JP6731329B2 - 三次元形状物製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、成形物を形成し、形成した成形物を加工することにより所望の三次元形状物を製造する三次元形状物製造装置に関する。

従来、粉末材料により成形層を形成し、当該成形層を積層することによって成形物を形成した後、当該成形物を加工することにより三次元形状物を製造する三次元形状物製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の三次元積層装置は、粉末材料を供給する粉末供給部と、粉末材料に光ビームを照射し、光ビームが照射された粉末材料の少なくとも一部を焼結又は溶融固化させることにより成形層を形成する光照射部と、工具を保持し当該工具により上記成形層を機械加工する機械加工部とを備えている。

上記三次元積層装置には、積層ヘッド及び機械加工部が設けられる。この積層ヘッドは、ノズルにより基台部に向けて粉末材料を射出し、その粉末材料にレーザ光を照射することによって当該粉末材料を溶融させて固化させる機能を備える。これにより、基台部上に成形層が形成される。基台部はテーブル部により移動可能に構成されている。また、機械加工部は、上記積層ヘッドにより形成された成形層に対して工具による機械加工を行う。機械加工部は、上記テーブル部による基台部の移動可能な範囲に設けられる。積層ヘッドによる成形層の形成及び機械加工部による当該成形層の機械加工は、三次元積層室内において行われる。なお、上記三次元積層室内には、ガス導入部により例えばアルゴンや窒素等の不活性ガスが導入される。

上記のような構成において、積層ヘッドによる成形層の形成が終了すると、基台部上に形成された成形層が機械加工部の下方に配置されるように制御装置によりテーブル部が移動される。基台部上の成形層が機械加工部の下方に位置すると、機械加工部による成形層に対する機械加工が開始される。

特開２０１５−１９６２６４号公報

しかしながら、上記従来の三次元積層装置においては、積層ヘッドによる成形層の形成が終了した後に基台部を移動させて機械加工部による機械加工を行う構成であるため、処理効率が高くなかった。また、積層ヘッドによる処理又は機械加工部による処理に応じて不活性ガスを導入すべきところ、上記従来の三次元積層装置では三次元積層室内の全体に不活性ガスが充填されてしまう。そのため、不活性ガスの使用量が増加し、コスト的に不利であった。

本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、低コストで処理を行うことができ、そして処理効率を向上することができる三次元形状物製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る三次元形状物製造装置は、成形物を形成し、前記成形物を加工することにより所望の三次元形状物を製造する三次元形状物製造装置であって、
付加加工室と、
前記付加加工室内において粉末を用いて成形物を形成する成形物形成部と、
前記成形物形成部を保持しつつ移動させる駆動機構と、
前記付加加工室の側方に設けられた除去加工室と、
工具を保持し、前記形成された前記成形物に対して前記除去加工室内で除去加工を行う除去加工部と、
少なくとも２つのパレットを保持する保持機構を有し、一方の前記パレットを前記付加加工室内に位置させ且つ他方の前記パレットを前記除去加工室内に位置させるように前記保持機構を旋回軸回りに旋回させるパレット交換装置と、を備え、
前記付加加工室と前記除去加工室との間には第１開口部が設けられており、
前記保持機構の旋回に連動して前記第１開口部を開閉する仕切り部材をさらに備えるものである。

本発明においては、付加加工室において、成形物形成部により成形物が形成される。この成形物は複数の成形層が積層されることにより形成される。成形物形成部は、駆動機構により保持されつつ移動される。除去加工室は、上記付加加工室の側方に設けられる。除去加工室において、工具を保持する除去加工部により、上記成形物に対して切削加工等の除去加工が行われる。また、少なくとも２つのパレットを保持する保持機構を有し、付加加工室と除去加工室との間でパレットを交換するパレット交換装置が設けられる。このパレット交換装置は、一方のパレットを付加加工室内に位置させ且つ他方のパレットを除去加工室内に位置させるように上記保持機構を旋回軸回りに旋回させるように構成されている。

付加加工室と除去加工室との間には第１開口部が設けられている。そして、仕切り部材が上記保持機構の旋回に連動して第１開口部を開閉するように設けられている。例えば、付加加工室と除去加工室とを区画する鉛直壁に第１開口部を設け、保持機構において鉛直方向に沿って仕切り部材を設けるようにして当該保持機構の旋回に伴って仕切り部材を旋回させる。これにより、旋回角度によって第１開口部を仕切り部材で閉じた状態（つまり、付加加工室と除去加工室とが連通しない状態）と、第１開口部を開いた状態（つまり、付加加工室と除去加工室とが連通する状態）とを切り替えることができる。

このような構成において、本発明によれば、仕切り部材により第１開口部を閉じた状態にすることができるので、付加加工室において付加加工を行い、当該付加加工と並行して除去加工室において除去加工を行うことが可能となる。これにより、成形層の形成後に基台部を移動させて機械加工を行う上記従来の構成に比べて、処理効率が著しく向上する。また、仕切り部材により第１開口部を閉じた状態にすることができるので、付加加工時に付加加工室内にのみ必要な不活性ガス又は雰囲気ガスを供給することができる。そのため、必要性に欠けるにも関わらず機械加工の領域に供給されていた不活性ガス又は雰囲気ガスを削減することができる。以上の通り、本発明によれば、低コストで加工処理を行うことができると共に、処理効率を向上することができる。さらに、本発明によれば、付加加工後の成形物に対して除去加工を行う際には、パレット交換装置により保持機構を旋回させることで上記成形物を除去加工室内に迅速に配置することができ、また、除去加工後の三次元形状物について再度付加加工を行う場合や付加加工室を介して搬出する場合等には、パレット交換装置により保持機構を旋回させることで三次元形状物を付加加工室内に迅速に配置することができる。以下、上記付加加工後の成形物及び上記除去加工後の三次元形状物をワークと総称する。

本発明に係る三次元形状物製造装置は、前記付加加工室内に配置された前記パレットを回転軸回りに回転させる回転機構をさらに備えてもよい。

上記態様によれば、回転機構によりパレットを回転させることで当該パレット上の成形物の配置角度を変えることができる。これにより、駆動機構による成形物形成部の移動が付加加工室内の一部の領域において困難な場合でも、成形物形成部が付加加工を行い易くなるように上記配置角度を調整することができる。

本発明において、前記駆動機構は、前記付加加工室内の上部に基端部が設けられたロボットであることが好ましい。

上記態様によれば、駆動機構がロボットであることにより成形物形成部の付加加工領域の幅が広がる。また、ロボットの基端部を付加加工室内の上部、つまり付加加工室内の空いたスペースに配置することにより、付加加工室内の下部にスペースを設けてロボットを配置する場合よりも、付加加工室全体をコンパクト化することができる。

本発明において、前記除去加工室は前記付加加工室の側方に位置する待機部と除去加工を行う除去加工部とを備え、本発明に係る三次元形状物製造装置は、前記待機部と前記除去加工部との間で前記パレットを搬送する搬送機構を備え、前記待機部と前記除去加工部との間には第２開口部が設けられており、前記搬送機構による前記搬送に連動して前記第２開口部を開閉する仕切り扉をさらに備え、前記パレット交換装置は、前記付加加工室内に前記パレットを位置させると共に前記待機部内に前記パレットを位置させるように前記保持機構を旋回軸回りに旋回させるように構成されてもよい。

上記態様によれば、付加加工室における付加加工が終了しておらず、付加加工室内にワークを搬入して当該付加加工室を介して当該ワークを搬出する等の段取り作業を行うのに待ち時間が生じる場合に、除去加工が終了したワークを搬送機構により第２開口部を介して待機部に移動させることが可能となる。これにより、除去加工室内で段取り作業を行うことができる。したがって、上記待ち時間を有効活用することができるので、処理効率がさらに向上する。

本発明において、前記待機部は２つ以上設けられ、前記２つ以上の待機部及び前記付加加工室は円周状に連なって配置され、前記パレット交換装置は、３つ以上のパレットを保持する保持機構を有し、前記付加加工室内に前記パレットを位置させると共に前記待機部内に当該待機部ごとに前記パレットを位置させるように前記保持機構を旋回軸回りに旋回させるように構成されてもよい。

上記態様によれば、付加加工に要する時間が除去加工に要する時間よりも相当長い場合に、２つ以上の待機部内に当該待機部ごとにワークを待機させることができる。これにより、除去加工室内で段取り作業を行うことができる。したがって、上記待ち時間を有効活用することができるので、処理効率がさらに向上する。

本発明に係る三次元形状物製造装置は、前記駆動機構及び前記成形物形成部を収容し、前記旋回軸と同軸かつ独立に旋回可能に構成された収容部をさらに備え、前記収容部は、前記旋回軸に垂直な面内に形成され且つ下方に通ずる開口が部分的に形成された底部を有すると共に、前記旋回により前記付加加工室と連通して当該付加加工室の一部を形成し且つ前記底部により全ての前記待機部を閉じる第１状態、又は、前記旋回により一の前記待機部と連通して当該待機部の一部を形成し且つ前記底部により前記付加加工室若しくは前記付加加工室と他の前記待機部とを閉じる第２状態を形成するように構成され、前記駆動機構は、前記収容部の前記旋回に連動して前記旋回軸と同軸に旋回可能に構成されたロボットであって、前記開口を介して前記成形物形成部を前記パレットに対し接近及び離間させるように構成されてもよい。

上記態様によれば、駆動機構及び成形物形成部を収容する収容部の底部には部分的に開口が形成されている。この収容部は、上記旋回軸と同軸かつ独立に旋回可能に構成されており、上記仕切り部材の上方に設けることができる。このような構成において、収容部が旋回されると、上記開口を介して付加加工室と連通して当該付加加工室の一部を形成し且つ底部により全ての待機部（但し、待機部が１つの場合あり）を閉じることができ（上記第１状態）、又は、旋回により上記開口を介して一の待機部と連通して当該待機部の一部を形成し且つ底部により付加加工室若しくは付加加工室と他の待機部（但し、待機部を２つ以上設けた場合における上記一の待機部以外の他の待機部）とを閉じることができる（上記第２状態）。

このように、収容部の旋回（つまり旋回角度）に応じて、付加加工室を開放しつつ待機部を閉じたり、又は付加加工室を閉じつつ待機部を開放することができる。このような構成により、次のようなことが実現できる。すなわち、付加加工の進行中に除去加工が終了した場合に、まず除去加工後のワークを待機部に移動させ、そして、パレット交換装置により、付加加工室内のワークを待機部内に移動させると共に待機部内の上記ワークを付加加工室内に移動させる。これに加えて、収容部を例えば１８０°旋回させる。このことによって、収容部と待機部とが連通した状態となり、付加加工室が収容部の底部により閉じられた状態となる。この状態で、ロボットは上記開口を介して待機部内のワークに対し成形物形成部を近接させ、上記付加加工を待機部内で再開することができる。また、付加加工室内に移動されたワークについては搬出する等の作業を行うことが可能となり、除去加工室内では除去加工を行うことも可能となる。以上により、付加加工の進行に基づく待ち時間を発生させることなく、上記作業や除去加工を行うことができるため、処理効率が向上する。

本発明において、前記ロボットは、前記成形物形成部が着脱可能に取り付けられる取り付け部を有し、前記取り付け部は、前記成形物又は前記三次元形状物を保持する保持部、エアーを供給するエアーガン、及びクーラントを供給するクーラントガンをそれぞれ取り付け可能に構成されてもよい。

上記態様によれば、ロボットに設けられた取り付け部に対して保持部、エアーガンやクーラントガンを取り付けることができる。これにより、保持部を取り付けた場合には、ロボットにワークの搬出入機能を持たせることができ、エアーガン又はクーラントガンを取り付けた場合には、ロボットに清掃機能を持たせることができる。

本発明によれば、低コストで処理を行うことができ、そして処理効率を向上することができる三次元形状物製造装置を提供することが可能となる。

本発明の参考的形態に係る三次元形状物製造装置を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は図１の三次元形状物製造装置における付加加工及び除去加工の流れを説明するための断面図である。 （ｄ）及び（ｅ）は図１の三次元形状物製造装置における付加加工及び除去加工の流れを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態に係る三次元形状物製造装置を示す断面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係る三次元形状物製造装置を示す断面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 図６の収容部を旋回させる機構を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は図６の三次元形状物製造装置における付加加工及び除去加工の流れを説明するための断面図である。 （ｃ）及び（ｄ）は図６の三次元形状物製造装置における付加加工及び除去加工の流れを説明するための断面図である。 （ｅ）は図６の三次元形状物製造装置における付加加工及び除去加工の流れを説明するための断面図である。 （ａ）は他の実施形態に係る２つの待機室が設けられた三次元形状物製造装置の断面図であり、（ｂ）はさらに他の実施形態に係る３つの待機室が設けられた三次元形状物製造装置の断面図である。 （ａ）は他の実施形態に係る収容部の底部の形状を示す断面図であり、（ｂ）はさらに他の実施形態に係る収容部の底部の形状を示す断面図である。

（参考的形態）
まず、本発明の参考的形態に係る三次元形状物製造装置について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本形態の三次元形状物製造装置１は、閉じられた付加加工室２と、付加加工室２の側方に設けられ閉じられた除去加工室３とを備える。付加加工室２では、粉末を用いて成形層が形成され、当該成形層が積層されることにより成形物が形成される。また、除去加工室３では、成形物に対して切削加工等が行われることにより三次元形状物が製造される。なお図１では、三次元形状物製造装置１の内部構成を見易くするため、付加加工室２の外壁や除去加工室３の外壁等を二点鎖線により示している。

付加加工室２と除去加工室３との間には側壁４（図２（ａ）参照）が設けられており、この側壁４に開口部５が設けられている。また、付加加工室２にはパレット交換装置７が設けられている。パレット交換装置７は、ベース部８と、ベース部８に旋回可能に設けられた旋回軸部９と、旋回軸部９の上端に設けられた板状の保持機構１０とを備える。保持機構１０は、一方のパレット１１を保持する保持部１０ａと当該保持部１０ａの逆側に設けられ他方のパレット１１を保持する保持部１０ｂとを備える。なお、図１では、保持部１０ｂには、パレット１１が未だ保持されていない状態が示されている。保持部１０ａ及び保持部１０ｂを併せた平面視形状はＨ型となっている。パレット交換装置７は、一方のパレット１１を付加加工室２内に位置させ且つ他方のパレット１１を除去加工室３内に位置させるように保持機構１０を旋回軸部９回りに旋回させるように構成される。

付加加工室２には、粉末材料を射出して成形物を形成するノズル１３と、当該ノズル１３を保持しつつ付加加工室２内で移動させるロボット１４とが設けられる。ノズル１３には、粉末材料を当該ノズル１３に供給する供給管１５が接続される。ノズル１３には、当該ノズル１３から射出された粉末材料にレーザ光を照射することにより当該粉末材料を溶融させる図示しないレーザ光出射部が設けられる。溶融された粉末材料が固化することにより成形層が形成される。付加加工時には、上記粉末材料の種に応じて付加加工室２内に窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガスが供給される。また、付加加工室２には、パレット１１を回転軸回りに回転させる回転機構１２が設けられる。

ロボット１４は、ノズル１３が着脱可能に取り付けられる取り付け部１６と、この取り付け部１６が設けられたハンド１７と、アーム１８，１９と、ベース部２０と、駆動モータが内蔵された関節部２１，２２，２３と、を備える。取り付け部１６は、成形物や三次元形状物を保持する保持部（爪部により把持するものや、流体圧式吸着又は磁気式吸着によって保持するものを含む）、エアーを供給するエアーガン、及びクーラントを供給するクーラントガンをそれぞれ取り付け可能に構成されている。ベース部２０は、支持部材２４に支持されると共に鉛直軸回りに回転可能に構成される。また、ハンド１７は関節部２１により所望の角度に傾斜され、アーム１８は関節部２２により所望の角度に傾斜され、アーム１９は関節部２３により所望の角度に傾斜されるように構成されている。このように、駆動機構としてロボットを採用することにより、ノズル１３をパレット１１に対し容易に接近及び離間させることができる。

除去加工室３には、付加加工により形成された成形物に対して除去加工を行う除去加工部２７が設けられている。除去加工部２７は、除去加工用の工具２８ａが取り付けられる主軸２８と、主軸２８を回転可能に支持するコラム２９と、コラム２９を支持するベッド３０とを備える。また、除去加工室３には、パレット１１を保持しつつ除去加工部２７と保持機構１０の保持部１０ｂとの間でパレット１１を搬送すると共に当該パレット１１を鉛直軸回りに回転させることが可能な送り台２５と、この送り台２５を所定方向に移動可能に支持するベッド２６とが設けられる。

ここで、保持機構１０上には板状の仕切り部材６が固設されている。仕切り部材６は、保持機構１０の長さ方向に対する垂直方向の中心において上下方向に沿って立設されている。このような構成において、仕切り部材６は保持機構１０の旋回に連動して上記開口部５を開閉する。本実施形態では、付加加工室２内で付加加工を行い、これに並行して除去加工室３内で除去加工を行う際には、図１に示すように、仕切り部材６により開口部５が閉じられた状態となる。したがって、付加加工及び除去加工を並行して行う際には、付加加工室２及び除去加工室３はそれぞれ閉じられた状態となる。付加加工室２内のパレット１１にはノズル１３により形成された成形物Ｗが載置され、除去加工室３内のパレット１１には工具２８ａにより加工された三次元形状物Ｗが載置される。以下、上記成形物Ｗ及び上記三次元形状物ＷをワークＷと総称する。なお、付加加工室２においては、パレット１１上に原ワークをセットして当該原ワークに対して付加加工を行ってもよいし、付加加工によりパレット１１上に最初から成形物を形成するようにしてもよい。

付加加工が終了すると、パレット交換装置７により、付加加工室２内のパレット１１が除去加工室３内に位置され且つ除去加工室３内のパレット１１が付加加工室２内に位置されるように保持機構１０が旋回される。この場合、保持機構１０の旋回に伴って、仕切り部材６も旋回するため、開口部５は一時的に開放された状態となる。これにより、付加加工室２内と除去加工室３内とが連通した状態となり、付加加工室２内のパレット１１を除去加工室３内に移動させることができると共に除去加工室３内のパレット１１を付加加工室２内に移動させることができる。そして、除去加工室３内に移動されたパレット１１は、送り台２５に受け渡され、当該送り台２５により除去加工部２７による除去加工が可能な位置まで搬送される。一方、付加加工室２内に移動されたパレット１１は、三次元形状物製造装置１に接続された図示しないパレットプールとの間で新しいパレットと交換されてもよいし、パレット１１上のワークＷに対して付加加工室２内で再度付加加工を行ってもよい。

次に、三次元形状物製造装置１における付加加工及び除去加工の流れを説明する。図２（ａ）に示すように、パレット交換装置７による保持機構１０の旋回によって開口部５（図１参照）が仕切り部材６により閉じられる。これにより、付加加工室２及び除去加工室３が互いに連通しない閉じられた状態となる。そして、除去加工室３内において、除去加工部２７による除去加工が可能な位置までパレット１１が送り台２５により搬送された後、当該パレット１１上のワークＷ２（以下、付加加工室２内のワークと区別するためにワークＷ２とする）に対して除去加工が行われる。一方、除去加工室３内で除去加工が行われている間に、付加加工室２内においてパレット１１上にワークＷ１（以下、除去加工室３内のワークと区別するためにワークＷ１とする）がセットされる。なお、一つのワークに対する付加加工時間は除去加工時間よりも長いものとする。

次に、図２（ｂ）に示すように、除去加工室３内で除去加工が継続される状態で付加加工室２内で付加加工が開始される。そして、図２（ｃ）に示すように、付加加工室２における付加加工及び除去加工室３における除去加工が終了する。なお、ロボット１４は付加加工終了後に原位置に戻る。

続いて、図３（ｄ）に示すように、パレット１１は、送り台２５により保持機構１０の保持部１０ｂに保持されるように移動される。したがって、図３（ｄ）の段階において、保持部１０ａにはワークＷ１が載置されたパレット１１が保持され、保持部１０ｂにはワークＷ２が載置されたパレット１１が保持される。

次いで、図３（ｅ）に示すように、パレット交換装置７により、付加加工室２内のパレット１１が除去加工室３内に位置され且つ除去加工室３内のパレット１１が付加加工室２内に位置されるように保持機構１０が１８０°旋回される。これにより、付加加工室２内のワークＷ１が除去加工室３内に移動され、除去加工室３内のワークＷ２が付加加工室２内に移動される。除去加工室３内に移動されたワークＷ１に対しては除去加工が行われ、付加加工室２内に移動されたワークＷ２については再度付加加工を行ってもよいし、新たなワークと交換してもよい。なお、パレット交換装置７による保持機構１０の旋回の進行中は付加加工室２と除去加工室３とは連通した状態となり、旋回の終了後に開口部５（図１参照）は仕切り部材６により閉じられた状態となる。

以上のように、本形態の三次元形状物製造装置１によれば、仕切り部材６により開口部５を閉じた状態にすることができるので、付加加工室２において付加加工を行い、当該付加加工と並行して除去加工室３において除去加工を行うことが可能となる。これにより、成形層の形成後に基台部を移動させて機械加工を行う上記従来の構成に比べて、処理効率が向上する。また本例の三次元形状物製造装置１によれば、仕切り部材６を旋回させる簡易な動作のみによって付加加工室２を密閉された空間にすることができる。また、付加加工時に付加加工室２内にのみ必要な不活性ガス又は雰囲気ガスを供給することができる。そのため、必要性に欠けるにも関わらず機械加工の領域に供給されていた不活性ガス又は雰囲気ガスを削減することができる。以上の通り、本形態によれば、低コストで加工処理を行うことができると共に、処理効率を向上することができる。さらに、付加加工後のワークＷに対して除去加工を行う際には、パレット交換装置７により保持機構１０を旋回させることで上記ワークＷを除去加工室３内に迅速に配置することができ、また、除去加工後のワークＷに対して再度付加加工を行う場合や新たなワークＷと交換する場合には、保持機構１０の旋回によりワークＷを付加加工室２内に迅速に移動させることができる。

また、本形態では、付加加工室２内にパレット１１を回転軸回りに回転させる回転機構１２を設けることによって、パレット１１を回転させて当該パレット１１上のワークＷの配置角度を変えることができる。これにより、ロボット１４によるノズル１３の移動が付加加工室２内の一部の領域において困難な場合でも、ノズル１３が付加加工を行い易くなるようにワークＷの配置角度を調整することができる。

（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態は上述した参考的形態を変形したものであり、以下では、上記参考的形態の三次元形状物製造装置１と同じ構成要素には同一符号を付与することとし、当該構成要素の説明については省略する。

図４は第１実施形態に係る三次元形状物製造装置１ａを示す断面図である。図４に示すように、第１実施形態の三次元形状物製造装置１ａの構成が上記参考的形態の三次元形状物製造装置１の構成と異なる点は、除去加工室３内に待機室３５が設けられる点である。以下、詳しく説明する。

図４に示すように、待機室３５は付加加工室２の一部の側方に位置する。待機室３５と除去加工室３との間には側壁３７が設けられており、この側壁３７に開口部３７ａが設けられる。また、送り台２５によるパレット１１の搬送に連動して上記開口部３７ａを開閉する仕切り扉３９が設けられる。この仕切り扉３９は、図５に示すように、第１扉３９ａと第２扉３９ｂとで構成されており、第１扉３９ａ及び第２扉３９ｂが互いに近接する方向に移動して接触すれば上記開口部３７ａが閉じられ、逆に第１扉３９ａ及び第２扉３９ｂが互いに離間する方向に移動すれば開口部３７ａが開放される。図４において、待機室３５は、水平壁３５ｓと側壁３７と仕切り扉３９と仕切り部材６とにより仕切られて形成される。なお、図５ではパレット１１上のワークＷ１，Ｗ２の図示を省略している。

付加加工室２には、上述の側壁３７と逆側に側壁３８が設けられており、当該側壁３８に開口部３８ａが設けられている。また、付加加工室２内のワークＷを搬出する際及び付加加工室２内に新たなワークＷを搬入する際に開口部３８ａを開閉する搬出入用扉４０が設けられる。この搬出入用扉４０は、第１扉４０ａと第２扉４０ｂとで構成されており、第１扉４０ａ及び第２扉４０ｂが互いに近接する方向に移動して接触すれば上記開口部３８ａが閉じられ、逆に第１扉４０ａ及び第２扉４０ｂが互いに離間する方向に移動すれば開口部３８ａが開放される。

このような構成において、除去加工室３から待機室３５にパレット１１を移動させる際には、送り台２５によるパレット１１の搬送に連動して第１扉３９ａ及び第２扉３９ｂが互いに離間する方向に移動する。これにより、開口部３７ａが開放され、パレット１１を待機室３５内に移動させることができる。なお、パレット１１を待機室３５内に移動させた後は、第１扉３９ａ及び第２扉３９ｂが互いに近接する方向に移動することにより、待機室３５は閉じられた状態となる。

本実施形態では、付加加工室２における付加加工が終了する前に除去加工室３における除去加工が終了したときに、除去加工後のワークＷ２を待機室３５に移動させる。付加加工室２における付加加工が終了すると、パレット交換装置７により、付加加工室２内のパレット１１が待機室３５内に位置され且つ待機室３５内のパレット１１が付加加工室２内に位置されるように保持機構１０が旋回される。これにより、付加加工室２内のワークＷ１が待機室３５内に移動され、待機室３５内のワークＷ２が付加加工室２内に移動される。その後、付加加工室２内に移動されたワークＷ２については再度付加加工を行ってもよいし、新たなワークと交換してもよい。一方、待機室３５内に移動されたワークＷ１は、仕切り扉３９が開かれた後、送り台２５により除去加工部２７による除去加工が可能な位置まで搬送され、除去加工が施される。なお図５には、パレット交換装置７による仕切り部材６の旋回の軌跡Ｒ１が示されている。

以上のように、本実施形態の三次元形状物製造装置１ａによれば、付加加工室２における付加加工が終了しておらず、付加加工室２内にワークＷ２を搬入して当該付加加工室２を介して当該ワークＷ２を搬出する等の作業を行うのに待ち時間が生じる場合に、除去加工室３において除去加工が終了したワークＷ２を送り台２５により開口部３７ａを介して待機室３５内に移動させることが可能となる。これにより、除去加工室３内で段取り作業を行うことができる。したがって、上記待ち時間を有効活用することができるので、処理効率がさらに向上する。

また、本実施形態では、ロボット１４の基端部を付加加工室２内の上部に設けるようにした。このように、ロボット１４の基端部を付加加工室２内の上部、つまり付加加工室２内の空いたスペースに配置することにより、付加加工室２内の下部にスペースを設けてロボット１４を配置した参考的形態よりも、付加加工室２全体をコンパクト化することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、この第２実施形態は上述した第１実施形態を変形したものであり、以下では、上記参考的形態の三次元形状物製造装置１及び第１実施形態の三次元形状物製造装置１ａと同じ構成要素には同一符号を付与することとし、当該構成要素の説明については省略する。

図６は第２実施形態に係る三次元形状物製造装置１ｂを示す断面図である。図６に示すように、第２実施形態の三次元形状物製造装置１ｂの構成が第１実施形態の三次元形状物製造装置１ａの構成と異なる点は、第１実施形態の付加加工室２の一部の上方及び待機室３５の上方にロボット１４及びノズル１３を収容する収容部３６が設けられる点と、ロボット１４が収容部３６の旋回に連動して旋回軸部９と同軸に旋回可能に構成される点とである。以下、詳しく説明する。

図８に示すように、収容部３６は中空の円柱形状に形成される。図６乃至図８に示すように、収容部３６は、当該収容部３６の下方に通ずる開口４２が部分的に形成された半円形状の底部４１を有している。なお、図８では三次元形状物製造装置１ｂの構成要素の一部を省略している。

収容部３６は、上述の旋回軸部９と同軸かつ独立に旋回可能に構成される。詳細には、図８に示すように、ベッド２６の長さ方向に垂直な方向の一方側に設けられ上下に延びる支持部材４３の上端部と他方側に設けられ上下に延びる支持部材４４の上端部とに保持部材４５が架設されている。収容部３６は、保持部材４５に設けられた旋回軸４６に接続されている。旋回軸４６は収容部３６の上部中心部に接続されている。旋回軸４６が図示しない駆動源により旋回することにより、収容部３６は旋回軸４６回りに旋回される。このような構成において、収容部３６の底部４１により待機室３５が閉じられた状態（つまり図６の状態（第１状態に相当））では、収容部３６の開口４２は付加加工室２と連通して当該収容部３６は付加加工室２の一部を形成する。これに対して、収容部３６が上記第１状態から旋回軸４６により１８０°旋回すると、当該収容部３６の底部４１により付加加工室２が閉じられた状態（第２状態に相当）となる。この第２状態では、収容部３６の開口４２は待機室３５と連通して当該収容部３６は待機室３５の一部を形成する。なお、図示は省略するが、本実施形態では、付加加工室２の外壁は、旋回する収容部３６の形状に合わせて円周状に形成される。

以下、上述のように収容部３６を付加加工室２に連通させ、或いは当該収容部３６を待機室３５に連通させる構成を採用した付加加工及び除去加工について図面を参照しつつ説明する。

まず、図９（ａ）に示すように、パレット交換装置７による保持機構１０の旋回によって付加加工室２と待機室３５とが仕切り部材６により仕切られた状態にされると共に、旋回軸４６による収容部３６の旋回によって待機室３５が当該収容部３６の底部４１により閉じられた状態にされる。これにより、収容部３６は開口４２を介して付加加工室２にのみ連通された状態となる。

次に、図９（ｂ）に示すように、ロボット１４が開口４２を介して付加加工室２内に進入され、ワークＷ１に対してノズル１３による付加加工が行われる。これに伴って、除去加工室３内において、除去加工部２７による除去加工が可能な位置までパレット１１が送り台２５により搬送された後、ワークＷ２に対して除去加工が行われる。

上記でも述べたように、付加加工の時間は除去加工の時間よりも通常長くなる。そのため、図９（ｂ）において付加加工の進行中に除去加工が終了する。この場合、付加加工が一旦止められ、図１０（ｃ）に示すように、ロボット１４が収容部３６内の原位置（図９（ａ）と同じ位置）に戻される。

そして、図１０（ｄ）に示すように、除去加工後のワークＷ２を保持するパレット１１が送り台２５により待機室３５に搬送され、当該待機室３５内の保持部１０ｂに保持される。この場合、送り台２５によるパレット１１の搬送に連動して仕切り扉３９が開放され、当該パレット１１が保持部１０ｂに保持された後、送り台２５が待機室３５外に出ると上記仕切り扉３９は閉じられる。

次に、図１１（ｅ）に示すように、収容部３６が旋回軸４６（図８参照）により１８０°旋回されると共に、パレット交換装置７により、付加加工室２内のパレット１１が待機室３５内に位置され且つ待機室３５内のパレット１１が付加加工室２内に位置されるように保持機構１０が旋回される。これにより、収容部３６が開口４２を介して待機室３５と連通した状態になると共に、付加加工室２が収容部３６の底部４１に閉じられた状態になる。この後、ロボット１４は旋回後に待機室３５内に進入され、待機室３５内に移動されたワークＷ１に対してノズル１３による付加加工が再開される。一方、付加加工室２内に移動されたワーク（除去加工が既に終了しているワーク）Ｗ２については、新たなワークＷ３との交換等が行われる。

以上のように、本実施形態の三次元形状物製造装置１ｂによれば、収容部３６の旋回（つまり旋回角度）に応じて、付加加工室２を開放しつつ待機室３５を閉じた状態にしたり、或いは付加加工室２を閉じた状態にしつつ待機室３５を開放することができる。このような構成により、付加加工の進行中に除去加工が終了した場合に、除去加工後のワークＷ２を待機室３５に移動させ、そして、パレット交換装置７により付加加工室２内のワークＷ１を待機室３５内に移動させると共に待機室３５内のワークＷ２を付加加工室２内に移動させる。これに加えて、収容部３６を１８０°旋回させる。このことによって、収容部３６が待機室３５と連通した状態となり、付加加工室２が収容部３６の底部４１により閉じられた状態となる。この状態で、ロボット１４は開口４２を介して待機室３５内のワークＷ１に対しノズル１３を近接させ、付加加工を待機室３５内で再開することができる。また、付加加工室２内に移動されたワークＷ２については搬出する等の作業を行うことが可能となり、除去加工室３内では除去加工を行うことも可能となる。以上により、付加加工の進行に基づく待ち時間を発生させることなく、段取り作業や除去加工を行うことができるため、処理効率を向上することができる。

また、本実施形態では、ロボット１４の基端部を付加加工室２の上方に設けられた収容部３６内に配置したことにより、付加加工室２内の下部にスペースを設けてロボット１４を配置した上記参考的形態よりも、付加加工室２全体をコンパクト化することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施形態に係る三次元形状物製造装置１ａ，１ｂについて説明したが、三次元形状物製造装置１ａ，１ｂが採り得る態様はこれまで説明してきた態様に限定されるものではなく、以下の変形例を適用してもよい。

上記実施形態における図４及び図５では、１つの待機室３５を設けるようにしたが、これに限定されるものではなく、例えば、図１２（ａ）に示すように２つの待機室３５ａ，３５ｂを設けてもよいし、図１２（ｂ）に示すように３つの待機室３５ａ，３５ｂ，３５ｃを設けてもよい。

図１２（ａ）に示す態様によれば、２つの待機室３５ａ，３５ｂ及び付加加工室２は、平面視で円周状に連なって配置される。保持機構１０は３つの保持部１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備える。また、保持機構１０上に、３つの板状の仕切り部材６ａ，６ｂ，６ｃが放射状かつ等角度間隔に設けられる。さらに、付加加工室２にはワークＷの搬出入を行う際に開く開閉扉４７が設けられ、待機室３５ｂにもワークＷの搬出入を行う際に開く開閉扉４８が設けられる。このような構成において、パレット交換装置７（図４参照）により、付加加工室２内にパレット１１が位置されると共に待機室３５ａ，３５ｂ内の各々にパレット１１が位置されるように保持機構１０が旋回される。この場合、図１２（ａ）に示すように、付加加工室２は仕切り部材６ｂ，６ｃにより仕切られ、待機室３５ａは仕切り部材６ａ，６ｂにより仕切られ、待機室３５ｂは仕切り部材６ａ，６ｃにより仕切られる。このような本態様によれば、２つの待機室３５ａ，３５ｂ内にワークＷをそれぞれ待機させることができる。これにより、除去加工室３内における除去加工や段取り作業の処理効率が向上する。なお図１２（ａ）には、パレット交換装置７による仕切り部材６ａ，６ｂ，６ｃの旋回の軌跡Ｒ２が示されている。

また、図１２（ｂ）に示す態様によれば、３つの待機室３５ａ，３５ｂ，３５ｃ及び付加加工室２は、平面視で円周状に連なって配置される。保持機構１０は４つの保持部１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを備える。また、保持機構１０上に、４つの板状の仕切り部材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが放射状かつ等角度間隔に設けられる。さらに、付加加工室２にはワークＷの搬出入を行う際に開く開閉扉４９が設けられ、待機室３５ｂにもワークＷの搬出入を行う際に開く開閉扉５０が設けられ、待機室３５ｃには図５のものと同じ構成の搬出入用扉４０が設けられる。このような構成において、パレット交換装置７（図４参照）により、付加加工室２内にパレット１１が位置されると共に待機室３５ａ，３５ｂ，３５ｃ内の各々にパレット１１が位置されるように保持機構１０が旋回される。この場合、図１２（ｂ）に示すように、付加加工室２は仕切り部材６ｂ，６ｃにより仕切られ、待機室３５ａは仕切り部材６ａ，６ｂにより仕切られ、待機室３５ｂは仕切り部材６ａ，６ｄにより仕切られ、待機室３５ｃは仕切り部材６ｃ，６ｄにより仕切られる。このような本態様によれば、３つの待機室３５ａ，３５ｂ，３５ｃ内にワークＷをそれぞれ待機させることができる。これにより、除去加工室３内における除去加工や段取り作業の処理効率がさらに向上する。なお図１２（ｂ）には、パレット交換装置７による仕切り部材６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの旋回の軌跡Ｒ３が示されている。

また、上記実施形態の図６において１つの待機室３５を設けるようにしたことに起因して、当該待機室３５及び付加加工室２の何れか一方を閉じた状態にするために、収容部３６の底部４１の形状を半円形状（図７参照）としたが、これに限定されるものではない。待機室を２つ設ける場合には、図１３（ａ）に示す収容部３６ａにおいて、付加加工室２及び２つの待機室のうち何れか一つ以外のものを閉じた状態にするために、図７よりも底部４１の面積を増加させる（換言すれば開口４２の面積を減少させる）ようにする。また、待機室を３つ設ける場合には、図１３（ｂ）に示す収容部３６ｂにおいて、付加加工室２及び３つの待機室のうち何れか一つ以外のものを閉じた状態にするために、図１２（ａ）よりも底部４１の面積をさらに増加させる（換言すれば開口４２の面積をさらに減少させる）ようにする。

さらに、上記実施形態では、ノズル１３を保持しつつ移動させる駆動機構としてロボット１４を採用することとしたが、これに限定されるものではなく、互いに直交する３軸方向に移動自在に構成された移動機構にノズル１３を保持させる構成を採用してもよい。

１ 三次元形状物製造装置
１ａ 三次元形状物製造装置
２ 付加加工室
３ 除去加工室
５ 開口部（第１開口部）
６ 仕切り部材
７ パレット交換装置
９ 旋回軸部（旋回軸）
１０ 保持機構
１０ａ 保持部
１０ｂ 保持部
１１ パレット
１２ 回転機構
１３ ノズル（成形物形成部）
１４ ロボット（駆動機構）
１６ 取り付け部
２０ ベース部（基端部）
２５ 送り台（搬送機構）
２７ 除去加工部
２８ 主軸
２８ａ 工具
３５ 待機室（待機部）
３６ 収容部
３７ａ 開口部（第２開口部）
３９ 仕切り扉
４１ 収容部の底部
４２ 開口
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 成形物を形成し、前記成形物を加工することにより所望の三次元形状物を製造する三次元形状物製造装置であって、
   付加加工室と、
   前記付加加工室内において粉末を用いて成形物を形成する成形物形成部と、
   前記成形物形成部を保持しつつ移動させる駆動機構と、
   前記付加加工室の側方に位置する待機部と、工具を保持し、前記成形物に対して除去加工を行う除去加工部とを有する除去加工室と、
   少なくとも２つのパレットを保持する保持機構を有し、一方の前記パレットを前記付加加工室内に位置させ且つ他方の前記パレットを前記除去加工室の待機部内に位置させるように前記保持機構を旋回軸回りに旋回させるパレット交換装置と、
   前記待機部と前記除去加工部との間で前記パレットを搬送する搬送機構とを備え、
   前記付加加工室と前記除去加工室との間には第１開口部が設けられ、
   前記待機部と前記除去加工部との間には第２開口部が設けられており、
   更に、前記保持機構の旋回に連動して前記第１開口部を開閉する仕切り部材、及び前記搬送機構による前記搬送に連動して前記第２開口部を開閉する仕切り扉を備えていることを特徴とする三次元形状物製造装置。
2. 前記付加加工室内に配置された前記パレットを回転軸回りに回転させる回転機構をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の三次元形状物製造装置。
3. 前記待機部は２つ以上設けられ、
   前記２つ以上の待機部及び前記付加加工室は円周状に連なって配置され、
   前記パレット交換装置は、３つ以上のパレットを保持する保持機構を有し、前記付加加工室内に前記パレットを位置させると共に前記待機部内に当該待機部ごとに前記パレットを位置させるように前記保持機構を旋回軸回りに旋回させるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の三次元形状物製造装置。
4. 前記駆動機構は、前記付加加工室内の上部に基端部が設けられたロボットであることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの三次元形状物製造装置。
5. 前記駆動機構及び前記成形物形成部を収容し、前記旋回軸と同軸かつ独立に旋回可能に構成された収容部をさらに備え、
   前記収容部は、前記旋回軸に垂直な面内に形成され且つ下方に通ずる開口が部分的に形成された底部を有すると共に、前記旋回により前記付加加工室と連通して当該付加加工室の一部を形成し且つ前記底部により全ての前記待機部を閉じる第１状態、又は、前記旋回により一の前記待機部と連通して当該待機部の一部を形成し且つ前記底部により前記付加加工室若しくは前記付加加工室と他の前記待機部とを閉じる第２状態を形成するように構成され、
   前記駆動機構は、前記収容部の前記旋回に連動して前記旋回軸と同軸に旋回可能に構成されたロボットであって、前記開口を介して前記成形物形成部を前記パレットに対し接近及び離間させるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの三次元形状物製造装置。
6. 前記ロボットは、前記成形物形成部が着脱可能に取り付けられる取り付け部を有し、
   前記取り付け部は、前記成形物又は前記三次元形状物を保持する保持部、エアーを供給するエアーガン、及びクーラントを供給するクーラントガンをそれぞれ取り付け可能に構成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の三次元形状物製造装置。

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