(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形テーブルと、前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニットと、前記コーティングされた粉末層に対して造形処理を行う造形処理ユニットと、を有する三次元積層造形装置であって、
前記造形処理ユニットは、前記コーティングされた粉末層に対して結合剤を塗布して鋳型である前記造形物を形成するプリントヘッドユニットを含み、
前記リコーターユニットは、
第１粉末と、前記第１粉末とは異なる第２粉末をコーティングし、前記プリントヘッドユニットにより前記コーティングされた粉末層に対して結合剤を塗布して鋳型である造形物を形成し、
前記第１粉末および前記第２粉末の混合比を制御してコーティングを行い、
前記造形物が形成されたとき、前記第１粉末のみの領域は、前記第２粉末のみの領域とは異なる熱伝導率を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形装置。
【請求項２】
造形テーブルと、前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニットと、前記コーティングされた粉末層に対して造形処理を行う造形処理ユニットと、を有する三次元積層造形装置であって、
前記造形処理ユニットは、前記コーティングされた粉末層に対して結合剤を塗布して鋳型である前記造形物を形成するプリントヘッドユニットを含み、
前記リコーターユニットは、
第１粉末と、前記第１粉末とは異なる第２粉末をコーティングし、前記プリントヘッドユニットにより前記コーティングされた粉末層に対して結合剤を塗布して鋳型である造形物を形成し、
前記第１粉末および前記第２粉末の混合比を制御してコーティングを行い、
前記造形物が形成されたとき、前記第１粉末のみの領域は、前記第２粉末のみの領域とは異なる強度を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形装置。
【請求項３】
前記第１粉末および前記第２粉末の量を制御して供給するリコーター内ホッパーを有する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元積層造形装置。
【請求項４】
前記リコーター内ホッパーは、前記第１粉末および前記第２粉末を混ぜ合わせる混合機能を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の三次元積層造形装置。
【請求項５】
前記第１粉末をコーティングする第１リコーター内ホッパーと、
前記第２粉末をコーティングする第２リコーター内ホッパーと、を有し、
前記第１リコーター内ホッパーから吐出する前記第１粉末の量と、前記第２リコーター内ホッパーから吐出する前記第２粉末の量を制御する、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元積層造形装置。
【請求項６】
前記第１リコーター内ホッパーおよび前記第２リコーター内ホッパーは、一層分の粉末をライン全体で同時にコーティングするようになっている、
ことを特徴とする請求項５に記載の三次元積層造形装置。
【請求項７】
前記第１リコーター内ホッパーによりコーティングされる前記第１粉末の量と、前記第２リコーター内ホッパーによりコーティングされる前記第２粉末の量の合計は、ほぼ一定に制御される、
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の三次元積層造形装置。
【請求項８】
前記第１リコーター内ホッパーおよび前記第２リコーター内ホッパーは、それぞれの内部空間に、前記第１リコーター内ホッパーおよび前記第２リコーター内ホッパーに供給された前記第１粉末および前記第２粉末を収容して外部に吐出する、鉛直方向に延びる筒状に形成された複数の粉末吐出部をそれぞれ有している、
ことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の三次元積層造形装置。
【請求項９】
前記粉末吐出部は、前記第１リコーター内ホッパーおよび前記第２リコーター内ホッパーのそれぞれに、前記リコーターの進行方向と直交する水平方向にわたって一列に並んだ状態で配設されている、
ことを特徴とする請求項８に記載の三次元積層造形装置。
【請求項１０】
前記粉末吐出部は、下端側に、該粉末吐出部の下方側の開口を開閉して収容されている前記第１粉末または前記第２粉末を外部に吐出させる開閉部材が設けられている、
ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の三次元積層造形装置。
【請求項１１】
前記第１粉末は、前記第２粉末とは異なる種類、前記第２粉末とは異なる粒径、或いは、前記第２粉末とは異なる性質を有する粉末とされている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の三次元積層造形装置。
【請求項１２】
造形テーブル上に粉末をコーティングする粉末コーティング工程と、
前記コーティングされた粉末層に対して造形処理を行う造形処理工程と、を有し、
前記粉末コーティング工程および前記造形処理工程を交互に繰り返して鋳型である造形物を形成する三次元積層造形方法であって、
前記粉末コーティング工程は、
第１粉末と、前記第１粉末とは異なる第２粉末を、前記第１粉末および前記第２粉末の混合比を制御してコーティングを行い、
前記造形物が形成されたとき、前記第１粉末のみの領域は、前記第２粉末のみの領域とは異なる熱伝導率を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形方法。
【請求項１３】
造形テーブル上に粉末をコーティングする粉末コーティング工程と、
前記コーティングされた粉末層に対して造形処理を行う造形処理工程と、を有し、
前記粉末コーティング工程および前記造形処理工程を交互に繰り返して鋳型である造形物を形成する三次元積層造形方法であって、
前記粉末コーティング工程は、
第１粉末と、前記第１粉末とは異なる第２粉末を、前記第１粉末および前記第２粉末の混合比を制御してコーティングを行い、
前記造形物が形成されたとき、前記第１粉末のみの領域は、前記第２粉末のみの領域とは異なる強度を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形方法。
【請求項１４】
前記造形処理工程は、
前記コーティングされた粉末層に対して結合剤を塗布する結合剤塗布工程を含む、
ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１５】
前記粉末コーティング工程は、
リコーター内ホッパーに供給する前記第１粉末および前記第２粉末の量を制御してコーティングを行う、
ことを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれか１項に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１６】
前記粉末コーティング工程は、
前記第１粉末および前記第２粉末を混ぜ合わせてからコーティングを行う、
ことを特徴とする請求項１５に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１７】
前記粉末コーティング工程は、
第１リコーター内ホッパーから吐出する前記第１粉末の量と、第２リコーター内ホッパーから吐出する前記第２粉末の量を制御してコーティングを行う、
ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１８】
前記第１リコーター内ホッパーおよび前記第２リコーター内ホッパーは、一層分の粉末をライン全体で同時にコーティングするようになっている、
ことを特徴とする請求項１７に記載の三次元積層造形方法。
【請求項１９】
前記第１リコーター内ホッパーによりコーティングされる前記第１粉末の量と、前記第２リコーター内ホッパーによりコーティングされる前記第２粉末の量の合計は、ほぼ一定に制御される、
ことを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の三次元積層造形方法。
【請求項２０】
前記第１粉末は、前記第２粉末とは異なる種類、前記第２粉末とは異なる粒径、或いは、前記第２粉末とは異なる性質を有する粉末とされている、
ことを特徴とする請求項１２乃至請求項１９のいずれか１項に記載の三次元積層造形方法。
【請求項２１】
造形テーブル上に粉末をコーティングして粉末層を順次形成し、造形データに基づいてそれぞれの前記粉末層に対して造形処理を行って、鋳型である造形物を形成する三次元積層造形方法であって、
前記粉末層を順次形成する工程は、
第１粉末および第２粉末を準備する準備ステップと、
前記第１粉末および前記第２粉末を第１混合比として前記造形テーブル上にコーティングする第１コーティングステップと、
前記第１粉末および前記第２粉末を、前記第１混合比とは異なる第２混合比として前記造形テーブル上にコーティングする第２コーティングステップと、を有し、
前記造形物が形成されたとき、前記第１コーティングステップによる前記第１粉末および前記第２粉末が前記第１混合比とされた領域は、前記第２コーティングステップによる前記第１粉末および前記第２粉末が前記第２混合比とされた領域とは異なる熱伝導率を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形方法。
【請求項２２】
造形テーブル上に粉末をコーティングして粉末層を順次形成し、造形データに基づいてそれぞれの前記粉末層に対して造形処理を行って、鋳型である造形物を形成する三次元積層造形方法であって、
前記粉末層を順次形成する工程は、
第１粉末および第２粉末を準備する準備ステップと、
前記第１粉末および前記第２粉末を第１混合比として前記造形テーブル上にコーティングする第１コーティングステップと、
前記第１粉末および前記第２粉末を、前記第１混合比とは異なる第２混合比として前記造形テーブル上にコーティングする第２コーティングステップと、を有し、
前記造形物が形成されたとき、前記第１コーティングステップによる前記第１粉末および前記第２粉末が前記第１混合比とされた領域は、前記第２コーティングステップによる前記第１粉末および前記第２粉末が前記第２混合比とされた領域とは異なる強度を有する、
ことを特徴とする三次元積層造形方法。
【請求項２３】
前記第１コーティングステップおよび前記第２コーティングステップは、異なる粉末層の形成において行われる、
ことを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の三次元積層造形方法。
【請求項２４】
前記第１コーティングステップおよび前記第２コーティングステップは、同一の粉末層の形成において行われる、
ことを特徴とする請求項２１または請求項２２に記載の三次元積層造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で言及する実施例は、リコーターユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光造形法や粉末造形法、或いは、ＦＤＭ法(Fused Deposition Modeling：熱溶解積層法)などを適用した三次元積層造形装置(いわゆる、３Ｄプリンタ)が注目されている。【０００３】
具体的に、光造形法を適用した三次元積層造形装置は、例えば、造形浴に入れた液状の光硬化性樹脂の液面に所望のパターンが得られるようにコンピュータ制御された光(例えば、紫外線レーザー)を選択的に照射して、光硬化性樹脂を硬化させる。さらに、その光硬化した層の上に一層分の光硬化性樹脂を供給して、再び光を照射して光硬化性樹脂を硬化させ、同様の処理を繰り返して目的とする造形物(モデル)を形成する。【０００４】
また、ＦＤＭ法を適用した三次元積層造形装置は、例えば、糸状の熱可塑性樹脂を造形ヘッド内のヒータで溶融し、その溶融された熱可塑性樹脂を射出制御すると共に、造形テーブルの昇降により積層造形するものである。【０００５】
さらに、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置、例えば、粉末焼結や粉末溶融、或いは、粉末インクジェット(Powder Bed and Inkjet Head 3D Printing)による三次元積層造形装置は、例えば、リコーターユニットにより造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングし、その後、プリントヘッドユニット(インクジェットヘッドユニット)によりコーティングされた粉末面に対するバインダー(結合剤)の塗布を行い、造形物の一層分を形成する。【０００６】
そして、造形テーブルを粉末の一層分だけ降下させ、再び、リコーターユニットによる粉末のコーティングを行った後、プリントヘッドユニットによる結合剤の塗布を行って造形物の次の一層分を形成する。そして、同様の処理を繰り返すことにより所望とする造形物を形成する。【０００７】
なお、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置において、使用する粉末としては、例えば、砂，金属粉末，石膏，澱粉，人工骨，プラスチック粉末など様々なものが含まれる。また、造形物としても様々なものがあり得るが、例えば、粉末として砂を使用し、造形物として鋳型を造型することもできる。さらに、粉末として、熱可塑性樹脂(プラスチック粉末)を適用してもよく、或いは、砂の粒子に熱可塑性樹脂をコーティングしたものを適用してもよい。【０００８】
また、粉末として金属粉末を使用し、例えば、金属粉末層に対してレーザーを照射して焼結して金属よりなる造形物を形成することもできる。さらに、粉末として金属粉末を使用し、結合剤を塗布して造形物を形成した後、その造形物を焼結して金属造形物を得るようにすることも可能である。【０００９】
ところで、従来、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置のリコーターユニットとしては様々なものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２７２５１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置のリコーターユニットとしては様々なものが提案されているが、通常、リコーターユニットによりコーティングされる粉末は同一種類のものであり、また、プリントヘッドユニットにより塗布される結合剤も１種類のみである。【００１２】
そのため、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置により形成された造形物は、全て均一な材質(粉末)で同じ特性を有することになる。しかしながら、三次元積層造形装置により形成される造形物として、部分的に異なる特性を持たせた方が好ましいものがある。【００１３】
本実施形態は、造形物の特性を部分的に変化させることのできるリコーターユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
また、本発明に係る第１実施形態によれば、造形テーブルと、前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニットと、前記コーティングされた粉末層に対して造形処理を行う造形処理ユニットと、を有する三次元積層造形装置であって、前記造形処理ユニットは、前記コーティングされた粉末層に対して結合剤を塗布して鋳型である前記造形物を形成するプリントヘッドユニットを含み、前記リコーターユニットは、第１粉末と、前記第１粉末とは異なる第２粉末をコーティングし、前記プリントヘッドユニットにより前記コーティングされた粉末層に対して結合剤を塗布して鋳型である造形物を形成し、前記第１粉末および前記第２粉末の混合比を制御してコーティングを行い、前記造形物が形成されたとき、前記第１粉末のみの領域は、前記第２粉末のみの領域とは異なる熱伝導率を有する、三次元積層造形装置が提供される。さらに、本発明に係る第１実施形態によれば、造形テーブルと、前記造形テーブル上に一層分の粉末をコーティングして粉末層を形成するリコーターユニットと、前記コーティングされた粉末層に対して造形処理を行う造形処理ユニットと、を有する三次元積層造形装置であって、前記造形処理ユニットは、前記コーティングされた粉末層に対して結合剤を塗布して鋳型である前記造形物を形成するプリントヘッドユニットを含み、前記リコーターユニットは、第１粉末と、前記第１粉末とは異なる第２粉末をコーティングし、前記プリントヘッドユニットにより前記コーティングされた粉末層に対して結合剤を塗布して鋳型である造形物を形成し、前記第１粉末および前記第２粉末の混合比を制御してコーティングを行い、前記造形物が形成されたとき、前記第１粉末のみの領域は、前記第２粉末のみの領域とは異なる強度を有する、三次元積層造形装置も提供される。
【００１６】
さらに、本発明に係る第２実施形態によれば、造形テーブル上に粉末をコーティングする粉末コーティング工程と、前記コーティングされた粉末層に対して造形処理を行う造形処理工程と、を有し、前記粉末コーティング工程および前記造形処理工程を交互に繰り返して造形物を形成する三次元積層造形方法であって、前記粉末コーティング工程は、第１粉末と、前記第１粉末とは異なる第２粉末を、前記第１粉末および前記第２粉末の混合比を制御してコーティングを行い、前記造形物が形成されたとき、前記第１粉末のみの領域は、前記第２粉末のみの領域とは異なる熱伝導率を有する、三次元積層造形方法が提供される。また、本発明に係る第２実施形態によれば、造形テーブル上に粉末をコーティングする粉末コーティング工程と、前記コーティングされた粉末層に対して造形処理を行う造形処理工程と、を有し、前記粉末コーティング工程および前記造形処理工程を交互に繰り返して鋳型である造形物を形成する三次元積層造形方法であって、前記粉末コーティング工程は、第１粉末と、前記第１粉末とは異なる第２粉末を、前記第１粉末および前記第２粉末の混合比を制御してコーティングを行い、前記造形物が形成されたとき、前記第１粉末のみの領域は、前記第２粉末のみの領域とは異なる強度を有する、三次元積層造形方法も提供される。
【００１７】
また、本発明に係る第２実施形態によれば、造形テーブル上に粉末をコーティングして粉末層を順次形成し、造形データに基づいてそれぞれの前記粉末層に対して造形処理を行って、鋳型である造形物を形成する三次元積層造形方法であって、前記粉末層を順次形成する工程は、第１粉末および第２粉末を準備する準備ステップと、前記第１粉末および前記第２粉末を第１混合比として前記造形テーブル上にコーティングする第１コーティングステップと、前記第１粉末および前記第２粉末を、前記第１混合比とは異なる第２混合比として前記造形テーブル上にコーティングする第２コーティングステップと、を有し、前記造形物が形成されたとき、前記第１コーティングステップによる前記第１粉末および前記第２粉末が前記第１混合比とされた領域は、前記第２コーティングステップによる前記第１粉末および前記第２粉末が前記第２混合比とされた領域とは異なる熱伝導率を有する、三次元積層造形方法も提供される。さらに、本発明に係る第２実施形態によれば、造形テーブル上に粉末をコーティングして粉末層を順次形成し、造形データに基づいてそれぞれの前記粉末層に対して造形処理を行って、鋳型である造形物を形成する三次元積層造形方法であって、前記粉末層を順次形成する工程は、第１粉末および第２粉末を準備する準備ステップと、前記第１粉末および前記第２粉末を第１混合比として前記造形テーブル上にコーティングする第１コーティングステップと、前記第１粉末および前記第２粉末を、前記第１混合比とは異なる第２混合比として前記造形テーブル上にコーティングする第２コーティングステップと、を有し、前記造形物が形成されたとき、前記第１コーティングステップによる前記第１粉末および前記第２粉末が前記第１混合比とされた領域は、前記第２コーティングステップによる前記第１粉末および前記第２粉末が前記第２混合比とされた領域とは異なる強度を有する、三次元積層造形方法も提供される。
【発明の効果】
【００２０】
開示のリコーターユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物は、造形物の特性を部分的に変化させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、三次元積層造形装置の一例を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、リコーターユニットの例を説明するための図である。
【図３】図３は、本発明に係るリコーターユニットの第１実施例を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明に係るリコーターユニットの第２実施例を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明に係るリコーターユニットの第３実施例を説明するための図である。
【図６】図６は、図５に示すリコーターユニットを適用して得られる粉末層を説明するための図である。
【図７】図７は、図６(b)に示す粉末層により形成された造形物の一例を示す図である。
【図８】図８は、図６(a)に示す粉末層により形成された造形物の一例、並びに、その造形物を使用して製作された製品を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明に係るリコーターユニットの第４実施例を説明するための図(その１)である。
【図１０】図１０は、本発明に係るリコーターユニットの第４実施例を説明するための図(その２)である。
【図１１】図１１は、本発明に係るリコーターユニットの第４実施例を説明するための図(その３)である。
【図１２】図１２は、本発明に係るリコーターユニットの第４実施例を説明するための図(その４)である。
【図１３】図１３は、図９および図１０に示すリコーターユニットの動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず、本発明に係るリコーターユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物の実施例を詳述する前に、図１および図２を参照して、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置の一例、および、リコーターユニットの例、並びに、その問題点を説明する。
【００２３】
図１は、三次元積層造形装置の一例を概略的に示す斜視図であり、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置１００の一例を示すものである。
【００２４】
図１に示されるように、三次元積層造形装置１００は、制御用コンピュータ１０１、プリントヘッドユニット１０２、リコーターユニット１０３、造形タンク１０４、昇降装置１０５、粉末供給ホッパーユニット１０６、クリーニングユニット１０７、および、薬品ユニット１０８を含む。ここで、造形タンク１０４には、昇降装置１０５によりＺ軸方向(高さ方向)の制御が行われる造形テーブル１４１が設けられている。
【００２５】
制御用コンピュータ１０１は、三次元データ(造形データ：例えば、ＳＴＬデータ：Standard Triangulated Language Data)を入力とし、スライス処理やオフセット処理、および、ビットマップ変換処理などを行って、三次元積層造形装置１００の制御を行う。
【００２６】
プリントヘッドユニット１０２は、例えば、ビットマップ化された造形データに基づいて結合剤(バインダー)を造形テーブル１４１上の粉末面に塗布(吐出)して一層分の造形を行う造形処理ユニットとして機能する。なお、プリントヘッドユニット１０２には、例えば、複数の吐出ノズルが設けられた複数のインクジェットヘッドが搭載されている。
【００２７】
ここで、プリントヘッドユニット１０２は、例えば、造形テーブル１４１上の粉末面に対して、インクジェットヘッド１２１をＸ軸方向(装置正面から見て左右方向)に移動させながら結合剤の塗布を行う。
【００２８】
さらに、１行のＸ軸の塗布作業が終わったら、インクジェットヘッド１２１をＹ軸方向(装置正面から見て前後方向)に移動させ、再びインクジェットヘッド１２１をＸ軸方向に移動させて結合剤の塗布を行う。このような処理を繰り返すことで、一層分の造形処理を行う。
【００２９】
なお、インクジェットヘッド１２１は、例えば、造形テーブル１４１のＸ軸方向全体の長さを有するラインヘッドとして構成してもよい。この場合、インクジェットヘッド１２１をＹ軸方向に移動させるだけで、造形テーブル１４１上の粉末全面に対する結合剤の塗布、すなわち、一層分の造形処理を行うことが可能になる。
【００３０】
そして、造形テーブル１４１上の粉末全面に対する一層分の造形処理が終了したら、例えば、昇降装置１０５により造形テーブル１４１をＺ軸方向(高さ方向)に降下させ、さらに、リコーターユニット１０３をＹ軸方向に移動させながら、一層分の粉末をコーティングする。
【００３１】
図２は、リコーターユニットの例を説明するための図であり、図１に示す三次元積層造形装置１００におけるリコーターユニット１０３の例を模式的に示すものである。なお、図２において、プリントヘッドユニット１０２および昇降装置１０５等は、省略されている。
【００３２】
図１および図２に示されるように、リコーターユニット１０３は、例えば、リコーター内ホッパー１３１およびブレード１３２を含む。リコーター内ホッパー１３１は、粉末供給ホッパーユニット１０６から供給された粉末１３０を貯蔵する。
【００３３】
ブレード１３２は、リコーターユニット１０３がＹ軸方向に移動しているときに動作し、リコーターユニット１０３が移動中に造形テーブル１４１上に、或いは、造形テーブル１４１に積層された粉末層１４０上に、粉末１３０を密に、かつ、水平(Ｘ−Ｙ軸平面)となるようにコーティングする。
【００３４】
なお、ブレード１３２は、能動的または受動的な振動によって、或いは、回転を伴って、粉末１３０を所定の厚さで円滑にコーティング(堆積)するように構成してもよく、若しくは、ブレード１３２を動作させることなく、一定量の粉末１３０を堆積するように構成してもよい。
【００３５】
ここで、昇降装置１０５により造形テーブル１４１を降下させる量(高さ)と、リコーターユニット１０３によりコーティングする粉末１３０の厚さ(粉末層１４０の最上部における粉末１３０の積層ピッチ)は、一致するように制御される。
【００３６】
以上の処理を繰り返し行うことで、造形タンク１０４内において、最終的な造形物が完成する。すなわち、造形タンク１０４内には、例えば、目的とする造形物，サポート，および，結合剤が塗布されずに残った粉末が含まれる。
【００３７】
造形タンク１０４は、例えば、造形タンク移送ユニットにより三次元積層造形装置１００の外部へ移動され、自動または手作業によって不要なサポートおよび粉末が取り除かれて、目的とする造形物が取り出されることになる。
【００３８】
クリーニングユニット１０７は、インクジェットヘッド１２１の余分な結合剤や粉末などを取り除くためのものである。また、薬品ユニット１０８は、造形処理に使用する薬品(結合剤や洗浄剤)を貯蔵するものであり、結合剤はインクジェットヘッド１２１に供給され、洗浄剤はクリーニングユニット１０７に供給される。なお、洗浄剤は、例えば、インクジェットヘッドの内部や吐出口を洗浄するために使用され、或いは、未使用時にインクジェットヘッドが乾いて劣化しないように充填される。
【００３９】
なお、三次元積層造形装置１００には、図示しない、クリーニングユニット１０７による廃液を回収する廃液タンク、結合剤や洗浄剤の吐出に使用するエアー圧コントロールユニットなども設けられている。
【００４０】
ここで、図１は、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置の単なる例を示すものであり、本実施例の適用は、図１に示すものに限定されず、例えば、粉末造形法を適用した様々な三次元積層造形装置に対して適用される。
【００４１】
図１および図２を参照して説明したように、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置のリコーターユニット１０３は、１種類の粉末１３０をコーティングするようになっている。また、プリントヘッドユニット１０２により塗布される結合剤も１種類のみである。
【００４２】
そのため、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置により形成された造形物は、全て均一な材質(粉末および結合剤)で同じ特性を有することになる。しかしながら、三次元積層造形装置により形成される造形物として、部分的に異なる特性を持たせた方が好ましいものがある。
【００４３】
以下、本発明に係るリコーターユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物の実施例を、添付図面を参照して詳述する。以下の説明では、主として異なる２種類の粉末をコーティングする場合を説明するが、３種類以上の粉末に対しても同様に適用することが可能である。
【００４４】
また、本実施例の適用は、図１を参照して説明した粉末インクジェットによる粉末造形法に限定されるものではなく、例えば、リコーターユニットによりコーティングされた金属粉末層に対して、レーザーや電子ビーム或いは赤外線等を照射して固化(焼結)する粉末造形法にも適用することができるのはいうまでもない。
【００４５】
ここで、例えば、金属粉末層に対してレーザーを照射して固化するレーザー照射ユニットは、三次元データを二次元の層の集まりに変換したデータに基づいて一層分の造形を行う造形処理ユニットとして機能する。
【００４６】
すなわち、レーザー照射ユニットは、例えば、図１におけるプリントヘッドユニット１０２に対応する。ここで、レーザー照射には、通常、ベクトルデータを用いるが、二次元平面を表すデータであれば、どのような書式であっても適用することが可能である。
【００４７】
このように、本実施例は、プリントヘッドユニットやレーザー照射ユニットを含む様々な造形処理ユニットを有する、粉末造形法による三次元積層造形装置に対して幅広く適用することができる。
【００４８】
さらに、造形物(モデル)としても様々なものがあり得るが、例えば、粉末として砂を使用し、造形物として鋳型を造型し、或いは、コーティングされた金属粉末層にレーザー等を照射して固化し、造形物を形成してもよい。
【００４９】
さらに、粉末として金属粉末を使用し、結合剤を塗布して造形物を形成した後、その造形物を焼結して金属造形物を得ることも可能である。すなわち、本実施例に係る造形物は、粉末として砂を使用して造型される鋳型に限定されるものではなく、部分的に異なる特性が要求される様々な造形物である。
【００５０】
このように、本実施形態は、例えば、造形物として鋳型を形成(造型)する場合に限定されるものではなく、粉末造形法を適用した三次元積層造形装置およびそのリコーターユニット、並びに、三次元積層造形方法および造形物に対して幅広く適用することができる。
【００５１】
図３は、本発明に係るリコーターユニットの第１実施例を説明するための図である。図３と前述した図２の比較から明らかなように、第１実施例のリコーターユニット３(図１におけるリコーターユニット１０３に対応)は、２つのリコーター内ホッパー３１ａおよび３１ｂ、並びに、ブレード３２を含む。
【００５２】
ここで、第１リコーター内ホッパー３１ａは第１粉末３０ａを貯蔵し、第２リコーター内ホッパー３１ｂは第２粉末３０ｂを貯蔵する。なお、第１粉末３０ａは、例えば、第２粉末３０ｂと異なる種類の粉末、第２粉末３０ｂと同じ種類でも粒径が異なる粉末、或いは、第２粉末３０ｂと種類および粒径が同じでも含水量が異なる粉末とされている。
【００５３】
すなわち、第１粉末３０ａは、第２粉末３０ｂとは異なる種類、第２粉末３０ｂとは異なる粒径、或いは、第２粉末３０ｂとは異なる性質を有する粉末とされている。
【００５４】
図３に示す例では、例えば、前半の粉末造形処理において、第２リコーター内ホッパー３１ｂの吐出口を閉じると共に、第１リコーター内ホッパー３１ａの吐出口を開いて第１粉末３０ａによるコーティングを行い、後半の粉末造形処理において、第１リコーター内ホッパー３１ａの吐出口を閉じると共に、第２リコーター内ホッパー３１ｂの吐出口を開いて第２粉末３０ｂによるコーティングを行う。
【００５５】
これにより、造形タンク４(図１における造形タンク１０４に対応)内において、前半に積層される下方部分は、第１粉末３０ａによる第１粉末層４０ａとなり、後半に積層される上方部分は、第２粉末３０ｂによる第２粉末層４０ｂとなる。ここで、造形テーブル４１は、図１における造形テーブル１４１に対応する。
【００５６】
なお、図３において、プリントヘッドユニット(１０２)および昇降装置(１０５)等は、省略されている。また、図３において、第１粉末層４０ａおよび第２粉末層４０ｂは、プリントヘッドユニットからの結合剤の塗布により、所定形状に造形されているのはいうまでもない。
【００５７】
また、図３において、ブレード３２は、第１および第２リコーター内ホッパー３１ａ，３１ｂで共用されるようになっているが、それぞれ専用のものを設けることもできる。すなわち、ブレード３２を第２リコーター内ホッパー３１ｂ専用とし、第１および第２リコーター内ホッパー３１ａ，３１ｂの間に別のブレードを設けて第１リコーター内ホッパー３１ａ専用のものとしてもよい。なお、他の構成は、例えば、図１に示すものと同様であるため、その説明は省略する。
【００５８】
図４は、本発明に係るリコーターユニットの第２実施例を説明するための図である。図４に示されるように、第２実施例のリコーターユニット３は、１つのリコーター内ホッパー３１により異なる第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂを入れ替えてコーティングするようになっている。
【００５９】
例えば、第１粉末３０ａ用および第２粉末３０ｂ用として、第１および第２粉末供給ホッパーユニット６ａ，６ｂ(図１における粉末供給ホッパーユニット１０６に対応)を設け、それら２つの粉末供給ホッパーユニット６ａ，６ｂからの粉末３０ａ，３０ｂを切り替えてリコーター内ホッパー３１に供給する。
【００６０】
ここで、造形タンク４の上部には、例えば、第１粉末３０ａから第２粉末３０ｂに切り替えるときに、リコーター内ホッパー３１に残っている不要な第１粉末３０ａを廃棄するための粉末廃棄部４２が設けられている。なお、粉末廃棄部４２に送られた砂は、そのまま廃棄してもよいが、回収して再利用することも可能である。
【００６１】
このように、第２実施例のリコーターユニットによれば、１つのリコーター内ホッパー３１により異なる第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂのコーティングを行うことができる。
【００６２】
ここで、コーティングする粉末を切り替えるには所定の時間が必要になるため、第２実施例のリコーターユニットは、造形処理における粉末の切り替え回数が少ない場合(例えば、一度だけ第１粉末３０ａから第２粉末３０ｂに切り替えて造形処理を行う場合)が好ましい。
【００６３】
図５は、本発明に係るリコーターユニットの第３実施例を説明するための図である。図５に示されるように、第３実施例のリコーターユニット３は、１つのリコーター内ホッパー３１により異なる第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂを、両者の混合比を制御してコーティングするようになっている。
【００６４】
すなわち、第３実施例のリコーターユニットは、例えば、第１粉末供給ホッパーユニット６ａからの第１粉末３０ａの量と、第２粉末供給ホッパーユニット６ｂからの第２粉末３０ｂの量を制御してリコーター内ホッパー３１に供給する。
【００６５】
ここで、リコーター内ホッパー３１には混合機構３３が設けられ、供給された第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂを混合機構３３により混ぜ合わせ、その混ぜ合わされた粉末を造形テーブル４１上にコーティングするようになっている。
【００６６】
なお、リコーター内ホッパー３１に供給する第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂの量の制御、並びに、混合機構３３の構造は、知られている様々な構成を適用して実現することができる。
【００６７】
図６は、図５に示すリコーターユニットを適用して得られる粉末層を説明するための図であり、図６(a)は、第１粉末３０ａから第２粉末３０ｂへ混合比を連続的に変化させた場合の粉末層４０を示し、図６(b)は、造形処理の中央で第１粉末３０ａから第２粉末３０ｂへ切り替えた場合の粉末層４０を示す。
【００６８】
すなわち、図６(a)に示す粉末層４０は、例えば、下層ほど第１粉末３０ａの割合が高く、逆に、上層ほど第２粉末３０ｂの割合が高くなっている。従って、粉末層４０の最上部が第１粉末３０ａによる第１粉末層４０ａとなり、最下部が第２粉末３０ｂによる第２粉末層４０ｂとなる。なお、粉末層４０の中央部付近では、ほぼ等しい第１粉末３０ａと第２粉末３０ｂが混じり合っている。
【００６９】
また、図６(b)に示す粉末層４０は、例えば、下半分の層が第１粉末３０ａによる第１粉末層４０ａとなり、上半分の層が第２粉末３０ｂによる第２粉末層４０ｂとなっている。
【００７０】
なお、第１および第２粉末３０ａ，３０ｂの混合比は、造形処理の時間に従って(Ｚ軸方向で)線形的に制御する必要はなく、また、第１および第２粉末３０ａ，３０ｂの切り替えも１回に限定されるものではない。すなわち、所望の個所の粉末を最適な混合比の粉末に設定して造形処理を行うことが可能である。
【００７１】
図７は、図６(b)に示す粉末層により形成された造形物の一例を示す図である。図７に示されるように、例えば、図６(b)に示す粉末層に対して、プリントヘッドユニット(１０２)により順次結合剤を塗布して所定形状の造形物１０を得ることができる。
【００７２】
図７の例では、造形物１０の下半分が第１粉末３０ａ(第１粉末層４０ａ)に結合剤を塗布して形成され、造形物１０の上半分が第２粉末３０ｂ(第２粉末層４０ｂ)に結合剤を塗布して形成されている。
【００７３】
図８は、図６(a)に示す粉末層により形成された造形物の一例、並びに、その造形物を使用して製作された製品を説明するための図である。ここで、図８(a)は、造形タンク４内の粉末層(図６(a)に示す粉末層)に造形された鋳型(造形物：砂型)１０を示し、図８(b)は、図８(a)の鋳型１０に対して溶融金属を注湯して凝固させて製造した製品(タービン)を示す。
【００７４】
図８(a)に示されるように、例えば、造形タンク４内には、リコーターユニット３によりコーティングされた粉末層(第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂの混合比が連続的に変化する粉末層４０ａ〜４０ｂ：砂)４０に対して、プリントヘッドユニット(１０２)により結合剤を塗布して造型した鋳型１０と共に、結合剤が塗布されずに残った粉末層(粉末：砂)４０が含まれる。
【００７５】
ここで、粉末層４０は、例えば、鋳型の下部の熱伝導率が高く、上部の熱伝導率が低くなるように、第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂの混合比を連続的に変化させて形成されている。
【００７６】
すなわち、例えば、第１粉末３０ａの割合が高いと結合剤の塗布により熱伝導率が高い造形物(鋳型)１０となり、第２粉末３０ｂの割合が高いと結合剤の塗布により熱伝導率が低い造形物となる場合には、高さ方向(Ｚ軸方向)の下部ほど第１粉末３０ａの混合比を大きくし、上部ほど第２粉末３０ｂの混合比を大きくする。
【００７７】
図９〜図１２は、本発明に係るリコーターユニットの第４実施例を説明するための図である。ここで、図９は、第４実施例のリコーターユニット３の斜視図を示し、図１０は断面図、図１１は底面図、図１２(a)は要部拡大側断面図をそれぞれ示す。
【００７８】
また、図１２(b)および図１２(c)は、図１２(a)における１つの粉末吐出部３００の動作を説明するための図であり、図１２(b)は、粉末吐出部３００が閉じて粉末を吐出しない状態を示し、図１２(c)は、粉末吐出部３００が開いて粉末を吐出する状態を示す。
【００７９】
図９に示されるように、第４実施例のリコーターユニット３は、一体的に設けられた、第１粉末３０ａをコーティングするための第１リコーター内ホッパー３１ａ、および、第２粉末３０ｂをコーティングするための第２リコーター内ホッパー３１ｂを有する。
【００８０】
なお、図９中の符号３４は、リコーターユニット３における進行方向（Ｙ軸方向）の両端側の下端部にそれぞれ設けられた、吐出された粉末の上面を平坦にならすブレードである。
【００８１】
ここで、第１リコーター内ホッパー３１ａおよび第２リコーター内ホッパー３１ｂは同様の構成とされ、上部に設けられた開口部３１１ａおよび３１１ｂから第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂを受け取って、下部に設けられた複数の粉末吐出部３００から吐出して粉末のコーティングを行うようになっている。
【００８２】
図１１に示されるように、各粉末吐出部３００は、角筒状に形成されたもので、第１リコーター内ホッパー３１ａおよび第２リコーター内ホッパー３１ｂのそれぞれに、複数の粉末吐出部３００がリコーターユニット３の進行方向と直交する水平方向（即ちリコーターユニットの幅方向）にわたって一列ずつに形成されている。
【００８３】
そして、第１リコーター内ホッパー３１ａ側に設けられた各粉末吐出部３００は、その第１リコーター内ホッパー３１ａに供給された第１粉末３０ａをそれぞれ吐出することができるようになっている。一方、第２リコーター内ホッパー３１ｂ側に設けられた各粉末吐出部３００は、その第２リコーター内ホッパー３１ｂに供給された第２粉末３０ｂをそれぞれ吐出することが可能となっている。
【００８４】
さらに、各粉末吐出部３００は、上下端側が略矩形状に開口している。上方側の開口部３００ａは、常時開放されて、その粉末吐出部３００の内部空間３００ｂに第１粉末３０ａ或いは第２粉末３０ｂを流入させることが可能となっている。一方、下方側の開口部３００ｃについては、後述する開閉部材によって開閉自在となっていて、解放時においては、第１粉末３０ａ或いはは第２粉末３０ｂを下方に落下させることができるようになっている。
【００８５】
この第４実施例においては、図１０に示されるように、第１リコーター内ホッパー３１ａおよび第２リコーター内ホッパー３１ｂの内部における下部側に、これらの第１リコーター内ホッパー３１ａおよび第２リコーター内ホッパー３１ｂの内部空間を仕切る複数の仕切り板３５が略等間隔に配設されていて、これらの仕切り板３５によって個々の粉末吐出部３００がそれぞれ形成された構成となっている。
【００８６】
なお、これらの仕切り板３５は、リコーターユニット３の移動方向（Ｙ軸方向）と鉛直方向とに延びていて、第１リコーター内ホッパー３１ａおよび第２リコーター内ホッパー３１ｂの下部側の内部空間を略均等に仕切っている。
【００８７】
さらに、第１リコーター内ホッパー３１ａおよび第２リコーター内ホッパー３１ｂのそれぞれの内部空間における上部側には、開口部３１１ａおよび３１１ｂから供給された第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂを各粉末吐出部３００に分配するように送る複数の分配用板３６が設けられている。
【００８８】
図１０に示されるように、各分配用板３６は、第１粉末３０ａや第２粉末３０ｂを、供給目的とする各粉末吐出部３００に向けて送ることができるように、所定の方向に傾斜した状態で配設されていて、第１粉末や第２粉末が、隣り合う分配用板３６，３６間の空間を落下、或いは各分配用板３６の上を滑り落ちることが可能となっている。これにより、開口部３１１ａおよび３１１ｂから供給された第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂは、隣り合う分配用板３６，３６の間の空間内に上方側から流入して下方側に落下して、各粉末吐出部３００の上方側の開口部からその内部空間に入ることとなる。
【００８９】
なお、第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂを各粉末吐出部３００に分配する手段としては、各粉末吐出部３００に粉末を安定的に且つ確実に分配することができれば、必ずしも分配用板３６を用いる必要はなく、例えば、粉末材料用のスクリューコンベア等を用いて、粉末をリコーターユニット３の幅方向に移動させながら各粉末吐出部３００にその粉末を順次分配するようにしてもよい。
【００９０】
ところで、各粉末吐出部３００の下端部には、下方側の開口部３００ｃを開閉する上述の開閉手段が設けられていて、粉末吐出部３００の内部空間３００ｂに充填されている第１粉末３０ａ或いは第２粉末３０ｂの吐出とその吐出の停止とを制御することが可能となっている。
【００９１】
この第４実施例においては、この開閉手段として、略矩形状の板体状に形成された一対のシャッター３０１，３０２がそれぞれ設けられたものとなっている。
これらの一対のシャッター３０１，３０２は、図１１、図１２(a)〜図１２(c)に示されるように、一端側が粉末吐出部３００の下端部における、リコーターユニット３の移動方向（Ｙ軸方向）側の開口縁に起倒自在に取付けられている。そして、各シャッター３０１，３０２が相互にほぼ同時にリコーターユニット３の移動方向に起倒することにより、粉末吐出部３００の下方側の開口部３００ｃを開放又は閉塞する構成となっている。
【００９２】
ここで、各粉末吐出部３００は、この一対のシャッター３０１，３０２による粉末吐出部３００の下方側の開口部３００ｃの開放度合いを調整することによって、吐出する粉末の量を制御することが可能となっている。
【００９３】
例えば、第１リコーター内ホッパー３１ａから吐出する第１粉末３０ａと、第２リコーター内ホッパー３１ｂから吐出する第２粉末３０ｂの合計(総量)は、常に一定となるように制御することができる。
【００９４】
或いは、第１リコーター内ホッパー３１ａの各粉末吐出部３００から吐出する第１粉末３０ａの量を少なくする一方で、第２リコーター内ホッパー３１ｂの各粉末吐出部３００から吐出する第２粉末３０ｂの量を多くして、リコーターユニット３(第１および第２リコーター内ホッパー３１ａ，３１ｂ)によりコーティングされる粉末の厚さ(積層ピッチ)が一定となるように制御することができる。
【００９５】
この第４実施例では、開閉部材として、粉末吐出部３００の下端側において起倒する一対のシャッター３０１，３０２を採用しているが、この開閉部材としては、粉末吐出部３００の下方側の開口部３００ｃを安定的に開放及び閉塞することが自在である構成であれば任意のものを用いることができる。このとき、粉末の吐出量を調整自在であることが好ましい。
【００９６】
例えば、板状の弁体が水平方向にスライド移動することにより粉末吐出部の下方側の開口部を開閉するゲートバルブや、複数枚の板により開口部を開閉するチョークバルブ、板状の弁体を回転させることにより開口部を開閉するバラフライバルブ、流路を絞ることにより粉末の吐出量を自在のミューコンバルブ等を用いることが可能である。
【００９７】
また、図１１、図１２(a)〜(c)に示す例では、シャッター３０１，３０２による開口部３００ｃの開放度合いにより吐出する粉末の量を制御するようになっている。しかしながら、例えば、複数列の粉末吐出部３００で構成し、開／閉(オン／オフ)する粉末吐出部３００の数により吐出する粉末の量を制御してもよい。
【００９８】
図１３は、図９〜図１２に示すリコーターユニットの動作を説明するための図であり、粉末層４０の任意の層(例えば、最上位層)４００を示すものである。図１３から明らかなように、第４実施例のリコーターユニット３は、粉末層４０の積層方向(Ｚ軸方向)において、第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂの混合比を変化させるだけでなく、Ｘ−Ｙ軸平面、すなわち、粉末層４０の任意の層４００である造形物の平面位置においても、第１粉末３０ａによる第１粉末領域４００ａおよび第２粉末３０ｂによる第２粉末領域４００ｂを形成することが可能となる。
【００９９】
従って、第４実施例のリコーターユニット３によれば、粉末層４０の厚さ方向(Ｚ軸方向)だけでなく、粉末層４０の任意の層４００(Ｘ−Ｙ軸平面)においても、すなわち、三次元形状において、第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂの混合比を変化させることができる。
【０１００】
なお、第４実施例は、粉末層４０におけるＺ軸方向およびＸ−Ｙ軸平面の両方において、第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂの混合比を変化させることができる単なる例であり、様々な変形および変更が可能である。また、以上の説明は、異なる２種類の粉末３０ａ，３０ｂを例として説明したが、異なる３種類以上の粉末であってもよいのは言うまでもない。
【０１０１】
上述したように、本発明に係る各実施例によれば、複数の粉末を使用するリコーターユニットを使用した三次元積層造形装置により形成される造形物の特性を部分的に変化させることが可能になる。
【０１０２】
また、本発明は、例えば、粉末として砂を使用して造型された鋳型を始めとして、部分的に異なる特性が要求される様々な造形物を形成するためのリコーターユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および造形物に対して幅広く適用することができる。
【０１０３】
例えば、粉末として金属粉末を使用し、結合剤を塗布して造形物を形成した後、その造形物を焼結して金属造形物を得るためのリコーターユニット、三次元積層造形装置、三次元積層造形方法および金属造形物に対しても適用することができる。
【０１０４】
以上において、第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂとしては様々なものが有り、例えば、同一の粉体(粉末)で、その粉体の粒度分布を変えることで第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂとすることもできる。
【０１０５】
すなわち、粉体を構成する物質自体は同じでも、例えば、粒度分布を変えることにより、流動性や充填率などの物性を異ならせることができ、その結果、得られる三次元物体(造形物)の密度，誘電率，透磁率，磁化率，導電率，熱伝導率，比熱，線膨張率，沸点，融点，引張や曲げまたは圧縮などの各弾性率，ポアソン比，衝撃強度，硬度，耐熱性といった様々な物性(特性)を部分的に変化させることが可能になる。
【０１０６】
例えば、三次元積層造形装置により鋳型を造型する場合、その鋳型の熱伝導率や強度(崩壊性)を部分的に変化させることが可能になる。一般的に、鋳型は、その密度が高いほど熱伝導率は高くなる。しかしながら、鋳型の密度が上がると通風性が悪くなって鋳造欠陥が発生しやすくなり、或いは、却って熱伝導が悪くなることもあるため、鋳型全体にわたって密度を高くするのは好ましくない。
【０１０７】
また、例えば、鋳型の表面だけに対して小さな粒を増やして造形すると、鋳造された製品(鋳物)の表面粗度が向上する。そのため、鋳物の鋳肌が良くなり高品質の鋳物が得られるだけでなく、後加工の手間も軽減することができる。これは、鋳物だけでなく、一般的な粉末インクジェットや粉末焼結・溶融法を適用した場合でも同様である。
【０１０８】
一方、粒径の細かな粉末だけをリコートするのは難しく、また、モデル(造形物)全体を粒径の細かい粉末を使用して作るのは困難である。さらに、粉体(粉末)の粒径が細かくなると、摩擦や静電気の影響により、充填率が低下する。
【０１０９】
そこで、本実施例では、例えば、三次元積層造形装置により鋳型を造型する場合、細かい第１粉末３０ａと粗い第２粉末３０ｂを準備し、鋳型の表面だけに対して第１粉末３０ａの混合比を高くして造型を行うことで、上述した要求に対応することが可能になる。
【０１１０】
次に、焼結溶融の場合で、例えば、生分解性プラスチックを造形する場合、粉体に生体適合性の材料を適用して足場(スキャホールド)として使用することがある。このとき、適用する粉体は多孔質の材料が好ましいが、足場を壊すことなく取り扱うためには、外縁部に強度を持たせるのが好ましい。そのような場合においても、例えば、２種類の同一組成の粉体(第１粉末３０ａおよび第２粉末３０ｂ)を使い分けることで、外縁部のみ高い強度として造形することが可能になる。
【０１１１】
このように、例えば、三次元積層造形装置により鋳型を造型する場合には、その鋳型の熱伝導率や崩壊性を自在に変えることができる。また、例えば、プラスチックや金属による造形物を造形(インクジェットでも焼結溶融でも可)する場合には、例えば、造形物の場所(部分)により密度を変化させることができる。
【０１１２】
具体的に、異なる金属粉末によりプロペラを造形する場合、例えば、中央付近では、密度または強度の高い金属とすることで、重くなるが丈夫で曲り難い特性を持たせ、また、先端付近では、例えば、アルミのような軽量の金属とするといったことが可能になる。
【０１１３】
以上において、リコーターユニットが使用する異なる複数の粉末としては、例えば、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、鋼等が挙げられる。
【０１１４】
また、粉末の粒径は、リコーターユニットによりコーティングされる粉末層の厚(例えば、０．０１〜０．５ｍｍ程度)より小さければ制限はないが、例えば、１μｍ〜３００μｍ程度である。
【０１１５】
さらに、結合剤(バインダー)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結合剤を使うこともできる。この時、染料や顔料を使用して結合剤を染色することもできる。
【０１１６】
また、結合剤としては、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、或いは、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もできる。なお、結合剤の吐出量は、その結合剤の種類や、１回の吐出でどの程度の大きさの粉末を固めるかによって異なるが、例えば、１ｐｌ〜２００ｐｌとすることができる。
【０１１７】
そして、添加剤としては、結合剤の種類によって様々なものが選択されるが、例えば、添加剤が有機エステルであれば、珪酸ソーダやアルカリフェノールを用いることでき、また、バインダー液(結合剤)がフルフリルアルコールであれば、リン酸、硫酸、パラトルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸等の酸を触媒としたものを用いることができ、場合によっては、これらの酸に加えてフェノール樹脂を添加することもできる。
【０１１８】
さらに、結合剤がフルフリルアルコールとホルムアルデヒドを混ぜたものであれば、尿素や酸を触媒とした添加剤を使用することもでき、結合剤がポリイソシアネートであれば、アルキド樹脂と金属石鹸とを混ぜたものやアミンポリオール樹脂と金属石鹸を混ぜた添加剤を使用することもできる。また、結合剤が、ポリイソシアネートと３級アミン類とを混ぜたものであれば、添加剤として、ベンジリックエーテル型フェノール樹脂を用いることができる。
【０１１９】
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではない。また、明細書のそのような記載は、発明の利点および欠点を示すものでもない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１２０】
３，１０３    リコーターユニット
４，１０４    造形タンク
６ａ    第１粉末供給ホッパーユニット
６ｂ    第２粉末供給ホッパーユニット
１０    造形物(鋳型)
３０，１３０    粉末
３０ａ    第１粉末
３０ｂ    第２粉末
３１，１３１    リコーター内ホッパー
３１ａ    第１リコーター内ホッパー
３１ｂ    第２リコーター内ホッパー
３２，１３２    ブレード
４０，１４０    粉末層
４０ａ    第１粉末層
４０ｂ    第２粉末層
４１，１４１    造形テーブル
４２    粉末廃棄部
１００    三次元積層造形装置
１０１    制御用コンピュータ
１０２    プリントヘッドユニット
１０５    昇降装置
１０６    粉末供給ホッパーユニット
１０７    クリーニングユニット
１０８    薬品ユニット
１２１    インクジェットヘッド
３００    粉末吐出部
【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５】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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