(57)【要約】 【課題】造形液の吐出密度にむらがなく、造形物の積層方向の強度を大きくすることが可能な立体造形装置および立体造形方法を提供する。【解決手段】本発明の立体造形装置は、粉体層形成部と、凹み形成部と、液体吐出部と、を備える。粉体層形成部は粉体層を形成する。凹み形成部は、粉体層形成部に設けられ、粉体層の表面に凹みを形成する。液体吐出部は、凹み形成部により凹みが形成された粉体層に造形液を吐出する。【選択図】図１
2018012282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体層を形成する粉体層形成部と、
前記粉体層形成部に設けられ、前記粉体層の表面に凹みを形成する凹み形成部と、
前記凹み形成部により凹みが形成された前記粉体層に造形液を吐出する液体吐出部と、
を備えた立体造形装置。
【請求項２】
前記凹み形成部は、前記粉体層形成部が有する面のうち前記粉体層を形成する面を示す形成面に設けられた凹凸である
ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項３】
前記凹凸は、前記形成面と、前記形成面から突出して設けられた複数の突出部との組み合わせからなる
ことを特徴とする請求項２に記載の立体造形装置。
【請求項４】
前記粉体を敷いて平坦な粉体層を形成する平坦化部を備え、
前記凹み形成部は、前記平坦化部によって形成された前記平坦な粉体層の表面に凹みを形成する
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか１項に記載の立体造形装置。
【請求項５】
前記粉体層形成部を複数備える
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか１項に記載の立体造形装置。
【請求項６】
前記複数の粉体層形成部は、互いに交差する方向に移動する
ことを特徴とする請求項５に記載の立体造形装置。
【請求項７】
前記粉体層形成部は、回転部材を含む
ことを特徴とする請求項１乃至６のうちの何れか１項に記載の立体造形装置。
【請求項８】
前記粉体層形成部は、メッキ加工されている
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか１項に記載の立体造形装置。
【請求項９】
前記粉体層形成部は、フッ素加工されている
ことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか１項に記載の立体造形装置。
【請求項１０】
表面に凹みを有する粉体層を形成する粉体層形成工程と、
前記粉体層形成工程により形成された前記粉体層に造形液を吐出して、前記粉体層中の粉体が所要形状に結合された層状造形物を形成する層状造形物形成工程と、を備える
ことを特徴とする立体造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形装置および立体造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体造形物（三次元造形物）を造形する立体造形装置（三次元造形装置）として、例えば積層造形法で造形するものが知られている。例えば特許文献１には、造形層の面が凹凸を有するように造形液を吐出して立体造形物を造形する技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら特許文献１に開示された技術では、造形液の吐出密度にむらが生じて立体造形物の強度が低下する、という問題が有る。
【０００４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、造形液の吐出密度にむらがなく、造形物の積層方向の強度を大きくすることができる立体造形装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明の立体造形装置は、粉体層を形成する粉体層形成部と、前記粉体層形成部に設けられ、前記粉体層の表面に凹みを形成する凹み形成部と、前記凹み形成部により凹みが形成された前記粉体層に造形液を吐出する液体吐出部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、造形液の吐出密度にむらがなく、造形物の積層方向の強度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態における立体造形装置の概略平面図である。
【図２】図２は、第１の実施形態における造形部の概略側面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態における造形部の、より詳細な概略側面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態におけるローラ部材の概略図である。
【図５】図５は、第１の実施形態における制御図である。
【図６】図６は、第１の実施形態の造形の流れを説明する説明図である。
【図７】図７は、第１の実施形態の粉体層形成工程における粉体層をＹ方向からみた断面図である。
【図８】図８は、第１の実施形態により形成された立体造形物の概略図である。
【図９】図９は、変形例１における粉体層をＹ方向から見た断面図である。
【図１０】図１０は、変形例における粉体層をＸ方向から見た断面図である。
【図１１】図１１は、変形例における粉体層をＸ方向から見た断面図である。
【図１２】図１２は、変形例における粉体層をＺ方向から見た平面図である。
【図１３】図１３は、造形液の吐出間隔を示す模式図である。
【図１４】図１４は、第２の実施形態における造形部の概略側面図である。
【図１５】図１５は、第２の実施形態における粉体層の断面図である。
【図１６】図１６は、第２の実施形態における粉体層の断面図である。
【図１７】図１７は、第３の実施形態における立体造形装置の概略平面図である。
【図１８】図１８は、第３の実施形態における粉体層をＺ方向から見た平面図である。
【図１９】図１９は、第３の実施形態における粉体層をＺ方向から見た平面図である。
【図２０】図２０は、変形例におけるブレード部材の概略図である。
【図２１】図２１は、変形例におけるブレード部材の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明を適用する立体造形装置の一例の概要について図１を参照して説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
この立体造形装置は、粉体造形装置（粉末造形装置ともいう。）である。図１に示すように、立体造形装置は造形部１と、造形ユニット５を備える。造形部１は、粉体（粉末）が結合された層状造形物が形成される。造形ユニット５は、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層に造形液１０を吐出して立体造形物を造形する。
【００１０】
まず、造形部１の詳細について図２、図３を用いて説明する。ここで、Ｘ方向とは図１における左右方向であり、Ｙ方向は図１における上下方向である。Ｚ方向とは、図２における上下方向（図１における表裏方向）である。図２は造形部１をＸ方向から見た断面図、図３は造形部１の要部をＸ方向から見た断面図である。
【００１１】
図１と図２に示すように、造形部１は、粉体槽１１を有する。粉体槽１１は、供給槽２１と、造形槽２２と、余剰粉体受け槽２９と、ローラ部材１００ａと、粉体除去板１３を備える。
【００１２】
供給槽２１は、造形槽２２に供給する粉体２０を保持する。供給槽２１の底部は供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。
【００１３】
造形槽２２は、層状造形物３０が積層されて立体造形物が造形される。造形槽２２の底部は造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっており、造形ステージ２４上に層状造形物３０が積層された立体造形物が造形される。
【００１４】
余剰粉体受け槽２９は、粉体層３１を形成するときに、後述するローラ部材１００ａによって移送供給される粉体２０のうち、粉体層３１を形成しないで落下する余剰の粉体２０を溜める。余剰粉体受け槽２９の底面は、粉体２０を吸引する機構が備えられた構成や、余剰粉体受け槽２９が簡単に取り外せるような構成となっている。
【００１５】
供給ステージ２３は、モータ２７によって矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降され、造形ステージ２４は、モータ２８によって矢印Ｚ方向に昇降される。
【００１６】
ローラ部材１００ａは粉体層形成部の一例であり、粉体層を形成する。より具体的には、ローラ部材１００ａは、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉体２０を造形槽２２に移送し、粉体２０を敷いて粉体層３１を形成する。
【００１７】
ローラ部材１００ａは、造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿って矢印Ｙ方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、往復移動機構２５によって移動される。また、ローラ部材１００ａは、モータ２６によって図３の矢印Ａ方向に回転駆動される（即ち、ローラ部材１００ａは回転部材の一例である）。
【００１８】
ここで、本実施形態のローラ部材１００ａの詳細を説明する。図４は、ローラ部材１００ａの詳細な構造を示す図である。図４に示すように、ローラ部材１００ａは、凹み形成部の一例である凹凸１５０ａを有する。凹凸１５０ａは、ローラ部材１００ａのうち粉体層３１を形成する面を示す形成面に設けられている。形成面とは、ローラ部材１００ａが有する面のうち、粉体２０に接して粉体２０を押しながら敷いていき、粉体層３１を形成する面である。
【００１９】
凹凸１５０ａは、複数の隆起部１０２ａと、複数の隆起部１０２ａの谷となる谷部１０４ａからなる。隆起部１０２ａは、ローラ部材１００ａの軸方向の位置によってローラ部材１００ａの半径を変化させることで形成されているが、これに限られるものではない。例えば、同一円周上の半径を一定とせず、同一円周上に複数の隆起部１０２ａを形成してもよい。
【００２０】
粉体除去板１３は、ローラ部材１００ａおよび凹凸１５０の周面に接触して、ローラ部材１００ａに付着した粉体２０を除去する。粉体除去板１３は、ローラ部材１００ａおよび凹凸１５０ａの周面に接触した状態で、ローラ部材１００ａとともに移動する。
【００２１】
次に、造形ユニット５の構成について説明する。図２に示すように、造形ユニット５は、液体吐出ユニット５０を備えている。液体吐出部である液体吐出ユニット５０は、造形ステージ２４上の粉体層３１に造形液１０を吐出する。
【００２２】
液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ、５２ｂを備えている。
【００２３】
キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０、７０に昇降可能に保持されている。
【００２４】
このキャリッジ５１は、後述するＸ方向走査機構５５０を構成するＸ方向走査モータによってプーリ及びベルトを介して主走査方向である矢印Ｘ方向（以下、単に「Ｘ方向」という。他のＹ、Ｚについても同様とする。）に往復移動される。
【００２５】
２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という。）は、造形液１０を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ２列配置されている。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、ローラ部材１００ａによって凹みが形成された粉体層３１に、シアン造形液及びマゼンタ造形液を吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、ローラ部材１００ａによって凹みが形成された粉体層３１に、イエロー造形液及びブラック造形液を吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。
【００２６】
これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液の各々を収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。
【００２７】
また、液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に配置され、後述するＺ方向昇降機構５５１によってＺ方向に昇降される。
【００２８】
また図１に示すように、造形ユニット５は、メンテナンス機構６１を備える。メンテナンス機構６１は、Ｘ方向の一方側に備えられ、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行う。
【００２９】
メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。キャップ６２は、ヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着し、ノズルから造形液１０を吸引する。ノズルに詰まった粉体２０の排出や高粘度化した造形液１０を排出するためである。
【００３０】
ワイパ６３は、ノズルのメニスカス形成（ノズル内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形液１０の吐出が行われない場合に、ヘッド５２のノズル面をキャップ６２で覆い、粉体２０がノズルに混入することや造形液１０が乾燥することを防止する。
【００３１】
さらに、造形ユニット５は、スライダ部７２を有する。スライダ部７２は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されており、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。
【００３２】
この造形ユニット５は、後述するＹ方向走査機構５５２によって全体がＹ方向に往復移動される。
【００３３】
ここで、造形部１の詳細について説明する。
【００３４】
図２と図３に示すように、粉体槽１１は、箱型形状をなし、供給槽２１と造形槽２２と、余剰粉体受け槽２９の３つの上面が開放された槽とを備えている。供給槽２１内部には供給ステージ２３が、造形槽２２内部には造形ステージ２４がそれぞれ昇降可能に配置される。
【００３５】
供給ステージ２３の側面は供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。
【００３６】
造形槽２２の隣りには余剰粉体受け槽２９が設けられている。
【００３７】
余剰粉体受け槽２９には、粉体層３１を形成するときにローラ部材１００ａによって移送供給される粉体２０のうちの余剰の粉体２０が落下する。余剰粉体受け槽２９に落下した余剰の粉体２０は供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置に戻される。
【００３８】
供給槽２１上には粉体供給装置５５４が配置される。粉体供給装置５５４は、造形の初期動作時や供給槽２１の粉体量が減少した場合に、粉体供給装置５５４を構成するタンク内の粉体を供給槽２１に供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。
【００３９】
粉体供給装置５５４がＹ方向に移動するローラ部材１００と接触しないように、粉体供給装置５５４をＹ方向に移動可能な構成としても良いし、Ｚ方向に退避する構成としても良く、供給槽２１に粉体２０を供給できる構成であればこれらの構成に限らない。
【００４０】
また、ローラ部材１００ａは、造形槽２２及び供給槽２１の内寸（即ち、粉体が供される部分又は仕込まれている部分の幅）よりも長い棒状部材であり、往復移動機構２５によってステージ面に沿ってＹ方向（副走査方向）に往復移動される。
【００４１】
このローラ部材１００ａは、モータ２６によって図３の矢印A方向に回転しながら、供給槽２１の外側から供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するようにして水平移動する。これにより、粉体２０が造形槽２２上へと移送供給され、ローラ部材１００が造形槽２２上を通過しながら粉体層３１が形成される。
【００４２】
次に、上記立体造形装置の制御部について図５を参照して説明する。図５は同制御部のブロック図である。
【００４３】
図５に示すように、制御部５００は、主制御部５００Ａを備える。主制御部５００Ａは、ＣＰＵ５０１と、ＲＯＭ５０２と、ＲＡＭ５０３を備える。
【００４４】
ＣＰＵ５０１は、この立体造形装置全体の制御を司る。ＲＯＭ５０２は、ＣＰＵ５０１に本実施形態に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納する。ＲＡＭ５０３は、造形データ等を一時格納する。
【００４５】
さらに、制御部５００は、不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４と、ＡＳＩＣ５０５と、Ｉ／Ｆ５０６を備える。
【００４６】
不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持する。
【００４７】
ＡＳＩＣ５０５は、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理する。
【００４８】
Ｉ／Ｆ５０６は、外部の造形データ作成装置６００から造形データを受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行う。なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
【００４９】
さらに、制御部５００は、Ｉ／Ｏ５０７と、ヘッド駆動制御部５０８を備える。
【００５０】
Ｉ／Ｏ５０７は、各種センサの検知信号を取り込む。ヘッド駆動制御部５０８は、液体吐出ユニット５０の各ヘッド５２を駆動制御する。
【００５１】
さらに、制御部５００は、モータ駆動部５１０と、モータ駆動部５１１と、モータ駆動部５１２を備える。
【００５２】
モータ駆動部５１０は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動する。
【００５３】
モータ駆動部５１１は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１を構成するモータを駆動する。なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。
【００５４】
モータ駆動部５１２は、造形ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動する。
【００５５】
さらに、制御部５００は、モータ駆動部５１３と、モータ駆動部５１４と、モータ駆動部５１５と、モータ駆動部５１６を備える。
【００５６】
モータ駆動部５１３は、供給ステージ２３を昇降させるモータ２７を駆動する。モータ駆動部５１４は、造形ステージ２４を昇降させるモータ２８を駆動する。モータ駆動部５１５は、ローラ部材１００を移動させる往復移動機構２５のモータ５５３を駆動する。モータ駆動部５１６は、ローラ部材１００ａを回転駆動するモータ２６を駆動する。
【００５７】
さらに、制御部５００は、供給系駆動部５１７と、メンテナンス駆動部５１８を備える。
【００５８】
供給系駆動部５１７は、供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４を駆動する。メンテナンス駆動部５１８は、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動する。
【００５９】
さらに、制御部５００は、後供給駆動部５１９と、モータ駆動部５２０を備える。
【００６０】
後供給駆動部５１９は、粉体後供給部８０から粉体２０の供給を行わせる。モータ駆動部５２０は、制御部５００は、後述する粉体回収部９０の移送スクリュー９７、９７を回転駆動するモータ５５５を駆動する。
【００６１】
さらに、制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、温湿度センサ５６０が接続される。温湿度センサ５６０は、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する。
【００６２】
さらに、制御部５００には、操作パネル５２２が接続される。操作パネル５２２は、必要な情報の入力及び表示を行う。
【００６３】
なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置（粉体積層造形装置）６０１によって造形装置が構成される。
【００６４】
次に、造形データ作成装置６００が行う造形データ作成の一例について説明する。
【００６５】
まず、所望する立体データ（例えばSTLなどのCADデータ）を積層方向（即ちＺ方向）で分断して、複数のスライスデータとする。
【００６６】
そして、各スライスデータの各Ｘ座標と各Ｙ座標に対応した液滴吐出の有無や、液滴の大きさ、液滴の種類、などを決定し、これを造形データとする。
【００６７】
なお、上記の造形データの作成方法は一例であり、これに限るものでなく、造形データ作成装置を別体のPCで行うこともできるし、所望する立体データのスライスデータへの変換を必須とするものではない。
【００６８】
次に、造形の流れについて図６を参照して説明する。図６は造形の流れの説明に供する模式的説明図である。
【００６９】
造形槽２２の造形ステージ２４上に、１層目の層状造形物３０が形成されている状態から説明する。
【００７０】
まず図６（ａ）に示すように、１層目の層状造形物３０上に次の層状造形物３０を形成するときには、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ２方向に下降させる。
【００７１】
このとき、粉体層３１表面とローラ部材１００ａの下部との間隔がΔｔ１となるように造形ステージ２４の下降距離を設定する。この間隔Δｔ１が次に形成する粉体層３１の厚さ（即ち、積層ピッチ）に相当する。積層ピッチΔｔ１は、数１０〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００７２】
次いで、図６（ｂ）に示すように、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉体２０を、ローラ部材１００ａを順方向（矢印方向）に回転しながらＹ２方向（造形槽２２側）に移動することで、粉体２０を造形槽２２へと移送供給する（粉体供給）。
【００７３】
さらに、図６（ｃ）に示すように、ローラ部材１００ａを造形槽２２の造形ステージ２４のステージ面と平行に移動させて、造形槽２２に粉体２０を供給して粉体層３１を形成する。先述したようにローラ部材１００ａは凹凸１５０ａを有するため、このとき形成された粉体層３１の表面は凹凸１５０ａの形状に沿うようにして凹んでいる。このように、表面に凹みを有する粉体層３１を形成する工程を粉体層形成工程と呼ぶ。以降、図７を用いて、粉体層形成工程についての詳細を説明する。
【００７４】
図７は、本実施形態の粉体層形成工程における、粉体層３１のＸ方向の模式断面図である。上述したように、本実施形態では、凹凸１５０ａは、ローラ部材１００ａが有する面のうち、粉体層３１を形成する面を示す形成面に設けられている。ローラ部材１００ａは、Ｙ方向にある図示しない供給槽２１から、造形槽２２上の粉体層３１の上面を通過するようにして移動しながら回転する。
【００７５】
このときローラ部材１００ａは、供給槽２１から粉体２０を押しながら敷くようにして、粉体２０を造形槽２２上に供給して粉体層３１としつつ、凹凸１５０ａが粉体層３１の表面に凹み１０６ａを形成する。凹み１０６ａは、隆起部１０２ａの形状に対応するようにして形成される。
【００７６】
隆起部１０２ａの高さは、積層ピッチΔｔ１よりも小さいことが好ましい。これは、隆起部１０２ａによって、下層にある結合済みの層状造形物３０に干渉することを防ぐためである。具体的には、積層ピッチΔｔ１が１００μｍであるとき、隆起部１０２aが接触しない粉体層の厚さは５０％程度（即ち５０μｍ以下）であることが望ましい。
【００７７】
隆起部１０２ａの間隔（隣り合う隆起部１０２ａの頂点と頂点との間のX方向の間隔）は、凹み１０６ａの傾斜が崩壊しない程度に広げることが好ましい。具体的には、粉体２０の安息角が３０度で、隆起部１０２ａの高さが５０μｍのときは、隆起部１０２aの間隔は８７μｍ以上であることが望ましい。間隔を１００μｍとすると傾斜は約２７度となり、粉体２０の安息角を下回るので造形が安定する。またこの場合、ローラ部材１００ａには軸方向の長さ１ｍｍあたりに１２個の隆起部１０２ａを備える。  
【００７８】
具体例として、隆起部１０２ａの高さを５０μｍ、隆起部１０２ａの間隔を１００μｍとすると、凹みの傾斜は約２７度となり、凹みの無い平坦な場合と比較して約１２％の面積が増加する。
【００７９】
図６に戻り、以降の造形工程について説明する。先述した粉体層形成工程により、造形ステージ２４の層状造形物３０上で所定の積層ピッチΔｔ１になる粉体層３１が形成される。このとき、図６（ｃ）に示すように、粉体層３１の形成に使用されなかった余剰の粉体２０は余剰粉体受け槽２９に落下する。
【００８０】
また、この凹みによって積層ピッチΔｔ１の大きさがやや変化することになるが、数１０〜１００μｍ程度という範囲を逸脱しない程度の変化であれば問題ない。以上が、粉体層形成工程の詳細説明である。
【００８１】
粉体層３１を形成後、ローラ部材１００ａは、図６（ｄ）に示すように、Ｙ１方向に移動されて初期位置（原点位置）に戻される（復帰される）。このとき、ローラ部材１００ａは、図６ｃで説明した平行移動時と同じ高さで戻されてもよいし、ローラ部材１００ａの両端にモータを用いた昇降機構や、段差を有するレールを設けて、図６（ｃ）で説明した平行移動時よりも高い高さで戻されてもよい。
【００８２】
その後、図６（ｅ）に示すように、液体吐出ユニット５０のヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、粉体層３１に層状造形物３０を積層形成する。
【００８３】
なお、層状造形物３０は、例えば、ヘッド５２から吐出された造形液１０が粉体２０と混合されることで、粉体２０に含まれる接着剤が溶解し、溶解した接着剤同士が結合して粉体２０が結合されることで形成される。
【００８４】
このように、ローラ部材１００ａにより形成された粉体層３１に造形液１０を吐出して、粉体層３１中の粉体２０が所要形状に結合された層状造形物３０を形成する工程を、層状造形物形成工程と呼ぶ。なお所要形状とは、最終的に立体造形物の一部を形成する形状のことである。
【００８５】
次いで、上述した粉体層形成工程と、層状造形物形成工程を繰り返す。このとき、新たな層状造形物３０とその下層の層状造形物３０とは一体化して立体造形物の一部を構成し、上記工程を必要な回数繰り返すことによって、立体造形物（三次元形状造形物とも言う）を形成する。
【００８６】
そして、凹み１０６ａが形成された粉体層３１に造形液１０を吐出することで層状造形物３０とする。造形ユニット５（吐出ユニット５０）は、造形データに基づいて、粉体層３１に造形液１０を吐出する。より具体的には、造形ユニット５は、造形データに含まれる複数の画素のうち造形液１０の吐出が指定された画素群に対応する粉体層３１上の領域に対して、造形液１０を吐出する。以上が造形の流れであり、これを繰り返すことによって立体造形物を造形する。
【００８７】
次に、図８で本実施形態により造形された立体造形物の詳細について説明する。図８は、本実施形態により形成された立体造形物の模式断面図である。図８は、粉体２０と、粉体層３１と、層状造形物３０と、立体造形物の模式図である。図８（ａ）は、粉体層３１になる前の粉体２０の様子を表す。図８（ｂ）は、粉体２０が、粉体層形成工程によって粉体層３１となった様子を表す。このときの粉体層３１は凹み１０６ａを有する。
【００８８】
図８（ｃ）は、粉体層３１の一部が、層状造形物形成工程によって層状造形物３０となった様子を表す。なお、造形液１０が吐出されなかった範囲においては、粉体層３１は結合されない。
【００８９】
図８（ｄ）は、粉体層形成工程と層状造形物形成工程を繰り返すことによって層状造形物３０が積層されている様子を表す。積層された層状造形物３０が、立体造形物となる。
【００９０】
このとき、粉体層３１の表面は各層状造形物３０が結着する境界（図８中に示す）になるが、境界が平坦な場合と比較して、境界が凹みを有する場合のほうが境界の面積が大きくなり、立体造形物の強度を大きくすることができる。
【００９１】
ここで、造形液１０の吐出パラメータ（例えば、各座標における吐出量や吐出滴数）を複雑にして層状造形物３０に凹みを形成する場合は、造形液１０の吐出密度にむらができてしまい、かえって造形物の強度が低下するおそれがある。
【００９２】
例えば上述の特許文献１に開示された技術では、凹みを有する層状造形物の形成にあたって、凹みを形成する領域に対してのみ造形液を吐き出す制御（即ち、造形液を選択的に吐出する制御）を行う必要がある。もしくは、凹みを形成する領域に対しては、凹みが形成されない領域よりも多くの造形液を吐出する必要がある。
【００９３】
そのため、該領域の全体にわたって造形液を連続的に（もしくは均一に）吐き出す構成に比べて、造形液の吐出密度にむらができてしまい、かえって立体造形物の強度が低下するおそれがある。さらに、上述したような造形液を選択的に吐き出す制御では、造形液の吐出位置や吐出タイミングの制御が複雑になる上、特殊な造形データ（つまり、造形液を選択的に吐き出すことを指定可能な造形データ）が必要になり、吐出制御が複雑化するという問題もある。
【００９４】
それに対して本実施形態では、層状造形物３０になる前の粉体層３１そのものが凹みを有している。そのため、粉体層３１のうち層状造形物３０が形成される領域に対して造形液１０を選択的に吐出する制御（該領域に凹凸を形成するための制御）を行う必要が無く、該領域の全体にわたって造形液１０を連続的に吐出する制御を行うことができる。これにより、造形液１０の吐出密度にむらができることを抑制できるので、造形物の強度をより大きくすることができる。
【００９５】
また、本実施形態では、粉体層３１のうち層状造形物３０が形成される領域に対して造形液１０を選択的に吐出することを指定可能な特殊な造形データは不要になる。さらに、粉体層３１のうち層状造形物３０が形成される領域の全体にわたって造形液１０を連続的に吐出する制御を行う場合の方が、該領域に対して造形液１０を選択的に吐出する制御を行う場合に比べて、造形液１０の吐出位置や吐出タイミングの制御が簡易になる。したがって、吐出制御を簡素化できる。
【００９６】
なお本実施形態では、凹み１０６ａは隆起部１０２ａの形状に対応して形成されるとしたが、最終的な粉体層３１の表面形状を少なくとも平坦ではない形状にできればよく、凹み１０６ａが形成される要因を隆起部１０２ａに限定するものではない（以降の変形例や実施形態においても同様である）。
【００９７】
（第１の実施形態の変形例１）
図９を用いて、第１実施形態の変形例１を説明する。図９は、本変形例で粉体層形成部として設けたローラ部材１００ｂの詳細図である。なお、以降の実施形態の説明においてローラ部材１００ａとローラ部材１００ｂを区別しない場合は、ローラ部材１００と称する。
【００９８】
図９に示すように、ローラ部材１００ｂは、ローラ部材１００ｂの粉体層３１を形成する形成面１０４ｂと、形成面１０４ｂから突出して設けられた複数の突出部１０２ｂとの組み合わせからなる凹凸１５０ｂを有する。本変形例における形成面１０４ｂは、隆起部１０２ａのような起伏形状を持たない面である。突出部１０２ｂは、該形成面１０４ｂから突出するように設けられている。より具体的には、突出部１０２ｂは、円筒状の部材の表面（形成面１０４ｂに相当）から突出したピン形状の部分を意味する。ここでは、ローラ部材１００ｂの１つの円周上に３つの突出部１０２ｂを設けたが、突出部１０２ｂの数をこれに限るものではない。
【００９９】
凹凸１５０ｂは粉体層３１の表面に凹み１０６ｂを形成する。凹み１０６ｂは、突出部１０２ｂの形状に対応するようにして形成される。
【０１００】
次に、図１０を用いてＸ方向から見た凹み１０６ｂの形状について説明する。図１０は、凹凸１５０ｂによって粉体層３１に形成された凹み１０６ｂの模式図である。
【０１０１】
ローラ部材１００ｂは、図中の矢印Ａ方向に回転しながら、Ｙ方向に移動するため、凹み１０６ｂのＺ方向高さが変化する。（この例では、凹み１０６ｂがＺ方向に波打つように形成される。）このように、ローラ部材１００ｂに突出部１０２ｂを設けた場合はＹ方向に沿ったＺ方向高さも変化するため、ローラ部材１００ａを用いたとき（凹み形成部として隆起部１０２ａを設けたとき）よりも、さらに結着面積が増加する。凹み１０６ｂのＸ方向の幅は微小なため、流動性の低い粉体２０（即ち、粉体層３１になったときの形状が変化しにくい粉体）に対してはこの変形例１が特に有効である。
【０１０２】
また、同一円周上における突出部１０２ｂの数や間隔等や、ローラ部材１００ｂの移動速度等は、適宜変更可能である。下記に、変更例とその効果について述べる。
【０１０３】
図１１は、図中の断面における突出部１０２ｂの数を１つとした場合の、粉体層３１に形成された凹み１０６ｂをＸ方向から見た断面図である。この場合、突出部１０２ｂが粉体層３１に接触するときと接触しないときがあるため、図１２に示す平面図のように、Ｙ方向に非連続な凹み１０６ｂを形成することができる。
【０１０４】
このように、凹凸の形状は１つに限られるものではなく、突出部１０２ｂの数や間隔および、ローラ部材１００ｂの回転速度や移動速度等を変更することで、凹み１０６ｂのＺ方向高さと連続性（即ち、粉体層３１の表面積）を変化させ、立体造形物の強度を調節することも可能である。もちろんこれは、図７で説明したローラ部材１００ａを用いた場合においても同様である。
【０１０５】
また、図１３は、凹み１０６ｂと造形液１０の吐出間隔を示す図である。本実施形態では、図１３に示すように、造形液１０の吐出間隔は、凹み１０６ｂの間隔とできるだけ同程度にすることが望ましい。これは、突出部１０２ｂの間隔と造形液１０の吐出間隔が等しい場合に造形液１０の浸透範囲にムラが生じにくくなり、各粉体層間がより等方的に結着して強度が大きくなるからである。またこれは、他の実施形態についても適用可能である。
【０１０６】
造形液１０の吐出間隔は、Ｘ方向走査するヘッド５２の走査速度と、ヘッド５２が造形液１０を吐出するタイミング等を調整することで決めることできる。
【０１０７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図１４を用いて説明する。図１４は、第２の実施形態の造形部１をＸ方向から見た断面図を示す。図１４では、ローラ部材１００ａの進行方向（即ち、供給槽２１から造形槽２２に向かう方向）において、ローラ部材１００ａの前方に平坦化ローラ１２がある。平坦化ローラ１２は平坦化部の一例であり、図中のＡ方向に回転しながら、供給槽２１から造形槽２２に向かう方向に移動する。そして、供給槽２１にある粉体２０を押し出すようにして、粉体２０を造形槽２２へと移動させ、表面が平坦な粉体層３１を形成する。
【０１０８】
平坦化ローラ１２の上方には粉体除去板１３が設けられている。粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２に付着した粉体２０を除去することで、粉体２０が平坦な粉体層３１の表面に再付着することを防ぐ。粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２に触れるように配置しても良いし、微小な隙間を設けるように配置してもよい（ローラ部材１００ａに対応する粉体除去板１３においても同様である）。
【０１０９】
次に、本実施形態における粉体層形成工程について説明する。図１４に示す平坦化ローラ１２は、供給槽２１から造形槽２２上の粉体層３１の上面を通過するようにして移動しながら回転する。このとき、粉体２０を造形槽２２上に供給しつつ、表面が平坦な粉体層３１を形成する。図１５は、このときの平坦な粉体層３１をＹ方向からみた断面図である。
【０１１０】
その後、ローラ部材１００が粉体層３１の上面を通過するように移動する。このとき、ローラ部材１００に設けられた凹凸１５０が粉体層３１に接し、凹み１０６を形成する。図１６は、凹み１０６が形成された粉体層３１をＹ方向からみた断面図である。なお、ローラ部材１００は図４に示す形状でもよいし、図９に示す形状でもよい。
【０１１１】
即ち本実施形態の粉体層形成工程では、粉体層３１に凹み１０６ａを形成する前に、粉体層３１の表面を一度平坦にする。そのため、粉体層３１の表面が平坦にされたときに、粉体層３１中の粉体２０の配置が均一化される（即ち、粉体２０が粗密なく敷かれる）ため、粉体２０の疎密からくる立体造形物の強度のばらつきを低減することができる。
【０１１２】
また本実施形態では、ローラ部材１００の回転方向は図１４中のＡ方向でもＢ方向でも良い。第１の実施形態のように平坦化ローラ１２を設けない場合においては、ローラ部材１００が、供給槽２１上の粉体２０を造形槽２２に移動させる必要がある。このときローラ部材１００がＢ方向に回転すると、供給槽２１上の粉体２０を押すときに、粉体２０がローラ部材１００の後方に巻き込まれてしまい、形成された粉体層３１には先述したような粉体２０の粗密が生じるおそれがある。
【０１１３】
一方、本実施形態では、まず平坦化ローラ１２がＡ方向に回転しつつ、供給槽２１上の粉体２０を造形槽２２へと移動させ、粗密のない粉体層３１を形成する。その後にローラ部材１００が凹みを形成するため、ローラ部材１００がＢ方向に回転しても、粉体層３１中の粉体２０の粗密は生じない。
【０１１４】
なお、本実施形態において、ローラ部材１００ａに代えてローラ部材１００ｂを採用しても良い。
【０１１５】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図１７を用いて説明する。図１７は、本実施形態の立体造形装置をＺ方向から見たときの平面図である。本実施形態では、Ｙ方向に移動するローラ部材１００に加えて、Ｘ方向に移動するローラ部材２００が備えられている。即ち、本実施形態の立体造形装置はローラ部材（粉体層形成部）を複数備え、複数のローラ部材（粉体層形成部）は、互いに交差する方向に移動する。以下、具体的な内容を説明する。
【０１１６】
ローラ部材２００は、ローラ部材２００の移動方向が、ローラ部材１００の移動方向と交差するように配置されており、ローラ部材１００と同様に粉体層３１に接して凹みを形成する部材である。複数のローラ部材２００（粉体層形成部）は、互いに交差する方向に移動する。なお、ローラ部材１００の形状は、図４に示す形状でもよいし、図９に示す形状でもよい。
【０１１７】
また図１７に示すように、ローラ部材２００に対応するように余剰粉体受け槽２９を追加で設けることが望ましい。もちろん、ローラ部材２００に対応するように粉体除去板１３を設けるのも望ましい。
【０１１８】
図１８および図１９には、本実施形態における粉体層３１の例を示す。図１８は、Ｙ方向に移動するローラ部材１００ｂと、Ｘ方向に移動するローラ部材２００により形成された粉体層３１を、Ｚ方向から見たときの平面図である。図１８と図１９では、ローラ部材の形状は図７に示す形状としている。
【０１１９】
図１８に示すように、Ｙ方向に移動するローラ部材１００ｂにより形成された凹み１０６ｂと、Ｘ方向に移動するローラ部材２００により形成された凹み２０６ｂが交差するように形成されている。各ローラ部材の移動速度や、突出部１０２ｂの数によっては、図１９に示すように、非連続な凹みが２方向から形成される。
【０１２０】
これらのように、本実施形態ではＸ方向に沿う凹みも形成することができるため、粉体層３１の表面積をより大きくすることができ、立体造形物の強度をより大きくすることができる。
【０１２１】
また、上述した全ての実施形態におけるローラ部材は、図２０及び図２１で示すブレード部材３００ａ、ブレード部材３００ｂに置き換え可能である（以後、区別しないときはブレード部材３００と呼ぶ）。ブレード部材３００ａは、ベースとなる基板と、基板に設けられたブレード部分（ここでは、隆起部３０２ａもしくは突出部３０２ｂ）からなる。
【０１２２】
例えば図２０の例のように、図７で説明した隆起部１０２ａをブレード部分として用いることもできる。図２０に示すブレード部材３００ａは、凹凸３５０ａを有する。凹凸３５０は、ブレード部材３００ａ（基板）のうち、粉体層３１を形成する面を示す形成面に設けられ、複数の隆起部３０２ａと、複数の隆起部３０２ａの谷となる谷部３０４ａとからなる。凹凸３５０ａの構成は、上述の図７で説明したローラ部材１００が有する凹凸１５０ａの構成と同様である。ブレード部材３００ａは、Ｙ方向（もしくはＸ方向）に移動し、ブレード部分（ここでは、隆起部３０２ａ）が粉体層３１の表面に接して、粉体層３１を削るようにすることで凹みを形成できる。ブレード部材３００はローラ部材１００のように回転をしないので、凹みの形状はブレード部分の形状に沿って連続的に形成される。
【０１２３】
また、例えば図２１の例のように、図９で説明した突出部１０２ｂ（ピン形状）をブレード部分として用いることもできる。図２１に示すブレード部材３００ｂは、ブレード部材３００ｂ（基板）のうち、粉体層３１を形成する形成面３０４ｂと、形成面３０４ｂから突出して設けられた複数の突出部３０２ｂ（図９の突出部１０２ｂと同様のピン形状）との組み合わせからなる凹凸３５０ｂを有する。形成面３０４ｂは、図２０の例とは異なり、隆起部３０２ａのような起伏形状を持たない面である。突出部３０２ｂは、該形成面３０４ｂから突出するように設けられている。凹凸３５０ｂの構成は、上述の図９で説明したローラ部材１００ｂが有する凹凸１５０ｂの構成と同様である。ブレード部材３００ｂは、Ｙ方向（もしくはＸ方向）に移動し、ブレード部分（ここでは、突出部３０２ｂ）が粉体層３１の表面に接して、粉体層３１を削るようにすることで凹みを形成できる。ブレード部材３００ｂはローラ部材１００のように回転をしないので、凹みの形状はブレード部分の形状に沿って連続的に形成される。
【０１２４】
このように、ローラ部材１００の代わりにブレード部材３００を用いると、ローラ部材１００を回転駆動するためのモータ２６が必要ないため、より簡易な構成で効果を得ることができる。従って、粉体層３１に形成される凹みが各方向に連続的でも、強度が十分だと使用者が判断したときは、ブレード部材３００を用いるのが望ましい。
【０１２５】
また全ての実施形態におけるローラ部材１００はメッキ加工されていることが望ましい。状況によっては、装置の反復使用によってローラ部材１００の凹凸１５０が欠損してしまい、凹凸１５０が欠損したままローラ部材１００が移動することで、凹み１０６を崩壊させて立体造形物の強度を損なうおそれがある。そこで、ローラ部材１００にメッキ加工をして耐摩耗性を向上させることで、凹み１０６の崩壊を抑えることができる。耐摩耗性向上としては、クロムメッキが特に有効である。
【０１２６】
また全ての実施形態におけるローラ部材１００はフッ素加工されていることが望ましい。状況によっては、ローラ部材１００に粉体２０が付着し、粉体２０が付着したままローラ部材１００が移動してしまい、凹み１０６を崩壊させて立体造形物の強度を損なうおそれがある。そこで、ローラ部材１００にフッ素加工をして粉体２０に対する付着性低減することで、凹み１０６の崩壊を抑えることができる。付着性低減としては、フッ素樹脂コーティングが特に有効である。
【符号の説明】
【０１２７】
１        造形部
５        造形ユニット
１２      平坦化ローラ
１３      粉体除去板
２０      粉体
２１      供給槽
２２      造形槽
２９      余剰粉体受け槽
３０      層状造形物
３１      粉体層
５２      液体吐出ヘッド
１００ａ  ローラ部材
１５０ａ  凹凸
１０２ａ  隆起部
１０６ａ  凹み
２００    ローラ部材
３００    ブレード部材
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２８】
【特許文献１】特開２０１５−２１７５３３号公報
【図１】
2018012282.tif 000003
【図２】
2018012282.tif 000004
【図３】
2018012282.tif 000005
【図４】
2018012282.tif 000006
【図５】
2018012282.tif 000007
【図６】
2018012282.tif 000008
【図７】
2018012282.tif 000009
【図８】
2018012282.tif 000010
【図９】
2018012282.tif 000011
【図１０】
2018012282.tif 000012
【図１１】
2018012282.tif 000013
【図１２】
2018012282.tif 000014
【図１３】
2018012282.tif 000015
【図１４】
2018012282.tif 000016
【図１５】
2018012282.tif 000017
【図１６】
2018012282.tif 000018
【図１７】
2018012282.tif 000019
【図１８】
2018012282.tif 000020
【図１９】
2018012282.tif 000021
【図２０】
2018012282.tif 000022
【図２１】
2018012282.tif 000023