(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状の材料を収容可能な収容部と、前記収容部に接続されるよう構成された複数の第１の開口が設けられ前記材料が供給される領域を少なくとも部分的に覆うよう構成された第１の壁と、を有し、前記収容部の前記材料を前記複数の第１の開口から前記領域に供給し、前記材料を均して前記材料の層を形成するよう構成された供給部、
を具備し、
前記供給部は、前記複数の第１の開口を開閉するよう構成された開閉部を有し、
前記開閉部は、前記第１の開口のそれぞれと連通可能な複数の第２の開口が設けられ、前記複数の第１の開口を閉じる第１の位置と、前記複数の第２の開口と前記複数の第１の開口とがそれぞれ連通する第２の位置と、の間で前記第１の壁に沿って移動可能な可動部を有し、
前記可動部は、前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動した場合に前記領域に形成された前記材料の層を均すよう構成された、
積層造形装置の材料供給装置。
【請求項２】
前記供給部は、前記複数の第１の開口から前記材料を落下させることにより、前記材料を前記領域に供給するよう構成された、請求項１の積層造形装置の材料供給装置。
【請求項３】
前記供給部を振動させるよう構成された振動部をさらに具備する、請求項２の積層造形装置の材料供給装置。
【請求項４】
前記複数の第１の開口が第１の方向と、前記第１の方向と交差する第２の方向と、に並べられる、請求項１乃至請求項３のいずれか一つの積層造形装置の材料供給装置。
【請求項５】
前記複数の第１の開口は、それぞれ第１の方向に延びるとともに、前記第１の方向に交差する第２の方向に並べられた、請求項１乃至請求項３のいずれか一つの積層造形装置の材料供給装置。
【請求項６】
粉末状の材料を収容可能な収容部と、前記収容部に接続されるよう構成された複数の第１の開口が設けられ前記材料が供給される領域を少なくとも部分的に覆うよう構成された第１の壁と、を有し、前記収容部の前記材料を前記複数の第１の開口から前記領域に供給し、前記材料を均して前記材料の層を形成するよう構成された供給部、
を具備し、
前記供給部は、前記複数の第１の開口を開閉するよう構成された開閉部を有し、
前記開閉部は、それぞれが前記第１の開口に対応して設けられ前記第１の壁と交差した方向に移動して前記第１の開口を開閉するよう構成された複数の弁部を有する、
積層造形装置の材料供給装置。
【請求項７】
前記開閉部は、前記収容部内に設けられるよう構成され前記複数の弁部を有した弁部材を有する、請求項６の積層造形装置の材料供給装置。
【請求項８】
粉末状の材料を収容可能な収容部と、前記収容部に接続されるよう構成された複数の第１の開口が設けられ前記材料が供給される領域を少なくとも部分的に覆うよう構成された第１の壁と、を有し、前記収容部の前記材料を前記複数の第１の開口から前記領域に供給し、前記材料を均して前記材料の層を形成するよう構成された供給部と、
前記領域に対する前記供給部の相対的な位置を変化させるよう構成された移動部と、
前記供給部によって前記領域に供給された前記材料を部分的に固めるよう構成された造形部と、
を具備し、
前記供給部は、前記第１の開口を開閉するよう構成された開閉部をさらに有し、
前記開閉部は、前記領域と対向するよう構成されるとともに複数の第２の開口が設けられ前記複数の第１の開口を閉じる第１の位置と前記複数の第２の開口と前記複数の第１の開口とがそれぞれ連通する第２の位置との間で前記第１の壁に沿って移動可能な第２の壁、を有し、
前記第２の壁は、前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動した場合に前記領域に形成された前記材料の層を均すよう構成された、
積層造形装置。
【請求項９】
前記複数の第１の開口が、第１の方向と、前記第１の方向と交差する第２の方向と、に並べられ、
前記供給部は、前記第１の開口のそれぞれが前記領域内の区画に前記材料を供給することで、前記材料の一連の層を形成するよう構成された、
請求項８の積層造形装置。
【請求項１０】
前記第１の開口から前記領域への前記材料の供給位置が前記第１の開口と対応した前記区画内で移動するよう、前記移動部は、前記領域に対する前記供給部の相対的な位置を変化させるよう構成された、請求項９の積層造形装置。
【請求項１１】
前記開閉部による前記第１の開口の開放時間を制御するよう構成された制御部をさらに具備する、請求項８乃至請求項１０のいずれか一つの積層造形装置。
【請求項１２】
補給部をさらに具備し、
前記移動部は、前記供給部を前記領域の上、又は前記領域の上から外れた位置に配置可能であり、
前記補給部は、前記領域の上から外れた位置に配置された前記供給部の前記収容部に、前記材料を供給するよう構成された、
請求項８乃至請求項１１のいずれか一つの積層造形装置。
【請求項１３】
粉末状の材料を収容可能な収容部と、前記収容部に接続されるよう構成された複数の第１の開口が設けられ前記材料が供給される領域を少なくとも部分的に覆うよう構成された第１の壁と、を有し、前記収容部の前記材料を前記複数の第１の開口から前記領域に供給し、前記材料を均して前記材料の層を形成するよう構成された供給部と、
前記領域に対する前記供給部の相対的な位置を変化させるよう構成された移動部と、
前記供給部によって前記領域に供給された前記材料を部分的に固めるよう構成された造形部と、
を具備し、
前記供給部は、前記複数の第１の開口を開閉するよう構成された開閉部を有し、
前記開閉部は、それぞれが前記第１の開口に対応して設けられ前記第１の壁と交差した方向に移動して前記第１の開口を開閉するよう構成された複数の弁部を有する、
積層造形装置。
【請求項１４】
前記開閉部は、前記収容部内に設けられるよう構成され前記複数の弁部を有した弁部材を有する、請求項１３の積層造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、積層造形装置の材料供給装置、積層造形装置、及び積層造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
粉末状の材料の層を形成し、当該材料の層毎に材料をバインダー（結合剤）やレーザ光によって固化させ、三次元形状を造形する三次元プリンタのような積層造形装置が知られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２１６５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
材料の層を形成する時間が短縮されることで、三次元形状を造形する時間が短縮される。
【０００５】
本発明が解決する課題の一例は、粉末状の材料の供給時間を短縮できる積層造形装置の材料供給装置及び積層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】
【０００６】
一つの実施の形態に係る材料供給装置は、供給部を備える。前記供給部は、粉末状の材料を収容可能な収容部と、前記収容部に接続されるよう構成された複数の第１の開口が設けられ前記材料が供給される領域を少なくとも部分的に覆うよう構成された第１の壁と、を有し、前記収容部の前記材料を前記複数の第１の開口から前記領域に供給し、前記材料を均して前記材料の層を形成するよう構成される。前記供給部は、前記複数の第１の開口を開閉するよう構成された開閉部を有する。前記開閉部は、前記第１の開口のそれぞれと連通可能な複数の第２の開口が設けられ、前記複数の第１の開口を閉じる第１の位置と、前記複数の第２の開口と前記複数の第１の開口とがそれぞれ連通する第２の位置と、の間で前記第１の壁に沿って移動可能な可動部を有する。前記可動部は、前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動した場合に前記領域に形成された前記材料の層を均すよう構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る三次元プリンタを概略的に示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態のステージと供給位置にある材料供給装置とを示す断面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態のステージと供給位置にある材料供給装置とを示す斜視図である。
【図４】図４は、第１の実施形態のステージと遮蔽壁が閉じ位置にある材料供給装置とを示す断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態の造形物が造形されたステージを示す断面図である。
【図６】図６は、第２の実施の形態に係るステージと供給位置にある材料供給装置とを示す斜視図である。
【図７】図７は、第２の実施形態のステージと遮蔽板が閉じ位置にある材料供給装置とを示す斜視図である。
【図８】図８は、第３の実施の形態に係るステージと材料供給装置とを示す断面図である。
【図９】図９は、第３の実施形態のステージとピストンが閉じ位置にある材料供給装置とを示す断面図である。
【図１０】図１０は、第４の実施の形態に係るステージと材料供給装置とを示す断面図である。
【図１１】図１１は、第４の実施形態の材料が巻き上げられたステージと材料供給装置とを示す断面図である。
【図１２】図１２は、第４の実施形態の材料が押圧されるステージと材料供給装置とを示す断面図である。
【図１３】図１３は、第５の実施の形態に係るステージと材料供給装置とを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、第１の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、本明細書においては、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と記す。また、実施形態に係る構成要素や、当該要素の説明について、複数の表現を併記することがある。当該構成要素及び説明について、記載されていない他の表現がされることは妨げられない。さらに、複数の表現が記載されない構成要素及び説明について、他の表現がされることは妨げられない。
【０００９】
図１は、三次元プリンタ１を概略的に示す図である。三次元プリンタ１は、積層造形装置の一例である。積層造形装置は、三次元プリンタに限らず、他の装置であっても良い。三次元プリンタ１は、粉末状の材料２の層の形成と、材料２の層の固化と、を繰り返すことで、三次元形状の造形物３を造形する。図１は、形成途中の造形物３を示す。本実施形態において、材料２は、中心粒径が約４０μｍの粉末状の金属材料である。なお、材料２はこれに限らない。
【００１０】
図１に示すように、三次元プリンタ１は、処理槽１１と、ステージ１２と、移動装置１３と、材料供給装置１４と、光学装置１５と、材料補給装置１６と、制御部１７と、を有する。処理槽１１は、例えば、筐体とも称され得る。ステージ１２は、例えば、台、造形領域、又は塗布領域とも称され得る。移動装置１３は、移動部の一例であり、例えば、搬送部又は退避部とも称され得る。材料供給装置１４は、供給部の一例であり、例えば、保持部、投下部、又は撒布部とも称され得る。光学装置１５は、造形部の一例であり、例えば、形成部、固化部、又は結合部とも称され得る。材料補給装置１６は、補給部の一例であり、例えば、供給部又は充填部とも称され得る。
【００１１】
図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。本明細書では、Ｘ軸方向を、材料供給装置１４の幅方向、Ｙ軸方向を、材料供給装置１４の奥行き（長さ）方向、Ｚ軸方向を、材料供給装置１４の高さ方向とする。
【００１２】
処理槽１１は、例えば、密封可能な箱状に形成される。処理槽１１は、処理室１１ａを有する。処理室１１ａには、ステージ１２、移動装置１３、材料供給装置１４、光学装置１５、及び材料補給装置１６が収容されている。なお、ステージ１２、移動装置１３、材料供給装置１４、光学装置１５、及び材料補給装置１６は、処理室１１ａの外にあっても良い。
【００１３】
処理槽１１の処理室１１ａに、供給口２１と、排出口２２とが設けられる。例えば、処理槽１１の外部に設けられた供給装置が、窒素及びアルゴンのような不活性ガスを、供給口２１から処理室１１ａに供給する。例えば、処理槽１１の外部に設けられた排出装置が、排出口２２から処理室１１ａの上記不活性ガスを排出する。
【００１４】
ステージ１２は、載置台２５と、周壁２６とを有する。載置台２５は、例えば、正方形の板材である。なお、載置台２５の形状はこれに限らず、矩形のような他の四角形（四辺形）、多角形、円、及び幾何学形状のような他の形状を呈する部材であっても良い。載置台２５は、上面２５ａと、四つの端面２５ｂとを有する。上面２５ａは、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの四角形の平坦な面である。なお、上面２５ａの大きさはこれに限らない。端面２５ｂは、上面２５ａとそれぞれ直交する面である。
【００１５】
周壁２６は、Ｚ軸に沿う方向に延びるとともに、載置台２５を囲む四角形の筒状に形成される。載置台２５の四つの端面２５ｂは、周壁２６の内面にそれぞれ接する。周壁２６は、四角形の枠状に形成され、開放された上端２６ａを有する。上端２６ａは、開放された周壁の端部の一例である。
【００１６】
載置台２５は、油圧昇降機のような種々の装置によって、周壁２６の内部をＺ軸に沿う方向に移動可能である。載置台２５が最も上方に移動した場合、載置台２５の上面２５ａと、周壁２６の上端２６ａとは、略同一平面を形成する。
【００１７】
移動装置１３は、材料供給装置１４に結合されたレール、搬送アーム、又は他の種々の装置を有し、材料供給装置１４を例えば平行移動させる。移動装置１３は、材料供給装置１４を、例えば供給位置Ｐ１と、待機位置Ｐ２との間で移動させる。供給位置Ｐ１は、領域の上、の一例である。待機位置Ｐ２は、領域の上から外れた位置、の一例である。
【００１８】
図１は、供給位置Ｐ１に位置する材料供給装置１４を二点鎖線で示し、待機位置Ｐ２にある材料供給装置１４を実線で示す。供給位置Ｐ１にある材料供給装置１４は、ステージ１２の上方に位置する。待機位置Ｐ２にある材料供給装置１４は、供給位置Ｐ１から外れた場所に位置する。例えば、待機位置Ｐ２は、第１の位置Ｐ１から、Ｘ軸及びＹ軸の少なくとも一方に沿う方向に離間する。このように、移動装置１３は、ステージ１２に対する材料供給装置１４の相対的な位置を変化させる。なお、移動装置１３は、例えば、材料供給装置１４に対してステージ１２を移動させても良い。
【００１９】
図２は、ステージ１２の一部と、供給位置Ｐ１にある材料供給装置１４とを示す断面図である。図３は、ステージ１２の一部と、供給位置Ｐ１にある材料供給装置１４とを示す斜視図である。図３は、説明のために材料供給装置１４をステージ１２から離して示す。
【００２０】
図２に示すように、材料供給装置１４は、槽３１と、シャッタ３２と、バイブレータ３３と、を有する。シャッタ３２は、開閉部の一例であり、例えば、壁部、閉塞部、遮断部、調節部、又は調整部とも称され得る。
【００２１】
槽３１は、略四角形の箱型に形成される。槽３１は、上面３１ａと、下面３１ｂとを有する。上面３１ａは、上方に向くとともに平坦に形成される。下面３１ｂは、上面３１ａの反対側に位置し、下方に向くとともに平坦に形成される。材料供給装置１４が供給位置Ｐ１にあるとき、下面３１ｂは、載置台２５の上面２５ａに向く。
【００２２】
槽３１に、収容部３５、底壁３６と、複数の供給口３７とが設けられる。底壁３６は、第１の壁の一例であり、例えば、下部又は底部とも称され得る。複数の供給口３７は、第１の開口の一例であり、例えば、吐出口、孔、又は落下部とも称され得る。
【００２３】
収容部３５は、槽３１の上面３１ａに開口する、平面視で四角形状の直方体状の凹部を形成する。収容部３５は、平坦な底面３５ａを有する。底面３５ａは、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの四角形の平坦な面である。すなわち、収容部３５の底面３５ａの面積は、載置台２５の上面２５ａの面積と実質的に等しい。なお、収容部３５の形状はこれに限らない。
【００２４】
収容部３５は、粉末状の材料２を収容する。槽３１の上面３１ａに設けられた収容部３５の開口部分（収容部３５の上端）は開放されるが、例えば、開閉可能な蓋によって塞がれても良い。
【００２５】
底壁３６は、槽３１の下面３１ｂと、収容部３５の底面３５ａとを形成する、四角形の板状の部分である。言い換えると、底壁３６は、槽３１の下面３１ｂと、収容部３５の底面３５ｂとの間に存在する槽３１の一部であり、収容部３５の下方に位置する。収容部３５に収容された材料２は、底壁３６によって支持される。
【００２６】
複数の供給口３７は、底壁３６にそれぞれ設けられる。複数の供給口３７は、互いに略同一形状を有する。供給口３７は、Ｚ軸に沿う方向に延び、収容部３５にそれぞれ接続される。複数の供給口３７は、供給孔４１と、導入部４２とをそれぞれ有する。導入部４２は、例えば、ホッパー、漏斗部、又は錐形部とも称され得る。
【００２７】
供給孔４１は、槽３１の下面３１ｂに開口する円形の孔である。供給孔４１は、槽３１の下面３１ｂから、底壁３６の厚さ方向の中央部分に亘って設けられる。供給孔４１の直径は、材料２の粒径の６倍以上であり、例えば０．２４ｍｍである。なお、供給孔４１の形状及び直径はこれに限らない。
【００２８】
導入部４２は、収容部３５の底面３５ａに開口する円錐形の凹部を形成する。導入部４２は、供給孔４１に接続される。導入部４２の内周面は、底面３５ａに設けられた開口部分から、下方の供給孔４１に向かうに従って徐々に細くなる。
【００２９】
図３に示すように、供給口３７は、Ｘ軸に沿う方向と、Ｙ軸に沿う方向とに、大よそ等間隔に配置される。言い換えると、供給口３７は、格子点状に並べられる。供給口３７は、正方格子状に並べられるが、斜方格子状や正三角格子状のような他の配置で並べられても良い。なお、供給口３７は格子点状に限らず、他の配置で並べられても良い。
【００３０】
供給口３７と、当該供給口３７に隣り合う他の供給口３７と間隔（ピッチ）は、例えば１ｍｍである。なお、供給口３７の間のピッチはこれに限らない。収容部３５の底面３５ａに設けられる導入部４２の開口部分は、当該導入部４２に隣り合う他の導入部４２の開口部分と接しても良いし、離間しても良い。
【００３１】
図２に示すように、シャッタ３２は、遮蔽壁４５と、複数の連通孔４６とを有する。遮蔽壁４５は、可動部及び第２の壁の一例であり、例えば、閉鎖部又は摺動部とも称され得る。連通孔４６は、第２の開口の一例であり、例えば、連通部、開放部、又は孔とも称され得る。
【００３２】
遮蔽壁４５は、槽３１の下面３１ｂを覆う略四角形の板材である。なお、遮蔽壁４５の形状はこれに限らない。遮蔽壁４５は、上面４５ａと、下面４５ｂとを有する。上面４５ａは、槽３１の下面３１ｂに接する。下面４５ｂは、上面４５ａの反対側に位置し、下方に向くとともに平坦に形成される。
【００３３】
材料供給装置１４が供給位置Ｐ１にあるとき、遮蔽壁４５の下面４５ｂは、載置台２５の上面２５ａに向く。遮蔽壁４５の下面４５ｂの高さ（Ｚ軸に沿う方向における位置）は、周壁２６の上端２６ａの高さと大よそ等しい。このため、遮蔽壁４５は、開放された周壁２６の上端２６ａを塞ぐ。
【００３４】
複数の連通孔４６は、遮蔽壁４５にそれぞれ設けられる。連通孔４６は、遮蔽壁４５の上面４５ａから、下面４５ｂに亘って設けられる円形の孔である。連通孔４６の直径は、供給孔４１の直径と同じく、例えば０．２４ｍｍである。なお、連通孔４６の形状及び直径はこれに限らず、例えば、連通孔４６の直径と供給孔４１の直径とが異なっても良い。
【００３５】
複数の連通孔４６は、供給口３７と同じく、Ｘ軸に沿う方向と、Ｙ軸に沿う方向とに、大よそ等間隔に配置される。連通孔４６と、当該連通孔４６に隣り合う他の連通孔４６との間隔（ピッチ）は、供給口３７の間隔と同じく、例えば１ｍｍである。すなわち、複数の連通孔４６は、複数の供給口３７と同じ方向及び同じ間隔で配置される。
【００３６】
遮蔽壁４５は、アクチュエータのような種々の装置によって、例えばＸ軸に沿う方向に移動可能である。なお、遮蔽壁４５の移動方向はこれに限らない。遮蔽壁４５は、例えば、開き位置Ｐ３と閉じ位置Ｐ４との間で移動する。開き位置Ｐ３は、第２の位置の一例である。閉じ位置Ｐ４は、第１の位置の一例である。図２及び図３は、開き位置Ｐ３にある遮蔽壁４５を示す。
【００３７】
遮蔽壁４５が開き位置Ｐ３に位置するとき、複数の連通孔４６は、複数の供給口３７の供給孔４１にそれぞれ連通する。すなわち、供給孔４１は、対応する連通孔４６によってそれぞれ開かれる。
【００３８】
図４は、ステージ１２の一部と、遮蔽壁４５が閉じ位置Ｐ４にある材料供給装置１４とを示す断面図である。図４に示すように、遮蔽壁４５が閉じ位置Ｐ４に位置するとき、複数の連通孔４６の位置は、対応する供給口３７の供給孔４１からずらされる。このため、閉じ位置Ｐ４に位置する遮蔽壁４５は、複数の供給口３７の供給孔４１を閉じる。
【００３９】
図２に示すように、材料供給装置１４は、移動装置１３によって、供給位置Ｐ１に移動させられる。材料供給装置１４が供給位置Ｐ１にあるとき、遮蔽壁４５が、開き位置Ｐ３に移動させられる。言い換えると、複数の供給口３７の供給孔４１が、対応する連通孔４６によって開かれる。
【００４０】
供給孔４１が開かれると、収容部３５に収容された粉末状の材料２は、複数の供給口３７及び複数の連通孔４６から重力により落下する。収容部３５の材料２は、導入部４２の傾斜した内周面によって、供給孔４１に導かれる。単位時間あたりの粉体の落下量は、砂時計と同様に、収容部３５内に収容されている材料２の高さによらず、略一定となる。
【００４１】
なお、収容部３５に、供給口３７に対応する仕切板が設けられても良い。当該仕切板は、収容部３５に収容された材料２を区切り、材料２が対応する供給口３７の導入部４２に均一に導かれるようにする。
【００４２】
バイブレータ３３は、例えば、偏心された錘を回すモータである。バイブレータ３３によって、材料供給装置１４が振動する。材料供給装置１４は、振動することにより、収容部３５の材料２が複数の供給口３７及び複数の連通孔４６から落下することを促進する。
【００４３】
図１に示す光学装置１５は、発振素子を有しレーザ光Ｌを出射する光源、レーザ光Ｌを平行光に変換する変換レンズ、レーザ光Ｌを収束させる収束レンズ、及び、レーザ光Ｌの照射位置を移動させるガルバノミラーのような、種々の部品を有する。光学装置１５は、レーザ光Ｌのパワー密度を変更可能である。
【００４４】
光学装置１５は、ステージ１２の上方に位置する。なお、光学装置１５は他の場所に配置されても良い。光学装置１５は、前記光源が出射したレーザ光Ｌを、前記変換レンズによって平行光に変換する。光学装置１５は、傾斜角度を変更可能な前記ガルバノミラーにレーザ光Ｌを反射させ、前記収束レンズによってレーザ光Ｌを収束させることで、レーザ光Ｌを所望の位置に照射する。
【００４５】
材料補給装置１６は、収容部３５よりも多くの材料２を収容できる。材料補給装置１６は、待機位置Ｐ２の上方に配置され、開閉可能な扉を有する。当該扉は、材料供給装置１４が待機位置Ｐ２にあるとき、槽３１の上面３１ａに開口する収容部３５に面する。
【００４６】
材料補給装置１６は、材料供給装置１４が待機位置Ｐ２に位置するとき、前記扉を開き、収容部３５に材料２を供給する。材料補給装置１６は、材料供給装置１４が待機位置Ｐ２にないとき、前記扉を閉じることで、材料２が落下することを防ぐ。
【００４７】
制御部１７は、ステージ１２、移動装置１３、材料供給装置１４、光学装置１５、及び材料補給装置１６に、電気的に接続される。制御部１７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭのような種々の電子部品を有する。制御部１７は、前記ＲＯＭ、又は他の記憶装置に格納されたプログラムを読み出し実行することで、ステージ１２、移動装置１３、材料供給装置１４、光学装置１５、及び材料補給装置１６を制御する。三次元プリンタ１は、制御部１９の制御（プログラム）に基づき、造形物３を造形する。
【００４８】
以下、三次元プリンタ１が粉末状の材料２から造形物３を造形する手順の一例について説明する。なお、三次元プリンタ１が造形物３を造形する方法は、以下に説明されるものに限らない。
【００４９】
まず、三次元プリンタ１の制御部１７に、例えば外部のパーソナルコンピュータから、造形物３の三次元形状のデータが入力される。当該三次元形状のデータは、例えばＣＡＤのデータであるが、これに限らない。
【００５０】
次に、材料補給装置１６が、待機位置Ｐ２に位置する材料供給装置１４の収容部３５に、材料２を供給する。制御部１７は、例えばセンサによって収容部３５に収容された材料２の重さを測定し、当該重さが所定の値に達するまで、材料補給装置１６に収容部３５へ材料２を供給させる。これにより、収容部３５は、所定の量の材料２を収容する。なお、既に収容部３５が所定の量の材料２を収容している場合、材料補給装置１６による材料２の供給は省略されても良い。
【００５１】
材料供給装置１４の遮蔽壁４５は、通常、閉じ位置Ｐ４に位置する。このため、供給口３７は遮蔽壁４５によって閉じられ、収容部３５に収容された材料２が供給口３７から落下することが防止される。
【００５２】
次に、移動装置１３は、材料供給装置１４を、待機位置Ｐ２から供給位置Ｐ１に移動させる。材料供給装置１４は、供給位置Ｐ１に到達すると、以下のようにステージ１２の上に材料２を供給する。
【００５３】
図２に示すように、ステージ１２の載置台２５の上面２５ａに、ベース５１が載置固定される。ベース５１は、造形物３を当該ベース５１の上に造形するために設けられる。なお、載置台２５の上面２５ａにベース５１を配置することなく、載置台２５の上面２５ａの上に直接、造形物３が造形されても良い。
【００５４】
ベース５１は、例えば、四角形の板材である。ベース５１の形状はこれに限らず、造形物３の形状によって決められる。ベース５１は、平坦な上面５１ａを有する。ベース５１の上面５１ａは、載置台２５の上面２５ａと平行である。
【００５５】
最初、ステージ１２の載置台２５は、Ｚ軸に沿う方向におけるベース５１の上面５１ａと周壁２６の上端２６ａとの間の距離が５０μｍになるように配置される。このため、ベース５１の上面５１ａと、供給位置Ｐ１にある材料供給装置１４の遮蔽壁４５の下面４５ｂとの間の距離は、５０μｍである。
【００５６】
ベース５１の周りに、予め材料２が敷き詰められる。敷き詰められた材料２の表面２ａは、ベース５１の上面５１ａと略同一平面を形成する。これにより、材料２とベース５１とは、載置台２５の上面２５ａの上に、一つの層ＭＬ１を形成する。
【００５７】
層ＭＬ１を形成する材料２の表面２ａと、ベース５１の上面５１ａとは、供給領域Ｒを形成する。供給領域Ｒは、材料が供給される領域の一例である。なお、供給領域Ｒは、後述するように、層ＭＬ１の上に積層される材料２の複数の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……によっても形成される。
【００５８】
供給領域Ｒは、載置台２５の上面２５ａと同じく、２５０ｍｍ×２５０ｍｍの四角形の略平坦な面である。なお、供給領域Ｒの形状は、載置台２５の上面２５ａの形状と異なっても良い。供給領域Ｒと、供給位置Ｐ１にある材料供給装置１４の遮蔽壁４５の下面４５ｂとの間の距離は、５０μｍである。なお、供給領域Ｒと遮蔽板４５の下面４５ｂとの間の距離は、制御部１７が載置台２５を制御することで、３０μｍや１００μｍのように変更され得る。供給領域Ｒは、周壁２６によって囲まれる。
【００５９】
供給位置Ｐ１にある材料供給装置１４の底壁３６は、供給領域Ｒの上方に位置する。底壁３６は供給領域Ｒの全域を覆う。なお、底壁３６は、供給領域Ｒを部分的に覆っても良い。槽３１の下面３１ｂと、遮蔽壁４５の下面４５ｂとは、供給領域Ｒに向く。
【００６０】
材料供給装置１４が供給位置Ｐ１に到達すると、制御部１７は、遮蔽壁４５を開き位置Ｐ３に移動させる。これにより、シャッタ３２の連通孔４６が供給口３７の供給孔４１に連通し、複数の供給口３７が開かれる。
【００６１】
材料供給装置１４は、バイブレータ３３によって振動する。これにより、複数の供給口３７及び複数の連通孔４６を通って、収容部３５の材料２が供給領域Ｒに落下する。材料供給装置１４は、材料２を、複数の供給口３７から並行して供給領域Ｒに供給する。なお、第１の材料供給装置１４は、バイブレータ３４が無くても良い。バイブレータ３４による振動が無かったとしても、第１の材料３は、重力によって複数の供給口３７及び複数の連通孔４６から落下する。
【００６２】
図３に示すように、本明細書において、供給領域Ｒは、複数の分割区画ＲＤを有するものと定義される。複数の分割区画ＲＤは、複数の区画の一例である。複数の分割区画ＲＤは、例えば四角形の区画である。分割区画ＲＤはこれに限らず、他の形状であっても良い。それぞれの分割区画ＲＤは、互いに略同一形状を有する。
【００６３】
複数の分割区画ＲＤの面積は互いに等しい。複数の分割区画ＲＤは、Ｘ軸に沿う方向と、Ｙ軸に沿う方向とに、それぞれ並べられる。複数の供給口３７及び複数の連通孔４６は、対応する分割区画ＲＤに向く。すなわち、供給口３７及び連通孔４６は、対応する分割区画ＲＤの上方に位置し、当該分割区画ＲＤに対向する（面する）。
【００６４】
複数の供給口３７及び複数の連通孔４６は、対応する分割区画ＲＤに、それぞれ材料２を供給する。図３に、各供給口３７及び連通孔４６から落下した材料２の落下地点Ｓがそれぞれ示される。落下地点Ｓは、供給位置の一例である。落下地点Ｓは、各供給口３７及び連通孔４６に対応する分割区画ＲＤの中に位置する。
【００６５】
複数の供給口３７及び複数の連通孔４６から供給領域Ｒに材料２を供給する間、材料供給装置１４は、例えば移動装置１３によって、図３の矢印に示すようにＸ軸に沿う方向及びＹ軸に沿う方向に移動させられる。これにより、各供給口３７及び連通孔４６から材料２がそれぞれ落下する落下地点Ｓは、対応する分割区画ＲＤの中をそれぞれ、図３の矢印に示すように移動する。落下地点Ｓは、分割区画ＲＤの中を、一筆書きでなぞるように移動する。このため、それぞれの分割区画ＲＤに、材料２が略均等に供給される。
【００６６】
それぞれの分割区画ＲＤに材料２が供給されることで、供給領域Ｒが、分割区画ＲＤに供給された材料の層で埋め尽くされ、供給領域Ｒの全域に亘って材料２の一連の層ＭＬ２が形成される。言い換えると、層ＭＬ１の上に、材料２の層ＭＬ２が積層する。それぞれの分割区画ＲＤに供給される材料２の量は略同一である。このため、供給領域Ｒに形成される層ＭＬ２の厚さは、位置にかかわらず略同一である。
【００６７】
供給領域Ｒに層ＭＬ２が形成されると、層ＭＬ２を形成する材料２の表面２ａは、遮蔽壁４５の下面４５ｂに接触する。材料２が供給された位置において、連通孔４６は材料２によって閉じられる。
【００６８】
制御部１７は、遮蔽壁４５が開き位置Ｐ３に移動し、供給口３７が開かれてからの経過時間を、例えばタイマによってカウントする。制御部１７は、供給口３７が開かれてから所定の時間が経過したときに、遮蔽壁４５を開き位置Ｐ３から閉じ位置Ｐ４に移動させ、遮蔽壁４５に供給口３７を閉じさせる。供給口３７を通過する粉体の落下速度は略一定であるため、供給口３７の開放時間によって落下量を制御することができる。
【００６９】
開き位置Ｐ３から閉じ位置Ｐ４に移動する遮蔽壁４５の下面４５ｂは、当該下面４５ｂに接触した材料２の表面２ａを擦る。これにより、供給された材料２の表面２ａは均される。
【００７０】
以上のように供給領域Ｒに材料２の層ＭＬ２が形成されると、移動装置１３は、材料供給装置１４を供給位置Ｐ１から待機位置Ｐ２に移動させる。材料供給装置１４が供給位置Ｐ１から待機位置Ｐ２に移動するとき、遮蔽壁４５の下面４５ｂは、当該下面４５ｂに接触した材料２の表面２ａを擦る。これにより、供給された材料２の表面２ａはさらに平坦化される。
【００７１】
次に、図１に示すように、制御部１７は、光学装置１５を制御することで、光学装置１５のレーザ光Ｌを、層ＭＬ２を形成する材料２に照射させる。制御部１７は、入力された造形物３の三次元形状のデータに基づき、レーザ光Ｌの照射位置を定める。
【００７２】
材料２の層ＭＬ２の、レーザ光Ｌが照射された部分は、溶融する。言い換えると、材料２は、レーザ光Ｌが照射されることにより、部分的に溶融された後に固められる。これにより、材料２の層ＭＬ２に、造形物３の一部（一層分）が形成される。なお、材料２は焼結されても良い。
【００７３】
材料２の層ＭＬ２にレーザ光Ｌが照射される間、材料補給装置１６は、材料供給装置１４の収容部３５に、材料２を供給する。収容部３５に収容される材料２の体積は、供給領域Ｒに形成される材料２の層ＭＬ２の体積よりも大きい。
【００７４】
光学装置１５が層ＭＬ２の材料２にレーザ光Ｌを照射し終えると、載置台２５は、下方に例えば５０μｍ移動する。載置台２５が移動する距離は、層ＭＬ２の厚さに等しい。これにより、層ＭＬ２を形成する材料２の表面２ａと、周壁２６の上端２６ａとの間の距離は、５０μｍになる。
【００７５】
層ＭＬ２を形成する材料２の表面２ａと、層ＭＬ２に形成された造形物３の一部の表面とは、層ＭＬ２における供給領域Ｒを形成する。移動装置１３は、材料供給装置１４を、再び供給位置Ｐ１に移動させる。材料供給装置１４は、供給位置Ｐ１において、層ＭＬ２が形成する供給領域Ｒに材料２を供給する。
【００７６】
図５は、造形物３が造形されたステージ１２を示す断面図である。図５に示すように、材料供給装置１４は、以上の説明と同様に、材料２を積層させ、材料２の複数の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を順次形成する。図５において、層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……は、二点鎖線によって区切られる。
【００７７】
光学装置１５は、層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……が形成される毎に、当該層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……の材料２を部分的に溶融させ、造形物３の一部を形成する。三次元プリンタ１は、このような材料供給装置１４による材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……の形成と、光学装置１５による材料２の溶融と、を繰り返すことにより、三次元形状の造形物３を造形する。
【００７８】
処理槽１１の内部において造形された造形物３は、例えば、処理槽１１に設けられたカバーを開くことによって、処理室１１ａから取り出される。なお、これに限らず、造形物３は、例えば搬送アーム等を有する搬送装置によって処理室１１ａの外に搬送されても良い。造形物３は、例えば開閉可能な扉によって処理室１１ａと隔離された部屋（副室）に搬送される。
【００７９】
第１の実施の形態に係る三次元プリンタ１において、材料供給装置１４は、底壁３６に設けられた複数の供給口３７から、材料２を供給領域Ｒに並行して供給することで、供給領域Ｒに材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を形成する（材料２を積層させる）。これにより、供給領域Ｒに材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を形成するために材料供給装置１４が供給領域Ｒの上を移動する距離を低減でき、供給領域Ｒに材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を形成する時間を短縮できる。さらに、供給領域Ｒの大きさに応じた個数の供給口３７を設けることで、供給領域Ｒの大きさにかかわらず供給領域Ｒに材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を形成する時間を一定にできる。例えば、供給領域Ｒの大きさが１０００ｍｍ×１０００ｍｍであったとしても、単位面積当たりの複数の供給口３７の個数が本実施形態と同じならば、材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を形成する時間は本実施形態と同じになる。
【００８０】
供給口３７から材料２が重力により落下することで、材料２が供給領域Ｒに供給される。これにより、材料供給装置１４の構造を簡略化できるとともに、供給領域Ｒに材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を形成する時間を短縮できる。また、粉体の場合、砂時計と同様に、収容部３５における材料２の高さによらず落下速度が略一定となる。よって、供給口３７の開放時間により、比較的容易に供給量を制御することができる。
【００８１】
複数の供給口３７は、底壁３６に格子点状に配置される。これにより、材料２が供給される位置（落下地点Ｓ）の間隔を均一化でき、供給領域Ｒにおける材料２の量のばらつきを低減できる。
【００８２】
シャッタ３２が、供給口３７を開閉する。このため、材料供給装置１４が、待機位置Ｐ２のような供給領域Ｒから外れた位置にある場合に、供給口３７から材料２が出ることが抑制される。また、材料の漏れを抑制する構成が、比較的簡素な構成によって実現されうる。
【００８３】
遮蔽壁４５は、閉じ位置Ｐ４に位置するとき、複数の供給口３７を閉じる。遮蔽壁４５が開き位置Ｐ３にあるとき、複数の連通孔４６が複数の供給口３７にそれぞれ連通し、複数の供給口３７が開かれる。これにより、供給口３７を容易に開閉できる。
【００８４】
バイブレータ３３は、材料供給装置１４を振動させることにより、複数の供給口３７から材料２が供給領域Ｒに落下することを促進する。これにより、複数の供給口３７から均等に材料を領域に供給することができる。
【００８５】
材料供給装置１４は、複数の供給口３７が対応する分割区画ＲＤにそれぞれ材料２を供給することで、材料２の一連の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を供給領域Ｒに形成する。これにより、材料供給装置１４が供給領域Ｒの上を移動する距離を、分割区画ＲＤの広さの範囲内に低減でき、供給領域Ｒに材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を形成する時間を短縮できる。言い換えると、各分割区画ＲＤに並行して材料を供給することで層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……が形成されるため、比較的短い時間でより広い範囲に材料２を供給でき、位置による材料２の量や厚さのばらつきを低減できる。さらに、各供給口３７が対応する分割区画ＲＤに材料２を供給することで、材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……が供給領域Ｒに形成されるため、供給領域Ｒの大きさにかかわらず供給領域Ｒに材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を形成する時間を一定にできる。
【００８６】
材料供給装置１４は、材料２の落下地点Ｓが分割区画ＲＤの中をそれぞれ移動するように移動する。これにより、材料２が複数の分割区画ＲＤにそれぞれ万遍なく供給され、材料２を供給領域Ｒに均等に供給することができる。
【００８７】
粉末状の材料２が供給口３７から落下する量は、供給孔４１の大きさと材料２の大きさとが一定であれば、時間によって決まる。制御部１７は、シャッタ３２による複数の供給口３７の開放時間を制御し、供給口３７が開いてから所定の時間が経過したときに供給口３７を閉じる。これにより、供給領域Ｒに供給される材料２の量を一定にすることができる。
【００８８】
遮蔽壁４５は、開き位置Ｐ３から閉じ位置Ｐ４に移動することにより、供給領域Ｒに形成された材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を均す。これにより、供給領域Ｒに供給された材料２の表面２ａを容易に平坦化でき、材料２をレーザ光Ｌによってムラなく溶融できる。
【００８９】
材料補給装置１６は、待機位置Ｐ２に位置する材料供給装置１４の収容部３５に、材料２を供給する。これにより、材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……が光学装置１５によって溶融されている間に収容部３５に材料２を供給でき、効率的に造形物３を造形することができる。
【００９０】
以下に、第２の実施の形態について、図６及び図７を参照して説明する。なお、以下の複数の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。
【００９１】
図６は、第２の実施の形態に係るステージ１２と供給位置Ｐ１にある材料供給装置１４とを部分的に示す斜視図である。図６において、収容部３５に収容される材料２は、二点鎖線で示される。図６に示すように、第２の実施形態における槽３１に、供給口３７の代わりに、複数の第１のスリット６１が設けられる。第１のスリット６１は、第１の開口の一例である。
【００９２】
複数の第１のスリット６１は、底壁３６にそれぞれ設けられる。第１のスリット６１は、槽３１の下面３１ｂから、収容部３５の底面３５ａに亘って設けられ、例えばＹ軸に沿う方向に延びる。Ｙ軸に沿う方向は、第１の方向の一例である。複数の第１のスリット６１は、Ｘ軸に沿う方向に、大よそ等間隔で並べられる。Ｘ軸に沿う方向は、第２の方向の一例である。第１のスリット６１の幅（Ｘ軸に沿う方向における寸法）は、材料２の粒径の６倍以上であり、例えば０．２４ｍｍである。なお、第１のスリット６１の形状及び直径はこれに限らない。
【００９３】
第２の実施形態におけるシャッタ３２は、遮蔽壁４５の代わりに、複数の遮蔽板６４を有する。遮蔽板６４は、第２の壁の一例である。遮蔽板６４は、Ｙ軸に沿う方向に延びる。複数の遮蔽板６４は、Ｘ軸に沿う方向に、大よそ等間隔で並べられる。遮蔽板６４の幅（Ｘ軸に沿う方向における寸法）は、第１のスリット６１の幅に大よそ等しいかそれより大きい。
【００９４】
複数の遮蔽板６４のＸ軸に沿う方向における一方の端部に、ナイフエッジ６４ａが設けられる。ナイフエッジ６４ａは、下方に向く遮蔽板６４の底面と、当該底面に対して鋭角に傾斜した遮蔽板６４の側面と、を有する遮蔽板６４の一部である。
【００９５】
複数の遮蔽板６４の間に、それぞれ、第２のスリット６５が設けられる。第２のスリット６５は、Ｙ軸に沿う方向に延びる。複数の第２のスリット６５は、Ｘ軸に沿う方向に、大よそ等間隔で並べられる。
【００９６】
図７は、ステージ１２と、遮蔽板６４が閉じ位置Ｐ４にある材料供給装置１４とを部分的に示す斜視図である。図６及び図７に示すように、複数の遮蔽板６４は、Ｘ軸に沿う方向に一体的に移動可能である。なお、複数の遮蔽板６４は、個別に移動可能であっても良い。複数の遮蔽板６４は、図６に示す開き位置Ｐ３と、図７に示す閉じ位置Ｐ４との間で移動する。
【００９７】
図６に示すように、開き位置Ｐ３にある遮蔽板６４は、複数の第１のスリット６１が設けられた底壁３６に重ねられる。遮蔽板６４が開き位置Ｐ３にあるとき、シャッタ３２の複数の第２のスリット６５は、槽３１の複数の第１のスリット６１に連通する。これにより、複数の第１のスリット６１が開かれる。
【００９８】
図７に示すように、閉じ位置Ｐ４にある遮蔽板６４は、複数の第１のスリット６１を閉じる。遮蔽板６４が閉じ位置Ｐ４にあるとき、遮蔽板６４のナイフエッジ６４ａは、底壁３６に設けられた複数の受け部３６ａにそれぞれ当接する。受け部３６ａは、槽３１の下面３１ｂから突出するとともに、Ｙ軸に沿う方向に延びる凸部である。
【００９９】
以上説明された第２の実施形態の材料供給装置１４は、図６に示すように、供給位置Ｐ１において、複数の遮蔽板６４を開き位置Ｐ３に移動させる。これにより、複数の第１のスリット６１が開かれる。収容部３５に収容された材料２は、複数の第１のスリット６１から並行して供給領域Ｒに落下する。
【０１００】
図６に矢印で示すように、材料供給装置１４は、複数の第１のスリット６１から材料２を供給領域Ｒに供給する間、Ｘ軸に沿う方向に移動する。言い換えると、材料供給装置１４は、第１のスリット６１が延びる方向と交差する方向に移動する。これにより、供給領域Ｒに万遍なく材料２が供給される。材料供給装置１４が移動するとき、受け部３６ａと複数の遮蔽板６４とが、供給された材料２の表面を擦り、当該材料２の表面を均す。
【０１０１】
図７に示すように、供給領域Ｒに材料２が供給されると、材料供給装置１４は、複数の遮蔽板６４を閉じ位置Ｐ４に移動させる。遮蔽板６４にナイフエッジ６４ａが設けられることで、複数の遮蔽板６４は開き位置Ｐ３から閉じ位置Ｐ４に容易に移動する。
【０１０２】
複数の遮蔽板６４は、開き位置Ｐ３から閉じ位置Ｐ４に移動することで、複数の第１のスリット６１を閉じるとともに、供給された材料２の表面２ａを擦る。これにより、複数の遮蔽板６４は、材料２の表面２ａに形成された凹凸を均し、材料２の表面２ａを平坦化する。
【０１０３】
第２の実施形態の三次元プリンタ１において、材料供給装置１４は、複数の第１のスリット６１から並行して、材料２を供給領域Ｒに供給する。このように、第１の開口は、第１の実施形態の供給口３７や、第２の実施形態の第１のスリット６１に限らず、種々の形状に形成される。
【０１０４】
以下に、第３の実施の形態について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、第３の実施の形態に係るステージ１２の一部と、材料供給装置１４とを示す断面図である。図８に示すように、第３の実施形態における材料供給装置１４は、閉塞部７１をさらに有する。閉塞部７１は、開閉部の一例である。
【０１０５】
閉塞部７１は、複数のピストン７２と、支持部材７３とを有する。ピストン７２は、弁部材の一例であり、例えば、構造物、押出部、加圧部、挿入部、又は栓とも称され得る。支持部材７３は、連結部又は移動部とも称され得る。
【０１０６】
ピストン７２は、Ｚ軸に沿う方向に延びる棒状に形成される。ピストン７２の一方の端部に、弁部７２ａがそれぞれ設けられる。弁部７２ａは、供給口３７に対応する形状を有する。すなわち、弁部７２ａは、供給孔４１に嵌り得る棒状の部分と、導入部４２に嵌り得る円錐形の部分と、を有する。
【０１０７】
ピストン７２は、弁部７２ａが対応する供給口３７に向くように、収容部３５の中に配置される。ピストン７２の弁部７２ａは、収容部３５に収容された材料２に埋まる。なお、弁部７２ａは、収容部３５の外に位置しても良い。
【０１０８】
支持部材７３は、複数のピストン７２を支持する。支持部材７３に支持された複数のピストン７２は、Ｘ軸に沿う方向と、Ｙ軸に沿う方向とに、大よそ等間隔に並べられる。すなわち、複数のピストン７２は、複数の供給口３７と同じ方法及び同じ間隔で配置される。
【０１０９】
支持部材７３は、アクチュエータのような種々の装置によって、複数のピストン７２をＺ軸に沿う方向に移動させることが可能である。言い換えると、支持部材７３は、弁部７２ａが設けられたピストン７２を、底壁３６と交差する方向に移動させる。なお、複数のピストン７２は、個別に移動可能であっても良い。
【０１１０】
図９は、ステージ１２の一部と、ピストン７２が閉じ位置Ｐ６にある材料供給装置１４とを示す断面図である。複数のピストン７２は、例えば、図８に示す開き位置Ｐ５と、図９に示す閉じ位置Ｐ６と、の間で移動する。
【０１１１】
図８に示すように、開き位置Ｐ５にあるピストン７２は、供給口３７から離間する。言い換えると、開き位置Ｐ５にあるピストン７２の弁部７２ａは、対応する供給口３７から外れることで供給口３７を開く。
【０１１２】
図９に示すように、閉じ位置Ｐ６にあるピストン７２の弁部７２ａは、対応する供給口３７に嵌る。弁部７２ａの円錐形の部分は、導入部４２に密接させられる。このように、閉じ位置Ｐ６に移動させられた弁部７２ａは、供給口３７を閉じる。
【０１１３】
以上説明された第３の実施形態の材料供給装置１４は、図８に示すように、供給位置Ｐ１において、複数のピストン７２を開き位置Ｐ５に移動させる。これにより、複数の供給口３７が開かれる。収容部３５に収容された材料２は、複数の供給口３７から並行して供給領域Ｒに落下する。
【０１１４】
開き位置Ｐ５に移動させられた複数のピストン７２は、徐々に閉じ位置Ｐ６に向かって移動する。開き位置Ｐ５から閉じ位置Ｐ６に移動するピストン７２の弁部７２ａは、当該弁部７２ａと供給口３７との間に位置する材料２を、供給口３７に向かって押す。これにより、材料２が、ピストン７２によって供給口３７から押し出され、供給領域Ｒに供給される。
【０１１５】
複数のピストン７２が開き位置Ｐ５に移動してから所定の時間が経過すると、閉じ位置Ｐ６に向かって移動する複数のピストン７２は、閉じ位置Ｐ６に到達する。供給孔４１の中の材料２は、ピストン７２の弁部７２ａによって、供給孔４１から押し出される。
【０１１６】
図９に示すように、閉じ位置Ｐ６に到達したピストン７２の弁部７２ａは、供給口３７に嵌まることで、供給口３７を閉じる。すなわち、ピストン７２が供給口３７を開いてから所定の時間が経過したときに、ピストン７２の弁部７２ａが供給口３７を閉じる。これにより、供給領域Ｒに材料２が供給される。
【０１１７】
第３の実施形態の三次元プリンタ１において、複数のピストン７２は、閉じ位置Ｐ６にあるとき複数の供給口３７に嵌ることで当該複数の供給口３７を閉じる。これにより、供給口３７を容易に開閉できる。
【０１１８】
複数のピストン７２は、開き位置Ｐ５から閉じ位置Ｐ６に移動することで、収容部３５の材料２を複数の供給口３７にそれぞれ押し出すとともに、複数の供給口３７に嵌ることで当該複数の供給口３７を閉じる。これにより、供給領域Ｒに材料２を供給する時間をより短縮できるとともに、より容易に材料２の量を一定にすることができる。
【０１１９】
以下に、第４の実施の形態について、図１０乃至図１２を参照して説明する。図１０は、第４の実施の形態に係るステージ１２の一部と、材料供給装置１４とを示す断面図である。図１０に示すように、第４の実施形態における三次元プリンタ１は、エア供給装置８１をさらに有する。エア供給装置８１は、送風部の一例である。
【０１２０】
エア供給装置８１は、例えば、エアコンプレッサーである。エア供給装置８１は、複数のチューブ８２によって、材料供給装置１４に接続される。チューブ８２は、例えば可撓性の合成樹脂によって形成される。
【０１２１】
材料供給装置１４の槽３１に、複数のエア供給路８４が設けられる。エア供給路８４の一方の端部は、チューブ８２に接続される。エア供給路８４の他方の端部は、槽３１の下面３１ｂに開口する。図１０のように、開き位置Ｐ３に位置する遮蔽壁４５は、槽３１の下面３１ｂに設けられたエア供給路８４の開口部分を閉じる。
【０１２２】
シャッタ３２の遮蔽壁４５に、複数の送風口８６が設けられる。送風口８６は、遮蔽壁４５の上面４５ａから下面４５ｂに亘って設けられる孔である。遮蔽壁４５が閉じ位置Ｐ４に位置するとき、送風口８６は、対応するエア供給路８４に連通する。言い換えると、送風口８６は、エア供給路８４を開く。
【０１２３】
以上説明された第４の実施形態の三次元プリンタ１において、載置台２５は、供給領域Ｒと遮蔽壁４５の下面４５ｂとの間の距離が１００μｍとなるように下げられる。すなわち、供給領域Ｒと遮蔽壁４５の下面４５ｂとの間の距離は、材料供給装置１４が形成する材料２の層の厚さよりも大きくなる。
【０１２４】
供給位置Ｐ１に位置する材料供給装置１４は、遮蔽壁４５を開き位置Ｐ３に移動させることで、複数の供給口３７を開く。これにより、材料供給装置１４は、複数の供給口３７から並行して、材料２を供給領域Ｒに供給する。
【０１２５】
制御部１７は、遮蔽壁４５が開き位置Ｐ３に移動してから所定の時間が経過したときに、遮蔽壁４５を閉じ位置Ｐ４に移動させる。これにより、供給口３７が遮蔽壁４５に閉じられる。このように供給領域Ｒに供給された材料２の表面２ａと、遮蔽壁４５の下面４５ｂとの間の距離は、５０μｍである。すなわち、遮蔽壁４５の下面４５ｂは、供給領域Ｒに供給された材料２から離間する。
【０１２６】
遮蔽壁４５が閉じ位置Ｐ４に移動することで、エア供給路８４は、送風口８６によって開かれる。エア供給装置８１は、チューブ８２、エア供給路８４、及び送風口８６を通して、周壁２６及び遮蔽壁４５に囲まれた空間に空気を送り込む（送風する）。
【０１２７】
図１１は、材料２が巻き上げられたステージ１２の一部と、材料供給装置１４とを示す断面図である。図１１に示すように、エア供給装置８１が周壁２６及び遮蔽壁４５に囲まれた空間に空気を送り込むことで、供給領域Ｒに供給された材料２が巻き上げられる。言い換えると、材料２は、周壁２６及び遮蔽壁４５に囲まれた空間において、宙に舞う。周壁２６及び遮蔽壁４５に囲まれた空間に送り込まれた空気は、例えば材料供給装置１４に設けられた空気抜き（換気孔）から抜ける。
【０１２８】
エア供給装置８１は、空気を送り込み始めてから所定の時間が経過すると、送風を停止する。これにより、宙を舞う材料２は供給領域Ｒに落下する。落下した材料２は、供給領域Ｒに大よそ均一な層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を形成する。なお、本実施形態では、エア供給装置８１によって材料２を攪拌するが、例えばブラシのような他の手段によって材料２が攪拌されても良い。
【０１２９】
図１２は、材料２が押圧されるステージ１２の一部と、材料供給装置１４とを示す断面図である。図１２に示すように、供給領域Ｒに材料２が供給されると、材料供給装置１４は、供給領域Ｒに向かって移動する。遮蔽壁４５は、周壁２６の中に入り込むとともに、供給領域Ｒに積層された材料２を押圧する。これにより、材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……の密度（充填率）が向上する。
【０１３０】
第４の実施形態の三次元プリンタ１において、エア供給装置８１が、遮蔽壁４５及び周壁２６に囲まれた空間に送風することで、供給領域Ｒに供給された材料２を巻き上げる。巻き上がった材料２は、供給領域Ｒに落下して略均一な厚さとなる層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……を形成する。これにより、供給領域Ｒに供給された材料２の表面２ａを容易に平坦化できる。
【０１３１】
以下に、第５の実施の形態について、図１３を参照して説明する。図１３は、第５の実施の形態に係るステージ１２と材料供給装置１４とを部分的に示す断面図である。図１３に示すように、第５の実施形態において、材料供給装置１４は内部シャッタ９１をさらに有する。内部シャッタ９１は、開閉部の一例である。
【０１３２】
内部シャッタ９１は、収容部３５の底面３５ａに配置される。なお、内部シャッタ９１はこれに限らず、例えば底壁３６の内部に設けられても良い。内部シャッタ９１に、上部遮蔽壁９２と、複数の上部連通孔９３とが設けられる。
【０１３３】
上部遮蔽壁９２は、収容部３５の底面３５ａを覆う略四角形の板材である。なお、上部遮蔽壁９２の形状はこれに限らない。上部遮蔽壁９２は、上面９２ａと、下面９２ｂとを有する。上面９２ａは、収容部３５に収容された材料２を支持する。下面９２ｂは、上面９２ａの反対側に位置し、収容部３５の底面３５ａに接する。
【０１３４】
複数の上部連通孔９３は、上部遮蔽壁９２にそれぞれ設けられる。上部連通孔９３は、上部遮蔽壁９２の上面９２ａから、下面９２ｂに亘って設けられる円形の孔である。上部連通孔９３の直径は、収容部３５の底面３５ａに設けられた導入部４２の開口部分（導入部４２の上端）の直径に大よそ等しい。なお、上部連通孔９３の形状及び直径はこれに限らない。
【０１３５】
複数の上部連通孔９３は、供給口３７と同じく、Ｘ軸に沿う方向と、Ｙ軸に沿う方向とに、大よそ等間隔に配置される。上部連通孔９３と、当該上部連通孔９３に隣り合う他の上部連通孔９３との間隔（ピッチ）は、供給口３７の間隔と同じく、例えば１ｍｍである。すなわち、複数の上部連通孔９３は、複数の供給口３７と同じ方法及び同じ間隔で配置される。
【０１３６】
上部遮蔽壁９２は、アクチュエータのような種々の装置によって、例えばＸ軸に沿う方向に移動可能である。なお、上部遮蔽壁９２の移動方向はこれに限らない。上部遮蔽壁９２は、例えば、開き位置Ｐ７と閉じ位置Ｐ８との間で移動する。図１３は、閉じ位置Ｐ８にある上部遮蔽壁９２を示す。
【０１３７】
図１３は、上部遮蔽壁９２が開き位置Ｐ７にあるときの上部連通孔９３を二点鎖線で示す。上部遮蔽壁９２が開き位置Ｐ７に位置するとき、複数の上部連通孔９３は、複数の供給口３７の導入部４２にそれぞれ連通する。すなわち、導入部４２は、対応する上部連通孔９３によってそれぞれ開かれる。
【０１３８】
上部遮蔽壁９２が閉じ位置Ｐ８に位置するとき、複数の上部連通孔９３の位置は、対応する供給口３７の導入部４２からずらされる。このため、閉じ位置Ｐ８に位置する上部遮蔽壁９２は、複数の供給口３７の導入部４２を閉じる。
【０１３９】
以上説明された第５の実施形態の材料供給装置１４は、遮蔽壁４５が閉じ位置Ｐ４にあるときに、上部遮蔽壁９２を開き位置Ｐ７に移動させる。これにより、収容部３５の材料２が、複数の供給口３７にそれぞれ充填される。供給口３７に充填された材料２は、閉じ位置Ｐ４にある遮蔽壁４５によって支持される。供給口３７の体積は、供給口３７が材料２をそれぞれ供給する各分割区画ＲＤの体積に等しい。
【０１４０】
供給口３７に材料２が充填されると、上部遮蔽壁９２は、閉じ位置Ｐ８に移動させられる。これにより、各供給口３７に、一回の材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……の形成において、対応する分割区画ＲＤに供給される材料２が保持される。
【０１４１】
供給位置Ｐ１にある材料供給装置１４は、遮蔽壁４５を開き位置Ｐ３に移動させる。これにより、複数の供給口３７が開かれ、各供給口３７に保持された材料２が、各供給口３７から供給領域Ｒに供給される。この時、上部遮蔽壁９２は、収容部３５に収容される材料２が供給口３７に流入することを防ぐ。各供給口３７が、保持する材料２を対応する分割区画ＲＤに供給することで、供給領域Ｒに材料２の層ＭＬ２，ＭＬ３，ＭＬ４……が形成されるとともに、各供給口３７が空になる。
【０１４２】
第５の実施形態の三次元プリンタ１において、各供給口３７は、所定の量の材料２を保持する。これにより、供給領域Ｒに供給される材料２の量を一定にすることができる。
【０１４３】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、供給部は、第１の壁に設けられた複数の第１の開口から、材料を領域に並行して供給することで、当該領域に材料の層を形成する。これにより、供給部が領域の上を移動する距離を低減でき、粉末状の材料の供給時間を短縮できる。
【０１４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【０１４５】
例えば、上記実施形態において、三次元プリンタ１は、レーザ光Ｌによって材料２を溶融させることにより、造形物３を造形する。しかし、これに限らず、三次元プリンタ１は、例えば、材料２にインクジェットなどによって結合剤（バインダ）を供給して材料２を部分的に固めることで、造形物３を造形しても良い。この場合、材料２は金属に限らず、樹脂のような他の材料であっても良い。
【０１４６】
さらに、上記実施形態において、三次元プリンタ１は、材料２を溶融するためのエネルギー線として、レーザ光Ｌを利用している。しかし、エネルギー線は、レーザ光Ｌのように材料を溶融できるものであれば良く、電子ビームや、マイクロ波から紫外線領域の電磁波などであっても良い。
以下、出願当初の特許請求の範囲の内容を付記する。
［１］  粉末状の材料を収容可能な収容部と、前記収容部に接続された複数の第１の開口が設けられ前記材料が供給される領域を少なくとも部分的に覆う第１の壁と、を有し、前記収容部の前記材料を前記複数の第１の開口から並行して前記領域に供給することで前記材料の層を形成する供給部、
を具備する積層造形装置の材料供給装置。
［２］  前記供給部は、前記複数の第１の開口から前記材料を落下させることにより、前記材料を前記領域に供給する、［１］の積層造形装置の材料供給装置。
［３］  前記供給部を振動させる振動部をさらに具備する、［２］の積層造形装置の材料供給装置。
［４］  前記複数の第１の開口が格子点状に配置された、［１］乃至［３］のいずれか一つの積層造形装置の材料供給装置。
［５］  前記複数の第１の開口は、それぞれ第１の方向に延びるとともに、前記第１の方向に交差する第２の方向に並べられた、［１］乃至［３］のいずれか一つの積層造形装置の材料供給装置。
［６］  前記供給部は、前記複数の第１の開口を開閉する開閉部をさらに有する、［１］乃至［５］のいずれか一つの積層造形装置の材料供給装置。
［７］  前記開閉部は、前記第１の開口のそれぞれと連通可能な複数の第２の開口が設けられ、前記複数の第１の開口を閉じる第１の位置と、前記複数の第２の開口と前記複数の第１の開口とがそれぞれ連通する第２の位置と、の間で前記第１の壁に沿って移動可能な可動部を有する、［６］の積層造形装置の材料供給装置。
［８］  前記開閉部は、それぞれが前記第１の開口に対応して設けられ前記第１の壁と交差した方向に移動して前記第１の開口を開閉する複数の弁部を有する、［６］の積層造形装置の材料供給装置。
［９］  前記開閉部は、前記収容部内に設けられ前記複数の弁部を有した弁部材を有する、［８］の積層造形装置の材料供給装置。
［１０］  粉末状の材料を収容可能な収容部と、前記収容部に接続された複数の第１の開口が設けられ前記材料が供給される領域を少なくとも部分的に覆う第１の壁と、を有し、前記収容部の前記材料を前記複数の第１の開口から並行して前記領域に供給することで前記材料の層を形成する供給部と、
前記領域に対する前記供給部の相対的な位置を変化させる移動部と、
前記供給部によって前記領域に供給された前記材料を部分的に固める造形部と、
を具備する積層造形装置。
［１１］  前記複数の第１の開口が格子点状に配置され、
前記供給部は、前記第１の開口のそれぞれが前記領域内の区画に前記材料を供給することで、前記材料の一連の層を形成する、
［１０］の積層造形装置。
［１２］  前記第１の開口から前記領域への前記材料の供給位置が前記第１の開口と対応した前記区画内で移動するよう、前記移動部は、前記領域に対する前記供給部の相対的な位置を変化させる、［１１］の積層造形装置。
［１３］  制御部をさらに具備し、
前記供給部は、前記第１の開口を開閉する開閉部をさらに有し、
前記制御部は、前記開閉部による前記第１の開口の開放時間を制御する、
［１０］乃至［１２］のいずれか一つの積層造形装置。
［１４］  前記開閉部は、前記領域と対向するとともに複数の第２の開口が設けられ前記複数の第１の開口を閉じる第１の位置と前記複数の第２の開口と前記複数の第１の開口とがそれぞれ連通する第２の位置との間で前記第１の壁に沿って移動可能な第２の壁、を有し、
前記第２の壁は、前記第１の位置から前記第２の位置に移動した場合に前記領域に形成された前記材料の層を均すよう構成された、
［１３］の積層造形装置。
［１５］  補給部をさらに具備し、
前記移動部は、前記供給部を前記領域の上、又は前記領域の上から外れた位置に配置可能であり、
前記補給部は、前記領域の上から外れた位置に配置された前記供給部の前記収容部に、前記材料を供給する、
［１０］乃至［１４］のいずれか一つの積層造形装置。
［１６］  前記領域を囲む周壁と、
送風部と、
をさらに具備し、
前記供給部は、開放された前記周壁の端部を塞ぐとともに、前記領域に供給された前記材料から離間し、
前記送風部は、前記供給部及び前記周壁に囲まれた空間に送風することで、前記領域に供給された前記材料を巻き上げる、
［１０］乃至［１５］のいずれか一つの積層造形装置。
［１７］  領域を覆う壁に設けられた複数の開口を開くことにより、前記複数の開口から並行して当該領域に粉末状の材料を供給し、
前記複数の開口が開いてから所定の時間が経過したときに前記複数の開口を閉じることにより前記領域上に材料の層を形成する
積層造形方法。
【符号の説明】
【０１４７】
１…三次元プリンタ、２…材料、３…造形物、１２…ステージ、１３…移動装置、１４…材料供給装置、１５…光学装置、１６…材料補給装置、１７…制御部、２６…周壁、２６ａ…上端、３２…シャッタ、３５…収容部、３６…底壁、３７…ノズル、４５…遮蔽壁、４６…連通孔、６１…第１のスリット、６４…遮蔽板、６５…第２のスリット、７１…閉塞部、７２…ピストン、７２ａ…弁部、８１…エア供給装置、９１…内部シャッタ、９２…上部遮蔽壁、９３…上部連通孔。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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