(57)【要約】【課題】プロセスチャンバー内の酸素濃度が造形中に急上昇することを回避して、造形を安定して実施することができる三次元造形方法を提供する。【解決手段】三次元造形方法は、プロセスチャンバーｃ及びプロセスチャンバーｃに接続したガイド室ｇｃを内部に有する筐体２１と、ガイド室内に昇降可能に設けられたステージ３０と、を有する三次元造形装置２０を用いて三次元造形物Ｏを製造する方法である。三次元造形方法は、筐体の内部の雰囲気を不活性ガスで置換する準備工程と、ステージ上に三次元造形物を造形する造形工程と、を含む。準備工程において、造形工程の開始時におけるステージの位置よりも下方となる位置まで、ステージを下降させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体内のガイド室内に昇降可能に設けられたステージを有する三次元造形装置の制御方法であって、
前記筐体の内部の雰囲気を不活性ガスで置換する準備工程を備え、
前記準備工程において、前記造形工程の開始時における前記ステージの位置よりも下方となる位置まで、前記ステージを下降させ、その後、前記ステージを上昇させる、三次元造形装置の制御方法。
【請求項２】
前記準備工程において、前記造形工程の造形完了時における前記ステージの位置よりも下方となる位置まで、前記ステージを下降させる、請求項１に記載の三次元造形装置の制御方法。
【請求項３】
前記準備工程において、前記ステージの移動可能範囲の最下方位置まで、前記ステージを下降させる、請求項１または２に記載の三次元造形装置の制御方法。
【請求項４】
前記準備工程は、
前記ステージを下降させる工程と、
前記ステージが下降した状態で前記筐体内に不活性ガスを供給する工程と、
前記ステージを上昇させる工程と、をこの順で含み、
前記ステージを下降させる工程及び前記ステージを上昇させる工程の少なくとも一方の工程中にも、前記筐体内に不活性ガスが供給される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の三次元造形装置の制御方法。
【請求項５】
三次元造形物の製造方法であって、
請求項１〜４のいずれか一項に記載された三次元造形装置の制御方法を実施させる工程と、
前記ステージ上に前記三次元造形物を造形する造形工程と、を含む、三次元造形物の製造方法。
【請求項６】
三次元造形装置を制御するプログラムであって、
前記三次元造形装置の制御部によって実行されることにより、請求項１〜４のいずれか一項に記載された三次元造形装置の制御方法を、三次元造形装置に実施させる、プログラム。
【請求項７】
三次元造形装置の制御部によって実行されるプログラムが記録された記録媒体であって、
前記プログラムが前記制御部によって実行されることにより、請求項１〜４のいずれか一項に記載された三次元造形装置の制御方法を、三次元造形装置に実施させる、記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は三次元造形装置に係り、特に昇降可能なステージを利用して三次元造形物を製造する三次元造形方法に関する。また、本発明は、三次元造形物の製造に使用されるプログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡＭ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）技術に基づく三次元造形を実現する手段として、３Ｄプリンターとも呼ばれる三次元造形装置が注目を集めている。三次元造形装置を用いることで、比較的複雑な構造を持つ部品を簡単且つ短期間で作ることが可能となる。
【０００３】
例えば特許文献１は、粉末状の造形材料の層状固化によって三次元造形物を製造する装置を開示する。この装置では、垂直方向に移動可能な造形プラットフォーム（ステージ）に粉末層が載せられ、レーザー光が粉末層に照射されて照射箇所の粉末が固化される。そして、造形プラットフォームが下降し、新たな粉末層が造形プラットフォームに載せられ、レーザー光が新たな粉末層に照射される。このような一連の工程が繰り返されることで、三次元造形物が作られる。
【０００４】
また特許文献２は、レーザー光ではなく電子ビームを使用した積層造形技術により、金属物品を製造する方法を開示する。一般に、焼結時に金属材料の酸化が生じると造形物が脆くなる。一方、特許文献２に開示の方法では、アルゴンや窒素などの不活性雰囲気下で焼結が行われ、焼結時の金属酸化を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１３−５２６４２９号公報
【特許文献２】特表２０１５−５２５２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように造形中に材料が酸化してしまうことは、製造対象の三次元造形物において所望の強度を保証する観点からは好ましくない。その一方で、造形装置内に酸素が存在するか否かは視覚によって認識できない。そこで、三次元造形装置には酸素センサーが設置され、造形中におけるプロセスチャンバー内の酸素濃度が監視される。また、造形中だけでなく造形を開始する前にはパージ工程が実施され、不活性ガスをプロセスチャンバー内に供給することで、プロセスチャンバー内の雰囲気を不活性ガスで置換する。
【０００７】
しかしながら、造形前にプロセスチャンバー内の酸素濃度を十分に低下させていたとしても、造形の進行にともなって酸素濃度が上昇し、造形を継続することができないことが生じた。三次元造形装置を用いた造形は、造形開始から造形終了まで装置操作者の関与を不要として自動的に実施されることを前提としている。したがって、装置操作者は、酸素濃度上昇により造形が中止されたことを、造形の終了予定時に初めて知ることもある。したがって、酸素濃度の上昇により造形が停止されることは、造形コストだけでなく、造形納期にも深刻な影響を与える。
【０００８】
本件発明は、このような点を考慮してなされたものであり、造形中におけるプロセスチャンバー内での酸素濃度の急上昇を回避することで、三次元造形物を安定して製造することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本件発明者らは、鋭意研究を重ね、プロセスチャンバー内の酸素濃度が造形中に上昇する原因を推定し、この推定された原因に対処することで、前述の課題を解決するにいたった。より具体的には、まず、本件発明者らは、造形中に酸素濃度が上昇する主たる原因の一つとして、酸素が、造形前のパージ工程で完全に置換されることなく、三次元造形装置内に滞留し得ることに着目した。とりわけ、本件発明者らは、ガイド室内におけるステージの背面側領域に、酸素が局所的に滞留しやすくなることに着目した。そして、本件発明者らは、ステージ背面側領域の酸素が、造形中におけるステージの移動にともなって拡散され、プロセスチャンバーへ流入することが、造形中における酸素濃度上昇の主たる原因となっていることを知見した。本件発明は、本件発明者らのこのような知見に基づくものである。
【００１０】
本発明による三次元造形装置の制御方法は、
筐体内のガイド室内に昇降可能に設けられたステージを有する三次元造形装置の制御方法であって、
前記筐体の内部の雰囲気を不活性ガスで置換する準備工程を備え、
前記準備工程において、前記造形工程の開始時における前記ステージの位置よりも下方となる位置まで、前記ステージを下降させ、その後、前記ステージを上昇させる。
【００１１】
本発明による三次元造形装置の制御方法の前記準備工程において、前記造形工程の造形完了時における前記ステージの位置よりも下方となる位置まで、前記ステージを下降させるようにしてもよい。
【００１２】
本発明による三次元造形装置の制御方法の前記準備工程において、前記ステージの移動可能範囲の最下方位置まで、前記ステージを下降させるようにしてもよい。
【００１３】
本発明による三次元造形方法の前記準備工程は、
前記ステージを下降させる工程と、
前記ステージが下降した状態で前記筐体内に不活性ガスを供給する工程と、
前記ステージを上昇させる工程と、をこの順で含み、
前記ステージを下降させる工程及び前記ステージを上昇させる工程の少なくとも一方の工程中にも、前記筐体内に不活性ガスが供給されるようにしてもよい。
【００１４】
本発明による三次元造形方法は、
三次元造形物の製造方法であって、
上述した本発明による三次元造形装置の制御方法のいずれかを実施させる工程と、
前記ステージ上に前記三次元造形物を造形する造形工程と、を含む。
【００１５】
本発明によるプログラムは、
三次元造形装置を制御するプログラムであって、
前記三次元造形装置の制御部によって実行されることにより、上述した本発明による三次元造形装置の制御方法を、三次元造形装置に実施させる。
【００１６】
本発明による記録媒体は、
三次元造形装置の制御部によって実行されるプログラムが記録された記録媒体であって、
前記プログラムが前記制御部によって実行されることにより、上述した本発明による三次元造形装置の制御方法のいずれかを、三次元造形装置に実施させる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、造形中におけるプロセスチャンバー内での酸素濃度の急上昇を効果的に回避して、造形を安定して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態を説明するための図であって、三次元造形装置を示す縦断面図である。
【図２】図２は、三次元造形方法を示すフローチャートである。
【図３】図３は、三次元造形方法を説明するための図であって、三次元造形装置を示す縦断面図である。
【図４】図４は、三次元造形方法を説明するための図であって、三次元造形装置を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、図面においては、便宜上、縮尺及び縦横の寸法比等を実物のそれらから変更されて誇張されている箇所がある。また、本明細書において用いられる形状、幾何学的条件及びそれらの程度を特定する用語や値は、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待しうる程度の範囲を含みうるものとして解釈することとする。また、本明細書において「上方」及び「下方」の用語は、重力が作用する方向を基準とした鉛直方向に基づいて定められている。
【００２０】
図１〜図４は、本発明の一実施の形態を説明するための図である。図１に示すように、三次元造形装置１０は、制御部１５及び三次元造形機２０を有している。制御部１５は、三次元造形機２０の各構成要素の動作を制御する。制御部１５は、操作者等が三次元造形装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボード１７や、三次元造形装置１０の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ１８等の入出力装置と接続されている。また、制御部１５は、三次元造形装置１０で実行される処理を実現するためのプログラム等が記録された記録媒体１６にアクセス可能となっている。記録媒体１６は、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の半導体メモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＯＭ等のディスク状記録媒体等、既知のプログラム記録媒体から構成され得る。
【００２１】
三次元造形機２０は、制御部１５からの制御信号に基づき、材料を所定の固化パターンで固化させてなる単位層ｕｌを積層していくことで三次元造形物Ｏを製造する。図１に示された例において、三次元造形機２０は、粉体材料ｐｍの層に所定のパターンでエネルギーを照射することで焼結材料からなる単位層ｕｌを順次形成していき、三次元造形物Ｏを製造する。ここで、粉体材料ｐｍはチタンや鋼その他の合金も含む金属粉末のほか、ポリアミドまたはポリスチレンなどの合成粉末、ＰＥＥＫ、合成被覆砂またはセラミック粉末を用いることができる。
【００２２】
図１に示すように、三次元造形機２０は、筐体２１と、筐体２１内に設置された隔壁２２と、隔壁２２によって区画されるガイド室ｇｃ内に設けられたステージ３０と、ステージ３０を駆動する駆動装置３５と、を有している。隔壁２２は、筐体２１内の空間をプロセスチャンバーｃと、ガイド室ｇｃと、駆動室ｄｃと、に区画している。水平方向に並べられた三つのガイド室ｇｃが、プロセスチャンバーｃの下方に配置されている。ステージ３０は、各ガイドｇｃ室内にそれぞれ配置されている。駆動室ｄｃは、ガイド室ｇｃの下方に設けられている。駆動装置３５は、少なくともその一部分を駆動室ｄｃ内に配置されている。
【００２３】
各ステージ３０は、対応のガイド室ｇｃを区画する隔壁２２の側壁面上を摺動して昇降する。隔壁２２の側壁面と対応のステージ３０との間には図示しないシーリング部材が設けられ、当該シーリング部材によって隙間が塞がれている。シーリング部材は、粉体材料ｐｍをブロックしてガイド室ｇｃとステージ３０との間を粉体材料ｐｍが通過できないように構成される。なお、シーリング部材は、酸素等の気体が隔壁２２とステージ３０との間を通過できないように構成されることが好ましいが、厳密な気密性能を有することは必ずしも求められない。各ガイド室ｇｃは、対応のステージ３０によって、当該ステージ３０よりも上方でプロセスチャンバーｃ側となる上方領域ｕａと、当該昇降ステージ１５よりも下方でプロセスチャンバーｃ側とは反対側となる下方領域ｌａとに分離される。
【００２４】
各ガイド室ｇｃと当該ガイド室ｇｃ内のステージ３０とによって、昇降ユニット２５が構成される。３つの昇降ユニット２５は、ディスペンサーユニット３０ａ、回収ユニット３０ｂ、及び、ディスペンサーユニット３０ａと回収ユニット３０ｂとの間に設けられるビルディングユニット３０ｃに区分される。ディスペンサーユニット２５ａは、ディスペンサーガイド室（第１のガイド室）ｇｃａ及びディスペンサーステージ３０ａを有し、ビルディングユニット２５ｃは、ビルディングガイド室（第３のガイド室）ｇｃｃ及びビルディングステージ３０ｃを有し、回収ユニット２５ｂは、回収ガイド室（第２の昇降ガイド室）ｇｃｂ及び回収ステージ３０ｂを有している。
【００２５】
図１に示す例では、図１の右側から左側に向かって、ディスペンサーユニット２５ａ、ビルディングユニット２５ｂ及び回収ユニット２５ｃが順次並んで配置される。ディスペンサーガイド室ｇｃａとビルディングガイド室ｇｃｃとの間、及び、回収ガイド室ｇｃｂとビルディング昇降ガイド室ｇｃｃとの間にはそれぞれ隔壁２２が設けられている。相互に隣り合って配置されるディスペンサーガイド室ｇｃａ、ビルディングガイド室ｇｃｃ及び回収ガイド室ｇｃｂは、隔壁２２を介して相互に分離した状態で設けられる。また、図１に示す例では、各昇降ユニット２５のガイド室ｇｃと駆動室ｄｃとの間にも隔壁２２が設けられている。相互に隣り合って配置されるガイド室ｇｃと駆動室ｄｃは、隔壁２２を介して相互に分離した状態で設けられる。
【００２６】
ステージ３０は、駆動装置３５によって駆動される。各ステージ３０（ディスペンサーステージ３０ａ、回収ステージ３０ｂ及びビルディングステージ３０ｃ）に対して、別個の駆動装置３５（ディスペンサー駆動装置３５ａ、回収駆動装置３５ｂ及びビルディング駆動装置３５ｃ）が設けられている。各駆動装置３５は、制御部１５の制御下で対応するステージ３０を昇降させる。また、ディスペンサーステージ３０ａ、回収ステージ３０ｂ及びビルディングステージ３０ｃは相互に連動して昇降され得る。
【００２７】
ディスペンサーユニット２５ａ（ディスペンサーガイド室ｇｃａ及びディスペンサーステージ３０ａ）は粉体材料ｐｍを貯留するためのスペースを形成し、三次元造形物Ｏの造形に使われる粉体材料ｐｍがディスペンサーステージ３０ａ上に載せられる。ビルディングユニット２５ｃ（ビルディングガイド室ｇｃｃ及びビルディングステージ３０ｃ）は三次元造形物Ｏが造形される箇所であり、ビルディングステージ３０ｃ上に載せられた粉体材料ｐｍがエネルギーを照射されることで焼結して三次元造形物Ｏの単位層（断面層）ｕｌが繰り返し形成されていく。回収ユニット２５ｂ（回収ガイド室ｇｃｂ及び回収ステージ３０ｂ）はビルディングガイド室ｇｃｃに供給された粉体材料ｐｍのうちの余剰分を回収するためのスペースを形成し、余剰の粉体材料ｐｍが回収ステージ３０ｂ上に堆積される。
【００２８】
プロセスチャンバーｃには、ディスペンサーステージ３０ａ、ビルディングステージ３０ｃ及び回収ステージ３０ｂの上方を水平方向へ往復動可能な塗布装置４０が設けられる。この塗布装置４０の水平移動によって、ディスペンサーガイド室ｇｃａからビルディングガイド室ｇｃｃに粉体材料ｐｍが供給され、さらに、粉体材料ｐｍの余剰分がビルディングガイド室ｇｃｃの上方から回収ガイド室ｇｃｂに押し出される。すなわちビルディングガイド室ｇｃｃに所要量の粉体材料ｐｍを供給する場合、まず、ディスペンサーステージ３０ａが上昇し、ビルディングステージ３０ｃが降下し、回収ステージ３０ｂが降下する。そして、ディスペンサーステージ３０ａの上方に配置された塗布装置４０が、ビルディングガイド室ｇｃｃ及び回収ガイド室ｇｃｂの上方に向かって水平移動する。これにより、ディスペンサーステージ３０ａ上の粉体材料ｐｍの表層部がビルディングガイド室ｇｃｃに向かって押され、ビルディングガイド室ｇｃｃに更なる粉体材料ｐｍが供給される。またビルディングガイド室ｇｃｃに入りきらなかった粉体材料ｐｍの余剰分が、回収ガイド室ｇｃｂに向かって押されて回収される。
【００２９】
プロセスチャンバーｃには、さらに、ガス供給部４１、ガス排出部４２、照射装置４４及び酸素センサー４５が設置される。
【００３０】
ガス供給部４１は、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスをプロセスチャンバーｃに供給する。図１に示す例では、ガス供給部４１として、ビルディングユニット２５ｃ（ビルディングガイド室ｇｃｃ及びビルディングステージ３０ｃ）の上方に設けられる吹き出し口４１ａが設けられている。吹き出し口４１ａは、ビルディングステージ３０ｃ上に配置されている粉体材料ｐｍや三次元造形物Ｏに対して実質的な影響を及ぼさないように、ビルディングユニットの上方の空間に不活性ガスを吹き出す。なお、不活性ガスを供給することができるのであれば、ガス供給部４１の具体的な構成や設置位置は特に限定されない。
【００３１】
ガス排出部４２は、プロセスチャンバーｃと連通し、プロセスチャンバーｃから筐体２１の外部にガスを排出する役割を果たす。ガス排出部４２は、単なる配管であってもよいし、排出方向にのみ通気を可能にする配管であってもよい。さらに、ガス排出部４２は、プロセスチャンバーｃから積極的に吸気することにより、排気する機能を有していてもよい。ガス供給部４１が、不活性ガスをプロセスチャンバーｃに供給しながら、ガス排出部４２からプロセスチャンバーｃ内の雰囲気を排出することにより、プロセスチャンバーｃ内の雰囲気を不活性ガスで置換することができる。
【００３２】
照射装置４４は、粉体材料ｐｍにエネルギーを照射する装置として構成されている。図示された例において、照射装置４４は、レーザー光や電子ビーム等を射出するエネルギー源と、射出されたエネルギーの進路を調節する走査装置と、を有している。光路を調整する走査装置としては、ガルバノミラーやＭＥＭＳを用いることができる。
【００３３】
酸素センサー４５は、プロセスチャンバーｃ内に設置され、酸素濃度を検出する。なお酸素センサー４５の設置位置は特に限定されないが、ガス供給部４１から供給される不活性ガスと酸素との比重関係に基づいて酸素センサー４５の設置位置が決められることが好ましい。例えば不活性ガスよりも酸素の比重が軽い場合には、プロセスチャンバーｃ内の比較的高い位置に酸素センサー４５が設置されることが好ましく、不活性ガスよりも酸素の比重が重い場合には、プロセスチャンバーｃ内の比較的低い位置に酸素センサー４５が設置されることが好ましい。
【００３４】
三次元造形機２０の各部の動作は、制御部１５によって、制御される。例えば、制御部１５は、昇降装置３５を用いてステージ３０の昇降を制御し、塗布装置４０の水平移動を制御し、照射装置４４によるエネルギーの照射を制御し、ガス供給部４１からの不活性ガスの供給を制御する。また、制御部１５は、酸素センサー４５による検出結果を受信し、酸素センサー４５が所定の閾値を上回る酸素濃度を検出した際には、三次元造形機２０による三次元造形物Ｏの造形作業を中断して、操作者に対して表示や音声を介してエラーを発する。
【００３５】
次に、三次元造形装置１０の制御方法、および三次元造形装置１０を用いて三次元造形物Ｏを製造する方法について、説明する。以下に説明する三次元造形装置の制御方法および三次元造形物の製造方法は、制御部１５が記録媒体１６に予め記録されたプログラムを読み込むことにより、実施される。
【００３６】
三次元造形装置の制御方法および三次元造形物の製造方法は、筐体２１内の雰囲気を不活性ガスで置換する準備工程を有している。更に、三次元造形物の製造方法は、準備工程の後に実施される三次元造形物Ｏを造形する造形工程も有している。
【００３７】
筐体２１内の雰囲気を不活性ガスで置換する準備工程では、不活性ガスが、ガス供給部４１からプロセスチャンバーｃ内に供給される。プロセスチャンバーｃ内の気体は、不活性ガスの供給にともなって、ガス排出部４２から三次元造形機２０の外部へと排出される。図示された例において、ガス供給部４１の吹き出し口４１ａは、ビルディングユニット３０ｃの近傍に配置されている。したがって、図示された例では、プロセスチャンバーｃ内のうち、粉体材料ｐｍへの加工が実施される領域の雰囲気から、不活性ガスに置換されていく。酸素センサー４５で検出される酸素濃度が予め設定された基準を満たすことで、不活性ガスで置換する工程は終了する。
【００３８】
次に、不活性ガスで置換する工程が終了した後、三次元造形物Ｏを造形する工程が実施される。この工程では、三次元造形物Ｏを一方向に沿って多数に分割してなる単位層（断面層）ｕｌを、順次作製していくことで、単位層ｕｌの集合体としての三次元造形物Ｏが製造される。
【００３９】
三次元造形物Ｏを造形する工程における、三次元造形機２０の各構成要素の具体的な動作は、以下のとおりである。まず、ディスペンサー駆動装置３５ａによって駆動され、ディスペンサーステージ３０ａが上昇し、また、ビルディングユニット駆動装置３５ｃによって駆動され、ビルディングステージ３０ｃが下降する。なお、ディスペンサーステージ３０ａ上には、使用前の粉体材料ｐｍが保持されている。次に、塗布装置４０が水平方向に移動し、一定量の粉体材料ｐｍをディスペンサーステージ３０ａ上から掻き取る。塗布装置４０が掻き取った粉体材料ｐｍは、ビルディングステージ３０ｃ上に供給され、余分な粉体材料ｐｍは、回収ガイド室ｇｃｂ内の回収ステージ３０ｂ上に回収される。このようにして、ビルディングステージ３０ｃ上に粉体材料ｐｍの層が形成される。
【００４０】
次に、照射装置４４が、ビルディングステージ３０ｃ上の粉体材料ｐｍの層に、制御部１５からの制御信号にしたがった所定パターンで、エネルギー（例えば、レーザー光や電子ビーム）を照射する。ビルディングステージ３０ｃ上における粉体材料ｐｍの層のうちエネルギーが照射された領域において、粉体材料ｐｍが溶融して結合する。このようにして、粉体材料ｐｍが所定のパターン（二次元形状）で固められてなる単位層ｕｌが形成される。その後、回収ステージ３０ｂ及びビルディングステージ３０ｃは所定量だけ降下し、ディスペンサーステージ３０ａは所定量だけ上昇する。この状態から再び、塗布装置４０の動作が開始して、上述したようにして次の単位層ｕｌが形成される。順次形成される単位層ｕｌが互いに溶融結合していくことにより、三次元造形物Ｏを一体的に形成することができる。
【００４１】
なお、ディスペンサーステージ３０ａの上昇量、ビルディングステージ３０ｃの下降量、及び回収ステージ３０ｂの下降量は、ビルディングステージ３０ｃ上に供給すべき所要量よりも僅かに多量の粉体材料ｐｍがディスペンサーガイド室ｇｃａからビルディングステージ３０ｃ上に供給され、且つ、ビルディングガイド室ｇｃｃに入りきらなかった粉体材料ｐｍの余剰分が回収ガイド室ｇｃｂに収容されるように、適宜決められることが好ましい。また、ビルディングステージ３０ｃの降下量は、レーザー光の照射によって焼結する粉体材料ｐｍの層厚に基づいて決められることが好ましい。一例として、一度に、回収ステージ３０ｂ及びビルディングステージ３０ｃを０．１ミリメートルだけ降下させつつ、ディスペンサーステージ３０ａを０．２ミリメートルだけ上昇させることができる。
【００４２】
以上のような、三次元造形物Ｏを造形する工程は、例えば、数時間から数十時間をかけて実施される。この間、酸素センサー４５は、プロセスチャンバーｃ内の酸素濃度を計測する。しかしながら、本件発明者らが実際に三次元造形を実施したところ、三次元造形工程中に、プロセスチャンバーｃ内の酸素濃度が基準値を超えることが生じた。基準値を超える酸素濃度雰囲気中での造形は、造形中の三次元造形物Ｏの酸化を促進することになる。造形中に三次元造形物Ｏの酸化が進行すると、単位層ｕｌ間での結合が不十分となってしまうこともある。したがって、酸素センサー４５による酸素濃度検出値が基準値を超えると、三次元造形機２０は、通常、三次元造形を中止することになる。造形工程中における酸素濃度の上昇は、安定的な造形を妨げ、造形コストの上昇および造形納期の遅延に繋がる。
【００４３】
一方、本件発明者らは、鋭意検討を重ねた結果として、筐体２１内の酸素が、不活性ガスへの置換工程で置換されることなく、三次元造形機２０内に滞留していることが、造形中における酸素濃度の上昇を引き起こす主たる原因の一つであることを確認した。とりわけ、ガイド室ｇｃ内におけるステージ３０の背面側領域（ガイド室ｇｃ内における下方領域）ｌａに、酸素が置換されることなく滞留しやすくなっていた。このガイド室ｇｃ内における下方領域ｌａ（ステージ背面側領域）に滞留した酸素は、造形中におけるステージ３０の移動にともなって、下方領域ｌａから押し出され、プロセスチャンバーｃ内へ拡散する。このようにして残留酸素がプロセスチャンバーｃへ流入することが、造形中における酸素濃度上昇の主たる原因の一つとなっていた。
【００４４】
一方、本実施の形態において、筐体２１の内部の雰囲気を不活性ガスで置換する準備工程において、造形工程の開始時における各ステージ３０の位置よりも下方となる位置まで、当該ステー３０ジを下降させ、その後、前記ステージを上昇させる。このようにステージ３０を下降させて置換を実施することにより、ステージ３０の背面側となる領域（下方領域）ｌａの体積が小さくなるので、領域ｌａに滞留し得る酸素量を低減することができる。結果として、プロセスチャンバーｃ内の酸素濃度が造形中に上昇して、酸素センサー４５からの信号により造形が停止されることを効果的に防止することができ、造形を安定して実施することができる。
【００４５】
なお、ステージ３０の背面側となる領域（下方領域）ｌａに滞留し得る酸素量を低減する観点からは、準備工程において、造形工程の造形完了時における各ステージ３０の位置よりも下方となる位置まで、当該ステージ３０を下降させることがより好ましく、各ステージ３０の移動可能範囲の最下方位置まで当該ステージ３０を下降させることがさらに好ましい。
【００４６】
図２に示すように、筐体２１の内部の雰囲気を不活性ガスで置換する準備工程は、ステージ３０を下降させる工程Ｓ１と、ステージ３０が下降した状態で筐体２１内に不活性ガスを供給する工程Ｓ２と、ステージ３０を上昇させる工程Ｓ３と、を有するようにしてもよい。
【００４７】
図３は、ステージ３０を下降させる工程Ｓ１が終了した状態を示している。ステージ３０を下降させる工程Ｓ１中に、ガス供給部４１から筐体２１内に不活性ガスを供給するようにしてもよい。この場合、不活性ガスでの置換をより迅速に行うことができる。なお、図３において、ステージ３０は、ステージ３０の移動可能範囲の最下方位置まで下降している。
【００４８】
図４は、ステージ３０を上昇させる工程Ｓ３が終了した状態を示している。この状態から、造形工程が開始される。ステージ３０を上昇させる工程Ｓ３中に、ガス供給部４１から筐体２１内に不活性ガスを供給するようにしてもよい。この場合、ガイド室ｇｃ内におけるステージ３０の背面側となる領域（下方領域）ｌａに、不活性ガスが引き込まれ、酸素の滞留を効果的に防止することができる。
【００４９】
以上、本発明を図示された一実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、この他にも種々の形態で実施可能である。例えば、上述した三次元造形方式は、一例として、粉体材料の層に所定のパターンで光を照射することで焼結材料からなる単位層を順次積層していく方式（粉末床溶融結合方式）としたが、他の例として、加熱することにより溶融状態になる樹脂をノズルより押し出し積層させる造形方式（材料押出方式）、液状の結合剤をノズルより噴射し粉末材料を結合させる積層造形方式（結合材噴射方式）、液体材料をノズルより噴射し選択的に堆積させていく積層造形方式（材料噴射）、及び、金属材料を供給しながらレーザー等で熱エネルギーを与え溶融・堆積させる造形方式（指向性エネルギ堆積方式）等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
Ｏ      三次元造形物
ｇｃ    ガイド室
１０    三次元造形装置
１５    制御部
２１    筐体
３０    ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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