt and solidify the material 620.
  • the recoater 611 is attached to the recoater 601.
  • the recoater 601 moves two-dimensionally and spreads the material 620 on the layered modeling surface.
  • the recoater position control unit 603 controls the recoater driver 611 by transmitting a control signal to the recoater driver 611.
  • the material 620 is preheated and heated by an electron beam or the like, and the surface temperature of the material 620 may be about 1000 ° C. depending on the lamination conditions.
  • the recoater 601 receives heat from the gas atmosphere if the modeling chamber is filled with a gas atmosphere, and receives and radiates heat 640 from the preheated or heated material 620 if the modeling chamber is vacuum. . As a result, the temperature of the recoater 601 increases. Since the recoater 601 is made of a metal such as stainless steel or iron, a cooler 670 is attached to the recoater 601 so that the temperature of the recoater 601 does not rise to a temperature higher than the heat resistance temperature (melting temperature) of the recoater 601. It has been. The cooler 670 is provided with a cooling pipe 671 that allows the refrigerant to flow to the cooler 670. The recoater 601 is cooled by a cooler 670.
  • the time point when the recoater 601 moves onto the surface of the material 620 is defined as “start”. If cooler 670 is attached to recoater 601, as shown in graph 680, the temperature of recoater 601 can be maintained within the control temperature range (TCmin to TCmax).
  • the recoater 601 cannot be sufficiently cooled as shown in the graph 690, and the recoater 601 The temperature reaches the maximum temperature (Tmax).
  • Tmax the maximum temperature
  • the modeling chamber is vacuum, there is no escape for heat accumulated in the recoater 601, and the temperature of the recoater 601 easily reaches the maximum temperature.
  • FIGS. 1 and FIG. 2 are diagrams showing an outline of the configuration of the three-dimensional additive manufacturing apparatus according to the present embodiment, and show a state in which a material is sprayed and a state in which the recoater is cooled, respectively.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 includes a recoater 101, a temperature measuring unit 102, a recoater cooling control unit 103, and a cooling head 104.
  • the recoater 101 is a material spraying mechanism that sprays metal powder such as titanium (Ti), which is the material 120 of the three-dimensional layered object 130, onto the modeling surface, and two-dimensionally (XY direction) on the modeling surface. To drive.
  • metal powder such as titanium (Ti)
  • Ti titanium
  • a recoater driver 111 is attached to the recoater 101.
  • the recoater position control unit 150 controls the movement of the recoater 101. Specifically, the recoater position control unit 150 transmits a control signal to the recoater driver 111, and the recoater driver 111 that has received the control signal causes the recoater 101 to move in two dimensions based on the received control signal. To drive.
  • the temperature measuring unit 102 measures the temperature of the recoater 101.
  • the material 120 is maintained at a high temperature by heating with a heater (not shown) or preheating or heating by irradiation with an electron beam.
  • a heater not shown
  • the recoater 101 is heated by the heat of the gas being filled or the radiant heat of the material 120 heated to a high temperature. Is done.
  • the temperature measuring unit 102 transmits an alert signal indicating that the temperature has become equal to or higher than the predetermined temperature to the recoater cooling control unit 103.
  • the recoater cooling control unit 103 that has received the alert signal transmits a signal to the recoater position control unit 150 and the elevation control unit 143.
  • the recoater position control unit 150 controls the recoater driver 111 to move the recoater 101 to the standby position (home position), that is, the space above the cooling head 104.
  • the lift control unit 143 transmits a signal to the lift 142.
  • the elevator 142 that has received the signal raises the cooling head 104 to a predetermined position, and brings the cooling head 104 raised to the predetermined position into contact with the recoater 101 that has moved to the standby position. Thereby, since the heat stored in the recoater 101 moves to the cooling head 104, the temperature of the recoater 101 is lowered.
  • the cooling head 104 is made of, for example, a metal having a high thermal conductivity such as copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), aluminum (Al), zinc (Zn), nickel (Ni), or iron (Fe). Although representative, it is not limited to these, These alloys etc. may be sufficient.
  • the cooling head 104 is in contact with the cooling medium 141 (heat sink) when the recoater 101 is not in the standby position, for example, when the recoater 101 is spraying the material 120. In this state, the cooling head 104 is conducted from the recoater 101 and dissipates heat stored in the cooling head 104.
  • the recoater 101 stands by at a standby position (home position) while, for example, the material 120 is irradiated with an electron beam or the like. Further, the recoater 101 may be replenished with 120 of the material while the recoater 101 is at the standby position and is in contact with the cooling head 104, or may be performed when the cooling of the recoater 101 is completed. .
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a temperature change of the recoater 101 of the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment.
  • the temperature of the recoater 101 that started the spraying of the material 120 gradually increases and eventually reaches the allowable maximum temperature (TCmax).
  • TCmax allowable maximum temperature
  • the recoater 101 moves to the standby position (home position), contacts the cooling head 104, and dissipates the heat stored in the recoater 101.
  • the temperature of the recoater 101 decreases and eventually reaches the cooling temperature (period t0).
  • the recoater 101 When the temperature of the recoater 101 decreases to the cooling temperature, the recoater 101 resumes the dispersion of the material 120.
  • the temperature of the recoater 101 that has resumed the spraying of the material 120 starts to rise again and reaches the maximum allowable temperature again (period t1).
  • the recoater 101 moves again to the standby position, contacts the cooling head 104, and dissipates the heat stored in the recoater 101. Then, the recoater 101 resumes the dispersion of the material 120.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 performs control so that the temperature of the recoater 101 falls within the control temperature range (TCmax to TCmin). By controlling in this way, the temperature of the recoater 101 does not exceed the maximum temperature (Tmax).
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a cooling procedure of the recoater 101 of the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 creates a dispersion plan for the material 120 (the position of the recoater 101 on the modeling surface).
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 disperses the material 120 by scanning the recoater 101 on the modeling surface in accordance with the created distribution plan.
  • the temperature measurement unit 102 measures the temperature of the recoater 101 at predetermined time intervals (fixed time intervals).
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 determines whether or not the temperature of the recoater 101 is within the control temperature range. If the temperature of the recoater 101 is within the control temperature range, the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 proceeds to step S409.
  • step S407 if the temperature of the recoater 101 is not within the control temperature range, that is, if the temperature of the recoater 101 reaches the allowable maximum temperature or exceeds the allowable maximum temperature, the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 is The process proceeds to step S413.
  • step S413 the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 interrupts the spraying of the material 120, stores the position where the recoater 101 interrupts the material spraying, and moves the recoater 101 to the standby position. In other words, when the temperature of the recoater 101 exceeds a predetermined temperature, the recoater 101 is retracted to the standby position in order to prevent damage to the recoater 101 and the like even during material spraying.
  • step S415 the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 cools the recoater 101.
  • step S417 the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 resumes the dispersion of the material 120 from the position where the material dispersion is interrupted.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 may include a history storage unit that stores a history of material spraying by the recoater 101 when the material spraying is interrupted. And when the recoater 101 restarts material distribution, you may restart material distribution based on this log
  • step S409 the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 completes the created spray plan and determines whether or not the material 120 has been sprayed. If the spraying plan is not completed and the spraying of the material 120 is not completed, the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 returns to step S403 and repeats the subsequent steps.
  • step S411 moves the recoater 101 to the standby position, and cools the recoater 101.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining a recoater cooling procedure by the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 according to the present embodiment.
  • step S501 the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 moves the recoater 101 to return to the standby position (home position).
  • step S ⁇ b> 503 the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 raises the elevator 142 to bring the recoater 101 and the cooling head 104 into contact with each other.
  • step S505 the temperature measurement unit 102 measures the temperature of the recoater 101.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 determines whether the temperature of the recoater 101 has dropped below the cooling temperature. If it is determined that the temperature has not dropped below the cooling temperature, the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 returns to step S505 and repeats the subsequent steps.
  • step S509 the three-dimensional additive manufacturing apparatus 100 lowers the elevator 142 so that the recoater 101 and the cooling head 104 are separated.
  • the recoater driven two-dimensionally can be cooled with a simple structure. Further, the movement of the recoater is not limited, and the accuracy of position control is improved. Furthermore, since the recoater has no extra equipment, the recoater can be reduced in weight, and the recoater can be moved at high speed. The temperature of the recoater can be maintained within a certain range, and the material can be replenished when the recoater is in the standby position, thereby reducing time loss.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the outline of the configuration of the three-dimensional additive manufacturing apparatus 700 according to this embodiment.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 700 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that it has two cooling heads. Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, the same configurations and operations are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 700 further includes a cooling head 704. That is, the three-dimensional additive manufacturing apparatus has two standby positions (home positions) of the recoater 101. As a result of the temperature measurement by the temperature measurement unit 102, when the temperature of the recoater 101 is equal to or higher than a predetermined temperature (allowable maximum temperature), an alert signal indicating that the temperature is higher than the predetermined temperature is displayed on the recoater cooling control unit. 103.
  • the recoater cooling control unit 103 that has received the alert signal, based on the position of the recoater 101, has a shorter distance from the current position of the recoater 101 out of the two standby positions, that is, the movement time of the recoater 101 is shorter. The recoater 101 is moved to the standby position.
  • the recoater cooling control unit 103 controls the recoater position control unit 150 and the elevation control unit 143 to bring the recoater 101 and the cooling head 704 into contact with each other.
  • a priority order may be given to the standby positions and moved to a standby position with a higher priority order.
  • the cooling head 104 (704) can be reliably cooled by the cooling medium 141 (741), and one of the cooling heads 104 (704) is not used continuously. Heat dissipation effect can be expected.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining a cooling procedure of the three-dimensional additive manufacturing apparatus 700 according to the present embodiment.
  • step S ⁇ b> 801 the three-dimensional additive manufacturing apparatus 700 moves the recoater 101 to a closer standby position based on the current position of the recoater 101.
  • the recoater can be cooled more quickly, and the modeling time of the three-dimensional layered object can be shortened.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an outline of the configuration of the three-dimensional additive manufacturing apparatus 900 according to the present embodiment.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 900 according to the present embodiment is different from the second embodiment in that two recoaters are provided. Since other configurations and operations are the same as those of the second embodiment, the same configurations and operations are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the three-dimensional additive manufacturing apparatus 900 further includes a recoater 901. Thereby, for example, when one recoater 101 (recoater 901) is cooled at the standby position, the other recoater 901 (recoater 101) may spray the material. If the same kind of material is sprayed using the two recoaters 101 and 901, the material spraying time can be shortened, and the modeling time of the three-dimensional layered object can be shortened. Furthermore, since different materials can be dispersed using the two recoaters 101 and 901, a three-dimensional layered object made of different materials can be formed.
  • the material can be dispersed with two recoaters, the material dispersion time can be shortened and the modeling time of the three-dimensional layered object can be shortened. Furthermore, since two recoaters are provided, a plurality of materials can be dispersed and each recoater can be cooled.
  • the present invention may be applied to a system composed of a plurality of devices, or may be applied to a single device. Furthermore, the present invention can also be applied to a case where an information processing program that implements the functions of the embodiments is supplied directly or remotely to a system or apparatus. Therefore, in order to realize the functions of the present invention on a computer, a program installed on the computer, a medium storing the program, and a WWW (World Wide Web) server that downloads the program are also included in the scope of the present invention. . In particular, at least a non-transitory computer readable medium storing a program for causing a computer to execute the processing steps included in the above-described embodiments is included in the scope of the present invention.

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Abstract

２次元的に駆動するリコータを簡易な構造で冷却する。３次元積層造形装置であって、３次元積層造形物の材料を散布する少なくとも１つの材料散布手段と、前記材料散布手段の温度を測定する温度測定手段と、前記材料を散布しない場合に前記材料散布手段が待機する待機位置に設けられ、前記材料散布手段を冷却する少なくとも１つの冷却手段と、前記材料散布手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記散布手段を前記待機位置に移動させ、前記材料散布手段と前記冷却手段とを接触させる。

Description

３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラム
　本発明は、３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラムに関する。
　上記技術分野において、特許文献１には、リコータローラを冷却して、粉末材料を冷却する技術が開示されている（同文献段落［００５４］等）。
特開２００７－２１７４７号公報
　しかしながら、上記文献に記載の技術では、２次元的に駆動するリコータを簡易な構造で冷却することができなかった。
　本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置は、
　３次元積層造形物の材料を散布する少なくとも１つの材料散布手段と、
　前記材料散布手段の温度を測定する温度測定手段と、
　前記材料を散布しない場合に前記材料散布手段が待機する待機位置に設けられ、前記材料散布手段を冷却する少なくとも１つの冷却手段と、
　前記材料散布手段を制御する制御手段と、
　を備え、
　前記制御手段は、前記散布手段を前記待機位置に移動させ、前記材料散布手段と前記冷却手段とを接触させる。
　上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置の制御方法は、
　材料散布手段により、材料を散布する材料散布ステップと、
　前記材料散布手段の温度を測定する温度測定ステップと、
　前記材料を散布しない場合に前記材料散布手段が待機する待機位置に設けられた前記材料散布手段の冷却手段と、前記材料散布手段とを接触させるように前記材料散布手段の動きを制御する制御ステップと、
　を含む。
　上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置の制御プログラムは、
　材料散布手段により、材料を散布する材料散布ステップと、
　前記材料散布手段の温度を測定する温度測定ステップと、
　前記材料を散布しない場合に前記材料散布手段が待機する待機位置に設けられた前記材料散布手段を冷却する冷却手段と、前記材料散布手段とを接触させるように前記材料散布手段の動きを制御する制御ステップと、
　をコンピュータに実行させる。
　本発明によれば、２次元的に駆動するリコータを簡易な構造で冷却できる。
本発明の第１実施形態に係る３次元積層造形装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る３次元積層造形装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る３次元積層造形装置のリコータの温度変化を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る３次元積層造形装置によるリコータの冷却手順を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る３次元積層造形装置によるリコータの冷却手順を説明するフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る３次元積層造形装置の前提技術の３次元積層造形装置を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る３次元積層造形装置の前提技術の３次元積層造形装置のリコータの輻射熱による温度変化を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置によるリコータの冷却手順を説明するフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置の構成の概略を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置によるリコータの冷却手順を説明するフローチャートである。
　以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明記載する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
　［第１実施形態］
　本発明の第１実施形態としての３次元積層造形装置１００について、図１乃至図６を用いて説明する。３次元積層造形装置１００は、造形面上に３次元積層造形物の材料１２０を散布し、散布した材料１２０に電子ビームなどを照射して、材料を溶融および凝固させることにより、材料を積層して３次元積層造形物を造形する装置である。
＜前提技術＞
　まず、図６Ａおよび図６Ｂを用いて、本実施形態の前提技術について説明する。図６Ａは、本実施形態に係る３次元積層造形装置の前提技術に係る３次元積層造形装置６００を説明する図である。図６Ｂは、実施形態に係る３次元積層造形装置の前提技術に係る３次元積層造形装置６００リコータ６０１の輻射熱による温度変化を説明する図である。
　３次元積層造形装置６００は、リコータ６０１を備える。リコータ６０１は、３次元積層造形物６３０の造形面（積層造形面）に近接して、３次元積層造形物６３０の材料６２０である金属粉体などを散布する。そして、３次元積層造形装置６００は、散布された材料６２０に電子ビームなどのビームを照射することにより、材料６２０を溶融、凝固して３次元積層造形物を造形する。
　リコータ６０１には、リコータ駆動器６１１が装着され、リコータ駆動器６１１が２次元的に移動することで、リコータ６０１が２次元的に移動して、材料６２０を積層造形面上に散布する。リコータ位置制御部６０３は、リコータ駆動器６１１に制御信号を送信してリコータ駆動器６１１を制御する。通常、材料６２０は、電子ビームなどにより予備加熱および加熱されており、積層条件にもよるが、材料６２０の表面温度は約１０００℃になることもある。
　リコータ６０１は、造形室がガス雰囲気で充満していれば当該ガス雰囲気から熱を受け、造形室が真空であれば、予備加熱または加熱された材料６２０からの輻射熱６４０を受けて、加熱される。その結果、リコータ６０１の温度は上昇する。リコータ６０１は、ステンレスや鉄などの金属でできているので、リコータ６０１の温度が上昇してリコータ６０１の耐熱温度（溶解温度）以上の温度にならないように、リコータ６０１には冷却器６７０が取り付けられている。冷却器６７０には、冷却器６７０に冷媒を流す冷却パイプ６７１が取り付けられている。リコータ６０１は、冷却器６７０により冷却される。
　次に、図６Ｂを用いてリコータ６０１の温度変化について説明する。リコータ６０１が材料６２０の表面上に移動した時点を「開始」とする。リコータ６０１に冷却器６７０が装着されていれば、グラフ６８０に示したように、リコータ６０１の温度を制御温度範囲内（ＴＣｍｉｎ～ＴＣｍａｘ）に維持することができる。
　しかしながら、冷媒を循環させる方式によりリコータ６０１を冷却する方式では、リコータ６０１に冷却器６７０や冷却パイプ６７１などの構造物が取り付けられるため、リコータ６０１の動きを制限する要因となっていた。また、装置構成が複雑になるという問題や、冷媒と冷却パイプ６７１の振動がリコータ６０１に伝わり、散布する材料の位置精度が低下するという問題があった。
　これに対して、冷却器６７０や冷却パイプ６７１を用いない方式では、リコータ６０１の動きを制限する要因はなくなるものの、グラフ６９０に示したように、リコータ６０１を十分に冷却できず、リコータ６０１の温度が最大温度（Ｔｍａｘ）に達してしまう。例えば、造形室が真空の場合には、リコータ６０１に溜まった熱の逃げ場がなく、容易にリコータ６０１の温度が最大温度に達してしまう。
＜本実施形態の技術＞
　次に、図１乃至図５を用いて、本実施形態の技術について説明する。図１および図２は、本実施形態に係る３次元積層造形装置の構成の概略を示す図であり、材料を散布している状態およびリコータを冷却している状態をそれぞれ表す。
　図１および図２に示したように、３次元積層造形装置１００は、リコータ１０１と、温度測定部１０２と、リコータ冷却制御部１０３と、冷却ヘッド１０４とを含む。
　リコータ１０１は、３次元積層造形物１３０の材料１２０であるチタン（Ｔｉ）などの金属粉体などを造形面上に散布する材料散布機構であり、造形面上を２次元的（ＸＹ方向）に駆動する。
　リコータ１０１には、リコータ駆動器１１１が取り付けられている。リコータ位置制御部１５０は、リコータ１０１の動きを制御する。具体的には、リコータ位置制御部１５０は、リコータ駆動器１１１に対して制御信号を送信し、制御信号を受信したリコータ駆動器１１１は、受信した制御信号に基づいて、リコータ１０１を２次元的に駆動させる。
　温度測定部１０２は、リコータ１０１の温度を測定する。材料１２０は、図示しないヒータによる加熱や、電子ビームの照射による予備加熱または加熱などにより、高温状態に維持されている。そして、例えば、造形室がガス充填されている場合や造形室が真空にされている場合には、リコータ１０１は、充填されているガスの熱や高温に加熱された材料１２０の輻射熱などにより加熱される。温度測定部１０２は、リコータ１０１の温度が所定の温度以上の温度になった場合、所定温度以上になったことを示すアラート信号などをリコータ冷却制御部１０３に送信する。
　アラート信号を受信したリコータ冷却制御部１０３は、リコータ位置制御部１５０および昇降制御部１４３に信号を送信する。そして、図２に示したように、リコータ位置制御部１５０は、リコータ駆動器１１１を制御してリコータ１０１を待機位置（ホーム位置）、つまり、冷却ヘッド１０４の上部の空間へと移動させる。
　また、昇降制御部１４３は、昇降器１４２に対して信号を送信する。信号を受信した昇降器１４２は、冷却ヘッド１０４を所定の位置まで上昇させて、所定位置に上昇した冷却ヘッド１０４と待機位置に移動したリコータ１０１とを接触させる。これにより、リコータ１０１に蓄えられた熱が冷却ヘッド１０４に移動するので、リコータ１０１の温度が下がる。冷却ヘッド１０４は、例えば、熱伝導率の高い銅（Ｃｕ）や銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）などの金属が代表的であるが、これらには限定されず、これらの合金などであってもよい。
　冷却ヘッド１０４は、リコータ１０１が待機位置にない場合、例えば、リコータ１０１が材料１２０を散布している場合には、冷却媒体１４１（ヒートシンク）と接触した状態となっている。この状態で、冷却ヘッド１０４は、リコータ１０１から伝導され、冷却ヘッド１０４に蓄えられた熱を放熱している。なお、リコータ１０１は、材料１２０を散布していない場合、例えば、材料１２０に電子ビームなどを照射している間、待機位置（ホーム位置）で待機している。また、リコータ１０１への材料の１２０の補充は、リコータ１０１が待機位置にあり、冷却ヘッド１０４と接触している間に行ってもよいし、リコータ１０１の冷却が終了したタイミングで行ってもよい。
　図３は、本実施形態に係る３次元積層造形装置１００のリコータ１０１の温度変化を説明する図である。グラフ３０１に示したように、材料１２０の散布を開始したリコータ１０１の温度は徐々に上昇し、やがて許容最大温度（ＴＣｍａｘ）に達する。リコータ１０１の温度が許容最大温度（ＴＣｍａｘ）に達すると、リコータ１０１は待機位置（ホーム位置）に移動して、冷却ヘッド１０４と接触して、リコータ１０１に蓄えられた熱を放熱する。リコータ１０１が放熱されると、リコータ１０１の温度は低下し、やがて冷却温度へと到達する（期間ｔ０）。
　リコータ１０１の温度が冷却温度まで低下するとリコータ１０１は、材料１２０の散布を再開する。材料１２０の散布を再開したリコータ１０１の温度は再び上昇に転じ、再度許容最大温度に達する（期間ｔ１）。リコータ１０１の温度が許容最大温度に達すると、リコータ１０１は、再び待機位置へ移動して、冷却ヘッド１０４と接触して、リコータ１０１に蓄えられた熱を放熱する。そして、リコータ１０１は、材料１２０の散布を再開する。３次元積層造形装置１００は、リコータ１０１の温度が、制御温度範囲内（ＴＣｍａｘ～ＴＣｍｉｎ）に収まるように制御する。このように制御することで、リコータ１０１の温度が最大温度（Ｔｍａｘ）を超えることがない。
　図４は、本実施形態に係る３次元積層造形装置１００のリコータ１０１の冷却手順を説明するフローチャートである。ステップＳ４０１において、３次元積層造形装置１００は、材料１２０の散布計画（造形面上におけるリコータ１０１の位置）を作成する。ステップＳ４０３において、３次元積層造形装置１００は、作成した散布計画に従って、造形面上でリコータ１０１を走査して材料１２０を散布する。ステップＳ４０５において、温度測定部１０２は、あらかじめ定めた時間間隔（定時間隔）でリコータ１０１の温度を測定する。ステップＳ４０７において、３次元積層造形装置１００は、リコータ１０１の温度が制御温度範囲内にあるか否かを判断する。リコータ１０１の温度が制御温度範囲内にあれば、３次元積層造形装置１００は、ステップＳ４０９に進む。
　ステップＳ４０７において、リコータ１０１の温度が制御温度範囲内になければ、すなわち、リコータ１０１の温度が、許容最大温度に達するか、または許容最大温度を超えていれば、３次元積層造形装置１００は、ステップＳ４１３に進む。
　ステップＳ４１３において、３次元積層造形装置１００は、材料１２０の散布を中断し、リコータ１０１が材料散布を中断した位置を記憶して、リコータ１０１を待機位置へと移動させる。つまり、リコータ１０１の温度が所定の温度を超えたら、材料散布中であっても、リコータ１０１へのダメージなどを防ぐため、リコータ１０１を待機位置へと退避させる。
　そして、ステップＳ４１５において、３次元積層造形装置１００は、リコータ１０１を冷却する。ステップＳ４１７において、３次元積層造形装置１００は、材料散布を中断した位置から、材料１２０の散布を再開する。なお、３次元積層造形装置１００は、材料散布を中断した場合は、リコータ１０１による、それまでの材料散布の履歴を記憶する履歴記憶部を備えてもよい。そして、リコータ１０１が材料散布を再開する場合には、この履歴に基づいて材料散布を再開してもよい。
　ステップＳ４０９において、３次元積層造形装置１００は、作成した散布計画を完遂して、材料１２０の散布が終了したか否かを判断する。散布計画が未完であり、材料１２０の散布が終了していなければ、３次元積層造形装置１００は、ステップＳ４０３に戻り、以降のステップを繰り返す。
　散布計画を完遂し、材料１２０の散布が終了していれば、３次元積層造形装置１００は、ステップＳ４１１に進み、リコータ１０１を待機位置へと移動させ、リコータ１０１の冷却を実施する。
　図５は、本実施形態に係る３次元積層造形装置１００によるリコータの冷却手順を説明するフローチャートである。ステップＳ５０１において、３次元積層造形装置１００は、リコータ１０１を移動させて、待機位置（ホーム位置）に戻す。ステップＳ５０３において、３次元積層造形装置１００は、昇降器１４２を上昇させて、リコータ１０１と冷却ヘッド１０４とを接触させる。ステップＳ５０５において、温度測定部１０２は、リコータ１０１の温度を測定する。ステップＳ５０７において、３次元積層造形装置１００は、リコータ１０１の温度が冷却温度以下に低下したか否かを判断する。冷却温度以下に低下していないと判断した場合、３次元積層造形装置１００は、ステップＳ５０５に戻り、以降のステップを繰り返す。
　冷却温度以下に低下したと判断した場合、３次元積層造形装置１００は、ステップＳ５０９へ進む。ステップＳ５０９において、３次元積層造形装置１００は、昇降器１４２を降下させて、リコータ１０１と冷却ヘッド１０４とが離れるようにする。
　本実施形態によれば、リコータを冷却する冷却器や冷却パイプがないので、２次元的に駆動するリコータを簡易な構造で冷却できる。また、リコータの動きが制限されず、位置制御の精度が向上する。さらに、リコータに余分な装備が付いていないので、リコータを軽量化することができ、リコータを高速で動かすことができる。リコータの温度を一定の範囲以内に維持でき、リコータが待機位置にあるときに、材料を補充することができるのでタイムロスが減少する。
　［第２実施形態］
　次に本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置について、図７および図８を用いて説明する。図７は、本実施形態に係る３次元積層造形装置７００の構成の概略を説明するための図である。本実施形態に係る３次元積層造形装置７００は、上記第１実施形態と比べると、冷却ヘッドを２つ有する点で異なる。その他の構成および動作は、第１実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
　３次元積層造形装置７００は、冷却ヘッド７０４をさらに備える。つまり、３次元積層造形装置は、リコータ１０１の待機位置（ホーム位置）を２か所有する。そして、温度測定部１０２による温度測定の結果、リコータ１０１の温度が所定の温度（許容最大温度）以上の温度になった場合、所定の温度以上になったことを示すアラート信号がリコータ冷却制御部１０３に送信される。
　アラート信号を受信したリコータ冷却制御部１０３は、リコータ１０１の位置に基づいて、２つある待機位置のうちリコータ１０１の現在位置からの距離が近い方、すなわち、リコータ１０１の移動時間が短い方の待機位置までリコータ１０１を移動させる。
　例えば、冷却ヘッド７０４側の待機位置が近ければ、リコータ冷却制御部１０３は、リコータ位置制御部１５０および昇降制御部１４３を制御して、リコータ１０１と冷却ヘッド７０４とを接触させる。なお、リコータ１０１が、両待機位置の中間に位置している場合などは、待機位置に優先順位を付けておき、優先順位の高い待機位置へ移動させてもよい。
　あるいは、リコータ１０１の現在位置にかかわらず、２つある待機位置に交互に移動させてもよい。このように制御することにより、冷却ヘッド１０４（７０４）を冷却媒体１４１（７４１）で確実に冷却することができ、一方の冷却ヘッド１０４（７０４）が連続して使われることがないので、十分な放熱効果が期待できる。
　図８は、本実施形態に係る３次元積層造形装置７００の冷却手順を説明するフローチャートである。ステップＳ８０１において、３次元積層造形装置７００は、リコータ１０１の現在位置に基づいて、近い方の待機位置へリコータ１０１を移動させる。
　本実施形態によれば、より迅速にリコータを冷却することができ、３次元積層造形物の造形時間を短縮することができる。
　［第３実施形態］
　次に本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置について、図９および図１０を用いて説明する。図９は、本実施形態に係る３次元積層造形装置９００の構成の概略を説明するための図である。本実施形態に係る３次元積層造形装置９００は、上記第２実施形態と比べると、リコータを２つ有する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
　３次元積層造形装置９００は、リコータ９０１をさらに備える。これにより、例えば、一方のリコータ１０１（リコータ９０１）を待機位置で冷却している場合には、他方のリコータ９０１（リコータ１０１）が材料を散布してもよい。また、２つのリコータ１０１，９０１を用いて同種材料を散布すれば、材料の散布時間を短縮でき、３次元積層造形物の造形時間を短縮できる。さらに、２つのリコータ１０１，９０１を用いて、異種材料を散布することもできるので、異種材料からなる３次元積層造形物を造形することもできる。
　本実施形態によれば、２つのリコータで材料を散布できるので、材料の散布時間を短縮でき、３次元積層造形物の造形時間を短縮できる。さらに、２つのリコータを備えるので、複数の材料を散布でき、それぞれのリコータも冷却できる。
　［他の実施形態］
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
　また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。

Claims (7)

  1. 　３次元積層造形物の材料を散布する少なくとも１つの材料散布手段と、
    　前記材料散布手段の温度を測定する温度測定手段と、
    　前記材料を散布しない場合に前記材料散布手段が待機する待機位置に設けられ、前記材料散布手段を冷却する少なくとも１つの冷却手段と、
    　前記材料散布手段を制御する制御手段と、
    　を備え、
    　前記制御手段は、前記散布手段を前記待機位置に移動させ、前記材料散布手段と前記冷却手段とを接触させる３次元積層造形装置。
  2. 　前記制御手段は、前記材料散布手段による前記材料の散布が終了した場合、前記材料散布手段を前記待機位置へと移動させ、前記材料散布手段と前記冷却手段とを接触させる請求項１に記載の３次元積層造形装置。
  3. 　前記制御手段は、材料散布中に前記材料散布手段の温度が所定温度を超えた場合、材料散布を中断し、前記材料散布手段を前記待機位置へと移動させ、前記材料散布手段と前記冷却手段とを接触させる請求項１に記載の３次元積層造形装置。
  4. 　前記材料散布手段による材料散布の履歴を記憶する履歴記憶手段をさらに備え、
    　材料散布を中断した場合、前記制御手段は、前記履歴に基づいて材料散布を再開する請求項３に記載の３次元積層造形装置。
  5. 　前記材料散布手段に前記材料を補充する材料補充手段をさらに備え、
    　前記材料補充手段は、前記材料散布手段が前記待機位置にあり、前記材料散布手段と前記冷却手段とが接触している間に前記材料を補充する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
  6. 　材料散布手段により、材料を散布する材料散布ステップと、
    　前記材料散布手段の温度を測定する温度測定ステップと、
    　前記材料を散布しない場合に前記材料散布手段が待機する待機位置に設けられた前記材料散布手段の冷却手段と、前記材料散布手段とを接触させるように前記材料散布手段の動きを制御する制御ステップと、
    　を含む３次元積層造形装置の制御方法。
  7. 　材料散布手段により、材料を散布する材料散布ステップと、
    　前記材料散布手段の温度を測定する温度測定ステップと、
    　前記材料を散布しない場合に前記材料散布手段が待機する待機位置に設けられた前記材料散布手段を冷却する冷却手段と、前記材料散布手段とを接触させるように前記材料散布手段の動きを制御する制御ステップと、
    　をコンピュータに実行させる３次元積層造形装置の制御プログラム。
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