(57)【要約】【課題】三次元造形物を造形するために要する時間を短縮する。【解決手段】三次元造形装置１００は、粉末材料５が収容される造形空間２１を有する造形槽２０と、造形槽２０の造形空間２１内に配置され、粉末材料５が載置される造形テーブル２４と、造形槽２０内に粉末材料５を供給する供給口４６を有する粉末供給部４０と、粉末供給部４０によって供給された粉末材料５を造形空間２１に敷き詰める敷詰部材５０と、造形槽２０内の粉末材料５に硬化液を吐出する造形ヘッド６０と、粉末供給部４０、敷詰部材５０および造形ヘッド６０に対して、造形槽２０を相対的に上流側から下流側へ移動させる移動機構８０と、を備えている。粉末供給部４０の供給口４６は、敷詰部材５０および造形ヘッド６０の上流側に配置されている。敷詰部材５０は、造形ヘッド６０の上流側に配置されている。【選択図】図３
2020023189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料が収容される造形空間を有する造形槽と、
前記造形槽の前記造形空間内に配置され、前記粉末材料が載置される造形テーブルと、
前記造形槽の前記造形空間内に前記粉末材料を供給する供給口を有する粉末供給部と、
前記粉末供給部によって供給された前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰める敷詰部材と、
前記造形テーブルに載置された前記粉末材料に硬化液を吐出するラインヘッドである造形ヘッドと、
所定の第１方向の一方側を上流側とし、他方側を下流側としたとき、前記粉末供給部、前記敷詰部材および前記造形ヘッドに対して、前記造形槽を相対的に前記上流側から前記下流側へ少なくとも移動させる移動機構と、
を備え、
前記粉末供給部の前記供給口は、前記敷詰部材および前記造形ヘッドの前記上流側に配置され、
前記敷詰部材は、前記造形ヘッドの前記上流側に配置され、
前記造形ヘッドは、前記粉末供給部による前記造形槽への前記粉末材料の供給が行われている間、前記造形槽内に供給された前記粉末材料のうち前記敷詰部材による敷き詰めが完了した前記粉末材料に硬化液を吐出するように構成されている、三次元造形装置。
【請求項２】
平面視において、前記造形槽、前記造形テーブル、前記粉末供給部の前記供給口、前記敷詰部材、および、前記造形ヘッドは、前記第１方向に延びた直線上に配置されている、請求項１に記載された三次元造形装置。
【請求項３】
前記造形槽が移動自在に収容され、前記第１方向に延びた造形移動空間を有する本体を備え、
前記粉末供給部の前記供給口、前記敷詰部材、および、前記造形ヘッドは、前記造形移動空間の上方に配置されている、請求項１または２に記載された三次元造形装置。
【請求項４】
前記粉末供給部、前記敷詰部材、および、前記造形ヘッドは、前記本体に対して位置が相対的に固定するように設けられ、
前記移動機構は、前記造形移動空間内において、前記造形槽を前記上流側から前記下流側へ少なくとも移動させる、請求項３に記載された三次元造形装置。
【請求項５】
前記造形槽の上流側に設けられ、前記敷詰部材によって前記造形槽から除かれた前記粉末材料が収容される余剰粉末収容槽を備えた、請求項１から４までの何れか１つに記載された三次元造形装置。
【請求項６】
前記造形ヘッドの前記下流側に配置され、前記造形槽内の前記粉末材料に熱を付与する加熱機構を備えた、請求項１から５までの何れか１つに記載された三次元造形装置。
【請求項７】
前記粉末供給部は、
前記供給口が形成された供給容器と、
前記供給口を通じて前記粉末材料を前記造形槽に供給する供給機構と、
を備え、
前記第１方向と平面視において交差する所定の第２方向における前記供給口の長さは、前記造形空間の前記第２方向の長さ以下である、請求項１から６までの何れか１つに記載された三次元造形装置。
【請求項８】
前記造形ヘッドの底面には、前記第１方向と平面視において交差する所定の第２方向に並ぶ複数のノズルが形成され、
複数の前記ノズルの列をノズル列としたとき、前記ノズル列の前記第２方向の長さは、前記造形空間の前記第２方向の長さ以下である、請求項１から７までの何れか１つに記載された三次元造形装置。
【請求項９】
前記敷詰部材は、前記第１方向と平面視において交差する所定の第２方向に延びた回転軸を中心に回転可能な敷詰ローラである、請求項１から８までの何れか１つに記載された三次元造形装置。
【請求項１０】
前記敷詰ローラの前記第２方向の長さは、前記造形空間の前記第２方向の長さ以上である、請求項９に記載された三次元造形装置。
【請求項１１】
前記敷詰ローラには、前記敷詰ローラに少なくとも付着した前記粉末材料を除去する除去部材が接触可能に設けられている、請求項９または１０に記載された三次元造形装置。
【請求項１２】
前記粉末供給部、前記造形ヘッドおよび前記移動機構と通信可能に接続された制御装置を備え、
前記粉末供給部の前記供給口よりも前記上流側の所定の位置を開始位置とし、前記造形ヘッドよりも前記下流側の所定の位置を停止位置としたとき、前記制御装置は、前記開始位置から前記停止位置へ前記造形槽が相対的に移動するように前記移動機構を制御する移動制御部を備えた、請求項１から１１までの何れか１つに記載された三次元造形装置。
【請求項１３】
前記移動制御部は、前記造形槽が前記開始位置から前記停止位置へ移動している間、前記造形槽が停止しないように前記移動機構を制御する、請求項１２に記載された三次元造形装置。
【請求項１４】
前記制御装置は、
前記移動機構によって前記粉末供給部の前記供給口の下方に前記造形槽が移動してきたときに、前記粉末供給部から前記造形槽に前記粉末材料を供給する供給制御部と、
前記移動機構によって前記造形ヘッドの下方に前記造形槽が移動してきたときに、前記造形ヘッドから前記硬化液を吐出する吐出制御部と、
を備えた、請求項１２または１３に記載された三次元造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１に開示されているように、粉末素材に接着物質を吐出し、粉末素材を硬化させることによって所望の三次元造形物を造形する三次元造形装置が知られている。
【０００３】
特許文献１に開示された三次元造形装置は、例えば、粉末素材が収容される造形チャンバーと、造形チャンバーに供給される粉末素材が収容される素材収容チャンバーと、素材収容チャンバーから造形チャンバーに粉末素材を供給する素材供給ユニットとを備えている。造形チャンバーの上方には、接着物質を吐出するプリンティングヘッドが配置されている。プリンティングヘッドは、造形チャンバーに収容された粉末素材のうち三次元造形物の断面形状に対応する部分に接着物質を吐出する。造形チャンバーに収容された粉末素材のうち接着物質が吐出された部分は硬化し、断面形状に対応した粉末硬化層が形成される。そして、粉末硬化層を順次積層することで、所望の三次元造形物が造形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３７１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に開示された三次元造形装置では、造形チャンバーに粉末素材を供給して、造形チャンバー内に粉末素材を敷き詰める工程が行われる。そして、造形チャンバーに粉末素材が完全に供給され、かつ、敷き詰められた後に、プリンティングヘッドによる接着物質を吐出する工程が行われている。このように、粉末素材を造形チャンバー内に供給して敷き詰める工程と、接着物質を吐出する工程とが完全に分けて行われているため、三次元造形物を造形する時間を要していた。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、三次元造形物を造形するために要する時間を短縮することが可能な三次元造形装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る三次元造形装置は、粉末材料が収容される造形空間を有する造形槽と、前記造形槽の前記造形空間内に配置され、前記粉末材料が載置される造形テーブルと、前記造形槽の前記造形空間内に前記粉末材料を供給する供給口を有する粉末供給部と、前記粉末供給部によって供給された前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰める敷詰部材と、前記造形テーブルに載置された前記粉末材料に硬化液を吐出するラインヘッドである造形ヘッドと、所定の第１方向の一方側を上流側とし、他方側を下流側としたとき、前記粉末供給部、前記敷詰部材および前記造形ヘッドに対して、前記造形槽を相対的に前記上流側から前記下流側へ少なくとも移動させる移動機構と、を備えている。前記粉末供給部の前記供給口は、前記敷詰部材および前記造形ヘッドの前記上流側に配置されている。前記敷詰部材は、前記造形ヘッドの前記上流側に配置されている。前記造形ヘッドは、前記粉末供給部による前記造形槽への前記粉末材料の供給が行われている間、前記造形槽内に供給された前記粉末材料のうち前記敷詰部材による敷き詰めが完了した前記粉末材料に硬化液を吐出するように構成されている。
【０００８】
上記三次元造形装置によれば、移動機構によって、造形槽が上流側から下流側へ移動している間に、粉末供給部による粉末材料の供給、敷詰部材による粉末材料の造形空間への敷き詰め、および、造形ヘッドによる硬化液の吐出が順に行われる。本発明では、粉末供給部による造形槽への粉末材料の供給が完全に完了する前であっても、造形槽の造形空間のうち粉末材料が供給された部分から順に、敷詰部材による粉末材料の敷き詰めが行われる。敷詰部材による造形空間への粉末材料の敷き詰めが完全に完了する前であっても、造形空間のうち粉末材料の敷き詰めが完了した部分から順に、造形ヘッドによる硬化液の吐出が行われる。よって、粉末材料を供給する工程と、粉末材料を敷き詰める工程と、硬化液を吐出する工程とが完全に区分けされた三次元造形装置と比較して、三次元造形物を造形するために要する時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、三次元造形物を造形するために要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る三次元造形装置の平面図である。
【図２】三次元造形装置の斜視断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における三次元造形装置の正面断面図である。
【図４】三次元造形装置の正面断面図であり、粉末供給部の下方に造形槽が位置している状態を示す図である。
【図５】造形ヘッドおよびインクヘッドの底面図であり、造形ノズル列およびインクノズル列のそれぞれの前後方向の長さと、造形空間の前後方向の長さとの関係を示す図である。
【図６】三次元造形装置の正面断面図であり、加熱機構の下方に造形槽が位置している状態を示す図である。
【図７】三次元造形装置のブロック図である。
【図８】第２実施形態に係る三次元造形装置の正面断面図である。
【図９】第３実施形態に係る三次元造形装置の正面断面図である。
【図１０】第４実施形態に係る三次元造形装置の一部を拡大した正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元造形装置について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を特に限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化される。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る三次元造形装置１００の平面図である。図２は、三次元造形装置１００の斜視断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面における三次元造形装置１００の正面断面図である。なお、図２は、図３の三次元造形装置１００の斜視断面図である。図面中の符号Ｆは、前方を示し、符号Ｒｒは、後方を示している。本実施形態では、符号Ｆの方向から三次元造形装置１００を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置１００の左、右、上、下である。ここでは、図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ左、右、上、下を意味するものとする。本実施形態では、左右方向が本発明の「第１方向」に対応する。また、三次元造形装置１００の左側を上流側と称し、三次元造形装置１００の右側を下流側と称する。また、本実施形態では、上流側から下流側へ向かう方向を行き方向Ｄ１とし、下流側から上流側へ向かう方向を帰り方向Ｄ２とする。ただし、これら方向は説明の便宜上定めた方向に過ぎず、三次元造形装置１００の設置態様を何ら限定するものではなく、かつ、本発明を何ら限定するものでもない。
【００１３】
図１に示すように、三次元造形装置１００は、所望の三次元造形物３を造形する装置である。ここでは、三次元造形装置１００は、色が施された三次元造形物３、例えばフルカラーの三次元造形物３を造形する。ただし、三次元造形装置１００は、色が施されていない三次元造形物を造形する装置であってもよい。本実施形態では、三次元造形装置１００において、所望の三次元造形物３の断面形状を示す断面画像に基づいて、粉末材料５に硬化液を吐出し、粉末材料５を硬化させて、断面画像に沿った粉末硬化層を形成する。そして、粉末硬化層を順次積層することで、所望の三次元造形物３を造形する。
【００１４】
ここで、「断面形状」とは、造形する三次元造形物３を所定の方向（例えば水平方向）に所定の厚み（例えば０．１ｍｍ。なお、所定の厚みは必ずしも一定の厚みに限定されない。）ごとにスライスしたときの断面の形状である。「粉末材料」としては、例えば、石膏、セラミックス、金属、プラスチックなどが挙げられる。「硬化液」は、上記粉末材料５同士を固着することが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、硬化液はバインダである。バインダとして、例えば、水性顔料インクなどの水を主成分とした液体が挙げられる。
【００１５】
本実施形態では、図３に示すように、三次元造形装置１００は、本体１０と、造形槽２０と、造形テーブル２４と、昇降機構２８と、余剰粉末収容槽３０と、粉末供給部４０と、敷詰ローラ５０と、造形ヘッド６０と、インクヘッド６２と、加熱機構７０と、移動機構８０と、制御装置９０（図７参照）とを備えている。
【００１６】
図２に示すように、本体１０の形状は、四角柱の形状である。しかしながら、本体１０の形状は特に限定されない。本実施形態では、図１に示すように、本体１０は、底壁１１と、前壁１２と、後壁１３と、左壁１４と、右壁１５とを有している。前壁１２は、底壁１１の前端から上方に向かって延びている。後壁１３は、底壁１１の後端から上方に向かって延びている。後壁１３は、前壁１２と前後方向で対向するように配置されている。左壁１４は、底壁１１の左端から上方に向かって延びている。右壁１５は、底壁１１の右端から上方に向かって延びている。右壁１５は、左壁１４と左右方向で対向するように配置されている。ここでは、底壁１１、前壁１２、後壁１３、左壁１４および右壁１５は、一体的に形成されている。しかしながら、底壁１１、前壁１２、後壁１３、左壁１４および右壁１５のうちの少なくとも一部は、他の一部と別体であってもよい。本実施形態では、底壁１１、前壁１２、後壁１３、左壁１４および右壁１５によって囲まれた空間は、造形移動空間１６である。
【００１７】
図３に示すように、造形槽２０は、粉末材料５が供給される槽である。造形槽２０の内部において三次元造形物３が造形される。本実施形態では、造形槽２０は、本体１０の造形移動空間１６に配置されている。ここでは、造形槽２０は、内部に造形空間２１と、支持空間２２とを有している。造形空間２１において、粉末材料５が供給され、三次元造形物３が造形される。造形空間２１の形状は特に限定されないが、ここでは、四角柱の形状である。支持空間２２は、造形空間２１と連続している。支持空間２２は、造形空間２１の下方に位置しており、上下方向の延びた空間である。支持空間２２は、造形空間２１よりも左右方向に短い空間である。なお、支持空間２２は、造形空間２１と比較して、前後方向が短くてもよいし、同じであってもよい。
【００１８】
造形テーブル２４は、造形槽２０の内部に配置されている。詳しくは、造形テーブル２４は、造形槽２０の造形空間２１に配置され、造形空間２１に対して上下方向に摺動可能である。造形テーブル２４上において、粉末材料５が供給される。造形テーブル２４には、粉末材料５が載置される。そして、造形テーブル２４上において、三次元造形物３が造形される。造形テーブル２４には、三次元造形物３が載置される。なお、造形テーブル２４の形状は特に限定されない。ここでは、造形テーブル２４の形状は、造形槽２０の造形空間２１に対応した形状である。例えば、造形テーブル２４の形状は、平面視において矩形状である。本実施形態では、造形テーブル２４には、テーブル支持部材２５が設けられている。テーブル支持部材２５は、造形テーブル２４の底面から下方に向かって延びたものである。ここでは、テーブル支持部材２５は、造形槽２０の支持空間２２に配置され、支持空間２２に対して上下方向に摺動可能である。テーブル支持部材２５の形状は、例えば支持空間２２に対応した形状である。
【００１９】
昇降機構２８は、造形テーブル２４を上下方向に移動させる機構、すなわち、造形テーブル２４を昇降させる機構である。昇降機構２８の構成は、特に限定されない。本実施形態では、昇降機構２８は、図示しないサーボモータとボールねじなどを備えている。例えば、サーボモータは、テーブル支持部材２５に接続されており、テーブル支持部材２５を介して、造形テーブル２４に接続されている。サーボモータが駆動することで、テーブル支持部材２５が支持空間２２において上下方向に移動する。そして、テーブル支持部材２５の上下方向の移動に伴い、造形テーブル２４は上下方向に移動する。
【００２０】
余剰粉末収容槽３０は、造形槽２０に供給された粉末材料５が敷詰ローラ５０によって造形槽２０に敷き詰められた際に、造形槽２０に収容しきれなかった粉末材料５が収容される槽である。余剰粉末収容槽３０には、敷詰ローラ５０によって除去された粉末材料５が収容される。本実施形態では、余剰粉末収容槽３０は、敷詰ローラ５０によって取り除かれた粉末材料５が収容される余剰空間３１を有している。余剰粉末収容槽３０は、本体１０の造形移動空間１６に配置されている。本実施形態では、余剰粉末収容槽３０は、造形槽２０の上流側（ここでは、左側）に設けられている。造形槽２０と余剰粉末収容槽３０とは、左右方向に並ぶように配置されている。造形槽２０と余剰粉末収容槽３０とは、隣接している。ここでは、造形槽２０と余剰粉末収容槽３０とは、一体的に形成されている。しかしながら、造形槽２０と余剰粉末収容槽３０は、別体で形成されており、余剰粉末収容槽３０は、造形槽２０に取り付けられていてもよい。
【００２１】
本実施形態では、図１に示すように、平面視において、造形槽２０の造形空間２１の前後方向の長さＬ１は、余剰粉末収容槽３０の余剰空間３１の前後方向の長さＬ２と同じである。しかしながら、造形空間２１の前後方向の長さＬ１は、余剰空間３１の前後方向の長さＬ２よりも短くてもよい。
【００２２】
図３に示すように、粉末供給部４０は、造形槽２０内に粉末材料５を供給するものである。本実施形態では、粉末供給部４０は、造形槽２０よりも上方に設けられている。言い換えると、粉末供給部４０は、本体１０の造形移動空間１６の上方に配置されている。なお、粉末供給部４０の構成は特に限定されない。本実施形態では、粉末供給部４０は、供給容器４２と、供給機構４４とを有している。
【００２３】
供給容器４２には、粉末材料５が収容される。供給容器４２は、造形移動空間１６の上方に配置されている。本実施形態では、図１に示すように、本体１０の上面には、上方に延びた供給支持部材４５が２つ設けられている。２つの供給支持部材４５は、前壁１２の上面および後壁１３の上面にそれぞれ配置されており、平面視において、造形移動空間１６を挟んで対向するように配置されている。ここでは、２つの供給支持部材４５には、架設部材４７が架け渡されている。図２に示すように、供給容器４２は、架設部材４７に設けられている。供給容器４２の形状は特に限定されない。本実施形態では、図３に示すように、供給容器４２の上部は、開口している。供給容器４２は、上部から下部に向かうにしたがって、左右方向の長さが短くなっている。供給容器４２は、上部から下部に向かうにしたがって、前後方向の長さが短くなっていてもよい。本実施形態では、供給容器４２の側面は、下方に向かうにしたがって供給容器４２の内側に向かって傾斜している。すなわち、供給容器４２は、上部から下部に向かうにしたがって、先細りしている。
【００２４】
本実施形態では、図１に示すように、供給容器４２の底面には、供給口４６が形成されている。図３に示すように、供給口４６は、造形移動空間１６の上方に位置している。供給口４６を通じて粉末材料５は、造形槽２０内の造形テーブル２４上に供給される。本実施形態では、図１に示すように、供給口４６は矩形状であるが、供給口４６の形状は特に限定されない。ここでは、供給口４６の前後方向の長さＬ３は、造形槽２０の造形空間２１の前後方向の長さＬ１以下である。また、供給口４６の前後方向の長さＬ３は、余剰粉末収容槽３０の余剰空間３１の前後方向の長さＬ２以下である。
【００２５】
図３に示すように、供給機構４４は、供給容器４２内の粉末材料５を造形槽２０に供給する機構である。供給機構４４の構成は、特に限定されない。本実施形態では、供給機構４４は、ロータリーバルブ４８と、第１駆動モータ４９とを有している。ロータリーバルブ４８は、供給容器４２の内部に配置されている。ここでは、ロータリーバルブ４８は、供給容器４２内の粉末材料５に埋もれた状態で、供給容器４２内に配置されている。第１駆動モータ４９は、ロータリーバルブ４８を回転させるものである。第１駆動モータ４９は、ロータリーバルブ４８に接続されている。図４は、三次元造形装置１００の正面断面図であり、粉末供給部４０の下方に造形槽２０が位置している状態を示す図である。ここでは、図４に示すように、供給容器４２の供給口４６の下方に造形槽２０が位置しているときに、第１駆動モータ４９が駆動することで、ロータリーバルブ４８は回転する。そして、ロータリーバルブ４８が回転することで、供給容器４２内において、粉末材料５が攪拌し、粉末材料５の一部が供給口４６を通じて、造形槽２０の造形空間２１に供給される。
【００２６】
敷詰ローラ５０は、造形槽２０に供給された粉末材料５を造形空間２１に敷き詰めるものである。敷詰ローラ５０は、造形槽２０に供給された粉末材料５のうち、余剰な粉末材料５を取り除くものである。敷詰ローラ５０は、造形槽２０内の粉末材料５によって形成された上層面を平滑化するものである。本実施形態では、敷詰ローラ５０は、本発明の「敷詰部材」の一例である。本実施形態では、敷詰ローラ５０は、本体１０の造形移動空間１６の上方に配置されている。敷詰ローラ５０は、供給容器４２の供給口４６よりも下流側（ここでは、右側）に配置されている。また、図４に示すように、敷詰ローラ５０は、敷詰ローラ５０の下方に造形槽２０が位置しているとき、造形槽２０内の粉末材料５の一部が接触可能な高さに配置されている。ここでは、敷詰ローラ５０は、供給容器４２の供給口４６よりも下方に配置されている。本実施形態では、図１に示すように、本体１０の上面における供給口４６よりも下流側の位置には、支持部材５４が２つ設けられている。２つの支持部材５４は、前壁１２の上面および後壁１３の上面にそれぞれ配置されており、造形移動空間１６を挟んで対向するように配置されている。敷詰ローラ５０は、支持部材５４に回転可能に支持されている。しかしながら、敷詰ローラ５０は、支持部材５４に固定されていてもよい。
【００２７】
図３に示すように、敷詰ローラ５０は、前後方向に延びた回転軸５２を有する。回転軸５２を軸にして敷詰ローラ５０は回転する。ただし、この回転軸５２は、左右方向に延びた所定の直線Ｌ１０（図１参照）に対して、斜めに延びた軸であってもよい。回転軸５２は、左右方向に延びた所定の直線Ｌ１０と交差する軸である。
【００２８】
本実施形態では、図１に示すように、敷詰ローラ５０の前後方向の長さＬ４は、造形槽２０の造形空間２１の前後方向の長さＬ１以上である。ただし、敷詰ローラ５０の前後方向の長さＬ４は、造形空間２１の前後方向の長さＬ１よりも短くてもよい。この場合、敷詰ローラ５０の長さＬ４は、造形対象の三次元造形物３の前後方向の長さよりも長い方が好ましい。本実施形態では、敷詰ローラ５０の前後方向の長さＬ４は、余剰粉末収容槽３０の余剰空間３１の前後方向の長さＬ２以上であり、供給容器４２の供給口４６の前後方向の長さＬ３以上である。
【００２９】
図５は、造形ヘッド６０およびインクヘッド６２の底面図である。図５は、造形ノズル列６５およびインクノズル列６７のそれぞれの前後方向の長さＬ５、Ｌ６と、造形空間２１の前後方向の長さＬ１との関係を示す図である。図５に示すように、造形ヘッド６０およびインクヘッド６２は、粉末材料５に液を吐出するものである。本実施形態では、造形ヘッド６０およびインクヘッド６２は、いわゆる、ラインヘッドと呼ばれるものである。ここで、「ラインヘッド」とは、造形ヘッド６０およびインクヘッド６２が、造形テーブル２４（図３参照）に対して相対的に所定の方向に一回移動した際に液を吐出することで、１つの粉末硬化層が作製されるようなヘッドのことをいう。
【００３０】
造形ヘッド６０は、造形槽２０の造形空間２１内の粉末材料５に硬化液を吐出する。ここでは、造形ヘッド６０は、造形槽２０に収容された粉末材料５のうち、断面画像に沿った断面形状に対応する領域に硬化液を吐出する。本実施形態では、造形ヘッド６０の底面には、前後方向に並んだ複数のノズルである造形ノズル６４が形成されている。複数の造形ノズル６４から硬化液が吐出される。ここでは、複数の造形ノズル６４の列のことを造形ノズル列６５と称する。なお、造形ノズル列６５は、左右方向に延びた所定の直線Ｌ１０（図１参照）に対して、斜めに延びた列であってもよい。造形ノズル列６５は、左右方向に延びた所定の直線Ｌ１０と交差する列である。なお、本実施形態では、造形ノズル６４は本発明の「ノズル」に対応し、造形ノズル列６５は本発明の「ノズル列」に対応する。
【００３１】
複数のインクヘッド６２は、造形槽２０の造形空間２１内の粉末材料５にインクを吐出する。本実施形態では、複数のインクヘッド６２は、造形槽２０内の粉末材料５のうち、硬化液が吐出された領域であって、断面画像に沿った断面形状に対応する領域にインクを吐出する。複数のインクヘッド６２は、それぞれ異なる色のインクを吐出する。各インクヘッド６２から吐出されるインクは、例えば、シアンインク、マゼンタインク、イエローインク、ライトシアンインク、ライトマゼンタインク、および、ブラックインクなどのプロセスカラーインクと、ホワイトインク、メタリックインク、および、クリアインクなどの特色インクとのちの何れかのインクである。本実施形態では、各インクヘッド６２の底面には、前後方向に並んだ複数のノズルであるインクノズル６６が形成されている。これらインクノズル６６からインクが吐出される。ここでは、各インクヘッド６２における複数のインクノズル６６の列のことをインクノズル列６７と称する。なお、インクノズル列６７は、左右方向に延びた所定の直線Ｌ１０（図１参照）に対して、斜めに延びた列であってもよい。インクノズル列６７は、左右方向に延びた所定の直線Ｌ１０と交差する列である。
【００３２】
本実施形態では、造形ヘッド６０の数は１つであり、インクヘッド６２の数は３つである。しかしながら、造形ヘッド６０の数は複数であってもよい。インクヘッド６２の数は特に限定されず、インクヘッド６２は省略することが可能である。本実施形態では、造形ヘッド６０および複数のインクヘッド６２は、本体１０の造形移動空間１６（図３参照）の上方に配置されている。造形ヘッド６０と複数のインクヘッド６２とは、左右方向に並んで配置されている。本実施形態では、造形ヘッド６０は、複数のインクヘッド６２よりも上流側に配置されている。しかしながら、造形ヘッド６０は、複数のインクヘッド６２よりも下流側に配置されていてもよい。造形ヘッド６０および複数のインクヘッド６２は、供給容器４２の供給口４６（図３参照）よりも下流側であって、敷詰ローラ５０（図３参照）よりも下流側に配置されている。本実施形態では、図１に示すように、２つの支持部材５４における敷詰ローラ５０を支持している部位よりも下流側の部位には、ヘッド架設部材６８が架け渡されている。図３に示すように、このヘッド架設部材６８は、造形移動空間１６の上方に配置されている。ヘッド架設部材６８の中央部分には、ヘッドケース６９が設けられている。図５に示すように、造形ヘッド６０および複数のインクヘッド６２は、それぞれ造形ノズル６４およびインクノズル６６が下方に向かって露出するようにして、ヘッドケース６９に収容されている。
【００３３】
上述のように、造形ヘッド６０の造形ノズル列６５およびインクヘッド６２のインクノズル列６７は、それぞれ前後方向に延びた列である。ここでは、造形ノズル列６５の前後方向の長さＬ５とインクノズル列６７の前後方向の長さＬ６は、同じである。しかしながら、造形ノズル列６５の長さＬ５は、インクノズル列６７の長さＬ６よりも長くてもよいし、短くてもよい。造形ノズル列６５の長さＬ５およびインクノズル列６７の長さＬ６は、造形空間２１の長さＬ１以下である。ここでは、造形ノズル列６５の長さＬ５およびインクノズル列６７の長さＬ６は、造形対象の三次元造形物３の前後方向の長さよりも長い。また、造形ノズル列６５の長さＬ５およびインクノズル列６７の長さＬ６は、余剰空間３１の長さＬ２以下である。ここでは、図示は省略するが、造形ノズル列６５の長さＬ５およびインクノズル列６７の長さＬ６は、供給口４６の長さＬ３（図１参照）以上であるが、供給口４６の長さＬ３未満であってもよい。また、造形ノズル列６５の長さＬ５およびインクノズル列６７の長さＬ６は、敷詰ローラ５０の長さＬ４（図１参照）以下であるが、敷詰ローラ５０の長さＬ４よりも長くてもよい。なお、本実施形態において、各ノズル列６５、６７の長さＬ５、Ｌ６とは、有効ノズル列長のことをいう。ここで、「有効ノズル列長」とは、ラインヘッドにおけるノズル列の許容される長さの範囲のことをいう。
【００３４】
図３に示すように、加熱機構７０は、造形槽２０の造形空間２１内の粉末材料５に熱を付与する機構である。言い換えると、加熱機構７０は、造形空間２１内の粉末材料５のうち、硬化液が塗布された粉末材料５を乾燥させる機構である。加熱機構７０は、本体１０の造形移動空間１６の上方に配置されている。加熱機構７０は、粉末供給部４０、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０およびインクヘッド６２よりも下流側に設けられている。なお、加熱機構７０の具体的な構成は特に限定されない。本実施形態では、加熱機構７０は、カバー７２と、マイクロ波照射機構７４とを備えている。図６は、三次元造形装置１００の正面断面図であり、加熱機構７０の下方に造形槽２０が位置している状態を示す図である。図６に示すように、カバー７２は、造形槽２０が加熱機構７０の下方に位置するとき、造形槽２０を覆うものである。カバー７２は、マイクロ波を遮蔽する役割を担う。また、カバー７２は、硬化液が塗布された粉末材料５が乾燥することで発生する高温の水蒸気が拡散することを防ぐ役割を担う。マイクロ波照射機構７４は、カバー７２内において、マイクロ波を発生させる機構である。マイクロ波照射機構７４は、造形槽２０が加熱機構７０の下方に位置しているとき、造形空間２１内の粉末材料５にマイクロ波を照射させる。マイクロ波照射機構７４は、カバー７２の内部に配置されている。
【００３５】
本実施形態では、図１に示すように、平面視において、造形槽２０、造形テーブル２４（図３参照）、余剰粉末収容槽３０、粉末供給部４０の供給口４６、敷詰ローラ５０、ヘッドケース６９（詳しくは、造形ヘッド６０（図５参照）、および、複数のインクヘッド６２（図５参照））、および、加熱機構７０は、左右方向に延びた所定の直線Ｌ１０上に配置されている。この直線Ｌ１０は、平面視において、本体１０の造形移動空間１６上に配置された線である。ここでは、平面視において、造形槽２０と、造形テーブル２４と、余剰粉末収容槽３０と、粉末供給部４０の供給口４６と、敷詰ローラ５０と、造形ヘッド６０と、複数のインクヘッド６２と、加熱機構７０とは、左右方向に並んで配置されている。
【００３６】
図３に示すように、移動機構８０は、粉末供給部４０、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、インクヘッド６２および加熱機構７０に対して造形槽２０を相対的に左右方向、すなわち、行き方向Ｄ１および帰り方向Ｄ２に移動させる機構である。本実施形態では、移動機構８０は、造形移動空間１６内において造形槽２０を左右方向に移動させることで、粉末供給部４０、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、インクヘッド６２および加熱機構７０に対して造形槽２０を相対的に移動させている。ここでは、移動機構８０は、造形槽２０と共に余剰粉末収容槽３０を左右方向に移動させる。なお、本実施形態では、移動機構８０は、造形槽２０を行き方向Ｄ１および帰り方向Ｄ２に移動させるように構成されているが、造形槽２０を行き方向Ｄ１に移動させ、帰り方向Ｄ２には移動させないように構成されていてもよい。この場合、造形槽２０の帰り方向Ｄ２への移動は、手動で行われる。移動機構８０の具体的な構成は特に限定されない。本実施形態では、移動機構８０は、ガイドレール８２と、第２駆動モータ８４とを備えている。
【００３７】
ガイドレール８２は、造形槽２０および余剰粉末収容槽３０における左右方向への移動をガイドするものである。本実施形態では、図１に示すように、ガイドレール８２は、本体１０の底壁１１に２つ設けられている。ただし、ガイドレール８２の設置位置および数は特に限定されない。例えば、ガイドレール８２は、本体１０の後壁１３の前面に設けられていてもよいし、本体１０の前壁１２の後面に設けられていてもよい。ガイドレール８２の数は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。図３に示すように、ガイドレール８２は、左右方向に延びている。本実施形態では、ガイドレール８２には、造形槽２０および余剰粉末収容槽３０が摺動可能に設けられている。そのため、造形槽２０および余剰粉末収容槽３０は、ガイドレール８２に沿って行き方向Ｄ１および帰り方向Ｄ２に移動可能である。第２駆動モータ８４は、余剰粉末収容槽３０を介して造形槽２０に電気的に接続されている。第２駆動モータ８４が駆動することで、造形槽２０および余剰粉末収容槽３０は、共に行き方向Ｄ１および帰り方向Ｄ２に移動する。
【００３８】
図７は、三次元造形装置１００のブロック図である。図７に示すように、制御装置９０は、造形槽２０内における三次元造形物３の造形の制御を行うものである。制御装置９０の構成は特に限定されない。制御装置９０は、例えば、マイクロコンピュータによって構成されている。制御装置９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵが実行するプログラムなどを格納したＲＯＭと、ＲＡＭなどを備えている。ここでは、制御装置９０は、マイクロコンピュータ内に保存されたプログラムを使用して、造形に関する制御を行う。本実施形態では、制御装置９０は、本体１０の内部に設けられている。
【００３９】
本実施形態では、制御装置９０は、昇降機構２８、粉末供給部４０の供給機構４４の第１駆動モータ４９、造形ヘッド６０、インクヘッド６２、加熱機構７０のマイクロ波照射機構７４、および、移動機構８０の第２駆動モータ８４に通信可能に接続されている。制御装置９０は、昇降機構２８、第１駆動モータ４９、造形ヘッド６０、インクヘッド６２、マイクロ波照射機構７４、および、第２駆動モータ８４を制御する。ここでは、制御装置９０は、昇降機構２８を制御することで、造形槽２０内において、造形テーブル２４の上下方向の移動を制御する。制御装置９０は、第１駆動モータ４９の駆動を制御して、ロータリーバルブ４８の回転を制御することで、供給容器４２（図３参照）内の粉末材料５における造形槽２０への供給量を制御する。制御装置９０は、造形ヘッド６０における硬化液を吐出するタイミングおよび硬化液の量を制御し、かつ、インクヘッド６２におけるインクを吐出するタイミングおよびインクの量を制御する。制御装置９０は、マイクロ波照射機構７４を制御することで、マイクロ波を照射するタイミングおよび強さなどを制御する。また、制御装置９０は、第２駆動モータ８４の駆動を制御することで、造形槽２０および余剰粉末収容槽３０の行き方向Ｄ１および帰り方向Ｄ２への移動を制御する。
【００４０】
本実施形態では、制御装置９０は、記憶部９１と、昇降制御部９２と、移動制御部９３と、供給制御部９４と、吐出制御部９５と、加熱制御部９６とを備えている。制御装置９０の各部は、プログラムによって実現されている。このプログラムは、例えばＣＤやＤＶＤなどの記録媒体から読み込まれるものであってもよい。なお、このプログラムは、インターネットを通じてダウンロードされるものであってもよい。また、これら各部は、プロセッサ、および、回路などによって実現可能なものであってもよい。
【００４１】
記憶部９１には、造形対象の三次元造形物３を所定の方向（例えば水平方向）に連続する複数の層をスライスした断面画像が記憶されている。昇降制御部９２は、造形槽２０の造形空間２１内において造形テーブル２４が昇降するように、昇降機構２８を制御する。ここでは、昇降制御部９２は、造形する粉末硬化層の所定の厚み（例えば０．１ｍｍ）分、造形テーブル２４を下げるように昇降機構２８を制御する。
【００４２】
移動制御部９３は、開始位置Ｐ１（図３参照）から停止位置Ｐ２（図６参照）へ造形槽２０が移動するように移動機構８０を制御する。ここで、開始位置Ｐ１とは、図３に示すように、本体１０の造形移動空間１６のうち、粉末供給部４０の供給口４６、敷詰ローラ５０、および造形ヘッド６０よりも上流側の位置のことをいう。本実施形態では、開始位置Ｐ１とは、造形槽２０が造形移動空間１６の最上流に配置されているときの造形槽２０の位置のことをいう。停止位置Ｐ２とは、図６に示すように、造形移動空間１６のうち、粉末供給部４０の供給口４６、敷詰ローラ５０、および造形ヘッド６０よりも下流側の位置のことをいう。本実施形態では、停止位置Ｐ２とは、造形槽２０が造形移動空間１６の最下流に配置されているときの造形槽２０の位置のことである。停止位置Ｐ２とは、加熱機構７０の下方に造形槽２０が配置されているときの造形槽２０の位置のことである。本実施形態では、移動制御部９３は、造形槽２０と共に余剰粉末収容槽３０を上流側から下流側、すなわち、行き方向Ｄ１に向かって移動させる。ここでは、移動制御部９３は、造形槽２０が開始位置Ｐ１から停止位置Ｐ２に移動している間、造形槽２０が停止しないように移動機構８０を制御する。また、ここでは、移動制御部９３は、造形槽２０および余剰粉末収容槽３０が停止位置Ｐ２から開始位置Ｐ１、すなわち、帰り方向Ｄ２へ移動するように移動機構８０を制御する。
【００４３】
供給制御部９４は、図４に示すように、粉末供給部４０の供給口４６の下方を造形槽２０が通過する際に、供給口４６から粉末材料５を造形槽２０に供給するように、供給機構４４の第１駆動モータ４９の駆動を制御する。吐出制御部９５は、造形ヘッド６０の下方を造形槽２０が通過する際に、造形ヘッド６０から硬化液を吐出させる。このとき、吐出制御部９５は、記憶部９１に記憶された断面画像の形状に沿って、造形ヘッド６０から硬化液を吐出させる。本実施形態では、吐出制御部９５は、複数のインクヘッド６２の下方を造形槽２０が通過する際に、複数のインクヘッド６２からインクを吐出させる。このとき、吐出制御部９５は、記憶部９１に記憶された断面画像の色情報に基づいて、複数のインクヘッド６２からインクを吐出させる。加熱制御部９６は、図６に示すように、加熱機構７０の下方、すなわち、加熱機構７０のカバー７２の下方に造形槽２０が位置しているときに、造形槽２０の造形空間２１に収容された粉末材料５に熱を付与するように、マイクロ波照射機構７４を制御する。
【００４４】
以上、三次元造形装置１００の構成について説明した。次に、三次元造形物３を造形する際の三次元造形装置１００の動作について説明する。本実施形態では、所望の三次元造形物３の断面形状を示す断面画像に沿った粉末硬化層を順次積層することで、所望の三次元造形物３を造形する。
【００４５】
本実施形態では、図３に示すように、造形開始時、造形移動空間１６の開始位置Ｐ１に造形槽２０が配置されている。この状態において、昇降制御部９２は、造形する粉末硬化層の厚み分、造形テーブル２４を下げる。このことで、造形テーブル２４の上方において、粉末硬化層の厚み分の高さの空間が形成される。その後、移動制御部９３は、造形槽２０および余剰粉末収容槽３０を開始位置Ｐ１から停止位置Ｐ２まで移動させる。このとき、移動制御部９３は、造形槽２０および余剰粉末収容槽３０が途中で停止しないように移動機構８０を制御する。ここでは、粉末供給部４０から粉末材料５が造形槽２０に供給される際、造形ヘッド６０から硬化液が吐出される際、および、複数のインクヘッド６２からインクが吐出される際、造形槽２０は停止していない。
【００４６】
本実施形態では、図４に示すように、造形槽２０が開始位置Ｐ１から停止位置Ｐ２へ移動している間に、粉末材料５の供給と、粉末材料５の敷き詰めと、硬化液およびインクの吐出が行われる。例えば、粉末供給部４０の供給口４６の下方を造形槽２０が通過する際、供給制御部９４は、第１駆動モータ４９を駆動させてロータリーバルブ４８を回転させることで、供給容器４２内の粉末材料５が供給口４６から造形槽２０の造形空間２１に供給される。その後、造形槽２０は下流側に移動しながら、敷詰ローラ５０によって粉末材料５が造形空間２１のうち造形テーブル２４の上方の空間に敷き詰められる。このとき、敷詰ローラ５０は回転しながら粉末材料５を敷き詰める。なお、敷詰ローラ５０によって造形テーブル２４の上方の空間から取り除かれた粉末材料５は、敷詰ローラ５０に押されながら、余剰粉末収容槽３０に収容される。
【００４７】
このように、敷詰ローラ５０によって粉末材料５が敷き詰められた後、造形槽２０の粉末材料５が敷き詰められた部分は、造形ヘッド６０および複数のインクヘッド６２の下方を通過する。このとき、吐出制御部９５は、記憶部９１に記憶された断面画像に基づいて、造形ヘッド６０から硬化液を吐出させると共に、複数のインクヘッド６２からインクを吐出させる。このことによって、断面画像に基づいた粉末硬化層が造形される。
【００４８】
その後、図６に示すように、造形槽２０は、停止位置Ｐ２に移動することで、加熱機構７０のカバー７２の下方に配置される。このとき、加熱制御部９６は、造形空間２１内の粉末材料５の硬化液が吐出された部分を硬化させるために、マイクロ波照射機構７４を制御する。以上のような動作にしたがって、１つの粉末硬化層が完成する。なお、その後、移動制御部９３は、造形槽２０が停止位置Ｐ２から開始位置Ｐ１、すなわち、帰り方向Ｄ２に向かって移動するように、移動機構８０を制御する。そして、造形槽２０が開始位置Ｐ１に到着した後、上述した動作が順に行われることで、次の粉末硬化層の造形が行われる。このように、粉末硬化層を順次積層することで、所望の三次元造形物３が造形される。
【００４９】
以上、本実施形態では、移動機構８０によって、造形槽２０が上流側から下流側へ移動している間に、粉末供給部４０による粉末材料５の供給、敷詰ローラ５０による粉末材料５の造形空間２１への敷き詰め、および、造形ヘッド６０による硬化液の吐出が順に行われる。ここでは、図４に示すように、粉末供給部４０による造形槽２０への粉末材料５の供給が完全に完了する前であっても、造形槽２０の造形空間２１のうち粉末材料５が供給された部分から順に、敷詰ローラ５０による粉末材料５の敷き詰めが行われる。また、敷詰ローラ５０による造形空間２１への粉末材料５の敷き詰めが完全に完了する前であっても、造形空間２１のうち粉末材料５の敷き詰めが完了した部分から順に、造形ヘッド６０による硬化液の吐出が行われる。よって、粉末材料５を供給する工程と、粉末材料５を敷き詰める工程と、硬化液を吐出する工程とが完全に区分けされた三次元造形装置と比較して、三次元造形物３を造形するために要する時間を短縮することができる。
【００５０】
本実施形態では、図１に示すように、平面視において、造形槽２０、造形テーブル２４（図３参照）、余剰粉末収容槽３０、粉末供給部４０の供給口４６、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２および加熱機構７０は、造形移動空間１６の上方において、左右方向に延びた所定の直線Ｌ１０上に配置されている。このことによって、造形槽２０を左右方向の上流側から下流側へ一直線に１回移動させるのみで、１つの粉末硬化層を造形することができる。よって、二次元の方向に制御することなく三次元造形物３を造形することができるため、三次元造形物３を造形する制御が複雑化することを抑制することができる。
【００５１】
本実施形態では、図３に示すように、本体１０内において、左右方向に延びた造形移動空間１６に造形槽２０が移動自在に収容されている。そして、粉末供給部４０の供給口４６、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２、および、加熱機構７０は、造形移動空間１６の上方に配置されている。このことによって、造形槽２０は、左右方向に延びた造形移動空間１６内を上流側から下流側へ移動する。そのため、造形移動空間１６によって造形槽２０の移動方向が規制されているため、造形槽２０を上流側から下流側へ確実に移動させることができる。また、本実施形態では、移動機構８０は、造形槽２０を移動させる。粉末供給部４０の供給口４６、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２、および、加熱機構７０は、本体１０に対して位置が相対的に固定されている。そのため、粉末供給部４０の供給口４６、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２、および、加熱機構７０に対する造形槽２０の相対的な移動の制御がし易い。
【００５２】
本実施形態では、制御装置９０の移動制御部９３は、造形槽２０が開始位置Ｐ１（図３参照）から停止位置Ｐ２（図６参照）へ移動している間、造形槽２０が停止しないように移動機構８０を制御する。このように、造形槽２０が停止することなく、上流側から下流側へ移動している間に、三次元造形物３を造形することができる。よって、三次元造形物３を造形するために要する時間をより短くすることができる。また、造形槽２０が上流側から下流側へ移動している間には、移動機構８０の第２駆動モータ８４の駆動と停止が交互に行われないため、移動機構８０の消費電力を削減することができる。
【００５３】
本実施形態では、供給制御部９４は、図４に示すように、粉末供給部４０の供給口４６の下方に造形槽２０が移動してきたときに、粉末供給部４０から造形槽２０に粉末材料５を供給する。吐出制御部９５は、造形ヘッド６０の下方に造形槽２０が移動してきたときに、造形ヘッド６０から硬化液を吐出し、複数のインクヘッド６２の下方に造形槽２０が移動してきたときに、複数のインクヘッド６２からインクを吐出する。このように、造形槽２０の上流側から下流側、すなわち、行き方向Ｄ１へ移動している途中で、粉末材料５の供給、硬化液の吐出、および、インクの吐出を行うことができる。よって、粉末硬化層を効率よく造形することができる。そして、粉末硬化層を積層することで、三次元造形物３を効率よく造形することができる。
【００５４】
本実施形態では、図１に示すように、供給口４６の前後方向の長さＬ３は、造形槽２０の造形空間２１の前後方向の長さＬ１以下である。供給口４６の長さＬ３は、粉末材料５が供給される前後方向の範囲である。よって、供給口４６から供給される粉末材料５が造形空間２１の外に供給され難くすることができる。
【００５５】
本実施形態では、図５に示すように、造形ヘッド６０の造形ノズル列６５の前後方向の長さＬ５、および、インクヘッド６２のインクノズル列６７の前後方向の長さＬ６は、造形空間２１の前後方向の長さＬ１以下である。造形ノズル列６５の長さＬ５は、硬化液が吐出可能な前後方向の範囲である。よって、造形ヘッド６０からの硬化液が造形空間２１の外に吐出され難くすることができる。また、インクノズル列６７の長さＬ６は、インクが吐出可能な前後方向の範囲である。よって、インクヘッド６２からのインクが造形空間２１の外に吐出され難くすることができる。
【００５６】
本実施形態では、図４に示すように、敷詰ローラ５０は、前後方向に延びた回転軸５２を中心に回転可能なローラである。このことによって、敷詰ローラ５０を回転させながら粉末材料５を造形槽２０の造形空間２１内に敷き詰めることができるため、より平坦な面を造形空間２１の上層面に形成することができる。
【００５７】
本実施形態では、図１に示すように、敷詰ローラ５０の前後方向の長さＬ４は、造形空間２１の前後方向の長さＬ１以上である。このことによって、造形空間２１の上層面を敷詰ローラ５０が確実に通過することができる。よって、造形空間２１の上層面のうち敷詰ローラ５０によって粉末材料５が敷き詰められない部分が存在することを防止することができる。
【００５８】
本実施形態では、造形槽２０の上流側には余剰粉末収容槽３０が設けられている。造形槽２０は、余剰粉末収容槽３０と共に上流側から下流側へ移動する。このことによって、敷詰ローラ５０によって造形槽２０から除かれた粉末材料５は、余剰粉末収容槽３０へ収容される。よって、余分な粉末材料が三次元造形装置１００の周りに散乱することを抑制することができる。
【００５９】
本実施形態では、造形ヘッド６０の下流側には、加熱機構７０が配置されている。このことによって、造形槽２０に収容された粉末材料５のうち、硬化液が吐出された粉末材料５を加熱機構７０によって効率よく乾燥させることができる。
【００６０】
以上、第１実施形態に係る三次元造形装置１００について説明した。本発明に係る三次元造形装置は、第１実施形態に係る三次元造形装置１００に限定されず、他の種々の形態で実施することができる。次に、他の実施形態について簡単に説明する。なお、以下の説明では、既に説明した構成と同様の構成には同じ符号を使用し、その説明は適宜省略する。
【００６１】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る三次元造形装置２００について説明する。第１実施形態では、図４に示すように、造形槽２０が上流側から下流側、すなわち、行き方向Ｄ１に移動する際に、粉末材料５が供給され、粉末材料５が造形空間２１に敷き詰められ、かつ、粉末材料５に硬化液およびインクが吐出されていた。すなわち、第１実施形態では、造形槽２０が上流側から下流側に移動する際に、三次元造形物３の造形が行われていた。しかしながら、第２実施形態に係る三次元造形装置２００では、造形槽２０が上流側から下流側に移動する際、および、造形槽２０が下流側から上流側に移動する際、すなわち、造形槽２０が行き方向Ｄ１および帰り方向Ｄ２に移動する際に、三次元造形物３の造形が行われる。
【００６２】
図８は、第２実施形態に係る三次元造形装置２００の正面断面図である。図８に示すように、三次元造形装置２００は、第１実施形態の三次元造形装置１００と同様に、本体１０と、造形空間２１を有する造形槽２０と、造形テーブル２４と、昇降機構２８と、余剰空間３１を有する余剰粉末収容槽３０と、粉末供給部４０と、敷詰ローラ５０と、造形ヘッド６０と、複数のインクヘッド６２と、移動機構８０と、制御装置９０（図７参照）とを備えている。本実施形態では、三次元造形装置２００は、更に、他の余剰粉末収容槽１３０と、他の粉末供給部１４０と、他の敷詰ローラ１５０と、他の加熱機構１７０を備えている。
【００６３】
本実施形態では、他の余剰粉末収容槽１３０は、他の敷詰ローラ１５０によって造形槽２０から除かれた粉末材料５が収容される。他の余剰粉末収容槽１３０は、粉末材料５が収容される余剰空間１３１を有している。ここでは、他の余剰粉末収容槽１３０は、本体１０の造形移動空間１６において、造形槽２０の下流側に設けられている。他の余剰粉末収容槽１３０は、造形槽２０および余剰粉末収容槽３０と共に、移動機構８０によって左右方向に移動可能である。
【００６４】
本実施形態では、他の粉末供給部１４０は、造形槽２０内に粉末材料５を供給するものである。なお、他の粉末供給部１４０は、粉末供給部４０と同様の構成をしているため、ここでの詳しい説明は省略する。本実施形態では、他の粉末供給部１４０は、供給口１４６が形成された供給容器１４２と、ロータリーバルブ１４８および駆動モータ１４９を有する供給機構１４４とを備えている。供給容器１４２は、本体１０から上方に延びた供給支持部材１４５に支持されている。なお、本実施形態では、他の粉末供給部１４０の供給口１４６は、本発明の「他の供給口」に対応している。本実施形態では、他の粉末供給部１４０の供給口１４６は、造形ヘッド６０およびインクヘッド６２よりも下流側に配置されている。ここでは、他の粉末供給部１４０の供給口１４６は、粉末供給部４０および敷詰ローラ５０よりも下流側に配置され、加熱機構７０よりも上流側に配置されている。また、他の粉末供給部１４０の供給口１４６は、本体１０の造形移動空間１６の上方に配置されている。
【００６５】
他の敷詰ローラ１５０は、他の粉末供給部１４０によって供給された粉末材料５を造形槽２０の造形空間２１に敷き詰めるものである。他の敷詰ローラ１５０は、平面視において、造形ヘッド６０と、他の粉末供給部１４０の供給口１４６との間に配置されている。本実施形態では、他の敷詰ローラ１５０は、粉末供給部４０、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０および複数のインクヘッド６２よりも下流側に配置され、かつ、他の粉末供給部１４０の供給口１４６よりも上流側に配置されている。また、他の敷詰ローラ１５０は、加熱機構７０よりも上流側に配置されている。他の敷詰ローラ１５０は、本体１０の造形移動空間１６の上方に配置されている。本実施形態では、他の敷詰ローラ１５０は、敷詰ローラ５０と同様の構成をしている。他の敷詰ローラ１５０は、前後方向に延びた回転軸１５２を有するローラであり、本体１０に対して回転可能に支持されている。
【００６６】
他の加熱機構１７０は、造形槽２０内の粉末材料５に熱を付与するものである。本実施形態では、他の加熱機構１７０は、粉末供給部４０、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２、加熱機構７０、他の粉末供給部１４０、および、他の敷詰ローラ１５０よりも上流側に配置されている。他の加熱機構１７０は、本体１０の造形移動空間１６の上方に配置されている。本実施形態では、他の加熱機構１７０は、加熱機構７０と同様の構成をしている。他の加熱機構１７０は、カバー１７２と、カバー１７２内に設けられたマイクロ波照射機構１７４とを備えている。
【００６７】
ここでは、平面視において、造形槽２０、造形テーブル２４、余剰粉末収容槽３０、粉末供給部４０、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２、加熱機構７０、他の余剰粉末収容槽１３０、他の粉末供給部１４０、他の敷詰ローラ１５０、および、他の加熱機構１７０は、左右方向に延び、かつ、造形移動空間１６の上方に配置された直線上に配置されている。言い換えると、平面視において、造形槽２０と、造形テーブル２４と、余剰粉末収容槽３０と、粉末供給部４０と、敷詰ローラ５０と、造形ヘッド６０と、複数のインクヘッド６２と、加熱機構７０と、他の余剰粉末収容槽１３０と、他の粉末供給部１４０と、他の敷詰ローラ１５０と、他の加熱機構１７０とは、左右方向に並んで配置されている。
【００６８】
本実施形態では、移動機構８０は、造形槽２０を、開始位置Ｐ１から停止位置Ｐ２、および、停止位置Ｐ２から開始位置Ｐ１へ移動可能に構成されている。すなわち、移動機構８０は、造形槽２０を行き方向Ｄ１および帰り方向Ｄ２に移動させる。
【００６９】
本実施形態では、図７の移動制御部９３によって、造形槽２０が開始位置Ｐ１から停止位置Ｐ２に移動している間に、粉末供給部４０によって粉末材料５が供給され、敷詰ローラ５０によって粉末材料５が敷き詰められる。その後、造形ヘッド６０によって硬化液が吐出され、かつ、複数のインクヘッド６２によってインクが吐出されることで、粉末硬化層が造形される。そして、造形槽２０が停止位置Ｐ２に到着した後、加熱機構７０によって造形槽２０の造形空間２１内の粉末材料５に熱が付与される。
【００７０】
以上のようにして、１つの粉末硬化層が造形された後、移動制御部９３は、造形槽２０を停止位置Ｐ２から開始位置Ｐ１へ移動させる。造形槽２０が停止位置Ｐ２から開始位置Ｐ１に移動している間に、次の粉末硬化層の造形が行われる。このとき、まず、造形槽２０が帰り方向Ｄ２に移動している間、他の粉末供給部１４０によって粉末材料５が造形槽２０の造形空間２１に供給され、他の敷詰ローラ１５０によって粉末材料５が造形空間２１内に敷き詰められる。このとき、他の敷詰ローラ１５０によって除かれた粉末材料５は、他の敷詰ローラ１５０に押されて、他の余剰粉末収容槽１３０の余剰空間１３１に収容される。その後、造形ヘッド６０によって硬化液が吐出され、かつ、複数のインクヘッド６２によってインクが吐出されることで、次の粉末硬化層が造形される。そして、造形槽２０が開始位置Ｐ１に到着した後、他の加熱機構１７０によって造形空間２１内の粉末材料５に熱が付与される。
【００７１】
以上のように、本実施形態では、造形槽２０が上流側から下流側に移動するときに、粉末硬化層が造形される。そして、造形槽２０が下流側から上流側に移動するときにも、粉末硬化層が造形される。よって、粉末硬化層をより効率的に造形することができる。したがって、三次元造形物３を造形する時間を短くすることができる。
【００７２】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る三次元造形装置３００について説明する。本実施形態では、第２実施形態と同様に、三次元造形装置３００は、造形槽２０が上流側から下流側に移動する際、および、造形槽２０が下流側から上流側に移動する際に、三次元造形物３の造形を行うことが可能である。
【００７３】
図９は、第３実施形態に係る三次元造形装置３００の正面断面図である。図９に示すように、三次元造形装置３００は、本体１０と、造形空間２１を有する造形槽２０と、造形テーブル２４と、昇降機構２８と、余剰空間３１を有する余剰粉末収容槽３０と、粉末供給部４０と、敷詰ローラ５０と、造形ヘッド６０と、複数のインクヘッド６２と、移動機構８０と、制御装置９０（図７参照）とを備えている。本実施形態では、三次元造形装置３００は、更に、他の余剰粉末収容槽２３０と、他の敷詰ローラ２５０と、他の造形ヘッド２６０と、複数の他のインクヘッド２６２と、他の加熱機構２７０を備えている。
【００７４】
本実施形態では、他の余剰粉末収容槽２３０は、第２実施形態の他の余剰粉末収容槽１３０と同様の構成であり、他の敷詰ローラ２５０によって造形槽２０の造形空間２１から除かれた粉末材料５が収容される。他の余剰粉末収容槽２３０は、粉末材料５が収容される余剰空間２３１を有している。ここでは、他の余剰粉末収容槽２３０は、造形槽２０の下流側に設けられている。他の余剰粉末収容槽２３０は、造形槽２０および余剰粉末収容槽３０と共に、移動機構８０によって左右方向に移動可能である。
【００７５】
他の敷詰ローラ２５０は、粉末供給部４０によって供給された粉末材料５を、造形槽２０の造形空間２１に敷き詰めるものである。他の敷詰ローラ２５０は、粉末供給部４０の供給口４６の上流側に配置されている。本実施形態では、他の敷詰ローラ２５０は、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２および加熱機構７０よりも上流側に配置されている。他の敷詰ローラ２５０は、本体１０の造形移動空間１６の上方に配置されている。ここでは、他の敷詰ローラ２５０は、敷詰ローラ５０と同様の構成をしている。すなわち、他の敷詰ローラ２５０は、前後方向に延びた回転軸２５２を有するローラであり、本体１０に対して回転可能に支持されている。
【００７６】
他の造形ヘッド２６０は、造形テーブル２４に載置された粉末材料５に硬化液を吐出する。他の複数のインクヘッド２６２は、造形テーブル２４に載置された粉末材料５にインクを吐出する。他の造形ヘッド２６０および他の複数のインクヘッド２６２は、造形移動空間１６の上方に配置されたヘッドケース２６９に設けられている。ここでは、本体１０の上面には、支持部材２５４が設けられており、支持部材２５４は、造形移動空間１６の上方に配置されたヘッド架設部材２６８を支持している。ヘッドケース２６９は、このヘッド架設部材２６８に設けられている。本実施形態では、他の造形ヘッド２６０および他の複数のインクヘッド２６２は、他の敷詰ローラ２５０の上流側に配置されている。ここでは、他の造形ヘッド２６０および他の複数のインクヘッド２６２は、粉末供給部４０、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２および加熱機構７０よりも上流側に配置されている。他の造形ヘッド２６０は、他の複数のインクヘッド２６２の上流側に配置されているが、他の複数のインクヘッド２６２の下流側に配置されていてもよい。本実施形態では、他の造形ヘッド２６０は、造形ヘッド６０と同様の構成をし、複数の他のインクヘッド２６２は、複数のインクヘッド６２と同様の構成をしている。他の造形ヘッド２６０には、前後方向に並んだ複数の造形ノズル６４（図５参照）が形成されている。各他のインクヘッド２６２には、前後方向に並んだ複数のインクノズル６６（図５参照）が形成されている。
【００７７】
他の加熱機構２７０は、造形槽２０の造形空間２１内の粉末材料５に熱を付与するものである。本実施形態では、他の加熱機構２７０は、粉末供給部４０、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２、加熱機構７０、他の敷詰ローラ２５０、他の造形ヘッド２６０、および、他の複数のインクヘッド２６２よりも上流側に配置されている。他の加熱機構２７０は、本体１０の造形移動空間１６の上方に配置されている。本実施形態では、他の加熱機構２７０は、加熱機構７０と同様の構成をしており、カバー２７２と、マイクロ波照射機構２７４とを備えている。
【００７８】
本実施形態では、平面視において、造形槽２０、造形テーブル２４、余剰粉末収容槽３０、粉末供給部４０、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２、加熱機構７０、他の余剰粉末収容槽２３０、他の敷詰ローラ２５０、他の造形ヘッド２６０、複数の他のインクヘッド２６２、および、他の加熱機構２７０は、左右方向に延び、かつ、造形移動空間１６の上方に配置された直線上に配置されている。言い換えると、平面視において、造形槽２０と、造形テーブル２４と、余剰粉末収容槽３０と、粉末供給部４０と、敷詰ローラ５０と、造形ヘッド６０と、複数のインクヘッド６２と、加熱機構７０と、他の余剰粉末収容槽２３０と、他の敷詰ローラ２５０と、他の造形ヘッド２６０と、複数の他のインクヘッド２６２と、他の加熱機構２７０は、左右方向に並んで配置されている。
【００７９】
本実施形態では、図７の移動制御部９３によって、造形槽２０が開始位置Ｐ１から停止位置Ｐ２に移動している間に、粉末供給部４０によって粉末材料５が供給され、敷詰ローラ５０によって粉末材料５が敷き詰められる。その後、造形ヘッド６０によって硬化液が吐出され、かつ、複数のインクヘッド６２によってインクが吐出されることで、粉末硬化層が造形される。そして、造形槽２０が停止位置Ｐ２に到着した後、加熱機構７０によって造形槽２０の造形空間２１内の粉末材料５に熱が付与される。
【００８０】
以上のようにして、１つの粉末硬化層が造形された後、移動制御部９３は、造形槽２０を停止位置Ｐ２から開始位置Ｐ１に移動させる。造形槽２０が停止位置Ｐ２から開始位置Ｐ１に移動している間に、次の粉末硬化層の造形が行われる。このとき、まず、造形槽２０が帰り方向Ｄ２に移動している間、粉末供給部４０によって粉末材料５が造形槽２０の造形空間２１に供給され、他の敷詰ローラ２５０によって粉末材料５が造形空間２１に敷き詰められる。このとき、他の敷詰ローラ２５０によって除かれた粉末材料５は、他の敷詰ローラ２５０に押されて、他の余剰粉末収容槽２３０の余剰空間２３１に収容される。その後、他の造形ヘッド２６０によって硬化液が吐出され、かつ、複数の他のインクヘッド２６２によってインクが吐出されることで、次の粉末硬化層が造形される。そして、造形槽２０が開始位置Ｐ１に到着した後、他の加熱機構２７０によって造形空間２１の粉末材料５に熱が付与される。
【００８１】
以上のように、本実施形態であっても、第２実施形態と同様に、造形槽２０が上流側から下流側に移動するとき、および、造形槽２０が下流側から上流側に移動するときに、粉末硬化層が造形される。よって、粉末硬化層をより効率的に造形することができる。したがって、三次元造形物３を造形する時間を短くすることができる。
【００８２】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態に係る三次元造形装置４００について説明する。図１０は、第４実施形態に係る三次元造形装置４００の一部を拡大した正面断面図である。本実施形態に係る三次元造形装置４００は、第１実施形態の三次元造形装置１００と同様の構成をしている。三次元造形装置４００は、本体１０と、造形空間２１を有する造形槽２０と、造形テーブル２４と、昇降機構２８と、余剰空間３１を有する余剰粉末収容槽３０と、粉末供給部４０と、敷詰ローラ５０と、造形ヘッド６０と、複数のインクヘッド６２と、移動機構８０と、制御装置９０とを備えている。本実施形態では、図１０に示すように、三次元造形装置４００は、更に、除去部材３０１を備えている。
【００８３】
除去部材３０１は、敷詰ローラ５０に付着した粉末材料５を敷詰ローラ５０から除去する部材である。本実施形態では、除去部材３０１は、敷詰ローラ５０の近傍の粉末材料５も除去することが可能である。ここで、「近傍の粉末材料」とは、例えば、敷詰ローラ５０の周辺を舞っている粉末材料５のことをいう。除去部材３０１は、敷詰ローラ５０に接触可能に設けられている。なお、敷詰ローラ５０の位置および形状などは特に限定されない。本実施形態では、除去部材３０１は、粉末供給部４０の供給容器４２に設けられている。除去部材３０１は、供給容器４２の右面から敷詰ローラ５０に向かって、右下方に向かって延びた板状の部材である。ここでは、除去部材３０１の下端部分が敷詰ローラ５０に接触可能である。なお、除去部材３０１の下端部分には、ブラシまたはゴムが設けられていてもよい。
【００８４】
本実施形態では、造形槽２０の造形空間２１内の粉末材料５を敷詰ローラ５０が敷き詰める際、敷詰ローラ５０は、回転軸５２を中心に回転する。このとき、敷詰ローラ５０に粉末材料５が付着した状態で、敷詰ローラ５０が回転することがあり得る。本実施形態では、敷詰ローラ５０が回転して、敷詰ローラ５０に付着した粉末材料５が除去部材３０１の下端部分に到達したとき、除去部材３０１によって粉末材料５が取り除かれる。よって、敷詰ローラ５０に付着した粉末材料５を取り除くことができる。
【００８５】
上記各実施形態では、敷詰ローラ５０は、回転可能なローラであった。しかしながら、敷詰ローラ５０は、本体１０に対して回転不能なローラであってもよい。上記各実施形態では、本発明の敷詰部材は、敷詰ローラ５０であった。しかしながら、本発明の敷詰部材は、敷詰ローラ５０に限定されない。例えば、本発明の敷詰部材は、造形移動空間１６の上方において、上下方向に延びた板状の部材であってもよい。この板状の部材は、可撓性を有する材質、例えばゴムによって形成されていてもよい。このように板状の部材であっても、造形槽２０の造形空間２１に粉末材料５を敷き詰めることができる。
【００８６】
上記各実施形態では、粉末供給部４０の供給口４６、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２および加熱機構７０の位置は本体１０に対して固定された状態で、移動機構８０によって造形槽２０が左右方向に移動することで、造形槽２０は、粉末供給部４０の供給口４６、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２および加熱機構７０に対して相対的に移動していた。しかしながら、移動機構８０は、粉末供給部４０の供給口４６、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２および加熱機構７０を一体的に左右方向に移動させることで、粉末供給部４０の供給口４６、敷詰ローラ５０、造形ヘッド６０、複数のインクヘッド６２および加熱機構７０に対して造形槽２０を相対的に移動させてもよい。この場合、造形槽２０の位置は固定されているとよい。
【００８７】
＜その他の発明＞
その他の発明に係る三次元造形装置は、造形槽と、造形テーブルと、粉末供給部と、敷詰部材と、造形ヘッドと、移動機構と、を備えている。前記造形槽は、粉末材料が収容される造形空間を有する。前記造形テーブルは、前記造形槽の前記造形空間内に配置され、前記粉末材料が載置される。前記粉末供給部は、前記造形槽の前記造形空間内に前記粉末材料を供給する供給口を有する。前記敷詰部材は、前記粉末供給部によって供給された前記粉末材料を前記造形空間に敷き詰める。前記造形ヘッドは、前記造形テーブルに載置された前記粉末材料に硬化液を吐出する。前記移動機構は、所定の第１方向の一方側を上流側とし、他方側を下流側としたとき、前記粉末供給部、前記敷詰部材および前記造形ヘッドに対して、前記造形槽を相対的に前記上流側から前記下流側へ少なくとも移動させる。前記粉末供給部の前記供給口は、前記敷詰部材および前記造形ヘッドの前記上流側に配置されている。前記敷詰部材は、前記造形ヘッドの前記上流側に配置されている。
【符号の説明】
【００８８】
５  粉末材料
２０  造形槽
２１  造形空間
２４  造形テーブル
３０  余剰粉末収容槽
４０  粉末供給部
４６  供給口
５０  敷詰ローラ（敷詰部材）
６０  造形ヘッド
７０  加熱機構
８０  移動機構
９０  制御装置
１００、２００、３００、４００  三次元造形装置
【図１】
2020023189.tif 000003
【図２】
2020023189.tif 000004
【図３】
2020023189.tif 000005
【図４】
2020023189.tif 000006
【図５】
2020023189.tif 000007
【図６】
2020023189.tif 000008
【図７】
2020023189.tif 000009
【図８】
2020023189.tif 000010
【図９】
2020023189.tif 000011
【図１０】
2020023189.tif 000012