喷嘴及叠层制造设备的制作方法

本发明的实施例涉及喷嘴及叠层制造设备。

背景技术：

在相关技术领域中，已知以叠层的方式形成叠层制造的对象的叠层制造设备。叠层制造设备通过从喷嘴供应材料的粉末并且同时用激光照射粉末以熔化粉末来形成材料层，并且将所述层堆叠以形成叠层制造的对象。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开No.2005-290518

技术实现要素：

本发明要解决的问题

在这种装置中，例如，以更加可靠或更加高效的方式来供应材料是有意义的。

用于解决问题的手段

根据一个实施例，喷嘴包括喷出部和加速部。粉末配置为从喷出部喷出。加速部配置为允许粉末环行并配置为加速粉末以便将粉末输送到开口。

附图说明

图1是简略地示意了根据第一实施例的叠层制造设备的视图。

图2是简略地示意了借助根据第一实施例的叠层制造设备的制造过程的程序的示例的视图。

图3是简略地示意了根据第一实施例的喷嘴、光学装置和目标的一部分的横截面视图。

图4是简略地示意了根据第一实施例的喷嘴和目标的一部分的侧视图。

图5是简略地示意了根据第二实施例的喷嘴、光学装置和目标的一部分的横截面视图。

图6是简略地示意了根据第二实施例的喷嘴和目标的一部分的侧视图。

图7是简略地示意了根据第三实施例的喷嘴的一部分的横截面视图。

图8是简略地示意了第三实施例的喷嘴的一部分的侧视图。

图9是示意了第三实施例的喷出部的端部的透视图。

图10是示意了第三实施例的喷出部的端部和目标的横截面视图。

具体实施方式

下面，将参考图1到图4给出第一实施例的描述。另外，在本说明书中，基本上，垂直向上方向被限定为向上方向，并且垂直向下方向被限定为向下方向。此外，关于根据实施例的构成元件或元件的描述可以记载多种表述。此外，关于构成元件和其描述不禁止使用未被描述的其他表述。此外，关于构成元件和在其中未描述多种表述的描述不禁止使用其他表述。

图1是简略地示意了根据第一实施例的叠层制造设备1的视图。如在图1中示意的，叠层制造设备1包括处理槽11、台12、移动装置13、喷嘴装置14、光学装置15、测量装置16和控制装置17。

如在图中示意的，在本说明书中限定了X轴、Y轴和Z轴。X轴、Y轴和Z轴彼此垂直。例如，Z轴沿垂直方向。另外，叠层制造设备1可以以Z轴从垂直方向倾斜的方式设置。

例如，叠层制造设备1以层状在设置在台12上的目标110上堆叠从喷嘴装置14供应的材料121以制造具有预定形状的叠层制造的对象100。材料121是粉末的示例。

目标110是通过喷嘴装置14将材料121供应给其的目标，并且包括基座110a和层110b。多个层110b在基座110a的上面上层积。例如，材料121是粉末状的金属材料，例如铁粉。另外，材料121不限于此，并且可为诸如合成树脂和陶瓷的其他材料。叠层制造设备1通过使用一种或多种材料121来制造叠层制造的对象100。

在处理槽11中设置主室21和子室22。子室22设置成邻近主室21。门23设置在主室21和子室22之间。当门23打开时，主室21和子室22彼此连通。当门23关闭时，主室21进入气密状态。

进入口21a和排出口21b设置在主室21中。当空气供应装置(未示意)操作时，诸如氮和氩的惰性气体通过进入口21a被供应到主室21中。当排出装置(未示意)操作时，主室21内部的气体通过排出口21b从主室21被排放。另外，叠层制造设备1可通过排出口21b排放主室21内部的气体以便使主室21进入真空状态。

转移装置(未示意)设置在主室21中。此外，传送装置24设置在从主室21变动到子室22的部分中。转移装置将在主室21中被处理的叠层制造的对象100转移到传送装置24。传送装置24将从转移装置转移的叠层制造的对象100传送到子室22中。也就是说，将在主室21中被处理的叠层制造的对象100容纳在子室22中。在叠层制造的对象100容纳在子室21之后，关闭门23，并且从而子室22和主室21彼此隔离。

在主室21中设置喷嘴装置14的一部分、台12、移动装置13以及测量装置16。

台12支撑目标110。例如，移动装置13(移动机构)在彼此垂直的三个轴向方向上移动台12。

喷嘴装置14将材料121供应到台12上的目标110。喷嘴装置14可以彼此并行地供应多种材料121，并且可以选择性地供应多种材料121中的一种。

喷嘴装置14包括供应装置31、供应装置31A、排放装置32、喷嘴33、供应管34、供应管34A和排放管35。供应装置31通过供应管34将材料121输送到喷嘴33。供应装置31A通过供应管34A将气体输送到喷嘴33。另外，材料121通过排放管35从喷嘴33输送到排放装置32。另外，叠层制造设备1可不包括供应装置31A、排放装置32、供应管34A和排放管35。

供应装置31包括槽31a、供应单元31b和起电单元31c。槽31a容纳材料121。供应单元31b将槽31a中的材料121供应到喷嘴33。起电单元31c允许由供应单元31b供应到喷嘴33的材料121例如通过电晕放电而起负电。另外，起电单元31c可通过另一手段对材料121起电，或可允许材料121起正电。此外，起电单元31c可对容纳在槽31a中的材料121起电。

供应装置31A包括供应单元31b。供应装置31A将诸如载气和保护气体的气体供应到喷嘴33。例如，所述气体为诸如氮和氩的惰性气体。

排放装置32包括分类装置32a、排放单元32b以及槽32c和32d。排放单元32b从喷嘴33抽吸气体。分类装置32a分离材料121和被排放单元32b抽吸的气体中的烟。槽32c容纳材料121，并且槽32d容纳烟124。据此，未被用于制造的材料121的粉末、通过制造产生的烟(金属烟)、粉尘等与气体共同地从处理区域被排放。例如，排放单元31b是泵。

此外，如在图1中示意的，光学装置15包括光源41和光学系统42。光源41包括振荡元件(未示意)，并且通过震荡元件的振荡发射激光200。光源41可改变被发射的激光200的功率密度。

激光200是能量射线的示例。另外，光源41可发射不限制于激光200的不同的能量射线。与激光200类似，能量射线可熔化材料121，并且其可以为例如电子束和在从微波到紫外线的范围内的电磁波。

光源41通过线缆210连接到光学系统42。例如，光学系统42包括第一透镜51、第二透镜52、第三透镜53和电流(galvano)扫描仪55。第一透镜51、第二透镜52和第三透镜53是固定的。另外，光学系统42可包括能够例如在横穿(垂直于)光路的两个轴向方向上移动第一透镜51、第二透镜52和第三透镜53的调节装置。

第一透镜51将通过线缆210入射的激光200转换成平行光。被转换的激光200入射到电流扫描仪55。

第二透镜52汇聚从电流扫描仪55发射的激光200。汇聚在第二透镜52中的激光200被发射到目标110上。

第三透镜53汇聚从电流扫描仪55发射的激光200。汇聚在第三透镜53中的激光200被发射到目标110上。

电流扫描仪55将在第一透镜51中被转换的平行光划分成分别入射到第二透镜52和第三透镜53的光束。电流扫描仪55包括第一电流镜57和第二电流镜58。电流镜57和58中的每一个均划分光，并且其倾斜角(发射角)能够被改变。

第一电流镜57允许通过第一透镜51的激光200的一部分通过第一电流镜57，并且将通过第一电流镜57的激光200发射到第二电流镜58。此外，第一电流镜57反射激光200的其他部分，并且将被反射的激光200发射到第三透镜53。第一电流镜57根据第一电流镜57的倾斜角改变通过第三透镜53的激光200的照射位置。

第二电流镜58反射激光200的其他部分，并且将被反射的激光200发射到第二透镜52。第二电流镜58根据第二电流镜58的倾斜角改变通过第二透镜52的激光200的照射位置。

光学系统42包括熔化装置45，熔化装置45包括第一电流镜57、第二电流镜58和第二透镜52。熔化装置45形成层110b并且通过激光200的照射通过加热目标110或从喷嘴33供应到目标110的材料121(123)而同时执行退火过程。

此外，光学系统42包括移除装置46，移除装置46包括第一电流镜57和第三透镜53并且移除材料121。移除装置46通过激光200的照射移除基座110a上或在层110b中形成的不需要部分。例如，移除装置46移除与叠层制造的对象100的预定形状不同的部分，例如在通过喷嘴33供应材料121的过程中出现的材料121的散布的不需要部分，以及在形成层110b的过程中出现的不需要部分。移除装置46发射具有能够移除不需要部分的功率密度的激光200。

测量装置16测量固化的层110b的形状，以及被制造的叠层制造的对象100的形状。测量装置16将与测量的形状有关的信息传输到控制装置17。例如，测量装置16包括摄像机61和图像处理装置62。图像处理装置62基于由摄像机61测量的信息来执行图像处理。另外，测量装置16例如根据干涉法、光截法等测量层110b和叠层制造的对象100。

移动装置71(移动机构)在彼此垂直的三个轴向方向和两个轴向旋转方向上移动喷嘴33。

控制装置17通过信号线220电连接到移动装置13、传送装置24、供应装置31、供应装置31A、排放装置32、光源41、电流扫描仪55、图像处理装置62和移动装置71。

控制装置17控制移动装置13以在三个轴向方向和两个轴向旋转方向上移动台12。控制装置17控制传送装置24以将被制造的叠层制造的对象100传送到子室22。控制装置17控制供应装置31以调节材料121的供应或不供应和供应量。控制装置17控制排放装置32以调节材料121的粉末或烟的排放或不排放和排放量。控制装置17控制光源41以调节从光源41发射的激光200的功率密度。控制装置17控制电流扫描仪55以调节第一电流镜57和第二电流镜58的倾斜角。此外，控制装置17控制移动装置71以控制喷嘴33的位置。

控制装置17包括存储单元17a。例如，存储单元17a存储表示要被制造的叠层制造的对象的形状(参考形状)的数据。此外，存储单元17a存储表示对于每个三维处理位置(每个点)喷嘴33和台12的高度的数据。

控制装置17具有选择性地从喷嘴33供应彼此不同的多种材料121并且调节(改变)多种材料121的比例的功能。例如，控制装置17控制供应装置31以便使材料121的层110b以基于存储在存储单元17a中并表示材料121中每种的比例的数据的比例来被形成。根据该功能，能够制造梯度材料(梯度功能材料)，在梯度材料中多种材料121的比例根据叠层制造的对象100的位置(地点)而变化(逐渐增加或逐渐减小)。例如，在形成层110b时，控制装置17控制供应装置31以实现与叠层制造的对象100的三维坐标的每个位置对应而设置(存储)的材料121的比例。据此，可以将叠层制造的对象100制造为梯度材料(梯度功能材料)，其所述梯度材料中材料121的比例在任意的三维方向上变化。可以以各种方式设置每单位长度材料121的比例的变化量(变化率)。

控制装置17具有确定层110b或制造的对象100的形状的功能。例如，控制装置17将由测量装置16获取的层110b或叠层制造的对象100的形状与存储在存储单元17a中的参考形状比较来确定是否形成不是预定形状的形状中的一部分。

此外，控制装置17具有通过移除通过对层110b或被制造的对象100的形状的确定而被确定为不具有预定形状的一部分的不需要的部分来将层116或制造的对象100修整到预定形状的功能。例如，首先，控制装置17控制光源41以使得通过第一电流镜57从第三透镜53发射的激光200具有能够在层110b或叠层制造的对象110中不具有预定形状的部分处使材料121蒸发的功率密度。随后，控制装置17控制第一电流镜57以用激光200照射对应部分，从而蒸发对应部分。

接下来，将参考图2给出借助叠层制造设备1制造叠层制造的对象100的方法的示例的描述。图2是简略地示意了借助叠层制造设备1的制造过程(制造方法)的程序的示例的视图。

如在图2中示意的，首先，叠层制造设备1执行每种材料121的供应和激光200的照射。控制装置17控制供应装置31和喷嘴33以使得将材料121从喷嘴33供应到预定范围，并且控制光源41或熔化装置45以使得被供应的材料121被激光200熔化或烧结。据此，如在图2中示意的，以预定的量将熔化或烧结的材料123供应到在基座110a上形成层110b的范围。当被喷洒到基座110a或层110b时，材料123变形并且变成材料123的集料，例如层状或薄膜状。替代地，材料123通过到材料121的集料的热传递而冷却并且以颗粒状层积并且变成颗粒集料。

接下来，叠层制造设备1执行退火过程。控制装置17控制光源41或熔化装置45以使得激光200照射基座110a上的材料123的集料。据此，材料123的集料再次被熔化，并且变成层110b。

接下来，叠层制造设备1执行形状测量。控制装置17控制测量装置16以测量经受退火过程的基座110a上的材料123。控制装置17将由测量装置16获取的层110b或叠层制造的对象100的形状与存储在存储单元17a中的参考形状比较。

接下来，叠层制造设备1执行修整。例如，在通过形状测量和与参考形状的比较确定基座110a上的材料123被附加到不同于预定形状的位置的情况下，控制装置17控制光源41或移除装置46以便使材料123的不需要部分蒸发。在另一方面，在通过形状测量和与参考形状的比较确定层110b具有预定形状的情况下，控制装置17不执行修整。

当层110b的形成结束时，叠层制造设备1在对应的层110b上形成新的层110b。叠层制造设备重复地堆叠层110b以塑造叠层制造的对象100。

接下来，将参考图3和图4描述喷嘴33。图3是简略地示意了喷嘴33、光学装置15和目标110的一部分的横截面视图。图4是简略地示意了喷嘴33和目标110的一部分的侧视图。如在图3和图4中示意的，喷嘴33包括注入部301、磁场生成部302、电场生成部303和调节部304。

注入部301由通过其传输磁场的材料制成，并且形成为部分地以螺旋形状卷绕的圆柱形状。注入部301包括圆柱形壁部分307和形成在壁部分307的内部的通路308。通路308是从注入部301的一端到另一端形成的圆孔。

注入部301包括第一直部分311、盘旋部分312和第二直部分313。盘旋部分312是引导件的示例。磁场生成部302、电场生成部303和盘旋部分312是加速部的示例。第二直部分313是喷出部的示例。

注入部301的壁部分307和通路308设置在第一直部分311、盘旋部分312和第二直部分313上方。壁部分307的内径(通路308的内径)恒定。另外，壁部分307的内径可以部分不同。

第一直部分311在沿Z轴的方向上延伸。第一直部分311被供应通过供应管34来自供应装置31的材料121。换言之，供应装置31通过供应管34将材料121供应到第一直部分311的通路308。

盘旋部分312设置在第一直部分311和第二直部分313之间。盘旋部分312是螺旋地围绕在沿Y轴的方向上延伸的中轴线的注入部301的一部分。另外，在该实施例中的盘旋部分312是绕中轴线卷绕一次的部分，但是可以为绕中轴线卷绕多次的部分。围绕中轴线的盘旋部分312的外径可以例如为100mm。另外，盘旋部分312的尺寸不限于此。

盘旋部分312形成通路308，通路308在绕中轴线的外周旋转的同时在沿Y轴的方向上行进。盘旋部分312的通路308继续到第一直部分311的通路308。

第二直部分313在沿Z轴的方向上延伸。第一直部分311从盘旋部分312的一端延伸到向上侧，但是第二直部分313从盘旋部分312的另一端延伸到向下侧。也就是说，第二直部分313在与第一直部分311延伸的方向相反的反向上延伸。第二直部分313的通路308继续到盘旋部分312的通路308。

第二直部分313形成注入部301的端部301a。注入部301的端部301a通过具有预定长度的间隙面对目标110。第二直部分313包括设置在注入部301的端部301a中的通路308的开口308a。开口308a是打开到注入部301的端部301a的通路308的端部。

如上所述的注入部301的通路308从与供应管34连通的一端通过第一直部分311，通过螺旋地卷绕的盘旋部分312，通过第二直部分313，并且到达开口308a。如上所述，第一直部分311、盘旋部分312和第二直部分313的通路308与开口308a连通。

如在图4中示意的，磁场生成部302包括第一磁体321和第二磁体322。例如，第一磁体321和第二磁体322是电磁体，但是可以为其他磁体，例如永磁体。例如，第一磁体321和第二磁体322分别形成为具有基本上相同半径的盘状。具有盘状的第一磁体321和第二磁体322中的每一个的中轴线基本与盘旋部分312的中轴线相同。

第一磁体321和第二磁体322面对沿Y轴的方向。换言之，第一磁体321和第二磁体322面对盘旋部分312的中轴线延伸的方向。盘旋部分312位于第一磁体321和第二磁体322之间。第一直部分311和第二直部分313的至少一部分设置成从第一磁体321和第二磁体322之间的位置偏离。

例如，控制单元17控制驱动电路以在第一磁体321和第二磁体322中生成磁场。据此，磁场生成部302生成从第一磁体321面向第二磁体322的磁场401。另外，磁场生成部302可生成从第二磁体322面向第一磁体321的磁场。例如，可以将10000到100000伏的电压施加到第一磁体321和第二磁体322。另外施加到第一磁体321和第二磁体322的电压不限于此。

盘旋部分312位于由第一磁体321和第二磁体322生成的磁场401中。图3以被两点链线包围的状态示意了磁场401在其处生成的部分，并且在盘旋部分312的中轴线处示意了指示磁场401的方向的符号。另外，图3示意了在第一磁体321和第二磁体322之间的磁场401，但是磁场也在从第一磁体321和第二磁体322之间的部分偏离的位置处生成。

电场生成部303包括第一电极325和第二电极326。第一电极325和第二电极326沿盘旋部分312的外周方向彼此面对。在该实施例中，第一电极325和第二电极326彼此面对的方向根据盘旋部分312倾斜。

第一电极325和第二电极326位于盘旋部分312的外侧。盘旋部分312的一部分位于第一电极325和第二电极326之间。另外，第一电极325和第二电极326可以设置在盘旋部分312的内侧。

例如，控制单元17控制驱动电路以将电压施加到第一电极325和第二电极326(以允许电流流到其处)。据此，电场生成部303生成从第一电极325面向第二电极326的电场402。例如，可以将10000到100000伏的电压施加到第一电极325和第二电极326。另外施加到第一电极325和第二电极326的电压不限于此。盘旋部分312的一部分位于由第一电极325和第二电极326生成的电场402中。

例如，调节部304是设置在第二直部分313的外周的线圈。调节部304可相对于第二直部分313起伏。例如，控制单元17控制致动器以使调节部304起伏。

例如，控制单元17控制驱动电路以允许电流流到调节部304(以向其施加电压)。据此，调节部304在通路308的开口308a附近生成磁场。当调节部304起伏时，由调节部304生成的磁场也起伏。此外，控制单元17能够控制流动到调节部304的电流的方向，并且能够控制由调节部304生成的磁场的方向。

供应装置31将材料121供应到上述喷嘴33。供应装置31借助各种手段(例如重力(自由下落)、压缩、电场和磁场)将材料121供应到喷嘴33的注入部301。例如，供应装置31借助加速电场加速材料121，并且将材料121通过供应管34供应到喷嘴33的注入部301。

材料121可以被由供应装置31A供应的载气加速以被从供应装置31供应到注入部301。在这种情况下，载气在到达注入部301之前被排放到外侧。据此，减小了注入部301的内侧和外侧之间的大气压力差。

被供应到注入部301的材料121被起电单元31c起电。材料121的电荷例如为1μC/kg。此外，供应装置31将预定量的材料121供应到注入部301。被供应的材料121的密度例如为7.8g/cc。另外，材料121的电荷和密度不限于此。

材料121从注入部301的第一直部分311运动到盘旋部分312。当从第一直部分311进入盘旋部分312时，材料121在由X轴和Y轴形成的平面上的位置不恒定。此外，材料121的速率不恒定。

当材料121进入盘旋部分312时，材料121进入传输通过盘旋部分312的壁部分307的磁场401。磁场401允许洛伦兹力F作用在被起电的材料121上。

材料121在横穿沿Y轴的磁场401的方向的方向(沿Z轴的方向)上具有速度V。在这种情况下，磁场401允许成为向心力的洛伦兹力F作用到材料121以便使材料121绕磁场401环行。换言之，磁场401允许材料121在横穿磁场401的方向上环行。材料121旋转的方向与盘旋部分121卷绕的方向相同。

运动半径R(其为归因于磁场401而环行的材料121和材料121的环行中心之间的距离)由下式(1)表达。

R＝m·V/(e·B) (1)

在式(1)中，m表示材料121的质量，e表示材料121的电荷并且B表示作用在材料121上的磁通密度。

在另一方面，盘旋部分312的壁部分307延伸成围绕环行的材料121的旋转中心。换言之，盘旋部分312的壁部分307围绕环行的材料121的外周。

盘旋部分312的壁部分307的内面包括外端307a，外端307a是距离盘旋部分312的中轴线的最远部分。外端307a以螺旋形状延伸，与盘旋部分312的中轴线间隔开距离L。

进入盘旋部分312的材料121的运动半径R比距离L短。相应地，环行的材料121与壁部分307的外端307a间隔开地环行。另外，进入盘旋部分312的材料121的运动半径R可以与距离L相同或比距离L长。

在盘旋部分312的内侧，材料121进入传输通过盘旋部分312的壁部分307的电场402。电场402将能量施加到被起电的材料121。以这种方式，电场402作为加速电场加速材料121。

第一电极325和第二电极326沿盘旋部分312的外周方向彼此面对。相应地，归因于电场402，环行的材料121在外周方向上的速度V增加。当速度V增加时，环行的材料121的运动半径R也被延长。

当速度V增加时，环行的材料121的运动半径R与距离L相同或比距离L大。相应地，环行的材料121沿壁部分307的外端307a绕磁场401环行。

材料121被引导到盘旋部分312的壁部分307，并且在环行时在沿Y轴的方向上运动。另外，材料121不限于此。例如，喷嘴33可通过电极在沿Y轴的方向上产生电场。归因于电场(漂移电场)，环行的材料121可以被移动到沿Y轴的方向。

材料121沿壁部分307的外端307a运动，并且从盘旋部分312进入第二直部分313。当进入第二直部分313时，材料121走出磁场401。据此，作用在材料121上的洛伦兹力减小或消失。

即使在进入第二直部分313时，沿盘旋部分312的壁部分307的外端307a运动的材料121也沿第二直部分313的壁部分307运动。另外，在第二直部分313中，材料121可以在与壁部分307间隔开的状态下运动。

材料121在第二直部分313延伸的向下方向上运动。材料121从作为通路308的端部的开口308a朝向目标110喷出。材料121沿盘旋部分312的壁部分307的外端307a输送到通路308的开口308a，并且从而材料121从基本上相同的位置从开口308朝向基本上相同的方向喷出。

在控制单元17允许电流流动到调节部304并且使调节部304起伏的情况下，调节部304的磁场作用在从开口308a喷出的材料121上。据此，从开口308a喷出的材料121的方向根据调节部304的磁场而变化。控制单元17控制调节部304的电流(电压)和方向以调节从开口308a喷出的材料121的方向。另外，调节部304可通过允许电场作用在从开口308a喷出的材料121上来调节材料121的方向。

光学装置15的熔化装置45用激光200照射目标110，并且用激光200熔化被供应到目标110的材料121。据此，将被熔化的材料123供应到目标110。当供应被熔化的材料123或用激光200照射目标110的表面时，在目标110中形成熔池P。

喷嘴33喷出材料121以使得材料121和激光200近似面对目标110的表面上的相同点位。据此，喷嘴33将材料121从开口308a朝向熔池P喷出。

喷嘴33可进一步包括喷洒保护气体的装置或收集材料121的装置。喷洒保护气体的装置将从供应装置31A供应的保护气体从注入部301的外周朝向目标110喷洒。收集材料121的装置抽吸材料121的粉末和烟。

在根据第一实施例的叠层制造设备1中，磁场生成部302、电场生成部303和盘旋部分312允许材料121环行，并且加速材料121以便将材料121输送到开口308a。由于诸如洛伦兹力F的向心力或离心力作用在环行的材料121上，所以容易约束材料121的轨道。例如，当控制由磁场生成部302生成的磁场401的磁通密度B时，环行的材料121的运动半径R得到控制。此外，例如，当电场生成部303加速材料121时，减小了材料121的速度的偏差，并且还减小了材料121的轨道的偏差。除此之外，当电场生成部303加速材料121时，还抑制了材料121的环行的阻滞。如上所述，由于材料121的轨道由于环行和加速而汇聚，所以能够在没有载气的情况下将材料121引导到目标，并且从而抑制了归因于载气的材料121的散布，所述载气由于开口308a的内侧和外侧之间的大气压力差而在开口308a附近变宽。因此，以更准确的方式将材料121供应到目标。

磁场生成部302生成磁场401以使得材料121绕磁场环行。绕磁场401环行的材料121的运动半径R通过式(1)获得。如上所述，由于材料121的轨道近似由材料121的质量、材料121的速度、材料121的电荷和磁场401的磁通密度来确定，所以以更加准确的方式将材料121供应到目标。

电场生成部303生成电场以加速环行的材料121。据此，减小了材料121的速度偏差，并且还减小了材料121的轨道的偏差。此外，由于材料121能够在没有载气的情况下被加速，所以抑制了归因于载气的材料的散布。因此，以更准确的方式将材料121供应到目标。除此之外，当加速材料121时，材料121的运动半径R被扩大。当环行的材料121的运动半径R扩大时，能够通过分离来自磁场401的材料121而将材料121输送到开口308a。

此外，由于能够在没有载气的情况下加速材料121，所以即使在处理槽11的主室21被排空时，也能够以更加准确的方式从开口308a喷出材料121。当处理槽11的主室21被排空时，将抑制杂质混入到目标110的层110b中。

由于磁场生成部302的磁场401，材料121被允许沿围绕环行的材料121的旋转中心的盘旋部分环行。如上所述，由于通过盘旋部分312来约束材料121的轨道，所以以更加准确的方式将材料121供应到目标。

例如，调节部304允许磁场作用在从开口308a喷出的材料304上。从开口308a喷出的材料121的轨道根据调节部304的磁场而变化。如上所述，由于通过调节部304来控制材料121的轨道，所以以更加准确的方式将材料121供应到目标。

起电单元31c对被供应到注入部301的材料121起电。据此，能够通过磁场401或电场402来控制材料121的轨道，并且从而以更加准确的方式将材料121供应到目标。

下面，将参考图5和图6给出第二实施例的描述。另外，在下面多个实施例的描述中，对具有与已经描述过的构成元件相同功能的构成元件给予相同参考标号，并且省略对其的描述。此外，被给予相同参考标号的多个构成元件不限于具有共同的每种功能和属性，而是根据相应的实施例可具有不同的其他功能和属性。

图5是简略地示意了根据第二实施例的喷嘴33、光学装置15和目标110的一部分的横截面视图。图6是简略地示意了喷嘴33和目标110的一部分的侧视图。第二实施例的盘旋部分312的形状不同于第一实施例的盘旋部分312的形状。

第二实施例的盘旋部分312是以漩涡形状卷绕在沿Y轴的方向上延伸的中轴线周围的注入部301的一部分。盘旋部分312形成通路308，在通路308中，当绕中轴线的外周旋转时，与中轴线的距离增加或减小。通路308卷绕在由Z轴和X轴形成的平面中，并且不在沿Y轴的方向上位移。

第一直部分311的通路308继续到在盘旋部分312的通路308的内侧的端部(盘旋的始发点)。在盘旋部分312的通路308的内侧的端部设置在稍微与盘旋部分312的中轴线偏离的位置处。另外，所述端部可设置在与盘旋部分312的中轴线的位置基本相同的位置处。在另一方面，盘旋部分312的通路308的外侧的端部继续到第二直部分313的通路308。

在第二实施例中，第一直部分311的一部分位于磁场生成部302的第一磁体321和第二磁体322之间。因此，洛伦兹力F作用在通过第一直部分121的材料121上。此外，在盘旋部分312的通路308的内侧的端部稍微与盘旋部分312的中轴线偏离。相应地，从第一直部分311进入盘旋部分312的材料121在以盘旋部分312的中轴线为中心的圆的外周方向上具有速度V。

由于材料121在横穿磁场401的方向的方向上具有速度V，所以进入盘旋部分312的材料121由于洛伦兹力F而环行。材料121的环行方向与盘旋部分312卷绕的方向相同。

在盘旋部分312的内侧，材料121进入电场402，电场402传输通过盘旋部分312的壁部分307多次。每当材料121进入电场402，电场402就加速材料121。

每当材料121被电场402加速，材料121的运动半径就增加。在另一方面，当其朝向第二直部分313前行时，盘旋部分312的壁部分307的外端307a和中轴线之间的距离增加。也就是说，当其朝向第二直部分313前行时，材料121的运动半径R以及壁部分307的外端307a和中轴线之间的距离L彼此协同地增加。

材料121被电场402加速多次，并且从而材料121沿壁部分307的外端307a绕磁场401的外周环行。材料121沿壁部分307的外端307a运动，并且从盘旋部分312进入第二直部分313。当进入第二直部分313时，材料121走出磁场401。据此，作用在材料121上的洛伦兹力减小或消失。

材料121在第二直部分313延伸的向下方向上移动。材料121从作为通路308的端部的开口308a朝向目标110喷出。与第一实施例的情况相同，材料121沿盘旋部分312的壁部分307的外端307a输送到通路308的开口308a，并且从而材料121从基本上相同的位置从开口308朝向基本上相同的方向喷出。

在第二实施例的叠层制造设备1中，电场生成部303通过电场402加速环行的材料121多次。据此，材料121被进一步加速，并且抑制材料121在盘旋部分312中的阻滞。

盘旋部分312卷绕在横穿磁场401的平面上。据此，没有必要使沿盘旋部分312环行的材料121在沿磁场401的方向上运动。据此，没有必要使材料121减速，或者没有必要为材料121的移动设置漂移电场。

另外，在第二实施例中的盘旋部分312从内侧朝向外侧以漩涡形状卷绕。然而，盘旋部分312可从外侧朝向内侧以漩涡形状卷绕。

此外，在第一和第二实施例中，电场生成部303在恒定方向上生成电场402。然而，不限于此，电场生成部303可以以预定频率改变电场402的方向。例如，当组合材料121绕盘旋部分312的圆周的一半环行的频率和电场402的方向变化的频率时，可以以更高效的方式加速材料121。

此外，在第一和第二实施例中，注入部301可不包括盘旋部分312。例如，在供应装置31将具有基本上相同的质量m、基本上相同的电荷e和基本上相同的速度V的材料121供应到注入部301的基本上相同的位置时，通过磁场生成部302的磁场401而环行的材料121的轨道变得基本上相同。当沿基本上相同的轨道环行的材料121被电场生成部303的电场402加速时，材料121走出磁场401并且从开口308a喷出。据此，以更准确的方式将材料121供应到目标。

下面，将参考图7到图10给出第三实施例的描述。图7是简略地示意了根据第三实施例的喷嘴33的一部分的横截面视图。图8是简略地示意了第三实施例的喷嘴33的一部分的侧视图。如在图7中示意的，第三实施例的喷嘴33包括供应单元351、加速部352、喷出部353和排放单元354。

供应单元351是以圆柱形状形成的管。供应单元351连接到供应装置31。供应装置31通过供应管34将材料121提供到供应单元351。供应单元351的端部351a连接到加速部352。

加速部352包括旋转体361和外周壁362。旋转体361形成为基本上盘的形状，并且可在外周方向上旋转。例如，控制单元17控制驱动电路以驱动电机，并且旋转体361被电机旋转。旋转体361包括多个通路364。

多个通路364为从旋转体361的中心径向延伸的孔。换言之，多个通路364从旋转体361的内侧延伸到外侧。另外，在该实施例中，通路364线性地延伸，但是通路364可例如以弯曲形状延伸。每个通路364均包括内端364a和外端364b。通路364的多个内端364a在旋转体361的中央部分彼此连接。

供应单元351的端部351a在旋转体361的中央处打开。相应地，多个通路364的内端364a面对供应单元351的端部351a。另外，供应单元351的端部351a可以在其他位置处打开。

外周壁362围绕旋转体361。因此，外周壁362阻挡每个通道364的外端364b。外周壁362包括连接口368和排放口369。当旋转体361旋转时，通路364的外端364b面对连接口368，连接口368将通路364连接到喷出部353。当旋转体361旋转并且通路364的外端364b面对排放口369时，排放口369将通路364连接到排放单元354。

排放口369在旋转体361的旋转方向上位于连接口368的下游。相应地，当旋转体361旋转时，通路364的外端364b面对连接口368，并且然后面对排放口369。

喷出部353是以圆柱形状形成的管。喷出部353包括多个通路372。喷出部353的通路372通过连接口368连接到旋转体361的通路364。

喷出部353包括端部353a。注入部353的端部353a通过预定长度的间隙向下面对目标110。喷出部353包括通路372的开口372a，开口372a设置在端部353a。开口372a是通道372的端部，并且在喷出部353的端部353a处打开。

图9是示意了喷出部353的端部353a的立体视图。图10是示意了喷出部353的端部353a和目标110的横截面视图。如在图9中示意的，喷出部353的端部353a包括外周壁部分375和壁部分376。

外周壁部分375以渐缩的形状形成，所述渐缩的形状的直径随其朝向开口前行而减小。壁部分376设置在外周壁部分375的内侧。壁部分376将开口372a分隔成多个引导部分380。

每个引导部分380均包括入口380a和出口380b。引导部分380是其横截面积随其从入口380a前行到出口380b而减小的孔。入口380a面对喷出部353的通路372。出口380b位于与入口380a相对的位置处。

如在图10中示意的，开口372a面对被激光200照射的熔池P。多个引导部分380在其从入口380a前行到出口380b时延伸成邻近共同的熔池P。熔池是供应点的示例。换言之，多个引导部分380在其从入口380a前行到出口380b时延伸为汇聚。

图7中示意的排放单元354是通过排放口369连接到旋转体361的通路364的管。排放单元354通过排放管35连接到排放装置32。

在包括上述喷嘴33的叠层制造设备1中，供应装置31将材料121供应到供应单元351。该实施例的材料121不被起电单元31c起电。

如由图7中的箭头指示的，供应单元351将材料121从旋转体361的中央供应到通路364。材料121例如由于重力而从打开到旋转体361的中央的供应单元351的端部351a进入位于下侧的通路364的内端364a。

控制单元17允许旋转体361以恒定角速度旋转。相应地，位于供应单元351的端部351a的下游侧的多个通路364顺序地彼此交流。供应单元351顺序地将材料121供应到彼此交流的通路364。

由于旋转体361旋转，所以被供应到每个通路364的材料121环行。当材料121环行时，离心力作用在材料121上。由于离心力，材料121从通路364的内端364a移动到外端364b。

在旋转体361的通路364的外端364b面对连接口368的时机，材料121到达外端364b。材料121由于离心力而从连接口368输送到喷出部353的通路372。

在旋转体361旋转的过程中从通路364的内端364a到材料121的距离r(t)由下式(2)表达。

r(t)＝R(e^ωt-e^-ωt)/e^2π (2)

在式(2)中，R表示从通路364的内端364a到外端364b的距离，e表示自然对数，ω表示旋转体361的角速度，并且t表示在材料121进入通路364之后已经过去的时间。当使用式(2)时，在通路364的外端364b面对连接口368的时机，获得了材料121到达外端364b的旋转体361的角速度ω。控制单元17允许旋转体361以角速度ω旋转。

由于旋转体361旋转，环行的材料121在旋转体361的外周方向上具有速度V。材料121的速度V由下式(3)表达。

V＝r(t)·ω (3)

从式(2)和式(3)，可以看出，当材料121由于离心力而从通路364的内端364a间隔开时，材料121的速度V增加。当材料121到达通路364的外端364b时，材料121的速度V变得最大。也就是说，旋转体361允许材料121环行，并且通过利用离心力加速材料121。

到达外端364b的材料121从连接口368进入喷出部353的通路372。也就是说，其速度V变得最大的材料121被输送到喷出部353。另外，材料121可通过与其他材料121的干扰或摩擦力而被减速。

材料121通过喷出部353的通路372并且到达开口372a。如在图10中示意的，从旋转体361的通路364被输送的材料121以不同角度进入引导部分380中任一个的入口380a。

材料121通过引导部分380，并且从出口380b朝向目标110的熔池P喷出。多个引导部分380延伸成在其朝向出口380b前行时邻近熔池P，并且进入引导部分308中的任一个的材料121朝向熔池运动。例如，当与外周壁部分375和壁部分376碰撞时，减少了在与面对熔池P方向的方向不同的方向上的材料121的运动分量，并且材料121从外周壁部分375弹回并且去到熔池P。

在图7中的旋转体361中，通路364中的材料121可保持在通路364中而不输送到喷出部353。在这种情况下，旋转体361进一步旋转，并且通路364的外端364b连接到排放口369。保持在通路364中的材料121由于离心力而从排放口369输送到排放单元354。

排放装置32例如通过抽吸来收集从通路364输送到排放单元354的材料121。排放装置32可将从通路364收集的材料121排放到槽32c，或可将材料121返回到供应装置31的槽31a供再使用。

在第三实施例的叠层制造设备1中，加速部352使旋转体361旋转。据此，材料121被允许环行并且被加速，并且被输送到喷出部353的开口372a。环行的材料121的轨道近似取决于旋转体361的角速度ω来确定。据此，以更准确的方式将材料121供应到目标。

此外，材料121能够在没有载气的情况下被加速，所以抑制了归因于载气的材料121的散布。此外，即使在处理槽11的主室21被排空时，也能够以更加准确的方式从开口372a喷出材料121。当处理槽11的主室21被排空时，将抑制杂质混入到目标110的层110b中。

供应单元351顺序地将材料121供应到旋转体361的多个通路364。据此，能够缩短在材料121的先前输送之后直至旋转体361后续地将材料121输送到喷出部353的开口372a花费的时间。因此，以更高效的方式将材料121供应到目标。

喷出部353的壁部分376将开口372a分隔成多个引导部分380，每个引导部分380均具有材料121进入的入口380a和材料121从其喷出的出口380b。多个引导部分380在其从入口380a朝向出口380b前行时延伸成邻近开口372a面对的熔池P。据此，即使在材料121进入任一个引导部分380的入口380a时，材料121也从出口380b喷出以邻近共同的熔池P。因此，以更准确的方式将材料121供应到目标。

根据上述实施例中的至少一个，加速部允许粉末环行以便将粉末输送到开口。据此，以更准确的方式将粉末供应到目标。

尽管已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅通过举例的方式来呈现而不打算限制本发明的范围。实际上，可以以各种不同的其他形式来实现本文描述的新颖实施例；另外，在不背离本发明的精神的情况下，可以对本文描述的实施例的形式进行各种省略、替代和改变。随附的权利要求及其等价物应当涵盖这样的形式和修改，因为它们将落于本发明的精神和范围。