喷嘴装置和叠层制造设备的制作方法

本发明的实施例涉及一种喷嘴装置和一种叠层制造设备。

背景技术：

通常，通过增加层来制造物体的叠层制造设备是已知的。这种叠层制造设备通过施加粉末材料并且从喷嘴中发射激光束熔化该粉末来形成材料层，并在材料层上增加层来制造物体。这种已知的叠层制造设备包括移动平台，制造的物体安装在该平台上。

引用列表

专利文献

专利文献1：特开号2006-200030公报

专利文献2：特开号2002-018967公报

技术实现要素：

本发明解决的技术问题

对于该种叠层制造设备，重要的是获得例如具有新颖的喷嘴移动结构的喷嘴装置以及叠层制造设备。特别的，希望可以实现结构简单并且移动性好的喷嘴驱动机构。

解决技术问题的手段

根据一个实施例的喷嘴装置是用于叠层制造设备的。该喷嘴装置包括三个以上轨道元件、三个以上滑动元件、三个以上臂元件、喷嘴部、以及驱动机构。三个以上轨道元件中的每一个都包括彼此平行的轨道。该三个以上滑动元件分别与这些轨道元件连接从而可沿着这些轨道移动。三个以上臂元件都分别与滑动元件连接，并且通过这些滑动元件可移动且可旋转地支撑在这些轨道元件中。该喷嘴部可旋转地连接到三个以上臂元件上从而喷射材料并且发射能量束。该驱动机构包括至少五个致动器，这些致动器设置在由轨道元件、滑动元件、臂元件和喷嘴部中的两个相互连接部件组成的组合中的每个组合之间的相对位置或者相对角度。

附图说明

图1是根据一个实施例的叠层制造设备的示例性示意图。

图2是图示了通过本实施例的叠层制造设备来制造物体的示例性制造过程的说明视图。

图3是本实施例的喷嘴装置的一部分的示例性示意图。

图4是本实施例的喷嘴装置的一部分的示例性横截面图。

图5是本实施例的用于连接喷嘴部和臂元件的连接结构的示例性示意透视图。

图6是本实施例的支撑机构的一部分的示例性示意透视图。

图7是本实施例的支撑机构的示例性示意透视图。

图8是图6的Ⅷ区域的横截面图。

图9是本实施例的底座的示例性示意平面图。

图10是图示了本实施例的喷嘴的位置和姿态的一个例子的说明视图。

图11是图示了本实施例的喷嘴部的操作的说明视图。

图12是本实施例的安装后轨道元件的位置的另一个例子的示意透视图。

图13是本实施例的第一变形例的底座的示例性示意平面图。

图14是本实施例的第二变形例的底座的示例性示意平面图。

图15是本实施例的第三变形例的臂元件的一部分的示例性示意横截面图。

具体实施方式

下面将参照附图详细介绍实施例以及变形例。以下的实施例和变形例包括相同或相似的部件。在以下的内容中，相同或相似的部件用相同的附图标记标注，并且其重复性描述将被省略。

(实施例)

如图1所示，叠层制造设备1包括处理罐1，平台12(台)，材料供给装置13(成型用材料供给装置)，喷嘴装置14，光学装置15，测量装置16，和控制装置17.

该叠层制造设备1将从喷嘴装置14供给的材料121(成型材料)一层一层地施加在布置于平台12上的物体110上，来制造具有预定形状的物体100(叠层制造物体)。

物体110是目标物，材料121通过喷嘴装置14供给到该物体上，并且该物体包括基部110a和层110b。层110b被层压在基部110a的表面110a1上。例如，材料121包括粉末金属或树脂材料。或者，材料121可以是代替粉末材料的线性材料。对于叠层制造，可以使用一种或多种材料121。

处理罐11包括腔21和子腔22。该子腔22与腔21相邻设置。在主腔21和子腔22之间，设置有门23。当门23打开时，主腔21和子腔22彼此连通，当门23关闭时，主腔21是气密密封的。

主腔21设置有空气入口21a和空气出口21b。空气供应装置(未示出)通过该空气入口21a向主腔21供应惰性气体，例如氮气或氩气。空气排出装置(未示出)通过空气出口21b从主腔21中排出气体。

主腔21还包括移送装置(未示出)。还提供输送装置24从主腔21延伸至子腔22。移送装置将在主腔21中处理过的制造物体100移送到输送装置24。输送装置24从移送装置接收该制造物体100，并将其输送到子腔22中。即，子腔22存储主腔21中处理过的制造物体100。在制造物体100存储在子腔22中后，门23关闭从而将子腔22与主腔21彼此隔离。

主腔21包括平台12，喷嘴装置14，和测量装置16。该平台12支撑该基部110a。

喷嘴装置14包括喷嘴25和移动装置26。移动装置26移动该喷嘴25。喷嘴25将粉末(或线性)材料121供给(喷射)到位于平台12上的物体110。喷嘴25也向位于平台12上的物体110发射激光束L。喷嘴25在供给材料121的同时发射激光束L。

材料供给装置13包括供给装置31和中空供给管34(管)。材料121从供给装置31通过供给管(中空)34供给到喷嘴25。供给管34是柔性可变形的。

供给装置31具有罐31a和供给器31b。罐31a存储材料121。供给器31b从罐31a向喷嘴25供给预定量的材料121。当使用粉末材料121时，供给器31b向喷嘴25供给包含有材料121的运载气体(气体)。该运载气体例如是惰性气体，例如氮气或氩气。

光学装置15包括光源41和电缆210。光源41包括振荡器(未示出)，其通过振荡器的振荡发射激光束L。光源41可以改变要发射的激光束L的能量密度(强度)。电缆210例如是光纤。

光源41通过电缆210连接到喷嘴25。光源41产生激光束L。从光源41发射的激光束L通过电缆210被引导(供给)至喷嘴25。喷嘴25向物体110发射激光束L或者向物体110喷射材料121。在本实施例中，对于能量束，使用激光束L(光束)。能量束可以是例如电子束或者从微波到紫外线的电磁波，只要其与激光束一样能够熔融或者烧结材料121即可。光源41是能量束源的例子。

测量装置16测量固化层110b的形状以及制造物体100的形状。测量装置16将关于测量到的形状信息传输到控制装置17。测量装置16包括例如照相机51和图像处理器52。图像处理器52基于利用照相机52测量的信息进行图像处理。测量装置16测量层110b以及制造物体100的形状，例如通过干涉法或者光切法。

控制装置17与输送装置24、移动装置26、供给装置31、光源41，和图像处理器52通过信号线220电连接。

控制装置17控制输送装置24将制造物体110输送到子腔22。控制装置17控制供给装置31供给或者不供给材料121，并且调整材料121的供给量。控制装置17控制光源41来调整从光源41发出的激光束L的能量密度。控制装置17控制移动装置26移动喷嘴25。

控制装置17包括存储器17a。存储器17a存储表示将被制造的物体100的形状(参考形状)的数据。

控制装置17用来确定层110b或者制造物体100的形状。例如，控制装置17将测量装置16获得的层110b或制造物体100的形状与存储在存储器17a中的参考形状比较来确定是否有计划外形状的区域(计划外区域)。

控制装置17还用于通过移除由形状确定步骤所确定的计划外形状的区域，将层110b或制造物体110修整为预定形状。例如，控制装置17控制光源41发射激光束L，该激光束的能量密度足以蒸发层110b或制造物体110中计划外形状的区域的材料121。然后，控制装置17向该区域发射激光束L来蒸发该区域。

接着，将参照图2描述通过叠层制造设备1制造物体100的方法。如图2所示。首先，材料121被供给并且激光束L被发射。控制装置17控制供给装置31将材料121从喷嘴25供给到预定区域，并且控制光源41以利用激光束L熔化该供给材料121。从而，如图2所示，预定量的熔融材料121被供给至基部110a上形成层110b的区域。材料121被喷射并且在基部110a或者层110b上变形从而形成聚集的材料121，例如一层或一薄膜。或者，材料121被运载材料121的运载气体或者通过热传递给聚集的材料121而冷却，并且形成一层颗粒或者聚集的颗粒。

接着，进行退火。设置退火装置(未示出)用来在叠层制造设备1的外部进行退火，或者该叠层制造设备1可以进行内部退火。如果是后者，控制装置17控制光源41向基部110a上的聚集的材料121发射激光束L。因此，聚集的材料121被再次熔化为层110b。

接着，进行形状测量。控制装置17控制测量装置16测量基部110a上的退火后材料121。控制装置17将测量装置16获得的层110b或制造物体100的形状与存储在存储器17a中的参考形状比较。

接着，进行修整。设置修整装置(未示出)用于在叠层制造设备1的外部进行修整，或者叠层制造设备1可以在其内部进行修整。如果是后者，当通过形状测量并且与参考形状比较而确定材料121沉积在基部110a上位于设定形状之外时，例如，控制装置17控制光源41蒸发沉积材料121。相反，当通过形状测量并且与参考形状比较而确定层110b具有设定形状时，控制装置17不进行修整。

在形成层110b之后，叠层制造设备1在形成的层110b上形成新的层110b。叠层制造设备1重复增加层110b并且制造物体100。

接着，将详细介绍喷嘴装置14。如图1和3所示，喷嘴装置14的喷嘴25具有主体61。主体61具有沿着轴线Ax1延伸的管状形状(参见图4)。主体61具有沿着轴线Ax1的端部61c和61d(图1)。喷嘴25喷射粉末(或者线性)材料121并且从端部61c发射激光束L。端部61d与端部61c相反。

如图4所示，主体61设置有通路61a和61b。通路61a和61b从端部61d(图1)延伸至端部61c。主体61的轴线Ax1穿过通路61b。激光束L从光学装置15被引入到通路61b中。在通路61b中部，设置有光学系统，其包括用于将激光束L转换为平行光束的转换透镜，和用于聚焦平行激光束L的聚光透镜。激光束L通过聚光透镜聚焦到主体61之外的聚焦位置。激光束L的聚焦位置(焦点)位于轴线Ax1上。

一个或多个通路61a定位在通路61b的径向外侧。每个通路61a通过供给管34与供给装置31连接。在使用粉末材料121的情况下，材料121与运载气体一起从供给装置31被供给至每个通路61a。通路61a邻近端部61c的部分在朝向端部61c靠近轴线Ax1时相对于主体61的轴线Ax1倾斜。

在使用粉末材料121的情况下，喷嘴25从通路61a的出口(开口)向主体61(通路61a)的外部喷射(射出)材料121连同运载气体。或者，在使用线性材料121的情况下，喷嘴25从通路61a的出口向主体61的外部挤出(射出)材料121。喷射的或挤出的材料121到达激光束L的聚焦位置。喷嘴25供给的材料121被激光束L熔化并形成聚集的熔融材料121。熔融材料121被冷却，例如，通过运载材料121的运载气体。在此，通路61a部分地构成了冷却器35，冷却被激光束L辐射的材料121。冷却器35包括供给运载气体的供给装置31。

如图3所示，喷嘴25包括连接元件27。连接元件27是连接喷嘴25和移动装置26的臂元件74的元件。连接元件27连接(固定)到端部61d。如图5所示，连接元件27具有面27a、27b和27c。面27a(端面)面对端部61d。面27b(端面)与面27a相反。面27c(跨越面)在面27a和面27b之间延伸。此外，连接元件27包括三个球接收器27d(连接件)。三个球接收器27d以相对于轴线Ax1基本相等的角度间隔120°隔开。每个球接收器27d(接收面)具有从面27b延伸到面27c的凹陷形状。这些球接收器27d都可旋转地容纳有臂元件74的球74b。球接收器27d和球74b形成了球接头(连接器，连接结构)。即，球74b和球接收器27d构造为可彼此相对进行三维旋转(以任意方向旋转)。连接元件27还设置有孔27e和27f。孔27e和27f在面27a和27b之间延伸。供给管34插入孔27e中，并且材料121从供给管34供给至通路61a。此外，电缆210插入孔27f，激光束L从电缆210引入主体61。连接元件27和喷嘴27形成喷嘴部28。

如图3所示，移动装置26包括三个支撑机构71。三个支撑机构71设置在基部110a上(参见图1)。移动装置26在三个位置以三个支撑机构71来支撑喷嘴部28。三个支撑机构71至少在基部110a的面110a1上的制造物体100的制造区域S(空间)中，可以改变喷嘴部28的位置以及姿态。这样，三个支撑机构71包括相同的部件。这可以简化移动装置26的结构并且降低成本。

如图6和7所示，每个支撑机构71包括轨道元件72，滑动元件73和臂元件74。即，移动装置26包括三个轨道元件72，三个滑动元件73和三个臂元件74。轨道元件72被支撑在基部110a上，滑动元件73被支撑在轨道元件72中，且臂元件74被滑动元件73所支撑。臂元件74支撑喷嘴部28。

三个轨道元件72设置在基部110a上，从基部110a的面110a1上伸出(参见图1)。如图3所示，当在制造过程中喷射材料121并且辐射激光束L时，三个轨道元件72定位成围绕物体100。轨道元件72沿着轨道72d到72g绕着旋转中心Ax2(方向D4)被可旋转地支撑在基部110a上。

在方向D1上，每个轨道元件72整体具有柱形形状(棒状形状)。方向D1为竖直方向或者与竖直方向正交的方向。轨道元件72具有主体72a和轴72b和72c。主体72a沿着方向D1延伸，轴72b和72c设置在主体72a沿方向D1的两端。

如图6到8所示，主体72a包括四个轨道72d到72g。四个轨道72d到72g沿方向D1基本彼此平行的延伸。四个轨道72d到72g绕着旋转中心Ax2彼此间隔设置。轨道72d和轨道72g是轨道对72h(第一轨道对)，且轨道72e和轨道72f是另一轨道对72i(第二轨道对)。

轴72b设置在主体72a更靠近基部110a的一端，轴72c设置在主体72a的另一端。轴72b和72c具有绕着旋转中心Ax2的柱形形状(此后，旋转中心表示旋转轴线)。轴72b在基部110a的支撑物110a2上绕着旋转中心Ax2被可旋转地支撑。如图9所示，在基部110a的面110a1上，当沿着旋转中心Ax2(方向D1)观察时，三个支撑物110a2定位在虚拟三角形P的顶点处。轴72c也可以通过没有示出的支撑物来进行可旋转地支撑。

如图6到8所示，每个滑动元件73被连接(支撑)到轨道元件72从而可沿轨道72d到72g移动(方向D1)，且可绕与旋转中心Ax2相交(如，正交)的旋转中心Ax3可旋转地连接(支撑)到轨道元件72。滑动元件73包括壳体73a和轴73b和73c。

壳体73a定位在轨道对72h和轨道对72i之间。壳体73a具有基本为立方体的形状(六面体形)。壳体73a具有面73d到73i。面73d面向轨道对72h，且面73f面向轨道对72i。面73e从轨道72d和轨道72e之间的空间露出，面73g从轨道72f和轨道72g之间的空间露出。壳体73a包括滚珠丝杆螺母73k(螺纹元件)。滚珠丝杆螺母73k在面73e上开口。滚珠丝杆螺母73k固定在壳体73a上。

轴73b从面73d沿着旋转中心Ax3伸出，轴73c从面73f沿着旋转中心Ax3伸出。轴73b和73c具有绕着旋转中心Ax3的圆柱形形状。轴73b定位在轨道72d和轨道72g之间，轴73c定位在轨道72e和轨道72f之间。轴73b被连接到轨道72d和轨道72g上从而可以沿着轨道72d和72g移动，并且可绕着旋转中心Ax3旋转。轴73c被连接到轨道72e和轨道72f上，从而可以沿着轨道72e和72f移动，并且可绕着旋转中心Ax3旋转。

滑动元件73通过驱动器76(图6和8)沿着轨道72d到72g移动。如图6和8所示，驱动器76包括电机76a，滚珠丝杆76b，壳体76c和滚珠丝杆螺母76d。

滚珠丝杆76b(螺纹元件)沿着轨道72d到72g(方向D1)延伸。壳体76c为圆柱形，其两端封闭。壳体76c包括滚珠丝杆螺母76d(螺纹元件)。滚珠丝杆螺母76d通过滚珠(未示出)与滚珠螺杆77啮合。壳体76c容纳有电机77a(图8)。壳体76c通过电机77a连接到轴73b。滚珠丝杆76b和滚珠丝杆螺母76d构成了滚珠丝杆副。电机76a包括与滚珠丝杆76b连接的旋转轴。电机76a例如是步进电机。

当电机76a旋转该滚珠丝杆76b时，滚珠丝杆76b和滚珠丝杆螺母76d将滚珠丝杆76b的旋转运动转换为壳体76c的直线运动，从而沿方向D1使滑动元件73和壳体76c一起移动。通过沿一个方向旋转电机76a的旋转轴(正向旋转)，滑动元件73与壳体76c一起沿一个方向D1(例如，图1和5中的向上)移动。通过沿相反方向旋转电机76a的旋转轴(反向旋转)，滑动元件73与壳体76c一起沿着相反方向D1(例如，图1和5中的向下)移动。当旋转轴停止旋转时，电机76a保持(锁定)壳体76c和滑动元件73的位置(沿方向D1的位置)。即，电机76a可以设置在轨道元件72和滑动元件73之间的相对位置(沿方向D1的位置)。电机76a是第一致动器的一个例子。

滑动元件73由驱动器77绕旋转中心Ax3旋转。如图8所示，驱动器77包括电机77a。电机77a例如是步进电机。电机77a被容纳并且支撑在壳体76c中。电机77a包括与轴73b连接的旋转轴。随着电机77a的旋转轴在一个方向旋转(正向旋转)，滑动元件73在一个方向D2上绕着旋转中心Ax3旋转。随着电机77a的旋转轴在相反方向的旋转(反向旋转)，滑动元件73在相反方向D2上绕旋转中心Ax3旋转(反向旋转)。当旋转轴停止旋转时，电机77a维持(锁定)滑动元件73(臂元件74)相对于轨道元件72的角度。驱动器77可以构造为包括插设在电机77a和轴73b之间的动力传输机构(未示出)。

臂元件74沿着轴线Ax4(旋转中心，旋转轴线)可移动地连接到滑动元件73。轴线Ax4的方向D3与沿着旋转中心Ax2的方向D1相交，并且与沿着旋转中心Ax3的方向相交。如图3、5、6所示，臂元件74包括滚珠丝杆74a和滚珠74b。滚珠丝杆74a(螺纹元件)穿过壳体73a(面73e和73g)同时通过滚珠(未示出)与滚珠丝杆螺母73k啮合。滚珠丝杆74a在轴向方向D3上与滚珠丝杆螺母73k可移动地连接。滚珠丝杆74a和滚珠丝杆螺母73k组成了滚珠丝杆副。

如图3和5所示，滚珠74b(连接件)与滚珠丝杆74a的一端连接(固定)。滚珠74b连接到连接元件27的球接收器27d。臂元件74支撑喷嘴部28。

臂元件74沿着轴线Ax4由驱动器78移动。驱动器78包括电机78a(图8)和动力传输机构(未示出)。电机78a被支撑在壳体73a中。电机78a例如是步进电机。电机78a通过动力传输机构连接到滚珠螺杆74a。该动力传输机构可以包括滚珠丝杆螺母，其可相对于滑动元件73的壳体73a旋转。

电机78a的驱动力使该滚珠丝杆74a相对于该滚珠丝杆螺母73k旋转，从而使该滚珠丝杆74a沿着轴线Ax4移动。随同电机78a在一个方向的旋转(正向旋转)，臂元件74在一个轴向D3(例如，图8中的向左)上被移动。随同电机78a在相反方向的旋转(反向旋转)，臂元件74在相反轴向D3(例如，图8中的向右)上被移动。当旋转轴停止旋转时，电机78a保持(锁定)臂元件74相对于滑动元件73的位置。在以上的结构中，臂元件74与滑动元件73之间的连接部71a(参见图1和6)和臂元件74与喷嘴部28之间的连接部71b(参见图2和5)之间的距离(轴向D3上的距离)可以改变。电机78a可以设置连接部71a和71b之间的相对位置。连接部71a是第一连接部的一个例子，连接部71b是第二连接部的一个例子，电机78a是第三致动器的一个例子。

臂元件74通过驱动器76与滑动元件73一起沿着轨道72d到72g移动。臂元件74通过驱动器77与滑动元件73一起相对于轨道元件72旋转。即，臂元件74与滑动元件73连接，并且通过滑动元件73可移动且可旋转地支撑在轨道元件72中。驱动器77的电机77a可以设置轨道元件72和臂元件74之间的相对角度(绕旋转中心Ax3的角)。电机77a是第二致动器的一个例子。

从以上可知，移动装置26包括三个驱动器76、三个驱动器77和三个驱动器78。三个驱动器76、三个驱动器77和三个驱动器78构成了驱动机构80(参见图6)。这样，驱动机构80包括三个电机76a、三个电机77a和三个电机78a。电机76a、77a和78a可以设置两个相互连接的元件(轨道元件72，滑动元件73和臂元件74)之间的相对位置和相对角度中的一个。例如，每个电机76a可以设置轨道元件72与滑动元件73和臂元件74之间的相对位置。每个电机77a可以设置在轨道元件72与滑动元件73和臂元件74之间的相对角度。每个电机78a可以设置滑动元件73和臂元件74之间的相对位置。当相应元件之间的相对位置和相对角度改变时，通过由滑动元件73从臂元件74接收的力，轨道元件72绕着旋转中心AX2旋转。通过电机76a、77a和78a的上述操作，移动装置26可以改变喷嘴部28的位置和姿态。

喷嘴25在X-Y-Z坐标系中的位置和姿态将参照附图10来进行介绍。在图10中，在X-Y-Z坐标系中，矢量V的终点对应于喷嘴25的处理点(制造点)，矢量V的方向对应于喷嘴25的轴线Ax1的方向。此外，在图10中，直线X1穿过矢量V的起点坐标(x,y,z)并且与X轴平行，直线Y1穿过矢量V的起点坐标(x,y,z)并且与Y轴平行，直线Z1穿过矢量V的起点坐标(x,y,z)并且与Z轴平行。直线Z1和矢量V之间的夹角被定义为θ1，直线X1和矢量V在包括直线X1和直线Y1的平面上的映射E(投影线)之间的夹角被定义为θ2。在这种情况下，矢量V的位置和姿态可以通过矢量V的起点坐标(x,y,z)，角θ1、角θ2来表示。这样，当喷嘴25(喷嘴部28)以五个自由度被驱动时，其位置和姿态可以被设定。在本实施例中，轨道元件72可绕旋转中心Ax2旋转，滑动元件73可沿方向D1移动并可绕旋转中心Ax3旋转，臂元件74可沿轴向D3移动，臂元件74和喷嘴部28可旋转连接，从而实现五个自由度驱动。

用于制造的此类喷嘴装置14的操作例子将参照附图11进行介绍。当在方向D1(图11(a))上增加层110b时，移动装置26首先移动喷嘴部28使其姿态为轴线Ax1与方向D1对准，并且其端部61c面向基部110a。然后，移动装置26移动喷嘴部28到不同位置，保持该姿态，从其发射激光束L并且喷射材料121。为了在形成的层110b的侧面(与方向D1相交的面)增加层110b，移动装置26将喷嘴部28设置为一个姿态，其中，例如，轴线Ax1与方向D1相交(例如，正交)，且端部61c面向侧面(图11(b))。接着，在维持喷嘴部28姿态的同时，移动装置26移动该喷嘴部28到不同位置以从其发射激光束L并且喷射材料121。因此，可以在层110b(图11(c))的侧面上(与方向D1相交的面)形成层110b(形成壁面)。

在维持每个臂元件74和滑动元件73之间的连接部71a与每个臂元件74和喷嘴部28之间的连接部71b之间的恒定距离的同时，移动装置26还可以改变喷嘴部28的位置。在该结构中，滑动元件73沿方向D1移动，并且绕旋转中心Ax3旋转，并且臂元件74绕该旋转中心旋转。在这种情况下，喷嘴部28的姿态维持不变。当保持滑动元件73在方向D1上的位置时，移动装置26沿轴向D3移动臂元件74从而沿轴向D3移动喷嘴部28。移动装置26还可以在臂元件74所围绕的空间内将喷嘴部28定位在基部110a的相反侧。

上述本实施例的喷嘴部28包括三个以上(例如，三个)轨道元件72、三个以上(例如，三个)滑动元件73、三个以上(例如，三个)臂元件74、喷嘴部28和驱动机构80。三个以上轨道元件72中的每一个都包括彼此基本平行的轨道72d到72g。三个以上滑动元件73沿着轨道72d到72g分别可移动地连接到各自的轨道元件72。三个以上臂元件74都连接到各自的滑动元件73并且通过滑动元件73由轨道元件72可移动且可旋转地支撑。喷嘴部28可旋转地连接到三个以上臂元件74来喷射粉末(或线性)材料121并且发射激光束L(能量束)。驱动机构80包括至少五个电机76a、77a和78a(致动器)，其设置在轨道元件72、滑动元件73和臂元件74中两个连接元件作为元件构成的每个组合之间的相对位置和相对角度之一。这样，就得到了具有移动该喷嘴部28(喷嘴25)的新结构的喷嘴装置14和叠层制造设备1。即，物体100在使用喷嘴部28的制造过程中不需要相对于喷嘴部28移动。因此，例如，在使用喷嘴部28的制造过程中，可以抑制移动物体100产生的振动。因此，可以提高制造物体100的精度。在使用固定喷嘴和移动平台或物体时，在该平台上更大的移动区域中，需要大型驱动机构来移动大载荷。随着制造过程的进行，物体的重量增加，可动性降低，导致制造速度和制造精度的降低。当通过机械臂来移动喷嘴时，考虑到每个机械臂的弯曲姿态，这些机械臂的三维移动区域都落在了制造区域的外部。相反的，根据本实施例的驱动机构80，例如，在接近于制造区域S的区域内移动臂元件74或喷嘴部28。这样，根据本实施例，叠层制造设备，例如，比那些需要移动平台或者移动制造物体，或者包括用于移动喷嘴的机械臂的设备在结构上更加紧凑。此外，根据本实施例的移动装置26包括三个具有相似结构的支撑机构71。这简化了移动装置26的整体结构，导致潜在费用的降低。光源41和材料供给装置13与喷嘴15间隔设置。即，喷嘴25不需要直接包括光源41和材料供给装置13，因此可减少重量。因此，喷嘴25可以提高其可动性，实现制造速度和制造精度的提高。

驱动机构80包括电机76a(第一致动器)，其设置轨道元件72和滑动元件73之间的相对位置。这样，在轨道元件72和滑动元件73之间的相对位置可以由电机76a确定。

驱动机构80还包括电机77a(第二致动器)，其设置轨道元件72和臂元件74之间的相对角度。这样，在轨道元件72和臂元件74之间的相对角度可以由电机77a确定。

轨道元件72在轨道72到72g的延伸方向上绕旋转中心Ax2旋转设置。这样，轨道元件72、滑动元件73和臂元件74可绕旋转中心Ax2一体旋转。

喷嘴部28可以改变臂元件74与滑动元件73之间的连接部71a(第一连接部)和臂元件74与喷嘴部28之间的连接部71b(第二连接部)之间的距离。驱动机构80包括电机78a(第三致动器)，其设置连接部71a和连接部71b之间的相对位置。这样，在连接部71a和连接部71b之间的相对位置由电机78a确定。

臂元件74可移动地连接到滑动元件73上。这样，滑动元件73可以被移动从而移动臂元件74和喷嘴部28之间的连接部71b。

喷嘴部28设置有冷却器35的至少一部分(通路61a)，其用于冷却激光束L辐射的材料121。这样，例如，在壁面制造过程中，由激光束L辐射的熔融材料121通过冷却器35冷却固化，从而可以抑制材料121滴落。

此外，由于不包括光源41，喷嘴部28的重量减少，其可以减少作用在电机76a、77a、78a上的载荷。因此，可以提高喷嘴部28的定位精度。

喷嘴部28在制造过程中与物体100分离。这防止了来自物体100的反作用力(载荷)作用在移动装置26上。这样，移动装置26可以减少重量。

此外，喷嘴装置14可以拆分为喷嘴部28和三个支撑机构71。这样，喷嘴装置14容易运输。

喷嘴装置14可以通过从基部110a移除轨道元件72和从喷嘴部28移除供给管34和电缆210来进行移除。

三个支撑机构71具有相同结构，这样容易控制三个支撑机构71的移动。

三个支撑机构71定位在虚拟三角形P的各个顶点，从而每个支撑机构71相对容易控制。

本实施例描述的例子中，三个轨道元件72在制造过程中围绕物体100定位，但是本发明不限于此。如图12所示，三个轨道元件72在制造过程中可以不围绕物体100。而且，叠层制造设备1可以对物体100形成悬垂结构，从该悬垂结构的下方向上喷射或挤出材料121，并且在悬垂结构的底部增加形成层110b。

(第一变形例)

根据本变形例的叠层制造设备1A的结构类似于叠层制造设备1。然而，本变形例的叠层制造设备1A与叠层制造设备1的不同主要在于三个轨道元件72的布置是可变的。

如图13所示，在本变形例中，若干(在图13中为三个)支撑件110a2设置在基部110a上用于每个轨道元件72。对应于一个轨道元件72的支撑件110a2在与沿着轨道72g到72g的方向(方向D1)相交(垂直)的方向上彼此间隔设置。

在以上的结构中，可以通过改变至少一个轨道元件72的位置(支撑件110a2)来改变三个轨道元件72的布置。这就使得，例如，根据被制造的物体100的尺寸改变在三个轨道元件72之间的距离。这，当制造尺寸相对较小的物体100时，三个轨道元件72以小间距布置，其抑制了由于喷嘴部28的重量导致的臂元件74的挠曲。需要指出的是，可以通过改变至少一个轨道元件7的位置来改变三个轨道元件72的位置，这样，本变形例不限于位置都可变的三个轨道元件72。

(第二变形例)

根据本变形例的叠层制造设备1B的结构类似于叠层制造设备1。然而，本变形例的叠层制造设备1B与叠层制造设备1的不同主要在于三个轨道元件72的布置是可变的。

如图14所示，在本变形例中，基部110a设置有用于每个轨道元件72的滑动元件90。每个滑动元件90都包括支撑件110a2。轨道元件72被支撑在支撑件110a2上。

基部110a设置有凹状支撑件110a3。每个支撑件110a3都包括底面上的轨道110a4。支撑件110a3和轨道110a4在与沿着轨道72d到72g的方向(方向D1)相交(正交)的方向上延伸。滑动元件90可动支撑在轨道110a4上。滑动元件90可以手动移动或者通过驱动源例如电机的驱动力而移动。

在以上结构中，通过改变至少一个轨道元件72的位置(支撑件110a2)可以改变三个轨道元件72的位置。这样，该变形例可以获得类似于第一变形例的效果。此外，例如，从开始制造到物体100制造完成，滑动元件90可以手动移动或者通过驱动源自动移动，从各自的预定位置(目标位置)移动到比目标位置之间更长距离的位置(收缩位置)。因此，制造物体100可以很容易地取出。

(第三变形例)

根据本变形例的叠层制造设备1C的结构类似于叠层制造设备1。然而，本变形例的叠层制造设备1C与叠层制造设备1的主要不同在于供给管34以及插入臂元件74的电缆210。

如图15所示，臂元件74除了包括滚珠丝杆74a和滚珠74b外，还包括管件74c和连接元件74d。

连接元件74d被连接(固定)到滚珠74b。连接元件74d具有壁74g到74i。壁74g连接到滚珠74b。壁74h被定位于壁74g的相反侧。壁74h在壁74g和壁74h之间延伸。壁74h和74i设置有开口74k和74m。开口74k和74m与连接元件74d的内部连通。

滚珠丝杆74a具有管状形状。滚珠丝杆74a在更靠近滚珠74b的端部具有凸缘74e。滚珠丝杆74a被插入到开口74k内，并且凸缘74e定位在连接元件74d的内部。凸缘74e面向壁74h的内表面。滚珠丝杆74a被连接到连接元件74d并可相对于连接元件74d旋转。

管件74c被容纳在滚珠丝杆74a中。管件74c沿着滚珠丝杆74a是管状的。管件74c被设置为可相对于滚珠丝杆74a旋转。轴承元件可以设置在管件74c和滚珠丝杆74a之间。管件74c在更靠近滚珠74b的端部具有凸缘74f。该凸缘74f与凸缘74e重叠。管件74c固定在连接元件74d上。

供给管34和电缆210通过管件74c、连接元件74d和开口74m到达喷嘴25。供给管34可以设置在至少一个臂元件74中。电缆210也可以设置在至少一个臂元件74中。供给管34和电缆210在本变形例中可以设置在所述的同一臂元件74中，或者设置在不同的臂元件74中。供给管34是材料121的通路的一个例子，电缆210是激光束L(能量束)的传输路径的一个例子。

如上所述，至少一个臂元件74包括用于材料121的供给管34(通路)，和用于激光束L的电缆210(传输路径)。这样，供给管34和电缆210可以得到保护。

以上的实施例和变形例可以被配置，例如，使得供给装置31向喷嘴25供应不同种类的材料121从而可从喷嘴25以调整比例(变化比例)选择性地供应不同种类的材料121。因此，梯度材料(功能梯度材料)可以被制造为具有根据其定位(位置)而具有变化比例(逐渐降低或逐渐增加)的材料121的制造物体100。特别的，例如，为了形成层110b，控制装置17控制供给装置31以对应于制造物体100在三维坐标系中的每个位置设定(存储)的比例来供应材料121。因此，物体100可以制造为梯度材料(功能梯度材料)，其中材料121的比例可在三维中任意方向上变化。单位装置长度上材料比例的变化量(变化率)可以进行各种设置。在这种情况下，供给管34可以为每种材料设置，或者供给管34可以被内部划分来从而在供给管34内部形成用于对应材料的通路。此外，供给装置31可以包括混合器，用来提前混合不同种类的材料121并且将该混合后的材料121供给到喷嘴25。

如上所述，根据实施例和变形例，可以得到具有用于移动喷嘴部28(喷嘴25)的新结构的喷嘴装置14和叠层制造设备1、1A、1B和1C。

某些实施例已经被介绍，但是这些实施例仅仅是通过举例的方式来提出的，其并不是用于限制本发明的范围。各种其他形式的新的实施例也可以被实施，或者可在不脱离本发明实质的基础上做出各种省略、替代和改变。所附的权利要求以及其等同物用于覆盖这些实施例和变形例，其落在本发明的范围和实质之内。

例如，支撑机构71(轨道元件72、滑动元件73和臂元件74)的数量可以是三个以上，例如，四个。设置有四个支撑机构71时，轨道元件72可以设置在，例如虚拟正方形的顶点。此外，喷嘴25可以包括光源41。喷嘴25还可以包括鼓风机作为冷却器用于通过吹风来冷却熔融材料121。此外，臂元件74可以延伸和收缩来作为改变连接部71a和连接部71b之间距离的元件。驱动机构80可以包括电机(致动器)用于设置臂元件74(部件)和喷嘴部28(部件)之间的相对角度。