(57)【要約】【課題】造形精度の高い造形物を得る。【解決手段】第１の粉末を用いて容器内に粉末層を形成する粉末層形成手段と、前記粉末層の一部の領域に、立体モデルの３次元形状データに基づいて、前記第１の粉末を結合させるための液体を付与する液体付与手段と、を有し、前記粉末層形成手段による前記粉末層の形成動作と、前記液体付与手段による前記液体の付与動作とを含む一連の造形動作を繰り返し行うことにより、立体物を作製する造形システムにおいて、前記造形動作が行われるときの造形位置から前記容器を搬送するための搬送手段と、前記搬送手段から前記容器に伝わる振動を低減するための除振手段と、を備える。【選択図】図２
2020082416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の粉末を用いて容器内に粉末層を形成する粉末層形成手段と、
前記粉末層の一部の領域に、立体モデルの３次元形状データに基づいて、前記第１の粉末を結合させるための液体を付与する液体付与手段と、
を有し、
前記粉末層形成手段による前記粉末層の形成動作と、前記液体付与手段による前記液体の付与動作とを含む一連の造形動作を繰り返し行うことにより、立体物を作製する造形システムにおいて、
前記造形動作が行われるときの造形位置から前記容器を搬送するための搬送手段と、
前記搬送手段から前記容器に伝わる振動を低減するための除振手段と、
を備えることを特徴とする造形システム。
【請求項２】
前記除振手段は、バネ部材及び／又はダンパ部材を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の造形システム。
【請求項３】
前記除振手段の除振特性を調整する調整手段を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の造形システム。
【請求項４】
前記容器と前記搬送手段との相対位置を検出する第１の検出手段を有し、
前記調整手段は、前記第１の検出手段の検出結果に基づいて、前記除振手段の除振特性を調整する
ことを特徴とする請求項３に記載の造形システム。
【請求項５】
前記粉末層形成手段と前記液体付与手段とを構成する第１のユニットと、前記容器との相対位置を検出する第２の検出手段を有し、
前記調整手段は、
前記容器が、前記第１のユニットの内部、又は、前記第１のユニットに相対的に近い位置に位置する場合には、前記除振手段の固有振動数が相対的に大きくなるように調整し、
前記容器が、前記第１のユニットから相対的に遠い位置に位置する場合には、前記除振手段の固有振動数が相対的に小さくなるように調整する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の造形システム。
【請求項６】
前記除振手段の除振機能を一時的に無効にすることが可能な無効化手段を有する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項７】
前記容器は、前記無効化手段により前記除振機能が無効化された状態で、前記造形位置に配置されている
ことを特徴とする請求項６に記載の造形システム。
【請求項８】
前記容器に収納された前記粉末層の上面と水平面とのなす角度が、前記第１の粉末の崩潰角の大きさ以下となる状態を保つように、前記除振手段の除振特性が設定されている
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項９】
前記造形動作により積層された前記粉末層を加熱するための加熱手段を備える
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項１０】
前記液体は、平均粒子径が前記第１の粉末よりも小さい第２の粉末を含む
ことを特徴とする請求項９に記載の造形システム。
【請求項１１】
前記加熱手段は、前記第２の粉末に含まれる粒子どうしが焼結又は溶融する加熱温度で前記粉末層を加熱する
ことを特徴とする請求項１０に記載の造形システム。
【請求項１２】
前記加熱温度は、前記第１の粉末に含まれる粒子どうしが焼結又は溶融する温度よりも低い温度である
ことを特徴とする請求項１１に記載の造形システム。
【請求項１３】
前記加熱手段により加熱された後に、前記一部の領域外の前記第１の粉末を回収する回収手段を有する
ことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項１４】
前記搬送手段は、前記粉末層形成手段と前記液体付与手段とを構成する第１のユニットから、前記加熱手段を構成する第２のユニットへ、前記粉末層が形成された前記容器を搬送する
ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の造形システム。
【請求項１５】
前記加熱手段から前記除振手段への熱の伝達を低減する遮熱手段を有する
ことを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の造形システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
立体物を造形する方法として、造形対象物である立体物モデルのスライスデータに従って造形材料を積層する積層造形法が注目されている。この積層造形法の例としては、造形材料の粉体に対して、レーザ等により熱エネルギーを付与する方法や、造形液を塗布して固着させる方法等が知られている。
【０００３】
特許文献１には、レーザにより造形物を造形する積層造形装置が記載されており、造形後の未使用粉体を移動させる方法が開示されている。
また、特許文献２には、造形物を運搬する粉末床と造形装置との固定方法が記載されており、粉末床を造形装置に位置決めする構築台車について開示されている。
また、特許文献３には、造形物の造形中に積層部の精度を向上させるための加振装置が記載されており、造形物に対して振動を加える方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２１４６２７号（特許第６１３２９６２号）公報
【特許文献２】特開２００６−２８９９７３号（特許第４８０５７０４号）公報
【特許文献３】特開２０１７−１５９６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように造形材料を積層して造形物の造形を行う従来の造形装置において、造形途中の造形物や造形後の造形物を移動させる場合、造形物の強度が低いと、造形物が崩れたり、変形したりしてしまうことが懸念される。
特に、造形材料を積層した積層体を形成した後に、積層体に対して加熱を行って造形物を造形する方式においては、加熱前の積層体の強度は低い状態にあるため、造形物の変形が顕著となることが懸念される。
本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、造形精度の高い造形物を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、
第１の粉末を用いて容器内に粉末層を形成する粉末層形成手段と、
前記粉末層の一部の領域に、立体モデルの３次元形状データに基づいて、前記第１の粉末を結合させるための液体を付与する液体付与手段と、
を有し、
前記粉末層形成手段による前記粉末層の形成動作と、前記液体付与手段による前記液体の付与動作とを含む一連の造形動作を繰り返し行うことにより、立体物を作製する造形システムにおいて、
前記造形動作が行われるときの造形位置から前記容器を搬送するための搬送手段と、
前記搬送手段から前記容器に伝わる振動を低減するための除振手段と、
を備えることを特徴とする造形システムを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、造形精度の高い造形物を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例の造形装置の全体構成を説明するための図
【図２】実施例の搬送機構について説明するための図
【図３】実施例の固定脚について説明するための図
【図４】固定脚を作動させて造形部に造形槽を設置する手順について説明する図
【図５】本実施例の加熱装置について説明するための図
【図６】本実施例の加熱装置について説明するための図
【図７】搬送機構の変形例について説明するための図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態について説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状及びそれらの相対配置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。よって、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。特に、図示あるいは記述をしない構成や工程には、当該技術分野の周知技術又は公知技術を適用することが可能である。また、重複する説明は省略する場合がある。
本発明は、粒子状の造形材料を用いて立体的な造形物を作製する技術に関する。本発明の方法は、アディティブマニファクチャリング（ＡＭ）システム、３次元プリンタ、ラピッドプロトタイピングシステム等と呼ばれる造形システムにおける造形プロセスに好ましく利用可能である。
本発明の実施形態に係る造形システムは、粉末層形成工程と液体付与工程とを含む一連の造形動作を繰り返し行うことにより立体物を形成する装置を含む。ここで、粉末層形成工程は、積層ピッチ分下降させた造形台（ステージ）上に、粉末を均して粉末層を形成する工程である。また、液体付与工程は、形成した粉末層の一部の領域に、造形対象物のスライスデータに従って、粉末を結合させるための液体を付与する工程である。
【００１０】
本明細書では、造形システムを用いて作製しようとする立体モデル（つまり造形システムに与えられる３次元形状データが表す立体物）を「造形対象物」と呼ぶ。また、造形材料として用いられる複数の粒子の集合体を「粉末」と称し、粉末を所定の厚さに均したものを「粉末層」と称す。この粉末は、第１の粉末に相当する。また、粉末層形成工程と液体付与工程とを交互に繰り返して造形台上に形成された複数の粉末層を「積層体」という。液体付与工程において、液体が付与される領域（粉末層の一部の領域）を「造形領域」といい、造形領域以外（一部の領域外）の粉末層の領域を「非造形領域」という。造形領域は、造形対象物の断面に対応する領域、つまり、粉末層のうち粉末を固めて造形物として取り出すべき部分をさす。積層体から非造形領域が除去されることで、造形対象物に対応する「造形物」が得られる。このとき、積層体のうち、液体が付与された領域（造形領域）を、乾燥又は加熱等の手段で固化する固化工程（加熱工程という場合もある）が行われるとよく、積層体のうち固化していない領域（非造形領域）を除去することで造形物が得られる。固化工程の後に得られた造形物に対して、さらに熱処理を行い、焼結することで強度を増加させたものも造形物に含む。ここで、粉末層形成工程と液体付与工程とが１層分行われることで得られた造形領域も造形物に含むものとする。造形物は高い強度を有するものでなくてもよい。
【００１１】
造形材料である粉末を構成する粒子としては、樹脂粒子、金属粒子、セラミックス粒子等を好適に用いることができるが、金属合金や炭素鋼等、金属に炭素等の非金属元素を添加したものであってもよい。また、複数種類の金属の複合粒子、複数種類のセラミックスの複合粒子等であってもよい。
また、粉末の流動性は湿度によって変動するため、造形前の粉末は乾燥した環境で保管
されることが望ましく、造形中に関しても極力、乾燥状態を保つことが望ましい。
また、液体付与工程で用いる液体としては、ナノ粒子を分散させた粒子分散液、粉末を結合させる結着液等を好適に用いることができる。ここで、ナノ粒子は、平均粒子径が、造形材料である粉末の平均粒子径よりも小さい粒子をいう。ナノ粒子としては、樹脂粒子、金属粒子、セラミックス粒子等を使用することができる。ナノ粒子を含む粉末は、液体に含まれる第２の粉末に相当する。
【００１２】
なお、造形を開始する前に、造形装置又は外部装置（例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）等）によって、造形対象物の３次元形状データから、各層を形成するためのスライスデータが生成されているものとする。３次元形状データとしては、３次元ＣＡＤ、３次元モデラー、３次元スキャナなどで作成されたデータを用いることができ、例えば、ＳＴＬファイルなどを好ましく利用できる。スライスデータは、造形対象物の３次元形状を所定の間隔（厚み）でスライスして得られるデータであり、断面の形状、層の厚み、材料の配置などの情報を含むデータである。層の厚みは造形精度に影響するため、要求される造形精度や造形に用いる粒子の粒径に応じて層の厚みを決めると良い。
【００１３】
［実施例］
以下に、本発明の実施例について説明する。
図１は、本実施例の造形システム１について説明するための図である。
本実施例の造形システム１は、図１に示すように造形装置１００、加熱装置２００及び粉末回収装置３００を有する。
以下に、図１を用いて、本実施例の造形装置１００の全体構成について説明する。
本実施例の造形装置１００は、造形部２０、積層部３０、液体付与部４０、制御部５０、及び搬送機構６０を有する。
なお、加熱装置２００及び粉末回収装置３００については後述するが、加熱装置２００及び粉末回収装置３００は、造形装置１００筐体内に設けられるものであってもよいし、造形装置１００とは別体で設けられていてもよい。また、造形システム１は、少なくとも造形装置１００を有するものであればよい。
【００１４】
（造形部）
造形部２０は、積層造形を行う機能を有する。造形部２０及び積層部３０では、上述した粉末層形成工程が行われる。
造形部２０は、造形槽２１、造形槽２１内に上下方向に移動可能に設けられた造形槽底板２３、及び造形槽底板２３を上下方向に移動させる造形ステージ２４を有する。そして、造形槽２１の内部において、造形槽底板２３上に粉末層２６が順次積層され、積層造形が行われる。ここで、造形槽２１及び造形槽底板２３は、容器に相当する。以下の説明において容器に相当する場合であっても単に造形槽２１という場合がある。また本実施例では、粉末層２６が積層されていく積層方向を上下方向という場合があり、図１では、矢印ａ方向が上方向に相当し、矢印ｂ方向が下方向に相当する。また、図１において、上下方向に直交する方向を水平方向という場合があり、図１では、矢印ｉ，ｊで示している。
【００１５】
ここで、造形槽底板２３上に粉末層２６を積層する粉末層形成工程について説明する。
まず、造形ステージ２４の下降動作によって、造形槽底板２３が積層ピッチ分、下降する。このとき、造形槽底板２３上に粉末層２６が積載されている場合には、造形槽底板２３とともに粉末層２６も積層ピッチ分、下降する。
そして、造形槽２１内（容器内）において、下降した造形槽底板２３上に、積層部３０の供給槽３２から粉末３５が供給される。粉末３５の供給は、ローラ３３が供給槽３２から粉末３５を搬送することで行われる。
そして、ローラ３３が、造形槽底板２３上に供給された粉末３５を均して平坦化することで新たな粉末層２６が形成される。この段階では、粉末層２６を構成する個々の粒子は
固定されていないが、粒子間に作用する力、具体的には、摩擦力、湿気による凝集、静電気、分子間力等により粉末層２６の形態は保持される。
このような粉末層の形成動作が行われる粉末層形成工程と、後述する液体付与部４０により液体の付与動作が行われる液体付与工程とが繰り返し行われることで、内部に造形物２２を含む積層体２５が造形槽底板２３上に形成される。
【００１６】
本実施例では、造形槽底板２３が造形槽２１の底面に接触した場合、造形槽底板２３と造形ステージ２４が容易に分離可能に構成されている。これにより、積層体２５が形成された造形槽２１を、造形部２０から容易に移動させることができる。例えば、造形装置１００により形成された積層体２５中の造形物２２を固化する固化工程が行われる場合に、造形部２０から固化工程が行われる位置まで造形槽２１を搬送する際に、造形部２０から造形槽２１を容易に移動させることができる。本実施例では、造形部２０において、粉末層形成工程と液体付与工程が行われるときの造形槽２１の位置（図１に示す位置）を造形位置Ａという。
【００１７】
ここで、固化工程に熱処理が含まれる場合、造形槽底板２３及び造形槽２１は、耐熱性を有する材質とする必要があり、可能であれば線膨張率が粉末３５と同程度の材質であることが望ましい。
また、造形槽底板２３と造形槽２１の隙間は、粉末３５が落下しないように、造形槽底板２３の摺動を阻害しない範囲で十分に狭くすることが望ましい。
【００１８】
また、本実施例では、図１に示すように造形ステージ２４の駆動方向と造形槽底板２３の移動方向を同一としているが、これに限るものではない。例えば、造形ステージ２４と造形槽底板２３の接触に楔型部材等で角度を持たせることで、造形ステージ２４の駆動方向と造形槽底板２３の移動方向に角度を持たせることもできる。造形装置１００の高さに制限がある場合には、造形ステージ２４を水平に駆動する方向に配置するとよい。このことで、造形装置の高さを小さくでき、また造形槽底板２３と造形槽２１の隙間から重力により落下する粉末３５が造形ステージ２４へ影響を及ぼす可能性を低減できる。
【００１９】
（積層部）
積層部３０は、造形部２０に対して粉末３５を搬送して積層する機能を有する。
積層部３０は、粉末タンク３１、供給槽３２、ローラ３３及び供給ステージ３４を有する。
粉末タンク３１は、粉末３５を収納するためのものであり、例えば不図示の粉末カートリッジを備えていてもよい。この場合、使用者は、粉末カートリッジを造形装置１００本体に挿入して装着するように構成されるとよい。粉末タンク３１内の粉末３５は、供給槽３２に供給される。
供給槽３２は、粉末３５を収納するためのものであり、１層分の粉末層２６を形成するのに必要な量の粉末３５を、造形部２０に供給するためのものである。供給槽３２に収納された粉末３５は、供給ステージ３４が上昇することで、供給槽３２上面から上方に押し出され、押し出された粉末３５が、ローラ３３の移動によって、造形部２０の造形槽２１内に供給される。また、ローラ３３は、上述したように、造形部２０において、造形槽底板２３上に供給された粉末３５を均して平坦化する。
【００２０】
なお、供給槽３２の容量は供給ステージ３４により可変であるが、その最大容量は造形槽２１の最大容量と比較して１倍よりも大きく、より好ましくは１．５倍よりも大きいことが望ましい。
また、供給ステージ３４が図１の矢印ａ方向に駆動する駆動量を変えることによって、供給槽３２から造形部２０に供給する粉末３５の供給量を変えることができる。供給槽３２への粉末３５の充填は、供給ステージ３４が図１の矢印ｂ方向に駆動してから行われる
。本実施例では供給ステージ３４の駆動方向と、供給槽３２の底板の移動方向を同一としているが、これに限るものではなく、上述の造形ステージ２４と造形槽底板２３の関係と同様に、駆動方向と移動方向に角度を持たせることも可能である。
また、上述のように、造形前の粉末３５は乾燥した環境で保管されることが望ましく、造形中に関しても極力、乾燥状態を保つことが望ましい。言い換えると、粉末３５は、乾燥環境のカートリッジ内部に保管されること、乾燥環境の粉末タンク３１に充填されること、及び／又は乾燥環境の供給槽３２に充填されることが望ましい。
【００２１】
（液体付与部）
液体付与部４０は、造形対象物のスライスデータに従って造形部２０に液体４５を付与する機能を有する。液体付与部４０は、粉末層形成工程において、上述のように造形部２０で粉末層２６が形成された後、粉末層２６のうち、造形対象物のスライスデータに基づく領域に、液体４５を付与するためのものである。
液体付与部４０は、液体付与ユニット４１、及び液体タンク４４を有する。液体付与ユニット４１は、液体付与ヘッド４２、及び液体サブタンク４３を有する。
【００２２】
液体付与部４０は、図１の矢印ｉ方向又は矢印ｊ方向へ移動可能な不図示の駆動機構を有し、複数の液体４５（図１では４種類）分の独立した液体付与ヘッド４２が移動方向に沿って保持されている。液体付与部４０は、矢印ｉ方向と矢印ｊ方向のいずれの方向への移動時においても、移動しながら液体４５を吐出するものであるとよいが、矢印ｉ方向と矢印ｊ方向のうちいずれか一方向の移動時にのみ液体４５を吐出するものであってもよい。液体付与部４０は、造形対象物のスライスデータに従って各液体付与ヘッド４２から液体４５を吐出するが、吐出のタイミングは液体付与部４０の図示していない移動用エンコーダの出力信号によって決定される。
【００２３】
液体タンク４４は複数設けられ、複数種類の液体４５を独立して貯蔵可能である。このとき、同じ種類の液体４５を、複数の液体タンク４４に貯蔵することもできる。また本実施例では、１つの液体タンク４４に対応するように、１つの液体サブタンク４３と１つの液体付与ヘッド４２が設けられている。そして、液体タンク４４からチューブを介して液体サブタンク４３に液体４５が供給され、液体サブタンク４３から液体付与ヘッド４２に液体が供給される。
【００２４】
液体付与ヘッド４２は、液体付与部４０の液体付与時の移動方向に沿って各ラインヘッドが並んでいる。各ラインヘッドは、継ぎ目無く単一ノズルチップで形成されたものであってもよいし、分割されたノズルチップが一列又は千鳥配列のように規則的に並べられたものであってもよい。本実施例では、粉末層２６のうち造形対象物のスライスデータに従って液体を付与すべき領域をカバーする範囲にノズルが並んでいる所謂フルマルチヘッドを採用している。なお、液体を付与すべき領域の最大幅がヘッドの幅を超える場合には、ヘッドをさらにもう一軸移動させる機構を設け、複数回に分けて液体付与を行うこともできる。また、液体付与部４０は、同一箇所に液体４５を複数回付与することで粉末層２６中の液体４５の濃度を制御することができる。
【００２５】
液体４５は、造形対象物のスライスデータに対応する粉末層２６の領域を固化するためのものである。
液体４５としては、上述のように、ナノ粒子を分散させた粒子分散液、粉末３５を結合させる結着液等を好適に適用することができる。
液体４５を乾燥や加熱等の手段で固化する場合、非造形領域の粉末を構成する粒子どうしが焼結又は溶融しない温度でこれを行う必要がある。
【００２６】
例えば、液体４５がナノ粒子を含み、液体に分散させたナノ粒子どうしを焼結又は溶融
して固化する場合、ナノ粒子は、粉末３５よりも低い温度及び／又は短い時間で焼結又は溶融が可能な粒子であることが求められる。ここで「焼結」とは、粒子どうしが接触する状態で粉末を融点以下の温度で加熱し、粒子どうしを固定（結合）させる処理をいう。また、ナノ粒子は、平均粒子径が、粉末３５の平均粒子径よりも小さい粒子をいう。
また例えば、液体４５が、熱硬化性樹脂を含む材料からなる液状の結着液の場合、熱硬化性樹脂は、粉末３５が焼結又は溶融する温度よりも低い温度で硬化する、又は、粉末３５が焼結又は溶融する時間よりも短い時間で硬化することが求められる。
【００２７】
なお、液体付与部４０には、所望の位置に所望の量で液体４５を付与できる装置であればどのようなものを用いてもよいが、液体４５を付与する位置や液量を精度よく制御可能な点から、インクジェット装置を好適に適用できる。ノズルから液体４５を吐出するインクジェット装置としては、発熱素子を用いた方式、ピエゾ素子を用いた方式、静電素子を用いた方式、ＭＥＭＳ素子を用いた方式等を好適に用いることができる。
【００２８】
（制御部）
制御部５０は、制御ユニット５１及び操作ユニット５２を有する。
制御ユニット５１は、本実施例の造形装置１００の各機能部の制御を司る手段である。制御ユニット５１は例えば、制御回路や情報処理装置等により実現できる。情報処理装置としては、ＣＰＵやメモリ等の演算資源を有してプログラムや入力情報に従って動作するＰＣ等を利用できる。
操作ユニット５２は、使用者が、造形開始指示や動作パラメータの変更の指示等を行うために操作する操作部である。
制御ユニット５１では、使用者による操作ユニット５２の操作に応じて送られる指示に基づいて、造形部２０、積層部３０、液体付与部４０各部における被制御部材等の動作を制御する。例えば、粉末タンク３１から供給槽３２への粉末３５の搬送については、操作ユニット５２からの指示で制御を行ってもよいし、供給槽３２内の粉末残量を検出して自動で搬送を行うよう制御してもよい。
【００２９】
操作ユニット５２はまた、使用者が、造形の中断や再開の指示を行うために操作するものであってもよい。操作ユニット５２はまた、使用者が、造形部２０、積層部３０、液体付与部４０各部の駆動を個別に指示するために操作するものであってもよい。また、造形装置１００が、造形部２０のクリーニング、積層部３０のクリーニング、液体付与ヘッド４２のクリーニング等を行うメンテナンス部を有する場合がある。このような場合には、操作ユニット５２は、使用者が、メンテナンス部にメンテナンスを実行する指示を行うために操作するものであってもよい。
また、操作ユニット５２は、積層造形動作が何層目まで完了しているか等の造形状況や、粉末残量や液体残量等の装置状態等、現在の造形装置１００の稼働状態を装置の使用者に通知する機能を含むものであってもよい。このときの通知には、表示を行う表示部を操作ユニット５２とは別に設けてもよいし、操作ユニット５２を、表示部を含むタッチパネル式としてもよい。
【００３０】
（搬送機構）
図２Ａ、図２Ｂは、本実施例の搬送機構６０について説明するための図である。
本実施例の搬送機構６０は、造形槽２１及び造形槽底板２３を、粉末層形成工程及び液体付与工程が行われるときに位置する造形位置Ａから搬送するための機構である。粉末層形成工程及び液体付与工程が行われた後の造形槽２１の内部には、造形物２２を含んだ積層体２５が形成されている。
【００３１】
搬送機構６０は、保持部６２、車輪６３、搬送蓋６４、及び、後述する除振機構６１を有する。
保持部６２は、造形槽２１及び造形槽底板２３を保持するためのものである。
車輪６３は、造形槽２１及び造形槽底板２３を保持した保持部６２を移動させるためのものである。
搬送蓋６４は、外部の部材との衝突やゴミの侵入等を防止して、保持部６２で保持された造形槽２１を保護するためのものである。
【００３２】
造形槽２１は、保持部６２により保持され、搬送蓋６４により保護された状態で、車輪６３が回転駆動されることによって造形装置１００の外部へ搬送される。
保持部６２による造形槽２１の保持方法は、特に限定されるものではないが、例えばピンによる位置決めを用いる方法や、磁力や負圧による吸着を用いる方法、エアシリンダやバネ等の押し当てによる摩擦力を用いる方法等がある。
なお、除振機構６１については後述する。このとき、搬送機構６０が、粉末層形成工程及び液体付与工程が行われる造形装置１００（第１のユニット）から、後述する加熱装置２００（第２のユニット）へ、造形槽２１及び造形槽底板２３（容器）を搬送する場合を例に挙げて説明する。
【００３３】
（加熱装置、粉末回収装置）
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂは、本実施例の加熱装置２００について説明するための図である。
加熱装置２００は、造形物２２を含む積層体２５が形成された造形槽２１を加熱し、造形物２２を固化するための加熱炉２０１を有する。
【００３４】
ここで、図５Ａ、図５Ｂでは、搬送機構６０により搬送された造形槽２１を、搬送機構６０に保持された状態で、加熱炉２０１内で加熱する形態を示している。
また、図６Ａ、図６Ｂでは、搬送機構６０により搬送された造形槽２１を、搬送機構６０から加熱炉２０１内に移動させて加熱する形態を示している。
図６Ａ、図６Ｂに示す形態では、加熱炉２０１には、造形槽２１を加熱炉２０１内へ搬入するための加熱炉搬入口２０３が設けられている。
造形槽２１を加熱炉搬入口２０３から加熱炉２０１内へ搬入する際には、図６Ａに示すように加熱炉搬入ユニット２０２を使用して、搬送機構６０から造形槽２１を移動させて加熱炉２０１内へ搬入するとよいが、使用者が造形槽２１の搬入を行ってもよい。
【００３５】
ここで、加熱装置２００が積層体２５を加熱する加熱温度は、液体４５に含まれる粒子どうしが焼結又は溶融する温度以上であるとよい。また、このときの加熱温度は、粉末３５に含まれる粒子どうしが焼結又は溶融する温度よりも低い温度であるとよい。
なお、粉末３５と液体４５には金属粒子が含まれるとよく、液体４５に含まれる金属粒子はナノ粒子であるとよい。
加熱装置２００による加熱された造形槽２１は、その後、粉末回収装置３００に搬送される。粉末回収装置３００において、造形槽２１の内部に形成された造形物２２を除いた積層体２５領域（非造形領域）の粉末が除去されることで、造形物２２を取り出すことができる。
【００３６】
（除振機構）
以下に、本実施例の除振機構６１について説明する。
除振機構６１は、搬送機構６０から造形槽２１に伝わる振動を低減するための機構である。
本実施例では、除振機構６１を設けたことで、内部に積層体２５が形成された造形槽２１が搬送機構６０により搬送される際に、造形槽２１内の積層体２５（造形物２２、粉末層２６）へ加わる振動を低減させることができる。これにより、造形槽２１、及び造形槽２１内に形成された積層体２５の上面を略水平に保つことが可能となる。
【００３７】
また、造形槽２１が搬送機構６０による搬送中に外力を受けることで傾いた場合に、造形槽２１内の積層体２５の上面と水平面とのなす角度が、次のような角度になるように、除振機構６１の除振特性が設定されている。その角度は、粉末３５の安息角以下、より好ましくは崩潰角以下の角度である。
ここでは、造形槽２１内の積層体２５の上面の角度について説明したが、造形槽２１、より詳しくは造形槽底板２３の上面（粉末３５が積層される面）の角度についても同様である。
例えば、粉末３５の崩潰角が３０°の場合には、水平面を搬送中において想定される外力による造形槽２１の加速度が、除振機構６１により、１／√３Ｇ以下（Ｇは重力加速度）に低減するように設計されるとよい。
また、移動時には、例えば、粉末３５の崩潰角より大きい角度の傾斜面を移動しないようにする、又は、除振部制御ユニット６１３により水平面に対する造形槽２１（積層体２５の上面）のなす角度を崩潰角以下になるよう制御する、ことが望ましい。
【００３８】
以下に、本実施例の除振部６１１の構成について詳しく説明する。
本実施例の除振部６１１には、バネ部材及び／又はダンパ部材の機能を有する減衰機構が備わっている。図２Ａには、除振部６１１の減衰機構として、バネ６１１ａとダンパ６１１ｂを組み合わせた形態を示している。このような除振部６１１により、床面４００から車輪６３を通して造形槽２１に伝わる振動や、搬送時の衝突等による造形槽２１の振動を低減することができる。
これにより、少なくとも１軸の振動を減衰することができ、造形槽２１内に形成された積層体２５が搬送中に崩壊して造形精度が低下する可能性を低減することができる。
【００３９】
なお、除振部６１１の構成は、バネ及び／又はダンパと同等の振動・減衰特性を発揮するものであれば、特に限定されるものではない。例えば、除振部６１１の構成として、磁石や圧縮空気、板バネを使用したり、緩衝剤、ゴム等の弾性部材を挟む等したりして造形槽２１を保持する構成も含まれる。図２Ｂには、除振部６１１の減衰機構として、磁石６１１ｃとコイル６１１ｄを含むリニアモータ構成によって除振する形態を示す。また、床面４００は、搬送機構６０が移動する際に通る通路（車輪６３が転動する路面）であり、造形装置１００及び加熱装置２００が設置される設置面でもある。
【００４０】
図２Ａ、図２Ｂでは、より多くの方向からの振動を抑制するために、除振部６１１を複数の方向に設けているが、後述する図３Ａ、図３Ｂに示すように、床からの振動に対して効果的に作用するような構成に簡略化してもよい。
また、本実施例では、除振部６１１を駆動するために除振部駆動ユニット６１２が設けられ、除振部６１１の除振特性を制御するために除振部制御ユニット６１３が設けられている。除振部制御ユニット６１３は、調整手段に相当する。
【００４１】
除振部駆動ユニット６１２は、除振部６１１の除振特性を発揮させるためのユニットであり、具体的にはモータや電源、空気圧縮機等を例示できる。
なお、バネ６１１ａやダンパ６１１ｂ、磁石６１１ｃ、緩衝剤等、それ単体で除振特性を発揮可能な構成では除振部駆動ユニット６１２は不要である。
除振部制御ユニット６１３は、例えば圧縮空気の流量を制御したり、弾性体部の厚みを調整したり、コイル６１１ｄに流れる電流を制御したりすることで、除振部６１１の除振特性を維持したり、変更したりすることができる。
【００４２】
除振部制御ユニット６１３による除振特性の制御例としては、次のようなことを例示できる。それは、造形槽２１の搬送時は、床面４００から衝撃を受けたときの造形槽２１の周波数を低減させるようにし、造形槽２１が造形装置１００の内部に位置するときは、特
定方向の除振を行わないようにする、ことを例示できる。また、造形槽２１が造形装置１００の近傍に位置するときは、造形装置１００本体の振動の周波数を特に遮断することを例示できる。また、造形槽２１が加熱装置２００の近傍に位置するときは、ガス置換用ポンプの動作周波数に対応した除振特性を持たせることを例示できる。
【００４３】
また、造形槽２１が造形装置１００の内部又は近傍に位置する（相対的に近い位置に位置する）場合には、除振部６１１の固有振動数が相対的に大きく、相対的に硬くなるように調整することを例示できる。
造形槽２１が造形装置１００から離れた（相対的に遠い位置に位置する）場合には、除振部６１１の固有振動数を相対的に小さくして、相対的に軟らかくなるように調整することを例示できる。
【００４４】
このような制御に関しては、造形槽２１又は搬送機構６０と、造形装置１００又は加熱装置２００との相対位置を検出し、検出結果に基づいて、造形槽２１が、造形装置１００又は加熱装置２００の近傍に位置するかどうかを判断することができる。
このときの検出機構としては、例えば周辺観察カメラ、ＧＰＳ（Global Positioning System）ユニット、無線式接近検出装置等、を適用することができる。このような検出機
構は、除振部制御ユニット６１３に内蔵されていてもよい。ここで、造形槽２１と造形装置１００との相対位置を検出する検出機構は、第２の検出手段に相当する。
【００４５】
また、造形槽２１と除振部ベース６１７との相対位置を変位計測ユニット６１８（図２Ｂ参照）で計測し、その結果を除振部制御ユニット６１３で演算することで除振特性の制御に反映させることも可能である。
なお、変位計測ユニット６１８は、レーザ等により非接触で造形槽２１を計測するレーザ変位計、除振部ベース６１７に設置された加速度計等、除振特性への影響が少ない計測方法であることが望ましい。変位計測ユニット６１８は、第１の検出手段に相当する。
【００４６】
また、本実施例では、除振部６１１の除振機能を一時的に無効化するために固定脚６１４が設けられている。
固定脚６１４は、造形槽２１が除振部６１１の除振機能により揺動しないように、造形槽２１を固定（支持）するための固定機構である。固定脚６１４は無効化手段に相当する。
図３Ａ及び図３Ｂは、本実施例の固定脚６１４について説明するための図である。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、固定脚６１４、固定脚駆動ユニット６１５、及び固定脚制御ユニット６１６は、搬送機構６０に設けられている。
【００４７】
固定脚駆動ユニット６１５は、例えばモータ等の回転駆動により固定脚６１４を移動させる機構である。
固定脚制御ユニット６１６は、固定脚駆動ユニット６１５を制御して、固定脚６１４の位置を制御するためのものである。固定脚６１４の位置を制御することで、床面４００に対する搬送機構６０の位置を制御することができる。ここで、固定脚制御ユニット６１６は、不図示の位置決め部材を有し、この位置決め部材への突き当てにより、固定脚６１４の位置の制御を行ってもよい。
固定脚制御ユニット６１６による制御例としては、造形槽２１が、造形装置１００に対して相対的に固定される場合や、加熱装置２００に対して相対的に固定される場合に、固定脚６１４を作動させることを例示できる。
【００４８】
以下に、造形槽２１が、造形装置１００に対して相対的に固定される場合について説明する。
固定脚６１４は、図３Ｂに示すように、固定脚駆動ユニット６１５により駆動されるこ
とで、搬送機構６０に対して上下方向に移動可能である。
図３Ｂに示す状態から、固定脚駆動ユニット６１５により駆動された固定脚６１４が搬送機構６０に対して下方に移動し、床面４００に当接し、さらに移動を続けることで、図３Ａに示すように、搬送機構６０を床面４００から押し上げた状態となる。
【００４９】
固定脚６１４を作動させるかどうかの判断には、例えば、不図示の検出機構（非接触式近接センサ、接触式センサ、手動トグルスイッチ等）を用いて、造形槽２１が、供給槽３２に隣接する隣接位置に位置しているかどうかを判断するとよい。
そして、造形槽２１が、隣接位置に位置する場合に、固定脚制御ユニット６１６は、固定脚６１４を作動させ、除振部の機能を無効化するものであるとよい。このときの検出機構の形態は特に限定されるものではなく、固定脚制御ユニット６１６に内蔵されるものであってもよい。
このように、固定脚６１４により、除振部６１１を介さずに造形槽２１を床面４００に対して固定することができる。
【００５０】
固定脚６１４が設けられていない場合、造形装置１００による造形中に、除振部６１１が機能してしまうことが懸念される。造形中に除振部６１１が機能した場合には、例えば、液体付与部４０と造形槽２１の相対移動時の経路が、ズレてしまい、このズレによって造形物２２の造形精度の低下を招くことが懸念される。
これに対し本実施例のように、固定脚６１４により除振部６１１の除振機能を無効化することで、造形装置１００本体と造形槽２１を相対的に固定することが可能となり、固定脚６１４未使用の場合と比較して、造形物２２の造形精度を向上させることができる。
【００５１】
なお、本実施例では、除振機能の無効化手段として、図３Ａ、図３Ｂのような、固定脚６１４を床面４００に押し当て、搬送機構６０を床面４００から浮かせることで、除振部６１１の機能を無効化する方法を示したが、これに限るものではない。除振機能の無効化手段としては、例えば、磁石や負圧空気により床面４００や造形装置１００本体に造形槽２１を吸着させることで、除振部６１１の機能を無効化するものであってもよい。
また、図３Ａ、図３Ｂでは、固定脚６１４が上下方向に移動する形態について示したが、固定脚６１４の移動方向は、これに限るものではなく、例えば水平方向に移動するものであってもよい。例えば、造形装置１００の所定の位置で固定される場合には、水平方向に突き出した固定脚を造形装置１００本体の壁面に押し当てることで、搬送機構を造形装置１００本体に固定し、除振部の機能を無効化するものであってもよい。また、複数の固定脚６１４に、上下方向に移動する固定脚と、水平方向に移動する固定脚が含まれていてもよい。
【００５２】
図４Ａ、図４Ｂは、固定脚６１４を作動させて造形装置１００の造形部２０の造形位置Ａに造形槽２１を設置する手順について説明するための図である。なお、以下の説明では、除振部６１１として、上述のバネ６１１ａとダンパ６１１ｂを組み合わせた形態を図示している。
まず、図４Ａに示すように、除振部６１１の除振機能を有効にした状態で、造形槽２１が供給槽３２に隣接する隣接位置に到達するまで搬送機構６０を移動させる。
次に、造形槽２１が隣接位置に位置したことを不図示の検出機構が検出したら、固定脚制御ユニット６１６によって、固定脚６１４を上方向に作動させ、造形槽２１を造形位置Ａに位置させる。このとき、造形槽２１が造形位置Ａに位置するまで、固定脚６１４を上方向に作動させることで、車輪６３を床面４００から浮かせることができ、除振部６１１の除振機能を無効化することができる。
造形槽２１が造形位置Ａに位置するとき、図４Ｂのように、供給槽３２、造形槽２１及び除振部ベース６１７の上面が略一致するものであるとよい。そして、除振部ベース６１７に設けられている穴部を介して造形ステージ２４がｃ方向又はｄ方向に移動し、造形槽
底板２３を上下動させることで造形動作を行うことができる。
【００５３】
このとき、造形物２２の造形精度の観点から、造形装置１００と搬送機構６０は、不図示の機構、例えばピンによる位置決めや、磁力や負圧による吸着、エアシリンダやバネ等の押し当てによる摩擦力等、により水平方向にも相対的に固定されているとよい。
これにより、ローラ３３が造形槽底板２３上の粉末３５を均して平坦化する際に、ローラ３３の加圧により振動が生じた場合であっても、この振動によって造形槽底板２３上の粉末層２６が崩壊してしまう可能性を低減できる。
【００５４】
また、本実施例では、除振機構６１が受ける熱の影響を低減するために熱影響低減機構６５が設けられている。
以下に、本実施例の熱影響低減機構６５について図５Ａ、図５Ｂを用いて説明する。
除振部６１１の除振特性は、熱の影響により一時的に変化してしまう可能性があり、熱の影響を大きく受けた場合には、その除振特性が変質又は消失してしまうことが懸念される。また、除振部制御ユニット６１３や固定脚制御ユニット６１６は、電子部品を含むため、熱の影響を受けやすい。
【００５５】
そこで、本実施例では、熱の影響を少しでも抑えるために、熱影響低減機構６５として、除振機構６１の周囲に遮熱板６５１を配置している。ここで、熱影響低減機構６５は遮熱手段に相当する。
この遮熱板６５１は、無垢の板でもよいが、中空の板、又は断熱材を含んだ部材であるとより望ましい。これにより、除振機構６１への熱の伝達をより低減することができる。
この熱影響低減機構６５により、例えば造形装置１００に搭載された不図示の加熱機構による、積層体２５が形成された造形槽２１への加熱工程において、除振機構６１への影響を抑えることができる。また、例えば、加熱装置２００による、積層体２５が形成された造形槽２１の加熱工程においても、除振機構６１への影響を抑えることができる。
【００５６】
図５Ａは、加熱炉２０１内部に搬送機構６０を搬入し、固定脚６１４により搬送機構６０を固定した状態を示している。
図５Ａでは、固定脚駆動ユニット６１５及び固定脚制御ユニット６１６は、遮熱板６５１ａにより覆われている。
除振部６１１は、車輪６３側に固定されている遮熱板６５１ｂと、遮熱板駆動ユニット６５２によって昇降制御される遮熱板６５１ｃとにより、覆われている。
【００５７】
この遮熱板駆動ユニット６５２は、遮熱板制御ユニット６５３によって制御される。
固定脚６１４により搬送機構６０が固定された後、遮熱板駆動ユニット６５２が、遮熱板６５１ｃを下降させることで、除振部６１１の周囲が、遮熱板６５１ｂと遮熱板６５１ｃとで覆われる。
このような状態の熱影響低減機構６５を図５Ｂに示しており、図５Ｂに示す状態で、加熱炉２０１による加熱処理が行われる。
【００５８】
遮熱板制御ユニット６５３による制御例としては、造形装置１００の所定の位置、又は加熱装置２００の所定の位置に搬送機構６０が位置したときに、遮熱板駆動ユニット６５２を作動させることを例示できる。
このとき、遮熱板駆動ユニット６５２を作動させるかどうかの判断には、例えば、不図示の検出機構を用いて、搬送機構６０が、所定の位置にあるかどうかを判断するとよい。
検出機構としては、非接触式近接センサ、接触式センサ、手動トグルスイッチ、温度湿度センサ、ガス分圧計測器を例示することができる。この検出機構の形態は特に限定されるものではなく、遮熱板制御ユニット６５３に内蔵されるものであってもよい。
本実施例の熱影響低減機構６５により、図５Ｂのように加熱炉２０１による加熱中であ
っても、除振機構６１が受ける熱の影響を低減することが可能となる。
【００５９】
なお、本実施例における熱影響低減機構６５は、遮熱板を箱形状とした構成として説明したが、これに限るものではない。
熱影響低減機構は、例えば、除振部６１１を熱源から相対的に遠くへ退避させるような退避機構や、除振部制御ユニット６１３の周囲に冷却用の気体を吹き付けたりする構成であってもよい。また、除振部６１１の除振特性が熱による影響を受け難い構成、もしくは除振部制御ユニット６１３により補正可能な構成であれば、熱影響低減機構を設けなくてもよい。
【００６０】
以下に、熱影響低減機構６５の変形例について図６Ａ、図６Ｂを用いて説明する。
図６Ａ、図６Ｂでは、積層体２５が形成された造形槽２１を、搬送機構６０から加熱炉２０１内に移動させて、加熱炉２０１で加熱する形態を示している。
造形槽２１の加熱炉２０１への搬入は、加熱炉２０１に設けられた加熱炉搬入口２０３から、加熱炉搬入ユニット２０２によって行われる。加熱炉搬入ユニット２０２は、造形槽２１を保持した状態で、上下方向に移動可能に構成されている。
このことで、加熱炉搬入ユニット２０２は、図６Ａに示すように、積層体２５が形成された造形槽２１を、搬送機構６０から加熱炉２０１内へ搬送することができる。
【００６１】
積層体２５が形成された造形槽２１が、加熱炉搬入口２０３から加熱炉２０１内部に搬入された後、熱影響低減機構６５を構成する遮熱板６５１が閉じられる。
遮熱板６５１が閉じられることで、加熱炉２０１内の熱が、搬送機構６０に伝わることを抑制することができる。
これにより、除振機構６１が受ける熱の影響を低減することができる。
【００６２】
なお、遮熱板６５１が閉じられた後、固定脚６１４を動作させ、保持部６２を上方に移動させることで、保持部６２によって遮熱板６５１を閉じた状態で固定してもよい。
遮熱板６５１は、搬送機構６０の上部に設けられるものであってもよく、この場合には、遮熱板６５１が搬送蓋６４を兼ねるものであってもよい。
また、加熱炉搬入ユニット２０２には、搬送機構６０と同様に除振機構が備えられていることが好ましいが、加熱後にはその除振機構は無効化されていても構わない。
【００６３】
図７Ａ、図７Ｂは、搬送機構６０の変形例について説明するための図である。
図７Ａ、図７Ｂには、搬送用アーム６６を用いた搬送機構６０を示している。この搬送用アーム６６には、上述のような除振機構６１が設けられている。
搬送用アーム６６は、ロボットアームのような、少なくとも１軸方向に駆動するツメ部６６１と、少なくとも水平方向に移動可能な駆動部６６２で構成される。駆動部はリニアガイド等による駆動機構でもよい。
図７Ａには、除振部６１１として、バネ６１１ａ及びダンパ６１１ｂを複数の方向に適用した例を示しているが、これに限るものではない。
除振部６１１は、上述した実施例の図２Ｂを用いて説明したように他の方式を採用するものであってもよく、また、図３を用いて説明したように特定の方向の振動に効果的に作用するような構成に簡略化することもできる。
【００６４】
図７Ａに示す搬送用アーム６６により、積層体２５が形成された造形槽２１を移動させるには、保持部６２に対して造形槽２１を上方に移動させる必要がある。このため、図７Ａに示す形態では、造形槽昇降機構２７を用い、造形槽２１を保持した状態の造形槽昇降機構２７を、造形ステージ２４で押し上げることで、保持部６２に対して造形槽２１を上方に移動させる。
造形槽昇降機構２７は、不図示の駆動機構により、造形槽２１と造形ステージ２４の間
に挿入可能に設けられており、造形ステージ２４が造形槽底板２３を移動させるときには、造形槽２１と造形ステージ２４の間から退避した状態にある。
【００６５】
ここでは、保持部６２に対して造形槽２１を上方に移動させる手段として、造形ステージ２４を用いた手段について説明したが、これに限るものではなく、造形ステージ２４とは別途設けられた駆動機構を用いたものであってもよい。また、造形槽２１の周囲の構造体を昇降機構により降下させることで、造形槽２１を相対的に上昇させてもよい。
このようにして周囲から露出した造形槽２１は、搬送用アーム６６のツメ部６６１により保持することができる。
これにより、搬送用アーム６６は、図７Ｂに示すように、ツメ部６６１により保持した造形槽２１を次工程へと搬送することが可能となる。搬送先は、例えば別の搬送機構であってもよいし、加熱装置２００や粉体回収装置３００であってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
２０…造形部、２１…造形槽、２３…造形槽底板、２６…粉末層、３０…積層部、４０…液体付与部、６０…搬送機構、６１…除振機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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