(57)【要約】【課題】簡単な構成で、安定して切削粉の飛散を防止することができ、高品質の三次元造形物を作成する。【解決手段】補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行う三次元造形装置において、補助材層と造形材層とを切削する切削ツールの切削部の上方に上記切削ツールを取り囲んで略円錐状に広がったスリットと、上記スリットの上方に少なくとも１以上形成され、上記スリットから液体が全周に渡って均一に流出するために液流を調整する第１のチャンバーと、上記第１のチャンバーの上方に形成され上記第１のチャンバーの少なくとも１つと連通し、外部から液体が供給される第２のチャンバーとを有する。【選択図】        図１
2005103734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行う三次元造形装置において、
補助材層と造形材層とを切削する切削ツールの切削部の上方に前記切削ツールを取り囲んで略円錐状に広がったスリットと、
前記スリットの上方に少なくとも１以上形成され、前記スリットから液体が全周に渡って均一に流出するために液流を調整する第１のチャンバーと、
前記第１のチャンバーの上方に形成され前記第１のチャンバーの少なくとも１つと連通し、外部から液体が供給される第２のチャンバーと
を有することを特徴とする三次元造形装置。
【請求項２】
補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行う三次元造形装置において、
筒状体状に形成された主軸と、
前記主軸の内周側に回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸に固定され補助材層と造形材層とを切削する切削ツールと、
全体が筒状体状に形成され、前記主軸の外周側に装着されて、前記主軸から放射状に拡開する端部を有する第１の筒状部材と、
全体が筒状体状に形成され、外部と連通する開口部を備えた第１の凹部と、前記第１の凹部の容積に比べて小さい容積の第２の凹部と、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを隔てる隔壁と、前記第２の凹部の内周面から延設され前記第１の筒状部材の前記端部に沿って傾斜する端面とを有し、前記隔壁と前記第１の筒状部材の外周との間に所定の間隙を有するようにして前記第１の筒状部材の外周側に回転自在に取り付けられ、かつ、回転量に応じて前記第１の筒状部材への取り付け位置を変化させ、前記第１の筒状部材への取り付け位置の変化に応じて前記端面と前記第１の筒状部材の前記端部との間の距離を変化させる第２の筒状部材と
を有することを特徴とする三次元造形装置。
【請求項３】
補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行った後、前記補助材層を除去して前記造形材層からなる三次元の空間的広がりをもつ三次元造形物を作成する三次元造形方法において、
切削ツールが所定の方向に移動するのとともに、前記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、前記ウォーターカーテンの内部において前記切削ツールにより補助材層または造形材層を切削する第１の工程と、
前記第１の工程の後に、切削ツールが所定の方向に移動するのとともに、前記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、前記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を前記ウォーターカーテンによって洗浄する第２の工程と
を有し、
前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成する
ことを特徴とする三次元造形方法。
【請求項４】
補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行った後、前記補助材層を除去して前記造形材層からなる三次元の空間的広がりをもつ三次元造形物を作成する三次元造形方法において、
切削ツールがＸＹＺ直交座標系におけるＺ軸方向に移動するのとともに、前記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、前記ウォーターカーテンの内部において前記切削ツールにより、Ｘ軸方向ならびにＹ軸方向に移動する移動手段上に形成された補助材層または造形材層を切削する第１の工程と、
前記第１の工程の後に、前記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンによって、前記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を前記移動手段を移動させながら洗浄する第２の工程と
を有し、
前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成する
ことを特徴とする三次元造形方法。
【請求項５】
補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行った後、前記補助材層を除去して前記造形材層からなる三次元の空間的広がりをもつ三次元造形物を作成する三次元造形方法において、
切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンの内部において前記切削ツールにより、所定の方向に移動する移動手段上に形状された補助材層または造形材層を切削する第１の工程と、
前記第１の工程の後に、前記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンによって、前記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を前記移動手段を移動させながら洗浄する第２の工程と
を有し、
前記第１の工程と前記第２の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成する
ことを特徴とする三次元造形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元造形装置および三次元造形方法に関し、さらに詳細には、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とを積層しながら三次元の空間的広がりをもつ物体たる三次元造形物を作成する三次元造形装置および三次元造形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、補助材料で形成された補助材層の所定部分を、エンドミルなどの切削ツールなどで切削して除去した後、当該除去された部分に造形材料によって造形材層を形成して、このような補助材層の形成と切削ならびに造形材層の形成を繰り返し行うことにより、二次元的な断面形状が積層させるようにして所望の三次元造形物を得ることができるようにした三次元造形装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
上記したような三次元造形装置においては、切削ツールたるエンドミルが補助材層を切削する際に生じる切削粉を三次元造形装置の外部に排出するために、エンドミルの周囲を覆うカバーと、当該カバーとホースを介して接続される吸引機とを配設するようになされている。
【０００４】
そして、切削ツールが補助材層を切削する際に生じる切削粉は、吸引機による吸引力によって、空気とともにカバー内からホースへと吸引されて、補助材層の表面付近から除去されることになる。
【０００５】
しかしながら、上記したような三次元造形装置においては、吸引機と接続するホースの開口部（即ち、エアー吸引のための吸引開口部）を、切削ツールが切削する補助材層の表面付近に近接させるには制限があり、切削粉を吸い取るための空気流を強めるには限度があった。
【０００６】
このため、切削粉が飛散してしまう恐れがあり、飛散してホースなどに付着した切削粉が補助材層や造形材層上に落下して積層不良の原因となり、作成される三次元造形物の品質の低下を招来するという問題点があった。
【０００７】
また、従来より、粉塵の飛散を防止するために、シャワー状に液体を流したり、あるいは、カーテン状に液体を流す手法が提案されている。しかしながら、液体をシャワー状あるいはカーテン状に流すには、流体を安定して維持するための非常に複雑な構成が必要になるという問題点があった。
【特許文献１】特開平８−３１８５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で、安定して切削粉の飛散を防止することができ、高品質の三次元造形物を作成することできる三次元造形装置および三次元造形方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行う三次元造形装置において、補助材層と造形材層とを切削する切削ツールの切削部の上方に上記切削ツールを取り囲んで略円錐状に広がったスリットと、上記スリットの上方に少なくとも１以上形成され、上記スリットから液体が全周に渡って均一に流出するために液流を調整する第１のチャンバーと、上記第１のチャンバーの上方に形成され上記第１のチャンバーの少なくとも１つと連通し、外部から液体が供給される第２のチャンバーとを有するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行う三次元造形装置において、筒状体状に形成された主軸と、上記主軸の内周側に回転自在に支持された回転軸と、上記回転軸に固定され補助材層と造形材層とを切削する切削ツールと、全体が筒状体状に形成され、上記主軸の外周側に装着されて、上記主軸から放射状に拡開する端部を有する第１の筒状部材と、全体が筒状体状に形成され、外部と連通する開口部を備えた第１の凹部と、上記第１の凹部の容積に比べて小さい容積の第２の凹部と、上記第１の凹部と上記第２の凹部とを隔てる隔壁と、上記第２の凹部の内周面から延設され上記第１の筒状部材の上記端部に沿って傾斜する端面とを有し、上記隔壁と上記第１の筒状部材の外周との間に所定の間隙を有するようにして上記第１の筒状部材の外周側に回転自在に取り付けられ、かつ、回転量に応じて上記第１の筒状部材への取り付け位置を変化させ、上記第１の筒状部材への取り付け位置の変化に応じて上記端面と上記第１の筒状部材の上記端部との間の距離を変化させる第２の筒状部材とを有するようにしたものである。
【００１１】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行った後、上記補助材層を除去して上記造形材層からなる三次元の空間的広がりをもつ三次元造形物を作成する三次元造形方法において、切削ツールが所定の方向に移動するのとともに、上記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、上記ウォーターカーテンの内部において上記切削ツールにより補助材層または造形材層を切削する第１の工程と、上記第１の工程の後に、切削ツールが所定の方向に移動するのとともに、上記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、上記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を上記ウォーターカーテンによって洗浄する第２の工程とを有し、上記第１の工程と上記第２の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行った後、上記補助材層を除去して上記造形材層からなる三次元の空間的広がりをもつ三次元造形物を作成する三次元造形方法において、切削ツールがＸＹＺ直交座標系におけるＺ軸方向に移動するのとともに、上記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンも移動させて、上記ウォーターカーテンの内部において上記切削ツールにより、Ｘ軸方向ならびにＹ軸方向に移動する移動手段上に形成された補助材層または造形材層を切削する第１の工程と、上記第１の工程の後に、上記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンによって、上記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を上記移動手段を移動させながら洗浄する第２の工程とを有し、上記第１の工程と上記第２の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、補助材料によって形成された補助材層を切削する工程と造形材料によって形成された造形材層を切削する工程とを繰り返し行った後、上記補助材層を除去して上記造形材層からなる三次元の空間的広がりをもつ三次元造形物を作成する三次元造形方法において、切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンの内部において上記切削ツールにより、所定の方向に移動する移動手段上に形状された補助材層または造形材層を切削する第１の工程と、上記第１の工程の後に、上記切削ツールの外周側を取り囲むようにして形成された略円錐形状のウォーターカーテンによって、上記切削ツールによって切削された補助材層または造形材層の表面を上記移動手段を移動させながら洗浄する第２の工程とを有し、上記第１の工程と上記第２の工程とを繰り返し行って三次元造形物を作成するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上説明したように構成されているので、簡単な構成で、安定して切削粉の飛散を防止することができ、高品質の三次元造形物を作成することできるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による三次元造形装置および三次元造形方法の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００１６】
図１には、本発明による三次元造形装置の実施の形態の一例の一部断面概略構成説明図が示されており、この三次元造形装置１０は、固定系のテーブル１２と、テーブル１２と対向するようにしてＸＹＺ直交座標系（図１に示す座標系を示す参考図参照。）におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向ならびにＺ軸方向に移動自在に配設され補助材料を吐出するディスペンサー１４と、テーブル１２と対向するようにしてＸ軸方向、Ｙ軸方向ならびにＺ軸方向に移動自在に配設され造形材料を吐出するディスペンサー１６と、テーブル１２と対向するようにしてＸ軸方向、Ｙ軸方向ならびにＺ軸方向に移動自在に配設されたスピンドルヘッド１８と、スピンドルヘッド１８から突出した切削ツールたる略棒状のエンドミル２０と、テーブル１２と対向するようにしてＸ軸方向、Ｙ軸方向ならびにＺ軸方向に移動自在に配設されエアーを噴出するエアーノズル２２とを有して構成されている。
【００１７】
なお、三次元造形装置１０は、全体の動作をマイクロコンピューターにより制御されているものである。従って、マイクロコンピューターによって所定の分解能に応じてモーター（図示せず）の駆動が制御され、当該モーターの駆動によって、ディスペンサー１４、ディスペンサー１６、スピンドルヘッド１８ならびにエアーノズル２２が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ならびにＺ軸方向の三次元方向に移動される。
【００１８】
ここで、テーブル１２の上面１２ａは水平な平面状に形成されており、この上面１２ａにおいて、補助材料により形成される補助材層と造形材料により形成される造形材層とが積層されて三次元造形物が形作られるものである。そして、テーブル１２の外周側には、テーブル１２を囲むようにして回収槽３０が配設されており、当該回収槽３０は排水管３２を介して回収タンク３４に接続されている。
【００１９】
ディスペンサー１４は、図示しないタンクに収容された補助材料が供給されるように設計されており、供給された補助材料を吐出口１４ａより所定量だけ所定位置に吐出するように制御されている。なお、この実施の形態においては、補助材料として金属、特に、低融点金属を用いている。
【００２０】
一方、ディスペンサー１６は、図示しないタンクに収容された造形材料が供給されるように設計されており、供給された造形材料を吐出口１６ａより所定量だけ所定位置に吐出するように制御されている。なお、この実施の形態においては、造形材料として紫外線硬化樹脂、特に、水に不溶の紫外線硬化樹脂を用いている。従って、三次元造形装置１０には図示しない紫外線照射装置が配設されており、当該紫外線照射装置によって照射される紫外線で造形材料を硬化させるようになされている。
【００２１】
図２には、三次元造形装置１０においてエンドミル２０を支持するスピンドルヘッド１８の一部断面構成説明図が示されており、図３には、第１筒状部材４６ならびに第２筒状部材４８の断面構成説明図が示されている。
【００２２】
スピンドルヘッド１８は、略円筒状体状に形成された主軸４０と、ベアリング４２を介して主軸４０の内周側に回転自在に支持された回転軸４４と、切削部２０ａを備えるとともに回転軸４４に対してネジ（図示せず）を用いて固定されたエンドミル２０と、主軸４０の下端部４０ａの外周面４０ｂ上に形成された主軸ネジ部４０ｃに内周面４６ａ上に形成された内周側ネジ部４６ｂがネジ結合された第１筒状部材４６と、第１筒状部材４６の一方の端部４６ｅ側の外周面４６ｃ上に形成された外周側ネジ部４６ｄに上方端部４８ａに形成されたネジ部４８ｂがネジ結合された第２筒状部材４８とを有して構成されている。
【００２３】
そして、主軸４０の上方に位置して回転軸４４に対してネジ（図示せず）を用いて図示しないプーリーが固定されており、このプーリーにベルト（図示せず）を介してモーター（図示せず）の回転力を伝達してプーリーを回転すると、プーリーの回転に伴い回転軸４４が回転して、回転軸４４の回転に伴いエンドミル２０が軸線回りに回転する。
【００２４】
ここで、第１筒状部材４６は、全体が筒状体状に形成されており、軸線方向を主軸４０の軸線方向と一致させ、一方の端部４６ｅが主軸４０の上端部側に位置するとともに他方の端部４６ｆが主軸４０の下端部４０ａ側に位置するようにして、内周側ネジ部４６ｂが主軸４０の主軸ネジ部４０ｃとネジ結合して主軸４０の外周側に装着されている。
【００２５】
この第１筒状部材４６の他方の端部４６ｆは、第１筒状部材４６の内周面４６ａ側に内挿される主軸４４から放射状に拡開し、外周面４６ｃから延設されて傾斜する端部傾斜面４６ｆｆを形成している。
【００２６】
また、第２筒状部材４８は、全体が筒状体状に形成されており、軸線方向を主軸４０の軸線方向と一致させ、一方の端部側から突出形成された上方端部４８ａが主軸４０の上端部側に位置するとともに他方の端部４８ｃが主軸４０の下端部４０ａ側に位置するようにして、ネジ部４８ｂが第１筒状部材４６の外周側ネジ部４６ｄとネジ結合して第１筒状部材４６の外周側に回転自在に取り付けられている。
【００２７】
この第２筒状部材４８の内周面４８ｄ側には、略矩形形状の断面形状を有する第１凹部４８ｅと、隔壁４８ｆによって第１凹部４８ｅと隔てられ略矩形形状の断面形状を有する第２凹部４８ｇとが形成されている。この第２凹部４８ｇの容積は、第１凹部４８ｅの容積に比べて小さくなるように寸法設定されている。
【００２８】
また、第１凹部４８ｅの内周面たる凹部内周面４８ｅｅにおいては、第２筒状部材４８の側面４８ｈに穿設された孔４８ｋの開口部４８ｍが開口している。この孔４８ｋには給水ホース５６が接続されており、図示しないタンクから水が供給されるようになされている。
【００２９】
そして、第２筒状部材４８の他方の端部４８ｃには、第２凹部４８ｇの内周面たる凹部内周面４８ｇｇから延設されて傾斜する端面４８ｃｃが形成されている。この端面４８ｃｃは、第１筒状部材４６の端部４６ｆに形成された端部傾斜面４６ｆｆと対向して位置するように設計されており、傾斜する端部傾斜面４６ｆｆに沿って略平行に位置して傾斜している。
【００３０】
そして、第２筒状部材４８の第１凹部４８ｅと第２凹部４８ｇとを隔てる隔壁４８ｆの高さは、第２筒状部材４８が第１筒状部材４６の外周側に回転自在に取り付けられたときに、隔壁４８ｆと第１筒状部材４６の外周面４６ｃとの間に所定の間隙を有するように寸法設定されている。
【００３１】
従って、第２筒状部材４８が第１筒状部材４６の外周側に回転自在に取り付けられると、第２筒状部材４８の第１凹部４８ｅと第１筒状部材４６の外周面４６ｃとによって形成される空間たる第１チャンバー５０と、第２筒状部材４８の第２凹部４８ｇと第１筒状部材４６の外周面４６ｃとによって形成される空間たる第２チャンバー５２とは、隔壁４８ｆと第１筒状部材４６の外周面４６ｃとの間の間隙によって互いに連通するものである。
【００３２】
この際、第２凹部４８ｇの容積が第１凹部４８ｅの容積に比べて小さくなるように寸法設定されているので、第２チャンバー５２の容積は第１チャンバー５０の容積に比べて小さいものである。また、第１凹部４８ｅの凹部内周面４８ｅｅには孔４８ｋの開口部４８ｍが開口しており、第１チャンバー５０は開口部４８ｍを介して外部と連通し、孔４８ｋに接続された給水ホース５６を介して図示しないタンクから水が供給されるようになされている。
【００３３】
また、第２筒状部材４８は第１筒状部材４６の外周側に回転自在に取り付けらるので、第２筒状部材４８のネジ部４８ｂが第１筒状部材４６の外周側ネジ部４６ｄにねじ込まれる量、即ち、第２筒状部材４８の回転量に応じて、第２筒状部材４８が第１筒状部材４６に取り付けられる取り付け位置が変化するものである。こうした第２筒状部材４８の第１筒状部材４６への取り付け位置の変化に応じて、第２筒状部材４８の端部４８ｃの端面４８ｃｃと第１筒状部材４６の端部４６ｆの端部傾斜面４６ｆｆとの間の距離Ｌ（図３参照）が変化する。
【００３４】
以上の構成において、上記した三次元造形装置１０によって図４（ｉ）に示すような三次元造形物１００を作成する際には、まず、所定のデータに基づいたマイクロコンピューターの制御によって、エンドミル２０による切削量が最小限に抑えられる三次元形状となるように、ディスペンサー１４の吐出口１４ａから補助材料たる低融点金属を、所定量だけテーブル１２の上面１２ａの所定位置に吐出する。こうして吐出された低融点金属は自然冷却して固化し、補助材層１０２が形成される（図４（ａ）参照）。
【００３５】
そして、補助材料たる低融点金属により形成された補助材層１０２は、モーター（図示せず）の回転力による回転軸４４の回転に伴って軸線回りに回転するエンドミル２０が三次元方向に移動しながら、エンドミル２０の切削部２０ａによって切削される（図４（ｂ）参照）。なお、図４（ｂ）には、補助材層１０２（図４（ａ）参照）がエンドミル２０によって切削された後の補助材層１０２’が示されており、所定の三次元形状を有する補助材層１０２’のエンドミル２０によって切削された箇所が太線で表されている。
【００３６】
ここで、エンドミル２０が切削部２０ａが補助材層１０２を切削するときには、図示しないタンクから給水ホース５６を介して水が供給され、供給された水は給水ホース５６が接続された孔４８ｋの開口部４８ｍから第１チャンバー５０内に流入する。そして、第１チャンバー５０内に流入した水は、第１チャンバー５０と連通する第２チャンバー５２に流入し、第２筒状部材４８の端部４８ｃの端面４８ｃｃと第１筒状部材４６の端部４６ｆの端部傾斜面４６ｆｆとの間を通って、噴出箇所５４から外部に流出する。その結果、エンドミル２０の外周側を取り囲むようにして略円錐形状のウォーターカーテン２００（図２参照）が形成される。
【００３７】
こうして形成されたウォーターカーテン２００の内部２００ａにおいて、エンドミル２０の切削部２０ａによって補助材層１０２が切削されるので、エンドミル２０の切削部２０ａが補助材層１０２を切削した際に生じた切削粉は、ウォーターカーテン２００によってシールドされて飛散せずに、ウォーターカーテン２００の水流によって運ばれて、テーブル１２の外周側に配設された回収槽３０に流れ込む。
【００３８】
この際、形成されるウォーターカーテン２００の形状が略円錐形状となるので、水量を落とさずに、単位面積あたりの圧力が減るのでウォーターカーテン２００が補助材層１０２に与える衝撃は非常に少なく、跳ね返りのないソフトなウォーターカーテンを実現することができ、補助材層１０２を損傷することなく、切削粉の飛散を効率よく防止することができる。
【００３９】
こうしてエンドミル２０の切削がウォーターカーテン２００によって切削粉の飛散を防止しながら進行して終了すると、エンドミル２０の回転を停止し、給水ホース５６からの水の供給を継続させた状態で、切削部２０ａが補助材層１０２’に当接しないようにしてエンドミル２０を三次元方向に移動させる。これにより、エンドミル２０の外周側を取り囲むようにして略円錐形状のウォーターカーテン２００が形成されて、このウォーターカーテン２００の水流で、切削が終了した補助材層１０２’の表面に残留する切削粉などが取り除かれて洗浄される（図４（ｂ）参照）。
【００４０】
ウォーターカーテン２００の水流で補助材層１０２’の表面の洗浄が終了すると、所定のデータに基づいたマイクロコンピューターの制御によって、エンドミル２０による切削量が最小限に抑えられる三次元形状となるように、ディスペンサー１６の吐出口１６ａから造形材料たる水に不溶の紫外線硬化樹脂を所定量だけ所定位置に吐出する。こうして吐出された紫外線硬化樹脂に図示しない紫外線照射装置から紫外線が照射されて硬化し、造形材層１０４が形成される（図４（ｃ）参照）。
【００４１】
この際、先にエンドミル２０によって切削された補助材層１０２’の表面が、ウォーターカーテン２００の水流で洗浄されているので、当該補助材層１０２’に積層されて一体化する造形材層１０４は、下層の補助材層１０２’の表面がきれいなので積層が上手くでき、高精度な積層が実現する。
【００４２】
そして、造形材料たる紫外線硬化樹脂により形成された造形材層１０４と補助材層１０２’とは、軸線回りに回転するエンドミル２０が三次元方向に移動しながら、エンドミル２０の切削部２０ａによって切削される（図４（ｄ）参照）。なお、図４（ｄ）には、造形材層１０４（図４（ｃ）参照）がエンドミル２０によって切削された後の造形材層１０４’が示されており、所定の三次元形状を有する造形材層１０４’ならびに補助材層１０２’のエンドミル２０によって切削された箇所が太線で表されている。
【００４３】
ここで、エンドミル２０が切削部２０ａが造形材層１０４と補助材層１０２’とを切削するときには、上記した補助材層１０２を切削するとき（図４（ｂ）参照）と同様に、図示しないタンクから給水ホース５６を介して水が供給されて、エンドミル２０の外周側を取り囲むようにして略円錐形状のウォーターカーテン２００が形成される。
【００４４】
こうして形成されたウォーターカーテン２００の内部２００ａにおいて、エンドミル２０の切削部２０ａによって造形材層１０４と補助材層１０２’とが切削されるので、エンドミル２０が切削部２０ａが造形材層１０４と補助材層１０２’とを切削した際に生じた切削粉は、ウォーターカーテン２００によってシールドされて飛散せずに、ウォーターカーテン２００の水流によって運ばれて、テーブル１２の外周側に配設された回収槽３０に流れ込む。
【００４５】
この際、形成されるウォーターカーテン２００の形状が略円錐形状となるので、水量を落とさずに、単位面積あたりの圧力が減るのでウォーターカーテン２００が造形材層１０４に与える衝撃は非常に少なく、跳ね返りのないソフトなウォーターカーテンを実現することができ、造形材層１０４を損傷することなく、切削粉の飛散を効率よく防止することができる。
【００４６】
また、造形材層１０４を形成する造形材料は、水に不溶の紫外線硬化樹脂であるので、ウォーターカーテン２００の水流によって溶解することなく、造形材層１０４や造形材層１０４’の形状は維持される。
【００４７】
そして、エンドミル２０の切削がウォーターカーテン２００によって切削粉の飛散を防止しながら進行して終了すると、エンドミル２０の回転を停止し、給水ホース５６からの水の供給を継続させた状態で、切削部２０ａが造形材層１０４’と補助材層１０２’とに当接しないようにしてエンドミル２０を三次元方向に移動させる。これにより、エンドミル２０の外周側を取り囲むようにして略円錐形状のウォーターカーテン２００が形成されて、このウォーターカーテン２００の水流で、切削が終了した造形材層１０４’ならびに補助材層１０２’の表面に残留する切削粉などが取り除かれて洗浄される（図４（ｂ）参照）。
【００４８】
ウォーターカーテン２００の水流で造形材層１０４’ならびに補助材層１０２’の表面の洗浄が終了すると、所定のデータに基づいたマイクロコンピューターの制御によって、上記した図４（ａ）〜（ｄ）と同様の工程を繰り返し、補助材層１０６が形成され（図４（ｅ）参照）、形成された補助材層１０６が切削されて補助材層１０６’となり、（図４（ｆ）参照）、補助材層１０６’に造形材層１０８が積層されて（図４（ｇ）参照）、積層された造形材層１０８が補助材層１０６’とともに切削されて造形材層１０８’となる（図４（ｈ）参照）。
【００４９】
こうして補助材層１０６’に造形材層１０８’が積層させる工程においても、エンドミル２０の切削の後にエンドミル２０の回転を停止させて、ウォーターカーテン２００の水流による切削終了後の補助材層１０６’（図４（ｆ）参照）の表面の洗浄が行われるので、良好な積層が繰り返される。
【００５０】
そして、補助材層１０２’、造形材層１０４’、補助材層１０６’ならびに造形材層１０８’の積層体である三次元造形物１００’（図４（ｈ）参照）は、補助材層１０２’の三次元形状が造形材層１０４’に転写され、補助材層１０６’の三次元形状が造形材層１０８’に転写されて構成されており、この造形材層１０４’と造形材層１０８’とで図４（ｉ）に示す三次元造形物１００を形作ることになる。
【００５１】
この三次元造形物１００’にエアーノズル２２からエアーを噴出して乾燥させた後、三次元造形物１００’をテーブル１２の上面１２ａから取り外して、補助材層１０２’と補助材層１０６’とを形成する補助材料たる低融点金属を溶解する。すると、補助材層１０２’ならびに補助材層１０６’が除去された後の残部たる造形材層１０４’ならびに造形材層１０８’によって構成される三次元造形物１００（図４（ｉ）参照）が得られる。
【００５２】
上記したようにして、本発明による三次元造形装置１０においては、切削ツールたるエンドミル２０が固定される回転軸４４を内周側に支持する主軸４０の外周側に、第１筒状部材４６を装着し、この第１筒状部材４６の外周側に第２筒状部材４８を回転自在に取り付けるようにしたため、第１筒状部材４６と第２筒状部材２８との２つの構成で、主軸４０の外周側を捲回するように第１チャンバー５０と第２チャンバー５２とが形成され、供給された水がクーラント液（冷却洗浄液）として、切削ツールの外周側を取り囲むように略円錐形状のウォーターカーテン２００を形成するので、簡単な構成で切削粉の飛散を確実に防止することができる。
【００５３】
そして、本発明による三次元造形装置１０においては、図示しないタンクから給水ホース５６を介して供給された水が、給水ホース５６が接続された孔４８ｋの開口部４８ｍから第１チャンバー５０内に所定の圧力を有した状態で流入すると、この第１チャンバー５０内に流入した水は、第１チャンバー５０と連通する第２チャンバー５２に流入するようになされている。ここで、第２チャンバー５２の容積が第１チャンバー５０の容積に比べて小さく設計されているので、水の圧力が均一化され、第２チャンバー５２によって液流が調整された結果、第２筒状部材４８の端部４８ｃの端面４８ｃｃと第１筒状部材４６の端部４６ｆの端部傾斜面４６ｆｆとの間を通って噴出箇所５４から外部に流出する水流が安定して維持されるようになり、ウォーターカーテン２００による切削粉の飛散防止も安定して継続できる。
【００５４】
さらに、本発明による三次元造形装置１０においては、第１筒状部材４６の内周面４６ａ側に内挿される主軸４４から放射状に拡開し、外周面４６ｃから延設されて傾斜する端部傾斜面４６ｆｆを有する第１筒状部材４６と、第１筒状部材４６の端部傾斜面４６ｆｆに沿って傾斜している端面４８ｃｃを有する第２筒状部材４８とを配設するようにしたので、略円錐形状のウォーターカーテン２００を形成することができる。
【００５５】
この略円錐形状のウォーターカーテン２００は、その水流が補助材層や造形材層の表面に斜めに当たるので、跳ね返りがなく切削粉の飛散を効果的に防止することができるとともに、ソフトなウォーターカーテンとなって、補助材層や造形材層を損傷することがない。
【００５６】
こうした本発明による三次元造形装置１０は、第１筒状部材４６の端部傾斜面４６ｆｆと第２筒状部材４８の端面４８ｃｃとの間の空間、即ち、ウォーターカーテン２００となる噴流を制御するためのスリットが略円錐状に広がる構造になっており、さらに、当該スリットの上方にはスリットからクーラント液が全周に渡って均一に流出するためのバッファーとしての液室、即ち、第２チャンバー５２が形成されているので、噴流の流速を落とすことと噴流の流量を多くすることをいずれも簡単な構成で達成して、略円錐形状で安定したウォーターカーテンが形成される。
【００５７】
つまり、本発明による三次元造形装置１０において形成される略円錐形状のウォーターカーテンは、液膜が均一に保持され、ウォーターカーテンを形成する水流たるスリット流が、補助材層や造形材層、あるいは作成された三次元造形物やテーブル１２の上面１２ａに当たるときに跳ね返らない低打力で、なおかつ、流量が多いスリット流である。そして、本発明によるウォーターカーテンは、三次元形切削の形状に沿って自在にその形状を変化させながら、切削ツールの回転の遠心力によって切削粉が四方八方へ飛散することを完全に防止して、切削粉が空気中に飛散して浮遊することがない。
【００５８】
また、本発明による三次元造形装置１０においては、スリットの間隔を調整するだけで、つまり、第１筒状部材４６の端部傾斜面４６ｆｆと第２筒状部材４８の端面４８ｃｃとの間の距離Ｌ（図３参照）を変化させるだけで、ウォーターカーテンとなる噴流の流量、圧力を制御することができる。従って、ウォーターカーテンの膜厚の管理が非常に容易で、所望の流量、圧力のウォーターカーテンを容易に形成することができる。
【００５９】
しかも、本発明による三次元造形装置１０においては、エンドミル２０による切削が行われないときでも、この略円錐形状のウォーターカーテン２００を形成するようにして、切削された補助材層や造形材層の洗浄が行われる。ここで、こうした洗浄を行うウォーターカーテン２００の形状が略円錐形状であるので、ウォーターカーテン２００の末端で水流が放射状に広がって押し出すような作用が生じ、補助材層や造形材層の表面に付着している切削粉などの付着物を容易に除去でき、洗浄効果も高い。
【００６０】
従って、本発明による三次元造形装置１０によれば、切削粉の飛散が安定的にかつ効果的に防止され、しかも、補助材層や造形材層が損傷されるようなこともなく、さらに、ウォーターカーテンによる効果的な洗浄もなされるので、切削した表面に材料を積層することを繰り返すプロセスに用いて好適ある。つまり、本発明によれば、補助材層と造形材層との積層不良は生じ得ず、三次元造形物の形状精度が確保され、表面の仕上がり精度に優れた高品質の三次元造形物を作成することができる。
【００６１】
また、本発明による三次元造形装置１０における造形の工程は（図４参照）、補助材層ならびに造形材層を三次元方向に連続した形状に加工するので加工時間が短くすみ、補助材層の形状を造形材層に転写して非常に複雑な三次元形状も高精度に作成できるものであって、補助材料や造形材料の消費量を最小限に抑えたものになっている。
【００６２】
また、本発明による三次元造形装置１０においては、切削ツールたるエンドミル２０の切削部２０ａが補助材層や造形材層を切削した際に生じた切削粉は、ウォーターカーテン２００の水流によって運ばれて、テーブル１２の外周側に配設された回収槽３０に流れ込むようになされている。従って、回収槽３０に接続された排水管３２を介して回収タンク３４に収容された切削粉を回収するだけでよく、本発明によれば、切削粉の集塵と回収とが非常に容易にでき、特に有価金属の切削粉の回収に用いて好適なものである。
【００６３】
つまり、本発明による三次元造形装置１０において形成されるウォーターカーテン２００は、切削ツールの周囲に密閉空間を形成して切削粉の飛散を防止する機能と、切削ツールによって切削された部分を洗浄する機能と、その水流によって切削粉を運んで集塵する機能と、ウォーターカーテン２００を形成する液体中に切削粉を混濁させて回収する機能とを有するものであり、切削される加工面の洗浄と切削粉の集塵とを共に実現するものである。従って、特に高効率の集塵性能が要求される分野や有害成分を含む材料を切削する場合などにおいて本発明は非常に有用なものである。
【００６４】
そして、第１筒状部材４６の端部傾斜面４６ｆｆと第２筒状部材４８の端面４８ｃｃとの間の距離Ｌ（図３参照）を変化させるだけで制御可能なウォーターカーテンとなる噴流の流量ならびに圧力は、上記したような本発明におけるウォーターカーテンの種々の機能が十分の奏される範囲内で任意に設定すればよい。
【００６５】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（５）に説明するように変形してもよい。
【００６６】
（１）上記した実施の形態においては、補助材料として低融点金属を用い、造形材料として水に不溶の紫外線硬化樹脂を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、各種材料を補助材料あるは造形材料として用いるようにしてもよい。
【００６７】
そして、補助材料あるは造形材料の種類に応じて、エンドミル２０とは異なる切削ツールを配設するようにしたり、補助材料あるは造形材料を硬化させるための光源や冷却ガスの供給装置を配設するようにしたり、ウォーターカーテンを形成する液体の種類を変更するとよい。
【００６８】
なお、ウォーターカーテンを形成する液体は、上記したような本発明におけるウォーターカーテンの種々の機能が十分の奏されるように、洗浄に適した溶液としたり、あるいは、切削粉を回収してリサイクルするのに適した溶液としてもよい。
【００６９】
（２）上記した実施の形態においては、第１筒状部材４６と第２筒状部材４８とによって、第１チャンバー５０ならびに第２チャンバー５２が形成されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、第１チャンバー５０の容積に比べて小さい容積を有するチャンバーが複数形成されるようにしてもよい。この際、隔壁４８ｆを螺旋状に形成するようにして、チャンバーの総数やその形状を任意に変更してもよい。
【００７０】
（３）上記した実施の形態においては、エアーを噴出して乾燥を行うためのエアーノズルを配設するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、こうした乾燥のための構成を、スピンドルヘッド１８に付加して一体的に形成してもよい。また、形成されるウォーターカーテンの他に、クーラント液を供給するノズルや洗浄液を供給するノズルを配設するようにしてもよい。また、補助材層を取り除いて三次元造形物を得る工程（図４（ｈ）（ｉ）参照）は、三次元造形装置内のシステムにおいて実施してもよいし、あるいは、三次元造形装置外のシステムにおいて実施してもよいものである。
【００７１】
（４）上記した実施の形態においては、ディスペンサー１４、ディスペンサー１６、スピンドルヘッド１８ならびにエアーノズル２２が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ならびにＺ軸方向の三次元方向に移動されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、テーブル１２のような移動手段上において形成される補助材層ならびに造形材層と切削ツールとの相対的な位置関係が三次元方向で変化するようにすればよい。
【００７２】
例えば、フライス盤のような被加工物を固定する移動手段がＸ軸方向ならびにＹ軸方向に移動し切削ツールがＺ軸方向に移動するように構成してもよいし、あるいは、切削ツールは固定されて移動せずに、補助材層ならびに造形材層が形成される移動手段がＸ軸方向、Ｙ軸方向ならびにＺ軸方向に移動するようにしてもよい。
【００７３】
（５）上記した実施の形態ならびに上記（１）乃至（４）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、モデリングマシンなど三次元加工装置や、ツールによって切削などを行う二次元彫刻装置などにおいて利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明による三次元造形装置の実施の形態の一例を示す一部断面概略構成説明図である。
【図２】図１に示す三次元造形装置においてエンドミルを支持するスピンドルヘッドを示す一部断面構成説明図である。
【図３】図２に示すスピンドルヘッドの第１筒状部材ならびに第２筒状部材を示す断面構成説明図である。
【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）（ｇ）（ｈ）は、本発明による三次元造形装置において（ｉ）に示す三次元造形物が作成される工程を順次示す説明図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０        三次元造形装置
１２        テーブル
１４，１６  ディスペンサー
１８        スピンドルヘッド
２０        エンドミル
２２        エアーノズル
４０        主軸
４４        回転軸
４６        第１筒状部材
４８        第２筒状部材
５０        第１チャンバー
５２        第２チャンバー
【図１】
2005103734.tif 000003
【図２】
2005103734.tif 000004
【図３】
2005103734.tif 000005
【図４】
2005103734.tif 000006