(57)【要約】【課題】造形に必要な粉末材料を削減できる三次元造形装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る三次元造形装置は、供給された粉末材料８０をならして造形テーブル４３上に所定の高さＴ１の平坦部８４を有する粉末層８１を形成する層形成機構３０と、供給される粉末材料８０の量が設定される供給量設定部とを備える。供給量設定部は、供給される粉末材料８０の量として、造形テーブル４３の面積に高さＴ１を乗じた体積に相当する基準供給量よりも少ない量を設定することが可能に構成されている。層形成機構３０は、供給される粉末材料８０の量として基準供給量よりも少ない量が設定されたときには、造形テーブル４３の面積よりも小さい面積の平坦部８４を有する粉末層８１を形成する。【選択図】図５Ｂ
2019025729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末材料を硬化させて三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、
造形テーブルと、
前記粉末材料を供給する材料供給機構と、
前記供給された粉末材料をならして、前記造形テーブル上に、所定の高さの平坦部を有する粉末層を形成する層形成機構と、
前記材料供給機構と前記層形成機構とに接続された制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記材料供給機構を制御して、前記粉末材料を供給させる供給制御部と、
前記層形成機構を制御して、前記造形テーブル上に前記粉末層を形成させる形成制御部と、
前記材料供給機構によって供給される前記粉末材料の量が設定される供給量設定部と、
を備え、
前記供給量設定部は、前記供給される粉末材料の量として、前記造形テーブルの面積に前記所定の高さを乗じた体積に相当する基準供給量よりも少ない量を設定することが可能に構成され、
前記層形成機構は、前記供給される粉末材料の量として前記基準供給量よりも少ない量が設定されたときには、前記造形テーブルの面積よりも小さい面積の前記平坦部を有する前記粉末層を形成する、
三次元造形装置。
【請求項２】
前記供給量設定部は、
三次元造形物の造形データから、前記造形テーブル上において前記粉末材料を硬化させる硬化領域を演算する第１演算部と、
前記硬化領域を含むような前記平坦部を有する前記粉末層を形成可能な前記粉末材料の量を演算する第２演算部と、
を備えている、
請求項１に記載の三次元造形装置。
【請求項３】
前記第１演算部は、前記硬化領域の第１方向の長さを演算し、
前記層形成機構は、
前記造形テーブル上で前記粉末材料と接触し、前記第１方向と直交する第２方向の長さが前記造形テーブルの前記第２方向の長さよりも長い層形成部材と、
前記層形成部材を前記造形テーブルに対して前記第１方向に移動させる移動機構と、
を備え、前記層形成部材を前記第１方向に移動させることによって前記造形テーブル上に前記粉末層を形成するように構成され、
前記第２演算部は、前記平坦部の前記第１方向の長さが前記硬化領域の前記第１方向の長さよりも所定の長さだけ長く、かつ、前記平坦部の前記第２方向の長さが前記造形テーブルの前記第２方向の長さと等しい前記粉末層を形成する前記粉末材料の量を演算する、
請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項４】
前記第１演算部は、前記硬化領域の第１方向の長さと、前記第１方向と直交する第２方向の長さとを演算し、
前記第２演算部は、前記平坦部の前記第１方向の長さが前記硬化領域の前記第１方向の長さよりも所定の第１長さだけ長く、かつ、前記平坦部の前記第２方向の長さが前記硬化領域の前記第２方向の長さよりも所定の第２長さだけ長い前記粉末層を形成する前記粉末材料の量を演算する、
請求項２に記載の三次元造形装置。
【請求項５】
前記材料供給機構は、前記第２方向に関して、前記平坦部が形成される領域に前記粉末材料を供給するように構成され、
前記層形成機構は、
前記第２方向に延び、前記造形テーブル上で前記粉末材料と接触する層形成部材と、
前記層形成部材を前記造形テーブルに対して前記第１方向に移動させる移動機構と、
を備え、前記層形成部材を前記第１方向に移動させることによって前記造形テーブル上に前記粉末層を形成するように構成されている、
請求項４に記載の三次元造形装置。
【請求項６】
前記材料供給機構は、前記造形テーブルの上方に配置され、
前記第２方向に延びるとともに下方に向かって前記粉末材料を投下する材料排出口と、
前記材料排出口の前記第２方向の位置を調整可能に構成された供給位置調整機構と、
を備え、
前記供給制御部は、前記供給位置調整機構を制御して、前記第２方向に関して前記平坦部が形成される領域に前記粉末材料を投下させる、
請求項５に記載の三次元造形装置。
【請求項７】
前記移動機構は、前記粉末層の形成の際、前記平坦部の前記第１方向の端部から前記第１方向に所定の距離だけ進んだ位置まで前記層形成部材を移動させる、
請求項３、５、および６のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記平坦部の第１方向の長さが入力される第１入力部を備え、
前記層形成機構は、
前記造形テーブル上で前記粉末材料と接触し、前記第１方向と直交する第２方向の長さが前記造形テーブルの前記第２方向の長さよりも長い層形成部材と、
前記層形成部材を前記造形テーブルに対して前記第１方向に移動させる移動機構と、
を備え、前記層形成部材を前記第１方向に移動させることによって前記造形テーブル上に前記粉末層を形成するように構成され、
前記供給量設定部は、前記平坦部の前記第１方向の長さが前記第１入力部において入力された長さと等しく、かつ、前記平坦部の前記第２方向の長さが前記造形テーブルの前記第２方向の長さと等しい前記粉末層を形成する前記粉末材料の量を演算する第３演算部を備えている、
請求項１または２に記載の三次元造形装置。
【請求項９】
前記制御装置は、
前記平坦部の第１方向の長さが入力される第１入力部と、
前記平坦部の第２方向の長さが入力される第２入力部と、
を備え、
前記供給量設定部は、前記平坦部の前記第１方向の長さが前記第１入力部において入力された長さと等しく、かつ、前記平坦部の前記第２方向の長さが前記第２入力部において入力された前記第２方向の長さと等しい前記粉末層を形成する前記粉末材料の量を演算する第４演算部を備えている、
請求項１または２に記載の三次元造形装置。
【請求項１０】
前記材料供給機構は、前記第２方向に関して、前記平坦部が形成される領域に前記粉末材料を供給するように構成され、
前記層形成機構は、
前記第２方向に延び、前記造形テーブル上で前記粉末材料と接触する層形成部材と、
前記層形成部材を前記造形テーブルに対して前記第１方向に移動させる移動機構と、
を備え、前記層形成部材を前記第１方向に移動させることによって前記造形テーブル上に前記粉末層を形成するように構成されている、
請求項９に記載の三次元造形装置。
【請求項１１】
前記材料供給機構は、前記造形テーブルの上方に配置され、
前記第２方向に延びるとともに下方に向かって前記粉末材料を投下する材料排出口と、
前記材料排出口の前記第２方向の位置を調整可能に構成された供給位置調整機構と、
を備え、
前記供給制御部は、前記供給位置調整機構を制御して、前記第２方向に関して前記平坦部が形成される領域に前記粉末材料を投下させる、
請求項１０に記載の三次元造形装置。
【請求項１２】
前記移動機構は、前記粉末層の形成の際、前記平坦部の前記第１方向の端部から前記第１方向に所定の距離だけ進んだ位置まで前記層形成部材を移動させる、
請求項８、１０、および１１のいずれか一つに記載の三次元造形装置。
【請求項１３】
造形テーブル上で粉末材料を硬化させて三次元造形物を造形する三次元造形物の造形方法であって、
前記粉末材料を計量する第１工程と、
前記計量された粉末材料をならして、前記造形テーブル上に、所定の高さの平坦部を有する粉末層を形成する第２工程と、
前記粉末層の前記粉末材料を硬化させて前記三次元造形物を造形する第３工程と、
を含み、
前記計量される粉末材料の量は、前記造形テーブルの面積に前記所定の高さを乗じた体積に相当する量よりも少なく、
前記粉末層は、前記造形テーブルの面積よりも小さい面積の平坦部を有するように形成され、
前記三次元造形物は、前記平坦部の前記粉末材料を硬化させて造形される、
三次元造形物の造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置および三次元造形物の造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１に開示されているように、粉末材料にバインダを吐出し、粉末材料を硬化させることによって所望の三次元造形物を造形する粉末積層法が知られている。
【０００３】
特許文献１に開示された三次元造形装置は、粉末が収容される造形部と、造形部に供給される粉末が収納される粉末供給部と、造形部より上方に配置されたインクジェットヘッドとを備えている。インクジェットヘッドは、造形部に収容された粉末に水性インクを吐出する。即ち、インクジェットヘッドは、造形部に収容された粉末のうち三次元造形物の断面形状に対応する部分に水性インクを吐出する。造形部に収容された粉末のうち水性インクが吐出された部分は硬化し、断面形状に対応した硬化層が形成される。そして、硬化層を順次積層することで、所望の三次元造形物が造形される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５４０００４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、三次元造形装置に対して造形される三次元造形物の大きさは様々である。造形される三次元造形物の大きさが、造形が行われる造形テーブルの大きさよりもかなり小さいこともしばしばである。そのような場合、粉末層は三次元造形物が造形される領域の周囲に形成されればよく、その外側の領域に形成される必要は特にない。しかしながら、従来の三次元造形装置では、粉末層は造形テーブル上の全域に常に形成されていた。従って、比較的小さい三次元造形物を造形する場合にも常に同じ量の粉末材料が必要であった。多くの粉末材料を使用すると、造形前の準備や造形後の後処理に係る労力がそれだけ多く発生する。また、硬化されなかった粉末材料も全てが再利用できるとは限らず、それだけ粉末材料の消費が増える傾向にあった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、造形に必要な粉末材料を削減できる三次元造形装置を提供することである。また、造形に必要な粉末材料を削減できる三次元造形物の造形方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る三次元造形装置は、粉末材料を硬化させて三次元造形物を造形する三次元造形装置であって、造形テーブルと、前記粉末材料を供給する材料供給機構と、前記供給された粉末材料をならして前記造形テーブル上に所定の高さの平坦部を有する粉末層を形成する層形成機構と、前記材料供給機構と前記層形成機構とに接続された制御装置とを備える。前記制御装置は、前記材料供給機構を制御して前記粉末材料を供給させる供給制御部と、前記層形成機構を制御して前記造形テーブル上に前記粉末層を形成させる形成制御部と、前記材料供給機構によって供給される前記粉末材料の量が設定される供給量設定部とを備えている。前記供給量設定部は、前記供給される粉末材料の量として、前記造形テーブルの面積に前記所定の高さを乗じた体積に相当する基準供給量よりも少ない量を設定することが可能に構成されている。そして、前記層形成機構は、前記供給される粉末材料の量として前記基準供給量よりも少ない量が設定されたときには、前記造形テーブルの面積よりも小さい面積の前記平坦部を有する前記粉末層を形成する。
【０００８】
また、本発明に係る三次元造形物の造形方法は、造形テーブル上で粉末材料を硬化させて三次元造形物を造形する三次元造形物の造形方法であって、前記粉末材料を計量する第１工程と、前記計量された粉末材料をならして前記造形テーブル上に所定の高さの平坦部を有する粉末層を形成する第２工程と、前記粉末層の前記粉末材料を硬化させて前記三次元造形物を造形する第３工程とを含む。そして、前記計量される粉末材料の量は、前記造形テーブルの面積に前記所定の高さを乗じた体積に相当する量よりも少なく、前記粉末層は前記造形テーブルの面積よりも小さい面積の平坦部を有するように形成され、前記三次元造形物は前記平坦部の前記粉末材料を硬化させて造形される。
【０００９】
上記三次元造形装置および三次元造形物の造形方法によれば、平面視において造形テーブルよりも小さい平坦部を備えた粉末層を形成することができる。即ち、造形テーブル上の全域でなく、一部の領域にのみ粉末層を形成することができる。これにより、造形テーブル上の三次元造形物が造形されない領域にまで粉末層を形成する無駄が省かれ、造形に必要な粉末材料の量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示した断面図である。
【図２】第１実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示した平面図である。
【図３】第１実施形態に係る三次元造形装置のブロック図である。
【図４】粉末層と三次元造形物との関係を示す模式図であって、造形テーブルを上方から見た平面図である。
【図５Ａ】造形槽および供給槽付近の断面図であって、粉末材料が移動される前の状態を示す模式図である。
【図５Ｂ】造形槽および供給槽付近の断面図であって、粉末層形成後の状態を示す模式図である。
【図６】第２実施形態に係る三次元造形装置を模式的に示した断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】第２実施形態に係る三次元造形装置のブロック図である。
【図９】第３実施形態に係る三次元造形装置のブロック図である。
【図１０】第３実施形態における粉末層の形成領域を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る三次元造形装置について説明する。なお、ここで説明される実施形態は、当然ながら本発明を特に限定することを意図したものではない。また、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は適宜省略または簡略化される。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る三次元造形装置１０の断面図である。図２は、本実施形態に係る三次元造形装置１０の平面図である。図１は、図２のＩ−Ｉ断面である。図面中の符号Ｆは、前方を示し、符号Ｒｒは、後方を示している。本実施形態では、符号Ｆの方向から三次元造形装置１０を見たときの左、右、上、下が、それぞれ三次元造形装置１０の左、右、上、下である。ここでは、図面中の符号Ｌ、Ｒ、Ｕ、Ｄは、それぞれ左、右、上、下を意味するものとする。本実施形態では、符号Ｘ、Ｙ、Ｚは、それぞれ前後方向、左右方向、上下方向を示している。左右方向Ｙは、三次元造形装置１０の主走査方向である。前後方向Ｘは、三次元造形装置１０の副走査方向である。また、上下方向Ｚは、三次元造形における積層方向である。ただし、これら方向は説明の便宜上定めた方向に過ぎず、三次元造形装置１０の設置態様を何ら限定するものではない。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、粉末材料８０を硬化液で固めて硬化層９１を形成し、これを上下方向Ｚに順次一体的に積層することによって三次元造形物９２を造形する装置である。本実施形態に係る三次元造形装置１０は、所望の三次元造形物９２の断面形状を示す断面画像に基づいて粉末材料８０に硬化液を吐出し、粉末材料８０を硬化させて硬化層９１を形成する。そして、硬化層９１を順次積層することで、所望の三次元造形物９２を造形する。
【００１４】
ここで、「断面形状」とは、造形する三次元造形物９２を所定の方向（例えば水平方向）に所定の厚み（例えば０．１ｍｍ。なお、所定の厚みは必ずしも一定の厚みに限定されない。）ごとにスライスしたときの断面の形状である。
【００１５】
「粉末材料」の組成や形態等は特に制限されず、樹脂材料、金属材料および無機材料等の各種の材料から構成された粉体を対象とすることができる。粉末材料としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等のセラミック材料や、鉄、アルミニウム、チタンおよびこれらの合金（典型的にはステンレス鋼、チタン合金、アルミニウム合金）、半水石膏（α型焼石膏、β型焼石膏）、アパタイト、食塩、プラスチック等が挙げられる。これらはいずれか１種の材料から構成されていてもよいし、２種以上が組み合わされていてもよい。
【００１６】
「硬化液」は、上記粉末材料８０同士を固着することが可能な材料であれば特に限定されない。例えば、硬化液としては、粉末材料に応じて、当該粉末材料を構成する粒子同士を結着させることが可能な液体（粘性体を含む。）が用いられる。硬化液としては、例えば、水、ワックス、バインダ等を含む液体が挙げられる。また、粉末材料が副材として水溶性樹脂を有している場合には、硬化液として、水溶性樹脂を溶解可能な液体、例えば水を用いることもできる。かかる水溶性樹脂は特に制限されないが、例えば、澱粉、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、水溶性アクリル樹脂、水溶性ウレタン樹脂、水溶性ポリアミド等が挙げられる。
【００１７】
図１に示すように、三次元造形装置１０は、本体１１と、副走査方向移動機構２０と、敷詰ローラ３０と、造形槽ユニット４０と、ヘッドユニット５０と、主走査方向移動機構６０と、制御装置１００と、を備えている。
【００１８】
図２に示すように、本体１１は、副走査方向Ｘに長い形状を有する三次元造形装置１０の外装体である。本体１１は、上方に向けて開口する箱型形状に形成されている。本体１１は、副走査方向移動機構２０と、造形槽ユニット４０と、制御装置１００とを収容する。また、図１に示されるように、本体１１は、敷詰ローラ３０と主走査方向移動機構６０とを支持する支持台でもある。
【００１９】
図１に示すように、造形槽ユニット４０は、本体１１に収容されている。造形槽ユニット４０は、造形槽４２と、造形テーブル４３と、テーブル昇降機構４５と、供給槽４６と、供給槽昇降機構４８と、余剰粉末収容槽４９とを備えている。造形槽ユニット４０の上面４１は平坦であって、この上面４１から凹むように造形槽４２と供給槽４６と余剰粉末収容槽４９とが独立に並んで設けられている。
【００２０】
図１に示すように、造形槽４２は、造形槽ユニット４０に設けられている。造形槽４２は、その内部で三次元造形物９２が造形される槽である。造形槽４２は、粉末材料８０が収容される造形空間４２Ａを有する。造形空間４２Ａには粉末材料８０が供給され、造形空間４２Ａにおいて三次元造形物９２が造形される。
【００２１】
図１に示すように、造形テーブル４３は、造形槽４２の造形空間４２Ａ内に配置されている。造形テーブル４３には、粉末材料８０が載置される。造形テーブル４３上において、三次元造形物９２が造形される。造形テーブル４３は、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。図２に示されるように、造形テーブル４３の形状は、平面視において矩形状である。ただし、造形テーブル４３の平面形状は矩形に限定されるわけではない。造形テーブル４３には、テーブル支持部材４４が設けられている。テーブル支持部材４４は、造形テーブル４３の底面から下方に向かって延びた部材である。テーブル支持部材４４は、造形テーブル４３と一体となって上下方向Ｚに移動可能に構成されている。
【００２２】
テーブル昇降機構４５は、造形テーブル４３を上下方向Ｚに移動させる機構である。テーブル昇降機構４５の構成は、特に限定されない。本実施形態では、テーブル昇降機構４５は、図示しないサーボモータとボールねじなどを備えている。例えば、サーボモータは、テーブル支持部材４４に接続されており、テーブル支持部材４４を介して、造形テーブル４３に接続されている。サーボモータが駆動することで、テーブル支持部材４４が上下方向Ｚに移動する。そして、テーブル支持部材４４の上下方向Ｚの移動に伴い、造形テーブル４３は上下方向Ｚに移動する。テーブル昇降機構４５は、制御装置１００と電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。
【００２３】
供給槽４６は、造形槽４２の造形空間４２Ａに供給される前において、粉末材料８０が貯留されている槽である。図２に示されるように、供給槽４６の形状は、平面視において矩形状である。ただし、供給槽４６の平面形状は矩形に限定されるわけではない。供給槽４６の内部には、平面形状において供給槽４６と同形の底部材４７が収納されている。供給槽４６と底部材４７とは、粉末材料８０が収容される貯留空間４６Ａを構成している。貯留空間４６Ａには、造形開始前に粉末材料８０が貯留される。貯留空間４６Ａ内の粉末材料８０は、後述する敷詰ローラ３０によって造形槽４２の造形空間４２Ａに敷き詰められる。供給槽４６は、造形槽４２の後方に配置されている。供給槽４６は、主走査方向Ｙに関して造形槽４２と揃った位置に配置されている。図２に示すように、平面視において、造形槽４２の造形空間４２Ａの主走査方向Ｙの長さ（即ち造形テーブル４３の主走査方向Ｙの長さ）は、供給槽４６の貯留空間４６Ａの主走査方向Ｙの寸法と同じである。しかしながら、貯留空間４６Ａの主走査方向Ｙの寸法は、造形空間４２Ａの主走査方向Ｙの長さより長くてもよい。
【００２４】
底部材４７は、供給槽４６内部において、上下方向Ｚに移動可能に構成されている。底部材４７の下部には、供給槽昇降機構４８が連結されている。供給槽昇降機構４８は、底部材４７を上下方向Ｚに移動させる機構である。供給槽昇降機構４８の構成は、特に限定されないが、本実施形態では、テーブル昇降機構４５と同様に、図示しないサーボモータとボールねじなどを備えている。供給槽昇降機構４８のサーボモータが駆動することで、底部材４７は上下方向Ｚに移動する。供給槽昇降機構４８は、制御装置１００と電気的に接続されており、制御装置１００によって制御される。
【００２５】
余剰粉末収容槽４９は、粉末材料８０が敷詰ローラ３０によって造形槽４２に敷き詰められた際に、造形槽４２に収容しきれなかった粉末材料８０を回収する槽である。余剰粉末収容槽４９は、粉末材料８０が収容される収容空間４９Ａを有する。余剰粉末収容槽４９は、造形槽４２の前方に配置されている。余剰粉末収容槽４９は、主走査方向Ｙに関して造形槽４２と揃った位置に配置されている。図２に示すように、平面視において、造形槽４２の造形空間４２Ａの主走査方向Ｙの長さと、余剰粉末収容槽４９の収容空間４９Ａの主走査方向Ｙの寸法とは同じである。しかしながら、収容空間４９Ａの主走査方向Ｙの寸法は、造形空間４２Ａの主走査方向Ｙの長さより長くてもよい。
【００２６】
図１に示すように、副走査方向移動機構２０は、ヘッドユニット５０、敷詰ローラ３０に対して造形槽ユニット４０を副走査方向Ｘに移動させる機構である。本実施形態では、副走査方向移動機構２０は、一対のガイドレール２１と、フィードモータ２２とを備えている。
【００２７】
図１に示すように、ガイドレール２１は、造形槽ユニット４０の副走査方向Ｘへの移動をガイドする。ガイドレール２１は、本体１１内に設けられている。ガイドレール２１は、副走査方向Ｘに延びている。造形槽ユニット４０は、ガイドレール２１に摺動可能に係合している。ただし、ガイドレール２１の設置位置および数は特に限定されない。フィードモータ２２は、例えば、ボールねじ等を介して造形槽ユニット４０に接続されている。フィードモータ２２は、制御装置１００に電気的に接続されている。フィードモータ２２が回転駆動することによって、造形槽ユニット４０は、ガイドレール２１上を副走査方向Ｘに移動することができる。
【００２８】
敷詰ローラ３０は、供給槽４６の貯留空間４６Ａに貯留されている粉末材料８０を造形空間４２Ａに敷き詰める部材である。敷詰ローラ３０は、粉末材料８０の表面を平らにならして粉末層８１を形成する。敷詰ローラ３０は、本体１１の上方に配置されている。敷詰ローラ３０は、ヘッドユニット５０より前方に配置されている。敷詰ローラ３０は、長尺の円筒形状を有している。敷詰ローラ３０は、円筒軸が主走査方向Ｙに沿うように配置されている。敷詰ローラ３０は、主走査方向Ｙの寸法が造形槽４２の造形空間４２Ａの寸法よりも長い。敷詰ローラ３０の下端は、造形槽ユニット４０の上面４１との間に所定のクリアランス（間隙）が形成されるように、造形槽ユニット４０の僅かに上方に設置されている。敷詰ローラ３０は、本体１１の上面１１Ａに設けられた一対の支持部材３１に回転可能に支持されている。敷詰ローラ３０は、例えば、接続されたモータなどによって回転するように構成されていてもよい。
【００２９】
図２に示すように、ヘッドユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された複数の吐出ヘッド５２とを備えている。複数の吐出ヘッド５２は、キャリッジ５１の下面に配置されている。吐出ヘッド５２は、粉末材料８０を結合させる硬化液を造形テーブル４３上の粉末材料８０に対して吐出する部材である。複数の吐出ヘッド５２は、主走査方向Ｙに並んでいる。吐出ヘッド５２は、硬化液を吐出する複数のノズル５３を有している。複数のノズル５３は、図２に示すように、副走査方向Ｘに直線状に並んでいる。吐出ヘッド５２における硬化液の吐出機構は特に制限されず、例えばインクジェット方式である。吐出ヘッド５２は、制御装置１００に電気的に接続されている。吐出ヘッド５２のノズル５３からの硬化液の吐出は、制御装置１００によって制御される。
【００３０】
主走査方向移動機構６０は、キャリッジ５１を主走査方向Ｙに移動させる機構である。図２に示されるように、主走査方向移動機構６０は、ガイドレール６１を備えている。ガイドレール６１は、主走査方向Ｙに延びている。ガイドレール６１には、キャリッジ５１が摺動自在に係合している。キャリッジ５１には、例えば、無端状のベルトとプーリなどを介してキャリッジモータ６２が接続されている。キャリッジモータ６２が駆動することによって、キャリッジ５１は、ガイドレール６１に沿って主走査方向Ｙに移動する。キャリッジモータ６２は、制御装置１００と電気的に接続されている。キャリッジモータ６２は、制御装置１００によって制御される。キャリッジ５１が主走査方向Ｙに移動することによって、複数の吐出ヘッド５２も主走査方向Ｙに移動する。
【００３１】
図１に示すように、本体１１の前面には、操作パネル１１０が設けられている。操作パネル１１０には、機器状態を表示する表示部と、ユーザーによって操作される入力キー等が設けられている。操作パネル１１０は、三次元造形装置１０の各種の動作を制御する制御装置１００と接続されている。図３は、本実施形態に係る三次元造形装置１０のブロック図である。図３に示すように、制御装置１００は、フィードモータ２２、テーブル昇降機構４５、供給槽昇降機構４８、吐出ヘッド５２、およびキャリッジモータ６２とそれぞれ通信可能に接続されており、それらを制御可能に構成されている。制御装置１００は、データ記憶部１０１と、供給制御部１０２と、領域入力部１０３と、供給量設定部１０４と、吐出制御部１０５とを備えている。
【００３２】
制御装置１００の構成は特に限定されない。制御装置１００は、例えばマイクロコンピュータである。マイクロコンピュータのハードウェア構成は特に限定されないが、例えば、ホストコンピュータ等の外部機器から造形データ等を受信するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ：central processing unit）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるＲＡＭ（random access memory）と、上記プログラムや各種データを格納するメモリ等の記憶装置とを備えている。なお、制御装置１００は必ずしも三次元造形装置１０の内部に設けられている必要はなく、例えば、三次元造形装置１０の外部に設置され、有線または無線を介して三次元造形装置１０と通信可能に接続されたコンピュータ等であってもよい。
【００３３】
データ記憶部１０１は、造形する三次元造形物９２の造形データが記憶される部位である。造形データには、三次元造形物９２の寸法データや、操作パネル１１０等で設定された造形条件などが含まれている。三次元造形装置１０は、データ記憶部１０１に記憶された造形データに基づいて三次元造形物９２の造形を行う。
【００３４】
供給制御部１０２は、フィードモータ２２、テーブル昇降機構４５、および供給槽昇降機構４８を制御して、造形テーブル４３上に粉末層８１を形成させる部位である。粉末層８１の形成の詳細については後述する。
【００３５】
領域入力部１０３は、造形テーブル４３上において粉末層８１が形成される領域が入力される部位である。図３に示すように、領域入力部１０３は、副走査方向入力部１０３ｘを備えている。副走査方向入力部１０３ｘでは、粉末層８１の副走査方向Ｘの長さが入力される。本実施形態では、粉末層８１の主走査方向Ｙの幅は、従来からの場合と同じく、造形テーブル４３の左右方向の幅である。領域入力部１０３は、例えば、操作パネル１１０や外部コンピュータの表示装置などに操作画面を表示させる。ユーザーは、表示された操作画面によって、粉末層８１の副走査方向Ｘの長さを入力する。
【００３６】
供給量設定部１０４は、供給槽４６から供給される粉末材料８０の量が設定される部位である。供給量設定部１０４は、供給量演算部１０４Ａを備えている。供給量演算部１０４Ａは、領域入力部１０３において入力された粉末層８１の領域に基づき、そのような粉末層８１を形成するのに必要な粉末材料８０の量を演算する。供給制御部１０２は、供給量設定部１０４で設定された供給量だけ、供給槽４６から粉末材料８０を供給する。
【００３７】
吐出制御部１０５は、フィードモータ２２、吐出ヘッド５２、およびキャリッジモータ６２を制御して、粉末層８１上の所定の位置に硬化液の吐出を行わせる部位である。吐出制御部１０５が制御する硬化液の吐出位置は、造形データに基づいている。吐出ヘッド５２から吐出された硬化液によって、粉末材料８０は硬化され、硬化層９１を形成する。形成された硬化層９１の上には、再度粉末層８１が形成され、その粉末層８１が硬化されることによって硬化層９１が上方に積層されてゆく。
【００３８】
図４は、粉末層８１と三次元造形物９２との関係を示す模式図であって、造形テーブル４３を上方から見た平面図である。図４に示されるように、１つの三次元造形物９２には、１つの硬化領域８２が対応している。硬化領域８２は、平面視において、硬化液が吐出される造形テーブル４３上の領域である。１つの三次元造形物９２において硬化層９１の形状は様々であるが、硬化領域８２は、全ての硬化層９１を含む領域である。即ち、硬化領域８２は、三次元造形物９２の上下方向の投影図と一致する。図４のＬｘは、硬化領域８２の副走査方向Ｘについての長さである。図４のＬｙは、硬化領域８２の主走査方向Ｙについての長さである。図４の矩形８３は、副走査方向Ｘに延びる長さＬｘの線分と、主走査方向Ｙに延びる長さＬｙの線分とによって構成され、硬化領域８２に外接している。矩形８３は、三次元造形物９２の造形において粉末材料８０の供給が必要な最低限の領域である。そこで、以下では適宜、この矩形８３を最小造形領域８３とも称する。
【００３９】
図４に示されるように、最小造形領域８３は、造形テーブル４３全体に対して小さい領域である。図４に示されるような比較的小さい三次元造形物９２を造形する場合、造形テーブル４３上の全域に対して粉末層８１を形成する必要は特になく、最小造形領域８３の周囲だけに粉末層８１を形成すれば十分である。しかしながら、従来の三次元造形装置では、粉末層８１は造形テーブル４３上の全域に常に形成され、比較的小さい被造形物を造形する場合にも常に同じ量の粉末材料８０が必要であった。多くの粉末材料８０を使用すると、造形前の準備や造形後の後処理に係る労力がそれだけ多く発生する。また、硬化領域８２外にあって硬化されなかった粉末材料８０も全てが再利用できるとは限らず、それだけ粉末材料８０の消費が増える傾向にあった。
【００４０】
そこで、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、造形テーブル４３上の全域に粉末層８１を形成する場合よりも少ない量の粉末材料８０を供給することが可能に構成され、三次元造形物の大きさによって粉末材料８０の使用量を調整できるようになっている。詳しくは、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、粉末層８１の形成領域を指定できる領域入力部１０３を備え、そのような粉末層８１の形成に必要な量の粉末材料８０を造形テーブル４３上に供給する。上記のような量で供給された粉末材料８０は、造形テーブル４３上でならされることによって、設定された形成領域に粉末層８１を形成する。
【００４１】
以下に、本実施形態に係る三次元造形装置１０によって三次元造形物の造形が行われるプロセスについて、適宜従来の場合と比較しながら説明する。本実施形態では、造形前に、ユーザーが領域入力部１０３によって粉末層８１の副走査方向Ｘの長さＬｘ２を指定する。図４の場合には、長さＬｘ２は、最小造形領域８３の副走査方向の長さＬｘに若干のマージンを足した長さに指定されることが好ましい。ただし、長さＬｘ２をどのように設定するかはユーザーの任意である。長さＬｘ２の設定後、造形が開始される。
【００４２】
図５Ａ、図５Ｂは、造形槽４２および供給槽４６付近の断面図であって、粉末層８１の形成プロセスを示す模式図である。図５Ａは、１つの硬化層９１の形成が終了した後、供給槽４６内の粉末材料８０が造形テーブル４３上に移される前の状態を示している。図５Ｂは、図５Ａの後であって、造形テーブル４３上に新たな粉末層８１が形成された後の状態を示している。
【００４３】
図５Ａにおいて、一番上の硬化層９１の上面は、敷詰ローラ３０の下面よりも高さＴ１だけ下方に位置している。これは、一番上の硬化層９１の形成後、供給制御部１０２が造形テーブル４３を高さＴ１だけ下降させたためである。即ち、供給制御部１０２は、硬化層９１の形成が１層完了するたびに、テーブル昇降機構４５を制御して、造形テーブル４３を所定の高さＴ１だけ下降させる。高さＴ１は、図５Ｂのプロセスにおいて形成される粉末層８１の厚さである。
【００４４】
造形テーブル４３を高さＴ１だけ下降させるのとともに、供給制御部１０２は、供給槽昇降機構４８を制御して、供給槽４６の底部材４７を所定の高さＴ２だけ上昇させる。図５Ａに示されるように、底部材４７の上昇に伴い、貯留空間４６Ａに貯留されていた粉末材料８０の一部は供給槽４６から溢れ、造形槽ユニット４０の上面４１に盛り上がる。底部材４７が上昇する高さＴ２は、供給量設定部１０４で設定された粉末材料８０の供給量に基づいている。即ち、供給量設定部１０４で設定された粉末材料８０の体積をＶ１とし、平面視における供給槽４６（または底部材４７）の面積をＳ１とするとき、高さＴ２は、Ｖ１＝Ｓ１×Ｔ２を満たす高さＴ２である。
【００４５】
供給制御部１０２は、造形テーブル４３を下降させ、供給槽４６の底部材４７を上昇させた後、副走査方向移動機構２０を制御して、造形槽ユニット４０を後方に移動させる。造形槽ユニット４０が後方に移動されることで、敷詰ローラ３０は、造形槽４２および供給槽４６に対して相対的に前方に移動する。図５Ｂに示されるように、この敷詰ローラ３０の相対的な移動によって、供給槽４６の上に盛り上げられていた粉末材料８０は敷詰ローラ３０の下面の高さにならされる。敷詰ローラ３０の相対的な移動は、敷詰ローラ３０が図５Ｂに示した形成終了位置ＦＰに到達するまで続けられる。形成終了位置ＦＰは造形テーブル４３上に位置し、形成終了位置ＦＰの後方には粉末層８１が形成されている。
【００４６】
図５Ｂに示されるように、粉末層８１は、上面が平坦な部分（平坦部８４）と、斜面になった部分（傾斜部８５）とからなっている。平坦部８４の前方の端部８４Ａは、理想的には、１回前に形成された粉末層の前方の端部と副走査方向Ｘに関して揃っている。平坦部８４の副走査方向Ｘの長さは、Ｌｘ２である。即ち、副走査方向入力部１０３ｘにおいて設定された粉末層８１の副走査方向Ｘに関する長さＬｘ２は、平坦部８４の副走査方向Ｘに関する長さである。平坦部８４の前方の端部８４Ａよりも前方では、粉末層８１は粉末材料８０の安息角に従って崩れ、傾斜部８５を形成している。平坦部８４は、三次元造形物９２の最小造形領域８３を含んでいる。
【００４７】
供給槽４６から供給された粉末材料８０は、造形テーブル４３上で粉末層８１を形成する。つまり、平坦部８４と傾斜部８５とを形成する。従って、平坦部８４の体積Ｖ２と傾斜部８５の体積Ｖ３を足した体積は、供給槽４６から供給された粉末材料８０の体積Ｖ１と同じである。つまり、Ｖ１＝Ｖ２＋Ｖ３が成立する。体積Ｖ１は、平坦部８４の副走査方向Ｘの長さＬｘ２に基づいて、供給量演算部１０４Ａが算出したものである。平坦部８４の体積Ｖ２および傾斜部８５の体積Ｖ３は、粉末材料８０の安息角が既知であれば、計算によって算出可能である。よって、供給される粉末材料８０の体積Ｖ１も算出可能である。逆に言えば、供給量演算部１０４Ａによって算出された供給量Ｖ１で粉末材料８０を供給すれば、平坦部８４の副走査方向Ｘの長さがＬｘ２である粉末層８１が自然に形成される。
【００４８】
粉末層８１の形成の際の敷詰ローラ３０の形成終了位置ＦＰは、図５Ｂに示すように、平坦部８４の前方の端部８４Ａの少し前方に位置している。平坦部８４の前方の端部８４Ａと敷詰ローラ３０の形成終了位置ＦＰとの距離Ｄ１は、平坦部８４を最後まで確実に形成するために取ったオーバーラン距離である。本実施形態に係る三次元造形装置１０は、粉末層８１の長さＬｘ２にオーバーラン距離Ｄ１を足した位置で敷詰ローラ３０の相対移動（造形槽ユニット４０の移動）を停止する。
【００４９】
それに対し、従来の方法で粉末層８１の形成を行った場合には、本実施形態では発生しなかったいくつかの無駄が発生する。図５Ｂの８１Ａは、従来の三次元造形装置で粉末層を形成した場合に形成される粉末層である。１層の粉末層８１Ａの体積は、造形テーブル４３の面積に高さＴ１を乗じた体積に等しい。このように、従来の三次元造形装置では、三次元造形物９２の大きさに関わらず、造形テーブル４３の全域に粉末層８１Ａを形成する。図５Ｂに示されるように、従来の三次元造形装置による粉末層８１Ａは、本実施形態に係る粉末層８１よりも体積が大きい。本実施形態に係る三次元造形装置１０では、この粉末層の体積の差に粉末層の層数を乗じた体積だけ、従来の三次元造形装置よりも、造形に必要な粉末材料８０の量を削減できる。
【００５０】
また、本実施形態では、粉末層８１を形成する際、敷詰ローラ３０は形成終了位置ＦＰまでしか移動されないが、従来の三次元造形装置では、少なくとも造形槽４２の前方の端部よりも前まで移動される。従って、１回の敷き詰めに要する時間が、本実施形態の場合よりも長い。１つの三次元造形物の造形に要する時間としては、この１層ごとの時間の差に粉末層８１の層数を乗じた時間が増加する。従って、特に粉末層８１の層数が多いとき、本実施形態に係る三次元造形装置１０の生産性は向上する。
【００５１】
以上のように、本実施形態に係る三次元造形装置１０によれば、造形テーブル４３上の全領域に対して粉末層が形成される場合の量よりも少ない量の粉末材料８０を供給することによって、造形テーブル４３よりも小さい平坦部８４を有する粉末層８１を形成することができる。それにより、造形に必要な粉末材料８０の量を削減することができる。より具体的には、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、粉末層８１が形成される領域の副走査方向Ｘに関する長さＬｘ２を設定可能に構成されており、造形する三次元造形物に合わせた適切な長さＬｘ２を設定することにより、必要な粉末材料８０の量を削減することができる。さらに、本実施形態に係る三次元造形装置１０によれば、粉末層８１の形成の際、敷詰ローラ３０は必ずしも造形槽４２の進行方向（ここでは前方）の端まで移動せず、長さＬｘ２に適切なオーバーラン距離Ｄ１を加えた形成終了位置ＦＰで停止する。そこで、敷詰ローラ３０が粉末層８１を形成する時間が短くなり、生産性が向上する。
【００５２】
上記のようにして粉末層８１が形成された後、粉末層８１に対して吐出ヘッド５２から硬化液が吐出され、粉末材料８０が所定の断面形状に硬化される。粉末材料８０が硬化されることによって硬化層９１が形成される。１層の硬化層９１が形成された後には、粉末層８１の形成が繰り返される。三次元造形物９２は、このように、粉末層８１の形成と硬化層９１の形成とが反復されることによって、造形槽４２内に造形される。
【００５３】
なお、上記した実施形態では、副走査方向入力部１０３ｘには、粉末層８１の副走査方向Ｘの長さＬｘ２が入力されたが、それに限られない。例えば、硬化領域８２が表示された画面に粉末層８１の前方側の端部を直接入力するようなものでもよい。粉末層８１の形成領域を指定する方法は限定されない。
【００５４】
（第２実施形態）
第２実施形態は、主走査方向Ｙについても、粉末層８１の形成領域の長さを指定できる実施形態である。本実施形態は、上記を除き第１実施形態と共通である。そこで、本実施形態の説明においても第１実施形態と共通する部材には同じ符号を使用するものとし、重複する説明は省略または簡略化する。
【００５５】
図６は、本実施形態に係る三次元造形装置１０の断面を示す模式図である。図６に示すように、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、図１、図２の供給槽４６およびその関連部材（底部材４７、供給槽昇降機構４８）を備えず、代わりに、粉末供給部材７０を備えている。粉末供給部材７０は、造形テーブル４３上に上方から粉末材料８０を投下して供給する部材である。
【００５６】
図６に示されるように、粉末供給部材７０は、造形槽ユニット４０よりも上方に設けられている。粉末供給部材７０は、ヘッドユニット５０よりも前方に配置されている。図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。図６、図７に示されるように、粉末供給部材７０は、貯留槽７１と、４個のロータリーバルブ７３とを備えている。
【００５７】
貯留槽７１には、粉末材料８０が貯留される。貯留槽７１は、造形槽ユニット４０よりも上方に配置されている。本体１１の上面１１Ａには、上方に延びた支持部材７５が設けられている。貯留槽７１は、支持部材７５に支持されている。貯留槽７１は、上面が開口している。図６に示されるように、貯留槽７１は、上部から下部に向かうにしたがって前後方向の長さが狭まり、ロータリーバルブ７３が設置されている場所で略円筒形の形状をなしている。
【００５８】
図６に示すように、貯留槽７１の底面には、下向きに開口した供給口７２が形成されている。貯留槽７１内の粉末材料８０は、供給口７２を通じて造形槽４２内の造形テーブル４３上に供給される。図７に示されるように、供給口７２は主走査方向Ｙに延びている。供給口７２の主走査方向Ｙの位置は、造形槽４２の主走査方向Ｙの位置と揃っている。供給口７２の主走査方向Ｙの長さは、造形槽４２の主走査方向Ｙの長さと同じである。
【００５９】
ロータリーバルブ７３は、貯留槽７１内の粉末材料８０を造形槽４２の造形空間４２Ａ内に供給する機構である。図７に示されるように、４個のロータリーバルブ７３Ａ〜７３Ｄは、主走査方向Ｙに並んでいる。詳しくは、ロータリーバルブ７３Ａ〜７３Ｄは、右から７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃ、７３Ｄの順に並んでいる。ロータリーバルブ７３Ａ〜７３Ｄは、貯留槽７１内の粉末材料８０に埋もれた状態で、貯留槽７１内に配置されている。図６に示されるように、ロータリーバルブ７３の羽根は、貯留槽７１の円筒部分に内接している。複数のロータリーバルブ７３Ａ〜７３Ｄには、それぞれ独立した供給モータ７４Ａ〜７４Ｄが接続されている。供給モータ７４Ａ〜７４Ｄは、それぞれ制御装置１００と電気的に接続されている。供給モータ７４Ａ〜７４Ｄは、それぞれ独立に制御されるように構成されている。例えば１つの供給モータ７４が駆動すると、それに対応するロータリーバルブ７３が回転し、ロータリーバルブ７３の回転に伴って、粉末材料８０の一部が、供給口７２を通じて造形槽４２の造形空間４２Ａ内に供給される。複数の供給モータ７４Ａ〜７４Ｄがそれぞれ独立に制御されているため、複数のロータリーバルブ７３Ａ〜７３Ｄによる粉末材料８０の供給もそれぞれ独立である。
【００６０】
図８は、本実施形態に係る三次元造形装置１０のブロック図である。図８に示されるように、本実施形態に係る領域入力部１０３は、副走査方向入力部１０３ｘに加えて主走査方向入力部１０３ｙを備えている。主走査方向入力部１０３ｙは、粉末層８１の主走査方向Ｙの長さが入力される部位である。また、本実施形態では、供給量設定部１０４は、供給量演算部１０４Ｂを備えている。本実施形態に係る供給量演算部１０４Ｂは、第１実施形態に係る供給量演算部１０４Ａとは仕様が異なっている。本実施形態に係る供給量演算部１０４Ｂは、副走査方向Ｘおよび主走査方向Ｙについて領域が指定された粉末層８１を形成するのに必要な粉末材料８０の量を演算する。
【００６１】
粉末層８１の主走査方向Ｙに関する形成領域は、粉末材料８０を供給させるロータリーバルブ７３を指定することにより設定される。例えば、最も右方に配置されたロータリーバルブ７３Ａを回転させ、ロータリーバルブ７３Ａの直下に粉末材料８０を投下させれば、粉末材料８０は、造形テーブル４３の右端４分の１の領域にだけ供給される。同様にして、ロータリーバルブ７３Ａおよび７３Ｂを回転させ、それらの直下に粉末材料８０を投下させれば、粉末材料８０は、造形テーブル４３の右から２分の１の領域に供給される。ロータリーバルブ７３Ａ、７３Ｂ、７３Ｃを回転させ、それらの直下に粉末材料８０を投下させれば、粉末材料８０は、造形テーブル４３の右から４分の３の領域に供給される。４つのロータリーバルブ７３Ａ〜７３Ｄを全て回転させ、それらの直下に粉末材料８０を投下させれば、粉末材料８０は、造形テーブル４３の主走査方向Ｙの幅全域にわたって供給される。
【００６２】
本実施形態に係る供給量演算部１０４Ｂは、ロータリーバルブ７３ごとに粉末材料８０の供給量を算出する。１つのロータリーバルブ７３が供給する粉末材料８０の量は、粉末層８１の副走査方向Ｘの長さＬｘ２に基づいて演算される。その演算方法は、第１実施形態の場合と同様である。供給制御部１０２は、供給量演算部１０４Ｂによって算出された供給量だけ、各ロータリーバルブ７３に粉末材料８０を供給させる。実際の供給量は、例えばロータリーバルブ７３の回転時間や、粉末材料８０の測定重量などに基づいて管理される。その後、副走査方向移動機構２０によって敷詰ローラ３０が造形テーブル４３に対して相対的に移動され、粉末供給部材７０によって粉末材料８０が供給された領域の前方に粉末層８１が形成される。このプロセスについては、第１実施形態と同様である。
【００６３】
このように、本実施形態に係る三次元造形装置１０によれば、副走査方向Ｘおよび主走査方向Ｙについて領域を指定して粉末層８１を形成することができる。副走査方向Ｘだけでなく主走査方向Ｙに関しても粉末層８１の形成領域を指定することで、造形に必要な粉末材料８０の量をさらに削減することができる。本実施形態では、主走査方向Ｙに関して粉末層８１の形成領域を限定するために、指定された形成領域にのみ粉末材料８０を供給する機構が採用されている。この機構により、本実施形態に係る三次元造形装置１０は、主走査方向Ｙについても指定通りの領域に粉末層８１を形成することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、主走査方向Ｙの所定の位置に粉末材料８０を供給する部材として、造形テーブル４３の上方に配置され、粉末材料８０の投下位置を調整できる粉末供給部材７０を提案したが、このような粉末供給部材は、構造がシンプルかつ動作が確実である。
【００６５】
もっとも、主走査方向Ｙに関して粉末材料８０の供給領域を調整できる粉末供給部材は、上記したものに限られない。例えば、上記したものと同様に上方から粉末材料８０を投下する粉末供給部材では、主走査方向Ｙに並び、それぞれ独立に開閉可能な複数の供給口を備えるものであってもよい。また、主走査方向Ｙに延びる供給口に対して開放位置を調整可能なシャッター状の部材を備えるものなどでもよい。あるいは、第１実施形態と同様の供給槽を備える粉末供給部材であって、主走査方向Ｙに並び独立に制御された複数の供給槽を備えたものなどであってもよい。粉末供給部材の構成は限定されない。
【００６６】
（第３実施形態）
第３実施形態は、データ記憶部１０１に記憶された三次元造形装置の造形データに基づいて粉末層８１の形成領域が自動で設定される実施形態である。本実施形態の説明においても、第１実施形態、第２実施形態と共通する部材には同じ符号を使用するものとし、重複する説明は省略または簡略化する。
【００６７】
図９は、本実施形態に係る三次元造形装置１０のブロック図である。本実施形態では、制御装置１００は領域入力部１０３を備えず、供給量設定部１０４に硬化領域演算部１０４Ｃを備える。また、供給量演算部１０４Ｄは、第１実施形態に係る供給量演算部１０４Ａおよび第２実施形態に係る供給量演算部１０４Ｂとは仕様が異なっている。
【００６８】
硬化領域演算部１０４Ｃは、データ記憶部１０１に記憶された造形データに基づいて、硬化領域８２（図４参照）を特定する部位である。ここでの硬化領域８２も、第１実施形態において説明されたものと同じである。ただし、本実施形態では、ユーザーによらず、三次元造形装置１０が硬化領域８２を把握する。
【００６９】
本実施形態に係る供給量演算部１０４Ｄは、硬化領域演算部１０４Ｃによって把握された硬化領域８２に基づいて、好適な粉末層８１の形成領域を決定する。その上で、供給量演算部１０４Ｄは、そのような粉末層８１を形成するのに必要な粉末材料８０の供給量を算出する。粉末層８１の形成領域の決定方法は限定されないが、本実施形態では、例えば、まず最小造形領域８３（図４参照）を設定し、最小造形領域８３の前後左右にマージン領域を設ける方法によって決定する。
【００７０】
図１０は、本実施形態における粉末層８１の形成領域８６を示す模式図である。図１０の形成領域８６は、供給量演算部１０４Ｄによって設定される粉末層８１の形成領域である。図１０に示されるように、形成領域８６は、最小造形領域８３と、その周囲に設けられたマージン領域８６Ａによって構成されている。マージン領域８６Ａの左右方向のマージンは、それぞれ長さＭｙである。ただし、マージン長さは左右で異なってもよい。また、マージン領域８６Ａの前後方向のマージン長さは、それぞれ長さＭｘである。ただし、マージン長さは前後で異なってもよい。主走査方向のマージン長さＭｙと副走査方向のマージン長さＭｘとは、同じであっても異なっていてもよい。マージン長さＭｘおよびＭｙは、予め設定されている。しかしながら、三次元造形装置１０は、マージン長さをユーザーが適宜変更できるように構成されていてもよい。第２実施形態のように主走査方向Ｙの粉末層８１の形成領域が段階的に調整される三次元造形装置では、演算された形成領域８６を含む中で最も小さい領域が選択される。
【００７１】
本実施形態に係る三次元造形装置１０の機械的な構成は、第２実施形態と同じである。第２実施形態と同様に、本実施形態に係る三次元造形装置１０も、複数のロータリーバルブ７３をそれぞれ独立に制御することによって、主走査方向Ｙの所定の場所に、所定の量の粉末材料８０を供給する。供給された粉末材料８０は、敷詰ローラ３０によってならされ、造形テーブル４３上の自動設定された領域に対して粉末層８１が形成される。
【００７２】
上記のように、本実施形態に係る三次元造形装置１０によれば、三次元造形物の造形データに基づいて粉末層８１の形成領域８６が自動設定されるため、形成領域８６の設定が確実かつ適切である。特に、最小造形領域８３の外部に所定のマージン領域８６Ａを設けることにより、粉末材料８０の状態などのために平坦部８４の境界線の位置が若干ばらつくリスクなどに対処することができる。また、本実施形態に係る三次元造形装置１０による形成領域８６の自動設定は、ユーザーの作業を介さないため効率的である。
【００７３】
なお、本実施形態では、粉末層８１の形成領域８６を自動設定する機能は、粉末層８１の形成領域をユーザーが指定する機能の代わりに搭載されたが、追加であってもよい。即ち、粉末層８１の形成領域をユーザーが指定する機能と、粉末層８１の形成領域８６を自動設定する機能とがともに搭載され、選択可能に構成されてもよい。また、本実施形態は、第２実施形態に対して粉末層８１の形成領域８６の自動設定という点で変更を加えたものであるが、第１実施形態に対してであってもよい。その場合、粉末層８１の形成領域は、主走査方向Ｙに関しては造形テーブル４３の幅に固定であり、副走査方向Ｘに関してのみ自動設定される。
【００７４】
以上、本発明のいくつかの好適な実施形態について説明した。しかし、上記した実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することができる。
【００７５】
例えば、上記した実施形態では、粉末層８１の形成領域は、造形テーブル４３の１つの隅（上記実施形態では右後ろの隅）を起点とする矩形に設定されたが、それには限られない。粉末層８１の形成領域は、造形テーブル４３上のどこにあってもよく、造形テーブル４３の隅または外周を含む必要はない。また、矩形である必要もない。さらには、形成領域は、１つの閉領域である必要もなく、複数の閉領域に分かれていてもよい。粉末層８１の形成領域は、少なくとも硬化領域８２を含むことを除き、限定されない。
【００７６】
上記した実施形態では、粉末層８１を形成する部材は敷詰ローラ３０であったが、層形成部材は、ローラに限定されない。層形成部材は、例えば、スキージなどであってもよい。また、上記した実施形態では、造形テーブルと層形成部材との相対移動は、造形テーブル４３の移動によってなされたが、それに限定されない。例えば、造形槽ユニットは本体１１に固定され、造形槽ユニットに対して敷詰ローラ３０やヘッドユニット５０が副走査方向Ｘに移動される構成であってもよい。本発明に係る移動は全て相対的なものであって、どの部材が移動されるかは実施形態による。
【００７７】
上記した実施形態では、粉末材料８０の硬化は硬化液の吐出により行われたが、それに限定されない。粉末材料８０の硬化はいかなる方法で実施されてもよく、例えば、レーザーの照射による焼結など公知の様々な技術が適用されてよい。
【００７８】
また、本発明は、上記したような三次元造形装置によって実施されるものに必ずしも限定されず、ユーザーによる作業を介して同様のプロセスを辿る三次元造形物の造形方法を含む。即ち、造形テーブル上で粉末材料を硬化させて三次元造形物を造形する三次元造形物の造形方法であって、粉末材料を計量する第１工程と、計量された粉末材料をならして前記造形テーブル上に所定の高さの平坦部を有する粉末層を形成する第２工程と、粉末層の粉末材料を硬化させて三次元造形物を造形する第３工程とを有し、計量される粉末材料の量は造形テーブルの面積に前記所定の高さを乗じた体積に相当する量よりも少なく、粉末層は造形テーブルの面積よりも小さい面積の平坦部を有するように形成され、三次元造形物は平坦部の粉末材料を硬化させて造形される、三次元造形物の造形方法を含む。例えば、粉末材料の計量は、ユーザーによって外部機器を使って行われてもよいし、三次元造形物の造形位置は、粉末層が形成された後に粉末層の位置に合わせて決定されてもよい。このような方法によっても、上記した三次元造形装置と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０      三次元造形装置
２０      副走査方向移動機構（移動機構）
３０      敷詰ローラ（層形成部材）
４３      造形テーブル
４６      供給槽（材料供給機構）
７０      粉末供給部材（材料供給機構）
７２      供給口（材料排出口）
７３      ロータリーバルブ（供給位置調整機構）
８０      粉末材料
８１      粉末層
８２      硬化領域
８４      平坦部
８６      形成領域
９２      三次元造形物
１００    制御装置
１０４Ａ  供給量演算部（第３演算部）
１０４Ｂ  供給量演算部（第４演算部）
１０４Ｃ  硬化領域演算部（第１演算部）
１０４Ｄ  供給量演算部（第２演算部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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