(57)【要約】【課題】粉末固着積層法で三次元構造物を高精度に造形することができる技術を提供する。【解決手段】粉体Ｐに液体Ｆを滴下して粉体Ｐを固着させることによって三次元構造物を造形する三次元構造物の造形方法は、粉体Ｐからなる粉体層を造形槽１０内に繰り返し積層し、粉体層が積層される毎に造形されるべき三次元構造物の形状に基づいて決定されるその粉体層内の位置に液体Ｆを滴下して粉体Ｐを固着させる。さらに、その位置への液体Ｆの滴下により粉体Ｐが固着することが予定されるその粉体層内の領域の下面の一部または全部がその粉体層の直下の層の固着されていない粉体Ｐに隣接するように設定されているときには、その位置への液体Ｆの滴下前に造形槽１０内の粉体Ｐを振動させる。【選択図】図１
2015044304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体に液体を滴下して前記粉体を固着させることによって三次元構造物を造形する三次元構造物の造形方法であって、
前記粉体からなる粉体層を造形槽内に繰り返し積層する工程と、
前記粉体層が積層される毎に、造形されるべき三次元構造物の形状に基づいて決定される当該粉体層内の位置に前記液体を滴下して前記粉体を固着させる工程と、
前記位置への前記液体の滴下により前記粉体が固着することが予定される当該粉体層内の領域の下面の一部または全部が、当該粉体層の直下の層の固着されていない粉体に隣接するように設定されているときに、前記位置への前記液体の滴下前に、前記造形槽内の粉体を振動させる工程と、を含む
ことを特徴とする三次元構造物の造形方法。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元構造物の造形方法において、
前記粉体からなる下地層を前記造形槽の底面上に形成する工程を含み、
前記粉体層は、前記下地層の上方に積層される
ことを特徴とする三次元構造物の造形方法。
【請求項３】
粉体に液体を滴下して前記粉体を固着させることによって三次元構造物を造形する三次元造形装置であって、
前記粉体を収容する造形槽と、
前記造形槽内に前記粉体からなる粉体層を積層する積層手段と、
前記粉体層に前記液体を滴下して前記粉体を固着させる滴下手段と、
前記造形槽内の粉体を振動させる振動発生手段と、
前記積層手段、前記滴下手段、及び、前記振動発生手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記粉体層を繰り返し積層するように、前記積層手段を制御し、
前記粉体層が積層される毎に、造形されるべき三次元構造物の形状に基づいて決定される当該粉体層内の位置に前記液体を滴下するように、前記滴下手段を制御し、
前記位置への前記液体の滴下により前記粉体が固着することが予定される当該粉体層内の領域の下面の一部または全部が、当該粉体層の直下の層の固着されていない粉体に隣接するように設定されているときに、前記位置への前記液体の滴下前に、前記造形槽内の粉体を振動させるように、前記振動発生手段を制御する
ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項４】
請求項３に記載の三次元造形装置において、
前記制御手段は、前記粉体からなる下地層を前記造形槽の底面上に形成して前記下地層の上方に前記粉体層を繰り返し積層するように、前記積層手段を制御する
ことを特徴とする三次元造形装置。
【請求項５】
粉体に液体を滴下して前記粉体を固着させることによって三次元構造物を造形するための三次元造形装置のプログラムであって、
前記三次元造形装置の積層手段に、前記粉体からなる粉体層を造形槽内に繰り返し積層させ、
前記三次元造形装置の滴下手段に、前記粉体層が積層される毎に、造形されるべき三次元構造物の形状に基づいて決定される当該粉体層内の位置に前記液体を滴下して前記粉体を固着させ、
前記三次元造形装置の振動発生手段に、前記位置への前記液体の滴下により前記粉体が固着することが予定される当該粉体層内の領域の下面の一部または全部が、当該粉体層の直下の層の固着されていない粉体に隣接するように設定されているときに、前記位置への前記液体の滴下前に、前記造形槽内の粉体を振動させる
処理をコンピュータに実行させ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、粉体に樹脂や接着剤などの液体を滴下して粉体を固着させることによって三次元構造物を造形する三次元造形方法、三次元造形装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金型を用いることなく三次元構造物を造形する３Ｄプリント技術が注目されている。
【０００３】
３Ｄプリント技術には、様々な種類の技術があり、例えば、液体にレーザを照射して液体を硬化させることによって三次元構造物を造形する光造形法、粉体にレーザを照射して粉体を焼結させることによって三次元構造物を造形する粉末焼結積層法、粉体に樹脂や接着剤などの液体を滴下して粉体を固着させることによって三次元構造物を造形する粉末固着積層法などが知られている。
なお、粉末固着積層法については、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１０７２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
３Ｄプリント技術の一種である粉末固着積層法では、滴下した液体が浸透した範囲の粉体が固着することになる。従って、ノズルから吐出される液体の量（吐出量）や液体を滴下する位置（滴下位置）は、精度の高い三次元構造物を造形するために正確に制御される。
【０００６】
しかしながら、高精度に吐出量や滴下位置を制御しても、粉体の密度が均一でない場合には、十分な精度の三次元構造物が得られない。これは、液体が浸透する範囲は粉体の密度にも依存するからである。
【０００７】
以上のような実情を踏まえ、本発明は、粉体に液体を滴下して粉体を固着させる粉末固着積層法において、三次元構造物を高精度に造形することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、粉体に液体を滴下して前記粉体を固着させることによって三次元構造物を造形する三次元構造物の造形方法であって、前記粉体からなる粉体層を造形槽内に繰り返し積層する工程と、前記粉体層が積層される毎に、造形されるべき三次元構造物の形状に基づいて決定される当該粉体層内の位置に前記液体を滴下して前記粉体を固着させる工程と、前記位置への前記液体の滴下により前記粉体が固着することが予定される当該粉体層内の領域の下面の一部または全部が、当該粉体層の直下の層の固着されていない粉体に隣接するように設定されているときに、前記位置への前記液体の滴下前に、前記造形槽内の粉体を振動させる工程と、を含む三次元構造物の造形方法を提供する。
【０００９】
上記の三次元構造物の造形方法では、さらに、前記粉体からなる下地層を前記造形槽の底面上に形成する工程を含み、前記粉体層は、前記下地層の上方に積層されてもよい。
【００１０】
本発明の別の態様は、粉体に液体を滴下して前記粉体を固着させることによって三次元構造物を造形する三次元造形装置であって、前記粉体を収容する造形槽と、前記造形槽内に前記粉体からなる粉体層を積層する積層手段と、前記粉体層に前記液体を滴下して前記粉体を固着させる滴下手段と、前記造形槽内の粉体を振動させる振動発生手段と、前記積層手段、前記滴下手段、及び、前記振動発生手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記粉体層を繰り返し積層するように、前記積層手段を制御し、前記粉体層が積層される毎に、造形されるべき三次元構造物の形状に基づいて決定される当該粉体層内の位置に前記液体を滴下するように、前記滴下手段を制御し、前記位置への前記液体の滴下により前記粉体が固着することが予定される当該粉体層内の領域の下面の一部または全部が、当該粉体層の直下の層の固着されていない粉体に隣接するように設定されているときに、前記位置への前記液体の滴下前に、前記造形槽内の粉体を振動させるように、前記振動発生手段を制御する三次元造形装置を提供する。
【００１１】
上記の三次元造形装置では、前記制御手段は、前記粉体からなる下地層を前記造形槽の底面上に形成して前記下地層の上方に前記粉体層を繰り返し積層するように、前記積層手段を制御してもよい。
【００１２】
本発明のさらに別の態様は、粉体に液体を滴下して前記粉体を固着させることによって三次元構造物を造形するための三次元造形装置のプログラムであって、前記三次元造形装置の積層手段に、前記粉体からなる粉体層を造形槽内に繰り返し積層させ、前記三次元造形装置の滴下手段に、前記粉体層が積層される毎に、造形されるべき三次元構造物の形状に基づいて決定される当該粉体層内の位置に前記液体を滴下して前記粉体を固着させ、前記三次元造形装置の振動発生手段に、前記位置への前記液体の滴下により前記粉体が固着することが予定される当該粉体層内の領域の下面の一部または全部が、当該粉体層の直下の層の固着されていない粉体に隣接するように設定されているときに、前記位置への前記液体の滴下前に、前記造形槽内の粉体を振動させる処理をコンピュータに実行させるプログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、粉体に液体を滴下して粉体を固着させる粉末固着積層法において、精度の高い三次元構造物を造形することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元造形装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す三次元造形装置により造形される三次元構造物の一例を示す図である。
【図３】図１に示す三次元造形装置により行われる三次元造形処理のフローチャートである。
【図４】図２に示す三次元構造物の造形工程を示した図である。
【図５】図２に示す三次元構造物の図４に続く造形工程を示した図である。
【図６】図２に示す三次元構造物の図５に続く造形工程を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る三次元造形装置１００の構成を示す図である。図１に示す三次元造形装置１００は、３Ｄプリント技術の一種である粉末固着積層法を用いて三次元構造物を造形する三次元造形装置である。以下、図１を参照しながら、三次元造形装置１００の構成について説明する。なお、図１に示すＸＹＺ直交座標系は、方向参照の便宜のために設けた直交座標系である。
【００１６】
三次元造形装置１００は、粉体Ｐを収容する造形槽１０を備えている。造形槽１０には、モータ１３の駆動によって造形槽１０内で高さ方向（重力方向、図１におけるＺ方向）に移動可能な底面部１１が設けられている。造形槽１０において粉体Ｐは、造形槽１０と底面部１１によって画定される上方に開口を有する領域に収容される。つまり、底面部１１の上面が粉体Ｐを収容する領域の底面を構成する。このため、以降では、底面部１１の上面を、粉体Ｐを収容する造形槽１０の底面１２と記す。なお、造形槽１０の開口が、粉体Ｐが収容される上記の領域の上方の開口になっている。
【００１７】
三次元造形装置１００は、粉体Ｐを収容するホッパー２０を備えている。ホッパー２０には、ホッパー２０内に収容されている粉体Ｐを排出するローラ２１が設けられている。また、三次元造形装置１００は、ホッパー２０から排出された粉体Ｐを造形槽１０内に運ぶための構造として、モータ３１の駆動によって水平方向（図１におけるＸ方向）に移動する可能な平板３０を備えている。
【００１８】
三次元造形装置１００では、（１）モータ１３の駆動により底面部１１が移動して粉体Ｐを収容する領域が確保され、（２）ローラ２１の駆動によりホッパー２０から所定量の粉体Ｐが排出され、（３）排出された粉体Ｐがモータ３１の駆動により水平方向に移動する平板３０によって造形槽１０内に確保された領域に運ばれる。このとき、平板３０が少なくとも造形槽１０を横切るように移動することで、粉体Ｐは造形槽１０内に確保された領域に敷均されて、造形槽１０内に粉体Ｐからなる層（粉体層）が形成される。そして、これらの動作が繰り返し行われることによって、造形槽１０内に粉体層が積層される。即ち、三次元造形装置１００では、底面部１１及びモータ１３、ローラ２１を備えたホッパー２０、並びに、平板３０及びモータ３１が、造形槽１０内に粉体層を積層する積層手段として機能する。
【００１９】
三次元造形装置１００は、粉体Ｐを固着させる樹脂や接着剤などの液体Ｆを収容するタンク４１と、タンク４１に収容された液体Ｆを吐出するノズル４０を備えている。ノズル４０は、吐出量を制御するための構造として、例えば、圧電素子を備えている。また、ノズル４０とタンク４１は、三次元造形装置１００内において、図示しない駆動機構によってＸＹ方向に移動して高精度に位置決めされるように構成されている。
三次元造形装置１００では、ノズル４０は、粉体層に液体Ｆを滴下して粉体Ｐを固着させる滴下手段として機能する。
【００２０】
三次元造形装置１００は、造形槽１０内の粉体Ｐを振動させる振動発生手段であるバイブレータ５０を備えている。バイブレータ５０は、造形槽１０に取り付けられていて、造形槽１０を振動させることによって造形槽１０内の粉体Ｐを振動させる。
【００２１】
三次元造形装置１００は、さらに、三次元造形装置１００の電動部（モータ１３、ローラ２１、モータ３１、ノズル４０、バイブレータ５０）の駆動を制御する駆動制御部６０と、制御プログラムを実行して駆動制御部６０に命令を出力する演算処理部７０と、表示入力部８０を備えている。演算処理部７０は、制御プログラムを実行するための構造として、演算装置（例えば、ＣＰＵ）、主記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ）、補助記憶装置（例えば、ハードディスク）等を有している。また、表示入力部８０は、例えば、タッチパネルディスプレイであり、各種情報を表示して利用者に情報を提供するとともに、利用者からの入力を受け付けて演算処理部７０に出力する。なお、表示入力部８０が受け付ける利用者からの入力としては、例えば、造形すべき三次元構造物の形状の情報などが挙げられる。
【００２２】
三次元造形装置１００では、駆動制御部６０と演算処理部７０が少なくとも上述した積層手段、滴下手段、及び、振動発生手段を制御する制御手段として機能する。
【００２３】
図２は、三次元造形装置１００により造形される三次元構造物９０の一例を示す図である。図３は、三次元造形装置１００により行われる三次元造形処理のフローチャートである。図４、図５及び図６は、図２に示す三次元構造物９０の造形工程を示した図である。以下、図２から図６を参照しながら、図２に示す三次元構造物９０を造形する場合を例にして、三次元造形装置１００で行われる三次元造形処理について具体的に説明する。
【００２４】
三次元造形装置１００では、演算処理部７０の補助記憶装置に記憶されている制御プログラムが主記憶装置に展開されて演算装置で実行されることによって、図３に示す三次元造形処理が開始される。
【００２５】
三次元造形処理では、まず、三次元造形装置１００は、三次元構造物９０の形状データを取得する（ステップＳ１）。ここでは、演算処理部７０は、利用者が表示入力部８０に入力した図２に示す三次元構造物９０の形状データを、例えば、主記憶装置に一時的に記憶する。
【００２６】
三次元構造物９０の形状データを取得すると、三次元造形装置１００は、造形槽１０の底面１２上に粉体Ｐからなる下地層Ｌ０を形成する（ステップＳ２）。ここでは、駆動制御部６０及び演算処理部７０の制御の下で、積層手段が図４（ａ）に示す下地層Ｌ０を形成する。
【００２７】
具体的には、まず、モータ１３を駆動して、造形槽１０の底面１２が造形槽１０の上面（造形槽１０の開口）よりもある程度低くなるように底面部１１を移動させる。造形槽１０の上面と移動後の底面部１１との間隔が後に形成される下地層Ｌ０の厚さとなる。次に、ローラ２１を回転させて、ホッパー２０から粉体Ｐを排出する。ここでは、少なくとも下地層Ｌ０を形成するに足りる量の粉体Ｐを排出する。その後、モータ３１を駆動して、造形槽１０を横切るように平板３０を移動させて、排出された粉体Ｐを造形槽１０内に敷均する。これにより、図４（ａ）に示すような下地層Ｌ０が造形槽１０の底面１２上に形成される。
【００２８】
その後、三次元造形装置１００は、造形槽１０内に粉体層Ｌ１を積層する（ステップＳ３）。ここでは、駆動制御部６０及び演算処理部７０の制御の下で、積層手段が粉体層を積層する。
【００２９】
具体的には、まず、モータ１３を駆動して、造形槽１０の底面１２の高さをある一定量だけ低下させる。底面１２の高さの低下分が後に形成される粉体層Ｌ１の厚さとなる。次に、ローラ２１を回転させて、ホッパー２０から粉体Ｐを排出する。ここでは、少なくとも粉体層Ｌ１を形成するに足りる量の粉体Ｐを排出する。その後、モータ３１を駆動して、造形槽１０を横切るように平板３０を移動させて、排出された粉体Ｐを下地層Ｌ０上に敷均する。これにより、図４（ｂ）に示すような下地層Ｌ０上に粉体層Ｌ１が積層される。なお、粉体層Ｌ１は、通常は、下地層Ｌ０よりも薄く形成される。
【００３０】
粉体層Ｌ１が積層されると、三次元造形装置１００は、直前に積層された粉体層Ｌ１に液体Ｆの滴下が必要か否かを判断する（ステップＳ４）。ここでは、演算処理部７０が補助記憶装置に記憶されている三次元構造物９０の形状データに基づいて、ステップＳ３において直前に積層された粉体層Ｌ１に三次元構造物９０の一部となるべき領域が存在するか否かを判断することによって、液体Ｆの滴下の要否を判断する。演算処理部７０は、粉体層Ｌ１に三次元構造物９０の一部となるべき領域が存在すると判断した場合には、液体Ｆの滴下が必要であると判断し、そのような領域が存在しないと判断した場合には、液体Ｆの滴下が不要であると判断する。
【００３１】
液体Ｆの滴下が不要である判断されると（ステップＳ４ＮＯ）、三次元造形装置１００は、ステップＳ５からステップＳ７の処理をスキップして、ステップＳ８の処理を行う。
【００３２】
一方、液体Ｆの滴下が必要である判断されると（ステップＳ４ＹＥＳ）、三次元造形装置１００は、バイブレータ５０による振動の発生が必要か否かを判断する（ステップＳ５）。ここでは、演算処理部７０が、まず、補助記憶装置に記憶されている三次元構造物９０の形状データに基づいて液体Ｆを滴下すべき粉体層Ｌ１内の位置を決定する。さらに、決定された位置への液体Ｆの滴下により粉体が固着することが予定される粉体層Ｌ１内の領域（以降、固着予定領域と記す）を特定する。その上で、粉体層Ｌ１の固着予定領域の下面の一部または全部が粉体層Ｌ１の直下の層である下地層Ｌ０の固着されていない粉体に隣接しているか否かによって、振動の発生の要否を判断する。演算処理部７０は、粉体層Ｌ１の固着予定領域の下面が下地層Ｌ０の固着されていない粉体に隣接している場合には、振動の発生が必要であると判断し、隣接していない場合には、振動の発生が必要であると判断する。
振動の発生が不要であると判断されると（ステップＳ５ＮＯ）、三次元造形装置１００は、ステップＳ６の処理をスキップして、ステップＳ７の処理を行う。
【００３３】
一方、振動の発生が必要である判断されると（ステップＳ５ＹＥＳ）、三次元造形装置１００は、振動を発生させる（ステップＳ６）。ここでは、演算処理部７０及び駆動制御部６０の制御の下で、振動発生手段であるバイブレータ５０が造形槽１０内の粉体を振動させる。これにより、造形槽１０内の粉体の密度が均一化される。なお、下地層Ｌ０は固着されないので、粉体層Ｌ１の少なくとも一部が固着予定領域を含む場合には必ず、振動の発生が必要となる。
【００３４】
ステップＳ７では、三次元造形装置１００は、粉体層Ｌ１に液体Ｆを滴下する（ステップＳ７）。ここでは、駆動制御部６０及び演算処理部７０の制御の下で、滴下手段が三次元構造物９０の形状データに基づいて決定される粉体層Ｌ１内の位置に液体Ｆを滴下して、粉体を固着させる。これにより、図４（ｃ）に示すようにＬ１内に三次元構造物９０（支柱部９１）の一部である固体部分Ｓ１が形成される。
【００３５】
ステップＳ８では、三次元造形装置１００は、三次元構造物９０の造形が完了したか否かを判断する（ステップＳ８）。ここでは、演算処理部７０が補助記憶装置に記憶されている三次元構造物９０の形状データに基づいて判断する。そして、造形が完了したと判断されると（ステップＳ８ＹＥＳ）、三次元造形装置１００は三次元造形処理を終了する。一方、造形が完了していないと判断すると（ステップＳ８ＮＯ）、三次元造形装置１００はステップＳ３に戻って三次元造形処理を継続し、造形が完了したと判断されるまで処理を繰り返す。以上により、三次元構造物９０が造形される。
【００３６】
以降では、図２に示す三次元構造物９０の支柱部９１が形成される２層目の粉体層Ｌ２、第１の平板部９２が形成される４層目の粉体層Ｌ４、第２の平板部９２が形成される９層目の粉体層Ｌ９、及び最終の粉体層Ｌ１１に注目して、演算処理部７０で行われる振動発生の要否の判断について更に詳細に説明する。
【００３７】
２層目の粉体層Ｌ２は、ステップＳ３において、図４（ｄ）に示すように粉体層Ｌ１上に積層される。そして、その後のステップＳ７において、図５（ｅ）に示すように液体Ｆが滴下されて、支柱部９１の一部である固体部分Ｓ２が粉体層Ｌ２に形成される。三次元造形装置１００は、粉体層Ｌ２の積層後、粉体層Ｌ２への液体の滴下前には、粉体を振動させる処理を行わない。これは、図５（ｅ）に示すように、粉体層Ｌ２の固着予定領域（つまり、滴下後の固体部分Ｓ２に対応する領域）の下面の全部が固体部分Ｓ１に接しているからである。
【００３８】
４層目の粉体層Ｌ４は、ステップＳ３において、図５（ｆ）に示すように粉体層Ｌ３上に積層される。そして、その後のステップＳ７において、図５（ｇ）に示すように液体Ｆが滴下されて、第１の平板部９２である固体部分Ｓ４が粉体層Ｌ４に形成される。三次元造形装置１００は、粉体層Ｌ４の積層後、粉体層Ｌ４への液体の滴下前には、粉体を振動させる処理を行う。これは、図５（ｇ）に示すように、粉体層Ｌ４の固着予定領域（つまり、滴下後の固体部分Ｓ４に対応する領域）の下面の一部が粉体層Ｌ３の固着されていない粉体に隣接しているからである。
【００３９】
９層目の粉体層Ｌ９は、ステップＳ３において、図５（ｈ）に示すように既に積層された粉体層ＬＸ上に積層される。そして、その後のステップＳ７において、図６（ｉ）に示すように液体Ｆが滴下されて、第２の平板部９３である固体部分Ｓ９が粉体層Ｌ９に形成される。三次元造形装置１００は、粉体層Ｌ９の積層後、粉体層Ｌ９への液体の滴下前には、粉体を振動させる処理を行う。これは、図６（ｉ）に示すように、粉体層Ｌ９の固着予定領域（つまり、滴下後の固体部分Ｓ９に対応する領域）の下面の一部が粉体層ＬＸの固着されていない粉体に隣接しているからである。
【００４０】
最終の粉体層Ｌ１１は、図６（ｊ）に示すように、ステップＳ３において粉体層Ｌ１上に積層されて、ステップＳ７において液体Ｆが滴下されて支柱部９１の一部である固体部分Ｓ１１が粉体層Ｌ１１に形成される。なお、三次元造形装置１００は、粉体層Ｌ１１の積層後、粉体層Ｌ１１への液体の滴下前には、粉体を振動させる処理を行わない。これは、図６（ｊ）に示すように、粉体層Ｌ１１の固着予定領域（つまり、滴下後の固体部分Ｓ１１に対応する領域）の下面の全部が固体部分ＳＸに接しているからである。
【００４１】
このように、三次元造形装置１００では、三次元構造物９０の形状データに基づいて決定される、直前に積層した粉体層内の固着予定領域の下面の全部又は一部が、直前に積層した粉体層の直下の層の固着されていない粉体に隣接する場合には、振動の発生が必要であると判断する。そうではない場合、つまり、固着予定領域の下面の全部が粉体が固着した固体部分に接している場合には、振動の発生は不要であると判断する。
このような判断基準が採用される理由は、以下のとおりである。
【００４２】
三次元構造物の造形精度の劣化は、造形槽１０内の粉体の密度が不均一または比較的低密度であることによって生じる液体Ｆの過剰な浸透（つまり、予定された領域を越えた浸透）が主要な要因である。従って、造形槽１０内の粉体を振動させて粉体の密度の不均一または低密度を解消することによって、過剰な浸透を抑制して造形精度の劣化を軽減することができる。しかしながら、粉体の振動により造形槽１０内の粉体の密度を均一化または高密度化するためには、振動をある程度の時間与え続ける必要がある。このため、粉体の密度の不均一を生じさせる可能性がある造形槽１０内への粉体の投入処理の毎に不均一または低密度解消のための振動処理を行うと、三次元構造物の造形に要する時間が長くなってしまう。
【００４３】
一方で、上述した粉体の密度の不均一または低密度による過剰な浸透は、重力の作用を考慮すると、固着予定領域の下面からその下方へ生じるものがほとんどであると考えられる。従って、固着予定領域の下面からその下方への過剰な浸透によって造形精度が劣化することが想定されない場合には、粉体の密度の不均一または低密度を許容することが可能であり、そのような場合には、振動処理を省略することができる。
【００４４】
そこで、固着予定領域の下面の全部が粉体が固着した固体部分に接していて、固着予定領域の下面の一部または全部が固着していない粉体に隣接していない場合には、下方への過剰な浸透が造形精度の劣化を伴わないと考えて、三次元造形装置１００は、上述した判断基準を採用している。なお、固着予定領域の下面の全部が粉体が固着した固体部分に接していることによって、造形精度が劣化しないのは、粉体が固着した固体部分は過剰に浸透した液体をある程度含有し得る余力があるため、固着予定領域を越えて固体部分に入ってきた液体がその固体部分を越えて固着していない粉体の領域に浸透することがないと想定されるからである。
【００４５】
従って、上述した三次元構造物の造形処理を行う三次元造形装置１００によれば、粉体に液体を滴下して粉体を固着させる粉末固着積層法において、精度の高い三次元構造物を造形することができる。また、三次元造形装置１００は、造形精度の劣化を引き起こす過剰な浸透が予想される場合にのみ粉体を振動させて粉体の密度を所望の密度に均一化する。このため、造形に過度に時間がかかる事態を防止することができる。
【００４６】
また、三次元造形装置１００では、底面部１１上にまず下地層Ｌ０を形成してから、第１層目の粉体層Ｌ１を形成する。これは、一般に底面部１１が液体Ｆを吸収しない通常金属からなっていることから、底面部１１上に直接粉体層Ｌ１を形成すると、粉体層Ｌ１で吸収し切れなかった液体Ｆが底面１２に沿って横方向に広がってしまうからである。下地層Ｌ０を設けることでこのような現象の発生を防止することができる。
【００４７】
上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために本発明の具体例を示したものであり、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。三次元造形方法、及び、三次元造形装置は、特許請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。
【００４８】
例えば、振動発生手段としてバイブレータ５０が例示されているが、振動発生手段はバイブレータ５０に限らず振動を発生させることのできる任意の機器が用いられて得る。例えば、バイブレータ５０の代わりに、超音波によって粉体を振動させる機器が用いられても良い。
【００４９】
また、上述した実施形態では、下地層（または粉体層、以降、下層粉体層と記す）の直上に形成される粉体層（以降、上層粉体層と記す）の固着予定領域の下面の一部または全部が当該上層粉体層の直下の層である下地層（または下層粉体層）の固着されていない粉体に隣接しているか否かによって、振動の発生の要否を判断するようにしたが、上層粉体層の固着予定領域の下面の一部または全部が当該上層粉体層の直下の層である下地層（または下層粉体層）の固着されていない粉体に隣接するように設定されているか否かによって、振動の発生の要否を判断するようにしてもよい。この場合、下地層（または下層粉体層）の上に上層粉体層を形成する前に、下地層（または下層粉体層）を振動させるようにしてもよく、その場合も、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
【００５０】
［付記１］
粉体に液体を滴下して前記粉体を固着させることによって三次元構造物を造形する三次元構造物の造形方法であって、
前記粉体からなる粉体層を造形槽内に繰り返し積層する工程と、
前記粉体層が積層される毎に、造形されるべき三次元構造物の形状に基づいて決定される当該粉体層内の位置に前記液体を滴下して前記粉体を固着させる工程と、
前記位置への前記液体の滴下により前記粉体が固着することが予定される当該粉体層内の領域の下面の一部または全部が、当該粉体層の直下の層の固着されていない粉体に隣接するように設定されているときに、前記位置への前記液体の滴下前に、前記造形槽内の粉体を振動させる工程と、を含む
ことを特徴とする三次元構造物の造形方法。
【００５１】
［付記２］
付記１に記載の三次元構造物の造形方法において、
前記粉体からなる下地層を前記造形槽の底面上に形成する工程を含み、
前記粉体層は、前記下地層の上方に積層される
ことを特徴とする三次元構造物の造形方法。
【００５２】
［付記３］
粉体に液体を滴下して前記粉体を固着させることによって三次元構造物を造形する三次元造形装置であって、
前記粉体を収容する造形槽と、
前記造形槽内に前記粉体からなる粉体層を積層する積層手段と、
前記粉体層に前記液体を滴下して前記粉体を固着させる滴下手段と、
前記造形槽内の粉体を振動させる振動発生手段と、
前記積層手段、前記滴下手段、及び、前記振動発生手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記粉体層を繰り返し積層するように、前記積層手段を制御し、
前記粉体層が積層される毎に、造形されるべき三次元構造物の形状に基づいて決定される当該粉体層内の位置に前記液体を滴下するように、前記滴下手段を制御し、
前記位置への前記液体の滴下により前記粉体が固着することが予定される当該粉体層内の領域の下面の一部または全部が、当該粉体層の直下の層の固着されていない粉体に隣接するように設定されているときに、前記位置への前記液体の滴下前に、前記造形槽内の粉体を振動させるように、前記振動発生手段を制御する
ことを特徴とする三次元造形装置。
【００５３】
［付記４］
付記３に記載の三次元造形装置において、
前記制御手段は、前記粉体からなる下地層を前記造形槽の底面上に形成して前記下地層の上方に前記粉体層を繰り返し積層するように、前記積層手段を制御する
ことを特徴とする三次元造形装置。
【００５４】
［付記５］
粉体に液体を滴下して前記粉体を固着させることによって三次元構造物を造形するための三次元造形装置のプログラムであって、
前記三次元造形装置の積層手段に、前記粉体からなる粉体層を造形槽内に繰り返し積層させ、
前記三次元造形装置の滴下手段に、前記粉体層が積層される毎に、造形されるべき三次元構造物の形状に基づいて決定される当該粉体層内の位置に前記液体を滴下して前記粉体を固着させ、
前記三次元造形装置の振動発生手段に、前記位置への前記液体の滴下により前記粉体が固着することが予定される当該粉体層内の領域の下面の一部または全部が、当該粉体層の直下の層の固着されていない粉体に隣接するように設定されているときに、前記位置への前記液体の滴下前に、前記造形槽内の粉体を振動させる
処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【符号の説明】
【００５５】
１０          造形槽
１１          底面部
１２          底面
１３、３１    モータ
２０          ホッパー
２１          ローラ
３０          平板
４０          ノズル
４１          タンク
５０          バイブレータ
６０          駆動制御部
７０          演算処理部
８０          表示入力部
９０          三次元構造物
９１          支柱部
９２          第１の平板部
９３          第２の平板部
１００        三次元造形装置
Ｐ            粉体
Ｆ            液体
Ｌ０          下地層
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ９、Ｌ１１、ＬＸ          粉体層
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ９、Ｓ１１、ＳＸ          固体部分
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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