(57)【要約】  ３次元積層造形装置において、材料が供給口に詰まることがなく、材料を定量的に散布すること。３次元積層造形装置であって、３次元積層造形物の材料を散布面上に散布し、上流から下流に向けて径が縮小するテーパ部を少なくとも１つ有する材料散布手段を備える。３次元積層造形装置であって、前記材料散布手段の前記テーパ部に配置され、振動する少なくとも１つの振動球と、前記振動球の振動を制御する振動制御手段をさらに備える。
2017109964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元積層造形物の材料を散布面上に散布し、上流から下流に向けて径が縮小するテーパ部を少なくとも１つ有する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置され、振動する少なくとも１つの振動球と、
前記振動球の振動を制御する振動制御手段と、
を備える３次元積層造形装置。
【請求項２】
前記材料散布部は、第１テーパ部と、前記第１テーパ部よりも下流側にある第２テーパ部とを有し、
第１振動球が前記第１テーパ部に配置され、第２振動球が前記第２テーパ部に配置されている請求項１に記載の３次元積層造形装置。
【請求項３】
前記材料散布手段は、
外筒と、
前記外筒の内側に取り外し可能に取り付けられ、前記材料が貯留される内筒と、
を有する請求項１または２に記載の３次元積層造形装置。
【請求項４】
前記材料散布手段を取り外し可能に収納する収納手段をさらに備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
【請求項５】
前記第１振動球の直径が、前記第２振動球の直径よりも大きい請求項１乃至４のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
【請求項６】
前記材料散布手段の先端部には、取り外し可能なアタッチメントが設けられている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
【請求項７】
３次元積層造形物の材料を散布面上に散布し、上流から下流に向けて径が縮小するテーパ部を少なくとも１つ有する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置され、振動する少なくとも１つの振動球と、
を備える３次元積層造形装置の制御方法であって、
前記振動球の振動を制御する振動制御ステップを含む３次元積層造形装置の制御方法。    
【請求項８】
３次元積層造形物の材料を散布面上に散布し、上流から下流に向けて径が縮小するテーパ部を少なくとも１つ有する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置され、振動する少なくとも１つの振動球と、
を備える３次元積層造形装置の制御プログラムであって、
前記振動球の振動を制御する振動制御ステップをコンピュータに実行させる３次元積層造形装置の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元積層造形装置、３次元積層造形装置の制御方法および３次元積層造形装置の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において、特許文献１には、粉末供給部の供給口から粉末を自重により落下させることにより、粉末を造形台に供給して粉末層を形成する技術が開示されている（同文献段落［００２１］等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３２９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献に記載の技術では、材料が供給口に詰まり、材料を定量的に散布することができなかった。【０００５】
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置は、
３次元積層造形物の材料を散布面上に散布し、上流から下流に向けて径が縮小するテーパ部を少なくとも１つ有する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置され、振動する少なくとも１つの振動球と、
前記振動球の振動を制御する振動制御手段と、
を備える。【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置の制御方法は、
３次元積層造形物の材料を散布面上に散布し、上流から下流に向けて径が縮小するテーパ部を少なくとも１つ有する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置され、振動する少なくとも１つの振動球と、
を備える３次元積層造形装置の制御方法であって、
前記振動球の振動を制御する振動制御ステップを含む。【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置のプログラムは、
３次元積層造形物の材料を散布面上に散布し、上流から下流に向けて径が縮小するテーパ部を少なくとも１つ有する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置され、振動する少なくとも１つの振動球と、
を備える３次元積層造形装置の制御プログラムであって、
前記振動球の振動を制御する振動制御ステップをコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、材料が供給口に詰まることがなく、材料を定量的に散布することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る３次元積層造形装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の全体構成の概略を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の材料散布部の構成を示す概略断面図である。
【図４Ａ】本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の前提技術に係る３次元積層造形装置の備える材料散布部の構成を示す概略側面図である。
【図４Ｂ】本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の前提技術に係る３次元積層造形装置の備える材料散布部のノズル部の構成を示す概略拡大側面図である。
【図４Ｃ】本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置の前提技術に係る３次元積層造形装置の備える材料散布部のノズル部の構成を示す概略拡大側面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置の構成を示す図である。
【図６Ａ】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置の材料散布部の構成を示す概略断面図である。
【図６Ｂ】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置のカートリッジユニットの構成を示す概略断面図である。
【図６Ｃ】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置のカートリッジユニットの構成を示す概略断面図である。
【図７Ａ】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置による材料供給の概略を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置による材料供給の概略を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置の振動球とノズル開口部との関係を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置の振動球径と材料個数との関係を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置の振動球に与える振幅と供給粉体量との関係を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置が備える粉体流量と粉体および振動球との組み合わせ示す粉体流量テーブルである。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る３次元積層造形装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して、例示的に詳しく説明記載する。ただし、以下の実施の形態に記載されている、構成、数値、処理の流れ、機能要素などは一例に過ぎず、その変形や変更は自由であって、本発明の技術範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての３次元積層造形装置１００について、図１を用いて説明する。３次元積層造形装置１００は、散布面上に３次元積層造形物の材料を散布し、散布した材料を電子ビームやレーザなどで照射して、材料を溶融および凝固させることにより、材料を積層して３次元積層造形物を造形する装置である。
【００１３】
図１に示すように、３次元積層造形装置１００は、材料散布部１０１と、振動球１０２と、振動制御部１０３とを含む。材料散布部１０１は、３次元積層造形物の材料１２０を散布面１３０上に散布し、上流から下流に向けて径が縮小するテーパ部１１１を少なくとも１つ有する。振動球１０２は、テーパ部１１１に配置される。振動制御部１０３は、前記振動球の振動を制御する。
【００１４】
本実施形態によれば、振動球に振動を与えるので、材料が供給口に詰まることがなく、材料を定量的に散布することができる。
【００１５】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る３次元積層造形装置２００について、図２乃至図４Ｃを用いて説明する。図２は、本実施形態に係る３次元積層造形装置２００の全体構成を説明するための図である。なお、本実施形態の説明においては、図が煩雑になるのを避けるため、説明に不要な部材などは適宜省略している。
【００１６】
＜前提技術＞
まず、図４Ａ乃至図４Ｃを用いて、本実施形態に係る３次元積層造形装置２００の前提技術について説明する。図４Ａ乃至図４Ｃは、本実施形態に係る３次元積層造形装置の前提技術に係る３次元積層造形装置の備える材料散布部の構成を示す概略断面図である。
【００１７】
図４Ａに示したように、材料散布部４０１は、筒状の部材（外筒４１１）となっており、先端側、つまり、散布面４３０に近い側にノズル部４１５が設けられている。また、ノズル部４１５の上部側は、粉体などの材料４２０を貯蔵する材料貯蔵部となっている。材料散布部４０１は、ノズル部４１５と材料貯蔵部とが一体となっている。材料４２０は、材料貯蔵部に貯蔵されており、不足分などは図示しない機構によって補充される。
【００１８】
ノズル部４１５は、材料流量を制御するため、散布面４３０に近い側のノズル径が小さくなっている。すなわち、ノズル部４１５は、上流から下流に向けてノズルの径が減少し、先細りする形状となっている。そして、材料４２０は、材料貯蔵部からノズル部４１５を経由して、散布面４３０に散布される。また、図示しない２次元駆動部によって、材料散布部４０１または散布面４３０（造形面）が相対的に２次元的に移動することによて、材料４２０が散布面４３０上に２次元的に散布される。
【００１９】
図４Ｂおよび図４Ｃは、ノズル部４１５の概略拡大側面図である。図４Ｂは、ノズル部４１５に粉体などの材料４２０がだまりを形成して、詰まっている状態を示している。この詰まり状態は、例えば、粉体が、微小な径のノズル部４１５や細管などを通過する場合に生じる状態である。ノズル径Ｒnと粉体径との関係に、ノズル径≒粉体径×６という関係があるとこのような詰まり状態が発生するものと現象論的に言われている。この詰まり状態は、粉体が上に凸のアーチを形成することからパウダードーム（Powder dome）と呼ばれている。
【００２０】
図４Ｃは、粉体がノズル部４１５でだまりを形成せずに流れている様子を示している。粉体などの材料４２０が、だまり（詰まり状態、Powder dome）を形成する条件は、粉体の種類や粉体径、ノズル径、ノズルのテーパ角度θなどのパラメータが複雑に関係している。また、仮にパウダードーム（詰まり状態、だまり）が形成されても、ノズル部４１５に振動を与えることによってパウダードームを破壊して（崩壊させて）、粉体を流すという方法もある。
【００２１】
しかしながら、このような方法を取る場合も、上述のパラメータが複雑に絡み合い、このような方法を汎用的に使用することができなかった。例えば、粉体の種類が異なれば、その他の条件やパラメータが同じであっても、上述のパウダードーム（詰まり状態、だまり）が形成さたり、形成されなかったりする場合がある。したがって、単にノズルに振動を与えるような方法では、粉体などの材料４２０を定量的に散布することができなかった。よって、粉体の種類や粉体径、ノズル径、ノズルのテーパ角度などのパラメータによらずに、粉体などの材料４２０を定量的に散布することができる機器が望まれていた。
【００２２】
＜本実施形態の技術＞
図２は、本実施形態に係る３次元積層造形装置２００の全体構成の概略を示す図である。図３は、本実施形態に係る３次元積層造形装置２００の材料散布部の構成を示す概略断面図である。３次元積層造形装置２００は、材料散布部２０１と、振動球２０２と、材料流量制御部２０３とを備える。
【００２３】
材料散布部２０１は、外筒２１１と、内筒２１２と、材料供給口２１３と、バネ２１４と、ノズル２１５と、内筒固定具２１６とを有する。材料流量制御部２０３は、振動器２３１に接続されている。３次元積層造形装置２００は、さらに、ＸＹステージ２６０と、ＸＹステージ制御部２６１と、材料散布制御部２８０とを備える。
【００２４】
材料散布部２０１は、外筒２１１と内筒２１２とを含んで構成されている。そして、内筒２１２は、３次元積層造形物の材料２２０を貯蔵する材料貯蔵部ともなっている。内筒２１２は、外筒２１１の上部の内面に切られたネジ山にねじ込むことにより、外筒２１１の内面に取り付けられる。さらに、内筒２１２は、外筒２１１の下部に設けられたバネ２１４により支持される。内筒２１２の配置位置は、ねじ込みの量と、バネ２１４による支持力とにより自在に調整することができる。
【００２５】
そして、内筒２１２が所定の位置までねじ込まれたら、内筒固定具２１６を用いて、内筒２１２の位置をその位置に固定する。材料２２０は、内筒２１２に貯蔵される。また、内筒２１２の先端が振動球２０２と接触する位置となるように内筒２１２の位置を調整すれば、内筒２１２に貯蔵された材料２２０を密封することができ、内筒２１２の内部に不活性ガスを充填すれば、材料２２０にコンタミ（contamination）が付着することを防ぐことができる。
【００２６】
材料散布部２０１の先端、つまり、外筒２１１の先端は、テーパ形状（先細り形状）となっており、ノズル部２１５を形成している。また、内筒２１２の先端付近も内筒２１２の径が徐々に減少して、テーパを形成し、先細り形状となっている。
【００２７】
振動球２０２は、材料２２０が内筒２１２からノズル部２１５を通過して散布面２３０に対して供給される流路である材料流路上に配置、すなわち、ノズル部２１５の先端あるいは下部にあるテーパ形状部であるテーパ部２１７に配置されている。そして、振動球２０２がテーパ部２１７で静止している状態では、ノズル部２１５の開口部が振動球２０２で塞がれている状態となる。
【００２８】
材料流量制御部２０３は、材料散布部２０１から散布面２３０に散布される材料２２０の供給量を制御する。より具体的には、材料流量制御部２０３は、材料流量制御部２０３に接続された振動器２３１を振動させて、外筒２１１（または材料散布部２０１）に振動を与える。外筒２１１に振動が与えられると、振動球２０２にも振動が加えられ、振動球２０２がテーパ部２１７から浮き上がり、振動球２０２とテーパ部２１７との間に隙間が生じ、この隙間から材料２２０が流れ出て、散布面２３０に材料２２０が散布される。
【００２９】
材料流量制御部２０３は、振動器２３１を振動させる信号を発生させる。この信号は、矩形波であり、信号強度は、材料散布制御部２８０からの振幅値および周波数値で制御される。なお、材料流量制御部２０３で発生させる信号は、サイン波であってもよい。
【００３０】
振動器２３１は、ピエゾ素子等の振動源であればよい。振動器２３１から外筒２１１に対して与えられる振動の方向は横方向となるが、これには限定されない。そして、振動球２０２の密度は、振動球２０２の周囲に存在する粉体などの材料２２０の密度より大きいので、いわゆるブラジルナッツ効果（ミューズリー効果）によって、振動球２０２は横方向の振動によって下方にいようとする。
【００３１】
材料散布部２０１は、カートリッジホルダ２７０に取り外し可能に収納され、材料散布部２０１とカートリッジホルダ２７０とでカートリッジユニット２４０を構成する。このように、材料散布部２０１をカートリッジホルダ２７０にセットした後は、内筒２１２を外筒２１１から取り外して交換することができる。
【００３２】
例えば、１種類の材料２２０を用いて、いわゆる単色刷りをする場合に、材料２２０を補充するときには、材料供給口２１３から材料を供給したり、内筒２１２を取り替えてもよい。また、複数の材料２２０を用いて、いわゆる多色刷りをする場合には、内筒２１２を取り替えればよい。このように、材料散布部２０１をカートリッジ方式としたので容易に多色刷りなどを実施できる。また、材料散布部２０１をカートリッジホルダ２７０から取り外すことができるカートリッジユニット２４０としたので、装置が汚れず、管理が容易になる。
【００３３】
ＸＹステージ２６０は、カートリッジユニット２４０を２次元的に駆動し、ＸＹステージ制御部２６１は、ＸＹステージ２６０を制御する。材料散布制御部２８０は、材料２２０の散布量や３次元積層造形物の構造などに基づいて、材料流量制御部２０３およびＸＹステージ制御部２６１に対して制御目標値を指示して、制御する。
【００３４】
カートリッジ固定バネ２７１は、カートリッジホルダ２７０の下部に設けられ、振動器２３１と対向する位置に配置されている。カートリッジ固定バネ２７１は、材料散布部２０１を横方向から押さえて、材料散布部２０１が動かないように固定する。
【００３５】
材料２２０を貯蔵している材料散布部２０１は、内筒２１２が外筒２１１の内面に設けられたバネ２１４により支持されている。そして、内筒２１２の先端と振動球２０２とが離れるように内筒２１２の位置を調整すると、内筒２１２の先端の開口部から、内筒２１２に貯蔵されている材料２２０の一部が下方（下流）に向かって流れ落ちる。そして、振動球２０２は、外筒２１１の先端のノズル部２１５のテーパ部２１７と接触しているので、内筒２１２から流れ落ちた材料２２０は、振動球２０２の上方に貯留される。
【００３６】
これに対して、材料２２０の流出を止めたい場合には、内筒２１２の先端が振動球２０２に接触するまで内筒２１２を押し込み、内筒固定具２１６で内筒２１２の位置を固定すれば、内筒２１２に貯蔵された材料２２０の流出が止まる。
【００３７】
そして、振動器２３１を振動させれば、振動球２０２がノズル部２１５のテーパ部２１７から離れ、振動球２０２とテーパ部２１７との間に隙間が形成され、この隙間から材料２２０が流出して、散布面２３０に対して材料２２０が散布される。
【００３８】
本実施形態によれば、振動球に振動を与える機構で材料を散布するので、材料が供給口に詰まることがなく、材料を定量的に散布することができる。また、材料散布部をカートリッジ方式としたので、材料の入れ替えや補充、単色刷り、多色刷りなどを容易に実施できる。
【００３９】
［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る３次元積層造形装置５００について、図５乃至図１１を用いて説明する。図５は、本実施形態に係る３次元積層造形装置５００の全体構成を説明するための図である。本実施形態に係る３次元積層造形装置５００は、上記第２実施形態と比べると、振動球を２つを有する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。なお、本実施形態の説明においては、図が煩雑になるのを避けるため、説明に不要な部材などは適宜省略している。
【００４０】
３次元積層造形装置５００は、２番目の振動球５０２（第２振動球）と、アタッチメント５９０とをさらに備える。振動球５０２は、材料２２０が内筒２１２からノズル部２１５を通過して散布面２３０に対して供給される流路である材料流路上において、振動球２０２（第１振動球）よりも下流側に配置されている。振動球５０２の直径は、振動球２０２の直径よりも小さくなっている。また、振動球２０２と振動球５０２とは、振動球２０２および振動球５０２の中心が、同一軸上に配置されていてもよいし、ずれて配置されていてもよい。
【００４１】
そして、アタッチメント５９０を外筒２１１の先端部分に装着すると、アタッチメント５９０によりノズル部５１５が形成される。振動球５０２は、アタッチメント５９０のテーパ部５１６に配置され、テーパ部５１６に接触して、アタッチメント５９０の開口部を塞ぐ。アタッチメント５９０は、取り外し可能となっているので、材料２２０である粉体の種類や粒径などに応じて、アタッチメント５９０を取り替えればノズル部５１５の直径や長さ、材質などを様々に変えることもできる。
【００４２】
図６Ａは、本実施形態に係る３次元積層造形装置５００の材料散布部２０１の構成を説明する図であり、材料散布部２０１の概略断面図である。内筒２１２には材料２２０が充填されている。材料流路上において、振動球２０２が上流側、振動球５０２が下流側に配置されている。また、振動球５０２の直径は、振動球２０２の直径よりも小さい。
【００４３】
図６Ｂは、本実施形態に係る３次元積層造形装置５００のカートリッジユニットの構成を説明する概略断面図であり、材料散布部２０１を取り外した状態を示す図である。カートリッジホルダ２７０には、カートリッジ固定バネ２７１と振動器２３１が設けられている。カートリッジホルダ２７０は、中空構造となっている。
【００４４】
図６Ｃは、本実施形態に係る３次元積層造形装置５００のカートリッジユニットの構成を説明する概略断面図であり、カートリッジホルダ２７０に材料散布部２０１をセットした状態を示す図である。カートリッジホルダ２７０の中空部分に材料散布部２０１がセットされ、収納される。
【００４５】
貯蔵される材料２２０の材質や量によっては、材料２２０の重量が非常に大きくなり振動球２０２が直接その重量を受けると、振動球２０２が振動し難くなる。したがって、材料２２０は、内筒２１２に貯蔵し、内筒２１２の下部に振動球２０２の直径よりも小さい開口部を設けて、この開口部から材料２２０が流出するようにしている。これにより、材料２２０の重量や圧力などが大きくなっても、内筒２１２の開口部の面積が小さいので、振動球２０２にかかる力は小さくなる。また、振動球２０２の配置される位置から材料２２０が流出しても、振動球２０２の上部に貯留される材料２２０の量は一定に保たれるので、内筒２１２に貯蔵される材料２２０の量が変化しても、振動球２０２にかかる圧力変動は無視できる。よって、材料２２０を消費しても一定量の材料２２０を放出することができる。
【００４６】
図７Ａは、本実施形態に係る３次元積層造形装置５００による材料供給の概略を示す図であり、振動器２３１がＯＦＦの場合を示している。図７Ｂは、本実施形態に係る３次元積層造形装置５００による材料供給の概略を示す図であり、振動器２３１がＯＮの場合を示している。
【００４７】
図７Ａに示したように、外筒２１１はカートリッジ固定バネ２７１によりカートリッジホルダ２７０に固定されている。また、外筒２１１には、振動器２３１が接触している。振動器２３１がＯＦＦの場合、振動球２０２と外筒２１１のテーパ部２１７とが接触しているので、内筒２１２から流れ出た材料２２０は、振動球２０２の上方に貯留される。また、同様に、振動球５０２は、アタッチメント５９０のテーパ部５１７に接触しているので、材料２２０が振動球５０２の上方に貯留されていても、材料２２０は下方（下流側）に流出せず、材料２２０は散布面２３０に散布されない。
【００４８】
これに対して、図７Ｂに示したように、振動器２３１をＯＮにして外筒２１１に振動を与えると、振動球２０２と振動球５０２とが同期して振動する。振動球２０２が振動すると、振動球２０２がテーパ部２１７から離れ、振動球２０２とテーパ部２１７との間に隙間が形成され、この隙間から振動球２０２の上方に貯留している材料２２０が下方（下流）に流出する。同様に、振動球５０２が振動すると、振動球５０２がテーパ部５１７から離れ、振動球５０２とテーパ部５１７との間に隙間が形成され、この隙間から振動球５０２の上方に貯留している材料２２０が下方（下流）に流出する。これにより、材料２２０が散布面２３０に散布される。
【００４９】
振動球２０２の直径は、振動球５０２の直径よりも大きいので、振動球２０２が配置されている部分から流出する材料２２０の流出量と、振動球５０２が配置されている部分から流出する材料２２０の流出量とは異なる。振動球２０２が配置されている部分から流出する材料２２０の流出量の方が、振動球５０２が配置されている部分から流出する材料２２０の流出量よりも多い。よって、一定時間経過すると、振動球２０２と振動球５０２との間に貯留する材料２２０は満杯となる。
【００５０】
振動球２０２と振動球５０２との間に貯留する材料２２０は満杯となっても、振動球２０２と振動球５０２とは同期して振動するので、材料２２０は、振動球５０２の下方に流出し、材料散布部２０１の直下にある散布面２３０に材料２２０が散布される。上述したように、振動球２０２および振動球５０２の下方に流出する材料２２０の流出量の違いによって、振動球２０２と振動球５０２との間にある材料２２０の貯留量が少なくなると、材料２２０が自動的に補充される。
【００５１】
したがって、振動器２３１をＯＦＦにすると、振動球２０２と振動球５０２との間は材料２２０が満杯状態となる。この状態では、振動球５０２には上方から圧力がかけられた状態となり、振動球５０２がテーパ部５１７に接触して固定されるので、材料２２０が下方に流出しない。
【００５２】
次に、図８乃至図１０を用いて、振動球５０２の大きさと振動との関係を説明する。図８は、本実施形態に係る３次元積層造形装置の振動球とノズル開口部との関係を示す図である。図９は、本実施形態に係る３次元積層造形装置の振動球径と材料個数との関係を示す図である。図１０は、本実施形態に係る３次元積層造形装置の振動球に与える振幅と供給材料量との関係を示す図である。
【００５３】
ノズル部５１５のノズル角をθｒ、振動球５０２の半径をＲ、ノズル開口８０１の径をＲｎ、材料２２０の材料径をＲｃとする。振動球５０２に振動が加えられていない場合には、振動球５０２はテーパ部５１７に接している。この場合に接している線長は、Ｒｓｉｎθｒである。この接線をバンド８０２とする。ここで、１回の振動で振動球５０２が上方に動き、振動球５０２とテーパ部５１７との間に材料２２０である粉体１個分の隙間ができたとする。この場合、バンド８０２にある材料２２０である粉体の個数Ｎｂは式（１）となる。
Ｎｂ＝２πＲｓｉｎθｒ／Ｒｃ    （１）
【００５４】
また、ノズル開口面にある粉体の個数Ｎｓは式（２）となる。
Ｎｓ＝πＲｎ２／πＲｃ２＝（Ｒｎ／Ｒｃ）２    （２）
【００５５】
振動球５０２の１回の振動でノズル開口部８０１およびバンド８０２から流れ出る粉体の個数は、それぞれ、Ｎｂ，Ｎｓと見ることができる。
【００５６】
ここで、材料２２０である粉体が安定して流れ出る条件は、式（３）となる。
Ｎｓ＞Ｎｂ    （３）
【００５７】
つまり、ノズル開口部８０１を流れる粉体の量よりも、バンド８０２を通過する粉体の量が多いと、振動球５０２とノズル開口部８０１との間の隙間に粉体が滞留し、ノズル開口部８０１にパウダードームが形成され易くなるためである。式（３）が成立していれば、バンド８０２を通過した粉体の量がそのままノズル開口部８０１を通過する粉体の量となり、粉体は安定して流れ出ることになる。
【００５８】
この関係を例えば、θｒ＝４５度，Ｒｎ＝０．２５ｍｍ，Ｒｃ＝４０μｍとして、振動球５０２の径の関数としてグラフで表したのが図９である。この場合の式（３）で示す安定、不安定の関係を領域で示してあり、安定動作のためには、振動球５０２の振動球径は、１．２５ｍｍよりも小さくなければならないことが分かる。
【００５９】
振動数に応じて、ＮｂおよびＮｓは線形的に増加するので、式（３）は、振動数に対して保存され、放出される粉体の量は式（４）で表される。
放出粉体量［個／秒］＝Ｎｂ・ν    （４）
【００６０】
また、振動球５０２の移動量は、振動振幅Ｈにも線形的に応答するので、任意係数αを考慮すれば、式（４）は、式（５）のようになり、この関係は図１０に示したグラフのようになる。
放出粉体量［個／秒］＝α・Ｎｂ・ν・Ｈ    （５）
【００６１】
図１１は、本実施形態に係る３次元積層造形装置が備える粉体流量と粉体および振動球との組み合わせ示す粉体流量テーブルである。粉体流量テーブル１１００は、粉体流量１１０１に関連付けて粉体１１０２と振動球１１０３とを記憶する。粉体１１０２は、粉体の種類および粒径を格納する。振動球１１０３は、振動球２０２、５０２の球径や、それぞれに与える振動数などを格納する。
【００６２】
粉体散布制御部２８０は、例えば、粉体流量テーブル１１００を参照して、振動数を調整して、材料２２０としての粉体の流量を制御してもよい。なお、材料２２０としては、金属などの粉体であっても、液体であっても、ガラスやプラスチックの粒などでもよく、これらには限定されない。
【００６３】
本実施形態によれば、材料が供給口に詰まることがなく、材料を定量的に散布することができる。また、材料散布部をカートリッジ方式としたので、材料の入れ替えや補充、単色刷り、多色刷りなどを容易に実施できる。さらに、振動球を複数としたので、安てして材料を散布でき、材料を変えても振幅および周波数により流量を制御でき、汎用的に使用できる。また、振動球の振動をＯＮまたはＯＦＦできるので、材料の流量をパルス化することもでき、振動球の球径を小さくすれば、数μｍオーダの材料であっても自在に制御でき、振動球の球径を変えれば装置特性も変わり、装置を汎用的に使用できる。
【００６４】
［第４実施形態］
次に本発明の第４実施形態に係る３次元積層造形装置１２００について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態に係る３次元積層造形装置１２００の全体構成を説明するための図である。本実施形態に係る３次元積層造形装置１２００は、上記第３実施形態と比べると、振動球を３つを有する点で異なる。その他の構成および動作は、第３実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。なお、本実施形態の説明においては、図が煩雑になるのを避けるため、説明に不要な部材などは適宜省略している。
【００６５】
３次元積層造形装置１２００は、３番目の振動球１２０２（第３振動球）を有する。振動球１２０２は、振動球２０２よりも上流側に配置され、テーパ部１２１７と接触している。振動球１２０２の直径は、振動球２０２の直径よりも大きい。なお、本実施形態では、振動球が３つの場合を例に説明をしたが、振動球の数はこれには限定されず、４つ以上であってもよい。この場合、振動球の配置は、上流から下流に向かうにつれて球径が小さくなるよう配置すればよいが、振動球の配置はこれには限定されず、散布する材料の種類や粒径などに応じて様々な球径の振動球を適宜配置してもよい。
【００６６】
［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
【００６７】
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。
【図１】
2017109964.tif 000003
【図２】
2017109964.tif 000004
【図３】
2017109964.tif 000005
【図４Ａ】
2017109964.tif 000006
【図４Ｂ】
2017109964.tif 000007
【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2017109964.tif 000011
【図６Ｃ】
2017109964.tif 000012
【図７Ａ】
2017109964.tif 000013
【図７Ｂ】
2017109964.tif 000014
【図８】
2017109964.tif 000015
【図９】
2017109964.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
2017109964.tif 000018
【図１２】
2017109964.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月26日(2016.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流から下流に向けて径が縮小する少なくとも１つのテーパ部と、３次元積層造形物の材料が通過して供給される開口部を備えるノズルと、を有し、前記材料を散布面上に散布する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置されて前記開口部を塞ぎ、前記材料の密度よりも大きい密度の振動する少なくとも１つの振動球と、
前記振動球の振動を制御する振動制御手段と、
を備え、
前記材料散布手段は、さらに、第１テーパ部と、前記第１テーパ部よりも下流側にある第２テーパ部とを有し、
第１振動球が前記第１テーパ部に配置され、第２振動球が前記第２テーパ部に配置されている３次元積層造形装置。
【請求項２】
前記材料散布手段は、
外筒と、
前記外筒の内側に取り外し可能に取り付けられ、前記材料が貯留される内筒と、
を有する請求項１に記載の３次元積層造形装置。
【請求項３】
前記材料散布手段を取り外し可能に収納する収納手段をさらに備える請求項１または２に記載の３次元積層造形装置。
【請求項４】
前記第１振動球の直径が、前記第２振動球の直径よりも大きい請求項１乃至３のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
【請求項５】
前記材料散布手段の先端部には、取り外し可能なアタッチメントが設けられている請求項１乃至４のいずれか１項に記載の３次元積層造形装置。
【請求項６】
上流から下流に向けて径が縮小する少なくとも１つのテーパ部と、３次元積層造形物の材料が通過して供給される開口部を備えるノズルと、を有し、前記材料を散布面上に散布する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置されて前記開口部を塞ぎ、前記材料の密度よりも大きい密度の振動する少なくとも１つの振動球と、
前記振動球の振動を制御する振動制御手段と、
を備え、
前記材料散布手段は、さらに、第１テーパ部と、前記第１テーパ部よりも下流側にある第２テーパ部とを有し、
第１振動球が前記第１テーパ部に配置され、第２振動球が前記第２テーパ部に配置されている３次元積層造形装置の制御方法であって、
前記振動球の振動を制御する振動制御ステップを含む３次元積層造形装置の制御方法。
【請求項７】
上流から下流に向けて径が縮小する少なくとも１つのテーパ部と、３次元積層造形物の材料が通過して供給される開口部を備えるノズルと、を有し、前記材料を散布面上に散布する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置されて前記開口部を塞ぎ、前記材料の密度よりも大きい密度の振動する少なくとも１つの振動球と、
前記振動球の振動を制御する振動制御手段と、
を備え、
前記材料散布手段は、さらに、第１テーパ部と、前記第１テーパ部よりも下流側にある第２テーパ部とを有し、
第１振動球が前記第１テーパ部に配置され、第２振動球が前記第２テーパ部に配置されている３次元積層造形装置の制御プログラムであって、
前記振動球の振動を制御する振動制御ステップをコンピュータに実行させる３次元積層造形装置の制御プログラム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置は、
上流から下流に向けて径が縮小する少なくとも１つのテーパ部と、３次元積層造形物の材料が通過して供給される開口部を備えるノズルと、を有し、前記材料を散布面上に散布する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置されて前記開口部を塞ぎ、前記材料の密度よりも大きい密度の振動する少なくとも１つの振動球と、
前記振動球の振動を制御する振動制御手段と、
を備え、
前記材料散布手段は、さらに、第１テーパ部と、前記第１テーパ部よりも下流側にある第２テーパ部とを有し、
第１振動球が前記第１テーパ部に配置され、第２振動球が前記第２テーパ部に配置されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置の制御方法は、
上流から下流に向けて径が縮小する少なくとも１つのテーパ部と、３次元積層造形物の材料が通過して供給される開口部を備えるノズルと、を有し、前記材料を散布面上に散布する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置されて前記開口部を塞ぎ、前記材料の密度よりも大きい密度の振動する少なくとも１つの振動球と、
前記振動球の振動を制御する振動制御手段と、
を備え、
前記材料散布手段は、さらに、第１テーパ部と、前記第１テーパ部よりも下流側にある第２テーパ部とを有し、
第１振動球が前記第１テーパ部に配置され、第２振動球が前記第２テーパ部に配置されている３次元積層造形装置の制御方法であって、
前記振動球の振動を制御する振動制御ステップを含む。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る３次元積層造形装置のプログラムは、
上流から下流に向けて径が縮小する少なくとも１つのテーパ部と、３次元積層造形物の材料が通過して供給される開口部を備えるノズルと、を有し、前記材料を散布面上に散布する材料散布手段と、
前記テーパ部に配置されて前記開口部を塞ぎ、前記材料の密度よりも大きい密度の振動する少なくとも１つの振動球と、
前記振動球の振動を制御する振動制御手段と、
を備え、
前記材料散布手段は、さらに、第１テーパ部と、前記第１テーパ部よりも下流側にある第２テーパ部とを有し、
第１振動球が前記第１テーパ部に配置され、第２振動球が前記第２テーパ部に配置されている３次元積層造形装置の制御プログラムであって、
前記振動球の振動を制御する振動制御ステップをコンピュータに実行させる。
【国際調査報告】
2017109964.tif 000020
2017109964.tif 000021
2017109964.tif 000022
2017109964.tif 000023