(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形領域において、無機質もしくは有機質の粉末材料を層状に堆積させ光ビームを照射して硬化層を形成することを繰り返して三次元形状造形物を製造する方法において、
前記造形領域の外側から上方へと移動する移送部材を造形領域の外側の供給開始位置に配置させる工程(a) と、
造形領域の外側で移送部材の移動経路上に前記粉末材料を供給する工程(b) と、
移送部材を移動させ、前記粉末材料を造形領域の外側から造形領域へと移送して層状に堆積させる工程(c) と、
造形領域に移送され層状に堆積した粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する工程(d) とを含み、
前記工程(a) および工程(b) が、前記工程(d) の間に行われ、
前記工程(a) が、前記移送部材を、前記工程(b) に使用したあと、前記工程(d) における光ビームの照射領域を通過させずに、前記造形領域の下方を通過させて、前記供給開始位置に復帰させる
三次元形状造形物の製造方法。
【請求項２】
造形領域において、無機質もしくは有機質の粉末材料を層状に堆積させ光ビームを照射して硬化層を形成することを繰り返して三次元形状造形物を製造する方法において、
前記造形領域の外側から上方へと移動する移送部材を造形領域の外側の供給開始位置に配置させる工程(a) と、
造形領域の外側で移送部材の移動経路上に前記粉末材料を供給する工程(b) と、
移送部材を移動させ、前記粉末材料を造形領域の外側から造形領域へと移送して層状に堆積させる工程(c) と、
造形領域に移送され層状に堆積した粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する工程(d) とを含み、
前記工程(a) および工程(b) が、前記工程(d) の間に行われ、
前記工程(a) が、前記移送部材を、前記工程(b) に使用したあと、前記工程(d) における光ビームの照射領域を通過させずに、移送部材と前記工程(c) で移送部材を直線移動させる駆動機構とを一緒に、前記移送部材が造形領域から造形領域の側方に後退し造形領域に沿って前記供給開始位置の側方に移動し供給開始位置に復帰するように移動させて、前記供給開始位置に復帰させる
三次元形状造形物の製造方法。
【請求項３】
造形領域において、無機質もしくは有機質の粉末材料を層状に堆積させ光ビームを照射して硬化層を形成することを繰り返して三次元形状造形物を製造する方法において、
前記造形領域の外側から上方へと移動する移送部材を造形領域の外側の供給開始位置に配置させる工程(a) と、
造形領域の外側で移送部材の移動経路上に前記粉末材料を供給する工程(b) と、
移送部材を移動させ、前記粉末材料を造形領域の外側から造形領域へと移送して層状に堆積させる工程(c) と、
造形領域に移送され層状に堆積した粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する工程(d) とを含み、
前記工程(a) および工程(b) が、前記工程(d) の間に行われ、
前記工程(a) が、前記移送部材を、前記工程(b) に使用したあと、前記工程(d) における光ビームの照射領域を通過させずに、移送部材を、前記造形領域の端部で前記工程(c) における移送部材の移動方向と平行になるように折り畳み、造形領域の側方に沿って前記供給開始位置の側方まで移動させ、前記折り畳み状態から元の状態に戻して供給開始位置に配置して、前記供給開始位置に復帰させる
三次元形状造形物の製造方法。
【請求項４】
造形領域において、無機質もしくは有機質の粉末材料を層状に堆積させ光ビームを照射して硬化層を形成することを繰り返して三次元形状造形物を製造する方法において、
前記造形領域の外側から上方へと移動する移送部材を造形領域の外側の供給開始位置に配置させる工程(a) と、
造形領域の外側で移送部材の移動経路上に前記粉末材料を供給する工程(b) と、
移送部材を移動させ、前記粉末材料を造形領域の外側から造形領域へと移送して層状に堆積させる工程(c) と、
造形領域に移送され層状に堆積した粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する工程(d) とを含み、
前記工程(a) および工程(b) が、前記工程(d) の間に行われ、
前記工程(b) が、前記供給開始位置に配置された移送部材と造形領域との間の供給面に、複数層分の粉末材料を供給し、
前記工程(c) が、移送部材を造形領域から造形領域の外側に設けられた載置面まで移動させ、造形領域には１層分の粉末材料だけを層状に堆積させ、残りの粉末材料を載置面に移送し、その後、移送部材を載置面に移送された粉末材料の上方を通過させて粉末材料の外側に移送部材を配置し、
次回の工程(c) は、移送部材を元の方向に移動させて、載置面に移送された粉末材料を移送部材で造形領域へと移送して層状に堆積させる
三次元形状造形物の製造方法。
【請求項５】
造形領域において、無機質もしくは有機質の粉末材料を層状に堆積させ光ビームを照射して硬化層を形成することを繰り返して三次元形状造形物を製造する方法において、
前記造形領域の外側から上方へと移動する移送部材を造形領域の外側の供給開始位置に配置させる工程(a) と、
造形領域の外側で移送部材の移動経路上に前記粉末材料を供給する工程(b) と、
移送部材を移動させ、前記粉末材料を造形領域の外側から造形領域へと移送して層状に堆積させる工程(c) と、
造形領域に移送され層状に堆積した粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する工程(d) とを含み、
前記工程(a) および工程(b) が、前記工程(d) の間に行われ、
前記工程(a) が、前記移送部材として、造形領域と同形状の開口部が移動方向に沿って間隔をあけて多数配置された移送シートを用い、移送シートの一つの開口部を造形領域の外側に配置し、
前記工程(b) が、造形領域の外側で移送シートの開口部内に前記粉末材料を供給し、
前記工程(c) が、前記移送シートの移動させ、開口部内の粉末材料を造形領域の外側から造形領域へと移送して層状に堆積させる
三次元形状造形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元形状造形物の製造方法に関し、詳しくは、光ビームを利用して無機質または有機質の粉末を層状に連続的に硬化させて製造する三次元形状造形物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無機質粉末（金属）や有機質粉末（樹脂）に対して光ビーム（指向性エネルギービーム、レーザ）を照射して硬化させ、硬化層を積層して三次元形状造形物を製造する方法に関する従来技術が、特許第２６２０３５３号公報に示されている。
【０００３】
通常、上記方法により製造される部品の設計は、三次元ＣＡＤによって行われる。設計された三次元ＣＡＤモデルを所望の層厚みにスライスすることにより生成される各層の断面形状データをもとに、各層のレーザの経路が決定され、一層分の粉末が焼結（硬化）されると同時に、直前の層に対しても焼結（接合）され、連続して積み重ねることにより部品形状を製造する方法である。
【０００４】
この方法では、三次元ＣＡＤにより設計された形状が、従来このような三次元形状造形物の製造に使用されていたＣＡＭ装置がなくても製造可能である。また、従来の切削加工等の工法に比べて、迅速に所望の部品が製造できる点で大きなメリットがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記方法で製造された三次元形状造形物は、硬化させたい粉末材料をレーザビーム指向面に分与する際の材料供給機構の運動が往復運動のみであり、造形領域上部を通過することになるため、光ビーム照射中には材料供給機構は待機しておき、照射終了後に一旦は元に位置に復帰したあと、粉末供給動作を行う。そのため、材料供給工程時間が長くなり、それに伴い造形時間も長くなるという問題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、前記したレーザ光による硬化層を積層して三次元形状造形物を製造する方法において、従来技術が有する問題点を解消し、作業能率を向上させて、造形時間を短縮することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる三次元形状造形物の製造方法は、以下の基本的構成を備える。
造形領域において、無機質もしくは有機質の粉末材料を層状に堆積させ光ビームを照射して硬化層を形成することを繰り返して三次元形状造形物を製造する方法において、前記造形領域の外側から上方へと移動する移送部材を造形領域の外側の供給開始位置に配置させる工程(a) と、造形領域の外側で移送部材の移動経路上に前記粉末材料を供給する工程(b) と、移送部材を移動させ、前記粉末材料を造形領域の外側から造形領域へと移送して層状に堆積させる工程(c) と、造形領域に移送され層状に堆積した粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する工程(d) とを含み、前記工程(a) および工程(b) が、前記工程(d) の間に行われる。
上記基本的構成に、以下の技術的手段を組み合わせる。
【０００８】
〔組み合わせる技術手段〕
複数の移送部材を順次用いて、各層の粉末材料を造形領域へと移送することができる。
前記工程(a) が、前記移送部材を、前記工程(b) に使用したあと、前記工程(c) における光ビームの照射領域を通過させずに、前記供給開始位置に復帰させることができる。
【０００９】
前記移送部材を、前記工程（ｃ）  における移動面と同じ平面上でループ状に旋回移動させることができる。
前記移送部材を、前記造形領域の下方を通過させることができる。
前記移送部材の供給開始位置、前記粉末材料の供給位置、および、前記造形領域を同じ円周上に配置し、移送部材を上記円周に沿って旋回移動させ、前記工程（ａ）  が、工程（ｃ）  における移送部材の移動と同じ方向に移送部材を旋回させて、前記供給開始位置に復帰させることができる。
【００１０】
前記円周上の複数個所に造形領域を配置しておくことができる。
複数の移送部材を、同じ移動経路上を間隔をあけて順次移動させることができる。
複数の移送部材を等間隔で配置しておくことができる。
移送部材と前記工程（ｃ）  で移送部材を直線移動させる駆動機構とを一緒に、前記移送部材が造形領域から造形領域の側方に後退し造形領域に沿って前記供給開始位置の側方に移動し供給開始位置に復帰するように移動させることができる。
【００１１】
移送部材を、前記造形領域の端部で前記工程（ｃ）  における移送部材の移動方向と平行になるように折り畳み、造形領域の側方に沿って前記供給開始位置の側方まで移動させ、前記折り畳み状態から元の状態に戻して供給開始位置に配置することができる。
前記工程（ｂ）  が、前記供給開始位置に配置された移送部材と造形領域との間の供給面に、１層分の粉末材料を供給することができる。
【００１２】
前記１層分の粉末材料が収容された複数台のコンテナを、前記供給面の上方に循環移動させ、各コンテナから供給面へ順次粉末材料を供給することができる。
前記工程（ｂ）  が、前記供給開始位置に配置された移送部材と造形領域との間の供給面に、複数層分の粉末材料を供給し、前記工程（ｃ）  が、移送部材を造形領域から造形領域の外側に設けられた載置面まで移動させ、造形領域には１層分の粉末材料だけを層状に堆積させ、残りの粉末材料を載置面に移送し、その後、移送部材を載置面に移送された粉末材料の上方を通過させて粉末材料の外側に移送部材を配置し、次回の工程（ｃ）  は、移送部材を元の方向に移動させて、載置面に移送された粉末材料を移送部材で造形領域へと移送して層状に堆積させることができる。
【００１３】
前記工程（ａ）  が、前記移送部材として、造形領域と同形状の開口部が移動方向に沿って間隔をあけて多数配置された移送シートを用い、移送シートの一つの開口部を造形領域の外側に配置し、前記工程（ｂ）  が、造形領域の外側で移送シートの開口部内に前記粉末材料を供給し、前記工程（ｃ）  が、前記移送シートの移動させ、開口部内の粉末材料を造形領域の外側から造形領域へと移送して層状に堆積させることができる。
【００１４】
前記工程（ａ）  および工程（ｂ）  が、移送部材として、前記粉末材料が収容され下面に造形領域と同形状の供給口を有する移送容器を用い、移送容器を造形領域の外側に配置された待機面上に配置し、前記工程（ｃ）  が、移送容器を造形領域の上に移動させ、移送容器の供給口から粉末材料を造形領域に落下させたあと、移送容器を造形領域の外側に移動させることで、造形領域に粉末材料を層状に堆積させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
〔基本工程〕
図１（ａ）  〜（ｄ）  は、本発明の実施形態となる三次元形状造形物の製造方法を段階的に示している。
図１（ａ）  に示すように、造形に用いる粉末材料Ｐが収容されたタンク状の供給部１０と、供給部１０に隣接して造形領域を構成する同様のタンク状をなす造形部２０とを備えている。供給部１０および造形部２０は同じ平面形状をなしている。
【００１６】
供給部１０の底面１２は昇降自在である。造形部２０の底面２４も昇降自在である。造形部２０の底面２４の上には板状の造形台２２が配置されており、造形台２２の上に粉末材料Ｐを光硬化させてなる硬化層Ｍが順次積み重ねられて造形物が製造される。
移送ブレード３０は、供給部１０および造形部２０の内幅よりも長い細幅の板状をなし、供給部１０の外側から供給部１０および造形部２０の上方を通過して造形部２０の外側まで水平移動する。
【００１７】
作業の開始時には、移送ブレード３０は、供給部１０の外側に配置される。この位置が待機位置あるいは移動開始位置となる。造形部２０では、先に形成され積み重ねられた硬化層Ｍの上面を造形部２０の上端よりも少し下げている。供給部１０では、供給部１０の上端よりも少し高い位置まで粉末材料Ｐが配置されている。
【００１８】
この状態で、移送ブレード３０を供給部１０から造形部２０のほうに水平移動させる。
図１（ｂ）  に示すように、供給部１０の上端よりも高い部分の粉末材料Ｐが、移送ブレード３０に押し動かされて、造形部２０の内部に移送される。移送ブレード３０の下端で均されるので、造形部２０に供給された粉末材料Ｐは、薄い層状に堆積する。造形部２０に粉末材料Ｐを供給し終えた移送ブレード３０は、造形部２０の外側まで移動する。
【００１９】
図１（ｃ）  に示すように、造形部２０の上面に光ビームＬを所定のパターン状に照射することで、粉末材料Ｐを硬化させ、新たな硬化層Ｍを形成する。
この光照射工程の間に、次回の作業に用いる移送ブレード３０を、供給部１０の外側の待機位置に用意しておく。ここで用意する移送ブレード３０は、先に使用した移送ブレード３０を戻してきたものであってもよいし、新たに別の移送ブレード３０を用意してもよい。先に使用した移送ブレード３０を戻す際には、移送ブレード３０が、光ビームＬの照射領域に入らないようにして元の位置まで移動させる。
【００２０】
供給部１０では、底面１２を上昇させて、次回に造形部２０に供給するための粉末材料Ｐを用意しておく。
図１（ｄ）  に示すように、光ビームＬの照射が完了したあと、造形部２０の底面２４を下降させて、次回に粉末材料Ｐが供給される空間を設けておく。
上記のような工程を繰り返すことで、造形部２０の成形台２２の上には、複数層の硬化層Ｍが積み重ねられ、所望の三次元形状を有する造形物が得られることになる。
【００２１】
上記方法において、粉末材料Ｐとしては、例えば平均粒径約２０μｍの球形をなす鉄粉が使用できる。光ビームＬとしては、例えばＹＡＧレーザが使用できる。硬化層Ｍの１層分の厚みは、例えば０．１ｍｍとする。移送ブレード３０には、鉄製の平板が使用される。
上記実施形態では、光照射工程の間に、移送ブレード３０の供給開始位置への配置および次回使用する粉末材料Ｐの配置が行われるので、光照射工程が完了したあと、直ぐに移送ブレード３０の移動による造形部２０への粉末材料Ｐの供給が開始できる。
【００２２】
その結果、造形時間が短縮化され、作業が効率化する。
〔複数の移送ブレード〕
図２に示す実施形態は、前記実施形態と基本的な製造工程は共通するが、移送ブレードを複数用いる点が異なる。
図２（ａ）  に示すように、直方体のタンク状をなす供給部１０と造形部２０とが並んで配置されている。供給部１０と造形部２０の下方には、それぞれの底面１２、２４〔図２（ｂ）  参照〕を昇降作動させるための駆動モータ１６、２６を備える。
【００２３】
供給部１０および造形部２０の上面側方に沿って直線状のガイドレール４０が設けられている。ガイドレール４０には多数の幅板状をなす移送ブレード３０の一端が取り付けられている。移送ブレード３０は、ガイドレール４０に沿って、供給部１０および造形部２０の上方空間を平行移動する。ガイドレール４０には多数の移送ブレード３０を個別に作動させる駆動機構を備えている。
【００２４】
図２（ｂ）  にも示すように、造形作業の開始時には、多数の移送ブレード３０は全て、供給部１０の外側に待機させておく。
まず、１枚の移送ブレード３０を供給部１０から造形部２０へと移動させ、粉末材料Ｐの供給を行い、１層分の硬化層Ｍの形成が行われる。具体的な作業は前記実施形態と共通するので説明を省略する。
【００２５】
粉末材料Ｐの供給を終えた移送ブレード３０は、造形部２０の外側に配置される。
供給部１０の外側の待機位置には、次の移送ブレード３０が待機しているので、直ぐに移送ブレード３０の移動による粉末材料Ｐの移送を開始することができる。
【００２６】
この方法では、供給部１０の外側に待機させておく移送ブレード３０の枚数分だけ連続して、上記工程を繰り返すことができる。待機している移送ブレード３０が無くなれば、作業を一時的に中断して、造形部２０の外側に移動した全ての移送ブレード３０を元の待機位置に戻せばよい。
この待機位置への戻し作業は、多数の移送ブレード３０をまとめて移動させるので、１枚づつあるいは１回の硬化工程毎に移送ブレード３０を待機位置に戻す作業を行うのに比べて、全体の作業時間が削減され、作業効率が向上し、造形時間が短くなる。
【００２７】
〔移送ブレードの復帰〕
図３に示す実施形態は、１枚の移送ブレード３０を繰り返し使用する。
供給部１０および造形部２０の側方に、長円形のループ状をなすガイドレール４０が配置されている。ガイドレール４０には、移送ブレード３０の一端が取り付けられており、移送ブレード３０をガイドレール４０の長円形ループに沿って水平面内で旋回移動させることができる。ガイドレール４０には、駆動用のモータ４２を備えている。
【００２８】
この実施形態では、造形部２０への粉末材料Ｐの供給を終えた移送ブレード３０が、造形部２０の外側まで移動したあと、ガイドレール４０の経路にしたがって、ループ状に移動し、造形部２０および供給部１０の側方の裏側を通って、供給部１０の外側の供給開始位置に戻る。
移送ブレード３０の復帰動作は、造形部２０の上方空間を通らないので、光照射工程の邪魔にならない。光照射工程と同時に復帰作業を行うことができる。
【００２９】
その結果、前記同様に作業効率の向上あるいは造形時間の短縮が達成される。
上記実施形態において、移送ブレード３０の位置制御は、ガイドレール４０を駆動するモータ４２の回転位置制御によって行うことができる。また、供給開始位置に移送ブレード３０が配置されたことや、造形部２０に粉末材料Ｐが供給されたことなどを検知するセンサを備えておいて、センサからの情報に基づいて、移送ブレード３０の動作を制御することもできる。
【００３０】
〔垂直ループ運動〕
図４に示す実施形態は、移送ブレード３０を垂直ループ運動によって供給開始位置に復帰させる。
ガイドレール４０は、供給部１０および造形部２０の側方に沿って延びるとともに、造形部２０の外側で下方に湾曲し、供給部１０および造形部２０の下方を逆方向に延びたあと上方に湾曲して、供給部１０の供給開始位置の側方に戻る、垂直面内に配置された長円形ループを構成している。
【００３１】
移送ブレード３０は、供給部１０から造形部２０の上方を水平に移動したあと、供給部１０および造形部２０の下側を通って供給部１０の外側の供給開始位置に戻ることになる。
上記実施形態では、前記実施形態の水平ループ構造に比べて、装置の設置に要する水平面積を小さくできる。
【００３２】
〔移送ブレード３０の回転移動〕
図５に示す実施形態では、移送ブレード３０を一つの中心回りに旋回運動させる。
供給部１０および造形部２０が同じ円周上に配置されている。具体的には、円形面を、複数の四分円あるいは扇形に分割して、その一つに供給部１０、隣接する別の一つに造形部２０を配置している。
【００３３】
移送ブレード３０は、供給部１０および造形部２０の中心位置に旋回自在に支持されていて、駆動モータ３４によって回転させられる。
供給部１０から造形部２０へと新たな粉末材料Ｐを供給する際は、円周方向で供給部１０の外側（図の手前側）に移送ブレード３０を配置しておく。この位置が供給開始位置あるいは待機位置となる。移送ブレード３０を供給部１０から造形部２０へと水平旋回させることで、供給部１０の粉末材料Ｐが造形部２０へと供給される。
【００３４】
造形部２０への粉末材料Ｐの供給が完了すると、移送ブレード３０は、円周方向で造形部２０の外側に出る。移送ブレード３０を同じ方向にそのまま旋回させれば、移送ブレード３０は前記した最初の供給開始位置あるいは待機位置へと戻ってくる。
上記実施形態では、移送ブレード３０の移動動作が、一つの中心回りに旋回させるだけで良いので、簡単な構造で確実な動作が可能である。無駄な動きが少ないので、迅速な動作が可能である。
【００３５】
さらに、移送ブレード３０で造形部２０に粉末材料Ｐを供給したときに余った粉末材料Ｐは、移送ブレード３０の旋回によって押し動かされ再び供給部１０に戻すことができ、粉末材料Ｐを有効に利用することができる。
図６に示す実施形態は、上記実施形態と基本的な構造は共通するが、供給部１０と造形部２０とを、円周上に２個所づつ対象的に配置している。この実施形態では、２個所の造形部２０で同時に造形物を製造することができる。
【００３６】
〔複数の移送ブレードの循環（１）〕
図７に示す実施形態は、ガイドレールを用いて複数の移送ブレードを循環使用する。
基本的な装置構成は、前記図３の実施形態と共通している。
ループ状のガイドレール４０には、一定間隔毎に複数枚、この場合には４枚の移送ブレード３０が取り付けられている。
【００３７】
一つの移送ブレード３０で供給部１０から造形部２０に粉末材料Ｐを供給し、移送ブレード３０が造形部２０の外側に来たときには、次の新たな移送ブレード３０が供給部１０の外側の待機位置あるいは供給開始位置に配置されている。この状態から、直ぐに、次回の粉末材料Ｐ供給工程を開始することができる。
各移送ブレード３０の配置間隔および移動速度などを適切に設定すれば、移送ブレード３０を全く停止させることなく、継続的に移動させながら、硬化層Ｍの形成工程を繰り返して造形物を製造することも可能になる。この場合、供給部１０の外側における移送ブレード３０の待機時間を実質的に無くすこともできる。
【００３８】
上記実施形態では、複数の移送ブレードを用いることで、１枚の移送ブレードだけを使用するのに比べて、作業効率が向上し、造形時間のさらなる短縮が図れる。
供給部１０および造形部２０を、ループ状ガイドレール４０の反対側で対象位置にも配置しておけば、ガイドレール４０の両側の直線部分でそれぞれ別の造形物を同時に製造することができ、作業効率がさらに向上する。
【００３９】
〔複数の移送ブレードの循環（２）〕
図８に示す実施形態は、前記実施形態で説明した複数の移送ブレードを循環使用する技術を、垂直ループ状のガイドレール構造に適用した場合である。
供給部１０および造形部２０の上方から下方へと垂直ループ状に配置されたガイドレール４０に対して、間隔をあけて複数の移送ブレード３０が取り付けられている。移送ブレード３０の枚数は６枚に設定されている。
【００４０】
この実施形態でも、１枚の移送ブレード３０が造形部２０を通過すれば、直ぐに次の移送ブレード３０が供給部１０の供給開始位置に来ているので、作業効率を向上させて、造形時間を短縮することができる。
〔駆動機構の移動〕
図９に示す実施形態は、移送ブレードを支持して駆動させる駆動機構すなわちガイドレールを移動させて、移送ブレードの復帰動作を行わせる。
【００４１】
図９（ａ）  に示すように、供給部１０および造形部２０の側方に沿って配置され移送ブレード３０を支持するガイドレール４０が、供給部１０および造形部２０に対して、近づいたり遠ざかったりする方向すなわち移送ブレート３０の移動方向と直交する方向に平行運動をする。
供給部１０の粉末材料Ｐを造形部２０に供給する動作〔▲１▼〕を行った移送ブレード３０が、造形部２０の端部まで移動すると、ガイドレール４０を供給部１０および造形部２０から遠ざかる方向に移動させる〔▲２▼〕。
【００４２】
図９（ｂ）  に示すように、移送ブレード３０は、供給部１０および造形部２０の側方に離れて配置されることになる。
この状態で、ガイドレール４０に沿って移送ブレード３０を元の方向に移動させる〔▲３▼〕。移送ブレート３０は造形部２０および供給部１０の側方を移動するので、造形部２０で行われる光照射工程の邪魔にはならない。
【００４３】
移送ブレード３０が供給部１０の外側の供給開始位置に対応する位置まで移動したあと、ガイドレール４０を供給部１０および造形部２０に近づく方向に移動させる〔▲４▼〕。そうすると、移送ブレード３０は、供給部１０の外側の供給開始位置に配置され、次の粉末材料Ｐの供給作業を開始することができる。
上記実施形態は、前記した図３や図４のように移動ブレード３０をループ状に旋回させる構造と共通する作用効果が達成される。但し、移送ブレード３０のおよびガイドレール４０の動作を直交する方向への直線運動を組み合わせている点が異なる。装置構造や設置スペース等の条件に合わせて何れか有利なほうの構造を採用すればよい。
【００４４】
〔移送ブレードの折り畳み〕
図１０に示す実施形態は、移送ブレードを折り畳んで供給開始位置に復帰させる。
図１０（ａ）  に示すように、供給部１０および造形部２０の側方に直線状のガイドレール４０が設けられている。ガイドレール４０には移送ブレード３０が取り付けられている。
【００４５】
但し、移送ブレード３０は、ガイドレール４０に対して直交する方向で、供給部１０や造形部２０の上方に延びた状態と、ガイドレール４０と平行に折り畳まれた状態とを変更自在に取り付けられている。
図１０（ａ）  に示すように、移送ブレード３０をガイドレール４０から直交する方向に延ばした状態で、供給部１０から造形部２０の上方を移動させれば〔▲１▼〕、造形部２０への粉末材料Ｐの供給が行える。
【００４６】
造形部２０の端部まで移動した移送ブレード３０は、外側に旋回するようにして折り畳まれる〔▲２▼〕。
この折り畳み状態で、移送ブレード３０をガイドレール４０に沿って供給部１０の方向に移動させる。ガイドレール４０と平行に折り畳まれた移送ブレード３０は、造形部２０や供給部１０の上方を通過しないので、光照射工程の邪魔にならない。
【００４７】
図１０（ｂ）  に示すように、ガイドレール４０を供給部１０の外側まで移動した折り畳み状態の移送ブレード３０は、再びガイドレール４０から直交する方向に延びるように旋回させられる〔▲４▼〕。移送ブレード３０が旋回した状態は、供給部１０の外側で前記供給開始位置あるいは待機位置に配置されることになる。
上記実施形態では、供給部１０および造形部２０の側方にガイドレール４０の幅に相当するだけのスペースがあれば、装置を構成することができる。前記したループ状のガイドレールなどに比べて、装置スペースが少なくて済む。
【００４８】
〔粉末材料のノズル供給〕
図１１に示す実施形態は、前記実施形態における供給部１０の代わりに供給ノズルを用いて粉末材料Ｐを供給する。
図１１（ａ）  に示すように、造形部２０の側方には、造形部２０の上端面に続く平坦な供給面５０が配置されている。造形部２０の側方に沿って、移送ブレード３０を取り付けたガイドレール４０が配置されているのは前記実施形態と共通している。
【００４９】
ガイドレール４０の上部に粉末供給装置６０が取り付けられている。粉末供給装置６０は、垂直方向に延びる垂直ガイド６６および垂直ガイド６６に沿って昇降し、移送ブレード３０と同じ方向に延びる水平ガイド６４、水平ガイド６４に沿って摺動自在に取り付けられた供給ノズル６２を有している。供給ノズル６２は、別の位置に設けられた粉末供給源からホースを介して粉末材料Ｐが供給され、供給ノズル６２の先端から吐出する。
【００５０】
図１１（ｂ）  にも示すように、造形部２０の片側の供給面５０に移送ブレード３０が配置された状態で、移送ブレード３０と造形部２０との間で供給面５０の上方に供給ノズル６２を配置する。供給ノズル６２から粉末材料Ｐを吐出しながら、供給ノズル６２を移送ブレード３０と平行な方向に移動させる。図１１（ａ）  に示すように、造形部２０の端辺と移送ブレード３０に沿って畝状に粉末材料Ｐが堆積する。
【００５１】
粉末材料Ｐの供給が終われば、供給ノズル６２を上方に退避させる。移送ブレード３０を造形部２０の上方を横断するように移動させれば、供給面５０上の粉末材料Ｐは造形部２０に供給されて層状に堆積する。その後、移送ブレード３０は元の方向に移動させて、供給面５０の上に戻しておく。
造形部２０に堆積された層状の粉末材料Ｐに光ビームＬを照射して硬化層Ｍを形成するのは、前記実施形態と同様である。このとき、移送ブレード３０は、造形部２０の外側まで移動しているので、光照射工程の邪魔にはならない。
【００５２】
このような工程を繰り返すことで、硬化層Ｍが積み重ねられた造形物が得られることになる。
上記実施形態では、移送ブレード３０は造形部２０の直ぐそばの供給面５０まで移動させればよいので、前記した供給部１０を用いる技術で移送ブレード３０を供給部１０の外側まで移動させるのに比べて、移送ブレード３０の移動距離および時間を削減できる。
【００５３】
図１１（ｂ）  に示すように、供給ノズル６２あるいは粉末供給装置６０を、造形部２０の両端の外側に配置しておけば、移送ブレード３０の往復動作の何れの段階でも、移送ブレード３０と造形部２０との間に粉末材料Ｐを供給して、粉末材料Ｐを造形部２０へと移送する作業が行える。
さらに、上記２個所の供給ノズル６２が、それぞれ別の粉末材料Ｐを吐出するものであれば、造形部２０に複数種類の粉末材料Ｐを送って、材質の異なる硬化層Ｍが積み重ねられた造形物を製造することができる。この方法は、一つの粉末供給装置６０に、吐出する粉末材料Ｐが異なる複数本の供給ノズル６２を備えておくことによっても行える。
【００５４】
〔粉末材料のコンテナ供給〕
図１２に示す実施形態は、前記実施形態における供給ノズルの代わりに循環コンテナを用いる。
図１２（ａ）  に示すように、造形部２０の側方には、造形部２０の上端面に続く平坦な供給面５０が配置されている。造形部２０の側方に沿って、移送ブレード３０を取り付けたガイドレール４０が配置されている。ガイドレール４０の上部には粉末供給装置７０が配置されている。
【００５５】
粉末供給装置７０には、複数の細長いコンテナ容器７２が上下に細長いループ状の軌跡を描いて循環するように取り付けられている。コンテナ容器７２の循環経路の下方に供給面５０が配置される。コンテナ容器７２の循環経路の上方には、下端に供給口を有する粉末タンク７４が配置されている。粉末タンク７４には、粉末材料Ｐが収容されている。
【００５６】
図１２（ｂ）  に詳しく示すように、粉末タンク７４から最上部のコンテナ容器７２に粉末材料Ｐを供給し、粉末材料Ｐを収容したコンテナ容器７２が下方に移動し、最下部でコンテナ容器７２が転回して、収容された粉末材料Ｐを供給面５０に落下供給する。
図１２（ａ）  に示すように、供給面５０には、移送ブレード３０と造形部２０との間に粉末材料Ｐが畝状に延びた状態で堆積する。
【００５７】
移送ブレード３０をガイドレール４０に沿って移動させれば、供給面５０に堆積した粉末材料Ｐが造形部２０に供給されて層状に堆積する。
移送ブレード３０を元の位置に戻すと、次のコンテナ容器７２が供給面５０の上方に配置されているので、直ちに供給面５０の上に前記同様の畝状の粉末材料Ｐが供給される。移送ブレード３０が戻るときには、造形部２０における光ビームＬの照射を開始することができる。
【００５８】
上記実施形態では、造形部２０の一端側のみに供給面５０および粉末供給装置７０を配置していたが、造形部２０の他端側にも供給面５０や粉末供給装置７０を配置しておくことができる。この場合は、造形部２０に粉末材料Ｐを供給した移送ブレード３０をそのまま造形部２０の外側まで移動させれば、こちら側の供給面５０にコンテナ容器７２から粉末材料Ｐを供給することができ、移送ブレード３０を元の方向に戻す際にも、造形部２０への粉末材料Ｐの供給が行われる。
【００５９】
さらに、粉末供給装置７０を移送ブレード３０とともに移動するようにしておけば、造形部２０の両側に粉末供給装置７０を設置しておく必要がない。
〔複数層分の粉末材料〕
図１３に示す実施形態では、移送ブレードで複数層分の粉末材料を同時に移動させる。
【００６０】
図１３（ａ）  （ｂ）  に示すように、造形部２０と造形部２０の一端外側から他端外側へと移動する移送ブレード３０を備えている。造形部２０の両端外側にはそれぞれ平坦な供給面５０および載置面５２を備えている。また、図示を省略しているが、造形部２０の一端外側に配置された移送ブレード３０と造形部２０との間には、粉末材料Ｐを供給する手段を備えている。具体的には、前記した供給ノズル６２やコンテナ容器７２を用いた粉末供給装置６０、７０が利用できる。供給部１０を備えていてもよい。
【００６１】
図１３（ａ）  に示すように、移送ブレード３０は、造形部２０の側方に沿って設けられたガイドレール４０に取り付けられて移動する。ガイドレール４０のうち、造形部２０の端部よりも少し外側には、移送ブレード３０を支持したままで垂直面内で回転する回転部４４を備えている。回転部４４まで移動してきた移送ブレード３０が回転部４４に支持されると、回転部４４が外側向きに１８０°回転する。図１３（ｂ）  に示すように、回転部４４とともに回転する移送ブレード３０は、一旦上方側に持ち上げられた状態になり、載置面５２よりも浮き上がることになり、その後で再び元の高さ位置に戻って載置面５２と同じ位置に配置されるという動作を行う。
【００６２】
図１３（ｂ）  に示すように、造形部２０に粉末材料Ｐを供給する際には、まず、造形部２０の供給面５０に移送ブレード３０を配置する。移送ブレード３０と造形部２０との間に粉末材料Ｐを供給する。このとき、供給する粉末材料Ｐの量は、硬化層Ｍを１層形成する工程に必要な量の２倍にしておく。
移送ブレード３０を造形部２０のほうに移動させ、粉末材料Ｐを造形部２０に供給する。１層分の粉末材料Ｐは、造形部２０に層状に堆積するが、残りの１層分の粉末材料Ｐは、移送ブレード３０とともに造形部２０の外の載置面５２まで運ばれ、載置面５２の上には残った粉末材料Ｐが載置される。
【００６３】
造形部２０の外側に移動してきた移送ブレード３０は、前記した回転部４４の作動によって、上方に持ち上げられる。供給面５０に粉末材料Ｐを残したままで、移送ブレード３０は粉末材料Ｐの向こう側に移動する。
なお、移送ブレード３０が、造形部２０の外側に出て載置面５２に粉末材料Ｐを運び、回転部４４で作動させられている間に、造形部２０では光照射工程が行われる。
【００６４】
次に、移送ブレード３０を元の方向に移動させる。このときは、回転部４４は作動させないので、移送ブレード３０は同じ高さ位置で直線運動を行う。移送ブレード３０は、載置面５２に残っている１層分の粉末材料Ｐを押し動かして、造形部２０に供給する。造形部２０に粉末材料Ｐを全て供給した移送ブレード３０は、再び最初の配置状態に戻る。
【００６５】
このような工程を繰り返すことで、移送ブレード３０と造形部２０との間に１層分づつの粉末材料Ｐを供給する方法に比べて、粉末材料Ｐの供給に要する手間や時間が削減でき、移送ブレード３０の復帰動作時にも造形部２０への粉末材料Ｐの供給が行えるので、作業効率が向上し、造形時間が短縮される。
〔移送シート〕
図１４に示す実施形態は、粉末材料Ｐを移送する手段として移送シートを用いる。
【００６６】
造形部２０および供給部１０を備えている点は前記図１の実施形態などと共通している。
連続した長尺状の帯材からなり可撓性を有する移送シート８０が、供給部１０の外側から供給部１０および造形部２０の上面を経て造形部２０の外側まで走行するように配置されている。
【００６７】
移送シート８０には、供給部１０および造形部２０の平面形状と同じ形状の開口部８２が、長手方向に沿って等間隔で貫通形成されている。隣接する開口部８２の間隔は、供給部１０と造形部２０との間隔に合わせている。
移送シート８０の厚みは、造形部２０で硬化層Ｍを形成するのに必要な１層分の粉末材料Ｐの厚みに合わせて設定される。具体的には、例えば、０．１１〜０．３ｍｍ程度の厚みに設定できる。
【００６８】
移送シート８０を断続的に走行させながら、開口部８２が供給部１０に配置されたときに、供給部１０の底面１２を上昇させると、収容された粉末材料Ｐの表面が持ち上げられ、開口部８２に粉末材料Ｐが入り込む。
この状態で、移送シート８０を移動させると、開口部８２に入り込んだ粉末材料Ｐは、開口部８２とともに移動して、造形部２０に移送される。
【００６９】
開口部８２が造形部２０に配置されると、開口部８２に入り込んだ粉末材料Ｐは落下して造形部２０に供給される。
その後、前記した光ビームＬの照射による硬化層Ｍの形成が行われる。造形部２０には貫通空間である開口部８２が配置されているので、光ビームＬの照射には全く支障はない。このとき、供給部１０の上には次の開口部８２が配置されているので、前記した供給部１０の底面１２を上昇させて次の開口部８２に粉末材料Ｐを供給する作業が並行して進行する。
【００７０】
上記実施形態では、移送シート８０を一定の方向に断続的に走行させるだけで、供給部１０から１層分の粉末材料Ｐを取り出し、造形部２０へと供給する作業を繰り返すことができる。したがって、比較的に簡単な構造で能率的に造形作業が実行でき、造形時間の短縮・効率化が図れる。
〔移送容器〕
図１５に示す実施形態は、移送ブレードや移送シートの代わりに移送容器を用いる。
【００７１】
造形部２０の両端外側には平坦な支持面５４を備える。
筒状の移送容器９０が、造形部２０の側方に配置されたガイドレール４０に支持されて、支持面５４から造形部２０の上方へと移動自在になっている。
移送容器９０には粉末材料Ｐが収容されるとともに、移送容器９０の下端は、造形部２０と同じ形状で開口する供給口９２になっている。
【００７２】
移送容器９０が支持面５４に配置された状態では、移送容器９０の下端の供給口９２は支持面５４で蓋をされているので、移送容器９０内の粉末材料Ｐが脱落することはない。
移送容器９０を支持面５４から造形部２０へと移動させると、供給口９２から造形部２０の内部へと粉末材料Ｐが供給される。
【００７３】
その後、移送容器９０を造形部２０から支持面５４へと移動させると、造形部２０の上端よりも内側に供給された粉末材料Ｐは造形部２０にそのまま残るが、移送容器９０の下端よりも上方に収容されている粉末材料Ｐは、移送容器９０とともに支持面５４に移送される。言い換えると、移送容器９０の下端が、前記した移送ブレード３０と同様の機能を果して、造形部２０に所定厚みの１層分の粉末材料Ｐのみを供給することになる。
【００７４】
したがって、移送容器９０を、支持面５４と造形部２０との間で往復動作させるだけで、造形部２０に対して所定量の粉末材料Ｐを確実に供給することができる。
移送容器９０が支持面５４に配置されている状態で、造形部２０では光ビームＬの照射による硬化層Ｍの形成が行われる。
【００７５】
上記実施形態では、移送容器９０の水平移動という極めて簡単で迅速に行える動作だけで粉末材料Ｐの供給が行えるので、造形部２０への粉末材料Ｐの供給作業の効率が向上し、造形時間の短縮を図ることができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の三次元形状造形物の製造方法は、造形領域に移送され層状に堆積した粉末材料に光ビームを照射して硬化層を形成する工程の間に、造形領域に粉末材料を移送する移送部材を所定位置に配置したり移送部材で移送する粉末材料を供給したりする準備工程が行えるので、作業工程の無駄がなく、効率的に造形作業を行うことができる。
【００７７】
その結果、造形時間の短縮・効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態となる基本工程を示す模式的断面図
【図２】別の実施形態を示す斜視図（ａ）  および動作説明図（ｂ）
【図３】別の実施形態を示す斜視図
【図４】別の実施形態を示す斜視図
【図５】別の実施形態を示す斜視図
【図６】別の実施形態を示す斜視図
【図７】別の実施形態を示す斜視図
【図８】別の実施形態を示す斜視図
【図９】別の実施形態を示す動作説明斜視図
【図１０】別の実施形態を示す動作説明斜視図
【図１１】別の実施形態を示す斜視図（ａ）  および動作説明図（ｂ）
【図１２】別の実施形態を示す斜視図（ａ）  および動作説明図（ｂ）
【図１３】別の実施形態を示す斜視図（ａ）  および動作説明図（ｂ）
【図１４】別の実施形態を示す平面図および正面図
【図１５】別の実施形態を示す斜視図
【符号の説明】
１０    供給部
２０    造形部
３０    移送ブレード
４０    ガイドレール
４４    回転部
５０    供給面
５２    載置面
５４    支持面
６０    粉末供給装置
６２    供給ノズル
７０    粉末供給装置
７２    コンテナ容器
８０    移送シート
８２    開口部
９０    移送容器
Ｌ      光ビーム
Ｍ      硬化層
Ｐ      粉末材料
【図１】
0003557970.tif 000002
【図２】
0003557970.tif 000003
【図３】
0003557970.tif 000004
【図４】
0003557970.tif 000005
【図５】
0003557970.tif 000006
【図６】
0003557970.tif 000007
【図７】
0003557970.tif 000008
【図８】
0003557970.tif 000009
【図９】
0003557970.tif 000010
【図１０】
0003557970.tif 000011
【図１１】
0003557970.tif 000012
【図１２】
0003557970.tif 000013
【図１３】
0003557970.tif 000014
【図１４】
0003557970.tif 000015
【図１５】
0003557970.tif 000016