(57)【要約】【課題】  造形物を構成する粉末層に粉末同士を結合する液体を付与して造形を行う方法において、安定的に粉末層形成を行う技術を提供することを目的とする。【解決手段】  三次元造形装置であって、粉末層を形成する粉末層形成部と、前記粉末層に、三次元モデルの形状データに基づいて液体を付与する液体付与部と、前記粉末層形成部における動作と前記液体付与部における動作とを含む一連の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記一連の動作を繰り返し行う場合、前記粉末層の前記液体が付与された領域の乾燥状態に応じて、次に行われる前記一連の動作を制御することを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元造形装置であって、
粉末層を形成する粉末層形成部と、
前記粉末層に、三次元モデルの形状データに基づいて液体を付与する液体付与部と、
前記粉末層形成部における動作と前記液体付与部における動作とを含む一連の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記一連の動作を繰り返し行う場合、前記粉末層の前記液体が付与された領域の乾燥状態に応じて、次に行われる前記一連の動作を制御することを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
前記液体の乾燥状態を計測する計測部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記計測部は、前記液体を付与した領域を撮像する撮像部を有することを特徴とする請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記計測部は、前記計測部で撮像した画像の、前記液体を付与した領域の色味に基づいて乾燥状態を検出することを特徴とする請求項３に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記計測部は、前記液体を付与した領域の温度分布を計測することを特徴とする請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記計測部は、前記計測部で計測した温度に基づいて乾燥状態を検出することを特徴とする請求項５に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記液体を付与した領域の面積に対する未乾燥部分の面積の割合を算出して閾値と比較した結果に基づき、次に行われる前記一連の動作を制御することを特徴とする請求項４または６に記載の三次元造形装置。
【請求項８】
更に、前記液体を乾燥させる乾燥部を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記液体を付与した領域の乾燥状態に応じて前記乾燥部を制御することを特徴とする請求項８に記載の三次元造形装置。
【請求項１０】
前記乾燥部は、計測結果或いは乾燥状態の判定結果に応じて前記液体が付与された領域の一部を選択的に乾燥させることを特徴とする請求項９に記載の三次元造形装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記乾燥状態に応じた前記造形動作の制御を前記乾燥部の動作中に行う
ことを特徴とする請求項１０に記載の三次元造形装置。
【請求項１２】
前記制御部は、計測結果或いは乾燥状態の判定結果に応じて、次に形成される粉末層に対する前記乾燥部の出力、動作時間のいずれか一つを制御することを特徴とする請求項８に記載の三次元造形装置。
【請求項１３】
前記制御部は、乾燥状態に応じて、次に行われる粉末層を形成する動作のタイミングを制御することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の三次元造形装置。
【請求項１４】
粉末層を形成する工程と、
前記粉末層に三次元モデルの形状データに基づいて液体を付与する工程と、
前記液体が付与された粉末層を乾燥させる工程と、を繰り返し含み、
前記粉末層を乾燥させる工程による粉末層の乾燥状態に応じて、次に行われる上記工程のうちの少なくとも一つの工程における動作を制御することを特徴とする造形物の製造方法。
【請求項１５】
前記粉末層を乾燥させる工程による乾燥状態を計測する工程をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載の造形物の製造方法。
【請求項１６】
前記粉末層を乾燥させる工程は、外部からの熱を加えることにより前記粉末層を乾燥させることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の造形物の製造方法。
【請求項１７】
前記乾燥状態を計測する工程で取得した結果に基づいて前記粉末層を乾燥させる工程における動作を制御することを特徴とする請求項１６に記載の造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末状の材料を用いて立体物を造形する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体物を造形する方法として、粉末状の造形材料を用いた付加造形技術の開発および実用化が進められている。
【０００３】
特許文献１には、造形ステージ上に材料粉末を均して粉末層を形成する工程と、形成した粉末層に、三次元モデル（造形対象物）のスライスデータに従って液状結合剤を付与する工程と、を交互に繰り返して造形物を形成する手法が開示されている。さらに、得られた造形物を加熱することで、造形物の強度を高めることが記載されている。
特許文献２には、造形環境の湿度を検出し、検出結果に応じて粉末層を形成する工程における動作を制御することで、湿度によって変化する粉末の流動性の影響を低減し、造形品質を安定化する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−２０５４８５号公報
【特許文献２】特開２０１７−１６４９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に記載されているように、造形品質を安定させるためには、粉末の流動性を一定にすることが重要となる。しかし、特許文献１のように粉末に液体を付与して造形する方法では、造形環境の湿度が低くても、液体が付与された領域が乾燥しきらずに湿っている場合があり、特許文献２のように造形環境の湿度を検出しているだけでは不十分である。そのような状態で新たな粉末層を形成してしまうと、液体が付与された領域の上で粉末の流動性が変化して安定的に粉末層を形成できない恐れがある。
【０００６】
本発明は、造形物を構成する粉末層に粉末同士を結合する液体を付与して造形を行う方法において、安定的に粉末層形成を行う技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる三次元造形装置は、粉末層を形成する粉末層形成部と、前記粉末層に、三次元モデルの形状データに基づいて液体を付与する液体付与部と、前記粉末層形成部における動作と前記液体付与部における動作とを含む一連の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記粉末層の前記液体が付与された領域の乾燥状態に応じて前記一連の動作を制御することを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明にかかる造形物の製造方法は、粉末層を形成する工程と、前記粉末層に三次元モデルの形状データに基づいて液体を付与する工程と、前記液体が付与された粉末層を乾燥させる工程と、を有し、前記粉末層を乾燥させる工程による粉末層の乾燥状態に応じて、上記工程のうちの少なくとも一つの工程における動作を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、粉末層に粉末同士を結合する液体を付与して造形を行う方法において、安定的に粉末層を形成することができ、造形品質を安定化させることができる
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す模式図
【図２】第１の実施形態に係る三次元造形装置の造形動作を示すフローチャート
【図３】第２の実施形態に係る局所乾燥する乾燥部の機構を説明するための模式図
【図４】第２の実施形態に係る三次元造形装置の造形動作を示すフローチャート
【図５】第３の実施形態に係る三次元造形装置の造形動作を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。ただし、記載されている構成部品の寸法、材質、形状およびそれらの相対配置などは一例であって、これらに限定されるものではなく、装置の構成や各種条件により適宜変更することができる。また、図示あるいは説明を省略した構成や工程には、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。
【００１２】
本発明の三次元造形装置は、粉末層形成部と液体付与部と制御部とを備えている。粉末層形成部は、造形ステージ上に材料粉末を均して粉末層を形成する粉末層形成工程を行い、液体付与部は、三次元モデルのスライスデータに従って粉末層に粉末同士を結合させるための液体を付与する液体付与工程を行う。制御部は、粉末層形成部と液体付与部の動作を制御し、粉末層形成工程と液体付与工程とを交互に繰り返し実行させる。
【００１３】
材料の粉末には樹脂や金属、セラミックスなどの粉末を好適に用いることができる。また、付与する液体は、粉末層に付与してから造形物の完成までの間に、一時的あるいは最終的に粉末同士（粉末に含まれる粒子同士）を結合させるものである。具体的には、粉末を結合させる接着剤の他、ナノ粒子を分散させた粒子分散液などを好適に用いることができる。
【００１４】
本発明における造形物とは、典型的には三次元モデルの形状データに対応して粉末が固定された立体物であるが、造形物は必ずしも高い強度を持たなくてもよい。従って、造形物形状に応じて立体的に粉末層に粉末同士を結合させるための液体を付与した状態のものを含む。また、粉末層に粉末同士を結合させるための液体を付与した箇所を乾燥や加熱などの手段で固化し、固化していない領域を取り除くことで得られるものや、さらに熱処理を行って粉末を焼結することで強度を増加させたものも、造形物に含む。
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る三次元造形装置の構成例を示す模式図である。
【００１６】
三次元造形装置１０は、造形物が形成される造形テーブル３１１と、造形テーブルを昇降させる昇降機構３１０と、粉末層が形成される造形容器３１２と、を備える造形部３００を有している。さらに、造形部３００へ供給する粉末を収容する粉末供給容器２００を備えている。粉末供給容器２００の底板を兼ねるステージ２１１の高さを昇降機構２１０よって制御することで、粉末供給容器２００から造形部３００へ供給される粉末の量を調整することができる。粉末供給容器２００へは、粉末タンク１００から粉末を供給することができる。
【００１７】
ステージ２１１を上昇させることにより、粉末供給容器２００の縁から盛り上がった粉末は、粉末層形成機構（コーター）４００によって造形部３００へと移され、粉末層が形成される。このとき、造形テーブル３１１の表面あるいは粉末層の表面が造形容器３１２の縁よりも所定の高さだけ低くなるように予め造形テーブル３１１を降下させておくことによって、形成される粉末層の厚みを制御することができる。なお、造形テーブル３１１は、造形容器３１２の底板を兼ねている。
【００１８】
造形部３００に形成された粉末層には、液体付与ヘッド５１０と液体タンク５３０とを備える液体付与部５００から、造形する三次元モデルの三次元モデルの形状データから生成されたスライスデータに基づいて液体Ｌが付与される。液体Ｌは、ナノ粒子を分散させた粒子分散液である。粉末層に付与された液体Ｌは、乾燥部６００によって加熱され、計測部７００によって液体Ｌが付与された部分の粉末の乾燥状態が計測される。
【００１９】
以上説明した各部の動作は、制御部８００によって制御されており、互いに連携して動作を行う。制御部８００で行う制御に必要なパラメータや三次元モデル形状の編集などは、操作部９００を介して行うことが可能である。
【００２０】
三次元造形装置１０は、さらに、造形物を加熱・焼結する焼結炉を備えてもよい。
【００２１】
本実施形態において、造形物とは、後述する粉末Ｐに液体Ｌを付与し、液体Ｌによって粉末Ｐに含まれる粒子同士を固定して得られる立体物である。粉末Ｐからなる粉末層を形成する工程と、スライスデータに従って液体Ｌを付与する工程とを繰り返した後、一次加熱することによって粉末Ｐが固定された造形物が得られる。得られた造形物に、さらに二次加熱を施して強度を高めてもよい。本実施形態では、二次加熱前の造形物を特に造形物Ｍと呼び、どの段階の造形物かにこだわらない場合は、単に造形物と呼ぶこととする。
【００２２】
造形用データは、外部から三次元モデルの形状データを取得し、装置内で造形用データを生成しても良いし、あらかじめ装置に記憶されているものを用いてもよいし、外部から取得してもよい。スライスデータとしては、形状データの他に、積層ピッチ、液体種類、液体付与量などが含まれるが、これらは後述する操作部９００により選択・決定することができる。
【００２３】
（粉末Ｐ）
粉末Ｐは、造形物の主材料となる粉末であり、樹脂粉末、金属粉末、セラミックス粉末などが用いられる。粉末Ｐは、金属合金の粉末、炭素鋼など金属に炭素などの非金属元素を添加した粉末、複数種類の金属の複合粉末、複数種類のセラミックスの複合粉末などであってもよい。
【００２４】
一般に、造形物の密度や強度の均一性を確保するため、造形には分級された粉末が用いられる。造形物の密度および強度を高めるには、粉末Ｐの平均粒径が５００μｍ以下と十分に小さいことが好ましい。また、後述する粉末層を形成する工程では、粉末Ｐの流動性が高いことが重要であり、粉末Ｐの平均粒径は、凝集が起こりにくい大きさである平均粒径１μｍ以上とすることが好ましい。従って、粉末Ｐの体積基準の平均粒径は、１μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。
【００２５】
粉末Ｐは、平均粒径の異なる複数種の粉末を含んでいてもよい。例えば、相対的に平均粒径の大きい第一群の粉末と、相対的に平均粒径の小さい第二群の粉末とを混合することで、粉末層を形成したときに第一群の粉末同士の間隙に第二群の粉末が入り込み、粉末層の空隙を減らすことができる。第二群の粉末の平均粒径は、第一群の粉末の平均粒径の０．４１倍以下であることが好ましいが、凝集が起こりにくい大きさである平均粒径１μｍ以上とすることが好ましい。第一群の粉末と第二群の粉末の平均粒径の比をこのように設定すると、第一群の粉末が最密構造を形成した場合の粒子間隙（八面体サイト）に第二群の粉末を配置できるため、粉末層の空間充填率を可及的に大きくすることができる。これにより、結果的に空隙率の小さい造形物を作製することができる。なお、第一群の粉末と第二群の粉末は同じ材料の粉末であることが好ましいが、異なる材料の粉末でも構わない。
【００２６】
粉末Ｐに含まれる粒子（母粒子）は、平均円形度が０．９４以上であることが好ましく、より好ましくは０．９６以上である。母粒子の平均円形度が０．９４以上であれば、粉末同士が点接触する点を少なくすることができる。そうなると、母粒子を含む第一の粉末の流動性が向上し、粉末層を形成するときに母粒子が最密充填されやすくなるため、空隙が少ない粉末層を形成しやすくなる。
【００２７】
粒子の円形度は、以下のように測定することができ、平均円形度は、粉末に含まれる任意の粒子１０個以上について測定して得られた円形度を平均して得ることができる。
円形度＝（粒子の投影面積と同じ面積の円の周囲長）／（粒子の投影像の周囲長）
【００２８】
ここで、「粒子の投影像」は、粒子画像を二値化することで得ることができる。「粒子の投影面積」は粒子の投影像の面積であり、「粒子の投影像の周囲長」は粒子の投影像の輪郭線の長さである。
【００２９】
円形度は粒子の形状の複雑さを示す指標であり、粒子が完全な球形の場合に１．００を示し、粒子の投影像が円形から外れる程、円形度は小さな値となる。なお、粒子の円形度は、電子顕微鏡などの観察画像の画像処理及び、フロー式粒子像測定装置（例えば、東亜医用電子社製ＦＰＩＡ−３０００型）などを用いて測定を行うことができる。
【００３０】
粉末Ｐは、公知の方法を含む、いかなる方法で作製してもよい。例えば金属粉末の製造方法には、略球形の粉末を得ることができる点で、ガスアトマイズ法及び水アトマイズ法を好ましく用いることができる。また、セラミックス粉末の製造方法としては、略球形の粉末を得ることができる点で、ゾルゲル法などの湿式での製法や、高温の気中で液化させた金属酸化物を冷却し固化させる乾式での製法を、好ましく用いることができる。
【００３１】
（粉末タンク）
粉末タンク１００は、図示していない粉末を収納した粉末カートリッジを備える。ユーザーの利便性を考慮して、粉末タンク１００は、粉末を収納した粉末カートリッジを三次元造形装置本体に正面から挿入して装着する構成が好ましい。装着された粉末カートリッジ内の粉末Ｐは、粉末タンク１００から後述する粉末収容部２００に送られ、蓄えられる。粉末カートリッジの容量は１回の造形に必要な粉末の量以上であることが望ましく、さらに粉末タンク１００には複数の粉末カートリッジを挿入できることが望ましい。もし、粉末カートリッジおよび粉末タンクに収容された粉末の合計量が造形一回分に満たない場合、予備の粉末カートリッジから、粉末収容部１００へ供給造形中に使用者が粉末を追加する必要がある。いずれの場合においても、粉末タンク１００は残量を表示する機能を持つことが望ましい。
【００３２】
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Ｐは乾燥した環境で保管されることが望ましく、造形している間も極力乾燥状態が保たれるのが好ましい。従って、粉末タンク１００には乾燥機構が設けられているのが好ましい。特に、造形時間が１時間を超えるサイズの造形が可能な装置の場合は、粉末タンク１００内に乾燥機構が特に必要である。粉末カートリッジも乾燥機構を備えることが望ましく、粉末カートリッジ装着から粉末収容部２００に供給するまでに、粉末が十分に乾燥するだけの稼働時間を設けるのが好ましい。
【００３３】
一つの装置で粉末の種類を変えて造形を行う場合、粉末タンク１００内の粉末を交換する必要がある。そのため、粉末タンク１００は粉末の排出および清掃を容易に行うことができる機構であることが望ましい。これは、粉末供給部２００および造形部３００についても同様である。また、粉末タンク１００を複数用意しておくことで、使用する粉末に応じて粉末タンク１００を交換することができる。
【００３４】
（粉末供給容器）
粉末供給容器２００は、後述する粉末層形成に必要な量の粉末Ｐを供給する機構である。ここで、粉末供給容器２００が粉末Ｐを供給する方法として２種類を例示する。
【００３５】
図１は、昇降機構２１０によって供給ステージ２１０を昇降させることにより、粉末Ｐの供給量を規定する方法である。具体的には、供給ステージ２１０をａ方向に移動させることで供給用粉末２２０が上昇し、その後、粉末層形成機構４００がｆ方向に移動することで造形部３００へと粉末Ｐを供給している。この方法では、粉末の供給量が供給ステージ２１０の移動量に比例するため、粉末の供給量を容易に制御することができる。積載した供給用粉末２２０が尽きた際には、供給ステージ２１０をｂ方向に移動させ、粉末タンク１００から粉末供給容器２００へ供給用粉末２２０を補充する。粉末供給容器２００の容量を、１回の造形に必要な量の粉末を収容可能な大きさに設計しておけば、途中で供給用粉末２２０を補充する必要がなく、効率的に造形が行える。粉末供給容器２００内の粉末の残量は、操作部９００にて、造形開始前に供給ステージ２１０の残りのストローク量として確認できることが望ましく、造形途中に粉末の補充が必要になる場合は、これを使用者に通知する機能を有していることが望ましい。
【００３６】
粉末の供給は、造形部３００の上部に備えたホッパーに粉末Ｐを積載し、ホッパーより既定量の粉末を落として供給する方法を採用することもできる。ホッパーを用いる構成として、例えば、粉末タンク１００から粉末を搬送する搬送系と、搬送された粉末を既定量ずつサブタンクに送る粉末計量供給機とを備える。さらに、送られた粉末をライン上に均すスクリューを備えたサブタンクと、均した粉末を必要なタイミングで投下する開閉部と、を設けることで粉末の供給を行うことができる。ここで、サブタンクおよび開閉部は後述する粉末層形成部４００に備えつけることで移動可能にしてもよいし、固定にしてもよい。
【００３７】
（造形部）
造形部３００は造形中の造形物Ｍを含む粉末３２０を保持し、その上に新たな粉末層を形成するために粉末３２０を昇降させる機構である。造形部３００は造形ステージ３１０、造形テーブル３１１および造形容器３１２を備える。
【００３８】
造形部３００では、造形テーブル３１１上に粉末層を順次積層して造形を行う。新たな粉末層の形成にはまず、造形ステージ３１０によって、造形テーブル３１１およびそこに積載された粉末３２０を積層ピッチ分下降させる。下降した粉末３２０の上に、母粒子供給部２００から供給された粉末Ｐを、後述する粉末層形成部４００によって搬送・平坦化することで新たな粉末層が形成される。
【００３９】
粉末３２０の中の造形物Ｍを固化する工程を行う場合、造形テーブル３１１および造形容器３１２ごと粉末３２０を運搬可能な構成にする必要がある。従って、造形テーブル３１１を造形容器３１２の底面に接触させた状態で、造形ステージ３１０から容易に分離可能であることが望ましい。造形物を固化する工程に熱処理を含む場合、造形テーブル３１１および造形容器３１２は熱処理に耐えられる材質とする必要がある。また、造形テーブル３１１および造形容器３１２の隙間は、粉末Ｐが落下しないよう、造形テーブル３１１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。
【００４０】
（粉末層形成部）
粉末層形成部４００は、粉末供給部２００から供給された粉末Ｐを造形部３００に運搬・平坦化し、新たな粉末層を形成する機構である。粉末層形成部４００は、粉末Ｐに直接接触する均し部材の他に、ｅ方向およびｆ方向に移動可能な図示していない移動機構を備える。また、形成する粉末層の厚みを制御するため、均し部材を昇降する昇降機構を備えてもよい。
【００４１】
まず、制御部８００が、粉末供給ステージ２１０を上昇させ、造形ステージ３１０を積層ピッチに相当する分だけ下降させる。次に、粉末層形成部４００がｆ方向へと移動し、粉末供給ステージ２１０の上昇によって盛り上がった分の供給用粉末２２０を造形部３００上へと運搬・平坦化し、造形ステージ３１０に層状に粉末を供給することで、新たな粉末層が形成される。造形部３００を過ぎた後、粉末層形成部４００はｅ方向に移動するが、この際、造形ステージ３１０を上昇させたり形成部材を下降させたりすることで、さらなる平坦化を行ってもよい。このとき、粉末供給ステージ２１０を下降させておけば、余剰粉末を回収することができる。あるいは、粉末層形成部をｅ方向に移動させる際、粉末層３２０に接触しないように、造形ステージ３１０を下降させたり形成部材を上昇させておいたりしてもよい。
【００４２】
均し部材には、ローラを用いる方法とスキージを用いる方法の２つがある。形成部材にローラを用いる場合にはさらに、一方向もしくは両方向に回転可能な回転機構を備え、一連の粉末層形成において回転させながら移動させてもよい。形成部材には、ローラおよびスキージの両方を用いてもよいし、それぞれを複数個並べて使用してもよい。また、例えば、粉末の運搬をスキージが、平坦化をローラが行うなど役割を分離してもよい。このような構成では、ローラおよびスキージの少なくとも一つに昇降機構を設ける必要がある。ローラおよびスキージの形状は、粉末Ｐの粒径や種類によって変更することが望ましい。詳しくは後で説明するが、移動速度や回転数を適切に変更可能な構成とすることで、粉末層形成を安定的に行うことが可能になる。
【００４３】
粉末層形成部はさらに、加圧ローラ、加圧板を設け、粉末層を加圧してもよい。加圧することによって粒子間の接触点数が増加し、造形物の欠陥が形成されにくくなる傾向にある。また、粉末層中の母粒子が緻密に存在することで、造形中に母粒子が動くこと（粉末層の形態が崩れること）が抑制され、形状精度の高い造形物を作製することができる。造形が進むと、低い位置の層には上に積層した粉末の重みがかかり、密度が変化してしまう。密度の変化による造形物の精度低下を防ぐため、造形開始前に造形物を含まない層の積層、加圧を繰り返し行っておくことが望ましい。
【００４４】
粉末と直接接触する均し部材には、母粒子が付着してしまうことがある。そのため、粉末層形成部４００には、均し部材に付着した母粒子を落とすクリーニング機構を設けることが望ましい。クリーニング機構には、ゴムブレード、ブラシ、布を形成部材に押しつける方法、エアーをあてる方法などが考えられるが、均し部材を傷つけない材質や力でクリーニングできるように注意する必要である。
【００４５】
（液体Ｌ）
液体Ｌは造物形状に従って付与され、付与した領域を固化するためのものである。液体Ｌとしては、粉末を結合させる有機成分が溶媒に溶解した液の他、粉末を結合させる有機成分の粒子を分散させた粒子分散液などを好適に用いることができる。
【００４６】
液体Ｌには有機成分には、樹脂材料や水溶性炭水化物など既存の物質が使用可能である。分散媒としては水や有機溶媒が用いられる。粉末Ｐが金属やセラミックスの母粒子からなる場合は、加熱処理により分解される物質が好ましい。有機成分が熱によって分解されることで、加熱処理を行うまでは造形領域の母粒子を固定しながらも、加熱処理後の造形物Ｍにおける不純物となりにくい。
【００４７】
また、粉末Ｐが金属やセラミックスの母粒子からなる場合は、無機系のナノ粒子を分散させた無機粒子分散液を液体Ｌとして用いるのも好ましい。無機粒子分散液の場合、ナノ粒子として、母粒子に含まれる材料で構成され、母粒子よりも低い温度及び／又は短い時間で焼結が可能なサイズの粒子を用いる。このような液体Ｌを用いれば、ナノ粒子は焼結あるいは溶融するが、母粒子が焼結しない温度で加熱することにより、液体Ｌを付与した領域の母粒子を、ナノ粒子を介して選択的に固化させることが可能となる。ここで「焼結」とは、粒子どうしが接触する状態で、粒子を構成する材料の融点以下の温度で加熱し、粒子同士を固定（結合）させる処理をいう。
【００４８】
ナノ粒子の平均粒子径を１ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることで、ナノ粒子と母粒子が同一の金属種であっても、ナノ粒子の焼結開始温度を母粒子の焼結開始温度に比べて十分に小さくすることができる。ナノ粒子の平均粒子径は、更に好ましくは１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。より焼結温度が低下するだけでなく、液体Ｌ中でのナノ粒子の分散性が良くなり、液体Ｌを付与する際の均一性が向上するため好ましい。また、ナノ粒子と母粒子間の焼結温度差が大きくなることで、非固化領域の母粒子の除去が容易となる。ナノ粒子に母粒子と同一の金属種を用いることで、得られる造形物Ｍに含まれる不純物の量を低減することができる。
【００４９】
ナノ粒子を分散させる分散媒は、造形物Ｍに含まれる不純物の量を低減する目的で、水を主成分とする液体が好ましいが、ナノ粒子の液体中での分散性を高めるための分散剤や、ナノ粒子が液中で酸化するのを抑制するための還元剤などを含んでいてもよい。
【００５０】
（液体付与部）
液体付与部５００は、造形物Ｍのスライスデータに従って粉末層に液体Ｌを付与する機構である。造形物Ｍの形状に応じて液体Ｌを付与することで、粉末層の液体Ｌを付与した領域に含まれる粉末のみを固化することができる。液体付与部５００は、液体付与ヘッド５１０および液体サブタンク５２０、液体タンク５３０を備える。図１では、複数種類のインクが付与できるように、液体付与ヘッド５１０、液体サブタンク５２０、液体タンク５３０のセットが４組設けられている。また、液体付与部５００は、ｉ方向およびｊ方向へ移動可能な移動機構（不図示）を備えており、移動方向に沿って複数の液体付与ヘッド５１０が配置設されている。液体付与部５００は、ｉ方向およびｊ方向の両方向に移動しながら液体を付与してもよいし、いずれか一方向の移動時にのみ付与してもよい。液体付与部５００は造形物Ｍのスライスデータに従って各ヘッドから液体が吐出するが、吐出のタイミングは液体付与部５００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。
【００５１】
液体タンク５３０は、各種類の液体を独立して貯蔵する。貯蔵する液体種別は重複してもよい。液体タンク５３０からはチューブによって各液体に対応して設けられた液体サブタンク５２０へと液体が供給され、液体サブタンク５２０から各液体付与ヘッド５１０に液体が供給される。液体付与ヘッド５１０は、液体付与部５００の描画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。本実施形態では、描画可能な最大領域の幅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が採用されているものとしている。ただし、描画可能な最大領域の幅がヘッドの幅を超える場合には、ヘッドをｉ方向およびｊ方向と交差する方向に移動させる機構を設け、複数回に分けて描画を行うこともできる。また、液体付与部５００は同一箇所に液体Ｌを複数回付与することで粉末層中の液体Ｌの濃度を制御することができる。
【００５２】
液体付与部５００には、所望の位置に所望の量で液体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、液量や配置位置が精度良く制御可能な点から、インクジェット装置を好ましく利用できる。ノズルからインクを吐出するインクジェット方式は、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。また、インクジェット方式の他、サーマルプリンタ（昇華型、熱転写型等）、ドットインパクトプリンタ、ＬＥＤプリンタ、レーザープリンタ等、様々な印刷方式を適用することができる。
【００５３】
インクジェット装置にて吐出するためには、液体Ｌの粘度は適切な値とすることが必要であり、５０ｃＰ以下が好ましく、より好ましくは２０ｃＰ以下である。一方で、母粒子間に液体Ｌを速やかに拡散させるため、また乾燥時に液体Ｌを母粒子間に凝集させるために、液体Ｌの粘度を適切な値とする必要があるが、２０ｃＰ以下であることで流体組成物吐出をより制御しやすくなる傾向にある。
【００５４】
液体付与部５００には、液体付与ヘッド５１０の不吐を防ぐ回復機構を設けることが望ましい。具体的には、液体付与ヘッド５１０に付着した蒸気やミスト、余剰インクを拭き取る清掃機構である。清掃機構には、液体付与ヘッド５１０を傷つけないようシリコーンゴムや布などの材質を好適に用いることができ、さらにこれらを濡らしておくことが望ましい。
【００５５】
（乾燥部）
乾燥部６００は液体付与部５００によって付与された液体Ｌを乾燥させる機構である。乾燥部６００による乾燥方法としては、加熱による乾燥や、ドライエアーを吹き付ける方法などがある。乾燥は、１層ごとに行うのが好ましく、１層に対して液体を複数回に分けて付与する場合には、付与する毎に乾燥を行ってもよい。乾燥部による乾燥は、液体Ｌの種類、濃度、付与した液量などに応じて出力、時間などのパラメータを選ぶとよい。
【００５６】
本実施形態では、造形部の造形領域幅をカバーするラインヒータを採用し、これを移動させて造形領域全体を乾燥させる。このようなライン状の乾燥部を採用する場合、乾燥部６００を、液体付与部または粉末層形成部と同じ移動機構に積載することにより、移動機構の数を低減して、造形装置の構造を簡略にすることができる。乾燥部６００を液体付与部５００と同じ移動機構に積載した場合は、液体付与部５００が液体を付与する動作の後に続いて、乾燥部６００によって付与された液体の加熱を行うことができる。乾燥部６００を粉末層形成部４００と同じ移動機構に積載した場合は、液体が付与された後、乾燥部によって液体の乾燥を粉末層形成部４００が新たな粉末層を形成する前に、乾燥部６００によって液体の乾燥を行うことができる。同じ移動部に積載されていても、乾燥部６００と液体付与部５００、あるいは、乾燥部６００と粉末層形成部４００を、必ずしも対で動作させる必要はない。例えば、乾燥部６００と液体付与部５００を共に移動させるが、液体付与部５００による液体の付与は行わず、乾燥部６００だけを動作させても良い。
【００５７】
乾燥部６００は、造形領域をカバーする面状ヒータでもよい。この場合は乾燥部６００を移動する必要はなく、造形領域全体を一度に乾燥することができる。
【００５８】
乾燥部６００は、液体付与部５００が付与した液量に応じて与える熱量を変化させることが望ましい。さらに、造形領域のうち、液体Ｌの描画が行われた一部の領域だけを選択的に加熱することで、造形時間を短縮し、粉末層の温度上昇を抑えることができる。粉末層の温度上昇は、粉末層上を通過する液体付与ヘッド５１０の乾燥および不吐の原因となるため、これを防ぐためにも選択的な加熱は有効である。乾燥部６００が必要以上の過熱を行わないためには、後述する乾燥状態計測部７００の結果に応じて出力を制御することが望ましい。
【００５９】
（乾燥状態計測部）
乾燥状態計測部７００は、粉末層およびそこに付与した液体Ｌの乾燥状態を計測し、計測結果を制御部８００に送る。乾燥部６００を一定の条件で動作させた場合、粉末層の乾燥状態は、液体付与部が付与する液体Ｌの種類や量、周囲温度や周囲湿度などによって変化する。そのため、液体の付与動作および乾燥動作が終わり、次の粉末層を形成する際に、粉末に含まれている溶媒の量が場所によってばらついている場合がある。液体が付与された領域のうち乾燥状態が十分でない部分の上では、残留する溶媒の影響で粉末が湿って流動性が低下してしまい、安定的に粉末層を形成できなくなってしまう。
【００６０】
そこで、本発明では、乾燥状態計測部７００による計測結果に基づき、後述する制御部８００が次に行われる造形動作を変化させることで、安定的に粉末層を形成して造形物の品質を安定させることができる。
【００６１】
乾燥状態計測部７００が計測するのは、液体を付与した領域の粉末の乾燥状態と相関のある情報である。例えば、粉末に含まれる溶媒量を示す情報であってもよいし、物性の変化を示す情報であってもよい。また、本実施形態の例では、乾燥状態計測部は、液体を付与した造形領域全体の２次元的な情報を計測する。
【００６２】
ここで、乾燥状態計測部７００が乾燥状態を計測する方法を例示する。
【００６３】
第１の方法は、液体Ｌを付与した粉末層の色味を計測する方法である。
【００６４】
一般に、粉末層の色味は液体Ｌを付与する前後および液体Ｌが乾燥する前後で変化する。そのため、乾燥部６００による乾燥後に粉末層の色を計測することで、乾燥が十分な領域と、不十分な領域とを認識することができる。粉末層の色味を計測する方法として、例えば、ＲＧＢカメラのような撮像部を設けて粉末層の色情報を取得するとよい。カメラの設置位置としては造形部３００上が望ましく、造形領域全体を撮像できるものが好ましい。
【００６５】
得られた画像が示す色情報を、そのまま乾燥状態を示す情報として扱ってもよいし、乾燥が十分か不十分かを示す２値情報に変換して扱ってもよい。また、得られた画像から、液体を付与した領域の面積に対する未乾燥部分の面積の割合を算出し、乾燥状態を示す情報として扱ってもよい。乾燥状態を示す情報として面積割合を用いる場合、後述する制御部８００において閾値と比較し、比較結果に基づいて造形動作を制御する。乾燥状態を示す情報として面積割合を採用する場合は、液体Ｌを付与するスライスデータが変化しても一定の基準で乾燥状態を判断することができる。
【００６６】
第２の方法は、液体Ｌを付与した領域の温度分布を計測する方法である。
【００６７】
本実施形態の乾燥部６００は、粉末層を加熱することで液体Ｌを乾燥している。液体Ｌが付与された領域は、加熱されると、液体Ｌの潜熱により温度上昇がほかの領域と比べて小さくなる。そのため、液体を付与した領域の温度を計測し、液体Ｌの潜熱として失われた熱量を算出することで乾燥状態を計測することができる。また、熱量を算出するのではなく、単に乾燥時の温度を閾値と比較して乾燥状態を判断してもよい。また、温度の閾値は液体Ｌの種類や付与量に応じて変化させることが好ましい。粉末層の温度を計測する方法として、例えば、サーモカメラを用いる方法がある。造形物の品質を高めるには、非接触で計測を行う手法が好適である。
【００６８】
第３の方法は、乾燥部６００による乾燥時に粉末層から発生する蒸気量を計測する方法である。
【００６９】
乾燥部６００による乾燥時、液体Ｌに含まれる水分により蒸気が発生する。乾燥が進むと液体Ｌからの蒸気がなくなっていく。本手法では、発生した蒸気量を閾値と比較することで乾燥状態を計測する。蒸気量の計測は、発生した総蒸気量を計測してもよいし、発生する蒸気の有無を検出してもよい。乾燥状態の判定は、総蒸発量が閾値を上回ったか否かで判定してもよいし、一定時間内の蒸気発生量が閾値を下回ったか否かで判定してもよい。
【００７０】
他の方法としては、対象とする層のスライスデータや液体付与量、前層までの乾燥部６００の出力や稼働時間などから乾燥状態を算出してもよい。この場合、乾燥状態計測部７００は、スライスデータ、液体付与量、前層までの乾燥部６００の出力などを取得し、稼働時間を計測して、乾燥状態を演算する。
【００７１】
乾燥状態計測部７００の計測結果、すなわち乾燥状態を示す値を閾値と比較する場合、閾値は粉末Ｐの種類や平均粒径、粉末層の厚み、液体Ｌの種類や付与量などに応じて変更することが望ましい。これは、これらのパラメータによって、安定的に粉末層形成を行う条件が変化するためである。
【００７２】
乾燥状態計測部７００は、乾燥状態の計測を乾燥部６００の動作中に行ってもよいし、動作完了後に行ってもよい。また、乾燥部６００の動作中に計測する場合、計測結果に基づいて乾燥部６００の動作を即座に変更してもよい。すなわち、計測した乾燥状態をフィードバックして乾燥部６００の動作を制御してもよい。例えば、乾燥状態を示す値が閾値を超えるか否かによって、乾燥部６００の移動速度を変更する。具体的には、乾燥状態を示す値が閾値を超える領域を通過する際には乾燥部６００の移動速度を遅くし、閾値より低い領域を通過する際に乾燥部６００の移動速度を早めることで、追加の加熱工程を行うことなく十分な乾燥状態にすることができる。あるいは、次に行われる粉末層を形成する動作のタイミングを変更する。具体的には、粉末層を形成する動作を液体の塗布後一定の間隔を置いて行うのではなく、乾燥状態を示す値が閾値を超えたタイミングで行うとよい。
【００７３】
乾燥状態計測部７００は乾燥が十分であるか否かに加え、乾燥が過剰であることを検出してもよい。乾燥が過剰であるとは例えば、乾燥中の温度が設定した上限を超えていることなどである。乾燥を過剰に行った場合、付与した液体Ｌに含まれる溶剤が炭化したり、造形物Ｍに反りが発生するなどの不具合を引き起こす。そのため、過剰な感想を検出した際は、乾燥が過剰であったことをエラーとして記録してもよいし、追加で液体を付与するなどの対処を行ってもよい。制御部が表示部を有する場合は、エラーを表示してユーザーに警告するのも好ましい。
【００７４】
（制御部）
制御部８００は、本実施形態に係る三次元造形装置の制御を司る手段である。制御部８００は例えば、制御回路や情報処理装置などにより実現できる。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。
【００７５】
制御部８００では、装置の使用者が後述する操作部９００から送る指示に基づいて、母粒子タンク１００から粉末供給部２００への粉末Ｐの搬送や、粉末供給部２００および造形部３００の昇降機構を制御する。さらに、粉末層形成部４００および液体付与部５００の移動機構、回転機構、液体吐出機構などを制御する。さらに、制御部８００は乾燥部６００の駆動および出力を制御する。それぞれの機構および乾燥部６００の制御は、独立に行ってもよいし、一連の動作を一括して扱ってもよい。また、それぞれの動作は後述する操作部９００からの指示以外にも、あらかじめ設定された条件に基づいて自動で行ってもよい。例えば、粉末タンク１００からの粉末Ｐの搬送について、操作部９００からの指示で制御を行ってもよいし、装置内の粉末残量を検知して自動で搬送を行うよう制御してもよい。
【００７６】
制御部８００はまた、液体付与部５００が液体Ｌを付与した領域の乾燥状態に基づいて、追加乾燥の実施や次層の積層条件を判断する。追加乾燥を行う場合は、その出力や稼働時間などのパラメータを決定する。また、制御部８００は、追加乾燥の有無にかかわらず、乾燥状態に応じて次層の粉末層形成部３００、液体付与部５００、および、乾燥部６００の動作を制御するパラメータを決定してもよい。具体的には、次に行われる粉末層の形成動作において、粉末層を形成するタイミングを変えたり、液体付与の際の付与量を変えたり、乾燥部の出力や動作時間を変えたりするとよい。
【００７７】
制御部８００による一連の制御に用いるパラメータは、後述する操作部９００から入力してもよいし、使用する粉末の種類や平均粒径、液体の種類、スライスデータなどに従って決定してもよい。制御部８００がパラメータを決定する場合、判断基準と制御パラメータの対応をあらかじめ格納しておくことが望ましい。
【００７８】
（操作部）
操作部９００は、装置の使用者が、造形開始指示やパラメータの変更を行うための機構である。操作部９００はまた、造形の中断や再開の指示を行ってもよいし、それぞれのユニットを個別に駆動する指示を行ってもよい。操作部９００には、粉末層形成部クリーニングや液体付与ヘッドクリーニング等の装置メンテナンスを指示する機能を含んでもよい。また、操作部９００は、造形が何層目まで完了しているか等の造形状況や、粉末残量やインク残量等の装置状態など、装置の使用者に現在の状態を通知する機能を含んでもよい。通知には、別途表示を行う表示部を設けてもよい。
【００７９】
操作部９００は、追加の乾燥を行うかを制御部８００が判断するための基準を入力できることが望ましい。例えば、乾燥状態計測部７００が液体を付与した領域に対する未乾燥部の面積割合を計測する場合、その面積割合の閾値を入力する。また、閾値を段階的に設け、その後の追加加熱の出力や時間を段階に応じて制御してもよい。
【００８０】
操作部９００が入力部を備え、乾燥部６００や乾燥状態計測部７００を含む一連の造形動作を制御するパラメータをユーザーが入出力できる構成が好ましい。また、これら一連の動作を制御するパラメータをまとめた複数のパターンを作成し、造形ごとにパターン選択できるようにしてもよい。パターンは、母粒子の種類や平均粒径、液体Ｌの種類などと関連付けて自動で選択するようにしてもよい。この場合、操作部９００は使用する母粒子や液体Ｌを入力できることが望ましい。
【００８１】
操作部９００は、以上のパラメータを造形動作中に変更してもよい。特に、粉末供給部２００の供給量や粉末層形成部４００の移動速度、乾燥部６００の出力などは造形中の様子を見ながら変更できることが望ましい。
【００８２】
（造形フロー）
次に、図２に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る三次元造形装置を用いて造形物を製造する動作について説明する。図２は、母粒子が無機材料、液体Ｌとして、無機材料のナノ粒子を、水を主成分とする液に分散させた粒子分散液を用いる例のフローである。
【００８３】
なお、造形を開始する前に、造形装置又は外部装置（例えばパーソナルコンピュータなど）によって、造形対象物（三次元モデル）の形状データから、各層を形成するスライスデータが生成されているものとする。形状データとしては、三次元ＣＡＤ、三次元モデラー、三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、造形対象物の形状データを所定の間隔（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粉末の平均粒径に応じて層の厚みを決めると良い。
【００８４】
Ｓ１０１では、造形部３００に新たな粉末層を形成する。形成する粉末層の厚みは、必要な造形精度を満たす範囲で可能な限り厚くすることで、造形時間を短縮することができる。また、安定的に粉末層を形成するため、粉末供給部２００からは、形成する粉末層体積の２倍以上の粉末を供給するのが好ましい。これは、粉末層形成部３００が運搬する粉末の量が途中で変化する影響を低減するためである。
【００８５】
Ｓ１０２では、Ｓ１０１で形成した粉末層に対し、造形物のスライスデータに従って液体Ｌを付与する。造形物のスライスデータはあらかじめ用意したものを用いてもよいし、造形中に適宜作成してもよい。また、付与する液体量はスライスデータ全体で一律にしてもよいし、付与量を何段階かに分け、場所によって付与量を調節してもよい。Ｓ１０３では、Ｓ１０２で付与した液体Ｌを乾燥させる。ここでは、液体Ｌ中の成分を濃縮したり、液体Ｌが必要以上に浸透したりするのを防ぐ目的で、液体Ｌに含まれる溶媒の蒸発温度の近傍で加熱される。粒子分散液の溶媒が蒸発温度程度の加熱ではナノ粒子は焼結しないため、この段階では、液体付与部の粉末は固化されない。
【００８６】
Ｓ１０３での乾燥が十分であれば、前記Ｓ１０１の粉末層形成時に粉末の流動性が変化するのを抑制することができる。そこで、Ｓ１０４では、粉末の乾燥状態と相関のある情報を計測し、あらかじめ設定した閾値と比較して、Ｓ１０３による乾燥が十分であるかを判定する。そして、判定結果に基づいて、乾燥が不十分（ＮＧ）であった場合には再度Ｓ１０３を実施し、乾燥が十分（ＯＫ）であった場合にはＳ１０５に移る。乾燥状態が十分かどうかを判定するための閾値は、液体を付与する場所や量、粉末の種類などによって変化する。したがって、乾燥状態と相関のある情報と、液体を付与する場所や量、粉末の種類などとの関係を事前に実験などを行って取得しておくことが望ましい。
【００８７】
乾燥状態の判断方法については、液体を付与した領域全体を対象としてもよいし、事前に決めた計測点を対象としてもよい。また、再度Ｓ１０３を実施する際には、乾燥状態の計測結果に基づいて乾燥動作を制御するパラメータを調整することが望ましい。
【００８８】
Ｓ１０５では、造形データに基づく造形が完了したかを判定する。例えば、作成したスライスデータのスライス数に応じた回数だけ粉末層の積層が完了したか否かを判定する。粉末層の積層回数が必要回数に達している、即ち、造形が完了していない（Ｎ）と判定されるとＳ１０６に戻り、粉末層の積層回数が必要回数に達している、即ち、造形が完了した（Ｙ）と判定されるとＳ１０７に移る。また、粉末供給部２００の粉末残量および造形部３００のスペースに余裕がある場合、液体を付与しない粉末層を形成した後に、続けて別の造形を開始してもよい。
【００８９】
Ｓ１０６では、造形物のスライスデータや、Ｓ１０４の計測結果に基づき次層の動作条件を設定する。具体的には、乾燥部の出力や稼働時間、粉末層形成の速度、液体付与部の付与量などを変更する。
【００９０】
Ｓ１０７では、必要回数の粉末層が積層され、液体が付与された、造形ステージ上の積層粉末を加熱し、Ｓ１０２で液体を付与した領域の粉末を選択的に固着させる。本実施形態では、粒子分散液に含まれるナノ粒子が焼結あるいは溶融し、かつ母粒子が焼結しない温度まで加熱し、ナノ粒子を介して母粒子同士を固着させることにより粉末を固化させ、造形物を形作る。加熱は、積層粉末が崩れるのを防ぐため、造形容器３１２ごと行われることが望ましい。
【００９１】
Ｓ１０８では、Ｓ１０７で固化しなかった領域の粉末、即ち、液体を付与しなかった領域の粉末を除去し、造形物を取り出す。粉末の除去には、ブラシやエアーなどを用いるとよい。
【００９２】
以上の造形フローに従い、液体を付与した領域の乾燥状態を計測し、計測結果に基づき必要に応じて追加の乾燥を行う。これにより、液体の付与に伴う粉末の流動性の変化の影響を受けず、安定的に粉末層形成を行うことができるため、精度よく造形物を作成することが可能となる。
【００９３】
図２の造形フローは一実施例にすぎず、本発明の内容をこれに限定するものではなく、各工程の具体的な処理内容の適宜変更や、図２の造形フローに示していない工程を追加しても構わない。例えば、Ｓ１０８の後に、Ｓ１０７での加熱温度よりも高い温度、具体的には母粒子同士が焼結する条件（加熱温度、加熱時間など）で造形物Ｍを加熱する工程を設けてもよい。このような追加加熱処理を行うことで、造形物Ｍの密度を高め、より機械強度を高めることができる。
【００９４】
また、液体Ｌとしては、粉末を結合させる有機成分が溶媒に溶解した液や、粉末を結合させる有機成分の粒子を分散させた粒子分散液を用いる場合、乾燥工程における温度次第では、有機成分によって母粒子同士を固定することが可能である。そのような場合は、Ｓ１０７とＳ１０８の順番を入れかえても良い。
【００９５】
［第２の実施形態］
第２の実施形態の装置構成は、乾燥状態計測部７００の計測結果に応じて、乾燥部６００が、液体が付与された領域の一部を選択的に乾燥させるように動作させる点で、第１の実施形態とは異なっている。
【００９６】
本実施形態の制御部８００は、乾燥状態計測部７００で得られる計測結果を用いて、液体を付与した領域の乾燥状態が適切になるよう、乾燥部６００の動作を制御する。
【００９７】
粉末層の温度によっては、液体付与部５００が液体を付与した時点で乾燥状態が変化する。また、付与する液量や、１層の造形にかかる時間によっても、粉末層の乾燥状態は変化する。そのため、乾燥部６００は低出力の駆動で十分になったり、乾燥部６００を駆動することなく次層の粉末層形成が可能になることがある。このような課題に対応するため、本実施形態では、液体を付与した直後に乾燥状態を検出し、結果に応じて乾燥部を動作させることにより、液体が付与された領域の一部を選択的に乾燥させる。乾燥状態の検出は、対象とする層のスライスデータや液体付与量、前層までの乾燥部６００の出力や稼働時間などから乾燥状態を予測し、乾燥部の動作条件を決定してもよい。
【００９８】
図３に示す模式図を参照しながら、乾燥部６００による選択的な乾燥方法について説明する。乾燥部６００は移動機構の有無や乾燥ユニットの搭載数によってその制御方法が分かれる。例えば図３（ａ）では、狭い範囲を乾燥できる乾燥ユニットを２軸の移動機構に搭載することで、粉末層の一部を選択的に乾燥することを可能にしつつ、造形領域全体を乾燥することができる。また、図３（ｂ）では、複数の乾燥ユニットを一列に並べ、これを１軸方向に駆動することで全体を乾燥する。図３（ｃ）では、複数の乾燥ユニットを面上に並べることで全体を乾燥する。具体的には、乾燥が不十分な箇所を通過する際に移動速度を遅くしたり、乾燥が十分な箇所上では乾燥ユニットを稼働させないなどといった制御を行う。
【００９９】
このような乾燥部を用い、各乾燥ユニットの出力や移動速度を適切に制御することで、乾燥状態の局所的な管理を実現することが可能となる。
【０１００】
選択的な乾燥を行う場合、乾燥部６００が複数の乾燥ユニットを備えている構成が好ましい。一つの乾燥ユニットで一度に乾燥できる領域を狭くするほど乾燥状態の管理が容易になる。
【０１０１】
次に、図４に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る三次元造形装置の動作について説明する。
【０１０２】
Ｓ２０３では、粉末層の表面全体の色味や温度分布を計測し、乾燥状態が不十分な箇所を特定する。計測値が閾値を超える、乾燥が不十分な箇所が存在する場合、Ｓ２０４の乾燥を実施し、乾燥が不十分な箇所が存在しない場合にはＳ２０５を行って造形が完了したか否かを判定する。
【０１０３】
Ｓ２０４では、Ｓ２０３の結果に基づき、乾燥が不十分な箇所を乾燥させる。具体的には、制御部８００がＳ２０３の結果から粉末層の乾燥が不十分な領域の座標を特定する。そして、例えば、図３（ａ）の構成の乾燥部６００の場合、制御部８００は特定した座標に乾燥部６００を移動させて乾燥を実行するよう制御し、粉末層の一部に対して選択的な乾燥を行う。図３（ｂ）の構成の乾燥部６００の場合、制御部８００は、乾燥部６００を一方向に移動させながら、特定した座標と対応する位置上の乾燥ユニットだけを稼働するよう制御し、選択的な乾燥を行う。図３（ｃ）の構成の乾燥部６００の場合、制御部８００は、特定した座標と対応する位置上の乾燥ユニットだけを稼働するよう制御する。
【０１０４】
乾燥後に再度Ｓ２０３を実施してもよいが、Ｓ２０４では結果に基づいて乾燥が行われるため、乾燥状態を再度判定する工程は省略してＳ２０５を行ってもよい。
【０１０５】
Ｓ２０５で造形が完了したか否かを判定する工程以降は、図２のフローと同様に行う。
【０１０６】
以上述べたように、本実施形態では、粉末層の乾燥状態に応じて、選択的な乾燥を行う。これにより、必要以上に乾燥させることなく、液体の付与に伴う粉末の流動性の変化の影響を受けずに、安定的に粉末層形成を行うことができる。
【０１０７】
［第３の実施形態］
第３の実施形態の装置構成は、乾燥部６００の動作中に乾燥状態計測部７００の計測を行い、計測結果を乾燥部６００にフィードバックする制御を行う点で、第１の実施形態とは異なる。
【０１０８】
本実施形態の制御部８００は、乾燥中に乾燥状態計測部７００を用いて随時粉末層の乾燥状態を計測し、その結果を用いて液体を付与した領域の乾燥状態が適切になるよう乾燥部６００をフィードバック制御する。乾燥状態の計測と乾燥動作を別々に行うと、造形時間が増加してしまうが、本実施形態を用いれば追加の加熱工程を行うことなく十分な乾燥状態にすることができる。
【０１０９】
本実施形態の乾燥部６００は、第２の実施形態と同様に、粉末層の一部を選択的に乾燥させることが可能な機構として、複数の乾燥ユニットか、乾燥ユニットが移動できる機構か、のいずれかを有する。そして、乾燥状態計測部７００は、乾燥部６００が備える各乾燥ユニットを制御するため、これと同数以上のセンサを設けて乾燥状態を計測する。ここでは、乾燥部６００が図３（ａ）や（ｂ）のような乾燥ユニットを移動させる構成を有する場合を説明する。この場合、センサも同様に移動させるか、移動軌道上の各点にセンサを配置する。計測結果は随時制御部８００へと送り、乾燥部６００の制御に反映される。
【０１１０】
乾燥部６００にランプヒータなどの加熱手法を用いる場合、制御部８００が出力を変更する信号を送ってから実際に出力が変化するまでにラグが生じる。そのため、制御部８００は乾燥状態計測部の結果から、乾燥状態が閾値を超えるタイミングを予測して出力を制御することが望ましい。出力の制御には、ＰＩＤ制御などの公知の手法を利用できる。
【０１１１】
（造形フロー）
次に、図５に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る三次元造形装置の動作について説明する。図２のフローと異なる部分だけを説明し、同じ部分は説明を省略する。
【０１１２】
Ｓ３０５では、粉末層全体の中に、乾燥が不十分な箇所が残っているか判断する。乾燥が不十分な箇所が残っている場合はＳ３０６に、残っていない場合はＳ３０７を実行する。
【０１１３】
Ｓ３０６では、Ｓ３０５の結果に基づき、乾燥が不十分な箇所で、乾燥ユニットを稼働させる。なお、図３（ｃ）のように、造形領域全体にわたって乾燥ユニットが配置されている乾燥部６００の場合、Ｓ３０６の工程は必要なく、乾燥が不十分な箇所に対応する乾燥ユニットだけを稼働させる。乾燥ユニットの移動は、移動と停止および乾燥を繰り返すのではなく、乾燥を行いながら連続的に移動させてもよい。連続的に移動させる場合、Ｓ３０３の結果に基づいて移動速度を変化させることで適切に乾燥を行うことができる。
【０１１４】
Ｓ３０３からＳ３０６を繰り返すことで、造形領域全体を適切な乾燥状態にすることができる。これにより、液体の付与に伴う粉末の流動性の変化の影響を受けずに、安定的に粉末層形成を行うことができる。
【符号の説明】
【０１１５】
４００  粉末層形成部
５００  液体付与部
６００  乾燥部
６０１  造形領域
６０２  乾燥ユニット
６０３  移動機構
７００  乾燥状態計測部
８００  制御部
【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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