(57)【要約】【課題】造形動作によって粉体を所要形状に結合される際に、粉体層の粉体密度が高い状態とする。【解決手段】造形部である造形槽２２に所定厚粉体層を形成する粉体層形成動作と、所定厚粉体層の粉体を所要形状に結合して層状造形物を形成する造形動作とを繰り返し行い、三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、粉体層形成動作では、所定厚粉体層よりも厚い過剰厚粉体層であるプレ粉体層３１ａを形成した後、粉体層の積層方向に直交する水平方向に移動する除去部材である平坦化ローラ１２によってプレ粉体層３１ａにおける所定の層厚の部分よりも表層側の粉体を除去する除去処理を三回実行して所定厚粉体層を形成し、最後の除去処理である第三回目の除去処理で除去する粉体の層厚「Δｔ６」は、他の除去処理で除去する粉体の層厚よりも小さい。【選択図】図２１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形部に所定の層厚の粉体層である所定厚粉体層を形成する粉体層形成動作と、前記所定厚粉体層の粉体を所要形状に結合して層状造形物を形成する造形動作とを繰り返し行い、前記層状造形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であって、
前記粉体層形成動作では、前記所定厚粉体層よりも厚い前記粉体層である過剰厚粉体層を形成した後、前記粉体層の積層方向に直交する方向に移動する除去部材によって前記過剰厚粉体層における前記所定の層厚の部分よりも表層側の前記粉体を除去する除去処理を複数回実行して前記所定厚粉体層を形成し、
一回の前記除去処理で除去する前記粉体の層厚である粉体削り量は、最後に実行する前記除去処理が他の前記除去処理よりも小さ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、
前記除去処理の回数を重ねるにつれて前記粉体削り量を徐々に小さくする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に記載の三次元造形装置において、
前記除去部材は回転体であり、
最後に実行する前記除去処理のときの前記除去部材の回転速度が、他の前記除去処理のときの回転速度よりも大きいことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項４】
造形部に所定の層厚の粉体層である所定厚粉体層を形成する粉体層形成動作と、前記所定厚粉体層の粉体を所要形状に結合して層状造形物を形成する造形動作とを繰り返し行い、前記層状造形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であって、
前記粉体層形成動作では、前記所定厚粉体層よりも厚い前記粉体層である過剰厚粉体層を形成した後、回転しながら前記粉体層の積層方向に直交する方向に移動する除去部材によって前記過剰厚粉体層における前記所定の層厚の部分よりも表層側の前記粉体を除去する除去処理を複数回実行して前記所定厚粉体層を形成
し、
最後に実行する前記除去処理のときの前記除去部材の回転速度が、他の前記除去処理のときの回転速度よりも大きいことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の三次元造形装置において、
前記除去処理の回数を重ねるにつれて前記除去部材の回転速度を徐々に大きく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、
前記除去部材は、円筒形状であることを特徴とする三次元造形装置。
【請求項７】
所定の層厚の粉体層である所定厚粉体層を形成する粉体層形成工程と、前記所定厚粉体層の粉体を所要形状に結合して層状造形物を形成する造形工程とを繰り返し行い、前記層状造形物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形物製造方法であって、
前記粉体層形成工程では、前記所定厚粉体層よりも厚い前記粉体層である過剰厚粉体層を形成した後、前記粉体層の積層方向に直交する方向に移動する除去部材によって前記過剰厚粉体層における前記所定の層厚の部分よりも表層側の前記粉体を除去する除去処理を複数回実行して前記所定厚粉体層を形成し、
一回の前記除去処理で除去する前記粉体の層厚である粉体削り量は、最後に実行する前記除去処理が他の前記除去処理よりも小さいことを特徴とする三次元造形物製造方法。
【請求項８】
造形部に所定の層厚の粉体層である所定厚粉体層を形成する粉体層形成動作と、前記所定厚粉体層の粉体を所要形状に結合して層状造形物を形成する造形動作とを繰り返し行い、前記層状造形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を制御するプログラムであって、
前記粉体層形成動作では、前記所定厚粉体層よりも厚い前記粉体層である過剰厚粉体層を形成した後、前記粉体層の積層方向に直交する方向に移動する除去部材によって前記過剰厚粉体層における前記所定の層厚の部分よりも表層側の前記粉体を除去する除去処理を複数回実行して前記所定厚粉体層を形成し、
一回の前記除去処理で除去する前記粉体の層厚である粉体削り量は、最後に実行する前記除去処理が他の前記除去処理よりも小さ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、造形部に所定の層厚の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造形物を形成する造形動作とを繰り返し行い、層状造形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。
【０００３】
例えば、特許文献１には、粉体層形成動作で、所定の層厚よりも厚い粉体層を形成し、その後、形成した粉体層における所定の層厚の部分よりも表層側の粉体を除去部材で除去することで所定の層厚の粉体層を形成する三次元造形装置が記載されている。この三次元造形装置では、所定の層厚の粉体層を一層形成するために、平坦化ローラ（除去部材）をステージ（造形部）のステージ面に平行に移動させる平坦化処理を複数回行う。最初の平坦化処理によってステージへ粉体を供給しながら平坦化を行い、所定の層厚よりも厚い粉体層を形成する。そして、二回目の平坦化処理によって、粉体層における所定の層厚の部分よりも表層側の粉体を除去しながら残った粉体層の上面の平坦化を行い、所定の層厚の粉体層を形成する。また、この特許文献１には、粉体の除去を行う平坦化処理を二回以上実行してもよいことが記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
作成される三次元造形物の品質向上のためには、造形動作によって粉体を所要形状に結合される際に、粉体層の粉体密度が高い状態であることが望ましい。しかしながら、従来の三次元造形装置では、造形動作によって粉体を所要形状に結合される際の粉体層の粉体密度が不十分であった。
【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、造形部に所定の層厚の粉体層である所定厚粉体層を形成する粉体層形成動作と、前記所定厚粉体層の粉体を所要形状に結合して層状造形物を形成する造形動作とを繰り返し行い、前記層状造形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であって、前記粉体層形成動作では、前記所定厚粉体層よりも厚い前記粉体層である過剰厚粉体層を形成した後、前記粉体層の積層方向に直交する方向に移動する除去部材によって前記過剰厚粉体層における前記所定の層厚の部分よりも表層側の前記粉体を除去する除去処理を複数回実行して前記所定厚粉体層を形成し、一回の前記除去処理で除去する前記粉体の層厚である粉体削り量は、最後に実行する前記除去処理が他の前記除去処理よりも小さ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、造形動作によって粉体を所要形状に結合される際に、粉体層の粉体密度が高い状態とすることが可能となる、という優れた効果がある。
【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造形部の拡大側面説明図。
【図４】実施形態の三次元造形装置の要部の斜視説明図。
【図５】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６】実施形態の三次元造形装置における粉体層の形成動作の一例の説明図。
【図７】粉体層に造形液の液滴を吐出して着弾させたときの説明図。
【図８】粉体供給工程で供給ステージを上昇させる動作の説明図。
【図９】粉体供給工程で造形ステージを下降させる動作の説明図。
【図１０】第一回目の平坦化処理の説明図。
【図１１】第二回目の平坦化処理で造形ステージを上昇させる動作の説明図。
【図１２】第二回目の平坦化処理で平坦化ローラを移動させる動作の説明図。
【図１３】第三回目の平坦化処理で造形ステージを上昇させる動作の説明図。
【図１４】第三回目の平坦化処理で平坦化ローラを移動させる動作の説明図。
【図１５】第四回目の平坦化処理で造形ステージを上昇させる動作の説明図。
【図１６】第四回目の平坦化処理で平坦化ローラを移動させる動作の説明図。
【図１７】実施例１の第二回目の平坦化処理で造形ステージを上昇させる動作の説明図。
【図１８】実施例１の第二回目の平坦化処理で平坦化ローラを移動させる動作の説明図。
【図１９】実施例１の第三回目の平坦化処理で造形ステージを上昇させる動作の説明図。
【図２０】実施例１の第三回目の平坦化処理で平坦化ローラを移動させる動作の説明図。
【図２１】実施例１の第四回目の平坦化処理で造形ステージを上昇させる動作の説明図。
【図２２】実施例１の第四回目の平坦化処理で平坦化ローラを移動させる動作の説明図。
【図２３】変形例の三次元造形装置の概略平面説明図。
【図２４】変形例の三次元造形装置の概略側面説明図。
【図２５】変形例の三次元造形装置の概略正面説明図。
【図２６】変形例の三次元造形装置の要部の斜視説明図。
【図２７】変形例の三次元造形装置での造形動作の一例の説明図。
【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】
図４は、三次元造形装置１００の要部（粉体保持部１及び造形ユニット５）の斜視説明図である。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。図３は図４中のＡ−Ａ断面の概略断面図である。
【００１０】
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）が結合された層状造形物３０が形成される粉体保持部１と、粉体保持部１の層状に敷き詰められた粉体２０の粉体層に対して造形液１０を吐出する造形ユニット５とを備えている。
【００１１】
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回転部材である平坦化ローラ１２とを備えている。平坦化部材は、回転部材に代えて、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。
【００１２】
粉体収容槽１１は、層状造形物３０が積層されて三次元造形物が造形される造形槽２２と、造形槽２２に供給する粉体２０を貯留する供給槽２１と、造形槽２２に供給された粉体２０の余剰分を回収する余剰粉体回収槽２９とを有している。造形槽２２と供給槽２１とはＹ方向に並んで配置されている。
【００１３】
供給槽２１の底部を構成する供給ステージ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の底部を構成する造形ステージ２４も、鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に層状造形物３０が積層された三次元造形物が造形される。
【００１４】
図５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。
【００１５】
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。
【００１６】
供給槽２１には、粉体供給装置５５４が配置されている。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。
【００１７】
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の内寸幅よりも長く、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移動する。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。このとき、造形槽２２に供給された粉体２０の表面（上面）を平坦化ローラ１２が均して平坦化し、所定の層厚の所定厚粉体層３１を形成する。
【００１８】
また、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。これにより、供給槽２１の上方の粉体２０が平坦化ローラ１２に押されて造形槽２２へと移送供給されるとともに、平坦化ローラ１２が造形槽２２上を通過しながら粉体２０を移送しつつ平坦化して、所望の厚さの所定厚粉体層３１が形成される。
【００１９】
造形ユニット５は、造形ステージ２４上の所定厚粉体層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造形物３０を形成する液体吐出ユニット５０を備えている。
【００２０】
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。
【００２１】
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方向の両端が支持部材７５（第一支持部材７５ａ及び第二支持部材７５ｂ）に支持され、側板７０（第一側板７０ａ及び第二側板７０ｂ）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。
【００２２】
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、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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。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。
【００２５】
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）に往復移動可能である。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。
【００２６】
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。
【００２７】
次に、三次元造形装置１００の制御部５００の概要について図５を参照して説明する。
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り、ＲＡＭ５０３は、造形データ等を一時格納するものである。
【００２８】
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。
【００２９】
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造形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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
造形槽２２に粉体２０を供給する工程の一例を示すと、供給ステージ２３を２００［μｍ］上昇させ、造形ステージ２４を１００［μｍ］下降させて、平坦化ローラ１２を図４中の矢印「Ｙ２」方向に移動させる。これにより、供給ステージ２３を上昇させた分の粉体２０を平坦化ローラ１２で押して図４中の矢印「Ｙ２」方向に移動させ、造形槽２２に１００［μｍ］の新たな粉体層（後述する「プレ粉体層３１ａ」）を積層することができる。平坦化ローラ１２によって押されて移送された粉体２０のうち、造形槽２２に入りきらない余剰の粉体２０は、余剰粉体回収槽２９に回収される。
【００３６】
粉体２０には、ステンレス粉末に樹脂材料をコーティングした粉末を用いた。ステンレス粉末としては、山陽特殊製鋼社製ガスアトマイズ粉「ＰＳＳ３１６Ｌ  −２０μｍグレード」を用いた。また、コーティングに用いる樹脂材料としては、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＺ−１００）を用いた。
【００３７】
樹脂材料としては上述したもの限定されるものではない。例えば、ポリビニルアルコール（株式会社クラレ製、ＰＶＡ−２０５Ｃ、ＰＶＡ−２２０Ｃ）、ポリアクリル酸（東亞合成株式会社製、ジュリマーＡＣ−１０）、ポリアクリル酸ナトリウム（東亞合成株式会社製、ジュリマーＡＣ−１０３Ｐ）、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＺ−３００、ゴーセネックスＺ−１００、ゴーセネックスＺ−２００、ゴーセネックスＺ−２０５、ゴーセネックスＺ−２１０、ゴーセネックスＺ−２２０）、カルボキシ基変性ポリビニルアルコール（日本合成化学工業株式会社製、ゴーセネックスＴ−３３０、ゴーセネックスＴ-３５０、ゴーセネックスＴ-３３０Ｔ）、ブタンジオールビニルアルコール共重合体（日本合成化学工業株式会社製、ニチゴーＧ−ポリマーＯＫＳ−８０４１）、カルボキシメチルセルロース（第一工業株式会社製、セロゲン５Ａ）、デンプン（三和澱粉工業株式会社製、ハイスタードＰＳＳ−５）、ゼラチン（新田ゼラチン株式会社製、ビーマトリックスゼラチン）などが適用可能である。
【００３８】
次に、三次元造形装置１００での粉体層の形成動作の一例について、図６を参照して説明する。
図６（ａ）〜（ｆ）は、本実施形態における所定厚粉体層３１の形成動作の一例を説明するための説明図である。
まず、図６（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に、一層または複数層の層状造形物３０が形成されているものとする。
【００３９】
最上層の層状造形物３０の上に次の層状造形物３０を形成するための所定厚粉体層３１を形成するときには、図６（ｂ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３を「Ｚ１」方向（上方）に移動量「ｚ１」分だけ上昇させる。これとともに、造形槽２２の造形ステージ２４を「Ｚ２」方向（下方）に移動量「ｚ２」分だけ下降させる。移動量「ｚ１」及び「ｚ２」は所定厚粉体層３１の目標厚み「Δｔ」（造形液１０を供給され層状造形物３０を形成するときの厚み）よりも大きな値に設定されている。目標厚み「Δｔ」は、例えば数十〜百［μｍ］程度であるのが好ましい。
【００４０】
供給ステージ２３を「ｚ１」分だけ上昇させることで、供給ステージ２３上の粉体２０の最上面の高さが供給槽２１を形成する側壁の上端部よりも「Δｔ１（≒ｚ１）」だけ高くなる。また、造形ステージ２４を「ｚ２」分だけ下降させることで、造形ステージ２４上の粉体２０の最上面の高さが造形槽２２を形成する側壁の上端部よりも「Δｔ２（≒ｚ２）」だけ高くなる。
【００４１】
供給ステージ２３の移動量「ｚ１」と造形ステージ２４の移動量「ｚ２」との関係は、「ｚ１≧ｚ２」の関係となっている。また、供給ステージ２３の上面と造形ステージ２４の上面とは、同じ面積となっている。これにより、造形ステージ２４の下降によって生じた造形槽２２内の粉体２０の最上面よりも上方の隙間の全体に粉体２０を敷き詰めるのに十分な量の粉体２０を、供給槽２１から造形槽２２へ供給することができる。供給槽２１から造形槽２２に向けて移送された粉体２０のうち、造形槽２２に入らず、造形槽２２内に供給されなかった余剰分の粉体２０は、余剰粉体２０ａとして余剰粉体回収槽２９に落下して回収される。
【００４２】
このような余剰粉体２０ａが生じるようにすると、平坦化ローラ１２が供給槽２１から造形槽２２へ向かう「Ｙ２」方向における造形槽２２の下流端まで粉体２０を移送する間、平坦化ローラ１２の移動方向下流側に常に余剰分の粉体２０が存在する。このように平坦化ローラ１２の移動方向下流側に余剰分の粉体２０が存在することで、その余剰分の粉体２０の重みによって所定厚粉体層３１を形成する粉体２０への押し付け効果が造形槽２２における平坦化ローラ１２の移動方向下流端まで得られる。この結果、より均一な高い粉体密度の所定厚粉体層３１を形成するのに有利である。
【００４３】
次に、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を、供給槽２１から造形槽２２へ向かう「Ｙ２」方向（往路の平坦化方向）に移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を、図６（ｂ）及び図６（ｃ）中の矢印の向き（図６中の反時計回り方向）に回転駆動させる。この回転駆動により、平坦化ローラ１２の周面の最下部が「Ｙ２」方向と同方向となる向きに表面移動する。このように平坦化ローラ１２が図６中の反時計回り方向に回転しながら「Ｙ２」方向へ移動することにより、供給槽２１の上面レベルよりも上方に存在する粉体２０を「Ｙ２」方向へスムーズに移送して造形槽２２へ供給することができる。そして、平坦化ローラ１２が回転しながらさらに「Ｙ２」方向へ移動し、造形槽２２の上方を通過する際に、造形槽２２に供給された粉体２０の表面を均して平坦化する。これにより、最終的に形成される所定厚粉体層３１の目標厚み「Δｔ」よりも厚みのあるプレ粉体層３１ａを、最上層の層状造形物３０の上に形成する。
【００４４】
次いで、図６（ｄ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３を「Ｚ２」方向（下方）に移動量「ｚ３」分だけ下降させ、造形槽２２の造形ステージ２４を「Ｚ１」方向に移動量「ｚ４」分だけ上昇させる。これにより、上述した往路での平坦化処理により造形槽２２の造形ステージ２４上に形成されたプレ粉体層３１ａの上層部分の粉体２０が造形槽２２の上面レベルから上方に盛り上がった状態になる。このときの造形ステージ２４の移動量「ｚ４」は、前回形成した下方の所定厚粉体層３１の上面と平坦化ローラ１２の最下部との間隔が所定厚粉体層３１の目標厚み「Δｔ１」となるように設定される。
【００４５】
その後、図６（ｅ）に示すように、平坦化ローラ１２を、造形槽２２から供給槽２１へ向かうＹ１方向（復路の平坦化方向）に移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を、図６（ｄ）中の矢印の向き（図６中の時計回り方向）に回転駆動させる。この回転駆動により、平坦化ローラ１２の周面の最下部側が「Ｙ１」方向と同方向となる向きに表面移動する。このように平坦化ローラ１２が図６中の時計回り方向に回転しながら「Ｙ１」方向へ移動することにより、造形槽２２の上面レベルよりも上方に存在する粉体２０が「Ｙ１」方向へ移送されながら造形槽２２の粉体２０の表面が均されて平坦化される。これにより、造形槽２２内に目標厚み「Δｔ」の所定厚粉体層３１が形成される。
【００４６】
そして、平坦化ローラ１２が回転しながらさらに「Ｙ１」方向へ移動し、造形槽２２の上方を通過したとき、プレ粉体層３１ａを形成し、所定厚粉体層３１の形成には使用されなかった未使用の粉体２０が供給槽２１に戻される。
所定厚粉体層３１の形成後の平坦化ローラ１２は、図６（ｆ）に示すように、供給槽２１の上方を通過して、初期位置（原点位置）に戻る（復帰する）。その後、図６（ａ）に示す動作に戻り、ヘッド５２から造形液１０の液滴を吐出して、形成した所定厚粉体層３１に所要形状の層状造形物３０を形成する。
【００４７】
以後、上述した粉体２０の供給及び平坦化による所定厚粉体層３１を形成する粉体層形成工程と、ヘッド５２による造形液１０の吐出を行う造形液吐出工程とを、行うことで形成済みの層状造形物３０の上方に新たな層状造形物３０を形成する。
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。新たな層状造形物３０とその下層の層状造形物３０とは一体化して三次元造形物の一部を構成する。
上述した粉体層形成工程と造形液吐出工程とを必要な回数繰り返すことによって、層状造形物３０が積層された三次元形状造形物（立体造形物）を完成させる。
【００４８】
図７は、所定厚粉体層３１に造形液１０の液滴を吐出して着弾させたときの説明図である。
図７では、「３００×３００［ｄｐｉ］（約８５［μｍ］相当）」のピッチで二次元画像データを作成し、このデータに基づいて所定厚粉体層３１に造形液１０の液滴を吐出して着弾させたときの浸透状態を示している。
【００４９】
図６を用いて説明した所定厚粉体層３１の形成動作では、平坦化ローラ１２を往復移動させて往路と復路とで二回の平坦化処理を実行することにより一層の所定厚粉体層３１を形成する。平坦化処理の回数は三回以上であってもよい。このように複数回の平坦化処理を実行して一層の所定厚粉体層３１を形成する場合、所定厚粉体層３１を構成する粉体２０の密度を段階的に高めることができ、高い粉体密度で均一化された所定厚粉体層３１を形成するのに有利である。
複数回の平坦化処理を実行する構成では、一回目の平坦化処理は、粉体２０を造形槽２２に供給する供給処理でもある。そして、二回目以降の平坦化処理は、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける所定厚粉体層３１の目標厚み「Δｔ」の部分よりも表層側の粉体２０を除去する除去処理でもある。
【００５０】
本実施形態では、平坦化部材として平坦化ローラ１２のようなローラ部材を用いているため、平坦化処理時には、平坦化部材の移動方向前方で粉体２０に接触する接触面（平坦化ローラ１２の周面のうちの移動方向前方下側部分）が斜め下方を向く。そのため、平坦化部材を移動させることで、その接触面により粉体２０を移動方向へ移送するとともに下方へ押し込む力を生じさせる。よって、このような平坦化部材を用いることで、粉体密度を高める効果が得られる。
【００５１】
本実施形態の三次元造形装置１００では、一層の所定厚粉体層３１を形成する際に、複数回の除去処理を実行する。さらに、複数回の除去処理における最後の除去処理と他の除去処理とで、プレ粉体層３１ａにおける除去する部分の層厚と、平坦化ローラ１２の回転速度との、少なくとも一方の条件を異ならせる構成となっている。
以下、一層の所定厚粉体層３１を形成する際に、複数回の除去処理を実行する構成で、除去処理における除去する粉体２０の層厚と平坦化ローラ１２の回転速度とを一定とした参考構成例について説明する。
【００５２】
〔参考構成例〕
図８乃至図１６は、参考構成例の粉体層形成動作の説明図であり、粉体保持部１の供給槽２１と造形槽２２とを図１中の右方から見た概略断面図である。
図８乃至図１０を用いて、参考構成例の粉体層形成動作における粉体供給工程について説明する。
【００５３】
まず、図８に示すように、供給ステージ２３を、Ｚ方向（上下方向）に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ１」（＝２６４［μｍ］）上昇させる。また、図９に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ２」（＝２４０［μｍ］）下降させる。次に、図１０に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ２」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ１」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を粉体保持部１内の粉体２０を巻き上げる方向（図１０中の反時計回り方向）に回転速度「Ｎ１」（＝２［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。このとき、供給ステージ２３上の粉体２０のうち、図８及び図９中の斜線のハッチングを付した部分が平坦化ローラ１２に押されて造形ステージ２４に向けて移送される。
【００５４】
これにより、図１０に示すように、造形槽２２に粉体２０を供給し、平坦化して、層厚が２４０［μｍ］のプレ粉体層３１ａを形成する。このときの粉体２０を供給しつつ供給した粉体２０の粉体層を平坦化するように平坦化ローラ１２を移動させる処理が、第一回目の平坦化処理となる。
【００５５】
次に、図１１乃至図１６を用いて、参考構成例の粉体層形成動作における粉体除去工程について説明する。
【００５６】
図１１及び図１２は、第一回目の除去処理となる第二回目の平坦化処理の説明図である。
第二回目の平坦化処理では、図１１に示すように、供給ステージ２３を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ３」（＝３０６［μｍ］）下降させる。この平坦化ローラ１２に対する供給ステージ２３の下降は、除去処理のために供給ステージ２３の上方を水平方向に移動する平坦化ローラ１２が供給槽２１内の粉体２０と接触することを防止するためである。
さらに、第二回目の平坦化処理では、図１１に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ４」（＝６０［μｍ］）上昇させる。
【００５７】
次に、図１２に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ１」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ２」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１２中の時計回り方向）に回転速度「Ｎ２」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、図１２に示すように、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ４」の上層部分を除去しつつ、プレ粉体層３１ａの上面を平坦化する。
第二回目の平坦化処理で、造形ステージ２４上のプレ粉体層３１ａから平坦化ローラ１２に押されて除去された粉体２０の一部または全部は、平坦化ローラ１２に押されて供給槽２１に戻される。
【００５８】
図１３及び図１４は、第二回目の除去処理となる第三回目の平坦化処理の説明図である。
第三回目の平坦化処理では、図１３に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ５」（＝６０［μｍ］）上昇させる。
【００５９】
次に、図１４に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ２」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ３」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１４中の反時計回り方向）に回転速度「Ｎ３」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、図１４に示すように、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ５」の上層部分を除去しつつ、プレ粉体層３１ａの上面を平坦化する。
第三回目の平坦化処理で、造形ステージ２４上のプレ粉体層３１ａから平坦化ローラ１２に押されて除去された粉体２０の一部または全部は、平坦化ローラ１２に押されて余剰粉体回収槽２９に回収される。
【００６０】
図１５及び図１６は、第三回目の除去処理となる第四回目の平坦化処理の説明図である。
第四回目の平坦化処理では、図１５に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ６」（＝６０［μｍ］）上昇させる。
【００６１】
次に、図１６に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ１」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ４」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１６中の時計回り方向）に回転速度「Ｎ４」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ６」の上層部分を除去しつつ、粉体層の上面を平坦化して、所定の層厚（６０［μｍ］）の所定厚粉体層３１を形成する。
第四回目の平坦化処理で、造形ステージ２４上のプレ粉体層３１ａから平坦化ローラ１２に押されて除去された粉体２０の一部または全部は、平坦化ローラ１２に押されて供給槽２１に戻される。
【００６２】
次に、参考構成例の評価試験について説明する。
まず評価方法について説明する。
粉体２０としては、次のようなものを用いた。すなわち、平均粒径「８［μｍ］」のＳＵＳ粉体（山陽特殊製鋼製ＰＳＳ３１６Ｌ）に有機材料（ポバール製ＤＦ−０５）をコーティングした。このコーティングされたＳＵＳ粉体に対しアクリル樹脂（綜研化学妹製ＭＰ−１４５１）０．２５［ｗｔ％］を添加した混合粉体を用いた。そして、図８乃至図１６を用いて説明した参考構成例の粉体層形成工程を実行し、造形槽２２に形成された所定厚粉体層３１の粉体２０の空間率を評価した。
【００６３】
比較構成例として、平坦化処理を二回実行した構成、すなわち、除去処理を一回実行した構成では、造形槽２２に形成された所定厚粉体層３１の空間率は６０．４［％］であった。これに対して、参考構成例のように除去処理を三回実行した構成では、造形槽２２に形成された所定厚粉体層３１の空間率は５８．６［％］であった。この評価試験によって、粉体２０の除去を一回から三回に増加させることで、造形槽２２に形成される所定厚粉体層３１の粉体２０の空間率が低減するこが確認できた。
【００６４】
三次元造形装置１００は、所定厚粉体層３１に対して造形液１０の液滴を吐出して所定厚粉体層３１の粉体２０が結合された層状造形物３０を順次積層して立体造形物（三次元造形物）を形成する。上述した参考構成例では、一層の層状造形物３０を形成するための一層の所定厚粉体層３１の形成する際に、造形槽２２に粉体２０を必要量より多く供給し、余分に供給した粉体２０を除去する除去処理を複数回（三回）実行する。
除去処理が一回のみであると、余剰の粉体２０を除去する処理による造形槽２２内の粉体２０の密度の向上を図る効果は一度分しか得られず、除去処理による造形槽２２内の粉体２０の密度向上の効果を十分に活用できない。
【００６５】
これに対して参考構成例では、第一回目の平坦化処理で、造形槽２２に所望の積層ピッチ（所定厚粉体層３１の目標厚み「Δｔ」）よりも厚みが大きい粉体層（プレ粉体層３１ａ）を形成する。そして、第ｊ回目（２≦ｊ＜Ｍ）の平坦化処理（第「ｊ−１」回目の除去処理）で、造形槽２２に供給された積層ピッチに対し余分な粉体２０を一部除去し、第Ｍ回目の平坦化処理（第「Ｍ−１」回目の除去処理）で所望の積層ピッチと一致させる。
この構成により、造形槽２２内に形成された所定厚粉体層３１の密度を向上させることができ、その結果、造形物の密度を向上させることができる。
後述する各実施例でも参考構成例と同様に、複数回の除去処理を行って所定厚粉体層３１を形成するため、除去処理を一回しか行わない構成に比べて、所定厚粉体層３１の密度を向上させ、造形物の密度を向上させることができる。
【００６６】
〔実施例１〕
次に、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の粉体層形成動作は、複数回の除去処理における最後の除去処理と他の除去処理とで除去する粉体２０の層厚の条件を異ならせる構成である。
実施例１の粉体層形成動作における粉体供給工程は、図８乃至図１０を用いて説明した参考構成例の粉体層形成動作における粉体供給工程と同様である。また、参考構成例と同様に、粉体供給工程での粉体２０を造形槽２２に供給しつつ平坦化するように平坦化ローラ１２を移動させる処理が、第一回目の平坦化処理となる。
【００６７】
次に、図１７乃至図２２を用いて、実施例１の粉体層形成動作における粉体除去工程について説明する。
【００６８】
図１７及び図１８は、第一回目の除去処理となる第二回目の平坦化処理の説明図である。
第二回目の平坦化処理では、図１７に示すように、供給ステージ２３を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ３」（＝３０６［μｍ］）下降させる。さらに、第二回目の平坦化処理では、図１７に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ４」（＝９０［μｍ］）上昇させる。
【００６９】
次に、図１８に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ１」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ２」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１８中の時計回り方向）に回転速度「Ｎ２」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、図１８に示すように、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ４」の上層部分を除去しつつ、プレ粉体層３１ａの上面を平坦化する。
【００７０】
図１９及び図２０は、第二回目の除去処理となる第三回目の平坦化処理の説明図である。
第三回目の平坦化処理では、図１９に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ５」（＝６０［μｍ］）上昇させる。
【００７１】
次に、図２０に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ２」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ３」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図２０中の反時計回り方向）に回転速度「Ｎ３」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、図２０に示すように、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ５」の上層部分を除去しつつ、プレ粉体層３１ａの上面を平坦化する。
【００７２】
図２１及び図２２は、第三回目の除去処理となる第四回目の平坦化処理の説明図である。
第四回目の平坦化処理では、図２１に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ６」（＝３０［μｍ］）上昇させる。
【００７３】
次に、図２２に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ１」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ４」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図２２中の時計回り方向）に回転速度「Ｎ４」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ６」の上層部分を除去しつつ、粉体層の上面を平坦化して、所定の層厚（６０［μｍ］）の所定厚粉体層３１を形成する。
【００７４】
実施例１の粉体層形成動作では、所定厚粉体層３１の粉体密度の向上を目的として、上述した参考構成例と同様に、造形槽２２に形成したプレ粉体層３１ａの表層を複数回削る（複数回除去する）ことによって一層の所定厚粉体層３１を形成する。
そして、実施例１では、一層の所定厚粉体層３１を複数回削りで形成するときに、プレ粉体層３１ａの厚みが目標とする厚み（Δｔ）に近づくにつれて、粉体２０の削り量（粉体除去量）を小さくする。すなわち、終盤は少なく削る。具体的には、実施例１では、プレ粉体層３１ａを三回削って所定厚粉体層３１を形成する工程で、第一回目は９０［μｍ］、第二回目は６０［μｍ］、第三回目は３０［μｍ］と、最後の第三回目の除去処理での削り量を小さくしている。
【００７５】
プレ粉体層３１ａの厚みが目標とする厚みに近づいているときは、平坦化ローラ１２と造形物（層状造形物３０）の距離が近いということである。このときに削る粉体量が小さいと、平坦化ローラ１２が粉体２０を押し込む力を、削る粉体２０の層を介して、下方の最終的に所定厚粉体層３１として残る粉体２０まで伝えることができ、所定厚粉体層３１の粉体密度を向上できる。これにより、所定厚粉体層３１の粉体２０を結合して形成される立体造形物の品質を向上させることができる。
【００７６】
最後に実行する除去処理で削る粉体２０の層厚が大きいと、次のような問題がある。すなわち、最後の除去処理の一つ前の除去処理で平坦化ローラ１２が下方に押圧する力は、平坦化ローラ１２の下方の離れた位置（最後の除去処理で削る層厚分だけ離れた位置）にある所定厚粉体層３１として残る粉体２０には伝わり難い。
【００７７】
また、すでに形成されている層状造形物３０よりも十分上となるプレ粉体層３１ａの上層部分の粉体２０を削る除去処理（つまり複数回削りの序盤）では、造形速度の観点からも、一回の除去処理で削る粉体２０の層厚（削りピッチ）を大きくしてもよい。
しかし、粉体層における層状造形物３０の近くとなる層の粉体２０を削る除去処理（つまり複数回削りの終盤）では、最終的に所定厚粉体層３１として残る粉体２０に作用する垂直方向の力を大きくするために、削りピッチを小さくする。これにより、最後の除去処理の一つ前の除去処理において、平坦化ローラ１２が下方に押圧する力によって、所定厚粉体層３１として残る粉体２０に作用する垂直方向の力を大きくできる。よって、所定厚粉体層３１を形成する粉体２０を圧縮でき、粉体密度を高くすることができる。
【００７８】
また、最後の除去処理では、所定厚粉体層３１として残す粉体２０の上面に平坦化ローラ１２が直接接触する。このため、最後の除去処理では、平坦化ローラ１２が下方に押圧する力によって、所定厚粉体層３１として残る粉体２０に作用する力は、削りピッチの大小の影響はほとんどないと考えられる。このため、最後の除去処理での削りピッチを小さくする実施例１の方が、全ての除去処理で削りピッチが均等な参考構成例よりも、最後の除去処理の一つ前の除去処理で粉体密度を高くすることができ、所定厚粉体層３１の粉体密度を向上できる。
【００７９】
実施例１では、所定厚粉体層３１として残す粉体２０に近い粉体２０を除去する第三回目の除去処理において、除去する粉体２０の層厚を３０［μｍ］と薄くしている。これにより、一つ前の除去処理である第二回目の除去処理で平坦化ローラ１２がプレ粉体層３１ａの上面を下方に押し込む力が、所定厚粉体層３１として残す粉体２０に伝わり易くなり、所定厚粉体層３１の粉体密度の向上を図ることができる。また、実施例１では、形成直後のプレ粉体層３１ａの上層となる部分を除去する除去処理（つまり複数回削りの序盤）では、除去する粉体２０の層厚を９０［μｍ］と厚くしている。このように最後に実行する除去処理よりも削り量を大きくすることで、所定の層厚の部分よりも表層側の粉体２０を除去するために要する除去処理の回数を削減でき、粉体層形成動作に要する時間の短縮を図ることができる。
【００８０】
〔実施例２〕
次に、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の粉体層形成動作は、複数回の除去処理における最後の除去処理と他の除去処理とで平坦化ローラ１２の回転速度の条件を異ならせる構成である。
実施例２の粉体層形成動作における粉体供給工程は、図８乃至図１０を用いて説明した参考構成例の粉体層形成動作における粉体供給工程と同様である。また、参考構成例と同様に、粉体供給工程での粉体２０を造形槽２２に供給しつつ平坦化するように平坦化ローラ１２を移動させる処理が、第一回目の平坦化処理となる。
【００８１】
次に、実施例２の粉体層形成動作における粉体除去工程について説明する。実施例２の粉体除去工程では、平坦化ローラ１２の回転速度が異なる点以外は、上述した参考構成例の粉体除去工程と同様であるため、参考構成例の粉体除去工程の説明に用いた図１１乃至図１６を用いて、実施例２の粉体除去工程について説明する。
【００８２】
図１１及び図１２は、第一回目の除去処理となる第二回目の平坦化処理の説明図である。
第二回目の平坦化処理では、図１１に示すように、供給ステージ２３を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ３」（＝３０６［μｍ］）下降させる。
さらに、第二回目の平坦化処理では、図１１に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ４」（＝６０［μｍ］）上昇させる。
【００８３】
次に、図１２に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ１」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ２」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１２中の時計回り方向）に回転速度「Ｎ２」（＝１［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、図１２に示すように、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ４」の上層部分を除去しつつ、プレ粉体層３１ａの上面を平坦化する。
【００８４】
図１３及び図１４は、第二回目の除去処理となる第三回目の平坦化処理の説明図である。
第三回目の平坦化処理では、図１３に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ５」（＝６０［μｍ］）上昇させる。
【００８５】
次に、図１４に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ２」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ３」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１４中の反時計回り方向）に回転速度「Ｎ３」（＝２［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、図１４に示すように、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ５」の上層部分を除去しつつ、プレ粉体層３１ａの上面を平坦化する。
【００８６】
図１５及び図１６は、第三回目の除去処理となる第四回目の平坦化処理の説明図である。
第四回目の平坦化処理では、図１５に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ６」（＝６０［μｍ］）上昇させる。
【００８７】
次に、図１６に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ１」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ４」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１６中の時計回り方向）に回転速度「Ｎ４」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ６」の上層部分を除去しつつ、粉体２０の層の上面を平坦化して、所定の層厚（６０［μｍ］）の所定厚粉体層３１を形成する。
【００８８】
実施例２の粉体層形成動作では、平坦化ローラ１２の回転速度が、「Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４」となっており、複数回削りの終盤の平坦化ローラ１２の回転速度を大きくしている。平坦化ローラ１２の回転速度が小さいと、平坦化ローラ１２と粉体２０との間、及び、粉体２０の粒子同士の間で静止摩擦力が作用し易くなる。
【００８９】
移動中の平坦化ローラ１２の周面に接する粉体２０は、平坦化ローラ１２の周面との間の摩擦力によって平坦化方向へ変位しようとする。このとき、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であると、動摩擦力よりも大きい静止摩擦力が作用することで、粉体２０が平坦化方向へ変位し易くなる。また、粉体２０の粒子同士の間に静止摩擦力が作用し易い状態であると、平坦化方向に変位する粉体２０とこれに接する下方の粉体２０との間の摩擦力によって、当該下方の粉体２０も平坦化方向に変位し易くなる。
【００９０】
よって、静止摩擦が作用し易い状態では、平坦化ローラ１２による水平方向の力が除去処理後に残る粉体２０に作用し易くなり、除去処理の後に残った粉体２０の層に水平方向の粒子のずれが生じ易くなる。そして、平坦化ローラ１２と造形物（層状造形物３０）の距離が近くなる複数回削りの終盤で、水平方向の力が除去処理後に残る粉体２０に作用すると、最終的に所定厚粉体層３１として残る粉体２０に粒子のずれが生じて、密度のムラが生じるおそれがある。さらに、最終的に所定厚粉体層３１として残る粉体２０を介して、その下方に形成された造形物（層状造形物３０）に水平方向の力が作用して、位置ズレが生じ、立体造形物に変形が生じるおそれがある。
【００９１】
これに対して実施例２では、複数回削りの終盤の平坦化ローラ１２の回転速度を大きくし、平坦化ローラ１２と粉体２０との間、及び、粉体２０の粒子同士の間で動摩擦を作用し易くし、静止摩擦が作用することを抑制している。これにより、平坦化ローラ１２による水平方向の力が除去処理後に残る粉体２０に作用し難くなる。このため、複数回削りの終盤で、水平方向の力が除去処理後に残る粉体２０に作用することを抑制し、最終的に所定厚粉体層３１として残る粉体２０に粒子のずれが生じることを抑制し、密度のムラが生じることを抑制できる。密度のムラが生じることを抑制することで、所定厚粉体層３１の粉体密度の向上を図ることができる。
【００９２】
さらに、最終的に所定厚粉体層３１として残る粉体２０の下方に形成された造形物（層状造形物３０）に水平方向の力が作用することを抑制でき、立体造形物に変形が生じることを抑制できる。粉体２０の密度のムラや立体造形物の変形が生じることを抑制することにより、立体造形物の品質を向上させることができる。
【００９３】
層状造形物３０から充分に離れた上層部分を除去する除去処理（つまり複数回削りの序盤）では、プレ粉体層３１ａの粉体２０を水平方向に揺らすことで粉体密度の向上を図り、最終的に所定厚粉体層３１として残る粉体２０の密度の向上を図ることができる。このため、複数回削りの序盤では、平坦化ローラ１２の回転速度は小さくてもよい。
【００９４】
上述した実施例１では、複数回の除去処理における最後の除去処理と他の除去処理とで除去する粉体２０の層厚の条件を異ならせた構成である。また、上述した実施例２では、複数回の除去処理における最後の除去処理と他の除去処理とで平坦化ローラ１２の回転速度の条件を異ならせた構成である。
三次元造形装置１００の粉体層形成工程では、複数回の除去処理における最後の除去処理と他の除去処理とで、除去する粉体２０の層厚と、平坦化ローラ１２の回転速度との、両方の条件を異ならせる構成としてもよい。
【００９５】
この構成の場合、複数回削りの終盤ほど、除去する粉体２０の層厚を薄くしつつ、平坦化ローラ１２の回転速度を上げる。これにより、実施例１と同様に粉体層形成動作に要する時間の短縮を図りつつ、所定厚粉体層３１の粉体密度の向上を図ることができる。さらに、実施例２と同様に、密度のムラや立体造形物の変形が生じることを抑制することができる。
【００９６】
また、平坦化ローラ１２の回転速度を大きくすると、その周面の表面移動につれまわる粉体２０が少なくなり、下層のずれを抑制できるが、回転速度を大きくすると巻き上げられる粉体２０の量が多くなる。これに対して、複数回削りの終盤では、削る厚さを薄くした状態で平坦化ローラ１２の回転速度を大きくする構成では、回転速度を大きくすることに起因して粉体２０が巻き上げられる不具合を抑制できる。
【００９７】
〔実施例３〕
次に、三次元造形装置１００の粉体層形成動作の三つ目の実施例（以下、「実施例３」という。）について説明する。
実施例３は、形成する層状造形物３０の階層によって粉体層形成動作の条件を異ならせる構成である。以下の各階層の粉体層形成動作の上面の説明では、参考構成例の粉体層形成動作の説明に用いた図８乃至図１６と、実施例１の粉体層形成動作の説明に用いた図１７乃至図２２とを用いて説明する。
【００９８】
〔第一層目〜第二十層目〕
実施例３の第一層目から第二十層目までの粉体供給工程では、図８に示す「Δｔ１」として、供給ステージ２３を、Ｚ方向（上下方向）に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「１９２［μｍ］」上昇させる。
また、図９に示す「Δｔ２」として、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「１２０［μｍ］」下降させる。
次に、図１０に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ２」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ１」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１０中の反時計回り方向）に回転速度「Ｎ１」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。
【００９９】
これにより、図１０に示すように、造形槽２２に粉体２０を供給し、平坦化して、層厚が１２０［μｍ］のプレ粉体層３１ａを形成する。このときの粉体２０を造形槽２２に供給しつつ平坦化するように平坦化ローラ１２を移動させる処理が、第一回目の平坦化処理となる。
【０１００】
次に、図１１及び図１２を用いて実施例３の第一層目から第二十層目までの粉体層形成動作における粉体除去工程について説明する。
実施例３の第一層目から第二十層目までの粉体除去工程では、除去処理を一回のみ行う。
【０１０１】
図１１及び図１２は、除去処理となる第二回目の平坦化処理の説明図である。
第二回目の平坦化処理では、図１１に示すように、供給ステージ２３を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ３」（＝３０６［μｍ］）下降させる。
さらに、第二回目の平坦化処理では、図１１に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ４」（＝６０［μｍ］）上昇させる。
【０１０２】
次に、図１２に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ１」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ２」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１２中の時計回り方向）に回転速度「Ｎ２」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、図１２に示すように、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ４」の上層部分を除去しつつ、粉体２０の層の上面を平坦化して、所定の層厚（６０［μｍ］）の所定厚粉体層３１を形成する。
このように、実施例３の第一層目から第二十層目までの粉体除去工程では、二回の平坦化処理を行い、そのうちの一回が除去処理である。
【０１０３】
〔第二十一層目〜第四十層目〕
実施例３の第二十一層目から第四十層目までの粉体供給工程では、図８に示す「Δｔ１」として、供給ステージ２３を、Ｚ方向（上下方向）に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「２６４［μｍ］」上昇させる。
また、図９に示す「Δｔ２」として、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「１８０［μｍ］」下降させる。
次に、図１０に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ２」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ１」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１０中の反時計回り方向）に回転速度「Ｎ１」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。
【０１０４】
これにより、図１０に示すように、造形槽２２に粉体２０を供給し、平坦化して、層厚が１８０［μｍ］のプレ粉体層３１ａを形成する。このときの粉体２０を造形槽２２に供給しつつ平坦化するように平坦化ローラ１２を移動させる処理が、第一回目の平坦化処理となる。
【０１０５】
次に、図１１乃至図１４を用いて実施例３の第二十一層目から第四十層目までの粉体層形成動作における粉体除去工程について説明する。
実施例３の第二十一層目から第四十層目までの粉体除去工程では、除去処理を二回行う。
【０１０６】
図１１及び図１２は、第一回目の除去処理となる第二回目の平坦化処理の説明図である。
第二回目の平坦化処理では、図１１に示すように、供給ステージ２３を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ３」（＝３０６［μｍ］）下降させる。さらに、図１１に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ４」（＝９０［μｍ］）上昇させる。
【０１０７】
次に、図１２に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ１」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ２」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１２中の時計回り方向）に回転速度「Ｎ２」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、図１２に示すように、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ４」の上層部分を除去しつつ、プレ粉体層３１ａの上面を平坦化する。
【０１０８】
図１３及び図１４は、第二回目の除去処理となる第三回目の平坦化処理の説明図である。
第三回目の平坦化処理では、図１３に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ５」（＝６０［μｍ］）上昇させる。
【０１０９】
次に、図１４に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ２」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ３」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１４中の反時計回り方向）に回転速度「Ｎ３」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、図１４に示すように、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ５」の上層部分を除去しつつ、粉体２０の層の上面を平坦化して、所定の層厚（６０［μｍ］）の所定厚粉体層３１を形成する。
このように、実施例３の第二十一層目から第四十層目までの粉体除去工程では、三回の平坦化処理を行い、そのうちの二回が除去処理である。
【０１１０】
〔第四十一層目以降〕
実施例３の第四十一層目以降の粉体層形成動作では、上述した実施例１と同様の粉体層形成動作を行う。
【０１１１】
実施例３の第四十一層目以降の粉体供給工程では、図８に示す「Δｔ１」として、供給ステージ２３を、Ｚ方向（上下方向）に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「２６４［μｍ］」上昇させる。また、図９に示す「Δｔ２」として、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「２４０［μｍ］」下降させる。
次に、図１０に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ２」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ１」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１０中の反時計回り方向）に回転速度「Ｎ１」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。
【０１１２】
これにより、図１０に示すように、造形槽２２に粉体２０を供給し、平坦化して、層厚が２４０［μｍ］のプレ粉体層３１ａを形成する。このときの粉体２０を供給しつつ平坦化するように平坦化ローラ１２を移動させる処理が、第一回目の平坦化処理となる。
【０１１３】
次に、図１７乃至図２２を用いて実施例３の第四十一層目以降の粉体層形成動作における粉体除去工程について説明する。
実施例３の第四十一層目以降の粉体除去工程では、除去処理を三回行う。
【０１１４】
図１７及び図１８は、第一回目の除去処理となる第二回目の平坦化処理の説明図である。
第二回目の平坦化処理では、図１７に示すように、供給ステージ２３を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ３」（＝３０６［μｍ］）下降させる。さらに、第二回目の平坦化処理では、図１７に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ４」（＝９０［μｍ］）上昇させる。
【０１１５】
次に、図１８に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ１」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ２」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図１８中の時計回り方向）に回転速度「Ｎ２」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、図１８に示すように、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ４」の上層部分を除去しつつ、プレ粉体層３１ａの上面を平坦化する。
【０１１６】
図１９及び図２０は、第二回目の除去処理となる第三回目の平坦化処理の説明図である。
第三回目の平坦化処理では、図１９に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ５」（＝６０［μｍ］）上昇させる。
【０１１７】
次に、図２０に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ２」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ３」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図２０中の反時計回り方向）に回転速度「Ｎ３」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、図２０に示すように、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ５」の上層部分を除去しつつ、プレ粉体層３１ａの上面を平坦化する。
【０１１８】
図２１及び図２２は、第三回目の除去処理となる第四回目の平坦化処理の説明図である。
第四回目の平坦化処理では、図２１に示すように、造形ステージ２４を、Ｚ方向に、平坦化ローラ１２に対して相対的に「Δｔ６」（＝３０［μｍ］）上昇させる。
【０１１９】
次に、図２２に示すように、平坦化ローラ１２を「Ｙ１」方向に、粉体収容槽１１に対して相対的に「Ｖ４」（＝５０［ｍｍ／ｓ］）の速度で平行移動させる。このとき、平坦化ローラ１２を造形槽２２内の粉体２０を巻き上げる方向（図２２中の時計回り方向）に回転速度「Ｎ４」（＝５［ｒｐｓ］）で回転させながら平行移動させる。これにより、造形槽２２に形成されたプレ粉体層３１ａにおける厚さ「Δｔ６」の上層部分を除去しつつ、粉体２０の層の上面を平坦化して、所定の層厚（６０［μｍ］）の所定厚粉体層３１を形成する。
このように、実施例３の第四十一層目以降の粉体除去工程では、四回の平坦化処理を行い、そのうちの三回が除去処理である。
【０１２０】
上述したように、実施例３は、下層では粉体層形成動作における除去処理の回数を減らす構成となっている。
立体造形物を構成する層状造形物３０のうち下層部は、上層部の粉体除去工程による粉体圧縮の効果を受けることができるため、粉体除去工程の回数は比較的少なくてもよい。
実施例３では、下層での除去処理回数を減らすことで、生産性を向上できる。
【０１２１】
次に本実施形態の三次元造形装置１００における供給ステージ２３の上昇幅について説明する。
粉体供給工程及び粉体除去工程を実行する手段として、すべて平坦化ローラ１２による平坦化を用いた場合、第一回目の平坦化工程において、必要となる供給ステージ２３の上昇幅は、次のように推定される。すなわち、最大で「積層ピッチ」×「平坦化実行回数」×「供給ステージ２３に対する造形ステージ２４の面積比」＋１００［μｍ］と、推定される。これは以下の理由による。
【０１２２】
すなわち、上述した参考構成例の評価試験において、第一回目の平坦化処理では、造形ステージ２４の下降幅は２４０［μｍ］であった。
これは「積層ピッチ：６０［μｍ］」×「平坦化実行回数：４回」×「供給ステージ２３に対する造形ステージ２４の面積比：１」と表される。そして、造形ステージ２４の下降幅が２４０［μｍ］とするのに対し、供給ステージ２３の上昇幅は２６４［μｍ］とすることで、造形槽２２内に均一なプレ粉体層３１ａを形成できている。
このとき、供給ステージ２３の上昇幅は、「積層ピッチ：６０［μｍ］」×「平坦化実行回数：４回」×「供給ステージ２３に対する造形ステージ２４の面積比：１」＋２４［μｍ］で表すことができる。
【０１２３】
よって、造形時に必要となる供給ステージ２３の上昇幅は、最大で「積層ピッチ」×「平坦化実行回数」×「供給ステージ２３に対する造形ステージ２４の面積比」＋１００［μｍ］を見積もっておけば、十分ということになる。第一回目の平坦化処理における供給ステージ２３の上昇幅を上述のように設定することで、造形槽２２に、均一なプレ粉体層３１ａを形成するために十分な粉体２０を供給することができる。
【０１２４】
本実施形態の三次元造形装置１００では、所定厚粉体層３１に対して造形液１０の液滴を付与して所定厚粉体層３１の粉体２０が結合された層状造形物３０を順次積層して立体造形物を形成する。そして、造形槽２２内の粉体層の厚さを積層ピッチとさせる工程において、造形槽２２に粉体２０を供給する工程（粉体供給工程）と、造形槽２２に供給された粉体２０を除去する工程（粉体除去工程）とを含む。さらに、これらの工程のうち粉体供給工程では粉体２０を供給する動作を一回実行する。一方、粉体除去工程では粉体２０を除去する動作（除去処理）を複数回実行する。
【０１２５】
本実施形態では、粉体除去工程における複数回の除去処理の全てにおいて平坦化処理を実行しているが、複数回の除去処理のうち、少なくとも最後の除去処理において平坦化を実行することが望ましい。これにより、造形液１０の付与に適した平坦な粉体面を形成することができる。
【０１２６】
本実施形態の三次元造形装置１００では、造形槽２２内の粉体層の厚さを積層ピッチとさせる工程において、粉体供給工程と、粉体除去工程において、すべて平坦化ローラ１２による平坦化を実行している。これにより、粉体２０の供給、除去、平坦化を、平坦化ローラ１２のみのよって実施することができ、装置を単純化することができる。
【０１２７】
〔変形例〕
次に、複数回の除去処理における最後の除去処理と他の除去処理とで、除去する粉体２０の層厚と、平坦化ローラ１２の回転速度との、少なくとも一方の条件を異ならせる構成が適用可能な三次元造形装置１００の変形例について説明する。
図２３は、変形例の三次元造形装置１００の概略平面説明図、図２４は図２３中の右方から見た変形例の三次元造形装置１００の概略側面説明図である。図２５は、図２３中の下方から見た変形例の三次元造形装置１００の概略正面説明図、図２６は、変形例の三次元造形装置１００の要部（粉体保持部１及び造形ユニット５）の斜視説明図である。なお、図２５は造形時の状態で示している。
【０１２８】
変形例の三次元造形装置１００は、粉体造形装置であり、粉体保持部１と、造形ユニット５とを備えている。粉体保持部１が供給槽２１を備えない点、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１が粉体供給部８０を備える点で、上述した実施形態のものと異なる。また、供給槽２１に対する平坦化ローラ１２の移動方向がＸ軸方向である点で、平坦化ローラ１２の移動方向がＹ軸方向である実施形態の三次元造形装置１００と異なる。
変形例の三次元造形装置１００は、図５に示す制御部５００と同様の構成の制御部５００を備えており、図５に示す供給ステージ駆動部５１３の代わりに、粉体供給部８０の駆動を制御する供給駆動部を備えている。
【０１２９】
粉体保持部１には、粉体２０が層状にされた所定厚粉体層３１が形成され、粉体２０が所要形状に結合された層状造形物３０が形成される。造形ユニット５は、造形槽２２内で層状に敷き詰められた所定厚粉体層３１に造形液１０を吐出して立体造形物を造形する。
粉体保持部１は、造形槽２２と、平坦化部材（リコータ）である回転体としての平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、回転体に代えて、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。
【０１３０】
造形槽２２には、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として矢印Ｚ方向（高さ方向）に昇降自在となっている。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。
【０１３１】
平坦化ローラ１２は、造形槽２２に供給された粉体２０を均して平坦化することで粉体層を形成する。
この平坦化ローラ１２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Ｘ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。また、平坦化ローラ１２は、造形槽２２上を回転しながら移動する。
【０１３２】
一方、造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層に造形液１０を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。
液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、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。）の液体吐出ヘッドとして、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。）を備えている。
を備えている。
【０１３３】
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Ｘ方向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方向の両端が支持部材７５（第一支持部材７５ａ及び第二支持部材７５ｂ）に支持され、側板７０（第一側板７０ａ及び第二側板７０ｂ）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。
【０１３４】
二つのヘッド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１５２がそれぞれ二列配置されている（図２３では透過状態を示している。）。第一ヘッド５２ａの二つのノズル列１５２は、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１５２は、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。
【０１３５】
図２３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。
【０１３６】
また、キャリッジ５１には造形槽２２の粉体層の上に、粉体２０を供給する粉体供給手段である粉体供給部８０が搭載されている。粉体供給部８０は、粉体２０を収容する粉体収容部８１と、粉体２０を供給する供給口部８２と、供給口部８２を開閉するシャッタ部材８３とを備えている。
【０１３７】
Ｘ方向におけるキャリッジ５１の移動範囲の一方側（図２３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。変形例のメンテナンス機構６１は、上述した実施形態のメンテナンス機構６１と同様の構成を備える。
【０１３８】
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を有する。そして、副走査方向移動機構５５２によって、造形ユニット５全体がＸ方向（主走査方向）に対して直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。
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とともに吐出ユニット昇降機構５５１によってＺ方向に昇降可能に配置されている。
【０１３９】
上述したように、変形例の三次元造形装置１００は供給槽２１を備えていない。このため、変形例の制御部５００は、図５に示す供給ステージ駆動部５１３を備えず、その代わりに供給駆動部を備える。この供給駆動部は、粉体供給部８０のシャッタ部材８３を開いて粉体２０の供給を行わせる。
【０１４０】
次に、変形例の三次元造形装置１００での造形動作の一例について、図２７を参照して説明する。
図２７（ａ）〜（ｄ）は、変形例における造形動作の一例を説明するための説明図である。
【０１４１】
図２７（ａ）に示すように、造形槽２２の造形ステージ２４上に層状に敷き詰められた所定厚粉体層３１に、ヘッド５２を移動させながら造形液１０を吐出して、図２７（ｂ）に示すように、所要形状の一層目の層状造形物３０を形成する。
そして、図２７（ｃ）に示すように、造形ステージ２４をＺ２方向に所定量下降させる。このとき、造形槽２２内の層状造形物３０が形成された所定厚粉体層３１の上面と平坦化ローラ１２の下部（下方接線部）との間隔が「Δｔ」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「Δｔ」が次に形成する所定厚粉体層３１の厚さに相当する。間隔「Δｔ」は、数十〜百［μｍ］程度であることが好ましい。
【０１４２】
次いで、図２７（ｃ）に示すように、層状造形物３０が形成された所定厚粉体層３１上に粉体供給部８０から粉体２０を供給し、供給した粉体２０を平坦化ローラ１２によって平坦化する。これにより、図２７（ｄ）に示すように、次層の所定厚粉体層３１を形成する。
【０１４３】
変形例の三次元造形装置１００に本発明の構成を適用する場合、次のような制御を行う。すなわち、粉体供給部８０から粉体２０を供給し、供給した粉体２０を平坦化ローラ１２によって平坦化するときに、目標厚み「Δｔ」の所定厚粉体層３１ではなく、「Δｔ」よりも厚いプレ粉体層３１ａを形成するように、造形ステージ２４の下降距離を設定する。プレ粉体層３１ａを形成後は、造形ステージ２４を上昇させ平坦化ローラ１２でプレ粉体層３１ａの上層部分を複数回削る除去処理を複数回繰り返すことで、目標厚み「Δｔ」の所定厚粉体層３１を形成する。そして、上述した実施例１乃至実施例３のように、複数回の除去処理における最後の除去処理と他の除去処理とで、除去する粉体２０の層厚と、平坦化ローラ１２の回転速度との、少なくとも一方の条件を異ならせる。これにより、所定厚粉体層３１の粉体密度を高くし、所定厚粉体層３１を構成する粉体２０の一部を結合させ、積層することで形成する立体造形物の品質の向上を図ることができる。
【０１４４】
上述した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、上述した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。
【０１４５】
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造形物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、層状造形物３０を形成することもできる。
【０１４６】
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。
【０１４７】
（態様Ａ）
造形槽２２等の造形部に所定の層厚（「Δｔ」等）の粉体層である所定厚粉体層３１等の所定厚粉体層を形成する粉体層形成動作と、所定厚粉体層の粉体２０等の粉体を所要形状に結合して層状造形物３０等の層状造形物を形成する造形動作とを繰り返し行い、層状造形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１００等の三次元造形装置であって、粉体層形成動作では、所定厚粉体層よりも厚い粉体層であるプレ粉体層３１ａ等の過剰厚粉体層を形成した後、粉体層の積層方向（上下方向等）に直交する方向（水平方向等）に移動する平坦化ローラ１２等の除去部材によって過剰厚粉体層における所定の層厚の部分よりも表層側の粉体を除去する除去処理を三回等の複数回実行して所定厚粉体層を形成し、一回の除去処理で除去する粉体の層厚である粉体削り量は、第三回目等の最後に実行する除去処理が第一回目等の他の除去処理よりも小さい。
これによれば、上記実施例１について説明したように、最後に実行する除去処理での粉体削り量が小さいため、最後から一つ前の除去処理の際に、粉体を除去する除去部材と所定厚粉体層として残す粉体との間に存在する粉体の層厚を薄くすることができる。これにより、一つ前の除去処理で除去部材が粉体層を押圧する力が、所定厚粉体層として残す粉体に伝わり易くなり、所定厚粉体層の粉体密度を高くすることができる。また、最後の除去処理では、所定厚粉体層として残す粉体の表面に除去部材が直接接触する。このため、最後の除去処理では、除去部材が粉体層を押圧する力によって、所定厚粉体層として残る粉体に作用する力は、最後の除去処理での粉体削り量の大小の影響はほとんどないと考えられる。
よって、態様Ａでは、造形動作によって粉体を所要形状に結合される際に、粉体層の粉体密度を従来よりも高い状態とすることが可能となる。
【０１４８】
（態様Ｂ）
態様Ａにおいて、除去処理の回数を重ねるにつれて粉体削り量を徐々に小さくする。
これによれば、上記実施例１について説明したように、複数回削りの序盤で除去する粉体の層厚を厚くすることで、粉体層形成動作に要する時間の短縮を図ることができる。
【０１４９】
（態様Ｃ）
態様ＡまたはＢにおいて、平坦化ローラ１２等の除去部材は回転体であり、第三回目等の最後に実行する除去処理のときの除去部材の回転速度（Ｎ４＝５［ｒｐｓ］等）が、第一回目等の他の前記除去処理のときの回転速度（Ｎ２＝１［ｒｐｓ］等）よりも大きい。
これによれば、上記実施形態について説明したように、粉体層形成動作に要する時間の短縮を図りつつ、所定厚粉体層の粉体密度の向上を図り、さらに、所定厚粉体層の密度のムラや立体造形物の変形が生じることを抑制することができる。
【０１５０】
（態様Ｄ）
造形槽２２等の造形部に所定の層厚（「Δｔ」等）の粉体層である所定厚粉体層３１等の所定厚粉体層を形成する粉体層形成動作と、所定厚粉体層の粉体２０等の粉体を所要形状に結合して層状造形物３０等の層状造形物を形成する造形動作とを繰り返し行い、層状造形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１００等の三次元造形装置であって、粉体層形成動作では、所定厚粉体層よりも厚い粉体層であるプレ粉体層３１ａ等の過剰厚粉体層を形成した後、回転しながら粉体層の積層方向（上下方向等）に直交する方向（水平方向等）に移動する平坦化ローラ１２等の除去部材によって過剰厚粉体層における所定の層厚の部分よりも表層側の粉体を除去する除去処理を三回等の複数回実行して所定厚粉体層を形成し、第三回目等の最後に実行する除去処理のときの除去部材の回転速度（Ｎ４＝５［ｒｐｓ］等）が、第一回目等の他の前記除去処理のときの回転速度（Ｎ２＝１［ｒｐｓ］等）よりも大きい。
これによれば、上記実施例２について説明したように、最後の除去処理の際に、所定厚粉体層として残す粉体に対して除去部材の移動方向の力が作用することを抑制し、所定厚粉体層として残す粉体の一部が移動する「ズレ」が発生することを抑制できる。これにより、ズレが発生することに起因する所定厚粉体層の粉体密度のムラが生じることを抑制でき、粉体密度のムラに起因する粉体密度の低下を抑制できる。このため、造形動作によって粉体を所要形状に結合される際に、粉体層の粉体密度が高い状態とすることが可能となる。
【０１５１】
（態様Ｅ）
態様ＣまたはＤにおいて、除去処理の回数を重ねるにつれて平坦化ローラ１２等の除去部材の回転速度を徐々に大きくする。
これによれば、実施例２について説明したように、複数回削りの序盤では、除去部材の回転速度を小さくすることで、粉体層を水平方向等の除去部材の移動方向に揺らすことで粉体密度の向上を図ることができる。このため、所定厚粉体層として残す粉体の密度の向上を図ることができる。そして、複数回削りの終盤に掛けて除去部材の回転数を大きくすることで、所定厚粉体層の密度のムラが生じることを抑制し、所定厚粉体層の粉体密度の向上を図ることができる。
【０１５２】
（態様Ｆ）
態様Ａ乃至Ｅの何れかの態様において、平坦化ローラ１２等の除去部材は、円筒形状である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、除去部材の移動方向前方で粉体に接触する接触面（円筒形状の周面のうちの移動方向前方下側部分）が斜め下方を向く。そのため、除去部材を移動させることで、その接触面により粉体を移動方向へ移送するとともに下方へ押し込む力を生じさせる。よって、このような除去部材を用いることで、粉体密度を高める効果が得られる。
【０１５３】
（態様Ｇ）
所定の層厚（「Δｔ」等）の粉体層である所定厚粉体層３１等の所定厚粉体層を形成する粉体層形成工程と、所定厚粉体層の粉体２０等の粉体を所要形状に結合して層状造形物３０等の層状造形物を形成する造形工程とを繰り返し行い、層状造形物が積層された三次元造形物を造形する三次元造形物製造方法であって、粉体層形成工程では、所定厚粉体層よりも厚い粉体層であるプレ粉体層３１ａ等の過剰厚粉体層を形成した後、粉体層の積層方向（上下方向等）に直交する方向（水平方向等）に移動する平坦化ローラ１２等の除去部材によって過剰厚粉体層における所定の層厚の部分よりも表層側の粉体を除去する除去処理を三回等の複数回実行して所定厚粉体層を形成し、一回の除去処理で除去する粉体の層厚である粉体削り量は、第三回目等の最後に実行する除去処理が第一回目等の他の除去処理よりも小さい。
これによれば、上記実施例１について説明したように、造形工程で粉体を所要形状に結合する際に、粉体層の粉体密度が高い状態とすることが可能となる。
【０１５４】
（態様Ｈ）
造形槽２２等の造形部に所定の層厚（「Δｔ」等）の粉体層である所定厚粉体層３１等の所定厚粉体層を形成する粉体層形成動作と、所定厚粉体層の粉体２０等の粉体を所要形状に結合して層状造形物３０等の層状造形物を形成する造形動作とを繰り返し行い、層状造形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１００等の三次元造形装置を制御するプログラムであって、粉体層形成動作では、所定厚粉体層よりも厚い粉体層であるプレ粉体層３１ａ等の過剰厚粉体層を形成した後、粉体層の積層方向（上下方向等）に直交する方向（水平方向等）に移動する平坦化ローラ１２等の除去部材によって過剰厚粉体層における所定の層厚の部分よりも表層側の粉体を除去する除去処理を三回等の複数回実行して所定厚粉体層を形成し、一回の除去処理で除去する粉体の層厚である粉体削り量は、第三回目等の最後に実行する除去処理が第一回目等の他の除去処理よりも小さくなるように三次元造形装置を制御する。
これによれば、上記実施例１について説明したように、造形工程で粉体を所要形状に結合する際に、粉体層の粉体密度が高い状態とすることが可能となる。
【符号の説明】
【０１５５】
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
２０  粉体
２０ａ  余剰粉体
２１  供給槽
２２  造形槽
２３  供給ステージ
２３  造形ステージ
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  層状造形物
３１  所定厚粉体層
３１ａ  プレ粉体層
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
７０ａ  第一側板
７０ｂ  第二側板
７１  ガイド部材
７２  スライダ部
７５  支持部材
７５ａ  第一支持部材
７５ｂ  第二支持部材
８０  粉体供給部
８１  粉体収容部
８２  供給口部
８３  シャッタ部材
１００  三次元造形装置
１５２  ノズル列
５００  制御部
５００Ａ  主制御部
５０１  ＣＰＵ
５０２  ＲＯＭ
５０３  ＲＡＭ
５０４  ＮＶＲＡＭ
５０５  ＡＳＩＣ
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
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
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】
【０１５６】
【特許文献１】特開２０１４−０６５１７９号公報
【図１】
2018188718.tif 000003
【図２】
2018188718.tif 000004
【図３】
2018188718.tif 000005
【図４】
2018188718.tif 000006
【図５】
2018188718.tif 000007
【図６】
2018188718.tif 000008
【図７】
2018188718.tif 000009
【図８】
2018188718.tif 000010
【図９】
2018188718.tif 000011
【図１０】
2018188718.tif 000012
【図１１】
2018188718.tif 000013
【図１２】
2018188718.tif 000014
【図１３】
2018188718.tif 000015
【図１４】
2018188718.tif 000016
【図１５】
2018188718.tif 000017
【図１６】
2018188718.tif 000018
【図１７】
2018188718.tif 000019
【図１８】
2018188718.tif 000020
【図１９】
2018188718.tif 000021
【図２０】
2018188718.tif 000022
【図２１】
2018188718.tif 000023
【図２２】
2018188718.tif 000024
【図２３】
2018188718.tif 000025
【図２４】
2018188718.tif 000026
【図２５】
2018188718.tif 000027
【図２６】
2018188718.tif 000028
【図２７】
2018188718.tif 000029