(57)【要約】【課題】造形層の移動を防止するために粉体層の厚みを厚くするのでは、造形できる立体造形物の形状ないし構造が制約を受ける。【解決手段】造形層３０の端部手前まで、平坦化ローラ１２によって粉体２０を移送供給し、造形層３０の端部手前にて、一旦、平坦化ローラ１２の駆動を停止し、平坦化ローラ１２を矢印Ｚ１方向に上方へ移動にして、平坦化ローラ１２と造形ステージ２４との高さ方向の距離（間隔）を広げ、平坦化ローラ１２を、造形ステージ２４に対して相対的に上昇させた位置で、再度、回転させながら矢印Ｘ１方向に水平移動させ、平坦化ローラ１２の移動方向前方側に形成された粉体２０の盛り上がり部２０ａの上部を切り崩して垂直方向から既存の造形層３０上に供給する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体が結合された造形層が積層形成される造形ステージと、
前記造形ステージのステージ面に沿う方向に相対的に移動して、前記造形ステージ上の前記粉体の表面を平坦化して粉体層を形成する平坦化手段と、を備え、
前記平坦化手段と前記造形ステージとは相対的に高さ方向に移動可能に配置され、
前記造形ステージに形成された前記造形層上に前記粉体層を形成するとき、
前記平坦化手段を前記ステージ面に沿う方向に前記造形層の端部付近まで移動させたときに、前記平坦化手段と前記造形ステージとの高さ方向の距離を広げる動作を行う
ことを特徴とする立体造形装置。
【請求項２】
前記平坦化手段と前記造形ステージとの高さ方向の距離を広げる動作には、前記距離を広げた状態で、前記平坦化手段を前記ステージ面に沿う方向に移動させ、前記平坦化手段の移動方向前方側に形成された前記粉体の盛り上がり部を崩す崩し動作を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項３】
前記造形層の積層数又は厚さが予め定めた閾値を超えているときには、前記平坦化手段と前記造形ステージとの高さ方向の距離を広げる動作の回数を減少し、若しくは、前記平坦化手段と前記造形ステージとの高さ方向の距離を広げる動作を行わない
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体造形装置。
【請求項４】
前記ステージ面に沿う方向における前記造形層の端部と前記造形ステージの端部との間隔が予め定めた閾値を超えているときには、前記平坦化手段と前記造形ステージとの高さ方向の距離を広げる動作の回数を減少し、若しくは、前記平坦化手段と前記造形ステージとの高さ方向の距離を広げる動作を行わない
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体造形装置。
【請求項５】
前記造形ステージに形成されている前記造形層の形状に応じて前記平坦化手段と前記造形ステージとの高さ方向の距離を広げる動作の回数を変更する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の立体造形装置。
【請求項６】
粉体が結合された造形層を積層形成する造形ステージと、
前記造形ステージのステージ面に沿う方向に相対的に移動して、前記造形ステージ上の前記粉体の表面を平坦化して粉体層を形成する平坦化手段と、を備え、
前記平坦化手段は、少なくとも第１平坦化ローラ及び第２平坦化ローラで構成され、
前記粉体層を形成するとき、前記粉体に対して、先に到達する第１平坦化ローラが後に到達する第２平坦化ローラよりも高い位置に配置され、
前記粉体層を形成するとき、前記第１平坦化ローラは前記造形ステージとの相対的な移動方向に対して順転し、前記第２平坦化ローラは前記造形ステージとの相対的な移動方向に対して逆転する
ことを特徴とする立体造形装置。
【請求項７】
前記第１平坦化ローラの周速度は、前記造形ステージと前記第１平坦化ローラの相対移動速度以上である
ことを特徴とする請求項６に記載の立体造形装置。
【請求項８】
前記造形層の断面形状及び前記造形ステージと前記第１平坦化ローラの位置関係の少なくともいずれかに応じて前記第１平坦化ローラの周速度を変化させる
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の立体造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体造形物（三次元造形物）を造形する立体造形装置（三次元造形装置）として、例えば積層造形法で造形するものが知られている。これは、例えば、造形ステージに平坦化された粉体層を形成し、形成された粉体層に対して造形液をヘッドから吐出して、粉体が結合された薄層の造形層を形成し、この造形層上に粉体層を形成して再度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。
【０００３】
ところで、造形層が形成された上に粉体を供給してリコータローラなどの平坦化手段で粉体を平坦化して粉体層を形成するとき、造形層が移動する（引き摺り、膨張する）と、積層精度が低下し、立体造形物の品質が劣化することになる。
【０００４】
そこで、従来、立体造形粉体が載置されるステージのステージ面と平行な方向に相対移動して粉体層を形成する平坦化手段を備え、平坦化手段とステージ面との垂直な方向の距離を変化させる昇降手段を備え、造形層上に粉体層を形成するときの造形層の引き摺り及び膨張を抑制するために、平坦化手段のステージ面に垂直な方向の距離を調整して粉体層の厚みを調整するようにしたものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０７５３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、引用文献１に開示の構成にあっては、造形層の移動を防止するために粉体層の厚みを厚くしなければならず、造形できる立体造形物の形状ないし構造が制約を受けるという課題がある。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、粉体層の厚みにかかわらず粉体層を形成するときの造形層の移動を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形装置は、
粉体が結合された造形層が積層形成される造形ステージと、
前記造形ステージのステージ面に沿う方向に相対的に移動して、前記造形ステージ上の前記粉体の表面を平坦化して粉体層を形成する平坦化手段と、を備え、
前記平坦化手段と前記造形ステージとは相対的に高さ方向に移動可能に配置され、
前記造形ステージに形成された前記造形層上に前記粉体層を形成するとき、
前記平坦化手段を前記ステージ面に沿う方向に前記造形層の端部付近まで移動させたときに、前記平坦化手段と前記造形ステージとの高さ方向の距離を広げる動作を行う
構成とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、粉体層の厚みにかかわらず粉体層を形成するときの造形層の移動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る立体造形装置の一例の要部斜視説明図である。
【図２】同じく概略側面説明図である。
【図３】同じく造形部の一例の説明に供する粉体槽の斜視説明図である。
【図４】同じく造形部の模式的断面説明図である。
【図５】同じく造形の流れの説明に供する造形部の模式的断面説明図である。
【図６】粉体層を形成するときの造形層の移動（ずれ）の説明に供する説明図である。
【図７】本発明の第１実施形態における粉体層形成工程の説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態における粉体層形成工程の説明図である。
【図９】本発明の第４実施形態における粉体層形成工程の説明図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係る立体造形装置の斜視説明図である。
【図１１】同実施形態の造形の流れの説明に供する説明図である。
【図１２】本発明の第７実施形態におけるリコータローラの駆動条件の説明に供する説明図である。
【図１３】本発明の第８実施形態におけるリコータローラの駆動条件の説明に供する説明図である。
【図１４】三次元データパターンと未造形領域の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る立体造形装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。図１は同立体造形装置の要部斜視説明図、図２は同じく概略側面説明図である。
【００１２】
この立体造形装置は、粉体が結合された造形層が形成される造形部１と、造形部１に造形液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。
【００１３】
造形部１は、粉体槽１１と、平坦化手段である平坦化ローラ（リコータローラとも称される）１２などを備えている。
【００１４】
粉体槽１１は、粉体２０を供給する供給槽２１と、造形物が造形される造形槽２２とを有している。供給槽２１の底部は供給ステージ２３として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。同様に、造形槽２２の底部は造形ステージ２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。造形ステージ２４上に立体造形物が造形される。
【００１５】
供給ステージ２３はモータ２７によって昇降され、造形ステージ２４はモータ２８によって昇降される。
【００１６】
平坦化ローラ１２は、供給槽２１の供給ステージ２３上に供給された粉体２０を造形槽２２に供給し、平坦化して粉体層を形成する。この平坦化ローラ１２は、往復移動機構２５によって矢印Ｘ方向に往復移動可能であり、モータ２６によって回転駆動される。
【００１７】
造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層に造形液を吐出する吐出ヘッドユニット５１を備えている。なお、造形ユニット５には、吐出ヘッドユニット５１をクリーニングするヘッドクリーニング機構なども備えている。
【００１８】
造形ユニット５はガイド部材５２に移動可能に保持されたスライダ部５３を有し、図示しないモータなどによって、造形ユニット５全体が矢印Ｘ方向に往復移動可能とされている。
【００１９】
吐出ヘッドユニット５１は、ガイド部材５４、５５で矢印Ｙ方向に往復移動可能に支持されている。
【００２０】
この吐出ヘッドユニット５１には、シアン造形液を吐出するヘッド、マゼンタ造形液を吐出するヘッド、イエロー造形液を吐出するヘッド、ブラック造形液を吐出するヘッド、及びクリア造形液を吐出するヘッドを備える。これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液及びクリア造形液の各々を収容した複数のタンクがタンク装着部５６に装着されている。
【００２１】
次に、造形部の一例について図３及び図４も参照して説明する。図３は造形部の粉体槽の斜視説明図、図４は同じく造形部の模式的断面説明図である。なお、図３及び図４は、図１を背面側から見た図に相当する。
【００２２】
粉体槽１１は、箱型形状をなし、供給槽２１と造形槽２２の２つの上面が開放された槽を備えている。供給槽２１内部には供給ステージ２３が、造形槽２２内部には造形ステージ２４がそれぞれ昇降可能に保持される。
【００２３】
供給ステージ２３の側面は供給槽２１の内側面に接するように配置されている。造形ステージ２４の側面は造形槽２２の内側面に接するように配置されている。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。
【００２４】
粉体槽１１の周りには、図３に示すように、上面が開放された凹形状である粉体落下口２９が設けられている（図４では省略）。粉体落下口２９には、粉体層を形成するときに平坦化ローラ１２によって集積された余剰の粉体２０が落下する。粉体落下口２９に落下した余剰の粉体２０は供給槽２１に粉体を供給する図示しない粉体供給部内に戻される。
【００２５】
なお、図示しない粉体供給部は、タンク状をなし、供給槽２１の上方に配置される。造形の初期動作時や供給槽２１の粉体量が減少した場合に、タンク内の粉体を供給槽２１に供給する。粉体供給のための粉体搬送方法としては、スクリューを利用したスクリューコンベア方式や、エアーを利用した空気輸送方式などが挙げられる。
【００２６】
平坦化ローラ１２は、供給槽２１から粉体２０を造形槽２２へと移送供給して、所定の厚みの粉体層を形成する機能を有している。この平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の内寸（即ち、粉体が供される部分又は仕込まれている部分の幅）よりも長い棒状部材であり、前述した往復移動機構２５によってステージ面に沿う方向（ステージ面と平行な矢印Ｘ方向）に往復移動される。
【００２７】
この平坦化ローラ１２は、モータ２６によって回転されながら、供給槽２１の外側から供給槽２１及び造形槽２２の上方を通過するようにして水平移動し、これにより粉体２０が造形槽２２上へと移送供給される。
【００２８】
次に、造形の流れについて図５も参照して説明する。図５は造形の流れの説明に供する造形部の模式的断面説明図である。
【００２９】
造形槽２２の造形ステージ２４上に、例えば図４に示すように、１層目の造形層３０が形成されている。
【００３０】
この造形層３０上に次の造形層３０を形成するときには、図５（ａ）に示すように、供給槽２１の供給ステージ２３を矢印Ｚ１方向に上昇させ、造形槽２２の造形ステージ２４を矢印Ｚ２方向に下降させる。
【００３１】
このとき、造形槽２２の粉体層表面と平坦化ローラ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が次に形成する造形層の厚みに相当する。間隔Δｔは、５０〜２００μｍ程度であることが好ましく、例えば約１００μｍである。
【００３２】
次いで、図５（ｂ）に示すように、供給槽２１の上面レベルよりも上方に位置する粉体２０を、平坦化ローラ１２を回転しながら造形槽２２側に移動することで、粉体２０を造形槽２２へと移送供給する。
【００３３】
さらに、図５（ｃ）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、図５（ｄ）に示すように、造形ステージ２４の造形層３０上で所定の厚さΔｔになる粉体層３１を形成する。粉体層形成後、平坦化ローラ１２は矢印Ｘ２方向に移動されて初期位置に戻される。
【００３４】
ここで、平坦化ローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の上面レベルとの距離を一定に保って移動できるようになっている。一定に保って移動できることで、平坦化ローラ１２で粉体２０を造形槽２２の上へと搬送させつつ、造形槽２２上又は既に形成された造形層３０の上に均一厚さの粉体層３１を形成できる。
【００３５】
また、平坦化ローラ１２は、粉体２０の搬送のためには、水平移動する方向に対してカウンタ方向（逆方向）に回転することが好ましいが、粉体材料の密度向上のためにカウンタ方向とは反対方向（順方向）に回転させることも可能である。また、一度、カウンタ方向に回転しながら水平移動した後、カウンタ方向とは反対方向に回転しながら水平移動することで、粉体の移送（搬送）と密度向上効果を得ることもできる。
【００３６】
また、平坦化ローラ１２には付着した粉体２０を除去するためのクリーニングブレード１３が設けられる。
【００３７】
なお、平坦化手段はローラだけではなく、角材のブレードでも可能である。粉体の特性（例えば粒子の凝縮度合いや流動性など）や、粉体の保存状態（例えば高湿度環境での保存）に応じて、平坦化手段の選定や駆動条件を変更できる。
【００３８】
その後、図５（ｅ）に示すように、吐出ヘッドユニット５１のヘッド５１ａから造形液１０を吐出して、厚さΔｔの造形層３０を積層形成する。
【００３９】
なお、造形層３０は、例えば、ヘッド５１ａ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。
【００４０】
次いで、上述した粉体供給・平坦化工程、ヘッドによる造形液吐出工程を繰り返して新たな造形層を形成する。このとき、新たな造形層とその下層の造形層とは一体化して三次元形状造形物の一部を構成する。
【００４１】
以後、粉体の供給・平坦化工程、ヘッドによる造形液吐出工程を必要な回数繰り返すことによって、三次元形状造形物（立体造形物）を完成させる。
【００４２】
次に、本発明で使用している立体造形用粉末材料（粉体）及び造形液について説明する。
【００４３】
立体造形用粉末材料は、基材と、この基材を平均厚み５ｎｍ〜５００ｎｍで被覆し、造形液としての架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能な水溶性有機材料とを有してなる。
【００４４】
この立体造形用粉末材料においては、基材を被覆する水溶性有機材料が、架橋剤含有水の作用により溶解し架橋可能であるため、水溶性有機材料に架橋剤含有水が付与されると、水溶性有機材料は、溶解すると共に、架橋剤含有水に含まれる架橋剤の作用により架橋する。
【００４５】
これにより、上記立体造形用粉末材料を用いて薄層（粉体層）を形成し、粉体層に架橋剤含有水を造形液１０として吐出することで、粉体層においては、溶解した水溶性有機材料が架橋する結果、粉体層が結合硬化して造形層３０が形成される。
【００４６】
このとき、基材を被覆する水溶性有機材料の被覆量が平均厚みで５ｎｍ〜５００ｎｍであるため、水溶性有機材料が溶解したときに基材の周囲に必要最小量だけ存在し、これが架橋して三次元ネットワークを形成するため、粉体層の硬化は寸法精度良く、かつ、良好な強度をもって行われる。
【００４７】
この操作を繰り返すことにより、簡便かつ効率的に、焼結等の前に型崩れが生ずることなく、寸法精度良く複雑な立体造形物を形成することができる。
【００４８】
このようにして得られた立体造形物は、良好な硬度を有するため、手で持ったり、エアーブロー処理をして余分な立体造形用粉末材料の除去等を行っても、型崩れが生ずることがなく、その後に焼結等を簡便に行うことができる。
【００４９】
そして、上記のようにして形成された立体造形物においては、基材が密に（高充填率で）存在し、水溶性有機材料は基材どうしの周囲に極僅かだけ存在するため、その後に焼結等して成形体（立体造形物）を得たとき、得られた成形体に不要な空隙等は存在せず、外観の美麗な成形体（立体造形物）が得られる。
【００５０】
−基材−
基材としては、粉末ないし粒子の形態を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。その材質としては、例えば、金属、セラミックス、カーボン、ポリマー、木材、生体親和材料、などが挙げられるが、高強度な立体造形物を得る観点からは、最終的に焼結処理が可能な金属、セラミックスなどが好ましい。
【００５１】
金属としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）鋼、鉄、銅、チタン、銀などが好適に挙げられ、該ステンレス（ＳＵＳ）鋼としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌなどが挙げられる。
【００５２】
セラミックスとしては、例えば、金属酸化物などが挙げられ、具体的には、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）などが挙げられる。
【００５３】
カーボンとしては、例えば、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、フラーレンなどが挙げられる。
【００５４】
ポリマーとしては、例えば、水に不溶な公知の樹脂などが挙げられる。
【００５５】
木材としては、例えば、ウッドチップ、セルロースなどが挙げられる。
【００５６】
生体親和材料としては、例えば、ポリ乳酸、リン酸カルシウムなどが挙げられる。
【００５７】
これらの材料は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００５８】
なお、本発明においては、基材として、これらの材料で形成された市販品の粒子ないし粉末を使用することができる。市販品としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ（山陽特殊鋼製、ＰＳＳ３１６Ｌ）、ＳｉＯ２（トクヤマ製、エクセリカＳＥ−１５）、ＡｌＯ２（大明化学工業製、タイミクロンＴＭ−５Ｄ）、ＺｒＯ２（東ソー製、ＴＺ−Ｂ５３）などが挙げられる。
【００５９】
また、基材としては、水溶性有機材料との親和性を高める目的等で、公知の表面（改質）処理がされていてもよい。
【００６０】
−水溶性有機材料−
水溶性有機材料としては、水に溶解し、架橋剤の作用により架橋可能な性質を有するものであれば、換言すれば、水溶性であって架橋剤によって架橋可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００６１】
ここでは、水溶性有機材料の水溶性は、例えば、３０℃の水１００ｇに水溶性有機材料を１ｇ混合して撹拌したとき、その９０質量％以上が溶解するものを意味する。
【００６２】
また、水溶性有機材料としては、その４質量％（ｗ／ｗ％）水溶液の２０℃における粘度が、４０ｍＰａ・ｓ以下であるものが好ましく、１〜３５Ｐａ・ｓであるものがより好ましく、５〜３０Ｐａ・ｓであるものが特に好ましい。
【００６３】
水溶性有機材料の粘度が、４０ｍＰａ・ｓを超えると、立体造形用粉末材料に架橋剤含有水を付与して形成した立体造形物用粉末材料（粉体層）による硬化物（立体造形物、焼結用硬化物）の強度が充分でないことがあり、その後の焼結等の処理ないし取扱い時に型崩れ等の問題が生ずることがある。また、立体造形用粉末材料に架橋剤含有水を付与して形成した立体造形物用粉末材料（粉体層）による硬化物（立体造形物、焼結用硬化物）の寸法精度が充分でないことがある。
【００６４】
水溶性有機材料の粘度は、例えば、ＪＩＳＫ７１１７に準拠して測定することができる。
【００６５】
−架橋剤含有水−
造形液である架橋剤含有水としては、水性媒体中に架橋剤を含有するものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。なお、架橋剤含有水は、水性媒体、架橋剤のほか、必要に応じて適宜選択したその他の成分を含有していてもよい。
【００６６】
その他の成分としては、架橋剤含有水を付与する手段の種類、使用頻度や量などの諸条件を考慮して適宜選択することができる。例えば、液体吐出法によって架橋剤含有水を付与する場合には、液体吐出ヘッドのノズルへの目詰り等の影響を考慮して選択することができる。
【００６７】
水性媒体としては、例えば、水、エタノール等のアルコール、エーテル、ケトン、などが挙げられるが、水が好ましい。なお、水性媒体は、水がアルコール等の水以外の成分を若干量含有するものであってもよい。
【００６８】
上述した立体造形物用粉末材料及び造形液としての架橋剤含有水を使用することで、粉体（基材）を接着させるためのバインダーを液体吐出ヘッドから吐出する構成に比べて、ノズルの目詰まりが少なく、ヘッドの耐久性が向上する。
【００６９】
次に、粉体層を形成するときの造形層の移動について図６も参照して説明する。図６は同説明に供する説明図である。
【００７０】
供給槽２１から平坦化ローラ１２によって造形槽２２に移送供給した粉体２０を平坦化ローラ１２で平坦化するとき、既に造形が完了した造形層３０が粉体２０中に存在すると、平坦化ローラ１２による圧が粉体２０にかかることで、造形層３０が仮想線図示の正しい位置（形成位置）から実線図示のように移動してしまうことがある。
【００７１】
このような造形層３０の移動が生じると、立体造形物の形状精度が低下することになる。
【００７２】
次に、本発明の第１実施形態について図７を参照して説明する。図７は同実施形態の説明における粉体層形成工程の説明図である。
【００７３】
本実施形態では、供給槽２１から造形槽２２へ粉体２０を移送供給して、粉体層を形成する工程（粉体層形成工程）において、既に造形を完了した造形層３０が下層にある場合には、次のような動作を実施する。
【００７４】
本実施形態では、平坦化ローラ１２は高さ方向に移動可能に配置されている。
【００７５】
まず、図７（ａ）に示すように、造形層３０の端部（境目）手前まで、平坦化ローラ１２によって粉体２０を移送供給する。この場合、平坦化ローラ１２の回転速度や水平移動速度を最適条件にすることが好ましい。そして、造形層３０の端部手前にて、一旦、平坦化ローラ１２の駆動を停止する（破線図示の位置）。
【００７６】
その後、平坦化ローラ１２を矢印Ｚ１方向に上方へ移動させて実線図示の位置にして、平坦化ローラ１２と造形ステージ２４との高さ方向の距離（間隔）を変化させる（広げる）。これにより、平坦化ローラ１２と既存の粉体層（造形層３０が形成された粉体層）表面とのギャップ（厚さΔｔ）を広げる。
【００７７】
次いで、図７（ｂ）に示すように、平坦化ローラ１２を、造形ステージ２４に対して相対的に上昇させた位置で、再度、回転させながら矢印Ｘ１方向に水平移動させる。これにより、平坦化ローラ１２の移動方向前方側に形成された粉体２０の盛り上がり部２０ａの上部が切り崩されて、粉体２０ｂが垂直方向から既存の造形層３０上に供給される。
【００７８】
このように、平坦化ローラ１２と既存の粉体層（造形層３０が形成された粉体層）とのギャップを拡げて平坦化ローラ１２を水平方向に移動することで、造形層３０の端部手前まで搬送した、山のような形状に蓄積された粉体２０の盛り上がり部２０ａの上部が切り崩される。
【００７９】
つまり、造形ステージ２４に形成された造形層３０上に粉体層を形成するとき、造形層３０の端部付近に平坦化ローラ１２が移動したときに、平坦化ローラ１２と造形ステージ２４との高さ方向の距離を広げる動作（ギャップ変更動作）を行う。
【００８０】
この平坦化ローラ１２と造形ステージ２４との高さ方向の距離を広げるギャップ変更動作には、距離を広げた位置で平坦化ローラ１２をステージ面と平行な方向（ステージ面に沿う方向）に移動させ、平坦化ローラ１２の移動方向前方側に形成された粉体２０の盛り上がり部２０ａを切り崩す動作を含む（これら全体の動作を「崩し工程」又は「崩し動作」という。）。
【００８１】
この崩し動作を行うことにより、造形層３０の端部においては、粉体２０を垂直方向に搬送（積層）することができるので、平坦化ローラ１２の水平方向の移動による圧がかからなくなる。
【００８２】
これにより、造形層３０の位置ずれ（移動）を防止することができる。
【００８３】
そして、造形層３０の端部上に粉体２０の積層ができたときには、図７（ｃ）に示すように、平坦化ローラ１２を供給槽２１側（粉体搬送と反対方向）に水平移動させ、平坦化ローラ１２を下方へ移動させ、ギャップを元の値に戻す。
【００８４】
そして、図７（ｄ）に示すように、平坦化ローラ１２を再度回転させながらステージ面に平行な方向で矢印Ｘ１方向に移動させる。
【００８５】
なお、平坦化ローラ１２を相対的に移動させて高さ方向の距離（ギャップ）を拡げる動作を行って平坦化ローラ１２を移動させる崩し工程は、１回でも、複数回実施してもよい。ただし、粉体層の厚さΔｔが大きい場合は、盛り上がり部２０ａの上部から段階的に切り崩すように複数回実施することが好ましい。
【００８６】
次に、本発明の第２実施形態について図８を参照して説明する。図８は同実施形態における粉体層形成工程の説明図である。
【００８７】
本実施形態では、供給槽２１から造形槽２２へ粉体２０を搬送供給して、粉体層を形成する工程（粉体層形成工程）において、既に造形を完了した造形層３０が下層にある場合には、次のような動作を実施する。
【００８８】
本実施形態では、平坦化ローラ１２と造形ステージ２４との高さ方向の距離を変化させてギャップΔｔを広げ、盛り上がり部を切り崩す崩し工程（崩し動作）を行うとき、図８（ａ）に示すように、造形ステージ２４を下降させる構成としている。また、ギャップを戻すときには、図８（ｃ）に示すように、造形ステージ２４を上昇させる。その他の動作は、前記第１実施形態と同様である。
【００８９】
これにより、前記第１実施形態と同様に、粉体層形成工程における造形層の位置ずれを防止できるとともに、造形ステージ２４の昇降機構（手段）を利用することができるため、平坦化手段を昇降させる場合よりも構成が簡単になる。
【００９０】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００９１】
本実施形態では、造形層の積層数、造形層の厚さ、造形層全体の厚さなどを検出ないし計測する手段を備えている。これらの造形層の積層数、造形層の厚さ、造形層全体の厚さなどは、立体造形物を形成するための三次元データから得ることができる。
【００９２】
そして、これらの造形層の積層数、造形層の厚さ、造形層全体の厚さの少なくともいずれかに基づいて、予め定めた閾値を超えるときには、崩し工程の回数を減らし、あるいは、崩し工程を行わない制御をする。
【００９３】
つまり、粉体層形成工程を行うときに既に形成された造形層の厚さが厚い場合においては、造形層の位置ずれが発生しにくくなる。そこで、崩し工程を実施しない、あるいは、崩し工程の回数を減らすことで、造形速度の向上を図ることができる。
【００９４】
次に、本発明の第４実施形態について図９を参照して説明する。図９は同実施形態における粉体層形成工程の説明図である。
【００９５】
本実施形態では、造形層３０の端部から造形ステージ２４の端部（いずれも平坦化手段の移動方向上流側の端部）までの距離を検出ないし計測する手段を備える。
【００９６】
そして、造形層３０の端部と造形ステージ２４の端部との間隔が予め定めた閾値を超えているときには、崩し工程の回数を減少し、若しくは、崩し工程を行わない制御をする。
【００９７】
つまり、図９（ａ）に示すように、造形層３０の平坦化方向における位置が造形槽２２の内側面（造形ステージ２４の供給槽側端部）に近い場合には、平坦化ローラ１２によって移送する粉体の量が多いために、造形層３０の端部に圧がかかりやすく、造形層３０の位置ずれが生じやすい。
【００９８】
これに対して、図９（ｂ）に示すように、造形層３０の平坦化方向における位置が造形槽２２の内側面（造形ステージ２４の供給槽側端部）から遠い場合には、平坦化ローラ１２によって移送する粉体の量が少なくなるため、造形層３０の端部にかかる圧が弱くなり、造形層３０の位置ずれが生じにくくなる。
【００９９】
そこで、造形層の端部が造形ステージの端部から遠い場合（閾値を超える場合）には、崩し工程（動作）を減らす、もしくは実施しないことで、造形速度の向上を図ることができる。
【０１００】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
【０１０１】
第四実施形態においては、造形物形状（既存の造形層の形状）によって崩し工程（動作）の回数を変更するようにしている。
【０１０２】
例えば、造形物が逆円錐形状のように下方の面積が上方の面積より小さい場合は、崩し工程（動作）の回数を増加する。
【０１０３】
つまり、このような造形物形状であるときには、垂直方向に粉体を搬送（積層）するときの圧によって造形層が下方に食い込んで、垂直方向に位置が移動することや、造形層にヒビなどの破損が発生するおそれがあるためである。
【０１０４】
崩し動作の回数を増加する、ここでは、一度に拡げるギャップ値を小さくすることで、造形層の端部に一度に垂直方向から積層される粉体量が少なくなるので、造形層にかかる圧が弱くなり、造形層の垂直方向への位置ずれ防止や造形層の破損を防止することができる。
【０１０５】
次に、本発明の第６実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は同実施形態に係る立体造形装置の斜視説明図、図１１は同実施形態の造形の流れの説明に供する説明図である。
【０１０６】
この立体造形装置は、粉体槽１１として造形槽２２を有している。また、平坦化手段として、２つの平坦化ローラである第１リコータローラ１４及び第２リコータローラ１５を有している。
【０１０７】
そして、粉体層を形成するときに、先に造形槽２２に到達する第１リコータローラ１４が、後に造形槽２２に到達する第２リコータローラ１５に対して高い位置に配置されている。
【０１０８】
さらに、粉体層を形成するとき、第１リコータローラ１４、第２リコータローラ１５の移動方向に対して、第１リコータローラ１４は順転し、第２リコータローラ１５は逆転する構成としている。
【０１０９】
これにより、図１１（ａ）に示すように、造形槽２２に移送された粉体２０を第１リコータローラ１４及び第２リコータローラ１５で平坦化して粉体層を形成するとき、図１１（ｂ）に示すように、先ず、移動方向に対して順転する第１リコータローラ１４が先に粉体２０に到達して高密度の粉体層が形成される。次に移動方向に対して逆転する第２リコータローラ１５により高密度の粉体層上部のみが除去されて、所望の厚さの粉体槽を形成するとともに、形成した粉体層表面（造形液が吐出される面）を高平面度に形成することができる。
【０１１０】
つまり、１本の平坦化ローラによって粉体層を形成するとき、高い平面精度で粉体層を形成することができる反面、高密度に粉体層を形成することが難しく、既に固化された造形層の上に形成される粉体層と、造形層がない粉体層の上に形成される粉体層では密度が不均一となる。
【０１１１】
そのため、三次元データの形状によって固化されていない粉体群が形成された場合、その箇所は密度が低くなるため、その上に形成される造形層の強度・精度が低下してしまうことになる。
【０１１２】
そこで、本実施形態のように構成することで、第１リコータローラ１４によって粉体２０を押し込むことで高密度化し、高密度化した粉体２０の層の上部のみを第２リコータローラ１５で除去することで、高密度の高い平面度を有する粉体層を得ることができる。
【０１１３】
次に、本発明の第７実施形態について図１２を参照して説明する。図１２は同実施形態におけるリコータローラの駆動条件の説明に供する説明図である。
【０１１４】
粉体層を形成するときの、第１リコータローラ１４の造形ステージ２４に対する相対移動速度Ｖ１と、第１リコータローラ１４の回転時の周速度Ｖ２の関係は、Ｖ１≦Ｖ２とするように、第１リコータローラ１４の回転数を設定している。
【０１１５】
これにより、第１リコータローラ１４は移動方向前方の粉体２０を第１リコータローラ１４の下部に引き込みながら移動することができるため、造形槽２２内の粉体層をより高密度にすることができる。
【０１１６】
この場合、粉体層の表面をブレードによって形成する構成とすると、形成する粉体層表面とブレードの相対速度差を大きくすることには限界があり、粉体層表面を高い平面精度で形成することが困難になる。
【０１１７】
これに対し、本実施形態によれば、粉体２０と第２リコータローラ１５表面の相対速度は、第２リコータローラ１５の移動速度と、第２リコータローラ１５の回転速度Ｖ３によって決定される。
【０１１８】
したがって、本実施形態では、第２リコータローラ１５の回転速度Ｖ３を大きく設定することにより、粉体２０と第２リコータローラ１５表面の相対速度を拡大させることができ、粉体層表面を高い平面精度で形成することが可能になる。
【０１１９】
次に、本発明の第８実施形態について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は同実施形態におけるリコータローラの駆動条件の説明に供する説明図、図１４は三次元データパターンと未造形領域の説明図である。
【０１２０】
本実施形態では、３次元データパターンに基づいて、形成する造形層の断面形状と、第１リコータローラ１４のＸ方向位置（移動方向における位置、造形ステージ２４と第１リコータローラ１４の位置関係）とによって、第１リコータローラ１４の回転数（周速度Ｖ２）を変化させる構成としている。
【０１２１】
つまり、造形層３０が形成された領域上では、第１リコータローラ１４による押し付け効果を弱くしても高密度に形成することができる。
【０１２２】
そこで、図１３に示すように、第１リコータローラ１４の回転数を低く（回転速度Ｖ２を遅く）して粉体層を形成する。一方、造形層３０が形成されていない領域が高さ方向に連続している箇所では、第１リコータローラ１４の回転数を高く（回転速度Ｖ２を速く）して粉体層を形成する。
【０１２３】
これにより、装置稼動時の消費エネルギー及び騒音の発生を抑制することができる。
【０１２４】
この場合、第１リコータローラ１４の回転数を変化させた箇所では粉体２０表面にムラが生じる可能性があるが、粉体層の面精度は一定回転数の第２リコータローラ１５によって形成するため、高い面精度を得ることができる。
【０１２５】
また、図１４（ａ）に示す３次元データパターンのように、未固化の領域上に未造形領域２０Ａがある形状の場合には、第１リコータローラ１４の回転数（回転速度Ｖ２）を変化させる。
【０１２６】
また、図１４（ｂ）に示す３次元データパターンのように、未固化の領域上に未造形領域２０Ａがない形状の場合には、最終的な造形物の精度・強度に影響を及ぼさないため、第１リコータローラ１４の回転数（回転速度Ｖ２）を変化させない。
【０１２７】
これにより、装置稼動時の消費エネルギー及び騒音の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１  造形部
５  造形ユニット
１０  造形液
１１  粉体層
１２  平坦化ローラ（平坦化手段）
１４  第１平坦化ローラ（平坦化手段）
１５  第２平坦化ローラ（平坦化手段）
２０  粉体
２１  供給槽
２２  造形槽
２３  供給ステージ
２４  造形ステージ
３０  造形層
５１  吐出ヘッドユニット
【図１】
2015227021.tif 000003
【図２】
2015227021.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015227021.tif 000008
【図７】
2015227021.tif 000009
【図８】
2015227021.tif 000010
【図９】
2015227021.tif 000011
【図１０】
2015227021.tif 000012
【図１１】
2015227021.tif 000013
【図１２】
2015227021.tif 000014
【図１３】
2015227021.tif 000015
【図１４】
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