(57)【要約】【課題】粉体材料によって三次元造形物を製造する三次元造形装置の粉体材料供給装置において、粉体材料の層の凹凸の発生を抑止して、精度の高い造形物を従来よりも高速で造形することができるものを得る。【解決手段】粉体材料供給装置７を、造形テーブル５に粉体材料２を排出する排出口２２と、前記粉体材料供給装置７が該造形テーブル５に粉体材料２を供給する際の該粉体材料供給装置７の移動方向において前記排出口２２よりも後ろ側に位置して、該排出口２２から前記造形テーブル５に排出された粉体材料の層４を、余剰な粉体材料３１を摺り切りながら予め定められた厚さに平坦化する平坦化部材２４と、該平坦化部材２４により擦り切られた余剰な粉体材料３１を吸引する吸引ノズル４１を有する吸引装置４０とを備えた構成とする。【選択図】図２
2015196254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状に供給された粉体材料を、造形対象となる三次元造形物の形状に合わせて結合させる動作を繰り返し、その粉体材料の層を順次積層することにより前記三次元造形物を造形する三次元造形装置における、前記粉体材料の層を積層する造形テーブルに粉体材料を層状に供給する、一方向に移動自在に形成された粉体材料供給装置であって、
前記粉体材料供給装置は、
前記造形テーブルに前記粉体材料を排出する排出口と、
前記粉体材料供給装置が前記造形テーブルに粉体材料を供給する際の該粉体材料供給装置の移動方向において前記排出口よりも後ろ側に位置して、該排出口から前記造形テーブルに排出された粉体材料の層を、余剰な粉体材料を摺り切りながら予め定められた厚さに平坦化する平坦化部材と、
前記平坦化部材により擦り切られた余剰な粉体材料を吸引する吸引ノズルを有する吸引装置と、
を備えていることを特徴とする三次元造形装置の粉体材料供給装置。
【請求項２】
前記吸引装置は、前記吸引ノズルが、前記平坦化部材における前記排出口側に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の三次元造形装置の粉体材料供給装置。
【請求項３】
前記平坦化部材は、前記粉体材料の層における余剰な粉体材料を摺り切りながらその擦り切った余剰な粉体材料を上面側に堆積させる、前記排出口側の水平方向に延びる板状部材を備えていて、前記吸引装置の吸引ノズルは、該板状部材の上面側に堆積した余剰な粉体材料を吸引可能な位置に配設されている、請求項１又は請求項２に記載の三次元造形装置の粉体材料供給装置。
【請求項４】
前記吸引装置は、前記排出口から排出させた粉体材料の量と、前記粉体材料の層を形成するのに必要な粉体材料の量とに基づいて余剰な粉体材料に対する吸引力を調整する調整装置を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の三次元造形装置の粉体材料供給装置。
【請求項５】
前記粉体材料供給装置は、前記吸引装置が吸引した余剰な粉体材料を循環させて、前記排出口から再度排出可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元造形装置の粉体材料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形テーブル上に供給された層状の粉体材料に、該粉体材料を接合するバインダ液を吐出して形成した粉体材料の層を複数層積層することにより、造形対象となる三次元造形物を造形する三次元造形装置の、前記造形テーブルに粉体材料を層状に供給する粉体材料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、造形対象となる三次元の造形物を、水平な複数の断面により切断した断面形状を有する層を積層して造形する、いわゆるラピッドプロトタイピングと呼ばれる技術は広く知られている。
このラピッドプロトタイピングとしては、光硬化性樹脂にレーザを照射する光造形や、薄膜状のシートを接着して積層するシート積層造形、熱可塑性樹脂を押し出して積層する方式、粉体材料を赤外線レーザや電子線ビーム、サーマルヘッドなどにより焼結又は溶融する粉末焼結（溶融）造形、粉体材料をバインダ液で接合する粉体による造形等、種々の技術が存在する。
【０００３】
このうち、粉体による造形は、他の技術に比べて取り扱いが比較的容易であり、また比較的安価に三次元造形物を形成することができるという利点がある。
この粉体のよる造形としては、例えば特許文献１及び特許文献２に示すように、粉体材料を所定の層厚の層状として造形テーブルの上面に供給し、その層に対してインクジェットヘッド等によってバインダ液を吐出することにより三次元造形物の層の一部を形成し、その層を順次積層していくことにより三次元造形物を造形することが行われている。
【０００４】
このような粉体による造形を行う三次元造形装置においては、前記造形テーブルへの粉体材料の供給は粉体材料供給装置（いわゆるリコーター）によって行う一方、造形テーブル上に供給された粉体材料に対して、バインダ液の吐出する場合はバインダ液供給装置によって行うのが通常である。
このような構成の三次元造形装置によって三次元造形物の造形を行うに際しては、まず粉体材料供給装置を直線状に移動させて造形テーブル上に、所定の層厚の粉体材料の層を形成した後、前記バインダ液供給装置を移動させる。その後、バインダ液を造形テーブル上の粉体材料に向けて吐出させることにより、その層において三次元造形物に合わせた形状に粉体材料を結合、硬化させた、該三次元造形物の一部の層部分を含む粉体材料の層を形成する。
そして、前記三次元造形物の一部の層部分を含む粉体材料の層を一層形成した後、前記粉体材料供給装置を再度移動させて新たな粉体材料を、造形テーブル上、より具体的には直前に形成された粉体材料の層の上に供給して、所定の層厚に一様に拡げ、次の粉体材料の層の形成を開始する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２１８７１２号公報
【特許文献２】特表２００４−５０８９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前記粉体材料供給装置は、前記粉体材料を造形テーブルに向けて排出する排出口が、第１層形成時は造形テーブルとの間に、第２層以降の形成時は既にバインダ液が塗布されて塗布部分が硬化した、一段下層の既設の粉体材料の層の上面との間に、所定の大きさの間隙が形成される高さに位置している。これにより、前記排出口から造形テーブルに向けて排出された粉体材料が前記間隙に充填され、粉体材料の層を形成することができる。
一方で、この種の三次元造形装置においては、前記粉体材料供給装置により前記造形テーブルに供給された粉体材料の層を予め定めた層厚に調整すると共に、該粉体材料の層の上面側を平坦にする必要がある。このとき、例えば、前記粉体材料供給装置に取付けられた、水平方向に延びるブレード等の平坦化部材を用い、該粉体材料の移動と共に該平坦化部材を移動させることにより、粉体材料の層の上面側を削り取りながら平坦にならすことが一般に行われている。
【０００７】
例えば、前記粉体材料の層の層厚を０．３ｍｍとするためには、通常、第１層形成時においては前記造形テーブル上に、第２層以降の形成時は一段下層の既設の粉体材料の層の上面に、それぞれ０．３ｍｍ以上、例えば１〜２ｍｍ程度の粉体材料の層を一旦形成する必要がある。
その後、前記ブレード等でその一旦形成した粉体材料の層の上面側を、粉体材料の層の層厚が０．３ｍｍになるように削り取ると同時に平坦にならすことにより、所望の厚さの粉体材料の層が形成されることとなる。
【０００８】
このように、所望の層厚の粉体材料を形成するためには、その所望の厚さの数倍の厚さの粉体材料の層を一旦形成して、前記平坦化部材により余剰な粉体材料を除去する必要があるが、該平坦化部材は、前記粉体材料供給装置の移動と共に余剰な粉体材料を削り取る一方で、該粉体材料供給装置の移動中においては、その余剰な粉体材料を押しながら移動する。
即ち、前記粉体材料供給装置が前記造形テーブル上を１回移動する場合においては、前記平坦化部材は、該粉体材料供給装置における移動の始点から終点に至るまでの間、余剰な粉体材料を除去し且つ削り取った余剰な粉体材料を押しながら移動する。しかも、前記平坦化部材は、移動中は余剰な粉体材料を除去し続けるため、その余剰な粉体材料は該平坦化部材が移動するにつれて次第に増えていく。
【０００９】
このとき、前記平坦化部材が大量の余剰な粉体材料を押しながら移動するようになると、その平坦化部材に大きな負荷が作用して該平坦化部材、さらにはその平坦化部材が取付けられている前記粉体材料供給装置が振動し始める。そして、その振動が粉体材料の層にも伝達し広がることにより、その振動による力が該粉体材料の層全体に対して応力として作用することとなる。
この結果、前記応力の影響により、前記平坦化部材により平坦化中の粉体材料の層のみならず、粉体材料の層において平坦化が完了した領域についても層厚が変化し、粉体材料の層の上面に凹凸が形成される可能性がある。このような粉体材料の層の凹凸は、三次元造形装置によって造形される三次元造形物の形状が不良となる原因になるだけでなく、強度も著しく低下させるため、粉体材料の層は所定の層厚で平坦化することが肝要である。
【００１０】
ここで、前記応力は、前記余剰な粉体材料が多くなるほど増大する傾向にある。また、前記粉体材料供給装置の移動速度が高いと、平坦化部材によって余剰な粉体材料が早く除去されて大量の余剰な粉体材料が発生し、また前記粉体材料供給装置の高速移動に伴う振動も加わるため、前記応力は、前記粉体材料供給装置の移動速度が高いほど増大する傾向ある。
そのため、三次元造形物を高精度で造形し、且つ現時点では造形速度が遅いとされている三次元造形装置の造形速度を向上させるためには、前記応力の発生を抑えるために前記余剰な粉体材料の管理が非常に重要である。
【００１１】
このような問題に鑑み、本発明の技術的課題は、粉体材料の層の凹凸の発生を抑止して、精度の高い造形物を従来よりも高速で造形することができる三次元造形装置の粉体材料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するため、本発明の三次元造形装置の粉体材料供給装置は、層状に供給された粉体材料を、造形対象となる三次元造形物の形状に合わせて結合させる動作を繰り返し、その粉体材料の層を順次積層することにより前記三次元造形物を造形する三次元造形装置における、前記粉体材料の層を積層する造形テーブルに粉体材料を層状に供給する、一方向に移動自在に形成された粉体材料供給装置であって、前記粉体材料供給装置は、前記造形テーブルに前記粉体材料を排出する排出口と、前記粉体材料供給装置が前記造形テーブルに粉体材料を供給する際の該粉体材料供給装置の移動方向において前記排出口よりも後ろ側に位置して、該排出口から前記造形テーブルに排出された粉体材料の層を、余剰な粉体材料を摺り切りながら予め定められた厚さに平坦化する平坦化部材と、前記平坦化部材により擦り切られた余剰な粉体材料を吸引する吸引ノズルを有する吸引装置と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明においては、前記吸引装置は、前記吸引ノズルが、前記平坦化部材における前記排出口側に配設されているものとすることができる。
【００１４】
また、本発明においては、前記平坦化部材は、前記粉体材料の層における余剰な粉体材料を摺り切りながらその擦り切った余剰な粉体材料を上面側に堆積させる、前記排出口側の水平方向に延びる板状部材を備えていて、前記吸引装置の吸引ノズルは、該板状部材の上面側に堆積した余剰な粉体材料を吸引可能な位置に配設されているものとすることができる。
【００１５】
さらに、本発明においては、前記吸引装置は、前記排出口から排出させた粉体材料の量と、前記粉体材料の層を形成するのに必要な粉体材料の量とに基づいて余剰な粉体材料に対する吸引力を調整する調整装置を備えているものとすることができる。
【００１６】
また、本発明においては、前記粉体材料供給装置は、前記吸引装置が吸引した余剰な粉体材料を循環させて、前記排出口から再度排出可能であるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、平坦化部材により擦り切られた余剰な粉体材料を吸引する吸引ノズルを有する吸引装置を備えているため、前記平坦化部材に余剰な粉体材料が大量に溜まることがない。そのため、大量の余剰な粉体材料に起因する、平坦化部材や粉体材料供給装置の振動の発生を防止することができ、これにより、該粉体材料の層に凹凸が形成されることを抑止して、所定の層厚の粉体材料を安定的且つ確実に形成することができる。
また、前記吸引装置により平坦化部材が除去した余剰な粉体材料が大量に存在する状態が常時回避されるため、粉体材料供給装置を高速で移動させても、その高速移動が粉体材料の層に与える影響を最小限に抑えることができ、これにより、粉体材料の層を従来よりも高速で造形テーブル上、又は既設の粉体材料の上面に形成することができ、三次元造形物の造形の高速化を図ることができる。
この結果、粉体材料の層の凹凸の発生を抑止して、精度の高い造形物を従来よりも高速で造形することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明の粉体材料供給装置を用いた三次元造形装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は本発明の粉体材料供給装置の一実施の形態を模式的に示す要部拡大断面図であるある。ただし、移動部材、吸引装置の一部、循環機構については省略している。
【図３】図３は本発明の粉体材料供給装置における平坦化部材及び吸引ノズルを模式的に示す拡大図である。
【図４】図４は図２の粉体材料供給装置の全体の概要を示す図である。ただし、図中の矢印は粉体材料の移動する方向を示す。
【図５】図５は図２に示す粉体材料供給装置とは異なる実施の形態を模式的に示す要部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１〜図４は、本発明に係る三次元造形装置の粉体材料供給装置の一実施の形態を示すもので、図１はこの第１の実施の形態の粉体材料供給装置を用いた三次元造形装置の一例を示している。
この三次元造形装置１は、層状に供給された粉体材料２に、該粉体材料２を結合させるバインダ液を供給すると共に、該バインダ液が供給された部分の粉体材料２を結合させる動作を繰り返して、その粉体材料の層４を順次積層することにより三次元造形物を造形するものである。
具体的に、前記三次元造形装置１は、三次元造形物（以下、「造形物」という。）を形成する粉体材料２が層状に積層される単一の造形テーブル５と、該造形テーブル５の上面５ａに前記粉体材料の層４を形成する粉体材料供給装置７と、前記造形テーブル５の上面５ａに供給された粉体材料２に対して該粉体材料２を結合させる前記バインダ液を吐出するバインダ液供給装置８とをそれぞれ有している。
図１及び図２中の符号１６は、三次元造形装置１の筐体である。
【００２０】
なお、造形対象の造形物の一部の層部分が造形された前記粉体材料の層４の形成は、図示しない電子計算機に入力された造形対象となる造形物のデータ（例えば、ＳＴＬ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ  Ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイル形式のデータまたは、そのＳＴＬファイルに基いて作られたスライス（輪切り）データ））に基づいて制御され、造形物の形状に合わせて粉体材料２の造形テーブル５への供給及びバインダ液の吐出が行われる。
【００２１】
前記造形テーブル５は、平坦且つ水平な上面５ａを有していて、該上面５ａが前記粉体材料の層４の層厚に応じて、水平な状態を維持したまま鉛直方向に昇降自在となっている。
また、この造形テーブル５の上面５ａは、前記粉体材料供給装置７及びバインダ液供給装置８の後述する移動方向と直交する方向（この実施の形態の場合、三次元造形装置１の左右方向）に長い、平面視略矩形状に形成されている。
【００２２】
さらに、前記造形テーブル５は、該造形テーブル５の正面側（三次元造形装置１の前側）及び背面側（三次元造形装置１の後側）、左右両面側の四方を取り囲む平面視矩形枠状に形成された、鉛直方向に延びる筒状部材９内に収容されている。そして、前記造形テーブル５の上面５ａに前記粉体材料の層４が１層形成されて、その１層の粉体材料の層４に対するバインダ液の吐出が終了するたびに、該造形テーブル５がこの筒状部材９内を降下する構成となっている。
したがって、造形対象となる造形物は、最終的には、この筒状部材９内に、前記バインダ液によって結合されていない粉体材料２と共に収容された状態で造形が完了することとなる。
【００２３】
なお、前記造形テーブル５には、該造形テーブル５を鉛直方向に昇降させる図示しない造形テーブル用昇降装置が取付けられている。
この造形テーブル用昇降装置としては、安定的な昇降及び精密な位置制御を行うことができる構成であれば任意の構成を用いることができる。例えば、鉛直方向に延びるねじ軸と、該ねじ軸の回転によりそのねじ軸の外周面を軸線方向に移動するナットを有するボールねじを用いることができる。即ち、前記ねじ軸の上端部を前記造形テーブル５の下面に連結すると共に、前記ナットを位置不動の基台に固定し、電動モータ等で該ねじ軸を回転させることにより、そのねじ軸を昇降させて前記造形テーブル５を昇降させる構成とすることができる。
あるいは、鉛直方向にチェーンが移動するチェーンコンベアを設けて、該チェーンコンベアのチェーンの移動によって前記造形テーブル５を昇降させる構造であってもよい。
さらには、ピストンが鉛直方向に上下動する流体圧シリンダを用いて、該流体圧シリンダのピストンロッドの先端を造形テーブルの下面に連結し、前記ピストンを移動させることにより造形テーブル５を昇降させることができる。
また、前記造形テーブル５の昇降は、ガイドレールによって鉛直方向に案内させた状態で行わせることが好ましく、この場合においては、造形テーブル５を滑らかに昇降させるため、円柱状や球状の転動子を有するリニアガイドを用いることができる。
【００２４】
前記バインダ液供給装置８は、三次元造形装置１の前後方向（前記造形テーブル５の上面５ａの短手方向と略平行な方向）及び左右方向（前記造形テーブル５の上面５ａの長手方向と略平行な方向）に、それぞれ直線的に移動自在となっている。
具体的に、前記バインダ液供給装置８は、前記バインダ液を造形テーブル５の上面５ａに供給された粉体材料２に向けて吐出するインクジェットヘッドをそれぞれ備えていて、三次元造形装置１の左右方向に移動することにより、バインダ吐出用のノズルから、最大で前記造形テーブル５の長手方向の全長にわたってバインダ液を吐出することができる構成となっている。
【００２５】
なお、前記バインダ液供給装置８には、該バインダ液供給装置８を前記三次元造形装置１の前後方向及び左右方向に移動させるバインダ液供給装置用の移動装置１１が取付けられている。
前記移動装置１１は、前記造形テーブル５の長手方向の両端側において該造形テーブル５を挟むように設けられ、且つ前記三次元造形装置１の前後方向に水平かつ相互に平行に延びる左右一対のガイドレール１２,１２と、これらの一対のガイドレール１２,１２の間に架け渡され、且つこれらの一対のガイドレール１２,１２上を前記三次元造形装置１の前後方向移動に自在に設けられた、前後方向移動部材１４とを備えている。
さらに、この前後方向移動部材１４には、前記三次元造形装置１の左右方向に移動自在に取付けられた左右方向移動部材１５を備えていて、この左右方向移動部材１５に前記バインダ液供給装置８が取付けられている。
この実施の形態においては、前記バインダ液供給装置８は、前記造形テーブル５よりも、該造形テーブル５の短手方向の前記三次元造形装置１の後側（背面側）の位置を原点位置としている。したがって、前記バインダ液供給装置８は、前記粉体材料供給装置７が造形テーブル５に向けて粉体材料２を供給する際には、基本的に前記原点位置に待機し、粉体材料供給装置７による一層の粉体材料の層４の形成が終了した場合には、前記造形テーブル５の短手方向の前記三次元造形装置１の前側（正面側）及び左右方向に移動しながら前記バインダ液を該造形テーブル５上の粉体材料の層４に吐出、供給する。そして、前記バインダ液供給装置８は、その一層の粉体材料の層４に対するバインダ液の吐出が終了した場合には、前記原点位置に戻ることとなる。
【００２６】
さらに、前記バインダ液供給装置８におけるバインダ液の吐出量は、バインダ液の種類や、１回の吐出でどの程度の大きさの粉体材料２を固めるかによって異なるが、本発明においては、１ｐｌ〜２００ｐｌとすることができ、さらに好ましくは１０ｐｌ〜１５０ｐｌ、より好ましくは３０ｐｌ〜１００ｐｌである。
さらに、前記インジェットヘッドにおける吐出機構としては、ピエゾ型やサーマル型等の公知の機構を用いることができる。
【００２７】
また、本発明において使用される前記バインダ液は、粉体材料の種類に応じて自由に変えることが可能であるが、例えば粉体材料が石膏や澱粉の場合には水を主にした液体を用いることができ、また、通常のインクジェットプリンタで使われる種々のバインダ液を使うこともできる。この時、染料や顔料を使用してバインダを染色することもできる。
前記バインダ液として使用するものとしては、例えば、有機エステル、フルフリルアルコール、ポリイソシアネート、あるいはポリイソシアネートと３級アミン類とを混ぜたもの等が挙げられる。また、フルフリルアルコールとホルムアルデヒドとを混ぜたもの、場合によってはこれらのフルフリルアルコールとホルムアルデヒドとに尿素を混ぜたものを用いることができる。
【００２８】
一方、前記粉体材料供給装置７は、一方向（この実施の形態の場合は三次元造形装置１の前後方向（前記造形テーブル５の上面５ａの短手方向と略平行な方向））に直線的に前後進自在に形成されたものである。そして、移動しながら前記粉体材料２を所定の供給幅で前記造形テーブル５に向けて供給自在となっている。
この粉体材料供給装置７は、前記造形テーブル５の上面５ａの長手方向の長さとほぼ同じ幅で粉体材料２を供給することが可能となっていて、この粉体材料供給装置７が造形テーブル５の上面５ａの短手方向に直線的に１回移動することにより、該造形テーブル５の上面５ａのほぼ全面に粉体材料２を供給することが可能となっている。この実施の形態においては、前記粉体材料供給装置７が前進した場合（即ち、三次元造形装置１の後方向に移動した場合）に前記粉体材料２を前記造形テーブル５に向けて供給する構成となっている。
【００２９】
なお、本発明において、前記粉体材料供給装置により造形テーブルに供給する粉体材料としては、例えば有機樹脂、金属、セラミック、澱粉、ガラス粉末などが挙げられる。
具体的には、ポリスチレン樹脂、ナイロン（ポリアミド）樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル（ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル））樹脂、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ガラスフィラーの入った有機樹脂、カーボンファイバーの入った有機樹脂、微粒状ワックス、鋳物砂、珪酸アルミニウム、石膏、澱粉、石英、Ｔｉ6Ａｌ4Ｖ、ＡｌＳｉ12、ＡｌＳｉ10Ｍｇ、コバルトクロム合金、ニッケル合金、ステンレス合金、鉄、鋼等を用いることができる。
また、前記粉体材料の粒径は、形成される粉体材料の層の層厚より小さければ制限はないが、１μｍ〜３００μｍ程度とすることができ、さらに好ましくは１０μｍ〜２００μｍ、より好ましくは５０〜１５０μｍである。このとき、粉体材料については、複数の異なる粒径のものを用いることができ、それらの粒径が異なる粉体材料を混在させて使用してもよい。例えば、１５０〜３００μｍの粉体材料と、１０〜５０μｍの粉体材料とを混在させた状態で用いることができる。
さらに、本発明において、前記粉体材料供給装置が、前記造形テーブルの上面に供給する粉体材料の層厚については、造形対象となる造形物に応じて異なる。その造形物が鋳造や大型のケース備品のような非常に大きなものであればが、０．１５〜０．５ｍｍ程度とすることができ、さらに好ましくは０．２〜０．４ｍｍ、より好ましくは０．２５〜０．３５ｍｍである。前記造形物が一般的な工業製品であれば、０．０５〜０．２ｍｍ程度とすることができ、さらに好ましくは０．０７５〜０．１５ｍｍ程度とすることができる。小型の工業製品、例えばコネクタ等の小さなものであれば、０，０１〜０．１ｍｍ程度とすることができ、さらに好ましくは０．０２５〜０．０７５ｍｍ程度とすることができる。
【００３０】
具体的に、前記粉体材料供給装置７は、前記粉体材料２を貯蔵するタンク部２１と、該タンク部２１の下端側に設けられ、タンク部２１内の粉体材料２を前記造形テーブル５に向けて排出する排出口２２を備えた、前記タンク部２１から略鉛直下方向に延びる排出ノズル２３とを備えている。
さらに、前記粉体材料供給装置７は、前記排出ノズル２３の排出口２２から前記造形テーブル５に向けて排出された粉体材料２により形成された粉体材料の層４を、予め定めた層厚に調整し且つその粉体材料の層４の上面の平坦にする平坦化部材２４を有している。
【００３１】
なお、前記粉体材料供給装置７は、該粉体材料供給装置７を前記三次元造形装置１の前後方向に移動させる粉体材料供給装置用の移動装置２６が取付けられている。
前記移動装置２６は、左右一対のガイドレール２７，２７と、これらの一対のガイドレール２７,２７を前記三次元造形装置１の前後方向に移動自在の移動部材２８とを有していて、前記第１の粉体材料供給装置７は、その長手方向（Ｘ軸方向）の両端部がこの移動部材２８，２８に固定されている。
この実施の形態においては、前記粉体材料供給装置７は、前記造形テーブル５よりも、該造形テーブル５の短手方向の前記三次元造形装置１の前側（正面側）を原点位置としている。そして、前記粉体材料供給装置７は、前記原点位置から造形テーブル５の短手方向の前記三次元造形装置１の後側（背面側）に移動する際に一層分の粉体材料の供給を行って、供給が終了した時点で前記原点位置に即時に移動すると共に、前記バインダ液供給装置８によるバインダ液の吐出、供給が終了するまで該原点位置で待機するようになっている。
【００３２】
前記排出ノズル２３は、前記タンク部２１から略鉛直下方向に延びるもので、前記粉体材料２をほぼ鉛直に落下させることが可能となっている。
また、この排出ノズル２３は、その先端部（即ち下端部）２３ａが、前記テーブル５の上面５ａとの間に、形成すべき粉体材料の層４の層厚よりも十分に大きい距離が確保される位置まで延びている。例えば、層厚が０．３ｍｍの粉体材料の層４を形成する場合には、前記排出ノズル２３の先端部２３ａと前記テーブル５の上面５ａとの間の隙間は、少なくとも０．３ｍｍ以上、好ましくは１〜３ｍｍ程度の距離を確保することが好ましい。
また、前記排出ノズル２３は、前記タンク部２１からの粉体材料２の排出とその排出の停止を制御する制御手段を備えていることが好ましい。この制御手段としては、前記排出ノズル２３における粉体材料２の流路を開閉する開閉弁等の各種弁や、前記排出孔２２の孔径を粉体材料２の粒径とほぼ同径あるいはわずかに大径として、該排出ノズル２３に振動を加えた場合にのみ該粉体材料２がその排出ノズル２３から排出される構成とする等、任意の手段を用いることができる。なお、この制御手段については、前記排出ノズルの先端部や基端部に設けることができ、あるいは該排出ノズルの基端側における前記タンク部２１との間に設けてもよい。
【００３３】
さらに、前記平坦化部材２４は、前記排出ノズル２３の排出口からテーブル５に向けて排出された粉体材料２、より厳密には、第１層形成時は造形テーブル５の上面５ａ上に、第２層以降の形成時は既にバインダ液が吐出、供給が終了した、一段下層の既設の粉体材料の層４の上面に排出された粉体材料２からなる粉体材料の層４について、余剰な粉体材料３１を除去することにより、予め定められた層厚に調整し且つ上面を平坦にする平坦化を行うものである。
具体的に、前記平坦化部材２４は、前記粉体材料供給装置７が前記造形テーブル５に粉体材料２を供給する際の該粉体材料供給装置７の移動方向（即ち、前進する方向）において、前記排出口２２よりも後ろ側に位置している。そして、前記排出口２２から前記造形テーブル５に排出された粉体材料の層４について、余剰な粉体材料３１を摺り切りながら予め定められた厚さに平坦化することが可能となっている。
なお、この実施の形態においては、前記平坦化部材２４は、前記排出ノズル２３の排出口２２との間に一定の距離が形成された状態で離間された構成となっている。
【００３４】
また、この実施の形態においては、図２及び図３に示すように、前記平坦化部材２４は、先端部（最も排出口側に位置する部分）２４ａが、前記排出口２２側に行くにしたがって次第に先細りとなる、断面略三角形状に形成されていると共に、該先端部２４ａがこの平坦化部材２４において最も下方側に位置した状態に維持されている。そして、この先端部２４ａにおいて前記粉体材料の層４の余剰な粉体材料３１を摺り切ると共に、その余剰な粉体材料３１を上面側の傾斜面２４ｂに載せて堆積させることが可能となっている。
さらに、前記平坦化部材２４の先端部２４ａは、前記テーブル５の上面５ａとの間の隙間が前記粉体材料の層４を予め定められた層厚にするために必要な距離となるように、その鉛直方向の位置が設定されている。例えば、層厚が０．３ｍｍの粉体材料の層４を形成する場合には、粉体材料２の粒径にもよるが、前記平坦化部材２４の先端部２４ａと前記テーブル５の上面５ａとの間の隙間は０．３ｍｍ程度の距離とする必要がある。
なお、前記平坦化部材２４は、前記粉体材料供給装置７の長手方向の全長にわたって延びていて、図示しない取付部材により、該粉体材料供給装置７のタンク部２１を形成するケーシング７ａに位置不動に取付けられていて、この粉体材料供給装置７の移動に伴って移動するようになっている。
【００３５】
また、図３に示すように、前記平坦化部材２４の先端部２４ａには、前記排出口２２側の水平方向に延びる板状部材３５が突設されていて、粉体材料の層４における余剰な粉体材料３１をより効率的に摺り切り、また、より多くの量の余剰な粉体材料３１を堆積させることが可能となっている。
この板状部材３５は、前記粉体材料供給装置７の前進に伴う前記平坦化部材２４の先端部２４ａ方向への移動により、前記粉体材料の層４の上部に存在する、該粉体材料の層４における余剰な粉体材料３１を摺り切りながら、その擦り切った余剰な粉体材料３１を上面側に堆積させるものである。
前記板状部材３５は、金属や硬質の樹脂等の剛性の高い素材により形成された、平坦な板面を有する板体状のもので、前記平坦化部材２４の長手方向とほぼ同じ長手方向長さを有している。そして、この板状部材３５は、板面が鉛直方向を向いた状態、即ち、板面が水平方向に延びた状態で前記平坦化部材２４の先端部２４ａに固定されている。
【００３６】
ところで、図２及び図４に示すように、前記粉体材料供給装置７は、前記平坦化部材２４により擦り切られた余剰な粉体材料３１を吸引する吸引ノズル４１を有する、吸引装置４０を備えている。
この吸引装置４０は、前記平坦化部材２４及び該平坦化部材２４の先端部２４ａに取付けられた板状部材３５の上面に堆積している余剰な粉体材料３１を前記吸引ノズル４１から吸引し、その余剰な粉体材料３１を前記平坦化部材２４や板状部材３５から除去するものある。
具体的に、前記吸引装置４０は、余剰な粉体材料３１を吸引する吸引ノズル４１と、吸引力を発生させるコンプレッサー等の圧縮機や真空ポンプ等の吸引手段４２と、前記吸引ノズル４１と該吸引手段４２との間を連通させて、吸引手段４２が発生させた吸引力により前記吸引ノズル４１が吸引した余剰な粉体材料３１を搬送する配管４３とを備えている。
【００３７】
この実施の形態においては、前記吸引装置４０は、前記吸引ノズル４１が、前記平坦化部材２４における前記排出口２２側、さらに具体的には、前記平坦化部材２４の上面側の傾斜面２４ｂに沿うように設置されている。また、前記吸引ノズル４１は、該吸引ノズル４１の先端部に形成されている吸引口４１ａが、前記平坦化部材２４の先端部２４ａの近傍であって、前記板状部材３５の上面側に堆積した余剰な粉体材料３１を吸引自在である位置に臨むように前記平坦化部材２４に設置されている。
【００３８】
また、前記吸引装置４０は、前記排出口２２から排出させた粉体材料２の量と、前記粉体材料の層４を形成するのに必要な粉体材料２の量とに基づいて余剰な粉体材料３１の吸引力を調整する調整装置４５を備えている。
前記調整装置４５を設けたのは、粉体材料供給装置７が造形テーブル５に向けて供給した粉体材料の層４を、予め定めた層厚に安定的に形成することができるようにするためである。
即ち、造形テーブル５に供給した粉体材料２により形成した粉体材料の層４を、予め定めた層厚に確実に調整するための要件の一つとしては、前記排出ノズル２３の排出口２２から排出される粉体材料２の量Ａと、あらかじめ定めた層厚の前記粉体材料の層４を形成するのに必要な粉体材料２の量Ｂと、前記吸引装置４０の吸引ノズル４１から吸引される余剰な粉体材料３１との量Ｃとについて、Ａ−Ｂ＝Ｃの関係が常時満たされることが必要である。
そのため、この実施の形態においては、そこで、前記Ａ−Ｂ＝Ｃの関係を常に維持することができるように、前記吸引装置４０に余剰な粉体材料３１の吸引力を調整する調整装置４５を設けて、余剰な粉体材料３１を適正な量だけ吸引して、予め定めた層厚の前記粉体材料の層４が安定的に形成することができるようにしている。また、このようにすることにより、造形対象の造形物の造形に際して、粉体材料２の使用量の適切な管理を行うことができ、粉体材料の無駄を抑えることも可能である。
前記調整装置としては、例えば流量調整弁や圧力調整弁等を用いることができる。あるいは、前記吸引手段４２の出力（吸引力）を調整する機能を前記調整装置としてもよい。
【００３９】
なお、前記粉体材料供給装置７においては、前記Ａ−Ｂ＝Ｃの関係を満たす状態をより安定的に維持することができるようにするため、前記排出ノズル２３の位置（高さ）調整手段や、前記排出口２２から排出される粉体材料２の量を調整する排出量調整手段、前記吸引ノズル４１の位置調整手段を設けてもよく、これらの調整手段により、粉体材料の粒径や特性、造形対象の造形物の種類や用途、造形の精度や、粉体材料供給装置７の移動速度等の条件に応じた、調整を行うことができるようにすることが好ましい。
【００４０】
さらに、図４に示すように、前記粉体材料供給装置７は、前記吸引装置４０が吸引した余剰な粉体材料を循環させて、前記排出口から再度排出可能な循環機構５０を備えている。
この循環機構５０は、上流側が前記吸引装置４０が吸引した余剰な粉体材料３１を一時貯蔵して前記タンク部２１に供給するホッパー５２と、これらの該ホッパー５２とタンク部２１との間を連通させる供給管５３を備えている。
この実施の形態においては、前記循環機構５０は、前記ホッパー５２が、前記吸引装置４０の前記吸引手段４２と前記調整装置４５とを連通させる配管４３中に配設された構成となっていて、前記吸引手段４２の吸引力により吸引された余剰な粉体材料３１と、該余剰な粉体材料３１と共に吸引された空気とが、前記ホッパー５２に一旦収容される構成となっている。そして、これらの余剰な粉体材料３１と共に吸引された空気とが、それらの密度の差異により分離されて、余剰な粉体材料については該ホッパー５２内に収容される一方、空気については前記吸引手段４２によりそのまま吸引されて外気に放出されるようになっている。これにより、吸引装置４０が吸引した余剰な粉体材料３１を再利用することができるため、新たな粉体材料を前記タンク部に補給する必要が少なくなり、環境にやさしく、また造形物の造形コストも抑えることができる。
【００４１】
前記構成を有する粉体材料供給装置７は、前記平坦化部材２４により擦り切られた余剰な粉体材料３１を吸引する吸引ノズル４１を有する吸引装置４０を備えているため、前記平坦化部材に余剰な粉体材料３１が大量に溜まることがない。
そのため、従来発生していた、大量の余剰な粉体材料３１に起因する、平坦化部材２４や粉体材料供給装置７自体の振動の発生を防止することができ、これにより、該粉体材料の層４に凹凸が形成されることを抑止して、所定の層厚の粉体材料の層４を安定的且つ確実に形成することが可能となる。
【００４２】
また、前記吸引装置４０により、前記平坦化部材２４の前進方向側に、該平坦化部材２４が除去した余剰な粉体材料３１が大量に存在する状態が常時回避されるため、粉体材料供給装置７を高速で移動させても、その高速移動が粉体材料の層４に与える影響、即ち高速移動に伴う振動が、前記余剰な粉体材料３１を通じて該粉体材料の層４に伝わることが防止されるため、粉体材料供給装置７を高速移動の影響を最小限に抑えることができる。
これにより、粉体材料の層４を従来よりも高速で造形テーブル上、又は既設の粉体材料の層の上面に形成することができ、造形物の造形の高速化を図ることができる。
【００４３】
したがって、前記構成を有する粉体材料供給装置７によれば、粉体材料の層４の凹凸の発生を抑止して、精度の高い造形物を従来よりも高速で造形することが可能となる。
【００４４】
実施の形態においては、前記排出ノズル２３と吸引装置４０の吸引ノズル４１とは、相互に分離した別体に形成された構成となっているが、例えば図５に示すように、平坦化部材２４を排出ノズル２３にできるだけ近接させた上で、該排出ノズル２３と吸引ノズル４１とが連結された構成とすることができる。これにより、前記排出ノズル２３の排出口２２と前記平坦化部材２４との間の距離が小さくなり、且つ該平坦化部材２４が擦り切った余剰な粉体材料３１が吸引ノズル４１から即時に吸引されるため、吸引装置４０の吸引力が大きくなくても余剰な粉体材料３１が大量に溜まる状態を安定的に抑えることができる。
なお、図５中の粉体材料供給装置の構成については、前記実施の形態と同様の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４５】
また、前記実施の形態においては、前記平坦化部材２４は、前記粉体材料の層４上における余剰な粉体材料３１を摺り切りながら、その擦り切った余剰な粉体材料３１を上面側に堆積させる、前記排出口側の水平方向に延びる板状部材３５を備えているが、この板状部材は必ずしも設ける必要はなく、省略してもよい。
【００４６】
さらに、前記実施の形態においては、前記吸引装置４０は、前記排出口２２から排出させた粉体材料２の量と、前記粉体材料の層４を形成するのに必要な粉体材料２の量とに基づいて余剰な粉体材料３１に対する吸引力を調整する調整装置４５を備えているが、余剰な粉体材料のみを安定的に吸引でき且つ粉体材料の層を所定の層厚に形成することができれば、この調整装置は必ずしも設ける必要はない。
【００４７】
また、前記実施の形態においては、前記粉体材料供給装置７は、前記循環機構５０によって、前記吸引装置４０の吸引ノズル４１が吸引した余剰な粉体材料３１を循環させて、前記排出口２２から再度排出可能な構成となっているが、前記粉体材料供給装置は、必ずしもこのような構成とする必要はなく、吸引装置が吸引した余剰な粉体材料については循環させなくてもよい。
また、前記実施の形態では、前記循環機構５０は、前記ホッパー５２が、前記吸引装置４０の前記吸引手段４２と前記調整装置４５とを連通させる配管４３中に配設されていて、この前記ホッパー５２内に、前記吸引手段４２の吸引力により吸引された余剰な粉体材料３１を収容させる構成となっていた。しかしながら、前記循環機構については、吸引装置により吸引した余剰な粉体材料を循環させて排出口から再度排出することができれば、必ずしもこのような構成である必要はなく、配管中にポンプ等の吸引手段を設けて、該吸引手段の背圧を利用して余剰の粉体材料をホッパーに圧送する構成等、任意の構成とすることができる。
【００４８】
前記実施の形態においては、前記粉体材料供給装置７と前記バインダ液供給装置８とが別体となっているが、これらの粉体材料供給装置と前記バインダ液供給装置とは一体でああってもよい。
また、前記バインダ液供給装置８は、前記三次元造形装置１の前後方向及び左右方向に移動する構成となっていたが、このバインダ液供給装置は、前記造形テーブルの長手方向（三次元造形装置の左右方向）に延びて、造形テーブルの長手方向の全長にわたってバインダ液を一度に吐出することが可能なラインヘッド型のものを用いて、三次元造形装置の前後方向にのみ移動する構成としてもよい。
さらに、前記粉体材料供給装置は、三次元方向の前後方向に移動する際、即ち前進及び後進の両方において粉体材料を前記造形テーブルに排出する構成であってもよく、この場合には、前記平坦化部材及び吸引装置の吸引ノズルを、前進及び後進の両方において、粉体材料の層における余剰な粉体材料を摺り切り且つ吸引することができる位置に、それぞれ設ける必要がある。
【００４９】
前記実施の形態では、前記粉体材料２を造形テーブル５に向けて排出する排出口２２は、前記排出ノズル２３に設けられているが、粉体材料を確実に造形テーブルに向けて排出することができれば、このような排出ノズルを設けることなく、例えば粉体材料供給装置のタンク部の底部等に排出口を直接設けるようにしてもよい。
【００５０】
前記実施の形態においては、前記平坦化部材２４は、断面略三角形状に形成された構成のものを用いているが、この平坦化部材は、排出口から造形テーブルに排出された粉体材料の層を、余剰な粉体材料を摺り切りながら予め定められた厚さに平坦化することができれば、例えば板体状等の任意の構成のものを用いることができる。
【００５１】
なお、前記実施の形態においては、粉体材料供給装置７から造形テーブル５上に供給した粉体材料の層４に対して、バインダ液供給装置８から吐出したバインダ液によって粉体材料を結合して造形物を形成する、いわゆるインクジェット式の三次元造形装置に係るものであった。
しかしながら、三次元造形装置としては、粉体材料を任意の手段で結合して造形を行うものであれば、例えば粉体材料を赤外線レーザや電子線ビーム、サーマルヘッドなどにより焼結又は溶融する粉末焼結（溶融）造形に係るものであってもよい。
あるいは、粉体材料供給装置によって造形テーブル上に粉体材料を供給して、その粉体材料に対して、インクジェットヘッド等によって造形物の形状に合わせて硬化阻害剤を吐出した後、硬化剤や該硬化剤と共に用いる添加剤を粉体材料に供給することにより、造形物の層を形成する手段を実施するための三次元造形装置であってもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１    三次元造形装置
２    粉体材料
４    粉体材料の層
５    造形テーブル
７    粉体材料供給装置
２２    排出口
２４    平坦化部材
３１    余剰な粉体材料
３５    板状部材
４０    吸引装置
４１    吸引ノズル
４５    調整装置
５０    循環機構
【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５】
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