JP7703926B2

JP7703926B2 - Additive manufacturing device and powder bed forming device

Info

Publication number: JP7703926B2
Application number: JP2021110838A
Authority: JP
Inventors: 大起林; 雄一朗中山
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2025-07-08
Anticipated expiration: 2041-07-02
Also published as: JP2023007774A

Description

本開示は、積層造形装置及び粉末床形成装置に関する。 This disclosure relates to additive manufacturing devices and powder bed forming devices.

積層造形装置は、エネルギビームを照射することにより、敷き均した粉末を部分的に固める。従って、積層造形装置は、基本的な構成要素として、粉末を敷き均す部品を備える。このような部品は、ブレードと呼ばれることがある。特許文献１は、ブレード機器を開示する。このブレード機器は、粉末を均すストリップを備える。さらに、ブレード機器は、粉末からブレード機器までの距離を監視するセンサアレイを備える。 The additive manufacturing apparatus partially solidifies the spread powder by irradiating it with an energy beam. Therefore, the additive manufacturing apparatus has, as a basic component, a part for spreading the powder. Such a part is sometimes called a blade. Patent Document 1 discloses a blade device. This blade device has a strip for spreading the powder. Furthermore, the blade device has a sensor array for monitoring the distance from the powder to the blade device.

特開２０１９－３２０５０号公報JP 2019-32050 A

積層造形は、粉末の敷き均しとエネルギビームの照射とを繰り返す。この繰り返しによって、三次元の造形物が形成される。三次元の造形物を得るためには、粉末の敷き均し動作を複数回実施する。粉末の敷き均し動作ごとに形成される粉末の層は、複数回の動作に亘って、厚みなどの状態が安定していることが望まれる。敷き均し動作が安定することによって、敷き均し動作を含む造形プロセスを安定して継続することが可能になる。 In additive manufacturing, the spreading of powder and the irradiation of an energy beam are repeated. A three-dimensional object is formed by repeating this process. To obtain a three-dimensional object, the powder spreading operation is performed multiple times. It is desirable that the powder layer formed with each powder spreading operation be stable in terms of thickness and other conditions over multiple operations. By stabilizing the spreading operation, it becomes possible to stably continue the modeling process, including the spreading operation.

本開示は、造形プロセスを安定して継続することができる積層造形装置及び粉末床形成装置を説明する。 This disclosure describes an additive manufacturing apparatus and a powder bed forming apparatus that can stably continue the manufacturing process.

本開示の積層造形装置は、少なくとも粉末が載置されるプレート主面を含むプレートと、プレート主面に敷き均された粉末である粉末床を形成する粉末床形成部と、粉末床にエネルギビームを照射する照射部と、を備える。粉末床形成部は、粉末を供給する供給部と、所定の方向に向かってプレートに対して相対的に移動することによって、供給部から供給された粉末をプレート主面に敷き均す塗布部と、プレートに対する塗布部の移動方向において塗布部の前方に配置されて、供給部から供給された後であって塗布部によって敷き均される前の粉末の量を計測する計測部と、を有する。 The additive manufacturing apparatus of the present disclosure includes a plate including at least a main plate surface on which powder is placed, a powder bed forming unit that forms a powder bed of powder spread evenly on the main plate surface, and an irradiation unit that irradiates the powder bed with an energy beam. The powder bed forming unit has a supplying unit that supplies powder, an application unit that moves relative to the plate in a predetermined direction to spread the powder supplied from the supplying unit evenly on the main plate surface, and a measuring unit that is disposed in front of the application unit in the direction of movement of the application unit relative to the plate and measures the amount of powder after it has been supplied from the supplying unit and before it has been spread evenly by the application unit.

積層造形装置の粉末床形成部は、粉末をプレート主面に敷き均す塗布部の前方に粉末の量を計測する計測部を配置している。この構成によると、供給部から供給された後に塗布部によって敷き均される前の粉末の量を計測することができる。敷き均す前の粉末の量に関する情報を得ることができるので、当該情報に基づいて供給部からの粉末の供給量を制御することが可能になる。敷き均しに適した状態が実現されるので、塗布部の敷き均し動作によって安定して所望の粉末床を形成することができる。従って、造形プロセスを安定して継続することができる。 The powder bed formation section of the additive manufacturing device has a measuring section for measuring the amount of powder located in front of the applicator section that spreads the powder evenly over the main surface of the plate. With this configuration, it is possible to measure the amount of powder supplied from the supply section and before it is spread evenly by the applicator section. Since information on the amount of powder before it is spread evenly can be obtained, it becomes possible to control the amount of powder supplied from the supply section based on this information. Since a condition suitable for spreading evenly is achieved, the desired powder bed can be stably formed by the spreading operation of the applicator section. Therefore, the modeling process can be continued stably.

本開示の積層造形装置のプレートは、所定の回転軸線を中心として回転し、プレートの回転によって、プレートに対する塗布部の相対的な移動が発生してもよい。この構成によれば、回転式の積層造形を行うことができる。 The plate of the additive manufacturing device of the present disclosure may rotate about a predetermined rotation axis, and the rotation of the plate may cause the application unit to move relative to the plate. With this configuration, rotary additive manufacturing can be performed.

本開示の積層造形装置は、プレートの回転方向における上流から下流に向かって、供給部、計測部、塗布部及び照射部の順に配置されていてもよい。この構成によれば、プレートの回転によって、供給部からの粉末の供給と、計測部による粉末の量の計測と、塗布部による粉末の敷き均しと、粉末床に対するエネルギビームの照射と、をこの順に連続して行うことができる。 The additive manufacturing device of the present disclosure may be arranged in the order of a supply unit, a measurement unit, an application unit, and an irradiation unit, from upstream to downstream in the direction of rotation of the plate. With this configuration, the rotation of the plate allows the supply of powder from the supply unit, the measurement of the amount of powder by the measurement unit, the spreading of the powder by the application unit, and the irradiation of the energy beam onto the powder bed to be carried out in succession in this order.

本開示の積層造形装置の計測部は、供給部と塗布部とに挟持されていてもよい。この構成によれば、供給部と塗布部とによって計測部を周囲の熱から保護することができる。その結果、良好な計測値を得ることができる。 The measurement unit of the additive manufacturing device of the present disclosure may be sandwiched between the supply unit and the application unit. With this configuration, the measurement unit can be protected from the surrounding heat by the supply unit and the application unit. As a result, good measurement values can be obtained.

本開示の積層造形装置の供給部、計測部及び塗布部は、回転軸線からプレートの外周縁に向かって延びていてもよい。この構成によれば、円板状のプレートにまんべんなく粉末床を形成することができる。 The supply unit, measurement unit, and application unit of the additive manufacturing device of the present disclosure may extend from the axis of rotation toward the outer periphery of the plate. With this configuration, a powder bed can be formed evenly on the disk-shaped plate.

本開示の積層造形装置において、プレートの回転中心側において供給部が供給する粉末の量は、プレートの外周縁側において供給部が供給する粉末の量よりも少なくてもよい。この構成によれば、供給部は、円板状のプレートにおける半径方向に応じた量の粉末を供給する。その結果、半径方向に均質な粉末床を形成することができる。 In the additive manufacturing device of the present disclosure, the amount of powder supplied by the supply unit on the rotation center side of the plate may be less than the amount of powder supplied by the supply unit on the outer peripheral edge side of the plate. With this configuration, the supply unit supplies an amount of powder according to the radial direction of the disk-shaped plate. As a result, a powder bed that is uniform in the radial direction can be formed.

本開示の積層造形装置は、計測部から計測信号を受けると共に、供給部に制御信号を出力する制御部をさらに備えてもよい。制御部は、計測部が出力する粉末の量に関する計測信号に基づいて、供給部が供給する粉末の量を制御する制御信号を生成してもよい。この構成によれば、供給部は、敷き均し動作に適した量の粉末を供給することができる。 The additive manufacturing device of the present disclosure may further include a control unit that receives a measurement signal from the measurement unit and outputs a control signal to the supply unit. The control unit may generate a control signal that controls the amount of powder supplied by the supply unit based on the measurement signal related to the amount of powder output by the measurement unit. With this configuration, the supply unit can supply an amount of powder suitable for the spreading operation.

本開示の粉末床形成装置は、少なくとも粉末が載置されるプレート主面を含むプレートと、プレート主面に敷き均された粉末である粉末床にエネルギビームを照射する照射部と、を備える積層造形装置のための粉末床を形成する。粉末床形成装置は、粉末を供給する供給部と、所定の方向に向かってプレートに対して相対的に移動することによって、供給部から供給された粉末をプレート主面に敷き均す塗布部と、プレートに対する塗布部の移動方向において塗布部の前方に配置されて、供給部から供給された後であって塗布部によって敷き均される前の粉末の量を計測する計測部と、を備える。 The powder bed forming apparatus of the present disclosure forms a powder bed for an additive manufacturing apparatus that includes a plate including at least a plate main surface on which powder is placed, and an irradiation unit that irradiates an energy beam onto the powder bed, which is powder spread evenly on the plate main surface. The powder bed forming apparatus includes a supply unit that supplies powder, an application unit that moves relative to the plate in a predetermined direction to spread the powder supplied from the supply unit evenly on the plate main surface, and a measurement unit that is disposed in front of the application unit in the movement direction of the application unit relative to the plate and measures the amount of powder after it has been supplied from the supply unit and before it has been spread evenly by the application unit.

粉末床形成装置は、粉末をプレート主面に敷き均す塗布部の前方に粉末の量を計測する計測部を配置している。この構成によると、供給部から供給された後に塗布部によって敷き均される前の粉末の量を計測することができる。敷き均す前の粉末の量に関する情報を得ることができるので、当該情報に基づいて供給部からの粉末の供給量を制御することが可能になる。敷き均しに適した状態が実現されるので、塗布部の敷き均し動作によって安定して所望の粉末床を形成することができる。従って、造形プロセスを安定して継続することができる。 The powder bed forming device has a measuring unit that measures the amount of powder located in front of the applicator unit that spreads the powder evenly on the main surface of the plate. With this configuration, it is possible to measure the amount of powder supplied from the supply unit and before it is spread evenly by the applicator unit. Since information on the amount of powder before it is spread evenly can be obtained, it becomes possible to control the amount of powder supplied from the supply unit based on this information. Since a condition suitable for spreading evenly is achieved, the desired powder bed can be stably formed by the spreading operation of the applicator unit. Therefore, the modeling process can be stably continued.

本開示の積層造形装置及び粉末床形成装置は、造形プロセスを安定して継続することができる。 The additive manufacturing apparatus and powder bed forming apparatus disclosed herein can stably continue the manufacturing process.

図１は、積層造形装置の構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an additive manufacturing apparatus. 図２は、図１の積層造形装置の主要な構成を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing the main configuration of the layered manufacturing apparatus of FIG. 図３は、粉末供給機構の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the powder supplying mechanism. 図４は、粉末床形成機構の側面図である。FIG. 4 is a side view of the powder bed formation mechanism. 図５は、塗布不良を説明する断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a coating defect. 図６は、積層造形装置のコントローラが行う動作を示すフロー図である。FIG. 6 is a flow diagram showing the operation performed by the controller of the layered modeling apparatus. 図７は、粉末床形成機構の効果を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the effect of the powder bed formation mechanism. 図８は、第１変形例の積層造形装置の主要な構成を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing the main configuration of the layered manufacturing apparatus of the first modified example. 図９（ａ）は、第２変形例の積層造形装置が備える粉末量計測器の例示である。図９（ｂ）は、第３変形例の積層造形装置が備える粉末量計測器の例示である。図９（ｃ）は、第４変形例の積層造形装置が備える粉末量計測器の例示である。図９（ｄ）は、第５変形例の積層造形装置が備える粉末量計測器の例示である。図９（ｅ）及び図９（ｆ）は、第６変形例の積層造形装置が備える粉末量計測器の例示である。Fig. 9(a) is an example of a powder amount measuring device provided in an additive manufacturing apparatus of a second modified example. Fig. 9(b) is an example of a powder amount measuring device provided in an additive manufacturing apparatus of a third modified example. Fig. 9(c) is an example of a powder amount measuring device provided in an additive manufacturing apparatus of a fourth modified example. Fig. 9(d) is an example of a powder amount measuring device provided in an additive manufacturing apparatus of a fifth modified example. Figs. 9(e) and 9(f) are examples of powder amount measuring devices provided in an additive manufacturing apparatus of a sixth modified example. 図１０は、比較例の粉末床形成機構の側面図である。FIG. 10 is a side view of a powder bed formation mechanism of a comparative example.

以下、添付図面を参照しながら本開示の積層造形装置及び粉末床形成装置の一形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Below, one embodiment of the additive manufacturing apparatus and powder bed forming apparatus of the present disclosure will be described in detail with reference to the attached drawings. In the description of the drawings, the same elements are given the same reference numerals, and duplicated descriptions will be omitted.

図１に示す三次元回転積層造形物製造装置（以下「積層造形装置１」という）は、粉末Ｐ１から造形物ＰＡを製造するいわゆる３Ｄプリンタである。積層造形装置１は、エネルギビームとして電子ビームを採用する。つまり、積層造形装置１は、いわゆる電子銃粉末床溶融方式を採用する。 The three-dimensional rotational additive manufacturing device (hereinafter referred to as "additive manufacturing device 1") shown in FIG. 1 is a so-called 3D printer that manufactures an object PA from powder P1. The additive manufacturing device 1 uses an electron beam as the energy beam. In other words, the additive manufacturing device 1 uses the so-called electron gun powder bed fusion method.

粉末Ｐ１は、金属の粉末であり、例えばチタン系金属粉末、インコネル粉末又はアルミニウム粉末等である。また、粉末Ｐ１は、金属粉末に限定されない。粉末Ｐ１は、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）など、炭素繊維と樹脂とを含む粉末であってもよい。また、粉末Ｐ１は、導電性を有するその他の粉末でもよい。なお、本開示における粉末は、導電性を有するものには限定されない。例えばエネルギビームとしてレーザを用いる場合には、粉末Ｐ１は導電性を有しなくてもよい。 Powder P1 is a metal powder, such as titanium-based metal powder, Inconel powder, or aluminum powder. Powder P1 is not limited to metal powder. Powder P1 may be a powder containing carbon fiber and resin, such as CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics). Powder P1 may be other powders that are conductive. Powders in this disclosure are not limited to those that are conductive. For example, when a laser is used as the energy beam, powder P1 does not need to be conductive.

積層造形装置１は、粉末Ｐ１にエネルギを付与する。換言すると、積層造形装置１は、粉末Ｐ１の温度を上昇させる。その結果、粉末Ｐ１は溶融又は焼結する。そして、積層造形装置１がエネルギの付与を停止すると、粉末Ｐ１の温度が下がるので、凝固する。つまり、積層造形装置１は、エネルギの付与と停止とを複数回繰り返すことにより、造形物ＰＡを製造する。なお、本実施形態で言う「粉末Ｐ１を固める」とは、融点より高い温度まで加熱されて液体となった粉末Ｐ１が凝固する態様と、融点より低い温度まで加熱されることにより焼結する態様と、を含む。造形物ＰＡは、例えば機械部品である。造形物ＰＡは、その他の構造物であってもよい。 The additive manufacturing device 1 applies energy to the powder P1. In other words, the additive manufacturing device 1 increases the temperature of the powder P1. As a result, the powder P1 melts or sinters. When the additive manufacturing device 1 stops applying energy, the temperature of the powder P1 drops, so that the powder P1 solidifies. In other words, the additive manufacturing device 1 produces the molded object PA by repeating the application and stopping of energy application multiple times. In this embodiment, "solidifying the powder P1" includes a case where the powder P1, which has been heated to a temperature higher than the melting point and turned into a liquid, solidifies, and a case where the powder P1 is heated to a temperature lower than the melting point and sinters. The molded object PA is, for example, a machine part. The molded object PA may also be another structure.

積層造形装置１は、駆動ユニット２と、造形処理ユニット３Ａと、コントローラ４（制御部）と、ハウジング５と、を有する。駆動ユニット２は、造形に要する種々の動作を実現する。造形処理ユニット３Ａは、粉末Ｐ１を処理することによって、造形物ＰＡを得る。具体的には、粉末Ｐ１の処理とは、粉末Ｐ１の供給処理と、粉末Ｐ１の予熱処理と、粉末Ｐ１の造形処理と、を含む。ハウジング５は、複数のコラムによって支持されている。ハウジング５は、造形空間Ｓを形成する。造形空間Ｓは、造形処理ユニット３による粉末Ｐ１の処理を行うための減圧可能な気密空間である。 The additive manufacturing device 1 has a drive unit 2, a modeling processing unit 3A, a controller 4 (control unit), and a housing 5. The drive unit 2 realizes various operations required for modeling. The modeling processing unit 3A obtains a model PA by processing the powder P1. Specifically, the processing of the powder P1 includes a supply process of the powder P1, a preheating process of the powder P1, and a modeling process of the powder P1. The housing 5 is supported by a number of columns. The housing 5 forms a modeling space S. The modeling space S is an airtight space that can be depressurized for processing the powder P1 by the modeling processing unit 3.

造形空間Ｓには、スタートプレート５１と造形タンク５２とが配置されている。スタートプレート５１は、造形処理が行われる処理台である。スタートプレート５１は、例えば円板を呈し、造形物ＰＡの原料である粉末Ｐ１が配置される。スタートプレート５１は、その中心軸線がハウジング５の中心軸線と重複するように配置されてもよい。スタートプレート５１には、駆動ユニット２が接続されている。従って、スタートプレート５１は、駆動ユニット２によって、回転と、回転軸線に沿った直線移動と、を行う。 A start plate 51 and a modeling tank 52 are arranged in the modeling space S. The start plate 51 is a processing table on which the modeling process is carried out. The start plate 51 is, for example, a disk, and powder P1, which is the raw material for the model PA, is arranged on the start plate 51. The start plate 51 may be arranged so that its central axis overlaps with the central axis of the housing 5. A drive unit 2 is connected to the start plate 51. Therefore, the start plate 51 rotates and moves linearly along the rotation axis by the drive unit 2.

駆動ユニット２は、スタートプレート５１を回転及び昇降させる。駆動ユニット２は、回転駆動機構２１と、昇降駆動機構２２と、を有する。回転駆動機構２１は、スタートプレート５１を回転させる。回転駆動機構２１の上端は、スタートプレート５１に連結されている。回転駆動機構２１の下端は、駆動源に取り付けられている。昇降駆動機構２２は、スタートプレート５１を造形タンク５２に対して相対的に昇降させる。この昇降は、回転駆動機構２１の回転軸線に沿っている。なお、駆動ユニット２は、スタートプレート５１を回転及び昇降させることができる機構であればよく、駆動ユニット２は、上記の機構に限定されない。 The drive unit 2 rotates and raises and lowers the start plate 51. The drive unit 2 has a rotation drive mechanism 21 and a lift drive mechanism 22. The rotation drive mechanism 21 rotates the start plate 51. The upper end of the rotation drive mechanism 21 is connected to the start plate 51. The lower end of the rotation drive mechanism 21 is attached to a drive source. The lift drive mechanism 22 raises and lowers the start plate 51 relative to the modeling tank 52. This lifting and lowering is along the rotation axis of the rotation drive mechanism 21. Note that the drive unit 2 may be any mechanism that can rotate and raise and lower the start plate 51, and the drive unit 2 is not limited to the above mechanism.

図２は、造形処理に用いられる主要な部品を拡大して示す。スタートプレート５１上には、造形処理ユニット３Ａ、３Ｂが配置されている。つまり、造形処理ユニット３Ａ、３Ｂは、スタートプレート５１のプレート主面５１ａに対面する。造形処理ユニット３Ａ、３Ｂは、回転軸線のまわりに等間隔（１８０度）に配置されている。換言すると、造形処理ユニット３Ａ、３Ｂは、例えば、円周方向に等配置である。この配置によれば、次の処理領域までの回転角度に応じて粉末Ｐ１の積層厚さを揃えることができる。なお、上述した造形処理ユニット３Ａ、３Ｂの配置は、例示であって、当該構成に限定されない。例えば、造形処理ユニット３Ａ、３Ｂの配置は、円周方向に異なる角度を持って配置されてもよい。 Figure 2 shows an enlarged view of the main components used in the modeling process. The modeling process units 3A and 3B are arranged on the start plate 51. That is, the modeling process units 3A and 3B face the plate main surface 51a of the start plate 51. The modeling process units 3A and 3B are arranged at equal intervals (180 degrees) around the rotation axis. In other words, the modeling process units 3A and 3B are arranged, for example, at equal intervals in the circumferential direction. With this arrangement, the layer thickness of the powder P1 can be made uniform according to the rotation angle to the next processing area. Note that the arrangement of the modeling process units 3A and 3B described above is an example and is not limited to this configuration. For example, the modeling process units 3A and 3B may be arranged at different angles in the circumferential direction.

造形処理ユニット３Ａ、３Ｂは、配置される位置が互いに異なるだけであり、具体的な構成要素は同じである。なお、造形処理ユニット３Ａ、３Ｂの構成要素は互いに異なっていてもよい。例えば、造形処理ユニット３Ａ、３Ｂは、それらの一方の構成要素のうち、他方がその一部を省略したものであってもよい。以下、造形処理ユニット３Ａについて詳細に説明する。 The forming processing units 3A and 3B differ only in their positions, but have the same specific components. The components of the forming processing units 3A and 3B may be different from each other. For example, the forming processing units 3A and 3B may be one in which one of the components is omitted from the other. The forming processing unit 3A is described in detail below.

造形処理ユニット３Ａは、粉末床形成機構３０（粉末床形成部、粉末床形成装置）と、ヒータ３ａと、ビーム源３ｂ（照射部）と、を含む。粉末床形成機構３０は、粉末床ＰＢを形成する。ヒータ３ａは、粉末床ＰＢの予熱処理を行う。ビーム源３ｂは、粉末床ＰＢへエネルギビームを照射する造形処理を行う。 The modeling processing unit 3A includes a powder bed formation mechanism 30 (powder bed formation section, powder bed formation device), a heater 3a, and a beam source 3b (irradiation section). The powder bed formation mechanism 30 forms the powder bed PB. The heater 3a performs a preheating process for the powder bed PB. The beam source 3b performs a modeling process in which an energy beam is irradiated onto the powder bed PB.

粉末床形成機構３０は、粉末床ＰＢをスタートプレート５１に形成する。粉末床形成機構３０は、粉末供給機構３１と、粉末塗布機構３２と、粉末量計測器３３と、を有する。粉末供給機構３１は、粉末Ｐ１を貯留すると共にスタートプレート５１上に粉末Ｐ１を供給する。粉末塗布機構３２は、スタートプレート５１上の粉末Ｐ１の表面を均す。粉末量計測器３３は、粉末塗布機構３２によって敷き均される前の粉末Ｐ１の量を計測する。粉末床形成機構３０は、後に詳細に説明する。 The powder bed forming mechanism 30 forms a powder bed PB on the start plate 51. The powder bed forming mechanism 30 has a powder supply mechanism 31, a powder application mechanism 32, and a powder amount measuring device 33. The powder supply mechanism 31 stores powder P1 and supplies powder P1 onto the start plate 51. The powder application mechanism 32 levels the surface of the powder P1 on the start plate 51. The powder amount measuring device 33 measures the amount of powder P1 before it is spread and leveled by the powder application mechanism 32. The powder bed forming mechanism 30 will be described in detail later.

ヒータ３ａは、放射熱によって粉末Ｐ１の温度を上昇させる。ヒータ３ａとして、例えば赤外線ヒータを用いてもよいし、例えばガスヒータを用いてもよい。ここでいう予熱とは、予熱領域における粉末Ｐ１の温度が供給領域における粉末Ｐ１よりも高くなるように加熱する処理であることを意味する。このような加熱処理は、例えば、粉末Ｐ１を仮焼結する処理であってもよい。仮焼結とは、粉末Ｐ１同士が拡散現象によって最小点で拡散して接合した状態である。ヒータ３ａは、一例として、粉末Ｐ１の融点の半分以上の温度まで粉末Ｐ１を加熱する。これは、焼結の拡散現象が活発になるのが、一般的に融点の半分以上であることに基づく。例えば、粉末Ｐ１がチタンである場合、仮焼結温度は、７００℃以上８００℃以下である。なお、チタン合金の融点は約１５００℃以上１６００℃以下である。また、粉末Ｐ１がアルミニウムである場合、仮焼結温度は、３００℃である。なお、アルミニウムの融点は約６６０℃である。 The heater 3a raises the temperature of the powder P1 by radiating heat. For example, an infrared heater or a gas heater may be used as the heater 3a. Preheating here means a process of heating the powder P1 so that the temperature of the powder P1 in the preheating area is higher than that of the powder P1 in the supply area. Such a heating process may be, for example, a process of provisionally sintering the powder P1. Provisional sintering is a state in which the powder P1 is diffused and bonded to each other at the minimum point by the diffusion phenomenon. As an example, the heater 3a heats the powder P1 to a temperature of more than half the melting point of the powder P1. This is based on the fact that the diffusion phenomenon of sintering generally becomes active at a temperature more than half the melting point. For example, when the powder P1 is titanium, the provisional sintering temperature is 700°C or more and 800°C or less. The melting point of a titanium alloy is about 1500°C or more and 1600°C or less. When the powder P1 is aluminum, the provisional sintering temperature is 300°C. The melting point of aluminum is about 660°C.

ビーム源３ｂは、電子ビームを発生させる。電子ビームは、粉末Ｐ１に照射される。ビーム源３ｂは、例えば電子銃である。電子銃は、カソードとアノードとの間に生じる電位差に応じた電子ビームを発生させる。電子ビームが照射されるプレート主面５１ａ上の領域は、粉末Ｐ１の温度を上昇させる領域である。当該温度は、ヒータ３ａによって予熱された粉末Ｐ１の温度よりも高い。つまり、電子ビームが照射された粉末Ｐ１の温度は、造形物ＰＡを形成可能な温度（焼結温度又は融解温度）である。ビーム源３ｂは、所望の部分に電子ビームを走査して照射する。 The beam source 3b generates an electron beam. The electron beam is irradiated onto the powder P1. The beam source 3b is, for example, an electron gun. The electron gun generates an electron beam according to the potential difference generated between the cathode and the anode. The region on the plate main surface 51a irradiated with the electron beam is a region that increases the temperature of the powder P1. This temperature is higher than the temperature of the powder P1 preheated by the heater 3a. In other words, the temperature of the powder P1 irradiated with the electron beam is a temperature (sintering temperature or melting temperature) at which the molded object PA can be formed. The beam source 3b scans and irradiates the electron beam onto the desired portion.

粉末床形成機構３０、ヒータ３ａ及びビーム源３ｂは、スタートプレート５１の回転方向（時計方向ＣＷ）に沿って、この順に配置されている。以下の説明において、「上流」及び「下流」とは、スタートプレート５１の回転方向を基準とする。 The powder bed forming mechanism 30, heater 3a, and beam source 3b are arranged in this order along the rotation direction (clockwise CW) of the start plate 51. In the following description, "upstream" and "downstream" are based on the rotation direction of the start plate 51.

スタートプレート５１は、時計方向ＣＷに回転する。そうすると、スタートプレート５１において、ある点を仮定したとき、当該点は、スタートプレート５１の回転に伴って、粉末床形成機構３０と、ヒータ３ａと、ビーム源３ｂと、をこの順に通過していく。 The start plate 51 rotates in a clockwise direction (CW). If a certain point is assumed on the start plate 51, then as the start plate 51 rotates, that point passes through the powder bed formation mechanism 30, the heater 3a, and the beam source 3b in that order.

コントローラ４は、回転駆動機構２１を制御する。その結果、スタートプレート５１が時計方向ＣＷに一定の回転速度をもって回転する。この回転速度は、予熱領域及び造形領域における温度上昇幅によって決定してよい。例えば、予熱前の粉末Ｐ１の温度を予熱後には所定の温度まで上昇させるために要するエネルギ量を得る。次に、当該エネルギ量を粉末Ｐ１に与えるために要する所要時間が決まる。そして、当該所要時間と、予熱領域を通過する際に通過する軌跡の長さと、によれば、回転速度が得られる。コントローラ４は、昇降駆動機構２２を制御する。その結果、スタートプレート５１が時間の経過とともに連続的に下方に移動する（離間動作）。スタートプレート５１の移動速度は、スタートプレート５１が一回転するごとに形成される層の厚み（つまり、粉末床ＰＢの厚み）により決定してよい。コントローラ４は、粉末床形成機構３０を制御する。コントローラ４が粉末床形成機構３０を制御することによって、粉末床ＰＢを形成する動作については、後に詳細に説明する。 The controller 4 controls the rotation drive mechanism 21. As a result, the start plate 51 rotates at a constant rotation speed in the clockwise direction CW. This rotation speed may be determined by the temperature rise width in the preheating area and the modeling area. For example, the amount of energy required to raise the temperature of the powder P1 before preheating to a predetermined temperature after preheating is obtained. Next, the required time to give the powder P1 this amount of energy is determined. Then, the rotation speed is obtained according to the required time and the length of the path traversed when passing through the preheating area. The controller 4 controls the lift drive mechanism 22. As a result, the start plate 51 moves continuously downward over time (separation operation). The movement speed of the start plate 51 may be determined by the thickness of the layer formed each time the start plate 51 rotates (i.e., the thickness of the powder bed PB). The controller 4 controls the powder bed forming mechanism 30. The operation of forming the powder bed PB by the controller 4 controlling the powder bed forming mechanism 30 will be described in detail later.

以下、粉末床形成機構３０について詳細に説明する。粉末床形成機構３０は、粉末供給機構３１（供給部）と、粉末塗布機構３２（塗布部）と、粉末量計測器３３（計測部）と、を有する。 The powder bed formation mechanism 30 is described in detail below. The powder bed formation mechanism 30 has a powder supply mechanism 31 (supply section), a powder application mechanism 32 (application section), and a powder amount measuring device 33 (measurement section).

図３の粉末供給機構３１は、ローラ３１１の回転によって粉末Ｐ１を搬送する。粉末供給機構３１は、ローラ３１１と、ホッパ３１２と、ケーシング３１３と、を有する。このような部品によって構成さたれた粉末供給機構３１は、ローラフィーダと称される。なお、粉末供給機構３１は、ローラフィーダとは異なる構成を採用してもよい。例えば、粉末供給機構３１は、スクリューフィーダを採用してもよい。スクリューフィーダの場合には、スタートプレート５１の径方向に沿って、複数の粉末の排出口を設ける。この排出口の配置によれば、疑似的に直線状の均一な粉末Ｐ１の供給が実現できる。 The powder supply mechanism 31 in FIG. 3 conveys the powder P1 by the rotation of the roller 311. The powder supply mechanism 31 has a roller 311, a hopper 312, and a casing 313. The powder supply mechanism 31 composed of such parts is called a roller feeder. The powder supply mechanism 31 may adopt a configuration different from that of a roller feeder. For example, the powder supply mechanism 31 may adopt a screw feeder. In the case of a screw feeder, multiple powder discharge ports are provided along the radial direction of the start plate 51. This arrangement of the discharge ports allows for a uniform supply of the powder P1 in a quasi-linear manner.

ホッパ３１２は、粉末Ｐ１を収容する容器である。ホッパ３１２は、ケーシング３１３に対して粉末Ｐ１を供給する。ホッパ３１２の出口は、ケーシング３１３の入口に繋がっている。なお、図３の例示では、ホッパ３１２とケーシング３１３とは一体の容器を構成する。ケーシング３１３は、ホッパ３１２から提供された粉末Ｐ１をローラ３１１に供給する。また、ケーシング３１３は、ローラ３１１を回転可能に支持する支持部と、ローラ３１１を回転させる駆動部とを含んでもよい。 The hopper 312 is a container that contains the powder P1. The hopper 312 supplies the powder P1 to the casing 313. The outlet of the hopper 312 is connected to the inlet of the casing 313. In the example shown in FIG. 3, the hopper 312 and the casing 313 form an integrated container. The casing 313 supplies the powder P1 provided from the hopper 312 to the roller 311. The casing 313 may also include a support section that rotatably supports the roller 311 and a drive section that rotates the roller 311.

ローラ３１１は、ケーシング３１３内に収容されており、その周面の一部が露出している。ローラ３１１は、駆動部である駆動モータによって回転駆動されて、回転軸線を中心に回転する。ローラ３１１の周面３１１ａとケーシング３１３の下端との間には、隙間Ｇが形成されている。ローラ３１１の周面３１１ａは、ざらついていることが好ましい。ローラ３１１は、周面３１１ａ上に粉末Ｐ１を堆積させた状態を維持できる形状および大きさ（すなわち直径）を有する。ローラ３１１は、その回転とともに、周面３１１ａを周方向に移動させる。この場合の搬送方向は、円弧状である。搬送面の移動量は、ローラ３１１の周面３１１ａの移動量であり、ローラ３１１の半径と回転角度により定まる。ローラ３１１は、コントローラ４によって駆動モータが制御されることにより所定の回転角度を回転する。この回転によって、前端部において周面３１１ａを反転させる。このとき、隙間に相当する厚みをもって周面３１１ａ上に堆積した粉末Ｐ１は、前端部から落下する。 The roller 311 is housed in the casing 313, and a part of its circumferential surface is exposed. The roller 311 is rotated by a drive motor, which is a drive unit, and rotates around the rotation axis. A gap G is formed between the circumferential surface 311a of the roller 311 and the lower end of the casing 313. The circumferential surface 311a of the roller 311 is preferably rough. The roller 311 has a shape and size (i.e., diameter) that can maintain the state in which the powder P1 is deposited on the circumferential surface 311a. The roller 311 moves the circumferential surface 311a in the circumferential direction as it rotates. The conveying direction in this case is an arc shape. The amount of movement of the conveying surface is the amount of movement of the circumferential surface 311a of the roller 311, and is determined by the radius and rotation angle of the roller 311. The roller 311 rotates a predetermined rotation angle by controlling the drive motor by the controller 4. This rotation causes the circumferential surface 311a to be inverted at the front end. At this time, powder P1 that has accumulated on the peripheral surface 311a with a thickness equivalent to the gap falls from the front end.

なお、ローラ式の搬送装置を備える粉末供給装置において、ローラ３１１の径を軸方向において変化させてもよい。そうすれば、スタートプレート５１の径方向において隙間Ｇを変化させることができる。例えば３１１の径がスタートプレート５１の径方向において中心から外周に向かうにつれて小さくなるように、ローラ３１１が構成されてもよい。この構成により、隙間Ｇの高さは、ローラ３１１の軸方向の端部よりも中央部において大きくなる。隙間Ｇの高さが、次第に変化しているので、適切な供給量をもって粉末を供給することができる。 In a powder supplying device equipped with a roller-type conveying device, the diameter of the roller 311 may be changed in the axial direction. This allows the gap G to be changed in the radial direction of the start plate 51. For example, the roller 311 may be configured so that the diameter of 311 becomes smaller from the center to the outer periphery in the radial direction of the start plate 51. With this configuration, the height of the gap G is larger in the center of the roller 311 than at the ends in the axial direction. Since the height of the gap G changes gradually, an appropriate amount of powder can be supplied.

図４に示す粉末塗布機構３２は、粉末供給機構３１からプレート主面５１ａ上に落下した粉末Ｐ１を敷き均す。ここでいう「敷き均す」とは、造形面に対して所定の厚みを有する粉末Ｐ１の層を形成することをいう。そして、この粉末Ｐ１の層を粉末床ＰＢと称する。 The powder application mechanism 32 shown in FIG. 4 spreads evenly the powder P1 that has fallen from the powder supply mechanism 31 onto the plate main surface 51a. "Spreading evenly" here means forming a layer of powder P1 with a predetermined thickness on the modeling surface. This layer of powder P1 is called the powder bed PB.

粉末塗布機構３２は、レーキブレード３２１とボディ３２２とを有する。レーキブレード３２１は、粉末Ｐ１に接触する部分である。レーキブレード３２１は、薄い金属板であってもよい。ボディ３２２は、レーキブレード３２１のブレード基端３２１ｆを保持する。ボディ３２２は、造形空間Ｓに対して静止する。このボディ３２２がレーキブレード３２１を保持することによって、レーキブレード３２１も造形空間Ｓに対して静止できる。レーキブレード３２１は、押圧力の方向に移動することはない。 The powder application mechanism 32 has a rake blade 321 and a body 322. The rake blade 321 is the part that comes into contact with the powder P1. The rake blade 321 may be a thin metal plate. The body 322 holds the blade base end 321f of the rake blade 321. The body 322 is stationary relative to the printing space S. By holding the rake blade 321 by the body 322, the rake blade 321 can also be stationary relative to the printing space S. The rake blade 321 does not move in the direction of the pressing force.

レーキブレード３２１のブレード先端３２１ｅは、被処理面ＰＬから所定の高さだけ離間する。この被処理面ＰＬとは、例えば、造形処理ユニット３Ａにおいて部分的にエネルギビームの照射を受けた後に、下流側の造形処理ユニット３Ｂにおいて粉末供給機構３１からの粉末Ｐ１の供給を受ける前の粉末床ＰＢの表面を意味する。 The blade tip 321e of the rake blade 321 is spaced a predetermined height from the surface PL to be processed. This surface PL means, for example, the surface of the powder bed PB after being partially irradiated with the energy beam in the modeling processing unit 3A and before receiving the supply of powder P1 from the powder supply mechanism 31 in the downstream modeling processing unit 3B.

被処理面ＰＬに対して粉末Ｐ１が落下すると、被処理面ＰＬ上に粉末Ｐ１が堆積する。堆積した粉末Ｐ１の高さは、粉末床ＰＢの厚みより大きい。そして、堆積した粉末Ｐ１に対して、レーキブレード３２１のブレード前面３２１ａが押し当てられる。この押し当ては、静止しているレーキブレード３２１に対してスタートプレート５１が回転することにより生じる。そうすると、堆積した粉末Ｐ１のうち、被処理面ＰＬとブレード先端３２１ｅとの間に存在する粉末Ｐ１は、レーキブレード３２１の背面側に移動する。一方、レーキブレード３２１の背面側の粉末Ｐ１のうち、ブレード先端３２１ｅよりも上方に存在する粉末Ｐ１は、レーキブレード３２１に阻まれるので、ブレード背面３２１ｂの側に移動できない。従って、被処理面ＰＬとブレード先端３２１ｅとの隙間と同じ厚みＰＢｔを有する粉末Ｐ１の層である粉末床ＰＢが形成される。 When the powder P1 falls onto the surface PL to be treated, the powder P1 is deposited on the surface PL. The height of the deposited powder P1 is greater than the thickness of the powder bed PB. The blade front surface 321a of the rake blade 321 is pressed against the deposited powder P1. This pressing occurs when the start plate 51 rotates relative to the stationary rake blade 321. Then, of the deposited powder P1, the powder P1 present between the surface PL to be treated and the blade tip 321e moves to the rear side of the rake blade 321. On the other hand, of the powder P1 on the rear side of the rake blade 321, the powder P1 present above the blade tip 321e is blocked by the rake blade 321 and cannot move to the blade rear side 321b. Therefore, a powder bed PB is formed, which is a layer of powder P1 having the same thickness PBt as the gap between the surface PL to be treated and the blade tip 321e.

以下の説明において、レーキブレード３２１のブレード前面３２１ａの側において、粉末床ＰＢの表面よりも高くなるように堆積した部分を「粉だまりＰＤ」と称する。つまり、粉だまりＰＤは、粉末Ｐ１によって形成されている。粉だまりを形成する粉末Ｐ１は、ブレード先端３２１ｅよりも上方に存在するので、ブレード背面３２１ｂの側に移動できない。さらに、粉だまりＰＤの量を、「粉だまり量」と定義する。粉だまり量は、体積又は重量であってもよい。 In the following description, the portion of the powder pile that is higher than the surface of the powder bed PB on the blade front surface 321a side of the rake blade 321 is referred to as the "powder pile PD." In other words, the powder pile PD is formed by powder P1. The powder P1 that forms the powder pile exists above the blade tip 321e, and therefore cannot move toward the blade rear surface 321b side. Furthermore, the amount of powder pile PD is defined as the "powder pile amount." The powder pile amount may be a volume or weight.

また、粉末供給機構３１から単位時間あたりに供給される粉末Ｐ１の体積又は重量として、「供給量」を定義する。さらに、粉末床ＰＢとして粉末塗布機構３２の下流側に単位時間あたりに移動する粉末Ｐ１の体積又は重量を「粉末床量」と定義する。粉だまり量は、供給量と、粉末床量と、の差分によって決まる。例えば、供給量が粉末床量より多い場合には、粉だまり量は次第に増加する。逆に、供給量が粉末床量より少ない場合には、粉だまり量は次第に減少する。さらに、供給量が粉末床量と等しい場合には、粉だまり量は増減しない。 The "supply amount" is defined as the volume or weight of powder P1 supplied from the powder supply mechanism 31 per unit time. Furthermore, the volume or weight of powder P1 moving per unit time downstream of the powder application mechanism 32 as the powder bed PB is defined as the "powder bed amount." The amount of powder accumulation is determined by the difference between the supply amount and the powder bed amount. For example, if the supply amount is greater than the powder bed amount, the amount of powder accumulation gradually increases. Conversely, if the supply amount is less than the powder bed amount, the amount of powder accumulation gradually decreases. Furthermore, if the supply amount is equal to the powder bed amount, the amount of powder accumulation does not increase or decrease.

例えば、粉だまり量が時間の経過と共に減少して、堆積した粉末Ｐ１の高さが被処理面ＰＬからブレード先端３２１ｅまでの高さよりも低くなったとする。この場合には、そもそも所望の厚みを有する粉末床ＰＢを形成できなくなる。 For example, suppose the amount of accumulated powder decreases over time, and the height of the accumulated powder P1 becomes lower than the height from the treated surface PL to the blade tip 321e. In this case, it becomes impossible to form a powder bed PB with the desired thickness.

逆に、粉だまり量が時間の経過と共に増加したとする。この場合には、塗布不良が生じる。塗布不良とは、粉末床ＰＢの表面に無視できない凹凸が生じたことをいう。この塗布不良について、詳細に説明する。 Conversely, suppose the amount of accumulated powder increases over time. In this case, poor coating occurs. Poor coating refers to the occurrence of non-negligible irregularities on the surface of the powder bed PB. This type of poor coating will be explained in detail below.

図５には、スタートプレート５１上に、幾つかの層が形成されている様子を示す断面図である。プレート主面５１ａには、未焼結の粉末Ｐ１からなる未焼結層Ｐ２が形成されている。未焼結層Ｐ２の上には、仮焼結された粉末Ｐ１からなる仮焼結層Ｐ３が形成されている。そして、この図５では、仮焼結層Ｐ３の表面が被処理面ＰＬに対応する。いま、粉末供給機構３１から未焼結の粉末Ｐ１が被処理面ＰＬである仮焼結層Ｐ３の表面に供給されている。そして、供給量が粉末床量より多くなっており、粉だまり量が次第に増加しているとする。 Figure 5 is a cross-sectional view showing several layers formed on a start plate 51. An unsintered layer P2 made of unsintered powder P1 is formed on the plate main surface 51a. A pre-sintered layer P3 made of pre-sintered powder P1 is formed on the unsintered layer P2. In Figure 5, the surface of the pre-sintered layer P3 corresponds to the surface to be treated PL. Unsintered powder P1 is now being supplied from the powder supply mechanism 31 to the surface of the pre-sintered layer P3, which is the surface to be treated PL. Now, assume that the supply amount is greater than the powder bed amount, and the amount of powder accumulation is gradually increasing.

図５に示すように、粉だまり量が増加すると、粉だまりＰＤに起因して被処理面ＰＬに作用する押圧力が高まる。この押圧力は、被処理面ＰＬと粉だまりＰＤとが接する接触面との間に作用する層間摩擦力Ｒ１に影響する。押圧力は、つまり垂直抗力であるから、押圧力が高まると、仮焼結層Ｐ３と粉だまりを形成する粉末Ｐ１との間の層間摩擦力Ｒ１も高まる。このような状態において、粉だまりＰＤがレーキブレード３２１から進行方向に沿う押圧力を受けると、仮焼結層Ｐ３と粉だまりＰＤとの間に大きい層間摩擦力Ｒ１が発生する。 As shown in FIG. 5, as the amount of powder accumulation increases, the pressing force acting on the treated surface PL due to the powder accumulation PD increases. This pressing force affects the interlayer friction force R1 acting between the contact surface where the treated surface PL and the powder accumulation PD come into contact. Since the pressing force is a normal force, as the pressing force increases, the interlayer friction force R1 between the pre-sintered layer P3 and the powder P1 that forms the powder accumulation also increases. In this state, when the powder accumulation PD receives a pressing force from the rake blade 321 in the direction of travel, a large interlayer friction force R1 is generated between the pre-sintered layer P3 and the powder accumulation PD.

一方、プレート主面５１ａと未焼結層Ｐ２との間にも壁面摩擦力Ｒ２は生じる。しかし、垂直抗力が同じであったとしても、仮焼結層Ｐ３と粉だまりＰＤとの間の状態と、プレート主面５１ａと未焼結層Ｐ２との間の状態とは、互いに相違する。従って、仮焼結層Ｐ３と粉だまりＰＤとの間に発生する層間摩擦力Ｒ１の大きさと、プレート主面５１ａと未焼結層Ｐ２との間に発生する壁面摩擦力Ｒ２の大きさとは異なる。以下の説明において、仮焼結層Ｐ３と粉だまりＰＤとの間に発生する摩擦力を、単に「層間摩擦力Ｒ１」と称する。同様に、プレート主面５１ａと未焼結層Ｐ２との間に発生する摩擦力を、単に「壁面摩擦力Ｒ２」と称する。 On the other hand, a wall friction force R2 also occurs between the plate main surface 51a and the unsintered layer P2. However, even if the normal force is the same, the state between the pre-sintered layer P3 and the powder puddle PD is different from the state between the plate main surface 51a and the unsintered layer P2. Therefore, the magnitude of the interlayer friction force R1 generated between the pre-sintered layer P3 and the powder puddle PD is different from the magnitude of the wall friction force R2 generated between the plate main surface 51a and the unsintered layer P2. In the following explanation, the friction force generated between the pre-sintered layer P3 and the powder puddle PD is simply referred to as the "interlayer friction force R1". Similarly, the friction force generated between the plate main surface 51a and the unsintered layer P2 is simply referred to as the "wall friction force R2".

まず、層間摩擦力Ｒ１の大きさが、壁面摩擦力Ｒ２よりも小さい場合を仮定する。この仮定は、粉だまり量が少ないときに成り立つ。この場合には、粉だまりＰＤがレーキブレード３２１から押圧力を受けると、仮焼結層Ｐ３と粉だまりＰＤとの間で滑りが生じる。このとき、プレート主面５１ａと未焼結層Ｐ２との間では滑りは生じない。この場合には、塗布不良は生じない。 First, assume that the interlayer friction force R1 is smaller than the wall friction force R2. This assumption holds when the amount of powder accumulation is small. In this case, when the powder accumulation PD receives a pressing force from the rake blade 321, slippage occurs between the provisionally sintered layer P3 and the powder accumulation PD. At this time, slippage does not occur between the plate main surface 51a and the unsintered layer P2. In this case, no coating defects occur.

逆に、層間摩擦力Ｒ１の大きさが、壁面摩擦力Ｒ２よりも大きい場合を仮定する。この仮定は、粉だまり量が多いときに成り立つ。この場合には、粉だまりＰＤがレーキブレード３２１から押圧力を受けると、大きい層間摩擦力Ｒ１によって仮焼結層Ｐ３と粉だまりＰＤとの間で滑りが生じにくくなる。そうすると、仮焼結層Ｐ３と粉だまりＰＤとの間で滑りが生じない状態で、プレート主面５１ａと未焼結層Ｐ２との間で滑りが生じてしまう。この場合に、塗布不良が生じる。 Conversely, let us assume that the interlayer friction force R1 is greater than the wall friction force R2. This assumption holds true when there is a large amount of powder accumulation. In this case, when the powder accumulation PD receives a pressing force from the rake blade 321, the large interlayer friction force R1 makes it difficult for slippage to occur between the pre-sintered layer P3 and the powder accumulation PD. In this case, slippage occurs between the plate main surface 51a and the unsintered layer P2, without slippage occurring between the pre-sintered layer P3 and the powder accumulation PD. In this case, poor coating occurs.

従って、粉だまりＰＤの量（粉だまり量）は、所定の範囲を維持する必要がある。粉だまり量は、下限より少なくなることは許されないし、上限より多くなることも許されない。つまり、粉だまり量に応じて、粉末供給機構３１からの供給量を増減させる必要が生じる。供給量の制御は、粉だまり量に基づくから、粉だまり量を計測する必要がある。そこで、粉末床形成機構３０は、粉だまり量を計測する粉末量計測器３３を有する。 Therefore, the amount of powder accumulation PD (powder accumulation amount) must be maintained within a specified range. The amount of powder accumulation must not be allowed to fall below the lower limit, nor must it be allowed to exceed the upper limit. In other words, it becomes necessary to increase or decrease the supply amount from the powder supply mechanism 31 depending on the amount of powder accumulation. Since the supply amount is controlled based on the amount of powder accumulation, it is necessary to measure the amount of powder accumulation. Therefore, the powder bed formation mechanism 30 has a powder amount meter 33 that measures the amount of powder accumulation.

図４に示す粉末量計測器３３は、粉だまり量を計測する。粉だまり量は、堆積した粉末Ｐ１の体積として扱うこともできるし、堆積した粉末Ｐ１の重量として扱うこともできる。一方、粉末量計測器３３は、粉末Ｐ１の体積又は重量を直接に計測しない。粉末量計測器３３は、粉末Ｐ１の体積又は重量とは別の計測項目に関するデータを得る。そして、当該データを利用して、粉末Ｐ１の体積又は重量を得る。なお、粉末量計測器３３は、粉末Ｐ１の体積又は重量とは別の計測項目に関するデータを取得するだけであってもよい。つまり、粉末量計測器３３は、別の計測項目に関するデータを粉末Ｐ１の体積又は重量に換算する機能を備えていなくてもよい。この場合において、別の計測項目に関するデータを粉末Ｐ１の体積又は重量に換算する機能は、コントローラ４が担ってもよい。 The powder amount measuring instrument 33 shown in FIG. 4 measures the amount of accumulated powder. The amount of accumulated powder can be treated as the volume of the accumulated powder P1 or the weight of the accumulated powder P1. On the other hand, the powder amount measuring instrument 33 does not directly measure the volume or weight of the powder P1. The powder amount measuring instrument 33 obtains data on a measurement item other than the volume or weight of the powder P1. Then, the data is used to obtain the volume or weight of the powder P1. Note that the powder amount measuring instrument 33 may only obtain data on a measurement item other than the volume or weight of the powder P1. In other words, the powder amount measuring instrument 33 may not have a function of converting data on another measurement item into the volume or weight of the powder P1. In this case, the function of converting data on another measurement item into the volume or weight of the powder P1 may be performed by the controller 4.

粉末量計測器３３が直接に計測する計測項目は、粉末高さＨ又は粉末幅Ｗである。粉末量計測器３３は、粉末高さＨ又は粉末幅Ｗの少なくとも一方を計測する。本開示では、計測項目として、粉末高さＨを例示する。粉末幅Ｗを計測項目とする態様については、変形例として説明する。 The measurement items that the powder amount measuring instrument 33 directly measures are the powder height H or the powder width W. The powder amount measuring instrument 33 measures at least one of the powder height H or the powder width W. In this disclosure, the powder height H is exemplified as the measurement item. An embodiment in which the powder width W is used as the measurement item will be described as a modified example.

一例として、粉末高さＨとは、粉末床表面ＰＢｓから粉だまりＰＤの表面（以下、「粉だまり表面ＰＤｓ」と称する）までのプレート主面５１ａの法線方向に沿った距離である。粉だまり表面ＰＤｓとは、レーキブレード３２１の前方に位置する粉末Ｐ１において、任意の位置を選択してよい。例えば、レーキブレード３２１の直前に形成される斜面ＰＤｓ１であってもよい。また、斜面ＰＤｓ１のさらに前方に形成される平坦面ＰＤｓ２であってもよい。また、粉末高さＨの基準は、粉末床表面ＰＢｓとは別のものを用いてもよい。粉末高さＨの基準は、レーキブレード３２１のブレード先端３２１ｅを採用することもできる。この場合には、粉末高さＨは、ブレード先端３２１ｅから粉だまり表面ＰＤｓまでの法線方向Ｎに沿った距離である。 As an example, the powder height H is the distance along the normal direction of the plate main surface 51a from the powder bed surface PBs to the surface of the powder puddle PD (hereinafter referred to as the "puddle surface PDs"). The powder puddle surface PDs may be any position in the powder P1 located in front of the rake blade 321. For example, it may be the slope PDs1 formed just before the rake blade 321. It may also be the flat surface PDs2 formed further forward of the slope PDs1. The reference for the powder height H may be something other than the powder bed surface PBs. The reference for the powder height H may be the blade tip 321e of the rake blade 321. In this case, the powder height H is the distance along the normal direction N from the blade tip 321e to the powder puddle surface PDs.

なお、法線方向Ｎにおいて、ブレード先端３２１ｅの位置は、粉末床ＰＢの位置と実質的に同じである。従って、ブレード先端３２１ｅから粉だまり表面ＰＤｓまでの距離を粉末高さＨとする定義は、粉末床表面ＰＢｓから粉だまり表面ＰＤｓまで距離を粉末高さＨとする定義と実質的に同じである。また、例えば、粉末高さＨの基準として、プレート主面５１ａを採用することもできる。この場合における粉末高さＨとは、プレート主面５１ａから粉だまり表面ＰＤｓまでの距離である。 In addition, in the normal direction N, the position of the blade tip 321e is substantially the same as the position of the powder bed PB. Therefore, the definition of the distance from the blade tip 321e to the powder pile surface PDs as the powder height H is substantially the same as the definition of the distance from the powder bed surface PBs to the powder pile surface PDs as the powder height H. In addition, for example, the plate main surface 51a can be used as the reference for the powder height H. In this case, the powder height H is the distance from the plate main surface 51a to the powder pile surface PDs.

粉末量計測器３３は、一例としてレーザ測距計を用いることができる。レーザ測距計によれば、レーザＬの出射位置から、粉だまり表面ＰＤｓまでの距離を得ることができる。粉末塗布機構３２に対する粉末量計測器３３の相対的な位置は、一意に知ることができるから、出射位置からレーキブレード３２１のブレード先端３２１ｅまでの距離は知ることができる。従って、レーキブレード３２１のブレード先端３２１ｅまでの距離から、レーザＬの出射位置から粉だまり表面ＰＤｓまでの距離を減算することによって、粉末高さＨを得ることができる。 As an example, the powder amount measuring device 33 may be a laser distance measuring device. With the laser distance measuring device, the distance from the emission position of the laser L to the powder pile surface PDs can be obtained. Since the relative position of the powder amount measuring device 33 with respect to the powder application mechanism 32 can be uniquely known, the distance from the emission position to the blade tip 321e of the rake blade 321 can be known. Therefore, the powder height H can be obtained by subtracting the distance from the emission position of the laser L to the powder pile surface PDs from the distance to the blade tip 321e of the rake blade 321.

なお、粉末量計測器３３の具体的な構成は、レーザ測距計に限定されない。粉末量計測器３３は、レーザ測距計のように粉末Ｐ１に接触することなく粉末高さＨを測定する非接触方式を採用してもよい。粉末量計測器３３は、粉末Ｐ１に接触することによって粉末高さＨを測定する接触方式を採用してもよい。そのほかの例示については、後述する変形例にて説明する。 The specific configuration of the powder amount measuring instrument 33 is not limited to a laser distance meter. The powder amount measuring instrument 33 may employ a non-contact method for measuring the powder height H without contacting the powder P1, as with a laser distance meter. The powder amount measuring instrument 33 may employ a contact method for measuring the powder height H by contacting the powder P1. Other examples will be described in the modified examples below.

次に、図６に示すフロー図を参照しながら、粉末床形成機構３０による粉末床を形成する動作について説明する。 Next, the operation of forming a powder bed by the powder bed forming mechanism 30 will be described with reference to the flow diagram shown in FIG. 6.

まず、コントローラ４は、設定値を取得する（工程Ｓ１）。この設定値とは、供給量を増やすべきか、減らすべきかを判定する値である。具体的には、粉だまり量の閾値である。工程Ｓ１では、予め準備した複数の設定値から、粉末床ＰＢの厚みなどの製造条件に基づいて、適切な設定値を選択してもよい。また、工程Ｓ１では、別途入力された製造条件に基づいて設定値を算出してもよい。 First, the controller 4 acquires a set value (step S1). This set value is a value that determines whether the supply amount should be increased or decreased. Specifically, it is a threshold value for the amount of powder accumulation. In step S1, an appropriate set value may be selected from multiple set values prepared in advance based on manufacturing conditions such as the thickness of the powder bed PB. In addition, in step S1, the set value may be calculated based on manufacturing conditions that are input separately.

次に、コントローラ４は、制御信号を出力することにより、粉末供給機構３１に粉末Ｐ１を供給させる（工程Ｓ２）。また、コントローラ４は、制御信号を出力することにより、スタートプレート５１の回転を開始する。 Next, the controller 4 outputs a control signal to cause the powder supply mechanism 31 to supply the powder P1 (step S2). The controller 4 also outputs a control signal to start the rotation of the start plate 51.

次に、コントローラ４は、粉だまり量を得る（工程Ｓ３）。まず、コントローラ４は、粉末量計測器３３から粉だまり表面ＰＤｓまでの距離を得る。次に、コントローラ４は、当該距離を用いて粉末高さＨを算出する。次に、コントローラ４は、粉末高さＨを粉だまり量に換算する。 Next, the controller 4 obtains the amount of accumulated powder (step S3). First, the controller 4 obtains the distance from the powder amount measuring device 33 to the powder accumulation surface PDs. Next, the controller 4 calculates the powder height H using the obtained distance. Next, the controller 4 converts the powder height H into the amount of accumulated powder.

次に、コントローラ４は、塗布前の粉末量である粉だまり量と設定値とを比較する（工程Ｓ４）。具体的には、コントローラ４は、粉だまり量が設定値より大きいか否かを判定する。工程Ｓ４の比較の結果、粉だまり量が設定値より大きい場合（工程Ｓ４：ＹＥＳ）には、コントローラ４は、制御信号を出力することにより、粉末供給機構３１からの供給量を減らす（工程Ｓ５）。工程Ｓ４の比較の結果、粉だまり量が設置値より小さい場合（工程Ｓ４：ＮＯ）には、コントローラ４は、制御信号を出力することにより、粉末供給機構３１からの供給量を増やす（工程Ｓ６）。 Next, the controller 4 compares the amount of accumulated powder, which is the amount of powder before application, with a set value (step S4). Specifically, the controller 4 determines whether the amount of accumulated powder is greater than the set value. If the comparison result in step S4 shows that the amount of accumulated powder is greater than the set value (step S4: YES), the controller 4 outputs a control signal to reduce the amount of powder supplied from the powder supply mechanism 31 (step S5). If the comparison result in step S4 shows that the amount of accumulated powder is less than the set value (step S4: NO), the controller 4 outputs a control signal to increase the amount of powder supplied from the powder supply mechanism 31 (step S6).

なお、コントローラ４は、供給量を増やす又は減らすという２値の制御のほか、供給量を増やす、供給量を減らす及び供給量を維持する３値の制御を行ってもよい。 In addition to the binary control of increasing or decreasing the supply amount, the controller 4 may also perform ternary control of increasing the supply amount, decreasing the supply amount, and maintaining the supply amount.

その後、スタートプレート５１の回転によって、粉だまりＰＤがレーキブレード３２１に至る。その結果、所定の厚みを有する粉末床ＰＢが形成される（工程Ｓ７）。 Then, as the start plate 51 rotates, the powder pile PD reaches the rake blade 321. As a result, a powder bed PB having a predetermined thickness is formed (step S7).

次に、コントローラ４は、造形処理が完了したか否かを判定する（工程Ｓ８）。造形処理が完了していない（工程Ｓ８：ＮＯ）場合には、再び工程Ｓ３からの処理を繰り返す。造形処理が完了した（工程Ｓ８：ＹＥＳ）場合には、全体の処理を終了する。 Next, the controller 4 determines whether the modeling process is complete (step S8). If the modeling process is not complete (step S8: NO), the process is repeated from step S3. If the modeling process is complete (step S8: YES), the entire process is terminated.

以下、本開示の積層造形装置１及び粉末床形成機構３０の作用効果について説明する。 The effects of the additive manufacturing device 1 and powder bed formation mechanism 30 of the present disclosure are described below.

積層造形装置１は、少なくとも粉末Ｐ１が載置されるプレート主面５１ａを含むスタートプレート５１と、プレート主面５１ａに敷き均された粉末Ｐ１である粉末床ＰＢを形成する粉末床形成機構３０と、粉末床ＰＢにエネルギビームを照射するビーム源３ｂと、を備える。粉末床形成機構３０は、粉末Ｐ１を供給する粉末供給機構３１と、時計方向ＣＷに向かってスタートプレート５１に対して相対的に移動することによって、粉末供給機構３１から供給された粉末Ｐ１をプレート主面５１ａに敷き均す粉末塗布機構３２と、スタートプレート５１に対する粉末塗布機構３２の移動方向において粉末塗布機構３２の前方に配置されて、粉末供給機構３１から供給された後であって粉末塗布機構３２によって敷き均される前の粉末Ｐ１の量を計測する粉末量計測器３３と、を有する。 The additive manufacturing device 1 includes a start plate 51 including a plate main surface 51a on which at least the powder P1 is placed, a powder bed forming mechanism 30 that forms a powder bed PB, which is the powder P1 spread evenly on the plate main surface 51a, and a beam source 3b that irradiates the powder bed PB with an energy beam. The powder bed forming mechanism 30 includes a powder supply mechanism 31 that supplies the powder P1, a powder application mechanism 32 that moves relative to the start plate 51 in the clockwise direction CW to spread the powder P1 supplied from the powder supply mechanism 31 evenly on the plate main surface 51a, and a powder amount measuring device 33 that is disposed in front of the powder application mechanism 32 in the movement direction of the powder application mechanism 32 relative to the start plate 51 and measures the amount of powder P1 after it has been supplied from the powder supply mechanism 31 and before it has been spread evenly by the powder application mechanism 32.

積層造形装置１の粉末床形成機構３０は、粉末Ｐ１をプレート主面５１ａに敷き均す粉末塗布機構３２の前方に粉末Ｐ１の量を計測する粉末量計測器３３を配置している。この構成によると、粉末供給機構３１から供給された後に粉末塗布機構３２によって敷き均される前の粉末Ｐ１の量を計測することができる。敷き均す前の粉末Ｐ１の量に関する情報を得ることができるので、当該情報に基づいて粉末供給機構３１からの粉末Ｐ１の供給量を制御することが可能になる。敷き均しに適した状態が実現されるので、粉末塗布機構３２の敷き均し動作によって安定して所望の粉末床ＰＢを形成することができる。従って、造形プロセスを安定して継続することができる。 The powder bed formation mechanism 30 of the layered modeling device 1 has a powder amount meter 33 arranged in front of the powder application mechanism 32 that spreads the powder P1 evenly on the plate main surface 51a, which measures the amount of powder P1. With this configuration, it is possible to measure the amount of powder P1 supplied from the powder supply mechanism 31 and before it is spread evenly by the powder application mechanism 32. Since information on the amount of powder P1 before it is spread evenly can be obtained, it is possible to control the amount of powder P1 supplied from the powder supply mechanism 31 based on this information. Since a state suitable for spreading evenly is realized, the desired powder bed PB can be stably formed by the spreading operation of the powder application mechanism 32. Therefore, the modeling process can be stably continued.

積層造形装置１のスタートプレート５１は、所定の回転軸線を中心として回転し、スタートプレート５１の回転によって、スタートプレート５１に対する粉末塗布機構３２の相対的な移動が発生してもよい。この構成によれば、回転式の積層造形を行うことができる。 The start plate 51 of the additive manufacturing device 1 rotates about a predetermined rotation axis, and the rotation of the start plate 51 may cause the powder application mechanism 32 to move relative to the start plate 51. With this configuration, rotary additive manufacturing can be performed.

積層造形装置１は、スタートプレート５１の回転方向における上流から下流に向かって、粉末供給機構３１、粉末量計測器３３、粉末塗布機構３２及び照射部の順に配置されている。この構成によれば、スタートプレート５１の回転によって、粉末供給機構３１からの粉末Ｐ１の供給と、粉末量計測器３３による粉末Ｐ１の量の計測と、粉末塗布機構３２による粉末Ｐ１の敷き均しと、粉末床ＰＢに対するエネルギビームの照射と、をこの順に連続して行うことができる。 The additive manufacturing device 1 is arranged in the following order from upstream to downstream in the rotation direction of the start plate 51: powder supply mechanism 31, powder amount measuring device 33, powder application mechanism 32, and irradiation unit. With this configuration, the rotation of the start plate 51 allows the supply of powder P1 from the powder supply mechanism 31, measurement of the amount of powder P1 by the powder amount measuring device 33, spreading of powder P1 by the powder application mechanism 32, and irradiation of the energy beam onto the powder bed PB to be performed continuously in this order.

例えば、図１０に示す比較例のように、粉末量計測器１３３が粉末塗布機構３２の下流側に配置されているとする。粉末量計測器１３３は、粉末床ＰＢの厚みＰＢｔを計測する。粉末量計測器１３３は、その全体が造形空間Ｓに晒されている。造形空間Ｓは、真空領域である。そうすると、粉末量計測器１３３は、周囲の物体、特に電子ビームを受けた粉末Ｐ１から電磁波として放射される熱を受け易くなる。一方、積層造形装置１の粉末量計測器３３は、粉末供給機構３１と粉末塗布機構３２とに挟持されている。この構成によれば、粉末量計測器３３は、粉末供給機構３１と粉末塗布機構３２に挟まれているから、放射熱を受ける露出面が少なくなる。つまり、粉末供給機構３１と粉末塗布機構３２とによって粉末量計測器３３を周囲の熱から保護することができる。その結果、良好な計測値を得ることができる。 For example, as in the comparative example shown in FIG. 10, the powder amount measuring instrument 133 is disposed downstream of the powder application mechanism 32. The powder amount measuring instrument 133 measures the thickness PBt of the powder bed PB. The powder amount measuring instrument 133 is entirely exposed to the molding space S. The molding space S is a vacuum region. In this case, the powder amount measuring instrument 133 is easily subjected to heat radiated as electromagnetic waves from surrounding objects, particularly from the powder P1 that has been subjected to the electron beam. On the other hand, the powder amount measuring instrument 33 of the layered manufacturing device 1 is sandwiched between the powder supply mechanism 31 and the powder application mechanism 32. According to this configuration, since the powder amount measuring instrument 33 is sandwiched between the powder supply mechanism 31 and the powder application mechanism 32, the exposed surface that receives radiant heat is reduced. In other words, the powder supply mechanism 31 and the powder application mechanism 32 can protect the powder amount measuring instrument 33 from the surrounding heat. As a result, good measurement values can be obtained.

積層造形装置１の粉末供給機構３１、粉末量計測器３３及び粉末塗布機構３２は、回転軸線からスタートプレート５１の外周縁に向かって延びていてもよい。この構成によれば、円板状のスタートプレート５１にまんべんなく粉末床ＰＢを形成することができる。 The powder supply mechanism 31, powder amount measuring device 33, and powder application mechanism 32 of the additive manufacturing device 1 may extend from the rotation axis toward the outer periphery of the start plate 51. With this configuration, the powder bed PB can be formed evenly on the disc-shaped start plate 51.

積層造形装置１は、粉末量計測器３３から計測信号を受けると共に、粉末供給機構３１に制御信号を出力するコントローラ４をさらに備える。コントローラ４は、粉末量計測器３３が出力する粉末Ｐ１の量に関する計測信号に基づいて、粉末供給機構３１が供給する粉末Ｐ１の量を制御する制御信号を生成する。この構成によれば、粉末供給機構３１は、敷き均し動作に適した量の粉末Ｐ１を供給することができる。 The additive manufacturing device 1 further includes a controller 4 that receives a measurement signal from the powder amount measuring device 33 and outputs a control signal to the powder supply mechanism 31. The controller 4 generates a control signal for controlling the amount of powder P1 supplied by the powder supply mechanism 31 based on the measurement signal relating to the amount of powder P1 output by the powder amount measuring device 33. With this configuration, the powder supply mechanism 31 can supply an amount of powder P1 suitable for the spreading operation.

積層造形装置１及び粉末床形成機構３０によれば、さらなる効果を奏することもできる。図７は、粉だまり量が増加した状態の一例を示す。図７の例示では、粉だまり量が増加しているが、塗布不良は発生していないものとする。粉だまり量が増加すると、レーキブレード３２１に作用する押圧力が増加する。レーキブレード３２１が受ける押圧力が高まると、レーキブレード３２１が下流側へ曲がる。レーキブレード３２１のブレード基端３２１ｆからブレード先端３２１ｅまでの距離は一定であるから、この曲がりによって、ブレード基端３２１ｆからブレード先端３２１ｅまでの法線方向に沿った長さが短くなる。その結果、短くなった分だけ（厚みＤＨ）、粉末床ＰＢの厚みが増してしまう。要するに、粉だまり量が多くなると、粉末床ＰＢの厚みＰＤｔが増す傾向がある。 The additive manufacturing device 1 and the powder bed forming mechanism 30 can achieve further effects. FIG. 7 shows an example of a state in which the amount of powder accumulation has increased. In the example of FIG. 7, the amount of powder accumulation has increased, but no coating failure has occurred. When the amount of powder accumulation increases, the pressing force acting on the rake blade 321 increases. When the pressing force received by the rake blade 321 increases, the rake blade 321 bends downstream. Since the distance from the blade base end 321f to the blade tip 321e of the rake blade 321 is constant, this bending shortens the length along the normal direction from the blade base end 321f to the blade tip 321e. As a result, the thickness of the powder bed PB increases by the shortened amount (thickness DH). In short, when the amount of powder accumulation increases, the thickness PDt of the powder bed PB tends to increase.

これに対して、積層造形装置１は、粉だまり量を適正な範囲に維持することができる。その結果、粉末床ＰＢの厚みに影響を及ぼすようなレーキブレード３２１の曲がりの発生が抑制される。従って、積層造形装置１は、粉末床ＰＢの厚みを良好に維持することができる。 In contrast, the additive manufacturing device 1 can maintain the amount of powder accumulation within an appropriate range. As a result, bending of the rake blade 321 that would affect the thickness of the powder bed PB is suppressed. Therefore, the additive manufacturing device 1 can maintain the thickness of the powder bed PB well.

本開示の積層造形装置及び粉末床形成装置は、前述した実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。 The additive manufacturing apparatus and powder bed forming apparatus disclosed herein are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

図８は、第１変形例の積層造形装置１Ａの斜視図である。第１変形例の積層造形装置１Ａは、粉末供給機構及び粉末量計測器の構成が、実施形態の積層造形装置１とは異なる。具体的には、第１変形例の積層造形装置１Ａは、スタートプレート５１の径方向に沿って配置された複数の粉末供給機構３１Ａ１、３１Ａ２、３１Ａ３を有する。さらに、第１変形例の積層造形装置１Ａは、スタートプレート５１の径方向に沿って配置された複数の粉末量計測器３３Ａを有する。１個の粉末供給機構３１Ａ３は、１個の粉末量計測器３３Ａに対応する。この構成によると、粉末供給機構３１Ａ１、３１Ａ２、３１Ａ３ごとに、供給量を調整することができる。最も中心側に配置された粉末供給機構３１Ａ１の供給量と、最も外周側に配置された粉末供給機構３１Ａ３の供給量と、を互いに異ならせることができる。例えば、積層造形装置１Ａにおいて、スタートプレート５１の回転中心側において粉末供給機構３１Ａ１が供給する粉末Ｐ１の量を、スタートプレート５１の外周縁側において粉末供給機構３１Ａ３が供給する粉末Ｐ１の量よりも少なくすることができる。従って、粉末供給機構３１Ａは、円板状のスタートプレート５１における半径方向に応じた量の粉末Ｐ１を供給することが可能になる。その結果、半径方向に均質な粉末床ＰＢを形成することができる。 Figure 8 is a perspective view of the additive manufacturing device 1A of the first modified example. The additive manufacturing device 1A of the first modified example differs from the additive manufacturing device 1 of the embodiment in the configuration of the powder supply mechanism and the powder amount measuring instrument. Specifically, the additive manufacturing device 1A of the first modified example has a plurality of powder supply mechanisms 31A1, 31A2, and 31A3 arranged along the radial direction of the start plate 51. Furthermore, the additive manufacturing device 1A of the first modified example has a plurality of powder amount measuring instruments 33A arranged along the radial direction of the start plate 51. One powder supply mechanism 31A3 corresponds to one powder amount measuring instrument 33A. With this configuration, the supply amount can be adjusted for each of the powder supply mechanisms 31A1, 31A2, and 31A3. The supply amount of the powder supply mechanism 31A1 arranged at the most center side and the supply amount of the powder supply mechanism 31A3 arranged at the most outer periphery side can be made different from each other. For example, in the additive manufacturing device 1A, the amount of powder P1 supplied by the powder supply mechanism 31A1 on the rotation center side of the start plate 51 can be made smaller than the amount of powder P1 supplied by the powder supply mechanism 31A3 on the outer periphery side of the start plate 51. Therefore, the powder supply mechanism 31A can supply an amount of powder P1 according to the radial direction of the disk-shaped start plate 51. As a result, a powder bed PB that is uniform in the radial direction can be formed.

粉末床形成機構３０の粉末量計測器３３は、レーザ光を用いて、粉末の高さを計測する手法を採用していた。粉末量計測器３３が採用する手法は、この手法に限定されない。以下、第２～第６変形例である粉末量計測器３３を説明する。 The powder amount measuring instrument 33 of the powder bed formation mechanism 30 uses a method of measuring the powder height using laser light. The method used by the powder amount measuring instrument 33 is not limited to this method. Below, the second to sixth modified examples of the powder amount measuring instrument 33 are described.

図９（ａ）は、第２変形例の積層造形装置１Ｂが備える粉末床形成機構３０Ｂを示す。粉末量計測器３３Ｂは、粉末高さＨを計測する。粉末量計測器３３Ｂは、接触式である。具体的には、粉末量計測器３３Ｂは、所定の高さに配置された電気プローブ３３Ｂ１を有する。さらに、粉末量計測器３３Ｂは、電源３３Ｂ２と、電流計３３Ｂ３と、を有する。電気プローブ３３Ｂ１、電源３３Ｂ２及び電流計３３Ｂ３は、直列に接続されている。そして、電流計３３Ｂ３は、レーキブレード３２１に接続されている。この構成によると、電気プローブ３３Ｂ１、電源３３Ｂ２、電流計３３Ｂ３及びレーキブレード３２１によってひとつの接点検知回路が構成される。電気プローブ３３Ｂ１は、レーキブレード３２１に直接に接触しないから、通常は、回路に電流は流れない。しかし、粉だまり量が増加した場合には、粉だまりＰＤは、レーキブレード３２１に接触すると共に電気プローブ３３Ｂ１にも接触する。そうすると、電気プローブ３３Ｂ１とレーキブレード３２１とが導通状態となる。その結果、回路に電流が流れる。この電流が流れたことをトリガとして、粉だまり量が閾値に達したことを知ることができる。 Figure 9 (a) shows the powder bed formation mechanism 30B provided in the additive manufacturing apparatus 1B of the second modified example. The powder amount measuring instrument 33B measures the powder height H. The powder amount measuring instrument 33B is of a contact type. Specifically, the powder amount measuring instrument 33B has an electric probe 33B1 arranged at a predetermined height. Furthermore, the powder amount measuring instrument 33B has a power source 33B2 and an ammeter 33B3. The electric probe 33B1, the power source 33B2 and the ammeter 33B3 are connected in series. The ammeter 33B3 is connected to the rake blade 321. According to this configuration, the electric probe 33B1, the power source 33B2, the ammeter 33B3 and the rake blade 321 form one contact detection circuit. Since the electric probe 33B1 does not directly contact the rake blade 321, normally no current flows in the circuit. However, if the amount of accumulated powder increases, the powder pile PD comes into contact with the rake blade 321 and also with the electric probe 33B1. This causes electrical conduction between the electric probe 33B1 and the rake blade 321. As a result, a current flows in the circuit. This current flow acts as a trigger to notify you that the amount of accumulated powder has reached a threshold value.

図９（ｂ）は、第３変形例の積層造形装置１Ｃが備える粉末床形成機構３０Ｃを示す。粉末量計測器３３Ｃは、粉末高さＨを計測する。粉末量計測器３３Ｃは、接触式である。具体的には、粉末量計測器３３Ｃは、温度プローブ３３Ｃ１と、温度計３３Ｃ２と、を有する。温度プローブ３３Ｃ１は、第２変形例の電気プローブ３３Ｂ１と同様の位置に配置される。粉だまり量が増加すると、粉だまりＰＤが温度プローブ３３Ｃ１に接触する。この接触は、温度計３３Ｃ２が出力する温度データに不連続な変化をもたらす。この不連続な変化をトリガとして、粉だまり量が閾値に達したことを知ることができる。 Figure 9 (b) shows the powder bed formation mechanism 30C provided in the additive manufacturing apparatus 1C of the third modified example. The powder amount measuring instrument 33C measures the powder height H. The powder amount measuring instrument 33C is of a contact type. Specifically, the powder amount measuring instrument 33C has a temperature probe 33C1 and a thermometer 33C2. The temperature probe 33C1 is disposed in the same position as the electric probe 33B1 of the second modified example. When the amount of powder accumulation increases, the powder accumulation PD comes into contact with the temperature probe 33C1. This contact causes a discontinuous change in the temperature data output by the thermometer 33C2. This discontinuous change serves as a trigger to know that the amount of powder accumulation has reached a threshold value.

図９（ｃ）は、第３変形例の積層造形装置１Ｄが備える粉末床形成機構３０Ｄを示す。粉末量計測器３３Ｄは、粉末幅Ｗを計測する。具体的には、粉末量計測器３３Ｄは、箔板３３Ｄ１と、レーザ測距計３３Ｄ２と、を有する。箔板３３Ｄ１は、レーキブレード３２１の前方に配置されている。箔板３３Ｄ１は、粉末塗布機構３２Ｄの筐体に取り付けられていてもよい。箔板３３Ｄ１は、レーキブレード３２１よりも変形しやすい。また、箔板３３Ｄ１の先端は、ブレード先端３２１ｅよりも高い位置にある。粉だまり量が増加すると、粉末幅Ｗが長くなる。粉末幅Ｗが長くなると、箔板３３Ｄ１が粉末Ｐ１に押圧されるので、箔板３３Ｄ１は、前方へ変形する。この変形は、レーザ測距計３３Ｄ２によって検知する。このような構成によっても、粉末幅Ｗを得ることができる。 9(c) shows the powder bed forming mechanism 30D equipped in the additive manufacturing device 1D of the third modified example. The powder amount measuring device 33D measures the powder width W. Specifically, the powder amount measuring device 33D has a foil plate 33D1 and a laser distance meter 33D2. The foil plate 33D1 is disposed in front of the rake blade 321. The foil plate 33D1 may be attached to the housing of the powder application mechanism 32D. The foil plate 33D1 is more easily deformed than the rake blade 321. In addition, the tip of the foil plate 33D1 is located higher than the blade tip 321e. When the amount of powder accumulation increases, the powder width W becomes longer. When the powder width W becomes longer, the foil plate 33D1 is pressed against the powder P1, so that the foil plate 33D1 deforms forward. This deformation is detected by the laser distance meter 33D2. The powder width W can also be obtained by such a configuration.

図９（ｄ）は、第４変形例の積層造形装置１Ｅが備える粉末床形成機構３０Ｅを示す。粉末量計測器３３Ｅは、粉末幅Ｗを計測する。粉末量計測器３３Ｅは、箔板３３Ｅ１と、接点検知回路３３Ｅ２と、を有する。箔板３３Ｅ１は、第３変形例の箔板３３Ｄ１と同様の構成を有する。第４変形例では、箔板３３Ｅ１の変形を検知する構成が、第３変形例と相違する。第４変形例では、箔板３３Ｅ１の変形を電気的に検知する。接点検知回路３３Ｅ２は、接点３３Ｅ３と、電源３３Ｅ４と、電流計３３Ｅ５とを含む。変形した箔板３３Ｅ１が接点３３Ｅ３に接すると、接点検知回路３３Ｅ２が導通状態となり、回路に電流が流れる。この電流が流れたことをトリガとして、粉だまり量が閾値に達したことを知ることができる。 Figure 9 (d) shows the powder bed formation mechanism 30E provided in the additive manufacturing apparatus 1E of the fourth modified example. The powder amount measuring device 33E measures the powder width W. The powder amount measuring device 33E has a foil plate 33E1 and a contact detection circuit 33E2. The foil plate 33E1 has a configuration similar to that of the foil plate 33D1 of the third modified example. In the fourth modified example, the configuration for detecting the deformation of the foil plate 33E1 differs from that of the third modified example. In the fourth modified example, the deformation of the foil plate 33E1 is detected electrically. The contact detection circuit 33E2 includes a contact 33E3, a power source 33E4, and an ammeter 33E5. When the deformed foil plate 33E1 contacts the contact 33E3, the contact detection circuit 33E2 becomes conductive and a current flows in the circuit. This current flow is used as a trigger to know that the amount of powder accumulation has reached a threshold value.

図９（ｅ）及び図９（ｆ）は、第５変形例の積層造形装置１Ｆが備える粉末床形成機構３０Ｆを示す。粉末量計測器３３Ｆは、粉末高さＨ又は粉末幅Ｗを計測する。第５変形例では、粉末幅Ｗが閾値に達したことをレーザによって検知する。具体的には、粉末量計測器３３Ｆは、径方向に沿って中心側に配置されたレーザ光源３３Ｆ１と、外周側に配置された受光センサ３３Ｆ２と、を有する。図９（ｅ）及び図９（ｆ）の例示では、紙面奥側から、紙面手前側に向けてレーザＬを照射しているとする。粉だまり量が少ない場合には、レーザＬは、粉末Ｐ１に妨げられることがないので、受光センサ３３Ｆ２によって検知できる（図９（ｅ）参照）。一方、粉だまり量が多い場合には、レーザＬは、粉末Ｐ１によって妨げられるので、受光センサ３３Ｆ２で検知できない（図９（ｆ）参照）。この受光センサ３３Ｆ２において、検出されていたレーザが検出されなくなったことをトリガとして、粉だまり量が閾値に達したことを知ることができる。 9(e) and 9(f) show the powder bed formation mechanism 30F provided in the additive manufacturing apparatus 1F of the fifth modified example. The powder amount measuring instrument 33F measures the powder height H or the powder width W. In the fifth modified example, the powder width W is detected by a laser when it reaches a threshold value. Specifically, the powder amount measuring instrument 33F has a laser light source 33F1 arranged on the center side along the radial direction and a light receiving sensor 33F2 arranged on the outer periphery side. In the example of FIG. 9(e) and FIG. 9(f), the laser L is irradiated from the back side of the paper to the front side of the paper. When the amount of powder accumulation is small, the laser L is not blocked by the powder P1 and can be detected by the light receiving sensor 33F2 (see FIG. 9(e)). On the other hand, when the amount of powder accumulation is large, the laser L is blocked by the powder P1 and cannot be detected by the light receiving sensor 33F2 (see FIG. 9(f)). When the laser that was previously being detected by the light receiving sensor 33F2 is no longer detected, this triggers the system to know that the amount of accumulated powder has reached a threshold value.

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ積層造形装置
２駆動ユニット
３造形処理ユニット
３Ａ造形処理ユニット
３ａヒータ
３Ｂ造形処理ユニット
３ｂビーム源，ビーム源（照射部）
４コントローラ（制御部）
５ハウジング
７コラム
２１回転駆動機構
２２昇降駆動機構
３０，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ粉末床形成機構（粉末床形成部、粉末床形成装置）
３１，３１Ａ，３１Ａ１，３１Ａ３粉末供給機構（供給部）
３２，３２Ｄ粉末塗布機構（塗布部）
３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３Ｅ，３３Ｆ粉末量計測器（計測部）
５１スタートプレート（プレート）
５１ａプレート主面
５２造形タンク
Ｐ１粉末
ＰＡ造形物
ＰＢ粉末床
Ｈ粉末高さ
Ｗ粉末幅 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F Layered modeling apparatus 2 Drive unit 3 Modeling processing unit 3A Modeling processing unit 3a Heater 3B Modeling processing unit 3b Beam source, Beam source (irradiation unit)
4 Controller (control unit)
5 Housing 7 Column 21 Rotation drive mechanism 22 Lifting drive mechanism 30, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F Powder bed forming mechanism (powder bed forming section, powder bed forming device)
31, 31A, 31A1, 31A3 Powder supply mechanism (supply section)
32, 32D Powder coating mechanism (coating section)
33, 33A, 33B, 33C, 33D, 33E, 33F Powder amount measuring device (measuring unit)
51 Starting Plate (Plate)
51a Plate main surface 52 Modeling tank P1 Powder PA Model PB Powder bed H Powder height W Powder width

Claims

a plate including at least a main surface on which powder is placed and rotating about a predetermined rotation axis ;
a powder bed forming section for forming a powder bed, the powder being spread evenly on the main surface of the plate;
an irradiation unit that irradiates the powder bed with an energy beam;
The powder bed formation section includes:
A supply unit that supplies the powder;
an applicator that moves relative to the plate in a predetermined direction to spread the powder supplied from the supply unit evenly on the main surface of the plate;
a measuring unit that is disposed in front of the coating unit in a moving direction of the coating unit relative to the plate and that measures an amount of the powder after being supplied from the supply unit and before being spread evenly by the coating unit ;
The rotation of the plate causes a relative movement of the applicator with respect to the plate;
an additive manufacturing apparatus , in which the supply unit, the measurement unit, the application unit, and the irradiation unit are arranged in this order from upstream to downstream in a rotation direction of the plate .

The layered manufacturing apparatus according to claim 1 , wherein the measuring unit is sandwiched between the supply unit and the application unit.

The additive manufacturing apparatus according to claim 2 , wherein the supply unit, the measurement unit, and the application unit extend from the rotation axis toward an outer circumferential edge of the plate.

The additive manufacturing apparatus according to claim 3 , wherein an amount of the powder supplied by the supply unit on a rotation center side of the plate is smaller than an amount of the powder supplied by the supply unit on an outer periphery side of the plate.

A control unit receives a measurement signal from the measurement unit and outputs a control signal to the supply unit,
The additive manufacturing device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the control unit generates the control signal for controlling the amount of powder supplied by the supply unit based on the measurement signal relating to the amount of powder output by the measurement unit.

A powder bed forming device for forming a powder bed for an additive manufacturing device, the powder bed forming device comprising: a plate including at least a plate main surface on which powder is placed and rotating about a predetermined rotation axis; and an irradiation unit that irradiates an energy beam onto a powder bed, the powder being the powder spread evenly on the plate main surface,
A supply unit that supplies the powder;
an applicator that moves relative to the plate in a predetermined direction to spread the powder supplied from the supply unit evenly on the main surface of the plate;
a measuring unit that is disposed in front of the applicator in a moving direction of the applicator relative to the plate and measures an amount of the powder after being supplied from the supply unit and before being spread evenly by the applicator ;
The rotation of the plate causes a relative movement of the applicator with respect to the plate;
the supply unit, the measurement unit, and the application unit are disposed upstream of the irradiation unit in a rotation direction of the plate,
A powder bed forming apparatus , in which the supply section, the measurement section, and the application section are arranged in this order from upstream to downstream in the rotation direction of the plate .