(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体を貯留する造形槽と、
前記造形槽に貯留された粉体の上面を第１位置から第２位置にかけて第１方向に沿って移動することで前記上面を平坦化する平坦化部と、
前記造形槽に貯留された粉体の平坦化された前記上面に造形液を吐出する吐出部と、
前記造形槽の前記第２位置側に配置された吸引口を備えた吸引機構と、
を備え、
前記吐出部は、前記上面に対して前記造形液を吐出しない場合、前記造形槽の前記第２位置側であって、前記造形槽の前記吸引口が配置される側に対向する側に位置する第３位置に位置し、
前記吸引口は、前記造形槽の前記第２位置側であって、前記上面に対して前記造形液を吐出しない場合の前記吐出部が配置される前記第３位置に対して前記造形槽を挟んで反対側の第４位置に配置されている
立体造形装置。
【請求項２】
前記平坦化部と前記吐出部と前記吸引機構とを制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、
前記造形槽に貯留された前記粉体の前記上面を前記第１位置から前記第２位置にかけて前記第１方向に沿って移動するように前記平坦化部を制御し、
前記平坦化部が前記第２位置に停止した後に前記吸引機構を制御して前記吸引口からの吸気を開始する
請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記粉体の材質、前記粉体の粒径、前記吐出部が実行する印字動作の印字モード、温度および湿度のうち少なくとも１つに基づいて前記吸引機構による前記吸引口からの吸引量を設定する請求項２に記載の立体造形装置。
【請求項４】
前記平坦化部は、前記粉体の前記上面を前記第１位置から前記第２位置にかけて前記第１方向に沿って移動する円筒形状のリコートローラと、前記リコートローラを前記第１位置から前記第２位置にかけて前記第１方向に沿って移動させる移動機構と、前記リコートローラの前記粉体との接触部分が当該リコートローラの前記第１方向への移動速度よりも速く前記第１方向へ移動するように回転させる回転機構とを備え、
前記制御部は、
前記リコートローラを前記第１位置から前記第２位置にかけて前記第１方向に沿って移動させる際に前記リコートローラを回転させるように前記移動機構および前記回転機構を制御し、
前記リコートローラを前記第２位置に停止させた際に前記リコートローラの回転が停止するように前記移動機構および前記回転機構を制御し、
前記リコートローラが前記第２位置に停止して前記リコートローラの回転が停止した後に前記吸引機構を制御して前記吸引口からの吸気が開始するように前記吸引機構を制御する
請求項２に記載の立体造形装置。
【請求項５】
前記吸引機構は、前記吸引口から気体とともに吸引された粉体を貯留する粉体タンクを備える請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項６】
前記造形槽と隣接配置され、前記造形槽に供給される前記粉体を貯留する供給槽をさらに備え、
前記第１位置は、前記供給槽に対して前記造形槽と反対側の位置である
請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項７】
粉体を貯留する造形槽と、
前記造形槽に貯留された粉体の上面を第１位置から第２位置にかけて第１方向に沿って移動することで前記上面を平坦化する平坦化部と、
前記造形槽に貯留された粉体の平坦化された前記上面に造形液を吐出する吐出部と、
前記造形槽の前記第２位置側に配置された吸引口を備えた吸引機構と、
前記平坦化部と前記吐出部と前記吸引機構とを制御する制御部と、
を備え、
前記吐出部は、前記上面に対して前記造形液を吐出しない場合、前記造形槽の前記第２位置側であって、前記造形槽の前記吸引口が配置される側に対向する側に位置する第３位置に位置し、
前記吸引口は、前記造形槽の前記第２位置側であって、前記上面に対して前記造形液を吐出しない場合の前記吐出部が配置される前記第３位置に対して前記造形槽を挟んで反対側の第４位置に配置されている
立体造形システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体造形装置および立体造形システムに関する。
【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金属又は非金属の粉体を層状に形成し（これを「粉体層」という）、粉体層に対して造形液（バインダ液ともいう）を吐出して、粉体が結合された層状造形物（これを「造形層」という）を形成し、この造形層上に粉体層を形成し、再度造形層を形成するという工程を繰り返すことで、造形層が積層された立体造形物を造形する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の立体造形装置では、供給槽の粉体をリコートローラで均らしつつ粉体槽に供給するが、その際に粉体が気中に舞い上がる場合がある。舞い上がった粉体は、キャリッジや印字ヘッド面に付着して吐出不良などの不具合を生じさせる可能性がある。また、飛散した粉体によって装置内が汚染されてしまうという問題も存在した。
【０００４】
そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、粉体の飛散に起因した吐出不良や装置内汚染を抑制することが可能な立体造形装置および立体造形システム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】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる立体造形装置は、粉体を貯留する造形槽と、前記造形槽に貯留された粉体の上面を第１位置から第２位置にかけて第１方向に沿って移動することで前記上面を平坦化する平坦化部と、前記造形槽に貯留された粉体の平坦化された前記上面に造形液を吐出する吐出部と、前記造形槽の前記第２位置側に配置された吸引口を備えた吸引機構と、を備え、前記吐出部は、前記上面に対して前記造形液を吐出しない場合、前記造形槽の前記第２位置側であって、前記造形槽の前記吸引口が配置される側に対向する側に位置する第３位置に位置し、前記吸引口は、前記造形槽の前記第２位置側であって、前記上面に対して前記造形液を吐出しない場合の前記吐出部が配置される前記第３位置に対して前記造形槽を挟んで反対側の第４位置に配置されていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明にかかる立体造形システムは、粉体を貯留する造形槽と、前記造形槽に貯留された粉体の上面を第１位置から第２位置にかけて第１方向に沿って移動することで前記上面を平坦化する平坦化部と、前記造形槽に貯留された粉体の平坦化された前記上面に造形液を吐出する吐出部と、前記造形槽の前記第２位置側に配置された吸引口を備えた吸引機構と、前記平坦化部と前記吐出部と前記吸引機構とを制御する制御部と、を備え、前記吐出部は、前記上面に対して前記造形液を吐出しない場合、前記造形槽の前記第２位置側であって、前記造形槽の前記吸引口が配置される側に対向する側に位置する第３位置に位置し、前記吸引口は、前記造形槽の前記第２位置側であって、前記上面に対して前記造形液を吐出しない場合の前記吐出部が配置される前記第３位置に対して前記造形槽を挟んで反対側の第４位置に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、粉体の飛散に起因した吐出不良や装置内汚染を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態１にかかる立体造形装置の概略構成例を示す上視図である。
【図２】図２は、図１に示す立体造形装置の概略構成例を示す側視図である。
【図３】図３は、立体造形装置の印字動作を説明するための図である。
【図４】図４は、立体造形装置のリコート動作を説明するための図である。
【図５】図５は、リコート動作時に舞い上がる粉体を説明するための図である。
【図６】図６は、実施形態１にかかる立体造形装置の一部の概略構成例を示す上視図である。
【図７】図７は、実施形態１にかかる立体造形装置の粉体吸引動作を説明するための上視図である。
【図８】図８は、実施形態１にかかる立体造形装置の粉体吸引動作を説明するための側視図である。
【図９】図９は、実施形態１にかかる立体造形装置の造形時の概略動作例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、実施形態２にかかる立体造形装置の一部の概略構成例を示す側視図であって印字動作を説明するための図である。
【図１１】図１１は、実施形態２にかかる立体造形装置のリコート動作を説明するための図である。
【図１２】図１２は、実施形態３にかかる立体造形装置の概略構成例を示す上視図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す立体造形装置における粉体槽と回収ユニットとの概略構成例を示す側視図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す篩い部の概略構成例を示す垂直断面図である。
【図１５】図１５は、リコート動作時に舞い上がる粉体およびこぼれ落ちる粉体を説明するための図である。
【図１６】図１６は、立体造形装置における粉体槽と回収ユニットとヘッドとの他の位置関係例を示す側視図である。
【図１７】図１７は、実施形態３にかかる立体造形装置３１０の造形時の概略動作例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、立体造形装置、立体造形システムおよび立体造形方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する立体造形装置とは、一般的には３Ｄプリンタと呼ばれるものを指し、粉末材料を使って３次元の造形物を作成するものである。一般的に立体造形装置は、造形方式によりいくつかのタイプに分類される。主な分類としては、レーザ焼結、粉末積層造形、マテリアルジェット、光造形、シート積層等がある。そこで以下の説明では、粉末積層造形タイプに属する立体造形装置を例に挙げる。このタイプの立体造形装置は、粉末材料（以下、粉体という）を一層毎に薄く堆積し、堆積された各層に対して３次元データに基づいて展開されたスライスデータを印字することを繰り返すことで、最終的な立体造形物を造形する。
【００１０】
実施形態１
図１は、実施形態１にかかる立体造形装置の概略構成例を示す上視図である。図２は、図１に示す立体造形装置の概略構成例を示す側視図である。
【００１１】
図１および図２に示すように、立体造形装置１０は、粉体造形装置（粉末造形装置ともいう）であり、粉体（粉末）２０が結合された層状造形物である造形層が形成される造形部１と、造形部１の層状に敷き詰められた粉体層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（吐出部）５とを備えている。
【００１２】
造形部１は、粉体槽１１と、平坦化部材（リコータ）である回転体としてのリコートローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、円筒形状などの回転体に代えて、例えば板状部材（ブレード）とすることもできる。
【００１３】
粉体槽１１は、箱型形状をなし、粉体２０を供給する供給槽２１と、造形層が積層されて立体造形物が造形される造形槽２２とを有している。供給槽２１と造形槽２２とは互いに隣接配置されており、それぞれの上面は開放されている。造形槽２２のサイズは、造形する立体造形物の大きさによるが、たとえばＡ４サイズ程度の立体造形物を製造可能なサイズである。また、粉体２０には、たとえば粒径が２０〜５０μｍの球状の金属などの材料が用いられる。
【００１４】
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。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。
【００１５】
供給ステージ２３および造形ステージ２４は、それぞれ不図示のモータによって鉛直方向（高さ方向）に昇降される。その際、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る。
【００１６】
供給槽２１上には、不図示の粉体供給装置が配置される。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、粉体供給装置を構成するタンク内の粉体２０が供給槽２１に供給される。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。
【００１７】
リコートローラ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に供給する。その際、造形槽２２に供給された粉体２０の上層を均して平坦化することも同時に行う。これにより、所定の厚みの層状の粉体２０である粉体層が造形槽２２に形成される。
【００１８】
このリコートローラ１２は、造形槽２２及び供給槽２１の内寸（即ち、粉体２０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る。また、リコートローラ１２は、不図示の往復移動機構によって造形ステージ２４のステージ面（粉体２０が積載される面）に沿って矢印Ｙ方向（副走査方向：第１方向）に往復移動される。これにより、粉体２０が造形槽２２上へと移送供給される。
【００１９】
リコートローラ１２は、不図示のモータなどの回転機構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する。回転機構は、リコートローラ１２の粉体２０との接触部分がリコートローラ１２のＹ方向への水平移動速度よりも速くＹ方向へ移動するように回転させる。これにより、造形槽２２上へと移送供給された粉体２０の上層（すなわち、粉体層３１の上面）が平坦化される。したがって、リコートローラ１２、往復移動機構および回転機構は、造形槽２２の粉体２０の上面を平坦化する平坦化部を構成している。
【００２０】
さらに、リコートローラ１２には、リコートローラ１２に付着した粉体２０を除去するための粉体除去部材である粉体除去板１３が配置されている。粉体除去板１３は、リコートローラ１２の周面に接触した状態で、リコートローラ１２とともに移動する。
【００２１】
なお、リコート動作時のリコートローラ１２の回転速度や移動速度は、粉体２０の種類や環境条件等に応じて最適な値に設定されるとよい。これにより、造形槽２２に供給された粉体２０上面の平坦度を向上させることが可能である。
【００２２】
一方、造形ユニット（吐出部）５は、造形ステージ２４上の粉体層に造形液を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。
【００２３】
液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１より構成される。このキャリッジ５１には、１つ以上の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）が搭載されている。搭載するヘッドの数は、たとえば印字解像度等に応じて決定されてよい。図１に示す例では、２つのヘッド５２ａおよび５２ｂが搭載されている。
【００２４】
キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５によって移動可能に保持されている。ガイド部材５４及び５５は、両側の側板７０に昇降可能に保持されている。
【００２５】
このキャリッジ５１は、モータ、プーリ及びベルトから構成される主走査移動機構によって主走査方向である矢印Ｘ方向（図１参照）に往復移動される。キャリッジ５１の移動速度は、印字モード等により変えることが可能であってもよい。
【００２６】
２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「ヘッド５２」という）は、液体を吐出する複数のノズルを配列したノズル列がそれぞれ２列配置されている。一方のヘッド５２ａの２つのノズル列は、シアン造形液及びマゼンタ造形液を吐出する。他方のヘッド５２ｂの２つのノズル列は、イエロー造形液及びブラック造形液をそれぞれ吐出する。なお、ヘッド構成はこれに限るものではない。
【００２７】
これらのシアン造形液、マゼンタ造形液、イエロー造形液、ブラック造形液の各々を収容した複数のタンク６０がタンク装着部５６に装着され、供給チューブなどを介してヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。
【００２８】
また、Ｘ方向の一方側には、液体吐出ユニット５０のヘッド５２の維持回復を行うメンテナンス機構６１が配置されている。
【００２９】
メンテナンス機構６１は、主にキャップ６２とワイパ６３で構成される。キャップ６２をヘッド５２のノズル面（ヘッド５２ａ／５２ｂにおけるノズルが形成された面）に密着させ、ノズルから造形液を吸引する。これは、ノズルに詰まった粉体２０の排出や高粘度化した造形液を排出するためである。その後、ノズルのメニスカス形成（ヘッド５２内は負圧状態である）のため、ノズル面をワイパ６３でワイピング（払拭）する。また、メンテナンス機構６１は、造形液の吐出が行われない場合に、ヘッド５２ａ／５２ｂのノズル面をキャップ６２で覆い、粉体２０がノズルに混入することや造形液が乾燥することを防止する。
【００３０】
造形ユニット５は、ベース部材７上に配置されたガイド部材７１に移動可能に保持されたスライダ部７２を有し、造形ユニット５全体がＸ方向と直交するＹ方向（副走査方向）に往復移動可能である。この造形ユニット５は、不図示の走査機構によって全体がＹ方向に往復移動される。
【００３１】
液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに鉛直方向（Ｘ方向およびＹ方向に対して垂直な方向）に昇降可能に配置され、不図示の昇降機構によって鉛直方向に昇降される。
【００３２】
造形部１および造形ユニット５を含む立体造形装置１０の各部は、図１における制御部９によって制御される。
【００３３】
つづいて、実施形態１にかかる立体造形装置１０の概略動作を説明する。立体造形装置１０の動作では、まず、後述において図４を用いて説明する動作と同様に、供給ステージ２３を上昇して供給槽２１内の粉体２０を供給槽２１の上部開口から盛り上げるとともに、造形ステージ２４を下降して造形槽２２の上部に所定深さの空きを作る。つづいて、供給槽２１側の待機位置（第１位置）にあるリコートローラ１２を回転させつつ所定の停止位置（リコート動作終了時の位置：第２位置）までＹ方向（第１方向）へ移動させる。これにより、供給槽２１の上部開口から盛り上がった粉体２０ａが造形槽２２の上部空きに供給される。この動作をリコート動作という。供給槽２１の上部開口から盛り上がった粉体２０ａの厚さと、造形槽２２の上部に形成される空きの深さと、この空きに形成される粉体層３１の厚さとは、それぞれ例えば約１００μｍ程度である。
【００３４】
つぎに、図３に示すように、リコートローラ１２を待機位置に戻すとともにヘッド５２を造形槽２２上に移動する。つづいて、造形槽２２の上層に新たに堆積された粉体層３１に対して、３次元データに基づいて展開された複数のスライスデータのうちの最初の１つを印字することで、該当する層の造形層３０を形成する。
【００３５】
つぎに、図４に示すように、供給ステージ２３を上昇して供給槽２１内の粉体２０を供給槽２１の上部開口から盛り上げるとともに、造形ステージ２４を下降して造形槽２２の上部に所定深さの空きを作る。つづいて、上述したリコート動作と同様の動作を実行することで、供給槽２１の上部開口から盛り上がった粉体２０ａを造形槽２２の上部空きに供給する。その際の厚さや深さや回転方向は、上述と同様であってよい。
【００３６】
つぎに、上述において図３を用いて説明した動作と同様に、ヘッド５２を造形槽２２上に移動し、造形槽２２の上層に新たに堆積された粉体層３１に次のスライスデータを印字する。これにより、先に形成しておいた造形層３０の上に次の造形層３０が形成される。
【００３７】
以上のような動作を全てのスライスデータに対する印字が完了するまで繰り返すことで、造形槽２２に立体造形物が造形される。造形された立体造形物は、造形槽２２から取り出され、付着している粉末材料を取り除いた後に乾燥工程を経ることで完成品となる。
【００３８】
ここで、回転するリコートローラ１２を用いて供給槽２１から造形槽２２に粒径の細かい粉体２０を移動させる場合、粉体２０が気中に舞い上がってしまう場合がある。たとえば図５に示すように、リコートローラ１２が造形槽２２側の停止位置（リコート動作終了時の位置）まで移動して回転を停止する際に、リコートローラ１２の進行方向側に粉体２０が雲状２０ｂに舞い上がる。このように気中に粉体２０が舞い上がった状態で印字動作を行うと、ヘッド５２のヘッド面に粉体２０が付着し、それにより吐出不良や目詰まりなどの不具合が発生して印字が困難となる場合がある。
【００３９】
そこで実施形態１では、図１および図２に示すように、リコート動作終了時のリコートローラ１２の停止位置側に吸引口１０１を配置し、舞い上がった粉体２０を吸引口１０１から吸引して除去する。これにより、吐出不良や目詰まりなどの不具合の発生を抑制する。
【００４０】
実施形態１にかかる立体造形装置１０における造形部１および吸引機構１００の構成を、図６に抜粋して示す。図６に示すように、吸引機構１００は、吸引口１０１と、吸引ポンプ１０２と、粉体タンク１０３とがそれぞれパイプ１０４または１０５を介して接続された構成を有する。この吸引機構１００は、図１における制御部９によって制御される。
【００４１】
吸引口１０１は、リコート動作終了時のリコートローラ１２の停止位置側に配置される。ここで、キャリッジ５１は、造形槽２２の粉体層３１に対して造形液を吐出しない場合（すなわち、印字動作を行わない場合）、造形槽２２に対してリコートローラ１２の停止位置側であって造形槽２２に対して一方の側の位置（第３位置）に位置している。そこで、実施形態１では、吸引口１０１を、造形槽２２に対してキャリッジ５１の待機位置（第３位置）とは反対側の位置（第４位置）に配置する。
【００４２】
この吸引口１０１の開口形状は、円形に限らず、楕円形、三角形や四角形（正方形、長方形、ひし形、台形等）などの多角形、１つ以上の円弧と１つ以上の直線とを組み合わせた形状など、種々変形可能である。また、開口形状のサイズは、雲状の広がる粉体２０のサイズに合せて適宜設計されてよい。吸引口１０１の開口形状およびそのサイズについては、雲状２０ｂに広がる粉体２０の存在範囲に対して効果的な風の流れを形成できる開口形状およびそのサイズであるとよい。また、雲状の広がる粉体２０の存在範囲に対して有効な風の流れを形成するために、造形部１を取り囲むフードや筐体などの特定の部分に吸引口１０１となる開口を設けてもよい。なお、特定の部分とは、たとえばヘッド５２の待機位置近傍など、吸引口１０１に対して粉体槽１１を挟んだ反対側等であってもよい。
【００４３】
吸引ポンプ１０２は、たとえば各層のリコート動作が終了した際、すなわちリコートローラ１２が停止位置に到達して回転を停止した際に、吸引を開始する。それにより、図７および図８に例示するように、リコートローラ１２の停止位置の進行方向側に雲状２０ｂに舞い上がった粉体２０が吸引口１０１から吸い込まれる。吸い込まれた粉体２０は、パイプ１０４を介して吸引ポンプ１０２に導入され、吸引ポンプ１０２で気体と分離された後、パイプ１０５を介して粉体タンク１０３へ送られて貯留される。もしくは、吸引口１０１から吸い込まれた粉体２０は、気体とともに吸引ポンプ１０２を介して粉体タンク１０３へ送られ、粉体タンク１０３で気体と分離されて貯留されてもよい。
【００４４】
その後、気中に舞っている粉体２０が十分に低減した段階で吸引ポンプ１０２による吸引動作を停止し、ヘッド５２による印字動作が開始される。
【００４５】
このように、リコート動作が終了した際、気中に舞い上がった粉体２０をキャリッジ５１の待機位置とは反対側の位置から吸引することで、舞い上がった粉体２０がキャリッジ５１やヘッド５２に付着することを防止できる。それにより、吐出不良や目詰まりなどの不具合の発生が抑制され、安定した造形物の製作が可能となる。
【００４６】
なお、粉体２０の飛散量は、粉体２０の種類や粒径等に依存して変化する。また、使用時間の長短によっても粉体２０の飛散量が大きく変わってくる。さらに、粉体２０の飛散量は、温度や湿度等の環境条件に影響を受ける場合もある。
【００４７】
そこで実施形態１では、使用する粉体２０の種類や粒径、温度や湿度等の環境条件等に応じて、吸引口１０１からの吸引量を調整できるようにする。
【００４８】
つぎに、実施形態１にかかる立体造形装置１０の造形時の概略動作例を、図面を参照して詳細に説明する。図９は、実施形態１にかかる立体造形装置１０の造形時の概略動作例を示すフローチャートである。なお、図９では、制御部９の動作に着目する。
【００４９】
図９に示すように、制御部９は、まず、造形動作の初期設定を実行する（ステップＳ１０１）。この初期設定では、使用する粉体２０の種類（材質、粒径等）、印字モード（カラー／モノクロ、解像度、リコートローラ１２の回転速度および／または移動速度等）、温度や湿度などの環境条件等が設定される。これらのうち、粉体２０の種類（材質、粒径等）および印字モードは、ユーザが不図示の入力インタフェースを用いて設定入力してもよい。また、温度や湿度などの環境条件は、不図示の温度センサや湿度センサから制御部９が値を取得してもよい。
【００５０】
つぎに制御部９は、設定された粉体２０の種類や印字モードや環境条件等に基づいて、舞い上がった粉体２０を除去するために必要となる吸引口１０１からの吸引量および／または吸引時間等の吸引強度を設定する（ステップＳ１０２）。
【００５１】
つぎに制御部９は、供給ステージ２３を所定距離上昇させるとともに造形ステージ２４を所定距離下降させる（ステップＳ１０３）。つづいて制御部９は、リコートローラ１２の回転を開始し（ステップＳ１０４）、回転中のリコートローラ１２を待機位置から所定の停止位置まで移動させる（ステップＳ１０５）。これにより、供給槽２１から造形槽２２へ粉体２０が平坦化されつつ供給される。
【００５２】
つぎに制御部９は、リコートローラ１２の回転を停止し（ステップＳ１０６）、さらに、ステップＳ１０２で設定した吸引強度（吸引量および／または吸引時間等）に基づいて吸引ポンプ１０２を駆動することで、吸引口１０１からの吸引を実行する（ステップＳ１０７）。つづいて制御部９は、リコートローラ１２を供給槽２１側の待機位置へ移動する（ステップＳ１０８）。なお、吸引口１０１からの吸引は、リコートローラ１２が待機位置に移動するまで継続されてもよいし、リコートローラ１２が待機位置へ向けての移動を開始する前に停止されてもよい。
【００５３】
つぎに制御部９は、不図示のメモリから印字対象のスライスデータを読み込み（ステップＳ１０９）、つづいて、造形ユニット５を駆動することで、スライスデータの印字処理を実行する（ステップＳ１１０）。その後、制御部９は、全てのスライスデータの印字処理が完了したか否かを判定し（ステップＳ１１１）、完了している場合（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、本動作を終了する。一方、完了していない場合（ステップＳ１１１；ＮＯ）、制御部９は、ステップＳ１０３へリターンして以降の動作を実行する。
【００５４】
以上のように、実施形態１によれば、リコート動作終了時のリコートローラ１２の停止位置側に吸引口１０１を配置し、舞い上がった粉体２０を吸引口１０１から吸引して除去する。これにより、吐出不良や目詰まりなどの不具合の発生を抑制することが可能となる。その結果、安定した造形物の製作が可能となる。
【００５５】
実施形態２
上述した実施形態１では、造形部１の粉体槽１１が供給槽２１と造形槽２２との２つの槽を有する構成としているが、供給槽２１を省略することも可能である。その場合、粉体供給装置から造形槽２２に粉体２０を供給し、供給された粉体２０を平坦化手段で平坦化する構成とすればよい。以下に、供給槽２１が省略された構成を実施形態２として図面を参照して詳細に説明する。
【００５６】
図１０は、実施形態２にかかる立体造形装置における造形部の概略構成例を示す側視図である。なお、図１０に示されている構成以外については、上述した実施形態１と同様であってよいため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５７】
図１０に示すように、実施形態２にかかる造形部２は、実施形態１における造形部１と同様の構成において、供給槽２１が省略された構成を有する。造形槽２２への粉体２０の供給は、不図示の粉体供給装置から直接的に行われる。
【００５８】
実施形態２では、図１０に示すように、上述において図３を用いて説明した工程と同様の工程にて、造形槽２２の上層に位置する粉体層３１に印字することで、造形層３０が形成される。
【００５９】
一方、図１１に示すように、造形槽２２への粉体２０の供給では、まず、造形ステージ２４を下降して造形槽２２の上部に所定深さの空きが作られ、この空きに粉体供給装置から所定量の粉体２０が直接供給される。なお、粉体供給装置からの粉体２０の供給位置は、リコートローラ１２の待機位置近傍であってもよいし、造形槽２２の開口全体であってもよい。
【００６０】
つづいて、待機位置にあるリコートローラ１２を回転させつつＹ方向へ移動させることで、造形槽２２の上部開口から盛り上がった粉体２０の上面を平坦化して、新たな粉体層３１を形成する。その際、余分な粉体２０が造形槽２２からこぼれ落ちる場合には、こぼれ落ちた粉体２０を受け止めるためのトレーなどを配置してもよい。
【００６１】
その後、リコートローラ１２が停止位置（リコート動作終了時の位置）まで移動すると、リコートローラ１２の回転が停止され、吸引口１０１からの吸引が開始される。その後、気中に舞っている粉体２０が十分に低減した後に、吸引口１０１からの吸引停止、リコートローラ１２の待機位置への移動、印字処理等を１回以上経て、所望の立体造形物が造形される。
【００６２】
以上のような動作は、たとえば図９におけるステップＳ１０３を「造形ステージを所定距離上昇」とし、ステップＳ１０５を「回転中のリコートローラを移動して供給された粉体上面を平坦化」とすることで実現可能である。なお、その他の動作は、図９を用いて説明した動作と同様であってよい。
【００６３】
以上のように、実施形態２によれば、実施形態１と同様に、リコート動作終了時のリコートローラ１２の停止位置側に吸引口１０１を配置し、舞い上がった粉体２０を吸引口１０１から吸引して除去する。これにより、吐出不良や目詰まりなどの不具合の発生を抑制することが可能となる。その結果、安定した造形物の製作が可能となる。
【００６４】
実施形態３
上述した実施形態では、リコートローラ１２が停止した際にリコートローラ１２の進行方向に雲状２０ｂに舞い上がった粉体２０をリコートローラ１２の停止位置付近に設けた吸引口１０１から回収する構成について例示した。これに対し、実施形態３では、リコートローラ１２の停止位置付近に雲状２０ｂに舞い上がった粉体２０に加え、造形槽２２上面をリコートローラ１２で平坦化した際に造形槽２２の端からこぼれ落ちた余剰の粉体２０についても回収可能な構成について、例を挙げて説明する。
【００６５】
図１２は、実施形態３にかかる立体造形装置の概略構成例を示す上視図である。図１３は、図１２に示す立体造形装置における粉体槽と回収ユニットとの概略構成例を示す側視図である。
【００６６】
図１２に示すように、実施形態３にかかる立体造形装置３１０は、実施形態１にかかる立体造形装置１０（図１参照）と同様の構成において、吸引口１０１を含む吸引機構１００（図６参照）が回収ユニット３００に置き換えられた構成を備える。
【００６７】
図１３に示すように、回収ユニット３００は、回収部３０１と、篩い部３０３と、粉体タンク３０４とを備える。この回収ユニット３００は、造形槽２２に対し、リコート動作終了時のリコートローラ１２の停止位置側に配置されている。
【００６８】
回収部３０１は、上面と底面が開口され、上面から底面に向かって水平断面が縮径する逆錐台状の構造物である。この回収部３０１は、造形槽２２における上面側の４つの端のうち、リコート動作終了時のリコートローラ１２の停止位置側の端に配置されている。その際、回収部３０１と造形槽２２とは、間に隙間が存在しないように密着されているとよい。リコートローラ１２によって造形槽２２から押し出された余剰の粉体２０は、回収部３０１の上面側の開口から内部に進入することで、回収ユニット３００に回収される。
【００６９】
回収部３０１には、回収部３０１内から回収部３０１外へ向かう気体（空気）の流れを形成するためのファン３０２が設けられている。このファン３０２には、ファン３０２を通過する気体に含まれる粉体２０やその他のホコリ等を除去するためのフィルタ３０５が設けられている。
【００７０】
回収部３０１の下面側の開口には、篩い部３０３が連結している。図１４に、篩い部３０３の概略構成例を示す。図１４に示すように、篩い部３０３は、上面と底面が開口され、回収部３０１下面の開口に連続する中空の筐体３２１と、筐体３２１内部に配置された篩い３２２と、篩いに振動を与える振とう部３２３とを備える。筐体３２１の上面側の開口は、回収部３０１を通って落下してくる粉体２０がスムーズに筐体３２１内部へ進入できるように、回収部３０１の下面側の開口と整合している。
【００７１】
篩い３２２は、筐体３２１内部の空洞を遮るように配置されている。したがって、筐体３２１内部に進入した粉体２０は、篩い３２２に一旦塞き止められる。篩い３２２は、使用する粉体２０の種類等に応じて適切なものを使用することが望ましい。また、篩い３２２は、１枚に限らず、複数枚を重ねて使用することも可能である。
【００７２】
振とう部３２３は、自身が振動することで篩い３２２を振動させる。振とう部３２３が篩い３２２に与える振動や振幅等は、使用する粉体２０の種類や粒径等ならびに周囲の温度や湿度等の条件によって適宜設定することができる。
【００７３】
篩い３２２を通過した粉体２０は、篩い部３０３の重力下方に配置された粉体タンク３０４内に進入して貯留される。粉体タンク３０４に貯留された粉体２０は、供給槽２１へ戻されてそのまま再利用することが可能である。
【００７４】
以上のような構成において、図１５に示すように、リコートローラ１２が供給槽２１上から造形槽２２側の停止位置（リコート動作終了時の位置）まで移動して回転を停止すると、リコートローラ１２の進行方向側に粉体２０が雲状２０ｂに舞い上がるとともに、余剰の粉体２０ｃが造形槽２２におけるリコートローラ１２の停止位置の端からこぼれ落ちる。
【００７５】
舞い上がった粉体２０は、ファン３０２によって形成された気流に導かれて回収部３０１内へ進入し、その後、ファン３０２に設けられたフィルタ３０５に捕獲される。その結果、ファン３０２からは、舞い上がった粉体２０が除去された気体（空気）が排出される。なお、フィルタ３０５に捕獲された粉体２０が回収部３０１内に落下するように構成されてもよい。
【００７６】
一方、リコートローラ１２に押し出される形で造形槽２２からこぼれ落ちた粉体２０ｃは、自由落下により回収部３０１内に進入して篩い部３０３へ到達する。篩い部３０３では、外部からの制御信号もしくは不図示のセンサによる粉体２０の進入検知に基づいて振とう部３２３の振動が開始されている。篩い３２２に振動を与えることで、篩い３２２に塞き止められた粉体２０のうち、凝集していない粉体２０が篩い３２２を通過して重力下方へ落下し、粉体タンク３０４に回収される。一方、凝集して径が大きくなった粉体やその他のゴミやホコリなどの不要物２０ｄは、篩い３２２に塞き止められたままとなる。このように、篩い部３０３は、凝集していない粉体２０と不要物２０ｄとを粒径に基づいて分級する。
【００７７】
なお、図１５では、リコート動作時にヘッド５２が造形槽２２を挟んで供給槽２１と反対側へ退避する構成を例示しているが、このような構成に限られず、図１６に例示するように、リコート動作時にヘッド５２が供給槽２１を挟んで造形槽２２と反対側へ退避する構成であってもよい。たとえば、図１２に示す構成において、供給槽２１の位置と造形槽２２の位置とが入れ代わっている構成であってもよい。その場合、回収ユニット３００は、造形槽２２を挟んで供給槽２１と反対側に配置される。このように、実施形態３にかかる回収ユニット３００は、供給槽２１と造形槽２２との位置関係に関係なく、リコート動作終了時に粉体２０がこぼれ落ちる端に配置することが可能である。
【００７８】
つづいて、実施形態３にかかる立体造形装置３１０の造形時の概略動作例を、図面を参照して詳細に説明する。図１７は、実施形態３にかかる立体造形装置３１０の造形時の概略動作例を示すフローチャートである。なお、図１７では、制御部９の動作に着目するとともに、図９を用いて説明した動作と同様の動作については、同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
【００７９】
図１７に示すように、制御部９は、図９のステップＳ１０１に示す動作と同様に、造形動作の初期設定を実行する。つづいて制御部９は、使用する粉体２０の種類や粒径、温度や湿度等の環境条件等に基づいて、ファン３０２の回転量（吸引量および吸引時間等）および振とう部３２３の振動量（振幅および周波数等）を設定する（ステップＳ２０１）。
【００８０】
つぎに制御部９は、図９のステップＳ１０３〜Ｓ１０６に示す動作と同様に、供給ステージ２３の上昇および造形ステージ２４の下降（ステップＳ１０３）と、リコートローラ１２の回転開始（ステップＳ１０４）および移動（ステップＳ１０５）を実行し、これにより、リコートローラ１２が所定の停止位置まで移動すると、リコートローラ１２の回転を停止する（ステップＳ１０６）。
【００８１】
つぎに制御部９は、ステップＳ２０１で設定した回転量および振動量に基づいてファン３０２および振とう部３２３の駆動を開始することで（ステップＳ２０２）、舞い上がった粉体２０の吸引と回収部３０１で回収された粉体２０の分別とを開始する。
【００８２】
つづいて制御部９は、図９のステップＳ１０８〜Ｓ１１１に示す動作と同様に、リコートローラ１２の待機位置への移動（ステップＳ１０８）と、印字対象のスライスデータの読み込み（ステップＳ１０９）と、スライスデータの印字処理（ステップＳ１１０）とを実行した後、全てのスライスデータの印字処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ１１１）。なお、ファン３０２および振とう部３２３の駆動は、リコートローラ１２が待機位置に移動するまで継続されてもよいし、リコートローラ１２が待機位置へ向けての移動を開始する前に停止されてもよい。
【００８３】
その後、制御部９は、全てのスライスデータの印字処理が完了している場合（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、本動作を終了する。一方、完了していない場合（ステップＳ１１１；ＮＯ）、制御部９は、ステップＳ１０３へリターンして以降の動作を実行する。
【００８４】
以上のように、実施形態３では、造形槽２２の余剰粉末を回収するための回収ユニット３００が、舞い上がった粉体２０を収集する吸引機構（ファン３０２）と、余剰の粉体２０から再利用可能な粉体２０を取り出す篩い部３０３とを備えている。このような構成を備えることで、リコート動作時に発生した舞い上がった粉体２０がファン３０２により収集されるため、実施形態１と同様に、キャリッジ５１やヘッド５２等の立体造形装置３１０内部の粉体２０による汚染を低減することが可能となる。また、造形槽２２からこぼれ落ちた粉体２０ｃやファン３０２で収集された粉体２０などの余剰の粉体２０を篩いにかけて凝集していない粉体２０とその他の不要物２０ｄとを自動的に分級するため、余剰の粉体２０から再利用可能な粉体２０を容易に取り出すことが可能となる。
【００８５】
なお、上記構成において、ファン３０２は１つに限らず、複数用いられてもよい。また、篩い部３０３に連結された粉体タンク３０４には、分別された粉体２０を供給槽２１または供給槽２１へ粉体２０を供給する粉体供給装置のタンクへ自動的に戻す粉体搬送機構が設けられてもよい。
【００８６】
その他の構成、動作および効果は、上述した実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００８７】
なお、上記には、本実施の形態を説明したが、上記実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施の形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８８】
１、２  造形部
５  造形ユニット
７  ベース部材
９  制御部
１０  立体造形装置
１１  粉体槽
１２  リコートローラ
１３  粉体除去板
２０  粉体（粉末）
２０ｂ  雲状
２０ｃ  こぼれ落ちた粉体
２０ｄ  不要物
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
３１  粉体層
５０  液体吐出ユニット
５１  キャリッジ
５２、５２ａ、５２ｂ  ヘッド
５４、５５  ガイド部材
５６  タンク装着部
６０  タンク
６１  メンテナンス機構
６２  キャップ
６３  ワイパ
７０  側板
７１  ガイド部材
７２  スライダ部
１００  吸引機構
１０１  吸引口
１０２  吸引ポンプ
１０３  粉体タンク
１０４、１０５  パイプ
３００  回収ユニット
３１０  立体造形装置
３０１  回収部
３０２  ファン
３０３  篩い部
３０４  粉体タンク
３０５  フィルタ
３２１  筐体
３２２  篩い
３２３  振とう部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８９】
【特許文献１】特開２０１４−１０４６８３号公報
【特許文献２】特開２００３−２３１１８２号公報
【特許文献３】特開２００２−２０５３３８号公報
【特許文献４】特許第５７５１１１８号公報
【図１】
0006699287.tif 000002
【図２】
0006699287.tif 000003
【図３】
0006699287.tif 000004
【図４】
0006699287.tif 000005
【図５】
0006699287.tif 000006
【図６】
0006699287.tif 000007
【図７】
0006699287.tif 000008
【図８】
0006699287.tif 000009
【図９】
0006699287.tif 000010
【図１０】
0006699287.tif 000011
【図１１】
0006699287.tif 000012
【図１２】
0006699287.tif 000013
【図１３】
0006699287.tif 000014
【図１４】
0006699287.tif 000015
【図１５】
0006699287.tif 000016
【図１６】
0006699287.tif 000017
【図１７】
0006699287.tif 000018