(57)【要約】【課題】形成される粉体層の粉体密度の均一化を図りつつ、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる三次元造形装置を提供する。【解決手段】平坦化部材である平坦化ローラ１２によって造形部である造形槽２２に粉体２０を敷き詰めてプレ粉体層３１ａを形成するプレ粉体層形成処理と、平坦化ローラ１２によってプレ粉体層３１ａの表層側の粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層３１を形成する粉体層形成動作と、粉体層３１の粉体２０を所要形状に結合して層状構造物３０を形成する構造物形成動作と、を繰り返し行う三次元造形装置であって、平坦ローラ１２は、造形槽２２に対する平坦化ローラ１２の移動方向に直交する回転軸を中心に回転駆動する回転体であり、平坦化ローラ１２の回転速度が、プレ粉体層形成処理のときよりも粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦化部材によって造形部に粉体を敷き詰めてプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、前記平坦化部材によって前記プレ粉体層の表層側の前記粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層を形成する粉体層形成動作と、前記粉体層の前記粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成する構造物形成動作と、を繰り返し行う三次元造形装置であって、
前記平坦化部材は、前記造形部に対する前記平坦化部材の移動方向に直交する回転軸を中心に回転駆動する回転体であり、
前記平坦化部材の回転速度が、前記プレ粉体層形成処理のときよりも前記粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
請求項１の三次元造形装置において、
前記平坦化部材の前記造形部に対する移動速度が、前記プレ粉体層形成処理のときよりも前記粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項３】
請求項１または２の三次元造形装置において、
前記平坦化部材の回転方向は、前記平坦化部材の前記造形部との対向部における表面移動方向が前記平坦化部材の前記造形部に対する移動方向と同方向となる回転方向であることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項４】
平坦化部材によって造形部に粉体を敷き詰めてプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、前記平坦化部材によって前記プレ粉体層の表層側の前記粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層を形成する粉体層形成動作と、前記粉体層の前記粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成する構造物形成動作と、を繰り返し行う三次元造形装置であって、
前記平坦化部材の前記造形部に対する移動速度が、前記プレ粉体層形成処理のときよりも前記粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一に記載の三次元造形装置において、
一回の前記粉体層形成動作の際に、前記プレ粉体層形成処理を複数回実行することを特徴とする三次元造形装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一に記載の三次元造形装置において、
一回の前記粉体層形成動作の際に、前記粉体除去処理を複数回実行することを特徴とする三次元造形装置。
【請求項７】
平坦化部材によって造形部に粉体を敷き詰めてプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、前記平坦化部材によって前記プレ粉体層の表層側の前記粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層を形成する粉体層形成工程と、前記粉体層の前記粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成する構造物形成工程と、を繰り返し行う三次元造形物製造方法であって、
前記平坦化部材は、前記造形部に対する前記平坦化部材の移動方向に直交する回転軸を中心に回転駆動する回転体であり、
前記平坦化部材の回転速度が、前記プレ粉体層形成処理のときよりも前記粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とする三次元造形物製造方法。
【請求項８】
平坦化部材によって造形部に粉体を敷き詰めてプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、前記平坦化部材によって前記プレ粉体層の表層側の前記粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層を形成する粉体層形成工程と、前記粉体層の前記粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成する構造物形成工程と、を繰り返し行う三次元造形物製造方法であって、
前記平坦化部材の前記造形部に対する移動速度が、前記プレ粉体層形成処理のときよりも前記粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とする三次元造形物製造方法。
【請求項９】
平坦化部材によって造形部に粉体を敷き詰めてプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、前記平坦化部材によって前記プレ粉体層の表層側の前記粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層を形成する粉体層形成動作と、前記粉体層の前記粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成する構造物形成動作と、を繰り返し行う三次元造形装置を制御する造形プログラムであって、
前記平坦化部材は、前記造形部に対する前記平坦化部材の移動方向に直交する回転軸を中心に回転駆動する回転体であり、
前記平坦化部材の回転速度が、前記プレ粉体層形成処理のときよりも前記粉体除去処理のときの方が速くなるように前記三次元造形装置を制御することを特徴とする造形プログラム。
【請求項１０】
平坦化部材によって造形部に粉体を敷き詰めてプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、前記平坦化部材によって前記プレ粉体層の表層側の前記粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層を形成する粉体層形成動作と、前記粉体層の前記粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成する構造物形成動作と、を繰り返し行う三次元造形装置を制御する造形プログラムであって、
前記平坦化部材の前記造形部に対する移動速度が、前記プレ粉体層形成処理のときよりも前記粉体除去処理のときの方が速くなるように前記三次元造形装置を制御することを特徴とする造形プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置、三次元造形物製造方法及び造形プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、造形部に粉体を供給して粉体層を形成する動作と、粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成する造形動作とを繰り返し行い、層状構造物が積層された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。この種の三次元造形装置として、平坦化部材によって造形部に粉体を敷き詰めてプレ粉体層を形成する処理と、平坦化部材によってプレ粉体層の表層側の粉体を除去しつつ平坦化する粉体除去処理と、を実行して造形部に粉体層を形成するものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、造形部に対して平坦化部材を往復移動させ、往路では形成しようとする粉体層の目標厚みよりも厚いプレ粉体層を造形部に形成し、復路ではプレ粉体層の表層側の粉体を除去して目標厚みの粉体層を形成するものが記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
プレ粉体層を形成し、その表層側の粉体を除去して粉体層を形成する構成では、各層状構造物の形状に誤差が生じることがあり、層状構造物が積層して最終的に造形される三次元造形物の造形精度が低下することがあった。
【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、本発明は、平坦化部材によって造形部に粉体を敷き詰めてプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、前記平坦化部材によって前記プレ粉体層の表層側の前記粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層を形成する粉体層形成動作と、前記粉体層の前記粉体を所要形状に結合して層状構造物を形成する構造物形成動作と、を繰り返し行う三次元造形装置であって、前記平坦化部材は、前記造形部に対する前記平坦化部材の移動方向に直交する回転軸を中心に回転駆動する回転体であり、前記平坦化部材の回転速度が、前記プレ粉体層形成処理のときよりも前記粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、形成される粉体層の粉体密度の均一化を図りつつ、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の三次元造形装置の概略平面説明図。
【図２】実施形態の三次元造形装置の概略側面説明図。
【図３】実施形態の三次元造形装置における粉体保持部の拡大側面説明図。
【図４】実施形態の三次元造形装置の制御部の概要を示すブロック図。
【図５】プレ粉体層形成処理の説明図。
【図６】粉体除去処理の説明図。
【図７】プレ粉体層形成処理における平坦化ローラの回転速度と粉体の挙動との関係を示す説明図。
【図８】粉体除去処理における平坦化ローラの回転速度と粉体の挙動との関係を示す説明図。
【図９】平坦化処理を行っているときの粉体の個々の粒子に作用する力を模式的に示した説明図。
【図１０】平坦化ローラの回転速度を異ならせて、粉体に作用する力をそれぞれ算出したシミュレーションの結果を示す説明図。
【図１１】プレ粉体層形成処理における平坦化ローラの移動速度と粉体の挙動との関係を示す説明図。
【図１２】粉体除去処理における平坦化ローラの移動速度と粉体の挙動との関係を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明に係る三次元造形装置の一実施形態について説明する。
図１は本実施形態の三次元造形装置１００の概略平面説明図、図２は三次元造形装置１００を図１中の右方から見た概略側面説明図である。図３は、図２に示す粉体保持部１の拡大側面説明図であり、図３は造形時の状態で示している。
【０００９】
三次元造形装置１００は、粉体造形装置（「粉末造形装置」ともいう。）である。この三次元造形装置１００は、粉体２０（粉末）が結合された層状構造物３０が形成される粉体保持部１と、粉体保持部１内に層状に敷き詰められた粉体２０の粉体層３１に対して造形液１０を吐出して立体造形物を造形する造形ユニット５とを備えている。
本説明における「Ｘ方向」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。また、「Ｚ方向」は図２中の上下方向であって、図１の紙面に直交する方向である。
粉体保持部１及び造形ユニット５は、Ｙ方向に相対移動可能であり、また造形ユニット５の液体吐出ユニット５０は、粉体保持部１に対してＸ方向に相対移動可能に構成されている。
【００１０】
まず、粉体保持部１について説明する。
粉体保持部１は、粉体収容槽１１と、平坦化手段（リコータ）を構成する平坦化部材としてのローラ状の回転部材である平坦化ローラ１２と、平坦化ローラ１２に付着した粉体２０を除去する粉体除去板１３とを備えている。平坦化部材は、ローラ状の部材や回転部材に限るものではなく、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。
【００１１】
図１、図２及び図３に示すように、粉体収容槽１１は、箱型形状となっており、供給槽２１と、造形槽２２と、余剰粉体回収槽２９との三つの上面が開放された槽を備えている。造形槽２２は、層状構造物３０が積層されて三次元造形物が造形される槽であり、供給槽２１は、造形槽２２に供給する粉体２０を貯留する槽である。余剰粉体回収槽２９は、造形槽２２に供給された粉体２０の余剰分を回収する槽である。粉体収容槽１１には、供給槽２１と造形槽２２と余剰粉体回収槽２９との順に、Ｙ方向に並んで配置されている。
【００１２】
供給槽２１の内部には、底部を構成する供給ステージ２３が配置され、この供給ステージ２３は、鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。供給ステージ２３の上に造形材料となる粉体２０を載置する。
造形槽２２の内部には、底部を構成する造形ステージ２４が配置され、この造形ステージ２４は、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上に層状構造物３０が積層された三次元造形物が造形される。
【００１３】
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の側面も造形槽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。
【００１４】
余剰粉体回収槽２９は、造形槽２２に粉体層３１を形成するときに平坦化ローラ１２によって造形槽２２に向けて移送供給された粉体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である余剰粉体２０ａを溜める。余剰粉体回収槽２９の底面は、余剰粉体２０ａを吸引する機構が備えられた構成や、余剰粉体回収槽２９を簡単に取り外せるような構成となっている。
【００１５】
供給槽２１の上方には、粉体供給装置５５４が配置されている。余剰粉体回収槽２９に落下した余剰粉体２０ａは供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４に戻される。
【００１６】
図４は、三次元造形装置１００の制御部５００の概要を示すブロック図である。制御部５００によって供給ステージ昇降モータ２７の駆動を制御することで、供給ステージ２３はＺ方向（高さ方向）に昇降される。また、制御部５００によって造形ステージ昇降モータ２８の駆動を制御することで、造形ステージ２４もＺ方向（高さ方向）に昇降される。
【００１７】
造形の初期動作時や供給槽２１の粉体量が減少したときに、制御部５００が粉体供給駆動部５１７の駆動を制御して、粉体供給装置５５４を構成するタンク内の粉体２０を供給槽２１へ供給する。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。
【００１８】
粉体供給装置５５４は、Ｙ方向に移動する平坦化ローラ１２及び粉体除去板１３に接触しない構成である。このような構成としては、粉体供給装置５５４を平坦化ローラ１２の移動に合わせてＹ方向に移動可能とする構成を挙げることができる。また、平坦化ローラ１２の移動時に粉体供給装置５５４がＺ方向に退避する構成としてもよい。さらに、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。
【００１９】
平坦化ローラ１２は、その軸方向長さ（Ｘ方向の長さ）が造形槽２２及び供給槽２１の内寸幅（各槽のＸ方向の内壁面間の距離）よりも長い丸棒状の部材である。そして、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ている。制御部５００が平坦化ローラ往復モータ２５の駆動を制御することで、平坦化ローラ１２は、供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面に沿うように水平方向におけるＹ方向（副走査方向）に往復移動する。
【００２０】
平坦化ローラ１２は、粉体層形成部材の一例であり、平坦化ローラ１２によって造形槽２２に粉体２０を形成し、粉体層３１を形成する。
造形槽２２に粉体２０を供給するときには、平坦化ローラ１２が水平方向に移動することで、供給槽２１の供給ステージ２３上に貯留されている粉体２０の一部を平坦化ローラ１２が水平方向に押して造形槽２２に移送し、供給する。
さらに、平坦化ローラ１２が造形槽２２上を通過することで、平坦化ローラ１２が造形槽２２に供給された粉体２０の上層側の一部を移送しつつ、残った粉体２０表面（上面）を均して平坦化し、所定の層厚の粉体層３１を形成する。
【００２１】
また、平坦化ローラ１２は、回転部材の一例である。平坦化ローラ回転モータ２６によって回転駆動される。
平坦化ローラ１２は、平坦化ローラ回転モータ２６によって回転されながら、供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するように水平方向に往復移動する。
【００２２】
造形槽２２に粉体２０を供給するときには、平坦化ローラ１２は、図３中の矢印「Ａ１」方向に回転しながら、Ｙ方向における供給槽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、平坦化ローラ１２が造形槽２２上を通過しながら粉体層３１が形成される。
【００２３】
粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２の周面に接触して、平坦化ローラ１２に付着した粉体２０を除去する。平坦化ローラ１２が往復移動する際には、粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２の周面に接触した状態で平坦化ローラ１２とともに移動する。
【００２４】
次に、造形ユニット５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に粉体２０を結合させる造形液１０を吐出（付与）して、粉体２０が結合した層状の構造物としての層状構造物３０を形成する。
【００２５】
液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された二つ（一つまたは三つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッドである第一ヘッド５２ａ及び第二ヘッド５２ｂ（区別しないときは、「ヘッド５２」という。）と、を備えている。
【００２６】
キャリッジ５１は、第一ガイド部材５４及び第二ガイド部材５５によっ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。）に移動可能に保持されている。第一ガイド部材５４及び第二ガイド部材５５は、Ｘ方向の両端が側板７０に対して昇降可能に保持されている。このキャリッジ５１は、主走査方向移動機構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Ｘ方向に往復移動される。
【００２７】
ヘッド５２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二列配置されている。第一ヘッド５２ａの二つのノズル列は、粉体層３１に向けてシアン造形液及びマゼンタ造形液をそれぞれ吐出する。第二ヘッド５２ｂの二つのノズル列は、粉体層３１に向けてイエロー造形液及びブラック造形液をそれぞれ吐出する。ヘッド５２の構成や吐出する造形液の色はこれに限るものではない。
【００２８】
図１に示すように、これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液及び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、各色の造形液は供給チューブなどを介してヘッド５２に供給される。
【００２９】
液体吐出ユニット５０は、第一ガイド部材５４及び第二ガイド部材５５とともにＺ方向に昇降可能に配置され、吐出ユニット昇降機構５５１によってＺ方向に昇降される。
【００３０】
図１に示すように、造形ユニット５のＸ方向におけるキャリッジ５１の移動範囲の一方側（図１中の右側）には、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３とで構成される。
メンテナンス機構６１では、キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ノズルが形成された面）に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。これは、ノズルに詰まった粉体２０の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。
【００３１】
その後、メンテナンス機構６１では、ノズルのメニスカス形成のため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形液の吐出を行わない期間に、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。
【００３２】
造形ユニット５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たスライダ部７２を有し、造形ユニット５全体がＸ方向に対して直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能となっている。この造形ユニット５は、副走査方向移動機構５５２によって全体がＹ方向に往復移動される。
【００３３】
次に、三次元造形装置１００の制御部５００の概要について図４を参照して説明する。
図４に示すように、制御部５００は、ＣＰＵ５０１と、ＲＯＭ５０２と、ＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。ＣＰＵ５０１は、三次元造形装置１００全体の制御を司るものである。ＲＯＭ５０２は、ＣＰＵ５０１に三次元造形動作の制御を実行させるための造形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ものである。ＲＡＭ５０３は、造形データ等を一時格納するものである。
【００３４】
制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ５０４）を備えている。また、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ＡＳＩＣ５０５を備えている。
【００３５】
制御部５００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ための外部インターフェース５０６（外部Ｉ／Ｆ）を備えている。
造形データ作成装置６００は、最終形態の三次元造形物を各層状構造物にスライスした造形データを作成する装置であり、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成される。
また、制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むための入出力部５０７（Ｉ／Ｏ）を備えている。入出力部５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ５６０などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
【００３６】
制御部５００は、液体吐出ユニット５０のヘッド５２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。
また、制御部５００は、主走査方向駆動部５１０と副走査方向駆動部５１２とを備える。
主走査方向駆動部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）に移動させる主走査方向移動機構５５０を構成するモータを駆動する。
副走査方向駆動部５１２は、造形ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させる副走査方向移動機構５５２を構成するモータを駆動する。
【００３７】
さらに、制御部５００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）させる吐出ユニット昇降機構５５１を構成するモータを駆動する吐出ユニット昇降駆動部５１１を備えている。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。
【００３８】
制御部５００は、供給ステージ２３を昇降させる供給ステージ昇降モータ２７を駆動する供給ステージ駆動部５１３と、造形ステージ２４を昇降させる造形ステージ昇降モータ２８を駆動する造形ステージ駆動部５１４を備えている。
また、制御部５００は、平坦化ローラ１２を移動させる平坦化ローラ往復モータ２５を駆動する平坦化往復駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動する平坦化ローラ回転モータ２６を駆動する平坦化回転駆動部５１６を備えている。
【００３９】
制御部５００は、供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４を駆動する粉体供給駆動部５１７と、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８とを備えている。
また、制御部５００は、余剰粉体回収槽２９内の余剰粉体を回収する粉体回収スクリューを回転駆動する粉体回収モータ５５５を駆動する粉体回収駆動部５１９を備えている。
【００４０】
制御部５００には、使用者による必要な情報の入力及び使用者に対する情報の表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。
三次元造形装置１００と造形データ作成装置６００とによって、造形装置が構成される。
【００４１】
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。
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。
そして、各スライスデータの各Ｘ座標と各Ｙ座標と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。こ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６００を別体のパーソナルコンピュータ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。
【００４２】
次に、三次元造形装置１００での粉体層３１の形成動作の流れについて、図５及び図６を参照して説明する。
図５及び図６は、本実施形態における粉体層３１の形成動作の一例の流れを説明する模式的説明図であり、図５は、プレ粉体層形成処理の説明図であり、図６は、粉体除去処理の説明図である。
【００４３】
図５（ａ）は、造形槽２２の造形ステージ２４上に、一層目の層状構造物３０が形成されている状態であり、次の一層の層状構造物３０を形成する形成動作の初期状態である。
一層目の層状構造物３０上に次の一層の層状構造物３０を形成するときには、まず、図５（ｂ）に示すように、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。供給ステージ２３を上昇させることで、供給ステージ２３上の粉体２０の上面は、供給槽２１の上面レベルよりも上方となる。また、造形ステージ２４を下降させることで、造形ステージ２４上の粉体２０の上面は、造形槽２２の上面レベルよりも下方となる。
【００４４】
このとき、造形ステージ２４上の粉体２０の上面と平坦化ローラ１２の周面の最下部との間隔が「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」は、次に一回の粉体供給プロセスで形成される粉体層３１の厚さ（即ち、積層ピッチ）の二倍程度の、１００［μｍ］〜２００［μｍ］であることが好ましい。
【００４５】
次に、図５（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を順方向（図５中の反時計回り方向、矢印「Ａ１」方向）に回転させながらＹ２方向（図５中の右方向、造形槽２２側）に移動させる。これにより、供給ステージ２３上の粉体２０のうち、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉体２０を、造形槽２２へと移送供給する（粉体供給）。
【００４６】
さらに、図５（ｄ）に示すように、平坦化ローラ１２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を供給しつつ、粉体２０の上面の平坦化を行う。
これにより、図５（ｅ）に示すように、造形ステージ２４の粉体２０の最上部に所定の層厚（積層ピッチ）よりも層厚が大きいプレ粉体層３１ａを形成する。このプレ粉体層３１ａを形成する処理をプレ粉体層形成処理と呼ぶ。このとき、図５（ｅ）に示すように、プレ粉体層３１ａの形成に使用されなかった余剰の粉体２０は余剰粉体回収槽２９に落下する。
【００４７】
プレ粉体層３１ａを形成した後は、図６（ａ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３をＺ２方向に下降させるとともに、造形槽２２の造形ステージ２４をＺ１方向に上昇させる。このとき、プレ粉体層３１ａの上面が平坦化ローラ１２の周面の最下部より「Δｔ２」高い位置になるように造形ステージ２４の上昇距離を設定する。
平坦化ローラ１２が層状構造物３０と接触しないために、「Δｔ１＞Δｔ２」の関係を満たし、また「Δｔ１―Δｔ２」が、積層ピッチに相当する。積層ピッチは「数１０［μｍ］〜１００［μｍ］」程度であることが好ましい。
【００４８】
次に、図６（ｂ）に示すように、平坦化ローラ１２を逆方向（図６中の時計回り方向、矢印「Ａ２」方向）に回転させながらＹ１方向（図５中の左方向、供給槽２１側）に移動させる。これにより、造形ステージ２４上の粉体２０のうち、造形槽２２の上面レベルよりも上方に位置する最表層の粉体２０を削り取りつつ、粉体２０の上面の平坦化を行う。そして、図６（ｃ）に示すように、造形ステージ２４の粉体２０の最上部に所定の層厚の粉体層３１を形成する。また、平坦化ローラ１２は、削り取った粉体２０を供給槽２１へと搬送する。このようにプレ粉体層３１ａの最表層を削り取り、所定の層厚の粉体層３１を形成する処理を粉体除去処理と呼称する。
【００４９】
その後、図６（ｄ）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の液滴を粉体層３１に向けて吐出して、粉体層３１に層状構造物３０を積層形成する。
層状構造物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。
【００５０】
このように、平坦化ローラ１２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構造物３０を形成する処理を、層状構造物形成処理と呼称する。ここで、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。
【００５１】
立体造形物を形成するために、上述したプレ粉体層形成処理、粉体除去処理及び層状構造物形成処理を繰り返す。このとき、新たな層状構造物３０とその下層の層状構造物３０とは一体化して立体造形物の一部を構成する。そして、上述した処理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。
【００５２】
一層の層状構造物３０を形成する際に、プレ粉体層形成処理と粉体除去処理との少なくとも一方を複数回実行してもよい。また、粉体除去処理の際の平坦化ローラ１２の移動方向は、Ｙ１方向に限らず、Ｙ２方向に平坦化ローラ１２を移動させながら、順方向（図５中の矢印「Ａ１」の向き）に回転させてもプレ粉体層３１ａの最上層の粉体２０を除去しても良い。
【００５３】
粉体層３１に造形液１０を吐出することで層状構造物３０とする。
造形ユニット５（液体吐出ユニット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。
以上が層状構造物３０の造形の流れであり、これを繰り返すことによって立体造形物を造形する。
【００５４】
本実施形態の三次元造形装置１００では、平坦化部材である平坦化ローラ１２を造形部である造形槽２２に対して相対的に移動させて粉体２０を移送しつつ平坦化して造形槽２２に粉体層３１を形成する粉体層形成動作を行う。この粉体層形成動作の際に、プレ粉体層形成処理と粉体除去処理とを実行して、粉体層３１を形成する。プレ粉体層形成処理では、平坦化ローラ１２によって粉体２０を押して造形槽２２に粉体２０を敷き詰めてプレ粉体層３１ａを形成する。また、粉体除去処理では、平坦化ローラ１２によってプレ粉体層３１ａの表層側となる上部の一部の粉体２０を除去して粉体層３１を形成する。
このような粉体層形成動作と、粉体層３１の粉体２０を所要形状に結合して層状構造物３０を形成する構造物形成動作とを繰り返し行い、層状構造物３０が積層された三次元造形物を製造する。
【００５５】
また、図５及び図６に示す粉体層３１の形成動作では、造形槽２２の上方を通過した平坦化ローラ１２を初期位置（図５（ａ）の位置）に移動させる際に、造形ステージ２４を上昇させて、プレ粉体層３１ａの粉体２０の一部を供給槽２１に戻している。これにより、立体造形物の品質低下を抑制しつつ、粉体２０の使用効率を向上することができる。
【００５６】
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）としては、例えば積層造形法で造形するものが知られている。積層造形法の立体造形装置の一例としては、次のようなものが知られている。すなわち、造形ステージに平坦化された粉体の薄層を形成し、形成された粉体層に対して造形液をヘッドから吐出し、粉体が結合された薄層の造形層（層状構造物３０）を形成する。そして、この造形層上に次の粉体層を形成して再び造形層を形成する工程を繰り返して、造形層を積層することで立体造形物を造形する。
しかし、造形ステージに対して平坦化部材を往復させることで、粉体層の粉体密度を高める従来の立体造形装置では、形成された粉体層の内部の粉体が変位して立体造形物の品質が低下することがあった。
【００５７】
本実施形態の三次元造形装置１００では、平坦化ローラ１２の回転速度と平坦化ローラ１２の移動速度との少なくとも一方が、プレ粉体層形成処理のときよりも粉体除去処理のときの方が速い構成となっている。これにより、粉体層３１の内部の粉体２０が変位することを抑制しながら、粉体層３１の粉体密度の向上を図ることができるため、立体造形物の品質の向上を図ることができる。
【００５８】
〔実施例１〕
次に、本実施形態の三次元造形装置１００の粉体層形成動作の一つ目の実施例（以下、「実施例１」という。）について説明する。
実施例１では、平坦化ローラ１２の回転速度について、プレ粉体層形成処理のときよりも粉体除去処理のときの方が速くなるように設定する。具体的には、直径が１０［ｍｍ］の平坦化ローラ１２を用い、プレ粉体層形成処理のときの回転速度を５［ｒｐｓ］未満に設定し、粉体除去処理のときの回転速度を５［ｒｐｓ］以上に設定する。また、実施例１では、平坦化ローラ１２のステージ面に沿った水平方向の移動速度はプレ粉体層形成処理及び粉体除去処理ともに５０［ｍｍ／ｓ］に設定する。
【００５９】
ここで、プレ粉体層形成処理のときと粉体除去処理のときとで、平坦化ローラ１２の回転速度と平坦化ローラ１２の移動速度との条件が同じである場合の不具合について説明する。
【００６０】
平坦化ローラ１２のステージ面に沿った移動速度を一定とした条件で、プレ粉体層形成処理と粉体除去処理との回転速度を５［ｒｐｓ］以上の高速回転で一定に設定して三次元造形物を形成する実験を行った。この実験で形成した三次元造形物は、水平方向の位置によって密度にムラが発生した。具体的には、プレ粉体層形成処理のときの平坦化ローラ１２の移動方向の下流側となる位置で形成された部分ほど粉体密度が低くなった。これは、平坦化ローラ１２の移動方向に位置によって粉体層３１の粉体密度にムラが発生したためと考えられる。
【００６１】
また、平坦化ローラ１２のステージ面に沿った移動速度を一定とした条件で、プレ粉体層形成処理と粉体除去処理との回転速度を５［ｒｐｓ］未満の低速回転で一定に設定して三次元造形物を形成する実験を行った。この実験で形成した三次元造形物は、水平方向の位置によって密度にムラが発生する不具合を抑制することができた。しかし、層状構造物同士の水平方向の位置がずれた状態で積層され、完成した三次元造形物の造形精度の低下が発生した。これは、粉体除去処理時に、既に形成された層状構造物３０の上に粉体層３１を形成する際に、平坦化ローラ１２から粉体２０に対して水平方向の力が作用し、粉体２０を介して既に形成された層状構造物３０を水平方向に変位させる力が作用したためと考えられる。
【００６２】
以下、図７及び図８を用いて、平坦化ローラ１２の回転速度と粉体２０の挙動との関係について説明する。
【００６３】
図７は、プレ粉体層形成処理における平坦化ローラ１２の回転速度と粉体２０の挙動との関係を示す説明図である。
図７（ａ）は、矢印「Ａ１」方向に回転する平坦化ローラ１２の回転速度が低速回転（５［ｒｐｓ］未満）である場合の説明図である。図７（ｂ）は、矢印「Ａ１」方向に回転する平坦化ローラ１２の回転速度が高速回転（５［ｒｐｓ］以上）である場合の説明図である。
図７中の矢印「Ｂ」は平坦化ローラ１２から粉体２０に作用する力を模式的に示したものである。
【００６４】
プレ粉体層形成処理では、一つ前の粉体層３１の形成動作で形成された粉体の層である既成粉体層３１ｂの上面と平坦化ローラ１２の周面の最下部との間にギャップ「Δｔ１」を形成する。このギャップ「Δｔ１」を形成する平坦化ローラ１２の周面の最下部に対して平坦化ローラ１２の移動方向下流側（図７中の右側）には、既成粉体層３１ｂの上にプレ粉体層３１ａを形成していない状態の粉体２０が存在する。この粉体２０を「ローラ下流側粉体２０ｂ」とする。
【００６５】
図７（ａ）に示す低速回転の場合は、平坦化ローラ１２の周面に接触する粉体２０が平坦化ローラ１２の表面移動に追従し易く、平坦化ローラ１２と粉体２０との間に静止摩擦力が作用し易い状態となる。また、平坦化ローラ１２の表面移動に追従する粉体２０と接触する他の粉体２０との間にも静止摩擦力が作用し易い状態となる。
【００６６】
これに対して、図７（ｂ）に示す高速回転の場合は、平坦化ローラ１２の周面に接触する粉体２０が平坦化ローラ１２の表面移動に追従し難く、平坦化ローラ１２と粉体２０との間に静止摩擦力が作用し難く、動摩擦力が作用し易い状態となる。また、高速で移動する平坦化ローラ１２の表面に接触して表面移動に追従する粉体２０があっても、この粉体２０も高速で移動するため、この粉体２０に接触する他の粉体２０は、高速で移動する粉体２０の移動に追従し難い。このため、平坦化ローラ１２の表面移動に追従する粉体２０と他の粉体２０との間も静止摩擦力が作用し難く、動摩擦力が作用し易い状態となる。
【００６７】
一般的に、動摩擦力よりも静止摩擦力の方が大きいため、平坦化ローラ１２と粉体２０との間に静止摩擦力が作用し易い低速回転の方が、動摩擦力が作用し易い高速回転よりもローラ下流側粉体２０ｂに作用する平坦化ローラ１２の移動方向への力が大きくなる。
このため、図７（ａ）及び（ｂ）の矢印「Ｂ」で示すように、平坦化ローラ１２から粉体２０に作用する力は、低速回転の方が大きくなる。また、矢印「Ｂ」で示す力について、平坦化ローラ１２の移動方向（Ｙ２方向）への分力は、図７（ａ）で示す低速回転時の方が十分に大きい。しかし、矢印「Ｂ」で示す力の粉体２０を押圧する下方向（Ｚ２方向）の分力は、図７（ａ）に示す低速回転時と図７（ｂ）で示す高速回転時とでほとんど差はない。
【００６８】
本実施形態のように、プレ粉体層３１ａを形成し、その表面側の一部を除去して所定の層厚の粉体層３１を形成する場合、プレ粉体層形成処理のときに、造形槽２２の水平方向の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが重要となる。粉体２０の量が不十分な箇所があると、その後の粉体除去処理で平坦化を行っても、当該箇所の粉体密度が不足しやすくなり、上述した粉体層３１の密度ムラが生じ易くなる。
【００６９】
また、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が小さ過ぎると、平坦化ローラ１２に接するローラ下流側粉体２０ｂを、プレ粉体層形成処理での平坦化ローラ１２の移動方向（図７中のＹ２方向）へ移送させる移送力が弱まる。これにより、平坦化ローラ１２の移動に伴ってローラ下流側粉体２０ｂを平坦化ローラ１２の移動方向に移送する移送能力が低下してしまう。その結果、供給槽２１から造形槽２２へ供給される粉体２０の量が減り、プレ粉体層形成処理時に、造形槽２２における平坦化ローラ１２の移動方向下流側（図７中のＹ２方向下流側）で粉体２０の量が不足してしまう。これにより、造形槽２２の水平方向の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが困難となる。
【００７０】
さらに、上述したように摩擦力が小さ過ぎると、平坦化ローラ１２によるローラ下流側粉体２０ｂの移送力が弱いため、図７中のＹ２方向へ移動する平坦化ローラ１２の下を通り抜ける粉体２０の量が多くなる。そのため、プレ粉体層形成処理の初期の頃に、造形槽２２のＹ２方向上流側において多くの粉体２０が平坦化ローラ１２の下を通り抜けてしまう。この結果、造形槽２２のＹ２方向下流側で粉体２０の量が不足し、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが困難となる。
【００７１】
このため、図７（ｂ）に示すように、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間に動摩擦力が作用し易い高速回転でプレ粉体層形成処理を行うと、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが困難となると考えられる。
【００７２】
実施例１では、図７（ａ）に示すように、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間に静止摩擦力が作用し易い低速回転でプレ粉体層形成処理を行う。これにより、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力を、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせる移送能力が十分に確保される程度に大きくすることが可能となる。このため、粉体層３１の粉体密度にムラが生じることを抑制できる。
【００７３】
また、ローラ下流側粉体２０ｂは、プレ粉体層形成処理で平坦化ローラ１２の移動するに伴いプレ粉体層３１ａの形成に用いられるため、平坦化ローラ１２が下流側ほど粉体２０の量が減少する。そして、造形槽２２における平坦化ローラ１２の移動方向下流端までローラ下流側粉体２０ｂが存在する状態を確保するため、造形槽２２における平坦化ローラ１２の移動方向上流側ではローラ下流側粉体２０ｂの粉体２０の量が多くなる。このようにプレ粉体形成処理時には平坦化ローラ１２が多くの粉体２０を保持しながら移動しているため、粉体２０は飛散し易く、平坦化ローラ１２の回転速度を５［ｒｐｓ］以上の高速回転とすると、粉体２０が飛散するという不具合も生じ易くなる。
実施例１では、プレ粉体形成処理時の平坦化ローラ１２の回転速度を５［ｒｐｓ］未満の低速回転としているため、粉体２０の飛散が生じ易いプレ粉体形成処理時の粉体２０の飛散を抑制することができる。
【００７４】
プレ粉体層形成処理での平坦化ローラ１２の回転速度が、「高速」か「低速」かは、平坦化ローラ１２の直径によって異なる。本実施形態では、平坦化ローラ１２の直径は１０［ｍｍ］であり、プレ粉体層形成処理の際の「回転速度が低速である」とは、回転速度が５［ｒｐｓ］未満である場合を指す。また、本実施形態のプレ粉体層形成処理の際の「回転速度が高速である」とは、回転速度が５［ｒｐｓ］以上である場合を指す。
【００７５】
図８は、粉体除去処理における平坦化ローラ１２の回転速度と粉体２０の挙動との関係を示す説明図である。
図８（ａ）は、矢印「Ａ２」方向に回転する平坦化ローラ１２の回転速度が低速回転（５［ｒｐｓ］未満）である場合の説明図である。図８（ｂ）は、矢印「Ａ２」方向に回転する平坦化ローラ１２の回転速度が中速回転（５［ｒｐｓ］以上、２０［ｒｐｓ］未満）である場合の説明図である。図８（ｃ）は、矢印「Ａ２」方向に回転する平坦化ローラ１２の回転速度が高速回転（２０［ｒｐｓ］以上）である場合の説明図である。
【００７６】
粉体除去処理では、プレ粉体層形成処理のときよりも造形ステージ２４が「Δｔ２」上昇する。このため、図８に示すように、平坦化ローラ１２はプレ粉体層形成処理で形成されたプレ粉体層３１ａに対して、高さ「Δｔ２」だけ入り込んだ状態となる。
【００７７】
図８（ａ）〜（ｃ）の矢印「Ｃ」は、平坦化ローラ１２の表面移動速度を示しており、粉体層３１及び既成粉体層３１ｂの内部の四つの白抜きの矢印「Ｄ」は、粉体層３１及び既成粉体層３１ｂの内部での水平方向に作用する力の分布を示している。
【００７８】
図８（ａ）に示すように、平坦化ローラ１２の回転速度が低速回転であるとき、平坦化ローラ１２とこれに接する粉体２０との間に静止摩擦力が作用し易い状態となる。動摩擦力よりも大きな力である静止摩擦力の作用によって、粉体２０に対して平坦化ローラ１２の移動方向（水平方向）に大きな力が作用し、粉体２０が平坦化ローラ１２の表面に追従して水平方向へ変位する。このように変位する粉体２０と、これに接する下方の粉体２０との間の静止摩擦力によって、当該下方の粉体２０にも水平方向の力が作用し、上方の粉体２０に追従して水平方向へ変位する。このような粉体２０の変位の連鎖によって、最終的に粉体層３１の下方にある既成粉体層３１ｂに接する粉体２０にも変位させる力が伝わり、既成粉体層３１ｂ内に形成された層状構造物３０の引き摺りや膨張を引き起こす。
【００７９】
ここでいう「引き摺り」とは、既成粉体層３１ｂ内の層状構造物３０が平坦化ローラ１２の移動方向（平坦化方向）へ引き摺られて、位置がシフトする現象である。また、「膨張」とは、既成粉体層３１ｂ内の層状構造物３０が平坦化方向へ引き延ばされて層状構造物３０の寸法が拡大する現象である。層状構造物３０の引き摺りや膨張が発生すると、三次元造形物の造形精度が低下する。
【００８０】
また、粉体除去処理で除去されるプレ粉体層３１ａの表層側の「Δｔ２」の範囲の粉体２０は、平坦化ローラ１２に押されることでＹ１方向に移動する。このとき、平坦化ローラ１２が低速回転であると、「Δｔ２」の範囲にあった粉体２０が流動化し難く、この粉体２０と粉体除去処理後に残す粉体２０との間に摩擦力が作用し、粉体除去処理後に残す粉体２０を水平方向に変位させる力が伝わり易くなる。この力も既成粉体層３１ｂ内に形成された層状構造物３０の引き摺りや膨張を引き起こす原因となるおそれがある。
【００８１】
図８（ｂ）に示すように、平坦化ローラ１２の回転速度が中速回転であるとき、平坦化ローラ１２の周面に接触する粉体２０が平坦化ローラ１２の表面移動に追従し難い。このため、平坦化ローラ１２と粉体２０との間に静止摩擦力が作用し難く、動摩擦力が作用し易い状態となる。また、平坦化ローラ１２の表面に接触して表面移動に追従する粉体２０があっても、この粉体２０に接触する他の粉体２０との間も静止摩擦力が作用し難く、動摩擦力が作用し易い状態となる。
【００８２】
静止摩擦力よりも小さい力である動摩擦力が作用する状態では、粉体２０に対して平坦化ローラ１２の移動方向（水平方向）に作用する力は小さくなり、移動中の平坦化ローラ１２の周面とこれに接する粉体２０との間で摺動（すべり）が発生する。このため、上述した低速回転の条件では生じ易かった粉体２０の変位の連鎖が生じ難く、既成粉体層３１ｂの粉体２０を変位させようとする力を小さく抑えることができ、既成粉体層３１ｂ内の層状構造物３０の引き摺りや膨張を抑制できる。
【００８３】
また、平坦化ローラ１２が中速回転であると、上述した「Δｔ２」の範囲にあった粉体２０が流動化し易く、この粉体２０と粉体除去処理後に残す粉体２０との間に摩擦力が作用し難くなる。このため、粉体除去処理後に残す粉体２０を水平方向に変位させる力が伝わり難くなり、平坦化ローラ１２に押される粉体２０の移動に起因して既成粉体層３１ｂ内の層状構造物３０に引き摺りや膨張が生じることを抑制できる。
【００８４】
よって、実施例１では、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間に静止摩擦力が作用し易い低速回転ではなく、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間に動摩擦力が作用し易い中速回転以上で粉体除去処理を行う。これにより、平坦化ローラ１２の移動方向の力が既成粉体層３１ｂの粉体２０に作用することを抑制でき、層状構造物３０を水平方向に変位させる力が作用することを抑制でき、三次元造形物の造形精度の低下を抑制できる。
【００８５】
また、図８（ａ）及び図８（ｂ）中の矢印「Ｄ」で示すように、回転速度を速くすることで、平坦化ローラ１２から粉体２０に作用する水平方向の力は小さくなり、上方の粉体２０から下方の粉体２０に作用する水平方向の力も小さくなる。
しかし、平坦化ローラ１２から粉体２０に作用する粉体２０を下方（Ｚ２方向）に押し付ける力は、回転速度が変化してもほとんど変化せず、上方の粉体２０から下方の粉体２０に作用する下方に押し付ける力もほとんど変化しない。このため、回転速度を変化させても、平坦化ローラ１２が粉体２０を下方（Ｚ２方向）に押し込む力によって粉体層３１の粉体密度を高める作用を維持することができる。
【００８６】
しかし、図８（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２の回転速度が中速回転よりもさらに速くした高速回転（２０［ｒｐｓ］以上）となると、粉体除去処理後の粉体層３１の表面に図中の「Ｅ」で示す乱れが生じ、平坦化された表面を形成できないことがあった。これは、削り取った粉体２０が、粉体除去処理後に残す粉体層３１に干渉したためと考えられる。
【００８７】
粉体除去処理での平坦化ローラ１２の回転速度が、「低速」、「中速」または「高速」の何れに該当するかは、平坦化ローラ１２の直径によって異なる。本実施形態では、平坦化ローラ１２の直径は１０［ｍｍ］であり、粉体除去処理の際の「回転速度が低速である」とは、回転速度が５［ｒｐｓ］未満である場合を指す。また、本実施形態の粉体除去処理の際の「回転速度が高速である」とは、回転速度が２０［ｒｐｓ］以上である場合を指す。さらに、本実施形態の粉体除去処理の際の「回転速度が中速である」とは、低速と高速との間の速度域（５［ｒｐｓ］以上、２０［ｒｐｓ］未満）を指す。
【００８８】
上述した回転速度は、平坦化ローラ１２の直径が１０［ｍｍ］である場合であり、平坦化ローラ１２の直径が変化するときは、この限りではない。具体的には、同一の回転速度であれば、平坦化ローラ１２の直径が大きくなった場合、平坦化ローラ１２周面の表面移動速度は上昇する。このため、プレ粉体層形成処理及び粉体除去処理ともに上述した効果を得るためには、回転速度はより低い領域へとシフトする。
また、同一の回転速度であれば、平坦化ローラ１２の水平方向への移動速度が大きくなった場合、平坦化ローラ１２周面の造形ステージ２４に対する相対速度は上昇する。このため、プレ粉体層形成処理及び粉体除去処理ともに上述した効果を得るためには、回転速度はより低い領域へとシフトする。
【００８９】
プレ粉体層形成処理と粉体除去処理とを実行して粉体層３１を形成する構成では、プレ粉体層形成処理時に、平坦化ローラ１２が粉体２０に対して作用させる水平方向の力を大きくすることで粉体層３１の粉体密度にムラが生じることを抑制できると考えられる。これは、水平方向の力を大きくすることで造形ステージ２４の表面に沿う方向の粉体２０の移送力を確保することができ、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが可能となるため、と考えられる。
また、粉体除去処理時に、平坦化ローラ１２が粉体２０に対して作用させる水平方向の力を小さくすることで、三次元造形物の造形精度の低下を抑制できると考えられる。これは、水平方向の力を小さくすることで、平坦化ローラ１２の移動方向の力が既成粉体層３１ｂの粉体２０に作用することを抑制でき、層状構造物３０を水平方向に変位させる力が作用することを抑制できるため、と考えられる。
【００９０】
実施例１では、プレ粉体層形成処理時に平坦化ローラ１２の回転速度を低速回転とすることで、平坦化ローラ１２が粉体２０に対して作用させる移送力を確保することができ、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが可能となる。これにより、三次元造形物の密度にムラが生じることを抑制できる。さらに、粉体除去処理時に平坦化ローラ１２の回転速度を中速回転とすることで、平坦化ローラ１２が粉体２０に対して作用させる水平方向の力を小さくすることができ、三次元造形物の造形精度の低下を抑制できる。また、粉体除去処理時に平坦化ローラ１２の回転速度を中速回転としても平坦化ローラ１２が粉体２０に対して作用させる下方の力は維持することができるため、粉体層３１の粉体密度を高くすることができる。
【００９１】
図９は、平坦化ローラ１２を用いて粉体２０の平坦化処理（プレ粉体層形成処理または粉体除去処理）を行っているときの粉体２０の個々の粒子に作用する力を模式的に矢印で示した説明図である。図９に示すように、平坦化ローラ１２に対する位置によって、粉体２０の個々の粒子に作用する力は異なり、さらに、平坦化ローラ１２の回転速度によっても粉体２０の個々の粒子に作用する力は異なる。
【００９２】
平坦化ローラ１２の回転速度の違いによって粉体２０の集合全体に作用する力の違いを比較するシミュレーションを行った。
図１０は、平坦化ローラ１２の回転速度を異ならせて、粉体２０に作用する力をそれぞれ算出したシミュレーションの結果を示す説明図である。
【００９３】
シミュレーションでは、プレ粉体層形成処理に対応するように既成粉体層３１ｂの上に粉体２０を敷き詰める条件と、粉体除去処理に対応するようにプレ粉体層３１ａの表面層の粉体２０を除去する条件とで計算を行った。平坦化ローラ１２の水平方向の移動速度は、２００［ｍｍ／ｓ］とし、プレ粉体層形成処理及び粉体除去処理の何れの場合も、平坦化ローラ１２の移動方向は、図１０中の右から左に向かう方向である。
図１０（ａ）は、回転速度が０［ｒｐｓ］であり、図１０（ｂ）は、回転速度が５［ｒｐｓ］であり、図１０（ｃ）は、回転速度が５０［ｒｐｓ］である。
【００９４】
プレ粉体層形成処理及び粉体除去処理のそれぞれの処理の開始から終了までの間で粉体２０の個々の粒子に作用する力の合計値を算出し、粉体２０の粒子の全ての力の合計値を算出して力の総和を求めた。この力の総和の大きさを図１０中の矢印の長さで示し、力の向きを矢印の向きで示した。矢印の向きは、０［°］が水平方向であり、９０［°］が鉛直下方である。図１０に示す力の総和の大きさは無次元値である。
図１０中の実線の矢印がプレ粉体層形成処理で粉体２０に作用する力の総和を示し、図１０中の破線の矢印が粉体除去処理で粉体２０に作用する力の総和を示す。
【００９５】
図１０に示すように、プレ粉体層形成処理と粉体除去処理との違い、及び、平坦化ローラ１２の違いによって、力の総和の大きさ、及び、作用する方向の角度が変化した。
力が作用する方向の角度については、回転速度が０［ｒｐｓ］から５０［ｒｐｓ］に増加すると、プレ粉体層形成処理では、実線の矢印で示すように５０［°］から６０［°］へと、わずかに増加した。これに対して、粉体除去処理では、破線の矢印で示すように５０［°］から８０［°］へと、大きく増加した。
【００９６】
力の総和の大きさについては、回転速度が０［ｒｐｓ］から５０［ｒｐｓ］に増加すると、実線の矢印で示すプレ粉体層形成処理では、実線の矢印で示すように１４０から８０へと、大きく減少した。これに対して、粉体除去処理では、破線の矢印で示すように１００から８０へと、減少量は少なかった。
さらに、粉体除去処理では、回転速度が０［ｒｐｓ］から５０［ｒｐｓ］に増加するにつれて、力の総和の水平方向の分力は減少し、鉛直下方の分力はほとんど変化しなかった。このことから、粉体除去処理において回転速度を速くすることで、既成粉体層３１ｂに水平方向の力が作用することを抑制しつつ、平坦化ローラ１２の下方に押し込む力によって粉体層３１の粉体密度を高める作用を維持することができる、と考えられる。
【００９７】
図１０を用いて説明したシミュレーションでは、平坦化ローラ１２の回転速度が０［ｒｐｓ］の条件での計算を行っている。しかし、実際の装置では、低速回転が適しているプレ粉体層形成処理でも回転速度を０［ｒｐｓ］にすると、層状構造物３０に水平方向の変位が生じ、三次元造形物の造形精度が低下する。本実施形態の三次元造形装置１００では、プレ粉体層形成処理時の平坦化ローラ１２の回転速度を２［ｒｐｓ］以上に設定した。平坦化ローラ１２の回転速度としては、粉体２０の流動性によっても適切な値が変化し、流動性が高い粉体２０であれば、より低速の回転速度であっても、層状構造物３０が水平方向に変位することに起因して三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。
【００９８】
実施例１では、プレ粉体層形成処理で造形槽２２における平坦化ローラ１２の移動方向の全域にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが可能となり、形成される粉体層３１を高い粉体密度で均一化することができる。さらに、粉体除去処理では粉体層３１として残す粉体２０に平坦化ローラ１２の移動方向の力が作用することを抑制でき、形成しようとしている粉体層３１よりも下方の粉体層である既成粉体層３１ｂに形成された層状構造物３０が変位することを抑制できる。これにより、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。
【００９９】
〔実施例２〕
次に、本実施形態の三次元造形装置１００の粉体層形成動作の二つ目の実施例（以下、「実施例２」という。）について説明する。
実施例２では、平坦化ローラ１２のステージ面に沿った水平方向の移動速度について、プレ粉体層形成処理のときよりも粉体除去処理のときの方が速くなるように設定する。具体的には、直径が１０［ｍｍ］の平坦化ローラ１２を用い、プレ粉体層形成処理のときの移動速度を５０［ｍｍ／ｓ］未満に設定し、粉体除去処理のときの移動速度を５０［ｍｍ／ｓ］以上に設定する。また、実施例２では、平坦化ローラ１２の回転速度はプレ粉体層形成処理及び粉体除去処理ともに５［ｒｐｓ］に設定する。
実施例２は、平坦化ローラ１２の回転速度と移動速度とが異なる点以外は、上述した実施例１と同様の構成である。
【０１００】
以下、図１１及び図１２を用いて、平坦化ローラ１２の水平方向の移動速度と粉体２０の挙動との関係について説明する。
図１１は、プレ粉体層形成処理における平坦化ローラ１２の移動速度と粉体２０の挙動との関係を示す説明図である。
図１１（ａ）は、矢印「Ｙ２」方向に水平移動する平坦化ローラ１２の移動速度が低速回転（５０［ｍｍ／ｓ］未満）である場合の説明図である。図１１（ｂ）は、矢印「Ｙ２」方向に水平移動する平坦化ローラ１２の移動速度が高速移動（５０［ｍｍ／ｓ］以上）である場合の説明図である。
図１１中の矢印「Ｂ」は平坦化ローラ１２から粉体２０に作用する力を模式的に示したものである。
【０１０１】
図１１（ａ）に示す低速移動の場合は、平坦化ローラ１２の周面に接触する粉体２０が平坦化ローラ１２の移動に追従し易く、平坦化ローラ１２と粉体２０との間に静止摩擦力が作用し易い状態となる。また、平坦化ローラ１２の移動に追従する粉体２０と接触する他の粉体２０との間にも静止摩擦力が作用し易い状態となる。
【０１０２】
これに対して、図１１（ｂ）に示す高速移動の場合は、平坦化ローラ１２の周面に接触する粉体２０が平坦化ローラ１２の移動に追従し難く、平坦化ローラ１２と粉体２０との間に静止摩擦力が作用し難く、動摩擦力が作用し易い状態となる。また、平坦化ローラ１２の表面に接触して追従して移動する粉体２０があっても、この粉体２０に接触する他の粉体２０との間も静止摩擦力が作用し難く、動摩擦力が作用し易い状態となる。
【０１０３】
図１１（ｂ）に示すように、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間に動摩擦力が作用し易い高速移動でプレ粉体層形成処理を行うと、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力が小さ過ぎる状態となるおそれがある。この状態では、プレ粉体層形成処理での平坦化ローラ１２の移動方向（図１１中のＹ２方向）へローラ下流側粉体２０ｂを移送させる移送力が弱まり、移送力が不十分となってしまう。その結果、供給槽２１から造形槽２２へ供給される粉体２０の量が減り、プレ粉体層形成処理時に、造形槽２２における平坦化ローラ１２の移動方向下流側（図１１中のＹ２方向下流側）で粉体２０の量が不足してしまう。これにより、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが困難となる。
【０１０４】
また、上述した摩擦力が小さ過ぎる状態では、平坦化ローラ１２によるローラ下流側粉体２０ｂの移送力が弱いため、図１１中のＹ２方向へ移動する平坦化ローラ１２の下を通り抜ける粉体２０の量が多くなる。そのため、プレ粉体層形成処理の初期の頃に、造形槽２２のＹ２方向上流側において多くの粉体２０が平坦化ローラ１２の下を通り抜けてしまう。この結果、造形槽２２のＹ２方向下流側で粉体２０の量が不足し、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが困難となる。
【０１０５】
実施例２では、図１１（ａ）に示すように、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間に静止摩擦力が作用し易い低速移動でプレ粉体層形成処理を行う。これにより、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間で生じる摩擦力を、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせる移送能力が十分に確保される程度に大きくすることが可能となる。このため、粉体層３１の粉体密度にムラが生じることを抑制できる。
【０１０６】
図１２は、粉体除去処理における平坦化ローラ１２の水平方向の移動速度と粉体２０の挙動との関係を示す説明図である。
図１２（ａ）は、矢印「Ａ２」方向に回転しながら水平方向に移動する平坦化ローラ１２の移動速度が低速移動（５０［ｍｍ／ｓ］未満）である場合の説明図である。図１２（ｂ）は、矢印「Ａ２」方向に回転しながら水平方向に移動する平坦化ローラ１２の移動速度が高速移動（５０［ｍｍ／ｓ］以上）である場合の説明図である。
【０１０７】
図１２中の矢印「Ｆ」は、平坦化ローラ１２の水平方向の移動速度を示しており、粉体層３１及び既成粉体層３１ｂの内部の四つの白抜きの矢印「Ｄ」は、粉体層３１及び既成粉体層３１ｂの内部での水平方向に作用する力の分布を示している。
【０１０８】
図１２（ａ）に示すように、平坦化ローラ１２の移動速度が低速移動であるとき、平坦化ローラ１２とこれに接する粉体２０との間に静止摩擦力が作用し易い状態となる。動摩擦力よりも大きな力である静止摩擦力の作用によって、粉体２０に対して平坦化ローラ１２の移動方向（水平方向）に大きな力が作用し、粉体２０が平坦化ローラ１２の表面に追従して水平方向へ変位する。このように変位する粉体２０と、これに接する下方の粉体２０との間の静止摩擦力によって、当該下方の粉体２０にも水平方向の力が作用し、上方の粉体２０に追従して水平方向へ変位する。このような粉体２０の変位の連鎖によって、最終的に粉体層３１の下方にある既成粉体層３１ｂに接する粉体２０にも変位させる力が伝わり、既成粉体層３１ｂ内に形成された層状構造物３０の引き摺りや膨張を引き起こす。層状構造物３０の引き摺りや膨張が発生すると、三次元造形物の造形精度が低下する。
【０１０９】
また、粉体除去処理で除去されるプレ粉体層３１ａの表層側の「Δｔ２」の範囲の粉体２０は、平坦化ローラ１２に押されることでＹ１方向に移動する。このとき、平坦化ローラ１２が低速移動であると、「Δｔ２」の範囲にあった粉体２０が流動化し難く、この粉体２０と粉体除去処理後に残す粉体２０との間に摩擦力が作用し、粉体除去処理後に残す粉体２０を水平方向に変位させる力が伝わり易くなる。この力も既成粉体層３１ｂ内に形成された層状構造物３０の引き摺りや膨張を引き起こす原因となるおそれがある。
【０１１０】
図１２（ｂ）に示すように、平坦化ローラ１２の移動速度が高速移動であるとき、平坦化ローラ１２の周面に接触する粉体２０が平坦化ローラ１２の移動に追従し難い。このため、平坦化ローラ１２と粉体２０との間に静止摩擦力が作用し難く、動摩擦力が作用し易い状態となる。また、平坦化ローラ１２の表面に接触して平坦化ローラ１２の移動に追従する粉体２０があっても、この粉体２０に接触する他の粉体２０との間も静止摩擦力が作用し難く、動摩擦力が作用し易い状態となる。
【０１１１】
静止摩擦力よりも小さい力である動摩擦力が作用する状態では、粉体２０に対して平坦化ローラ１２の移動方向（水平方向）に作用する力は小さくなり、移動中の平坦化ローラ１２の周面とこれに接する粉体２０との間で摺動（すべり）が発生する。このため、上述した低速移動の条件では生じ易かった粉体２０の変位の連鎖が生じ難く、既成粉体層３１ｂの粉体２０を変位させようとする力を小さく抑えることができ、既成粉体層３１ｂ内の層状構造物３０の引き摺りや膨張を抑制できる。
【０１１２】
また、平坦化ローラ１２が高速移動であると、上述した「Δｔ２」の範囲にあった粉体２０が流動化し易く、この粉体２０と粉体除去処理後に残す粉体２０との間に摩擦力が作用し難くなる。このため、粉体除去処理後に残す粉体２０を水平方向に変位させる力が伝わり難くなり、平坦化ローラ１２に押される粉体２０の移動に起因して既成粉体層３１ｂ内の層状構造物３０に引き摺りや膨張が生じることを抑制できる。
【０１１３】
よって、実施例２では、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間に静止摩擦力が作用し易い低速回転ではなく、平坦化ローラ１２の周面と粉体２０との間に動摩擦力が作用し易い高速移動で粉体除去処理を行う。これにより、平坦化ローラ１２の移動方向の力が既成粉体層３１ｂの粉体２０に作用することを抑制でき、層状構造物３０を水平方向に変位させる力が作用することを抑制でき、三次元造形物の造形精度の低下を抑制できる。
【０１１４】
また、回転速度を変化させる実施例１と同様に、移動速度を変化させても、平坦化ローラ１２が粉体２０を下方（Ｚ２方向）に押し込む力によって粉体層３１の粉体密度を高める作用を維持することができる。
【０１１５】
実施例２では、プレ粉体層形成処理時に平坦化ローラ１２の移動速度を低速移動とすることで、平坦化ローラ１２が粉体２０に対して作用させる移送力を確保することができ、造形槽２２の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせることが可能となる。これにより、三次元造形物の密度にムラが生じることを抑制できる。さらに、粉体除去処理時に平坦化ローラ１２の移動速度を高速移動とすることで、平坦化ローラ１２が粉体２０に対して作用させる水平方向の力を小さくすることができ、三次元造形物の造形精度の低下を抑制できる。また、粉体除去処理時に平坦化ローラ１２の移動速度を高速移動としても平坦化ローラ１２が粉体２０に対して作用させる下方の力は維持することができるため、粉体層３１の粉体密度を高くすることができる。
【０１１６】
プレ粉体層形成処理及び粉体除去処理において、平坦化ローラ１２の移動速度が、「低速」か「高速」かは、平坦化ローラ１２の直径によって異なる。本実施形態では、平坦化ローラ１２の直径は１０［ｍｍ］であり、プレ粉体層形成処理及び粉体除去処理の際の「移動速度が低速である」とは、移動速度が５０［ｍｍ／ｓ］未満である場合を指す。また、本実施形態のプレ粉体層形成処理及び粉体除去処理の際の「移動速度が高速である」とは、移動速度が５０［ｍｍ／ｓ］以上である場合を指す。
【０１１７】
上述した移動速度は、平坦化ローラ１２の直径が１０［ｍｍ］で、回転速度が５［ｒｐｓ］である場合であり、平坦化ローラ１２の直径や回転速度が変化するときは、この限りではない。具体的には、同一の移動速度であれば、平坦化ローラ１２の直径や回転速度が大きくなった場合、平坦化ローラ１２周面の造形ステージ２４に対する相対速度は上昇する。このため、プレ粉体層形成処理及び粉体除去処理ともに上述した効果を得るためには、移動速度はより低い領域へとシフトする。
【０１１８】
実施形態では、プレ粉体層形成処理時に、平坦化ローラ１２を低速で回転または移動させるため、搬送中の粉体２０を飛散させずに密に詰まったプレ粉体層３１ａを形成することができる。また、粉体除去処理時には、平坦化ローラ１２を高速で回転または移動させるため、平坦化ローラ１２の表面に追従する粉体２０があっても、この粉体２０と他の粉体２０との結び付きを断ち切り、粉体層３１を形成する粉体２０の水平方向への移動を抑制できる。このため、平坦化ローラ１２の移動方向への粉体層３１を形成する粉体２０の変位を抑制しつつ、粉体層３１を形成する粉体２０よりも上方に位置する粉体２０を削り取ることが可能となる。
【０１１９】
実施形態では、平坦化ローラ１２を移動させることで平坦化ローラ１２を造形槽２２に対して相対的に移動させる構成であるが、造形槽２２を移動させることで平坦化ローラ１２を造形槽２２に対して相対的に移動させる構成としてもよい。
【０１２０】
実施形態では、平坦化ローラ１２の回転方向は、平坦化ローラ１２の造形槽２２との対向部における表面移動方向が、平坦化ローラ１２の造形槽２２に対する移動方向と同方向となる回転方向（以下、「カウンター方向」と呼ぶ）である。平坦化ローラ１２の回転方向としては、平坦化ローラ１２の造形槽２２との対向部における表面移動方向が平坦化ローラ１２の造形槽２２に対する移動方向とは逆方向となる回転方向（以下、「トレーリング方向」という）でもよい。
しかし、平坦化ローラ１２の回転方向をカウンター方向に設定することで、粉体層３１の粉体密度の均一化及び層厚の均一化を図ることができる。これは以下の理由による。
【０１２１】
すなわち、平坦化ローラ１２の最下部の近傍であって、この最下部よりも平坦化ローラ１２の造形槽２２に対する移動方向の下流側となる平坦化ローラ１２の周面と、平坦化ローラ１２の最下部を通る仮想水平面との間には、楔形の空間が形成される。
【０１２２】
平坦化ローラ１２の回転方向がトレーリング方向の場合、楔形の空間内で平坦化ローラ１２に接触する粉体２０は平坦化ローラ１２の表面移動によって、平坦化ローラ１２の最下部が位置する楔形の頂点に向かって移動する。平坦化ローラ１２の表面移動によって楔形の頂点に到達した粉体２０は、上方の平坦化ローラ１２と、下方のプレ粉体層３１ａまたは粉体層３１とによって逃げ場がないため、プレ粉体層３１ａまたは粉体層３１を形成する粉体２０内に入ろうとする。これにより、平坦化ローラ１２の下方の粉体２０の量が部分的に多くなり、粉体２０の量が多くなった部分で形成された粉体層３１は他の部分と比べて、部分的に粉体密度が高くなるおそれがある。さらに、過剰な粉体２０が平坦化ローラ１２の下方に到達することで、粉体層３１の所定の層厚の範囲に粉体２０が入りきらず、一時的に平坦化ローラ１２を押し上げて、粉体層３１の表面が部分的に高くなり、層厚が厚くなるおそれがある。
【０１２３】
一方、平坦化ローラ１２の回転方向がカウンター方向の場合、楔形の空間内で平坦化ローラ１２に接触する粉体２０は平坦化ローラ１２の表面移動によって、楔形の頂点から離れる方向に移動する。これにより、平坦化ローラ１２の下方の粉体２０の量が部分的に多くなることを抑制でき、部分的に粉体密度が高くなることを抑制できるため、粉体層３１の粉体密度の均一化を図ることができる。さらに、過剰な粉体２０が平坦化ローラ１２の下方に到達することを抑制できるので、粉体層３１の表面が部分的に高くなることを抑制でき、粉体層３１の層厚の均一化を図ることができる。
【０１２４】
実施形態では、一層の層状構造物を形成するための一回の粉体層形成動作で、プレ粉体層形成処理と粉体除去処理とをそれぞれ一回ずつ実行している。しかし、一回の粉体層形成動作で、プレ粉体層形成処理と粉体除去処理との少なくとも一方を複数回実行する構成としてもよい。
【０１２５】
プレ粉体層形成処理を複数回実行することで、造形槽２２に対して必要な粉体２０を複数回に分けて供給でき、特定の箇所に多くの粉体２０が供給されることを抑制でき、造形槽２２の水平方向の全体にわたって均一な量の粉体２０を行き渡らせ易くなる。
【０１２６】
また、粉体除去処理を複数回実行することで、一度の粉体除去処理で水平方向に移動させる粉体２０の量を少なくすることができる。これにより、水平方向に移動する粉体２０の重量が軽くなり、この粉体２０の移動によって粉体層３１として残す粉体２０に作用する水平方向の力を小さくすることができ、粉体層３１を形成する粉体２０の水平方向の変位を抑制できる。これにより、層状構造物３０の引き摺りや膨張を抑制でき、三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。
【０１２７】
実施形態では、プレ粉体層形成処理で、造形槽２２に隣接する供給槽２１から平坦化ローラ１２によって粉体２０を押して造形槽２２に粉体２０を供給し、平坦化ローラ１２で粉体２０を平坦化してプレ粉体層３１ａを形成する。プレ粉体層形成処理で造形槽２２に粉体２０を供給する構成としてはこれに限るものではない。例えば、造形槽２２の上方に粉体供給部を備え、造形槽２２内に粉体２０を供給し、供給された粉体２０を平坦化ローラ１２によって平坦化して造形槽２２内に敷き詰め、プレ粉体層３１ａを形成する構成としてもよい。
【０１２８】
実施形態では一回のプレ粉体層形成処理で形成されるプレ粉体層３１ａの層厚は、一回の粉体層形成動作で形成される粉体層３１の所定の層厚よりも厚くなっている。しかし、一回の粉体層形成動作の間に、プレ粉体層形成処理を複数回実行する場合は、一回のプレ粉体層形成処理で形成するプレ粉体層３１ａの層厚を粉体層３１の層厚以下としてもよい。
【０１２９】
例えば、プレ粉体層形成処理と粉体除去処理とを二回ずつ繰り返す場合、一回目のプレ粉体層形成処理で粉体層３１と同じ層厚のプレ粉体層３１ａを形成した後、一回目の粉体除去処理で形成されているプレ粉体層３１ａの半分の粉体２０を除去する。次に、二回目のプレ粉体層形成処理で所定の層厚の粉体層３１と同じ層厚分を追加するようにプレ粉体層３１ａを形成し、二回目の粉体除去処理で、追加された層厚分の半分の粉体２０を除去する。このような粉体層形成動作でも所定の層厚の粉体層３１を形成することができる。
【０１３０】
実施形態の三次元造形装置１００の造形方法は、バインダージェット方式である。本発明の構成を適用可能な造形方法は、バインダージェット方式に限らず、レーザー焼結方式（ＬＳ方式等）や電子ビーム焼結方式（ＥＢＭ方式等）などであってもよい。すなわち、粉体の結合手段として、実施形態では液体吐出ヘッドから吐出される液体を用いて粉体同士を結合させる手段を用いているが、これに代えて、レーザー照射手段等を用いて粉体同士を焼結等により結合させる手段などを用いることもできる。本発明は、粉体層を形成し、粉体層中の粉体を結合させる立体造形方法であれば、適用可能である。
【０１３１】
バインダージェット方式の場合、粉体２０に石膏を用い、インクジェットヘッドからバインダーインクを吐出し、石膏粉を凝固させることで層状構造物３０を形成するのが一般的である。しかし、粉体２０に砂を用いて、バインダー樹脂をインクジェットヘッドから吐出することで、鋳型などに利用される三次元造形物を造形することもできる。また、バインダージェット方式であれば、粉体２０に、金属、セラミック、ガラス等を用いることもできる。また、バインダージェット方式においては、結合液に溶解可能な材料をコートした粉体２０を用い、結合液をインクジェットヘッドから吐出することで、粉体同士をコート材料を介して結合させ、層状構造物３０を形成することもできる。
【０１３２】
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
【０１３３】
（態様Ａ）
平坦化ローラ１２等の平坦化部材によって造形槽２２等の造形部に粉体２０等の粉体を敷き詰めてプレ粉体層３１ａ等のプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、平坦化部材によってプレ粉体層の表層側の粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層３１等の粉体層を形成する粉体層形成動作と、粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物３０等の層状構造物を形成する構造物形成動作と、を繰り返し行う三次元造形装置１００等の三次元造形装置であって、平坦化部材は、造形部に対する平坦化部材の移動方向に直交する回転軸を中心に回転駆動する回転体であり、平坦化部材の回転速度が、プレ粉体層形成処理のときよりも粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とする。
本態様では、プレ粉体層形成処理時は粉体除去処理時よりも平坦化部材の回転速度が遅いため、平坦化部材の表面に接触する粉体は平坦化部材の表面に追従し易く、平坦化部材と粉体との間で静止摩擦力が作用し易い。このため、動摩擦力が作用し易い粉体除去処理時よりも平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力が相対的に大きいものとなっている。これにより、回転速度を速く設定する粉体除去処理とプレ粉体層形成処理とで回転速度が同じ構成よりも、平坦化部材の移動に伴って粉体を平坦化方向へ移送する移送能力を、高くすることができる。移送能力が高いことで、移送の途中で粉体が不足すること抑制でき、形成しようとするプレ粉体層の全体にわたって均一な量の粉体を行き渡らせることができ、プレ粉体層の粉体の一部を除去して形成される粉体層の粉体密度の均一化を図ることができる。
また、本態様では、粉体除去処理時における平坦化部材と粉体との間で生じる摩擦力がプレ粉体層形成処理時よりも相対的に小さい。このため、粉体除去処理時に生じ得る既成粉体層３１ｂ等の下方の粉体層における層状構造物の引き摺りや膨張を、粉体除去処理時とプレ粉体層形成処理とで平坦化部材の回転速度と移動速度とが同じ構成よりも抑制できる。その結果、粉体層を形成する間に生じる層状構造物の引き摺りや膨張を抑制し、三次元造形物の造形精度の低下を抑制する。
このように、本態様では、形成される粉体層の粉体密度の均一化を図りつつ、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。
【０１３４】
（態様Ｂ）
態様Ａにおいて、平坦化ローラ１２等の平坦化部材の造形槽２２等の造形部に対する移動速度が、プレ粉体層形成処理のときよりも粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とする。
これによれば、上記実施例２について説明したように、プレ粉体層形成処理では造形槽２２等の造形部の平坦化部材の移動方向の全体にわたって均一な量の粉体を行き渡らせることが可能となり、形成される粉体層の粉体密度の均一化を図ることができる。さらに、粉体除去処理では粉体層として残す粉体に平坦化部材の移動方向の力が作用することを抑制でき、形成しようとしている粉体層よりも下方の粉体層に形成された層状構造物が変位することを抑制でき、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。
【０１３５】
（態様Ｃ）
態様ＡまたはＢにおいて、平坦化ローラ１２等の平坦化部材の回転方向は、平坦化部材の造形槽２２等の造形部との対向部における表面移動方向が平坦化部材の前記造形部に対する移動方向と同方向となる回転方向（カウンター方向）である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、粉体層の粉体密度の均一化及び層厚の均一化を図ることができる。
【０１３６】
（態様Ｄ）
平坦化ローラ１２等の平坦化部材によって造形槽２２等の造形部に粉体２０等の粉体を敷き詰めてプレ粉体層３１ａ等のプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、平坦化部材によってプレ粉体層の表層側の粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層３１等の粉体層を形成する粉体層形成動作と、粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物３０等の層状構造物を形成する構造物形成動作と、を繰り返し行う三次元造形装置１００等の三次元造形装置であって、平坦化部材の造形部に対する移動速度が、プレ粉体層形成処理のときよりも粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とする。
これによれば、上記実施例２について説明したように、プレ粉体層形成処理では造形槽２２等の造形部の平坦化部材の移動方向の全体にわたって均一な量の粉体を行き渡らせることが可能となり、形成される粉体層の粉体密度の均一化を図ることができる。さらに、粉体除去処理では粉体層として残す粉体に平坦化部材の移動方向の力が作用することを抑制でき、形成しようとしている粉体層よりも下方の粉体層に形成された層状構造物が変位することを抑制でき、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。
【０１３７】
（態様Ｅ）
態様Ａ乃至Ｄの何れかの態様において、一回の粉体層形成動作の際に、プレ粉体層形成処理を複数回実行することを特徴とする。
これによれば、上記実施形態について説明したように、造形槽２２等の造形部に対して必要な粉体２０等の粉体を複数回に分けて供給できる。これにより、特定の箇所に多くの粉体が供給されることを抑制でき、造形部における平坦化ローラ１２等の平坦化部材の移動方向（水平方向等）の全体にわたって均一な量の粉体を行き渡らせ易くなる。このため、形成される粉体層を高い粉体密度で均一化することが可能となる。
【０１３８】
（態様Ｆ）
態様Ａ乃至Ｅの何れかの態様において、一回の前記粉体層形成動作の際に、粉体除去処理を複数回実行することを特徴とする。
これによれば、上記実施形態について説明したように、一度の粉体除去処理で水平方向に移動させる粉体２０等の粉体の量を少なくすることができる。これにより、平坦化ローラ１２等の平坦化部材の移動方向（水平方向等）に移動する粉体の重量が軽くなり、この粉体の移動によって粉体層３１等の粉体層として残す粉体に作用する平坦化部材の移動方向の力を小さくすることができる。このため、粉体層を形成する粉体の水平方向の変位を抑制でき、層状構造物３０等の層状構造物の引き摺りや膨張を抑制でき、三次元造形物の造形精度が低下することを抑制できる。また、造形槽２２等の造形部内の粉体を押し込む力を複数回作用させることができ、粉体層の高密度化を図ることができる。
【０１３９】
（態様Ｇ）
平坦化ローラ１２等の平坦化部材によって造形槽２２等の造形部に粉体２０等の粉体を敷き詰めてプレ粉体層３１ａ等のプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、平坦化部材によってプレ粉体層の表層側の粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層３１等の粉体層を形成する粉体層形成工程と、粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物３０等の層状構造物を形成する構造物形成工程と、を繰り返し行う三次元造形物製造方法であって、平坦化部材は、造形部に対する平坦化部材の移動方向に直交する回転軸を中心に回転駆動する回転体であり、平坦化部材の回転速度が、プレ粉体層形成処理のときよりも粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とする。
これによれば、上記実施形態について説明したように、形成される粉体層の粉体密度の均一化を図りつつ、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。
【０１４０】
（態様Ｈ）
平坦化ローラ１２等の平坦化部材によって造形槽２２等の造形部に粉体２０等の粉体を敷き詰めてプレ粉体層３１ａ等のプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、平坦化部材によってプレ粉体層の表層側の粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層３１等の粉体層を形成する粉体層形成工程と、粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物３０等の層状構造物を形成する構造物形成工程と、を繰り返し行う三次元造形物製造方法であって、平坦化部材の造形部に対する移動速度が、プレ粉体層形成処理のときよりも粉体除去処理のときの方が速いことを特徴とする。
これによれば、上記実施形態について説明したように、形成される粉体層の粉体密度の均一化を図りつつ、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。
【０１４１】
（態様Ｉ）
平坦化ローラ１２等の平坦化部材によって造形槽２２等の造形部に粉体２０等の粉体を敷き詰めてプレ粉体層３１ａ等のプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、平坦化部材によってプレ粉体層の表層側の粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層を形成する粉体層形成動作と、粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物３０等の層状構造物を形成する構造物形成動作と、を繰り返し行う三次元造形装置１００等の三次元造形装置を制御する造形プログラムであって、平坦化部材は、造形部に対する平坦化部材の移動方向に直交する回転軸を中心に回転駆動する回転体であり、平坦化部材の回転速度が、プレ粉体層形成処理のときよりも粉体除去処理のときの方が速くなるように三次元造形装置を制御することを特徴とする。
これによれば、上記実施形態について説明したように、形成される粉体層の粉体密度の均一化を図りつつ、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。
【０１４２】
（態様Ｊ）
平坦化ローラ１２等の平坦化部材によって造形槽２２等の造形部に粉体２０等の粉体を敷き詰めてプレ粉体層３１ａ等のプレ粉体層を形成するプレ粉体層形成処理と、平坦化部材によってプレ粉体層の表層側の粉体を除去する粉体除去処理と、を実行して粉体層３１等の粉体層を形成する粉体層形成動作と、粉体層の粉体を所要形状に結合して層状構造物３０等の層状構造物を形成する構造物形成動作と、を繰り返し行う三次元造形装置１００等の三次元造形装置を制御する造形プログラムであって、平坦化部材の造形部に対する移動速度が、プレ粉体層形成処理のときよりも粉体除去処理のときの方が速くなるように三次元造形装置を制御することを特徴とする。
これによれば、上記実施形態について説明したように、形成される粉体層の粉体密度の均一化を図りつつ、三次元造形物の造形精度の低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１４３】
１  粉体保持部
５  造形ユニット
７  ベース部材
１０  造形液
１１  粉体収容槽
１２  平坦化ローラ
１３  粉体除去板
２０  粉体
２０ａ  余剰粉体
２０ｂ  ローラ下流側粉体
２１  供給槽
２２  造形槽
２３  供給ステージ
２４  造形ステージ
２５  平坦化ローラ往復モータ
２６  平坦化ローラ回転モータ
２７  供給ステージ昇降モータ
２８  造形ステージ昇降モータ
２９  余剰粉体回収槽
３０  層状構造物
３１  粉体層
３１ａ  プレ粉体層
３１ｂ  既成粉体層
５０  液体吐出ユニット
５１  キャリッジ
５２  ヘッド
５２ａ  第一ヘッド
５２ｂ  第二ヘッド
５４  第一ガイド部材
５５  第二ガイド部材
５６  タンク装着部
６０  タンク
６１  メンテナンス機構
６２  キャップ
６３  ワイパ
７０  側板
７１  ガイド部材
７２  スライダ部
１００  三次元造形装置
５００  制御部
５００Ａ  主制御部
５０６  外部インターフェース
５０７  入出力部
５０８  ヘッド駆動制御部
５１０  主走査方向駆動部
５１１  吐出ユニット昇降駆動部
５１２  副走査方向駆動部
５１３  供給ステージ駆動部
５１４  造形ステージ駆動部
５１５  平坦化往復駆動部
５１６  平坦化回転駆動部
５１７  粉体供給駆動部
５１８  メンテナンス駆動部
５１９  粉体回収駆動部
５２２  操作パネル
５５０  主走査方向移動機構
５５１  吐出ユニット昇降機構
５５２  副走査方向移動機構
５５４  粉体供給装置
５５５  粉体回収モータ
５６０  温湿度センサ
６００  造形データ作成装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４４】
【特許文献１】特開２０１４−０６５１７９号公報
【図１】
2018196968.tif 000003
【図２】
2018196968.tif 000004
【図３】
2018196968.tif 000005
【図４】
2018196968.tif 000006
【図５】
2018196968.tif 000007
【図６】
2018196968.tif 000008
【図７】
2018196968.tif 000009
【図８】
2018196968.tif 000010
【図９】
2018196968.tif 000011
【図１０】
2018196968.tif 000012
【図１１】
2018196968.tif 000013
【図１２】
2018196968.tif 000014