(57)【要約】      （修正有）【課題】粉体を使用して造形を行う場合、環境変化によって粉体層の充填状態が変化し、造形物の精度が低下することを防ぐ技術を提供する。【解決手段】液体を吐出する液体吐出ヘッド５２と、造形層３０が形成される造形槽２２と、造形槽２２に粉体２０を供給して粉体層３１を形成するときに、粉体２０を供給して粉体層３１と同じ厚みで重量検知用粉体層１３１を形成可能な粉体重量検知槽１２２と、粉体重量検知槽１２２の重量検知ステージ１２４上の粉体２０の重量を検知する重量センサと、重量センサの検知結果から得られる重量検知用粉体層３１の重量から液体吐出ヘッド５２で吐出する造形液の滴体積を制御する。【選択図】図１５
2017001213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体層に液体を吐出し、前記粉体層の粉体を結合した層状造形物を形成し、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する立体造形装置であって、
前記液体を吐出する液体吐出手段と、
前記層状造形物が形成される造形槽と、
前記造形槽に前記粉体を供給して前記粉体層を形成するときに、前記粉体を供給して前記粉体層と同じ厚みで重量検知用粉体層を形成可能な粉体重量検知槽と、
前記粉体重量検知槽における前記重量検知用粉体層の重量を検出する重量検出手段と、
前記重量検出手段の検出結果から前記液体吐出手段で吐出する前記造形液の滴体積を制御する手段と、を備えている
ことを特徴とする立体造形装置。
【請求項２】
前記造形槽は、前記層状造形物が積層される昇降可能な造形ステージを有し、
前記粉体重量検知槽は、前記粉体が供給される昇降可能な重量検知ステージを有し、
前記造形ステージと前記重量検知ステージは別の駆動機構部で駆動される
ことを特徴とする請求項１に記載の立体造形装置。
【請求項３】
前記造形槽と前記粉体重量検知槽とは、供給された前記粉体を均す平坦化手段の移動方向と直交する方向の幅が同じである
ことを特徴とする請求項２に記載の立体造形装置。
【請求項４】
前記制御する手段は、前記滴体積を前記粉体層における前記粉体の充填率と前記粉体層の厚みとで決定し、前記滴体積は前記粉体層の単位体積に含まれる空隙体積を埋める量である
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の立体造形装置。
【請求項５】
第ｎ層目の粉体層を形成するときに形成される前記重量検知用粉体層の重量は、前記第ｎ層目の粉体層を形成する直前の前記重量検知槽における粉体の総重量と前記第ｎ層目の粉体層を形成した直後の前記重量検知槽における粉体の総重量との差分とする
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の立体造形装置。
【請求項６】
前記重量検出手段による検出は、前記粉体層を２層以上形成した後、次に前記粉体層を形成するときに行う
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の立体造形装置。
【請求項７】
粉体層に液体を吐出し、前記粉体層の粉体を結合した層状造形物を形成し、前記層状造形物を積層して立体造形物を造形する立体造形方法であって、
前記層状造形物が形成される造形槽に前記粉体を供給して前記粉体層を形成するときに、粉体重量検知槽に前記粉体を供給して前記粉体層と同じ厚みで重量検知用粉体層を形成し、
前記粉体重量検知槽における前記重量検知用粉体層の重量を検出し、
前記重量検知用粉体層の重量の検出結果から前記液体吐出手段で吐出する前記造形液の滴体積を制御する
ことを特徴とする立体造形方法。
【請求項８】
粉体層に液体を吐出し、前記粉体層の粉体を結合した層状造形物を形成し、前記層状造形物を積層して立体造形物を造形する制御をコンピュータに行わせるためのプログラムであって、
前記層状造形物が形成される造形槽に前記粉体を供給して前記粉体層を形成するときに、粉体重量検知槽に前記粉体を供給して前記粉体層と同じ厚みで重量検知用粉体層を形成する処理と、
前記粉体重量検知槽における前記重量検知用粉体層の重量を検出する処理と、
前記重量検知用粉体層の重量の検出結果から前記液体吐出手段で吐出する前記造形液の滴体積を制御する処理と、をコンピュータに行わせるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は立体造形装置、立体造形方法、プログラムに関する。
【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工程を繰り返し、造形層を積層することで立体造形物を造形する。
【０００３】
従来、造形物の表面及び表面に影響をおよぼす部分に対してローラ部を当てないことで表面に模様が形成されることを防ぐために、液体を吐出しない、又は吐出量を減少させて中空部を生成する中空部生成手段を備えるものが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０６７１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、粉体を使用する粉体積層造形（粉末積層造形）を行う場合、環境変化によって粉体層の充填状態が変化し、造形物の精度が低下するという課題がある。
【０００６】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、立体造形物の精度を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明に係る立体造形装置は、
粉体層に液体を吐出し、前記粉体層の粉体を結合した層状造形物を形成し、前記層状造形物を積層した立体造形物を造形する立体造形装置であって、
前記液体を吐出する液体吐出手段と、
前記層状造形物が形成される造形槽と、
前記造形槽に前記粉体を供給して前記粉体層を形成するときに、前記粉体を供給して前記粉体層と同じ厚みで重量検知用粉体層を形成可能な粉体重量検知槽と、
前記粉体重量検知槽における前記重量検知用粉体層の重量を検出する重量検出手段と、
前記重量検出手段の検出結果から前記液体吐出手段で吐出する前記造形液の滴体積を制御する手段と、を備えている
構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、立体造形物の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】立体造形装置における立体造形動作の概要の説明に供する模式的説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態における立体造形装置の粉体重量検知槽及び造形槽部分の斜視説明図である。
【図３】同じく断面説明図である。
【図４】同実施形態における造形動作の説明に供する模式的断面説明図である。
【図５】同実施形態における充填率算出の一例の説明に供する粉体重量検知槽における重量検知用粉体層の積層過程の説明図である。
【図６】同じく積層数と粉体総重量の関係の一例の説明図である。
【図７】同じく重量差分（重量変化差分）と充填率の関係の一例の説明図である。
【図８】粉体充填率に応じた造形液の滴体積の決定の説明に供する充填状態の説明図である。
【図９】同じく粉体充填率と滴体積との関係の一例の説明図である。
【図１０】造形液の滴体積の制御方法の説明に供する粉体充填率と粉体層の厚みと滴体積との関係の一例を説明する説明図である。
【図１１】同実施形態の全体構成の概要の説明に供するブロック説明図である。
【図１２】同じく造形開始から造形終了までの処理の説明に供するフロー図である。
【図１３】本発明の第２実施形態における立体造形装置の概略平面説明図である。
【図１４】同じく概略側面説明図である。
【図１５】同じく造形部の断面説明図である。
【図１６】同じく制御部の概要の説明に供するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、立体造形装置における立体造形動作の概要について図１を参照して説明する。図１は同説明に供する模式的説明図である。
【００１１】
この立体造形装置は、粉体積層造形装置であり、粉体２０が結合された層状造形物である造形層３０を積層して立体造形物が形成される造形槽２２と、造形槽２２で層状に敷き詰められた粉体である粉体層３１に造形液１０を吐出して立体造形物を造形する液体吐出手段である液体吐出ヘッド５２とを備えている。
【００１２】
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。造形ステージ２４上に造形層３０が順次積層された立体造形物が造形される。
【００１３】
また、造形槽２２に供給される粉体２０を平坦化して粉体層３１を形成する平坦化ローラ１２を備えている。平坦化ローラ１２は、粉体層３１を形成するときに、矢印方向に回転しながら矢印ｙ２方向に移動される。
【００１４】
この立体造形装置による造形動作について説明する。まず、図１（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド５２から造形液１０を吐出して造形層３０を形成した状態にあるものとする。
【００１５】
この状態から、図１（ｂ）に示すように、造形ステージ２４を矢印ｚ２方向（下方向）に所定量（粉体層３１の厚みΔｔ１分）下降させる。そして、最上位の造形層３０上に粉体２０を供給して、平坦化ローラ１２によって表面を平坦化して、粉体層３１を形成する。粉体層３１の厚さΔｔ１は、数十μｍ〜１００μｍ程度である
【００１６】
なお、粉体２０の造形槽２２への供給は、供給槽を持ち、平坦化ローラ１２によって供給槽から供給しながら平坦化する構成とすることもできる。また、図１に示すように供給槽を持たない構成では、造形槽２２上から粉体２０を供給して平坦化ローラ１２で平坦化する。
【００１７】
その後、図１（ｃ）に示すように、液体吐出ヘッド５２によって造形液１０を吐出して粉体層３１に所定の平面形状の造形層３０を形成する。液体吐出ヘッド５２は、目的とする造形物のスライスデータに応じて駆動制御されて造形液１０の液滴を吐出する。
【００１８】
以上の動作を繰り返して造形層３０を積層して立体造形物を造形する。
【００１９】
次に、本発明の第１実施形態について図２及び図３を参照して説明する。図２は同実施形態における粉体重量検知槽及び造形槽部分の斜視説明図、図３は同じく断面説明図である。なお、以下では、平坦化ローラの軸方向を幅方向とする。
【００２０】
平坦化ローラ１２が平坦化するときに移動する方向において、造形槽２２の上流側に粉体重量検知槽１２２が配置されている。粉体重量検知槽１２２には、粉体２０が供給される重量検知ステージ１２４が昇降可能に配置されている。重量検知ステージ１２４と造形ステージ２４とは別の昇降機構で昇降される。
【００２１】
重量検知ステージ１２４には、載せ置かれている粉体２０の重量を検知する重量センサが配置されている。
【００２２】
ここで、重量検知ステージ１２４は、造形槽２２に粉体層３１を形成するごとに下降して後述する重量検知用粉体層１３１を形成することもできるし、粉体層３１の２層以上の積層回数（粉体層３１の形成回数）毎、例えば、５層毎に下降して重量検知用粉体層１３１を形成することもできる。１回の移動距離（下降距離）は、造形ステージ２４の移動距離、すなわち、造形時の粉体層３１の厚さ（積層厚）Δｔ１と同じである。これにより、粉体重量検知槽１２２には重量検知用粉体層１３１を形成可能である。
【００２３】
また、粉体重量検知槽１２２の重量検知ステージ１２４は、造形開始前には、必ず初期位置出しが行われる。この初期位置とは、造形槽２２の縁と同じ高さとする。また、第１層目の造形が開始されるとき、必ず積層厚みだけ下方に移動される。
【００２４】
また、造形槽２２と粉体重量検知槽１２２とは、供給された粉体２０を均す平坦化手段である平坦化ローラ１２の移動方向と直交する方向の幅が同じである。幅が同じであることにより、粉体２０の供給量が変化することを防ぐことができる。
【００２５】
次に、本実施形態における造形動作について図４を参照して説明する。図４は同説明に供する模式的断面説明図である。
【００２６】
まず、図４（ａ）に示すように、造形槽２２では液体吐出ヘッド５２から造形液１０を吐出して造形層３０が積層形成された状態にあり、また、粉体重量検知槽１２２の重量検知ステージ１２４にも粉体２０が供給されているものとする。
【００２７】
この状態から、第ｎ層目の造形層３０を形成するときには、重量検知ステージ１２４と造形ステージ２４は同じ距離（粉体層３１の厚みΔｔ１分）だけ矢印ｚ２方向に下降される。
【００２８】
そして、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、供給される粉体２０を平坦化ローラ１２によって粉体重量検知槽１２２及び造形槽２２の順に移送しながら平坦化する。
【００２９】
これにより、図３（ｂ）に示すように、造形槽２２には粉体層３１が形成され、また、粉体重量検知槽１２２にも粉体２０の層（これを「重量検知用粉体層１３１」という。）が形成される。
【００３０】
このとき、重量検知ステージ１２４と造形ステージ２４は同じ距離だけ下降しているので、粉体重量検知槽１２２には粉体２０が層状になった重量検知用粉体層１３１が形成され、この重量検知用粉体層１３１の充填率は造形槽２２に形成される粉体層３１と同じ（ほぼ同じを含む。）になる。
【００３１】
ここで、重量検知用粉体層１３１の充填率は、第ｎ−１層目と第ｎ層目の重量差分から算出される。つまり、第ｎ層目の粉体層３１を形成する前の重量検知ステージ１２４上に積載されている粉体２０の総重量と、第ｎ層目の粉体層３１を形成した後の重量検知ステージ１２４上に積載されている粉体２０の総重量との差分が、当該第ｎ層の重量検知用粉体層１３１の重量となり、造形槽２２の第ｎ層の粉体層３１の充填率に相関する。
【００３２】
このように、上述したように重量検知用粉体層１３１と粉体層３１と同じ充填率となるので、重量検知用粉体層１３１の重量を検出することで、粉体層３１の充填率を得ることができる。
【００３３】
そこで、重量検知用粉体層１３１の重量、つまり、粉体層３１に充填率に応じて液体吐出ヘッド５２から吐出させる造形液１０の滴体積（液滴体積、吐出量、液体量などともいう。）を再決定し、第ｎ＋１層目からは再決定した滴体積で造形液１０の液滴を吐出させる制御をする。
【００３４】
このように、粉体層３１の充填率を粉体重量検知槽１２２に形成する重量検知用粉体層１３１の重量から算出して、得られた結果から造形液１０の滴体積を制御して造形を行う。
【００３５】
これにより、環境変化によって造形槽における粉体層の充填状態が変化しても過不足の内滴体積（吐出量）で造形液を吐出することができ、造形物の精度が向上する。
【００３６】
次に、本実施形態における充填率算出の一例について図５ないし図７を参照して説明する。図５は粉体重量検知槽における重量検知用粉体層の積層過程の説明図、図６は積層数と粉体総重量の関係の一例の説明図、図７は重量差分（重量変化差分）と充填率の関係の一例の説明図である。
【００３７】
例えば、粉体層３１をｋ層（ｋ＝１、２…の整数）形成する毎に充填率に応じた吐出量に制御する場合、重量検知ステージ１２４は第ｋｎ層目の造形時に、粉体層３１の厚み分だけ下降する。
【００３８】
例えば、図５（ａ）に示すように、第ｎ層目まで粉体層３１が形成された状態から、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、順次、第２ｎ層目、第３ｎ層目の粉体層３１を積層形成した場合、粉体重量検知槽１２２には粉体層３１の厚み分の重量検知用粉体層１３１ａ、１３１ｂが順次積層形成される。
【００３９】
重量検知ステージ１２４には重量センサが設けられ、重量検知ステージ１２４上に載せ置かれた粉体２０の総重量を検出（検知）している。したがって、積層される重量検知用粉体層１３１ａ、１３１ｂの各重量は、粉体層３１の積層前後の重量差分として算出することができる。
【００４０】
ここで、第２ｎ層目の粉体層３１を形成するときには、粉体２０を供給する直前に第ｎ層が形成された状態での重量を検知し、第２ｎ層目の粉体層３１を形成した直後の重量を検知して、その差分を第２ｎ層目に対応する重量検知用粉体層１３１の重量とする。
【００４１】
すなわち、長時間の空気暴露によって粉体の水分含有量等に変化が生じるため、第ｎ層と第２ｎ層の重量を測定する場合に粉体の１粒子当りの重量が変化する可能性がある。したがって、第ｎ層目の粉体層３１を形成した後の重量と、第２ｎ層目の粉体層３１を形成した後の重量との差分を第２ｎ層目の重量検知用粉体層１３１としたのでは、正確な重量（差分）を得られなくなるおそれがある。
【００４２】
このようにして、例えば図６に示すように、第ｎ層、第２ｎ層、第３ｎ層の粉体層３１を形成する前後における粉体重量検知槽１２２における重量差分Δｇ１、Δｇ２、Δｇ３を得る。
【００４３】
そこで、図７に示すように、予め分かっている重量差分Δｇ１、Δｇ２、Δｇ３に対応する粉体充填率ｐ１、ｐ２、ｐ３を得る。
【００４４】
次に、粉体充填率に応じた造形液の滴体積の決定について図８及び図９を参照して説明する。図８は充填状態の説明図、図９は粉体充填率と滴体積との関係の一例の説明図である。
【００４５】
粉体積層造形においては、所望の造形物のスライスデータに則って、積層された粉体層３１に選択的に造形液１０を吐出することで造形層３０を形成する。このとき、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、造形液１０は、画像の解像度と粉体層３１の厚みΔｔ１によって決まる単位体積中に少なくとも１滴以上吐出される。
【００４６】
ここで、吐出される造形液１０の滴体積は、粉末、粒子など（単に「粒子」と総称し、粒子２０ａと表記する。）の集合体である粉体２０を含む単位体積中に含まれる空隙３００の体積（空隙体積）を満たすだけの滴体積を必要とする。したがって、画像の解像度、粉体層３１の厚み（積層厚）Δｔ１、粉体２０の充填率から造形時に必要な造形液１０の滴体積が決定される。つまり、造形液１０の滴体積は、粉体層３１における粉体２０の充填率と粉体層３１の厚みとで決定され、滴体積は粉体層３１の単位体積に含まれる空隙体積を埋める量であることが好ましい。
【００４７】
このようにして決定される粉体充填率及び粉体層の厚み（Δｔ１＝６０、７２、８４、１０２、１２０μｍ）と滴体積の関係の一例を図９に示している。図９は、ある解像度における粉体２０の充填率と、粉体層３１の粉体２０が当該充填率であるときに必要な造形液１０の滴体積の関係の一例である。
【００４８】
この例では、粉体充填率ｐａのとき、粉体層３１の厚みΔｔ１に応じて滴体積Ｖｊ１、又はＶｊ２が必要であることが分かる。同様に、粉体充填率ｐｂのとき、粉体層３１の厚みΔｔ１に応じて滴体積Ｖｊ３、又はＶｊ４が必要であることが分かる。
【００４９】
このようにして、造形液の滴体積が決定される。
【００５０】
次に、造形液の滴体積の制御方法の一例について図１０を参照して説明する。図１０は粉体充填率と粉体層の厚みと滴体積との関係の一例を説明する説明図である。
【００５１】
液体吐出ヘッド５２から吐出させる造形液１０の滴体積は、前述した粉体充填率や粉体層３１の厚みによって異なる。そこで、図１０に示すように、予め粉体充填率と粉体層３１の厚みによって滴体積をランク０〜７に分けている。
【００５２】
そして、粉体重量検知によって検知された重量から得られる充填率と粉体層３１の厚みによって、吐出時にランクを決定し、これに微調整（例えば駆動電圧等の調整）を行って、所要の滴体積で造形液１０を吐出させる。
【００５３】
次に、本実施形態の全体構成の概要について図１１のブロック説明図を参照して説明する。
【００５４】
主制御部２０１は、造形に必要な画像データを３Ｄスライスデータ読込み部２０３から取得する。
【００５５】
主制御部２００は、モータ駆動部２０４を駆動制御して、造形ステージ２４の下降、平坦化ローラ１２の回転及び移動、液体吐出ヘッド５２の移動を制御することで、平坦化動作、粉体層３１の形成、第ｎ層造形層３０の形成動作を制御する。
【００５６】
造形ステージ２４の昇降は造形ステージ昇降機構２１２によって行い、平坦化ローラ１２の回転及び移動は平坦化ローラ回転移動機構２１５によって行い、液体吐出ヘッド５２の移動は液体吐出ヘッド５２を搭載しているキャリッジを移動させるキャリッジ移動機構２０５によって行う。
【００５７】
また、主制御部２００は、画像データを吐出制御部２０２に送る。吐出制御部２０２は。受領した画像データに基づいて液体吐出ヘッド５２からの造形液１０の吐出を制御する。
【００５８】
また、主制御部２００は、予め定めたｋ層毎に重量検知ステージ１２４を下降させる。重量検知ステージ１２４の移動は重量検知ステージ昇降機構２１４によって行う。また、重量検知ステージ１２４の重量センサ２１６のよって検知される粉体重量の検知結果が粉体重量検知結果記憶部２０６に一時的に記憶される。第ｎ層目の造形前後での粉体総重量が検知記憶され、重量差分が算出されると、粉体重量検知結果記憶部２０６はその重量差分を主制御部２００へと送信し、送信後、結果を消去する。
【００５９】
主制御部２００は、粉体重量検知結果記憶部２０６から受領した重量差分から検量線データに沿って造形液１０の滴体積を設定し、吐出駆動条件として吐出制御部２０２へと送信する。
【００６０】
次に、造形開始から造形終了までの処理について図１２のフロー図を参照して説明する。
【００６１】
まず、粉体重量検知を行う頻度（フィードバック頻度）ｎを設定する。フィードバック頻度ｎは、１以上の整数で設定することができる。頻度ｎが高ければ高いほど、より正確に粉体充填率の変化をフィードバックして造形を行うことができる。
【００６２】
造形開始後、第ｋｎ−１層目（ｋ＝１，２，３,…）の造形終了時に、重量検知ステージ１２４は粉体層３１の厚み分（積層厚分）だけ下降し、このとき、重量検知ステージ１２４上の粉体２０の総重量が記録される。
【００６３】
次いで、第ｋｎ層目の造形を開始し、第ｋｎ層目の造形終了時に、重量検知ステージ１２４上の粉体２０の総重量が再度記録される。この２つの粉体総重量の差分から、第ｋｎ層目の造形前後の粉体重量変化差分（重量差分）Δｇが検出される。
【００６４】
そして、得られた検出結果（重量差分Δｇ）は主制御部２００へと送信される。
【００６５】
そこで、主制御部２００は、第ｋｎ層目の粉体重量変化結果を受信し、検量線データに沿って、粉体充填率を算出する。そして、算出された粉体充填率に基づいて、第ｋｎ＋１層目以降の造形液１０の滴体積が決定され、吐出制御部２０２に吐出条件の変更が送信される。吐出制御部２０２は、主制御部２００から受けた新たな吐出条件に従って、第ｋｎ＋１層目以降は液体吐出ヘッド５２の駆動を制御して、造形液１０を吐出させる。
【００６６】
造形終了時まで、これらの処理を順次繰り返して目的とする造形物の造形を行う。
【００６７】
そして、造形が終了したときには、主制御部２００から造形初期の吐出条件が吐出制御部２０２へ送信され、吐出制御部２０２はそれを受けて初期設定に戻す。
【００６８】
以上のように、粉体層の充填率に相関する重量を検出し、検出した重量に応じて滴体積を制御することによって、過不足のない液量で造形を行うことができて、造形物の精度が向上する。
【００６９】
なお、上記実施形態の説明では、理解を容易にするため、重量変化差分から充填率を算出し、充填率に応じた滴体積を決定する例で説明しているが、粉体層の厚みに応じて重量変化差分と滴体積の関係を示すテーブルを作成しておけば、充填率を算出することなく、重量変化差分から滴体積の情報に得ることができる。
【００７０】
次に、本発明の第２実施形態における立体造形装置の概要について図１３ないし図１５を参照して説明する。図１３は同立体造形装置の概略平面説明図、図１４は同じく概略側面説明図、図１５は同じく造形部の断面説明図である。なお、図１５は造形時の状態で示している。
【００７１】
この立体造形装置は、粉体造形装置であり、粉体（粉末）が結合された層状造形物である造形層３０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３１に造形液１０を吐出して立体造形物を造形する造形ユニット５とを備えている。
【００７２】
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平坦化ローラ１２などを備えている。なお、平坦化部材は、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。
【００７３】
粉体槽１１は、粉体２０を供給する供給槽２１と、造形層３０が積層されて立体造形物が造形される造形槽２２と、粉体重量検知槽１２２を有している。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。造形ステージ２４上に造形層３０が積層された立体造形物が造形される。また、粉体重量検知槽１２２の底部も重量検知ステージ１２４として鉛直方向（高さ方向）に昇降自在となっている。
【００７４】
供給ステージ２３は、例えば図１５に示すモータ２７によって高さ方向に昇降される。造形ステージ２４は、同じく、モータ２８によって高さ方向に昇降される。重量検知ステージ１２４は、同じく、モータ２２４によって高さ方向に昇降される。
【００７５】
平坦化ローラ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、粉体重量検知槽１２２、造形槽２２の順に供給し、平坦化部材である平坦化ローラ１２によって均して平坦化して、重量検知用粉体層１３１及び造形用の粉体層３１を形成する。
【００７６】
この平坦化ローラ１２は、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方向に、ステージ面に対して相対的に往復移動可能に配置され、前述した回転移動機構２１５を構成する往復移動機構５５３のモータ５５３によって移動される。また、平坦化ローラ１２は、モータ２６によって回転駆動される。
【００７７】
一方、造形ユニット５は、造形ステージ２４上の粉体層３１に造形液１０を吐出する液体吐出ユニット５０を備えている。
【００７８】
液体吐出ユニット５０は、キャリッジ５１と、キャリッジ５１に搭載された２つ（１又は３つ以上でもよい。）の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という。）５２ａ、５２ｂを備えている。
【００７９】
キャリッジ５１は、ガイド部材５４及び５５に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、７０に昇降可能に保持されている。
【００８０】
このキャリッジ５１は、Ｘ方向走査機構５５０によってモータ、プーリ及びベルトから構成される主走査移動機構を介して主走査方向である矢印Ｘ方向に往復移動される。
【００８１】
２つのヘッド５２ａ、５２ｂ（以下、区別しないときは「液体吐出ヘッド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。一方の液体吐出ヘッド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。他方の液体吐出ヘッド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。
【００８２】
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液体吐出ヘッド５２ａ、５２ｂに供給される。
【００８３】
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。
【００８４】
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を液体吐出ヘッド５２のノズル面（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。ノズルに詰まった粉体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（ノズル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、液体吐出ヘッド５２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１０が乾燥することを防止する。
【００８５】
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、モータ５５２を含む走査機構によって全体がＹ方向に往復移動される。
【００８６】
液体吐出ユニット５０は、ガイド部材５４、５５とともに矢印Ｚ方向に昇降可能に配置され、モータを含むＺ方向昇降機構５５１によってＺ方向に昇降される。
【００８７】
ここで、造形部１の粉体槽１１は、箱型形状をなし、供給槽２１と造形槽２２と粉体重量検知槽１２２の上面が開放された槽を備えている。供給槽２１内部には供給ステージ２３が、造形槽２２内部には造形ステージ２４がそれぞれ昇降可能に配置される。粉体重量検知槽１２２の内部には重量検知ステージ１２４が昇降可能に配置される。
【００８８】
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。これらの供給ステージ２３及び造形ステージ２４の上面は水平に保たれている。同様に、重量検知ステージ１２４の側面は粉体重量検知槽１２２の内側面に接するように配置されている。
【００８９】
供給ステージ２３の昇降は供給ステージ昇降機構２１１によって、造形ステージ２４の昇降は前記実施形態と同様に造形ステージ昇降機構２１２によって、重量検知ステージ１２４の昇降は同じく重量検知ステージ昇降機構２１４によってそれぞれ行われる。
【００９０】
供給槽２１上には図１６の粉体供給装置５５４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５５４を構成するタンク内の粉体を供給槽２１に供給する。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。
【００９１】
平坦化ローラ１２は、供給槽２１から粉体２０を粉体重量検知槽１２２、造形槽２２へと移送供給して、表面を均すことで平坦化して所定の厚みの層状の粉体である重量検知用粉体層１３１、造形用の粉体層３１を形成する。
【００９２】
この平坦化ローラ１２は、往復移動機構２５によってステージ面に沿ってＹ方向（副走査方向）に往復移動される。
【００９３】
この平坦化ローラ１２は、モータ２６によって回転されながら、供給槽２１の外側から供給槽２１、粉体重量検知槽１２２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。これにより、粉体２０が粉体重量検知槽１２２及び造形槽２２上へと移送供給され、平坦化ローラ１２が粉体重量検知槽１２２、造形槽２２上を通過しながら粉体２０を平坦化することで、重量検知用粉体層１３１、造形用の粉体層３１が形成される。
【００９４】
また、平坦化ローラ１２の周面に接触して、平坦化ローラ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。
【００９５】
粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２の周面に接触した状態で、平坦化ローラ１２とともに移動する。また、粉体除去板１３は、平坦化ローラ１２が平坦化を行うときの回転方向に回転するときにカウンタ方向になる状態で配置されている。
【００９６】
次に、上記立体造形装置の制御部の概要について図１６を参照して説明する。図１６は同制御部のブロック図である。
【００９７】
制御部５００は、この立体造形装置全体の制御を司るＣＰＵ５０１と、ＣＰＵ５０１に本発明に係わる制御を含む立体造形動作の制御を実行させるためのプログラムを含むプログラム、その他の固定データを格納するＲＯＭ５０２と、造形データ等を一時格納するＲＡＭ５０３とを含む主制御部５００Ａを備えている。
【００９８】
制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）５０４を備えている。また、制御部５００は、画像データに対する各種信号処理等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えている。
【００９９】
制御部５００は、外部の造形データ作成装置６００から造形データ（スライスデータ）を受信するときに使用するデータ及び信号の送受を行うためのＩ／Ｆ５０６を備えている。なお、造形データ作成装置６００は、最終形態の造形物を各造形層にスライスした造形データを作成する装置であり、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置で構成されている。
【０１００】
制御部５００は、各種センサの検知信号を取り込むためのＩ／Ｏ５０７を備えている。粉体重量検知槽１２２の重量検知ステージ１２４に設けられた重量センサ２１６の検知信号もＩ／Ｏ５０７に入力される。
【０１０１】
制御部５００は、液体吐出ユニット５０の各液体吐出ヘッド５２を駆動制御するヘッド駆動制御部５０８を備えている。
【０１０２】
制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＸ方向（主走査方向）に移動させるＸ方向走査機構５５０を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１０と、造形ユニット５をＹ方向（副走査方向）に移動させるＹ方向走査機構５５２を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１２を備えている。
【０１０３】
制御部５００は、液体吐出ユニット５０のキャリッジ５１をＺ方向に移動（昇降）させるＺ方向昇降機構５５１を構成するモータを駆動するモータ駆動部５１１を備えている。なお、矢印Ｚ方向への昇降は造形ユニット５全体を昇降させる構成とすることもできる。
【０１０４】
制御部５００は、供給ステージ２３を昇降させる供給ステージ昇降機構２１１を構成するモータ２７を駆動するモータ駆動部５１３を備えている。また、制御部５００は、造形ステージ２４を昇降させる造形ステージ昇降機構２１２を構成するモータ２８を駆動するモータ駆動部５１４を備えている。また、制御部５００は、重量検知ステージ１２４を昇降させる重量検知ステージ昇降機構２１４を構成するモータ２２４を駆動するモータ駆動部５２４を備えている。
【０１０５】
制御部５００は、平坦化ローラ１２を移動させる往復移動機構のモータ５５３を駆動するモータ駆動部５１５と、平坦化ローラ１２を回転駆動するモータ２６を駆動するモータ駆動部５１６を備えている。
【０１０６】
制御部５００は、供給槽２１に粉体２０を供給する粉体供給装置５５４を駆動する供給系駆動部５１７と、液体吐出ユニット５０のメンテナンス機構６１を駆動するメンテナンス駆動部５１８を備えている。
【０１０７】
制御部５００のＩ／Ｏ５０７には、装置の環境条件としての温度及び湿度を検出する温湿度センサ、重量センサ２１６などの検知信号やその他のセンサ類の検知信号が入力される。
【０１０８】
制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５２２が接続されている。
【０１０９】
なお、造形データ作成装置６００と立体造形装置（粉体積層造形装置）６０１によって本発明に係る装置としての立体造型システムが構成される。
【０１１０】
この立体造形装置においても、前述したように、粉体重量検知槽１２２の重量検知ステージ１２４上の粉体２０の総重量を検知し、粉体層３１に対応する重量検知用粉体層１３１の重量を重量差分として検出し、重量差分に応じて造形液の滴体積を制御する。
【符号の説明】
【０１１１】
１  造形部
５  造形ユニット
１０  造形液
１２  平坦化ローラ（平坦化手段、回転体）
２０  粉体
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（層状造形物）
３１  粉体層（層状の粉体）
５０  液体吐出ユニット
５１  キャリッジ
５２  液体吐出ヘッド
１２２  粉体重量検知槽
１２４  重量検知ステージ
２１６  重量センサ
【図１】
2017001213.tif 000003
【図２】
2017001213.tif 000004
【図３】
2017001213.tif 000005
【図４】
2017001213.tif 000006
【図５】
2017001213.tif 000007
【図６】
2017001213.tif 000008
【図７】
2017001213.tif 000009
【図８】
2017001213.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2017001213.tif 000012
【図１１】
2017001213.tif 000013
【図１２】
2017001213.tif 000014
【図１３】
2017001213.tif 000015
【図１４】
2017001213.tif 000016
【図１５】
2017001213.tif 000017
【図１６】
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